Mikrogrid Bersambung ke Grid vs. Mikrogrid Terpencil: Perbezaan Utama & Keperluan Peralatan

Mikrogrid mempunyai dua mod operasi asas: bersambung ke grid dan tidak bersambung ke grid. Kedua-duanya berbeza secara jelas dari segi logik kawalan, pemilihan peralatan, dan tetapan perlindungan. Memahami perbezaan ini merupakan asas bagi pemilihan peralatan pada peringkat awal suatu projek.

1. Cara Dua Jenis Mikrogrid Beroperasi

Dalam operasi bersambung ke grid, mikrogrid disambungkan ke grid utama luaran melalui titik sambungan sepunya (PCC). Grid utama bertanggungjawab menstabilkan voltan dan frekuensi. Penjana teragih dan storan tenaga di dalam mikrogrid mengikuti grid dan terutamanya bekerjasama, bukan memberikan sokongan. Grid luaran bertindak seperti sumber voltan dan sumber frekuensi yang sangat besar, serta menyerap kelangsungan mikrogrid.

Dalam operasi tanpa sambungan ke grid, PCC diputuskan dan mikrogrid menjadi sistem kuasa kecil yang bebas. Tiada sumber luar untuk diandalkan. Penyimpan tenaga, PV, penjana diesel dan sumber lain di dalam mikrogrid mesti menubuhkan voltan dan frekuensi sendiri serta sentiasa menyeimbangkan penjanaan dan beban. Mod kawalan berubah daripada mengikuti grid kepada menyokong secara aktif, dan tahap kesukaran meningkat secara ketara.

Peralihan antara dua mod ini dibahagikan kepada peralihan terancang dan peralihan tidak terancang. Peralihan terancang mempunyai masa persiapan: penjanaan dalaman dan beban boleh dilaraskan terlebih dahulu, kemudian mikrogrid boleh diputuskan secara lancar. Peralihan tidak terancang sering dipicu oleh kegagalan grid. Setelah mengesan ketidaknormalan, pengawal mesti segera memutuskan sambungan dan membenarkan storan tenaga atau sumber sandaran mengambil alih, sambil mengurangkan sebahagian beban tidak kritikal untuk mengelakkan sistem kecil daripada terlebih beban dan runtuh. Apabila beralih kembali daripada operasi tanpa grid kepada operasi bersambung ke grid, penyelarasan voltan, frekuensi dan fasa mesti diselesaikan terlebih dahulu. Jika tidak, arus hentam akan berlaku pada ketika penutupan dan mungkin merosakkan peralatan.

2. Cabaran Teknikal Operasi Tanpa Grid Semasa Pemadaman

Setelah bekalan kuasa utiliti gagal dan sistem berpindah kepada operasi tanpa grid, perubahan paling besar ialah inersia sistem lenyap grid utama mempunyai banyak jentera berputar, yang secara semula jadi menyediakan inersia dan boleh menyerap perubahan frekuensi akibat perubahan beban yang mendadak. Sebuah mikrogrid lepas-grid berskala kecil, dan peranti elektronik kuasa seperti penukar storan tenaga tidak mampu menyediakan inersia fizikal yang sama. Frekuensi dan voltan memberi tindak balas lebih pantas dan dengan amplitud yang lebih besar terhadap gangguan.

Ini menimbulkan tiga masalah khusus. Pertama, pengawalan frekuensi dan voltan yang pantas . Dalam mod lepas-grid, penukar storan tenaga perlu beralih daripada mod mengikuti grid kepada mod membentuk grid, serta secara aktif menetapkan rujukan voltan dan frekuensi. Ini jauh lebih sukar dikawal berbanding dalam mod bersambung ke grid. Kedua, kelancaran pengalihan tidak dirancang . Jika voltan atau frekuensi turun terlalu banyak semasa pengalihan, beban sensitif mungkin terputus atau rosak. Oleh itu, kawalan pengalihan perlu mengenal pasti keadaan dan mengubah strategi dalam milisaat. Ketiga, perubahan dalam sistem pembumian . Apabila bersambung ke grid, penyambungan ke bumi diatur oleh grid utama. Selepas beroperasi secara bebas daripada grid, kaedah penyambungan ke bumi mungkin berubah, yang secara langsung mempengaruhi laluan arus aral dan ketepatan operasi perlindungan.

