डीजल जनरेटर सेट और ऊर्जा भंडारण के बीच संबंध की समस्या का विश्लेषण

डीजल जनरेटर सेट और ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के अंतर्संबंध से संबंधित चार मुख्य मुद्दों की विस्तृत अंग्रेजी व्याख्या यहाँ दी गई है। यह हाइब्रिड ऊर्जा प्रणाली (जिसे अक्सर "डीज़ल + स्टोरेज" हाइब्रिड माइक्रोग्रिड कहा जाता है) दक्षता में सुधार, ईंधन की खपत कम करने और स्थिर बिजली आपूर्ति सुनिश्चित करने के लिए एक उन्नत समाधान है, लेकिन इसका नियंत्रण अत्यधिक जटिल है।

मुख्य मुद्दों का अवलोकन

1. 100ms रिवर्स पावर समस्या: डीजल जनरेटर को बैक-फीडिंग पावर से ऊर्जा भंडारण को कैसे रोका जाए, जिससे इसकी सुरक्षा हो सके।
2. निरंतर विद्युत उत्पादन: डीजल इंजन को उसके उच्च दक्षता क्षेत्र में निरंतर कैसे चालू रखा जाए।
3. ऊर्जा भंडारण का अचानक वियोग: जब ऊर्जा भंडारण प्रणाली अचानक नेटवर्क से अलग हो जाती है तो उसके प्रभाव को कैसे संभाला जाए।
4. प्रतिक्रियाशील शक्ति समस्या: वोल्टेज स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए दो स्रोतों के बीच प्रतिक्रियाशील शक्ति साझाकरण का समन्वय कैसे करें।

1. 100ms रिवर्स पावर समस्या

समस्या विवरण:
रिवर्स पावर तब उत्पन्न होती है जब विद्युत ऊर्जा ऊर्जा भंडारण प्रणाली (या लोड) से वापस डीजल जनरेटर सेट की ओर प्रवाहित होती है। डीजल इंजन के लिए, यह एक "मोटर" की तरह काम करता है, जो इंजन को चलाता है। यह बेहद खतरनाक है और इसके परिणामस्वरूप हो सकते हैं:

• यांत्रिक क्षति: इंजन को असामान्य तरीके से चलाने से क्रैंकशाफ्ट और कनेक्टिंग रॉड जैसे घटकों को क्षति पहुंच सकती है।
• सिस्टम अस्थिरता: डीजल इंजन की गति (आवृत्ति) और वोल्टेज में उतार-चढ़ाव का कारण बनता है, जिससे संभावित रूप से शटडाउन हो सकता है।

इसे 100 मिलीसेकंड के भीतर हल करने की आवश्यकता इसलिए है क्योंकि डीजल जनरेटरों में यांत्रिक जड़त्व बहुत अधिक होता है और उनकी गति नियंत्रक प्रणालियाँ धीमी गति से प्रतिक्रिया करती हैं (आमतौर पर कुछ सेकंड के क्रम में)। वे इस विद्युत प्रतिप्रवाह को तुरंत दबाने के लिए स्वयं पर निर्भर नहीं रह सकते। यह कार्य ऊर्जा भंडारण प्रणाली के अति-तीव्र प्रतिक्रिया देने वाले पावर कन्वर्जन सिस्टम (PCS) द्वारा किया जाना चाहिए।

समाधान:

