新聞主題	多臺不同功率柴油發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)原理說明

 

摘要：康明斯電力公司智能并機(jī)系統(tǒng)，其主控制器均采用Cummins品牌主控制器。其在大部分大型IDC數(shù)據(jù)中心及海外電站群項目應(yīng)用廣泛，性能、外觀、可靠性均有非常好的反饋，操作簡便、人性化。該智能并機(jī)系統(tǒng)主控制器為PCC3.3系列，可實現(xiàn)最多16臺發(fā)電機(jī)組并機(jī)（所有并機(jī)發(fā)電機(jī)組為一組），并可以實現(xiàn)組與組之間進(jìn)行BTB（組與組）并機(jī)模式，擴(kuò)展至256臺發(fā)電機(jī)組并機(jī)，擴(kuò)展性非常強(qiáng)。

一、并機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成與作用

      PCC3.3并機(jī)系統(tǒng)設(shè)置一只控制屏（置于發(fā)電機(jī)組側(cè)），含發(fā)電機(jī)組的控制、保護(hù)等，與并機(jī)功能集成，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電機(jī)組之間并機(jī)。多臺柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)系統(tǒng)配置一套HMI（人機(jī)界面）集中監(jiān)控，顯示系統(tǒng)包括并機(jī)狀態(tài)、負(fù)載分配狀態(tài)和各臺發(fā)電機(jī)組的參數(shù)、報警等。硬件構(gòu)成包括功能構(gòu)成（發(fā)電機(jī)組控制、并機(jī)控制、功率分配、負(fù)載分級控制、保護(hù)控制、集中顯示控制）、其他配合設(shè)備如配電系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)組的進(jìn)線柜、饋線柜、接地電阻柜、PT柜、直流屏和低壓配電系統(tǒng)組成一套完整的供電解決方案，實現(xiàn)最可靠的“最后一道保障電源”，為終端用電用戶提高用電的保障及可靠性。

1、自啟動功能

（1）圖1為PCC3.3智能并機(jī)控制方案及并機(jī)系統(tǒng)連線圖，每臺發(fā)電機(jī)組配置一套PCC3.3智能并機(jī)控制屏。主控制器收到起機(jī)命令時，延時可調(diào)，所有發(fā)電機(jī)組同時啟動，最先滿足電壓和頻率的發(fā)電機(jī)組率先合閘，其余發(fā)電機(jī)組將自動準(zhǔn)同期合閘。發(fā)電機(jī)組控制器之間通過工業(yè)級CAN總線進(jìn)行通信。CAN總線具有功率管理和負(fù)載分配功能。

（2）高速的CAN總線通信，使得負(fù)載分配迅速均衡，CAN總線通信使得各模塊之間的電氣聯(lián)鎖更加安全和可靠。當(dāng)多臺并機(jī)發(fā)電機(jī)組內(nèi)的任意一臺發(fā)電機(jī)組離線，主控制器的組態(tài)技術(shù)可以使其他發(fā)電機(jī)組均能監(jiān)測到，如圖2所示。

（3）所有發(fā)電機(jī)組并機(jī)成功或達(dá)到用戶規(guī)定的臺數(shù)時，PCC3.3智能并機(jī)屏將發(fā)出總出口開關(guān)允許合閘信號，這不需要外部PLC來完成。

（4）發(fā)電機(jī)組并機(jī)運行，合閘輸出成功，在可設(shè)定的時間內(nèi)，轉(zhuǎn)為功率管理功能，根據(jù)負(fù)載大小，自動增、減發(fā)電機(jī)組。

2、停機(jī)操作

      市電恢復(fù)后，停機(jī)操作有兩種方式供用戶選擇。

（1）不間斷恢復(fù)（無人值守管理模式）

      這種模式需要當(dāng)?shù)毓╇娋终J(rèn)可，允許反同期并網(wǎng)。就是電站模塊中設(shè)置一個與電網(wǎng)并聯(lián)的模塊，它將通過CAN總線命令所有發(fā)電機(jī)組控制模塊，跟蹤市電電壓、頻率，調(diào)整發(fā)電機(jī)組電壓和頻率，發(fā)出市電準(zhǔn)同期合閘指令，市電開關(guān)合上后，發(fā)電機(jī)組負(fù)載將平滑轉(zhuǎn)移到市電，發(fā)電機(jī)組各開關(guān)解列、分閘和冷卻停機(jī)。

