[实用新型]一种平抑大负载冲击波动高速机电站

说明书

本实用新型公开了一种平抑大负载冲击波动高速机电站，包含柴油发电机组G1、G2、Gn、断路器GB1、GB2、GBn及控制器AGC1、AGC2、AGCn，市电电源进线及控制器AGCm，交流母线，飞轮储能阵列单元，双向变流器单元，控制器ASC，直流母线；大启动负载1、大启动负载i，启动点1及前馈信号1、启动点i及前馈信号i，其他负载线路等。主要优点是：通过飞轮储能系统和柴油发电机组协调控制，平抑大负载启动冲击过程，以较小的电站设计容量实现抗过载性能；采用分段定值检测和启动点开关量前馈控制设计，系统响应速度块、灵敏性和准确可靠性高；具备一定的辅助调频改善电能质量能力，提高电站总体运行控制水平；降低高速机电站设计容量，系统集成安装简单、扩展灵活。

技术领域

本实用新型属于电站抗过载控制技术领域，具体地说是一种应对大负载启动冲击波动的高速机电站技术。

背景技术

在燃油内燃机组当中，与使用重油发电的中低速机组不同，使用轻柴油发电的高速机组因其启停速度快、操作灵活、便于组站安装等特点，在应急或备用电源方面获得广泛应用。然而同时也存在着机组电站设计容量与大电机负载启动需求的矛盾，如果为了适应大负载启动冲击，就要大幅度增加高速机站容量，但是在长期平稳负载过程中又造成机组容量的大量浪费。

在电站功率管理经济运行的同时，为了提高设计容量利用率，现有的应对启动冲击过载的技术有采用负荷电流电气量前馈方法，通过检测负载启动冲击电流变化率模拟量，将处理的冲击信号前馈至发动机调速系统，提前调控油量，并启动压缩空气对发动机气缸补气，由于电气量比传统机械量反馈更快，对补偿功率缺额和稳定电压频率有良好效果。然而该方法适用范围有限，仅局限于单机应用，但不能用于多机并机电站，而且单机应用也较难得到发动机厂家的支持。为了实现并机电站的抗过载性能，需要利用储能技术。国内有另一种方法提高柴油发电机组抗过载冲击能力，即在柴油机和发电机之间加装同轴大惯量机械飞轮，适合于港口作业场景，但由于启动惯量大而不适合做应急备用电源，此外机组产品为特型集成，推广范围有限。

随着电力电子和储能技术发展，各种场景对储能系统的工程应用日益成熟。负载冲击引起系统波动包括周期性脉冲负载、频繁动力作业、大电机启动等不同情况。有多种储能技术可以利用，包括蓄电池、超级电容器、飞轮储能等等，其中飞轮储能因其有能量密度高、安装及扩展灵活、占地空间小、高效节能环保、维护极少及寿命长等综合优势，更便于高速机电站集成和高效利用。目前飞轮应用针对情形主要有，其一是面向关键负载的不间断UPS电源，多为在线双变换结构特征，储能侧重于故障调峰续航，并能很好地保证电能质量，如电信行业、数据中心、半导体加工、电源车、医疗行业、机场、脉冲负载等领域；其二是面向频繁不定的动力冲击和波动，基本结构多为互动式特征，储能侧重于能量回收利用和电能质量改善，如电力辅助调频、微电网、新能源站、油田钻机、轨道和电动交通、船舶电力推进、大型医疗设备等领域，这种类型又可分为功率型和能量型，以适应不同场景的使用需要。

与上述应用特点不同的是，很多工业矿业电站更着重考虑负载启动操作序列的满足，及电站方案技术经济协调性，特别是大负载启动带来的问题，很多用户根据投资成本和技术经济综合平衡，常常使用电机直接启动方式。这些电站不会像油田钻机等行业那样将充电储能、能量回收和释放经过不同的电气回路和机械途径分开进行，而是全部通过母线系统完成电力操作；在现有的工程应用中，飞轮系统根据电压波动变化进行充放电状态转换，并没有考虑大电机启动过程，为进一步提高飞轮系统响应前置性和判据准确性、更快更好地平抑启动瞬间冲击波动，需要利用操作启动点提供开关量条件信号；需要结合高速机电站功率管理特点，针对负载结构协调配置储能系统、高速机容量，在解决平抑波动问题的同时，使稳态运行容量充分利用，最小化燃油消耗和电站设计规模。