ڈیزل جنریٹر سیٹ اور توانائی ذخیرہ کرنے کے درمیان تعلق کے مسئلے کا تجزیہ

یہاں ڈیزل جنریٹر سیٹس اور انرجی سٹوریج کے نظام کے باہمی ربط سے متعلق چار بنیادی مسائل کی انگریزی میں تفصیلی وضاحت ہے۔ یہ ہائبرڈ انرجی سسٹم (جسے اکثر "ڈیزل + اسٹوریج" ہائبرڈ مائیکرو گرڈ کہا جاتا ہے) کارکردگی کو بہتر بنانے، ایندھن کی کھپت کو کم کرنے، اور مستحکم بجلی کی فراہمی کو یقینی بنانے کے لیے ایک جدید حل ہے، لیکن اس کا کنٹرول انتہائی پیچیدہ ہے۔

بنیادی مسائل کا جائزہ

1. 100ms ریورس پاور کا مسئلہ: ڈیزل جنریٹر کو بیک فیڈنگ پاور سے توانائی کے ذخیرہ کو کیسے روکا جائے، اس طرح اس کی حفاظت کی جائے۔
2. مستقل پاور آؤٹ پٹ: ڈیزل انجن کو اس کے اعلی کارکردگی والے زون میں مستقل طور پر چلانے کا طریقہ۔
3. انرجی سٹوریج کا اچانک منقطع ہونا: جب انرجی سٹوریج کا نظام اچانک نیٹ ورک سے دور ہو جائے تو اس کے اثرات کو کیسے سنبھالا جائے۔
4. ری ایکٹیو پاور کا مسئلہ: وولٹیج کے استحکام کو یقینی بنانے کے لیے دو ذرائع کے درمیان ری ایکٹیو پاور شیئرنگ کو کیسے مربوط کیا جائے۔

1. 100ms ریورس پاور کا مسئلہ

مسئلہ کی تفصیل:
ریورس پاور اس وقت ہوتی ہے جب برقی توانائی انرجی اسٹوریج سسٹم (یا بوجھ) سے ڈیزل جنریٹر سیٹ کی طرف واپس آتی ہے۔ ڈیزل انجن کے لیے، یہ انجن کو چلانے والی "موٹر" کی طرح کام کرتا ہے۔ یہ انتہائی خطرناک ہے اور اس کا سبب بن سکتا ہے:

• مکینیکل نقصان: انجن کی غیر معمولی ڈرائیونگ کرینک شافٹ اور کنیکٹنگ راڈ جیسے اجزاء کو نقصان پہنچا سکتی ہے۔
• سسٹم کی عدم استحکام: ڈیزل انجن کی رفتار (تعدد) اور وولٹیج میں اتار چڑھاؤ کا سبب بنتا ہے، جو ممکنہ طور پر بند ہونے کا باعث بنتا ہے۔

اسے 100ms کے اندر حل کرنے کی ضرورت اس لیے موجود ہے کیونکہ ڈیزل جنریٹرز میں بڑی میکانکی جڑت ہوتی ہے اور ان کی رفتار کو چلانے والے نظام آہستہ آہستہ جواب دیتے ہیں (عام طور پر سیکنڈ کے حساب سے)۔ وہ اس برقی بیک فلو کو تیزی سے دبانے کے لیے خود پر بھروسہ نہیں کر سکتے۔ اس کام کو توانائی کے ذخیرہ کرنے والے نظام کے الٹرا فاسٹ رسپانسنگ پاور کنورژن سسٹم (PCS) کے ذریعے سنبھالا جانا چاہیے۔

حل:

