一、并聯(lián)供電負(fù)載均衡分配的條件

 

1、并車原理

      發(fā)電機并聯(lián)供電的原理電路如圖1所示，由圖1可得如下兩個方程式：

U=U₁-I₁R₁=U₂-I₂R₂.....................（公式1）

I=I₁+I₂.....................（公式2）

式中，U₁，U₂——是發(fā)電機G₁，G₂的電壓；

U——表示匯流條的電壓，R為負(fù)載電阻；

R₊₁，R₊₂——發(fā)電機G₁，G₂的正線電阻；

I₁，I₂——是發(fā)電機G₁，G₂的輸出電流；

I——是負(fù)載總電流。

      由此可得I1和I2的表達(dá)式：

 

.....................（公式3）

 

.....................（公式4）

 

 

      兩臺發(fā)電機負(fù)載分配的均衡程度，可用兩臺發(fā)電機的電流差表示：

 

.....................（公式5)

 

 

      （公式3），（公式4），（公式5）三式是發(fā)電機負(fù)載分配的基本表達(dá)式，從這三個公式可以看出，只有在U₁=U₂和R₁=R₂的條件下，兩臺發(fā)電機的負(fù)載分配才是均衡的，無論負(fù)載電流I怎樣變化，兩臺發(fā)電機輸出的電流I₁和I₂始終相等，各為總負(fù)載電流的一半，即：

 

.....................（公式6)

 

 

       或者說兩臺發(fā)電機的電流差DI總等于0。

      如果把調(diào)壓器對負(fù)載分配的影響考慮進(jìn)去，那么發(fā)電機電壓隨負(fù)載變化的情形，將由調(diào)壓器調(diào)節(jié)下的發(fā)電機外特性決定。由于調(diào)壓器的坡率性不可能完全相同，所以在調(diào)壓器調(diào)節(jié)下，兩臺發(fā)電機的外特性也不相同。

2、并車條件

     并聯(lián)系統(tǒng)組成如圖2所示，要使兩臺發(fā)電機負(fù)載分配均衡，必須同時備下面三個條件才能實現(xiàn)：

（1）兩臺發(fā)電機的空載電壓相等，即U₁₀=U₂₀;

（2）兩臺調(diào)壓器的坡率系數(shù)相等，即K₁=K₂;

（3）兩臺發(fā)電機的正線電阻相等，即R₊₁=R₊₂=R₊。

圖1  發(fā)電機并聯(lián)供電的原理圖

圖2  同步發(fā)電機自動并列系統(tǒng)框圖

 

二、提高負(fù)載分配均衡性的措施

 

      并聯(lián)供電系統(tǒng)即便是在空載電壓，坡率系數(shù)和正線電阻的差值不是太大的情況下工作，電流差也是很大的，遠(yuǎn)不能滿足負(fù)載分配均衡的要求。為了提高負(fù)載分配的均衡性，而在調(diào)壓器中增設(shè)均衡元件。由于調(diào)壓器型式不同，采用的均衡元件也各異。

1、炭片調(diào)壓器采用均衡線圈提高負(fù)載分配的均衡性

      帶炭片調(diào)壓器的并聯(lián)供電系統(tǒng)，通過調(diào)壓器鐵芯上的均衡線圈Weq與接在發(fā)電機負(fù)極電路中的負(fù)極電阻構(gòu)成R_-均衡電路。

      負(fù)極電阻是由電阻溫度系數(shù)很小的鎳鉻合金制成，阻值很小，通常兩個負(fù)極電阻的阻值相等R_-1=R_-2，兩個均衡線圈的匝數(shù)相等Weq1=Weq2，阻值也相等。

