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兩臺柴油發(fā)電機并聯(lián)運行的性能標準 |
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(kāi)關(guān)設備并聯(lián)，以在必要時(shí)實(shí)現最大產(chǎn)量或在不同情況下實(shí)現足夠的產(chǎn)量。兩臺規格型號完全相同的三相發(fā)電機組，在額定功率因數下，應能在20%～100%額定功率范圍內穩定并聯(lián)運行。為了提高有功功率和無(wú)功功率合理分配精度和運行的穩定性，要求發(fā)電機組中柴油機調速器具有穩態(tài)調速率在2%～5%范圍內調節的裝置。在控制箱（屏）內的調壓裝置可使穩態(tài)電壓調整率在5%范圍內調整。
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(chǎng)時(shí)各臺發(fā)電機的相序都已檢查，校對一致了，因此實(shí)際并車(chē)操作時(shí)不必再檢查相序。
2、頻率相等
待并發(fā)電機的頻率應與運行機（電網(wǎng)）頻率相等。實(shí)際操作時(shí)，允許誤差在0.5Hz以?xún)取?/span>
3、相位相等
待并發(fā)電機電壓相位（或初相位）應與運行機（電網(wǎng)）電壓相位相等。實(shí)際并車(chē)操作時(shí)，允許相差10-15度以?xún)取?/span>
4、電壓相等
待并發(fā)電機電壓應與運行機（電網(wǎng)）電壓的有效值相等。實(shí)際操作時(shí)電壓之差允許在10%以?xún)取?/span>
二、并機性能與計算
1、并聯(lián)基調點(diǎn)
調節并網(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、額定電壓和額定頻率。此后的實(shí)驗過(guò)程中不得再調節轉速和電壓。
2、加載方法
在額定功率因數條件下，按下列總功率的百分數和程序變更負載：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，當負載在總額定功率的20～100%范圍內變化時(shí)，應能穩定運行，其有功功率分配誤差：
（1）發(fā)電機額定功率相同時(shí)應不超過(guò)發(fā)電機額定功率的±10%。
（2）功率不同時(shí)應不超過(guò)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)電機有功功率的調節示意圖如1所示。
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圖1 并聯(lián)發(fā)電機有功功率的調節 |
4、無(wú)功功率分配差度
一般設定為無(wú)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(wú)功功率；
Q1、Q2——某一工況下，兩臺發(fā)電機組各自輸出的無(wú)功功率。
同步發(fā)電機無(wú)功功率相量圖如圖2所示。
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圖2 同步發(fā)電機無(wú)功功率相量圖 |
三、柴發(fā)并聯(lián)運行的優(yōu)勢
與單個(gè)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、空間和不可預測性要求和跟上的異常狀態(tài)的限制。隨著(zhù)先進(jìn)的計算機化控制技術(shù)的出現，現在證明發(fā)電機組并聯(lián)運行的要求顯著(zhù)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(gè)柴油發(fā)電機組提供的基本負載相比，多個(gè)柴油發(fā)電機并行任務(wù)的重復自然提供了更值得注意的可靠性。如果一個(gè)單元出現短缺，基本負擔是在需要的前提下在框架內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(zhù)最基本的組件將具有重要的重復性以保持電源，無(wú)論其中一個(gè)單元是否熄滅。
2、可擴展性
在測量發(fā)電機以協(xié)調您的需要先決條件時(shí)，通常很難精確擴展堆中的增量以及為額外的必需品進(jìn)行足夠的安排。如果堆預測很有力，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(shuō)一次，如果缺少堆棧投影，您將沒(méi)有可靠的備用電源?；蛘呖赡苄枰D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(guò)發(fā)電機組并聯(lián)運行，在不影響您的預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(wú)論您有足夠的物理空間多長(cháng)時(shí)間，發(fā)電機都可以在需要時(shí)提供額外的電源。