用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制方法及燃气轮机发电装置制造方法

用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制方法及燃气轮机发电装置制造方法
【专利摘要】用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制方法及燃气轮机发电装置，涉及微型燃气轮机分布式发电【技术领域】。目的是增强用于天然气电站的微型燃气轮机发电装置的抗冲击负载能力。PWM整流控制器通过对定子电流和直流母线电压的计算后得到PWM驱动信号从而驱动PWM整流开关模块；功率补偿控制器通过对超级电容电流和超级电容电压的计算后得到直流变换驱动信号从而驱动直流变换驱动电路；逆变器控制器通过对负载电流和输出电压的计算后得到逆变驱动信号从而驱动逆变开关模块；中央控制器控制前述三个控制器动作，还用于通过前述三个控制器的返回信号实现对微型燃气轮机的控制。适用于存在冲击性负载且需要天然气电站供电的领域。
【专利说明】用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制 方法及燃气轮机发电装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及微型燃气轮机分布式发电【技术领域】，具体涉及一种用于天然气电站超 级电容储能的燃气轮机发电装置的控制方法及用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机 发电装置及基于该装置的控制方法。

【背景技术】
[0002] 微型燃气轮机具有高功率密度、高可靠性、高效率、低维护、低排放等特点，可使用 多种燃料，比如天然气、油田伴生气、柴油等，可摆脱单一燃料形式。在航空航天、国防和其 它工业领域诸如船舶、油气开采等领域具有广泛的应用前景。在W能源的多样化、装置的小 型化、热电冷联产化、电站的互联化为特征的分布式动力系统研制中，微型燃气轮机发电系 统是一种微型、较高效率发电设备，有可能逐渐发展为新型分布式发电技术的主要形式。与 微型燃气轮机输出电功率和使用场合相似的内燃机发电设备相比，有如下特点：（1)运动 部件少，故障率低，寿命长；（2)燃料形式多样，排放低；（3)隐蔽性好，噪声、振动小；(4)易 于形成热电冷联产；（5)便于多台集成扩容。
[0003] 微型燃气轮机发电系统之所能够受到研发领域和应用领域的重视，主要在于高响 应、高效率等特点。但是在现阶段，在一些特殊的应用场合微型燃气轮机发电系统受到限 巧||，究其原因是因为微型燃气轮机发电系统的性能还不够完善，难W应对一些特殊的负载 需求。分析总结目前微型燃气轮机发电系统，特别是欧美国家一些技术先进的公司生产的 微型燃气轮机发电系统，尽管在技术上是较为先进，但是还有一些问题需要解决。
[0004] 第一、冲击性负载是普遍存在于分布式发电系统中的问题，该和分布式发电或独 立发电的有限能量系统有关。面对冲击性负载，要求微型燃气轮机发电系统具有输出电功 率的快速调节能力，然而微型燃气轮机的燃烧机理导致其输出机械功率变化缓慢，该种慢 响应性不能满足应用对象的要求，因此制约了微型燃气轮机发电系统的发展和推广。为了 解决该一问题，需要从理论上分析微型燃气轮机输出功率变化的规律，从功率匹配转子位 置深入研究并提出解决措施。
[0005] 第二、微型燃气轮机输出功率与快速变化的负载功率不匹配，导致直流母线电压 的大幅波动，进而引起功率变换系统的振荡，不利于系统稳定运行。此外，大幅波动的母线 电压使系统供电质量变差。该类问题的产生与负载、微网的其它发电系统和自身的调节等 各种因素有关。


