CN105186534B - 基于功率因数考核的乏风瓦斯发电综合系统及其控制方法 - Google Patents

基于功率因数考核的乏风瓦斯发电综合系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于瓦斯发电远程管理控制技术领域，公开了一种基于功率因数考核的乏风瓦斯发电综合系统及其控制方法。该系统包括分别连接至母线的外部电网、瓦斯发电机组和光伏阵列且均为负载供电；外部电网处设有并网功率计量表，并网功率计量表电连接有中央控制器；瓦斯发电机组连接有乏风进气管道，乏风进气管道设为具有总进气管道、主乏风进气管道和备用乏风进气管道的三通管道，备用乏风进气管道上连通有蓄气装置通气管，蓄气装置通气管上连接有蓄气装置；光伏发电机组电连接中央控制器。并网功率计量表采集并网点功率信息，向中央控制器实时传输，当中央控制器获取该时刻的PFt后，判断控制运行。能够综合功率因素统一协调乏风发电机组与光伏阵列。

Description

基于功率因数考核的乏风瓦斯发电综合系统及其控制方法
技术领域
本发明属于瓦斯发电远程管理控制技术领域，特别涉及一种基于功率因数考核的乏风瓦斯发电综合系统及其控制方法。
背景技术
瓦斯发电机组可以充分利用乏风瓦斯气体，在减少乏风气体排放量、降低环境污染的同时又实现了能源的综合利用，是一种环保、节能的发电形式，可以积极推进清洁生产能源发展，实现采煤采气发电一体化过程，有效提高生产水平。
另一方面，随着社会经济的快速发展，化石能源等非可再生能源日益短缺，太阳能发电应用也越来越广泛，成为通用的清洁可再生能源发电形式。在能源综合利用与环境保护需求日益强烈的大环境下，瓦斯发电机组接入太阳能发电将具有广阔的发展与应用前景。同时，由于光伏发电输出功率具有波动特性等原因，瓦斯发电机组接入太阳能发电后的上级并网点功率潮流将发生变化，甚至可能出现双向变化，导致并网点功率因数波动，低于电网公司规定的功率因数考核值时将产生一定的罚款。现有的系统无法综合功率因数信息、统一协调乏风瓦斯发电机组与光伏发电机组，无法充分发挥其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基于功率因数考核的乏风瓦斯发电综合系统及其控制方法，该系统及其控制方法可以灵活控制功率输出，在乏风瓦斯发电机组利用最大化的基础上，一方面避免因并网运行功率因数过低导致出现罚款，另一方面依据实际情况尽量利用光伏等可再生能源，提高能源利用效率，节能减排。
为达到以上目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
方案一：
基于功率因数考核的乏风瓦斯发电综合系统，其特征在于：包括分别连接至母线且均为负载供电的外部电网、瓦斯发电机组和光伏发电机组；所述外部电网处设置有用于采集并网点功率信息的并网功率计量表，所述并网功率计量表电连接有中央控制器；
所述瓦斯发电机组连接有乏风进气管道，所述乏风进气管道包含总进气管道、主乏风进气管道和备用乏风进气管道，所述主乏风进气管道和备用乏风进气管道并列连接在总进气管道的入口端；所述备用乏风进气管道上连通有蓄气装置通气管，所述蓄气装置通气管上连接有蓄气装置；
所述主乏风进气管道上设置有阀门A，所述阀门A通过阀门控制器A电连接到中央控制器；所述备用乏风进气管道上设置有阀门B和阀门C，所述阀门B设置在蓄气装置通气管的靠近总进气管的一侧，所述阀门C设置在蓄气装置通气管的另一侧，所述阀门B和阀门C对应通过阀门控制器B和阀门控制器C电连接到中央控制器；所述光伏发电机组电连接所述中央控制器；
