Nakakakonekta sa Grid vs. Off-Grid na Microgrid: Mga Pangunahing Pagkakaiba at mga Kinakailangang Kagamitan

Ang mga microgrid ay may dalawang pangunahing paraan ng operasyon: ang nakakonekta sa grid at ang hindi nakakonekta sa grid. Malinaw na nagkakaiba ang dalawa sa lohika ng kontrol, pagpili ng kagamitan, at mga setting ng proteksyon. Ang pag-unawa sa mga pagkakaibang ito ang basehan para sa pagpili ng kagamitan sa maagang yugto ng isang proyekto.

1. Paano Gumagana ang Dalawang Uri ng Microgrid

Sa operasyong nakakonekta sa grid, ang microgrid ay nakakonekta sa panlabas na pangunahing grid sa pamamagitan ng point of common coupling (PCC). Ang pangunahing grid ang responsable sa pagpapanatili ng katatagan ng voltage at frequency. Ang mga distributed generator at energy storage sa loob ng microgrid ay sumusunod sa grid at pangunahing nagtutulungan imbes na magbigay ng suporta. Ang panlabas na grid ay gumagana tulad ng napakalaking voltage source at frequency source, at tinatanggap nito ang mga pagbabago sa microgrid.

Sa operasyon na wala sa grid, ang PCC ay kinokonekta, at ang mikrogrid ay naging isang maliit na independiyenteng sistema ng kuryente. Walang panlabas na pinagkukunan na maaaring pagkakatiwalaan. Ang imbakan ng enerhiya, ang PV, ang mga generator na pinaandar ng diesel, at iba pang mga pinagkukunan sa loob ng mikrogrid ang dapat magtatag ng boltahe at dalas mismo at patuloy na i-balance ang paggawa at karga. Ang paraan ng kontrol ay nagbabago mula sa pagsunod sa grid tungo sa aktibong suporta, at ang antas ng kahirapan ay tumataas nang malaki.

Ang paglipat sa pagitan ng dalawang mode ay nahahati sa planong paglipat at di-planong paglipat. Ang planong paglipat ay may panahon para maghanda: maaaring i-adjust muna ang internal na paggawa at karga, at pagkatapos ay ma-disconnect nang maayos ang microgrid. Ang di-planong paglipat ay karaniwang inilalabas dahil sa isang grid fault. Pagkatapos makita ang kahinaan, kailangan ng controller na agad na i-disconnect at hayaan ang energy storage o backup source na kumuha ng kontrol, habang binabawasan ang ilang hindi mahalagang karga upang maiwasan ang sobrang karga at pagkabagsak ng maliit na sistema. Kapag babalik mula sa off-grid patungo sa grid-connected, kailangang tapusin muna ang voltage, frequency, at phase synchronization. Kung hindi, magkakaroon ng surge current sa sandaling isara ang switch at maaaring masira ang mga kagamitan.

2. Mga Teknikal na Hamon ng Off-Grid na Operasyon Habang May Power Outage

Pagkatapos mabigo ang utility power at lumipat ang sistema sa off-grid na operasyon, ang pinakamalaking pagbabago ay ang nawawala ang system inertia ang pangunahing grid ay may maraming nag-uugnay na makina, na natural na nagbibigay ng inertia at nakakapag-absorb ng mga pagbabago sa frequency dahil sa biglang pagbabago ng load. Ang isang off-grid microgrid ay maliit, at ang mga device na gumagamit ng kuryente tulad ng mga converter ng energy storage ay hindi kayang magbigay ng parehong pisikal na inertia. Ang frequency at voltage ay mas mabilis na tumutugon at may mas malaking amplitude sa mga pagkabigo.

Ito ay nagdudulot ng tatlong tiyak na problema. Una, mabilis na regulasyon ng frequency at voltage . Sa off-grid mode, kailangan ng energy storage converter na lumipat mula sa grid-following papuntang grid-forming at aktibong itatag ang reference ng voltage at frequency. Ito ay mas mahirap kontrolin kaysa sa grid-connected mode. Pangalawa, pagkakapareho ng di-nakaplanong switching . Kung ang voltage o frequency ay bumaba nang sobra sa panahon ng switching, maaaring mag-trip o masira ang mga sensitibong load. Kaya naman, ang control ng switching ay kailangang kilalanin ang estado at baguhin ang estratehiya sa loob ng ilang milisecond. Pangatlo, mga pagbabago sa sistema ng grounding . Kapag konektado sa grid, ang pagkonekta sa lupa ay inaayos ng pangunahing grid. Pagkatapos maging off-grid, maaaring magbago ang paraan ng pagkonekta sa lupa, na direktang nakaaapekto sa landas ng fault current at sa tamang pagpapatakbo ng mga sistema ng proteksyon.

