新聞主題	多臺不同功率柴油發(fā)電機組并網(wǎng)原理說(shuō)明

 

摘要：康明斯電力公司智能并機系統，其主控制器均采用Cummins品牌主控制器。其在大部分大型IDC數據中心及海外電站群項目應用廣泛，性能、外觀(guān)、可靠性均有非常好的反饋，操作簡(jiǎn)便、人性化。該智能并機系統主控制器為PCC3.3系列，可實(shí)現最多16臺發(fā)電機組并機（所有并機發(fā)電機組為一組），并可以實(shí)現組與組之間進(jìn)行BTB（組與組）并機模式，擴展至256臺發(fā)電機組并機，擴展性非常強。

一、并機系統的構成與作用

      PCC3.3并機系統設置一只控制屏（置于發(fā)電機組側），含發(fā)電機組的控制、保護等，與并機功能集成，能夠實(shí)現發(fā)電機組之間并機。多臺柴油發(fā)電機組并聯(lián)系統配置一套HMI（人機界面）集中監控，顯示系統包括并機狀態(tài)、負載分配狀態(tài)和各臺發(fā)電機組的參數、報警等。硬件構成包括功能構成（發(fā)電機組控制、并機控制、功率分配、負載分級控制、保護控制、集中顯示控制）、其他配合設備如配電系統，發(fā)電機組的進(jìn)線(xiàn)柜、饋線(xiàn)柜、接地電阻柜、PT柜、直流屏和低壓配電系統組成一套完整的供電解決方案，實(shí)現最可靠的“最后一道保障電源”，為終端用電用戶(hù)提高用電的保障及可靠性。

1、自啟動(dòng)功能

（1）圖1為PCC3.3智能并機控制方案及并機系統連線(xiàn)圖，每臺發(fā)電機組配置一套PCC3.3智能并機控制屏。主控制器收到起機命令時(shí)，延時(shí)可調，所有發(fā)電機組同時(shí)啟動(dòng)，最先滿(mǎn)足電壓和頻率的發(fā)電機組率先合閘，其余發(fā)電機組將自動(dòng)準同期合閘。發(fā)電機組控制器之間通過(guò)工業(yè)級CAN總線(xiàn)進(jìn)行通信。CAN總線(xiàn)具有功率管理和負載分配功能。

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

（3）所有發(fā)電機組并機成功或達到用戶(hù)規定的臺數時(shí)，PCC3.3智能并機屏將發(fā)出總出口開(kāi)關(guān)允許合閘信號，這不需要外部PLC來(lái)完成。

（4）發(fā)電機組并機運行，合閘輸出成功，在可設定的時(shí)間內，轉為功率管理功能，根據負載大小，自動(dòng)增、減發(fā)電機組。

2、停機操作

      市電恢復后，停機操作有兩種方式供用戶(hù)選擇。

（1）不間斷恢復（無(wú)人值守管理模式）

      這種模式需要當地供電局認可，允許反同期并網(wǎng)。就是電站模塊中設置一個(gè)與電網(wǎng)并聯(lián)的模塊，它將通過(guò)CAN總線(xiàn)命令所有發(fā)電機組控制模塊，跟蹤市電電壓、頻率，調整發(fā)電機組電壓和頻率，發(fā)出市電準同期合閘指令，市電開(kāi)關(guān)合上后，發(fā)電機組負載將平滑轉移到市電，發(fā)電機組各開(kāi)關(guān)解列、分閘和冷卻停機。

（2）間斷恢復

      市電恢復時(shí)，人工干預逐級卸分路負載后，發(fā)電機組控制屏可自動(dòng)控制（也可手動(dòng)控制）如下過(guò)程：油機總輸出開(kāi)關(guān)分閘，再將市電開(kāi)關(guān)合閘，再投入分路負載，再發(fā)出市電恢復信號，發(fā)電機組將自動(dòng)解列并冷卻停機，再次進(jìn)入準備狀態(tài)。

      如市電恢復，直接手動(dòng)分發(fā)電機組總輸出開(kāi)關(guān)，這屬于突卸負載，會(huì )引起發(fā)電機組頻率瞬間上沖；這種情況下，只要頻率保護設定范圍夠寬，并機控制器將迅速自動(dòng)調整控制，整個(gè)并機系統將保持穩定運行。

3、接地電阻柜的控制

      高壓并機所有運行發(fā)電機組中性點(diǎn)只有一點(diǎn)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。并機控制器集成了PLC控制功能，可直接控制并機投入發(fā)電機組中性點(diǎn)接地電阻投入的順序和數量。

 

