Berita - Analisis masalah keterkaitan antara genset diesel dan penyimpanan energi

Berikut penjelasan mendetail dalam bahasa Inggris mengenai empat isu inti terkait interkoneksi genset diesel dan sistem penyimpanan energi. Sistem energi hibrida ini (sering disebut mikrogrid hibrida "Diesel + Penyimpanan") merupakan solusi canggih untuk meningkatkan efisiensi, mengurangi konsumsi bahan bakar, dan memastikan pasokan daya yang stabil, tetapi pengendaliannya sangat kompleks.

Ikhtisar Masalah Inti

Masalah Daya Terbalik 100ms: Bagaimana mencegah penyimpanan energi mengalirkan daya kembali ke generator diesel, sehingga melindunginya.
Keluaran Daya Konstan: Cara menjaga mesin diesel bekerja secara konsisten di zona efisiensi tinggi.
Pemutusan Sambungan Penyimpanan Energi Secara Tiba-tiba: Cara menangani dampak ketika sistem penyimpanan energi tiba-tiba terputus dari jaringan.
Masalah Daya Reaktif: Bagaimana mengoordinasikan pembagian daya reaktif antara dua sumber untuk memastikan stabilitas tegangan.

1. Masalah Daya Terbalik 100ms

Deskripsi Masalah:
Daya balik terjadi ketika energi listrik mengalir dari sistem penyimpanan energi (atau beban) kembali ke genset diesel. Bagi mesin diesel, arus balik ini bertindak seperti "motor", yang menggerakkan mesin. Hal ini sangat berbahaya dan dapat menyebabkan:

Kerusakan Mekanis: Penggerak mesin yang tidak normal dapat merusak komponen seperti poros engkol dan batang penghubung.
Ketidakstabilan Sistem: Menyebabkan fluktuasi pada kecepatan (frekuensi) dan voltase mesin diesel, yang berpotensi menyebabkan penghentian.

Persyaratan untuk menyelesaikannya dalam 100 ms ada karena generator diesel memiliki inersia mekanis yang besar dan sistem pengatur kecepatannya merespons dengan lambat (biasanya dalam hitungan detik). Generator diesel tidak dapat mengandalkan dirinya sendiri untuk dengan cepat menekan arus balik listrik ini. Tugas ini harus ditangani oleh Sistem Konversi Daya (PCS) yang responsif sangat cepat dari sistem penyimpanan energi.

Larutan:

Prinsip Inti: "Diesel memimpin, penyimpanan menyusul." Di seluruh sistem, genset diesel bertindak sebagai sumber referensi tegangan dan frekuensi (yaitu, mode kontrol V/F), analog dengan "jaringan". Sistem penyimpanan energi beroperasi dalam Mode Kontrol Daya Konstan (PQ), di mana daya keluarannya sepenuhnya ditentukan oleh perintah dari pengontrol utama.
Logika Kontrol:
1. Pemantauan Waktu Nyata: Pengontrol utama sistem (atau PCS penyimpanan itu sendiri) memantau daya keluaran (P_diesel) dan arah generator diesel secara real-time dengan kecepatan sangat tinggi (misalnya, ribuan kali per detik).
2. Titik Setel Daya: Titik setel daya untuk sistem penyimpanan energi (P_set) harus memenuhi:Beban P(daya beban total) =P_diesel+P_set.
3. Penyesuaian Cepat: Ketika beban tiba-tiba berkurang, menyebabkanP_dieselUntuk tren negatif, pengontrol harus mengirimkan perintah ke PCS penyimpanan dalam beberapa milidetik untuk segera mengurangi daya pengosongannya atau beralih ke daya penyerapan (pengisian). Ini akan menyerap kelebihan energi ke dalam baterai, memastikanP_dieseltetap positif.
Pengamanan Teknis:
- Komunikasi Kecepatan Tinggi: Protokol komunikasi kecepatan tinggi (misalnya, bus CAN, Ethernet cepat) diperlukan antara pengontrol diesel, PCS penyimpanan, dan pengontrol utama sistem untuk memastikan penundaan perintah minimal.
- Respons Cepat PCS: Unit PCS penyimpanan modern memiliki waktu respons daya yang jauh lebih cepat dari 100 ms, seringkali dalam 10 ms, membuatnya sepenuhnya mampu memenuhi persyaratan ini.
- Proteksi Redundan: Di luar jalur kontrol, relai proteksi daya balik biasanya dipasang pada keluaran generator diesel sebagai penghalang perangkat keras terakhir. Namun, waktu operasinya mungkin beberapa ratus milidetik, sehingga utamanya berfungsi sebagai proteksi cadangan; proteksi cepat inti bergantung pada sistem kontrol.