3. Iba’t ibang Pamantayan para sa mga Transformer, Switchgear, at mga Sistema ng Proteksyon

Mga transformer

Sa isang grid-connected na arkitektura, ang kapasidad ng transformer ay pangunahing tinutukoy ng kapangyarihan ng pagpapalitan sa pagitan ng microgrid at ng grid, at ang vector group at ratio ay pinipili upang tugma sa boltahe ng grid. Sa isang off-grid na arkitektura, ang transformer ay kailangang panatilihin din ang istabilidad ng boltahe sa ilalim ng mababang karga at mga biglang karga, kaya't karagdagang mga kinakailangan ang inilalagay sa kakayahan sa regulasyon ng boltahe at disenyo ng impedance. Kapag ang kapasidad ng short-circuit ay limitado, ang impedance ng transformer ay tumutulong din sa paglimita sa kasalukuyang sakuna. Ang mga distribution transformer at dry-type transformer ng Zhongmeng ay maaaring i-adjust ang kanilang vector groups at mga konpigurasyon ng regulasyon ng boltahe batay sa kapasidad ng microgrid at mga katangian ng karga, na umaangkop sa iba't ibang priyoridad ng dalawang arkitektura.

Switchgear

Ang hangganan sa pagitan ng grid-connected at off-grid na operasyon ay karaniwang itinatakda sa PCC. Ang switch sa puntong ito ay nangangailangan ng bidirectional breaking capability: kailangang mabilis na putulin ang kuryente kapag nabigo ang grid upang maiwasan ang pagpapadala ng kuryente mula sa microgrid pabalik sa nasirang grid, at kailangan din itong buksan nang maaasahan kapag kinakailangan ang off-grid na operasyon. Ang high- at low-voltage switchgear at prefabricated cabin equipment ng Zhongmeng ay pre-assembled at sinusubok na sa pabrika. Sa lugar ng proyekto, kailangan lamang i-connect ang mga linya, na sumasalamin sa mga proyektong microgrid na nangangailangan ng mabilis na deployment.

Mga Sistema ng Proteksyon

Ito ang lugar na may pinakamalaking pagkakaiba sa pagitan ng dalawang arkitektura. Sa operasyon na konektado sa grid, ang kasalukuyang kahinaan ay ipinapadala pangunahin ng pangunahing grid, at ang antas ng kasalukuyang short-circuit ay relatibong mataas. Pagkatapos lumipat sa operasyong hindi konektado sa grid, ang kasalukuyang short-circuit ay ipinapadala lamang ng mga distributed source sa loob ng microgrid at maaaring maging bahagi lamang ng halaga nito kapag konektado sa grid. Kung ang mga setting ng proteksyon ay nananatiling nakatakda para sa kondisyon ng grid-connected, maaaring mabigo ang relay na matukoy ang mga kahinaan sa mode na hindi konektado sa grid at maaaring hindi gumana. Kaya naman, ang sistema ng proteksyon ay dapat magkaroon ng kakayahang umangkop sa parehong mode, o kahit na kaya lamang palitan ang mga grupo ng setting ng proteksyon kapag nagbabago ang mode. Ang grid interface ay nangangailangan din ng dalawahang direksyon na proteksyon upang sakupin ang mga kahinaan sa parehong gilid ng grid at gilid ng microgrid. Ang mga device ng proteksyon at kontrol ng Zhongmeng ay maaaring maisama sa switchgear at transformer bilang isang buong pakete, na binabawasan ang mga panganib sa koordinasyon sa pagitan ng mga kagamitan mula sa iba’t ibang supplier.

