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Stratégie de commande d'un BESS hybride avec groupe diesel : dispatching EMS, puissance inverse et réduction de carburant

Stratégie de contrôle hybride groupe électrogène diesel et BESS de MegSolid montrant les groupes diesel, l'appareillage, les charges du site, le PCS, le stockage d'énergie par batteries et la répartition EMS pour la protection contre la puissance inverse et la réduction de carburant

N'ajoutez pas de batterie à une centrale diesel existante avant de savoir exactement qui contrôle le bus.

Les mines isolées, les complexes insulaires et les exploitations agricoles ont peut-être déjà beaucoup investi dans les groupes électrogènes, l'appareillage, les protections et l'infrastructure de carburant.

Définir les défaillances que la modernisation doit éviter

Le propriétaire ne veut pas qu'un nouveau BESS « économise du carburant » puis se mette à provoquer :

Une modernisation diesel-BESS est avant tout un problème de contrôle, pas un problème de capacité de batterie.

L'architecture C&I intégrée de MegSolid donne à l'EMS accès aux informations d'exploitation de la batterie, de la charge, du réseau, de la production diesel et du PV via les interfaces de projet prises en charge.

L'EMS ne doit pas travailler contre l'enveloppe de contrôle du groupe électrogène.

Son rôle est de maintenir le groupe dans une enveloppe de fonctionnement efficace et stable pendant que le BESS gère les conditions d'exploitation mieux adaptées à une réponse rapide du stockage.

Séparer les responsabilités de contrôle

Le fonctionnement diesel seul crée une inefficacité à faible charge et en réserve

La production diesel est excellente pour fournir une puissance ferme.

Elle est coûteuse lorsqu'elle reste en ligne faiblement chargée pendant des heures simplement parce que l'opérateur redoute le prochain échelon de charge.

Maintenir la charge du groupe au-dessus du minimum approuvé

Prenons un groupe électrogène de 500kVA ne desservant qu'une petite charge nocturne.

Le groupe a pu être correctement dimensionné pour la pointe de jour du site, le concasseur, la pompe, le compresseur ou l'installation frigorifique.

La nuit, la même machine peut passer des heures bien en dessous de sa plage de fonctionnement utile.

Un fonctionnement prolongé à faible charge peut alors ajouter un coût évitable de carburant et de maintenance.

Un fonctionnement prolongé à faible charge peut abaisser la température de combustion et contribuer à une combustion incomplète, à l'accumulation de carbone et au encrassement humide (wet stacking).

La charge minimale admissible exacte relève du constructeur du moteur.

Ne copiez pas un même pourcentage pour tous les groupes Cummins, Caterpillar ou autres.

La règle d'ingénierie est :

Si un gros groupe électrogène doit rester en ligne toute la nuit pour alimenter une charge minuscule, la centrale utilise une machine tournante coûteuse pour un travail qu'une batterie peut souvent mieux accomplir.

Le contrôle hybride peut laisser le BESS porter les périodes de faible charge tandis que le groupe reste à l'arrêt, sous réserve de la réserve de SoC et des exigences de fiabilité du site.

Puis, lorsque le groupe est nécessaire, l'EMS peut le faire fonctionner dans la plage de charge approuvée plutôt que de le forcer à tourner à vide électriquement pendant des heures.

Utiliser le BESS comme couche de réserve rapide lorsque c'est approprié

Un deuxième problème du diesel seul est la quantité de réserve tournante maintenue en ligne pour des échelons de charge incertains.

Les opérateurs savent que des concasseurs, pompes, groupes froids ou gros moteurs peuvent démarrer sans prévenir.

Les opérateurs peuvent maintenir une capacité de groupe supplémentaire en rotation pour cette éventualité.

Cette réserve consomme du carburant même lorsque la machine supplémentaire apporte peu d'énergie utile.

MegSolid aborde ce problème en séparant la demande d'énergie de la demande de puissance transitoire.

Le groupe fournit l'énergie soutenue.

