Як працює Microgrid: мережевий та автономний режими

Як працює Microgrid: мережевий та автономний режими

Microgrid може працювати у взаємодії із зовнішньою електромережею або формувати локальний енергетичний контур для живлення визначених споживачів. Перехід між режимами забезпечує система автоматизованого керування, яка координує генерацію, систему накопичення енергії BESS, комутаційне обладнання та навантаження підприємства.

Можливість автономної роботи залежить не лише від наявності генератора чи акумуляторів. Для цього мікромережа повинна мати відповідну електричну архітектуру, засоби захисту, автоматичні алгоритми, джерело формування локальної мережі та достатній запас потужності.

Мережевий режим роботи Microgrid

У мережевому режимі Microgrid працює паралельно із зовнішньою електричною мережею.

Підприємство може одночасно використовувати:

• електроенергію із зовнішньої мережі;
• власну сонячну або вітрову генерацію;
• когенераційну чи газопоршневу установку;
• дизельні або газові генератори;
• систему накопичення енергії BESS.

Система керування постійно контролює споживання, доступну генерацію, стан накопичувачів та параметри зовнішньої мережі. На підставі цих даних визначається оптимальне співвідношення між імпортом електроенергії, власним виробництвом і використанням накопиченої енергії.

Які завдання вирішуються в мережевому режимі

Під час паралельної роботи із зовнішньою мережею Microgrid може:

• збільшувати використання власної генерації;
• заряджати BESS за наявності надлишкової енергії;
• обмежувати пікове споживання з мережі;
• підтримувати встановлений ліміт потужності;
• зменшувати витрати на електроенергію;
• балансувати генерацію та навантаження;
• контролювати перетікання потужності в точці приєднання;
• готувати систему до можливого переходу в автономний режим.

Наприклад, удень сонячна електростанція може забезпечувати частину поточного споживання підприємства, а надлишок енергії спрямовуватися на заряджання BESS. У години максимального навантаження накопичувач віддає енергію та зменшує споживання із зовнішньої мережі.

Постійний контроль зовнішньої мережі

Для безпечної роботи Microgrid контролює основні електричні параметри в точці приєднання:

• наявність напруги;
• рівень і симетрію напруги;
• частоту;
• напрямок та величину потоків потужності;
• стан комутаційних апаратів;
• аварійні й попереджувальні сигнали;
• готовність локальних джерел і BESS.

Якщо параметри виходять за встановлені межі або зовнішнє живлення повністю зникає, система формує алгоритм переходу до іншого режиму роботи.

Перехід Microgrid в автономний режим

Автономний, або острівний, режим передбачає відокремлення локальної енергосистеми від зовнішньої мережі.

За відповідної архітектури послідовність переходу може включати:

1. Виявлення аварії або неприпустимих параметрів зовнішньої мережі.
2. Відключення точки приєднання до зовнішньої мережі.
3. Перевірку фактичного відокремлення локального контуру.
4. Визначення доступної потужності генерації та BESS.
5. Формування локальних значень напруги й частоти.
6. Відключення або обмеження некритичних споживачів.
7. Підключення критичних навантажень відповідно до пріоритетів.
8. Подальше балансування генерації та споживання.

Конкретна послідовність залежить від типів джерел, параметрів мережі, вимог до безперервності живлення та допустимої тривалості переходу.

Що забезпечує локальну мережу в автономному режимі

Після відокремлення від зовнішньої мережі один із компонентів Microgrid повинен підтримувати напругу та частоту локального енергетичного контуру.

Таку функцію, залежно від архітектури, можуть виконувати:

• BESS із відповідним інвертором;
• синхронний генератор;
• когенераційна або газопоршнева установка;
• комбінація кількох джерел під керуванням Microgrid Controller.

• Не кожен мережевий інвертор здатний самостійно сформувати локальну мережу. Тому можливість автономної роботи має бути передбачена ще на етапі розроблення концепції та вибору обладнання.

  Балансування потужності в автономному режимі

  Під час роботи без зовнішньої мережі генерація та споживання повинні бути постійно збалансовані.

  Система керування аналізує:

• сумарне навантаження;
• доступну потужність кожного джерела;
• стан і рівень заряду BESS;
• резерв потужності;
• пріоритети споживачів;
• допустиму тривалість автономної роботи;
• технічні обмеження обладнання

Якщо генерації недостатньо, Microgrid може поетапно обмежувати навантаження. Спочатку відключаються споживачі з найнижчим пріоритетом, тоді як критичні технологічні процеси продовжують отримувати живлення.

