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兩臺柴油發(fā)電機并聯(lián)運行的性能標(biāo)準(zhǔn) |
摘要：強化電源框架最直接的方法是使用柴油發(fā)電機，其解決電力需求下降的適應(yīng)性方法是至少擁有兩臺柴油發(fā)電機，任何一種情況下，它們都可以與并聯(lián)開關(guān)設(shè)備并聯(lián)，以在必要時實現(xiàn)最大產(chǎn)量或在不同情況下實現(xiàn)足夠的產(chǎn)量。兩臺規(guī)格型號完全相同的三相發(fā)電機組，在額定功率因數(shù)下，應(yīng)能在20%～100%額定功率范圍內(nèi)穩(wěn)定并聯(lián)運行。為了提高有功功率和無功功率合理分配精度和運行的穩(wěn)定性，要求發(fā)電機組中柴油機調(diào)速器具有穩(wěn)態(tài)調(diào)速率在2%～5%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的裝置。在控制箱（屏）內(nèi)的調(diào)壓裝置可使穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率在5%范圍內(nèi)調(diào)整。
一、發(fā)電機并聯(lián)運行條件
1、相序一致
待并發(fā)電機必須與運行機（電網(wǎng)）相序一致。出廠時各臺發(fā)電機的相序都已檢查，校對一致了，因此實際并車操作時不必再檢查相序。
2、頻率相等
待并發(fā)電機的頻率應(yīng)與運行機（電網(wǎng)）頻率相等。實際操作時，允許誤差在0.5Hz以內(nèi)。
3、相位相等
待并發(fā)電機電壓相位（或初相位）應(yīng)與運行機（電網(wǎng)）電壓相位相等。實際并車操作時，允許相差10-15度以內(nèi)。
4、電壓相等
待并發(fā)電機電壓應(yīng)與運行機（電網(wǎng)）電壓的有效值相等。實際操作時電壓之差允許在10%以內(nèi)。
二、并機性能與計算
1、并聯(lián)基調(diào)點
調(diào)節(jié)并網(wǎng)各發(fā)電機組的輸出功率為發(fā)電機組額定功率的75%，且為額定功率因數(shù)、額定電壓和額定頻率。此后的實驗過程中不得再調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電壓。
2、加載方法
在額定功率因數(shù)條件下，按下列總功率的百分數(shù)和程序變更負載：75%→100%→75%→50%→20%→50%→75%，在各級負載下至少運行5分鐘。
3、有功功率分配差率
并聯(lián)運行的交流發(fā)電機組，當(dāng)負載在總額定功率的20～100%范圍內(nèi)變化時，應(yīng)能穩(wěn)定運行，其有功功率分配誤差：
（1）發(fā)電機額定功率相同時應(yīng)不超過發(fā)電機額定功率的±10%。
（2）功率不同時應(yīng)不超過最大發(fā)電機額定功率的±10%和最小發(fā)電機額定功率的±20%。
其計算公式如下：
δP=（P1-P2）/2P×100%........................（公式1）
式中，P——發(fā)電機組的額定有功功率；
P1、P2——某一工況下，兩臺發(fā)電機組各自輸出的有功功率。
并聯(lián)發(fā)電機有功功率的調(diào)節(jié)示意圖如1所示。
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圖1 并聯(lián)發(fā)電機有功功率的調(diào)節(jié) |
4、無功功率分配差度
一般設(shè)定為無功功率分配差度δq（%）：≤±10%。
δq=（Q1-Q2）/2Q×100%........................（公式2）
式中，Q——發(fā)電機組的額定無功功率；
Q1、Q2——某一工況下，兩臺發(fā)電機組各自輸出的無功功率。
同步發(fā)電機無功功率相量圖如圖2所示。
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圖2 同步發(fā)電機無功功率相量圖 |
三、柴發(fā)并聯(lián)運行的優(yōu)勢
與單個大型柴油發(fā)電機組相比，發(fā)電機組并聯(lián)運行基本上更值得推薦。盡管如此，由于成本、空間和不可預(yù)測性要求和跟上的異常狀態(tài)的限制。隨著先進的計算機化控制技術(shù)的出現(xiàn)，現(xiàn)在證明發(fā)電機組并聯(lián)運行的要求顯著降低，并且發(fā)電機組并聯(lián)運行可以提供額外的電力。
1、可靠性
與單個柴油發(fā)電機組提供的基本負載相比，多個柴油發(fā)電機并行任務(wù)的重復(fù)自然提供了更值得注意的可靠性。如果一個單元出現(xiàn)短缺，基本負擔(dān)是在需要的前提下在框架內(nèi)的不同單元之間重新分配。在許多情況下，需要最驚人水平的堅固加固功率的基本負載通常僅代表框架產(chǎn)生的一般功率的一小部分。發(fā)電機組并聯(lián)運行，這意味著最基本的組件將具有重要的重復(fù)性以保持電源，無論其中一個單元是否熄滅。
2、可擴展性
在測量發(fā)電機以協(xié)調(diào)您的需要先決條件時，通常很難精確擴展堆中的增量以及為額外的必需品進行足夠的安排。如果堆預(yù)測很有力，您對柴油發(fā)電機的潛在興趣可能比通常情況下的要高。再說一次，如果缺少堆棧投影，您將沒有可靠的備用電源。或者可能需要轉(zhuǎn)向昂貴的發(fā)電機大修，或者盡管總體上獲得了另一臺機組。