4. Mga Isyu sa Pagkakaiba ng Volt, Frequency, at Load sa mga Off-Grid System

Sa off-grid mode, ang volt at frequency ay hindi na sinusuportahan ng pangunahing grid. Ang regulasyon nito ay ginagawa nang real time ng mga pangunahing control source, tulad ng energy storage converters o diesel generators. Ang karaniwang layunin sa operasyon ay panatilihin ang frequency malapit sa 50 Hz at ang pagkakaiba ng volt sa loob ng isang saklaw na katanggap-tanggap para sa mga load. Sa aktwal na operasyon, gayunpaman, ang mga pagbabago sa PV output at ang pagsisimula at pagtatapos ng malalaking load ay parehong nagdudulot ng mga disturbance.

Ang pagkakaiba sa karga ang pinakadirektang pagsusulit para sa isang off-grid na sistema. Kapag isang malaking motor ay nagsisimula, maaaring biglang bumaba ang boltahe ng sistema. Kapag biglang bumaba ang output ng PV dahil sa panakip ng ulap, maaaring tumataas ang frequency. Dapat manatiling matatag ang kontrol ng off-grid sa ilalim ng ganitong tuloy-tuloy na mga pagkakagambala. Kasabay nito, ang imbakan ng enerhiya ng baterya ay dapat mabilis na mag-charge at mag-discharge ng kuryente upang pabagu-baguin ang mga pagbabago, at kapag kinakailangan, ay tanggalin ang ilang hindi mahahalagang karga ayon sa prayoridad. Ang mga pamantayan ay nangangailangan na ang oras ng paglipat mula sa off-grid patungo sa grid-connected ay hindi lalampas sa 10 ms, ngunit ito ay naglalagay ng napakahigpit na mga kinakailangan sa pagkakasunod-sunod ng bilis ng tugon ng mga controller at switchgear.

5. Mga Parameter sa Kuryente na Dapat Kumpirmahin sa Maagang Yugto ng Isang Proyekto

Mas kaunti ang gagawin ulit sa pagpili ng kagamitan at pagtatakda ng proteksyon kung mas malinaw ang mga parameter sa maagang yugto. Ang mga sumusunod na parameter ang dapat kumpirmahin muna:

Antas ng short-circuit current. Ang pinakamataas at pinakamababang mga kasalukuyang short-circuit ay dapat kuhanin nang hiwalay para sa mga kondisyon na konektado sa grid at hindi konektado sa grid. Sa mode na konektado sa grid, ang mga ito ay ipinapadala ng grid at ng mga distributed sources nang sabay-sabay. Sa mode na hindi konektado sa grid, ang mga ito ay ipinapadala lamang ng mga distributed sources. Ang dalawa ay maaaring magkaiba ng ilang beses. Ito ang direktang batayan para pumili ng breaking capacity ng switchgear at itakda ang mga halaga ng proteksyon.

Paraan ng paggawa ng ground. Ang mga paraan ng paggawa ng ground sa gilid ng grid at sa gilid ng microgrid ay dapat koordinahin. Ang paraan ng paggawa ng ground sa neutral ay tumutukoy sa sukat at daanan ng kasalukuyang single-phase ground fault, at nakaaapekto rin sa pagpili ng transformer vector group. Pagkatapos ng operasyon na hindi konektado sa grid, maaaring magbago ang mga kondisyon ng paggawa ng ground, kaya ang pag-aayos ng ground bago at pagkatapos ng switching ay dapat tukuyin sa yugto ng disenyo.

Mga parameter ng transformer. Kasali dito ang rated capacity, voltage ratio, vector group, impedance voltage, at paraan ng voltage regulation. Maaaring piliin ang capacity batay sa maximum continuous exchange power sa pagitan ng microgrid at ng panlabas na grid, at dapat ding suriin ang kakayahan na i-start ang mga impact load sa off-grid mode.

Mga katangian ng harmonic. Dapat alam nang una ang harmonic spectrum, order, at content ng mga inverter at nonlinear loads. Nakaaapekto ang mga harmonic sa kalidad ng kuryente at maaari ring magdulot ng karagdagang pag-init ng transformer at capacitor resonance. Sa panahon ng pagpili, dapat tugma ang naaangkop na harmonic withstand capability o mga hakbang sa mitigasyon.

Mga pinapayagang saklaw ng frequency at voltage. Dapat tukuyin ang operating boundaries sa parehong grid-connected at off-grid na estado, pati na rin ang mga pinapayagang transient deviations habang nagbabago ng estado. Ang mga indikador na ito ang direktang tumutukoy sa converter control strategy at mga setting ng proteksyon.