Le BESS peut répondre aux échelons de charge de courte durée, sous réserve des kVA du PCS, du SoC et des limites de courant transitoire.

Cela peut réduire le besoin de maintenir en ligne une production diesel supplémentaire uniquement comme assurance contre un événement bref.

MegSolid's ingénierie BESS pour mines hors réseau montre pourquoi la réserve du groupe, la réponse du PCS et les gros échelons de charge industrielle doivent être conçus ensemble.

Brûler du diesel pour un événement qui n'arrivera peut-être jamais n'est pas une optimisation de la réserve. C'est de la peur coûteuse.

L'EMS MegSolid attribue la propriété du contrôle entre diesel, BESS et PV

Architecture de modernisation diesel-BESS de MegSolid montrant le groupe électrogène, l'EMS, le PCS, le BESS, le PV optionnel, l'appareillage, les charges du site et les contrôles d'achat

Les centrales hybrides ne deviennent précieuses que lorsque chaque source a un rôle défini.

Les régulateurs de groupe, les contrôleurs de groupe, les contrôleurs de PCS et l'EMS peuvent tous influencer le même bus électrique.

Lorsque deux contrôleurs croient posséder la même grandeur, des équipements individuellement stables peuvent créer une centrale instable.

MegSolid commence par attribuer la propriété du contrôle entre le groupe électrogène, le PCS et l'EMS.

L'EMS MegSolid ne se contente pas de démarrer et d'arrêter le groupe. Il décide en continu si le prochain kilowatt doit provenir du diesel, de la batterie, du PV ou d'une combinaison, tout en protégeant les limites de charge minimale et de puissance inverse du groupe.

Maintenir le groupe dans sa plage de fonctionnement approuvée

Il n'existe pas de « point optimal universel du groupe à 85 % ».

La cible correcte provient de la courbe de consommation du constructeur du groupe, de sa puissance continue/principale, de l'exigence de charge minimale, du système antipollution et de l'exigence de réserve du site.

Le principe de fonctionnement est simple.

Au lieu de laisser le groupe suivre chaque petite variation de charge :

Utiliser une séquence définie de démarrage/charge/arrêt du groupe

Séquence de répartition diesel-BESS de MegSolid montrant le fonctionnement du BESS à faible charge, les seuils de SoC, le démarrage du groupe, la charge du BESS, l'arrêt du groupe et la protection contre la puissance inverse

Le BESS alimente la faible demande → le SoC atteint le seuil de démarrage approuvé → l'EMS démarre le groupe → le groupe alimente le site et charge le BESS dans sa plage de charge approuvée → le BESS atteint le seuil d'arrêt → l'EMS retire la demande de charge et arrête le groupe selon la séquence approuvée

L'objectif n'est pas la charge maximale du groupe. C'est :

moins d'heures de fonctionnement à de mauvais points de charge et plus de kWh utiles produits à chaque heure moteur.

L'EMS a besoin de mesures réelles pour :

Entrée de contrôlePourquoi c'est important
Chargement du siteDétermine la puissance requise actuelle
kW / kVA du groupeProtège l'enveloppe de fonctionnement approuvée
BESS SOCDétermine la réserve de charge/décharge disponible
Puissance du PCSLimite la réponse instantanée du BESS
Charge minimale du groupeEmpêche la répartition de l'EMS de descendre trop bas le groupe
Capacité de rampe du groupeÉvite une charge ou un transfert de charge agressifs
État du PCC / busConfirme la topologie électrique réelle
Retour d'état des disjoncteursÉvite les commandes fondées sur un état de connexion supposé

C'est là que le Logique de priorité BESS EMS est important.

Une minuterie seule n'est pas un contrôleur de micro-réseau hybride.

Remplacer une partie de la réserve tournante par la réponse rapide du BESS

La réponse du BESS est plus rapide que le démarrage, le préchauffage, la synchronisation et la mise en charge d'un autre moteur diesel.

La réponse rapide du BESS rend le stockage utile comme couche de réserve rapide.