• मूल सिद्धांत: "डीज़ल आगे चलता है, भंडारण उसके पीछे चलता है।" पूरी प्रणाली में, डीज़ल जनरेटर सेट वोल्टेज और आवृत्ति संदर्भ स्रोत (अर्थात, V/F नियंत्रण मोड) के रूप में कार्य करता है, जो "ग्रिड" के समान है। ऊर्जा भंडारण प्रणाली निरंतर शक्ति (PQ) नियंत्रण मोड में संचालित होती है, जहाँ इसकी आउटपुट शक्ति पूरी तरह से मास्टर नियंत्रक के आदेशों द्वारा निर्धारित होती है।
• नियंत्रण तर्क:
  1. वास्तविक समय निगरानी: सिस्टम मास्टर नियंत्रक (या स्टोरेज पीसीएस स्वयं) आउटपुट पावर (पी_डीजल) और वास्तविक समय में बहुत तेज गति से डीजल जनरेटर की दिशा (उदाहरण के लिए, प्रति सेकंड हजारों बार)।
  2. पावर सेटपॉइंट: ऊर्जा भंडारण प्रणाली के लिए पावर सेटपॉइंट (पी_सेट) को संतुष्ट करना होगा:पी_लोड(कुल भार शक्ति) =पी_डीजल+पी_सेट.
  3. तीव्र समायोजन: जब भार अचानक कम हो जाता है, जिसके कारणपी_डीजलनकारात्मक प्रवृत्ति के लिए, नियंत्रक को कुछ मिलीसेकंड के भीतर स्टोरेज पीसीएस को एक आदेश भेजना होगा कि वह तुरंत अपनी डिस्चार्ज पावर कम कर दे या अवशोषण शक्ति (चार्जिंग) पर स्विच कर दे। यह अतिरिक्त ऊर्जा को बैटरियों में अवशोषित कर लेता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है किपी_डीजलसकारात्मक बनी हुई है।
• तकनीकी सुरक्षा उपाय:
  • उच्च गति संचार: न्यूनतम कमांड विलंब सुनिश्चित करने के लिए डीजल नियंत्रक, भंडारण पीसीएस और सिस्टम मास्टर नियंत्रक के बीच उच्च गति संचार प्रोटोकॉल (जैसे, CAN बस, फास्ट ईथरनेट) की आवश्यकता होती है।
  • पीसीएस तीव्र प्रतिक्रिया: आधुनिक भंडारण पीसीएस इकाइयों का विद्युत प्रतिक्रिया समय 100ms से कहीं अधिक तेज होता है, अक्सर 10ms के भीतर, जिससे वे इस आवश्यकता को पूरा करने में पूरी तरह सक्षम हो जाते हैं।
  • अतिरिक्त सुरक्षा: नियंत्रण लिंक के अलावा, डीजल जनरेटर आउटपुट पर अंतिम हार्डवेयर अवरोधक के रूप में आमतौर पर एक रिवर्स पावर प्रोटेक्शन रिले स्थापित किया जाता है। हालाँकि, इसका संचालन समय कुछ सौ मिलीसेकंड हो सकता है, इसलिए यह मुख्य रूप से बैकअप सुरक्षा के रूप में कार्य करता है; मुख्य त्वरित सुरक्षा नियंत्रण प्रणाली पर निर्भर करती है।

2. निरंतर बिजली उत्पादन

समस्या विवरण:
डीजल इंजन अपनी निर्धारित शक्ति के लगभग 60%-80% भार सीमा के भीतर अधिकतम ईंधन दक्षता और न्यूनतम उत्सर्जन पर काम करते हैं। कम भार "वेट स्टैकिंग" और कार्बन जमाव का कारण बनता है, जबकि अधिक भार ईंधन की खपत में भारी वृद्धि करता है और जीवनकाल को कम करता है। इसका लक्ष्य डीजल को भार में उतार-चढ़ाव से अलग रखना और इसे एक कुशल सेटपॉइंट पर स्थिर रखना है।

समाधान:

• “पीक शेविंग और वैली फिलिंग” नियंत्रण रणनीति:
  1. सेट बेसपॉइंट: डीजल जनरेटर सेट को उसके इष्टतम दक्षता बिंदु (जैसे, रेटेड पावर का 70%) पर सेट स्थिर पावर आउटपुट पर संचालित किया जाता है।
  2. भंडारण विनियमन:
     • जब लोड मांग > डीजल सेटपॉइंट: अपर्याप्त शक्ति (P_लोड - P_डीजल_सेट) को ऊर्जा भंडारण प्रणाली निर्वहन द्वारा पूरक किया जाता है।
     • जब लोड मांग < डीजल सेटपॉइंट: अतिरिक्त बिजली (P_डीजल_सेट - P_लोड) ऊर्जा भंडारण प्रणाली चार्जिंग द्वारा अवशोषित कर ली जाती है।
• सिस्टम लाभ:
  • डीजल इंजन लगातार उच्च दक्षता के साथ, सुचारू रूप से चलता है, जिससे इसका जीवनकाल बढ़ता है और रखरखाव लागत कम होती है।
  • ऊर्जा भंडारण प्रणाली, भार में भारी उतार-चढ़ाव को सुचारू बनाती है, तथा बार-बार डीजल भार परिवर्तन के कारण होने वाली अकुशलता और टूट-फूट को रोकती है।
  • कुल मिलाकर ईंधन की खपत काफी कम हो जाती है।

3. ऊर्जा भंडारण का अचानक वियोग

समस्या विवरण:
बैटरी खराब होने, पीसीएस में खराबी आने, या सुरक्षा ट्रिप होने के कारण ऊर्जा भंडारण प्रणाली अचानक बंद हो सकती है। भंडारण द्वारा पहले से नियंत्रित की जा रही बिजली (चाहे वह उत्पादन कर रही हो या उपभोग कर रही हो) तुरंत पूरी तरह से डीजल जनरेटर सेट में स्थानांतरित हो जाती है, जिससे बिजली का बड़ा झटका लगता है।