所述阀门A为常开阀门，所述阀门B和阀门C为常闭阀门。
上述技术方案的特点和进一步改进：
进一步的，所述蓄气装置的进气口通过储存管道连接所述蓄气装置通气管，所述蓄气装置的出气口通过排放管道连接所述蓄气装置通气管，所述储存管道上设置有气体储存控制系统，所述排放管道上设置有气体排放控制系统，所述气体储存控制系统和气体排放控制系统均分别电连接至中央控制器。
进一步的，所述光伏发电机组通过光伏并网开关电连接至母线，所述光伏并网开关与所述中央控制器电连接。
方案二：
上述的基于功率因数考核的乏风瓦斯发电综合系统的综合控制方法，其特征在于：并网功率计量表采集并网点功率信息，并向中央控制器传输实时的并网点功率信息，当中央控制器获取该时刻的功率因数PFt后，进行判断控制运行：
1)当功率因数PFt高于死区上限值，同时阀门A当前状态为最大进气量，且备用乏风进气管道进气量高于最低设定值，则下达阀门控制器C完全打开阀门C的指令，然后判断阀门B是否打开：若阀门B没有打开，则下达阀门控制器B打开阀门B的指令；若阀门B已经打开，则判断阀门B是否为最大进气量：若阀门B不是最大进气量，则下达阀门控制器B增加阀门B进气量的指令；若阀门B是最大进气量，则判断光伏发电机组是否投入：若光伏发电机组已经投入，则维持当前进气量，若光伏发电机组没有投入，则下达光伏并网开关闭合指令；
2)当功率因数PFt高于死区上限值，同时阀门A当前状态为最大进气量，且备用乏风进气管道进气量低于最低设定值，则下达阀门控制器C关闭阀门C的指令，然后判断蓄气装置容量是否已空：若蓄气装置容量已空，则下达阀门控制器B关闭阀门B的指令，若蓄气装置容量不为空，则下达阀门控制器B完全打开阀门B的指令，然后关闭气体储存控制系统，并打开气体排放控制系统进行瓦斯气体排放。
3)当功率因数PFt高于死区上限值，同时阀门A当前状态不是最大进气量，则下达阀门控制器A增加阀门A进气量的指令。
4)当功率因数PFt低于死区下限值时，判断光伏发电机组是否已经投入：若光伏发电机组已经投入，则下达光伏并网开关断开指令，若光伏发电机组没有投入，则判断阀门B是否已经打开：若阀门B没有打开，则判断阀门A当前状态是否为允许最小进气量：若断阀门A当前状态是允许最小进气量，则瓦斯发电机组待机，若断阀门A当前状态不是允许最小进气量，则下达阀门控制器A减少阀门A进气量的指令；
若阀门B已经打开，则下达阀门控制器B关闭阀门B的指令，再下达阀门控制器C完全打开阀门C的指令，然后判断蓄气装置容量是否已满：若蓄气装置容量已满，则关闭气体储存控制系统和气体排放控制系统，然后下达阀门控制器C完全关闭阀门C的指令，若蓄气装置容量未满，则关闭气体排放控制系统，并打开气体储存控制系统进行瓦斯气体存储。
5)当功率因数PFt低于死区上限值，且高于死区下限值时，维持当前进气量。
上述技术方案的特点和进一步改进：
进一步的，下达阀门控制器B增加阀门B进气量的指令后，规定阀门B的进气增加量为当前进气量的10％。
进一步的，下达阀门控制器A增加阀门A进气量的指令后，规定阀门A的进气增加量为当前进气量的10％。
进一步的，下达阀门控制器A减少阀门A进气量的指令后，规定阀门A的进气减少量为当前进气量的15％。
本发明的基于功率因数考核的乏风瓦斯发电综合系统及其控制方法，中央控制器通过控制光伏并网开关的开关，进而控制光伏发电机组与母线的接入与否；中央控制器通过控制阀门A、阀门B和阀门C的开关，进而控制乏风进气管道的进气量；通过蓄气装置进一步稳定进气量。该系统及其控制方法可以灵活控制功率输出，在乏风瓦斯发电机组利用最大化的基础上，一方面避免因并网运行功率因数过低导致出现罚款，另一方面依据实际情况尽量利用光伏等可再生能源，提高能源利用效率，节能减排；该系统能够综合功率因素统一协调乏风发电机组与光伏阵列，充分发挥乏风发电机组与光伏阵列整体的技术优势与经济优势。