Lorsqu'une forte charge du site apparaît, le PCS peut soutenir le bus pendant que le régulateur du groupe répond.

Lorsque l'événement persiste, l'EMS peut décider :

La batterie n'a pas besoin de remplacer tous les groupes.

Elle peut remplacer une partie de la fonction de réserve qui maintenait en marche le groupe supplémentaire.

Ne dimensionnez pas cette fonction à partir des kWh de la batterie.

Une batterie de 1MWh derrière un PCS de kVA insuffisants peut quand même échouer au premier démarrage d'un gros moteur.

MegSolid's guide de démarrage des moteurs et de dimensionnement du PCS sépare la puissance transitoire de l'énergie stockée.

Définir la séquence approuvée de transfert de source et de synchronisation

Le « make-before-break » ne doit jamais être promis comme une fonction générique de l'EMS.

C'est une séquence d'exploitation électrique qui dépend de l'appareillage, de l'autorisation de mise en parallèle, des protections, des commandes du groupe et de la topologie approuvée.

Lorsque le fonctionnement en parallèle temporaire est autorisé, le PCS et le groupe doivent satisfaire aux conditions de synchronisation et de protection requises avant la fermeture du disjoncteur concerné.

Lorsque la mise en parallèle est interdite, le projet doit utiliser à la place la séquence approuvée de coupure avant fermeture (break-before-make) ou de transfert en îlotage.

Définir la chaîne de contrôle du transfert de source

quelle source possède la tension et la fréquence → quel disjoncteur peut se fermer → quelles autorisations de synchronisation sont requises → comment la charge est transférée → que se passe-t-il si les communications disparaissent

Les affirmations d'absence de scintillement exigent que l'architecture de commutation réelle les prouve.

N'achetez pas un « transfert sans coupure » comme slogan marketing. Exigez la séquence des opérations.

Intégrer l'EMS MegSolid aux contrôleurs de groupe existants

Les ingénieurs disposant de centrales diesel existantes demandent souvent :

« Allez-vous me faire remplacer mon contrôleur de groupe ? »

Le remplacement du contrôleur ne doit pas être l'hypothèse de départ.

Cartographier les signaux du contrôleur existant et les commandes inscriptibles

Ne promettez pas de compatibilité plug-and-play universelle avec chaque contrôleur Cummins, CAT, Deep Sea, ComAp ou Woodward.

La bonne question d'ingénierie est :

Quels signaux le contrôleur existant peut-il exposer, et quelles commandes le projet est-il autorisé à écrire ?

L'architecture C&I publiée de MegSolid prend en charge des fonctions EMS intégrées et des communications standard, notamment RS485 et TCP/IP.

Le projet associe ensuite ces capacités à l'interface de contrôle du groupe existante.

L'intégration peut utiliser les interfaces suivantes, selon le contrôleur et le périmètre approuvé :

Les contacts secs peuvent convenir pour des fonctions de base de démarrage/arrêt ou d'autorisation lorsque le contrôleur existant fournit ces bornes.

Une répartition plus avancée exige une cartographie de communication validée.

Figer l'interface du contrôleur existant avant l'achat

modèle de contrôleur → révision du micrologiciel → protocole de communication → cartographie des registres → commandes inscriptibles → liste des alarmes → état de sécurité en cas de défaillance

Un contrôle EMS avancé ne doit pas être promis tant que ces informations ne sont pas disponibles.

Garder la répartition courante dans la limite de puissance inverse

Les événements de puissance inverse peuvent rapidement miner la confiance dans le système hybride.

Une chute soudaine de la charge de l'installation alors que le groupe et le BESS continuent de produire de la puissance active peut orienter la puissance vers le groupe.

Le système de protection du groupe peut interpréter cette condition comme un fonctionnement en moteur ou un état anormal et déclencher.

L'EMS doit maintenir la répartition normale dans l'enveloppe approuvée du groupe.

Le relais de puissance inverse reste une couche de protection indépendante.

N'utilisez pas le relais de protection comme contrôle courant.

