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1、10申请公布号CN102119256A43申请公布日20110706CN102119256ACN102119256A21申请号200980130915122申请日2009081261/188,94320080814US12/433,24020090430USE21B43/0020060171申请人因科基恩有限公司地址美国德克萨斯州阿比林市72发明人山姆理查德汉特布鲁斯史蒂芬珍昂74专利代理机构北京法思腾知识产权代理有限公司11318代理人杨小蓉高宇54发明名称发电57摘要根据本发明的技术方案,通过以下步骤实现发电从产油井的井口收集废气,检测可以判断可用废气的变化的压力变化;以及,相应于可用废气。
2、的变化,调节原动机提供给发电机的扭矩,以改变发电机产生的电量。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2011021086PCT申请的申请数据PCT/US2009/0535672009081287PCT申请的公布数据WO2010/019678EN2010021851INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书14页附图17页CN102119262A1/2页21一种发电方法,其特征在于,所述方法包括从产油井井口收集废气;检测可以判断可用废气的变化的压力变化;以及相应于可用废气的变化,调节原动机对发电机的扭矩,以改变发电机的产电量。2根据权利要求1所述的方法,其。
3、特征在于,所述方法进一步包括在用于向原动机提供气流的储存器中储存废气。3根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法进一步包括校准发电机产生的电与有效输电网的功率之间的AC电压波形特征。4根据权利要求1所述的方法,其特征在于,调节原动机所提供扭矩包括使用调节器调节原动机的气流。5根据权利要求1所述的方法,其特征在于,调节原动机所提供扭矩包括相应于可用废气的增加而增加原动机的气流,以及相应于可用废气的减少而减少原动机的气流。6根据权利要求1所述方法,其特征在于,调节原动机所提供扭矩包括相应于检测压力的增加而增加提供给原动机的调速器的脉冲宽度调制控制信号的占空比。7根据权利要求1所述的方法,其特。
4、征在于,调节原动机所提供扭矩包括相应于检测压力的下降而降低加提供给原动机的调速器的脉冲宽度调制控制信号的占空比。8一种发电控制系统,其特征在于,包括控制电路,所述控制电路用于接收可以判断从井口捕获气体的流速变化的信号,并相应于接收到的信号改变供给原动机的气体的流速。9根据权利要求8所述的发电控制系统,其特征在于,进一步包括用于检测两个AC电压波形之间的相位校正的相位比较器;以及用于相应于检测到的相位校正而调节脉冲宽度调制信号的占空比的脉冲宽度调制信号发生器。10根据权利要求9所述的发电控制系统,其特征在于,进一步包括与所述控制电路、相位比较器、和脉冲宽度调制信号发生器连接的同步逻辑,所述同步逻。
5、辑用于向所述脉冲宽度调制信号发生器提供控制信号,以相应于相位比较器检测到第一AC电压波形的相位相对于第二AC电压波形的相位领先而增加脉冲宽度调制信号的占空比,以及相应于相位比较器检测到第一AC电压波形的相位相对于第二AC电压波形的相位落后而降低脉冲宽度调制信号的占空比。11根据权利要求8所述的发电控制系统,其特征在于,进一步包括与所述控制电路连接、并且用于相应于检测到的AC电压波形特征而产生输出信号的传感电路。12根据权利要求11所述的发电控制系统,其特征在于,所述传感电路用于向所述控制电路提供相角、频率、和电压信息。13根据权利要求8所述的发电控制系统,其特征在于,进一步包括与所述控制电路连。
6、接、并且用于产生可以判断从井口收集的气体的流速变化的信号的传感电路。14根据权利要求13所述的发电控制系统,其特征在于,所述传感电路包括压力传感权利要求书CN102119256ACN102119262A2/2页3器。15一种向有效电网输出功率的方法,其特征在于,所述方法包括从井口收集废气;向与发电机连接的原动机提供气体;使发电机产生的功率与有效电网同步;将发电机与有效电网连接;检测从井口收集的气体的流速变化;以及相应于从井口收集的气体的流速变化而调节提供给原动机的气体的流速。16根据权利要求15所述的方法,其特征在于,控制提供给原动机的气体的流速以接近从井口收集的气体的流速。17一种发电系统,。
