CN105119303A - 乏风瓦斯/光伏发电系统及其控制方法 - Google Patents

乏风瓦斯/光伏发电系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种乏风瓦斯/光伏发电系统，包括分别连接至母线的用于供电的外部电网和瓦斯发电系统，母线还分别连接有负载和电锅炉，外部电网并网处设有功率表，功率表与中央控制器相连接，中央控制器还连接至瓦斯发电系统和电锅炉。本发明还公开了一种乏风瓦斯/光伏发电系统的控制方法，以提供一种综合功率因数信息和系统状态信息，实现对光伏发电系统和瓦斯发电系统进行统一协调供电的系统。

Description

乏风瓦斯/光伏发电系统及其控制方法
技术领域
本发明属于新能源发电远程管理控制技术领域，涉及一种乏风瓦斯/光伏发电系统及其控制方法。
背景技术
瓦斯发电技术已相对成熟，目前，国内市场尚未出现集成了光伏发电的瓦斯发电综合能源系统，现有的瓦斯发电系统由于结构比较单一，无法综合功率因数信息来统一协调光伏发电和瓦斯发电机组的供电，无法充分发挥整体的技术优势与经济优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种乏风瓦斯/光伏发电系统及其控制方法，以提供一种综合功率因数信息和系统状态信息，实现对光伏发电系统和瓦斯发电系统进行统一协调供电的系统。
本发明所采用的第一种技术方案是，乏风瓦斯/光伏发电系统，包括分别连接至母线的用于供电的外部电网和瓦斯发电系统，母线还分别连接有负载和电锅炉，外部电网并网处设有功率表，功率表与中央控制器相连接，中央控制器还连接至瓦斯发电系统和电锅炉；
其中，功率表用于检测获取外部电网的功率因数，并将功率因数发送至中央控制器；中央控制器用于接收功率表发送来的功率因数，用于控制瓦斯发电系统的进气量，还用于调节电锅炉的功率状态。
进一步的，瓦斯发电系统包括瓦斯发电机组，瓦斯发电机组的乏风进气管道的进口处设有进气阀门，进气阀门上设置有与中央控制器连接的阀门控制器，阀门控制器用于接收中央控制器传输的控制指令来控制乏风进气管道的进气量。
进一步的，瓦斯发电机组通过烟气管道连接有换热器，换热器的管道出口通过出水管道连接至电锅炉管道入口。
进一步的，电锅炉上设有与中央控制器连接的电锅炉功率调节器，电锅炉功率调节器用于接收中央控制器传输的控制指令来调节电锅炉的功率状态。
进一步的，母线还连接有用于供电的光伏阵列，光伏阵列上设有与中央控制器连接的光伏并网开关，光伏并网开关用于接收中央控制器传输的控制指令来控制光伏阵列与母线的连接和断开。
本发明所采用的第二种技术方案是，一种乏风瓦斯/光伏发电系统的控制方法，将外部电网、瓦斯发电系统和光伏发电系统分别连接至母线并为负载和电锅炉供电，通过设置在外部电网的功率表采集外部电网的功率因数并发送至中央控制器，中央控制器根据接收到的功率因数、瓦斯发电系统的进气量、光伏发电系统的接入与否以及电锅炉的水温或使用功率来对各项设备的工作状态进行调控，以提高外部电网的功率因数；
中央控制器的调控方法具体为，如果功率因数高于死区上限值，则通过增加瓦斯发电系统和/或光伏发电系统的发电功率，以及减小负载和电锅炉的使用功率来降低功率因数；如果功率因数低于死区上限值，则通过减小瓦斯发电系统和/或光伏发电系统的发电功率，以及增大负载和电锅炉的使用功率来提高功率因数；如果功率因数位于死区上限值和下限值之间，则维持乏风瓦斯/光伏发电系统当前的工作状态；
其中，功率因数上限值和下限值之间的区间范围为功率因数的死区。
进一步的，中央控制器的控制方法具体为：
1)如果功率表采集的外部电网的功率因数高于死区上限值，且瓦斯发电系统当前状态为最大进气量，则判断光伏发电系统的投入状态：