附图说明
图1为本发明的基于功率因数考核的乏风瓦斯发电综合系统的结构示意图；
图2为本发明的基于功率因数考核的乏风瓦斯发电综合控制方法的工作流程示意图；
图3为图2中H部分的放大图；
图4为图2中I部分的放大图；
图中：1、母线；2、外部电网；3、瓦斯发电机组；4、光伏发电机组；5、负载；6、并网功率计量表；7、中央控制器；8、总进气管道；9、主乏风进气管道；10、备用乏风进气管道；11、蓄气装置；12、阀门A；13、阀门控制器A；14、阀门B；15、阀门控制器B；16、阀门C；17、阀门控制器C；18、储存管道；19、排放管道；20、气体储存控制系统；21、气体排放控制系统；22、光伏并网开关；23、蓄气装置通气管。
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。
参照图1，为本发明的基于功率因数考核的乏风瓦斯发电综合系统的结构示意图；该乏风瓦斯发电综合能源系统包括分别连接至母线1且均为负载5供电的外部电网2、瓦斯发电机组3和光伏发电机组4(即图中的光伏阵列)；外部电网2处设置有用于采集并网点功率信息的并网功率计量表6，并网功率计量表6电连接有中央控制器7。中央控制器7用于接收并网功率计量表6发送来的并网点功率信息，并根据接收到的并网点功率信息调控瓦斯发电机组3和光伏发电机组4与母线1的接入状态。
瓦斯发电机组3连接有乏风进气管道，乏风进气管道包含总进气管道8、主乏风进气管道9和备用乏风进气管道10，主乏风进气管道9和备用乏风进气管道10并列连接在总进气管道8的入口端，总进气管道8的出气口连接瓦斯发电机组3；备用乏风进气管道10上连通有蓄气装置通气管23，蓄气装置通气管23上连接有蓄气装置11；蓄气装置11在供气充足的情况下可以贮备瓦斯气体，以备供气不足时使用；在管道气体压力和流量不够或者没有气体流量的情况，蓄气装置11可以工作并释放瓦斯气体，使得整体系统能够支撑一段时间以维持正常运行，为后续处理操作争取了宝贵的时间,使得系统整体的可靠性和安全性得以提升；通过蓄气装置11进一步稳定进气量。
主乏风进气管道9上设置有阀门A12，阀门A12通过阀门控制器A13电连接到中央控制器7；备用乏风进气管道10上设置有阀门B14和阀门C16，阀门B14设置在蓄气装置通气管23的靠近总进气管道8的一侧的备用乏风进气管道10上，阀门C16设置在蓄气装置通气管23的另一侧的备用乏风进气管道10上，阀门B14和阀门C16对应通过阀门控制器B15和阀门控制器C17电连接到中央控制器7；中央控制器7通过控制阀门A12、阀门B14和阀门C16的开关，进而控制乏风进气管道的进气量；阀门A12为常开阀门，阀门B14和阀门C16为常闭阀门。
光伏发电机组4电连接中央控制器7，中央控制器7调控光伏发电机组4与母线1的接入状态。
进一步的，蓄气装置11的进气口通过储存管道18连接蓄气装置通气管23，蓄气装置11的出气口通过排放管道19连接蓄气装置通气管23，储存管道18上设置有气体储存控制系统20，排放管道19上设置有气体排放控制系统21，气体储存控制系统20和气体排放控制系统21均分别电连接至中央控制器7。
