燃气机组储能混合动力电站功率管理系统

一、   项目概述

该系统为大功率电压裂用燃气机组和储能混合动力系统，在位于松辽盆地北部杜尔伯特蒙古族自治县境内的渤海钻探井下YS64100钻井队作业现场，正式通过用户方验收，为石油钻探行业绿色转型提供了有利的装备支撑。

该系统主要由48台额定功率300KW的燃气发电机组，与6套5MWH磷酸铁锂储能系统组成。压裂作业过程中，燃气机组和储能系统共同为电驱动压裂泵提供动力，总功率可达24MW。

燃气机组储能混合动力电站，增加部分储能代替部分燃气机组，主要是为了解决燃气机组电站初始投入高、运维成本高、发电效率低等主要问题。该系统主要是进行混合动力电站中燃气机组和储能系统的数据采集、集中监控以及协调调度、功率管理等功能，通过对燃气机组、储能系统、中控系统等运行协调控制，可以提升多机组电站运行的整体效率和性能，提高单台机组运行功率，通过统一的能源管理系统进行综合协调控制，保证电站整体运行的稳定可靠性。

二、   系统功能介绍

1.    系统功能结构

燃气机组储能混合动力电站功率管理系统 HPMS（以下简称 HPMS 功率管理系统），可以在电站运行现场实时进行机组运行现场的监控和参数保存，主要包括电站运行单线图、实时数据/历史数据、实时曲线 /历史曲线以及报警保护等监控保护功能，也可以通过 4G/5G 网络把运行参数上传动中国石油云平台上，通过 PC 电脑浏览器或手机 APP 进行参数查看和监控。

图 1  系统功能

2.    系统主界面

主界面中通过一次图显示电站运行机组和储能的并网运行状态：主母线不带电状态是橙色，带电时是绿色；主开关分闸状态时显示橙色，合闸状态时显示绿色。机组不运行时，线路显示是橙色，带电状态时是绿色；储能不运行时，线路显示是橙色，放电状态时功率显示正值、颜色为绿色（如图2），充电状态时功率显示负值、颜色为蓝色（如图 3）。

图 2  中控主界面（储能放电状态）

图 3  中控主界面（储能充电状态）

3.    机组参数

机组运行的仪表监控、功率比值、故障报警、发电机 PQ 图等详细信息。

图 4  机组参数

同样，在允许组控状态下，如图 5  单台机组控制，通过点击起动/停机、合闸/分闸等控制本台机组的起动/停机、合闸/分闸。

图 5 单台机组控制

4.    储能参数

【储能参数】监控画面， 查看储能运行的仪表监控、功率比值、故障报警等详细信息。

图 6  储能参数

图 7  储能控制方式切换

图 8  储能控制参数设置

图 9  储能 PCS 启停控制

三、储能监控

储能系统的本地监控系统主要以 1 套逆变升压一体撬（含 PCS）、2 套储能电池舱（含 BMS）为主组成，主要负责本单元的 PCS 、BMS 等集中监控。

1.    储能主界面

机组数据：包括在线台数、实时有功、无实时无功、带载率（在线的全部机组有功功率值/在线的全部机组额定功率值）。

PCS 与 BMS 数据：包括两台PCS 和 BMS 的运行状态、电池箱总电压和总电流、电池箱单体的最高温度、低温度、最高单体电压、低单体电压、电池箱累计充放电量以及有功和无功期望值，还显示了两台 ESS  实时功率值、SOC值、SOH 值。

图 10  储能主界面

2.    储能参数

该界面显示两台 PCS 和 BMS 各项运行数据，相对主界面显示，增加了一些仪表显示和报警故障显示。

图 11  储能参数

3.    控制逻辑参数设置

储能充电和放电限值：充电功率和放电功率最大限制都为 2000KW，即储能充电和放电的最大功率都不会超过 2000KW。

图 12  参数设置

图 13  远程监控云平台

远程监控手机APP 所示，可以直接查看全站机组发动机热工参数、发电机、储能等电气参数等运行参数。

图14  远程监控手机 APP

四、项目意义

该项目由武汉舜通与济柴动力联合研发，作为依托“气体发电+储能调节"替代柴油动力的大功率钻探解决方案，该系统低碳环保、智能高效，与传统钻采装备相比，占地面积更小、能源消耗更少，节能减排、降本增效优势明显。

按照相同工况测算，这套“混动"方案相比传统柴驱动力方案，综合效益提升了16%。同时，这套系统的运行方式对发电机组更友好，设备利用效率更高。

应用这套系统，在压裂作业间歇期，可利用燃气发电机组为储能系统充电，这样既减少了机组启停次数，降低燃气损耗，又确保了机组一直在高效区运行，有效提高了燃气发电效率。

按照济柴动力的市场规划，将以这次突破为基点，全力推动燃气机组和储能混合动力系统在大庆古龙陆相页岩油示范区的应用，以更加广泛的市场实践，为传统能源开发“插上绿色翅膀"，实现低碳转型发展。