EN
یک ریزشبکه صنعتی تنها با افزودن یک ژنراتور و یک باتری قابل اعتماد نمی‌شود. پرسش مفید این است که ژنراتور مغناطیس دائمی PMG، مبدل‌های توان، واحد ذخیره‌سازی انرژی، بارهای حیاتی و سیستم‌های کنترل نظارتی چگونه به‌عنوان یک سیستم الکتریکی یکپارچه رفتار می‌کنند. از دیدگاه مهندسی انرژی‌های تجدیدپذیر، ابتدا باید نمودار بار را در نظر گرفت: یک کارگاه معدن، یک سکوی فرآیندی، یک مرکز مخابراتی یا یک نیروگاه دورافتاده می‌توانند جریان‌های راه‌اندازی، نرخ‌های افزایش توان و اولویت‌های قطع برق بسیار متفاوتی داشته باشند.
یک مولدهای مغناطیس دائمی (PMG) در هنگام عبور آهنگرهای دوارش از سیم‌پیچ‌های استاتور، برق تولید می‌کند. از آنجا که میدان مغناطیسی توسط آهنگرهای دائمی و نه توسط یک میدان روتوری جداگانه تأمین می‌شود، این ماشین برای ایجاد آن میدان نیازی به کنترل جریان میدان ندارد. با این حال، در یک ریزشبکه، خروجی خام مولد تنها نقطهٔ شروع مسئلهٔ طراحی است. سرعت متغیر محور می‌تواند منجر به ولتاژ و فرکانس متغیر شود، درحالی‌که بارهای صنعتی عموماً انتظار دارند اتصال AC یا DC با مدیریت دقیقی فراهم شود.
مسیر انتقال توان: از محور چرخان تا انرژی قابل‌استفاده در ریزشبکه
مسیر ادغام معمول، یک یکسوکننده یا مبدل فعال را پس از ژنراتور مغناطیس دائم PMG .آن مبدل، خروجی متغیر دستگاه را به یک اتصال مستقیم کنترل‌شده (DC link) تبدیل می‌کند یا در برخی معماری‌ها، تأمین‌کنندهٔ برق متناوب (AC) با ولتاژ و فرکانس تنظیم‌شده است. یک مبدل باتری دوطرفه، واحد ذخیره‌سازی انرژی را به همان اتوبوس (bus) متصل می‌کند. سپس یک اینورتر بارهای متناوب (AC) را تأمین می‌کند یا یک مبدل تشکیل‌دهنده شبکه (grid-forming converter)، مرجع ولتاژ و فرکانس محلی را در حالت عملیات جزیره‌ای (island operation) ایجاد می‌کند.
چینش مذکور به هر دارایی وظیفه‌ای متمایز می‌دهد. ژنراتور مغناطیس دائمی (PMG) انرژی مکانیکی موجود را تبدیل می‌کند. واحد ذخیره‌سازی انرژی اضافهٔ تولیدی را جذب می‌کند، کمبودهای کوتاه‌مدت را پوشش می‌دهد و نوسانات سریع ولتاژ اتوبوس را محدود می‌سازد. کنترل‌کننده تصمیم می‌گیرد که در هر لحظه‌ای کدام وظیفه اولویت بالاتری دارد. در نظر گرفتن توان نامی ژنراتور به‌عنوان یک عدد ثابت برای مراحل اولیهٔ برنامه‌ریزی مناسب است؛ اما پس از در نظر گرفتن سرعت شفت، شرایط محیطی، محدودیت‌های مبدل و ظرفیت پذیرش شارژ باتری، خروجی قابل‌استفاده ممکن است به‌طور قابل‌توجهی تغییر کند.
- کنترل سمت ژنراتور، ژنراتور مغناطیس دائمی (PMG) را در محدوده‌های سرعت، جریان، ولتاژ و دما نگه می‌دارد.
- کنترل از سوی باتری محدودیت‌های سطح شارژ، دما، جریان شارژ/دشارژ و ظرفیت ذخیره‌سازی را اعمال می‌کند.
