CN104037928A - 一种基于微型燃气轮机的不间断供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种基于微型燃气轮机的不间断供电系统，该系统进一步包括：一次强电回路，包括微型燃气轮机、蓄电池组和蓄电池组控制器组成，所述微型燃气轮机和所述静态开关与所述市电连接所述蓄电池组控制器用于完成对所述蓄电池组的充放电和对外电力的输出；二次控制回路，包括与所述主控开关相连的双模式控制器和系统操作与数据采集系统，所述双模式控制器通过检测所述主控开关上下端的电压控制所述主控开关的分合闸以及控制所述微型燃气轮机在并网和孤网两种运行模式之间的自动切换，所述系统操作与数据采集系统对所述微型燃气轮机进行开关操作，数据采集和状态监测。本系统保证供电质量的同时，实现不间断供电的功能。

Description

一种基于微型燃气轮机的不间断供电系统

技术领域

本申请涉及分布式发电和不间断供电领域，尤其是指基于微型燃气轮机分布式发电的不间断供电系统。

背景技术

随着互联网技术的普及和移动互联网的发展，电子电气产品和信息技术日新月异，电能质量和供电可靠度的重要性越来越突出。目前，数据中心、医院、银行、通讯等部门的重要负荷的不间断供电主要靠UPS来保障，大功率的UPS价格昂贵，并且蓄电池组占地面积大、环保性能差。并且传统的UPS作为备用应急电源，使用率极低，但是又不可缺少。

另一方面，电力需求逐年上升，近几年来分布式发电受到国家的高度重视，分布式发电具有就地设置、规模小、操控灵活的特点，对国家电网有很好的补充和调节作用，同时，分布式发电对系统余热进行回收利用，供建筑制冷和采暖，实现了能源的梯级利用，系统能源利用效率高，是国家重点推广的节能减排项目。

基于微型燃气轮机的高度的运行可靠性，是分布式供能的首选设备，当前已经在全国各省市有数个成功案例实施。如果能够将分布式供能系统的功能扩展，引入不间断供电的功能，正常情况下，微型燃气轮机和市电并网运行，同时向用户负荷供电，一旦市电失电，微型燃气轮机自动转换为孤网运行模式，为用户的保护负荷供电。这样就扩展了基于微型燃气轮机的分布式供能系统的功能，并且，使得备用电源转变为常用电源，将会进一步提升系统的综合投资效益。

分布式供能系统是一种新型的能源供应系统，是以天然气为主要燃料、在用户侧安装发电机组、利用燃料高品位的能量发电，同时通过余热回收利用设备（溴化锂吸收式冷温水机组等）回收发电所产生的余热热量，向用户供冷供热，满足用户的冷热电负荷以及生活热水负荷的需要。同时，随着电子信息技术的不断发展，不间断供电功能逐步成为很多场所建筑供能系统必须具备的功能，并且不间断供电容量的需求越来越大。

发明内容

本发明旨在将分布式供能技术和不间断供电功能融合为一体，扩展分布式供能系统的基本功能，进一步提高不间断供电系统的可靠性，并且将备用电源转化为常用电源，减小传统不间断电源的容量，提高不间断电源的使用率。

为了实现上述发明目的，本发明揭示了一种基于微型燃气轮机的不间断供电系统，所述系统连接在市电和保护负载之间，其特征在于，所述系统进一步包括：

一次强电回路，包括微型燃气轮机、蓄电池组和蓄电池组控制器组成，所述微型燃气轮机和所述静态开关与所述市电连接所述蓄电池组控制器用于完成对所述蓄电池组的充放电和对外电力的输出；

二次控制回路，包括与所述主控开关相连的双模式控制器和系统操作与数据采集系统，所述双模式控制器通过检测所述主控开关上下端的电压控制所述主控开关的分合闸以及控制所述微型燃气轮机在并网和孤网两种运行模式之间的自动切换，所述系统操作与数据采集系统对所述微型燃气轮机进行开关操作，数据采集和状态监测。

比较好的是，本发明的基于微型燃气轮机的不间断供电系统，当市电正常，所述微型燃气轮机开机情况下，所述微型燃气轮机和所述市电并网运行，同时经过所述蓄电池组控制器向用户负载供电。

比较好的是，本发明的基于微型燃气轮机的不间断供电系统，当市电正常，所述微型燃气轮机关机情况下，由所述市电经过所述蓄电池组控制器向用户负载供电。

比较好的是，本发明的基于微型燃气轮机的不间断供电系统，在所述微型燃气轮机开机条件下，若所述市电失电，所述微型燃气轮机将通过所述双模式控制器自动完成并网模式到孤网模式的转换，在转换过程中,由所述蓄电池经过所述蓄电池组控制器向用户负载供电。

比较好的是，本发明的基于微型燃气轮机的不间断供电系统，在所述微型燃气轮机关机条件下，若所述市电失电，所述微型燃气轮机将通过所述双模式控制器完成自动孤网冷机启动的过程，在转换过程中,由所述蓄电池经过所述蓄电池组控制器向用户负载供电。