3. Keperluan Berbeza bagi Transformer, Peralatan Pengalih dan Sistem Perlindungan

Pengubah

Dalam seni bina bersambung grid, kapasiti transformer ditentukan terutamanya oleh kuasa pertukaran antara mikrogrid dan grid, manakala kumpulan vektor dan nisbah dipilih untuk sepadan dengan voltan grid. Dalam seni bina tanpa grid, transformer juga mesti mengekalkan kestabilan voltan di bawah beban rendah dan beban hentaman; oleh itu, keperluan tambahan dikenakan terhadap keupayaan pengaturan voltan dan rekabentuk impedans. Apabila kapasiti arus litar pintas terhad, impedans transformer turut membantu menghadkan arus kegagalan. Transformer agihan dan transformer jenis kering Zhongmeng boleh melaraskan kumpulan vektor serta konfigurasi pengaturan voltan mengikut kapasiti mikrogrid dan ciri-ciri beban, sehingga dapat menyesuaikan diri dengan keutamaan berbeza bagi kedua-dua seni bina tersebut.

Peralatan pembuka

Sempadan antara operasi bersambung ke grid dan operasi bebas grid biasanya ditetapkan di titik sambungan ke grid (PCC). Suis pada titik ini memerlukan keupayaan pemutusan dua arah: ia mesti memutuskan dengan cepat apabila grid gagal untuk mengelakkan mikrogrid menyalurkan kuasa balik ke grid yang rosak, dan ia juga mesti dibuka secara boleh percaya apabila operasi bebas grid diperlukan. Peralatan suis tegangan tinggi dan rendah serta kabin pra-terpasang Zhongmeng telah dipasang dan diuji terlebih dahulu di kilang. Di tapak, hanya saluran sahaja yang perlu disambungkan, menjadikannya sesuai untuk projek mikrogrid yang memerlukan pemasangan pantas.

Sistem Perlindungan

Ini adalah kawasan dengan perbezaan terbesar antara dua seni bina tersebut. Dalam operasi bersambung ke grid, arus kegagalan terutamanya dibekalkan oleh grid utama, dan tahap arus litar pintas relatif tinggi. Selepas beralih kepada operasi tanpa sambungan ke grid, arus litar pintas hanya dibekalkan oleh sumber teragih di dalam mikrogrid dan mungkin hanya sebahagian kecil daripada nilai semasa bersambung ke grid. Jika tetapan perlindungan masih ditetapkan untuk keadaan bersambung ke grid, reles mungkin gagal mengesan kegagalan dalam mod tanpa sambungan ke grid dan tidak beroperasi. Oleh itu, sistem perlindungan mesti mempunyai keupayaan penyesuaian dalam kedua-dua mod, atau sekurang-kurangnya boleh bertukar kumpulan tetapan perlindungan apabila mod berubah. Antara muka grid juga memerlukan perlindungan dwiarah untuk meliputi kegagalan di kedua-dua belah pihak: pihak grid dan pihak mikrogrid. Peranti perlindungan dan kawalan Zhongmeng boleh diintegrasikan dengan peralatan suis dan transformer dalam satu pakej lengkap, mengurangkan risiko ketidakselarasan antara peralatan daripada pembekal yang berbeza.

4. Isu Variasi Voltan, Frekuensi dan Beban dalam Sistem Off-Grid

Dalam mod off-grid, voltan dan frekuensi tidak lagi disokong oleh grid utama. Kedua-duanya dikawal secara masa nyata oleh sumber kawalan utama, seperti penukar penyimpanan tenaga atau penjana diesel. Sasaran operasi biasa ialah mengekalkan frekuensi hampir 50 Hz dan sisihan voltan dalam julat yang diterima oleh beban. Namun, dalam operasi sebenar, perubahan pada output PV serta permulaan dan penghentian beban besar kedua-duanya menyebabkan gangguan.

