微燃气轮机电力特性及并网技术

1、微型燃气轮机电力特性及并网技术摘要：介绍了微型燃气轮机的电力特性，通过对其电力并网问题研究和分析.阐述了微型燃 气轮机的电力并网应用，其并网不上网的发电模式不仅仅需要成熟的并网技术.还需要考虑 到可能对电网产生的影响，绝不能向公用电网倒送电，所以要在并网控制线路上另外加入一 套以逆功率保护为主的综合保护系统。文章并对微型燃气轮机运行模式转换的应用做简单探 讨。关键词：并网；微型燃气轮机；整流逆变；双模式转换The Research on the Practical Problems in DistributedGenerationYang FanAbstract： Through the an

2、alysis and research on distributed genneration devices whichpower output based on microturbine， described the implementation of distributed generationconnect to the grid is not only need to the maturity of the technology， but also need to fully take into account possible effects on the power grid an

3、d the power must be ban to send tothe utility power grid, SO we must adding a set of reverse power protection-based comprehensive protection system to the grid control lines.Keywords： Grid Connect； Microturbine； lnverse Power； Dual mode switch 1引言近几年，随着国家对节能减排、能源综合利用的需要，分布式能源系 统因其变负荷灵活、较低的初投资、供电可靠、较

4、小的输电损失和适 合可再生能源应用等特点而越来越受到重视。微型燃气轮机就是其中 的一种动力装置，由微型燃气轮机组成的高转速发电系统，由于具有 启动速度快，机动性能好，运行效率高和能量体积比大的特点而在逐 渐推广。2微型燃气轮机电力特性及并网原理2. 1内部结构及电力特性微型燃气轮机的内部结构如图1所示：微型燃气轮机的主要组成部分包括：发电机、图1微型燃气轮机内部 结构剖面图离心式压缩机、透平、回热器、燃烧室、空气轴承、数字子 式电能控制器。其独特设计之处在于它的压缩机和发电机安装在一根 转动轴上，该轴由特殊设计空气轴承支撑，在一层很薄的空气膜上以 最高可达到96000r / min的转速旋转。

5、发电机内部自带数字式电能控制器，通过功率电子技术与高速数字控 制器模块相结合，实现了多种功能。如调节发电机发电功率、实现多 个燃气轮机成组控制、调节不同相之间的功率平衡、允许远程调试和 调度、快速削减出力、切换并网运行模式和独立运行模式。数字式电 能控制监视器可监视多达200个变量，它可控制发电机转速、燃烧温 度、燃料流动速度等变量，所有操作可在一套带有显示界面的软件系 统上进行旧。内部电力电子技术中的整流逆变模块，使微燃机发出的 高频电力经过ACDCAC转变后。可输出50 / 60HZ的可靠稳定的电 源。微型燃气轮机的电力形成如图2所示：92微型燃气抡机电方形成圈以美国Capstone /

6、z涸的C30,功率为30kW的微型燃气轮机为参考，其 技术指标是在环境温度1 5 C、相对湿度60%、海拔0m的条件下提出 的。如表1所示。a 1 cso微型ss气轮机技术指标项昌指标L项目指标发电29-3 Ok W 38.2KW.46CV网效率24%-28%产热率整体教率70%输由交流电压联网360-52日V独立运行3EA4&JV输出频率氐网 50-60HZ独立 10-e0Hz蜀玉输出电流输出接线 方式三相三我制，三相四线制燃料流废气温度275%；质量流量D.31kg/s输出327MJ/M高190Ceti宽714mm深1344rm重是478kg排放NQ 质量分数9x10e噪声10m夕卜65d

7、B环境温度-40-65谐波电流 埼变率5%2. 2并网原理微型燃气轮机的电力输出是通过内部的电力电子技术来实现的，其并 网方式通过对逆变模块的输出频率、幅值和相位的控制来实现，其电 气原理简单示意图如图所示：整流和逆变模块都是由IGBT做为开关器件的功率电路，其中IGBT的控 制信号由机组内部的数字信号控制器(DSC)来控制。在进行与公用电 网并网运行时，微燃机接收到由控制系统内微处理机发出的启动命令 后，先检查发电机的相序与电网的相序是否一致，若相序正确。则发 电机组开始启动的命令，数字信号控制器会采集电网侧的电压幅值， 频率和相位的信号，然后发出相应的开断信号给IGBT，使机组逆变后 输出

8、的电力稳定的与电网达到同步，并网后立即在发电机端并入补偿 电容，将发电机的功率因数(COSe)提高到0. 95以上。这种通过控制 IGBT的导通角来平稳的并入电网，能有效的降低微燃机并网瞬间的冲 击电流，从而得到一个平滑的并网暂态过程，有利于电力系统的安全 稳定运行。3并网运行时对电网的保护在实际项日的工程应用中，光靠机组本身 的并网控制技术是不够的。分布式能源的并网运行与普通发电机组并 网运行有所不同，普通的发电机组并网是可以将电力送到电网上去并 由电力部门调度，而分布式能源的发展趋势是地区分散化的小电网， 如果都能向公用电网上网送电的话。有可能对电力系统的稳定性产生 一定的影响，所以电力部

9、门对于分布式能源并网的要求是并网但不上 网，即不允许向电网输送电能。因此在实施微型燃气轮机并网过程中， 确保发电机输出的电力不反馈回公用电网非常重要。所以要专门在外 部的配电控制线路上配置一套以逆功率保护为主的综合保护系统:在 微型燃气轮机和公用电网的公共连结点处用互感器采集电流和电压 的信号，并将其送到综合保护系统程序当中，系统就会根据对实时信 号的监测，一旦发现向电网反馈电能的情况，立刻给微燃机侧的断路 器发出关闭信号，此低压断路器应该带有励磁脱扣，以便远程控制其 动作。通过对线路的隔离使微燃机停机。等线路恢复正常一段时间后， 微燃机再投入运行。达到相关部门对于分布式能源并网的技术规范要

10、求。消除相关部门对分布式能源并网安全问题的顾虑。并网保护原理 示意图如图所示：圉4井网保护原理示意图4微型燃气轮机运行模式转换的应用当公用电网正常时，微型燃气轮 机能在并网模式下安全运行，然而一旦公用电网出现故障或者维护状 态时，没了电网的支持，微燃机的并网运行状态就会马上停止，如果 在没有别的后备机组的情况下，此时需要微燃机在孤网运行状态来继 续给用户负载供电。针对微燃机的特性，我们可以设计一套双模式转 换线路：将微燃机设为双模式运行，以微燃机并网模式运行为主，一 旦电网出现意外情况时，立刻切断微燃机与电网的连接，在双模式中 微燃机会感知电网失电而转变为孤网模式，由微燃机孤网运行给用户 继续供电。待电网恢复正常后再把双模式转换开关闭合。再次进入并 网运行状态。双模式转换运行原理图如下图所示：B05成模式转换运行原理国5结论微型燃气轮机的电力特性及其内部功能强大的数字控制使其在应用 中简单可靠，既能保