（2）間斷恢復(fù)

      市電恢復(fù)時，人工干預(yù)逐級卸分路負(fù)載后，發(fā)電機(jī)組控制屏可自動控制（也可手動控制）如下過程：油機(jī)總輸出開關(guān)分閘，再將市電開關(guān)合閘，再投入分路負(fù)載，再發(fā)出市電恢復(fù)信號，發(fā)電機(jī)組將自動解列并冷卻停機(jī)，再次進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。

      如市電恢復(fù)，直接手動分發(fā)電機(jī)組總輸出開關(guān)，這屬于突卸負(fù)載，會引起發(fā)電機(jī)組頻率瞬間上沖；這種情況下，只要頻率保護(hù)設(shè)定范圍夠?qū)挘C(jī)控制器將迅速自動調(diào)整控制，整個并機(jī)系統(tǒng)將保持穩(wěn)定運行。

3、接地電阻柜的控制

      高壓并機(jī)所有運行發(fā)電機(jī)組中性點只有一點接地。這需要控制高壓中心接地電阻的真空接觸器的投入順序。并機(jī)控制器集成了PLC控制功能，可直接控制并機(jī)投入發(fā)電機(jī)組中性點接地電阻投入的順序和數(shù)量。

 

圖1 柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)系統(tǒng)連線圖

圖2 柴油發(fā)電機(jī)組高速CAN總線通信系統(tǒng)

 

二、并機(jī)控制系統(tǒng)主要功能

 

      PCC3.3系列控制屏除具有基本的發(fā)電機(jī)組控制和保護(hù)功能外，還具有智能遠(yuǎn)程“三遙”監(jiān)控功能及良好的通用性，交流回路與直流回路分開，且分別采用標(biāo)準(zhǔn)航空接插件與柴油機(jī)及發(fā)電機(jī)連接。該屏采用世界先進(jìn)技術(shù)，在結(jié)構(gòu)上十分簡單緊湊，功能十分強(qiáng)大，操作非常方便，性價比極高，是各行各業(yè)，尤其是通信機(jī)房無人值守后備電站的理想解決方案。同時，還提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232/485計算機(jī)通信接口，具有友好人機(jī)界面的上位機(jī)軟件，用戶可以用PC就近連接或通過公用電話網(wǎng)遠(yuǎn)程撥號，上網(wǎng)監(jiān)控多臺發(fā)電機(jī)組。并可通過RS232/485接口和硬連接兩種方式接至BAS系統(tǒng)。

1、控制保護(hù)功能

（1）手動和自動控制單臺發(fā)電機(jī)組的起停及自動轉(zhuǎn)換控制功能。

（2）參數(shù)顯示：油壓、水溫、電池電壓、運行時間等油機(jī)參數(shù)，三相相電壓、相電流、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、發(fā)電量等發(fā)電機(jī)電參數(shù)，市電三相線電壓、三相相電壓和頻率等市電參數(shù)。

（3）發(fā)電機(jī)組機(jī)油壓力低、潤滑油溫度高、冷卻水溫高、冷卻水?dāng)嗨?、燃油量過低、超速、超頻、低頻、速度信號丟失、自啟動失敗、過電流、電壓過高或過低、廠用電相序錯誤、發(fā)電機(jī)相序錯誤等保護(hù)停機(jī)功能。

（4）發(fā)電機(jī)組機(jī)油壓力低、油壓水溫傳感器故障、冷卻水溫過高或過低、冷卻水?dāng)嗨?、燃油量過低、超速、超頻、過電流、電池電壓過高或過低、廠用電相序錯誤、發(fā)電機(jī)相序錯誤等故障報警。

      由于發(fā)電機(jī)組允許采用集中供電方式，集中控制。在控制室可設(shè)置控制屏（用戶配備），引入發(fā)電機(jī)組控制信號，開關(guān)控制信號，測量信號等，以實現(xiàn)遠(yuǎn)方控制和監(jiān)視。為了實現(xiàn)對全部發(fā)電機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控。

