燃氣發(fā)電機組的運行模式及特點(diǎn)

0 引言

燃氣發(fā)電機組的應用比較廣泛，不同的應用場(chǎng)景下發(fā)電機組運行模式也有所區別。例如，在沼氣發(fā)電應用方面，主要模式是發(fā)電上網(wǎng)，通過(guò)出售電力獲取收益。在石油天然氣應用方面，燃氣發(fā)電機組主要用于驅動(dòng)壓縮機，屬于純粹的孤島運行。在天然氣熱電冷三聯(lián)供的應用方面，燃氣發(fā)電機組平時(shí)并網(wǎng)運行，一旦電網(wǎng)故障則轉換為孤島運行，為關(guān)鍵設備持續提供電力。

1 并網(wǎng)運行

并網(wǎng)運行定義：分布式能源系統發(fā)電機組與公共電網(wǎng)在用戶(hù)端并列運行，并向公共電網(wǎng)輸送電能的方式。

并網(wǎng)運行是最為常見(jiàn)的運行模式，對于發(fā)電機組而言也是最為簡(jiǎn)單的運行模式。在并網(wǎng)運行模式下，發(fā)電機組需要通過(guò)電網(wǎng)狀態(tài)監測裝置，實(shí)時(shí)監測電網(wǎng)狀態(tài)。一旦電網(wǎng)發(fā)生故障，例如突然失電，監測裝置迅速給出信號，發(fā)電機組控制系統立即斷開(kāi)出口斷路器，切斷與電網(wǎng)的聯(lián)系。在這種模式下，發(fā)電機組與電網(wǎng)斷開(kāi)后即進(jìn)入停機程序。

并網(wǎng)運行時(shí)，發(fā)電機組控制系統需要調節自身的參數，使其與電網(wǎng)參數一致方可并網(wǎng)，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)之為同步或者同期(synchronization)。具體來(lái)說(shuō)，需要同步的參數是，相同的電壓、頻率、相序和相位。在發(fā)動(dòng)機控制系統里面，可以預先設置允許的誤差范圍。

一旦達到允許同步的條件，控制系統自動(dòng)發(fā)出合閘指令，使發(fā)電機組出口斷路器合閘。如果運行在手動(dòng)模式，操作員也可以手動(dòng)進(jìn)行同步操作。

在并網(wǎng)運行模式下，發(fā)電機組控制系統運行方式為“功率模式”。機組按照滿(mǎn)功率或者預先設置的功率值輸出，但是從機組的運行效率、維護保養和排放限值等因素考慮，一般要求長(cháng)期持續運行的功率百分比不低于50%。

2 孤島運行（孤網(wǎng)運行）

孤島運行定義：分布式能源系統發(fā)電機組與公共大電網(wǎng)完全脫開(kāi)獨立運行的方式。

在孤島運行模式下，燃氣發(fā)電機組沒(méi)有電網(wǎng)的支撐，完全由自身提供負荷所需電能。發(fā)電機組的帶載性能決定了所能承載的負荷大小以及波動(dòng)。ISO8528-5規定了G1-G4四個(gè)類(lèi)別，分別對應不同的負荷種類(lèi)和級別。發(fā)電機組廠(chǎng)商根據ISO8528-5的定義，給出了機組在相應的等級下最大能承受的負荷情況。

在孤島運行模式下，發(fā)電機組控制系統運行方式為“速度模式”。顧名思義，這個(gè)時(shí)候發(fā)電機組控制系統主要是由速度調節器起著(zhù)核心作用。負荷在波動(dòng)時(shí)，發(fā)電機組管理系統迅速調節燃氣和混合氣參數以應對出力變化。需要注意的是，負荷的波動(dòng)不能超過(guò)發(fā)電機組的限定值。對于電機類(lèi)負荷，需要注意其直接啟動(dòng)電流為額定值的若干倍。通常，對于大電機應該通過(guò)軟啟動(dòng)器、星三角或者變頻器進(jìn)行啟動(dòng)。

當同一段母線(xiàn)下有多臺發(fā)電機組并列運行時(shí)，需要進(jìn)行負荷分配，包括有功功率的分配和無(wú)功功率分配。有功功率分配可以通過(guò)廠(chǎng)家提供的負荷分配線(xiàn)，或者類(lèi)似的專(zhuān)用功能模塊實(shí)現。無(wú)功功率分配則通過(guò)給多臺發(fā)電機組的電壓調節器AVR設置相同的Droop參數實(shí)現。

3 并網(wǎng)不上網(wǎng)

并網(wǎng)不上網(wǎng)定義：分布式能源系統發(fā)電機組與公共電網(wǎng)在用戶(hù)端并列運行，不向公共電網(wǎng)輸送電能的方式。

由于各種原因，許多天然氣分布式能源項目無(wú)法向電網(wǎng)輸出電力，或者因經(jīng)濟性不佳而有意不向電網(wǎng)輸出電力，這種即為并網(wǎng)不上網(wǎng)模式。但是發(fā)電機組仍然與電網(wǎng)連接，當發(fā)電機組功率比負荷小時(shí)，剩余電能由電網(wǎng)補充。在并網(wǎng)不上網(wǎng)模式下，一般由發(fā)電機組充當主用電源，電網(wǎng)作為備用電源。

并網(wǎng)不上網(wǎng)模式是根據工廠(chǎng)的用電負荷來(lái)自動(dòng)控制機組輸出功率。通常需要發(fā)電機組控制系統實(shí)時(shí)監測并網(wǎng)開(kāi)關(guān)處的功率方向，防止出現“逆功率”。具體來(lái)說(shuō)，當發(fā)電機組功率大于負荷時(shí)，控制系統發(fā)出指令，降低發(fā)電機組的輸出功率。當一段母線(xiàn)上有多臺機組時(shí)，需要同時(shí)調節所有機組的功率。

4 并網(wǎng)和孤島自動(dòng)切換

有些情況下，機組需要在并網(wǎng)和孤島模式間進(jìn)行切換。當電網(wǎng)正常時(shí)，機組運行在并網(wǎng)模式。網(wǎng)電故障發(fā)生時(shí)，機組自動(dòng)切換到孤島模式，機組保持持續運行不停機。這時(shí)需要注意的是，如果負荷高于發(fā)電機組的輸出功率，就需要切斷部分負荷。機組控制系統能夠根據負荷大小自動(dòng)發(fā)出指令，在負荷即將超過(guò)額定功率時(shí)立即切斷部分負荷。在設計時(shí)，需要綜合考慮負荷的優(yōu)先順序，把非關(guān)鍵負荷與關(guān)鍵負荷區別處理。

在發(fā)電機組控制系統檢測到電網(wǎng)恢復正常以后，能夠自動(dòng)給機組發(fā)出指令，開(kāi)始與電網(wǎng)同步的過(guò)程，并切換到并網(wǎng)模式。

5 總結

燃氣發(fā)電機組的控制模式由用戶(hù)的需求決定，在具體的控制系統功能的實(shí)現上，廠(chǎng)家根據機組數量，電氣連接方式，以及運行方式等配置不同的功能模塊或者控制柜。如有必要，現有的機組也可以進(jìn)行改造，增減相應的配置。