7、其特征在于,包括控制模块,所述控制模块与发电机连接,并且用于相应于燃料源的可用原料量的增加而增加产电量,以及相应于燃料源的可用原料量的减少而降低产电量,所述发电机用于输出至少满足本地负载的需求部分的功率,以及当产生的功率的量超出本地负载的需求时向有效电网提供功率。18根据权利要求17所述的发电系统,其特征在于,所述燃料源为油井。19根据权利要求17所述的发电系统,其特征在于,所述燃料源为天然气井。20根据权利要求17所述的发电系统,其特征在于,进一步包括与发电机和所述控制模块连接、并且用于检测故障情况的故障传感电路;以及连接发电机和有效电网的开关装置,所述控制模块用于相应于所述故障传感电路检测。
8、到故障情况而断开所述开关装置。权利要求书CN102119256ACN102119262A1/14页4发电0001与申请相关的交叉引用0002本申请要求2008年8月14日提交的第61/188,943号美国临时申请的申请日的权益。通过引用,第61/188,943号美国申请的内容作为本发明的部分而被整体包含。技术领域0003本发明涉及能量产生和守恒,以及环境质量的改善,具体地,涉及由井口处收集的气体产生电能。背景技术0004最近全球变暖的趋势已将更多的注意集中在温室气体的排放和能量守恒。例如,温室气体包括水蒸气、二氧化碳、臭氧、一氧化二氮、甲烷和含氯氟烃CFC。最近的研究已显示,人类活动所导致的大。
9、气中温室气体浓度的增加极可能导致了大部分自20世纪中期的全球平均温度上升。尽管比较各种气体对气候的影响的准确计量还在争论中,但是联合国政府间气候变化工作小组IPCC推荐的标准为使用二氧化碳作为参照点的全球变暖潜能值GWP。通常,全球变暖潜能值提供了相对于每单位重二氧化碳的气体在一定时期内对全球变暖的影响的指示。例如,在所有时期内碳的GWP都为1,甲烷在100年的期限内的GWP为25。因此,在100年的时期内,估计1公吨的甲烷的影响相当于25公吨的二氧化碳。0005例如,温室气体源包括填埋物、废水处理厂、化工厂、天然气加工厂、天然气井、和油井。例如,碳氢化合物的气体混合物通常指从天然油贮层泵出原。
10、油时释放的废气。这种废气通常在油井处或附近排出或燃烧,导致大气污染而无任何有益利用。0006存在减少或降低温室气体排出、以及消除天然资源浪费的需求。发明内容0007根据本发明的技术方案,通过以下步骤完成发电从产油井的井口收集废气,检测可以判断可用废气的变化的压力变化,相应于可用废气的变化调整原动机提供给发电机的扭矩,以改变发电机产生的电量。0008结合附图和以下说明阐明本发明的多种实施例的细节。由说明和附图以及权利要求,本发明的其它特征、目的和优点是显然的。附图说明0009图1为发电系统的系统框图。0010图2说明了包括调节器的发电系统的实施例。0011图3说明了包括储能罐的发电系统的实施例。。
11、0012图4为发电系统的系统状态框图。0013图5为自由运行模式的系统状态框图。0014图6A为负载连接序列的系统状态框图。说明书CN102119256ACN102119262A2/14页50015图6B为功率负载序列的系统状态框图。0016图7为校正序列的系统状态框图。0017图8为总线连接序列的系统状态框图。0018图9为热电模式的系统状态框图。0019图10A10C说明了PID算法的实例。0020图11为自动发电控制系统的框图。0021图12为具有断熔发电机的自动发电控制系统的框图。0022图13为具有包括交换开关的混合保护装置的自动发电控制系统的框图。0023图14为具有燃气轮机的自动。
12、发电控制系统的框图。0024图15为可移动电厂的框图。具体实施方式0025典型地,收集产油井的废气的可意识到的价值由于有限体积、以有时缺少收集和分配气体的基础结构而极低。在许多情况下,废气收集的经济情况愿意以通过排放或燃烧井口处或附近的气体、而并非通过收集和分配处置来衡量。燃烧会导致不但影响大气而且也引起附近居民的健康保健问题的污染。在一些地区,在单独一年内燃烧的气体量可以提供该区域内的城市、和/或整个区域主要时间内的能量。除了环境影响外,排出或燃烧井口气体导致浪费自然资源。收集井口处的气体、并且利用其发电不仅降低与石油或天然气生产相关的温室气体排放、而且可以通过将其转换为有用物质而防止浪费天。