2、負(fù)載分級管理的功能

      高速的CAN總線通信，可以根據(jù)發(fā)電機(jī)組有功功率、視在功率啟動、停機(jī)，這里又可分為根據(jù)百分比起停機(jī)和儲備功率啟動、停機(jī)。功率管理系統(tǒng)說明見表1。

      控制系統(tǒng)還具備負(fù)載分類功能，滿足設(shè)定幾級負(fù)載，根據(jù)負(fù)載的重要性按照順序在發(fā)電機(jī)組設(shè)定的“剩余功率”滿足的情況下優(yōu)先帶載，可以根據(jù)設(shè)定控制對負(fù)載分類的總開關(guān)合分閘，根據(jù)負(fù)載的重要性依次進(jìn)行加載，控制系統(tǒng)具備A、B、C三級負(fù)載分類，三個輸出點，可以通過控制器本身的PLC邏輯進(jìn)行編程定義輸出，所有的并機(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)均具備三個輸出點，將所有的A類負(fù)載并在一起，B類負(fù)載并在一起、C類負(fù)載并在一起，每級負(fù)載總輸出開關(guān)具有中間繼電器，由輸出點控制，從而對主開關(guān)進(jìn)行合、分閘控制，滿足負(fù)載分類，以2臺發(fā)電機(jī)組為一個系統(tǒng)、2級負(fù)載為例的負(fù)載管理功能如圖5-7所示。

      如圖3所示，發(fā)電機(jī)1＃被啟動，然后發(fā)電機(jī)2＃啟動，表示兩臺發(fā)電機(jī)組和兩個負(fù)載給出的一臺AGC200上剩余功率負(fù)載電器R₁和R₂連接著。發(fā)電機(jī)1＃被啟動，當(dāng)G1合閘時，定時器t₁開始運行，當(dāng)定時器t₁計時結(jié)束后，所選的R₁繼電器激活，此時圖中200kW負(fù)載被接入，此時剩余功率下降至300kW，一段時間后，發(fā)電機(jī)2＃被啟動，并同步其發(fā)電機(jī)開關(guān)，當(dāng)G2合閘后，定時器t₂開始計時，當(dāng)定時器t₂屆滿后，所選的R2繼電器激活，此時第二個負(fù)載200kW被接入，剩余功率下降至600kW。

 表1    功率管理功能表

3、并機(jī)顯示系統(tǒng)描述

      針對并機(jī)數(shù)量較多時，可設(shè)計集控系統(tǒng)對電站群內(nèi)的每臺發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)集中監(jiān)控，可以實現(xiàn)不限于以下功能：

1、系統(tǒng)單線圖，并通過系統(tǒng)單線圖顯示各設(shè)備狀態(tài)；

2、顯示每臺發(fā)電機(jī)組的運行狀態(tài)；

3、顯示每臺發(fā)電機(jī)組的預(yù)告警、告警和故障狀態(tài)；

4、顯示每臺發(fā)電機(jī)組的運行記錄和故障記錄；

5、系統(tǒng)保護(hù)功能。

      可以通過配套工業(yè)交換機(jī)（HUB）、RS485／TCP-IP通過網(wǎng)線與（HMI）人機(jī)界面（15寸液晶屏）與主控制器進(jìn)行連接后，通過專業(yè)的MGCS組態(tài)軟件進(jìn)行相應(yīng)的編程，界面均可以個性化編輯，并機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)如圖4所示。集控系統(tǒng)具備擴(kuò)容能力只需要增加工業(yè)交換機(jī)及轉(zhuǎn)換模塊即可實現(xiàn)硬件上的擴(kuò)容，可以在硬件完全滿足的條件下進(jìn)行編程，以便后期擴(kuò)容。

 

圖3 柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)載管理功能示意圖

圖4 柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)圖

 

三、并機(jī)原理及運行模式

 

