一种燃气轮机的并网系统及方法

技术领域

本申请属于燃气轮机并网技术领域，尤其涉及一种燃气轮机的并网系统及方法。

背景技术

燃气轮机是一种以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械。燃气轮机是一种高效、环保的内燃式动力机械，广泛应用于电力、交通、工业等领域。在燃气轮机的运行过程中，通常需要通过并网操作将其连接到电网中，以实现电力的输出和分配。然而，在某些情况下，如电网故障或母线无电压时，燃气轮机无法正常并网启动，影响了其正常运行和功能的发挥。

在相关技术中，当母线无电压时，由于缺乏必要的电能输入，燃气轮机无法被成功唤醒并进入工作状态。同时，如果强行进行并网操作，可能会对燃气轮机及其连接的电网系统造成严重的冲击和损害，从而增加了事故和维修成本。

因此，如何在母线无电压的情况下实现燃气轮机的并网启动是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种燃气轮机的并网系统及方法，旨在解决传统技术中的母线无电压导致燃气轮机无法并网重启的问题。

本申请实施例的第一方面提出了一种燃气轮机的并网系统，用于使第一主路在断电时与第一旁路并网，所述第一旁路中设置有发电机；所述并网系统包括：

第一继电器，设置在所述第一主路和所述第一旁路之间，所述第一继电器为同步化检查继电器，用于响应第一控制信号导通；

第二继电器，设置在所述第一主路和所述第一旁路之间，所述第二继电器为自动同步化继电器，用于响应第二控制信号导通；

第三继电器，设置在所述第一主路和所述第一旁路之间，所述第三继电器为同步化许可继电器，用于响应第三控制信号导通；

控制模块，所述控制模块被配置为当母线电压欠压时，且所述第一主路满足并网操作的要求时，输出所述第一控制信号；当第一主路与所述第一旁路匹配时，输出所述第二控制信号；当获取到同步化许可时输出所述第三控制信号。

在本申请的部分实施例中，所述控制模块被配置为当同步检查允许信号为“1”时，输出所述第一控制信号；

其中，所述同步检测允许信号用于表征是否能够检测第一主路和第一旁路的同步率；

和/或，当第一继电器的状态信号为“1”时，输出所述第一控制信号；

其中，所述第一继电器的状态信号用于表征所述第一继电器是否能够正常工作。

在本申请的部分实施例中，所述控制模块被配置为当机端电压正常信号为“1”时，输出所述第一控制信号；

其中，所述机端电压正常信号用于表征所述发电机的输出端输出的电压是否正常；

和/或，当网端电压异常信号为“0”时，输出所述第一控制信号；

其中，所述网端电压异常信号用于表征电力系统的接入点电压是否异常。

在本申请的部分实施例中，所述控制模块被配置为当同步旁路信号为“1”时，输出所述第一控制信号；

其中，所述同步旁路信号用于表征是否能够将第一主路与第一旁路同步。

在本申请的部分实施例中，所述控制模块被配置为当同步取反信号为“0”时，输出所述第一控制信号；

其中，所述同步取反信号用于将第一旁路取反，并接入到第一主路中。

在本申请的部分实施例中，所述控制模块被配置为当同步监视信号为“0”时，输出所述第一控制信号；

其中，所述同步监视信号用于表征发电机的运行状态，以确保发电机与电网的同步运行。

在本申请的部分实施例中，所述控制模块被配置为根据第一逻辑信号输出所述第三控制信号；

其中，所述第一逻辑信号在满足以下逻辑运算公式时输出；

((((A+B)*C)+((D+E)*F))*G)；其中，A为L83AUTSYN，B为L83_MTR，C为L52SXA，D为L83S_MAN，E为L3DEADBUS，F为L3，G为L3DV。

在本申请的部分实施例中，所述L3DEADBUS在满足以下逻辑运算公式时输出；

(D*～A+D*～B)*C)；其中A为L43O_F，B为L43R，C为L52GCX，D为LMAN_DB；LMAN_DB为死母线断路器手动闭合指令。

在本申请的部分实施例中，所述L52GCX在满足以下逻辑运算公式时输出；

(A*～B)+C)*D)*E)；其中A为L1X，B为L2GX，C为L2G，D为L3，E为L27BZ；LMAN_DB为死母线断路器手动闭合指令。

第二方面，本申请还提供一种燃气轮机的并网方法，应用在上述的燃气轮机并网系统。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的一种燃气轮机的并网系统及方法，用于使第一主路在断电时与第一旁路并网，第一旁路中设置有发电机；并网系统包括第一继电器、第二继电器、第三继电器以及控制模块；第一继电器设置在第一主路和第一旁路之间，第一继电器为同步化检查继电器，用于响应第一控制信号导通；第二继电器设置在第一主路和第一旁路之间，第二继电器为自动同步化继电器，用于响应第二控制信号导通；第三继电器设置在第一主路和第一旁路之间，第三继电器为同步化许可继电器，用于响应第三控制信号导通；控制模块被配置为当母线电压欠压时，且第一主路满足并网操作的要求时，输出第一控制信号；当第一主路与第一旁路匹配时，输出第二控制信号；当获取到同步化许可时输出第三控制信号；也就是说，本申请能够在母线无压情况下，无需人工就地合闸，实现一键远程并网。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的9E燃气轮机并网卡件内部电路结构图；

