一种平抑大负载冲击波动高速机电站制造技术

本实用新型专利技术公开了一种平抑大负载冲击波动高速机电站，包含柴油发电机组G1、G2、Gn、断路器GB1、GB2、GBn及控制器AGC1、AGC2、AGCn，市电电源进线及控制器AGCm，交流母线，飞轮储能阵列单元，双向变流器单元，控制器ASC，直流母线；大启动负载1、大启动负载i，启动点1及前馈信号1、启动点i及前馈信号i，其他负载线路等。主要优点是：通过飞轮储能系统和柴油发电机组协调控制，平抑大负载启动冲击过程，以较小的电站设计容量实现抗过载性能；采用分段定值检测和启动点开关量前馈控制设计，系统响应速度块、灵敏性和准确可靠性高；具备一定的辅助调频改善电能质量能力，提高电站总体运行控制水平；降低高速机电站设计容量，系统集成安装简单、扩展灵活。扩展灵活。扩展灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种平抑大负载冲击波动高速机电站


[0001]本技术属于电站抗过载控制
，具体地说是一种应对大负载启动冲击波动的高速机电站技术。

技术介绍

[0002]在燃油内燃机组当中，与使用重油发电的中低速机组不同，使用轻柴油发电的高速机组因其启停速度快、操作灵活、便于组站安装等特点，在应急或备用电源方面获得广泛应用。然而同时也存在着机组电站设计容量与大电机负载启动需求的矛盾，如果为了适应大负载启动冲击，就要大幅度增加高速机站容量，但是在长期平稳负载过程中又造成机组容量的大量浪费。
[0003]在电站功率管理经济运行的同时，为了提高设计容量利用率，现有的应对启动冲击过载的技术有采用负荷电流电气量前馈方法，通过检测负载启动冲击电流变化率模拟量，将处理的冲击信号前馈至发动机调速系统，提前调控油量，并启动压缩空气对发动机气缸补气，由于电气量比传统机械量反馈更快，对补偿功率缺额和稳定电压频率有良好效果。然而该方法适用范围有限，仅局限于单机应用，但不能用于多机并机电站，而且单机应用也较难得到发动机厂家的支持。为了实现并机电站的抗过载性能，需要利用储能技术。国内有另一种方法提高柴油发电机组抗过载冲击能力，即在柴油机和发电机之间加装同轴大惯量机械飞轮，适合于港口作业场景，但由于启动惯量大而不适合做应急备用电源，此外机组产品为特型集成，推广范围有限。
[0004]随着电力电子和储能技术发展，各种场景对储能系统的工程应用日益成熟。负载冲击引起系统波动包括周期性脉冲负载、频繁动力作业、大电机启动等不同情况。有多种储能技术可以利用，包括蓄电池、超级电容器、飞轮储能等等，其中飞轮储能因其有能量密度高、安装及扩展灵活、占地空间小、高效节能环保、维护极少及寿命长等综合优势，更便于高速机电站集成和高效利用。目前飞轮应用针对情形主要有，其一是面向关键负载的不间断UPS电源，多为在线双变换结构特征，储能侧重于故障调峰续航，并能很好地保证电能质量，如电信行业、数据中心、半导体加工、电源车、医疗行业、机场、脉冲负载等领域；其二是面向频繁不定的动力冲击和波动，基本结构多为互动式特征，储能侧重于能量回收利用和电能质量改善，如电力辅助调频、微电网、新能源站、油田钻机、轨道和电动交通、船舶电力推进、大型医疗设备等领域，这种类型又可分为功率型和能量型，以适应不同场景的使用需要。
[0005]与上述应用特点不同的是，很多工业矿业电站更着重考虑负载启动操作序列的满足，及电站方案技术经济协调性，特别是大负载启动带来的问题，很多用户根据投资成本和技术经济综合平衡，常常使用电机直接启动方式。这些电站不会像油田钻机等行业那样将充电储能、能量回收和释放经过不同的电气回路和机械途径分开进行，而是全部通过母线系统完成电力操作；在现有的工程应用中，飞轮系统根据电压波动变化进行充放电状态转换，并没有考虑大电机启动过程，为进一步提高飞轮系统响应前置性和判据准确性、更快更好地平抑启动瞬间冲击波动，需要利用操作启动点提供开关量条件信号；需要结合高速机
电站功率管理特点，针对负载结构协调配置储能系统、高速机容量，在解决平抑波动问题的同时，使稳态运行容量充分利用，最小化燃油消耗和电站设计规模。