      如果負(fù)載分配不均衡，設(shè)I₁>I₂，則A，B兩點電位不相等，于是就有電流自B點經(jīng)過Weq2和Weq1流向A點，產(chǎn)生相應(yīng)的磁勢。在輸出電流大的發(fā)電機調(diào)壓器中，均衡線圈磁勢與工作線圈磁勢方向相同，使調(diào)壓器鐵芯合成磁勢增強，調(diào)節(jié)點電壓U1降低；輸出電流小的發(fā)電機調(diào)壓器，均衡線圈磁勢與工作線圈磁勢方向相反，使鐵芯合成磁勢減弱，調(diào)節(jié)點電壓U2升高。結(jié)果原來輸出電流大的發(fā)電機輸出電流I1減小，原輸出電流小的發(fā)電機輸出電流I2增大，使負(fù)載分配趨于均衡。

      可見，均衡線圈減小電流差的實質(zhì)是將與電流差有關(guān)的信號反饋到調(diào)壓器的檢測電路，借以改變調(diào)節(jié)點的電壓，從而提高負(fù)載分配的均衡性。

2、晶體管調(diào)壓器采用均衡電阻提高負(fù)載分配的均衡性

      以JTY-12型晶體管調(diào)壓器為例，調(diào)壓器電路中，R24為均衡電阻，阻值較小為10W。兩個均衡電阻的一端接于發(fā)電機負(fù)端A，B兩點，為了取出電流差信號，發(fā)電機負(fù)端是通過負(fù)極電阻接地的。

      設(shè)由于某種原因造成發(fā)電機負(fù)載不平衡且I₁>I₂，此時jA<jB，若均衡電路接通，均衡電阻上的壓降IeqR24使第一臺發(fā)電機的調(diào)壓器敏感點的電壓Ua升高，勵磁控制電路晶體管的導(dǎo)通比減小，平均勵磁電流減小，發(fā)電機電壓U1降低，輸出電流I1減小；第二臺發(fā)電機的調(diào)壓器敏感點的電壓Ua2降低，勵磁控制電路晶體管的導(dǎo)通比增大，平均勵磁電流增大，發(fā)電機電壓U2升高，輸出電流I2增大，最終使得電流差DI=I₁-I₂減小。

      可見均衡電阻均衡負(fù)載的基本原理是：將敏感到的電流差信號，反饋到調(diào)壓器的檢測電路，借以改變檢比電路輸出的偏差信號，使功率管的導(dǎo)通比改變，發(fā)電機調(diào)節(jié)點電壓改變，從而使電流差減小，達(dá)到均衡負(fù)載的目的。這與炭片調(diào)壓器中均衡線圈均衡負(fù)載的原理是相似的。

      上述發(fā)電機的空載電壓U_o，正線電阻R₊和調(diào)壓器的坡率系數(shù)K直接影響著負(fù)載的分配，此外，還有一些因素則是通過以上幾種參數(shù)間接影響負(fù)載分配的，如激磁電路電阻，發(fā)電機正極至反流割斷器“F”之間的線路電阻等，這里不再詳述。

 

三、并機柜的作用

 

       并機系統(tǒng)的工作原理如圖3、圖4所示。1號、2號柴油發(fā)電機組啟動后，分別通過各自的信號線A1、A2將本機的相序、頻率、瞬時電壓、瞬時相位、波形等參數(shù)送入同步監(jiān)控及顯示單元。在這里第一條程序就是鑒別參與并聯(lián)運行的各機組輸出的三相線電壓是否相序?qū)?yīng)一致。這也是整個系統(tǒng)的"開關(guān)"，只有一致了，下面的程序才可運行，否則就會報警開指示錯誤。其它的參數(shù)經(jīng)過該單元的調(diào)理、運算并與設(shè)定的標(biāo)定參數(shù)相比較;對于還未達(dá)到并機條件的參數(shù)，則同步監(jiān)控及顯示單元會給出相應(yīng)的誤差調(diào)節(jié)信號，通過B1、B2兩條信號線送至相連接的中央控制器及自動負(fù)載分配單元。該單元綜合整個系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)得出調(diào)控參量，再通過各機組的自動同步單元去調(diào)控柴油發(fā)電機組的相應(yīng)機構(gòu)，使其相關(guān)運行參數(shù)消除誤差。一切符合并機條件后，同步監(jiān)控及顯示單元即通過C1、C2兩條信號線向自動空氣開關(guān)發(fā)出閉合指令。各發(fā)電機組的三相電在母排上匯合，共同向負(fù)載供電。同步監(jiān)控及顯示單元實時顯示已并聯(lián)運行機組的一致的參數(shù);如電壓、電流(均以有效值表示)相位、相序(常以指示燈表示)、有功功率等。