【发明内容】

[0006] 本发明的目的是增强用于天然气电站的微型燃气轮机发电装置的抗冲击负载能 力、提高装置的响应速度及功率变换导致的系统运行不稳定的问题，提出了用于天然气电 站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制方法及燃气轮机发电装置。
[0007] 用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制方法，该控制方法是基 于燃气轮机发电装置实现的，燃气轮机发电装置包括微型燃气轮机1、永磁同步发电机2、 PWM整流开关模块3、直流滤波电容4、超级电容5、直流变换开关模块7、逆变开关模块8和 天然气电站电网10 ;
[0008] 该控制方法包括启动控制方法、发电控制方法和冷却停机控制方法；
[0009] 启动控制方法如下；直流变换开关模块7将超级电容5输出的超级电容电压转变 为直流母线电压，PWM整流开关模块3将所述直流母线电压变换为交流母线电压驱动永磁 同步发电机2旋转升速，微型燃气轮机1与永磁同步发电机2同轴连接，且作为永磁同步发 电机2的负载跟随永磁同步发电机2旋转至点火转速，点火成功后，微型燃气轮机1继续升 速，且其输出功率逐渐增加，同时超级电容5输出的超级电容电压逐渐减少，当微型燃气轮 机1达到自持转速后启动过程结束；
[0010] 发电控制方法如下：采集燃气轮机发电装置的负载电流if。、ifb、负载电压Vf。、Vfb， 负载电流if。、ifb、负载电压Vfa、Vfb经坐标变换后分别得到两相静止坐标系下负载电流if。、 ife、两相静止坐标系下负载电压Vf。、Vfe，两相静止坐标系下负载电流if。、if e、两相静止坐 标系下负载电压Vf。、Vfg经功率计算单元后得到负载功率町；
[0011] 该负载功率町输入至微型燃气轮机控制单元、微型燃气轮机输出功率预测单元和 直流侧负载功率辨识单元；经微型燃气轮机控制单元处理后控制微型燃气轮机1旋转及调 节微型燃气轮机1的转速；由于微型燃气轮机1与永磁同步发电机2同轴连接，永磁同步发 电机2旋转，此时，PWM整流开关模块3输出直流侧输出功率Pf。。，该直流侧输出功率Pf。。经 直流滤波电容4后输出至直流母线；
[0012] 所述负载功率町经微型燃气轮机输出功率预测单元进行输出功率预测后得到输 出功率预测功率每。；所述负载功率Pt经直流侧负载功率辨识单元进行负载功率辨识后得 到负载功率辨识功率;输出功率预测功率每。和负载功率辨识功率巧*做差后得到补偿功 率墙Sd。，该补偿功率瑞S&输入至功率给定校正单元，经功率给定校正单元功率校正后输出 瞬时给定功率八:；
[001引采集超级电容5的超级电容电压Vse和超级电容电流ise，超级电容电压Vse和超级 电容电流ise经功率计算单元后得到瞬时补偿功率Pse ;
[0014] 所述瞬时给定功率片与瞬时补偿功率Pse做差后再经过PI运算后输入至PWM生 成单元，经PWM生成单元处理后得到PWM信号Sg、Sb、S。；该PWM信号Sg、Sb、S。驱动直流变换 开关模块7 ;直流变换开关模块7输出超级电容的补偿功率Pcssd。至直流母线；
[0015] 直流侧负载功率Pu。输入至逆变开关模块8,经逆变开关模块8逆变后输出交流电 至天然气电站电网10,发电过程结束；
[0016] 冷却停机控制方法；超级电容5为永磁同步发电机2提供能量，永磁同步发电机2 驱动微型燃机轮机1停止工作。
[0017] 启动控制方法中所述的PWM整流开关模块3将所述直流母线电压变换为交流母线 电压驱动永磁同步发电机2旋转升速，PWM整流开关模块3驱动永磁同步发电机2旋转的 方法如下：
[0018] 定子电流i。、ib经一号坐标变换单元后得到两相静止坐标系下定子电流i。、ie 并输出至二号坐标变换单元；经二号坐标变换单元后输出两相同步旋转坐标系下定子电流 至瞬时功率估算单元；
[0019] 转子位置检测单元接收两相静止坐标系下定子电流ia、ie和电压H;、听:并输出转 子转速《。至瞬时功率估算单元，还输出转子位置9。至二号坐标单元和H号坐标变换单 元；
[0020] 瞬时功率估算单元输出无功功率的差值给定A Q*经一号PI单元后输入至前馈解 禪反电势补偿单元；
[0021] 直流母线电压实测值Ud。和直流母线电压给定值％做差后依次经过H号PI单元、 限幅单元后与直流母线电压实测值Ud。相乘后输出有功功率的给定功率P* ;所述有功功率 的给定功率P*与瞬时功率估算单元输出的有功功率的反馈功率P做差后输入至二号PI单 元；经二号PI单元进行PI运算后输入至前馈解禪反电势补偿单元；
[0022] 前馈解禪反电势补偿单元输出定子交直轴电压给定电压<至立号坐标变换 单元；
[0023] H号坐标变换单元对接收的转子位置0。、交直轴电压给定电压H;、<进行坐标 变换后输出电压《;、《;至SVPWM单元；SVPWM单元对电压、Mp*进行SVPWM处理后得到PWM 信号S。、Sb、S。后输入至PWM整流开关模块3,控制PWM整流开关模块3开通和关断，PWM整 流开关模块3驱动永磁同步发电机2旋转。
[0024] 用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置，它包括发电部件和控制发电 部件；发电部件包括微型燃气轮机1、永磁同步发电机2、PWM整流开关模块3、直流滤波电容 4、超级电容5、直流变换开关模块7、逆变开关模块8、逆变器输出滤波器9和天然气电站电 网10 ;控制发电部件包括定子电流检测模块11、PWM整流驱动电路12、直流母线电压检测模 块13、超级电容电压检测模块14、超级电容电流检测模块15、直流变换驱动电路16、逆变驱 动电路17、负载电流检测模块18、输出电压检测模块19、微型燃气轮机控制器20、PWM整流 器控制器21、功率补偿控制器22、逆变器控制器23、CAN总线24和中央控制器25 ;
[0025] 微型燃气轮机1与永磁同步发电机2同轴连接，且所述微型燃气轮机1用于将天 然气燃料化学能通过燃烧推动润轮做功转变为机械能；
[0026] 永磁同步发电机2的定子H相线与PWM整流开关模块3的交流侧的H相线连接， 且所述永磁同步发电机2用于将所述机械能转变为高基频电能量；
[0027] PWM整流开关模块3的直流侧的母线并联有直流滤波电容4 ;且所述PWM整流开关 模块3用于将所述高基频电能转变为直流电能；直流电能的表现形式为直流母线电压；
[0028] 直流变换开关模块7和逆变开关模块8并联在直流滤波电容4的输出侧，直流滤 波电容4用于对PWM整流开关模块3输出的直流母线电压起到平波作用；
[0029] 所述直流变换开关模块7与超级电容5串联；所述直流变换开关模块7用于实现 PWM整流开关模块3输出的直流母线电压和超级电容5输出的电压之间的转换；所述超级 电容5用于储能并为微型燃气轮机1提供启动能量；
[0030] 逆变开关模块8的交流侧与逆变器输出滤波器9的一侧串联，逆变器输出滤波器 9的输出侧与天然气电站电网10连接；所述逆变开关模块8用于将直流电能变换为H相对 称交流电并向天然气电站电网10供电；所述逆变器输出滤波器9用于对逆变开关模块8输 出的H相对称交流电的电压进行滤波；
[0031] 定子电流检测模块11用于检测永磁同步发电机2输出的定子电流并将所述定子 电流转变为定子电流信号后传送至PWM整流器控制器21 ;
[0032] 直流母线电压检测模块13用于检测所述PWM整流开关模块3直流侧的直流母线 电压并将所述直流母线电压转变为直流母线电压信号后传送至PWM整流器控制器21 ;
[0033] PWM整流器控制器21用于对接收的所述定子电流信号和直流母线电压信号进行 信号处理后输出PWM整流驱动信号至PWM整流驱动电路12 ;还用于通过CAN总线24与中 央控制器25实现数据交互；
[0034] PWM整流驱动电路12用于驱动PWM整流开关模块3 ;
[0035] 超级电容电压检测模块14用于检测超级电容5的超级电容电压，并将所述超级电 容5的超级电容电压转变为超级电容电压信号后传送至功率补偿控制器22 ;
[0036] 超级电容电流检测模块15用于检测超级电容5的超级电容电流，并将所述超级电 容5的超级电容电流转变为超级电容电流信号后传送至功率补偿控制器22 ;
[0037] 功率补偿控制器22用于将接收的所述超级电容电压信号和超级电容电流信号进 行信号处理后输出直流变换驱动信号至直流变换驱动电路16 ;还用于通过CAN总线24与 中央控制器25实现数据交互；
[0038] 直流变换驱动电路16用于驱动直流变换开关模块17 ;
[0039] 负载电流检测模块18用于检测逆变开关模块8的交流侧的负载电流，并将所述负 载电流转变为负载电流信号传送至逆变器控制器23 ;
[0040] 输出电压检测模块19用于检测逆变器输出滤波器9的输出电压，并将所述输出电 压转变为输出电压信号传送至逆变器控制器23 ;
[0041] 逆变器控制器23用于将接收的所述负载电流信号和输出电压信号进行信号处理 后输出逆变驱动信号至逆变驱动电路17 ;还用于通过CAN总线24传送至中央控制器25 ;
[0042] 逆变驱动电路17用于驱动逆变开关模块8 ;
[0043] 中央控制器25用于与微型燃气轮机控制器20之间实现数据交互；
[0044] 微型燃气轮机控制器20用于调节微型燃气轮机1的转速，还用于与微型燃气轮机 1之间实现数据交互。
[0045] 用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置，它还包括直流变换滤波器6， 直流变换滤波器6串联在直流变换开关模块7和超级电容5之间，用于对直流变换开关模 块7和超级电容5之间的电压进行滤波。
[0046] 所述微型燃气轮机控制器20用于调节微型燃气轮机1的转速，所述调节微型燃气 轮机1的转速的方法如下：
[0047] 微型燃气轮机控制器20输出的燃料流量数字信号经DA输出电路后转为模拟信 号，燃料系统接收模拟信号改变微型燃气轮机的燃料流量，通过改变燃料流量实现系统转 速的控制。
[0048] 基于用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制方法，该控制方法 如下：
[0049] 定子电流检测模块11检测永磁同步发电机2输出的定子电流并将所述定子电流 转变为定子电流信号后传送至PWM整流器控制器21 ;直流母线电压检测模块13检测所述 PWM整流开关模块3直流侧的直流母线电压并将所述直流母线电压转变为直流母线电压信 号后传送至PWM整流器控制器21 ;中央控制器25通过CAN总线24向PWM整流器控制器21 发送控制指令，PWM整流器控制器21接收控制指令后，对接收的定子电流信号和直流母线 电压信号进行信号处理后输出PWM整流驱动信号至PWM整流驱动电路12 ;PWM整流驱动电 路12驱动PWM整流开关模块3实现开关控制；
[0050] PWM整流器控制器21向中央控制器25返回直流侧输出功率信号；
[0051] 超级电容电压检测模块14检测超级电容5的超级电容电压，并将所述超级电容5 的超级电容电压转变为超级电容电压信号后传送至功率补偿控制器22 ;
[0052] 超级电容电流检测模块15检测超级电容5的超级电容电流，并将所述超级电容5 的超级电容电流转变为超级电容电流信号后传送至功率补偿控制器22 ;中央控制器25通 过CAN总线24向功率补偿控制器22发送控制指令，功率补偿控制器22接收控制指令后， 对接收的超级电容电压信号和超级电容电流信号进行信号处理后输出直流变换驱动信号 至直流变换驱动电路16 ;直流变换驱动电路16驱动直流变换开关模块17实现开关控制；
[0053] 功率补偿控制器22向中央控制器25返回超级电容输出功率信号；
[0054] 负载电流检测模块18检测逆变开关模块8的交流侧的负载电流，并将所述负载电 流转变为负载电流信号传送至逆变器控制器23 ;输出电压检测模块19检测逆变器输出滤 波器9的输出电压，并将所述输出电压转变为输出电压信号传送至逆变器控制器23 ;中央 控制器25通过CAN总线24向逆变器控制器23发送控制指令，逆变器控制器23接收控制 指令后，对接收的所述负载电流信号和输出电压信号进行信号处理后输出逆变驱动信号至 逆变驱动电路17 ;逆变驱动电路17用于驱动逆变开关模块8实现开关控制；
[00巧]逆变器控制器23向中央控制器25返回负载功率信号；
[0056] 中央控制器25对接收的负载功率信号信号处理后得到微型燃气轮机的转速给定 值，该微型燃气轮机的转速给定值输入至微型燃气轮机控制器20,微型燃气轮机控制器20 调节微型燃气轮机1的转速，实现微型燃气轮机1的旋转；
[0057] 中央控制器25还将接收的负载功率进行信号处理后得到超级电容补偿功率实际 给定值，该超级电容补偿功率实际给定值输入至功率补偿控制器22,功率补偿控制器22对 该给定值进行瞬时功率跟踪控制后输出直流变换驱动信号，该直流变换驱动信号用于驱动 直流变换开关7。
[0058] 有益效果：本发明中，当系统突加冲击负载时，利用超级电容储能单元的输出功 率，迅速与负载功率相平衡，使系统保持稳定。之后随着微燃机输出功率的逐渐增大，补偿 单元输出功率逐渐减小，直到微燃机输出功率与负载功率达到新的平衡。在此过程中，直流 母线电压保持恒定，微燃机系统各参数进行及时调节，系统能够稳定运行。当系统存在冲击 减载时，超级电容储能单元迅速开始吸收能量，随着微燃机输出功率的调整，所吸收能量逐 渐减小，最后达到新的平衡，保证了系统的可靠运行。
[0059] 本发明所具有的优点；（1)利用超级电容储能充放电的快速性对微型燃气轮机缓 慢输出特性进行补偿，使其具有更宽的应用场合；（2)可有效减小冲击负载对微型燃气轮 机本体的热应力和机械应力，大大提高微型燃气轮机的使用寿命；（3)能够保证系统在较 大的冲击负载情况下实现稳定运行，保证直流母线电压的恒定控制；(4)可提高发电装置 向天然气电站电网供电的电能质量。
[0060] 本发明可应用于存在冲击性负载且需要天然气电站供电的领域，具有广泛的应用 前景和较大的推广价值。