图2为本申请一实施例提供的第一继电器的算法示意图；

图3为本申请一实施例提供的图2的局部结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的第二继电器的算法示意图；

图5为本申请一实施例提供的图4的局部结构示意图；

图6为本申请一实施例提供的同步允许继电器K25P的输出逻辑图；

图7为本申请一实施例提供的死母线同步允许信号逻辑示意图；

图8为本申请一实施例提供的同化模式选择逻辑示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

需要说明的是，燃气轮机是一种以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械。燃气轮机是一种高效、环保的内燃式动力机械，广泛应用于电力、交通、工业等领域。在燃气轮机的运行过程中，通常需要通过并网操作将其连接到电网中，以实现电力的输出和分配。然而，在某些情况下，如电网故障或母线无电压时，燃气轮机无法正常并网启动，影响了其正常运行和功能的发挥。

在相关技术中，当母线无电压时，由于缺乏必要的电能输入，燃气轮机无法被成功唤醒并进入工作状态。同时，如果强行进行并网操作，可能会对燃气轮机及其连接的电网系统造成严重的冲击和损害，从而增加了事故和维修成本。

需要解释的是，当前的燃机有两种并网方式：同期并网和母线无压并网。同期并网为燃机常规并网方式，但在电网故障情况下，外围母线无电压时，需要燃气轮机机组启动并并网，就需要燃气轮机能实现母线无压并网，经查9E燃气轮机硬件结构及并网逻辑，现有9E燃气轮机并网卡件有同期旁路功能，但无配套逻辑。

因此，本申请基于此对相关的燃气轮机并网系统及方法进行了改进。

请结合参阅图1和图2，图1示出了本实施例提供的燃气轮机并网系统的结构示意图；图2示出了本实施例提供的燃气轮机并网系统在另一视角下的结构示意图。本实施例的一种燃气轮机的并网系统，用于使第一主路在断电时与第一旁路并网，第一旁路中设置有发电机；并网系统包括：

第一继电器，设置在第一主路和第一旁路之间，第一继电器为同步化检查继电器，用于响应第一控制信号导通；

第二继电器，设置在第一主路和第一旁路之间，第二继电器为自动同步化继电器，用于响应第二控制信号导通；

第三继电器，设置在第一主路和第一旁路之间，第三继电器为同步化许可继电器，用于响应第三控制信号导通；

控制模块，控制模块被配置为当母线电压欠压时，且第一主路满足并网操作的要求时，输出第一控制信号；当第一主路与第一旁路匹配时，输出第二控制信号；当获取到同步化许可时输出第三控制信号。

