CN116073435A - 一种柴发联合燃机的黑启动系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种柴发联合燃机的黑启动系统及方法，所述系统包括：燃机厂用启备变单元包括燃气发电机，所述燃气发电机用于发电；柴发黑启动单元，用于在电网失电导致所述燃气发电机停机时向所述辅机变频驱动单元供电；辅机变频驱动单元包括辅机，辅机变频驱动单元用于利用所述柴发黑启动单元提供的电能，并采用电压扰动观测器控制方法启动所述辅机；燃机厂用启备变单元还包括启备变，启备变用于在所述辅机启动后，建立参考电压值，然后基于参考电压值启动所述燃气发电机，以完成电网黑启动。本申请提出的技术方案，提高了辅机启动过程中电压的稳定性，同时通过启备变可以给燃机提供参考电压，实现燃机黑启动，进而提高了区域电网稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及黑启动技术领域，尤其涉及一种柴发联合燃机的黑启动系统及方法。
背景技术
国内电网因其结构和调度模式特征，一般不可能发生大面积停电事故，但随着新能源占比不断提高，对电力系统稳定性造成了不利影响。近年来发生的大面积停电事故往往是由于电网内存在潜在的危险因素，在某种诱发因素的作用下会引起电网的瓦解或崩溃。黑启动是在整个电网或者系统因故障停运后不依赖别的网络的帮助，通过系统中具有自启动能力的机组的启动，带动无自启动能力的机组，逐步扩大电力系统的恢复范围，最终实现整个电力系统的恢复。但是现有的黑启动系统在启动过程中电压稳定性较差且启动较慢，进而使得区域电网不能够安全稳定的运行。
发明内容
本申请提供一种柴发联合燃机的黑启动系统及方法，以至少解决黑启动过程中电压稳定性较差且启动较慢，进而使得区域电网不能够安全稳定的运行的技术问题。
本申请第一方面实施例提出一种柴发联合燃机的黑启动系统，包括：燃机厂用启备变单元、柴发黑启动单元和辅机变频驱动单元；
所述燃机厂用启备变单元包括燃气发电机，所述燃气发电机用于发电；
所述柴发黑启动单元，用于在电网失电导致所述燃气发电机停机时向所述辅机变频驱动单元供电；
所述辅机变频驱动单元包括辅机，所述辅机变频驱动单元用于利用所述柴发黑启动单元提供的电能，并采用电压扰动观测器控制方法启动所述辅机；
所述燃机厂用启备变单元还包括启备变，所述启备变用于在所述辅机启动后，建立参考电压值，然后基于所述参考电压值启动所述燃气发电机，以完成电网黑启动。
优选的，所述燃机厂用启备变单元还包括：发电机主变、高厂变和6KV厂用母线；
所述燃气发电机通过所述发电机主变连接至电网系统，其中，所述燃气发电机所发电量通过所述发电机主变输送到所述电网系统；
所述高厂变的高压侧与所述燃气发电机的出口连接，所述高厂变的低压侧接入所述6KV厂用母线；
所述启备变的高压侧接入电网系统，所述启备变的低压侧接入所述6KV厂用母线。
进一步的，所述燃机厂用启备变单元还包括：第一并网开关和第二并网开关；
所述高厂变的低压侧通过所述第一并网开关接入所述6KV厂用母线；
所述启备变的低压侧通过所述第二并网开关接入所述6KV厂用母线。
进一步的，所述柴发黑启动单元包括：黑启动柴发变压器、400V柴发母线和柴油发电机；
所述黑启动柴发变压器的一端接入所述6KV厂用母线，所述黑启动柴发变压器的另一端接入所述400V柴发母线；
所述柴油发电机接入所述400V柴发母线，其中，所述柴油发电机，用于发电。
进一步的，所述柴发黑启动单元还包括：第三并网开关、第四并网开关和第五并网开关；
