柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行與綜合控制應(yīng)對探討

摘要：柴油發(fā)電機(jī)在諸多領(lǐng)域均有良好的表現(xiàn)，其是我國通信網(wǎng)預(yù)備電力系統(tǒng)和軍事通信常用的預(yù)備電力。當(dāng)下對電力供應(yīng)質(zhì)量提出更高的要求，應(yīng)該選擇先進(jìn)技術(shù)調(diào)節(jié)設(shè)備參數(shù)，提高柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性。本文首先介紹柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行條件，隨后分析其存在的問題并提出解決方法，最后給出提高設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定性的控制策略。

關(guān)鍵詞：柴油發(fā)電機(jī)組;并聯(lián)運(yùn)行;問題;控制策略

石油供應(yīng)關(guān)系到社會發(fā)展，也是人們能否進(jìn)行日?；顒拥闹匾ぷ鳌Ｊ凸?yīng)當(dāng)下已經(jīng)形成健全的體系，其在工業(yè)革命中得到發(fā)展，第一次工業(yè)革命石油供應(yīng)由最初的壓縮式模式變更為機(jī)械噴射式，第二次工業(yè)革命石油供應(yīng)領(lǐng)域應(yīng)用增壓技術(shù)，可以更好的完成石油供應(yīng)任務(wù)。第三次工業(yè)革命，隨著電子技術(shù)高速發(fā)展，石油領(lǐng)域選擇柴油機(jī)構(gòu)電器控制技術(shù)，其也常被認(rèn)為衡量世界柴油機(jī)構(gòu)技術(shù)的標(biāo)尺。在柴油機(jī)械設(shè)備控制方面，利用計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)柴油機(jī)引擎速度，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。為了提高供電質(zhì)量和供電的經(jīng)濟(jì)性，設(shè)備頻率、負(fù)載出現(xiàn)大范圍波動時，安排兩臺以上的柴油發(fā)電機(jī)，研究設(shè)備的聯(lián)用要求，關(guān)注電器供應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性時，針對機(jī)器組裝對數(shù)和負(fù)載變化情況進(jìn)行控制，穩(wěn)定設(shè)備電壓，由此提高電力系統(tǒng)供電質(zhì)量。

一、運(yùn)行基本條件

發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行是指在一臺機(jī)械投入運(yùn)行后啟動另一臺設(shè)備，保證兩臺設(shè)備處于相連的關(guān)系。在發(fā)電機(jī)械相連中應(yīng)該關(guān)注一些細(xì)節(jié)，在前一臺設(shè)備電壓傳到母線后，啟動另一臺設(shè)。關(guān)閉發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子必須同步，進(jìn)行該操作可以規(guī)避有害的沖擊電流，防止此類電流損害機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)。對轉(zhuǎn)子速度做出規(guī)定，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速應(yīng)該達(dá)到規(guī)定要求。發(fā)電設(shè)備并行運(yùn)行需要滿足一定的要求，發(fā)電設(shè)備的波形和電壓有效值必須一致，同時兩個設(shè)備的相位、頻率也應(yīng)該相同[1]。

在電力系統(tǒng)中電壓和頻率一般作為評價系統(tǒng)運(yùn)行情況的質(zhì)量指標(biāo)，電力網(wǎng)電壓和頻率變化均會對發(fā)電設(shè)備運(yùn)行造成不良的沖擊，為防止發(fā)電設(shè)備并行運(yùn)行出現(xiàn)相互震動的問題，在同一模式下設(shè)備三相基調(diào)必須限制在總功率20%～100%的區(qū)間中。在該區(qū)域中，兩個發(fā)電設(shè)備可以穩(wěn)定運(yùn)行，同時達(dá)到穩(wěn)定負(fù)荷的目的。無公害功率和流配率的分配也異常關(guān)鍵，應(yīng)該保證兩者的分差超過10%。調(diào)整調(diào)速器時應(yīng)該掌握設(shè)備運(yùn)行情況，研究原動機(jī)給定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速間的差異，按照柴油機(jī)調(diào)速特性進(jìn)行控制（柴油機(jī)輸出P和旋轉(zhuǎn)速度n均為柴油機(jī)調(diào)速特性），實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)速度與柴油機(jī)并行運(yùn)行的穩(wěn)定性關(guān)聯(lián)密切，在柴油發(fā)電機(jī)并行運(yùn)行階段，應(yīng)該關(guān)注設(shè)備調(diào)頻和功率分配。

