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        工廠、醫(yī)院,、通信站,、體育場等一些重要場所, 對供電可靠性要求非常高, 常用柴油發(fā)電機作為備用電源。柴油發(fā)電機的投運切換方式有兩種, 一是冷備方式, 即市電停電后啟動柴油發(fā)電機供電, 此方式會出現(xiàn)供電中斷問題;二是在線熱備方式, 即在重要時機或可預(yù)見的停電期之前,將柴油發(fā)電機啟動并入電網(wǎng)運行, 以實現(xiàn)不間斷供電,。前者對供電可靠性要求不高, 也無需對柴油發(fā)電機進(jìn)行綜合控制,。后者則對柴油發(fā)電機的運行控制提出了嚴(yán)格要求 ,需要對勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)以及兩者之間的協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行綜合控制。

一,、系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)

柴油發(fā)電機組綜合控制系統(tǒng)主要包括勵磁系統(tǒng),、調(diào)速系統(tǒng)、測量機構(gòu)和一個綜合控制模塊 , 主體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

1. 測量機構(gòu),。

由一系列的電壓互感器、電流互感器和轉(zhuǎn)速傳感器等元件組成, 主要為控制系統(tǒng)提供機組運行時的狀態(tài)信息, 控制系統(tǒng)實時監(jiān)測機組的運行狀態(tài), 由執(zhí)行器件適時對其作出相應(yīng)的調(diào)整, 保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行,。

2. 勵磁系統(tǒng),。

同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)一般由主勵磁系統(tǒng)和勵磁調(diào)節(jié)器兩個部分組成。主勵磁系統(tǒng)向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供直流電流, 即勵磁電流; 勵磁調(diào)節(jié)器根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制主勵磁系統(tǒng)的輸出,。整個勵磁自動控制系統(tǒng)是由勵磁調(diào)節(jié)器,、主勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機構(gòu)成的一個反饋控制系統(tǒng), 勵磁系統(tǒng)的主要作用如下。

( 1) 控制發(fā)電機的端電壓 ,。柴油發(fā)電機單機運行時 ,隨著負(fù)荷的波動, 需要對勵磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)以使母線電壓維持在給定的平,。

( 2) 控制無功功率的分配。柴油發(fā)電機以熱備用狀態(tài)與電網(wǎng)一起向負(fù)載供電時, 可以看作是同步發(fā)電機與無窮大母線并聯(lián)運行, 此時發(fā)電機端電壓不隨負(fù)荷大小而改變,調(diào)節(jié)勵磁電流可以改變發(fā)電機無功功率的數(shù)值,。

3. 調(diào)速系統(tǒng),。

調(diào)速系統(tǒng)主要用來控制柴油機的引擎執(zhí)行器, 通過執(zhí)行器改變柴油機油門的大小, 控制柴油機的轉(zhuǎn)速或協(xié)調(diào)有功功率的均衡分配問題。調(diào)速系統(tǒng)作用如下,。

( 1) 穩(wěn)定發(fā)電機輸出功率的頻率在給定等級,。在柴油發(fā)電機組單機運行時, 調(diào)速系統(tǒng)通過改變柴油機油門的開度來改變柴油機的輸入功率, 從而改變機組的轉(zhuǎn)速, 亦即改變發(fā)電機的輸出頻率。帶載運行時, 負(fù)載的波動必然會

導(dǎo)致柴油機轉(zhuǎn)速的變化, 這個變化通過引擎調(diào)速器計算放大后輸出給引擎執(zhí)行器, 由執(zhí)行器相應(yīng)地加大或減小油機油門的大小來補償其轉(zhuǎn)速的變化,。

( 2) 控制有功功率的分配,。當(dāng)發(fā)電機組并入電網(wǎng)一起向負(fù)載供電時, 由于電網(wǎng)的拖動, 發(fā)電機輸出功率的頻率與電網(wǎng)嚴(yán)格保持一致, 此時調(diào)速器的功能由頻率調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電網(wǎng)共同分擔(dān)負(fù)載所需的有功功率。