在本申请的部分实施例中，控制模块被配置为当同步检查允许信号为“1”时，输出第一控制信号；

其中，同步检测允许信号用于表征是否能够检测第一主路和第一旁路的同步率；

和/或，当第一继电器的状态信号为“1”时，输出第一控制信号；

其中，第一继电器的状态信号用于表征第一继电器是否能够正常工作。

在本申请的部分实施例中，控制模块被配置为当机端电压正常信号为“1”时，输出第一控制信号；

其中，机端电压正常信号用于表征发电机的输出端输出的电压是否正常；

和/或，当网端电压异常信号为“0”时，输出第一控制信号；

其中，网端电压异常信号用于表征电力系统的接入点电压是否异常。

在本申请的部分实施例中，控制模块被配置为当同步旁路信号为“1”时，输出第一控制信号；

其中，同步旁路信号用于表征是否能够将第一主路与第一旁路同步。

在本申请的部分实施例中，控制模块被配置为当同步取反信号为“0”时，输出第一控制信号；

其中，同步取反信号用于将第一旁路取反，并接入到第一主路中。

在本申请的部分实施例中，控制模块被配置为当同步监视信号为“0”时，输出第一控制信号；

其中，同步监视信号用于表征发电机的运行状态，以确保发电机与电网的同步运行。

在本申请的部分实施例中，控制模块被配置为根据第一逻辑信号输出第三控制信号；

其中，第一逻辑信号在满足以下逻辑运算公式时输出；

((((A+B)*C)+((D+E)*F))*G)；其中，A为L83AUTSYN，B为L83_MTR，C为L52SXA，D为L83S_MAN，E为L3DEADBUS，F为L3，G为L3DV。

在本申请的部分实施例中，L3DEADBUS在满足以下逻辑运算公式时输出；

(D*～A+D*～B)*C)；其中A为L43O_F，B为L43R，C为L52GCX，D为LMAN_DB；LMAN_DB为死母线断路器手动闭合指令。

在本申请的部分实施例中，L52GCX在满足以下逻辑运算公式时输出；

(A*～B)+C)*D)*E)；其中A为L1X，B为L2GX，C为L2G，D为L3，E为L27BZ；LMAN_DB为死母线断路器手动闭合指令。

进一步地，为了更好地实施上述任意实施例中的燃气轮机的并网系统，在上述的燃气轮机的并网系统的基础上，本申请还提供一种燃气轮机的并网方法，应用在上述的燃气轮机并网系统。

需要解释的是，本申请的燃气轮机的并网系统及方法应用在9E燃气轮机硬件结构和同期并网逻辑分析中，有利于提高了9E燃气轮机控制系统自动化程度并完善控制系统功能。

具体地实施例中，请参阅图1，图1示出了9E燃气轮机并网卡件内部电路结构图，其中，TTUR、TPRO均为端子板，PTUR为插件板，PPRO为保护板，TRPG/TRPL/TRPS均为初级跳闸板，TREG/TREL/TRES均为紧急跳闸板，R S T为三相输入端。为实现9E燃气轮机远程并网功能，必须满足继电器同步化检查继电器K25A(对应第一继电器)、自动同步化继电器K25(对应第二继电器)、同步化许可继电器K25P(对应第三继电器)同带电。在母线电压欠压情况下，不经过同期检测，通过旁路控制程序驱使合闸继电器K25、K25A和K25P带电，也可实现远程并网。

在进一步地实施例中，请参阅图2和图3，图2为第一继电器的算法示意图，图3为图2的局部结构示意图。其中，synch check为同步检测，system Freq为系统频率，FreqDiff为频率差异，PhaseDiff为相位差，ReferFreq为参考频率，used/unused为用过/未用过，PhaseLock Loop为锁相环，Genvoltage为发电机电压，busvoltage为母线电压，voltagediff为电压差，deadbus为死母线。

为实现同步检查继电器K25A正常带电，需具备以下条件：

1)、同步检查允许信号L25X_PERM为“1”；

2)、同步检查旁路继电器L25X_BYPASS为“1”；

3)、机端电压正常L3DV为“1”(90

4)、网端电压异常L3SVL为“0”(SVL)110或SVL<90)。

在更进一步地实施例中，请参阅图4和图5，图4为第二继电器的算法示意图，图5为图4的局部结构示意图。为实现自动同步继电器K25正常带电，需具备以下条件：

1)、同步旁路信号L25_BYPASS为“1”；

2)、同步取反信号L25_BYPASSZ为“0”；

3)、同步监视信号L83S_MTR为“0”。

在更进一步地实施例中，请参阅图6，图6为同步允许继电器K25P的输出逻辑图。请参阅图7，图7为死母线同步允许信号逻辑示意图。逻辑说明:在死母线同步允许信号增加死母线断路器手动闭合指令(LMAN_DB)，同时对死母线手动闭合指令进行定义。请参阅图8，图8为同化模式选择逻辑示意图。逻辑说明：修改同步模式选择逻辑块，增加死母线手动同步允许逻辑(L83DB_PERM)和死母线手动同步预设逻辑(L43DB_PEST)，并将模块端子定义参数sk43sync＝1799修改为sk43sync＝3855，增设逻辑，并在控制画面增加死母线手动同步按钮L43DB_CPB。

有益效果：本申请的燃气轮机的并网系统及方法能够实现远程逻辑判断并网，提高了电厂的综合自动化水平，有利于提高电厂发电的自动化程度和可靠性，整体性能达到国内同类型电厂领先水平。

在本申请的部分实施例中，在并网系统中设置有储能装置，例如超级电容、电池或者飞轮等，这些储能装置可以在母线无电压时提供必要的电能输入，从而保证燃气轮机能够成功启动。当母线电压恢复时，储能装置可以迅速向电网充电，同时也能够保证燃气轮机的正常运行。

在本申请的部分实施例中，在燃气轮机并网系统中加入UPS电源，它可以确保在母线无电压时提供稳定的电能输入，从而保证燃气轮机的成功启动。UPS电源可以通过连接储能电池或者飞轮等来存储能量，同时也可以在母线电压恢复时迅速向电网充电。

