阅读说明：本技术 余热发电孤岛运行控制方法及系统 (Waste heat power generation island operation control method and system ) 是由 龚敏 于 2019-09-20 设计创作，主要内容包括：一种余热发电孤岛运行控制方法及系统,通过将重要的第一负载连接在余热发电母线上,并当外部电网处于故障状态和/或接收到孤岛运行指令时,根据预设操作指令切断余热发电电源与外部电网的连接并转孤岛运行,从而使得余热发电电源可作为孤岛电源为第一负载持续供电,避免了传统技术方案中因外部电网或厂内电网发生故障跳闸时也会让余热发电跳闸而导致余热发电不能持续为重要负荷供电的问题。(A waste heat power generation island operation control method and a system thereof are characterized in that an important first load is connected to a waste heat power generation bus, when an external power grid is in a fault state and/or receives an island operation instruction, a waste heat power generation power supply is cut off from the external power grid according to a preset operation instruction and is switched to island operation, so that the waste heat power generation power supply can be used as the island power supply to continuously supply power for the first load, and the problem that the waste heat power generation can not continuously supply power for the important load due to the fact that the waste heat power generation is tripped when the external power grid or an in-plant power grid is in fault tripping in the traditional technical scheme is solved.)

余热发电孤岛运行控制方法及系统

技术领域

本发明属于供电控制技术领域，尤其涉及一种余热发电孤岛运行控制方法及系统。

背景技术

目前，一般工业窑炉企业都建设有余热发电设施，但是往往都只将余热发电与厂内主电网并网，因此，一旦外部电网发生波动，余热发电的电源也跟随着波动，外部电网或厂内电网发生故障跳闸时也会让余热发电跳闸，余热发电电源在外部电网发生异常断电时，不能为重要负荷持续供电，造成大量的能耗损失和经济损失。

因此，传统的技术方案中存在当外部电网发生异常断电时，余热发电电源与外部电网一起断开从而不能为重要负荷持续供电的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种余热发电孤岛运行控制方法及系统，旨在解决传统的技术方案中存在的当外部电网发生异常断电时，余热发电电源不能为重要负荷持续供电的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种余热发电孤岛运行控制方法，包括：

获取外部电网的运行参数；

根据所述外部电网的运行参数判断所述外部电网是否处于故障状态；

判断是否接收到孤岛运行指令；

当所述外部电网处于故障状态和/或接收到孤岛运行指令时，根据预设操作指令切断余热发电电源与所述外部电网的连接并转孤岛运行；

当所述外部电网没有处于故障状态且没有接收到孤岛运行指令时，余热发电电源继续并网运行；

所述余热发电电源包括余热发电母线和余热发电机，所述余热发电机通过所述余热发电母线与至少一个第一负载连接。

在一个实施例中，生成所述预设操作指令包括：

获取所述外部电网的预设故障参数；

获取所述余热发电母线的线路参数；

获取余热发电的可带负荷量和实际带载负荷量；

根据所述预设故障参数、所述线路参数、所述可带负荷量以及所述实际带载负荷量生成第一预设操作指令，所述第一预设操作指令用于在当所述外部电网处于故障状态和/或接收到孤岛运行指令时，控制余热并网柜开关和余热进线柜开关同时断开；

根据所述外部电网的预设故障参数生成第二预设操作指令，所述第二预设操作指令用于当所述外部电网处于故障状态和/或接收到孤岛运行指令时，控制所述余热发电机与所述余热发电母线连接的开关闭合或者保持闭合。