13、然资源。有时,通过将气体转化为可以在本地区使用、和/或通过现有输电线传输的功率,现场发电可以消除将气体通过管线运送至中心站的需要和成本。这对于由于自然环境约束从而安装气体管线受到成本限制或不可能实现的地区是尤其有利的。0026图1为发电系统100的系统框图。天然气120为发动机140提供燃料,所述发动机140连接有发电机160,当其组装为单一设备180时,通常被称作发动机驱动型发电机机组、或发电机组。尽管该实施例中的原动机天然气供能的内燃机140,但可以使用包括如燃气涡轮、水轮机、蒸汽涡轮和/或柴油机的其它原动机。一般,同步发电机由于其顺利地产生有效和无功能量而较异步发电机优选。目前设计如风涡。
14、轮发电机的较新的异步发电机具有使无功发电成为可能的可选择功率因数设定。有时,原动机的选择可以取决于可用气流的量、以及有效电网控制器所设定的限制。除了成本、功率输出和效率的差异外,不同类型的原动机具有不同优点和缺点。例如,汽轮发电机较少受到简短情况的逆功率流、即当没有充足量的气体维持对发电机的正扭矩时所导致的损害。0027尤其当发电系统100位于如人口密集城市的负载中心附近时,产生有效和无功功率的能力也可以降低运输能量损失。除了降低有效发电厂必须产生的无功功率的量外,分布式发电也减少对新的高功率运输线的需求、并降低与使用该线路相关的损失,因此,降低了有效发电厂和加工制备运输线所需材料的加工厂的碳。
15、痕迹。0028图1所示实例中的发电机组180以自由运行模式运转,从而使燃料120进入发电机组180的流速改变,导致了发电机160的功率输出的相应变化。产生的功率可以用于为本地负载190提供能量,和/或被供给有效电网110。例如,在均分负载模式中,发电机组功率输出与有效电网110同步,并且经共用的电源总线170供给负载。随着负载的需求增说明书CN102119256ACN102119262A3/14页6加,超过发电机160的功率输出,负载190从有效电网110吸取更多功率。同样地,随着负载190的需求降低,少于发电机160的功率输出,产生的剩余功率被储存,和/或供给有效电网110。0029在一些实。
16、施例中,使用包括如调速轮、水电和地热能存储设备的能量储存设备储存剩余功率。其它能量储存设备包括蓄电池组、超导磁能储存等。储存产生的多余功率对于实用功率的需求和相应的实用率低的情况尤为有用。因此,在高需求时期释放功率使有效电网的用户收益,并且由于高峰期实用率可以导致较高的收益率。此外,随着如风力发电机的异步发电机变得更加普及,为了补偿异步发电机所产生的功率的波动,额外的运转备用的需求可能增加。0030典型的发电电机组包括调节发动机的节流阀、以调节流进发动机的燃料的调节器。随流量增加,发动机的速度增加,产生了提供给发电机的扭矩的相应增加。这种扭矩的增加导致了产生的功率的量的增加。通常,产生的功率的。
17、量相应于负载需求的变化而调节。这样的原因之一为避免消耗超过满足本地负载要求所必须的燃料。通过这种控制机制和手动增加节流阀至最大,例如使发电机的输出最大,可以产生多余功率,并供给有效电网。然而,这种实施取决于恒定的燃料流,因此,不能补偿燃料供应的变化。例如,如果可用燃料的量下降,低于保持对最高速度的发电机施加正扭矩所必须的量,则发电机将落入发动机模式,开始消耗有效电网的有效和无功功率。因为这就要求公用事业公司预计无功负载增加、并且实施应付这种增加的对策,如通过在电网上安装静止无功补偿器或其它无功补偿设备,从而不期望这样。此外,不能维持使转子以同步转速转动的足够扭矩可以导致对发电机和/或原动机的相。
18、当损害。0031图2说明了包括调节器211的发电系统200的实施例,其中,增加节流阀,从而相应于可用燃料的增加产生的功率也增加,反之亦然。基于井口295处或来自多个井口的气体的流速判断燃料的可用性。使用包括如压力传感器235或流量传感器的传感电路可以检测流速。例如,通过调节发动机210的节流阀控制发电机组209的燃料流速度接近井口295的最大自然流速。因此,来自井口295的气体的流速增加导致发电机组209产生的功率增加。0032发电机组209产生的功率可以用于满足如用于从产油井中抽油的泵280的本地负载的需求。负载的类型可以取决于在发电场所发生的生产类型。例如,油田生产的本地负载也可以包括循环。