所述黑启动柴发变压器的一端通过所述第三并网开关接入所述6KV厂用母线；
所述柴油发电机通过所述第四并网开关接入所述400V柴发母线；
所述辅机变频驱动单元通过所述第五开关接入所述400V柴发母线。
进一步的，所述辅机变频驱动单元还包括：低厂变、400V共箱母线和保安PC段母线；
所述低厂变的一端接入所述6KV厂用母线，所述低厂变的另一端接入所述400V共箱母线；
所述保安PC段母线与所述400V共箱母线连接；
所述辅机接入所述保安PC段母线；
所述保安PC段母线与所述柴发黑启动单元连接。
进一步的，所述辅机包括：A段辅机和B段辅机；
所述辅机变频驱动单元还包括：保安PC的A段母线和保安PC的B段母线;
所述A段辅机接入所述保安PC的A段母线，所述B段辅机接入所述保安PC的B段母线。
进一步的，所述辅机变频驱动单元还包括：第六并网开关、第七并网开关、第八并网开关和第九并网开关；
所述低厂变的一端通过所述第六并网开关接入所述6KV厂用母线；
所述保安PC段母线通过所述第七并网开关与所述400V共箱母线连接；
所述保安PC的A段母线通过所述第八并网开关接入所述保安PC段母线；
所述保安PC的B段母线通过所述第九并网开关接入所述保安PC段母线。
本申请第二方面实施例提出一种柴发联合燃机的黑启动方法，所述方法包括：
当电网失电导致燃气发电机停机时，利用柴发黑启动单元进行发电；
利用所述柴发黑启动单元所发的电能及电压扰动观测器控制方法启动辅机；
在所述辅机启动后基于参考电压值启动所述燃气发电机，以完成电网黑启动。
优选的，所述参考电压值为启备变建立的220kV母线电压。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
本申请提出了一种柴发联合燃机的黑启动系统及方法，其中，所述系统包括：燃机厂用启备变单元、柴发黑启动单元、辅机变频驱动单元；所述燃机厂用启备变单元包括燃气发电机，所述燃气发电机用于发电；所述柴发黑启动单元，用于在电网失电导致所述燃气发电机停机时向所述辅机变频驱动单元供电；所述辅机变频驱动单元包括辅机，所述辅机变频驱动单元用于利用所述柴发黑启动单元提供的电能，并采用电压扰动观测器控制方法启动所述辅机；所述燃机厂用启备变单元还包括启备变，所述启备变用于在所述辅机启动后，建立参考电压值，然后基于所述参考电压值启动所述燃气发电机，以完成电网黑启动。本申请提出的技术方案，提高了辅机启动过程中电压的稳定性，同时通过启备变可以给燃机提供参考电压，实现燃机黑启动，进而提高了区域电网稳定性。
本申请附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请一个实施例提供的一种柴发联合燃机的黑启动系统的第一种结构图；
图2为根据本申请一个实施例提供的一种柴发联合燃机的黑启动系统的第二种结构图；
图3为根据本申请一个实施例提供的一种柴发联合燃机的黑启动方法的流程图；
附图标记：
燃机厂用启备变单元1、柴发黑启动单元2、辅机变频驱动单元3、燃气发电机1-1、启备变1-2、发电机主变1-3、高厂变1-4、6KV厂用母线1-5、第一并网开关1-6、第二并网开关1-7、黑启动柴发变压器2-1、400V柴发母线2-2、柴油发电机2-3、第三并网开关2-4、第四并网开关2-5、第五并网开关2-6、辅机3-1、低厂变3-2、400V共箱母线3-3、保安PC段母线3-4、保安PC的A段母线3-5、保安PC的B段母线3-6、A段辅机3-1-1、B段辅机3-1-2、第六并网开关3-7、第七并网开关3-8、第八并网开关3-9、第九并网开关3-10。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