在一个实施例中，所述获取余热发电的可带负荷量包括：

获取所述余热发电机的发电量；

获取所述余热发电电源的自用电量；

根据所述余热发电机的发电量和所述余热发电电源的自用电量计算所述余热发电的可带负荷量。

在一个实施例中，所述外部电网的故障状态为相间短路故障、瞬间失压故障、相地短路故障以及缺相故障中的至少一种。

在一个实施例中，所述余热发电进入孤岛运行后还包括：

获取所述余热发电母线当前的实际带载负荷量；

获取连接在所述余热发电母线的各个负荷的运行参数；

根据所述实际带载负荷量和各个所述负荷的运行参数生成第一控制指令，所述第一控制指令用于调整所述余热发电的发电机的输出功率。

在一个实施例中，所述余热发电孤岛运行控制方法还包括当所述外部电网处于故障状态后，所述余热发电电源在预设时间间隔内没有进入孤岛运行时，发出警报。

本发明实施例的第二方面提供了一种余热发电孤岛运行系统，包括：

余热发电机；

余热发电母线，所述余热发电母线用于与所述余热发电和至少一个第一负载连接；以及

余热发电并网柜开关，所述余热发电并网柜开关的第一端与所述余热发电母线连接，所述余热发电并网柜开关的第二端与外部电网连接，所述余热发电并网柜开关用于当所述外部电网处于故障状态和/或接收到孤岛运行指令时，切断所述余热发电母线与所述外部电网的连接。

在一个实施例中，还包括余热发电进线柜开关，所述余热发电进线柜开关与所述余热发电并网柜开关连锁，所述余热发电进线柜开关的串联接于所述余热发电并网柜开关和所述外部电网之间。

在一个实施例中，还包括内电网母线，所述内电网母线串联于所述余热发电进线柜开关与所述外部电网之间，所述内电网母线用于连接至少一个第二负载。

在一个实施例中，所述余热发电孤岛运行系统还包括报警模块，所述报警模块与所述余热发电并网柜开关和所述余热发电机连接，所述报警模块用于当所述外部电网处于故障状态后，所述余热发电电源在预设时间间隔内没有进入孤岛运行时，发出警报。

上述的余热发电孤岛运行控制方法及系统，通过将重要的第一负载连接在余热发电母线上，并当外部电网处于故障状态和/或接收到孤岛运行指令时，根据预设操作指令切断余热发电电源与外部电网的连接并转孤岛运行，从而使得余热发电电源可作为孤岛电源为第一负载持续供电，避免了传统技术方案中因外部电网或厂内电网发生故障跳闸时也会让余热发电跳闸而导致余热发电不能持续为重要负荷供电的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的第一方面提供的余热发电孤岛运行控制方法的具体流程图；

图2为图1所示的余热发电孤岛运行控制方法中的步骤S400的具体流程图；

图3为图2所示的余热发电孤岛运行控制方法中的步骤S430的具体流程图；

图4为本发明一实施例提供的余热发电孤岛运行控制方法的另一具体流程图；

图5为本发明一实施例提供的余热发电孤岛运行控制方法的另一具体流程图；

图6为本发明实施例的第二方面提供的余热发电孤岛运行系统的示意图；

图7为本发明实施例的第二方面提供的余热发电孤岛运行系统的另一示意图；

图8为本发明实施例的第二方面提供的余热发电孤岛运行系统的另一示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明实施例提供的余热发电孤岛运行控制方法的具体流程图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一种余热发电孤岛运行控制方法，包括：

步骤S100：获取外部电网的运行参数；

应理解，本实施例中的外部电网可以为市电电网，外部电网的运行参数包括电网的电压相量、电流相量、频率、有功功率、无功功率等；可以通过在市电电网的进线处设立电压互感器和电流互感器等测试器件以获取外部电网的实时的运行参数，测试器件获取外部电网的实时的运行参数后可以直接通过有线的方式或者通过无线的方式传输到所处的余热发电系统中的用以控制余热发电并网或者孤岛运行的设备中，例如余热发电并网柜开关；也可以通过与外部电网的实时监控系统通信，从而读取实时监控系统所采集到的电网的实时的运行参数。

