[发明专利]用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制方法及燃气轮机发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及微型燃气轮机分布式发电技术领域，具体涉及一种用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制方法及用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置及基于该装置的控制方法。

背景技术

微型燃气轮机具有高功率密度、高可靠性、高效率、低维护、低排放等特点，可使用多种燃料，比如天然气、油田伴生气、柴油等，可摆脱单一燃料形式。在航空航天、国防和其它工业领域诸如船舶、油气开采等领域具有广泛的应用前景。在以能源的多样化、装置的小型化、热电冷联产化、电站的互联化为特征的分布式动力系统研制中，微型燃气轮机发电系统是一种微型、较高效率发电设备，有可能逐渐发展为新型分布式发电技术的主要形式。与微型燃气轮机输出电功率和使用场合相似的内燃机发电设备相比，有如下特点：(1)运动部件少，故障率低，寿命长；(2)燃料形式多样，排放低；(3)隐蔽性好，噪声、振动小；(4)易于形成热电冷联产；(5)便于多台集成扩容。

微型燃气轮机发电系统之所能够受到研发领域和应用领域的重视，主要在于高响应、高效率等特点。但是在现阶段，在一些特殊的应用场合微型燃气轮机发电系统受到限制，究其原因是因为微型燃气轮机发电系统的性能还不够完善，难以应对一些特殊的负载需求。分析总结目前微型燃气轮机发电系统，特别是欧美国家一些技术先进的公司生产的微型燃气轮机发电系统，尽管在技术上是较为先进，但是还有一些问题需要解决。

第一、冲击性负载是普遍存在于分布式发电系统中的问题，这和分布式发电或独立发电的有限能量系统有关。面对冲击性负载，要求微型燃气轮机发电系统具有输出电功率的快速调节能力，然而微型燃气轮机的燃烧机理导致其输出机械功率变化缓慢，这种慢响应性不能满足应用对象的要求，因此制约了微型燃气轮机发电系统的发展和推广。为了解决这一问题，需要从理论上分析微型燃气轮机输出功率变化的规律，从功率匹配转子位置深入研究并提出解决措施。

第二、微型燃气轮机输出功率与快速变化的负载功率不匹配，导致直流母线电压的大幅波动，进而引起功率变换系统的振荡，不利于系统稳定运行。此外，大幅波动的母线电压使系统供电质量变差。这类问题的产生与负载、微网的其它发电系统和自身的调节等各种因素有关。

发明内容

本发明的目的是增强用于天然气电站的微型燃气轮机发电装置的抗冲击负载能力、提高装置的响应速度及功率变换导致的系统运行不稳定的问题，提出了用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制方法及燃气轮机发电装置。

用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制方法，该控制方法是基于燃气轮机发电装置实现的，燃气轮机发电装置包括微型燃气轮机1、永磁同步发电机2、PWM整流开关模块3、直流滤波电容4、超级电容5、直流变换开关模块7、逆变开关模块8和天然气电站电网10；

该控制方法包括启动控制方法、发电控制方法和冷却停机控制方法；

启动控制方法如下：直流变换开关模块7将超级电容5输出的超级电容电压转变为直流母线电压，PWM整流开关模块3将所述直流母线电压变换为交流母线电压驱动永磁同步发电机2旋转升速，微型燃气轮机1与永磁同步发电机2同轴连接，且作为永磁同步发电机2的负载跟随永磁同步发电机2旋转至点火转速，点火成功后，微型燃气轮机1继续升速，且其输出功率逐渐增加，同时超级电容5输出的超级电容电压逐渐减少，当微型燃气轮机1达到自持转速后启动过程结束；

发电控制方法如下：采集燃气轮机发电装置的负载电流i_fa、i_fb、负载电压v_fa、v_fb，负载电流i_fa、i_fb、负载电压v_fa、v_fb经坐标变换后分别得到两相静止坐标系下负载电流i_fα、i_fβ、两相静止坐标系下负载电压v_fα、v_fβ，两相静止坐标系下负载电流i_fα、i_fβ、两相静止坐标系下负载电压v_fα、v_fβ经功率计算单元后得到负载功率P_L；