許美成

（天水天傳電氣工程有限責(zé)任公司，甘肅 天水 741020）

目前，對(duì)于型號(hào)規(guī)格相同的柴油機(jī)與發(fā)電機(jī)組成的柴油發(fā)電機(jī)組，其并網(wǎng)控制、負(fù)荷分配是通過有功閉環(huán)和無功閉環(huán)來控制實(shí)現(xiàn)的。針對(duì)單臺(tái)機(jī)組的容量、類型存在差異的多個(gè)單臺(tái)機(jī)組構(gòu)成的機(jī)組，并機(jī)運(yùn)行時(shí)有功和無功負(fù)荷均衡很難控制，傳統(tǒng)的控制方法中并機(jī)運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷均衡是按照容量小的機(jī)組分配的，如此大容量機(jī)組按照小容量機(jī)組使用，相當(dāng)于降容使用，不能發(fā)揮其容量的潛力。為確保不同容量發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)可充分發(fā)揮其容量的潛力，本文提供了一種專門根據(jù)不同容量發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷均衡控制方法。

1 柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷分配控制方法

1.1 負(fù)荷分配控制方法的基本概述

具體的負(fù)荷分配方案如下：不同類型柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷均衡控制系統(tǒng)，選取若干個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組，各柴油發(fā)電機(jī)組的容量、執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型互不相同；每一柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)有控制器模塊、電壓調(diào)節(jié)器模塊、負(fù)荷分配模塊；控制器模塊輸入端連接對(duì)應(yīng)柴油發(fā)電機(jī)組端和共用母線端，控制器模塊輸出端分別與電壓調(diào)節(jié)器模塊和負(fù)荷分配模塊電連，電壓調(diào)節(jié)器模塊與該柴油發(fā)電機(jī)組中的發(fā)電機(jī)電連，負(fù)荷分配模塊與該柴油發(fā)電機(jī)組中的柴油機(jī)電連，各柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷分配模塊之間通過兩條負(fù)荷分配線并聯(lián)連接，每條負(fù)荷分配線上設(shè)有該機(jī)組主開關(guān)的常開輔助觸點(diǎn)，兩負(fù)荷分配線之間設(shè)有該機(jī)組主開關(guān)的常閉輔助觸點(diǎn)，主開關(guān)閉合，常閉輔助觸點(diǎn)打開，每條負(fù)荷分配線上的常開輔助觸點(diǎn)閉合，柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷分配線并聯(lián)，控制器模塊通過電壓調(diào)節(jié)器模塊進(jìn)行無功負(fù)荷的均衡調(diào)節(jié)，通過負(fù)荷分配模塊進(jìn)行有功負(fù)荷均衡調(diào)節(jié)，使各柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷均衡。

采用上述系統(tǒng)對(duì)不同類型柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷均衡的控制方法：各個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷分配按照每個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)容量除以該機(jī)組額定容量得出百分?jǐn)?shù)相同的原則來自動(dòng)均衡在網(wǎng)柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷。具體包括以下步驟：

（1）控制器模塊輸出的并網(wǎng)、解列指令信號(hào)傳輸至相應(yīng)機(jī)組主開關(guān)，通過控制器模塊輸出開關(guān)量控制不同柴油發(fā)電機(jī)組之間同期并網(wǎng)；

（2）分別測(cè)量在網(wǎng)的各個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)端的電壓、電流和相位角輸入相應(yīng)的控制器模塊，測(cè)量相應(yīng)機(jī)組母線端電壓和相位角輸入該控制器模塊，依照在網(wǎng)機(jī)組的實(shí)時(shí)有功容量占機(jī)組額定有功容量的百分比相同，各個(gè)控制器模塊經(jīng)邏輯運(yùn)算輸出模擬量I，經(jīng)對(duì)應(yīng)的負(fù)荷分配模塊至柴油機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)有功負(fù)荷均衡；

（3）依照在網(wǎng)機(jī)組的實(shí)時(shí)無功容量占機(jī)組額定無功容量百分比相同，各個(gè)控制器模塊經(jīng)邏輯運(yùn)算輸出模擬量Ⅱ，經(jīng)對(duì)應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)器模塊至發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)無功負(fù)荷均衡。

