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第 48 卷第 4 期 煤 炭 学 报 Vol. 48 No. 4
2023 年 4 月 JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY Apr. 2023
废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网关键
技术及瓶颈问题
1, 2 1, 2 1 1, 2 1, 2 3 4 5
王 浩 ，李 斌 ，王雨婷 ，李绍令 ，张国澎 ，杨大山 ，白利军 ，王 聪
(1. 河南理工大学 电气工程与自动化学院, 河南 焦作 454003；2. 河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室, 河南 焦作 454003；3. 煤炭科学技术
研究院有限公司, 北京 100013；4. 山西蓝焰煤层气集团有限责任公司, 山西 晋城 048204；5. 中国矿业大学 (北京) 机电与信息工程学院, 北京
100083)
摘 要：从废弃矿井残留能源与空间资源协同利用出发，在废弃矿井绿色低碳多能互补体系框架下，
统筹考虑废弃矿井采空区煤层气开采活动用电需求与采煤沉陷区可再生能源发电潜力，以及低浓
度瓦斯发电和储能作为补充，提出探索构建集成风-光-气-储的废弃矿井残余煤层气开采多能互补
直流微电网系统。相较于普通直流微电网，低系统惯量、弱电网连接、分布式发电随机波动和周
期变工况负荷大扰动等多重不利因素叠加使得废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网系统
稳定运行面临更加严峻的挑战。为此，有必要围绕废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网
系统这一废弃矿井残留能源与空间资源协同利用潜在场景涉及的关键技术及背后的瓶颈问题展开
系统梳理与探讨。首先，阐述了废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网系统的拓扑结构与
组成单元，并从能量流动模型出发探讨了在寻求系统容量优化配置过程中需要考虑的约束条件。
接着，提炼出煤层气抽采机电动机周期变工况负荷分析、低浓度瓦斯发电机气-电转换环节耦合、
电压稳定控制及协调运行等破解废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网系统可靠稳定及协
调运行难题涉及的关键技术，总结和回顾了已有研究进展，分析了目前工作存在的难点和问题，
同时探讨了可能的解决方法及后续工作建议。进一步指出亟待攻克低浓度瓦斯发电机气-电耦合长
时间尺度与风光储短时间尺度联合建模，以及低惯量、弱连接、大扰动等多重不利因素作用导致
的电压振荡机理等关键技术背后的核心瓶颈问题。最后，从已有工作基础、研究进展及经济效益
评估等方面展望了构建废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网系统的可行性及应用前景。
关键词：废弃矿井；煤层气；多能互补；直流微电网；关键技术；瓶颈问题；可行性
中图分类号：TD612 文献标志码：A 文章编号：0253-9993(2023)04-1798-16
Key technologies and bottlenecks of multi-energy complementary DC microgrid
for residual coalbed methane drainage in abandoned mine
1, 2 1, 2 1 1, 2 1, 2 3
WANG Hao , LI Bin , WANG Yuting , LI Shaoling , ZHANG Guopeng , YANG Dashan ,
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