[發明專利]用于提高微電網系統中發電機組效率的系統和方法

有效

• 申請號: 201480052829.4
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN105580237B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: J·J·沃托帕爾;D·約翰斯頓
• 申請（專利權）人: 卡特彼勒公司
• 主分類號: H02J3/46
• 分類號: H02J3/46
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 蘇娟

本發明公開了一種用于運行多個微電網系統中并聯的多個發電機組的系統和方法。該系統和方法可包括配置成在大于百分之六十的負載系數下運行的至少一個發電機組，在任何給定時間供電的至少一個發電機組的數量包括能夠滿足由負載施加的需求的發電機組的最小數量或小于最小數量。該系統和方法還可以包括與所述至少一個發電機組中的至少一個相關聯的渦輪復合系統，電渦輪復合系統中的每一者配置成提高所述至少一個發電機組的燃料效率。

技術領域

本發明總體上涉及微電網系統，且更具體地涉及用于提高微電網系統中發電機組效率的系統和方法。

背景技術

微電網系統是一種具有多個發電裝置的小型電網，其可配置成服務小范圍的功率負載。除了其它部件，微電網系統還可包括服務負載的并聯運行的多個發電機(發電機組)。當多個發電機組是向負載供電的主電源時，這些發電機組一般以n+1(或大于n+1)的布置運行。這意味著，除了滿足負載要求所需的發電機組數量之外的至少一個附加發電機組運行以滿足該需求。通過運行一個或多個額外的發電機組，微電網系統能夠以最小值維持功率的電壓和頻率在規范內，以當巨額負載添加到微電網系統時不造成中斷。

此外，在以n+1的布置運行的一些并聯的發電機組時，發電機組可僅以約百分之六十(60％)的負載系數運行。負載系數可以定義為平均負載除以特定時間量內的峰值負載。以較低負載系數操作發電機組的一個原因可以是：在高負載系數下，當發電機組遇到巨額負載時，微電網系統的響應可能不足。然而，眾所周知的是，當發電機組接近于滿負載容量運行時，發電機組的燃料效率提高，也就是說，燃料效率在較高負載系數時提高。因此，僅在百分之六十(60％)的負載系數下運行發電機組，可能不是非常有燃料效率的。

另外，在一些微電網系統中，發電機組的發動機可具有與其相關聯的渦輪復合系統，該渦輪復合系統通過將來自發電機組的發動機排氣的熱量和氣流能轉化為電能、機械能或其它類型的能量，以提供附加的能量，可將燃料效率至少提高一點。然而，當發電機組的發動機接近于滿負載運行時，渦輪復合系統提高燃料效率至最大。因此，發電機組僅以百分之六十(60％)的負載系數運行的話，渦輪復合系統可能不是非常有優勢的。

美國專利號7,047,743公開了一種使用電渦輪與發電機組結合的系統，以向電網供電。具體地，該專利示教了一種渦輪發電機，其電輸出與發動機驅動的發電機的電輸出組合，以增加給定大小的總功率輸出，并提高燃料效率。組合功率隨后傳遞到傳輸線。盡管上述專利示教了使用一種與發電機組組合的電渦輪復合系統，以增加總功率輸出，但該專利并未示教增加發電機組自身的負載系數。如上面所討論，在不增加發電機組負載系數的情況下，電渦輪復合系統并未提供任何顯著的燃料節約。此外，在專利′743中發動機驅動的發電機以傳統的n+1配置來操作。

因此，如果能夠開發一種提高微電網系統中發電機組的操作效率和燃料效率的機構，將是非常有利的。此外，如果這種機構能在瞬態條件下提供足夠響應的同時，可在較高的負載系數下操作發電機組，也將是有利的。

發明內容

根據本發明的一個方面，公開了一種發電機組系統。發電機組系統可包括配置成在大于百分之六十的負載系數下運行的至少一個發電機組，并且在任何給定時間供電的至少一個發電機組的數量可包括能夠滿足由負載施加的電力需求的發電機組的最小數量或小于最小數量。發電機組系統還可包括與至少一個發電機組中的至少一者相關聯的渦輪復合系統，渦輪復合系統中的每一者配置成提高至少一個發電機組的燃料效率。