Variasi beban merupakan ujian paling langsung bagi sistem lepas-grid. Apabila motor yang relatif besar bermula, ia mungkin segera menurunkan voltan sistem. Apabila output PV turun secara tiba-tiba akibat tutupan awan, frekuensi mungkin meningkat. Kawalan lepas-grid mesti kekal stabil di bawah gangguan berterusan sedemikian. Pada masa yang sama, penyimpanan tenaga bateri mesti dengan cepat mengisi dan melepaskan kuasa untuk meratakan keluk fluktuasi, dan apabila diperlukan, membuang sebahagian beban tidak kritikal mengikut keutamaan. Piawaian sudah menetapkan masa beralih daripada lepas-grid kepada bersambung-grid tidak melebihi 10 ms, tetapi ini menuntut ketepatan respons yang sangat tinggi daripada pengawal dan peralatan suis.

5. Parameter Elektrik yang Perlu Disahkan pada Peringkat Awal Projek

Semakin jelas parameter pada peringkat awal, semakin kurang kerja semula yang diperlukan dalam pemilihan peralatan dan tetapan perlindungan. Parameter berikut perlu disahkan terlebih dahulu:

Arus litar-pendek. Arus litar-pendek maksimum dan minimum mesti diperoleh secara berasingan bagi keadaan bersambung ke grid dan tidak bersambung ke grid. Dalam mod bersambung ke grid, arus-arus ini dibekalkan oleh grid dan sumber-sumber teragih secara bersama-sama. Dalam mod tidak bersambung ke grid, arus-arus ini hanya dibekalkan oleh sumber-sumber teragih. Kedua-duanya boleh berbeza sehingga beberapa kali ganda. Ini merupakan asas langsung untuk memilih kapasiti pemutusan peralatan suis dan menetapkan nilai-nilai perlindungan.

Kaedah pengebumian. Kaedah-kaedah pengebumian di sebelah grid dan di sebelah mikrogrid harus diselaraskan. Kaedah pengebumian neutral menentukan magnitud dan laluan arus kebocoran fasa-tunggal ke bumi serta juga mempengaruhi pilihan kumpulan vektor transformer. Selepas operasi tidak bersambung ke grid, keadaan pengebumian mungkin berubah; oleh itu, susunan pengebumian sebelum dan selepas beralih mesti ditakrifkan pada peringkat rekabentuk.

Parameter transformer. Ini termasuk kapasiti kadar, nisbah voltan, kumpulan vektor, voltan impedans, dan kaedah pengawalaturan voltan. Kapasiti boleh dipilih berdasarkan kuasa pertukaran maksimum berterusan antara mikrogrid dan grid luaran, dan keupayaan untuk memulakan beban impak dalam mod tanpa grid juga perlu disemak.

Ciri-ciri harmonik. Spektrum harmonik, tertib, dan kandungan penyebalik serta beban tak linear perlu diketahui terlebih dahulu. Harmonik memberi kesan kepada kualiti kuasa dan juga boleh menyebabkan pemanasan tambahan pada transformer serta resonans kapasitor. Semasa pemilihan, keupayaan tahan harmonik yang sepadan atau langkah-langkah pengurangan perlu dipadankan.

Julat frekuensi dan voltan yang dibenarkan. Sempadan operasi dalam kedua-dua keadaan bersambung ke grid dan tanpa grid, serta penyimpangan sementara yang dibenarkan semasa beralih, perlu ditakrifkan. Petunjuk-petunjuk ini secara langsung menentukan strategi kawalan penukar dan tetapan perlindungan.

