一、并聯(lián)供電負載均衡分配的條件

 

1、并車(chē)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(gè)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為負載電阻；

R₊₁，R₊₂——發(fā)電機G₁，G₂的正線(xiàn)電阻；

I₁，I₂——是發(fā)電機G₁，G₂的輸出電流；

I——是負載總電流。

      由此可得I1和I2的表達式：

 

.....................（公式3）

 

.....................（公式4）

 

 

      兩臺發(fā)電機負載分配的均衡程度，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)電機負載分配的基本表達式，從這三個(gè)公式可以看出，只有在U₁=U₂和R₁=R₂的條件下，兩臺發(fā)電機的負載分配才是均衡的，無(wú)論負載電流I怎樣變化，兩臺發(fā)電機輸出的電流I₁和I₂始終相等，各為總負載電流的一半，即：

 

.....................（公式6)

 

 

       或者說(shuō)兩臺發(fā)電機的電流差DI總等于0。

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

2、并車(chē)條件

     并聯(lián)系統組成如圖2所示，要使兩臺發(fā)電機負載分配均衡，必須同時(shí)備下面三個(gè)條件才能實(shí)現：

（1）兩臺發(fā)電機的空載電壓相等，即U₁₀=U₂₀;

（2）兩臺調壓器的坡率系數相等，即K₁=K₂;

（3）兩臺發(fā)電機的正線(xiàn)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(dòng)并列系統框圖

 

二、提高負載分配均衡性的措施

 

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

1、炭片調壓器采用均衡線(xiàn)圈提高負載分配的均衡性

      帶炭片調壓器的并聯(lián)供電系統，通過(guò)調壓器鐵芯上的均衡線(xiàn)圈Weq與接在發(fā)電機負極電路中的負極電阻構成R_-均衡電路。

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

      如果負載分配不均衡，設I₁>I₂，則A，B兩點(diǎn)電位不相等，于是就有電流自B點(diǎn)經(jīng)過(guò)Weq2和Weq1流向A點(diǎn)，產(chǎn)生相應的磁勢。在輸出電流大的發(fā)電機調壓器中，均衡線(xiàn)圈磁勢與工作線(xiàn)圈磁勢方向相同，使調壓器鐵芯合成磁勢增強，調節點(diǎn)電壓U1降低；輸出電流小的發(fā)電機調壓器，均衡線(xiàn)圈磁勢與工作線(xiàn)圈磁勢方向相反，使鐵芯合成磁勢減弱，調節點(diǎn)電壓U2升高。結果原來(lái)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，使負載分配趨于均衡。

      可見(jiàn)，均衡線(xiàn)圈減小電流差的實(shí)質(zhì)是將與電流差有關(guān)的信號反饋到調壓器的檢測電路，借以改變調節點(diǎn)的電壓，從而提高負載分配的均衡性。

2、晶體管調壓器采用均衡電阻提高負載分配的均衡性

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

      設由于某種原因造成發(fā)電機負載不平衡且I₁>I₂，此時(shí)jA<jB，若均衡電路接通，均衡電阻上的壓降IeqR24使第一臺發(fā)電機的調壓器敏感點(diǎn)的電壓Ua升高，勵磁控制電路晶體管的導通比減小，平均勵磁電流減小，發(fā)電機電壓U1降低，輸出電流I1減??；第二臺發(fā)電機的調壓器敏感點(diǎn)的電壓Ua2降低，勵磁控制電路晶體管的導通比增大，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(jiàn)均衡電阻均衡負載的基本原理是：將敏感到的電流差信號，反饋到調壓器的檢測電路，借以改變檢比電路輸出的偏差信號，使功率管的導通比改變，發(fā)電機調節點(diǎn)電壓改變，從而使電流差減小，達到均衡負載的目的。這與炭片調壓器中均衡線(xiàn)圈均衡負載的原理是相似的。

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

 

三、并機柜的作用

 

       并機系統的工作原理如圖3、圖4所示。1號、2號柴油發(fā)電機組啟動(dòng)后，分別通過(guò)各自的信號線(xiàn)A1、A2將本機的相序、頻率、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)相位、波形等參數送入同步監控及顯示單元。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(xiàn)電壓是否相序對應一致。這也是整個(gè)系統的"開(kāi)關(guān)"，只有一致了，下面的程序才可運行，否則就會(huì )報警開(kāi)指示錯誤。其它的參數經(jīng)過(guò)該單元的調理、運算并與設定的標定參數相比較;對于還未達到并機條件的參數，則同步監控及顯示單元會(huì )給出相應的誤差調節信號，通過(guò)B1、B2兩條信號線(xiàn)送至相連接的中央控制器及自動(dòng)負載分配單元。該單元綜合整個(gè)系統的運行數據得出調控參量，再通過(guò)各機組的自動(dòng)同步單元去調控柴油發(fā)電機組的相應機構，使其相關(guān)運行參數消除誤差。一切符合并機條件后，同步監控及顯示單元即通過(guò)C1、C2兩條信號線(xiàn)向自動(dòng)空氣開(kāi)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，共同向負載供電。同步監控及顯示單元實(shí)時(shí)顯示已并聯(lián)運行機組的一致的參數;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(guò)程中，各機組電力輸出線(xiàn)上的功率取樣單元將電壓、電流、有功功率和功率因數實(shí)時(shí)送入中央控制器及自動(dòng)負載分配單元。這些信息經(jīng)過(guò)分析、運算后，求出即時(shí)的有功功率和無(wú)功功率，以及與其它機組的申央控制器及自動(dòng)負載分配單元的相關(guān)數據進(jìn)行比較后的差別量，一起送入各自的自動(dòng)同步單元。核單元將這些差別量變成控制柴油發(fā)動(dòng)機轉速和同步發(fā)電機勵磁電流的等值信號，從而使柴油發(fā)電機組的運行參數得以相應的改變，達到各并聯(lián)運行機組對有功功率和無(wú)功功率平均分配的目的。

      現代柴油發(fā)電機組的用戶(hù)大多強調供電的可靠性，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用了"N十l"的冗余運行模式，以便與UPS共同構成"雙保險"的高可靠供電系統。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(gè)選件，不僅體積小使用方便，更重要的是各制造廠(chǎng)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(yǔ)言和動(dòng)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(xiàn)，就可以實(shí)現自動(dòng)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，所以數據運算精度更高，調節速度更快。并機板監控并聯(lián)運行的柴油發(fā)電機組的主要目標仍然是有功功率和無(wú)功功率在各機組之間的平均分配。而決定這兩項關(guān)鍵參數的就是柴油發(fā)動(dòng)機的轉速和同步發(fā)電機的勵磁電流。為此，并機板的數據分析，運算、控制邏輯也主要是求解出對本機的發(fā)動(dòng)機轉速調節和對同步發(fā)電機勵磁電流調節的變化量。

 

圖3  柴油發(fā)電機并機柜系統圖

圖4  多臺柴油發(fā)電機組并機拓撲圖

 

總結：

      綜上所述，由于多種參數和因素直接或間接地影響著(zhù)負載分配，所以很難使并聯(lián)供電的發(fā)電機負載均衡，但在采取均衡措施后，電流差值?？上拗圃谝幎ǚ秶鷥?。由于除發(fā)電機空載電壓不等產(chǎn)生的電流差不隨負載變化外，其他諸參數不等產(chǎn)生的電流差都隨負載增大而增大，所以對負載均衡性的要求主要著(zhù)眼點(diǎn)是在接近額定負載時(shí)，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(guò)載燒毀。

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