小型燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)并網(wǎng)不上網(wǎng)運行關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用

孫瑋

摘要：無錫太湖國際博覽中心大酒店分布式能源供給系統(tǒng)（又稱無錫太湖博覽中心大酒店分布式能源站）是一種微電網(wǎng)，是對無錫電網(wǎng)的有益補充。該系統(tǒng)中的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)采用并網(wǎng)不上網(wǎng)方式向以制冷制熱負(fù)荷為主的無錫太湖國際博覽中心大酒店供電，采用此方式供電有兩方面優(yōu)勢：一方面，解決了該酒店部分網(wǎng)上購電問題，節(jié)約了酒店用電成本;另一方面，由于此系統(tǒng)按照無錫供電公司要求加裝了的逆功率保護(hù)裝置，有效地防止該系統(tǒng)向無錫電網(wǎng)供電，不僅有利地保證了電網(wǎng)安全，而且很好地解決了小型燃?xì)鈾C(jī)組并網(wǎng)難的問題。本文通過對分布式發(fā)電微電網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研究，并提出了一些思考和建議。

關(guān)鍵詞：分布式能源站;燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī) ;并網(wǎng)不上網(wǎng);逆功率保護(hù)

O引言

分布式發(fā)電技術(shù)目前已成為未來大型電網(wǎng)的有力補充和有效支撐，極具發(fā)展?jié)摿?，無錫太湖博覽中心大酒店分布式能源站項目就是分布式發(fā)電技術(shù)在工程現(xiàn)場的實際應(yīng)用。該能源站地處無錫太湖新城核心區(qū)，準(zhǔn)五星級酒店無錫太湖國際博覽中心大酒店（以下簡稱無錫太博酒店）作為博覽中心的配套設(shè)施。該能源站設(shè)置在無錫太湖博覽中心大酒店西南角的獨立地下機(jī)房，安裝1臺顏巴赫燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組，發(fā)電總裝機(jī)容量565KW（占無錫太博酒店總需電量的5%）;該能源站工藝采用天然氣作為燃料，采用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)為發(fā)電設(shè)備，在發(fā)電的同時，利用發(fā)電產(chǎn)生的煙氣余熱生產(chǎn)冷熱產(chǎn)品滿足酒店用戶電冷熱需求，向酒店提供部分電力、空調(diào)以及生活熱水負(fù)荷，即實現(xiàn)冷、熱、電三聯(lián)供。無錫太博酒店分布式能源站是一種微電網(wǎng)，它具有如下特點：安全可靠、切實可行;技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理;造型美觀、符合環(huán)保。

無錫太湖博覽中心大酒店分布式能源站燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組每小時發(fā)電565KW，發(fā)電機(jī)所發(fā)電量全部用于無錫太湖博覽中心大酒店自用（除了自帶能源站廠用電外）。其供電分兩路：一路電源用于天燃?xì)饽茉垂┙o系統(tǒng)備用電、及發(fā)電機(jī)起動電源，滿足日常檢修維護(hù)及機(jī)組啟動要求;另一路電源將能源站發(fā)電傳輸給無錫太湖博覽中心大酒店供電，僅實現(xiàn)與市電并網(wǎng)連接穩(wěn)定運行，滿足酒店配電室TR5專變低壓負(fù)荷用電，而不上網(wǎng)給無錫電力系統(tǒng)供電。

1、并網(wǎng)不上網(wǎng)系統(tǒng)市場需求分析與總體框架

1.1并網(wǎng)不上網(wǎng)系統(tǒng)市場需求分析

無錫太湖博覽中心大酒店分布式能源站能源站工藝采用天然氣作為燃料，天然氣進(jìn)入燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)首先用來發(fā)電，發(fā)電后的煙氣與缸套冷卻水進(jìn)入煙氣熱水混合型溴化鋰機(jī)組，夏季用來供冷，冬季用來供熱。溴化鋰機(jī)出口的煙氣還具有一定的熱量，加煙氣熱水換熱器預(yù)熱生活熱水。

由于無錫太湖博覽中心大酒店分布式能源站項目采用分布式能源并網(wǎng)不上網(wǎng)供電方式，大大提高了酒店用戶端用電的安全可靠性。特別是在夏季用電高峰期時，使用戶方降低被拉閘限電的后顧之憂。正由于具有以上的優(yōu)勢，國際上比較發(fā)達(dá)的工業(yè)國家如美國，歐盟和日本等都在大力發(fā)展分布式能源技術(shù)。例如美國計劃在2020 年，全國裝機(jī)容量的29%將由小型冷熱電系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。