如果光伏发电系统已投入，则下达电锅炉减少电锅炉功率操作指令，功率减少量为当前功率的5％；如果光伏发电系统未投入，则下达光伏发电系统接入母线的指令；
2)如果功率表采集的外部电网的功率因数高于死区上限值，且瓦斯发电系统当前状态小于其最大进气量，则下达增加进气量操作指令，进气增量为当前进气量的5％。
进一步的，中央控制器的控制方法具体为：
如果功率表采集的外部电网的功率因数低于死区上限值，且高于死区下限值，则瓦斯发电系统维持当前进气量。
进一步的，中央控制器的控制方法具体为：
1)如果功率表采集的外部电网的功率因数低于死区下限值，且光伏发电系统已投入，则下达光伏发电系统与母线断开的指令；
2)如果功率表采集的外部电网的功率因数低于死区下限值，且光伏发电系统未投入，同时瓦斯发电系统当前状态为最小允许进气量时，则判断电锅炉的功率或水温情况：
若电锅炉达到额定功率或水温达到限值，则将瓦斯发电系统待机；
若电锅炉小于额定功率或水温小于限值，则下达电锅炉增加电锅炉功率操作指令，功率增加量为当前功率的5％；
3)如果功率表采集的外部电网的功率因数低于死区下限值，且光伏发电系统未投入，同时瓦斯发电系统当前状态大于最小允许进气量时，则下达减少进气量操作指令，进气减少量为当前进气量的10％。
本发明的有益效果是，
1.通过中央处理器，可以综合外部电网的功率因数信息，以及光伏发电系统、瓦斯发电系统和电锅炉的工作状态，对整体系统进行统一协调，进而使得功率因数达到需要的数值；
2.充分利用瓦斯发电系统的热能大小，来间接调控电锅炉的使用功率，由于瓦斯发电系统的发电功率与电锅炉的使用功率正好可以互补，增加瓦斯发电系统的发电功率可以减小电锅炉的使用功率，使得功率因数降低；减小瓦斯发电系统的发电功率可以增加电锅炉的使用功率，使得功率因数提高，乏风瓦斯/光伏发电系统的各个设备之间形成天然的互补性形，充分发挥了整体的技术优势与经济优势。
附图说明
图1是本发明乏风瓦斯/光伏发电系统结构示意图；
图2是本发明乏风瓦斯/光伏发电系统的中央控制器的判断方法流程图。
图中，1.负载，2.功率表，3.中央控制器，4.进气阀门，5.乏风进气管道，6.瓦斯发电机组，7.烟气管道，8.换热器，9.电锅炉，10.电锅炉功率调节器，11.光伏并网开关，12.光伏阵列，13.阀门控制器，14.出水管道，15.母线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种乏风瓦斯/光伏发电系统，如图1所示，包括分别连接至母线15的用于供电的外部电网和瓦斯发电系统，母线15还连接有用电设备，用电设备包括负载1和电锅炉9。在外部电网并网处设置功率表2，再将功率表2连接至中央控制器3，中央控制器3再分别连接至瓦斯发电系统和电锅炉9。由功率表2实时读取外部电网的功率因数，并将功率因数发送至中央控制器3，由中央控制器3根据功率表2发送来的功率因数来控制瓦斯发电系统的进气量和电锅炉9的功率状态，以提高外部电网的功率因数。
瓦斯发电系统包括瓦斯发电机组6，瓦斯发电机组6的乏风进气管道5乏风进气管道5，乏风进气管道5的进口处设有进气阀门4，该进气阀门4上设置有与中央控制器3连接的阀门控制器13。中央控制器3根据接收到的实时功率因数和系统的整体工作情况，通过控制阀门控制器13来调节进气阀门4的开口大小，以调节通过乏风进气管道5输送入瓦斯发电机组6的进气量。
瓦斯发电机组6通过烟气管道7连接有换热器8，瓦斯发电机组6将工作时产生的烟气输送至换热器8，同时就将烟气自身携带的热量输送至换热器8，由于从外界将冷水注入了换热器8内的水管，于是烟气携带的热量就传递给了水管内的冷水。换热器8的水管出口通过出口管道14连通至电锅炉9的水管入口，并将热量传递给了电锅炉9。
