卜艷紅

（河北電機(jī)股份有限公司，河北 石家莊 050026）

0 引 言

電能已經(jīng)成為維持社會(huì)正常運(yùn)行的重要能源，但是傳統(tǒng)的發(fā)電方式會(huì)對自然環(huán)境造成不同程度的污染，嚴(yán)重影響人們的生存環(huán)境。因此，必須加快清潔能源的發(fā)展，其中光伏發(fā)電就是一種無污染的清潔能源，且其利用的太陽能是用之不竭的能源[1]。但是，光伏發(fā)電站發(fā)電量很大程度上取決于氣候、天氣等外圍因素。例如，秋冬季節(jié)日照較弱，光伏電站發(fā)電量較少；晚上光伏電站發(fā)電量也將受到很大影響。所以，在日照量較少的時(shí)候，僅靠光伏發(fā)電站發(fā)電會(huì)嚴(yán)重影響人們的正常生活和生產(chǎn)用電。為此，光伏電站采用其他能源與光能進(jìn)行互補(bǔ)式發(fā)電，如風(fēng)光互補(bǔ)和柴光互補(bǔ)。風(fēng)光互補(bǔ)主要是采用風(fēng)能發(fā)電與光伏發(fā)電進(jìn)行互補(bǔ)式發(fā)電，但是風(fēng)能不穩(wěn)定且分布不均勻，因此在很多地方難以實(shí)現(xiàn)。柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電穩(wěn)定、啟動(dòng)較快、容量較大，與光伏發(fā)電能夠很好地互補(bǔ)。分布式光伏電站可廣泛應(yīng)用于電站、通信基站、偏遠(yuǎn)地區(qū)海島、工業(yè)廠房、商業(yè)建筑、別墅、農(nóng)村以及山區(qū)，可就地供電，不必長距離輸送，避免了長距離輸電線路造成的電能損失，能夠很好地解決當(dāng)?shù)氐挠秒娦枨蟆?/p>

1 組 成

1個(gè)2 MW的分布式光伏發(fā)電站和1個(gè)總功率為3 MW的柴油發(fā)電機(jī)組電站，再加上一些配電設(shè)備，即可組成柴光互補(bǔ)分布式電站，如圖1所示。光伏部分由2個(gè)1 MW的光伏發(fā)電單元組成，每個(gè)1 MW的光伏發(fā)電單元經(jīng)2臺(tái)并聯(lián)的500 kW并網(wǎng)逆變器逆變?yōu)锳C 400 V交流電，再經(jīng)過光伏箱式變壓器升壓后通過高壓柜接入30 kV母線，柴油發(fā)電機(jī)組部分由4臺(tái)集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組組成，每臺(tái)機(jī)組的功率為750 kW、電壓為400 V，同樣經(jīng)過箱式變壓器升壓后通過高壓柜接入30 kV母線。

柴油發(fā)電機(jī)組和光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率采用集中控制方式。當(dāng)白天光照強(qiáng)時(shí)，僅需開啟一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，光伏電站自動(dòng)與柴油發(fā)電機(jī)組同期共同向負(fù)載供電；當(dāng)陰天或雨天光照微弱時(shí)，控制中心發(fā)出命令，啟動(dòng)多臺(tái)機(jī)組并機(jī)運(yùn)行，向負(fù)載供電，光伏的輸出功率固定，由柴油發(fā)電機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷的變化；當(dāng)晚上無光照時(shí)，控制中心發(fā)出命令，啟動(dòng)多臺(tái)機(jī)組并機(jī)運(yùn)行，完全由機(jī)組承擔(dān)所有負(fù)荷。

集裝箱型柴油發(fā)電機(jī)組主要由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、集裝箱、散熱器、排氣系統(tǒng)、燃油控制系統(tǒng)、自動(dòng)化并機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)以及輸出系統(tǒng)組成。4臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組根據(jù)光伏的發(fā)電功率和負(fù)載情況，自動(dòng)選擇開啟一臺(tái)或者多臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，以滿足負(fù)載需求，達(dá)到柴光互補(bǔ)的效果。

