CN111690522A - 一种沼气发电控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沼气发电控制系统，包括控制单元、储气装置、送气装置、发电机和电网并网开关，控制单元与储气装置、送气装置、发电机以及电网并网开关相连接，控制单元用于：控制送气装置从储气装置抽取沼气，以保障发电机工作时所需沼气的输送压力和供给流量，接收储气装置的沼气存储信息，根据沼气存储信息以及存储阈值控制发电机以及电网并网开关开启或者关闭。本发明提出的发电控制系统，发电稳定，同时可以根据储气装置中沼气的储量自动控制发电机的启停，以合理分配沼气，使沼气容量较少时保证沼气用户的使用需求，当沼气容量较多时，利用沼气进行发电，提高了沼气资源的利用率。

Description

一种沼气发电控制系统

技术领域

本发明实施例涉及沼气发电技术，尤其涉及一种沼气发电控制系统。

背景技术

近年来，沼气利用技术的不断发展带来了创效节能和环境保护等诸多好处，在生物质资源丰富的农村和部分企业得到应用和推广。沼气综合利用作为一项系统工程包括：沼气厌氧发酵、沼气净化与储存、沼气发电并网、余热回收利用等部分。

在沼气发电工程中，沼气发电机的启停、并网通过人工来控制，需要在启动发电机前对气源可发电量、发电机的可工作时长作出估算，从而进行手动操作管理，对操作人员的技术要求较高。同时，由于沼气产量的波动会导致发电机组不能稳定持续的发电，因此也需要人工根据沼气的储存量来确定发电机组的运行时间。由于人工查勘及判断具有不及时、不准确的缺点，往往会出现存储气量不能保障用户用气需求、气量富余时发电机未启动等问题，沼气资源不能得到高效利用等问题。

发明内容

本发明提供一种沼气发电控制系统，以达到提高沼气系统发电稳定性和沼气资源利用率的目的。

本发明实施例提供了一种沼气发电控制系统，包括控制单元、储气装置、送气装置、发电机和电网并网开关，

所述控制单元与所述储气装置、送气装置、发电机以及电网并网开关相连接，所述控制单元用于：

控制所述送气装置从所述储气装置抽取沼气，使所述送气装置为发电机输送的沼气满足工作时所需的输送压力和供给流量要求，

接收所述储气装置的沼气存储信息，根据所述沼气存储信息以及存储阈值控制所述发电机以及电网并网开关开启或者关闭。

可选的，所述储气装置包括第一压力变送器和储气柜，所述沼气存储信息包括第一压力信息，

所述第一压力变送器配置在所述储气柜上，所述第一压力变送器与所述控制单元相控制器通信连接，用于向所述控制单元发送所述第一压力信息，所述控制单元根据所述第一压力信息控制所述发电机以及电网并网开关开启或者关闭。

可选的，所述送气装置包括增压装置、浮罩和第二压力变送器，

所述储气装置通过所述增压装置与所述浮罩相连接，所述第二压力变送器配置在所述浮罩内，

所述控制单元与所述增压装置以及所述第二压力变送器相连接，所述第二压力变送器用于向所述控制单元发送所述浮罩内部的第二压力信息，所述控制单元根据所述第二压力信息以及流量压力阈值控制所述增压装置开启或者关闭。