电锅炉9上设有与中央控制器3连接的电锅炉功率调节器10，中央控制器3采集电锅炉9的水温或额定功率数值，并根据该水温或额定功率数值、并网点的功率因数以及系统的整体工作情况，通过电锅炉功率调节器10来调节电锅炉9的功率状态。
当关小进气阀门4的进口大小时，乏风进气管道5的进气量减小，瓦斯发电机组6的发电率减小，则其产生的烟气就减少，使得烟气传递给换热器8的热量减小，换热器8内的水温也降低，随之传递给电锅炉8的热量也就减少，那么就需要中央控制器3通过电锅炉功率调节器10来增加电锅炉9的用电功率，综上，将乏风瓦斯/光伏发电系统的发电率降低，随之其用电功率就会增加，使得乏风瓦斯/光伏发电系统的功率因数自然得到提高，乏风瓦斯/光伏发电系统的各个设备之间形成有机协调的统一，使用效果好。
母线15还连接有用于为乏风瓦斯/光伏发电系统供电的光伏阵列12，光伏阵列12上设有与中央控制器3连接的光伏并网开关11，中央控制器3根据采集到并网点的功率因数以及系统的整体工作情况，可以选择开启或闭合光伏并网开关11来断开或接入光伏阵列12。
本发明的乏风瓦斯/光伏发电系统，通过中央控制器3采集外部电网并网点的实时功率因数，再通过设置的阀门控制器13、电锅炉功率调节器10和光伏并网开关11分别实时采集进气阀门4的进气量大小、电锅炉9的水温或功率以及光伏阵列12的接入状态，通过采集到的各项设备的工作参数与实时功率因数，进行综合判断并对乏风瓦斯/光伏发电系统进行调控，以使得功率因数尽量靠近死区的上限值。
本发明还提供了一种乏风瓦斯/光伏发电系统的控制方法，将外部电网、瓦斯发电系统和光伏发电系统分别连接至母线15并为负载1和电锅炉9供电，通过设置在外部电网的功率表2采集外部电网的功率因数并发送至中央控制器3，中央控制器3根据接收到的功率因数、瓦斯发电系统的进气量、光伏发电系统的接入与否以及电锅炉9的水温或使用功率来对各项设备进行调控，以提高外部电网的功率因数，功率因数上限值和下限值之间的区间范围为功率因数的死区，通常将死区上限值设定为90％，死区下限值设定为85％；
如果功率因数高于死区上限值，则通过增加瓦斯发电系统和/或光伏发电系统的发电功率，以及减小负载和电锅炉9的使用功率来降低功率因数；如果功率因数低于死区上限值，则通过减小瓦斯发电系统和/或光伏发电系统的发电功率，以及增大负载和电锅炉9的使用功率来提高功率因数；如果功率因数位于死区上限值和下限值之间，则维持乏风瓦斯/光伏发电系统当前的工作状态。
中央控制器3的控制方法具体为，
瓦斯发电系统包括与母线15依次连接的瓦斯发电机组6和乏风进气管道5，乏风进气管道5进口处设有进气阀门4，该进气阀门4上设置有与中央控制器3连接的阀门控制器13。中央控制器3通过控制阀门控制器13来调节进气阀门4的开口大小，以调节通过乏风进气管道5输送入瓦斯发电机组6的进气量。
电锅炉9上设有与中央控制器3连接的电锅炉功率调节器10，中央控制器3通过电锅炉功率调节器10来调节电锅炉9的功率状态。
光伏发电系统包括与母线15依次连接的光伏并网开关11和光伏阵列12，中央控制器3通过开启或闭合光伏并网开关11，来控制光伏阵列12与母线15的断开或连接。
如图2所示，由中央控制器3通过功率表2获取t时刻外部电网的功率因数PFt，然后再进行运行控制判断：
1)如果PFt高于死区上限值，且进气阀门4当前状态为最大进气量，则判断光伏阵列12的投入状态：
如果光伏阵列12已投入，则下达电锅炉功率调节器10减少电锅炉功率操作指令，功率减少量为当前功率的5％；
如果光伏阵列12未投入，则下达光伏并网开关11闭合的指令。
