一种燃气发电系统功率补偿与能量回收装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电气和动力工程领域，涉及一种燃气发电系统功率补偿与能量回收装置。
【背景技术】
[0002]当前很多场合都采用燃油发电机组进行供电，传统的燃油发电系统排放污染严重并且燃料成本很高；作为一种清洁燃料，燃气具有污染小、成本低的优点，其相对于燃油发电来说，燃气发电可减少二氧化碳和氮氧化合物排放50%以上，且成本仅有燃油发电的一半，若采用燃气作为能源进行发电，将较大幅度地提高发电环保性与经济性。但由于燃气发电机组机械特性较软，耐负荷冲击性较差，当负荷波动较大时不足以提供或吸收足够高的功率，会导致母线频率和电压发生骤变以致停机，而石油开采装备、起重装备、乳钢设备、矿井设备等许多负荷在运行时功率波动又往往很大，在此工况下发电系统电压波动很大，很容易造成燃气发电机组停机甚至产生事故。若能采用一种额外的功率补偿装置与燃气发电机配合使用，在负荷功率波动时快速提供或吸收能量，调整发电系统功率的动态平衡，将能够保障系统的平稳运行，使“油改气发电”的大面积推广成为可能。
[0003]此外起重机械、矿井机械、交通器械等类型的负荷在减速、制动或反转时处于发电运行状态，会产生再生能量反馈至供电系统，若不及时消除则会引起供电系统电压升高，也会造成发电系统停机甚至引发事故，妨碍系统运行；所以目前常采用制动电阻将其消耗掉。若能设法将这部分回馈能量进行吸收利用，将大大提高能源的有效利用率，有良好的节能减排效果。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种燃气发电系统功率补偿与能量回收装置，在负荷突然变化时能够短时释放或吸收大量的能量、提供功率缓冲、保障系统的稳定运行。
[0005]为达到上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]一种燃气发电系统功率补偿与能量回收装置，包括超级电容器储能模组、双向DC/DC变换器、能量管理系统、检测单元和平波装置；超级电容储能模组通过双向DC/DC变换器与发电系统的变频装置中间直流母线连接，平波装置连接在双向DC/DC变换器和发电系统的变频装置中间直流母线之间，用于在能量交换过程中消除尖峰脉冲；检测单元分别连接至变频装置中间直流母线以及超级电容器储能模组两端，并将检测信号传递给能量管理系统，能量管理系统与DC/DC变换器中的电力电子开关相连接，通过计算分析发电系统电压、电流参数，控制双向DC/DC变换器的运行，从而控制超级电容储能模和发电系统之间的能量交换。
[0007]进一步地，所述双向DC/DC变换器结构为双向降压/升压斩波电路，在升压斩波状态时由超级电容器储能模组对外释放能量，在降压斩波状态时对超级电容器储能模组进行充电。
[0008]进一步地，所述能量管理系统通过对采集的发电系统和超级电容器储能模组的电压、电流信号与系统预设的指令电压、电流信号进行比较和分析计算，从而发出脉冲信号，控制DC/DC变换器中电力电子开关的开通或关断。
[0009]进一步地，所述超级电容器储能模组由多个超级电容器单体串并联组合而成。
[0010]进一步地，所述平波装置由平波电抗器LcU 二极管D和放电电阻Rd组成，二极管D和放电电阻Rd串联后与平波电抗器Ld并联。
[0011]进一步地，所述双向DC/DC变换器包括电感Ls、电容Cs、电子开关IGBTl、IGBT2和储能电容Cd组成，在升压运行时，IGBT2动作，IGBTl截止，变换器工作在boost状态；在降压运行时，IGBTl动作，IGBT2截止时，变换器工作在buck状态。
[0012]本发明采用可快速吸收或释放大量能量的超级电容器储能装置与燃气发电机组并网配合使用，在负荷突然变化时能够短时释放或吸收大量的能量、提供功率缓冲、保障系统的稳定运行，并能够对负荷制动产生的能量进行回收利用，节约能耗，有效地提高了能源的利用率。