Pengelasan beban dan beban impak maksimum. Sistem luar grid mempunyai kapasiti terhad. Beban kritikal dan beban tidak kritikal perlu dibezakan, dan kaedah permulaan serta arus permulaan bagi motor tunggal terbesar perlu disahkan. Ini menentukan keupayaan lampau-beban yang diperlukan bagi penukar penyimpanan tenaga dan ambang strategi pengurangan beban luar grid.

Titik integrasi produk Zhongmeng: Parameter di atas akhirnya perlu dilaksanakan dalam peralatan khusus. Transformer pengedaran mengurus penukaran voltan dan pencocokan impedans. Peralatan suis mengurus pembukaan/penutupan titik sambungan ke grid (PCC) dan perlindungan litar. Peralatan pengedaran kuasa tersuai mengintegrasikan transformer, peralatan suis, perlindungan dan kawalan, serta pemantauan ke dalam kabin pra-terpasang atau substesen yang dipasang di atas tapak, mengurangkan ralat koordinasi semasa pemasangan di lokasi. Jika arus litar pintas, kaedah penearthan, harmonik, dan ciri-ciri beban disahkan pada peringkat awal projek, peralatan lengkap boleh direka bentuk khusus mengikut keadaan operasi sebenar, bukan dengan membuat kompromi secara pasif terhadap produk piawai.

6. Senario Penggunaan

7. Soalan Lazim

Soalan: Apakah perbezaan utama antara mikrogrid bersambung ke grid dan mikrogrid tanpa grid?

Jawapan: Perbezaan utama terletak pada logik kawalan. Dalam mod bersambung ke grid, grid utama luaran menyediakan rujukan voltan dan frekuensi, dan mikrogrid mengikut grid tersebut. Dalam mod tanpa grid, mikrogrid mesti menubuhkan voltan dan frekuensi sendiri melalui storan tenaga dalaman dan penjana, menjadikan kawalan jauh lebih rumit.

Soalan: Mengapa sistem perlindungan berbeza antara dua senibina ini?

A: Tahap arus litar pintas berbeza secara ketara. Dalam mod bersambung ke grid, grid utama membekalkan arus kegagalan yang tinggi. Dalam mod tidak bersambung ke grid, hanya sumber teragih yang membekalkan arus kegagalan, yang mungkin hanya sebahagian kecil daripada nilai dalam mod bersambung ke grid. Tetapan perlindungan yang direka khas untuk keadaan bersambung ke grid mungkin gagal mengesan kegagalan dalam mod tidak bersambung ke grid; oleh itu, diperlukan perlindungan boleh laras atau kumpulan tetapan yang boleh dialihkan.

Q: Berapa masa beralih yang diperlukan semasa berpindah daripada mod tidak bersambung ke grid kepada mod bersambung ke grid?

A: Piawaian industri mensyaratkan masa beralih daripada mod tidak bersambung ke grid kepada mod bersambung ke grid tidak melebihi 10 ms. Ini menuntut kelajuan tindak balas pengawal dan peralatan suis pada tahap yang sangat tinggi, serta memerlukan penyelarasan tepat voltan, frekuensi, dan fasa sebelum penyambungan semula.

Q: Apakah peranan transformer dalam sebuah mikrogrid?

A: Transformer mengendalikan penukaran voltan dan penyesuaian impedans antara mikrogrid dan grid luaran. Dalam mod bebas-grid, transformer juga mesti mengekalkan kestabilan voltan dalam keadaan beban rendah dan beban hentaman. Impedans transformer boleh juga membantu menghadkan arus arus pintas apabila kapasiti pintas terhad.

Q: Parameter elektrik manakah yang perlu disahkan pada peringkat awal projek mikrogrid?

A: Parameter utama termasuk: aras arus pintas untuk kedua-dua mod, kaedah pembumian, parameter transformer (kuasa, nisbah, kumpulan vektor, impedans), ciri harmonik, julat frekuensi dan voltan yang dibenarkan, serta pengelasan beban bersama beban hentaman maksimum. Pengesahan awal parameter ini mengurangkan kerja semula dalam pemilihan peralatan dan tetapan perlindungan.