2. Output Daya Konstan

Deskripsi Masalah:
Mesin diesel beroperasi pada efisiensi bahan bakar puncak dan emisi terendah dalam rentang beban sekitar 60%-80% dari daya terukurnya. Beban rendah menyebabkan "wet stacking" dan penumpukan karbon, sementara beban tinggi secara drastis meningkatkan konsumsi bahan bakar dan mengurangi masa pakai. Tujuannya adalah untuk mengisolasi mesin diesel dari fluktuasi beban, menjaganya tetap stabil pada titik setel yang efisien.

Larutan:

Strategi Pengendalian “Pemangkasan Puncak dan Pengisian Lembah”:
1. Tetapkan Titik Dasar: Genset diesel dioperasikan pada keluaran daya konstan yang ditetapkan pada titik efisiensi optimalnya (misalnya, 70% dari daya terukur).
2. Peraturan Penyimpanan:
  - Ketika Permintaan Beban > Titik Setel Diesel: Daya yang kurang (Beban_P - Set_diesel_P) dilengkapi dengan pembuangan sistem penyimpanan energi.
  - Ketika Permintaan Beban < Titik Setel Diesel: Daya berlebih (P_diesel_set - P_beban) diserap oleh pengisian sistem penyimpanan energi.
Manfaat Sistem:
- Mesin diesel bekerja secara konsisten pada efisiensi tinggi, lancar, memperpanjang masa pakainya dan mengurangi biaya perawatan.
- Sistem penyimpanan energi memperlancar fluktuasi beban yang drastis, mencegah inefisiensi dan keausan yang disebabkan oleh seringnya perubahan beban diesel.
- Konsumsi bahan bakar keseluruhan berkurang secara signifikan.

3. Pemutusan Penyimpanan Energi Secara Tiba-tiba

Deskripsi Masalah:
Sistem penyimpanan energi dapat tiba-tiba mati karena kegagalan baterai, kerusakan PCS, atau trip proteksi. Daya yang sebelumnya ditangani oleh penyimpanan (baik pembangkit maupun konsumsi) langsung ditransfer sepenuhnya ke genset diesel, sehingga menimbulkan kejutan daya yang sangat besar.

Risiko:

Jika penyimpanan sedang melakukan pelepasan (mendukung beban), pemutusannya akan mentransfer beban penuh ke diesel, yang berpotensi menyebabkan kelebihan beban, penurunan frekuensi (kecepatan), dan penghentian protektif.
Jika penyimpanan sedang diisi daya (menyerap daya berlebih), pemutusannya membuat daya berlebih diesel tidak dapat disalurkan, yang berpotensi menyebabkan daya terbalik dan tegangan berlebih, yang juga memicu penghentian.

Larutan:

Cadangan Putaran Samping Diesel: Genset diesel tidak boleh diukur hanya berdasarkan titik efisiensi optimalnya. Genset harus memiliki kapasitas cadangan dinamis. Misalnya, jika beban sistem maksimum adalah 1000 kW dan diesel beroperasi pada 700 kW, kapasitas terukur diesel harus lebih besar dari 700 kW + beban langkah potensial terbesar (atau daya maksimum penyimpanan), misalnya, unit 1000 kW dipilih, yang menyediakan penyangga 300 kW untuk kegagalan penyimpanan.
Kontrol Beban Cepat:
1. Pemantauan Sistem Secara Real-time: Memantau status dan aliran daya sistem penyimpanan secara terus-menerus.
2. Deteksi Kesalahan: Setelah mendeteksi pemutusan penyimpanan secara tiba-tiba, pengontrol utama segera mengirimkan sinyal pengurangan beban cepat ke pengontrol diesel.
3. Respons Diesel: Pengontrol diesel bertindak segera (misalnya, dengan cepat mengurangi injeksi bahan bakar) untuk mencoba menurunkan daya agar sesuai dengan beban baru. Kapasitas cadangan yang berputar memberi waktu untuk respons mekanis yang lebih lambat ini.
Upaya Terakhir: Pemutusan Beban: Jika lonjakan daya terlalu besar untuk ditangani oleh mesin diesel, perlindungan yang paling andal adalah dengan memutus beban non-kritis, dengan mengutamakan keselamatan beban kritis dan generator itu sendiri. Skema pemutusan beban merupakan persyaratan perlindungan penting dalam perancangan sistem.

