Ｍｏｖａｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ＆ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｎｏ．３ ２０ｏ８ 柴油发电机组并联调试中环流问题的解决 郑咏鹏，庞栋栋，王忠华 （郑州佛光发电设备有限公司，河南，郑州４５０００１） 摘要：介绍了柴油发电机组并联环流产生的原因；影响功率平均分配的一些因素；及解 作者简介：郑咏鹏 决环流问题的常用方法。 （１９８１一），男，河南 关键词：并联运行；环流；平衡 许昌人，工学学士， 中图分类号：ＴＭ６１１．２２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－４２５０（２００８）０３－００４０－０４ 主要从事柴油发电 机组的技术管理工 作和自动化控制系 １ 引言 统的研发工作。 随着现代化建设的发展，发电机组越来越多地 应用于国防工程、武器系统、野外作业等工程中。为 了满足大负荷或不问断供电要求，往往需要将两台 或多台机组并联运行。机组并联运行中，常出现功 率分配不均匀现象，过度功率分配不均匀将会严重 影响电站系统运行的安全性和可靠性，且会对发电 机组产生严重危害。这种危害性根源于系统的环流 问题，也是并联电站调试中最常见、也是最难以解决 的问题。笔者根据调试并联机组的一些经验，提出 了环流产生的原因、影响功率平均分配的一些因素 图１ 环流示意图 及解决方法。 Ｕ。：ｌ＃机组端电压， ：２＃机组端电压， ：两台机组并联 ２环流产生的静态分析 运行所带负荷，，０：环流，，ｌ：１＃机组的输出电流，，２：２＃机 组的输出电流． 以模块化并联控制系统为例，发电机组的并联 调试一般先把并联机组空载并联时的环流调平衡、 若使两台机组并联运行，在任何负荷下环流 足够小且稳定运行，再通过负荷分配器把有功功率 都为０，则必须Ｕ。＝Ｕ：，即两台机组在任何负荷下运 调平衡，其中关键是解决空载并联时的环流问题。 行其端电压都相等。空载并联相当于负荷无穷大， 以两台机组并联为例，空载并联常出现的问题： 其空载端电压Ｕ ｕ 也应相等。 （１）环流过大，远远超过并联机组额定电流的 即 ＝ （１—２） １０％； 我们知道，有功功率的平均分配取决于柴油机 （２）并联后，环流随运行时间逐渐变大，直至逆 及其调速系统的特性，而无功功率的分配则取决于 功率报警； 发电机及其励磁系统的特性，也就是发电机组本身 （３）环流不稳定，随机性忽大忽小。 的调压特性。调压特性是一条Ｕ＝ｆ（Ｉ）曲线，ｕ为 如何解决这些问题？我们以两台等功率机组并 发电机组端电压，，为电流。为方便分析问题，通常 联为例，先分析一下环流产生的原因，见图Ｉ。 用一条直线近似取代该曲线。假设有两台并联发电 由图可知： 机组，分别具有如图２所示的调压特性，设定：８１＝ ｒ， ｒ， ，０＝ 一Ｌ： （１—１） ｔｇｌ３ｌ、６２＝ｔｇｌ３２，６１：１撑机组的调压特性，６２：２襻机组的 调压特性。 收稿日期：２００８－０８－０５ ２００８年第３期 移动电源与车辆 ４１ Ｕ０ Ｕ １ 图２ 调压特性曲线 －：１＃机组的空载电压， ：：２舟机组的空载电压；卢。：１样机组下垂角，卢２：２｝｝机组下垂角，，ｌ：１＃机组 并联运行时的输出电流，，２：２样机组并联运行时的输出电流，Ｕｔ：１＃机组并联运行时输出端电压， ：２样机组并联运行时输出端电压． 则可得出： Ｕ１＝Ｕｏｌ—ｔｇＢｌ×Ｉｌ＝Ｖｏ１— ｌ Ｘ Ｉｌ （１—３） ２００６自动化内燃机电站通用技术条件规定：在２０ ８０％标定定额之间有功功率分配差度≤±１０％， 而两台并联机组之间的有功功率平均分配主要是靠 两台机组负荷分配器之间的平衡链来完成的。平衡 链工作原理图，如图３所示。 １ ＋ ／一、 ＝Ｖｏ２一ｚ ８２ Ｘ厶＝ 一 ×厶 （１—４） 将Ｕ１＝Ｕ２、Ｕ０ｌ＝Ｕ０２代人式（１—３）、（１—４）得： 艿ｌ×Ｉ１＝艿２×，２ （１—５） 如果按照等功率的两台并联机组功率平均分配 的原则，则Ｉ ＝Ｉ ，可得出： １＝ 由以上分析可知： （１—６） 负Ｕ１’ ｒ ｕ２’ ［分￣ ＬＲ１Ｆ ］ ｃ厂ｒ ｏ 一 尺ｚ［ 配 （１）将两台机组并联，首先要将两台机组的空 载电压、调压特性调整到完全相同，这是保证两台机 组无功功率完全平均分配的前提条件，也是后续调 整两台机组功率平均分配的基础。当上述两项调整 平衡后，才能保证并联运行的两台机组输出端电压 在任意负荷下都相等，同时保证功率平均分配，才能 ！器 ’Ｉ 丫 图３平衡链工作原理 Ｒ ：１＃负荷分配器的等效电阻， ：２静负荷分配器的等效 电阻，“ ：１＃负荷分配器平衡链的端电压，ｕ ：２＃负荷分配 器平衡链的端电压，，０：平衡链内流过的平衡电流，Ｐ。：１＃ 机组的输出功率，Ｐ２：２＃机组的输出功率． 一 负荷分 器～ 保证环流为Ｏ（理想状态）。表明：环流产生的根本 原因是两台机组空载电压不是完全相等或调压特性 有差异，造成输出端电压不相等而产生了环流。 