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          技術頻道

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          高壓變頻技術平臺在燃氣發電機組的“黑啟動”定制化開發

          時間:2021-06-16 17:59:53來源:劉軍祥

          導語:?隨著城市化進程對于清潔電力能源和城市供電電網安全等用電訴求的不斷升高,燃氣蒸汽聯合發電機組的大型電站越來越多地成為城市建設、電網安全、綠色環保的重要組成部分。燃氣電站以其機組啟動速度快、系統恢復周期短、調峰響應迅速、建設占地面積小、排放無污染等特點,成為國家電網、城市邊緣電源點的重要補充。

                 1燃氣電站工藝介紹

            燃氣電站主要以天然氣作為一次能源,通過將天然氣與空氣混合燃燒推動燃氣輪機旋轉,拖動發電機運行輸出電力。同時,配備有啟動機組、燃氣余熱鍋爐、蒸汽發電機組等,其燃氣、蒸汽聯合發電機組的工作原理如圖1所示。

            系統一方面通過高溫燃氣,推動燃氣輪機高效做功;另一方面,又通過余熱鍋爐,通過熱交換吸收高溫尾氣余熱, 產生高溫高壓蒸汽推動蒸汽發電機組做功發電。兩臺發電機輸出的電能,可同時輸送至電網,滿足區域電網調峰及應急供電的需要。

            在圖1中,M1為燃氣輪機啟動電動機、FC表示液力耦合器、COMP表示空壓機、GAS表示燃氣輪機、G1A表示燃氣發電機、STM表示蒸汽輪機、G1B表示蒸汽發電機、DDP表示除氧器、CP表示凝結水泵、CWP表示循環水泵、FP表示給水泵、MWB表示低壓汽包、HWB表示高壓汽包、Boiler 表示鍋爐。

            作為骨干電網應急響應的關鍵一環,為保證區域電網與骨干電網解列而出現大面積停電的情況下,快速恢復區域電網關鍵負荷供電的能力,保證城市指揮、搶險需要。通常對燃氣發電機組,賦予孤網機組“黑啟動”功能。

          燃氣電站工作原理圖.png

            圖 1 燃氣電站工作原理圖

            

          “黑啟動”模式燃氣發電機組運行工藝分析.png

            圖 2“黑啟動”模式燃氣發電機組運行工藝分析

            

            “黑啟動”,是孤網電站應急自啟動的俗稱,指在沒有外網電力接入的情況,依托自身配備的小型柴油發電機組, 完成發電站的機組啟動、并網,恢復供電能力。具備“黑啟動”能力的電站,通過自帶柴油發電機及相應的配套設施, 完成機組啟動、恢復。

            而高壓變頻技術則是燃氣電站“黑啟動”中的關鍵技術之一。

            2 燃氣輪機變頻啟動應用方案

            基于對“黑啟動”模式燃氣發電機組運行工藝的分析,如圖2所示。機組啟動過程主要包括:啟動電動機并入孤網啟動、拖動汽輪機軸系運轉、燃氣輪機吹掃、機組點火暖機沖轉、啟動電動機退出、燃氣輪發電機同步并網發電等幾個階段。

            與通用變頻器驅動風機、泵類負載不同,高壓變頻器拖動燃氣輪機組啟動電機運行時,系統運行結構存在并網允許峰值電流低、負載靜止啟動轉矩大、負載轉移容易能量“返灌”等顯著工況特征。

            這就要求面向燃氣輪機孤網“黑啟動”啟動運行模式的高壓變頻器具備如下關鍵技術特征:

            (1)采用激磁涌流抑制技術,將變頻器輸入側合閘時,峰值涌流控制在2In以內;

            (2)采用電壓型單元串聯多電平產品,20%負載以上功率因數達0.95;

            (3)采用“變頻+液偶”的柔性軟啟動控制模式;

            (4)變頻器采用逆功率抑制技術,自適應完成啟動電動機向燃氣輪機的負載轉移。

            運用施耐德電氣集團旗下利德華福品牌的電壓源型單元串聯多電平高壓變頻系統應用平臺,開發的燃氣發電機組“黑啟動”定制化技術,實現了其微電網友好、負載啟動平滑、機組負荷穩定過渡等多重工藝需求,為提升燃氣發電機組的安全啟動、可靠并網提供高品質技術保障。

            3實際項目應用案例

            華南某電力公司(以下簡稱電廠)占地18萬平方米,已有2套9E聯合循環機組于2005年全面投產運行,容量為2×180MW,使用天然氣發電。

            為了應對電網的大面積停電事故,電網對電廠的“黑啟動”能力日益重視。燃氣發電機組能夠快速啟動、寬幅加載和靈敏響應,稍加改造即可成為合格的“黑啟動”電站。

            華南某電網為了優化電網網絡安全,加大對電廠“黑啟動”的補貼,鼓勵電廠進行“黑啟動”改造。該電力公司積極響應電網政策,針對機組進行了“黑啟動”改造。

            由于利德華福在燃氣輪機“黑啟動”有豐富的經驗、成熟的應用案例,最終選擇了利德華福為其提供高壓變頻設備,該項目已于2020年6月交付投入運行。

            (1)變頻器參數: 額定電壓:6kV

            

          “黑啟動”電動機一次主回路系統方案.png

            圖 3 “黑啟動”電動機一次主回路系統方案

            額定功率:1600kW

            (2)配置方案:

            ● 每相功率單元采用6級串聯,具備功率單元旁路功能及N+1冗余功能;

            ● 黑啟動轉速跟蹤響應功能;

            ● 逆功率虛擬控制技術;

            ● 電動機調速與液偶調速,雙轉速耦合;

            ● 控制電源采用雙電源冗余+UPS供電方案(用戶提供2 路AC220V)。

            (3)方案亮點:

            ● 采用一拖二手動旁路柜,可以分別驅動兩套燃氣輪機分別實現“黑啟動”功能,提高了設備利用率;

            ● 具備N+1冗余功能,單個模塊故障時,依然能夠輸出額定電壓及額定功率,系統安全性極強;

            ● 風機電源和控制電源都采用雙電源冗余供電結構,設備運行可靠性增強;

            ● 32位DSP處理器控制平臺,實現真正的恒轉矩和快速的動態響應。

            (4)用戶收益:

            ● 一次性通過了華南某電科院的驗收;

            ● 由于華南某省內燃機電廠都有互動溝通,在省內有很好的示范性;

            ● 優化“黑啟動”解決方案的總投資,減少柴油發電機的投資成本,系統方案如圖3所示。


          標簽: 高壓變頻器電力電子

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