1.2并網(wǎng)不上網(wǎng)系統(tǒng)總體框架

附圖1：無錫太湖博覽中心大酒店分布式能源站并網(wǎng)不上網(wǎng)電氣一次系統(tǒng)初設(shè)圖紙

2、并網(wǎng)不上網(wǎng)系統(tǒng)的功能設(shè)計

2.1并網(wǎng)發(fā)電機(jī)概況簡述

無錫太湖博覽中心大酒店分布式能源站項目采用天然氣作為燃料，采用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)為發(fā)電設(shè)備，在發(fā)電的同時，利用發(fā)電產(chǎn)生的煙氣余熱生產(chǎn)冷熱產(chǎn)品就近滿足酒店用戶電冷熱需求。

2.1.1 供貨廠家

鈺門國際貿(mào)易（上海）有限公司，采用進(jìn)口（GE顏巴赫）內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組，單臺發(fā)電功率為565kW。

2.1.2主要參數(shù)

附表：

發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.1.3發(fā)電機(jī)控制功能和特點

2.1.3.1發(fā)電機(jī)組控制功能

機(jī)組的起動和停機(jī)操作通過能源站電氣控制室執(zhí)行;

機(jī)組有監(jiān)督和控制功能以確保機(jī)組安全，可靠和有效的運行。

機(jī)組能夠從能源站電氣控制室進(jìn)行自動同步和分級加載。

機(jī)組能夠在預(yù)設(shè)的恒定負(fù)荷方式下運行，又能在給定頻率控制方式下運行。

2.1.3.2特點

保證機(jī)組100% 額定負(fù)荷在565kW，機(jī)組應(yīng)當(dāng)能夠?qū)Σ⒕W(wǎng)運行所要求的的負(fù)荷變化作出響應(yīng);具有快速起動的能力;燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)能夠根據(jù)燃料量的變化，在機(jī)組允許負(fù)荷范圍內(nèi)實現(xiàn)負(fù)荷的增減。

2.1.3.3并機(jī)控制系統(tǒng)

使用基于微處理器的發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)具有功率控制、功率計量、電流和電壓計量、自動和手動并機(jī)控制、保護(hù)繼電器功能。與市電聯(lián)網(wǎng)運行時，對有功和無功功率提供閉環(huán)控制。

1）功率控制功能

真正的RMS有功功率測量，以便系統(tǒng)精確控制;發(fā)電機(jī)功率平衡的閉環(huán)控制;輸出信號與電子調(diào)速直接連接，匹配性好，可以提供有功功率分配功能和電壓匹配;可調(diào)整的負(fù)載轉(zhuǎn)移功能，保證發(fā)電機(jī)組軟加載和軟卸載;自動的功率分配功能，并網(wǎng)運行時，可采用零功率輸出模式，輸入模式和基本負(fù)荷模式。

2）電力計量功能

三相相電流;三相相電壓和三相線電壓; 三相電功率;頻率;功率因數(shù);機(jī)組電度量;發(fā)電機(jī)組累積運行時間。

3）自動同步（并機(jī)）功能

自動同步，使頻率（Hz）和電壓匹配;同步檢查功能; 并機(jī)失敗報警功能。

4）保護(hù)繼電器功能

三相電壓過低或過高;頻率過低或過高;電流、電壓不均衡;勵磁回路接地/失磁;逆功率; 過電流保護(hù)。

5）用戶操作界面

液晶顯示;圖像化的系統(tǒng)狀態(tài)顯示; 模擬式和數(shù)字式的計量顯示;有色的報警、停機(jī)和狀態(tài)表示信號;可現(xiàn)場進(jìn)行控制模式、時間繼電器延時時間、功率設(shè)置的調(diào)整;備用手動同步顯示。

2.1.3.4發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制柜

發(fā)電機(jī)組配有一臺發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制柜，它的作用是控制發(fā)電機(jī)組的起動、停機(jī)，與市電同步并網(wǎng)，對發(fā)電機(jī)組各種參數(shù)計量和保護(hù)。發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制柜的功能如下：

1）連續(xù)顯示發(fā)電機(jī)電壓、頻率、電流、功率、功率因數(shù)、累積發(fā)電量，發(fā)電機(jī)組累積運行時間。

2）當(dāng)發(fā)電機(jī)/發(fā)動機(jī)或系統(tǒng)發(fā)生故障時對發(fā)電機(jī)提供保護(hù)。

3）故障發(fā)生時，發(fā)出聲光報警及故障指示。

4）以真空斷路器控制發(fā)電機(jī)與公共母線的連接與斷開。

5）控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)勵磁（自動和手動）/電壓。

6）同步：發(fā)電機(jī)組控制盤內(nèi)有同步檢測設(shè)備，以控制發(fā)電機(jī)與帶電的公共母線同步。

7）基載模式下的有功負(fù)載和功率因數(shù)控制。

8）恒頻模式下的有功負(fù)載分配。

9）電壓降模式下的無功負(fù)載分配。

2.1.3.5發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制柜裝設(shè)發(fā)電機(jī)組保護(hù)模塊