设定：ｒ／ｌ＝一１、 ２＝ ，则： Ｕ１ Ｕ２ （２）两台机组的空载电压、调压特性都相等，而 两台机组的输出电流不相等，也就是两台机组的功率 分配不均匀，也会造成ｕ。和ｕ 不相等，而产生环流。 ７７，：１撑负荷分配器的功率分配参数； ＇ｑ２：２＃负荷分配器的功率分配参数。 通过调整负荷分配器的“负荷分配”电位器，可 以将 台负荷分配器的功率分配参数调整相等，即 ，＝＂ｑ２。假设两台机组所带负荷绝对相等，即Ｐｔ＝ Ｐ ，那么ｔｌ ＝Ｕ：，Ｉ。＝Ｏ。这是完全平衡的理想状态。 （３）影响无功功率分配的因素还有很多，像自 动电压调节器特性、用均压线环节的稳定作用等，在 此不再分析。 ３功率分配的动态平衡分析 以两台等功率发电机组并联为例。ＧＢ／Ｔ１２７８６ 实际上这是一个动态的平衡过程： 假设两台机组分别带Ｐ Ｐ：的负荷正在平稳的 并联运行，其中Ｐ。＝Ｐ 。若总负荷增了△Ｐｔ，增加的 ４２ Ｍｏｖａｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ＆ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｎｏ．３ ２０ｏ８ 负荷假设都加在了１样机组上，则１样机组所带功率 Ｐｌ上升ＡＰ ，设１＃负荷分配器平衡链的端电压Ｕ 上升△ｕ ，则△ｕ，＝ ＡＰ１影响有功功率分配的因素还有很多，像自动电 压调节器特性、调速器下降特性、发动机及其调速器 两个负荷分配器平衡链端 的动态工况、联轴器的动态工况等，在此不再分析。 ４分析与建议 出现电势差，形成平衡电流Ｉｏ： △ １ ＡＰ１ Ａｐｌ１１， １０一Ｒｌ＋Ｒ２一’７ｌ（Ｒｌ＋Ｒ２） Ｐ１（Ｒ１＋Ｒ２） （１—７） 由于平衡电流，０的产生，使得２＃负荷分配器开 始调节２＃机组提高转速，增加带载量；同时增加２＃ 负荷分配器平衡链的端电压以抑制平衡电流，０，设 ｕ 增加△ ：，２撑机组输出功率增加： △Ｐ２＝ △ ：＝￣２Ｒ２１ｏ＝ （１—８） 由于２＃机组增加了带载量，ｌ＃机组只能减少带 载量。１＃负荷分配器随之减小平衡链的端电压，设 Ｕ 在增加△ｕ。后又减少△ｕ ，则１＃机组功率减少： △Ｐ１ ＝ｒ／ｌＲ ，０＝ ９） ｌ＃机组所带功率为： Ｐｏｌ ＝Ｐｌ ＋△Ｐｌ 一△Ｐｌ ＝Ｐｌ＋ Ｐｌ （１一ｌＯ） ２＃机组所带功率为： Ｐ：＝Ｐ２＋ 警 Ｐ （１—１１） 把－ｑｌ＝ ２代人式（１—１１）得： Ｐ：＋ Ｐ·（１一ｌ２） 因为Ｐ。＝Ｐ２，很显然Ｐｏ，＝Ｐｏ２。系统又达到了 个新的平衡。实际上，有功功率的平均分配是一 个动态平衡的过程。在某一时刻，总会有一，卜很小 的功率波动△Ｐ存在。由式（１—７）可以看出，，０是 维系两机组有功功率平均分配的平衡电流，正是由 于它的存在，才使得两机组问的功率平衡成为可能， 且这个平衡电流很小，是毫安级电流，极易受到外界 干扰而破坏动态平衡过程，所以，一般采用屏蔽线来 传递该信号。 如果该动态平衡遭到破坏，机组间功率分配失 去平衡，某台机组功率增加而电压下降，造成机组问 产生电压差而形成环流。 由以上分析可知，影响环流的因素及解决方法 总结如下几点： （１）待并机组空载电压、调压特性差异大，是产 生环流的根本原因； （２）待并机组负荷分配器的“负荷分配”参数整 定差异大，造成两台机组功率不均匀，引起环流； （３）待并机组公共接地不良，造成平衡链端电 压ｕ 、ｕ：的漂移，使平衡电流不稳定而产生环流，且 环流不稳定； （４）平衡链正负反接，使得△ｕ反向增大而使环 流增大； （５）平衡链接触不良，使得平衡链无法正常传 递平衡信号，实现不了动态平衡的自动调节功能，而 产生环流； （６）平衡链线路电阻较大，增加了平衡链上的 电压损耗，影响了平衡电流的准确度。造成电阻较 大的原因有很多，屏蔽线过细、过长，屏蔽线经由接 点过多，接点腐蚀等均会使平衡链线路电阻增大； （７）平衡链没有屏蔽，因平衡电流很小，容易受 到外界信号的干扰而产生环流且不稳定； （８）平衡链屏蔽层没有单端接地，由于不同接 地点间的电势差而造成平衡电流不准确； （９）自动负荷分配器上的电流采集信号接反， 使得自动负荷分配器对机组所带功率计算不准确， 而使平衡电流不准确； （１０）待并机组负荷分配器上的带载响应时间 不协调，造成加负荷时两台机组响应负荷的快慢程 度不同，引起系统的振荡而产生环流。 了解了机组并联时环流产生的原因、影响环流 的一些因素，问题就可以迎刃而解：ｉｆ－先要把待并机 组的空载电压调整相同，调压特性一致。若并机后 环流超出机组额定电流的１０％，可以根据上述情况 进行排查解决。不同额定功率的两台机组并联，功 率分配和机组的额定功率成比例关系，只要把负荷 分配器的功率分配参数整定成和额定功率一样的比 例关系即可。多台等功率机组的并联调试和两台的 调试方法相同，在此不再一一叙述。 ５结束语 发电机组的并联运行以其很强的适用性、灵活 ２００８年第３期 移动电源与车辆 ４３ 性和经济性，将越来越受到用户的青睐。为此，对并 ［２］ 负荷分配器使用说明书（ｚ）．广州三业科技有限公司， 联技术的研究，解决机组并联运行过程中的各种问 题，尤其是环流问题，提高并联系统的稳定性、可靠 ［３］ 陈鸿滨．