圖1 柴油發(fā)電機組并機系統連線(xiàn)圖

圖2 柴油發(fā)電機組高速CAN總線(xiàn)通信系統

 

二、并機控制系統主要功能

 

      PCC3.3系列控制屏除具有基本的發(fā)電機組控制和保護功能外，還具有智能遠程“三遙”監控功能及良好的通用性，交流回路與直流回路分開(kāi)，且分別采用標準航空接插件與柴油機及發(fā)電機連接。該屏采用世界先進(jìn)技術(shù)，在結構上十分簡(jiǎn)單緊湊，功能十分強大，操作非常方便，性?xún)r(jià)比極高，是各行各業(yè)，尤其是通信機房無(wú)人值守后備電站的理想解決方案。同時(shí)，還提供標準的RS232/485計算機通信接口，具有友好人機界面的上位機軟件，用戶(hù)可以用PC就近連接或通過(guò)公用電話(huà)網(wǎng)遠程撥號，上網(wǎng)監控多臺發(fā)電機組。并可通過(guò)RS232/485接口和硬連接兩種方式接至BAS系統。

1、控制保護功能

（1）手動(dòng)和自動(dòng)控制單臺發(fā)電機組的起停及自動(dòng)轉換控制功能。

（2）參數顯示：油壓、水溫、電池電壓、運行時(shí)間等油機參數，三相相電壓、相電流、頻率、功率因數、有功功率、無(wú)功功率、發(fā)電量等發(fā)電機電參數，市電三相線(xiàn)電壓、三相相電壓和頻率等市電參數。

（3）發(fā)電機組機油壓力低、潤滑油溫度高、冷卻水溫高、冷卻水斷水、燃油量過(guò)低、超速、超頻、低頻、速度信號丟失、自啟動(dòng)失敗、過(guò)電流、電壓過(guò)高或過(guò)低、廠(chǎng)用電相序錯誤、發(fā)電機相序錯誤等保護停機功能。

（4）發(fā)電機組機油壓力低、油壓水溫傳感器故障、冷卻水溫過(guò)高或過(guò)低、冷卻水斷水、燃油量過(guò)低、超速、超頻、過(guò)電流、電池電壓過(guò)高或過(guò)低、廠(chǎng)用電相序錯誤、發(fā)電機相序錯誤等故障報警。

      由于發(fā)電機組允許采用集中供電方式，集中控制。在控制室可設置控制屏（用戶(hù)配備），引入發(fā)電機組控制信號，開(kāi)關(guān)控制信號，測量信號等，以實(shí)現遠方控制和監視。為了實(shí)現對全部發(fā)電機組進(jìn)行監控。

2、負載分級管理的功能

      高速的CAN總線(xiàn)通信，可以根據發(fā)電機組有功功率、視在功率啟動(dòng)、停機，這里又可分為根據百分比起停機和儲備功率啟動(dòng)、停機。功率管理系統說(shuō)明見(jiàn)表1。

      控制系統還具備負載分類(lèi)功能，滿(mǎn)足設定幾級負載，根據負載的重要性按照順序在發(fā)電機組設定的“剩余功率”滿(mǎn)足的情況下優(yōu)先帶載，可以根據設定控制對負載分類(lèi)的總開(kāi)關(guān)合分閘，根據負載的重要性依次進(jìn)行加載，控制系統具備A、B、C三級負載分類(lèi)，三個(gè)輸出點(diǎn)，可以通過(guò)控制器本身的PLC邏輯進(jìn)行編程定義輸出，所有的并機發(fā)電機組控制系統均具備三個(gè)輸出點(diǎn)，將所有的A類(lèi)負載并在一起，B類(lèi)負載并在一起、C類(lèi)負載并在一起，每級負載總輸出開(kāi)關(guān)具有中間繼電器，由輸出點(diǎn)控制，從而對主開(kāi)關(guān)進(jìn)行合、分閘控制，滿(mǎn)足負載分類(lèi)，以2臺發(fā)電機組為一個(gè)系統、2級負載為例的負載管理功能如圖5-7所示。

      如圖3所示，發(fā)電機1＃被啟動(dòng)，然后發(fā)電機2＃啟動(dòng)，表示兩臺發(fā)電機組和兩個(gè)負載給出的一臺AGC200上剩余功率負載電器R₁和R₂連接著(zhù)。發(fā)電機1＃被啟動(dòng)，當G1合閘時(shí)，定時(shí)器t₁開(kāi)始運行，當定時(shí)器t₁計時(shí)結束后，所選的R₁繼電器激活，此時(shí)圖中200kW負載被接入，此時(shí)剩余功率下降至300kW，一段時(shí)間后，發(fā)電機2＃被啟動(dòng)，并同步其發(fā)電機開(kāi)關(guān)，當G2合閘后，定時(shí)器t₂開(kāi)始計時(shí)，當定時(shí)器t₂屆滿(mǎn)后，所選的R2繼電器激活，此時(shí)第二個(gè)負載200kW被接入，剩余功率下降至600kW。