研究柴油發(fā)電機(jī)并行運(yùn)行時，如果電力網(wǎng)負(fù)載發(fā)生變化，此時可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、自動分配的操作，兩種功能在運(yùn)行中不會受到干擾。對于調(diào)節(jié)率不同的情況，可以按照一定的比例平均分配。調(diào)節(jié)器調(diào)整率應(yīng)該控制在3%～5%，同時功率比例分配偏差控制工作也非常重要，應(yīng)該將實(shí)際功率與額定功率的偏差控制在10%以內(nèi)。如果調(diào)速功能不存在相同特征，沒有穩(wěn)定的作業(yè)場，發(fā)電設(shè)備無法穩(wěn)定并行運(yùn)行。在此情況下，電力網(wǎng)功率變化不存在差別特性[2]。

二、問題分析與解決對策

（一）準(zhǔn)同期和同期并列

在發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同步運(yùn)行階段，應(yīng)該保證發(fā)電設(shè)備電壓、位相、頻率相同，可以通過同步面板處兩個頻率表、電壓計(jì)等監(jiān)測發(fā)電設(shè)備準(zhǔn)同步并行運(yùn)行情況。

啟動發(fā)電機(jī)，在打開負(fù)荷開關(guān)后將電壓送入母線，在其他機(jī)組處于預(yù)備狀態(tài)時打開同步開關(guān)，隨后可以控制設(shè)備的旋轉(zhuǎn)速度。對于待機(jī)設(shè)備應(yīng)該進(jìn)行科學(xué)的控制，保證包括發(fā)電機(jī)在內(nèi)的各類設(shè)備，其頻率差不超過半周期。并行發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度和電壓的調(diào)節(jié)尤為重要，應(yīng)該盡可能減少發(fā)電機(jī)與其他設(shè)備電壓的差值，還應(yīng)該控制同步計(jì)量，減緩其旋轉(zhuǎn)速度，同步指示燈隨即亮起[3]。

當(dāng)連接發(fā)電機(jī)后，并行單位與其他單元的位相一致，同步計(jì)量指針也處于同步的狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)并列單元與其他單元不同步且存在較大位差，同步燈最亮，同步表和表針也發(fā)生變動，前者指向下方中間部位，后者朝順時針方向旋轉(zhuǎn)。并聯(lián)發(fā)電機(jī)與其他機(jī)組的頻率不同，前者偏高由此可以控制并聯(lián)發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。在表針朝逆時針方向轉(zhuǎn)動時，在前期應(yīng)該提高并聯(lián)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，在指針快到同步點(diǎn)快速連接并聯(lián)電路的斷路器。經(jīng)過并聯(lián)程序切斷同步開關(guān)和時鐘開關(guān)。如果兩臺發(fā)電機(jī)處于空載狀態(tài)，其可能存在電壓差和頻率差。使用電力計(jì)量器、電流計(jì)、功率計(jì)量器等監(jiān)視設(shè)備，可以掌握機(jī)器組電流、電壓等參數(shù)。電壓或旋轉(zhuǎn)速度不一致均會引發(fā)反攻。

（二）發(fā)電機(jī)頻率和電壓

（1）頻率逆功

并聯(lián)的兩個設(shè)備頻率存在差異，會導(dǎo)致電流電壓與功率也存在差異。使用功率表可以顯示一臺設(shè)備實(shí)際功率，將設(shè)備功率調(diào)0，此時兩個設(shè)備機(jī)械組旋轉(zhuǎn)速度較為趨同，但是電流表并不為0，出現(xiàn)此種情況稱為電壓差逆向功。