[0013]储能模组通过双向DC/DC变换器连接至发电系统变频装置的中间直流母线上，检测单元的输入端分别连接至变频装置中间直流母线以及超级电容器储能模组两端，并将检测信号传递至能量管理系统，能量管理系统通过对发电系统状态进行分析判断，控制双向DC/DC变换器的运行，从而控制能量在储能模组和发电系统之间的交换。通过实时能量交换，使超级电容器储能模组跟随系统运行状态吸收或释放能量，调节发电系统的功率平衡，从而保障系统的稳定运行。
[0014]进一步，超级电容器储能模组由多个超级电容器单体根据储备能量需求、功率需求和电压等级需求串并联组合而成，其具有电容量大、功率密度高、可大电流快速充放电、循环使用寿命长、免维护、经济环保等特点，能够快速吸收或释放大量能量。
【附图说明】
[0015]图1为本发明结构图；
[0016]图2为本发明实施例结构图；
[0017]图3为具体实施例一不投入本发明所述装置的波形图；
[0018]图4为具体实施例一投入本发明所述装置的波形图；
[0019]图5为具体实施例二不投入本发明所述装置的波形图；
[0020]图6为具体实施例二投入本发明所述装置的波形图；
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图对本发明进行详细描述:
[0022]本发明的电路结构如图1所示，包括超级电容器储能模组、双向DC/DC变换器、检测单元、能量管理系统、平波装置组成。超级电容器储能模组由多个超级电容器单体根据储备能量需求和电压等级需求串并联而成，其具有电容量大、功率密度高、可大电流快速充放电、循环使用寿命长、免维护、经济环保等特点，能够快速吸收或释放大量能量；储能模组通过双向DC/DC变换器连接至发电系统变频装置的中间直流母线上，检测单元的输入端分别连接至变频装置中间直流母线以及超级电容器储能模组两端，并将检测信号输入至能量管理系统，能量管理系统与DC/DC变换器中的电力电子开关IGBT相连接，控制IGBT的开通或关断，控制能量在储能模组和发电系统母线之间的流动。平波装置连接在双向DC/DC变换器和发电系统的变频装置中间直流母线之间，用于在能量交换过程中消除尖峰脉冲。
[0023]双向DC/DC变换器结构为双向降压/升压斩波电路，在升压斩波状态时由超级电容器储能模组对外释放能量，在降压斩波状态时对超级电容器储能模组进行充电。
[0024]能量管理系统通过对采集的发电系统和超级电容器储能模组的电压、电流信号与系统预设的指令电压、电流信号进行比较和分析计算，从而发出脉冲信号，控制DC/DC变换器中电力电子开关的开通或关断。
[0025]平波装置由平波电抗器LcU二极管D和放电电阻Rd组成，二极管D和放电电阻Rd串联后与平波电抗器Ld并联。
[0026]双向DC/DC变换器包括电感Ls、电容Cs、电子开关IGBTl、IGBT2和储能电容Cd组成，在升压运行时，IGBT2动作，IGBTl截止，变换器工作在boost状态；在降压运行时，IGBTl动作，IGBT2截止时，变换器工作在buck状态。
[0027]本发明的方案就是通过检测单元实时检测发电系统的电压、电流信号以及超级电容器储能模组的电压、电流信号，将检测信号输送给能量管理系统后通过与指令电压、电流信号进行比较，分析发电系统以及超级电容器储能模组的运行状态，判断储能装置需要吸收能量还是对外释放能量，并根据以上判断输出触发脉冲，控制双向DC/DC变换器的运行，从而控制能量在发电系统和储能模组之间的流动，按需求吸收或释放能量。在充放电初始时刻，平波装置起到缓冲尖峰脉冲的作用，由平波电抗器Ld吸收突变能量，然后通过二极管D以及电阻Rd消耗掉，避免对系统产生影响。
[0028]本发明实施例如图2所示，燃气发电机组通过输配电装备及“交-直-交变频装置”后驱动电机运行，本发明所述功率补偿与能量回收装置接入发电系统变频装置中间直流母线中。以下结合具体实施例结构图对本发明的具体工作过程进行描述:
[0029](I)负荷功率需求增加时
[0030]当负荷功率波动、功率需求增大时，变频装置母线电流会增加、电压会降低，检测单元采集中间直流母线电压、电流信号后传递给能量管理系统，能量管理系统将此信号与设定的指令电压、电流信号进行比较，当母线电流高于指令电流或母线电压低于指令电压时，能量管理系统通过计算分析发出脉冲信号，控制IGBTl