CN110230524A - 一种高效分布式余压发电电能质量管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高效分布式余压发电电能质量管理系统及方法，径向气浮余压透平发电系统连接蒸汽输入管道，蒸汽温度与流量一体表计和蒸汽输入调节阀安装在蒸汽输入管道上，径向气浮余压透平发电系统、变流器、并网开关和电能质量管理控制装置依次通过电缆连接；透平转速计与径向气浮余压透平发电系统连接；蒸汽温度与流量一体表计、蒸汽输入调节阀、径向气浮余压透平发电系统、透平转速计、变流器和并网开关均与电能质量管理控制装置进行通信。通过监测系统输出的电能质量参数，及时调节蒸汽压力、流量、变流器和透平转速，使发电系统输出的电能质量不仅满足用户用电要求，还可在质量存在偏差情况下自动调节相关参数，保证系统提供高品质电能。

Description

一种高效分布式余压发电电能质量管理系统及方法
技术领域
本发明涉及发电技术领域，具体地讲，涉及一种高效分布式余压发电电能质量管理系统及方法，主要应用于蒸汽负荷供能场所。
背景技术
分布式能源站集中向蒸汽参数需求不同的企业供热，由于分布式能源供热只有一个供热管网，且提供一种蒸汽品质，而供热区域内的负荷对蒸汽压力和温度需求不一致，面对供用双方参数不匹配的情况，常见的解决方法是通过减温减压阀，将供方的参数降低至用户端所需的参数。虽然使用减温减压阀可以解决供方用方参数不匹配的问题，但是却使得所供蒸汽的㶲下降，浪费了大量蒸汽做功能力。例如授权公告号为CN202596802，授权公告日为2012.12.12的中国专利：蒸汽余压余热发电及平衡供汽供热模块化装置，该专利解决了高压蒸汽减温减压送往不同压力需求的蒸汽热用户导致的不可逆损失过大的难题，但是系统整体繁琐、不能实现自动调节。
针对使用减温减压阀带来的蒸汽品质下降的问题，采用高效径向气浮透平的分布式余压发电系统可以节约大量的能源，提高了分布式能源系统综合能源利用效率，实现了节能减排。但是高效径向气浮透平的分布式余压发电系统对输入蒸汽、变流器、蒸汽输出要求严格，目前其控制无法实现对输出的电能质量与蒸汽输入自动调节、变流器动态调整、气浮轴承透平转速闭环控制等功能，同时无法达到输出高品质电能质量的目标，因此，有必要对现有余压发电系统进行改进。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种高效分布式余压发电电能质量管理系统及方法，用于解决高效径向气浮透平的分布式余压发电系统控制无法实现输出的电能质量与蒸汽输入自动调节、变流器动态调整、气浮轴承透平转速闭环控制等功能的问题，以及解决无法达到输出高品质电能质量的问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种高效分布式余压发电电能质量管理系统包括蒸汽温度与流量一体表计、蒸汽输入调节阀、径向气浮余压透平发电系统、透平转速计、变流器、并网开关和电能质量管理控制装置；所述径向气浮余压透平发电系统连接一根蒸汽输入管道，所述蒸汽温度与流量一体表计和蒸汽输入调节阀均安装在蒸汽输入管道上，并且蒸汽输入调节阀设置在蒸汽温度与流量一体表计和径向气浮余压透平发电系统之间；所述径向气浮余压透平发电系统、变流器、并网开关和电能质量管理控制装置依次通过电缆连接；所述透平转速计与径向气浮余压透平发电系统连接；所述蒸汽温度与流量一体表计、蒸汽输入调节阀、径向气浮余压透平发电系统、透平转速计、变流器和并网开关均与电能质量管理控制装置进行通信。
本发明中，径向气浮余压透平发电系统集成了径向透平机与永磁发电机，通过输入的蒸汽膨胀做功推动透平机内叶轮旋转，然后带动转子旋转而切割磁感线产生电能，从而实现高速永磁发电机发电，高速永磁发电机输出的高频交流电经过变流器处理后提供380V、50Hz高品质电能，就近消纳。