Klasipikasyon ng load at maximum impact load. Ang isang off-grid system ay may limitadong kapasidad. Kailangang ihiwalay ang mga kritikal na karga at hindi kritikal na karga, at kailangang ikumpirma ang paraan ng pagsisimula at ang kasalukuyang pagsisimula ng pinakamalaking solong motor. Ito ang nagtutukoy sa kakayahan ng energy storage converter na mag-overload at sa threshold ng estratehiya ng off-grid load-shedding.

Mga punto ng integrasyon ng produkto ng Zhongmeng: Ang mga nabanggit na parameter ay kailangang maisagawa sa mga tiyak na kagamitan. Ang mga distribution transformer ay nangangasiwa sa pagbabago ng voltage at impedance matching. Ang switchgear ay nangangasiwa sa pagbukas/pagsara ng PCC at proteksyon ng circuit. Ang mga pasadyang kagamitan para sa power distribution ay nagpapakumbini ng mga transformer, switchgear, proteksyon at kontrol, at monitoring sa loob ng mga prefabricated cabins o pad-mounted substations, na binabawasan ang mga error sa koordinasyon habang isinasagawa ang assembly sa lugar. Kung ang short-circuit current, paraan ng grounding, harmonics, at mga katangian ng load ay napapatunayan sa maagang yugto ng proyekto, maaaring pasadyain ang buong kagamitan batay sa aktwal na kondisyon ng operasyon imbes na gawin ang pasibong kompromiso sa mga standard na produkto.

6. Mga Sitwasyon ng Paggamit

7. Mga Karaniwang Tanong

Tanong: Ano ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng microgrid na konektado sa grid at ng microgrid na hiwalay sa grid?

Sagot: Ang pangunahing pagkakaiba ay nasa lohika ng kontrol. Sa mode na konektado sa grid, ang panlabas na pangunahing grid ang nagbibigay ng reference para sa voltage at frequency, at sinusundan ng microgrid ang grid. Sa mode na hiwalay sa grid, ang microgrid ang dapat magtatag ng sariling voltage at frequency gamit ang panloob na energy storage at mga generator, kaya mas kumplikado ang kontrol.

Tanong: Bakit iba ang sistema ng proteksyon sa pagitan ng dalawang arkitektura?

A: Ang mga antas ng short-circuit current ay nagkakaiba nang malaki. Sa grid-connected mode, ang pangunahing grid ang nagbibigay ng mataas na fault current. Sa off-grid mode, ang fault current ay galing lamang sa mga distributed sources, na maaaring kalahati o mas kaunti pa kaysa sa halaga sa grid-connected mode. Ang mga proteksyon na nakaset up para sa grid-connected conditions ay maaaring hindi makakita ng mga fault sa off-grid mode, kaya kailangan ang adaptive protection o mga switchable setting groups.

Q: Ano ang kinakailangang switching time kapag nagta-transition mula sa off-grid patungo sa grid-connected?

A: Ang mga industry standards ay nangangailangan na ang switching time mula sa off-grid papuntang grid-connected ay hindi lalampas sa 10 ms. Ito ay naglalagay ng napakataas na demand sa bilis ng response ng mga controller at switchgear, at nangangailangan ng eksaktong synchronization ng voltage, frequency, at phase bago muling i-connect.

Q: Ano ang papel ng mga transformer sa isang microgrid?

A: Ang mga transformer ay nangangasiwa sa pag-convert ng voltage at pag-aayos ng impedance sa pagitan ng microgrid at ng panlabas na grid. Sa off-grid mode, kailangan din nilang panatilihin ang katatagan ng voltage sa ilalim ng mababang load at kondisyon ng impact load. Ang impedance ng transformer ay maaari ring tumulong sa paglimita ng fault current kapag ang short-circuit capacity ay limitado.

Q: Alin sa mga electrical parameter ang dapat ikumpirma sa maagang yugto ng isang proyektong microgrid?

A: Ang mga pangunahing parameter ay kinabibilangan ng: antas ng short-circuit current para sa parehong mode, paraan ng grounding, mga parameter ng transformer (capacity, ratio, vector group, impedance), mga katangian ng harmonic, pinapayagang saklaw ng frequency at voltage, at klasipikasyon ng load kasama ang maximum impact load. Ang maagang pagkumpirma sa mga ito ay nababawasan ang pag-uulit sa pagpili ng kagamitan at pag-set ng proteksyon.