步骤S200：根据外部电网的运行参数判断外部电网是否处于故障状态；

应理解，外部电网的故障状态为相间短路故障、瞬间失压故障、相地短路故障以及缺相故障中的至少一种。

应理解，可以将获取的外部电网的实时的运行参数与外部电网正常运行时的参考运行参数比较，从而判断外部电网是否处于故障状态以及处于哪一类型的故障状态。

步骤S300：判断是否接收到孤岛运行指令；

应理解，孤岛运行指令可以自动发出，例如当识别到外部电网处于故障状态时，可以直接生成孤岛运行指令；孤岛运行指令也可以被动发出，例如当外部电网需要检修或者其他需要让余热发电进入孤岛运行的情况，可以由使用者人为的输入孤岛运行指令。

应理解，可以通过读取余热发电所处的电力系统内的各个器件的运行参数或者综合保护器的等微机装置的信号来判断是否接收到孤岛运行指令。

步骤S400：当外部电网处于故障状态和/或接收到孤岛运行指令时，根据预设操作指令切断余热发电电源与外部电网的连接并转孤岛运行；

应理解，余热发电电源与外部电网应连接有具有保护功能的开关，根据预设操作指令切断余热发电电源与外部电网的连接并转孤岛运行可以通过设置该开关的综保定值等数值以使得该开关可以在特定情况下及时跳闸，以切断余热发电电源与外部电网的连接，并使得余热发电电源迅速变为孤岛运行状态来实现。

请参阅图2，在一个实施例中，生成预设操作指令包括：

步骤S410：获取外部电网的预设故障参数；

应理解，预设故障参数可以为常规的电网的故障参数，可以通过与外部电网的能量管理系统通信以获取外部电网的故障参数；预设故障参数可以为使用者针对自身供电系统的负载情况等来自助设定的参数。

步骤S420：根据余热发电的实际带载负荷量，获取余热发电母线的线路参数；

应理解，可以通过在余热发电母线上设置电压互感器、电流互感器等获取余热发电母线的电流、电压等线路参数。

步骤S430：获取余热发电的可带负荷量和实际带载负荷量；

应理解，在一个实施例中，请参阅图3，获取余热发电的可带负荷量包括：

步骤S431：获取余热发电机的发电量P；

步骤S432：获取余热发电电源的自用电量P1；

步骤S433：根据余热发电机的发电量P和余热发电电源的自用电量P1计算余热发电的可带负荷量P2，P2<P-P1。

步骤S440：根据预设故障参数、线路参数、可带负荷量以及实际带载负荷量生成第一预设操作指令，第一预设操作指令用于在当外部电网处于故障状态和/或接收到孤岛运行指令时，控制余热并网柜开关和余热进线柜开关同时断开；

应理解，第一预设操作指令可以为用于控制余热并网柜开关和余热进线柜开关断开或者闭合的综合保护器的动作定值或者为与综合保护器为一体的开关的动作定值，第一预设操作指令可以为速断保护动作定值、过电流保护定值、失压定值、低周减载定值等，第一预设操作指令可以通过对预设故障参数、线路参数、可带负荷量以及实际带载负荷量进行潮流计算后获得。

步骤S450：根据外部电网的预设故障参数生成第二预设操作指令，第二预设操作指令用于当外部电网处于故障状态和/或接收到孤岛运行指令时，控制余热发电机与余热发电母线连接的开关闭合或者保持闭合。

应理解，第二预设操作指令可以为控制余热发电机与余热发电母线连接的开关断开或者闭合的综合保护器的动作定值或者为与综合保护器为一体的开关的动作定值，第二预设操作指令可以为速断保护动作定值、过电流保护定值、失压定值、低周减载定值等，第二预设操作指令应当可以躲过外部电网的故障参数，从而使得余热发电机可以进入孤岛运行，避免余热发电机与外部电网一通断开而导致连接在余热发电母线的一类负荷停止运行的情况发生，以低周减载定值为例，第一预设操作指令的低周值减载定值可以49HZ，动作时间为0.5S，第二预设操作指令的低周值减载定值可以为48HZ，动作时间为40S，当外部电网因故障而导致频率下降时，此时根据第一预设操作指令迅速断开余热并网柜开关和余热进线柜开关，而此时的控制余热发电机的第二预设操作指令因还未到达动作条件，因而余热发电母线连接的开关保持闭合，余热发电机转为孤岛运行。

