風力タービン、ソーラーパネル、バッテリーを追加しても、安定した電力が保証されるわけではありません。不適切なサイジングや弱い制御によっても、停止が発生する可能性があります。
信頼性の高い風力・太陽光・蓄電マイクログリッドは、発電量の変化、負荷の変化、バッテリーの限界を毎秒バランスさせなければなりません。そのコンポーネントは、障害や送電網の喪失時にも連携する必要があります。
このガイドでは、要件の定義、アーキテクチャの選択、エネルギー ストレージのサイズ設定、制御の設計、安全な動作の検証の方法について説明します。
まず、サイトにとって「安定」が何を意味するかを説明します。工場では、プロセス装置を短時間の中断から保護する場合があります。診療所では、数時間にわたる重要な負荷のバックアップが必要になる場合があります。遠隔地のコミュニティでは、困難な天候の間も継続的に島での運用が必要な場合があります。
機器を選択する前に、測定可能な目標を設定します。
許容される停止時間と年間サービス可用性を定義します。計画された最長の島嶼期間を記録する。転送遅延を許容できない負荷を特定します。
許容可能な電圧および周波数の制限を設定します。モーターの始動、インバーターのランプ、および予想される最大の負荷ステップが含まれます。
主なビジネス目標を選択します。それは、回復力、再生可能な自家消費、ピークカット、燃料節約、またはいくつかの利点の組み合わせである可能性があります。
クリティカル、フレキシブル、シェッド可能の 3 つの荷重グループを作成します。制限された生成中は、クリティカルなロードが最優先されます。柔軟な荷物は晴れた時間や風の強い時間にシフトすることができます。制限可能な負荷は、バッテリーが保護された予備量に達する前に切断されます。
毎月の請求書だけからサイズを計算しないでください。少なくとも 1 年間の間隔データを、できれば 15 分刻みで収集します。記録が速いほど、モーターの始動、充電のピーク、短時間の外乱を明らかにするのに役立ちます。将来の負荷、季節的な生産変動、計画された電化を追加します。
提案されたハブの高さで測定された風データを使用します。近隣の空港の平均値は、乱気流や障害物を誤って表現している可能性があります。日射量の推定には、傾き、日陰、温度、汚れ、予想される劣化を含める必要があります。
次に、同じ時間ベースの負荷プロファイルに対して両方のリソースを調整します。日没後や曇りの時間帯には風が付加価値をもたらすことがよくあります。ただし、相補性はマーケティングの仮定ではなく、ローカル データに現れる必要があります。
コンポーネントの互換性は、電力経路全体にわたって重要です。購入前に、電圧範囲、インバータの動作、コントローラのプロトコル、保護インターフェイスを確認してください。実績のあるデバイスであっても、動作前提が矛盾するとパフォーマンスが低下する可能性があります。
完成したベースラインには、負荷の優先順位、再生可能プロファイル、停止目標、料金、環境制限、拡張計画が含まれている必要があります。これらの入力は、後のシミュレーションの設計契約になります。
安定したアーキテクチャは、生成、変換、ストレージ、配布、保護、制御を接続します。各インターフェイスには、定義された電圧、電力、通信、および障害動作が必要です。インターフェース仕様が欠落していると、信頼性の高い機器が機能しなくなる可能性があります。
層 |
主要コンポーネント |
安定性の役割 |
世代 |
風力タービン、太陽光発電 |
補完的な再生可能電力を供給する |
エネルギー貯蔵 |
バッテリーラック、BMS |
停電時のエネルギーの増加を緩衝し、蓄える |
変換 |
整流器、DC/DCステージ、PCS、ハイブリッドインバーター |
電力の流れと電気出力を制御 |
分布 |
バスバー、開閉装置、ブレーカー、変圧器 |
電力を配線し、障害を隔離する |
知能 |
EMS、マイクログリッドコントローラー、メーター、気象データ |
資産の予測、発送、調整 |
AC 結合設計では、個別の風力、太陽光、バッテリー インバーターが共通の AC バスに接続されます。柔軟性があり、改造にも適しています。余分な変換により、再生可能充電中の効率が低下する可能性があります。
DC 結合設計では、1 つのメイン インバーターの前に DC バス上のソースを結合します。これにより、変換段階と再生可能なクリッピング損失が削減される可能性があります。保護とベンダーの統合は、より専門化される可能性があります。
ハイブリッド レイアウトでは、両方のアプローチが混合されます。従来の AC 資産を新しい DC 生成またはストレージと共存させる必要がある場合に選択します。単一の見出しの評価ではなく、実際のエネルギー経路全体で効率を比較します。
の エネルギー ストレージ - 持続可能性のための革新的なソリューション - GWZK には、バッテリー、ハイブリッド システム、インバーター オプションが含まれます。これらのカテゴリは、さまざまなアーキテクチャをサポートする場合があります。最終電圧ウィンドウ、通信プロトコル、保護設定はまだ検証が必要です。
