一种固态燃料电池发电并网系统及其控制方法技术方案

本申请提供一种固态燃料电池发电并网系统及其控制方法，该固态燃料电池发电并网系统中利用同步发动机系统对电网提供惯量支撑；而且，当接收到有功功率调度指令后，该控制方法先确定同步发动机系统输出的有功功率，然后以有功功率调度指令的有功功率减去该同步发动机系统输出的有功功率之差，作为电力电子转换系统的有功功率参考值；并对该有功功率参考值的变化速率进行限制，避免负载瞬变使SOFC燃料匮乏，而缩短SOFC寿命的情况发生；最后，以限制后的有功功率参考值，作为电力电子转换系统的有功功率指令值，使电力电子转换系统按照有功功率指令值进行有功功率输出，进而实现对于该有功功率调度指令的响应。有功功率调度指令的响应。有功功率调度指令的响应。

【技术实现步骤摘要】
一种固态燃料电池发电并网系统及其控制方法


[0001]本申请涉及燃料电池发电
，特别涉及一种固态燃料电池发电并网系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]现有的SOFC(Solid Oxide Fuel Cell，固态氧化物燃料电池)并网发电方案是，输入的氢气和空气在燃料电池内部电极进行氧化反应，将化学能转换为电能，再由电力电子转换系统将SOFC发出的直流电转换为交流电后进行并网；由于化学能转换为电能的过程中，生成水的同时会释放热量，进而造成大量余热；而这些余热一般会通过散热装置进行耗散，无法得到充分利用，因此该方案的能量使用效率有待提高。
[0003]由于SOFC在发电过程中的内部工作温度可达600℃到1000℃度，是高质量的热源，所以，现有技术中还存在一种方案是利用其发电余热来加热供暖用水、生活或工业用水等，进而提高能量使用效率。
[0004]然而，上述两种方案下，虽然对SOFC进行逆变的电力电子转换系统具有功率快速响应的能力，但是由于SOFC内部的电化学、热力学响应以及供氢系统机械部件如阀、泵响应速度慢，所以两种方案都只能让SOFC为电网提供稳定的功率或者变化缓慢(秒级)的功率，而不能对电网提供惯量支撑；另外，若强行对SOFC实施快速功率调度，不仅不利于保证电网电能质量和电网稳定性，而且负载瞬变会使SOFC燃料匮乏，对SOFC来说是有害的，并且会缩短其寿命。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请提供一种固态燃料电池发电并网系统及其控制方法，以对电网提供惯量支撑，同时避免缩短SOFC的寿命。
[0006]为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
[0007]本申请第一方面提供了一种固态燃料电池发电并网系统的控制方法，固态燃料电池发电并网系统中包括：对固态燃料电池SOFC输出电能进行功率转换的电力电子转换系统，和，将所述SOFC热能转换为电能的同步发动机系统；所述控制方法包括：
[0008]S101、接收有功功率调度指令；
[0009]S102、确定所述同步发动机系统输出的有功功率；
[0010]S103、以所述有功功率调度指令的有功功率减去所述同步发动机系统输出的有功功率之差，作为所述电力电子转换系统的有功功率参考值；
[0011]S104、对所述有功功率参考值的变化速率进行限制；
[0012]S105、以限制后的所述有功功率参考值，作为所述电力电子转换系统的有功功率指令值，使所述电力电子转换系统按照所述有功功率指令值进行有功功率输出。
[0013]可选的，步骤S102至S105均为实时或周期性执行的。
[0014]可选的，步骤S104包括：
[0015]将所述有功功率参考值的变化速率限制在预设范围内。
[0016]可选的，步骤S102包括：
[0017]获取所述同步发动机系统输出的三相电压瞬时值及三相电流瞬时值；
[0018]根据所述三相电压瞬时值及所述三相电流瞬时值，计算得到所述同步发动机系统输出的有功功率。
[0019]可选的，在任意步骤前后，还包括：
[0020]S201、接收无功功率调度指令；
[0021]S202、按照预设比例对所述无功功率调度指令的无功指令进行分配，分别得到所述电力电子转换系统的无功功率指令值及所述同步发动机系统的无功功率指令值，使所述电力电子转换系统及所述同步发动机系统分别按照相应的无功功率指令值进行无功功率输出。
[0022]可选的，所述预设比例为：所述电力电子转换系统与所述同步发动机系统能够提供的最大无功功率之间的比例。
[0023]本申请第二方面提供了一种固态燃料电池发电并网系统，包括：燃料供给系统、固态燃料电池组、电力电子转换系统、同步发动机系统及控制系统；其中，
[0024]所述燃料供给系统用于提供所述固态燃料电池组所需的气体；
[0025]所述电力电子转换系统用于对所述固态燃料电池组输出的直流电转换为交流电；
[0026]所述同步发动机系统用于将所述固态燃料电池组的热能转换为交流电；
[0027]所述燃料供给系统、所述电力电子转换系统及所述同步发动机系统，均受控于所述控制系统；
[0028]所述控制系统用于执行如上述第一方面任一种所述的固态燃料电池发电并网系统的控制方法。
[0029]可选的，所述控制系统，包括：站级监控系统和设备级控制系统；
[0030]所述站级监控系统用于接收数据采集与监视控制系统SCADA下发的有功功率调度指令和/或无功功率调度指令，并执行所述控制方法；