以微處理器為基礎(chǔ)的繼電保護(hù)裝置，應(yīng)至少滿足以下保護(hù)功能：

三相過壓保護(hù);欠壓保護(hù);高頻率保護(hù);低頻率保護(hù);逆功率保護(hù);過電壓保護(hù);失衡電壓保護(hù);過載保護(hù);負(fù)載不平衡;失磁;功率因數(shù)檢測;延時過流。

2.2并網(wǎng)功能設(shè)計

2.2.1天燃?xì)饽茉垂┙o系統(tǒng)供、用電簡介：

天燃?xì)饽茉垂┙o系統(tǒng)：燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組每小時發(fā)電565KW，其供電分兩路：一路用于天燃?xì)饽茉垂┙o系統(tǒng)自用電（150KW）; 另一路通過三根拼接YJV22 3*240+1*120動力電纜從能源站AA01柜傳輸用于給無錫太湖博覽中心大酒店供電，滿足酒店配電室TR5專變低壓負(fù)荷用電，通常可提供400KW供電。

另外，從酒店配電室TR4專變負(fù)荷饋電柜LV45中的444G抽屜通過一根YJV22 3*240+1*120動力電纜引至能源站AA03柜備用進(jìn)線開關(guān)（400A）作為能源站的備用電源。

2.2.2能源站發(fā)電單元主接線

天燃?xì)饽茉垂┙o系統(tǒng)電氣主接線見附圖2，該圖以北京市煤氣熱力工程設(shè)計院有限公司電氣初設(shè)設(shè)計圖紙（附圖1）為基礎(chǔ)，業(yè)主按照無錫供電公司要求委托江蘇習(xí)勝集團(tuán)設(shè)計的并網(wǎng)不上網(wǎng)電氣一次系統(tǒng)圖（附圖2）。

附圖2：無錫分布式能源站并網(wǎng)不上網(wǎng)電氣一次系統(tǒng)圖

2.2.3并網(wǎng)接入點

無錫太湖國際博覽中心大酒店天燃?xì)饽茉凑疚ㄒ徊⒕W(wǎng)點在能源站AA00開關(guān)，在能源站電氣配電室內(nèi)緊靠AA00開關(guān)旁邊安裝有一臺發(fā)電機(jī)控制柜GCB，該柜具有同期并網(wǎng)控制功能，可以確保AA00開關(guān)實現(xiàn)同期并網(wǎng)。

并網(wǎng)時：并網(wǎng)開關(guān)AA00的下口電源通過能源站AA01開關(guān)取自無錫太湖國際博覽中心大酒店配電室市電（通過酒店配電LV60、LV61開關(guān)聯(lián)絡(luò)柜取自酒店配電室TR5專變低壓側(cè)，詳見并網(wǎng)電氣一次系統(tǒng)圖-附圖2）;并網(wǎng)開關(guān)AA00的下口電源取自由能源站密集母線導(dǎo)入發(fā)電機(jī)的自發(fā)電，并網(wǎng)時并網(wǎng)開關(guān)AA00的上、下口電源進(jìn)行電壓、頻率、相位的同期鑒定，在符合并網(wǎng)條件后自動并網(wǎng)。

2.3并網(wǎng)不上網(wǎng)功能設(shè)計（逆功率保護(hù)）

2.3.1逆功率保護(hù)裝置確保并網(wǎng)但不上網(wǎng)

為防止能源站供電上網(wǎng)，按照無錫供電公司要求，在太湖博覽中心大酒店配電室內(nèi)加裝了逆功率保護(hù)裝置，保證能源站所發(fā)電力只滿足于酒店400V低壓負(fù)荷用電。若出現(xiàn)向無錫市電網(wǎng)供電情況，則安裝的逆功率保護(hù)裝置啟動，延時0.2秒切斷能源站并網(wǎng)開關(guān)，確保能源站不向網(wǎng)上供電。

2.3.2逆功率保護(hù)裝置設(shè)置及安裝情況

無錫太湖博覽中心大酒店能源站逆功率保護(hù)柜安裝太博酒店配電室，當(dāng)能源站發(fā)電機(jī)所發(fā)電接近酒店負(fù)荷的上限值時，裝置首先會提前報警并限制發(fā)電機(jī)出力;另外，若能源站發(fā)電機(jī)負(fù)荷延遲超過定值時限時0.2秒，逆功率保護(hù)裝置會自動啟動分?jǐn)嗄茉凑続A00并網(wǎng)開關(guān)，具體動作原理詳見能源站逆功率保護(hù)裝置圖紙（詳見附圖3：AA00并網(wǎng)開關(guān)柜與逆功率保護(hù)控柜接口圖）。