本发明中，电能质量管理控制装置通过对输出的电能频率、谐波、电压偏差、三相电压不平衡度、波动和闪变等电能质量参数进行实时监测。若超出设定值，电能质量管理控制装置就对蒸汽输入调节阀、径向气浮余压透平发电系统的转速、变流器进行调节，同时也可以控制并网开关的并离网状态；若径向气浮余压透平发电系统超转速运行，径向气浮余压透平发电系统的中央控制器经过计算便会，给蒸汽输入调节阀和并网开关发关闭送相应调节指令，从而实现了系统重大故障的自我保护功能。
为解决上述技术问题，本发明还提供了另一技术方案：一种高效分布式余压发电电能质量管理方法，采用上述的高效分布式余压发电电能质量管理系统，其特征在于：包括：
步骤一：打开蒸汽输入调节阀，蒸汽通过蒸汽输入管道进入径向气浮余压透平发电系统中气体膨胀做功使叶轮旋转从而输出机械功，带动转子旋转而切割磁感线产生电能；
步骤二：蒸汽温度与流量一体表计检测蒸汽的温度和流量并反馈至电能质量管理控制装置，透平机内的转速计检测永磁发电机转速并反馈至电能质量管理控制装置，电能质量管理控制装置监测采集到的蒸汽温度、流量以及气浮透平转速等数据，若透平转速计检测到永磁发电机的转速超过定值，电能质量管理控制装置给蒸汽输入调节阀和并网开关发关闭指令；
步骤三：径向气浮余压透平发电系统产生的高频交流电经过变流器处理后，若符合电能质量标准，则经并网开关和电能质量管理控制装置输出；若不符合，电能质量管理控制装置根据电能质量情况对蒸汽输入调节阀、径向气浮余压透平发电系统和变流器等进行动态调节，直至电能质量符合标准，并控制并网开关的并离网状态，其中电能质量管理控制装置对电能质量情况进行监测的参数有电能频率、谐波、电压偏差、三相电压不平衡度、波动和闪变等。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、具有超速自动保护功能：透平转速计检测到永磁发电机转速超过定值，电能质量管理控制装置给蒸汽输入调节阀和并网开关发关闭指令；
2、电能质量管理控制装置可以对高效径向气浮透平的分布式余压发电进行电能质量监测，还可以根据电能质量情况对蒸汽输入调节阀、径向气浮余压透平发电系统、变流器和并网开关等进行控制；
3、电能质量管理控制装置支持热力系统参数在线监测：电能质量管理控制装置通过通信电缆与蒸汽温度与流量一体表计、透平转速计连接，从而实现对蒸汽温度、流量以及气浮透平内高速电机转速数据的采集和监测；
4、通过监测输出的实时电能质量参数和热力系统参数，根据输出的电能质量情况实时调节输入的蒸汽压力和流量、变流器和透平机内永磁电机转速，使高效径向气浮透平的分布式余压发电系统输出的电能质量在满足要求的同时，还可以在电能质量存在偏差情况下自动调节相关参数，从而保证系统可以提供高品质的电能质量。
附图说明
图1是本发明实施例中分布式余压发电电能质量管理系统的示意图。
附图标记说明：蒸汽温度与流量一体表计1、蒸汽输入调节阀2、径向气浮余压透平发电系统3、透平转速计4、变流器5、并网开关6、电能质量管理控制装置7。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1。
本实施例为一种高效分布式余压发电电能质量管理系统，其包括蒸汽温度与流量一体表计1、蒸汽输入调节阀2、径向气浮余压透平发电系统3、透平转速计4、变流器5、并网开关6和电能质量管理控制装置7。
本实施例中，径向气浮余压透平发电系统3连接一根蒸汽输入管道，蒸汽温度与流量一体表计1和蒸汽输入调节阀2均安装在蒸汽输入管道上，并且蒸汽输入调节阀2设置在蒸汽温度与流量一体表计1和径向气浮余压透平发电系统3之间。径向气浮余压透平发电系统3、变流器5、并网开关6和电能质量管理控制装置7依次通过电缆连接。透平转速计4与径向气浮余压透平发电系统3连接。蒸汽温度与流量一体表计1、蒸汽输入调节阀2、径向气浮余压透平发电系统3、透平转速计4、变流器5和并网开关6均与电能质量管理控制装置7进行通信。
本实施例中，径向气浮余压透平发电系统3集成了透平机与永磁发电机，通过输入的蒸汽气体膨胀做功使叶轮旋转，从而输出机械功，再带动高速永磁电机转子旋转而切割磁感线产生电能，高速永磁发电机输出的高频交流电经过变流器5处理后提供380V、50Hz符合电力品质的电能。。