本申请提出的一种柴发联合燃机的黑启动系统及方法，其中，所述系统包括：燃机厂用启备变单元、柴发黑启动单元、辅机变频驱动单元；所述燃机厂用启备变单元包括燃气发电机，所述燃气发电机用于发电；所述柴发黑启动单元，用于在电网失电导致所述燃气发电机停机时向所述辅机变频驱动单元供电；所述辅机变频驱动单元包括辅机，所述辅机变频驱动单元用于利用所述柴发黑启动单元提供的电能，并采用电压扰动观测器控制方法启动所述辅机；所述燃机厂用启备变单元还包括启备变，所述启备变用于在所述辅机启动后，建立参考电压值，然后基于所述参考电压值启动所述燃气发电机，以完成电网黑启动。本申请提出的技术方案，提高了辅机启动过程中电压的稳定性，同时通过启备变可以给燃机提供参考电压，实现燃机黑启动，进而提高了区域电网稳定性。
下面参考附图描述本申请实施例的一种柴发联合燃机的黑启动系统及方法。
实施例一
图1为根据本申请一个实施例提供的一种柴发联合燃机的黑启动系统的结构图，如图1所示，包括：燃机厂用启备变单元1、柴发黑启动单元2和辅机变频驱动单元3；
所述燃机厂用启备变单元1包括燃气发电机1-1，所述燃气发电机1-1用于发电；
所述柴发黑启动单元2，用于在电网失电导致所述燃气发电机1-1停机时向所述辅机变频驱动单元3供电；
所述辅机变频驱动单元3包括辅机3-1，所述辅机变频驱动单元3用于利用所述柴发黑启动单元2提供的电能，并采用电压扰动观测器控制方法启动所述辅机3-1；
所述燃机厂用启备变单元1还包括启备变1-2，所述启备变用于在所述辅机3-1启动后，建立参考电压值，然后基于所述参考电压值启动所述燃气发电机1-1，以完成电网黑启动。
在本公开实施例中，如图2所示，所述燃机厂用启备变单元1还包括：发电机主变1-3、高厂变1-4和6KV厂用母线1-5；
所述燃气发电机1-1通过所述发电机主变1-3连接至电网系统，
所述高厂变1-4的高压侧与所述燃气发电机1-1的出口连接，所述高厂变1-4的低压侧接入所述6KV厂用母线1-5；其中，所述高厂变1-4用于将燃气发电机1-1输出的20kV的电能降压至6kV连接至6kV厂用母线1-5；
所述启备变1-2的高压侧接入电网系统，所述启备变1-2的低压侧接入所述6KV厂用母线1-5；其中，所述启备变1-2将6KV的电压升至220KV接入所述电网系统。
需要说明的是，所述燃气发电机1-1所发电量通过所述发电机主变1-3输送到所述电网系统；
所述燃气发电机1-1所发电量通过所述高厂变1-4输送到6KV厂用母线1-5。
进一步的，如图2所示，所述燃机厂用启备变单元1还包括：第一并网开关1-6和第二并网开关1-7；
所述高厂变1-4的低压侧通过所述第一并网开关1-6接入所述6KV厂用母线1-5；
所述启备变1-2的低压侧通过所述第二并网开关1-7接入所述6KV厂用母线1-5。
在本公开实施例中，如图2所示，所述柴发黑启动单元2包括：黑启动柴发变压器2-1、400V柴发母线2-2和柴油发电机2-3；
所述黑启动柴发变压器2-1的一端接入所述6KV厂用母线1-5，所述黑启动柴发变压器2-1的另一端接入所述400V柴发母线2-2；其中，所述黑启动柴发变压器2-1将400V的电压升至6KV，接入所述6KV厂用母线1-5；
所述柴油发电机2-3接入所述400V柴发母线2-2，其中，所述柴油发电机2-3，用于发电。
进一步的，如图2所示，所述柴发黑启动单元2还包括：第三并网开关2-4、第四并网开关2-5和第五并网开关2-6；