1.2 負(fù)荷分配控制方法的具體實(shí)施

不同類型柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷均衡控制系統(tǒng)，選取若干個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組，每一柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)有供電主開關(guān)，各個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組的容量、執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型互不相同；每一柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)有電壓調(diào)節(jié)器模塊、負(fù)荷分配模塊和控制器模塊；電壓調(diào)節(jié)器模塊輸出端通過屏蔽導(dǎo)線連接對(duì)應(yīng)柴油發(fā)電機(jī)組中的發(fā)電機(jī)，用于調(diào)節(jié)相應(yīng)機(jī)組中發(fā)電機(jī)的電壓；負(fù)荷分配模塊的輸出端通過雙絞屏蔽導(dǎo)線連接該柴油發(fā)電機(jī)組中的柴油機(jī)，用于調(diào)節(jié)相應(yīng)機(jī)組中柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速，對(duì)應(yīng)的電參數(shù)為頻率，即調(diào)節(jié)頻率?？刂破髂K用于電壓和頻率調(diào)節(jié)、機(jī)組的同期并網(wǎng)控制和負(fù)荷均衡調(diào)節(jié)?？刂破髂K輸出端分別通過雙絞線與所述電壓調(diào)節(jié)器模塊和負(fù)荷分配模塊相接，控制器模塊一路輸出模擬量Ⅱ至上述電壓調(diào)節(jié)器模塊，設(shè)置電壓調(diào)節(jié)器模塊參數(shù)，其控制輸出至發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組，并網(wǎng)前對(duì)發(fā)電機(jī)的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，并網(wǎng)后對(duì)該機(jī)的無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，完成無功均衡分配；另一路輸出模擬量I至上述負(fù)荷分配模塊，整定負(fù)荷分配模塊的控制參數(shù)，其控制輸出至柴油機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并網(wǎng)前對(duì)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，并網(wǎng)后對(duì)該機(jī)的有功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，完成有功均衡分配。

上述控制器模塊通過控制線連接相應(yīng)機(jī)組端和母線端，控制器輸出的并網(wǎng)、解列指令信號(hào)通過控制線輸出到主開關(guān)的合閘或分閘線圈；依據(jù)各機(jī)組技術(shù)參數(shù)設(shè)置各控制器模塊參數(shù)，控制器模塊輸出開關(guān)量控制同期并網(wǎng)或解列。

其中，各柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷分配模塊之間通過兩條負(fù)荷分配線并聯(lián)連接；如：有5臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，1號(hào)柴油發(fā)電機(jī)組每條負(fù)荷分配線上設(shè)有主開關(guān)的常開輔助觸點(diǎn)K1-1、K1-2，2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)組每條負(fù)荷分配線上K2-1、K2-2，3號(hào)柴油發(fā)電機(jī)組每條負(fù)荷分配線上K3-1、K3-2，4號(hào)柴油發(fā)電機(jī)組每條負(fù)荷分配線上K4-1、K4-2，5號(hào)柴油發(fā)電機(jī)組每條負(fù)荷分配線上K5-1、K5-2。1號(hào)柴油發(fā)電機(jī)組兩條負(fù)荷分配線之間設(shè)有主開關(guān)的常閉輔助觸點(diǎn)K1-0、2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)組兩條負(fù)荷分配線之間設(shè)有主開關(guān)的常閉輔助觸點(diǎn)K2-0、3號(hào)柴油發(fā)電機(jī)組兩條負(fù)荷分配線之間設(shè)有主開關(guān)的常閉輔助觸點(diǎn)K3-0、4號(hào)柴油發(fā)電機(jī)組兩條負(fù)荷分配線之間設(shè)有主開關(guān)的常閉輔助觸點(diǎn)K4-0、5號(hào)柴油發(fā)電機(jī)組兩條負(fù)荷分配線之間設(shè)有主開關(guān)的常閉輔助觸點(diǎn)K5-0，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組供電主開關(guān)閉合時(shí)，該機(jī)組的兩負(fù)荷分配線之間的常閉輔助觸點(diǎn)打開，每條負(fù)荷分配線上的常開輔助觸點(diǎn)閉合，這樣主開關(guān)閉合機(jī)組的負(fù)荷分配線就并聯(lián)在一起，使這些機(jī)組達(dá)到并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有功負(fù)荷均衡分配。