- مدیریت ریزشبکه تولید، ذخیره‌سازی، بارهای قابل کنترل و هر منبعی از شبکه یا پشتیبان را متعادل می‌کند.
چرا ذخیره‌سازی پنجرهٔ عملیاتی را تغییر می‌دهد
بدون ذخیره‌سازی، ژنراتور مغناطیس دائمی (PMG) باید تقریباً لحظه‌به‌لحظه با بار هماهنگ شود یا منبع جداگانه‌ای این کار را انجام دهد. این امر ممکن است در شرایطی که ورودی مکانیکی فراوان است به کاهش تولید (کرتِیلمِنت) و در شرایطی که ورودی کاهش می‌یابد به ناپایداری منجر شود. با وجود ذخیره‌سازی، مبدل باتری می‌تواند در زمانی که ژنراتور مغناطیس دائمی (PMG) توان اضافی دارد، شارژ شود و در زمان افزایش ناگهانی بار یا کاهش تولید، دشارژ گردد. این نتیجه، ظرفیت «رایگان» نیست؛ بلکه جابه‌جایی کنترل‌شدهٔ زمانی بین تولید و مصرف است.
شاید فکر کنید که باتری بزرگ به‌طور خودکار مشکل نوسان تولید را حل می‌کند. این‌طور نیست. سیستم ذخیره‌سازی باید ظرفیت انرژی کافی برای مدت زمان مورد نظر و همچنین توان کافی برای پاسخگویی به بزرگ‌ترین تغییرات گذرا داشته باشد. مبدل آن نیز باید با مبدل ژنراتور مغناطیس دائمی (PMG) هماهنگ شود تا هر دو سعی نکنند متغیر یکسانی از اتوبوس DC را با حلقه‌های کنترلی متناقض تنظیم کنند.
سه حالت عملیاتی که مهندسان باید در ابتدای طراحی تعریف کنند
۱. شارژ در حالت اضافه‌تولید
وقتی خروجی ژنراتور مغناطیس دائمی (PMG) از تقاضا بیشتر باشد، کنترل‌کننده می‌تواند اختلاف را به سیستم ذخیره‌سازی هدایت کند، مشروط بر اینکه محدودیت شارژ باتری و سطح شارژ فعلی (SOC) اجازه دهد. اگر باتری پر باشد یا در دسترس نباشد، سیستم نیازمند استراتژی عمدی کاهش تولید یا بار تخلیه‌کننده است. عدم تعریف صریح این شرایط ممکن است منجر به افزایش سرعت یا ولتاژ اتوبوس DC فراتر از محدوده عملیاتی مطلوب شود.
۲. تخلیه متناسب با بار
وقتی تقاضا از خروجی موجود ژنراتور مغناطیس دائمی (PMG) بیشتر شود، سیستم ذخیره‌سازی می‌تواند تخلیه شود تا ولتاژ باس در محدوده کنترلی خود حفظ شود. برای تجهیزات صنعتی، طراحی سیستم کنترل باید بین افزایش کوتاه‌مدت جریان هنگام راه‌اندازی موتور و کمبود انرژی مداوم تمایز قائل شود. باتری ممکن است در شرایط اولیه به‌خوبی عمل کند، اما برای یک شیفت تولید طولانی بدون منبع انرژی دیگر مناسب نیست.
۳. اختلالات و راه‌اندازی مجدد در حالت جزیره‌ای
در حالت عملیات جزیره‌ای، یک دستگاه باید مرجع ولتاژ و فرکانس را تعیین کند. اغلب این کار توسط یک اینورتر باتری تشکیل‌دهنده شبکه انجام می‌شود، درحالی‌که ژنراتور مغناطیس دائم PMG کنورتر به این مرجع تکیه می‌کند و توان در دسترس خود را ارائه می‌دهد. ترتیب اقدامات در زمان راه‌اندازی پس از قطعی کامل (black start) و بازیابی اهمیت دارد: ابتدا تأمین توان کنترلی ضروری، سپس ایجاد باس پایدار، فعال‌سازی مسیر ژنراتور و در نهایت اتصال بارهای اولویت‌دار به‌صورت مرحله‌ای.