Un contrôle robuste de la puissance inverse exige :

polarité TC correcte → mesure valide du groupe → charge minimale du groupe → autorisation de charge/décharge du BESS → limite de rampe → repli en cas de perte de communication

L'EMS doit aussi savoir quoi faire lorsque les données de mesure deviennent périmées.

Conserver la consigne d'hier parce que le compteur d'aujourd'hui a disparu n'est pas un contrôle intelligent.

La qualité d'un EMS dépend autant de son état de défaillance que de son algorithme normal.

Construire l'analyse de rentabilité diesel-BESS à partir du carburant, des heures moteur et de la maintenance

Le carburant n'est que la première ligne de l'analyse de rentabilité diesel-BESS.

La deuxième, ce sont les heures moteur.

Convertir la réduction du temps de fonctionnement du moteur en valeur de maintenance

Supposons qu'un groupe fonctionne actuellement en continu mais que la stratégie hybride lui permette finalement de ne fonctionner que pendant des périodes sélectionnées de charge et de forte charge.

Si le temps de fonctionnement quotidien du moteur passe de 24 heures à 6 heures, le compteur horaire accumule les heures de fonctionnement à un quart du rythme précédent.

Cela peut allonger considérablement le temps calendaire nécessaire pour atteindre un jalon de maintenance basé sur les heures.

Par exemple, certains groupes ou moteurs utilisent des tâches de maintenance liées à des intervalles d'heures de fonctionnement, tels que 500 heures.

En fonctionnement continu, un jalon basé sur les heures arrive vite.

À un quart du temps de fonctionnement quotidien, le même nombre d'heures met environ quatre fois plus de temps à s'accumuler.

Mais ne promettez pas :

« la maintenance passe de toutes les trois semaines à tous les trois mois »

comme un résultat universel de MegSolid.

Les manuels de maintenance peuvent aussi imposer des limites calendaires, des exigences propres au service, des règles d'analyse d'huile et des intervalles différents selon la famille de moteurs.

Construire l'analyse de rentabilité à partir du périmètre de coût complet

Carburant économisé + heures moteur évitées + événements de maintenance différés + coûts de technicien/logistique à distance évités − pertes du BESS − dégradation de la batterie − maintenance supplémentaire du système hybride

Les mines et îles isolées peuvent faire face à des coûts logistiques de maintenance aussi importants que le coût du carburant.

Les visites de service peuvent impliquer :

Réduire le temps de fonctionnement diesel inutile s'attaque à tous ces coûts à la fois.

Les propositions diesel-BESS ne doivent pas s'arrêter aux « litres de carburant économisés ».

N'approuver la modernisation qu'une fois la séquence de contrôle définie

Conserver la centrale diesel existante et modifier la logique de répartition

Ne remplacez pas une centrale diesel qui fonctionne simplement parce que les batteries sont plus récentes. Laissez le BESS gérer les périodes de faible charge et les variations rapides de puissance, laissez le groupe gérer le service d'énergie soutenu, et donnez à un seul contrôleur une autorité claire sur la transition entre les deux.

C'est là qu'intervient l'EMS MegSolid.

MegSolid's L'architecture de stockage d'énergie C&I prend en charge l'accès coordonné aux informations de la batterie, de la charge, du réseau, du groupe diesel et du PV, tandis que les produits MEGA PCS fournissent la couche de conversion de puissance pour les conceptions de micro-réseaux hybrides.

Envoyez les données nécessaires à la revue de contrôle de la modernisation

Fournissez :

La séquence de contrôle de la modernisation doit reposer sur la centrale diesel réelle, et non sur des hypothèses à son sujet.

Faites prouver à l'EMS exactement comment il démarrera le groupe, le chargera, rechargera la batterie, protégera la charge minimale, répondra aux échelons de charge, évitera la puissance inverse et se mettra en sécurité lorsque les communications disparaissent.

