沼气发电机组负荷动态控制系统及方法
【专利说明】
[0001]技术领域s
[0002]本发明涉及一种沼气发电机组负荷动态控制系统及方法。
【背景技术】
[0003]沼气发电广泛运用于污水处理行业、垃圾填埋场、煤矿瓦斯发电、大型养殖场、天然气分布式能源等领域。
[0004]目前，沼气发电负荷控制主要分两类:其一是根据用户端的用电需求来调整发电机的负荷输出量，这一类控制方式不受气源影响，燃气量需稳定且充足，主要运用在分布式能源领域。另一类是根据燃气量来确定发电机的负荷输出，这一类的控制特点是燃气供应有限，且会在不同的时间段，气体量出现较大的波动，主要运用在污水厌氧沼气发电、垃圾填埋气发电、煤矿瓦斯发电等领域。
[0005]针对后一类负荷控制模式，沼气发电的负荷控制通常采用燃气发电机组进气端的进气压力作为控制信号，其优点在于燃气发电机组能够根据进气压力的变化快速做出反应，即负荷调整速度快，响应时间短，但这样的系统无法对气体的变化趋势进行预判，无法对发电机负荷在一定时间段内进行合理的规划，污水沼气是污水处理厌氧段的产物，其产量受污水水量、厌氧工艺等诸多因素影响，使得沼气产量波动很大，沼气产量的波动必然导致沼气发电机组负荷的波动，从而导致发电机的起停频繁，影响发电机组的正常稳定运行。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明旨在于提供一种可解决上述技术问题的沼气发电机组负荷动态控制系统及方法。
[0007]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0008]一种沼气发电机组负荷动态控制系统，其包括控制单元和沼气压力采样单元；
[0009]该沼气压力采样单元用于实时采集储气容器内的沼气压力，并生成对应的沼气压力电信号P ；
[0010]该控制单元根据预设时间段内的沼气压力电信号计算获取沼气压力变化速率K ;[0011 ] 该控制单元根据该沼气压力电信号P和该沼气压力变化速率K动态调节沼气发电机组的当前负载功率。
[0012]优选地，该控制单元预设有第一变化速率阈值K1、第二变化速率阈值K2和第三变化速率阈值K3，其中，K1〈K2〈K3 ；
[0013]该控制单元判断沼气压力变化速率K是小于第一变化速率阈值Κ1，还是在第一变化速率阈值Kl和第二变化速率阈值Κ2之间，还是在第二变化速率阈值Κ2和第三变化速率阈值Κ3之间，还是大于第三变化速率阈值Κ3 ；
[0014]若沼气压力变化速率K是小于第一变化速率阈值Κ1，该控制单元不启动沼气发电机组；
[0015]若沼气压力变化速率K在第一变化速率阈值Kl和第二变化速率阈值Κ2之间，该控制器启动小功率发电机组，根据沼气压力电信号P动态调节小功率发电机组的负载功率;
[0016]若沼气压力变化速率K在第二变化速率阈值K2和第三变化速率阈值K3之间，该控制器启动沼气发电机组的大功率发电机组，根据沼气压力电信号P动态调节大功率发电机组的负载功率；
[0017]若沼气压力变化速率K大于第三变化速率阈值K3，该控制器启动大功率发电机组，在一预设延迟时间后，启动小功率发电机组，并根据沼气压力电信号P动态调节沼气发电机组的负载功率。
[0018]优选地，控制单预设有第一压力信号阈值P1，该控制器判断沼气压力电信号P是大于第一压力信号阈值P1，还是等于第一压力信号阈值P1，还是小于第一压力信号阈值Pi;若沼气压力电信号P是大于第一压力信号阈值P1，该控制器继续提高小功率发电机组的负载功率；若沼气压力电信号P等于第一压力信号阈值P1，该控制器维持小功率发电机组当前的负载功率；若沼气压力电信号P小于第一压力信号阈值P1，该控制器以预设比例降低小功率发电机组的负载功率。
[0019]优选地，控制单预设有第一压力信号阈值P1，该控制器判断沼气压力电信号P是大于第一压力信号阈值P1，还是等于第一压力信号阈值P1，还是小于第一压力信号阈值Pi;若沼气压力电信号P大于第一压力信号阈值P1，该控制器继续提高大功率发电机组的负载功率；若沼气压力电信号P等于第一压力信号阈值P1，该控制器维持大功率发电机组当前的负载功率；若沼气压力电信号P小于第一压力信号阈值P1，该控制器以预设比例降低大功率发电机组的负载功率。