 表1    功率管理功能表

3、并機顯示系統描述

      針對并機數量較多時(shí)，可設計集控系統對電站群內的每臺發(fā)電機組實(shí)現集中監控，可以實(shí)現不限于以下功能：

1、系統單線(xiàn)圖，并通過(guò)系統單線(xiàn)圖顯示各設備狀態(tài)；

2、顯示每臺發(fā)電機組的運行狀態(tài)；

3、顯示每臺發(fā)電機組的預告警、告警和故障狀態(tài)；

4、顯示每臺發(fā)電機組的運行記錄和故障記錄；

5、系統保護功能。

      可以通過(guò)配套工業(yè)交換機（HUB）、RS485／TCP-IP通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)與（HMI）人機界面（15寸液晶屏）與主控制器進(jìn)行連接后，通過(guò)專(zhuān)業(yè)的MGCS組態(tài)軟件進(jìn)行相應的編程，界面均可以個(gè)性化編輯，并機監控系統如圖4所示。集控系統具備擴容能力只需要增加工業(yè)交換機及轉換模塊即可實(shí)現硬件上的擴容，可以在硬件完全滿(mǎn)足的條件下進(jìn)行編程，以便后期擴容。

 

圖3 柴油發(fā)電機組負載管理功能示意圖

圖4 柴油發(fā)電機組并機監控系統圖

 

三、并機原理及運行模式

 

1、并機工作原理

（1）控制屏設計

      發(fā)電機組并機系統采用控制與并機一體進(jìn)行設計，每套系統設置一只主控屏，系統還可配置一套（HMI）人機界面，完成人機界面，顯示系統并機狀態(tài)、負載分配狀態(tài)和各臺發(fā)電機組的參數等，面板界面如圖5所示。

（2）分布式控制方式

      傳統的方式為通過(guò)設置優(yōu)先級來(lái)控制級別較高的發(fā)電機組進(jìn)行并機，這種方式并機的時(shí)間受優(yōu)先級高的發(fā)電機組影響，甚至會(huì )造成優(yōu)先級別較低的發(fā)電機組無(wú)法進(jìn)行并機。而分布式控制方式如圖6所示，為最先穩定的發(fā)電機組合閘后其余發(fā)電機組均能夠在達到同步并機設定后完成合閘并機，這樣速度更快，也不會(huì )因單臺發(fā)電機組的控制系統問(wèn)題而造成整個(gè)并機系統的癱瘓。并機控制屏可安裝于發(fā)電機組旁，或集中布置。分布式的優(yōu)點(diǎn)為一臺發(fā)電機組的故障不影響整個(gè)系統，并可方便地在運行中處理故障。整個(gè)系統由多個(gè)并機系統和一只觸摸式顯示屏組成，系統通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接到工業(yè)交換機，兩者之間通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)TCP/IP傳輸數據。

（3）同步方式

      系統采用頻率和電壓同步的方式并聯(lián)，并聯(lián)控制系統通過(guò)CAN通信，對整個(gè)系統的控制屏進(jìn)行通信，自動(dòng)調整發(fā)電機組的頻率和電壓，使之不受負載增加和減少的影響，保持在設定值以?xún)取?/span>發(fā)電機使用（DVR）數字調壓器，帶有Droop 功能和無(wú)功分配功能，此功能允許手動(dòng)并機，在并機系統完全損壞的情況下，利用發(fā)電機的帶載特性進(jìn)行手動(dòng)無(wú)功功率分配。

2、并機系統操作方式

（1）自動(dòng)方式：

      發(fā)電機組和系統設定在自動(dòng)模式，并機系統檢查市電狀態(tài)，當市電故障時(shí)，經(jīng)延時(shí)確認，啟動(dòng)所有（或者設計啟動(dòng)貯備，可以根據負載的狀況進(jìn)行投入發(fā)電機組）自動(dòng)狀態(tài)的發(fā)電機組，發(fā)電機組啟動(dòng)后自動(dòng)將電壓和頻率調整至設定值，系統中最先到達設定值的發(fā)電機組，最先投入到并聯(lián)母線(xiàn)，其余的發(fā)電機組檢測各自并機開(kāi)關(guān)上下口電壓、頻率、相位，自動(dòng)控制發(fā)電機組的頻率和電壓進(jìn)行追蹤，達到一定的窗口設定值和同步時(shí)間后，命令開(kāi)關(guān)閉合，自動(dòng)同步過(guò)程結束，系統將自動(dòng)分配功率給所有在線(xiàn)發(fā)電機組。