步骤S500：当外部电网没有处于故障状态且没有接收到孤岛运行指令时，余热发电电源继续并网运行。

本实施例中的余热发电电源包括余热发电母线和余热发电机，余热发电机通过余热发电母线与至少一个第一负载连接。

应理解，余热发电电源还包括余热锅炉，例如在窑炉工业厂区内，余热锅炉将窑炉工业厂区内的窑头、窑尾排出大量的低品位中低温废气的余热进行热交换回收，产生过热蒸汽推动汽轮机实现热能向机械能的转换，带动余热发电机发出电能。

应理解，本实施例中的第一负载为在该供电系统中重要等级最高的负荷，即一类负荷，使用者根据自身生产需求和负荷重要程度设定划分为第一负载。

应理解，当外部电网的故障状态解除，或者接收到并网运行指令时，余热发电电源需等待与外部电网的相序、电压、电流以及频率等都一致时，才可以接入外部电网并网运行。

应理解，对于具备余热发电条件的厂区中，例如各窑炉工业厂区，而窑炉工业厂区一般具备能耗高、电机种类多、容量大、电压级别高等特点，整个生产线过程启停一次会造成大量的能耗损失，给企业带来很大的经济负担。然而一般窑炉工业厂区周围供电均是小水电厂，供电可靠性较低，电网不稳定，经常出现停电及电网波动等情况，窑炉工业企业的熔窑在运行时特别依赖各种助燃、冷却风机及燃烧系统的稳定运行，当发生停电事故时，轻则造成企业生产损失，重则造成企业生产安全事故。因此，窑炉工业企业在外部供电发生故障时，确保自身内部的最少运行负荷，既能维持生产稳定，还能杜绝生产安全事故。但是虽然工业窑炉企业建设有余热发电设施，但是在建设之初就没有考虑将余热发电作为工业窑炉企业的孤岛电源使用，只是简单的将余热发电与厂内主电网并网，一旦外部电网发生波动，余热发电的电源也跟随着波动，外部电网或厂内电网发生故障跳闸时也会让余热发电跳闸，带来的生产损失无法估量。

因而本实施例中的余热发电孤岛运行控制方法，在处于故障状态和/或接收到孤岛运行指令时，切断余热发电电源与外部电网的连接并转孤岛运行，从而使得余热发电电源可为余热发电母线上的重要负荷持续供电，避免了因外部电网故障导致余热发电电源同时跳闸而带来的生产和经济损失。

请参阅4，在一个实施例中，余热发电进入孤岛运行后还包括：

步骤S600：获取余热发电母线当前的实际带载负荷量；

步骤S700：获取连接在余热发电母线的各个负荷的运行参数；

应理解，各个负荷的运行参数包括各个负荷的实时的电压、电流、频率等参数。

步骤S800：根据实际带载负荷量和各个负荷的运行参数生成第一控制指令，第一控制指令用于调整余热发电的发电机的输出功率。

应理解，实际带载负荷量应小于余热发电的发电机的最大可输出功率。

本实施例中通过获取余热发电母线当前的实际带载负荷量和连接在余热发电母线的各个负荷的运行参数以实时调整余热发电的发电机的输出功率，从而使得余热发电的发电机的输出功率与各个负荷的需求恰好匹配，避免因发电机的输出功率不足从而导致各个负荷出现故障，也避免了因发电机输出功率过大而导致的能源浪费。