2)如果PFt高于死区上限值，且进气阀门4当前状态小于最大进气量，则下达阀门控制器13增加进气量操作指令，进气增量为当前进气量的5％。
3)如果PFt低于死区上限值，且高于死区下限值，则阀门控制器13维持当前进气量。
4)如果PFt低于死区下限值，且光伏阵列12已投入，则下达光伏并网开关11断开的指令；
5)如果PFt低于死区下限值，且光伏阵列12未投入，同时进气阀门4当前状态为最小允许进气量时，则判断电锅炉9的功率或水温情况：
若电锅炉9达到额定功率或水温达到限值，则将瓦斯发电机组6待机；
若电锅炉9小于额定功率或水温低于限值，则下达电锅炉功率调节器10增加电锅炉功率操作指令，功率增加量为当前功率的5％。
6)如果PFt低于死区下限值，且光伏阵列12未投入，同时进气阀门4当前状态大于最小允许进气量时，则下达阀门控制器13减少进气量操作指令，进气减少量为当前进气量的10％。
本发明的乏风瓦斯/光伏发电系统通过中央处理器，可以综合外部电网的功率因数信息，以及光伏发电系统、瓦斯发电系统和电锅炉的工作状态，对整体系统进行统一协调，进而使得功率因数达到需要的数值。
本发明的乏风瓦斯/光伏发电系统，在中央控制器3的控制过程中，将瓦斯发电系统的烟气热量通过换热器8传递给电锅炉9。如果减小瓦斯发电系统的进气量，进而就减少了瓦斯发电系统传递至电锅炉9的热量，电锅炉9的使用功率就可以增加，综上，乏风瓦斯/光伏发电系统的发电功率降低，同时负荷的使用功率又增加，自然使得乏风瓦斯/光伏发电系统的功率因数得到提高。如果增加瓦斯发电系统的进气量，进而就增加了瓦斯发电系统传递至电锅炉9的热量，电锅炉9的使用功率就可以降低，综上，乏风瓦斯/光伏发电系统的发电功率增加，同时负荷的使用功率又降低，自然使得乏风瓦斯/光伏发电系统的功率因数得到降低。
本发明的乏风瓦斯/光伏发电系统，充分利用瓦斯发电系统的热能大小，来间接调控电锅炉的使用功率，由于瓦斯发电系统的发电功率与电锅炉的使用功率正好可以互补，即增加瓦斯发电系统的发电功率时可以减小电锅炉的使用功率，使得功率因数降低；减小瓦斯发电系统的发电功率时可以增加电锅炉的使用功率，使得功率因数提高，所以说乏风瓦斯/光伏发电系统的各个设备之间形成天然的互补性形，充分发挥了整体的技术优势与经济优势。

Claims (9)

1.乏风瓦斯/光伏发电系统，其特征在于，包括分别连接至母线(15)的用于供电的外部电网和瓦斯发电系统，所述的母线(15)还分别连接有负载(1)和电锅炉(9)，所述外部电网并网处设有功率表(2)，所述功率表(2)与中央控制器(3)相连接，所述中央控制器(3)还连接至瓦斯发电系统和电锅炉(9)；
其中，所述功率表(2)用于检测获取外部电网的功率因数，并将所述功率因数发送至中央控制器(3)；所述中央控制器(3)用于接收所述功率表(2)发送来的功率因数，用于控制瓦斯发电系统的进气量，还用于调节电锅炉(9)的功率状态。
2.如权利要求1所述的乏风瓦斯/光伏发电系统，其特征在于，所述瓦斯发电系统包括瓦斯发电机组(6)，所述瓦斯发电机组(6)的乏风进气管道(5)的进口处设有进气阀门(4)，所述的进气阀门(4)上设置有与所述中央控制器(3)连接的阀门控制器(13)，所述阀门控制器(13)用于接收所述中央控制器(3)传输的控制指令来控制所述乏风进气管道(5)的进气量。
3.如权利要求2所述的乏风瓦斯/光伏发电系统，其特征在于，所述的瓦斯发电机组(6)通过烟气管道(7)连接有换热器(8)，所述的换热器(8)的管道出口通过出水管道(14)连接至所述的电锅炉(9)管道入口。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的乏风瓦斯/光伏发电系统，其特征在于，所述的电锅炉(9)上设有与所述中央控制器(3)连接的电锅炉功率调节器(10)，所述的电锅炉功率调节器(10)用于接收所述中央控制器(3)传输的控制指令来调节所述电锅炉(6)的功率状态。