【专利附图】

【附图说明】
[0061] 图1为【具体实施方式】H所述的用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装 置的系统结构框图；
[0062] 图2为【具体实施方式】H所述的发电部件的电路原理示意图；
[0063] 图3为【具体实施方式】二所述的PWM整流开关模块驱动永磁同步发电机旋转的方法 的系统框图；
[0064] 图4为【具体实施方式】一所述的用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装 置的控制方法的系统框图。

【具体实施方式】

【具体实施方式】 [0065] 一、参照图3和图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的用于 天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制方法，该控制方法是基于燃气轮机发 电装置实现的，燃气轮机发电装置包括微型燃气轮机1、永磁同步发电机2、PWM整流开关模 块3、直流滤波电容4、超级电容5、直流变换开关模块7、逆变开关模块8和天然气电站电网 10 ；
[0066] 微型燃气轮机1与永磁同步发电机2同轴连接，永磁同步发电机2的定子H相线 与PWM整流开关模块3的交流侧的H相线连接，PWM整流开关模块3的直流侧的母线并联有 直流滤波电容4 ;直流变换开关模块7和逆变开关模块8并联在直流滤波电容4的输出侧； 所述直流变换开关模块7与超级电容5串联；逆变开关模块8的交流侧与天然气电站电网 10连接；
[0067] 该控制方法包括启动控制方法、发电控制方法和冷却停机控制方法；
[0068] 启动控制方法如下；直流变换开关模块7将超级电容5输出的超级电容电压转变 为直流母线电压，PWM整流开关模块3将所述直流母线电压变换为交流母线电压驱动永磁 同步发电机2旋转升速，微型燃气轮机1与永磁同步发电机2同轴连接，且作为永磁同步发 电机2的负载跟随永磁同步发电机2旋转至点火转速，点火成功后，微型燃气轮机1继续升 速，且其输出功率逐渐增加，同时超级电容5输出的超级电容电压逐渐减少，当微型燃气轮 机1达到自持转速后启动过程结束；
[0069] 发电控制方法如下；采集燃气轮机发电装置的负载电流if。、ifb、负载电压Vf。、Vfb， 负载电流if。、ifb、负载电压Vfa、Vfb经坐标变换后分别得到两相静止坐标系下负载电流if。、 ife、两相静止坐标系下负载电压Vf。、Vfe，两相静止坐标系下负载电流if。、if e、两相静止坐 标系下负载电压Vf。、Vfg经功率计算单元后得到负载功率町；
[0070] 该负载功率町输入至微型燃气轮机控制单元、微型燃气轮机输出功率预测单元和 直流侧负载功率辨识单元；经微型燃气轮机控制单元处理后控制微型燃气轮机1旋转及调 节微型燃气轮机1的转速；由于微型燃气轮机1与永磁同步发电机2同轴连接，永磁同步发 电机2旋转，此时，PWM整流开关模块3输出直流侧输出功率Pf。。，该直流侧输出功率Pf。。经 直流滤波电容4后输出至直流母线；
[0071] 所述负载功率町经微型燃气轮机输出功率预测单元进行输出功率预测后得到输 出功率预测功率每。;所述负载功率町经直流侧负载功率辨识单元进行负载功率辨识后得到 负载功率辨识功率iTd。；输出功率预测功率這。和负载功率辨识功率做差后得到补偿功率 墙M。，该补偿功率巧&&输入至功率给定校正单元，经功率给定校正单元功率校正后输出瞬 时给定功率足.；
[007引采集超级电容5的超级电容电压Vse和超级电容电流ise，超级电容电压Vse和超级 电容电流ise经功率计算单元后得到瞬时补偿功率Pse ;
[0073] 所述瞬时给定功率片与瞬时补偿功率Pse做差后再经过PI运算后输入至PWM生 成单元，经PWM生成单元处理后得到PWM信号Sg、Sb、S。；该PWM信号Sg、Sb、S。驱动直流变换 开关模块7 ;直流变换开关模块7输出超级电容的补偿功率Pcssd。至直流母线；
[0074] 直流侧负载功率Pu。输入至逆变开关模块8,经逆变开关模块8逆变后输出交流电 至天然气电站电网10,发电过程结束；
[0075] 冷却停机控制方法；超级电容5为永磁同步发电机2提供能量，永磁同步发电机2 驱动微型燃机轮机1停止工作。
[0076] 本实施方式中，发电方法采用的是瞬时功率的快速补偿控制，该快速补偿控制系 统结构图如图4所示，负载功率町由负载电流和负载电压经坐标变换后得到。将负载功率 町作为给定，进行瞬时功率闭环的状态反馈控制，稳态时PWM整流开关模块3的直流侧输出 功率Pf。。与负载功率町相等。冲击负载瞬态时直流侧输出功率Pf。。受微型燃气轮机1输出 功率调节的慢响应性影响，不能迅速增加和减少，变化率要在微型燃气轮机1能承受的范 围内，否则会导致微型燃气轮机1转速的大范围波动，触发系统转速保护，不利于系统稳定 运行。此外，采用功率补偿控制策略对负载功率町进行相关瞬时功率计算，冲击负载瞬态 过程中超级电容5输出快速的瞬时补偿功率Pse，能够满足冲击负载快速功率变化的要求。
[0077] 功率补偿控制策略由微型燃气轮机1输出功率预测、直流侧负载功率辨识、功率 给定校正和瞬时功率跟踪控制组成。通过直流侧负载功率辨识得到的负载功率辨识功率与 微型燃气轮机1的输出功率预测功率做差，差值为补偿功率，功率给定校正根据补偿功率 进行功率给定的校正，瞬时功率跟踪控制环完成给定功率的实时控制。