系統追従インバータには、既存の電圧および周波数基準が必要です。彼らだけでは常に島を維持できるわけではありません。単独運転中は、少なくとも 1 つのソースがグリッドを形成する必要があります。
グリッドを形成するバッテリー インバーターは、通常、電圧と周波数を確立します。他のインバータはその基準に従います。ステップ負荷、無効需要、およびモーター始動のための予備電力を定義します。
共通結合点も指定します。インタータイブレーカー、同期制御、計測、および単独運転防止保護が必要です。コントローラーは送電網の損失を認識し、インタータイを開き、アイランドを安定させ、その後安全に再接続する必要があります。
年間のエネルギー収支により、最も厳しい稼働時間が隠蔽される可能性があります。太陽光発電量、風力発電量、負荷を 1 つのタイムラインでモデル化します。予測誤差、機器のダウンタイム、温度損失、季節的なリソースのギャップが含まれます。
少なくとも 3 つのケース (通常の運用、再生可能エネルギーが低い状態、およびユーティリティの停止) を実行します。新しい機械や電気自動車の導入が計画されている場合は、将来の成長ケースを追加します。堅牢な設計は、完璧な天候に依存することなく、重要な負荷に対応します。
kW 単位で測定されるバッテリー電力によって、ストレージがどれだけ早く応答できるかが決まります。 kWh 単位で測定されるバッテリーのエネルギーによって、その応答をどれだけ長く維持できるかが決まります。どちらの価値観も使命を満たさなければなりません。
サイズ入力 |
デザインに関する質問 |
共通の監視 |
ピーク臨界負荷 |
PCS は即座に島を運ぶことができるでしょうか? |
平均需要を使用する |
最大負荷ステップ |
制御停止頻度は変更できますか? |
モーターの始動を無視する |
必要な自律性 |
使用可能なエネルギーはどれくらい持続しなければなりませんか? |
銘板kWhの使用 |
再生可能エネルギーの不足 |
悪天候を乗り越えるエネルギーはどれくらいあるでしょうか? |
日常的な太陽光を想定すると |
SOCリザーブ |
停止に備えてどのくらいの容量が残っていますか? |
容量をすべて貯蓄に費やす |
劣化マージン |
目標は今後も達成可能でしょうか? |
1年目だけのデザイン |
使用可能な容量は、充電状態の制限、放電深度、温度、経年劣化、往復効率を反映する必要があります。 HVAC、制御装置、消防システム、変圧器からの補助消費を含みます。これらの負荷は単独運転中も継続します。
最初の見積もりでは、臨界負荷エネルギーに必要な自律性を掛けます。次に、変換損失、許容放電、予備マージン、およびバッテリーの経年劣化を調整します。調達前に、この概算見積もりをシミュレーションに置き換える必要があります。
バッテリーの数が増えても、必ずしもプロジェクトの価値が向上するとは限りません。風力発電の追加により、冬季または夜間の不足をカバーできる可能性があります。太陽光発電を追加すると、予測可能な日中時間帯にストレージをより安価に充電できる可能性があります。
風力、太陽光、バッテリーのいくつかの組み合わせにわたる感度分析を使用します。の マイクログリッド設計ツールキット – Energy は 、サイト固有のコスト、パフォーマンス、信頼性を比較します。同様のモデリング ツールを使用すると、資本を投入する前にトレードオフをテストできます。
インバーターのクリッピング、バッテリーの C レート、サイクル数、削減された再生可能エネルギー、満たされていない負荷、発電機の稼働時間をチェックします。 1 つの主要コンポーネントが使用できなくなった後も、優先設計は安定した状態を維持する必要があります。
エネルギー管理システムは、数分または数時間にわたる遅い意思決定を処理します。負荷と再生可能エネルギーの発電を予測し、充電をスケジュールし、料金を管理し、停電予備金を保護します。マイクログリッド コントローラーは、より迅速な調整と動作移行を管理します。
実際の発送命令は次のルールに従う場合があります。
1. 利用可能な風力および太陽光発電から現在の負荷に対応します。
2. 安全な電力と SOC 制限を使用してエネルギー ストレージを充電します。
3. 貯蔵の優先順位が満たされた後、余剰電力を輸出または削減します。
4. 赤字、高価な期間、または送電網の混乱時の放電。
5. 保護された SOC フロアが破られる前に、優先度の低い負荷を排除します。
固定ルールにより、信頼できるフォールバックが提供されます。予測に基づいた最適化により、節約と再生可能エネルギーの利用を向上させることができます。経済的派遣によって回復力のために確保されている能力が消費されることのないようにしてください。
パワーバランスは、単独運転中の周波数に直ちに影響します。無効電力とネットワークの状態は電圧に影響します。グリッド形成制御は、監視ソフトウェアが新しいスケジュールを完了する前に応答する必要があります。