• بنیادی اصول: "ڈیزل لیڈز، اسٹوریج مندرجہ ذیل ہے۔" پورے سسٹم میں، ڈیزل جنریٹر سیٹ وولٹیج اور فریکوئنسی ریفرنس سورس (یعنی V/F کنٹرول موڈ) کے طور پر کام کرتا ہے، جو "گرڈ" کے مشابہ ہے۔ انرجی سٹوریج سسٹم Constant Power (PQ) کنٹرول موڈ میں کام کرتا ہے، جہاں اس کی آؤٹ پٹ پاور کا تعین مکمل طور پر ماسٹر کنٹرولر کے حکم سے ہوتا ہے۔
• کنٹرول منطق:
  1. ریئل ٹائم مانیٹرنگ: سسٹم ماسٹر کنٹرولر (یا خود اسٹوریج پی سی ایس) آؤٹ پٹ پاور کی نگرانی کرتا ہے (پی_ڈیزل) اور ریئل ٹائم میں ڈیزل جنریٹر کی سمت بہت تیز رفتاری سے (مثال کے طور پر فی سیکنڈ ہزاروں بار)۔
  2. پاور سیٹ پوائنٹ: توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام کے لیے پاور سیٹ پوائنٹ (پی_سیٹ) کو پورا کرنا ضروری ہے:پی_لوڈ(کل لوڈ پاور) =پی_ڈیزل+پی_سیٹ.
  3. تیز رفتار ایڈجسٹمنٹ: جب بوجھ اچانک کم ہوجاتا ہے، جس کی وجہ سےپی_ڈیزلمنفی رجحان کرنے کے لیے، کنٹرولر کو چند ملی سیکنڈ کے اندر اندر اسٹوریج PCS کو ایک کمانڈ بھیجنا چاہیے تاکہ اس کی خارج ہونے والی طاقت کو فوری طور پر کم کیا جا سکے یا جذب کرنے والی طاقت (چارجنگ) پر سوئچ کریں۔ یہ بیٹریوں میں اضافی توانائی جذب کرتا ہے، اس بات کو یقینی بناتا ہے۔پی_ڈیزلمثبت رہتا ہے.
• تکنیکی حفاظتی تدابیر:
  • تیز رفتار مواصلات: ڈیزل کنٹرولر، اسٹوریج پی سی ایس، اور سسٹم ماسٹر کنٹرولر کے درمیان کم سے کم کمانڈ میں تاخیر کو یقینی بنانے کے لیے تیز رفتار مواصلاتی پروٹوکول (مثلاً، CAN بس، تیز ایتھرنیٹ) کی ضرورت ہے۔
  • پی سی ایس ریپڈ رسپانس: جدید اسٹوریج پی سی ایس یونٹس میں پاور ریسپانس ٹائم 100 ایم ایس سے کہیں زیادہ تیز ہوتا ہے، اکثر 10 ایم ایس کے اندر، جس سے وہ اس ضرورت کو پورا کرنے کے مکمل طور پر اہل بناتے ہیں۔
  • بے کار تحفظ: کنٹرول لنک سے آگے، ایک ریورس پاور پروٹیکشن ریلے عام طور پر ڈیزل جنریٹر آؤٹ پٹ پر ایک حتمی ہارڈویئر رکاوٹ کے طور پر نصب کیا جاتا ہے۔ تاہم، اس کا آپریٹنگ وقت چند سو ملی سیکنڈ کا ہو سکتا ہے، لہذا یہ بنیادی طور پر بیک اپ تحفظ کے طور پر کام کرتا ہے۔ بنیادی تیزی سے تحفظ کنٹرول سسٹم پر انحصار کرتا ہے۔

2. مسلسل پاور آؤٹ پٹ

مسئلہ کی تفصیل:
ڈیزل انجن اپنی ریٹیڈ پاور کے تقریباً 60%-80% کی لوڈ رینج کے اندر ایندھن کی اعلی کارکردگی اور سب سے کم اخراج پر کام کرتے ہیں۔ کم بوجھ "گیلے اسٹیکنگ" اور کاربن کی تعمیر کا سبب بنتا ہے، جبکہ زیادہ بوجھ ایندھن کی کھپت میں زبردست اضافہ کرتا ہے اور عمر کو کم کرتا ہے۔ مقصد ڈیزل کو بوجھ کے اتار چڑھاو سے الگ کرنا ہے، اسے ایک موثر سیٹ پوائنٹ پر مستحکم رکھنا ہے۔

