CN115514026A - 一种船用发电机组并网系统及并网运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种船用发电机组并网系统及运行方法。该系统包括：至少一轴带发电机、至少一汽轮发电机、至少一个第一、第二变频器及电站管理模块；轴带发电机向电网系统提供预设功率信号；汽轮发电机在不同环境工况下向电网系统提供不同的功率信号；轴带发电机及汽轮发电机均包括第一、第二运行模式；第一变频器根据电网系统的频率恒定轴带发电机的频率；第二变频器根据电网系统的频率恒定汽轮发电机的频率；管理模块识别不同的环境工况；并当识别到环境工况为第一环境工况时，判断汽轮发电机是否以第一运行模式运行；若汽轮发电机以第一运行模式运行，控制第二变频器恒定汽轮发电机的频率，并控制汽轮发电机根据功率目标信号输出实际功率。

Description

一种船用发电机组并网系统及并网运行方法

技术领域

本发明实施例涉及并网技术，尤其涉及一种船用发电机组并网系统及并网运行方法。

背景技术

目前，采用轴带发电，已在各种船型上广泛应用，船舶大多采用的是轴带发电机并网运行。近年来，随着对节能减排的要求，对船舶绿色节能技术的研究也成为了一个非常迫切的需求。蒸汽透平发电机是船舶绿色节能技术的一种，其原理是利用船舶过量的蒸汽转化成电能，并加入船舶电网并网使用。由于蒸汽透平发电机功率输出不稳定，轴带发电机功率输出稳定，如此将一个运行不稳定的蒸汽透平发电机与运行稳定的轴带发电机并网运行，各发电机组并网后稳定运行成为现在主要研究的方向。

发明内容

本发明提供一种船用发电机组并网系统及并网运行方法，以实现各发电机组稳定可靠运行，同时还利用汽轮发电机可以最大效率低进行废热回收，实现了蒸汽热效率的提升。

第一方面，本发明实施例提供了一种船用发电机组并网系统，该系统包括：至少一个轴带发电机、至少一个汽轮发电机、至少一个第一变频器、至少一个第二变频器及电站管理模块；

所述轴带发电机，用于向电网系统提供预设功率信号；

所述汽轮发电机，用于在不同环境工况下向所述电网系统提供不同的功率信号；所述轴带发电机及所述汽轮发电机均包括第一运行模式及第二运行模式；

所述第一变频器与所述轴带发电机电连接，用于根据所述电网系统的频率恒定所述轴带发电机的频率；

所述第二变频器与所述汽轮发电机电连接，用于根据所述电网系统的频率恒定所述汽轮发电机的频率；

所述电站管理模块，用于识别不同的环境工况；并当识别到环境工况为第一环境工况时，判断所述汽轮发电机是否以所述第一运行模式运行；若所述汽轮发电机以所述第一运行模式运行，控制所述第二变频器恒定所述汽轮发电机的频率；并当所述汽轮发电机的频率跟随所述电网系统的频率时，控制所述汽轮发电机根据功率目标信号输出实际功率；其中，所述功率目标信号由所述汽轮发电机所述第一环境工况下的最大输出功率信号确定；所述汽轮发电机所述第一环境工况下的最大输出功率信号极小于所述预设功率信号。

可选的，所述电站管理模块，还用于当识别到环境工况为第二环境工况时，判断所述汽轮发电机是否以所述第二运行模式运行；若所述汽轮发电机以所述第二运行模式运行，控制所述第二变频器恒定所述汽轮发电机的频率；并当所述汽轮发电机的频率跟随所述电网系统的频率时，控制所述汽轮发电机输出所述第二环境工况下的最大输出功率信号。

可选的，所述电站管理模块，还用于控制所述第一变频器恒定所述轴带发电机的频率；并当所述轴带发电机的频率跟随所述电网系统的频率时，控制所述轴带发电机输出所述预设功率信号。

第二方面，本发明实施例提供了一种船用发电机组并网运行方法，其特征在于，应用于上述第一方面所述的船用发电机组并网系统，所述船用发电机组并网运行方法包括：

识别不同的环境工况；

当识别到环境工况为第一环境工况时，判断所述汽轮发电机是否以所述第一运行模式运行；

若所述汽轮发电机以所述第一运行模式运行，控制所述第二变频器恒定所述汽轮发电机的频率，并当所述汽轮发电机的频率跟随所述电网系统的频率时，控制所述汽轮发电机根据功率目标信号输出实际功率；其中，所述功率目标信号由所述汽轮发电机所述第一环境工况下的最大输出功率信号确定；所述汽轮发电机所述第一环境工况下的最大输出功率信号极小于预设功率信号。