附圖3：無錫太湖博覽中心大酒店分布式能源站AA00并網(wǎng)開關(guān)柜與逆功率保護(hù)柜接口圖

2.4并網(wǎng)不上網(wǎng)系統(tǒng)試運行

2016年11月20日14：58機(jī)組完成首次并網(wǎng)調(diào)試，并達(dá)到滿負(fù)荷穩(wěn)定運行;2017年4月6日至9月29日期間，機(jī)組順利分別完成了冬季制熱、夏季致冷工況“72+24”小時滿負(fù)荷試運行。在此期間，能源供給系統(tǒng)電氣設(shè)備運行安全、可靠，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組均達(dá)到565KW額定負(fù)荷安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行。無錫太湖博覽中心大酒店能源站燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組并網(wǎng)不上網(wǎng)調(diào)試照片如下：

1、并網(wǎng)后達(dá)到額定負(fù)荷565KW

2、在并網(wǎng)控制柜GCB上完成并網(wǎng)開關(guān)AA00的并網(wǎng)操作

3、并網(wǎng)不上網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)和社會效益及應(yīng)用實踐

3.1經(jīng)濟(jì)和社會效益

經(jīng)濟(jì)效益：

根據(jù)酒店預(yù)測供能情況，機(jī)組年計劃運行9個月，每天運行12小時，冬季致熱和夏季致冷工況時年綜合廠用電率平均為10.7%，酒店從網(wǎng)上購電電價0.861元/kwh，能源站并網(wǎng)不上網(wǎng)運行滿足酒店用戶負(fù)荷用電，年可節(jié)約購電1634726kwh，節(jié)約購電費140.7513萬元。

節(jié)約購電測算如下：

565*（1-10.7%）*12*30*9*0.861=1634726*0.861=1407513元。

社會效益：

分布式能源站并網(wǎng)不上網(wǎng)運行為太博酒店實現(xiàn)了冷、熱、電三聯(lián)供，機(jī)組運行安全經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保。

3.2應(yīng)用實踐

無錫太湖博覽中心大酒店分布式能源站項目采用三聯(lián)供方式：項目發(fā)電機(jī)組采用獨立運行方式，發(fā)電機(jī)組所發(fā)電力供應(yīng)酒店部分負(fù)荷;空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置有溴化鋰?yán)錅厮畽C(jī)，利用發(fā)電機(jī)余熱，即煙氣和缸套水，帶基本冷熱負(fù)荷，冬季供應(yīng)采暖通風(fēng)負(fù)荷，夏季供應(yīng)制冷負(fù)荷;煙氣熱水型溴化鋰?yán)錅厮畽C(jī)出口排除的煙氣進(jìn)入煙氣冷凝器，經(jīng)過換熱預(yù)熱生活熱水。項目所用的三聯(lián)供方式運行方式經(jīng)濟(jì)合理，市場前景應(yīng)用廣闊。已在無錫太湖博覽中心大酒店項目實際應(yīng)用，并將江蘇、上海等地進(jìn)一步推廣應(yīng)用，市場應(yīng)用前景比較廣闊。

4、結(jié)論

小型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)采用并網(wǎng)不上網(wǎng)方式，一方面，不僅能夠提高了分布式能源站燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組運行的穩(wěn)定性、可靠性;另一方面，由于不上網(wǎng)，機(jī)組發(fā)電全部用于酒店自用，提高了酒店用電的經(jīng)濟(jì)性（年節(jié)約外購電費140萬元），而且避免了上網(wǎng)運行對當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的擾動，從而確保電力系統(tǒng)的安全可靠運行。

參考文獻(xiàn)：

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DL/T650-1998 大型汽輪發(fā)電機(jī)自并靜止勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件;

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【2】 文獻(xiàn)

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（全國高等職業(yè)教育“十三五”規(guī)劃教材，新能源專業(yè)系列）

主編：胡平 楊洪權(quán)，副主編：段峻 王學(xué)奎;—北京;出版社：機(jī)械工業(yè)出版社;2018（8）;1-131。

[2] 新能源發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用研究

王黎著;—北京;出版社：中國水利水電出版社;2018（9）;204-207。

作者簡介：

孫 瑋（1967——），男，河北秦皇島人，電氣高級工程師，從事華電科工總承包科技管理工作.