燃气发电机组的运行模式及特点

0 引言

燃气发电机组的应用比较广泛，不同的应用场景下发电机组运行模式也有所区别。例如，在沼气发电应用方面，主要模式是发电上网，通过出售电力获取收益。在石油天然气应用方面，燃气发电机组主要用于驱动压缩机，属于纯粹的孤岛运行。在天然气热电冷三联供的应用方面，燃气发电机组平时并网运行，一旦电网故障则转换为孤岛运行，为关键设备持续提供电力。

1 并网运行

并网运行定义：分布式能源系统发电机组与公共电网在用户端并列运行，并向公共电网输送电能的方式。

并网运行是最为常见的运行模式，对于发电机组而言也是最为简单的运行模式。在并网运行模式下，发电机组需要通过电网状态监测装置，实时监测电网状态。一旦电网发生故障，例如突然失电，监测装置迅速给出信号，发电机组控制系统立即断开出口断路器，切断与电网的联系。在这种模式下，发电机组与电网断开后即进入停机程序。

并网运行时，发电机组控制系统需要调节自身的参数，使其与电网参数一致方可并网，这个过程称之为同步或者同期(synchronization)。具体来说，需要同步的参数是，相同的电压、频率、相序和相位。在发动机控制系统里面，可以预先设置允许的误差范围。

一旦达到允许同步的条件，控制系统自动发出合闸指令，使发电机组出口断路器合闸。如果运行在手动模式，操作员也可以手动进行同步操作。

在并网运行模式下，发电机组控制系统运行方式为“功率模式”。机组按照满功率或者预先设置的功率值输出，但是从机组的运行效率、维护保养和排放限值等因素考虑，一般要求长期持续运行的功率百分比不低于50%。

2 孤岛运行（孤网运行）

孤岛运行定义：分布式能源系统发电机组与公共大电网完全脱开独立运行的方式。

在孤岛运行模式下，燃气发电机组没有电网的支撑，完全由自身提供负荷所需电能。发电机组的带载性能决定了所能承载的负荷大小以及波动。ISO8528-5规定了G1-G4四个类别，分别对应不同的负荷种类和级别。发电机组厂商根据ISO8528-5的定义，给出了机组在相应的等级下最大能承受的负荷情况。

在孤岛运行模式下，发电机组控制系统运行方式为“速度模式”。顾名思义，这个时候发电机组控制系统主要是由速度调节器起着核心作用。负荷在波动时，发电机组管理系统迅速调节燃气和混合气参数以应对出力变化。需要注意的是，负荷的波动不能超过发电机组的限定值。对于电机类负荷，需要注意其直接启动电流为额定值的若干倍。通常，对于大电机应该通过软启动器、星三角或者变频器进行启动。

当同一段母线下有多台发电机组并列运行时，需要进行负荷分配，包括有功功率的分配和无功功率分配。有功功率分配可以通过厂家提供的负荷分配线，或者类似的专用功能模块实现。无功功率分配则通过给多台发电机组的电压调节器AVR设置相同的Droop参数实现。

3 并网不上网

并网不上网定义：分布式能源系统发电机组与公共电网在用户端并列运行，不向公共电网输送电能的方式。

由于各种原因，许多天然气分布式能源项目无法向电网输出电力，或者因经济性不佳而有意不向电网输出电力，这种即为并网不上网模式。但是发电机组仍然与电网连接，当发电机组功率比负荷小时，剩余电能由电网补充。在并网不上网模式下，一般由发电机组充当主用电源，电网作为备用电源。

并网不上网模式是根据工厂的用电负荷来自动控制机组输出功率。通常需要发电机组控制系统实时监测并网开关处的功率方向，防止出现“逆功率”。具体来说，当发电机组功率大于负荷时，控制系统发出指令，降低发电机组的输出功率。当一段母线上有多台机组时，需要同时调节所有机组的功率。

4 并网和孤岛自动切换

有些情况下，机组需要在并网和孤岛模式间进行切换。当电网正常时，机组运行在并网模式。网电故障发生时，机组自动切换到孤岛模式，机组保持持续运行不停机。这时需要注意的是，如果负荷高于发电机组的输出功率，就需要切断部分负荷。机组控制系统能够根据负荷大小自动发出指令，在负荷即将超过额定功率时立即切断部分负荷。在设计时，需要综合考虑负荷的优先顺序，把非关键负荷与关键负荷区别处理。

在发电机组控制系统检测到电网恢复正常以后，能够自动给机组发出指令，开始与电网同步的过程，并切换到并网模式。

5 总结

燃气发电机组的控制模式由用户的需求决定，在具体的控制系统功能的实现上，厂家根据机组数量，电气连接方式，以及运行方式等配置不同的功能模块或者控制柜。如有必要，现有的机组也可以进行改造，增减相应的配置。