可选的，控制所述汽轮发电机根据功率目标信号输出实际功率，包括：

获取当前第一环境工况下所述汽轮发电机的实际输出功率信号；

当所述实际输出功率信号小于所述功率目标信号时，控制所述汽轮发电机以所述实际输出功率信号输出实际功率；

当所述实际输出功率信号大于所述功率目标信号时，控制所述汽轮发电机以所述功率目标信号输出实际功率。

可选的，还包括：

当识别到环境工况为第二环境工况时，判断所述汽轮发电机是否以所述第二运行模式运行；

若所述汽轮发电机以所述第二运行模式运行，控制所述第二变频器恒定所述汽轮发电机的频率，并当所述汽轮发电机的频率跟随所述电网系统的频率时，控制所述汽轮发电机输出所述第二环境工况下的最大输出功率信号。

可选的，还包括：

控制所述第一变频器恒定所述轴带发电机的频率，并当所述轴带发电机的频率跟随所述电网系统的频率时，控制所述轴带发电机输出预设功率信号

本发明实施例，通过所述电站管理模块识别不同的环境工况；并当识别到环境工况为第一环境工况时，判断所述汽轮发电机是否以所述第一运行模式运行；若所述汽轮发电机以所述第一运行模式运行，控制所述第二变频器恒定所述汽轮发电机的频率；并当所述汽轮发电机的频率跟随所述电网系统的频率时，控制所述汽轮发电机根据功率目标信号输出实际功率；其中，所述功率目标信号由所述汽轮发电机所述第一环境工况下的最大输出功率信号确定；所述汽轮发电机所述第一环境工况下的最大输出功率信号极小于预设功率信号；这样汽轮发电机在第一环境工况下根据功率目标信号输出实际功率，避免了汽轮发电机在第一环境工况下由于输出功率较小，被轴带发电机输出较大的预设功率信号抢功率风险导致汽轮发电机无法输出功率，或者直接导致轴带发电机输出预设功率信号变小，实现整体发电机组并网运行稳定，同时还利用汽轮发电机可以最大效率低进行废热回收，实现了蒸汽热效率的提升。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种船用发电机组并网系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种船用发电机组并网运行方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的另一种船用发电机组并网运行方法的流程图。

具体实施方式

图1是本发明实施例提供的一种船用发电机组并网系统的结构示意图；如图1所示，该系统包括：至少一个轴带发电机10、至少一个汽轮发电机20、至少一个第一变频器30、至少一个第二变频器40及电站管理模块50；轴带发电机10，用于向电网系统提供预设功率信号；汽轮发电机20，用于在不同环境工况下向电网系统提供不同的功率信号；轴带发电机10及汽轮发电机20均包括第一运行模式及第二运行模式；第一变频器30与轴带发电机10电连接，用于根据电网系统的频率恒定轴带发电机的频率；第二变频器40与汽轮发电机20电连接，用于根据电网系统的频率恒定汽轮发电机的频率；

电站管理模块50，用于识别不同的环境工况；并当识别到环境工况为第一环境工况时，判断汽轮发电机20是否以第一运行模式运行；若汽轮发电机20以第一运行模式运行，控制第二变频器40恒定汽轮发电机的频率；并当汽轮发电机20的频率跟随电网系统的频率时，控制汽轮发电机20根据功率目标信号输出实际功率；其中，功率目标信号由汽轮发电机第一环境工况下的最大输出功率信号确定；汽轮发电机第一环境工况下的最大输出功率信号极小于预设功率信号。

其中，轴带发电机10的动力来源为稳定的机械能，其输出的预设功率信号是稳定的；汽轮发电机20是利用热电转换的设备，汽轮发电机的进气量来源于船舶产生的过量蒸汽，利用船舶产生的过量蒸汽作为汽轮发电机的动力源，由于船舶上主机负荷变化、服务蒸汽使用量的变化均会影响汽轮机进气量的变化，因此，汽轮发电机组的发电量会受到环境工况的影响较大，其在不同环境工况下输出不同的功率信号，其输出的功率信号是不稳定的。一般地，在环境工况为第一环境工况时，由于服务蒸汽量大，船舶产生的过量蒸汽较小，汽轮机的进气量较小，汽轮发电机的动力源较小，其输出功率较小；示例性的，第一环境工况为冬季工况；在环境工况为第二环境工况时，由于服务蒸汽量较小，船舶产生的过量蒸汽较大，汽轮机的进气量较大，汽轮发电机的动力源较大，其输出功率较大，示例性的，第二环境工况为夏季工况或普通工况。

