微燃氣輪機電力特性及并網(wǎng)技術(shù)

1、微型燃氣輪機電力特性及并網(wǎng)技術(shù)摘要：介紹了微型燃氣輪機的電力特性，通過對其電力并網(wǎng)問題研究和分析.闡述了微型燃 氣輪機的電力并網(wǎng)應(yīng)用，其并網(wǎng)不上網(wǎng)的發(fā)電模式不僅僅需要成熟的并網(wǎng)技術(shù).還需要考慮 到可能對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，絕不能向公用電網(wǎng)倒送電，所以要在并網(wǎng)控制線路上另外加入一 套以逆功率保護為主的綜合保護系統(tǒng)。文章并對微型燃氣輪機運行模式轉(zhuǎn)換的應(yīng)用做簡單探 討。關(guān)鍵詞：并網(wǎng)；微型燃氣輪機；整流逆變；雙模式轉(zhuǎn)換The Research on the Practical Problems in DistributedGenerationYang FanAbstract： Through the an

2、alysis and research on distributed genneration devices whichpower output based on microturbine， described the implementation of distributed generationconnect to the grid is not only need to the maturity of the technology， but also need to fully take into account possible effects on the power grid an

3、d the power must be ban to send tothe utility power grid, SO we must adding a set of reverse power protection-based comprehensive protection system to the grid control lines.Keywords： Grid Connect； Microturbine； lnverse Power； Dual mode switch 1引言近幾年，隨著國家對節(jié)能減排、能源綜合利用的需要，分布式能源系 統(tǒng)因其變負荷靈活、較低的初投資、供電可靠、較

4、小的輸電損失和適 合可再生能源應(yīng)用等特點而越來越受到重視。微型燃氣輪機就是其中 的一種動力裝置，由微型燃氣輪機組成的高轉(zhuǎn)速發(fā)電系統(tǒng)，由于具有 啟動速度快，機動性能好，運行效率高和能量體積比大的特點而在逐 漸推廣。2微型燃氣輪機電力特性及并網(wǎng)原理2. 1內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電力特性微型燃氣輪機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示：微型燃氣輪機的主要組成部分包括：發(fā)電機、圖1微型燃氣輪機內(nèi)部 結(jié)構(gòu)剖面圖離心式壓縮機、透平、回?zé)崞鳌⑷紵?、空氣軸承、數(shù)字子 式電能控制器。其獨特設(shè)計之處在于它的壓縮機和發(fā)電機安裝在一根 轉(zhuǎn)動軸上，該軸由特殊設(shè)計空氣軸承支撐，在一層很薄的空氣膜上以 最高可達到96000r / min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。

5、發(fā)電機內(nèi)部自帶數(shù)字式電能控制器，通過功率電子技術(shù)與高速數(shù)字控 制器模塊相結(jié)合，實現(xiàn)了多種功能。如調(diào)節(jié)發(fā)電機發(fā)電功率、實現(xiàn)多 個燃氣輪機成組控制、調(diào)節(jié)不同相之間的功率平衡、允許遠程調(diào)試和 調(diào)度、快速削減出力、切換并網(wǎng)運行模式和獨立運行模式。數(shù)字式電 能控制監(jiān)視器可監(jiān)視多達200個變量，它可控制發(fā)電機轉(zhuǎn)速、燃燒溫 度、燃料流動速度等變量，所有操作可在一套帶有顯示界面的軟件系 統(tǒng)上進行舊。內(nèi)部電力電子技術(shù)中的整流逆變模塊，使微燃機發(fā)出的 高頻電力經(jīng)過ACDCAC轉(zhuǎn)變后。可輸出50 / 60HZ的可靠穩(wěn)定的電 源。微型燃氣輪機的電力形成如圖2所示：92微型燃氣掄機電方形成圈以美國Capstone /

6、z涸的C30,功率為30kW的微型燃氣輪機為參考，其 技術(shù)指標(biāo)是在環(huán)境溫度1 5 C、相對濕度60%、海拔0m的條件下提出 的。如表1所示。a 1 cso微型ss氣輪機技術(shù)指標(biāo)項昌指標(biāo)L項目指標(biāo)發(fā)電29-3 Ok W 38.2KW.46CV網(wǎng)效率24%-28%產(chǎn)熱率整體教率70%輸由交流電壓聯(lián)網(wǎng)360-52日V獨立運行3EA4&JV輸出頻率氐網(wǎng) 50-60HZ獨立 10-e0Hz蜀玉輸出電流輸出接線 方式三相三我制，三相四線制燃料流廢氣溫度275%；質(zhì)量流量D.31kg/s輸出327MJ/M高190Ceti寬714mm深1344rm重是478kg排放NQ 質(zhì)量分數(shù)9x10e噪聲10m夕卜65d