1、并機(jī)工作原理

（1）控制屏設(shè)計

      發(fā)電機(jī)組并機(jī)系統(tǒng)采用控制與并機(jī)一體進(jìn)行設(shè)計，每套系統(tǒng)設(shè)置一只主控屏，系統(tǒng)還可配置一套（HMI）人機(jī)界面，完成人機(jī)界面，顯示系統(tǒng)并機(jī)狀態(tài)、負(fù)載分配狀態(tài)和各臺發(fā)電機(jī)組的參數(shù)等，面板界面如圖5所示。

（2）分布式控制方式

      傳統(tǒng)的方式為通過設(shè)置優(yōu)先級來控制級別較高的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行并機(jī)，這種方式并機(jī)的時間受優(yōu)先級高的發(fā)電機(jī)組影響，甚至?xí)斐蓛?yōu)先級別較低的發(fā)電機(jī)組無法進(jìn)行并機(jī)。而分布式控制方式如圖6所示，為最先穩(wěn)定的發(fā)電機(jī)組合閘后其余發(fā)電機(jī)組均能夠在達(dá)到同步并機(jī)設(shè)定后完成合閘并機(jī)，這樣速度更快，也不會因單臺發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)問題而造成整個并機(jī)系統(tǒng)的癱瘓。并機(jī)控制屏可安裝于發(fā)電機(jī)組旁，或集中布置。分布式的優(yōu)點為一臺發(fā)電機(jī)組的故障不影響整個系統(tǒng)，并可方便地在運行中處理故障。整個系統(tǒng)由多個并機(jī)系統(tǒng)和一只觸摸式顯示屏組成，系統(tǒng)通過網(wǎng)線連接到工業(yè)交換機(jī)，兩者之間通過網(wǎng)線TCP/IP傳輸數(shù)據(jù)。

（3）同步方式

      系統(tǒng)采用頻率和電壓同步的方式并聯(lián)，并聯(lián)控制系統(tǒng)通過CAN通信，對整個系統(tǒng)的控制屏進(jìn)行通信，自動調(diào)整發(fā)電機(jī)組的頻率和電壓，使之不受負(fù)載增加和減少的影響，保持在設(shè)定值以內(nèi)。發(fā)電機(jī)使用（DVR）數(shù)字調(diào)壓器，帶有Droop 功能和無功分配功能，此功能允許手動并機(jī)，在并機(jī)系統(tǒng)完全損壞的情況下，利用發(fā)電機(jī)的帶載特性進(jìn)行手動無功功率分配。

2、并機(jī)系統(tǒng)操作方式

（1）自動方式：

      發(fā)電機(jī)組和系統(tǒng)設(shè)定在自動模式，并機(jī)系統(tǒng)檢查市電狀態(tài)，當(dāng)市電故障時，經(jīng)延時確認(rèn)，啟動所有（或者設(shè)計啟動貯備，可以根據(jù)負(fù)載的狀況進(jìn)行投入發(fā)電機(jī)組）自動狀態(tài)的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組啟動后自動將電壓和頻率調(diào)整至設(shè)定值，系統(tǒng)中最先到達(dá)設(shè)定值的發(fā)電機(jī)組，最先投入到并聯(lián)母線，其余的發(fā)電機(jī)組檢測各自并機(jī)開關(guān)上下口電壓、頻率、相位，自動控制發(fā)電機(jī)組的頻率和電壓進(jìn)行追蹤，達(dá)到一定的窗口設(shè)定值和同步時間后，命令開關(guān)閉合，自動同步過程結(jié)束，系統(tǒng)將自動分配功率給所有在線發(fā)電機(jī)組。

① 自動功率控制功能

      自動狀態(tài)下可以開啟功率控制功能，并機(jī)系統(tǒng)檢測總的輸出負(fù)載，自動增減發(fā)電機(jī)組臺數(shù)，功率控制的百分比可在一定范圍內(nèi)設(shè)定（并機(jī)完成后送電，何時進(jìn)行負(fù)載分配可以設(shè)定）。

② 自動停機(jī)過程

      當(dāng)控制系統(tǒng)接收到市電可用信號，經(jīng)延時確認(rèn)后，此時已將負(fù)載由發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)移到市電，整個發(fā)電機(jī)組將進(jìn)行停機(jī)過程，控制系統(tǒng)確認(rèn)發(fā)電機(jī)組功率低于設(shè)定值時，控制系統(tǒng)才自動斷開斷路器，發(fā)電機(jī)組解列。發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)自動進(jìn)行冷卻停機(jī)程序，停機(jī)后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