【具体实施方式】 [0078] 二、参照图3说明本实施方式，本实施方式是对一所 述的用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制方法的进一步说明，本实施 方式中，启动控制方法中所述的PWM整流开关模块3将所述直流母线电压变换为交流母线 电压驱动永磁同步发电机2旋转升速，PWM整流开关模块3驱动永磁同步发电机2旋转的 方法如下：
[0079] 定子电流i。、ib经一号坐标变换单元后得到两相静止坐标系下定子电流i。、ie 并输出至二号坐标变换单元；经二号坐标变换单元后输出两相同步旋转坐标系下定子电流 至瞬时功率估算单元；
[0080] 转子位置检测单元接收两相静止坐标系下定子电流ia、ie和电压并输出转 子转速《。至瞬时功率估算单元，还输出转子位置9。至二号坐标单元和H号坐标变换单 元；
[0081] 瞬时功率估算单元输出无功功率的差值给定A Q*经一号PI单元后输入至前馈解 禪反电势补偿单元；
[0082] 直流母线电压实测值叫。和直流母线电压给定值记做差后依次经过H号PI单元、 限幅单元后与直流母线电压实测值Ud。相乘后输出有功功率的给定功率P* ;所述有功功率 的给定功率P*与瞬时功率估算单元输出的有功功率的反馈功率P做差后输入至二号PI单 元；经二号PI单元进行PI运算后输入至前馈解禪反电势补偿单元；
[0083] 前馈解禪反电势补偿单元输出定子交直轴电压给定电压<至立号坐标变换 单元；
[0084] H号坐标变换单元对接收的转子位置0。、交直轴电压给定电压《;、<进行坐标 变换后输出电压M;、M;至SVPWM单元；SVPWM单元对电压进行SVPWM处理后得到PWM 信号S。、Sb、S。后输入至PWM整流开关模块3,控制PWM整流开关模块3开通和关断，PWM整 流开关模块3驱动永磁同步发电机2旋转。
[0085] 本实施方式中，图3为永磁同步发电机2由PWM整流开关模块3驱动旋转而采用 的瞬时功率控制的系统框图，其采用电压为外环、瞬时功率为内环的控制结构。永磁同步发 电机2所输出的功率通过PWM整流开关模块3中的PWM整流器实现高频交流电到直流电的 能量变换，利用PWM整流器的矢量控制技术可W对有功功率和无功功率进行直接瞬时功率 控制，使永磁同步发电机具有高的功率因数从而保证高的发电效率。
[0086] 矢量控制和准确的瞬时功率估算需要精确的转子位置，基于滑模观测器可得估计 反电势，本发明利用锁相环技术得到转子位置和转子转速。该种得到转子位置和转子转速 的方法同时具有鲁棒性强和抖振对转子位置影响小的优点。
[0087] 基于瞬时功率理论推导永磁同步发电机输出有功功率、无功功率和定子电流的关 系，分析实现单位内功率因数运行的功率约束条件，提出瞬时功率的控制方法。
[008引电压外环的PI控制结果是电流量，与直流电压乘积后为功率量。转子位置检测的 输入量为定子电流和电压，检测的结果是转子位置和转子转速。瞬时功率估算的输入量为 两相静止坐标系下定子电流i。、ig和转子转速《。，输出量为有功功率的反馈功率P和无 功功率的差值给定AQ*。通过控制无功功率的差值给定AQ*为零从而实现单位内功率因 数运行，其优点是输入功率一定时定子电流最小，减小铜损耗，提高运行效率，该种控制称 为最大功率/电流比控制。有功功率的给定功率P*和有功功率的反馈功率P的差值作为 有功控制的给定，经过PI调节后进行前馈解禪反电势补偿；无功功率的差值给定A Q*直接 作为无功控制的给定，经过PI调节后进行前馈解禪反电势补偿；二者进行前馈解禪后得到 交直轴电压给定值";和<。，再经过坐标变换和SVPWM调制产生PWM信号S。、Sb、S。。
[0089]

