燃氣機組儲能混合動力電站功率管理系統

一、   項目概述

該系統為大功率電壓裂用燃氣機組和儲能混合動力系統，在位于松遼盆地北部杜爾伯特蒙古族自治縣境內的渤海鉆探井下YS64100鉆井隊作業現場，正式通過用戶方驗收，為石油鉆探行業綠色轉型提供了有利的裝備支撐。

該系統主要由48臺額定功率300KW的燃氣發電機組，與6套5MWH磷酸鐵鋰儲能系統組成。壓裂作業過程中，燃氣機組和儲能系統共同為電驅動壓裂泵提供動力，總功率可達24MW。

燃氣機組儲能混合動力電站，增加部分儲能代替部分燃氣機組，主要是為了解決燃氣機組電站初始投入高、運維成本高、發電效率低等主要問題。該系統主要是進行混合動力電站中燃氣機組和儲能系統的數據采集、集中監控以及協調調度、功率管理等功能，通過對燃氣機組、儲能系統、中控系統等運行協調控制，可以提升多機組電站運行的整體效率和性能，提高單臺機組運行功率，通過統一的能源管理系統進行綜合協調控制，保證電站整體運行的穩定可靠性。

二、   系統功能介紹

1.    系統功能結構

燃氣機組儲能混合動力電站功率管理系統 HPMS（以下簡稱 HPMS 功率管理系統），可以在電站運行現場實時進行機組運行現場的監控和參數保存，主要包括電站運行單線圖、實時數據/歷史數據、實時曲線 /歷史曲線以及報警保護等監控保護功能，也可以通過 4G/5G 網絡把運行參數上傳動中國石油云平臺上，通過 PC 電腦瀏覽器或手機 APP 進行參數查看和監控。

圖 1  系統功能

2.    系統主界面

主界面中通過一次圖顯示電站運行機組和儲能的并網運行狀態：主母線不帶電狀態是橙色，帶電時是綠色；主開關分閘狀態時顯示橙色，合閘狀態時顯示綠色。機組不運行時，線路顯示是橙色，帶電狀態時是綠色；儲能不運行時，線路顯示是橙色，放電狀態時功率顯示正值、顏色為綠色（如圖2），充電狀態時功率顯示負值、顏色為藍色（如圖 3）。

圖 2  中控主界面（儲能放電狀態）

圖 3  中控主界面（儲能充電狀態）

3.    機組參數

機組運行的儀表監控、功率比值、故障報警、發電機 PQ 圖等詳細信息。

圖 4  機組參數

同樣，在允許組控狀態下，如圖 5  單臺機組控制，通過點擊起動/停機、合閘/分閘等控制本臺機組的起動/停機、合閘/分閘。

圖 5 單臺機組控制

4.    儲能參數

【儲能參數】監控畫面， 查看儲能運行的儀表監控、功率比值、故障報警等詳細信息。

圖 6  儲能參數

圖 7  儲能控制方式切換

圖 8  儲能控制參數設置

圖 9  儲能 PCS 啟停控制

三、儲能監控

儲能系統的本地監控系統主要以 1 套逆變升壓一體撬（含 PCS）、2 套儲能電池艙（含 BMS）為主組成，主要負責本單元的 PCS 、BMS 等集中監控。

1.    儲能主界面

機組數據：包括在線臺數、實時有功、無實時無功、帶載率（在線的全部機組有功功率值/在線的全部機組額定功率值）。

PCS 與 BMS 數據：包括兩臺PCS 和 BMS 的運行狀態、電池箱總電壓和總電流、電池箱單體的最高溫度、低溫度、最高單體電壓、低單體電壓、電池箱累計充放電量以及有功和無功期望值，還顯示了兩臺 ESS  實時功率值、SOC值、SOH 值。

圖 10  儲能主界面

2.    儲能參數

該界面顯示兩臺 PCS 和 BMS 各項運行數據，相對主界面顯示，增加了一些儀表顯示和報警故障顯示。

圖 11  儲能參數

3.    控制邏輯參數設置

儲能充電和放電限值：充電功率和放電功率最大限制都為 2000KW，即儲能充電和放電的最大功率都不會超過 2000KW。

圖 12  參數設置

圖 13  遠程監控云平臺

遠程監控手機APP 所示，可以直接查看全站機組發動機熱工參數、發電機、儲能等電氣參數等運行參數。

圖14  遠程監控手機 APP

四、項目意義

該項目由武漢舜通與濟柴動力聯合研發，作為依托“氣體發電+儲能調節”替代柴油動力的大功率鉆探解決方案，該系統低碳環保、智能高效，與傳統鉆采裝備相比，占地面積更小、能源消耗更少，節能減排、降本增效優勢明顯。

按照相同工況測算，這套“混動”方案相比傳統柴驅動力方案，綜合效益提升了16%。同時，這套系統的運行方式對發電機組更友好，設備利用效率更高。

應用這套系統，在壓裂作業間歇期，可利用燃氣發電機組為儲能系統充電，這樣既減少了機組啟停次數，降低燃氣損耗，又確保了機組一直在高效區運行，有效提高了燃氣發電效率。

按照濟柴動力的市場規劃，將以這次突破為基點，全力推動燃氣機組和儲能混合動力系統在大慶古龍陸相頁巖油示范區的應用，以更加廣泛的市場實踐，為傳統能源開發“插上綠色翅膀”，實現低碳轉型發展。