一种多气源余压集中回收与智能并网发电控制方法与流程

本发明属于余压回收与并网发电控制，具体涉及一种多气源余压集中回收与智能并网发电控制方法。

背景技术：

1、余压发电技术通过将工业生产或能源输配过程中多余的压力能转化为电能，是实现能源梯级利用和降低碳排放的重要途径。在工业园区、天然气输配站场等实际应用场景中，往往同时存在多个不同压力等级、不同流量特性和不同组分构成的余压气源，如何实现多气源的集中回收和统一调度是当前余压发电技术面临的重要课题。

2、多气源余压集中回收的核心矛盾在于不同气源的压力、温度、流量及组分构成高度离散，而透平膨胀机及发电机组具有固定的设计工况范围和最优运行区间，二者之间的参数失配导致直接汇流后的混合气体难以被发电设备高效利用。现有技术cn106230025b公开了一种基于光储和余热余压发电智能供能控制系统，通过并网模块将单一余压发电输入接口接入系统实现并网控制，但其仅支持单一气源接入，未设置针对不同气源压力、温度的独立预处理装置，无法将参数离散的多气源统一至汇流母管的允许范围，导致直接汇流时不同气源之间相互干扰、能量损耗增大。现有技术cn119145949b公开了一种智能膨胀机余压发电系统，通过监测膨胀机负载信息获得阀门调节值并调节叶轮转速，但其监测与调节均发生在膨胀机本体而非气源接入端，未涉及多气源汇流前各支路的参数适配问题。现有技术cn119093482b公开了一种余压回收利用的方法，通过部署检测点采集余压数据计算余压检测因子来设定同步发电机工作状态，但其针对的是单设备单气源模式下设备自身的压力数据采集，未对多气源汇流后混合气体的综合能量品质建立量化评估模型，因而无法为后续发电设备的动态选配提供决策依据。现有技术cn110233491b公开了一种过氧化氢尾气余压发电并网方法，通过程序主控制器控制进气阀和旁路阀调节转速实现自动同期并网，但其仅针对单台发电机组的并网操作，当多台发电机组同时或先后并网时各机组独立进行同期检测和合闸操作，缺乏多机组之间的主从协调机制，易产生对电网的多次冲击和无功功率分配不均问题。

3、综上所述，现有技术均以单气源余压回收为控制对象，分别侧重于单一气源的接入管理、单台膨胀机的运行调节、单台机组的并网控制或单设备的余压数据采集，尚未出现能够将“多气源汇流前预处理-汇流后能量品质评估-发电机组动态配置-多机组协调并网”整合为全链条智能控制的技术方案，亟待开发一种多气源余压集中回收与智能并网发电控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多气源余压集中回收与智能并网发电控制方法以解决现有技术中存在的上述问题，具体技术方案如下：

2、一种多气源余压集中回收与智能并网发电控制方法，包括以下步骤：

3、将多个余压气源接入汇流母管，形成混合余压气源；

4、在所述汇流母管上采集混合余压气源的汇流参数，根据所述汇流参数计算所述汇流母管的综合能量品质指标；

5、将所述综合能量品质指标分别与预设的第一品质阈值和第二品质阈值进行比较，所述第一品质阈值大于所述第二品质阈值，当所述综合能量品质指标大于或等于所述第一品质阈值时判定为高能量品质等级，当所述综合能量品质指标介于所述第一品质阈值与所述第二品质阈值之间时判定为中能量品质等级，当所述综合能量品质指标小于所述第二品质阈值时判定为低能量品质等级；

6、获取预先配置的发电机组群中多台发电机组的额定功率和适用工况范围，根据所述能量品质等级选择匹配的发电机组组成在线发电机组群：高能量品质等级时，选择额定功率最大的第一发电机组与调节响应最快的第三发电机组组成在线发电机组群；中能量品质等级时，选择额定功率居中的第二发电机组组成在线发电机组群；低能量品质等级时，选择额定功率最小的第三发电机组组成在线发电机组群，并向储能装置发出充电准备指令；

