Kaip sinchronizuoti off-grid invertorių su atsarginiu dyzeliniu generatoriumi bepersto pramoniniam maitinimui?

Įvadas į autonominį pramoninį mikrotinklą

Pramoniniai ir B2B objektai, veikiantys autonominėse aplinkose, reikalauja labai patikimų energijos sistemų. Tikėtis vien tik saulės fotovoltinėmis (PV) sistemomis ir akumuliatorių saugykla gali būti rizikinga ilgai trunkančios mažos saulės spinduliavimo sąlygomis arba didelės galios variklių paleidimo metu. Šioms pažeidžiamoms vietoms išspręsti dažnai autonominėse mikrotinkluose integruojami rezerviniai dyzeliniai generatoriai. Tačiau statinio energijos keitiklio – pvz., autonominio invertoriaus – su sukamuoju mechaniniu generatoriumi derinimas kelia unikalių techninių iššūkių.

Ši techninio kokybės užtikrinimo straipsnis nagrinėja fizikos ir inžinerinius sprendimus, reikalingus sėkmingai sinchronizuoti JYINS autonominį invertorių su atsarginiu dyzelinio variklio generatoriumi, kad būtų užtikrintas beveik nepastebimas energijos perdavimas ir išvengta sistemos sutrikimų.

Klausimas: Kaip sinchronizuoti autonominį invertorių su atsarginiu dyzelinio variklio generatoriumi, kad būtų užtikrintas beveik nepastebimas pramoninis energijos tiekimas?

Norint pasiekti patikimą ir beveik nepastebimą sinchronizavimą tarp autonominio invertoriaus ir atsarginio dyzelinio variklio generatoriaus, inžinieriai turi įdiegti daugiapakopę koordinavimo sistemą. Ši sistema apima aktyvų fazių sinchronizavimą, įtampų langų suderinimą, sausųjų kontaktų automatizavimą ir protingų akumuliatorių įkrovos srovės ribas. Žemiau pateikiamas išsamus techninių iššūkių, sinchronizavimo mechanizmų ir žingsnis po žingsnio konfigūravimo nurodymų aprašymas.

Dviejų šaltinių integracijos techniniai iššūkiai

Statinio inversijos įrenginio su variklio varomuoju generatoriumi integravimas nėra tokia paprasta procedūra kaip tiesiog jų išėjimų sujungimas. Reikia įveikti tris pagrindinius fizinius ir elektrinius kliūčių tipus:

• Fazės ir dažnio neatitikimas: Kai dyzelinis generatorius paleidžiamas, jo alternatorius sukasi greičiu, kurį nulemia mechaninė degalų įpurškimo sistema. Šis sukimosi greitis nulemia išvesties dažnį (pvz., 50 Hz arba 60 Hz). Inversijos įrenginys taip pat generuoja savo kintamosios srovės nuorodinę sinusoidinę bangą. Jei abu šaltiniai yra sujungti esant netinkamai fazių suderinimui, tarp jų prateka didelė trumpojo jungimo srovė, kuri sunaikina inversijos įrenginio išvesties MOSFET tranzistorius ir gali pažeisti generatoriaus apvijas.
• Atvirkštinė galios srovė ir generatoriaus varomasis režimas: Statiniai keitikliai skirti maitinti apkrovas. Jei akumuliatorių bankas pilnai įkrautas ir saulės energijos gamyba yra didelė, keitiklis gali bandyti eksportuoti energiją. Jei jis prijungtas prie generatoriaus, ši energija grįžta į generatoriaus alternatoriaus įėjimą, dėl ko generatorius veikia kaip sinchroninis variklis. Tai gali sukelti mechaninę variklio žalą arba aktyvuoti generatoriaus perdaug dažnių signalizaciją.
• Įtampos pakopos atsakas ir reguliatoriaus uždėlis: Varikliniai dyzeliniai generatoriai turi mechaninius reguliatorius, kurie koreguoja kuro įpurškimą reaguodami į apkrovos pokyčius. Kai didelė apkrova perjungiama nuo keitiklio prie generatoriaus, generatoriaus variklio sūkiai (ir taip pat jo išvesties dažnis bei įtampa) laikinai sumažėja, kol pasiekia stabilų lygį. Keitiklio fazės sekimo programinė įranga turi gebėti tvarkyti šiuos laikinus pokyčius, nepradėdama apkrovos nutraukimo ar atjungimo.