本实施例中，电能质量管理控制装置7通过对输出电能的频率、谐波、电压偏差、三相电压不平衡度、波动和闪变等电能质量参数进行实时监测，若超出设定值，电能质量管理控制装置7就对蒸汽输入调节阀2、径向气浮余压透平发电系统3的转速、变流器5进行调节，同时也可以控制并网开关6的并离网状态，若径向气浮余压透平发电系统3超速运行，径向气浮余压透平发电系统的中央控制器经过计算便会给蒸汽输入调节阀2和并网开关6发关闭指令，实现了系统重大故障的自我保护功能。
本实施例还提供一种高效分布式余压发电电能质量管理方法，采用上述的高效分布式余压发电电能质量管理系统，具体步骤为：
步骤一：打开蒸汽输入调节阀2，蒸汽通过蒸汽输入管道通入径向气浮余压透平发电系统3中推动气浮透平发电；
步骤二：蒸汽温度与流量一体表计1检测蒸汽的温度和流量并反馈至电能质量管理控制装置7，透平转速计4检测透平机内永磁电机转速并反馈至电能质量管理控制装置7，电能质量管理控制装置7实时监测采集到的蒸汽温度、流量以及气浮透平转速数据，若透平转速计4检测到透平机内永磁电机转速超过限值，电能质量管理控制装置7给蒸汽输入调节阀2和并网开关6发送关闭指令；
步骤三：径向气浮余压透平发电系统3产生的高频交流电经过变流器5处理后，若符合电能质量标准，则经并网开关6和电能质量管理控制装置7输出；若不符合，电能质量管理控制装置7根据电能质量情况对蒸汽输入调节阀2、径向气浮余压透平发电系统3和变流器5等进行动态调节，直至电能质量符合标准，并控制并网开关6的并离网状态，其中电能质量管理控制装置7对电能质量情况进行监测的参数有电能的频率、谐波、电压偏差、三相电压不平衡度、波动和闪变等。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高效分布式余压发电电能质量管理系统，其特征在于：包括蒸汽温度与流量一体表计（1）、蒸汽输入调节阀（2）、径向气浮余压透平发电系统（3）、透平转速计（4）、变流器（5）、并网开关（6）和电能质量管理控制装置（7）；所述径向气浮余压透平发电系统（3）连接一根蒸汽输入管道，所述蒸汽温度与流量一体表计（1）和蒸汽输入调节阀（2）均安装在蒸汽输入管道上，并且蒸汽输入调节阀（2）设置在蒸汽温度与流量一体表计（1）和径向气浮余压透平发电系统（3）之间；所述径向气浮余压透平发电系统（3）、变流器（5）、并网开关（6）和电能质量管理控制装置（7）依次通过电缆连接；所述透平转速计（4）与径向气浮余压透平发电系统（3）连接；所述蒸汽温度与流量一体表计（1）、蒸汽输入调节阀（2）、径向气浮余压透平发电系统（3）、透平转速计（4）、变流器（5）和并网开关（6）均与电能质量管理控制装置（7）进行通信。
2.一种高效分布式余压发电电能质量管理方法，采用权利要求1所述的高效分布式余压发电电能质量管理系统，其特征在于：包括：
步骤一：打开蒸汽输入调节阀（2），蒸汽通过蒸汽输入管道进入径向气浮余压透平发电系统（3）中，气体膨胀做功使叶轮旋转从而输出机械功，带动转子旋转而切割磁感线产生电能；
步骤二：蒸汽温度与流量一体表计（1）检测蒸汽的温度和流量并反馈至电能质量管理控制装置（7），透平机内的转速计（4）检测永磁发电机转速并反馈至电能质量管理控制装置（7），电能质量管理控制装置（7）监测采集到的蒸汽温度、流量以及气浮透平转速数据，若透平转速计（4）检测到永磁发电机转速超过定值，可以不通过电能质量管理控制装置（7），先关闭蒸汽输入调节阀（2），再通过延时给并网开关（6）发送分闸命令；
步骤三：径向气浮余压透平发电系统（3）产生的高频交流电经过变流器（5）处理后，若符合电能质量标准，则经并网开关（6）和电能质量管理控制装置（7）输出；若不符合，电能质量管理控制装置（7）根据电能质量情况对蒸汽输入调节阀（2）、径向气浮余压透平发电系统（3）和变流器（5）等进行动态调节，直至电能质量符合标准，并控制并网开关（6）的并离网状态。
3.根据权利要求2所述的高效分布式余压发电电能质量管理方法，其特征在于：所述变流器（5）处理后得到符合电力标准的交流电为380V、50Hz交流电。
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