比较好的是，本发明的基于微型燃气轮机的不间断供电系统，在所述市电故障的情况下，所述微型燃气轮机转换为孤网运行模式，用户负载由所述微型燃气轮机经过所述蓄电池组控制器供电。

比较好的是，本发明的基于微型燃气轮机的不间断供电系统，在所述市电复电时，所述微型燃气轮机一定处于热机状态，所述微型燃气轮机将通过是双模式控制器自动完成孤网模式到并网模式的转换，在转换过程中,由所述蓄电池经过所述蓄电池组控制器向用户负载供电。

比较好的是，本发明的基于微型燃气轮机的不间断供电系统，所述蓄电池仅用于所述微型燃气轮机模式转换时的供电，所述蓄电池组经过所述蓄电池组控制器的供电需求时间小于5分钟。

本发明的整个系统有三个相互独立的电源，包括市电、微型燃气轮机和蓄电池，可以互为备用，提高系统的可靠性。系统各主要设备和模块各自执行相应的功能，从而保证系统供电的不中断。

附图说明

下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本发明的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。

图1是本发明的微型燃气轮机不间断电源系统工作原理图。

附图标记

市电 11 保护负载 15

微型燃气轮机 12 主控开关 16

蓄电池组 13 双模式控制器 21

静态开关 14 系统操作与数据采集系统 22

基于微型燃气轮机的不间断供电系统 100

具体实施方式

以下结合工作原理图和实施过程对本发明做进一步的详细描述。

请参见图1所示，本发明的基于微型燃气轮机的不间断供电系统主要由一次强电回路部分（实线部分）和二次控制回路部分（虚线部分）组成。

其中，一次强电回路部分包括市电11、主控开关16、微型燃气轮机12、蓄电池组13和蓄电池组控制器，图示中蓄电池组控制器主要由静态开关14组成。该一次强电回路部分的微型燃气轮机12和静态开关14与市电11相连接。

微型燃气轮机12包括并网运行和孤网运行两种模式，可以为保护负载15供电。

主控开关16是本发明的整个系统100与市电11的接入点。在合闸时，对应微型燃气轮机12并网运行，市电11和微型燃气轮机12同时向保护负载15供电；分闸时，微型燃气轮机12孤网运行，独立向保护负载15供电。

蓄电池组13和静态开关14是在微型燃气轮机模式转换过程中，为保护负载15供电。供电需求时间小于5分钟。

其中，二次控制回路部分主要由双模式控制器21和系统操作与数据采集系统22组成。

双模式控制器21通过检测主控开关16上、下端的电压控制主控开关16的分、合闸以及微型燃气轮机12的运行模式转换。

系统操作与数据采集系统22用以实现系统级的操作,以及用于数据采集和运行状态监测。包括微型燃气轮机12的远程开启和关闭，微型燃气轮机12的运行参数的实时监测，主控开关16的分、合闸状态，蓄电池组控制器的工作模式的监测，微型燃气轮机12和蓄电池组控制器的故障报警，保护负载供电状态监测（电流曲线）。

上述组成构成的不间断供电系统的终极目标就是保证保护负载15电力供应的不中断。

下面按照初始状态微型燃气轮机12并网运行和微型燃气轮机12待机两种情况进行描述其具体的工作过程。

1）微型燃气轮机并网运行

当市电11正常，微型燃气轮机12与市电11并网运行，共同为保护负载15供电。当市电11失电或者市电11故障时，双模式控制器21通过其内部的电压检测装置获得市电11故障信息，控制主控开关16分闸，断开整个系统100与市电11的连接。同时，双模式控制器21控制微型燃气轮机12由并网运行模式转换为孤网运行模式，该转换过程约7～12秒内完成。在该转换过程中保护负载15由蓄电池组13供电。当微型燃气轮机12转为孤网运行模式时，微型燃气轮机12重新进入带载工作状态，对外输出电力，蓄电池组13终止向保护负载15供电。由微型燃气轮机12单独供电给保护负载15。

当市电11故障排除，和市电11复电时，双模式控制器21通过电压检测装置获得市电11恢复信息，控制主控开关16合闸，重新恢复系统与市电11的连接。同时，双模式控制器21控制微型燃气轮机12由孤网模式转换为并网模式，该转换过程3～5秒内完成，同理，转换过程中保护负载15由蓄电池组13自动实现供电。当微型燃气轮机12转为并网运行模式时，重新回到初始状态，由微型燃气轮机12和市电11共同为保护负载15供电。