柴油發(fā)電機(jī)組主要由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、排氣消聲系統(tǒng)、散熱水箱、蓄電池組、控制輸出柜以及燃油系統(tǒng)等組成。發(fā)動(dòng)機(jī)安裝充電發(fā)電機(jī)，控制系統(tǒng)安裝浮充電器，在運(yùn)行和停機(jī)時(shí)均能對蓄電池充電，保證蓄電池電量充足；蓄電池分為啟動(dòng)用蓄電池和控制用蓄電池，通過二極管模塊隔開；日用油箱到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油管上，安裝手閥和常閉電磁閥，在機(jī)組運(yùn)行過程中若發(fā)生火災(zāi)報(bào)警，斷開進(jìn)油管路；日用油箱設(shè)置手動(dòng)閥和緊急卸油閥，若發(fā)生火災(zāi)報(bào)警或需手動(dòng)卸油時(shí)，接通卸油管路。

發(fā)動(dòng)機(jī)選用MTU的2000系列發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)采用先進(jìn)的ADEC電子管理系統(tǒng)，具有數(shù)字化電氣調(diào)速器功能，保證動(dòng)態(tài)、靜態(tài)電氣性能；有水溫高、油壓低、水位低、油溫高、水位過低、超速等保護(hù)、報(bào)警功能；采用單體噴油泵，短的高壓油路、閉式油路循環(huán)和電控噴油嘴；順序渦輪增壓器和雙回路冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)刻處于熱平衡狀態(tài)，保證了發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性；先進(jìn)的電子管理系統(tǒng)為雙CPU計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在啟動(dòng)和負(fù)載突變狀態(tài)下迅速響應(yīng)，恢復(fù)時(shí)間短，彌補(bǔ)了光伏發(fā)電瞬間波動(dòng)大、發(fā)電量不穩(wěn)定的特點(diǎn)。先進(jìn)的電子管理系統(tǒng)可以獨(dú)立完成全部發(fā)動(dòng)機(jī)的控制，僅對發(fā)動(dòng)機(jī)的保護(hù)功能就達(dá)320項(xiàng)；采用電控單體泵噴油技術(shù)和最優(yōu)化的燃油控制系統(tǒng)，控制供油系統(tǒng)按所在工況下的最優(yōu)參數(shù)噴油，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)有最低油耗和最低排放。

發(fā)電機(jī)選用ABB的AMG0400BB04交流同步發(fā)電機(jī)。該發(fā)電機(jī)采用無刷勵(lì)磁系統(tǒng)，采用電壓調(diào)節(jié)器GEN06提高發(fā)電機(jī)抗諧波能力；經(jīng)過抗環(huán)境腐蝕設(shè)計(jì)能夠保持較長壽命；通過優(yōu)化電磁及電氣設(shè)計(jì)，改善冷卻系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)化，保證較低噪音水平；功率等級和安裝尺寸符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。

2 電氣控制系統(tǒng)原理

電氣控制系統(tǒng)主要由發(fā)電機(jī)組控制器和MTU發(fā)動(dòng)機(jī)ADEC組成?？刂葡到y(tǒng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停機(jī)和斷路器合分閘，同時(shí)監(jiān)測和保護(hù)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)的各種參數(shù)。接收到并機(jī)/并網(wǎng)命令時(shí)，它比較發(fā)電側(cè)電壓、相位、頻率和母線側(cè)電壓、相位、頻率。若母線上沒有電，則直接合上輸出斷路器；若母線上有電，控制系統(tǒng)發(fā)出指令調(diào)整發(fā)電機(jī)AVR和發(fā)動(dòng)機(jī)ADEC，使達(dá)到同期水平后再合上輸出斷路器。發(fā)動(dòng)機(jī)自帶的控制系統(tǒng)ECU，采集機(jī)油壓力、機(jī)油溫度、燃油溫度、冷卻水溫度、進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度以及轉(zhuǎn)速等信號(hào)，通過CANBus接口將數(shù)據(jù)傳給控制器。