可选的，还包括电表，所述发电机通过所述电表与所述电网并网开关相连接，所述电表还与所述控制单元相连接，

所述电表用于监测并向所述控制单元发送发电机的电力输出数据。

可选的，所述控制单元还包括控制器和第一数字仪表，

所述控制器通过所述第一数字仪表与所述第一压力变送器相连接，所述第一数字仪表用于显示以及向所述控制器发送所述第一压力信息。

可选的，所述沼气存储信息还包括第一沼气量信息，

所述第一数字仪表用于接收所述第一压力变送器发送的第一压力信息，根据所述第一压力信息计算出第一沼气量信息，

所述第一数字仪表显示并向所述控制器发送所述第一沼气量信息，所述控制器根据所述第一沼气量信息控制所述发电机以及电网并网开关的开启或者关闭。

可选的，所述第一数字仪表还与发电机以及电网并网开关相连接，

所述第一数字仪表用于根据所述第一压力第一沼气量信息控制所述发电机以及电网并网开关的开启或关闭。

可选的，所述控制单元还包括控制器和第二数字仪表，

所述控制器通过所述第二数字仪表与所述第二压力变送器相连接，所述第二数字仪表用于显示以及向所述控制器发送所述第二压力信息。

可选的，所述第二数字仪表接收所述第二压力变送器发送的第二压力信息，根据所述第二压力信息计算出第二沼气量信息，

所述第二数字仪表显示并向所述控制器发送所述第二沼气量信息，所述控制器根据所述第二沼气量信息以及压力阈值控制所述增压装置开启或者关闭。

可选的，所述第二数字仪表还与所述增压装置相连接，

所述第二数字仪表用于根据所述第二压力信息以及压力阈值控制所述增压装置开启或者关闭。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的发电控制系统包括储气装置和送气装置，厌氧发酵罐内发酵产生的沼气经过净化后，通过管道输送至储气装置中，再由送气装置将沼气输送至发电机中，借助可以主动控制压力、流量的送气装置，可以避免由于发酵产生的沼气量具有波动性，容易造成发电波动的问题，同时控制器根据储气装置中沼气的储量自动控制发电机的启停，以合理分配沼气，使沼气容量较少时保证沼气用户的使用需求，当沼气容量较多时，利用沼气进行发电，提高了沼气资源的利用率。

附图说明

图1是实施例一中的控制系统结构框图；

图2是实施例二中的控制系统结构框图；

图3是实施例二中的送气装置结构图；

图4是实施例三中的控制系统结构框图；

图5是实施例三中的另一种控制系统结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是实施例一中的控制系统结构框图，参考图1，沼气发电控制系统包括控制单元1、储气装置2、送气装置3、发电机4和电网并网开关5。

控制单元1与储气装置2、送气装置3、发电机4以及电网并网开关5通信连接，控制单元1用于：控制送气装置3从储气装置2抽取沼气，使送气装置3以恒定压力、流量向发电机4中送气，使送气装置3为发电机4输送的沼气满足工作时所需的输送压力和供给流量要求。

示例性的，送气装置3采用容积可变的恒压装置，发电机4为沼气发电机，储气装置2为低压储气装置。

本实施例中，通过送气装置3与发电机4直接连接，由于送气装置3的容积可变，因此可以通过主动调整送气装置3内的沼气量，使得送气装置4内部的压力维持在设定的压力范围内，进而使送气装置3可以以相对恒定的流量向发电机4中输入沼气，保证发电过程的稳定。

控制单元1还用于接收储气装置2的沼气存储信息，根据沼气存储信息以及存储阈值控制发电机4以及电网并网开关开5开启或者关闭。

示例性的，储气装置2用于存储厌氧发酵罐内发酵产生的沼气，存储阈值为设定的储气装置2中可用于发电的沼气容量的下限值，当沼气的存储量低于存储阈值时，控制单元1控制发电机4停机、电网并网开关5关闭。

本实施例中，厌氧发酵罐内发酵产生的沼气经过净化后，通过管道输送至储气装置2中，再由送气装置3将沼气输送至发电机4中，借助可以主动控制压力、流量的送气装置2，可以避免由于发酵产生的沼气量具有波动性，容易造成发电波动的问题，同时控制单元1根据储气装置2中沼气的储量自动控制发电机的启停，以合理分配沼气，使沼气容量较少时保证沼气用户的使用需求，当沼气容量较多时，利用沼气进行发电，提高了沼气资源的利用率。

实施例二

图2是实施例二中的控制系统结构框图，参考图2，在实施例一的基础上，储气装置2包括第一压力变送器21和储气柜22，沼气存储信息包括第一压力信息。

第一压力变送器21配置在储气柜22上，第一压力变送器21与控制单元1相连接，用于向控制单元1发送第一压力信息。

示例性的，储气柜22为低压储气柜，储气柜22内的压力随沼气量的变化而变化，第一压力变送器安装在储气柜22上，以测量储气柜22内的压力，控制单元1将储气柜22内的压力，即第一压力信息转化为储气柜22内沼气的储量，根据沼气的储量控制发电机4以及电网并网开关5的开启或者关闭。