19、泵和盐水灌注泵。与天然气生产相关的本地负载可以包括化学泵和电压缩机。此外,与气厂相关的负载也可以包括冷却装置、压缩机、循环泵、盐水灌注泵和/或冷凝器。例如,通过并联发电系统200和有效电网265,未被本地负载消耗的功率可以储存,和/或供给有效电网265。然而,将发电机215与有效电源总线265连接之前,为了使功率骤增的危险和对发电机215的潜在破坏最小,校正输出电压波形是重要的。例如,可以使用包括电流、电压、功率和/或VAR传感器的传感电路241和261检测AC电压波形特征。在产生的功率与有效电网265的功率的频率、相角、和电压匹配后,发电机电源总线240与有效电源总线260连接,并且将多余功。
20、率供给有效电网265。这样,井口气体就转化为电功率,消除了燃烧的需要、产生温室气体以及浪费自然资源。对于天然气井的情况,将气体转化为电功率、并将其供给电网265避免了铺设管线和/或将气体运输至厂区外的需要。0033图3说明了包括储存罐330的发电系统300。尽管在该实施例中显示了罐,但是,说明书CN102119256ACN102119262A4/14页7如连接井口和原动机的管道的各种类型的容器都可以使用。在操作中,在井口395处收集废气,将其储存在储存罐330中。通过确保天然气的体积是可用的,储存罐330用于防止在如天然气供力的内燃机310的原动机的启动过程中供应管线331的瞬间清空或排出。压。
21、力传感器335监测储存罐330内的气体压力,并且提供井口395处的流速变化的指示。例如,压力增加显示流入储存罐330的流速大于流出储存罐的流速。同样地,压力的降低说明流入储存罐330的流速低于流出储存罐的流速。优选地,使储存罐330内的气体压力达到允许从井口395处流出最大量气体的压力。控制储存罐330的气流以随井口395的气流改变,从而来自储存罐的气流接近井口的最大天然气流。0034例如,可以通过流速或压力传感器测量气流。将压力测量值转换为尽管不经常但也是典型的模拟的信号,该信号随压力改变。典型的压力传感器提供420MA和/或010V的输出。然而,相应于特定系统界面的需要,可以使用其它的输出。
22、值范围或单位。可以将该信号提供给发电机315的功率输出调节器,以基于被检测的气流的变化调节功率输出。例如,可以放大信号,并提供给内燃机310的调节器311,以增加或减少节流阀、继而施与发电机315的扭矩。在一些实施例中,将信号供给多功能控制模块MCM305的输入端,所述多功能控制模块监测气流、并产生控制信号,从而相应于气流的增加或降低而产生包括如增加或减少发电机的功率输出的期望应答。0035可以利用模拟电路和/或逻辑电路实施多功能模块MCM。优选地,利用如可编程逻辑控制器、BASICSTAMP、外部接口控制器的微控制器、或包括如微处理器、FPGA、ASIC等的其它类型的逻辑处理器实施MCM。此。
23、外,优选地,MCM包括通信端口、和/或调制解调器,以监测、调节和控制对通讯网络的发电系统。此外,在一些实施例中,MCM可以由远程场所重新编程。在此情况下,优选地,MCM提供安全保护模式,其中系统管理员可以从远程输入密码以开始上传控制软件,并且闪现控制器。0036在描述的实施例中,基于采自发电机电源总线340的测量值计算功率输出值。例如,利用包括如相应于测量电流输出420MADC信号的电流传感器的传感电路341和361检测电流。例如,通过利用降压变压器降频转换电压信号而利用传感电路341和361测量电压。DC电流和电压信号被供给计算产生的功率的MCM305的输入端。可以以其它方式测量功率输出。优。
24、选地,使用WATTVAR传感器测量功率输出。MCM305利用这些信号监测包括如相角、相位旋转和/或频率的其它输出特征。这些测量值也可以被用于检测包括如过电压、欠电压、过电流、欠电流、相平衡、电压平衡、逆功率通量和/或不可接受的无功电流的故障情况。同样的技术可以用于监测有效电源总线360的功率特征,以及监测有效电网365上发生的故障情况。0037如来自产油井或天然气井的井口气体被用于为驱动发电机315的原动机供能。然而,如上所述,发电机315的输出不是由负载380的需求决定。相反地,当以热电联产模式运行时,功率输出由来自井口395的气体的流速决定。优选地,驱动如天然气供能的内燃机310的原动机以。
25、利用最大量的可用气流,消除排出或燃烧气体的需要。0038产生的电能可以直接被用于驱动泵380或其它设备、储存和/或供给有效电网365。产生的功率输出也可以被用于补充有效提供的功率,从而如果产生的电功率不足以满足泵送需要,则从有效电网365处获得必要的额外功率。如果产生的功率超过本地需要时,多余功率被供给有效电网365和/或储存。说明书CN102119256ACN102119262A5/14页80039图4为描述发电机系统的示例操作的系统状态框图400。顺序的数字描述了与发电系统200相关的操作细节,然而,可以相应于靶发电系统的组成、特征和性能可以改变项目和项目的顺序。0040如图4所示,如处理。