Якщо доступної генерації більше, ніж потрібно, система може:

• зменшити потужність керованих джерел;
• заряджати BESS;
• підключати дозволені додаткові навантаження;
• обмежувати відновлювану генерацію, якщо накопичувач заряджений і споживання недостатнє.

Роль BESS під час переходу між режимами

Система накопичення енергії може виконувати в Microgrid одразу кілька функцій:

• швидко компенсувати дефіцит потужності;
• підтримувати напругу та частоту;
• згладжувати зміну навантаження;
• покривати період запуску генераторних установок;
• стабілізувати роботу відновлюваної генерації;
• забезпечувати запас енергії для критичних споживачів.

Проте тривалість автономної роботи визначається не лише ємністю акумуляторів. Вона залежить від потужності та профілю навантаження, доступної генерації, обраної глибини розряду, резерву й алгоритмів керування.

Пріоритети навантажень

Ще до впровадження Microgrid споживачі підприємства поділяються на групи.

Критичні навантаження

Обладнання, зупинення якого може спричинити небезпеку, пошкодження продукції, порушення технології або значні фінансові втрати.

Важливі навантаження

Споживачі, роботу яких бажано зберегти, якщо доступної потужності достатньо.

Некритичні навантаження

Обладнання, яке можна тимчасово обмежити або відключити без істотного впливу на безпеку й ключові процеси підприємства.

Такий поділ дає змогу підтримувати роботу найважливіших систем навіть за обмеженої генерації або невеликого запасу енергії в BESS.

Повернення до роботи із зовнішньою мережею

Після відновлення нормальних параметрів зовнішньої мережі Microgrid не повинен підключатися до неї безконтрольно.

Система перевіряє:

• табільність напруги;
• частоту;
• послідовність і збіг фаз;
• готовність комутаційних апаратів;
• відсутність блокувань;
• допустимі умови синхронізації.

• Після виконання необхідних умов відбувається синхронізація, замикання точки приєднання та поступове повернення до паралельного режиму.

  Далі система може відновити живлення раніше відключених навантажень, скоригувати роботу локальної генерації та перевести BESS до планового режиму заряджання або резервування.

  Перехід без перерви чи з короткочасним знеструмленням

  Не кожна мікромережа забезпечує абсолютно безперервний перехід між режимами.

  За характером перемикання рішення можуть передбачати:

• перехід із технологічно допустимою перервою;
• швидке автоматичне перемикання;
• підтримання окремих особливо критичних споживачів без перерви;
• безперервний перехід за рахунок відповідної архітектури BESS, перетворювачів і системи керування.

• Необхідний сценарій визначається вимогами технологічного процесу. Чим коротша допустима перерва, тим вищі вимоги до обладнання, резервування, захистів і алгоритмів керування.

• Чому важливе попереднє моделювання

  Перед реалізацією Microgrid необхідно перевірити, як система поводитиметься в різних сценаріях:

• раптове зникнення зовнішньої мережі;
• запуск великих електродвигунів;
• різке зменшення сонячної генерації;
• відключення одного з локальних джерел;
• низький рівень заряду BESS;
• перевантаження;

• Моделювання режимів допомагає правильно визначити потужність джерел і накопичувачів, перелік критичних навантажень, логіку захисту та послідовність перемикань.

  Що отримує замовник

  Грамотно спроєктований Microgrid забезпечує:

• керовану паралельну роботу із зовнішньою мережею;
• можливість автономного живлення визначених споживачів;
• автоматичне балансування потужності;
• пріоритетне живлення критичних навантажень;
• узгоджену роботу генерації та BESS;
• контрольований перехід між режимами;
• централізований моніторинг;
• зменшення ризику тривалого простою підприємства.

Комплексний підхід ЕЛАКС

ЕЛАКС розробляє алгоритми роботи Microgrid з урахуванням реального профілю споживання, наявної системи електропостачання, складу генерації та вимог до автономності.

Комплекс робіт може охоплювати:

обстеження системи електропостачання → аналіз навантажень → визначення режимів → розроблення архітектури → моделювання → проєктування → виготовлення шаф керування → програмування → інтеграцію → випробування → пусконалагодження.

Плануєте створення Microgrid або модернізацію наявної системи резервного електропостачання? ЕЛАКС готовий розробити рішення з урахуванням допустимого часу перемикання, необхідної автономності та пріоритетів вашого підприємства.