[0020]优选地，控制单预设有第一压力信号阈值P1，该控制器判断沼气压力电信号P是大于第一压力信号阈值P1，还是等于第一压力信号阈值P1，还是小于第一压力信号阈值Pi;若沼气压力电信号P大于第一压力信号阈值P1，该控制器继续提高沼气发电机组的负载功率；若沼气压力电信号P等于第一压力信号阈值P1，该控制器维持沼气发电机组当前的负载功率；若沼气压力电信号P小于第一压力信号阈值P1，该控制器以预设比例降低沼气发电机组的负载功率。
[0021]一种沼气发电机组负荷动态控制方法，包括以下步骤:
[0022]步骤S1:获取沼气压力电信号P，并根据预设时间段内的沼气压力电信号计算获取沼气压力变化速率K;以及
[0023]步骤S2:根据该沼气压力电信号P和该沼气压力变化速率K动态调节发电机组的当前负载功率。
[0024]优选地，步骤S2包括以下子步骤:
[0025]步骤A:判断沼气压力变化速率K是小于第一变化速率阈值K1，还是在第一变化速率阈值Kl和第二变化速率阈值K2之间，还是在第二变化速率阈值K2和第三变化速率阈值K3之间，还是大于第三变化速率阈值K3 ;沼气压力变化速率K是小于第一变化速率阈值Kl，执行步骤B ;若沼气压力变化速率K在第一变化速率阈值Kl和第二变化速率阈值K2之间，执行步骤C ;沼气压力变化速率K在第二变化速率阈值K2和第三变化速率阈值K3之间，执行步骤E ;若沼气压力变化速率K大于第三变化速率阈值K3，执行步骤G ；
[0026]步骤B:不启动沼气发电机组；
[0027]步骤C:启动小功率发电机组；
[0028]步骤D:根据沼气压力电信号P动态调节小功率发电机组的负载功率；
[0029]步骤E:启动大功率发电机组；
[0030]步骤F:根据沼气压力电信号P动态调节大功率发电机组的负载功率；
[0031]步骤G:启动大功率发电机组；
[0032]步骤H:在一预设延迟时间后，启动小功率发电机组；以及
[0033]步骤1:根据沼气压力电信号P动态调节沼气发电机组的负载功率。
[0034]优选地，步骤D包括以下子步骤:
[0035]步骤Dl:判断沼气压力电信号P是大于第一压力信号阈值P1，还是等于第一压力信号阈值Pl，还是小于第一压力信号阈值Pl ;若沼气压力电信号P大于第一压力信号阈值P1，执行步骤D2 ;若沼气压力电信号P等于第一压力信号阈值P1，执行步骤D3 ;若沼气压力电信号P小于第一压力信号阈值Pl，执行步骤D4 ;
[0036]步骤D2:以预设比例提高小功率发电机组的负载功率；
[0037]步骤D3:维持小功率发电机组当前的负载功率；以及
[0038]步骤D4:以预设比例降低小功率发电机组的负载功率。
[0039]步骤F包括以下子步骤:
[0040]步骤Fl:判断沼气压力电信号P是大于第一压力信号阈值P1，还是等于第一压力信号阈值Pl，还是小于第一压力信号阈值Pl ;若沼气压力电信号P大于第一压力信号阈值P1，执行步骤F2 ;若沼气压力电信号P等于第一压力信号阈值P1，执行步骤F3 ;若沼气压力电信号P小于第一压力信号阈值Pl，执行步骤F4 ;
[0041]步骤F2:以预设比例提高大功率发电机组的负载功率；
[0042]步骤F3:维持大功率发电机组当前的负载功率；以及
[0043]步骤F4:以预设比例降低大功率发电机组的负载功率。
[0044]优选地，步骤I包括以下子步骤:
[0045]步骤Il:判断沼气压力电信号P是大于第一压力信号阈值P1，还是等于第一压力信号阈值Pl，还是小于第一压力信号阈值Pl ;若沼气压力电信号P大于第一压力信号阈值Pl，执行步骤12 ;若沼气压力电信号P等于第一压力信号阈值Pl，执行步骤13 ;若沼气压力电信号P小于第一压力信号阈值Pl，执行步骤14。
[0046]步骤12:以预设比例提高沼气发电机组的负载功率；
[0047]步骤13:维持小功率沼气发电机组当前的负载功率；以及
[0048]步骤14:以预设比例降低沼气发电机组的负载功率。
[0049]本发明的有益效果至少如下:
[0050]本发明可综合结合沼气量、沼气量变化趋势和发电机组的负荷大小动态调节发电机组的负载输出功率，