以上就是微型燃气轮机12初始状态并网运行时整个系统100工作循环。

2）微型燃气轮机待机（冷机启动）

市电11正常，微型燃气轮机12处于待机状态，并且初始设置为并网模式，由市电11单独为保护负载15供电。当市电11失电或者市电11故障时，双模式控制器21通过电压检测装置获得市电11故障信息，控制主控开关16分闸，断开整个系统100与市电11的连接。同时，双模式控制器21控制微型燃气轮机12由并网运行模式转换为孤网运行模式，并且下发开机指令到微型燃气轮机12，微型燃气轮机12接受到开机指令后经过全部的开机步序（包括接受指令、盘车、点火、加速、运行、带载）进入带载状态，该转换开机过程约1～2分钟内完成。在该转换过程中保护负载15由蓄电池组13供电。当微型燃气轮机12转为孤网运行模式，并且开机启动到带载状态，对外输出电力，蓄电池组控制器控制蓄电池组13终止向保护负载15供电。由微型燃气轮机12单独供电。

当市电11故障排除，和市电11复电时，双模式控制器21通过电压检测装置获得市电11恢复信息，控制主控开关16合闸，重新恢复系统100与市电11的连接。同时，双模式控制器21控制微型燃气轮机12由孤网模式转换为并网模式，该转换过程3～5秒内完成，同理，转换过程中保护负载15由外部蓄电池组13供电。模式转换完成后，市电11单独为保护负载15供电，微型燃气轮机经过机组冷却过程停机，重新回到待机状态。

以上就是微型燃气轮机12待机（冷机启动）时整个系统100工作循环。

如前面所述，本系统100是结合分布式供能系统而设计的，分布式供能系统属于常用的供能系统。所以，一般而言，微型燃气轮机12都处于开机状态，与市电11并网运行，系统大多数运行在上文情况1)状态和工作循环。当且仅有，分布式供能系统停止运行，市电刚好发生故障而市电，会激发上文情况2）所描述的状态和工作循环。

本系统具有两方面的特点：其一，由于其采用多种电力来源，电网、微型燃气轮机（采用自备燃料）和蓄电池是系统电力的直接输入，各种方式之间相互备用，系统级的可靠性得到了极大的提高。其二，传统的铅酸蓄电池不间断电源的供电时间完全取决于蓄电池组的容量，从经济、环保和维护角度考虑，一般只配置数十分钟，而该系统不间断供电的时间没有限制，在不间断供电持续能力上具有明显优势。

以上诸实施例仅供说明本发明专利之用，而非对本发明专利的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明专利的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明专利的范畴应由各权利要求限定。

Claims (8)

1.一种基于微型燃气轮机的不间断供电系统，所述系统连接在市电和保护负载之间，其特征在于，所述系统进一步包括：

一次强电回路，包括微型燃气轮机、蓄电池组和蓄电池组控制器组成，所述微型燃气轮机和所述静态开关与所述市电连接所述蓄电池组控制器用于完成对所述蓄电池组的充放电和对外电力的输出；

二次控制回路，包括与所述主控开关相连的双模式控制器和系统操作与数据采集系统，所述双模式控制器通过检测所述主控开关上下端的电压控制所述主控开关的分合闸以及控制所述微型燃气轮机在并网和孤网两种运行模式之间的自动切换，所述系统操作与数据采集系统对所述微型燃气轮机进行开关操作，数据采集和状态监测。

2.根据权利要求1所述的基于微型燃气轮机的不间断供电系统，其特征在于，当市电正常，所述微型燃气轮机开机情况下，所述微型燃气轮机和所述市电并网运行，同时经过所述蓄电池组控制器向用户负载供电。

3.根据权利要求1所述的基于微型燃气轮机的不间断供电系统，其特征在于，当市电正常，所述微型燃气轮机关机情况下，由所述市电经过所述蓄电池组控制器向用户负载供电。

4.根据权利要求2所述的基于微型燃气轮机的不间断供电系统，其特征在于，在所述微型燃气轮机开机条件下，若所述市电失电，所述微型燃气轮机将通过所述双模式控制器自动完成并网模式到孤网模式的转换，在转换过程中,由所述蓄电池经过所述蓄电池组控制器向用户负载供电。

5.根据权利要求3所述的基于微型燃气轮机的不间断供电系统，其特征在于，在所述微型燃气轮机关机条件下，若所述市电失电，所述微型燃气轮机将通过所述双模式控制器完成自动孤网冷机启动的过程，在转换过程中,由所述蓄电池经过所述蓄电池组控制器向用户负载供电。

6.根据权利要求4或5所述的基于微型燃气轮机的不间断供电系统，其特征在于，在所述市电故障的情况下，所述微型燃气轮机转换为孤网运行模式，用户负载由所述微型燃气轮机经过所述蓄电池组控制器供电。

7.根据权利要求1所述的基于微型燃气轮机的不间断供电系统，其特征在于，在所述市电复电时，所述微型燃气轮机一定处于热机状态，所述微型燃气轮机将通过是双模式控制器自动完成孤网模式到并网模式的转换，在转换过程中,由所述蓄电池经过所述蓄电池组控制器向用户负载供电。

8.根据权利要求1所述的基于微型燃气轮机的不间断供电系统，其特征在于，所述蓄电池仅用于所述微型燃气轮机模式转换时的供电，所述蓄电池组经过所述蓄电池组控制器的供电需求时间小于5分钟。