7、B環(huán)境溫度-40-65諧波電流 埼變率5%2. 2并網(wǎng)原理微型燃氣輪機的電力輸出是通過內(nèi)部的電力電子技術(shù)來實現(xiàn)的，其并 網(wǎng)方式通過對逆變模塊的輸出頻率、幅值和相位的控制來實現(xiàn)，其電 氣原理簡單示意圖如圖所示：整流和逆變模塊都是由IGBT做為開關(guān)器件的功率電路，其中IGBT的控 制信號由機組內(nèi)部的數(shù)字信號控制器(DSC)來控制。在進行與公用電 網(wǎng)并網(wǎng)運行時，微燃機接收到由控制系統(tǒng)內(nèi)微處理機發(fā)出的啟動命令 后，先檢查發(fā)電機的相序與電網(wǎng)的相序是否一致，若相序正確。則發(fā) 電機組開始啟動的命令，數(shù)字信號控制器會采集電網(wǎng)側(cè)的電壓幅值， 頻率和相位的信號，然后發(fā)出相應(yīng)的開斷信號給IGBT，使機組逆變后 輸出

8、的電力穩(wěn)定的與電網(wǎng)達到同步，并網(wǎng)后立即在發(fā)電機端并入補償 電容，將發(fā)電機的功率因數(shù)(COSe)提高到0. 95以上。這種通過控制 IGBT的導(dǎo)通角來平穩(wěn)的并入電網(wǎng)，能有效的降低微燃機并網(wǎng)瞬間的沖 擊電流，從而得到一個平滑的并網(wǎng)暫態(tài)過程，有利于電力系統(tǒng)的安全 穩(wěn)定運行。3并網(wǎng)運行時對電網(wǎng)的保護在實際項日的工程應(yīng)用中，光靠機組本身 的并網(wǎng)控制技術(shù)是不夠的。分布式能源的并網(wǎng)運行與普通發(fā)電機組并 網(wǎng)運行有所不同，普通的發(fā)電機組并網(wǎng)是可以將電力送到電網(wǎng)上去并 由電力部門調(diào)度，而分布式能源的發(fā)展趨勢是地區(qū)分散化的小電網(wǎng)， 如果都能向公用電網(wǎng)上網(wǎng)送電的話。有可能對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生 一定的影響，所以電力部

9、門對于分布式能源并網(wǎng)的要求是并網(wǎng)但不上 網(wǎng)，即不允許向電網(wǎng)輸送電能。因此在實施微型燃氣輪機并網(wǎng)過程中， 確保發(fā)電機輸出的電力不反饋回公用電網(wǎng)非常重要。所以要專門在外 部的配電控制線路上配置一套以逆功率保護為主的綜合保護系統(tǒng):在 微型燃氣輪機和公用電網(wǎng)的公共連結(jié)點處用互感器采集電流和電壓 的信號，并將其送到綜合保護系統(tǒng)程序當(dāng)中，系統(tǒng)就會根據(jù)對實時信 號的監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)向電網(wǎng)反饋電能的情況，立刻給微燃機側(cè)的斷路 器發(fā)出關(guān)閉信號，此低壓斷路器應(yīng)該帶有勵磁脫扣，以便遠程控制其 動作。通過對線路的隔離使微燃機停機。等線路恢復(fù)正常一段時間后， 微燃機再投入運行。達到相關(guān)部門對于分布式能源并網(wǎng)的技術(shù)規(guī)范要

10、求。消除相關(guān)部門對分布式能源并網(wǎng)安全問題的顧慮。并網(wǎng)保護原理 示意圖如圖所示：圉4井網(wǎng)保護原理示意圖4微型燃氣輪機運行模式轉(zhuǎn)換的應(yīng)用當(dāng)公用電網(wǎng)正常時，微型燃氣輪 機能在并網(wǎng)模式下安全運行，然而一旦公用電網(wǎng)出現(xiàn)故障或者維護狀 態(tài)時，沒了電網(wǎng)的支持，微燃機的并網(wǎng)運行狀態(tài)就會馬上停止，如果 在沒有別的后備機組的情況下，此時需要微燃機在孤網(wǎng)運行狀態(tài)來繼 續(xù)給用戶負載供電。針對微燃機的特性，我們可以設(shè)計一套雙模式轉(zhuǎn) 換線路：將微燃機設(shè)為雙模式運行，以微燃機并網(wǎng)模式運行為主，一 旦電網(wǎng)出現(xiàn)意外情況時，立刻切斷微燃機與電網(wǎng)的連接，在雙模式中 微燃機會感知電網(wǎng)失電而轉(zhuǎn)變?yōu)楣戮W(wǎng)模式，由微燃機孤網(wǎng)運行給用戶 繼續(xù)供電。待電網(wǎng)恢復(fù)正常后再把雙模式轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合。再次進入并 網(wǎng)運行狀態(tài)。雙模式轉(zhuǎn)換運行原理圖如下圖所示：B05成模式轉(zhuǎn)換運行原理國5結(jié)論微型燃氣輪機的電力特性及其內(nèi)部功能強大的數(shù)字控制使其在應(yīng)用 中簡單可靠，既能保