26、步骤410所示,在接合发电机之前,首先启动如天然气供能的内燃机210的原动机,并且设置空转。发动机210的启动燃料可以由辅助罐、井口气体或储存器中的蓄气池提供。在一些实施例中,在转变到本地发电之前,可以将有效电网功率供给泵280。在接合发电机215之前,MCM205监测发动机210,并且调节燃料流量至所需的设定点。如处理步骤415所示,达到设定点之后,接合发电机215,并且如处理步骤420所示,使发电机215加热由MCM205所决定的时间。优选地,为了确定系统200如预期运转,MCM205逐渐升高发电机215的转速,使MCM205监测频率对速度改变的应答。加热时间过去后,发电系统200进入自由。
27、运转状态425。0041图5为描述如发电系统200的发电系统实施例的自由运行状态425的系统状态框图500。如图所示,MCM205证实没有负载与发电机电源总线240连接,并且如处理步骤505所示,处理为监控发电机215产生的功率的频率。如处理步骤510所示,使MCM205实施例如图10A所示的PID控制算法的控制环反馈机制,以减少测量频率和通过计算的所需设定点之间的误差,然后输出控制信号213未显示,以调节发电机215的速度。例如,MCM205产生具有可变占空比的脉冲宽度调制信号。放大信号213,并且将其传送给发动机210的调节器211,以增加或减少节流阀。占空比的增加或减少导致速度的相应增加。
28、或降低。0042在图4的处理步骤430的实施例中,在达到所需频率并且维持稳定后,MCM205如通过闭合连接如负载280的负载和发电机电源总线240的辅助电闸而接合本地负载。图6A为连接负载的示例系统状态框图600A。在一些实施例中,可能首先必须从有效电源总线260断开负载,或者如下所述校正产生的功率和有效功率。图6B为给负载供能的示例系统状态框图600B。如处理步骤625所示,连接负载后,MCM205继续监测并调节功率频率,以补偿任何偏差。0043负载需求的骤增或骤减增加/降低施于发电机的定子绕组的实际电流量。磁通量的相应变化使转子轴因扭矩改变而加速或减速。现有系统在尝试改变调节器设定之前检测。
29、频率尖峰和/或速度变化,因此导致较长拖延、大的频率尖峰和对发电机和/或原动机的相关磨损。典型的发电系统检测速度和/或频率的下降,并尝试补偿。然而,事件检测和事件发展之间的耽搁会导致如频率尖峰的明显波动。为了使这种效果最小,在一些实施方式中,MCM205包括负载变化预测和补充系统LCACS206,所述补充系统用于监测由于任何骤增或骤减而从发电机215吸取的电流,并且以如检测到干扰幅度和持续时间所预测对抗转子的增速或减速的方式改变控制信号213的特征如LCACS206根据干扰的幅度和持续时间所计算。例如,当控制信号213为具有可变占空比的脉冲宽度调制信号时,如维持恒定频率所计算的控制脉冲的占空比与。
30、干扰的特征成比例地扩大增加或降低。在一个实施例中,LCACS206包括检测干扰的置于传感电路241的电流传感器的第二线圈上的线绕电阻器。流过电阻器的电流提供了跨过电阻的电压下降,可以测量所述电压下降、并提供给MCM205,或者基于已知的电阻值由所述电压下降就可以计算电流。优选地,使用低电阻、高精确性的电阻器。在一些实施方式中,传感电阻器上产生的所得电压通过模拟信号处理子系统发送,所述模拟信号处理子系统将信号规定为定子电流幅度差异的DC表征。条件信号发给说明书CN102119256ACN102119262A6/14页9MCM205,在MCM205处条件信号解析为脉冲宽度调制占空比计算。尽管,在该。
31、实施例中,在MCM205内执行LCACS206,但是也可以使用MCM205外部的逻辑电路执行LCACS206。0044测量和/或计算与检测转子或发动机速度向对比的电压和/或电流降低了MCM205对负载波动的应答时间。在一些情况下,该应答时间由32MSEC减少到4MSEC。在此情况下,例如,发电系统200能够在相对于60HZ系统的两个周期的四分之一周期内补偿波动。在50HZ系统中,应答时间由40MSEC减少至5MSEC。0045在一些图3中的程序处理435的实施例中,在MCM205判断功率输出稳定后,监测有效功率260一段时间可以为预定的、计算的或随机的,以确保总线是充电且稳定的。在一些图4的处。