【具体实施方式】H、参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的用于天 然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置，它包括发电部件和控制发电部件；发电部件 包括微型燃气轮机1、永磁同步发电机2、PWM整流开关模块3、直流滤波电容4、超级电容5、 直流变换开关模块7、逆变开关模块8、逆变器输出滤波器9和天然气电站电网10 ;控制发 电部件包括定子电流检测模块11、PWM整流驱动电路12、直流母线电压检测模块13、超级电 容电压检测模块14、超级电容电流检测模块15、直流变换驱动电路16、逆变驱动电路17、负 载电流检测模块18、输出电压检测模块19、微型燃气轮机控制器20、PWM整流器控制器21、 功率补偿控制器22、逆变器控制器23、CAN总线24和中央控制器25 ;
[0090] 微型燃气轮机1与永磁同步发电机2同轴连接，且所述微型燃气轮机1用于将天 然气燃料化学能通过燃烧推动润轮做功转变为机械能；
[0091] 永磁同步发电机2的定子H相线与PWM整流开关模块3的交流侧的H相线连接， 且所述永磁同步发电机2用于将所述机械能转变为高基频电能量；
[0092] PWM整流开关模块3的直流侧的母线并联有直流滤波电容4 ;且所述PWM整流开关 模块3用于将所述高基频电能转变为直流电能；直流电能的表现形式为直流母线电压；
[0093] 直流变换开关模块7和逆变开关模块8并联在直流滤波电容4的输出侧，直流滤 波电容4用于对PWM整流开关模块3输出的直流母线电压起到平波作用；
[0094] 所述直流变换开关模块7与超级电容5串联；所述直流变换开关模块7用于实现 PWM整流开关模块3输出的直流母线电压和超级电容5输出的电压之间的转换；所述超级 电容5用于储能并为微型燃气轮机1提供启动能量；
[0095] 逆变开关模块8的交流侧与逆变器输出滤波器9的一侧串联，逆变器输出滤波器 9的输出侧与天然气电站电网10连接；所述逆变开关模块8用于将直流电能变换为H相对 称交流电并向天然气电站电网10供电；所述逆变器输出滤波器9用于对逆变开关模块8输 出的H相对称交流电的电压进行滤波；
[0096] 定子电流检测模块11用于检测永磁同步发电机2输出的定子电流并将所述定子 电流转变为定子电流信号后传送至PWM整流器控制器21 ;
[0097] 直流母线电压检测模块13用于检测所述PWM整流开关模块3直流侧的直流母线 电压并将所述直流母线电压转变为直流母线电压信号后传送至PWM整流器控制器21 ;
[0098] PWM整流器控制器21用于对接收的所述定子电流信号和直流母线电压信号进行 信号处理后输出PWM整流驱动信号至PWM整流驱动电路12 ;还用于通过CAN总线24与中 央控制器25实现数据交互；
[0099] PWM整流驱动电路12用于驱动PWM整流开关模块3 ;
[0100] 超级电容电压检测模块14用于检测超级电容5的超级电容电压，并将所述超级电 容5的超级电容电压转变为超级电容电压信号后传送至功率补偿控制器22 ;
[0101] 超级电容电流检测模块15用于检测超级电容5的超级电容电流，并将所述超级电 容5的超级电容电流转变为超级电容电流信号后传送至功率补偿控制器22 ;
[0102] 功率补偿控制器22用于将接收的所述超级电容电压信号和超级电容电流信号进 行信号处理后输出直流变换驱动信号至直流变换驱动电路16 ;还用于通过CAN总线24与 中央控制器25实现数据交互；
[0103] 直流变换驱动电路16用于驱动直流变换开关模块17 ;
[0104] 负载电流检测模块18用于检测逆变开关模块8的交流侧的负载电流，并将所述负 载电流转变为负载电流信号传送至逆变器控制器23 ;
[0105] 输出电压检测模块19用于检测逆变器输出滤波器9的输出电压，并将所述输出电 压转变为输出电压信号传送至逆变器控制器23 ;
[0106] 逆变器控制器23用于将接收的所述负载电流信号和输出电压信号进行信号处理 后输出逆变驱动信号至逆变驱动电路17 ;还用于通过CAN总线24传送至中央控制器25 ;
[0107] 逆变驱动电路17用于驱动逆变开关模块8 ;
[010引中央控制器25用于与微型燃气轮机控制器20之间实现数据交互；
[0109] 微型燃气轮机控制器20用于调节微型燃气轮机1的转速，还用于与微型燃气轮机 1之间实现数据交互。
[0110] 本实施方式中，如图2所示，微型燃气轮机1的四个重要组成部分为压气机、回热 器、燃烧室和透平，其燃料系统包括调节阀和间阀。PWM整流开关模块3采用H相半桥式拓 扑，其中Vi?Ve为开关管，Di?化为对应续流二极管，C为直流滤波电容4。永磁同步发电 机2与nVM整流开关模块3直接连接，永磁同步发电机2定子绕组电感Lg对电机输出的交 流量在PWM整流器工作时起到一定的滤波和续流作用，定子绕组的电阻为Rg。发电机反电 势为e。、种、e。，定子电流为i。、ib、i。，直流母线电压为Vd。，直流电流为itecde。
[0111] 在发电模式时，PWM整流开关模块3的功能是将永磁同步发电机2输出的高频交 流电变换为直流电，根据系统需要对直流电压值进行设置；同时还要控制交流电流的相位， 实现对功率因数的控制，另外一点是尽量控制输出电流的正弦性，W提高运行效率。
[0112] 在启动和冷却停机模式时，PWM整流开关模块3作为永磁同步发电机2的驱动器， 实现对系统转速的控制。超级电容储能单元的组成包括超级电容5、直流变换滤波器6、直 流变换开关模块7。其中直流变换开关模块7采用buck-boost双向变换器电路H重拓扑结 构，V,?Vi2为开关管，町?Di2为对应续流二极管。该种结构能够减小直流滤波电感的体 积，通过H重电流的叠加可减小电流纹波，直流滤波电感表示为Ld。，Rd。为对应电阻。
[0113] 超级电容5的等效电路包括超级电容、串联漏电阻和并联漏电阻，其中Csc为超级 电容容值，Rht。,为串联漏电阻，Rw为并联漏电阻。超级电容电压表示为Vse，并联漏电流为 i,d，输出电流为isc，端电压为Vsc?t，H重电流分别为isci、isc2和isc3,储能单元输出电流为 icssd。。逆变开关模块8的功能是将直流电变换为H相对称交流电，向天然气电站电网10供 电。逆变开关模块8结构采用H相半桥式拓扑，V。?Vi8为开关管，Di3?Die为对应续流二 极管，Lf为逆变器输出滤波器9的滤波电感，Rf为对应电阻，Cf为逆变器输出滤波器9的滤 波电容。逆变器输出H相电流分别为if。、ift、if。，输出H相电压分别为Vf。、Vfb、Vft，H相对 称负载电流分别为i&、直流端负载电流为iu。。
[0114] 启停模式时实现永磁同步电机2的无位置传感器速度控制，用于拖动微型燃气轮 机1到点火转速。
[0115] 发电模式时实现永磁同步电机1的瞬时功率控制，达到稳定直流母线电压和单位 内功率因数控制的目的。
[0116] 功率补偿控制器22的输入量为超级电容5的超级电容电压和超级电容电流，通过 CAN总线24接收中央控制器25的指令，输出信号为直流变换驱动电路16的PWM信号。计 算功率给定指令，并对功率指令进行功率校正和滞环处理，实现给定功率指令的实时控制。
[0117] 逆变器控制器23的输入信号为负载电流和输出电压，输出信号为逆变驱动电路 17的PWM驱动信号，实现对天然气电站电网10输入电能。
[0118] 所有的下层控制器在中央控制器25的统一控制下工作，实现发电系统的启动、发 电、停机运行。
[0119] 启停模式时逆变器停止工作，超级电容储能单元为能量源，PWM整流器作为永磁同 步电机2的驱动器实现速度控制。

【具体实施方式】 [0120] 四、本实施方式是对H所述的用于天然气电站超级电 容储能的燃气轮机发电装置的进一步说明，本实施方式中，它还包括直流变换滤波器6,直 流变换滤波器6串联在直流变换开关模块7和超级电容5之间，用于对直流变换开关模块 7和超级电容5之间的电压进行滤波。