各個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組的容量是指柴油機(jī)的有功功率和發(fā)電機(jī)的視在功率，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由執(zhí)行電器和機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成，負(fù)責(zé)控制噴油量，不同類型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)其組成形式不同。

不同類型柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷均衡控制方法，機(jī)組的負(fù)荷分配按照每臺(tái)單機(jī)實(shí)時(shí)有功容量的檢測(cè)值除以該臺(tái)單機(jī)有功額定容量，得出百分?jǐn)?shù)相同的原則來均衡有功負(fù)荷，無功負(fù)荷的均衡計(jì)算與其相同。具體為：以在網(wǎng)柴油發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)有功容量值總和/在網(wǎng)機(jī)組額定有功容量總和*100%得出的數(shù)值為基準(zhǔn)，控制器模塊輸出模擬量I通過負(fù)荷分配模塊至相應(yīng)機(jī)組的柴油機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)有功負(fù)荷均衡調(diào)節(jié)，完成在網(wǎng)機(jī)組的有功分配；以在網(wǎng)柴油發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)無功容量值總和/在網(wǎng)機(jī)組額定無功容量總和*100%得出的數(shù)值為基準(zhǔn)，控制器模塊輸出模擬量Ⅱ通過電壓調(diào)節(jié)器模塊至相應(yīng)機(jī)組的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組實(shí)現(xiàn)無功負(fù)荷均衡調(diào)節(jié)，完成在網(wǎng)機(jī)組的無功分配。

各個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷分配按照每個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)容量檢測(cè)值除以該機(jī)組額定容量得出的百分?jǐn)?shù)相同的原則來自動(dòng)均衡在網(wǎng)柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷。

分別將各個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)端、母線端的實(shí)時(shí)電壓、電流和相位角檢測(cè)信號(hào)傳輸至相對(duì)應(yīng)機(jī)組中的控制器模塊，以（在網(wǎng)機(jī)組的實(shí)時(shí)有功容量值總和/在網(wǎng)機(jī)組有功額定容量總和）*100%得出的百分?jǐn)?shù)為基準(zhǔn)，控制器模塊經(jīng)過邏輯運(yùn)算得出模擬量I輸出至與其電連的負(fù)荷分配模塊，整定調(diào)節(jié)值，輸出信號(hào)至與該負(fù)荷分配模塊電連的柴油機(jī)，進(jìn)行柴油機(jī)頻率和有功負(fù)荷均衡調(diào)節(jié)。以（在網(wǎng)機(jī)組的實(shí)時(shí)無功容量值總和/在網(wǎng)機(jī)組無功額定容量總和）*100%得出的百分?jǐn)?shù)為基準(zhǔn)，控制器模塊經(jīng)過邏輯運(yùn)算得出模擬量Ⅱ至電壓調(diào)節(jié)器模塊，經(jīng)其輸出信號(hào)至相應(yīng)機(jī)組發(fā)電機(jī)，進(jìn)行發(fā)電機(jī)的電壓和無功負(fù)荷的均衡調(diào)節(jié)。

2 使用實(shí)例

分別測(cè)量各個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)端的電壓、電流和相位角，通過控制線輸入相應(yīng)機(jī)組的控制器模塊，測(cè)量相應(yīng)機(jī)組母線端電壓和相位角通過控制線同時(shí)輸入該控制器模塊；機(jī)組的負(fù)荷分配按照每臺(tái)單機(jī)實(shí)時(shí)有功容量的檢測(cè)值除以該臺(tái)單機(jī)有功額定容量，然后乘以100%得出百分?jǐn)?shù)相同的原則來均衡有功負(fù)荷，無功負(fù)荷的均衡計(jì)算與其相同。系統(tǒng)的單線圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)單線圖