① 自動(dòng)功率控制功能

      自動(dòng)狀態(tài)下可以開(kāi)啟功率控制功能，并機系統檢測總的輸出負載，自動(dòng)增減發(fā)電機組臺數，功率控制的百分比可在一定范圍內設定（并機完成后送電，何時(shí)進(jìn)行負載分配可以設定）。

② 自動(dòng)停機過(guò)程

      當控制系統接收到市電可用信號，經(jīng)延時(shí)確認后，此時(shí)已將負載由發(fā)電機組轉移到市電，整個(gè)發(fā)電機組將進(jìn)行停機過(guò)程，控制系統確認發(fā)電機組功率低于設定值時(shí)，控制系統才自動(dòng)斷開(kāi)斷路器，發(fā)電機組解列。發(fā)電機組控制系統自動(dòng)進(jìn)行冷卻停機程序，停機后進(jìn)入待機狀態(tài)。

（2）手動(dòng)方式

① 手動(dòng)解列過(guò)程

      所有在線(xiàn)運行的發(fā)電機組允許手動(dòng)解列，在并聯(lián)系統中觸發(fā)對應的發(fā)電機組停機按鈕，控制系統將首先進(jìn)行負載轉移過(guò)程，被解列的發(fā)電機組功率逐步降低，達到設定值后，并聯(lián)開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)，發(fā)電機組解列。發(fā)電機組控制系統自動(dòng)進(jìn)行冷卻停機程序，停機后進(jìn)入待機狀態(tài)。

② 緊急停機過(guò)程

      當運行中的發(fā)電機組發(fā)生停機故障或按壓緊急停機按鈕，并聯(lián)控制系統將立即斷開(kāi)對應的發(fā)電機組斷路器，并控制發(fā)電機組停機，如故障或急停發(fā)生在并聯(lián)系統側，發(fā)電機組無(wú)故障，則發(fā)電機組進(jìn)行冷卻停機過(guò)程，停機后待機狀態(tài)，在并機系統控制屏上將顯示報警信息；如急?；蚬收习l(fā)生在發(fā)電機組側，則發(fā)電機組立即停機，并在發(fā)電機組控制屏和并機系統控制屏上同時(shí)顯示報警。

③ 手動(dòng)并機操作

      發(fā)電機控制屏設置在手動(dòng)狀態(tài)，并機系統設置在手動(dòng)狀態(tài)，并機系統不檢測市電狀態(tài)，由人工控制。當需要啟動(dòng)發(fā)電機組時(shí)，手動(dòng)啟動(dòng)發(fā)電機組，在并聯(lián)系統處觸發(fā)合閘或投入按鈕，并聯(lián)系統將自動(dòng)同步，自動(dòng)合閘，并聯(lián)后自動(dòng)功率分配。停機過(guò)程，系統工作在此方式下無(wú)法自動(dòng)停機，首先進(jìn)行發(fā)電機組解列，在并聯(lián)系統處觸發(fā)停機或解列按鈕后，對應的發(fā)電機組將自動(dòng)轉移負載，當負載減小到設定值時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)斷路器，發(fā)電機組解列完成，此時(shí)發(fā)電機組繼續運行，需手動(dòng)停機。

 

圖5  柴油發(fā)電機組并機控制器界面示意圖

圖6 柴油發(fā)電機組并機原理圖

 

摘要：

      康明斯發(fā)電機組可提供TCP/IP或RS485數據/控制接口，通過(guò)使用MODBUS協(xié)議能夠方便地與客戶(hù)進(jìn)行遠程監控網(wǎng)絡(luò )對接，實(shí)現遠程數據的采集和監控。監控內容包括發(fā)電機組運行參數、狀態(tài)參數、并聯(lián)系統的狀態(tài)參數、運行參數和報警信息等。并機系統使用康明斯PCC3.3智能并機控制系統，與發(fā)電機組的控制屏一體，此系統專(zhuān)為康明斯電力技術(shù)有限公司發(fā)由發(fā)電機組設計生產(chǎn)制造。與其余的品牌發(fā)電機組可以實(shí)現兼容，保證以后擴容時(shí)兼容其余控制系統。并機控制屏使用15寸（1in＝0.0254m）彩色觸摸屏作為并聯(lián)系統集控操作，可狀態(tài)顯示、參數顯示、并機單線(xiàn)圖顯示，中文界面?？蛇M(jìn)行擴容至16臺發(fā)電機組。

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