4. Masalah Daya Reaktif

Deskripsi Masalah:
Daya reaktif digunakan untuk membentuk medan magnet dan sangat penting untuk menjaga stabilitas tegangan dalam sistem AC. Baik generator diesel maupun unit penyimpanan energi (PCS) perlu berperan dalam pengaturan daya reaktif.

Generator Diesel: Mengontrol keluaran daya reaktif dan tegangan dengan menyesuaikan arus eksitasinya. Kapasitas daya reaktifnya terbatas, dan responsnya lambat.
PCS Penyimpanan: Sebagian besar unit PCS modern memiliki empat kuadran, artinya mereka dapat secara mandiri dan cepat menyuntikkan atau menyerap daya reaktif (dengan ketentuan bahwa mereka tidak melebihi peringkat daya nyata kVA).

Tantangan: Bagaimana mengoordinasikan keduanya untuk memastikan kestabilan tegangan sistem tanpa membebani salah satu unit.

Larutan:

Strategi Pengendalian:
1. Diesel Mengatur Tegangan: Genset diesel diatur ke mode V/F, yang bertanggung jawab untuk menetapkan referensi tegangan dan frekuensi sistem. Mode ini menyediakan "sumber tegangan" yang stabil.
2. Penyimpanan Berpartisipasi dalam Regulasi Reaktif (Opsional):
  - Mode PQ: Penyimpanan hanya menangani daya aktif (P), dengan daya reaktif (Q) diatur ke nol. Diesel menyediakan semua daya reaktif. Ini adalah metode paling sederhana tetapi membebani diesel.
  - Mode Pengiriman Daya Reaktif: Pengontrol utama sistem mengirimkan perintah daya reaktif (Q_set) ke PCS penyimpanan berdasarkan kondisi tegangan saat ini. Jika tegangan sistem rendah, perintahkan penyimpanan untuk menyuntikkan daya reaktif; jika tinggi, perintahkan untuk menyerap daya reaktif. Hal ini meringankan beban pada mesin diesel, memungkinkannya untuk fokus pada keluaran daya aktif, sekaligus memberikan stabilisasi tegangan yang lebih halus dan cepat.
  - Mode Kontrol Faktor Daya (PF): Faktor daya target (misalnya, 0,95) ditetapkan, dan penyimpanan secara otomatis menyesuaikan keluaran reaktifnya untuk mempertahankan faktor daya keseluruhan yang konstan pada terminal generator diesel.
Pertimbangan Kapasitas: PCS penyimpanan harus berukuran dengan kapasitas daya nyata (kVA) yang memadai. Misalnya, PCS 500 kW yang menghasilkan daya aktif 400 kW dapat menyediakan daya maksimumakar(500² - 400²) = 300kVArdaya reaktif. Jika permintaan daya reaktif tinggi, diperlukan PCS yang lebih besar.

Ringkasan

Keberhasilan mencapai interkoneksi yang stabil antara genset diesel dan penyimpanan energi bergantung pada kontrol hierarkis:

Lapisan Perangkat Keras: Pilih PCS penyimpanan yang merespons cepat dan pengontrol generator diesel dengan antarmuka komunikasi berkecepatan tinggi.
Lapisan Kontrol: Gunakan arsitektur dasar "Diesel mengatur V/F, Penyimpanan mengatur PQ." Pengontrol sistem berkecepatan tinggi melakukan penyaluran daya secara real-time untuk "peak triming/valley filling" daya aktif dan dukungan daya reaktif.
Lapisan Perlindungan: Desain sistem harus mencakup rencana perlindungan yang komprehensif: perlindungan daya terbalik, perlindungan kelebihan beban, dan strategi pengendalian beban (bahkan pemutusan beban) untuk menangani pemutusan penyimpanan secara tiba-tiba.

Melalui solusi yang dijelaskan di atas, keempat masalah utama yang Anda ajukan dapat ditangani secara efektif untuk membangun sistem tenaga hibrida penyimpanan energi diesel yang efisien, stabil, dan andal.