进一步的，光伏发电机组4通过光伏并网开关22电连接至母线1，光伏并网开关22与中央控制器7电连接。中央控制器7通过控制光伏并网开关22的开关，进而控制光伏发电机组4与母线1的接入与否。
采用主乏风进气管道9和备用乏风进气管道10两个通道为瓦斯发电机组3供气，可以有效增大供气量，实现瓦斯发电机组3的高功率运行以及高效利用，而且两个管道可以连接不同的供气源，在安全性和供气稳定性方面更为可靠；同时，采用两条进气管道供气，并分别加以控制，在气量控制方面能更为精细地实现功率因素控制。
参照图2、图3、图4，为本发明的基于功率因数考核的乏风瓦斯发电综合控制方法的工作流程示意图；上述系统投入运行后，并网功率计量表6采集并网点功率信息，并向中央控制器7传输实时的并网点功率信息，当中央控制器7获取该时刻的功率因数PFt后，进行判断控制运行：
1)当功率因数PFt高于死区上限值，同时阀门A12当前状态为最大进气量，且备用乏风进气管道10进气量高于最低设定值，则下达阀门控制器C17完全打开阀门C16的指令，然后判断阀门B14是否打开：
若阀门B14没有打开，则下达阀门控制器B15打开阀门B14的指令；
若阀门B14已经打开，则判断阀门B14是否为最大进气量，
若阀门B14不是最大进气量，则下达阀门控制器B15增加阀门B14进气量的指令，进气增加量为当前进气量的10％，
若阀门B14是最大进气量，则判断光伏发电机组4是否投入，
若光伏发电机组4已经投入，则维持当前进气量，
若光伏发电机组4没有投入，则下达光伏并网开关22闭合指令。
2)当功率因数PFt高于死区上限值，同时阀门A12当前状态为最大进气量，且备用乏风进气管道10进气量低于最低设定值，则下达阀门控制器C17关闭阀门C16的指令，然后判断蓄气装置11容量是否已空，
若蓄气装置11容量已空，则下达阀门控制器B15关闭阀门B14的指令，
若蓄气装置11容量不为空，则下达阀门控制器B15完全打开阀门B14的指令，然后关闭气体储存控制系统20，并打开气体排放控制系统21进行瓦斯气体排放。
3)当功率因数PFt高于死区上限值，同时阀门A12当前状态不是最大进气量，则下达阀门控制器A13增加阀门A12进气量的指令，进气增加量为当前进气量的10％。
4)当功率因数PFt低于死区下限值时，判断光伏发电机组4是否已经投入，
若光伏发电机组4已经投入，则下达光伏并网开关22断开指令，
若光伏发电机组4没有投入，则判断阀门B14是否已经打开；
若阀门B14没有打开，则判断阀门A12当前状态是否为允许最小进气量，
若断阀门A12当前状态是允许最小进气量，则瓦斯发电机组3待机，
若断阀门A12当前状态不是允许最小进气量，则下达阀门控制器A13减少阀门A12进气量的指令，进气减少量为当前进气量的15％；
若阀门B14已经打开，则下达阀门控制器B15关闭阀门B14的指令，再下达阀门控制器C17完全打开阀门C16的指令，然后判断蓄气装置11容量是否已满，
若蓄气装置11容量已满，则关闭气体储存控制系统20和气体排放控制系统21，然后下达阀门控制器C17完全关闭阀门C16的指令，
若蓄气装置11容量未满，则关闭气体排放控制系统21，并打开气体储存控制系统20进行瓦斯气体存储。
5)当功率因数PFt低于死区上限值，且高于死区下限值时，维持当前进气量。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (5)