FAQ

Le groupe, le PCS, l'EMS, l'appareillage et les protections peuvent tous influencer le même bus. Une batterie plus grosse ne résout pas une mauvaise propriété des sources, une logique de transfert instable, un risque de puissance inverse ou des commandes de contrôleurs contradictoires.

La batterie apporte la flexibilité, le PCS déplace la puissance, l'EMS décide quelle source doit fonctionner et à quelle puissance, et le groupe fournit l'énergie soutenue dans son enveloppe de fonctionnement approuvée.

Pendant les périodes de faible demande, le BESS peut porter la charge du site tandis que le groupe reste à l'arrêt, sous réserve de la réserve de SoC et des exigences de fiabilité. Lorsque le groupe démarre, l'EMS peut le maintenir dans la plage de charge approuvée par le constructeur.

Le minimum admissible dépend du constructeur du moteur, de la puissance principale ou continue, de la courbe de consommation, du système antipollution et des exigences de réserve du site. Il n'existe pas de pourcentage de charge minimale universel.

Le BESS peut fournir une puissance rapide de courte durée pour les échelons de charge soudains pendant que le régulateur du groupe répond. Si l'événement persiste, l'EMS peut poursuivre le soutien de la batterie, démarrer un autre groupe, délester des charges moins prioritaires ou changer de mode de fonctionnement.

Le BESS alimente la faible demande, le SoC atteint le seuil de démarrage approuvé, l'EMS démarre le groupe, le groupe alimente le site et charge le BESS dans sa plage approuvée, puis l'EMS retire la demande de charge et arrête le groupe une fois le seuil d'arrêt approuvé atteint.

L'EMS a besoin de la charge du site, des kW et kVA du groupe, du SoC du BESS, de la puissance du PCS, de l'exigence de charge minimale du groupe, de la capacité de rampe du groupe, de l'état du PCC ou du bus et du retour d'état des disjoncteurs.

Non. Il dépend de l'appareillage, de l'autorisation de mise en parallèle, des protections, des commandes du groupe et de la topologie approuvée. Lorsque la mise en parallèle est interdite, le projet nécessite une séquence approuvée de coupure avant fermeture ou de transfert en îlotage.

Pas automatiquement. Identifiez d'abord le modèle du contrôleur, le micrologiciel, le protocole de communication, la cartographie des registres, les commandes inscriptibles, la liste des alarmes et l'état de sécurité en cas de défaillance, puis déterminez ce qui peut être intégré en toute sécurité.

Selon le contrôleur et le périmètre, l'intégration peut utiliser une autorisation numérique de démarrage/arrêt, l'état des disjoncteurs, l'état de marche du groupe, les alarmes, la mesure de puissance active, la fréquence et la tension, des registres Modbus inscriptibles et des verrouillages câblés.

La répartition normale de l'EMS doit rester dans l'enveloppe approuvée du groupe tandis que la protection contre la puissance inverse reste indépendante. Une polarité TC correcte, une mesure valide du groupe, une charge minimale, des limites de rampe du BESS et un repli en cas de perte de communication sont requis.

Incluez le carburant économisé, les heures moteur évitées, les événements de maintenance différés et la logistique de service à distance évitée, puis soustrayez les pertes du BESS, la dégradation de la batterie et la maintenance supplémentaire du système hybride.

Envoyez le schéma unifilaire existant, la marque et le modèle exact du groupe, le modèle et le micrologiciel du contrôleur, les kW et kVA du groupe, l'exigence de charge minimale, la courbe de consommation, le profil de charge par intervalles, le plus gros moteur ou échelon de charge, les informations sur le relais de puissance inverse, la disposition des disjoncteurs, les protocoles de communication, les données PV et les modes de fonctionnement requis du BESS.

MegSolid (Hong Kong) Limited se consacre à la R&D, à la conception et à la fourniture de systèmes de stockage d’énergie haute performance. Forts de dix ans d’expérience technique, nous proposons à nos clients du monde entier des systèmes ESS sur mesure en armoires extérieures, des onduleurs résidentiels et des solutions d’alimentation portables.
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