0 引言

燃氣發(fā)電機組的應(yīng)用比較廣泛，不同的應(yīng)用場景下發(fā)電機組運行模式也有所區(qū)別。例如，在沼氣發(fā)電應(yīng)用方面，主要模式是發(fā)電上網(wǎng)，通過出售電力獲取收益。在石油天然氣應(yīng)用方面，燃氣發(fā)電機組主要用于驅(qū)動壓縮機，屬于純粹的孤島運行。在天然氣熱電冷三聯(lián)供的應(yīng)用方面，燃氣發(fā)電機組平時并網(wǎng)運行，一旦電網(wǎng)故障則轉(zhuǎn)換為孤島運行，為關(guān)鍵設(shè)備持續(xù)提供電力。

1 并網(wǎng)運行

并網(wǎng)運行定義：分布式能源系統(tǒng)發(fā)電機組與公共電網(wǎng)在用戶端并列運行，并向公共電網(wǎng)輸送電能的方式。

并網(wǎng)運行是最為常見的運行模式，對于發(fā)電機組而言也是最為簡單的運行模式。在并網(wǎng)運行模式下，發(fā)電機組需要通過電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測裝置，實時監(jiān)測電網(wǎng)狀態(tài)。一旦電網(wǎng)發(fā)生故障，例如突然失電，監(jiān)測裝置迅速給出信號，發(fā)電機組控制系統(tǒng)立即斷開出口斷路器，切斷與電網(wǎng)的聯(lián)系。在這種模式下，發(fā)電機組與電網(wǎng)斷開后即進入停機程序。

并網(wǎng)運行時，發(fā)電機組控制系統(tǒng)需要調(diào)節(jié)自身的參數(shù)，使其與電網(wǎng)參數(shù)一致方可并網(wǎng)，這個過程稱之為同步或者同期(synchronization)。具體來說，需要同步的參數(shù)是，相同的電壓、頻率、相序和相位。在發(fā)動機控制系統(tǒng)里面，可以預(yù)先設(shè)置允許的誤差范圍。

一旦達到允許同步的條件，控制系統(tǒng)自動發(fā)出合閘指令，使發(fā)電機組出口斷路器合閘。如果運行在手動模式，操作員也可以手動進行同步操作。

在并網(wǎng)運行模式下，發(fā)電機組控制系統(tǒng)運行方式為“功率模式”。機組按照滿功率或者預(yù)先設(shè)置的功率值輸出，但是從機組的運行效率、維護保養(yǎng)和排放限值等因素考慮，一般要求長期持續(xù)運行的功率百分比不低于50%。

2 孤島運行（孤網(wǎng)運行）

孤島運行定義：分布式能源系統(tǒng)發(fā)電機組與公共大電網(wǎng)完全脫開獨立運行的方式。

在孤島運行模式下，燃氣發(fā)電機組沒有電網(wǎng)的支撐，完全由自身提供負荷所需電能。發(fā)電機組的帶載性能決定了所能承載的負荷大小以及波動。ISO8528-5規(guī)定了G1-G4四個類別，分別對應(yīng)不同的負荷種類和級別。發(fā)電機組廠商根據(jù)ISO8528-5的定義，給出了機組在相應(yīng)的等級下最大能承受的負荷情況。

在孤島運行模式下，發(fā)電機組控制系統(tǒng)運行方式為“速度模式”。顧名思義，這個時候發(fā)電機組控制系統(tǒng)主要是由速度調(diào)節(jié)器起著核心作用。負荷在波動時，發(fā)電機組管理系統(tǒng)迅速調(diào)節(jié)燃氣和混合氣參數(shù)以應(yīng)對出力變化。需要注意的是，負荷的波動不能超過發(fā)電機組的限定值。對于電機類負荷，需要注意其直接啟動電流為額定值的若干倍。通常，對于大電機應(yīng)該通過軟啟動器、星三角或者變頻器進行啟動。

當(dāng)同一段母線下有多臺發(fā)電機組并列運行時，需要進行負荷分配，包括有功功率的分配和無功功率分配。有功功率分配可以通過廠家提供的負荷分配線，或者類似的專用功能模塊實現(xiàn)。無功功率分配則通過給多臺發(fā)電機組的電壓調(diào)節(jié)器AVR設(shè)置相同的Droop參數(shù)實現(xiàn)。

3 并網(wǎng)不上網(wǎng)

并網(wǎng)不上網(wǎng)定義：分布式能源系統(tǒng)發(fā)電機組與公共電網(wǎng)在用戶端并列運行，不向公共電網(wǎng)輸送電能的方式。

由于各種原因，許多天然氣分布式能源項目無法向電網(wǎng)輸出電力，或者因經(jīng)濟性不佳而有意不向電網(wǎng)輸出電力，這種即為并網(wǎng)不上網(wǎng)模式。但是發(fā)電機組仍然與電網(wǎng)連接，當(dāng)發(fā)電機組功率比負荷小時，剩余電能由電網(wǎng)補充。在并網(wǎng)不上網(wǎng)模式下，一般由發(fā)電機組充當(dāng)主用電源，電網(wǎng)作為備用電源。

并網(wǎng)不上網(wǎng)模式是根據(jù)工廠的用電負荷來自動控制機組輸出功率。通常需要發(fā)電機組控制系統(tǒng)實時監(jiān)測并網(wǎng)開關(guān)處的功率方向，防止出現(xiàn)“逆功率”。具體來說，當(dāng)發(fā)電機組功率大于負荷時，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，降低發(fā)電機組的輸出功率。當(dāng)一段母線上有多臺機組時，需要同時調(diào)節(jié)所有機組的功率。

4 并網(wǎng)和孤島自動切換

有些情況下，機組需要在并網(wǎng)和孤島模式間進行切換。當(dāng)電網(wǎng)正常時，機組運行在并網(wǎng)模式。網(wǎng)電故障發(fā)生時，機組自動切換到孤島模式，機組保持持續(xù)運行不停機。這時需要注意的是，如果負荷高于發(fā)電機組的輸出功率，就需要切斷部分負荷。機組控制系統(tǒng)能夠根據(jù)負荷大小自動發(fā)出指令，在負荷即將超過額定功率時立即切斷部分負荷。在設(shè)計時，需要綜合考慮負荷的優(yōu)先順序，把非關(guān)鍵負荷與關(guān)鍵負荷區(qū)別處理。

在發(fā)電機組控制系統(tǒng)檢測到電網(wǎng)恢復(fù)正常以后，能夠自動給機組發(fā)出指令，開始與電網(wǎng)同步的過程，并切換到并網(wǎng)模式。

5 總結(jié)

燃氣發(fā)電機組的控制模式由用戶的需求決定，在具體的控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)上，廠家根據(jù)機組數(shù)量，電氣連接方式，以及運行方式等配置不同的功能模塊或者控制柜。如有必要，現(xiàn)有的機組也可以進行改造，增減相應(yīng)的配置。