4. 發(fā)電機組綜合控制模塊,。

主要承擔(dān)勵磁系統(tǒng)和速度系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)工作, 根據(jù)測量機構(gòu)采集到的電壓,、電流等信號, 實時監(jiān)控機組的運行狀況, 根據(jù)負(fù)載的波動情況對勵磁調(diào)節(jié)器和調(diào)速器做出相應(yīng)的調(diào)整, 使柴油機發(fā)電機組運行在最佳狀態(tài)。對于突發(fā)事件做出快速有效的響應(yīng) ,及時通過勵磁調(diào)節(jié)器和調(diào)速器調(diào)整發(fā)電機組的運行狀態(tài) ,使其在短時間內(nèi)恢復(fù)正常運行,。

二、勵磁系統(tǒng)

勵磁系統(tǒng)主要由主勵磁系統(tǒng)和勵磁調(diào)節(jié)器兩部分組成,當(dāng)然一套完整的勵磁控制系統(tǒng)還要包括測量環(huán)節(jié)及必要的保護(hù)環(huán)節(jié)等, 圖2為一般勵磁控制系統(tǒng)組成框圖,。主勵磁系統(tǒng)為發(fā)電機的勵磁繞組提供勵磁電流; 勵磁調(diào)節(jié)器用于對勵磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制; 發(fā)電機端電壓測量與負(fù)載補償環(huán)節(jié)測量發(fā)電機的端電壓, 并對發(fā)電機負(fù)載電流進(jìn)行補償;輔助調(diào)節(jié)器對勵磁調(diào)節(jié)器輸入輔助控制信號, 最常用的輔助調(diào)節(jié)器為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器; 保護(hù)和限幅環(huán)節(jié)用以確保機組的各種參數(shù)不越過其限值,。

考慮到勵磁系統(tǒng)的強勵倍數(shù)和響應(yīng)速度涉及到勵磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和造價, 所以選擇方案時應(yīng)根據(jù)發(fā)電機在系統(tǒng)中的地位和作用等因素, 采用恰當(dāng)?shù)闹笜?biāo)以適應(yīng)運行上的要求。本方案選用了DECS- 100型數(shù)字自動勵磁調(diào)節(jié)器, 圖3為其結(jié)構(gòu)框圖,。

DECS- 100 是一個高性能,、低成本的數(shù)字式自動勵磁調(diào)節(jié)器, 采用了微處理器技術(shù), 可以精確控制10MW及以下容量的無刷勵磁同步發(fā)電機的輸出電壓, 在并網(wǎng)運行時還能實時控制發(fā)電機組的無功輸出, 具有很好的無功補償能力。DECS- 100提 供 了 自 動 電 壓 調(diào) 節(jié) ( AVR) ,、 勵磁電流調(diào) 節(jié)( FCR) ,、無功功率控制 ( VAR) 、功率因數(shù)控制 ( PF) 四種工作模式, 具備過勵關(guān)斷、發(fā)電機過電壓關(guān)斷,、發(fā)電機檢測電壓失去關(guān)斷或切換,、過勵限制四種保護(hù)功能, 以及并網(wǎng)電壓匹配功能, 其工作模式和各種功能均能通過BEST-COMS軟件選擇及進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整控制。

三,、調(diào)速系統(tǒng)

柴油發(fā)動機調(diào)速系統(tǒng)是通過安裝在飛輪殼上的轉(zhuǎn)速電磁傳感器檢測出轉(zhuǎn)速的變化, 通過引擎調(diào)速器的控制,由執(zhí)行器帶動油門拉桿, 調(diào)節(jié)供油量大小, 從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)的目的,。調(diào)速系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)速檢測單元、電子調(diào)速器單元及執(zhí)行機構(gòu)等部分組成,。

檢測部分主要由轉(zhuǎn)速電磁傳感器及飛輪齒圈組成, 電磁傳感器從飛輪齒圈測得發(fā)動機的轉(zhuǎn)速, 并將其變換成與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號輸入給電子調(diào)速器, 電子調(diào)速器將轉(zhuǎn)速信號與給定轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行對比, 并進(jìn)行相應(yīng)的控制運算, 再由功率輸出環(huán)節(jié)驅(qū)動執(zhí)行器改變供油量大小, 自動調(diào)節(jié)柴油機的轉(zhuǎn)速,。