轴带发电机10及汽轮发电机20均包括第一运行模式及第二运行模式；其中，第一运行模式为等速控制模式，第二运行模式为下垂速度控制模式；在第一环境工况下，汽轮发电机20以等速控制模式运行，可以使得汽轮发电机20以恒定的频率运行，从而使得电站管理模块50控制汽轮发电机输出实际功率；这里需说明的是，在第一环境工况下汽轮发电机20的输出功率较小，而轴带发电机10输出的预设功率信号较大，汽轮发电机20以等速控制模式运行，避免了汽轮发电机20输出的较小功率被轴带发电机10输出较大的预设功率信号抢功率风险导致汽轮发电机20无法输出功率或汽轮发电机20在第一环境工况下输出的功率不稳定问题，可以使得汽轮发电机20以恒定的频率运行，从而使得电站管理模块50控制汽轮发电机20输出实际功率。

进一步的，电站管理模块50在控制第二变频器40恒定汽轮发电机20的频率；并当汽轮发电机20的频率跟随电网系统的频率时，电站管理模块50控制汽轮发电机20根据功率目标信号输出实际功率；具体的，功率目标信号为汽轮发电机第一环境工况下的最大输出功率信号；当当前第一环境工况下汽轮发电机20的实际输出功率信号小于功率目标信号时，控制汽轮发电机20以实际输出功率信号输出实际功率；当实际输出功率信号大于功率目标信号时，控制汽轮发电机20以功率目标信号输出实际功率。这样避免了汽轮发电机20在第一环境工况下由于输出功率较小，被轴带发电机10输出较大的预设功率信号抢功率风险导致汽轮发电机无法输出功率，实现了整体发电机组并网运行稳定，同时还利用汽轮发电机可以最大效率低进行废热回收，实现了蒸汽热效率的提升。

可选的，如图1所示，电站管理模块50，还用于当识别到环境工况为第二环境工况时，判断汽轮发电机20是否以第二运行模式运行；若汽轮发电机20以第二运行模式运行，控制第二变频器40恒定汽轮发电机的频率；并当汽轮发电机20的频率跟随电网系统的频率时，控制汽轮发电机20输出第二环境工况下的最大输出功率信号。

其中，在第二环境工况下汽轮发电机20的输出功率较大，不存在被轴带发电机10输出较大的预设功率信号抢功率风险，汽轮发电机20可以以下垂速度控制模式运行。进一步的，控制第二变频器40恒定汽轮发电机20的频率；并当汽轮发电机20的频率跟随电网系统的频率时，确保与电网系统频率匹配时，控制汽轮发电机20输出第二环境工况下的最大输出功率信号，实现汽轮发电机20在第二环境工况下与轴带发电机10的稳定并网；可以理解的是，在船舶上主机负荷相同的情况下，汽轮发电机20输出第二环境工况下的最大输出功率信号大于汽轮发电机20输出第一环境工况下的最大输出功率信号。

可选的，如图1所示，电站管理模块50，还用于控制第一变频器30恒定轴带发电机10的频率；并当轴带发电机10的频率跟随电网系统的频率时，控制轴带发电机10输出预设功率信号。

其中，由于轴带发电机10输出的功率在各种环境工况下的输出功率稳定，轴带发电机10可以在第一运行模式或者第二运行模式运行；电站管理模块50控制第一变频器30恒定轴带发电机10的频率；并当轴带发电机10的频率跟随电网系统的频率时，控制轴带发电机10在第一运行模式或者第二运行模式下输出预设功率信号，实现轴带发电机10在各种环境工况下，与汽轮发电机的并网运行。

本发明实施例还提供了一种船用发电机组并网运行方法，图2是本发明实施例提供的一种船用发电机组并网运行方法的流程示意图，如图2所示，该方法包括以下步骤：

S110、识别不同的环境工况。

其中，本方法应用于上述实施例的船用发电机组并网系统。利用电站管理模块可以识别不同的环境工况。环境工况包括第一环境工况及第二环境工况；在环境工况为第一环境工况时，由于服务蒸汽量大，船舶产生的过量蒸汽较小，汽轮机的进气量较小，汽轮发电机的动力源较小，其输出功率较小；在环境工况为第二环境工况时，由于服务蒸汽量较小，船舶产生的过量蒸汽较大，汽轮机的进气量较大，汽轮发电机的动力源较大，其输出功率较大。