32、理步骤440的实施例中,在MCM205判断总线240和260是稳定的之后,发电系统200进入如图6B中程序处理630所述的同步序列。图7为校正发电机215产生的功率和有效电源总线260的示例性系统状态框图700。该校正过程使发电机215的输出电压波形与有效电网265的电压波形匹配。自动同步逻辑调节发电机215产生的功率的频率,以与有效电源总线720的相角匹配。图10说明了自动同步逻辑执行PID算法的实施例。例如,可以通过基于用于检测相校正的相锁环电路的反馈执行PID控制算法在MCM205内实施自动同步逻辑。例如,当进入同步序列时,MCM205实行图10B所示的PID算法。0046如图10B所示。
33、,传感电路241和261包括接收来自发电机电源总线240和有效电源总线260的电压波形的相检测器。将相检测器的输出供给校正算法,校正算法输出在如初始频率设定点的/1的可接受频率范围内的频率校正值。这样,为了影响相校正的偏移,以较小增量调整频率设定点,直至取得所需的相校正。0047开关装置221与发电机电源总线240和有效电源总线260连接。一些实施方式可以包括用于增加保护的多个开关装置221、断路器、和/或保险丝。连接开关装置控制继电器229,以接合或断开所述开关装置221,从而连接或断开电源总线240和260。例如,MCM205可以通过给继而接合开关装置221的开关装置控制继电器229通电而。
34、发出闭合指令,从而连接两条总线。从MCM205至开关装置控制继电器229的控制信号227的任何中断都将使继电器229断电、并使开关装置221断电,从而使发电机电源总线240与有效电源总线260断开。0048图8说明了如可以在图4中的处理步骤445的一些实例中使用的示例性总线连接序列800。如图所示,在发电机电源总线240上检测到的频率和相角与有效电源总线260的频率和相角匹配后,发电系统200进行至图8所示的总线连接序列。在启动对开关装置221的闭合指令之前,如处理步骤810所示,MCM205推进调节器211以增加速度稍高于有效电源总线260的频率。这样做降低了转子速度降低至匹配有效电网频率所。
35、必须的速度以下、因而从电网265吸取有效和无功功率的风险。在启动闭合指令时,MCM205将控制信号227传送给开关装置控制继电器229。如处理步骤815所述,在接合开关装置221后,发电机转子的速度因其被锁定为同步转速而变慢,并且由将维持调节器处于提前位置所产生的额外扭矩将由发电机215转化为电流。MCM205接着监测一段时间的可以为预定的、计算的或随机的功率输出,同时维持对发电机215的正扭矩。0049在一些实施例中,保护继电器系统220监测发电机电源总线240和有效电源总线260上的功率的电压、电流、频率和相角。保护继电器系统220包括在开关控制继电器229和MCM205之间串联连接的开关。
36、228。如果保护继电器系统220和MCM205都认同被监测说明书CN102119256ACN102119262A7/14页10的AC电压波形特征之间存在匹配,则开关228闭合,完成电路,并且来自MCM205的控制信号227允许为开关装置控制继电器229通电。在一些实施方式中,设定对比波形特征的容许极限。在以上和以下描述的各个实施例中,波形特征之间的完全匹配不是必须的。如上所述,当将发电机和有效电网连接、以确保在发电机215上维持正扭矩时,可以需要频率的稍微增加,以建立所需正滑动。0050保护继电器系统220也可以监测各种其它参数,如包括线路故障、过电压情况、欠电压情况、过频率、欠频率、多相系统。
37、的相平衡、逆功率流、和/或无功电流。相应于这些测量值,MCM和/或保护继电器系统220可以通过终止提供给开关装通过置控制继电器229的控制信号227,例如通过打开开关228,使开关装置221断电。0051再参考图4,一旦成功完成总线连接序列445,发电系统200进入热电联产模式450,即图9中更加详细描述的例子。如图9所示,如处理步骤910所示,在热电联产模式中,MCM205通过控制对发动机210的调节器211维持电路231或任选的储存器330内的所需气体压力。例如,通过计算、然后输出调节发电机210的节流阀的控制信号,使MCM205执行控制环反馈算法,以减少测量压力和所需设定点之间的误差。0。