Fazės kilnojimo kilpos ir aktyvioji sinchronizacija

Norint saugiai sujungti du šaltinius, didelės našumo invertoriai, pvz., JYINS pramoninis serijos modelis, savo valdymo programinėje įrangoje naudoja fazės užrakto kilpo (PLL) algoritmą.

Kai veikia dyzelinė generatoriaus įrenginys ir jo išėjimo įtampa aptinkama invertoriaus kintamosios srovės įvesties gnybtuose, inverteris nedelsdamas neuzdaroma apėjimo relė. Vietoje to PLL aktyviai stebi generatoriaus įtampos bangos formą.

Invertoriaus vidinė mikroprocesorinė sistema matuoja generatoriaus kintamosios srovės įtampos nulio perėjimo taškus. Tada ji dinamiškai reguliuoja paties invertoriaus kintamosios srovės išėjimo fazės kampą ir dažnį taip, kad jie atitiktų generatoriaus parametrus. Šis procesas vadinamas fazės sinchronizacija.

Kai inversijos įrenginio ir generatoriaus fazės kampo skirtumas artėja prie nulio laipsnių, o įtampa ir dažnis patenka į nustatytų nuolaidų ribas, inversijos įrenginys uždaro savo vidinį perjungimo relės jungiklį. Kadangi abi sinusoidės yra idealiai sutapdytos, perjungimas vyksta be įtampos nutraukimo, fazės šuolio ar srovės viršūnės. Tai užtikrina, kad jautrieji PLC valdymo prietaisai, pramoniniai kompiuteriai ir laboratoriniai prietaisai toliau veiktų be paleidimo iš naujo.

Valdymo automatizacija: sausų kontaktų laidynas ir AGS

Beperstabinis veikimas reikalauja automatinio generatoriaus paleidimo ir sustabdymo pagal energijos kaupiklio būklę. Šią funkciją atlieka automatinio generatoriaus paleidimo (AGS) sistema.

Dauguma JYINS off-grid inversijos įrenginių turi integruotą sausų kontaktų relę. Ši relė veikia kaip protingas jungiklis, prijungtas prie dyzelinio generatoriaus skaitmeninio valdiklio nuotolinio paleidimo terminalų (pvz., Deep Sea arba ComAp valdiklio).

• Žemos įtampos arba žemo krūvio būsenos (SoC) aktyvinimas: kai akumuliatorių banko įtampa nukrenta žemiau nustatyto slenkčio (pvz., 46 V 48 V nominalios sistemos atveju) arba baterijos krūvio būsena (SoC) sumažėja žemiau 20 %, keitiklis uždaro AGS sausąjį kontaktą. Tai siunčia paleidimo signalą generatoriaus valdymo įrenginiui.
• Įšilimo delsa: generatoriaus valdymo įrenginys inicijuoja variklio paleidimo seką, leidžia dyzeliniam varikliui sukurti pradines apsisukimus ir paleidžia jį veikti nustatyto laiko tarpą (paprastai 30–60 sekundžių), kad stabilizuotų variklio temperatūrą ir alyvos slėgį.
• Sinchronizavimas ir apkrova: kai generatorius pasiekia nustatytą naudingųjų apsisukimų skaičių ir išvesties įtampą, JYINS keitiklis aptinka kintamosios srovės (AC) įėjimą, sinchronizuoja fazę naudodamas fazės kilpos grandinę (PLL) ir tada perjungia apkrovą nuo keitiklio prie generatoriaus.
• Aušinimas ir išjungimas: Kai saulės fotovoltinė sistema pakrauna akumuliatorius iki saugaus lygio (pvz., 90 % SoC arba 54 V) ir apkrovos poreikis sumažėja, keitiklis atjungia AGS sausąjį kontaktą. Tada generatoriaus valdiklis įeina į aušinimo laikotarpį (paprastai 2–3 minutes be apkrovos veikimo), po kurio variklis visiškai sustabdomas. Tai padeda išsaugoti variklio tarnavimo trukmę ir neleidžia susidaryti šiluminiam smūgiui.

Generatoriaus perkrovos prevencija: protingieji įkrovos srovės apribojimai

Viena dažniausiai pasitaikančių sistemos verslo gedimų sinchronizavimo metu yra generatoriaus sustabdymas. Kai keitiklis perjungiamas prie generatoriaus, jis dažnai bando vienu metu atlikti dvi funkcijas: tiekti pastato kintamosios srovės (AC) apkrovas ir maksimalia srove įkrauti akumuliatorių banką.