1.基于功率因数考核的乏风瓦斯发电综合系统的综合控制方法，其特征在于：所述系统包括分别连接至母线(1)且均为负载(5)供电的外部电网(2)、瓦斯发电机组(3)和光伏发电机组(4)；所述外部电网处设置有用于采集并网点功率信息的并网功率计量表(6)，所述并网功率计量表(6)电连接有中央控制器(7)；所述瓦斯发电机组(3)连接有乏风进气管道，所述乏风进气管道包括总进气管道(8)、主乏风进气管道(9)和备用乏风进气管道(10)，所述主乏风进气管道(9)和备用乏风进气管道(10)并列连接在总进气管道(8)的入口端；所述备用乏风进气管道(10)上连通有蓄气装置通气管(23)，所述蓄气装置通气管(23)上连接有蓄气装置(11)；所述主乏风进气管道(9)上设置有阀门A(12)，所述阀门A(12)通过阀门控制器A(13)电连接到中央控制器(7)；所述备用乏风进气管道(10)上设置有阀门B(14)和阀门C(16)，所述阀门B(14)设置在蓄气装置通气管(23)的靠近总进气管道(8)的一侧，所述阀门C(16)设置在蓄气装置通气管(23)的另一侧，所述阀门B(14)和阀门C(16)对应通过阀门控制器B(15)和阀门控制器C(17)电连接到中央控制器(7)；所述光伏发电机组(4)电连接所述中央控制器(7)；所述阀门A(12)为常开阀门，所述阀门B(14)和阀门C(16)为常闭阀门；
所述蓄气装置(11)的进气口通过储存管道(18)连接所述蓄气装置通气管(23)，所述蓄气装置(11)的出气口通过排放管道(19)连接所述蓄气装置通气管(23)，所述储存管道(18)上设置有气体储存控制系统(20)，所述排放管道(19)上设置有气体排放控制系统(21)，所述气体储存控制系统(20)和气体排放控制系统(21)均分别电连接至中央控制器(7)；
所述光伏发电机组(4)通过光伏并网开关(22)电连接至母线(1)，所述光伏并网开关(22)与所述中央控制器(7)电连接；
所述综合控制方法为：并网功率计量表(6)采集并网点功率信息，并向中央控制器(7)传输实时的并网点功率信息，当中央控制器(7)获取实时的并网点功率信息的功率因数PFt后，进行运行控制判断：
1)当功率因数PFt高于死区上限值，同时阀门A(12)当前状态为最大进气量，且备用乏风进气管道(10)进气量高于最低设定值，则下达阀门控制器C(17)完全打开阀门C(16)的指令，然后判断阀门B(14)是否打开：
若阀门B(14)没有打开，则下达阀门控制器B(15)打开阀门B(14)的指令；若阀门B(14)已经打开，则判断阀门B(14)是否为最大进气量：若阀门B(14)不是最大进气量，则下达阀门控制器B(15)增加阀门B(14)进气量的指令；若阀门B(14)是最大进气量，则判断光伏发电机组(4)是否投入：若光伏发电机组(4)已经投入，则维持当前进气量；若光伏发电机组(4)没有投入，则下达光伏并网开关(22)闭合指令；
2)当功率因数PFt高于死区上限值，同时阀门A(12)当前状态为最大进气量，且备用乏风进气管道(10)进气量低于最低设定值，则下达阀门控制器C(17)关闭阀门C(16)的指令，然后判断蓄气装置(11)容量是否已空：若蓄气装置(11)容量已空，则下达阀门控制器B(15)关闭阀门B(14)的指令；若蓄气装置(11)容量不为空，则下达阀门控制器B(15)完全打开阀门B(14)的指令，然后关闭气体储存控制系统(20)，并打开气体排放控制系统(21)进行瓦斯气体排放；
3)当功率因数PFt高于死区上限值，同时阀门A(12)当前状态不是最大进气量，则下达阀门控制器A(13)增加阀门A(12)进气量的指令。