並列ソース間でドループ制御または別の検証済みの共有方法を使用します。各インバータの有効電力と無効電力の制限を定義します。高調波、不平衡、故障の乗り越え、および低慣性動作をチェックします。
の DOE マイクログリッドビルディングブロックガイダンスは 、変換、制御、保護、単独化、通信、およびストレージを接続します。これらの機能を 1 つの調整されたデザインとして扱います。
系統損失、計画的単独運転、ブラック スタート、再同期、通信障害に関する一連の文書。各シーケンスには、明確なタイミング、許容状態、およびフォールバック状態が必要です。
ブラック スタート中は、グリッド形成ソースが最初にバスに電力を供給します。負荷と再生可能インバーターは制御されたブロックで戻ります。これにより、変圧器の突入電流や電圧の低下によるモーターの起動が防止されます。
GWZKさん 1kW オールインワン風力太陽光発電充電システムは、 風力、太陽光発電、LFP 蓄電、BMS、制御、インバーター機能を統合しています。これは、小さな負荷の調整原理を示しています。大規模なシステムでは、プロジェクト固有の制御研究と冗長通信が必要になります。
インバータベースのリソースは、多くの場合、電力網よりも低い故障電流を提供します。したがって、従来の過電流設定では孤立した故障を見逃す可能性があります。保護は、系統接続条件と孤立条件の両方に適応する必要があります。
短絡、保護調整、接地、アークフラッシュ、高調波、および過渡現象の研究を完了します。変圧器の通電、モーターの始動、再生可能ランプ、および急激な負荷の変化を検証します。最終的な機器を選択する前に、公共事業の相互接続規則と地域の火災要件を確認してください。
重要な負荷のパネルを重要でないフィーダから分離します。これにより、選択的な負荷遮断がより速く、より予測可能になります。 EMS または通信ネットワークに障害が発生した場合でも、ハードウェアによる保護が引き続き有効である必要があります。
工場の受け入れテストでは、機器と通信ロジックを検証します。サイト受け入れテストでは、インストールされたシステムを検証します。試運転では、通常の電力の流れだけでなく、困難なイベントも再現する必要があります。
管理された手順に従ってこれらの条件をテストします。
いくつかの負荷レベルで電力網が失われる。
太陽光、風力、バッテリー、または主要な給電装置が突然失われる。
予想される最大の負荷ステップとモーターの始動。
SOC の低下、センサーの故障、通信の損失。
ブラックスタート、段階的な負荷ピックアップ、同期、および再接続。
緊急停止、警報、消防システムインターフェース、手動制御。
周波数の最低値、電圧回復、転送時間、SOC 応答、および負荷遮断順序を記録します。営業運転前に不安定な動作を修正してください。
再生可能発電量、エネルギー削減、バッテリー温度、セルの不均衡、インバーターアラーム、往復効率、負荷不足イベントを監視します。毎月、実際の結果を設計モデルと比較します。
季節の変化や大幅な負荷の追加後に EMS 予測を更新します。悪天候の前に、保護されている SOC 予備量を再確認してください。計画されたスケジュールに従って、開閉装置、冷却、タービンのハードウェア、PV 接続、およびバッテリーの安全システムを検査します。
サイバーセキュリティは日常業務に属します。ネットワークのセグメント化、リモート アクセスの制限、資格情報の管理、バックアップのテストを行います。通信が失われた場合に備えて、手動の操作手順を維持してください。
マイクログリッドの安定性は、測定された運用を通じて向上します。傾向データにより、信頼性が低下する前に、パネルの汚れ、タービンの性能低下、バッテリーの老朽化、または配電不良が明らかになります。
安定した風力・太陽光・蓄電マイクログリッドは、測定された負荷と地域資源データから始まります。調整されたサイジング、グリッド形成制御、保護、現実的なテストにより、信頼性が維持されます。
エネルギーストレージは、高速な安定性と長期にわたる回復力の両方を提供する必要があります。サイト固有の構成については、GWZK に問い合わせて、提案された設計を運用目標、地域の規定、ライフサイクル予算と比較してください。
A: バランスのとれた容量、グリッド形成制御、保護されたバッテリー予備量、調整された保護、およびテストされた動作移行により、安定したパフォーマンスが生み出されます。
A: バッテリーのサイズは、ピーク応答に応じて kW、必要な自立性、損失、予備、経年劣化、使用可能な放電に応じて kWh に設定します。
A: はい、グリッド形成機能、十分な生成、ストレージ、保護、ブラックスタート ロジック、および優先順位付けされた負荷があれば可能です。
A: LFP バッテリーは、強力な熱安定性、長いサイクル寿命、そして定常的な毎日のサイクリングに実用的なパフォーマンスを提供します。
A: グリッド損失、電源トリップ、負荷ステップ、低 SOC、通信障害、ブラック スタート、保護、および再接続をテストします。