जोखिम:

• यदि भंडारण डिस्चार्ज हो रहा था (लोड को सहारा दे रहा था), तो इसके वियोग से पूरा लोड डीजल पर स्थानांतरित हो जाता है, जिससे संभावित रूप से ओवरलोड, आवृत्ति (गति) में गिरावट, और सुरक्षात्मक शटडाउन हो सकता है।
• यदि भंडारण चार्ज हो रहा था (अतिरिक्त बिजली को अवशोषित कर रहा था), तो इसके वियोग से डीजल की अतिरिक्त बिजली कहीं और नहीं जा पाती, जिससे संभावित रूप से रिवर्स पावर और ओवरवोल्टेज उत्पन्न हो जाता है, तथा शटडाउन भी हो जाता है।

समाधान:

• डीजल साइड स्पिनिंग रिज़र्व: डीजल जनरेटर सेट का आकार केवल उसकी इष्टतम दक्षता बिंदु के अनुसार ही नहीं होना चाहिए। इसमें गतिशील अतिरिक्त क्षमता होनी चाहिए। उदाहरण के लिए, यदि अधिकतम सिस्टम लोड 1000kW है और डीजल 700kW पर चलता है, तो डीजल की रेटेड क्षमता 700kW + अधिकतम संभावित स्टेप लोड (या स्टोरेज की अधिकतम शक्ति) से अधिक होनी चाहिए, उदाहरण के लिए, एक 1000kW इकाई का चयन किया जाना चाहिए जो स्टोरेज विफलता के लिए 300kW बफर प्रदान करे।
• तेज़ लोड नियंत्रण:
  1. सिस्टम वास्तविक समय निगरानी: भंडारण प्रणाली की स्थिति और बिजली प्रवाह की निरंतर निगरानी करता है।
  2. दोष का पता लगाना: अचानक भंडारण वियोग का पता चलने पर, मास्टर नियंत्रक तुरंत डीजल नियंत्रक को तीव्र भार कमी संकेत भेजता है।
  3. डीज़ल प्रतिक्रिया: डीज़ल नियंत्रक तुरंत कार्य करता है (जैसे, ईंधन इंजेक्शन को तेज़ी से कम करके) ताकि नए भार के अनुरूप शक्ति कम करने का प्रयास किया जा सके। घूर्णन आरक्षित क्षमता इस धीमी यांत्रिक प्रतिक्रिया के लिए समय खरीदती है।
• अंतिम उपाय: लोड शेडिंग: यदि बिजली का झटका डीज़ल के लिए बहुत ज़्यादा है, तो सबसे विश्वसनीय सुरक्षा उपाय है कि गैर-महत्वपूर्ण लोड को कम किया जाए, और महत्वपूर्ण लोड और जनरेटर की सुरक्षा को प्राथमिकता दी जाए। सिस्टम डिज़ाइन में लोड शेडिंग योजना एक अनिवार्य सुरक्षा आवश्यकता है।

4. प्रतिक्रियाशील शक्ति समस्या

समस्या विवरण:
प्रतिक्रियाशील शक्ति का उपयोग चुंबकीय क्षेत्र स्थापित करने के लिए किया जाता है और यह एसी प्रणालियों में वोल्टेज स्थिरता बनाए रखने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। डीज़ल जनरेटर और स्टोरेज पीसीएस, दोनों को प्रतिक्रियाशील शक्ति विनियमन में भाग लेना आवश्यक है।

• डीज़ल जनरेटर: अपनी उत्तेजन धारा को समायोजित करके प्रतिक्रियाशील शक्ति उत्पादन और वोल्टेज को नियंत्रित करता है। इसकी प्रतिक्रियाशील शक्ति क्षमता सीमित होती है और इसकी प्रतिक्रिया धीमी होती है।
• भंडारण पीसीएस: अधिकांश आधुनिक पीसीएस इकाइयां चार-चतुर्थांश वाली होती हैं, जिसका अर्थ है कि वे स्वतंत्र रूप से और तेजी से प्रतिक्रियाशील शक्ति को इंजेक्ट या अवशोषित कर सकती हैं (बशर्ते कि वे अपनी स्पष्ट शक्ति रेटिंग केवीए से अधिक न हों)।