38、052图10C中说明了示例性控制环反馈算法。如图所示,使用包括如功率传感器的传感电路241测量由发电机215所产生的功率。然后,从功率传感器采集的功率测量值的输出被用于计算增加或降低所产生功率的校正值,以匹配发电设定值。在该实施例中,优选发电设定值设定为燃料消耗匹配如气体压力传感器所测的井口处可用气体的流速的值。0053如上所述,节流阀的增加导致管道的燃料流的增加,反之亦然。在图2所述实施例中,MCM205产生具有可变占空比的脉冲宽度调制信号。该信号被扩大,并传送给调节器,以增加或减少节流阀。因为转子的速度维持稳定,额外的节流阀产生导致发电机215所产生的功率增加的扭矩增加。因此,脉冲宽度调制。
39、信号的占空比的增加或降低分别导致了所产生功率的相应增加或降低。尽管,以上和以下所描述的实施例包括具有可变占空比的脉冲宽度调制控制信号,但是相应于速度控制电路界面要求可以使用其它类型的控制信号。0054在一些实施方式中,MCM205将燃料压力与上限和下限对比。例如,可以相应于原动机可接受的最大流速设定上限。优选地,选择原动机,以能以气体源处所预计的最大流速消耗燃料。如果压力超过上限一段时间可以为预定的、计算的或随机的,例如MCM通过启动额外的发电机而开始补偿的适当程序。可以相应于提供产生足够满足本地负载所需的最小流所估计的水平设定下限。在一些实施例中,可以相应于提供产生足够对发电机的正扭矩所需的。
40、最小流所估计的水平设定下限。一旦检测到压力已经下降低于下限一段时间可以为预定的、计算的或随机的,MCM205将终止对开关装置控制继电器229的控制信号227,从而使开关装置221断电,并且使发电机215从有效电源总线260分离。在一些实施例中例如一些以下所讨论的优选实施方式,当燃料压力降至低于下限时,本地负载如泵280从有效电源总线例如260吸取功率。0055图11为自动发电控制系统1100的实施例。该系统包括具有优选的自动同步逻辑的MCM1105、与发电机1115连接的发动机1110、监视继电器1120A和1120B、开关装置1121A和1121B以及通信系统1125。储存器1130与如向M。
41、CM1105输出DC信号的压力传感器的压力检测器1135连接。压力传感器1135的输出值典型地为具有优选的420MA范围的可变DC电流,也可以以其它范围和/或单位表示。压力信号提供了流入和流出储存说明书CN102119256ACN102119262A8/14页11罐1130、因而为燃料可用性的指示。储存罐1130为任选的,并且不为示例系统的必须部分。例如,可以将压力检测器1135直接连接到提供燃料的管道。燃料被提供给与发动机1115连接的如天然气供能的内燃机的发动机1110。发动机1110包括调节器1111,调节器1111接收来自MCM1105的信号1113,以推动或抑制发动机1110的速度。。
42、如前所述,信号1113优选为脉冲宽度调制信号。MCM1105经发动机状态总线1112监测发动机性能。优选地,监测包括如温度、速度和/或油压的多个发动机参数。发电机1115与发电机电源总线1140连接。通过包括能检测发电机1115所产生的功率的如电压、电流、频率和/或相的传感器电路1141的监视继电器1120A监测发电机电源总线1140。监视继电器1120A也与传感电路1151连接,以监测与开关装置和本地负载连接的共用总线1150。在该实施例中,在发电机1115连接入线路之前,共用总线1150最初由原动机未标示供能。共用总线1150也由MCM1105利用传感电路1151监测。MCM1105将推动。
43、或抑制发电机1115,校正总线1140和1150之间的输出电压波形。在MCM1105确定发电机1115的功率输出与共用总线1150同步后,MCM1105经发出闭合指令。如果监视继电器1120A也检测到总线1140和1150为同步的,则监视继电器1120A将闭合,使闭合指令传送给开关装置1121A。0056在图11中也显示了第二开关装置1121B和监视继电器1120B。开关装置1121B与有效电源总线1160和共用总线1150连接。监视继电器1120B监测共用总线1150和有效电源总线1160,并且当检测到同步时就闭合。传感电路1161和1151为监视继电器1120B和MCM1105提供波形特征。
44、信息。MCM1105监测总线1160和1150,总线1160和1150推动或抑制发动机1110的调节器1111,以使发电机1115的功率输出与有效电源总线1160的功率输出同步。优选地,单MCM1105为各个发动机1110提供调节器控制信号1113,从而共用总线1150提供功率,以维持各个发电机1115的同步输出。在一些实施例中,例如在其中大距离间隔与共用总线1150连接的发电机1115的实施例中,对于各个发电机1115可以优选具有单独的MCM1105。在此情况下,优选地,尤其当尝试使共用总线1150的功率与有效电源总线1160的功率同步时,提供连接MCM1105的通信网络1125,以改进应答。