本方案選用了2301D數(shù)字式速度調(diào)節(jié)器用于柴油發(fā)電機組的速度控制和負(fù)荷分配, 其所有控制功能都是通過一個32位的微處理器來完成, 可以通過串口與PC機通信來完成各種參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整。圖4為2301D速度調(diào)節(jié)器組成的調(diào)速系統(tǒng),。2301D速度調(diào)節(jié)器對柴油機提供了完整的控制 功能, 包括啟動,、怠速、額定速度等狀態(tài)的控制以及各速度之間的穩(wěn)定過渡控制, 在同期負(fù)載分配模式下, 能夠精確控制發(fā)電機組的有功輸出, 完全滿足系統(tǒng)對有功分配功能的需求,。

該調(diào)速系統(tǒng)中, 速度傳感器產(chǎn)生的頻率正比于柴油機轉(zhuǎn)速的交流信號, 經(jīng)過轉(zhuǎn)換器被轉(zhuǎn)換成一個代表柴油機轉(zhuǎn)速的數(shù)字, 通過與速度給定值的比較, 如果兩個值不相等,可以控制多機 的并列運行 , 還可以控制機組的并網(wǎng)運,。

其差值經(jīng)過一個PID環(huán)節(jié)被送往引擎執(zhí)行器, 從而使得柴油機的油門加大或減小, 這個過程將反復(fù)進(jìn)行, 直至轉(zhuǎn)速與給定值相等。在發(fā)電機組并列運行或并網(wǎng)運行時, 可以進(jìn)行負(fù)荷分配控制, 此時速度給定變?yōu)樨?fù)荷百分比給定,比

較的對象變?yōu)檫\行時發(fā)電機輸出功率對負(fù)荷總功率的比例,其差值經(jīng)過PID環(huán)節(jié)輸出給執(zhí)行器, 調(diào)節(jié)原動機的有功出力, 經(jīng)過反復(fù)調(diào)整最終使得發(fā)電機組輸出設(shè)定的有功份額,。

四,、綜合控制

為了協(xié)調(diào)DECS- 100和2301D對柴油機發(fā)電機組的控制,使發(fā)電機組發(fā)揮出最優(yōu)的性能, 采用EGCP- 3發(fā)電機組綜合控制模塊作為DECS- 100和2301D的上位控制機構(gòu), 圖1給出了它們之間的連接關(guān)系。EGCP- 3以功能強大的微處理器為基礎(chǔ), 是一種幾乎可用于所有場合的發(fā)電機組控制和管理模塊,。它本身集成了對發(fā)電機組引擎,、發(fā)電機、母線等的

監(jiān)控以及保護(hù)功能, 主要功能如下,。

1. 有功功率的分配與控制,。能夠根據(jù)電壓和電流互感器的信號精確計算功率有效值; 為引擎調(diào)速系統(tǒng)提供速度偏差信號; 對加載和卸載斜率進(jìn)行控制; 并列運行時,對機組與電網(wǎng)的負(fù)載分配百分比進(jìn)行控制; 可以外部或手動調(diào)整有功輸出份額。

2. 無功功率的分配與控制,。為勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供電壓偏差信號; 加載和卸載斜率的控制; 負(fù)載無功功率在機組和電網(wǎng)之間的百分比額度控制; 無功功率或功率因數(shù)的外部調(diào)節(jié); 手動電壓控制,。

3. 同期。電壓,、頻率,、相序匹配; 自動并網(wǎng); 人工并網(wǎng)操作。除了以上幾個重要功能,EGCP- 3還提供了其他許多自動控制功能, 比如機組從啟動經(jīng)過怠速到額定速度運行這一過程的自動控制等, 其性能可滿足系統(tǒng)對發(fā)電機組的控制需要,。

五,、結(jié)束語

ECS- 100數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器能夠精確控制柴油發(fā)電機單機運行時的輸出電壓和并網(wǎng)運行時的無功輸出, 2301D數(shù)字調(diào)速器能夠精確控制柴油發(fā)電機單機運行時的頻率和并網(wǎng)運行時的有功輸出, EDCP- 3發(fā)電機綜合控制模塊可以控制DECS- 100和2301D兩個模塊協(xié)調(diào)工作, 構(gòu)成了一個完整的柴油發(fā)電機組綜合控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了柴油發(fā)電機從啟動,、運行到停止的所有過程的控制, 既可以手動控制, 又可以自動控制; 既可以控制單機的運行,

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