示例性的，发电机4的电力输出端与电网通过电网并网开关5连接，电网并网开关5的分合控制信号与发电机4的启停状态相关，当发电机4启动后，电网并网开关5打开，发电机4并网，发电机4停机后，电网并网开关5关闭，发电机4并网离网。

具体的，控制单元1中配置有存储阈值，随着沼气产气量的增加，储气柜22内的压力随之上升，当储气柜22的储气量达到设定的存储阈值时，控制单元1控制发电机4启动，同时打开电网并网开关5。在沼气发电机4运行的过程中，沼气的消耗使得储气柜22中的压力下降，当储气柜22的储气量低于存储阈值时，控制单元1控制发电机4停机，同时控制电网并网开关5关闭。

参考图2，送气装置3包括增压装置31、浮罩32和第二压力变送器33。储气装置2通过增压装置31与浮罩32相连接，第二压力变送器33配置在浮罩32内，控制单元1与增压装置31以及第二压力变送器33相连接，第二压力变送器33用于向控制单元1发送浮罩32内部的第二压力信息，控制单元1根据第二压力信息以及压力阈值控制增压装置31开启或者关闭。

示例性的，浮罩32为容积可变的恒压浮罩，第二压力变送器33安装在浮罩32的底部，第二压力变送器33用于测量浮罩32内的水压，例如，当浮罩32升高时，浮罩32内的水压降低，当浮罩32降低时，浮罩32内的水压升高。

图3是实施例二中的送气装置结构图，参考图3，作为一种可实施方案，送气装置3包括增压装置31和浮罩32，其中，浮罩32包括软体连接部321和浮罩主体，浮罩主体的内表面配置有夹套326，浮罩主体的侧表面配置有第一注水口322、第一排气孔323、浮罩主体的顶部配置有第二排气孔324、第二注水口325以及排气管道327。第二压力变送器33安装在浮罩主体的底部。

其中，浮罩主体通过软体连接部321与蓄水池7密封连接，借助软体连接部321，当浮罩32内的沼气量发生变化时，浮罩32可相对蓄水池上下移动，示例性的，软体连接部321可采用塑料制成。第一注水口322用于向夹套326内注水，通过调整夹套326内部的注水量可以调整浮罩32内部的压力。第二注水口325用于向蓄水池7内注水，使浮罩32漂浮在蓄水池7上，以通过第二压力变送器33测量浮罩32内的水压。浮罩32通过排气管道327与发电机4相连接。

示例性的，配置浮罩32时，包括步骤：

步骤1、打开二排气孔324和第二注水口325，通过第二注水口325向蓄水池7中注入一定量的水，随后关闭打开二排气孔324以及第二注水口325，并密封。

步骤2、通过增压装置31向浮罩32内注入一定量的沼气，其中沼气的体积由压力阈值确定。

步骤3、打开第一排气孔323和第一注水口322，向夹套326内注水，以调节浮罩32内部的压力，其中压力的数值可由发电机4的额定参数而确定，调节好压力后，关闭第一排气孔323和第一注水口322，并密封。

本实施例中，在控制单元1中配置压力阈值，示例性的，压力阈值可以为处于设定的容积上限以及容积下限之间的沼气含量区间。发电时，控制单元1将浮罩32内的水位压力数据转换为当前浮罩32内的沼气含量，当浮罩32内的沼气量达到容积下限时，控制单元1控制增压装置31启动，通过增压装置31将低压储气柜22中存储的沼气加压，并输送至浮罩32中，当浮罩32内的沼气量达到设定的容积上限时，控制单元1控制增压装置31停机。如此循环往复，以保障浮罩32内沼气的压力始终处在设定的范围之内，从而保障送气装置3可以以相对稳定压力和流量向发电机4中输出沼气，保证发电机4发电量的稳定。