حل:

• "پیک شیونگ اور ویلی فلنگ" کنٹرول کی حکمت عملی:
  1. سیٹ بیس پوائنٹ: ڈیزل جنریٹر سیٹ ایک مستقل پاور آؤٹ پٹ سیٹ پر اس کی بہترین کارکردگی کے مقام پر چلایا جاتا ہے (مثلاً 70 فیصد ریٹیڈ پاور)۔
  2. سٹوریج ریگولیشن:
     • جب لوڈ ڈیمانڈ > ڈیزل سیٹ پوائنٹ: کمی پاور (پی_لوڈ - پی_ڈیزل_سیٹ) توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام کے خارج ہونے کے ذریعہ تکمیل شدہ ہے۔
     • جب لوڈ ڈیمانڈ <ڈیزل سیٹ پوائنٹ: اضافی طاقت (پی_ڈیزل_سیٹ - پی_لوڈ) انرجی سٹوریج سسٹم چارجنگ کے ذریعے جذب ہوتا ہے۔
• سسٹم کے فوائد:
  • ڈیزل انجن مستقل طور پر اعلی کارکردگی پر چلتا ہے، آسانی سے، اپنی زندگی کو بڑھاتا ہے اور دیکھ بھال کے اخراجات کو کم کرتا ہے۔
  • توانائی کے ذخیرہ کرنے کا نظام بھاری بوجھ کے اتار چڑھاو کو ہموار کرتا ہے، ڈیزل لوڈ کی بار بار تبدیلیوں کی وجہ سے ہونے والی ناکارگی اور پہننے کو روکتا ہے۔
  • مجموعی طور پر ایندھن کی کھپت نمایاں طور پر کم ہو گئی ہے۔

3. توانائی کے ذخیرہ کا اچانک منقطع ہونا

مسئلہ کی تفصیل:
بیٹری کی خرابی، PCS کی خرابی، یا حفاظتی دوروں کی وجہ سے توانائی ذخیرہ کرنے کا نظام اچانک آف لائن ہو سکتا ہے۔ جو بجلی پہلے سٹوریج کے ذریعے ہینڈل کی جا رہی تھی (چاہے وہ پیدا ہو یا استعمال ہو) فوری طور پر مکمل طور پر ڈیزل جنریٹر سیٹ میں منتقل ہو جاتی ہے، جس سے بجلی کا زبردست جھٹکا لگتا ہے۔

خطرات:

• اگر اسٹوریج ڈسچارج ہو رہا تھا (لوڈ کو سہارا دے رہا تھا)، تو اس کا منقطع ہونے سے پورا بوجھ ڈیزل پر منتقل ہو جاتا ہے، ممکنہ طور پر اوورلوڈ، فریکوئنسی (رفتار) میں کمی، اور حفاظتی بند ہونے کا سبب بنتا ہے۔
• اگر سٹوریج چارج ہو رہی تھی (اضافی طاقت کو جذب کر رہی ہے)، تو اس کا منقطع ہونے سے ڈیزل کی اضافی بجلی کہیں نہیں جا سکتی، ممکنہ طور پر ریورس پاور اور اوور وولٹیج کا باعث بنتی ہے، اور شٹ ڈاؤن کو بھی متحرک کرتی ہے۔

حل:

• ڈیزل سائیڈ اسپننگ ریزرو: ڈیزل جنریٹر سیٹ کا سائز صرف اس کی بہترین کارکردگی کے نقطہ کے لیے نہیں ہونا چاہیے۔ اس میں متحرک اضافی صلاحیت ہونی چاہیے۔ مثال کے طور پر، اگر سسٹم کا زیادہ سے زیادہ بوجھ 1000kW ہے اور ڈیزل 700kW پر چلتا ہے، تو ڈیزل کی درجہ بندی کی صلاحیت 700kW + سب سے بڑے ممکنہ سٹیپ لوڈ (یا اسٹوریج کی زیادہ سے زیادہ طاقت) سے زیادہ ہونی چاہیے، مثلاً، 1000kW یونٹ منتخب کیا گیا ہے، جو سٹوریج کی ناکامی کے لیے 300kW کا بفر فراہم کرتا ہے۔
• فاسٹ لوڈ کنٹرول:
  1. سسٹم ریئل ٹائم مانیٹرنگ: اسٹوریج سسٹم کی سٹیٹس اور پاور فلو کی مسلسل نگرانی کرتا ہے۔
  2. غلطی کا پتہ لگانا: اچانک سٹوریج منقطع ہونے کا پتہ لگانے پر، ماسٹر کنٹرولر فوری طور پر ڈیزل کنٹرولر کو تیزی سے لوڈ میں کمی کا سگنل بھیجتا ہے۔
  3. ڈیزل رسپانس: ڈیزل کنٹرولر فوری طور پر کام کرتا ہے (مثلاً فیول انجیکشن کو تیزی سے کم کرنا) تاکہ نئے بوجھ کو پورا کرنے کے لیے پاور کو کم کرنے کی کوشش کی جا سکے۔ اسپننگ ریزرو کی صلاحیت اس سست میکانی ردعمل کے لیے وقت خریدتی ہے۔
• آخری ریزورٹ: لوڈ شیڈنگ: اگر ڈیزل کو سنبھالنے کے لیے بجلی کا جھٹکا بہت زیادہ ہے، تو سب سے زیادہ قابل اعتماد تحفظ یہ ہے کہ غیر اہم بوجھ کو بہایا جائے، جس میں اہم بوجھ اور خود جنریٹر کی حفاظت کو ترجیح دی جائے۔ سسٹم کے ڈیزائن میں لوڈ شیڈنگ سکیم ایک ضروری تحفظ کی ضرورت ہے۔

4. رد عمل کی طاقت کا مسئلہ

مسئلہ کی تفصیل:
ری ایکٹیو پاور کا استعمال مقناطیسی شعبوں کو قائم کرنے کے لیے کیا جاتا ہے اور یہ AC سسٹمز میں وولٹیج کے استحکام کو برقرار رکھنے کے لیے اہم ہے۔ ڈیزل جنریٹر اور اسٹوریج PCS دونوں کو ری ایکٹیو پاور ریگولیشن میں حصہ لینے کی ضرورت ہے۔

• ڈیزل جنریٹر: ری ایکٹیو پاور آؤٹ پٹ اور وولٹیج کو اس کے اتیجیت کرنٹ کو ایڈجسٹ کرکے کنٹرول کرتا ہے۔ اس کی رد عمل کی طاقت کی صلاحیت محدود ہے، اور اس کا ردعمل سست ہے۔
• اسٹوریج پی سی ایس: زیادہ تر جدید پی سی ایس یونٹ چار کواڈرینٹ ہیں، یعنی وہ آزادانہ طور پر اور تیزی سے ری ایکٹیو پاور کو انجیکشن یا جذب کر سکتے ہیں (بشرطیکہ وہ اپنی ظاہری پاور ریٹنگ kVA سے زیادہ نہ ہوں)۔

چیلنج: کسی بھی یونٹ کو اوور لوڈ کیے بغیر سسٹم وولٹیج کے استحکام کو یقینی بنانے کے لیے دونوں کو مربوط کیسے کریں۔

حل:

• کنٹرول کی حکمت عملی:
  1. ڈیزل وولٹیج کو کنٹرول کرتا ہے: ڈیزل جنریٹر سیٹ کو V/F موڈ پر سیٹ کیا جاتا ہے، جو سسٹم کے وولٹیج اور فریکوئنسی کا حوالہ قائم کرنے کا ذمہ دار ہے۔ یہ ایک مستحکم "وولٹیج کا ذریعہ" فراہم کرتا ہے۔
  2. سٹوریج ری ایکٹو ریگولیشن میں حصہ لیتا ہے (اختیاری):
     • پی کیو موڈ: اسٹوریج صرف ایکٹو پاور کو ہینڈل کرتا ہے (Pرد عمل کی طاقت کے ساتھ (Q) صفر پر سیٹ ہے۔ ڈیزل تمام رد عمل کی طاقت فراہم کرتا ہے۔ یہ سب سے آسان طریقہ ہے لیکن ڈیزل پر بوجھ پڑتا ہے۔
     • ری ایکٹیو پاور ڈسپیچ موڈ: سسٹم ماسٹر کنٹرولر ری ایکٹیو پاور کمانڈ بھیجتا ہے (Q_setموجودہ وولٹیج کے حالات کی بنیاد پر سٹوریج PCS پر۔ اگر سسٹم وولٹیج کم ہے تو، سٹوریج کو ری ایکٹیو پاور لگانے کا حکم دیں۔ اگر زیادہ ہے، تو اسے رد عمل کی طاقت کو جذب کرنے کا حکم دیں۔ یہ ڈیزل پر بوجھ کو کم کرتا ہے، اسے فعال پاور آؤٹ پٹ پر توجہ مرکوز کرنے کی اجازت دیتا ہے، جبکہ وولٹیج کو بہتر اور تیز تر استحکام فراہم کرتا ہے۔
     • پاور فیکٹر (PF) کنٹرول موڈ: ایک ٹارگٹ پاور فیکٹر (مثال کے طور پر، 0.95) سیٹ کیا جاتا ہے، اور اسٹوریج ڈیزل جنریٹر کے ٹرمینلز پر مجموعی طور پر پاور فیکٹر کو مستقل برقرار رکھنے کے لیے اپنے ری ایکٹو آؤٹ پٹ کو خود بخود ایڈجسٹ کرتا ہے۔
• صلاحیت پر غور: اسٹوریج پی سی ایس کا سائز کافی ظاہری بجلی کی صلاحیت (kVA) کے ساتھ ہونا چاہیے۔ مثال کے طور پر، ایک 500kW PCS آؤٹ پٹ 400kW ایکٹو پاور فراہم کر سکتا ہے زیادہ سے زیادہsqrt(500² - 400²) = 300kVArرد عمل کی طاقت کا۔ اگر رد عمل کی طاقت کی طلب زیادہ ہے تو، ایک بڑے پی سی ایس کی ضرورت ہے۔

خلاصہ

ڈیزل جنریٹر سیٹ اور انرجی سٹوریج کے درمیان کامیابی کے ساتھ ایک مستحکم انٹر کنکشن حاصل کرنا درجہ بندی کے کنٹرول پر منحصر ہے:

1. ہارڈ ویئر کی تہہ: تیز رفتار رسپانسنگ اسٹوریج PCS اور تیز رفتار کمیونیکیشن انٹرفیس کے ساتھ ڈیزل جنریٹر کنٹرولر کا انتخاب کریں۔
2. کنٹرول لیئر: "ڈیزل سیٹ V/F، اسٹوریج کرتا ہے PQ" کے بنیادی فن تعمیر کو استعمال کریں۔ ایک تیز رفتار سسٹم کنٹرولر ایکٹو پاور "پیک شیونگ/ویلی فلنگ" اور ری ایکٹیو پاور سپورٹ کے لیے ریئل ٹائم پاور ڈسپیچ انجام دیتا ہے۔
3. تحفظ کی تہہ: نظام کے ڈیزائن میں جامع تحفظ کے منصوبے شامل ہونے چاہئیں: سٹوریج کے اچانک منقطع ہونے سے نمٹنے کے لیے ریورس پاور پروٹیکشن، اوورلوڈ پروٹیکشن، اور لوڈ کنٹرول (یہاں تک کہ لوڈ شیڈنگ) کی حکمت عملی۔

اوپر بیان کردہ حلوں کے ذریعے، آپ نے جن چار اہم مسائل کو اٹھایا ہے، وہ ایک موثر، مستحکم، اور قابل اعتماد ڈیزل انرجی اسٹوریج ہائبرڈ پاور سسٹم کی تعمیر کے لیے مؤثر طریقے سے حل کیا جا سکتا ہے۔