45、时间和对共用总线1150的功率的控制。0057在共用总线1150上功率被校正后,监视继电器1120B将闭合,并且一个或多个MCM将对相应的开关装置1121B发出闭合指令。如上所述,相应于燃料的可用性调节发电机功率输出。在该实施例中,可以连接储存罐1130,以为一个或多个发动1110机提供燃料,从而增加可以消耗的燃料的量,以匹配来自如天然气或产油井的可用燃料的量。0058图12为具有装有保险丝的发电机的自动发电控制系统1200的实施例。系统1200包括具有优选的自动同步逻辑的MCM1205、与发电机1215连接的发动机1210、辅助开关1223、监视继电器1220、开关设备1221以及通信系统1。
46、225。储存器1230与向MCM1205输出如DC信号的如压力传感器的压力检测器1235连接。压力检测器1235的输出信号描述为420MA,但是可以以不同的范围表示或以不同单位计数。压力信号提供了流入及流出任选的、但优选存储罐的气体、进而为燃料可用性的指示。将燃料提供给如天然气供能的内燃机的发电机1210,其与发电机1215连接。发电机1210包括调节器1211,所述调节器1211接收来自MCM1205的控制信号1213,以推动或抑制发动机1210的速度即处于同步模式或扭矩即处于热电联产模式。优选地,控制信号1213为具有可变占空比的脉冲宽度调制信号。MCM经发动机状态总线1212监测包括如温。
47、度、速度和/或油压的发动机性说明书CN102119256ACN102119262A9/14页12能。0059在图12中,发电机1215经辅助开关1223和内嵌保险丝1222与发电机电源总线1240连接。MCM1205经优选包括功率传感器的传感电路1241监测发电机电源总线1240,以测量发电机电源总线1240的功率。发电机电源总线1240与本地负载1280、和与有效电源总线1260连接的开关设备1221连接。在该实施例中,MCM1205和监视继电器1220监测发电机总线1240的故障和与有效电源总线1260的同步。MCM1205在可接受的频率极限范围内推动或抑制发电机1215,以校正总线124。
48、0和1260之间的输出电压波形。一旦确定发电机1215的功率输出与有效电源总线1260同步,MCM1205就会发出闭合指令。如果监视继电器1220也检测到总线1240和1260是同步的,则监视继电器1220将闭合,使闭合指令传送给开关装置1221。0060MCM1205和监视继电器1220将继续监测频率、相校正和各种其它参数,并且一旦检测到故障情况,就断开开关装置1221。如上所述,相应于燃料的可用性,调整发电机功率输出。如果MCM1205检测到没有足够的可用燃料的量维持对发电机1215的正扭矩,则MCM1205将打开辅助开关1223,从而使发电机1215与发电机电源总线1240和负载1280。
49、断开。在标准状态下,负载1280将继续由有效电源总线1260供能,直至足够的燃料可用于通过断开开关设备1221、及闭合辅助开关1223重新接合发电机1215、并重新初始化系统1200,以重建电源总线1240和1260之间的同步。0061图13为具有包括交换开关1324的混合保护装置的自动发电机控制系统1300的实施例。该系统包括具有优选的自动同步逻辑的MCM1305、与发电机1315连接的发动机1310、监视继电器1320、开关装置1321、交换开关1324和通信系统1325。任选的储存器1330与向MCM1305输出DC信号的如压力传感器的压力检测器1335连接。压力检测器1335的输出信号再次描述为420MA,但是其可以表示为不同范围或以不同单位计数。所述压力信号提供了流入和流出储存罐1330的气体、继而为燃料可用性的指示。将燃料提供给与发电机1315连接的如天然气动力的内燃机发动机1310。发动机1310包括调节器1311,该调节器1311接收MCM1305的控制信号1313,以推动或抑制发动机1310的速度。优选地,控制信号1313为具有可变占空比的脉冲宽度调制信号。MCM经发动机状态总线1312监测包括如温度、速度和/或油压的发动机性能。0062图13中的发电机1315经辅助开关1323和内嵌保险丝1322与发电机电源总线1340连接。发电机电源总线1。