5.如权利要求1至3中任意一项所述的乏风瓦斯/光伏发电系统，其特征在于，所述的母线(15)还连接有用于供电的光伏阵列(12)，所述的光伏阵列(12)上设有与所述中央控制器(3)连接的光伏并网开关(11)，所述的光伏并网开关(11)用于接收所述中央控制器(3)传输的控制指令来控制所述光伏阵列(12)与母线(15)的连接和断开。
6.一种乏风瓦斯/光伏发电系统的控制方法，其特征在于，将外部电网、瓦斯发电系统和光伏发电系统分别连接至母线(15)并为负载(1)和电锅炉(9)供电，通过设置在外部电网的功率表(2)采集外部电网的功率因数并发送至中央控制器(3)，所述中央控制器(3)根据接收到的功率因数、瓦斯发电系统的进气量、光伏发电系统的接入与否以及电锅炉(9)的水温或使用功率来对各项设备的工作状态进行调控，以提高外部电网的功率因数；
所述中央控制器(3)的调控方法具体为，如果功率因数高于死区上限值，则通过增加瓦斯发电系统和/或光伏发电系统的发电功率，以及减小负载和电锅炉(9)的使用功率来降低功率因数；如果功率因数低于死区上限值，则通过减小瓦斯发电系统和/或光伏发电系统的发电功率，以及增大负载和电锅炉(9)的使用功率来提高功率因数；如果功率因数位于死区上限值和下限值之间，则维持乏风瓦斯/光伏发电系统当前的工作状态；
其中，功率因数上限值和下限值之间的区间范围为功率因数的死区。
7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述的中央控制器(3)的控制方法具体为：
1)如果功率表(2)采集的外部电网的功率因数高于死区上限值，且瓦斯发电系统当前状态为最大进气量，则判断光伏发电系统的投入状态：
如果光伏发电系统已投入，则下达电锅炉(9)减少电锅炉功率操作指令，功率减少量为当前功率的5％；如果光伏发电系统未投入，则下达光伏发电系统接入母线(15)的指令；
2)如果功率表(2)采集的外部电网的功率因数高于死区上限值，且瓦斯发电系统当前状态小于其最大进气量，则下达增加进气量操作指令，进气增量为当前进气量的5％。
8.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述的中央控制器(3)的控制方法具体为：
如果功率表(2)采集的外部电网的功率因数低于死区上限值，且高于死区下限值，则瓦斯发电系统维持当前进气量。
9.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述的中央控制器(3)的控制方法具体为：
1)如果功率表(2)采集的外部电网的功率因数低于死区下限值，且光伏发电系统已投入，则下达光伏发电系统与母线(15)断开的指令；
2)如果功率表(2)采集的外部电网的功率因数低于死区下限值，且光伏发电系统未投入，同时瓦斯发电系统当前状态为最小允许进气量时，则判断电锅炉(9)的功率或水温情况：
若电锅炉(9)达到额定功率或水温达到限值，则将瓦斯发电系统待机；
若电锅炉(9)小于额定功率或水温小于限值，则下达电锅炉(9)增加电锅炉功率操作指令，功率增加量为当前功率的5％；
3)如果功率表(2)采集的外部电网的功率因数低于死区下限值，且光伏发电系统未投入，同时瓦斯发电系统当前状态大于最小允许进气量时，则下达减少进气量操作指令，进气减少量为当前进气量的10％。
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