示例性的，通过设置具有一定区间的压力阈值可以防止增压装置31频繁启动。相应的，当储气柜22中的储气量低于存储阈值时，控制单元1在关闭发电机4以及电网并网开关5的同时，也同时控制增压装置31停机。

参考图2，发电控制系统还包括电表6，发电机4通过电表6与电网并网开关5相连接，电表6还与控制单元1相连接，电表6用于监测并向控制单元1发送发电机4的电力输出数据。

作为一种可选方案，沼气发电机的电力输出端设有漏电、过载保护电流以及故障声光报警装置，以最大限度的保证发电控制系统的安全稳定运行。

实施例三

图4是实施例三中的控制系统结构框图，参考图4，在实施例二的基础上，控制单元包括控制器11和第一数字仪表23。

控制器11通过第一数字仪表23与第一压力变送器21相连接，第一数字仪表用于显示以及向控制器11发送第一压力信息。沼气存储信息还包括第一沼气量信息，第一数字仪表23用于接收第一压力变送器21发送的第一压力信息，根据第一压力信息计算出第一沼气量信息，第一数字仪表23显示并向控制器发送第一沼气量信息。控制器11根据第一沼气量信息控制发电机4以及电网并网开关5的开启或者关闭。

示例性的，第一沼气量信息为储气柜22内当前沼气的储量。第一数字仪表23可以为配有显示屏的PLC或者智能数字仪表，通过第一数字仪表23计算第一沼气量信息，可以减小控制器11的计算压力。

作为一种可选方案，第一数字仪表23还用于配置并向控制器11发送存储阈值。

参考图4，控制单元还包括第二数字仪表34，控制器11通过第二数字仪表34与第二压力变送器33相连接，第二数字仪表34用于显示以及向控制器11发送第二压力信息。

第二数字仪表34接收第二压力变送器33发送的第二压力信息，根据第二压力信息计算出第二沼气量信息。第二数字仪表34显示并向控制器11发送第二沼气量信息，控制器11根据第二沼气量信息以及压力阈值控制增压装置开启或者关闭。其中，第二沼气量信息为当前浮罩32内的沼气含量。

作为一种可选方案，第二数字仪表34还用于配置并向控制器11发送压力阈值。

通过配置第一数字仪表23和第二数字仪表34，可以提高发电控制系统配置的灵活性，提高发电控制系统的自动化水平。

图5是实施例三中的另一种控制系统结构框图，参考图5，作为一种可实施方案，第一数字仪表23与控制器11、第一压力变送器21、发电机4以及电网并网开关5相连接，第二数字仪表34与控制器11、第二压力变送器33以及增压装置31相连接。

具体的，第一数字仪表23采用智能数字仪表，第一数字仪表23用于接收第一压力变送器21发送的第一压力信息，根据第一压力信息计算出第一沼气量信息，根据第一沼气量信息控制发电机4以及电网并网开关开5开启或者关闭。

示例性的，第一数字仪表2内部集成微处理器，微处理器存储储气柜22的存储阈值，即储气柜22中可用于发电的沼气容量的下限值，当智能数字仪表判断第一沼气量低于存储阈值时，智能数字仪表控制发电机4停机、电网并网开关5关闭。其中，智能数字仪表还用于将包括第一压力信息和第一沼气量信息的沼气存储信息发送给控制器11；接收控制器11发送的人工控制指令，当智能数字仪表接收到人工控制指令时，智能数字仪表优先响应人工控制指令，根据人工控制指令控制发电机4停机、电网并网开关5关闭。

第二数字仪表34采用智能数字仪表，第二数字仪表34用于接收第二压力变送器33发送的第二压力信息，根据第二压力信息计算出第二沼气量信息，根据第二沼气量信息控制增压装置31开启或者关闭。

示例性的，第二数字仪表34内部集成微处理器，微处理器存储增压装置31的压力阈值，其中，压力阈值可以为处于设定的增压装置31的容积上限以及容积下限之间的沼气含量区间，当第二数字仪表34判断第二沼气量处于压力阈值所处的范围内时，第二数字仪表34控制增压装置31关闭，当第二沼气量处于压力阈值所处的范围外时，第二数字仪表34控制增压装置31开启。第二数字仪表34还用于将第二压力信息和第二沼气量信息发送给控制器11；接收控制器11发送的人工控制指令，当第二数字仪表34接收到人工控制指令时，第二数字仪表34优先响应人工控制指令，根据人工控制指令控制增压装置31开启或关闭。