S120、当识别到环境工况为第一环境工况时，判断汽轮发电机是否以第一运行模式运行。

其中，第一运行模式为等速控制模式；在第一环境工况下汽轮发电机的输出功率较小，而轴带发电机的输出的预设功率信号较大，汽轮发电机以等速控制模式运行，避免了汽轮发电机输出的较小功率被轴带发电机输出较大的预设功率信号抢功率风险导致汽轮发电机无法输出功率或汽轮发电机在第一环境工况下输出的功率不稳定问题，可以使得汽轮发电机以恒定的频率运行，从而使得电站管理模块控制汽轮发电机输出实际功率。

S130、若汽轮发电机以第一运行模式运行，控制第二变频器恒定汽轮发电机的频率，并当汽轮发电机的频率跟随电网系统的频率时，控制汽轮发电机根据功率目标信号输出实际功率；其中，功率目标信号由汽轮发电机第一环境工况下的最大输出功率信号确定；汽轮发电机第一环境工况下的最大输出功率信号极小于预设功率信号。

其中，控制汽轮发电机根据功率目标信号输出实际功率，包括：获取当前第一环境工况下汽轮发电机的实际输出功率信号；当实际输出功率信号小于功率目标信号时，控制汽轮发电机以实际输出功率信号输出实际功率；当实际输出功率信号大于功率目标信号时，控制汽轮发电机以功率目标信号输出实际功率。这样避免了汽轮发电机在第一环境工况下由于输出功率较小，被轴带发电机输出较大的预设功率信号抢功率风险导致汽轮发电机无法输出功率，实现了整体发电机组并网运行稳定，同时还利用汽轮发电机可以最大效率低进行废热回收，实现了蒸汽热效率的提升。

可选的，在上述实施例的基础上，进一步优化，图3是本发明实施例提供的另一种船用发电机组并网运行方法的流程示意图；如图3所示，该方法包括以下步骤：

S210、识别不同的环境工况。

S220、当识别到环境工况为第一环境工况时，判断汽轮发电机是否以第一运行模式运行。

S230、若汽轮发电机以第一运行模式运行，控制第二变频器恒定汽轮发电机的频率，并当汽轮发电机的频率跟随电网系统的频率时，控制汽轮发电机根据功率目标信号输出实际功率；其中，功率目标信号由汽轮发电机第一环境工况下的最大输出功率信号确定；汽轮发电机第一环境工况下的最大输出功率信号极小于预设功率信号。

S240、当识别到环境工况为第二环境工况时，判断汽轮发电机是否以第二运行模式运行。

S250、若汽轮发电机以第二运行模式运行，控制第二变频器恒定汽轮发电机的频率，并当汽轮发电机的频率跟随电网系统的频率时，控制汽轮发电机输出第二环境工况下的最大输出功率信号。

其中，第一运行模式为下垂速度控制模式；在第二环境工况下汽轮发电机的输出功率较大，不存在被轴带发电机输出较大的预设功率信号抢功率风险，汽轮发电机可以以下垂速度控制模式运行。进一步的，控制第二变频器恒定汽轮发电机的频率；并当汽轮发电机的频率跟随电网系统的频率时，确保与电网系统频率匹配时，控制汽轮发电机输出第二环境工况下的最大输出功率信号，实现汽轮发电机在第二环境工况下与轴带发电机的稳定并网；这里可以理解的是，在船舶上主机负荷相同的情况下，汽轮发电机输出第二环境工况下的最大输出功率信号大于汽轮发电机输出第一环境工况下的最大输出功率信号。

S260、控制第一变频器恒定轴带发电机的频率，并当轴带发电机的频率跟随电网系统的频率时，控制轴带发电机输出预设功率信号。

其中，由于轴带发电机输出的功率在各种环境工况下的输出功率稳定，轴带发电机可以在第一运行模式或者第二运行模式运行；电站管理模块控制第一变频器恒定轴带发电机的频率；并当轴带发电机的频率跟随电网系统的频率时，控制轴带发电机在第一运行模式或者第二运行模式下输出预设功率信号，实现轴带发电机在各种环境工况下，与汽轮发电机的并网运行。