2.基于功率因数考核的乏风瓦斯发电综合系统的综合控制方法，其特征在于：所述系统包括分别连接至母线(1)且均为负载(5)供电的外部电网(2)、瓦斯发电机组(3)和光伏发电机组(4)；所述外部电网处设置有用于采集并网点功率信息的并网功率计量表(6)，所述并网功率计量表(6)电连接有中央控制器(7)；所述瓦斯发电机组(3)连接有乏风进气管道，所述乏风进气管道包括总进气管道(8)、主乏风进气管道(9)和备用乏风进气管道(10)，所述主乏风进气管道(9)和备用乏风进气管道(10)并列连接在总进气管道(8)的入口端；所述备用乏风进气管道(10)上连通有蓄气装置通气管(23)，所述蓄气装置通气管(23)上连接有蓄气装置(11)；所述主乏风进气管道(9)上设置有阀门A(12)，所述阀门A(12)通过阀门控制器A(13)电连接到中央控制器(7)；所述备用乏风进气管道(10)上设置有阀门B(14)和阀门C(16)，所述阀门B(14)设置在蓄气装置通气管(23)的靠近总进气管道(8)的一侧，所述阀门C(16)设置在蓄气装置通气管(23)的另一侧，所述阀门B(14)和阀门C(16)对应通过阀门控制器B(15)和阀门控制器C(17)电连接到中央控制器(7)；所述光伏发电机组(4)电连接所述中央控制器(7)；所述阀门A(12)为常开阀门，所述阀门B(14)和阀门C(16)为常闭阀门；
所述蓄气装置(11)的进气口通过储存管道(18)连接所述蓄气装置通气管(23)，所述蓄气装置(11)的出气口通过排放管道(19)连接所述蓄气装置通气管(23)，所述储存管道(18)上设置有气体储存控制系统(20)，所述排放管道(19)上设置有气体排放控制系统(21)，所述气体储存控制系统(20)和气体排放控制系统(21)均分别电连接至中央控制器(7)；
所述光伏发电机组(4)通过光伏并网开关(22)电连接至母线(1)，所述光伏并网开关(22)与所述中央控制器(7)电连接；
所述综合控制方法为：
1)当功率因数PFt低于死区下限值时，判断光伏发电机组(4)是否已经投入：若光伏发电机组(4)已经投入，则下达光伏并网开关(22)断开指令；若光伏发电机组(4)没有投入，则判断阀门B(14)是否已经打开：若阀门B(14)没有打开，则判断阀门A(12)当前状态是否为允许最小进气量：若阀门A(12)当前状态是允许最小进气量，则瓦斯发电机组(3)待机；若阀门A(12)当前状态不是允许最小进气量，则下达阀门控制器A(13)减少阀门A(12)进气量的指令；
若阀门B(14)已经打开，则下达阀门控制器B(15)关闭阀门B(14)的指令，再下达阀门控制器C(17)完全打开阀门C(16)的指令，然后判断蓄气装置(11)容量是否已满：若蓄气装置(11)容量已满，则关闭气体储存控制系统(20)和气体排放控制系统(21)，然后下达阀门控制器C(17)完全关闭阀门C(16)的指令；若蓄气装置(11)容量未满，则关闭气体排放控制系统(21)，并打开气体储存控制系统(20)进行瓦斯气体存储；
2)当功率因数PFt低于死区上限值，且高于死区下限值时，维持当前进气量。
3.如权利要求2所述的综合控制方法，其特征在于：下达阀门控制器B(15)增加阀门B(14)进气量的指令后，规定阀门B(14)的进气增加量为当前进气量的10％。
4.如权利要求2所述的综合控制方法，其特征在于：下达阀门控制器A(13)增加阀门A(12)进气量的指令后，规定阀门A(12)的进气增加量为当前进气量的10％。
5.如权利要求2所述的综合控制方法，其特征在于：下达阀门控制器A(13)减少阀门A(12)进气量的指令后，规定阀门A(12)的进气减少量为当前进气量的15％。
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