图5所示控制系统的通过第一数字仪表23和第二数字仪表34直接发出控制信号，实现就地控制，可以提高控制系统的控制响应速率。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种沼气发电控制系统，其特征在于，包括控制单元、储气装置、送气装置、发电机和电网并网开关，

所述控制单元与所述储气装置、送气装置、发电机以及电网并网开关相连接，所述控制单元用于：

控制所述送气装置从所述储气装置抽取沼气，使所述送气装置为发电机输送的沼气满足工作时所需的输送压力和供给流量要求，

接收所述储气装置的沼气存储信息，根据所述沼气存储信息以及存储阈值控制所述发电机以及电网并网开关开启或者关闭。

2.如权利要求1所述的沼气发电控制系统，其特征在于，所述储气装置包括第一压力变送器和储气柜，所述沼气存储信息包括第一压力信息，

所述第一压力变送器配置在所述储气柜上，所述第一压力变送器与所述控制单元相连接，用于向所述控制单元发送所述第一压力信息，所述控制单元根据所述第一压力信息控制所述发电机以及电网并网开关开启或者关闭。

3.如权利要求1所述的沼气发电控制系统，其特征在于，所述送气装置包括增压装置、浮罩和第二压力变送器，

所述储气装置通过所述增压装置与所述浮罩相连接，所述第二压力变送器配置在所述浮罩内，

所述控制单元与所述增压装置以及所述第二压力变送器相连接，所述第二压力变送器用于向所述控制单元发送所述浮罩内部的第二压力信息，所述控制单元根据所述第二压力信息以及压力阈值控制所述增压装置开启或者关闭。

4.如权利要求1所述的沼气发电控制系统，其特征在于，还包括电表，所述发电机通过所述电表与所述电网并网开关相连接，所述电表还与所述控制单元相连接，

所述电表用于监测并向所述控制单元发送发电机的电力输出数据。

5.如权利要求2所述的沼气发电控制系统，其特征在于，所述控制单元包括控制器和第一数字仪表，

所述控制器通过所述第一数字仪表与所述第一压力变送器相连接，所述第一数字仪表用于显示以及向所述控制器发送所述第一压力信息。

6.如权利要求5所述的沼气发电控制系统，其特征在于，所述沼气存储信息还包括第一沼气量信息，

所述第一数字仪表用于接收所述第一压力变送器发送的第一压力信息，根据所述第一压力信息计算出第一沼气量信息，

所述第一数字仪表显示并向所述控制器发送所述第一沼气量信息，所述控制器根据所述第一沼气量信息控制所述发电机以及电网并网开关的开启或者关闭。

7.如权利要求5所述的沼气发电控制系统，其特征在于，所述第一数字仪表还与发电机以及电网并网开关相连接，

所述第一数字仪表用于根据所述第一压力信息控制所述发电机以及电网并网开关的开启或关闭。

8.如权利要求3所述的沼气发电控制系统，其特征在于，所述控制单元包括控制器和第二数字仪表，

所述控制器通过所述第二数字仪表与所述第二压力变送器相连接，所述第二数字仪表用于显示以及向所述控制器发送所述第二压力信息。

9.如权利要求8所述的沼气发电控制系统，其特征在于，所述第二数字仪表接收所述第二压力变送器发送的第二压力信息，根据所述第二压力信息计算出第二沼气量信息，

所述第二数字仪表显示并向所述控制器发送所述第二沼气量信息，所述控制器根据所述第二沼气量信息以及压力阈值控制所述增压装置开启或者关闭。

10.如权利要求8所述的沼气发电控制系统，其特征在于，所述第二数字仪表还与所述增压装置相连接，

所述第二数字仪表用于根据所述第二压力信息以及压力阈值控制所述增压装置开启或者关闭。

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