चुनौती: किसी भी इकाई पर अधिक भार डाले बिना सिस्टम वोल्टेज स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए दोनों में समन्वय कैसे किया जाए।

समाधान:

• नियंत्रण रणनीतियाँ:
  1. डीज़ल वोल्टेज को नियंत्रित करता है: डीज़ल जनरेटर सेट V/F मोड पर सेट होता है, जो सिस्टम के वोल्टेज और फ़्रीक्वेंसी संदर्भ को निर्धारित करने के लिए ज़िम्मेदार होता है। यह एक स्थिर "वोल्टेज स्रोत" प्रदान करता है।
  2. भंडारण प्रतिक्रियाशील विनियमन में भाग लेता है (वैकल्पिक):
     • पीक्यू मोड: स्टोरेज केवल सक्रिय पावर को संभालता है (P), प्रतिक्रियाशील शक्ति के साथ (Q) को शून्य पर सेट करें। डीज़ल सारी प्रतिक्रियाशील शक्ति प्रदान करता है। यह सबसे सरल तरीका है, लेकिन डीज़ल पर बोझ डालता है।
     • रिएक्टिव पावर डिस्पैच मोड: सिस्टम मास्टर कंट्रोलर रिएक्टिव पावर कमांड भेजता है (क्यू_सेट) को वर्तमान वोल्टेज स्थितियों के आधार पर स्टोरेज PCS में स्थानांतरित करें। यदि सिस्टम वोल्टेज कम है, तो स्टोरेज को प्रतिक्रियाशील शक्ति इंजेक्ट करने का आदेश दें; यदि अधिक है, तो उसे प्रतिक्रियाशील शक्ति अवशोषित करने का आदेश दें। इससे डीज़ल पर भार कम होता है, जिससे वह सक्रिय शक्ति उत्पादन पर ध्यान केंद्रित कर पाता है, साथ ही बेहतर और तेज़ वोल्टेज स्थिरीकरण भी प्रदान करता है।
     • पावर फैक्टर (पीएफ) नियंत्रण मोड: एक लक्ष्य पावर फैक्टर (उदाहरण के लिए, 0.95) सेट किया जाता है, और भंडारण स्वचालित रूप से डीजल जनरेटर के टर्मिनलों पर एक स्थिर समग्र पावर फैक्टर बनाए रखने के लिए अपने प्रतिक्रियाशील आउटपुट को समायोजित करता है।
• क्षमता पर विचार: स्टोरेज पीसीएस का आकार पर्याप्त स्पष्ट शक्ति क्षमता (kVA) के अनुरूप होना चाहिए। उदाहरण के लिए, 400kW सक्रिय शक्ति प्रदान करने वाला 500kW पीसीएस अधिकतमsqrt(500² - 400²) = 300kVArप्रतिक्रियाशील शक्ति की। यदि प्रतिक्रियाशील शक्ति की मांग अधिक है, तो एक बड़े पीसीएस की आवश्यकता होती है।

सारांश

डीजल जनरेटर सेट और ऊर्जा भंडारण के बीच सफलतापूर्वक स्थिर अंतर्संबंध स्थापित करना पदानुक्रमिक नियंत्रण पर निर्भर करता है:

1. हार्डवेयर परत: तीव्र प्रतिक्रिया देने वाले स्टोरेज पीसीएस और उच्च गति संचार इंटरफेस वाले डीजल जनरेटर नियंत्रक का चयन करें।
2. नियंत्रण परत: "डीज़ल V/F सेट करता है, स्टोरेज PQ करता है" की मूलभूत संरचना का उपयोग करें। एक उच्च-गति प्रणाली नियंत्रक सक्रिय शक्ति "पीक शेविंग/वैली फिलिंग" और प्रतिक्रियाशील शक्ति समर्थन के लिए वास्तविक समय में शक्ति प्रेषण करता है।
3. सुरक्षा परत: सिस्टम डिजाइन में व्यापक सुरक्षा योजनाएं शामिल होनी चाहिए: रिवर्स पावर सुरक्षा, ओवरलोड सुरक्षा, और भंडारण के अचानक वियोग को संभालने के लिए लोड नियंत्रण (यहां तक ​​कि लोड शेडिंग) रणनीतियां।

ऊपर वर्णित समाधानों के माध्यम से, आपके द्वारा उठाए गए चार प्रमुख मुद्दों को प्रभावी ढंग से संबोधित किया जा सकता है ताकि एक कुशल, स्थिर और विश्वसनीय डीजल-ऊर्जा भंडारण हाइब्रिड पावर सिस्टम का निर्माण किया जा सके।