天然气电站动力冲击负载补偿与节能系统

天然气电站动力冲击负载补偿与节能系统HIT-CESS 系统概述HIT-CESS系统是一款用于改善油田深井电动钻机天然气电站电能质量的智能储能装置，特别是有效解决了天然气电站不能带冲击负载的问题。该产品极大的提升了天然气电站带冲击负载的能力，全面提高了电站供电质量，显著增强了天然气电站系统的稳定鲁棒性。应用领域用于油田深井电动钻机天然气电站 (50Hz、 400V/600V/690V)， HIT-CESS系统功率 800kW-2400 kW。用于其他领域的天然气电站， 适应于各种发电频率和电压等级， HIT-CESS系统功率 100kW-10,000kW。系统设计亮点系统中电能变换器的模块化结构便于长期维护。冲击负载的动态预测技术。长生命周期、快速充放电储能技术。总线通讯，监控技术。故障模块的智能化自动切换，系统运行的可靠性极高。具有高电压和低电压的穿越能力。提供实时数据记录，可远程征询。HIT-CESS 系统工作原理HIT-CESS 系统、 天然气发电机组和冲击非线性负载在交流母线上汇流， 当冲击非线性负载工作时，系统对冲击负载的瞬时功率进行补偿，并具有对谐波的抑制功能，减缓或消除冲击性负载对天然气电站的影响，保障供电质量。++--～=～=++--储能单元SC能量变换系统直流断路器DC/AC变换系统智能断路器HIT-CESS 系统G天然气发电机组IM冲击性、非线性负载CMS系统 SC能量变换控制器 DC/AC变换控制器主控系统 监控系统CAN总线动态有功功率控制 谐波抑制天然气发电机组冲击性、非线性负载mP LPCP+ =mP LPCPHIT-CESS 系统isaua +=ilauauai cauaisaicaila天然气发电机组冲击性、非线性负载HIT-CESS 系统HIT-CESS 系统技术指标电气特性 额定电压 AC 380V— 6000V工作频率 45 Hz — 65 Hz额定补偿容量 100 kW — 10,000 kW 响应时间 2 万小时控制特性 开关频率 平均 5kHz 控制算法 具有自适应能力的频域筛选矢量补偿算法控制器 DSP(数字信号处理器 ) 通信功能 CANopen 协议、 485Modbus 协议等控制连接 光纤，或电气连接结构特征 防护等级 IP21 或根据用户要求定制颜色 PAL7035( 浅灰色 ) 或根据用户要求定制冷却方式 强制风冷 / 水冷 / 蒸发冷却整体安装 落地式或根据用户要求定制安装方式 室外或室内安装，固定方式可选、电缆进线方式可选环境条件 工作环境温度 -40℃ ~+65 ℃存储温度 -40℃ ~+70 ℃相对湿度 最大 95% 海拔高度 安装海拔低于 2000 米，高于限定值减容电磁兼容 符合 GB/T.7251-2005(GB/T7261-2000) 包括衰减震荡波脉冲群干扰、静电放电干扰、快速瞬变干扰、浪涌干扰、电压中断抗干扰等。HIT-CESS 系统技术优势超级电容超级电容具有功率密度高、瞬时输出功率大、使用寿命长、效率高、能耗低的特点，与飞轮储能和蓄电池储能的性能对比如下表所示。储能方式 能量密度W· h/kg功率密度W/kg充放电次数Cycle Life效率η （ % ）超级电容储能 2～ 10 7000 ～ 18000 >10 6 >95飞轮储能 5～ 50 180 ～ 1800 10 6 90～ 95蓄电池储能 30 ～ 200 100 ～ 700 10 3 80～ 85快速补偿响应基于先进测控手段和现代控制理论，装置可以快速准确识别交流母线电压 / 电流异常，实现补偿功率的快速投切与柔性退出， 在保证系统稳定运行的同时， 最大限度地提高装置的响应时间。装置的动态响应能力达到毫秒级，真正实现动态补偿。补偿精度高装置的快速响应和准确功率预测控制算法，可以保证补偿后系统的供电质量达到指定标准。体积更小、安装方便传统的电能质量调节装置中使用的大容量电容、 电抗器件， 体积庞大， 安装方案要求苛刻；而本装置采用模块化设计和标准化柜式和箱式安装，工程设计和安装工作量都较小。更长的使用寿命传统的电能质量调节装置有大量的电容电抗器件， 使用过程中出现频繁投切， 元器件损耗巨大； 相比之下， 本装置使用的功率器件损耗度极小， 设备的使用寿命可比拟电子元器件的寿命，可以为客户节省大量成本。避免谐振现象本装置是电压源型装置， 从机理上避免了大量电容、 电抗器件并联在电网中可能发生的谐振现象；在电网薄弱的末端，使用本装置具有更高的安全性。各组件可灵活配置本装置采用模块化设计， 各组件可以根据客户的要求和使用环境的特点， 灵活配置； 在保证客户需求的前提下，最大限度的降低客户的成本。多重软硬件保护通过先进测控技术、 计算机控制技术的采用， 本装置时刻监控整个系统的工作状态， 可以第一时间发现故障， 并采取适当的处理措施， 保护设备与现场人员的安全， 最大限度降低客户的经济损失。采用智能断路器等硬件设备，提供第二重保护，即使控制系统软件发生故障，依然可以安全地关闭系统，保护设备与现场人员的安全。多重补偿特性由于本装置的工作原理是通过对逆变器的适当操纵， 控制输出功率对系统进行补偿， 所以可以同时解决多种电能质量问题，例如，冲击性负载补偿、感性无功补偿、容性无功补偿、谐波抑制等。HIT-CESS 系统产品系列HIT-CESS 系统典型应用案例—深井油田钻机动力气化现场问题冲击性负载是普遍存在于分布式发电系统中的问题， 这和分布式发电或独立发电的有限能量系统有关。 钻井平台中电动机启动过程和提钻过程的负载具有明显的冲击性特征， 面对冲击性负载， 要求天然气发电系统具有输出电功率的快速调节能力， 然而天然气发动机的燃烧机理导致其输出机械功率变化缓慢， 这种慢响应性不能满足应用对象的要求， 因此制约了天然气发电系统的发展和推广。解决方案— HIT-CESS 系统HIT-CESS系统针对天然气发电系统冲击负载问题， 研发出一种基于超级电容储能的适于冲击负载的系统结构， 该系统能够实现瞬态功率流的平衡， 快速提供负载所需的冲击功率。 通过超级电容储能单元的高功率动态响应弥补天然气发动机输出功率动态响应低的问题， 使系统实时处于瞬时功率平衡状态， 保证了系统的供电质量， 增强天然气发电系统对冲击性负载的适应能力。柜式系统 5MW 集装箱式系统 10MW 集装箱式系统额定容量补偿 100~1200(kW) 1200~5200 (kW) 5200~10,000 (kW)冷却方式 强迫风冷 强迫风冷 / 水冷 / 蒸发冷却 强迫风冷 / 水冷 / 蒸发冷却设备尺寸 (cm) 262W× 152D× 241H 610W× 244D× 244H 1219W× 244D× 244H