所述黑启动柴发变压器2-1的一端通过所述第三并网开关2-4接入所述6KV厂用母线1-5；
所述柴油发电机2-3通过所述第四并网开关2-5接入所述400V柴发母线2-2；
所述辅机变频驱动单元3通过所述第五开关2-6接入所述400V柴发母线2-2。
在本公开实施例中，如图2所示，所述辅机变频驱动单元3还包括：低厂变3-2、400V共箱母线3-3和保安PC段母线3-4；
所述低厂变3-2的一端接入所述6KV厂用母线1-5，所述低厂变3-2的另一端接入所述400V共箱母线3-3；
所述保安PC段母线3-4与所述400V共箱母线3-3连接；
所述辅机3-1接入所述保安PC段母线3-4；
所述保安PC段母线3-4与所述柴发黑启动单元2连接。
其中，如图2所示，所述辅机3-1包括：A段辅机3-1-1和B段辅机3-1-2；
所述辅机变频驱动单元3还包括：保安PC的A段母线3-5和保安PC的B段母线3-6;
所述A段辅机3-1-1接入所述保安PC的A段母线3-5，所述B段辅机3-1-2接入所述保安PC的B段母线3-6。
进一步的，如图2所示，所述辅机变频驱动单元3还包括：第六并网开关3-7、第七并网开关3-8、第八并网开关3-9和第九并网开关3-10；
所述低厂变3-2的一端通过所述第六并网开关3-7接入所述6KV厂用母线1-5；
所述保安PC段母线3-4通过所述第七并网开关3-8与所述400V共箱母线3-3连接；
所述保安PC的A段母线3-5通过所述第八并网开关3-9接入所述保安PC段母线3-4；
所述保安PC的B段母线3-6通过所述第九并网开关3-10接入所述保安PC段母线3-4。
示例的，当电网失电导致燃气发电机停机时，闭合第四并网开关2-5、第五并网开关2-6、第八并网开关3-9、第九并网开关3-10，利用柴发黑启动单元2中的柴油发电机2-3进行发电，并通过400V柴发母线2-2向所述辅机变频驱动单元3供电，并利用电压扰动观测器控制方法启动所述辅机3-1，在所述辅机3-1启动后，闭合所述第二并网开关1-7和第三并网开关2-4，通过黑启动柴发变压器2-1将400V电压升至6KV,然后通过所述启备变1-2将6KV电压升至220KV,即建立220kV母线电压，燃气发电机1-1可以感应到所述220KV电压，方便励磁系统快速零起升压，完成燃气发电机1-1黑启动，在燃机即燃气发电机1-1黑启动之后闭合第一并网开关1-6、第七并网开关3-8完成电网黑启动。
需要说明的是，在柴发黑启动单元2向所述辅机3-1供电时，需要基于辅机的重要程度依次启动，示例的依次启动：段凝结水泵、高压水泵、中压给水泵、循环水泵、冷却塔风机、励磁启动盘、主润滑油泵等重要辅机；其中 单个辅机所需的功率需满足小于等于柴油发电机2-3所发功率的50%。
在本公开实施例中，所述利用电压扰动观测器控制方法启动所述辅机3-1包括：
获取辅机变频驱动单元3输出电压在dq轴旋转坐标系下的数学模型，其中，所述数学模型为：，式中，为d轴电压分量，为q轴电压分量，为辅机定子电阻，为d轴电流分量，为q轴电流分量，为d轴电感，为q轴电感，为辅机电机的极对数，为机械角速度，为辅机电机磁链；
根据所述数学模型确定在dq轴旋转坐标系下电压状态变量与
dq指令参考电压关系，其中，所述关系可以为：，式中，，为电压状态传递函数，为d轴电压分量参考值，为q轴电压分量传递函数，为q轴电压分量参考值，为d轴电压分量传递函数，为拉普拉斯算子，为比例系数，为积分系数，为辅机变频驱动单元3输出电压矢量,，为辅机定子电感；
基于所述在dq轴旋转坐标系下电压状态变量与