具体地，UPS电源是一种不间断电源系统，它能够提供稳定、可靠的电能输入，保证设备的正常运行。在电力系统中，UPS电源通常被用于服务器、网络设备等重要设备，以避免电网故障对其造成的影响。此外，UPS电源还可以为设备提供一定时间的电能存储，以保证在电网故障时设备能够正常运行一段时间。

在实施时，需要先确定UPS电源的容量，这取决于燃气轮机的功率需求以及电网故障时需要维持的时间。根据实际情况选择合适的UPS电源容量，以确保其能够满足燃气轮机的电能需求。然后将UPS电源与燃气轮机进行连接，确保在母线无电压时UPS电源能够为燃气轮机提供稳定的电能输入。具体连接方式需要根据燃气轮机的接口和UPS电源的输出接口进行确定。在连接好UPS电源与燃气轮机后，需要设置UPS电源的相关参数，包括输出电压、输出频率、输出波形等，以保证其为燃气轮机提供稳定的电能输入。此外，还需要设置UPS电源的充电时间和放电时间等参数，以避免出现电池过度充电或过度放电的情况。在完成UPS电源的连接和参数设置后，需要进行测试以验证并网启动功能是否正常。具体测试方法包括模拟电网故障、母线无电压等情况，观察UPS电源是否能够为燃气轮机提供稳定的电能输入，并验证燃气轮机是否能够成功启动并正常运行。

需要解释的是，采用UPS电源能够提高并网启动成功率：采用UPS电源可以保证在母线无电压时燃气轮机有稳定的电能输入，从而提高其并网启动成功率。还能够延长设备使用寿命：由于UPS电源能够提供稳定的电能输入，避免了因电网故障导致的设备停机或重启，从而延长了设备的使用寿命。并且还可以降低维修成本：采用UPS电源可以避免因电网故障导致的设备损坏，从而降低了维修成本。同时还能够提高电力系统的稳定性：通过采用UPS电源，可以在一定程度上提高电力系统的稳定性，保证重要设备的正常运行

在本申请的部分实施例中，在母线无电压时，采用柴油发电机组为燃气轮机提供必要的电能输入，从而保证其能够成功启动。当母线电压恢复时，燃气轮机可以逐步接管柴油发电机的电力输出，实现并网操作。

在本申请的部分实施例中，采用静止无功补偿器(SVC)，SVC可以在母线无电压时通过向电网注入无功功率来稳定电网电压，同时也能够为燃气轮机提供必要的电能输入，保证其能够成功启动。当母线电压恢复时，SVC可以逐步减少对电网的干预，保证燃气轮机的正常运行。

具体地，SVC是一种先进的无功补偿装置，它能够在电力系统中动态地提供无功功率，以提高电网的功率因数、稳定电网电压和改善电能质量。与传统的同步调相机和静止无功补偿器相比，SVC具有更高的响应速度和更低的损耗，因此在现代电力系统中得到了广泛应用。

在实施时，首先需要根据燃气轮机的功率需求以及电网故障时的需要，选择合适容量的SVC。考虑到燃气轮机在启动过程中需要较大的无功功率支持，因此需要选择能够提供较大容量的SVC。此外，还需要根据电网的实际情况，对SVC的配置进行优化，以确保其能够有效地提供无功功率支持。

然后将SVC与燃气轮机进行连接，确保在母线无电压时SVC能够为燃气轮机提供稳定的电能输入。具体连接方式需要根据燃气轮机的接口和SVC的输出接口进行确定。同时，需要设置合理的连接线路和保护措施，以保证连接的可靠性和安全性。

同时需要对SVC进行精确的控制和调节，以保证其在燃气轮机启动过程中能够提供稳定的无功功率支持。具体控制策略包括：根据电网电压和电流实时监测和调节SVC的输出无功功率；根据燃气轮机的启动要求，对SVC的输出进行精细化调节；在电网恢复正常后，逐步减少SVC的干预程度，保证燃气轮机的正常运行。

在完成SVC的连接和控制设置后，需要进行严格的测试以验证其功能和性能是否满足要求。具体测试内容包括：模拟电网故障和母线无电压等情况，观察SVC是否能够快速响应并稳定电网电压；验证SVC在燃气轮机启动过程中是否能够提供足够的无功功率支持；检查SVC在正常运行时对电网的影响是否在可接受范围内。

需要说明的是，采用SVC能够实现系统的快速响应与稳定：SVC具有快速的无功功率响应能力，能够在短时间内稳定电网电压和改善电能质量。并且还能够通过根据实际需求进行SVC的灵活配置，既可以集中使用以满足整个电网的需求，也可以分散使用以满足不同区域或设备的需求。并且SVC运行时无需额外的冷却系统和其他辅助设备，因此具有较低的运行成本和能耗，同时也符合环保要求。同时SVC可以与燃气轮机和其他类型的电气设备兼容，实现高效的电能转换和利用。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。