【具体实施方式】 [0121] 五、本实施方式是对H所述的用于天然气电站超级电 容储能的燃气轮机发电装置的进一步说明，本实施方式中，所述微型燃气轮机控制器20用 于调节微型燃气轮机1的转速，所述调节微型燃气轮机1的转速的方法如下：
[0122] 微型燃气轮机控制器20输出的燃料流量数字信号经DA输出电路后转为模拟信 号，燃料系统接收模拟信号改变微型燃气轮机的燃料流量，通过改变燃料流量实现系统转 速的控制。
[0123] 工作原理；超级电容储能的燃气轮机发电装置的工作过程可分为H种模式：启动 模式、发电模式和冷却停机模式，下面分别介绍H种模式的工作原理及各部件的功能。
[0124] 启动模式，微型燃气轮机1本体没有从静止状态到工作状态的自启动能力，必须 依靠外力拖动到一定的转速才能正常工作。微型燃气轮机1作为负载从静止状态升速到点 火转速。点火成功后进入发电模式。
[0125] 发电模式，发电模式是用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的主要 运行方式，进入发电模式后微型燃气轮机1开始输出机械功率，永磁同步发电机2将机械功 率变为电功率，PWM整流开关模块3将发电机输出的高频电变换为直流电。逆变开关模块 8为天然气电站电网10输出电能。在此模式超级电容5通过直流变换开关模块7充电，为 停机模式和下次启动储存能量。
[0126] 冷却停机模式，发电模式时微型燃气轮机1燃烧室排气温度高达80(TC，如果系统 突然停机导致冷却系统停止工作，内部高温会造成微型燃气轮机1严重损坏。因此，停机前 需要进行冷却，直到排气温度降到安全范围内。此时燃烧室和燃料系统停止工作，永磁同步 发电机2由超级电容5提供能量，驱动微燃机系统进行冷却。

【具体实施方式】 [0127] 六、基于H、四或五所述的用于天然气电站超级电容 储能的燃气轮机发电装置的控制方法，该控制方法如下：
[012引定子电流检测模块11检测永磁同步发电机2输出的定子电流并将所述定子电流 转变为定子电流信号后传送至PWM整流器控制器21 ;直流母线电压检测模块13检测所述 PWM整流开关模块3直流侧的直流母线电压并将所述直流母线电压转变为直流母线电压信 号后传送至PWM整流器控制器21 ;中央控制器25通过CAN总线24向PWM整流器控制器21 发送控制指令，PWM整流器控制器21接收控制指令后，对接收的定子电流信号和直流母线 电压信号进行信号处理后输出PWM整流驱动信号至PWM整流驱动电路12 ;PWM整流驱动电 路12驱动PWM整流开关模块3实现开关控制；
[0129] PWM整流器控制器21向中央控制器25返回直流侧输出功率信号；
[0130] 超级电容电压检测模块14检测超级电容5的超级电容电压，并将所述超级电容5 的超级电容电压转变为超级电容电压信号后传送至功率补偿控制器22 ;
[0131] 超级电容电流检测模块15检测超级电容5的超级电容电流，并将所述超级电容5 的超级电容电流转变为超级电容电流信号后传送至功率补偿控制器22 ;中央控制器25通 过CAN总线24向功率补偿控制器22发送控制指令，功率补偿控制器22接收控制指令后， 对接收的超级电容电压信号和超级电容电流信号进行信号处理后输出直流变换驱动信号 至直流变换驱动电路16 ;直流变换驱动电路16驱动直流变换开关模块17实现开关控制；
[0132] 功率补偿控制器22向中央控制器25返回超级电容输出功率信号；
[0133] 负载电流检测模块18检测逆变开关模块8的交流侧的负载电流，并将所述负载电 流转变为负载电流信号传送至逆变器控制器23 ;输出电压检测模块19检测逆变器输出滤 波器9的输出电压，并将所述输出电压转变为输出电压信号传送至逆变器控制器23 ;中央 控制器25通过CAN总线24向逆变器控制器23发送控制指令，逆变器控制器23接收控制 指令后，对接收的所述负载电流信号和输出电压信号进行信号处理后输出逆变驱动信号至 逆变驱动电路17 ;逆变驱动电路17用于驱动逆变开关模块8实现开关控制；
[0134] 逆变器控制器23向中央控制器25返回负载功率信号；
[0135] 中央控制器25对接收的负载功率信号信号处理后得到微型燃气轮机的转速给定 值，该微型燃气轮机的转速给定值输入至微型燃气轮机控制器20,微型燃气轮机控制器20 调节微型燃气轮机1的转速，实现微型燃气轮机1的旋转；
[0136] 中央控制器25还将接收的负载功率进行信号处理后得到超级电容补偿功率实际 给定值，该超级电容补偿功率实际给定值输入至功率补偿控制器22,功率补偿控制器22对 该给定值进行瞬时功率跟踪控制后输出直流变换驱动信号，该直流变换驱动信号用于驱动 直流变换开关7。

【具体实施方式】 [0137] 走、本实施方式是对六所述的用于天然气电站超级电 容储能的燃气轮机发电装置的控制方法的进一步说明，本实施方式中，所述中央控制器25 对接收的负载功率信号信号处理后得到微型燃气轮机的转速给定值，该信号处理过程为：
[0138] 中央控制器25对接收的负载功率信号进行功率给定计算后得到微型燃气轮机的 功率给定值，中央控制器25对接收的直流侧输出功率信号和所述微型燃气轮机的功率给 定值进行瞬时功率闭环的状态反馈计算，得到微型燃机轮机的转速给定值。