[0006]利用飞轮储能实现柴油发电机组抗过载性能有两种方式，一是将飞轮和传统机组集成为一个单元系统，形成抗过载型集成产品，再将多个抗过载型机组单元组成并机电站，但这种方式成本高，电站匹配设计缺乏灵活性，对不同项目和场景变化的产品适应性很差。另一种方式是配合传统机组电站，采用集中式储能阵列与电站匹配及接入系统，这种方式高度灵活，非常有利于产品应用推广、项目方案设计与技术经济协调、系统扩展、电站使用维护、电站技术升级等。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本技术提供了一种平抑大负载冲击波动高速机电站及控制方案。
[0008]本技术的技术方案为：
[0009]一种平抑大负载冲击波动高速机电站，包含柴油发电机组G1、G2、Gn、断路器GB1、GB2、GBn及控制器AGC1、AGC2、AGCn，市电电源进线及控制器AGCm，交流母线，飞轮储能阵列单元，双向变流器单元，控制器ASC，直流母线；大启动负载1、大启动负载i，启动点1及前馈信号1、启动点i及前馈信号i，其他负载线路等。
[0010]市电电源进线经断路器连接交流母线，控制器AGCm检测市电进线电压电流并控制市电断路器；各柴油发电机组经断路器经交流母线并机连接，机组控制器检测机组主回路电压电流并控制机组断路器和调节机组；飞轮阵列单元经直流母线连接双向变流器直流侧；双向变流器单元交流输出连接交流母线；控制器ASC检测和控制双向变流器单元的交流输出；各大负载启动点输出前馈信号分别经控制线路连接控制器ASC开关量输入点；控制器ASC输出逻辑复位状态信号供用户指示使用；其他负载线路经各自断路器连接交流母线；机组控制器AGC1、AGC2、AGCn及市电控制器AGCm经CANbus通信线路连接，并与控制器ASC通信；双向变流器单元与控制器ASC和飞轮阵列单元通信连接进行控制。
[0011]上述部件之间协同控制实现高速机电站稳定运行、功率管理、负载冲击波动快速响应和调节平抑等功能。
[0012]高速机电站抗过载配置原则：
[0013]柴油发电机组电站为应急/备用电站。根据项目负载表及启动序列方案，对最大方式的启动负载电压降、发电机视在容量、发动机有功功率冲击及稳态额定负载进行计算，确定柴油发电机组规格和数量。设计功率管理方案，对机组额定运行负载、最低运行负载、旋转热备用容量、最小在线台数和启停控制等进行设置。在机组容量方案规划基础上，对飞轮系统及双向变流器系统规格设计方法如下：
[0014]应急/备用电站的大负载启动是逐台操作方式，一般原则顺序是先启动大负载、后启动小负载，并考虑电站带载运行过程中会启动某个大负载。因此选取其中最大启动负载参数参与确定飞轮容量规格。大电机启动时，无功功率的最大冲击发生在启动瞬间，而有功功率冲击最大值是在启动之后电机转矩爬升至最大值的附近，因此飞轮对有功和无功的最大补偿点发生在不同时间，启动瞬间无功冲击电压降最大，启动过程有功冲击补偿量最大。这就要求飞轮系统在检测电压降的基础上，通过启动点前馈信号加强前置响应，同时飞轮
恒功率放电输出时间与大电机启动时间可靠配合。
[0015]在柴油发电机组功率管理系统中，设机组额定功率P，额定功率因数cosφ。在项目负载控制规范分析的基础上，设置机组最小在线台数为k，设置在线单机有功功率降低至Po时按优先级停运一台机组，有功功率增加达到P1时按优先级启动下一台机组，则单机最小旋转热备用容量为P
‑
P1，电站应急运行期间，最小旋转热备用容量为k*（P
‑
P1）。根据项目负载参数，计算最大电机负载启动过程转矩爬升有功峰值Pm，在启动期间Tm内平均有功功率将小于Pm；允许机组发动机过载能力d倍，如无特殊要求，d一般取为1.1倍，则要求飞轮最大补偿有功功率Ps应为式（1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平抑大负载冲击波动高速机电站，其特征在于：市电电源进线经断路器连接交流母线，控制器AGCm检测市电进线电压电流并控制市电断路器；各柴油发电机组经断路器经交流母线并机连接，机组控制器检测机组主回路电压电流并控制机组断路器和调节机组；飞轮阵列单元经直流母线连接双向变流器直流侧；双向变流器单元交流输出连接交流母线；控制器ASC检测和控制双向变流器单...

【专利技术属性】
技术研发人员：张守和，卢志勇，胡斌，周金木，赵国军，平原，徐关军，幸汉儒，
申请(专利权)人：葛洲坝能源重工有限公司，
类型：新型
国别省市：