[0031]所述设备级控制系统与所述站级监控系统通信连接，并用于实现对于所述燃料供给系统、所述电力电子转换系统及所述同步发动机系统中相应设备的控制。
[0032]可选的，所述电力电子转换系统，包括：DC/DC变换器和DC/AC逆变器；
[0033]所述DC/DC变换器的输入端与所述固态燃料电池组的输出端相连；
[0034]所述DC/DC变换器的输出端与所述DC/AC逆变器的直流侧相连；
[0035]所述DC/AC逆变器的交流侧通过相应的升压变压器连接电网；
[0036]所述DC/AC逆变器受控于所述设备级控制系统。
[0037]可选的，所述同步发动机系统，包括：热传导系统、加温气化装置、汽轮机、同步发动机及同步机励磁系统；
[0038]所述热传导系统用于将所述固态燃料电池组的热能传递给所述加温气化装置；
[0039]所述加温气化装置用于将液体供给系统提供的水或冷却液加热，生成蒸汽，以推动所述汽轮机转动；
[0040]所述汽轮机用于带动所述同步发电机发电；
[0041]所述同步机励磁系统用于调节所述同步发电机的输出电压；
[0042]所述同步发电机的输出端通过相应的升压变压器连接电网；
[0043]所述汽轮机与所述设备级控制系统通信连接，所述同步机励磁系统受控于所述设备级控制系统。
[0044]可选的，所述设备级控制系统，包括：燃料供给控制系统、汽轮机控制系统、逆变器控制系统及同步机控制系统；
[0045]所述燃料供给控制系统用于根据所述固态燃料电池组的输出电流，调节所述燃料供给系统的气体流量；以及，将对于所述燃料供给系统的监控信息上报至所述站级监控系统；
[0046]所述汽轮机控制系统用于调节汽轮机的调控参数，实现对于所述汽轮机的机械转矩的输出控制；以及，上报所述调控参数至所述站级监控系统；
[0047]所述逆变器控制系统用于响应所述站级监控系统的功率指令，控制DC/AC逆变器按照相应的功率指令值进行功率输出；
[0048]所述同步机控制系统用于控制同步机励磁系统，来实现对于同步发电机的输出电压的调节；以及，响应所述站级监控系统的无功功率指令，通过所述同步机励磁系统控制所述同步发电机按照相应的无功功率指令值进行无功功率输出。
[0049]可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态燃料电池发电并网系统的控制方法，其特征在于，固态燃料电池发电并网系统中包括：对固态燃料电池SOFC输出电能进行功率转换的电力电子转换系统，和，将所述SOFC热能转换为电能的同步发动机系统；所述控制方法包括：S101、接收有功功率调度指令；S102、确定所述同步发动机系统输出的有功功率；S103、以所述有功功率调度指令的有功功率减去所述同步发动机系统输出的有功功率之差，作为所述电力电子转换系统的有功功率参考值；S104、对所述有功功率参考值的变化速率进行限制；S105、以限制后的所述有功功率参考值，作为所述电力电子转换系统的有功功率指令值，使所述电力电子转换系统按照所述有功功率指令值进行有功功率输出。2.根据权利要求1所述的固态燃料电池发电并网系统的控制方法，其特征在于，步骤S102至S105均为实时或周期性执行的。3.根据权利要求1所述的固态燃料电池发电并网系统的控制方法，其特征在于，步骤S104包括：将所述有功功率参考值的变化速率限制在预设范围内。4.根据权利要求1所述的固态燃料电池发电并网系统的控制方法，其特征在于，步骤S102包括：获取所述同步发动机系统输出的三相电压瞬时值及三相电流瞬时值；根据所述三相电压瞬时值及所述三相电流瞬时值，计算得到所述同步发动机系统输出的有功功率。5.根据权利要求1至4任一项所述的固态燃料电池发电并网系统的控制方法，其特征在于，在任意步骤前后，还包括：S201、接收无功功率调度指令；S202、按照预设比例对所述无功功率调度指令的无功指令进行分配，分别得到所述电力电子转换系统的无功功率指令值及所述同步发动机系统的无功功率指令值，使所述电力电子转换系统及所述同步发动机系统分别按照相应的无功功率指令值进行无功功率输出。6.根据权利要求5所述的固态燃料电池发电并网系统的控制方法，其特征在于，所述预设比例为：所述电力电子转换系统与所述同步发动机系统能够提供的最大无功功率之间的比例。7.一种固态燃料电池发电并网系统，其特征在于，包括：燃料供给系统、固态燃料电池组、电力电子转换系统、同步发动机系统及控制系统；其中，所述燃料供给系统用于提供所述固态燃料电池组所需的气体；所述电力电子转换系统用于对所述固态燃料电池组输出的直流电转换为交流电；所述同步发动机系统用于将所述固态燃料电池组的热能转换为交流电；所述燃料供给系统、所述电力电子转换系统及所述同步发动机系统，均受控于所述控制系统；所述控制系统用于执行如权利要求1至6任一项所述的固态燃料电池发电并网系统的控制方法。8.根据权利要求7所述的固态燃料电池发电并网系统，其特征在于，所述控制系统，包
括：站级监控系统和设备级控制系统；所述站级监控系统用于接收数据采集与监视控制系统SCADA下发的有功功率调度指令和/或无功功率调度指令，并执行所述控制方法；所述设备级控制系统与所述站级监控系统通信连接，并用于实现对于所述燃料供给系统、所述电力电子转换系统及所述同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张元泽，徐君，
申请(专利权)人：阳光电源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：