[发明专利]适应于冲击性负载的燃气发电机组能量动态调节系统

说明书

本发明涉及发电机组技术领域，公开了一种适应于冲击性负载的燃气发电机组能量动态调节系统，包括燃气发电机组、模态切换开关、电压源变换器、LCL滤波单元、超级电容能量管理系统、超级电容组、总控制器单元、交流电压检测、直流电压检测，补偿电流检测、负载电流检测及总线协议转换单元，本发明针对当前存在的油气钻探领域对燃气发电技术的巨大需求和燃气发电技术难以适应油气钻探领域特殊要求的矛盾，提出了高性能燃气发电新技术，使燃气发电机组具有抗冲击能力强、可靠性高、环境适应能力强和污染小的特性，将燃气发电技术成功应用于油气钻探领域。

技术领域

本发明涉及发电机组技术领域，尤其涉及一种适应于冲击性负载的燃气发电机组能量动态调节系统。

背景技术

燃气发电机可以替代柴油机进行各种工况的钻井作业，可以充分利用天然气资源，起到降耗、减排的功效，能够大幅降低钻井燃料成本，经济效益显著。同时燃气发电机比柴油机噪声小，因此燃气发电机组构成的油田钻井供电系统越来越显示巨大优势和强有力的竞争力。

但是，燃气发电机组的输出特性较软，在用于油气田钻井动力时，由于井下工况复杂，会出现非周期性的冲击性负载，造成输出电压质量恶化，严重时造成并网发电机组解列，这也是燃气发电技术应用于具有负载突变特性的钻探领域的瓶颈问题。现有方案中通过增加燃气发电机发电容量的方式来解决这一问题，虽然其发电容量增加，但其动态响应慢的特性仍然没有解决，同时带来成本、占地、运输、维护、燃料供应等一系列的问题。其次，由于绝大多数负载是感性负载，功率因数很低，严重影响发电机组的效率；另外，钻井动力属于极端环境状态工况，高温、低温，强碱、强盐，强电磁干扰等都给供电系统带来了问题。

另外，利用电能变换技术来改善发电机组的电能质量时，与公共大电网时的情况不同，还需要考虑冲击性负载的动态补偿和再生能量的回馈等问题。现有文献中，有针对柴油发电机组和风力发电系统的相关问题的优化方案。现有技术中，一种方案是在柴油发电机组中增加蓄电池或采用飞轮储能技术与功率变换器组合，以实现瞬时功率补偿功能。还有方案采用分布式无功补偿器，以改善柴油发电机组的供电电源质量。上述技术均针对发电机组的单一电能指标进行质量优化，优化效果有限，而且没有解决负载再生能量的回馈问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的适应于冲击性负载的燃气发电机组能量动态调节系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

适应于冲击性负载的燃气发电机组能量动态调节系统，包括燃气发电机组、模态切换开关、电压源变换器、LCL滤波单元、超级电容能量管理系统、超级电容组、总控制器单元、交流电压检测、直流电压检测，补偿电流检测、负载电流检测及总线协议转换单元；

燃气发电机组、模态切换开关、电压源变换器、LCL滤波单元、超级电容能量管理系统和超级电容组构成了燃气发电机组能量动态调节系统主电路拓扑；

交流电压检测电路检测发电机侧的电压，转化为弱电量信号以后与控制单元相连；

直流电压检测电路、补偿电流检测电路和负载电流检测电路分别检测直流电压、补偿电流和负载电流，并与控制单元相连。

优选的，利用负载电流检测电路和交流电压检测电路将负载电流进行解耦得到有功电流和无功电流分量；

将负载无功电流作为功率调节器的理想指令电流给定，采用跟踪型PWM控制技术对电流波形的瞬时值进行反馈控制；

电压源变换器输出的电流经过LCL滤波单元处理后提供给系统需补偿负载。