整個(gè)系統(tǒng)的功率管理由綜控系統(tǒng)完成。沒有外網(wǎng)時(shí)，綜控系統(tǒng)固定光伏的發(fā)電量，超過光伏發(fā)電量的負(fù)荷由發(fā)電機(jī)組承擔(dān)，由綜控系統(tǒng)發(fā)出指令，啟停合適數(shù)量的發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)發(fā)電機(jī)組通過CAN通信線協(xié)調(diào)各自的發(fā)電量，且由發(fā)電機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷的變化和光伏的瞬間波動(dòng)。當(dāng)有外網(wǎng)時(shí)，每臺(tái)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量是固定的，綜控系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的光照情況和負(fù)載需求電量，單獨(dú)調(diào)整每臺(tái)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量。發(fā)電機(jī)組控制器可接收4～20 mA的信號(hào)，根據(jù)4～20 mA與輸出功率的對應(yīng)曲線、綜控系統(tǒng)發(fā)出的電流信號(hào)大小，發(fā)電機(jī)組輸出固定的功率值。

如圖1所示，柴油發(fā)電機(jī)組連接到各自的低壓斷路器，經(jīng)升壓變壓器升壓后連接到隔離開關(guān)和高壓斷路器，再連接到公共母排，母線電壓采樣低壓側(cè)。低壓側(cè)斷路器、高壓隔離開關(guān)及高壓斷路器互鎖，高壓隔離開關(guān)及高壓斷路器閉合時(shí)才允許低壓側(cè)斷路器合閘，低壓側(cè)斷路器分閘后才允許高壓隔離開關(guān)及高壓斷路器分閘，從而避免因誤操作導(dǎo)致的系統(tǒng)不同期合分閘問題。

圖1 柴光互補(bǔ)分布式電站組成圖

系統(tǒng)設(shè)置試驗(yàn)狀態(tài)來定期運(yùn)行發(fā)電機(jī)組。試驗(yàn)時(shí)，在機(jī)組旁定期啟機(jī)，通過在機(jī)組控制器上按啟機(jī)、合分閘、停機(jī)按鍵實(shí)現(xiàn)手動(dòng)啟機(jī)、手動(dòng)合閘、手動(dòng)分閘、手動(dòng)停機(jī)。控制器必須處于手動(dòng)模式，自動(dòng)/手動(dòng)模式選擇可以在機(jī)旁控制器上實(shí)現(xiàn)，也可以通過綜控系統(tǒng)通過通信方式實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)狀態(tài)下，如果開展孤島模式帶載試驗(yàn)時(shí)，不需要綜控提供一個(gè)并網(wǎng)硬接線信號(hào)到機(jī)組；如果需做并網(wǎng)帶載試驗(yàn)時(shí)，需綜控ECS提供一個(gè)并網(wǎng)硬接線信號(hào)到機(jī)組，機(jī)組會(huì)有并網(wǎng)指示，此時(shí)機(jī)組輸出固定功率，可通過外部4～20 mA信號(hào)調(diào)整輸出固定功率值。在孤島模式時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組輸出功率由負(fù)荷大小決定；并網(wǎng)模式時(shí)，由4～20 mA給定信號(hào)輸出固定功率。

試驗(yàn)狀態(tài)下得到綜控啟動(dòng)脈沖指令，且通過綜控切換控制器模式于自動(dòng)模式，柴油發(fā)電機(jī)組將轉(zhuǎn)入供電狀態(tài)。

工作流程圖如圖2所示。

圖2 工作流程圖

3 結(jié) 論

通過對光伏和柴油發(fā)電機(jī)組的集中控制管理，實(shí)現(xiàn)以光伏發(fā)電為主，柴油發(fā)電機(jī)組為輔的智能發(fā)電、配電、供電，充分發(fā)揮光伏綠色、可再生、廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)分布式光伏電站不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，使光伏電站能夠更加穩(wěn)定，更加可靠的保證電能的輸出，保證電站附近的正常生產(chǎn)、生活用電。