（2）電壓逆功

在兩臺機(jī)組電力指示為0時，電流計(jì)并不為0，可以通過調(diào)整并聯(lián)設(shè)備，只需要調(diào)整其中一臺機(jī)組的電壓，轉(zhuǎn)動電壓按鈕即可。在整個過程中需要關(guān)注機(jī)組功率和電流表指示。為了讓機(jī)組處于最佳狀態(tài)，按照電力計(jì)量器指示，調(diào)整電力參數(shù)，將其調(diào)整到0.5以上，確保機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行處于穩(wěn)定狀態(tài)。

三、提高并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定性的控制策略

在工程運(yùn)行中，渦輪機(jī)機(jī)組、柴油發(fā)電機(jī)等設(shè)備間的關(guān)聯(lián)異常密切。在設(shè)備運(yùn)行中一個細(xì)微的變動均可能影響系統(tǒng)運(yùn)行狀況，降低系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。從模型結(jié)構(gòu)層面分析，模式調(diào)節(jié)器關(guān)系到設(shè)備運(yùn)行情況。另外，PID對模式調(diào)節(jié)器穩(wěn)定運(yùn)行有極大的作用。調(diào)節(jié)變量發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速參數(shù)也會出現(xiàn)變化。結(jié)合外部負(fù)荷與柴油引擎運(yùn)行情況，出現(xiàn)一定的變化[4]。

在系統(tǒng)維穩(wěn)方面，可以調(diào)節(jié)部分參數(shù)控制給水量，在一定范圍中控制柴油機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動速度。在建立關(guān)于柴油機(jī)的并列運(yùn)行模型，在模擬實(shí)驗(yàn)中輸入發(fā)電機(jī)參數(shù)，可以構(gòu)建關(guān)于發(fā)電機(jī)站的環(huán)境，從中研究發(fā)電機(jī)械動態(tài)穩(wěn)定特性和靜態(tài)穩(wěn)定特性。研究并列運(yùn)行模型需要使用數(shù)學(xué)工具，在參數(shù)計(jì)算的過程中借用物理理論，最終得到結(jié)論。按照結(jié)論進(jìn)行針對性控制，可以讓柴油發(fā)電設(shè)備維持穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行狀態(tài)。在參數(shù)計(jì)算中，利用由比例、積分、微分構(gòu)成的控制體系，將其計(jì)算特征作為原理，應(yīng)用在模型分析中。比較眾多控制并列運(yùn)行的控制體系，發(fā)現(xiàn)基于PID算法的控制模式擁有健全的線性控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)下調(diào)整系統(tǒng)輸出值和給定值，提高系統(tǒng)參數(shù)控制能力，提高柴油發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。

結(jié)語：

綜上所述，柴油發(fā)電機(jī)在我國多個領(lǐng)域均有不小的作用，可以完成發(fā)電的任務(wù)。應(yīng)該針對柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行針對性控制，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。柴油發(fā)電機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中，會受到設(shè)備相互作用的干擾，對自身運(yùn)行造成一定的沖擊，為了解決相關(guān)問題應(yīng)該在物理原理下，使用數(shù)學(xué)計(jì)算工具。借助由比例、積分、微分構(gòu)成的控制體系，調(diào)整系統(tǒng)給定值和輸出值的差值，選擇有效的手段縮短兩者差值，確保柴油發(fā)電機(jī)穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張翠霞.柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行典型故障及原因分析[J].中國修船，2020，199（01）：10-13.

[2]王新.柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)諧波干擾控制方法研究[J].科技視界，2020，298（04）：199-200.

[3]李帥帥，狄樂蒙，徐剛強(qiáng)，等.基于CAN總線的柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)控制系統(tǒng)解決方案[J].曲阜師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，175（01）：88-92.

[4]陳傳勇.柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行分析與綜合控制的研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020，308（08）：95-96.

作者簡介：王陽（1987/02/18-）男，蒙古族，籍貫遼寧省撫順市望花區(qū)，本科學(xué)歷，中級工程師，研究方向—柴油發(fā)電機(jī)，泵，空壓機(jī)，分油機(jī)，電控系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)