【具体实施方式】 [0139] 八、本实施方式是对六所述的用于天然气电站超级电 容储能的燃气轮机发电装置的控制方法的进一步说明，本实施方式中，所述中央控制器25 还将接收的负载功率进行信号处理后得到超级电容补偿功率实际给定值，该信号处理过程 为：
[0140] 中央控制器25将接收的负载功率信号通过输出功率预测计算后得到微型燃机轮 机的输出预测功率值；
[0141] 中央控制器25将接收的负载功率信号通过直流侧负载功率辨识计算后得到直流 侧负载功率辨识值；
[0142] 微型燃机轮机的输出预测功率值与直流侧负载功率辨识值做差后输出超级电容 补偿功率给定值；
[0143] 该超级电容补偿功率给定值经过功率给定校正计算后，再与所述功率补偿控制器 22向中央控制器25返回的超级电容输出功率信号做差，得到超级电容补偿功率实际给定 值。
[0144] 由于微型燃气轮机的调节特性所决定，其输出功率响应缓慢，当系统突加冲击负 载时，输出功率需要较长的恢复时间才能与负载功率达到平衡。系统中超级电容储能单元 加入的目的就是让其起到抑制冲击负载对整个系统稳定性和发电质量所造成不利影响的 作用。
[0145] 能够大幅减小微型燃气轮机本体的机械和热应力，增长微型燃气轮机的使用寿 命；能够保证系统功率变换系统的稳定运行，保证输出高质量的电能。可大幅提高微燃机发 电系统天然气发电站的现场适应能力，具有广泛的应用前景。
【权利要求】
1. 用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制方法，该控制方法是基 于燃气轮机发电装置实现的，燃气轮机发电装置包括微型燃气轮机（1)、永磁同步发电机 (2)、PWM整流开关模块（3)、直流滤波电容（4)、超级电容（5)、直流变换开关模块（7)、逆变 开关模块⑶和天然气电站电网（10); 其特征在于，该控制方法包括启动控制方法、发电控制方法和冷却停机控制方法； 启动控制方法如下：直流变换开关模块（7)将超级电容（5)输出的超级电容电压转变 为直流母线电压，PWM整流开关模块（3)将所述直流母线电压变换为交流母线电压驱动永 磁同步发电机（2)旋转升速，微型燃气轮机（1)与永磁同步发电机（2)同轴连接，且作为永 磁同步发电机（2)的负载跟随永磁同步发电机（2)旋转至点火转速，点火成功后，微型燃气 轮机（1)继续升速，且其输出功率逐渐增加，同时超级电容（5)输出的超级电容电压逐渐减 少，当微型燃气轮机（1)达到自持转速后启动过程结束； 发电控制方法如下：采集燃气轮机发电装置的负载电流ifa、ifb、负载电压vfa、vfb，负载 电流ifa、ifb、负载电压vfa、Vfb经坐标变换后分别得到两相静止坐标系下负载电流ifα、ife、 两相静止坐标系下负载电压vfα、Vfe，两相静止坐标系下负载电流ifa、ife、两相静止坐标 系下负载电压Vfa、Vfe经功率计算单元后得到负载功率; 该负载功率输入至微型燃气轮机控制单元、微型燃气轮机输出功率预测单元和直流 侧负载功率辨识单元；经微型燃气轮机控制单元处理后控制微型燃气轮机（1)旋转及调节 微型燃气轮机（1)的转速；由于微型燃气轮机（1)与永磁同步发电机（2)同轴连接，永磁同 步发电机⑵旋转，此时，PWM整流开关模块⑶输出直流侧输出功率PM。，该直流侧输出功 率Pra经直流滤波电容（4)后输出至直流母线； 所述负载功率经微型燃气轮机输出功率预测单元进行输出功率预测后得到输出功 率预测功率 ；所述负载功率经直流侧负载功率辨识单元进行负载功率辨识后得到负 载功率辨识功率^*& :输出功率预测功率C·和负载功率辨识功率Al做差后得到补偿功率 ，该补偿功率€SSd^输入至功率给定校正单元，经功率给定校正单元功率校正后输出瞬 时给定功率7C; 采集超级电容（5)的超级电容电压Vsc:和超级电容电流isc；，超级电容电压Vsc:和超级电 容电流经功率计算单元后得到瞬时补偿功率P%; 所述瞬时给定功率仏与瞬时补偿功率Ps。做差后再经过PI运算后输入至PWM生成单 元，经PWM生成单元处理后得到PWM信号Sa、Sb、S。；该PWM信号Sa、Sb、S。驱动直流变换开关 模块（7);直流变换开关模块（7)输出超级电容的补偿功率PESSd。至直流母线； 直流侧负载功率Pu。输入至逆变开关模块（8)，经逆变开关模块（8)逆变后输出交流电 至天然气电站电网（10)，发电过程结束； 冷却停机控制方法：超级电容（5)为永磁同步发电机（2)提供能量，永磁同步发电机 (2)驱动微型燃机轮机1停止工作。
2. 根据权利要求1所述的用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制 方法，其特征在于，启动控制方法中所述的PWM整流开关模块（3)将所述直流母线电压变换 为交流母线电压驱动永磁同步发电机（2)旋转升速，PWM整流开关模块（3)驱动永磁同步 发电机⑵旋转的方法如下： 定子电流ia、ib经一号坐标变换单元后得到两相静止坐标系下定子电流ia、ie并输出 至二号坐标变换单元；经二号坐标变换单元后输出两相同步旋转坐标系下定子电流id、i, 至瞬时功率估算单元； 转子位置检测单元接收两相静止坐标系下定子电流ia、ie和电压《】、《；：并输出转子 转速ωε至瞬时功率估算单元，还输出转子位置θε至二号坐标单元和三号坐标变换单元； 瞬时功率估算单元输出无功功率的差值给定ΛQ*经一号PI单元后输入至前馈解耦反 电势补偿单元； 直流母线电压实测值Ud。和直流母线电压给定值做差后依次经过三号PI单元、限幅 单元后与直流母线电压实测值ud。相乘后输出有功功率的给定功率Ρ* ;所述有功功率的给 定功率P*与瞬时功率估算单元输出的有功功率的反馈功率P做差后输入至二号PI单元； 经二号PI单元进行PI运算后输入至前馈解耦反电势补偿单元； 前馈解耦反电势补偿单元输出定子交直轴电压给定电压〃!、<至三号坐标变换单 元； 三号坐标变换单元对接收的转子位置Θ交直轴电压给定电压进行坐标变换 后输出电压〃I、<至SVPWM单元；SVPWM单元对电压 <、〃；；进行SVPWM处理后得到PWM信号Sa、Sb、S。后输入至PWM整流开关模块（3)，控制PWM整流开关模块（3)开通和关断，PWM整 流开关模块（3)驱动永磁同步发电机（2)旋转。
3.用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置，其特征在于，它包括发电部件 和控制发电部件；发电部件包括微型燃气轮机（1)、永磁同步发电机（2)、PWM整流开关模块 (3)、直流滤波电容（4)、超级电容（5)、直流变换开关模块（7)、逆变开关模块（8)、逆变器输 出滤波器（9)和天然气电站电网（10);控制发电部件包括定子电流检测模块（11)、PWM整 流驱动电路（12)、直流母线电压检测模块（13)、超级电容电压检测模块（14)、超级电容电 流检测模块（15)、直流变换驱动电路（16)、逆变驱动电路（17)、负载电流检测模块（18)、输 出电压检测模块（19)、微型燃气轮机控制器（20)、PWM整流器控制器（21)、功率补偿控制器 (22)、逆变器控制器（23)、CAN总线（24)和中央控制器（25); 微型燃气轮机（1)与永磁同步发电机（2)同轴连接，且所述微型燃气轮机（1)用于将 天然气燃料化学能通过燃烧推动涡轮做功转变为机械能； 永磁同步发电机（2)的定子三相线与PWM整流开关模块（3)的交流侧的三相线连接， 且所述永磁同步发电机（2)用于将所述机械能转变为高基频电能量； PWM整流开关模块（3)的直流侧的母线并联有直流滤波电容（4);且所述PWM整流开关 模块（3)用于将所述高基频电能转变为直流电能；直流电能的表现形式为直流母线电压； 直流变换开关模块（7)和逆变开关模块（8)并联在直流滤波电容（4)的输出侧，直流 滤波电容（4)用于对PWM整流开关模块（3)输出的直流母线电压起到平波作用； 所述直流变换开关模块（7)与超级电容（5)串联；所述直流变换开关模块（7)用于实 现PWM整流开关模块（3)输出的直流母线电压和超级电容（5)输出的电压之间的转换；所 述超级电容（5)用于储能并为微型燃气轮机（1)提供启动能量； 