7、将所述汇流母管中的混合余压气体引入与所述在线发电机组群连接的膨胀机，驱动所述在线发电机组群发电。

8、作为本技术优选方案，在将多个余压气源接入汇流母管之前，还包括：接收多气源接入指令，根据所述多气源接入指令为每个余压气源分配接入通道，在各所述接入通道中采集对应气源的进气压力值和进气温度值；根据各所述接入通道的所述进气压力值对各所述接入通道内的气体进行分级预处理，使各所述接入通道输出的气体压力值均落入预设的汇流母管压力区间；将分级预处理后的各所述接入通道的气体引入汇流母管中混合；所述分级预处理包括：当所述进气压力值大于所述汇流母管压力区间的上限值时进行节流降压处理，当所述进气压力值小于所述汇流母管压力区间的下限值时进行增压升压处理；当所述进气温度值超出预设温度范围时进行换热调温处理。

9、作为本技术优选方案，在所述汇流母管上采集混合余压气源的汇流参数，包括：在所述汇流母管上沿气体流向间隔部署多个检测点，在各所述检测点分别采集汇流母管压力值、汇流母管温度值、混合气体流量值和混合气体组分构成数据；对各所述检测点的同类型参数取平均值，得到汇流母管压力的平均值、汇流母管温度的平均值、混合气体流量的平均值和各组分浓度的平均值。

10、作为本技术优选方案，根据所述汇流参数计算所述汇流母管的综合能量品质指标时，将所述汇流母管压力的平均值除以预设的基准压力值得到压力因子，将所述汇流母管温度的平均值除以预设的基准温度值得到温度因子，将所述混合气体流量的平均值除以预设的基准流量值得到流量因子，根据各所述组分浓度和对应的做功能力系数计算组分校正系数，将所述压力因子、温度因子、流量因子和组分校正系数进行加权融合计算得到所述综合能量品质指标。

11、作为本技术优选方案，所述第一品质阈值为0.75，所述第二品质阈值为0.45；所述第一发电机组的额定功率和适用工况范围高于所述第二发电机组，所述第二发电机组的额定功率和适用工况范围高于所述第三发电机组。

12、作为本技术优选方案，所述方法还包括：驱动所述在线发电机组群发电后，采集电网侧的实时运行参数和各所述发电机组的发电侧运行参数，以所述电网侧的实时运行参数为基准，从所述在线发电机组群中选定主机组并对所述主机组进行同期调节，使所述主机组的输出电压、频率和相位与电网侧一致后控制所述主机组并网；以并网后的所述主机组的运行参数为基准，依次对各从机组进行跟随调节，使各所述从机组的输出电压、频率和相位与所述主机组一致后分别控制各所述从机组并网。

13、作为本技术优选方案，从所述在线发电机组群中选定主机组时，分别获取各所述发电机组的调速器响应时间常数和励磁调节器响应时间常数，将所述调速器响应时间常数与所述励磁调节器响应时间常数之和最小的发电机组选定为所述主机组；对所述主机组进行同期调节时，调节所述主机组的进气阀开度以调整发电频率，调节所述主机组的励磁电流以调整输出电压，直至发电频率与电网频率之差的绝对值小于第一频差阈值且输出电压与电网电压之差的绝对值小于第一压差阈值。

14、作为本技术优选方案，各所述从机组进行跟随调节时，以所述主机组的当前频率值和当前电压值作为各所述从机组的调节目标值，分别调节各所述从机组的进气阀开度和励磁电流，直至各所述从机组的发电频率与主机组频率之差的绝对值小于第二频差阈值，且各所述从机组的发电电压与所述主机组的电压之差的绝对值小于第二压差阈值；所述第二频差阈值小于所述第一频差阈值，所述第二压差阈值小于所述第一压差阈值。

