[發明專利]適應于沖擊性負載的燃氣發電機組能量動態調節系統

有效

• 申請號: 202110679590.5
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113217184B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 段建東;王帥;孫東陽;孫力;趙克;國海峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F02D29/06
• 分類號: F02D29/06;F02B63/04;F02D19/02;H02J7/34;H02J3/38
• 代理公司: 濟南市新圖新夏天專利代理事務所(普通合伙) 37330
• 代理人: 陳體芝

本發明涉及發電機組技術領域，公開了一種適應于沖擊性負載的燃氣發電機組能量動態調節系統，包括燃氣發電機組、模態切換開關、電壓源變換器、LCL濾波單元、超級電容能量管理系統、超級電容組、總控制器單元、交流電壓檢測、直流電壓檢測，補償電流檢測、負載電流檢測及總線協議轉換單元，本發明針對當前存在的油氣鉆探領域對燃氣發電技術的巨大需求和燃氣發電技術難以適應油氣鉆探領域特殊要求的矛盾，提出了高性能燃氣發電新技術，使燃氣發電機組具有抗沖擊能力強、可靠性高、環境適應能力強和污染小的特性，將燃氣發電技術成功應用于油氣鉆探領域。

技術領域

本發明涉及發電機組技術領域，尤其涉及一種適應于沖擊性負載的燃氣發電機組能量動態調節系統。

背景技術

燃氣發電機可以替代柴油機進行各種工況的鉆井作業，可以充分利用天然氣資源，起到降耗、減排的功效，能夠大幅降低鉆井燃料成本，經濟效益顯著。同時燃氣發電機比柴油機噪聲小，因此燃氣發電機組構成的油田鉆井供電系統越來越顯示巨大優勢和強有力的競爭力。

但是，燃氣發電機組的輸出特性較軟，在用于油氣田鉆井動力時，由于井下工況復雜，會出現非周期性的沖擊性負載，造成輸出電壓質量惡化，嚴重時造成并網發電機組解列，這也是燃氣發電技術應用于具有負載突變特性的鉆探領域的瓶頸問題。現有方案中通過增加燃氣發電機發電容量的方式來解決這一問題，雖然其發電容量增加，但其動態響應慢的特性仍然沒有解決，同時帶來成本、占地、運輸、維護、燃料供應等一系列的問題。其次，由于絕大多數負載是感性負載，功率因數很低，嚴重影響發電機組的效率；另外，鉆井動力屬于極端環境狀態工況，高溫、低溫，強堿、強鹽，強電磁干擾等都給供電系統帶來了問題。

另外，利用電能變換技術來改善發電機組的電能質量時，與公共大電網時的情況不同，還需要考慮沖擊性負載的動態補償和再生能量的回饋等問題?，F有文獻中，有針對柴油發電機組和風力發電系統的相關問題的優化方案。現有技術中，一種方案是在柴油發電機組中增加蓄電池或采用飛輪儲能技術與功率變換器組合，以實現瞬時功率補償功能。還有方案采用分布式無功補償器，以改善柴油發電機組的供電電源質量。上述技術均針對發電機組的單一電能指標進行質量優化，優化效果有限，而且沒有解決負載再生能量的回饋問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的適應于沖擊性負載的燃氣發電機組能量動態調節系統。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

適應于沖擊性負載的燃氣發電機組能量動態調節系統，包括燃氣發電機組、模態切換開關、電壓源變換器、LCL濾波單元、超級電容能量管理系統、超級電容組、總控制器單元、交流電壓檢測、直流電壓檢測，補償電流檢測、負載電流檢測及總線協議轉換單元；

燃氣發電機組、模態切換開關、電壓源變換器、LCL濾波單元、超級電容能量管理系統和超級電容組構成了燃氣發電機組能量動態調節系統主電路拓撲；

交流電壓檢測電路檢測發電機側的電壓，轉化為弱電量信號以后與控制單元相連；

直流電壓檢測電路、補償電流檢測電路和負載電流檢測電路分別檢測直流電壓、補償電流和負載電流，并與控制單元相連。

優選的，利用負載電流檢測電路和交流電壓檢測電路將負載電流進行解耦得到有功電流和無功電流分量；

將負載無功電流作為功率調節器的理想指令電流給定，采用跟蹤型PWM控制技術對電流波形的瞬時值進行反饋控制；

電壓源變換器輸出的電流經過LCL濾波單元處理后提供給系統需補償負載。