请参阅图5，在一个实施例中，还包括步骤S900：当外部电网处于故障状态后，余热发电电源在预设时间间隔内没有进入孤岛运行时，发出警报。

应理解，可以通过设置与余热发电并网柜开关的综合保护器连接的报警器来实现；预设时间间隔可以为根据预设操作指令切断余热发电电源与外部电网的连接所需的时间间隔。

请参阅图6，本发明实施例的第二方面提供了一种余热发电孤岛运行系统，包括：余热发电机100、余热发电母线200以及余热发电并网柜开关Q1，余热发电母线200用于与余热发电和至少一个第一负载连接；余热发电并网柜开关Q1的第一端与余热发电母线200连接，余热发电并网柜开关Q1的第二端与外部电网连接，余热发电并网柜开关Q1用于当外部电网处于故障状态和/或接收到孤岛运行指令时，切断余热发电母线200与外部电网的连接。

应理解，余热发电机100由余热锅炉带动。余热发电的发电机应当由具备负荷控制功能的发电机构成；余热发电并网柜开关Q1为带有综合保护和控制作用的开关构成，例如综合保护器；连接在余热发电母线200的各个第一负载的总用电负荷需求应当小于余热发电机100的发电容量。

可选的，余热发电孤岛运行系统中的各个设备或器件等都设置有电流互感器、电压互感器等用于获取线路参数、外部电网运行参数等数据的测试器件，各个测试器件与余热发电并网柜开关Q1和余热发电机100电连接或者通信连接。或者，余热发电并网柜开关Q1和余热发电机100通过与外部电网的实时监控系统通信，从而读取实时监控系统所采集到的电网的实时的运行参数。

可选的，还可以包括分别与余热发电并网柜开关Q1和余热发电机100连接的多个输入面板，输入面板用于接收外部手动输入的孤岛运行指令。

应理解，各个第一负载通过负荷开关连接至余热发电母线200。

应理解，第一负载为本系统中所有连接的负荷中的重要等级最高的负荷，即一类负荷，例如在窑炉工业厂区中，第一负载可以为用于牵引中低温烟气的风机、确保生产期间达标排放的环保系统、燃烧系统、用于窑炉工业企业窑炉冷却的最低安全运行的风机、用于设备及窑炉的最低限度的冷却水系统等；

本实施例中，通过将至少一个第一负载连接在余热发电母线200上，并通过加入余热发电并网柜开关Q1实现当外部电网处于故障状态和/或接收到孤岛运行指令时，切断余热发电母线200与外部电网的连接，从而使得余热发电机100可作为孤岛电源为各个第一负载持续供电，避免了因外部电网故障从而使得余热发电机100同时跳闸以退出运行和避免了各个第一负载因外部电网故障而停止运行的情况，解决传统的技术方案中存在的当外部电网发生异常断电时，余热发电电源不能为重要负荷持续供电的问题。

请参阅图7，在一个实施例中，还包括余热发电进线柜开关Q2，余热发电进线柜开关Q2与余热发电并网柜开关Q1连锁，余热发电进线柜开关Q2的串联接于余热发电并网柜开关Q1和外部电网之间。

应理解，余热发电进线柜开关Q2与余热发电并网柜开关Q1间的连锁可以为硬接线连锁，也可以为软件连锁。

请参阅图8，在一个实施例中，还包括内电网母线300，内电网母线300串联于余热发电进线柜开关Q2与外部电网之间，内电网母线300用于连接至少一个第二负载。

应理解，在本实施例中，第二负载应为重要等级次于第一负载的负载。

在一个实施例中，还包括报警模块，报警模块与余热发电并网柜开关Q1连接，报警模块用于当外部电网处于故障状态后，余热发电电源在预设时间间隔内没有进入孤岛运行时，发出警报。

应理解，报警模块可以由发声器件和通信设备构成，其中，发声器件可以为蜂鸣器、带蜂鸣器的LED灯、喇叭等，通信设备可以为有线通信设备或者无线通信设备，有线通信设备可以为串行通信接口，无线通信设备可以为WIFI模块或者蓝牙模块等。

本实施例中通过加入报警模块，当外部电网故障时，若余热发电机100没有及时进入孤岛运行，可及时通知使用者，避免了当余热发电机100因故障或者其他情况无法作为孤岛电源为第一负载供电时，使用者无法获知而导致第一负载停电时间过长以带来的更大损失。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。