所使用的發(fā)電機(jī)型號(hào)及發(fā)電機(jī)機(jī)組參數(shù)如表1所示：

表1 發(fā)電機(jī)機(jī)組參數(shù)

發(fā)電機(jī)的總?cè)萘繛镾、有功容量為P、無功容量為Q，單臺(tái)發(fā)電機(jī)的具體數(shù)據(jù)如表2所示：

表2 發(fā)電機(jī)參數(shù)

假設(shè)此時(shí)1號(hào)發(fā)電機(jī)、2號(hào)發(fā)電機(jī)、3號(hào)發(fā)電機(jī)并網(wǎng),并網(wǎng)發(fā)電機(jī)總有功為PZ，PZ=P1+P2+P3=3833kW；并網(wǎng)發(fā)電機(jī)總無功為QZ，QZ=Q1+Q2+Q3=3995Kvar，若此時(shí)電網(wǎng)的總有功為P=2000kW，總無功為Q=1000Kvar，得此時(shí)的有功功率百分?jǐn)?shù)P%，則P%=P/PZ=52.2%;無功功率百分?jǐn)?shù)Q%，則Q%=Q/QZ=25%。1號(hào)發(fā)電機(jī)組的有功分配的調(diào)節(jié)目標(biāo)值P1·P%=1030×52.2%=537.7kW，1號(hào)發(fā)電機(jī)組無功分配的理論目標(biāo)值Q1·Q%=1090×25%=273Kvar；此時(shí)2號(hào)發(fā)電機(jī)組有功分配的調(diào)節(jié)目標(biāo)值P2·P%=1200×52.2%=626kW，2號(hào)發(fā)電機(jī)組無功分配的理論調(diào)節(jié)目標(biāo)值Q2·Q%=1473×25%=368Kvar；3號(hào)發(fā)電機(jī)組的有功分配的調(diào)節(jié)目標(biāo)值P3·P%=1603×52.2%=837kW，3號(hào)發(fā)電機(jī)組的無功分配的理論調(diào)節(jié)目標(biāo)值Q3·Q%=1432×25%=358Kvar。

3臺(tái)并網(wǎng)發(fā)電機(jī)機(jī)組，將各自根據(jù)相同的有功百分?jǐn)?shù)和無功百分?jǐn)?shù)進(jìn)行計(jì)算，調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)有功功率和無功功率進(jìn)行初期的分配，持續(xù)調(diào)節(jié)至發(fā)電機(jī)組的有功功率和無功功率與目標(biāo)值接近后進(jìn)行微動(dòng)調(diào)節(jié)，直至達(dá)到此刻的動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)。最終在很小誤差范圍內(nèi)接近上述計(jì)算中各發(fā)電機(jī)組的有功目標(biāo)值和無功目標(biāo)值，完成系統(tǒng)中每臺(tái)機(jī)組有功功率及無功功率的分配。

3 結(jié)論

目前國(guó)內(nèi)各大型鉆井公司柴油機(jī)發(fā)電機(jī)存量大且型號(hào)不盡相同，在部分柴油發(fā)電機(jī)維修后再使用過程中難免會(huì)提供不同類型的柴油發(fā)電機(jī)給鉆井施工隊(duì)。使用常規(guī)的并網(wǎng)分配方法無法完全發(fā)揮出柴油發(fā)電機(jī)的效率，導(dǎo)致單臺(tái)柴油的油耗上升、使用成本提高。

使用上述的并網(wǎng)分配方法可以完全發(fā)揮柴油發(fā)電機(jī)的工作效率、降低生產(chǎn)成本、使電網(wǎng)系統(tǒng)更加快速穩(wěn)定，在突加或突減載的過程中有功和無功仍然能均衡分配負(fù)荷、性能穩(wěn)定運(yùn)行可靠、并網(wǎng)快速準(zhǔn)確，避免了鉆機(jī)在鉆井工藝過程中負(fù)荷突變引起的系統(tǒng)振蕩，有效控制了發(fā)電機(jī)組負(fù)荷分配不均衡產(chǎn)生的停機(jī)現(xiàn)象。