通過發(fā)電機組并聯(lián)運行，在不影響您的預(yù)算或需求偶爾使用的昂貴單元的情況下，考慮多樣性的要求較低。無論您有足夠的物理空間多長時間，發(fā)電機都可以在需要時提供額外的電源。因此，重復(fù)柴油發(fā)電機可以與單元斷開連接，并且可以在不同地點獨立使用。
3、靈活性
與使用單獨的高極限估計柴油發(fā)電機相比，并行使用各種單元柴油發(fā)電機提供了更突出的適應(yīng)性。多個并行運行的柴油發(fā)電機不應(yīng)該聚集在一起，并且可以處于這種情況。在循環(huán)設(shè)計中，減少了對一個單獨的、更大的發(fā)電機的巨大印象的要求。在受限制的區(qū)域內(nèi)設(shè)置屋頂設(shè)施或設(shè)置小型發(fā)電機只是您可以創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)使它們適合的方法的幾種方法。由于這些單元不需要一個必須相鄰的整體巨大空間，因此可以定期在小辦公室或任何空間是一個限制變量的地方引入這些空間。
4、易于支持和可維護性
框架中的柴油發(fā)電機分離或需要維護的可能性很小。單個單元可以變壞并在不影響不同單元工作的情況下進行調(diào)整。并行架構(gòu)中的重復(fù)特性提供了不同層的保險，并保證了基本電路的持續(xù)供電。
5、成本可行性和質(zhì)量性能
并聯(lián)運行的單臺柴油發(fā)電機通常具有較小的限制。作為這些發(fā)電機的一部分，發(fā)動機通常是工業(yè)、街頭或大容量發(fā)動機，具有尖端的生產(chǎn)創(chuàng)新，使它們具有高水平的堅定不移的質(zhì)量和最小的單位功率老化工作。
四、10kV高壓柴發(fā)并機方案
1、并機容量的條件
動力中心發(fā)電機主要為機房IT負載、空調(diào)、建筑電氣等提供應(yīng)急電源保障容量。發(fā)電機組的并機容量首先應(yīng)滿足以下三個條件：
（1）發(fā)電機組的連續(xù)運行額定功率大于或等于穩(wěn)定負載的計算功率；
（2）發(fā)電機組的備用運行功率大于或等于負載的尖峰功率；
（2）在最大的電動機啟動時，發(fā)電機組的瞬時電壓降不大于15％～20％。
2、負載特點
數(shù)據(jù)中心配置有大量的不間斷電源，它的特性是非線性負載，在供電線路上會產(chǎn)生諧波，使發(fā)電機輸出電壓波形產(chǎn)生失真。對于高阻抗的發(fā)電機組，諧波對發(fā)電機組影響更大。由于發(fā)電機組相對電網(wǎng)是有限容量系統(tǒng)，多臺發(fā)電機并機系統(tǒng)除了滿足穩(wěn)定負載需求外，還需考慮負載特性（電能質(zhì)量）、啟動性能、沖擊負載（冷凍機組和水泵的啟動電流、變壓器投入時的激磁電流）對發(fā)電機使用的影響。
因此，針對上述模型，建議對10kV高壓發(fā)電機組以12臺作為1個并機組合。當(dāng)市電中斷/故障后，自動啟動發(fā)電機組并機輸出供電，發(fā)電機組供電與市電不并網(wǎng)。動力中心建設(shè)2個并機模塊，分別由2套并機控制系統(tǒng)控制。
3、并機要求
為保證響應(yīng)速度，并機系統(tǒng)同步控制采用準(zhǔn)同期方式，系統(tǒng)采用隨機并聯(lián)方式，即系統(tǒng)中任一臺首先達到額定輸出的機組，都可以先合閘到母線供電，其他機組與該機組同步后再依次合閘供電。高壓柴油發(fā)電機組外形如圖3所示，N+1并機冗余系統(tǒng)如圖4所示。
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圖3 C3000D5康明斯高壓發(fā)電機組外形圖 |
圖4 N+1柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行示意圖 |
4、高壓柴發(fā)負載管理
當(dāng)數(shù)據(jù)中心市電中斷/故障時，全部10kV發(fā)電機組自動并聯(lián)運行，系統(tǒng)自動分配負載，按下述邏輯實現(xiàn)負載管理。
（1）系統(tǒng)負載管理按N＋1模式來控制，全部12臺機組（一個并機組合）并聯(lián)運行1～10min（可調(diào)）后，如系統(tǒng)全部負載小于單臺發(fā)電機組額定容量的900％（可調(diào)）且持續(xù)時間超過1min，則系統(tǒng)自動切除第12臺機組，此時全部負載由11臺機組供電，通過N＋1的冗余負載管理設(shè)計，來保證供電的可靠性。
（2）如負載繼續(xù)下降至小于單機容量的810％且持續(xù)時間超過1min，則系統(tǒng)自動切除第11臺機組；如負載繼續(xù)下降至小于單機容量的720％且持續(xù)時間超過1min，則系統(tǒng)自動切除第10臺機組；如此類推，直到負載繼續(xù)下降至小于單機容量的90％且持續(xù)時間超過1min，則系統(tǒng)自動切除第3臺機組。系統(tǒng)最少保證兩臺機組在線運行。
反之，如系統(tǒng)負載增加到大于單臺發(fā)電機組額定容量的120％時，則系統(tǒng)自動啟動第3臺機組，并自動同步后合閘，向負載供電；如系統(tǒng)負載繼續(xù)增加，至大于單機額定容量的240％，則系統(tǒng)自動啟動第4臺機組，并自動同步后合閘，向負載供電。其他機組的運行以此類推。
（3）系統(tǒng)帶載運行中，如果任一臺機組故障時，系統(tǒng)都將自動報警，同時啟動一臺冗余機組投入使用。
（4）市電恢復(fù)，則全部在線發(fā)電機組通過主控柜斷開發(fā)電機組進線斷路器，發(fā)電機組自動冷卻延時后停機。
上述邏輯控制功能可在現(xiàn)場設(shè)定，無需硬件改動，即可靈活擴容。
總結(jié)：
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