dq指令参考电压关系确定dq轴旋转坐标系下电压的传递函数，其中，所述传递函数可以为：，式中，为电压传递函数系数，为第一向量，为第二向量，为第三向量，为第四向量，需要说明的是，，式中，，为第二向量系数，，为滤波传递函数，为时间常数；
根据所述传递函数建立电压偏差灵敏度函数，其中，所述电压偏差灵敏度函数可以为，式中，，，为d轴电压变量传递函数，为q轴电压变量传递函数，为电压调节偏差；
基于所述传递函数建立电压扰动观测器，以电压偏差灵敏度函数为约束条件，确定电压参考值，进而可以实现对电压偏差最小调节，提高辅机启动过程中电压稳定性。
综上所述，本实施例提出的一种柴发联合燃机的黑启动系统，在燃气发电机失电情况下可以向保安PC段稳定供电，启动重要辅机；通过启备变可以给燃机提供参考电压，方便其并网，实现燃机黑启动，提高区域电网稳定性；更进一步为了避免启动辅机过程中，辅机冲击电流对柴发母线电压的影响，采用电压扰动观测器的方法，提高辅机启动过程中电压稳定性。
实施例二
图3为根据本申请一个实施例提供的一种柴发联合燃机的黑启动方法的流程图，如图3所示，所述方法包括：
步骤1：当电网失电导致燃气发电机停机时，利用柴发黑启动单元进行发电；
步骤2：利用所述柴发黑启动单元所发的电能及电压扰动观测器控制方法启动辅机；
步骤3：在所述辅机启动后基于参考电压值启动所述燃气发电机，以完成电网黑启动。
在本公开实施例中，所述参考电压值为启备变建立的220kV母线电压。
在本公开实施例中，所述利用电压扰动观测器控制方法启动所述辅机包括：
获取辅机变频驱动单元3输出电压在dq轴旋转坐标系下的数学模型，其中，所述数学模型为：，式中，为d轴电压分量，为q轴电压分量，为辅机定子电阻，为d轴电流分量，为q轴电流分量，为d轴电感，为q轴电感，为辅机电机的极对数，为机械角速度，为辅机电机磁链；
根据所述数学模型确定在dq轴旋转坐标系下电压状态变量与
dq指令参考电压关系，其中，所述关系可以为：，式中，，为电压状态传递函数，为d轴电压分量参考值，为q轴电压分量传递函数，为q轴电压分量参考值，为d轴电压分量传递函数，为拉普拉斯算子，为比例系数，为积分系数，为辅机变频驱动单元3输出电压矢量,，为辅机定子电感；
基于所述在dq轴旋转坐标系下电压状态变量与
dq指令参考电压关系确定dq轴旋转坐标系下电压的传递函数，其中，所述传递函数可以为：，式中，为电压传递函数系数，为第一向量，为第二向量，为第三向量，为第四向量，需要说明的是，，式中，，为第二向量系数，，为滤波传递函数，为时间常数；
根据所述传递函数建立电压偏差灵敏度函数，其中，所述电压偏差灵敏度函数可以为，式中，，，为d轴电压变量传递函数，为q轴电压变量传递函数，为电压调节偏差；
基于所述传递函数建立电压扰动观测器，以电压偏差灵敏度函数为约束条件，确定电压参考值，进而可以实现对电压偏差最小调节，提高辅机启动过程中电压稳定性。
综上所述，本实施例提出的一种柴发联合燃机的黑启动方法，提高了辅机启动过程中电压的稳定性，同时通过启备变可以给燃机即燃气发电机提供参考电压，实现燃机黑启动，进而提高了区域电网稳定性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种柴发联合燃机的黑启动系统，其特征在于，包括：燃机厂用启备变单元、柴发黑启动单元和辅机变频驱动单元；
所述燃机厂用启备变单元包括燃气发电机，所述燃气发电机用于发电；
所述柴发黑启动单元，用于在电网失电导致所述燃气发电机停机时向所述辅机变频驱动单元供电；