هماهنگ‌سازی کنترل معمولاً چالش اصلی ادغام است.
تأخیر رایج در راه‌اندازی معمولاً ناشی از عیبی در ژنراتور مغناطیس دائمی (PMG) نیست، بلکه ناشی از عدم تطابق بین رابط‌های ژنراتور، اینورتر، مدیریت باتری و کنترل‌کننده ریزشبکه است که تنها در مرحله ادغام در محل ظاهر می‌شود. پیش از خرید، روش ارتباطی، مالکیت دستورات، حالت‌های کاری، نحوه مدیریت هشدارها و اندازه‌گیری‌های مجهز به برچسب زمانی را تعریف کنید. بررسی کنید که در صورت قطع ارتباطات چه اتفاقی می‌افتد: سخت‌افزار باید به رفتار ایمن محلیِ مستند‌شده‌ای منتقل شود نه اینکه به‌صورت نامحدود منتظر دستوری از راه دور بماند.
استاندارد IEEE 2030.7-2017 زمینه‌ای مفید فراهم می‌کند، زیرا عملکردهای کنترل‌کننده‌های ریزشبکه را در سطحی بالاتر از کنترل تک‌تک اجزا توصیف می‌کند، از جمله عملیات خودمختار و اتصال به شبکه. این استاندارد جایگزین مطالعات حفاظتی اختصاصی پروژه، قوانین برقی محلی اعمال‌شده یا رویه‌های راه‌اندازی سازنده نیست. به‌طور مشابه، چارچوب‌های ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی مانند سری IEC 62933 می‌توانند در تعریف اصطلاحات و برنامه‌ریزی سیستم راهنمایی کنند، اما این چارچوب‌ها معادل طراحی ایمنی و انطباق مخصوص محل نیستند.
طراحی بر اساس رفتار، نه اجزا
یک مولّد آهنربای دائمی (PMG) و یک واحد ذخیره‌سازی در کنار هم کار می‌کنند؛ به‌طوری‌که مبدل‌های کنترل‌شونده، ورودی مکانیکی متغیر را به توان الکتریکی مدیریت‌شده تبدیل می‌کنند، در حالی که کنترل‌کنندهٔ ریزشبکه به هر دارایی نقشی روشن می‌دهد. نکتهٔ اصلی این است که ادغام تنها زمانی موفقیت‌آمیز خواهد بود که محدودیت‌های توان، منطق ذخیره‌سازی، سیستم‌های حفاظتی و ارتباطات به‌صورت یکپارچه به‌عنوان یک سیستم عملیاتی طراحی شوند. برای پروژه‌های دورافتاده و پروژه‌هایی که به‌دنبال زمان‌کارکرد بالا هستند، تأمین‌کننده‌ای که تجربهٔ کار با مولّد آهنربای دائمی و ادغام کنترلی دارد، می‌تواند به تبدیل نمودار بار محلی به یک پیکربندی عملی کمک کند؛ اما تنظیمات نهایی باید از طریق مهندسی پروژه و آزمون‌های راه‌اندازی تأیید شوند.
اگر در حال ارزیابی موتورهای تجاری مغناطیس دائمی برای فروش هستید و به راه‌حلی مهندسی‌شده برای سیستم رانش نیاز دارید که بازدهی و طول عمر بالایی را تضمین کند، اننِنگ شریک قابل اعتماد شماست. امروز با اننِنگ تماس بگیرید .با تیم مهندسی فنی ما صحبت کنید تا پیشنهاد رانشی سفارشی دریافت کنید.
- واتساپ: +۸۶ ۱۸۵۶۲۷۸۰۲۲۸
- پست الکترونیکی: [email protected]
- تلفن: +86 532 66000559