因此，重復柴油發(fā)電機可以與單元斷開(kāi)連接，并且可以在不同地點(diǎn)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性。多個(gè)并行運行的柴油發(fā)電機不應該聚集在一起，并且可以處于這種情況。在循環(huán)設計中，減少了對一個(gè)單獨的、更大的發(fā)電機的巨大印象的要求。在受限制的區域內設置屋頂設施或設置小型發(fā)電機只是您可以創(chuàng )造性地發(fā)現使它們適合的方法的幾種方法。由于這些單元不需要一個(gè)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(gè)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(gè)單元可以變壞并在不影響不同單元工作的情況下進(jìn)行調整。并行架構中的重復特性提供了不同層的保險，并保證了基本電路的持續供電。
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(dòng)機通常是工業(yè)、街頭或大容量發(fā)動(dòng)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(dòng)力中心發(fā)電機主要為機房IT負載、空調、建筑電氣等提供應急電源保障容量。發(fā)電機組的并機容量首先應滿(mǎn)足以下三個(gè)條件：
（1）發(fā)電機組的連續運行額定功率大于或等于穩定負載的計算功率；
（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(dòng)機啟動(dòng)時(shí)，發(fā)電機組的瞬時(shí)電壓降不大于15％～20％。
2、負載特點(diǎn)
數據中心配置有大量的不間斷電源，它的特性是非線(xiàn)性負載，在供電線(xiàn)路上會(huì )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，多臺發(fā)電機并機系統除了滿(mǎn)足穩定負載需求外，還需考慮負載特性（電能質(zhì)量）、啟動(dòng)性能、沖擊負載（冷凍機組和水泵的啟動(dòng)電流、變壓器投入時(shí)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(gè)并機組合。當市電中斷/故障后，自動(dòng)啟動(dòng)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(dòng)力中心建設2個(gè)并機模塊，分別由2套并機控制系統控制。
3、并機要求
為保證響應速度，并機系統同步控制采用準同期方式，系統采用隨機并聯(lián)方式，即系統中任一臺首先達到額定輸出的機組，都可以先合閘到母線(xiàn)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
當數據中心市電中斷/故障時(shí)，全部10kV發(fā)電機組自動(dòng)并聯(lián)運行，系統自動(dòng)分配負載，按下述邏輯實(shí)現負載管理。
（1）系統負載管理按N＋1模式來(lái)控制，全部12臺機組（一個(gè)并機組合）并聯(lián)運行1～10min（可調）后，如系統全部負載小于單臺發(fā)電機組額定容量的900％（可調）且持續時(shí)間超過(guò)1min，則系統自動(dòng)切除第12臺機組，此時(shí)全部負載由11臺機組供電，通過(guò)N＋1的冗余負載管理設計，來(lái)保證供電的可靠性。
（2）如負載繼續下降至小于單機容量的810％且持續時(shí)間超過(guò)1min，則系統自動(dòng)切除第11臺機組；如負載繼續下降至小于單機容量的720％且持續時(shí)間超過(guò)1min，則系統自動(dòng)切除第10臺機組；如此類(lèi)推，直到負載繼續下降至小于單機容量的90％且持續時(shí)間超過(guò)1min，則系統自動(dòng)切除第3臺機組。系統最少保證兩臺機組在線(xiàn)運行。
反之，如系統負載增加到大于單臺發(fā)電機組額定容量的120％時(shí)，則系統自動(dòng)啟動(dòng)第3臺機組，并自動(dòng)同步后合閘，向負載供電；如系統負載繼續增加，至大于單機額定容量的240％，則系統自動(dòng)啟動(dòng)第4臺機組，并自動(dòng)同步后合閘，向負載供電。其他機組的運行以此類(lèi)推。
（3）系統帶載運行中，如果任一臺機組故障時(shí)，系統都將自動(dòng)報警，同時(shí)啟動(dòng)一臺冗余機組投入使用。
（4）市電恢復，則全部在線(xiàn)發(fā)電機組通過(guò)主控柜斷開(kāi)發(fā)電機組進(jìn)線(xiàn)斷路器，發(fā)電機組自動(dòng)冷卻延時(shí)后停機。
上述邏輯控制功能可在現場(chǎng)設定，無(wú)需硬件改動(dòng)，即可靈活擴容。
總結：
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