逆变开关模块（8)的交流侧与逆变器输出滤波器（9)的一侧串联，逆变器输出滤波器 (9)的输出侧与天然气电站电网（10)连接；所述逆变开关模块（8)用于将直流电能变换为 三相对称交流电并向天然气电站电网（10)供电；所述逆变器输出滤波器（9)用于对逆变开 关模块（8)输出的三相对称交流电的电压进行滤波； 定子电流检测模块（11)用于检测永磁同步发电机（2)输出的定子电流并将所述定子 电流转变为定子电流信号后传送至PWM整流器控制器（21); 直流母线电压检测模块（13)用于检测所述PWM整流开关模块（3)直流侧的直流母线 电压并将所述直流母线电压转变为直流母线电压信号后传送至PWM整流器控制器（21); PWM整流器控制器（21)用于对接收的所述定子电流信号和直流母线电压信号进行信 号处理后输出PWM整流驱动信号至PWM整流驱动电路（12);还用于通过CAN总线（24)与 中央控制器（25)实现数据交互； PWM整流驱动电路（12)用于驱动PWM整流开关模块（3); 超级电容电压检测模块（14)用于检测超级电容（5)的超级电容电压，并将所述超级电 容（5)的超级电容电压转变为超级电容电压信号后传送至功率补偿控制器（22); 超级电容电流检测模块（15)用于检测超级电容（5)的超级电容电流，并将所述超级电 容（5)的超级电容电流转变为超级电容电流信号后传送至功率补偿控制器（22); 功率补偿控制器（22)用于将接收的所述超级电容电压信号和超级电容电流信号进行 信号处理后输出直流变换驱动信号至直流变换驱动电路（16);还用于通过CAN总线（24) 与中央控制器（25)实现数据交互； 直流变换驱动电路（16)用于驱动直流变换开关模块（17); 负载电流检测模块（18)用于检测逆变开关模块（8)的交流侧的负载电流，并将所述负 载电流转变为负载电流信号传送至逆变器控制器（23); 输出电压检测模块（19)用于检测逆变器输出滤波器（9)的输出电压，并将所述输出电 压转变为输出电压信号传送至逆变器控制器（23); 逆变器控制器（23)用于将接收的所述负载电流信号和输出电压信号进行信号处理 后输出逆变驱动信号至逆变驱动电路（17);还用于通过CAN总线（24)传送至中央控制器 (25)； 逆变驱动电路（17)用于驱动逆变开关模块（8); 中央控制器（25)用于与微型燃气轮机控制器（20)之间实现数据交互； 微型燃气轮机控制器（20)用于调节微型燃气轮机（1)的转速，还用于与微型燃气轮机 (1)之间实现数据交互。
4. 根据权利要求3所述的用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置，其特征 在于，它还包括直流变换滤波器（6)，直流变换滤波器（6)串联在直流变换开关模块（7)和 超级电容（5)之间，用于对直流变换开关模块（7)和超级电容（5)之间的电压进行滤波。
5. 根据权利要求3所述的用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置，其特征 在于，所述微型燃气轮机控制器（20)用于调节微型燃气轮机（1)的转速，所述调节微型燃 气轮机（1)的转速的方法如下： 微型燃气轮机控制器（20)输出的燃料流量数字信号经DA输出电路后转为模拟信号， 燃料系统接收模拟信号改变微型燃气轮机的燃料流量，通过改变燃料流量实现系统转速的 控制。
6. 基于权利要求3、4或5所述的用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的 控制方法，该控制方法如下： 定子电流检测模块（11)检测永磁同步发电机（2)输出的定子电流并将所述定子电流 转变为定子电流信号后传送至PWM整流器控制器（21);直流母线电压检测模块（13)检测 所述PWM整流开关模块（3)直流侧的直流母线电压并将所述直流母线电压转变为直流母线 电压信号后传送至PWM整流器控制器（21);中央控制器（25)通过CAN总线（24)向PWM整 流器控制器（21)发送控制指令，PWM整流器控制器（21)接收控制指令后，对接收的定子电 流信号和直流母线电压信号进行信号处理后输出PWM整流驱动信号至PWM整流驱动电路 (12) ;PWM整流驱动电路（12)驱动PWM整流开关模块（3)实现开关控制； PWM整流器控制器（21)向中央控制器（25)返回直流侧输出功率信号； 超级电容电压检测模块（14)检测超级电容（5)的超级电容电压，并将所述超级电容 (5)的超级电容电压转变为超级电容电压信号后传送至功率补偿控制器（22); 超级电容电流检测模块（15)检测超级电容（5)的超级电容电流，并将所述超级电容 (5)的超级电容电流转变为超级电容电流信号后传送至功率补偿控制器（22);中央控制器 (25)通过CAN总线（24)向功率补偿控制器（22)发送控制指令，功率补偿控制器（22)接 收控制指令后，对接收的超级电容电压信号和超级电容电流信号进行信号处理后输出直流 变换驱动信号至直流变换驱动电路（16);直流变换驱动电路（16)驱动直流变换开关模块 (17)实现开关控制； 功率补偿控制器（22)向中央控制器（25)返回超级电容输出功率信号； 负载电流检测模块（18)检测逆变开关模块（8)的交流侧的负载电流，并将所述负载 电流转变为负载电流信号传送至逆变器控制器（23);输出电压检测模块（19)检测逆变器 输出滤波器（9)的输出电压，并将所述输出电压转变为输出电压信号传送至逆变器控制器 (23);中央控制器（25)通过CAN总线（24)向逆变器控制器（23)发送控制指令，逆变器控 制器（23)接收控制指令后，对接收的所述负载电流信号和输出电压信号进行信号处理后 输出逆变驱动信号至逆变驱动电路（17);逆变驱动电路（17)用于驱动逆变开关模块（8) 实现开关控制； 逆变器控制器（23)向中央控制器（25)返回负载功率信号； 中央控制器（25)对接收的负载功率信号信号处理后得到微型燃气轮机的转速给定 值，该微型燃气轮机的转速给定值输入至微型燃气轮机控制器（20)，微型燃气轮机控制器 (20)调节微型燃气轮机⑴的转速，实现微型燃气轮机⑴的旋转； 中央控制器（25)还将接收的负载功率进行信号处理后得到超级电容补偿功率实际给 定值，该超级电容补偿功率实际给定值输入至功率补偿控制器（22)，功率补偿控制器（22) 对该给定值进行瞬时功率跟踪控制后输出直流变换驱动信号，该直流变换驱动信号用于驱 动直流变换开关（7)。
7. 根据权利要求6所述的用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制 方法，其特征在于，所述中央控制器（25)对接收的负载功率信号信号处理后得到微型燃气 轮机的转速给定值，该信号处理过程为： 中央控制器（25)对接收的负载功率信号进行功率给定计算后得到微型燃气轮机的功 率给定值，中央控制器（25)对接收的直流侧输出功率信号和所述微型燃气轮机的功率给 定值进行瞬时功率闭环的状态反馈计算，得到微型燃机轮机的转速给定值。
8.根据权利要求6所述的用于天然气电站超级电容储能的燃气轮机发电装置的控制 方法，其特征在于，所述中央控制器（25)还将接收的负载功率进行信号处理后得到超级电 容补偿功率实际给定值，该信号处理过程为： 中央控制器（25)将接收的负载功率信号通过输出功率预测计算后得到微型燃机轮机 的输出预测功率值； 中央控制器（25)将接收的负载功率信号通过直流侧负载功率辨识计算后得到直流侧 负载功率辨识值； 微型燃机轮机的输出预测功率值与直流侧负载功率辨识值做差后输出超级电容补偿 功率给定值； 该超级电容补偿功率给定值经过功率给定校正计算后，再与所述功率补偿控制器（22) 向中央控制器（25)返回的超级电容输出功率信号做差，得到超级电容补偿功率实际给定 值。
【文档编号】H02J3/28GK104467023SQ201410850104
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】段建东, 李树生, 孙力, 王志刚, 国海峰, 王令金, 李寻迹, 郭安东, 张润松, 刘龙海, 赵克, 吴凤江, 安群涛 申请人:哈尔滨工业大学