Jei 5 kW galios JYINS invertorius prijungiamas prie 6 kW galios generatoriaus, o pastatas suvartoja 4 kW apkrovos, invertorio akumuliatorių įkroviklis gali bandyti iš generatoriaus pasiimti papildomus 3 kW, kad įkrautų akumuliatorius. Tai reiškia, kad iš 6 kW galios generatoriaus reikalaujama 7 kW galios, todėl variklio sukimosi dažnis sumažėja, įtampa krenta, o generatoriaus grandinės pertraukiklis išsijungia.

Šiai problemai išspręsti JYINS invertoriai leidžia inžinieriams konfigūruoti du svarbius parametrus:

• Kintamosios srovės įėjimo srovės riba: šis nustatymas nurodo invertoriui maksimalią bendrą srovę, kurią jis gali imti iš generatoriaus. Jei generatorius yra įvertintas 25 A, invertorius gali būti sukonfigūruotas taip, kad jo kintamosios srovės įėjimo srovė būtų apribojama iki 20 A (taikant 80 % saugos maržą).
• Dinaminis įkroviklio galios sumažinimas: jei kintamosios srovės apkrova padidėja, invertorius automatiškai sumažins akumuliatorių įkrovimo srovę, kad bendra iš generatoriaus imama srovė niekada neviršytų nustatytos kintamosios srovės įėjimo srovės ribos. Tai užtikrina, kad pirmenybė būtų teikiama veikiančioms apkrovoms, tuo pačiu apsaugant generatorių nuo perkrovos.

Matmenų nustatymo ir greičio reguliavimo kalibravimo gairės

Norint pasiekti optimalų našumą B2B sistemose, inžinieriai turėtų laikytis šių matmenų nustatymo ir kalibravimo principų:

• Matmenų santykis: dyzelinio generatoriaus nominalus nuolatinis galios rodiklis turėtų būti bent 1,5–2 kartus didesnis už off-grid invertoriaus nominalų galios rodiklį. 10 kW invertoriaus sistemai rekomenduojamas bent 15 kVA generatorius. Tai užtikrina pakankamą rezervą tiek dideliems apkrovos režimams, tiek akumuliatorių įkrovimui.
• Greičio reguliavimas: greitis – tai dažnio keitimo greitis, kuriuo invertoriaus PLL gali keisti išėjimo dažnį, kad sektų generatorių. Sistemose su nestabiliomis mechaninėmis valdymo sistemos dalimis generatoriaus dažnis gali staigiai kisti. Jei greitis nustatytas per žemas, invertorius negalės sėkmingai sinchronizuoti fazių ir gali atmesti generatoriaus įvestį. Jei jis nustatytas per aukštas, staigūs dažnio pokyčiai gali sutrikdyti jautrią žemiau esančią įrangą. JYINS invertoriai leidžia tiksliai reguliuoti PLL sekimo greitį, kad jis atitiktų konkrečios generatoriaus savybes.
• Įtampos ir dažnio tolerancijos langai: nustatykite invertoriaus kintamosios srovės įėjimo įtampos langą į „generatoriaus veikseną“. Tai išplėčia leistiną įtampų diapazoną (pvz., nuo 180 V iki 270 V) ir dažnių diapazoną (pvz., nuo 45 Hz iki 65 Hz), kad būtų galima kompensuoti laikinus variklių paleidimo metu kilusius generatoriaus reguliatoriaus įtampos kritimus ir išvengti netinkamų atjungimų.

Išvada

Nepriklausomo nuo tinklo invertoriaus sinchronizavimas su atsarginiu dyzeliniu generatoriumi yra labai veiksmingas būdas pasiekti tikrą naudingumo tinklo kokybės patikimumą nuošaliuose pramonės dirbtuvėse, jūrų techninėse sistemose ir ryšių centrų įrenginiuose. Naudojant JYINS aktyvią PLL fazių sinchronizavimo technologiją, konfigūruojant patikimus AGS parametrus ir nustatant protingus įkroviklio srovės ribojimus, inžinieriai gali užkirsti kelią grįžtamosios galios srovei, apsaugoti brangius variklių įrenginius ir užtikrinti nepriekaištingą maitinimą esminėms B2B operacijoms. Teisingų matmenų santykių parinkimas ir dažnio tolerancijų tikslus derinimas yra galutiniai žingsniai kuriant atsparų, automatizuotą nepriklausomą nuo tinklo energijos tiekimo sprendimą.