所述辅机变频驱动单元包括辅机，所述辅机变频驱动单元用于利用所述柴发黑启动单元提供的电能，并采用电压扰动观测器控制方法启动所述辅机；
所述燃机厂用启备变单元还包括启备变，所述启备变用于在所述辅机启动后，建立参考电压值，然后基于所述参考电压值启动所述燃气发电机，以完成电网黑启动。
2.如权利要求1所述的黑启动系统，其特征在于，所述燃机厂用启备变单元还包括：发电机主变、高厂变和6KV厂用母线；
所述燃气发电机通过所述发电机主变连接至电网系统，其中，所述燃气发电机所发电量通过所述发电机主变输送到所述电网系统；
所述高厂变的高压侧与所述燃气发电机的出口连接，所述高厂变的低压侧接入所述6KV厂用母线；
所述启备变的高压侧接入电网系统，所述启备变的低压侧接入所述6KV厂用母线。
3.如权利要求2所述的黑启动系统，其特征在于，所述燃机厂用启备变单元还包括：第一并网开关和第二并网开关；
所述高厂变的低压侧通过所述第一并网开关接入所述6KV厂用母线；
所述启备变的低压侧通过所述第二并网开关接入所述6KV厂用母线。
4.如权利要求2所述的黑启动系统，其特征在于，所述柴发黑启动单元包括：黑启动柴发变压器、400V柴发母线和柴油发电机；
所述黑启动柴发变压器的一端接入所述6KV厂用母线，所述黑启动柴发变压器的另一端接入所述400V柴发母线；
所述柴油发电机接入所述400V柴发母线，其中，所述柴油发电机，用于发电。
5.如权利要求4所述的黑启动系统，其特征在于，所述柴发黑启动单元还包括：第三并网开关、第四并网开关和第五并网开关；
所述黑启动柴发变压器的一端通过所述第三并网开关接入所述6KV厂用母线；
所述柴油发电机通过所述第四并网开关接入所述400V柴发母线；
所述辅机变频驱动单元通过所述第五开关接入所述400V柴发母线。
6.如权利要求4所述的黑启动系统，其特征在于，所述辅机变频驱动单元还包括：低厂变、400V共箱母线和保安PC段母线；
所述低厂变的一端接入所述6KV厂用母线，所述低厂变的另一端接入所述400V共箱母线；
所述保安PC段母线与所述400V共箱母线连接；
所述辅机接入所述保安PC段母线；
所述保安PC段母线与所述柴发黑启动单元连接。
7.如权利要求6所述的黑启动系统，其特征在于，所述辅机包括：A段辅机和B段辅机；
所述辅机变频驱动单元还包括：保安PC的A段母线和保安PC的B段母线;
所述A段辅机接入所述保安PC的A段母线，所述B段辅机接入所述保安PC的B段母线。
8.如权利要求7所述的黑启动系统，其特征在于，所述辅机变频驱动单元还包括：第六并网开关、第七并网开关、第八并网开关和第九并网开关；
所述低厂变的一端通过所述第六并网开关接入所述6KV厂用母线；
所述保安PC段母线通过所述第七并网开关与所述400V共箱母线连接；
所述保安PC的A段母线通过所述第八并网开关接入所述保安PC段母线；
所述保安PC的B段母线通过所述第九并网开关接入所述保安PC段母线。
9.基于上述权利要求1-8任一所述的柴发联合燃机的黑启动系统的柴发联合燃机的黑启动方法，其特征在于，所述方法包括：
当电网失电导致燃气发电机停机时，利用柴发黑启动单元进行发电；
利用所述柴发黑启动单元所发的电能及电压扰动观测器控制方法启动辅机；
在所述辅机启动后基于参考电压值启动所述燃气发电机，以完成电网黑启动。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述参考电压值为启备变建立的220kV母线电压。
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