（2）手動方式

① 手動解列過程

      所有在線運行的發(fā)電機(jī)組允許手動解列，在并聯(lián)系統(tǒng)中觸發(fā)對應(yīng)的發(fā)電機(jī)組停機(jī)按鈕，控制系統(tǒng)將首先進(jìn)行負(fù)載轉(zhuǎn)移過程，被解列的發(fā)電機(jī)組功率逐步降低，達(dá)到設(shè)定值后，并聯(lián)開關(guān)自動斷開，發(fā)電機(jī)組解列。發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)自動進(jìn)行冷卻停機(jī)程序，停機(jī)后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

② 緊急停機(jī)過程

      當(dāng)運行中的發(fā)電機(jī)組發(fā)生停機(jī)故障或按壓緊急停機(jī)按鈕，并聯(lián)控制系統(tǒng)將立即斷開對應(yīng)的發(fā)電機(jī)組斷路器，并控制發(fā)電機(jī)組停機(jī)，如故障或急停發(fā)生在并聯(lián)系統(tǒng)側(cè)，發(fā)電機(jī)組無故障，則發(fā)電機(jī)組進(jìn)行冷卻停機(jī)過程，停機(jī)后待機(jī)狀態(tài)，在并機(jī)系統(tǒng)控制屏上將顯示報警信息；如急?；蚬收习l(fā)生在發(fā)電機(jī)組側(cè)，則發(fā)電機(jī)組立即停機(jī)，并在發(fā)電機(jī)組控制屏和并機(jī)系統(tǒng)控制屏上同時顯示報警。

③ 手動并機(jī)操作

      發(fā)電機(jī)控制屏設(shè)置在手動狀態(tài)，并機(jī)系統(tǒng)設(shè)置在手動狀態(tài)，并機(jī)系統(tǒng)不檢測市電狀態(tài)，由人工控制。當(dāng)需要啟動發(fā)電機(jī)組時，手動啟動發(fā)電機(jī)組，在并聯(lián)系統(tǒng)處觸發(fā)合閘或投入按鈕，并聯(lián)系統(tǒng)將自動同步，自動合閘，并聯(lián)后自動功率分配。停機(jī)過程，系統(tǒng)工作在此方式下無法自動停機(jī)，首先進(jìn)行發(fā)電機(jī)組解列，在并聯(lián)系統(tǒng)處觸發(fā)停機(jī)或解列按鈕后，對應(yīng)的發(fā)電機(jī)組將自動轉(zhuǎn)移負(fù)載，當(dāng)負(fù)載減小到設(shè)定值時，自動斷開斷路器，發(fā)電機(jī)組解列完成，此時發(fā)電機(jī)組繼續(xù)運行，需手動停機(jī)。

 

圖5  柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制器界面示意圖

圖6 柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)原理圖

 

摘要：

      康明斯發(fā)電機(jī)組可提供TCP/IP或RS485數(shù)據(jù)/控制接口，通過使用MODBUS協(xié)議能夠方便地與客戶進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對接，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控。監(jiān)控內(nèi)容包括發(fā)電機(jī)組運行參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)、并聯(lián)系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)、運行參數(shù)和報警信息等。并機(jī)系統(tǒng)使用康明斯PCC3.3智能并機(jī)控制系統(tǒng)，與發(fā)電機(jī)組的控制屏一體，此系統(tǒng)專為康明斯電力技術(shù)有限公司發(fā)由發(fā)電機(jī)組設(shè)計生產(chǎn)制造。與其余的品牌發(fā)電機(jī)組可以實現(xiàn)兼容，保證以后擴(kuò)容時兼容其余控制系統(tǒng)。并機(jī)控制屏使用15寸（1in＝0.0254m）彩色觸摸屏作為并聯(lián)系統(tǒng)集控操作，可狀態(tài)顯示、參數(shù)顯示、并機(jī)單線圖顯示，中文界面?？蛇M(jìn)行擴(kuò)容至16臺發(fā)電機(jī)組。

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