      并聯(lián)運行的機組在帶載運行的過程中，各機組電力輸出線上的功率取樣單元將電壓、電流、有功功率和功率因數(shù)實時送入中央控制器及自動負(fù)載分配單元。這些信息經(jīng)過分析、運算后，求出即時的有功功率和無功功率，以及與其它機組的申央控制器及自動負(fù)載分配單元的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后的差別量，一起送入各自的自動同步單元。核單元將這些差別量變成控制柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)速和同步發(fā)電機勵磁電流的等值信號，從而使柴油發(fā)電機組的運行參數(shù)得以相應(yīng)的改變，達(dá)到各并聯(lián)運行機組對有功功率和無功功率平均分配的目的。

      現(xiàn)代柴油發(fā)電機組的用戶大多強調(diào)供電的可靠性，所以在采用UPS并聯(lián)冗余運行模式下，對柴油發(fā)電機組的運行也普遍應(yīng)用了"N十l"的冗余運行模式，以便與UPS共同構(gòu)成"雙保險"的高可靠供電系統(tǒng)。在這種需求情勢下，以并機板為核心的機組并聯(lián)控制方式成為主流。并機板作為柴油發(fā)電機組控制柜的一個選件，不僅體積小使用方便，更重要的是各制造廠家生產(chǎn)的并機板普遍采用了16位或32位的高級微處理器，集成了新的程序語言和動態(tài)控制算法，其性能比體積龐大的并機柜更為優(yōu)越。同型號、規(guī)格的柴油發(fā)電機組如果需要兩臺或多臺并聯(lián)運行，只要在各機組控制柜的備用插槽插入并機板，并連接好信號線，就可以實現(xiàn)自動并聯(lián)運行。

      并機板的控制邏輯和并機柜基本上是一樣的。只是由于它的核心是高性能的微處理器，所以數(shù)據(jù)運算精度更高，調(diào)節(jié)速度更快。并機板監(jiān)控并聯(lián)運行的柴油發(fā)電機組的主要目標(biāo)仍然是有功功率和無功功率在各機組之間的平均分配。而決定這兩項關(guān)鍵參數(shù)的就是柴油發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和同步發(fā)電機的勵磁電流。為此，并機板的數(shù)據(jù)分析，運算、控制邏輯也主要是求解出對本機的發(fā)動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和對同步發(fā)電機勵磁電流調(diào)節(jié)的變化量。

 

圖3  柴油發(fā)電機并機柜系統(tǒng)圖

圖4  多臺柴油發(fā)電機組并機拓?fù)鋱D

 

總結(jié)：

      綜上所述，由于多種參數(shù)和因素直接或間接地影響著負(fù)載分配，所以很難使并聯(lián)供電的發(fā)電機負(fù)載均衡，但在采取均衡措施后，電流差值?？上拗圃谝?guī)定范圍內(nèi)。由于除發(fā)電機空載電壓不等產(chǎn)生的電流差不隨負(fù)載變化外，其他諸參數(shù)不等產(chǎn)生的電流差都隨負(fù)載增大而增大，所以對負(fù)載均衡性的要求主要著眼點是在接近額定負(fù)載時，兩臺發(fā)電機輸出的電流不能相差太大，以免使輸出電流大的發(fā)電機因過載燒毀。

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