本实施例在上述实施例的基础上，解决汽轮发电机在第一环境工况下被轴带发电机输出较大的预设功率信号抢功率风险导致汽轮发电机无法输出功率的问题上，电站管理模块50控制汽轮发电机在第二环境工况下输出最大功率信号及控制轴带发电机输出预设功率信号，如此实现了整体发电机组并网运行稳定。

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 (7)

1.一种船用发电机组并网系统，其特征在于，包括：至少一个轴带发电机、至少一个汽轮发电机、至少一个第一变频器、至少一个第二变频器及电站管理模块；

所述轴带发电机，用于向电网系统提供预设功率信号；

所述汽轮发电机，用于在不同环境工况下向所述电网系统提供不同的功率信号；所述轴带发电机及所述汽轮发电机均包括第一运行模式及第二运行模式；

所述第一变频器与所述轴带发电机电连接，用于根据所述电网系统的频率恒定所述轴带发电机的频率；

所述第二变频器与所述汽轮发电机电连接，用于根据所述电网系统的频率恒定所述汽轮发电机的频率；

所述电站管理模块，用于识别不同的环境工况；并当识别到环境工况为第一环境工况时，判断所述汽轮发电机是否以所述第一运行模式运行；若所述汽轮发电机以所述第一运行模式运行，控制所述第二变频器恒定所述汽轮发电机的频率；并当所述汽轮发电机的频率跟随所述电网系统的频率时，控制所述汽轮发电机根据功率目标信号输出实际功率；其中，所述功率目标信号由所述汽轮发电机所述第一环境工况下的最大输出功率信号确定；所述汽轮发电机所述第一环境工况下的最大输出功率信号极小于所述预设功率信号。

2.根据权利要求1所述的船用发电机组并网系统，其特征在于，所述电站管理模块，还用于当识别到环境工况为第二环境工况时，判断所述汽轮发电机是否以所述第二运行模式运行；若所述汽轮发电机以所述第二运行模式运行，控制所述第二变频器恒定所述汽轮发电机的频率；并当所述汽轮发电机的频率跟随所述电网系统的频率时，控制所述汽轮发电机输出所述第二环境工况下的最大输出功率信号。

3.根据权利要求1所述的船用发电机组并网系统，其特征在于，所述电站管理模块，还用于控制所述第一变频器恒定所述轴带发电机的频率；并当所述轴带发电机的频率跟随所述电网系统的频率时，控制所述轴带发电机输出所述预设功率信号。

4.一种船用发电机组并网运行方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-3任一项所述的船用发电机组并网系统，所述船用发电机组并网运行方法包括：

识别不同的环境工况；

当识别到环境工况为第一环境工况时，判断所述汽轮发电机是否以所述第一运行模式运行；

若所述汽轮发电机以所述第一运行模式运行，控制所述第二变频器恒定所述汽轮发电机的频率，并当所述汽轮发电机的频率跟随所述电网系统的频率时，控制所述汽轮发电机根据功率目标信号输出实际功率；其中，所述功率目标信号由所述汽轮发电机所述第一环境工况下的最大输出功率信号确定；所述汽轮发电机所述第一环境工况下的最大输出功率信号极小于所述预设功率信号。

5.根据权利要求4所述的船用发电机组并网运行方法，其特征在于，控制所述汽轮发电机根据功率目标信号输出实际功率，包括：

获取当前第一环境工况下所述汽轮发电机的实际输出功率信号；

当所述实际输出功率信号小于所述功率目标信号时，控制所述汽轮发电机以所述实际输出功率信号输出实际功率；

当所述实际输出功率信号大于所述功率目标信号时，控制所述汽轮发电机以所述功率目标信号输出实际功率。

6.根据权利要求5所述的船用发电机组并网运行方法，其特征在于，还包括：

当识别到环境工况为第二环境工况时，判断所述汽轮发电机是否以所述第二运行模式运行；

若所述汽轮发电机以所述第二运行模式运行，控制所述第二变频器恒定所述汽轮发电机的频率，并当所述汽轮发电机的频率跟随所述电网系统的频率时，控制所述汽轮发电机输出所述第二环境工况下的最大输出功率信号。

7.根据权利要求6所述的船用发电机组并网运行方法，其特征在于，还包括：

控制所述第一变频器恒定所述轴带发电机的频率，并当所述轴带发电机的频率跟随所述电网系统的频率时，控制所述轴带发电机输出所述预设功率信号。

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