15、作为本技术优选方案，在发电过程中，持续采集各所述接入通道的进气压力值并计算其变化幅度，当某所述接入通道的所述进气压力值的变化幅度超过预设变化阈值时，对应调节该接入通道的预处理参数；持续计算所述汇流母管的综合能量品质指标并监测其跨等级变化，当所述综合能量品质指标发生跨等级变化时，重新选择发电机组组成新的在线发电机组群；在切换发电机组的过程中，待增开的发电机组在空载状态下完成并网后以步进方式增加输出功率，同时已并网发电机组同步减少输出功率，直至功率分配达到新的平衡。

16、本技术还提供一种多气源余压集中回收与智能并网发电控制系统，用于实现如前所述的方法，包括多气源接入与分级预处理子系统、汇流母管、品质评估计算单元、发电机组群和总控单元；

17、所述多气源接入与分级预处理子系统包括多个接入通道，各所述接入通道沿气体流向依次设置有参数检测单元和分级预处理单元，所述参数检测单元用于采集对应气源的进气压力值和进气温度值，所述分级预处理单元用于根据所述进气压力值对对应接入通道内的气体进行分级预处理，使各所述接入通道输出的气体压力值均落入预设的汇流母管压力区间；

18、所述汇流母管的入口端与各所述接入通道的输出端连接，用于接收并混合各所述接入通道输出的气体，形成混合余压气源；

19、所述品质评估计算单元与设置在所述汇流母管上的汇流参数检测组件信号连接，用于根据所述汇流参数检测组件采集的汇流参数计算所述汇流母管的综合能量品质指标，并将所述综合能量品质指标与预设的第一品质阈值和第二品质阈值进行比较，判定所述汇流母管当前所处的能量品质等级；

20、所述发电机组群，包括多台额定功率和适用工况范围互不相同的发电机组；

21、所述总控单元与所述品质评估计算单元和所述发电机组群信号连接，用于根据所述能量品质等级从所述发电机组群中选择与所述能量品质等级匹配的发电机组组成在线发电机组群；

22、所述汇流母管的输出端通过供气管道与所述在线发电机组群对应的透平膨胀机的进气口连接，所述混合余压气体经所述透平膨胀机膨胀做功后驱动所述在线发电机组群发电。

23、作为本技术优选方案，所述总控单元内置有机组配置决策逻辑模块，所述机组配置决策逻辑模块用于根据所述能量品质等级执行以下匹配策略：当判定为高能量品质等级时，选择额定功率最大的第一发电机组与调节响应最快的第三发电机组组成在线发电机组群；当判定为中能量品质等级时，选择额定功率居中的第二发电机组组成在线发电机组群；当判定为低能量品质等级时，选择额定功率最小的第三发电机组组成在线发电机组群。

24、本发明的有益效果为：

25、1）本发明为每个余压气源配置独立的接入通道，各通道设置有节流降压阀、增压压缩机和换热器，根据各气源的实际压力值和温度值进行个性化分级预处理，使不同来源、不同压力等级、不同温度特性的余压气体经闭环调节后均能汇入共用汇流母管，解决了多气源因参数差异大而无法直接汇流的物理矛盾。

26、2）本发明在汇流母管上部署三个检测点，对各检测点的压力、温度、流量和组分数据进行融合处理后计算压力因子、温度因子、流量因子和组分校正系数，将四个因子加权融合得到综合能量品质指标，并与第一品质阈值和第二品质阈值比较判定品质等级，根据判定结果从额定功率和适用工况互不相同的第一发电机组、第二发电机组和第三发电机组中动态选择适配的机组组合，使发电机组始终工作在最适配的工况区间。

27、3）本发明从在线发电机组群中选定响应速度最快的机组作为主机组，以电网侧参数为基准控制主机组完成同期并网，各从机组以主机组为参考基准进行跟随并网，避免了多机组独立并网对电网的多次冲击。同时通过滑动窗口监测各气源参数变化，当压力变化幅度超过初始值20%或流量变化幅度超过初始值25%时触发自适应调节，品质跨等级变化时按每步增减额定功率2%的速率渐进切换机组，保证总输出功率波动幅度不超过目标总功率±3%。

28、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到，当然，实施本技术的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。