基于ＰＩ．．Ｃ的多台柴油发电机组自动并列控制 性、安全性将倍受关注。 系统［Ｊ］．移动电源与车辆，２００７。（２）． 参考文献： ４］姚竣琪．现代柴油发电机组技术（Ｊ］．电子工业出版 （１） 自动同步控制器使用说明书［ｚ］．广州三业科技有限 社，２００６． Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｒｅｍｏｖｅ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｍｆｌｕｅｎｃｅ ｉｎ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｄｉｅｓｅｌ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｓｅｔ’Ｓ ｐａｒａｌｌｅｌｌｉｎｇ ＺＨＥＮＧ Ｙｏｎｇ—ｐｅｎｇ，ＰＡＮＧ Ｄｏｎｇ—ｄｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｚｈｏｎｇ－ｈｕａ （Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｆｏｇｕａｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，ｔｔｅｎａｎ Ｐｒｏｖ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ｃｉｒｃｕｍｆｌｕｅｎｃｅ ｉｎ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｄｉｅｓｅｌ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｓｅｔ§ｐａｒａｌｌｅｌｌｉｎｇ．Ａｌｓｏ ｉｔ ａｎａｌｙ－ ｚｅｓ ｓｏｍｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｍｆｌｕｅｎｃｅ，ａｎｄ ｓｏｍｅ ｆａｍｉｌｉａｒ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｒｅｍｏｖｅ ｉｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐａｒｌａｌｅｌｌｉｎｇ；ｃｉｒｃｕｍｆｌｕｅｎｃｅ；ｂａｌａｎｃｅ （上接第３９页） ４结语 实践使该产品可靠性的设计理念和环保节能的设计 思路得到了用户的认可，并将被用在更加广泛的领 总之，储能起动机已经在陆用发电机组、船用辅 域中，成为保证柴油机安全运行的重要选择。 机等上面得到推广应用，大量的投产前试验和应用 Ａ ｒｅｌｉａｂｌｅ ａｎｄ ｃｌｅａｎ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ Ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｏｔｏｒ ＺＨＵ Ｄａ．ａｎ （Ｓｔａｒｔｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｔ Ｃｏ．１ａｄ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａ ｎｅｗ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｔｈａｔ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ ｓｔａｒｔｉｎｇＴｈｅ ｅｎ． ｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｏｔｏｒ ｉｓ ｏｐｅｒａｔｅｄ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｅａｓｉｌｙ ｗｉｔｈ ｖｅｒｙ ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｉｔ ｗｏｒｋｓ ｗｉｔｈｏｕｔ ａｎｙ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ａｕｘｉｌｉａｒｉｅｓ ｅｘｃｅｐｔ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｍａｎ ｐｏｗｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈａｎｄ ｗｉｎｄｉｎｇ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｍｏｔｏｒ；ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ ｓｔａｒｔｉｎｇ；ｄｉｓｃ ｓｐｒｉｎｇ；ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ
