康明斯动力（深圳）有限公司

 

一、并联供电负载均衡分配的条件

 

1、并车原理

      发电机并联供电的原理电路如图1所示，由图1可得如下两个方程式：

U=U₁-I₁R₁=U₂-I₂R₂.....................（公式1）

I=I₁+I₂.....................（公式2）

式中，U₁，U₂——是发电机G₁，G₂的电压；

U——表示汇流条的电压，R为负载电阻；

R₊₁，R₊₂——发电机G₁，G₂的正线电阻；

I₁，I₂——是发电机G₁，G₂的输出电流；

I——是负载总电流。

      由此可得I1和I2的表达式：

 

.....................（公式3）

 

.....................（公式4）

 

 

      两台发电机负载分配的均衡程度，可用两台发电机的电流差表示：

 

.....................（公式5)

 

 

      （公式3），（公式4），（公式5）三式是发电机负载分配的基本表达式，从这三个公式可以看出，只有在U₁=U₂和R₁=R₂的条件下，两台发电机的负载分配才是均衡的，无论负载电流I怎样变化，两台发电机输出的电流I₁和I₂始终相等，各为总负载电流的一半，即：

 

.....................（公式6)

 

 

       或者说两台发电机的电流差DI总等于0。

      如果把调压器对负载分配的影响考虑进去，那么发电机电压随负载变化的情形，将由调压器调节下的发电机外特性决定。由于调压器的坡率性不可能完全相同，所以在调压器调节下，两台发电机的外特性也不相同。

2、并车条件

     并联系统组成如图2所示，要使两台发电机负载分配均衡，必须同时备下面三个条件才能实现：

（1）两台发电机的空载电压相等，即U₁₀=U₂₀;

（2）两台调压器的坡率系数相等，即K₁=K₂;

（3）两台发电机的正线电阻相等，即R₊₁=R₊₂=R₊。

图1  发电机并联供电的原理图

图2  同步发电机自动并列系统框图

 

二、提高负载分配均衡性的措施

 

      并联供电系统即便是在空载电压，坡率系数和正线电阻的差值不是太大的情况下工作，电流差也是很大的，远不能满足负载分配均衡的要求。为了提高负载分配的均衡性，而在调压器中增设均衡元件。由于调压器型式不同，采用的均衡元件也各异。

1、炭片调压器采用均衡线圈提高负载分配的均衡性

      带炭片调压器的并联供电系统，通过调压器铁芯上的均衡线圈Weq与接在发电机负极电路中的负极电阻构成R_-均衡电路。

      负极电阻是由电阻温度系数很小的镍铬合金制成，阻值很小，通常两个负极电阻的阻值相等R_-1=R_-2，两个均衡线圈的匝数相等Weq1=Weq2，阻值也相等。

      如果负载分配不均衡，设I₁>I₂，则A，B两点电位不相等，于是就有电流自B点经过Weq2和Weq1流向A点，产生相应的磁势。在输出电流大的发电机调压器中，均衡线圈磁势与工作线圈磁势方向相同，使调压器铁芯合成磁势增强，调节点电压U1降低；输出电流小的发电机调压器，均衡线圈磁势与工作线圈磁势方向相反，使铁芯合成磁势减弱，调节点电压U2升高。结果原来输出电流大的发电机输出电流I1减小，原输出电流小的发电机输出电流I2增大，使负载分配趋于均衡。

      可见，均衡线圈减小电流差的实质是将与电流差有关的信号反馈到调压器的检测电路，借以改变调节点的电压，从而提高负载分配的均衡性。

2、晶体管调压器采用均衡电阻提高负载分配的均衡性

      以JTY-12型晶体管调压器为例，调压器电路中，R24为均衡电阻，阻值较小为10W。两个均衡电阻的一端接于发电机负端A，B两点，为了取出电流差信号，发电机负端是通过负极电阻接地的。

      设由于某种原因造成发电机负载不平衡且I₁>I₂，此时jA<jB，若均衡电路接通，均衡电阻上的压降IeqR24使第一台发电机的调压器敏感点的电压Ua升高，励磁控制电路晶体管的导通比减小，平均励磁电流减小，发电机电压U1降低，输出电流I1减小；第二台发电机的调压器敏感点的电压Ua2降低，励磁控制电路晶体管的导通比增大，平均励磁电流增大，发电机电压U2升高，输出电流I2增大，最终使得电流差DI=I₁-I₂减小。

      可见均衡电阻均衡负载的基本原理是：将敏感到的电流差信号，反馈到调压器的检测电路，借以改变检比电路输出的偏差信号，使功率管的导通比改变，发电机调节点电压改变，从而使电流差减小，达到均衡负载的目的。这与炭片调压器中均衡线圈均衡负载的原理是相似的。

      上述发电机的空载电压U_o，正线电阻R₊和调压器的坡率系数K直接影响着负载的分配，此外，还有一些因素则是通过以上几种参数间接影响负载分配的，如激磁电路电阻，发电机正极至反流割断器“F”之间的线路电阻等，这里不再详述。

 

三、并机柜的作用

 

       并机系统的工作原理如图3、图4所示。1号、2号柴油发电机组启动后，分别通过各自的信号线A1、A2将本机的相序、频率、瞬时电压、瞬时相位、波形等参数送入同步监控及显示单元。在这里第一条程序就是鉴别参与并联运行的各机组输出的三相线电压是否相序对应一致。这也是整个系统的"开关"，只有一致了，下面的程序才可运行，否则就会报警开指示错误。其它的参数经过该单元的调理、运算并与设定的标定参数相比较;对于还未达到并机条件的参数，则同步监控及显示单元会给出相应的误差调节信号，通过B1、B2两条信号线送至相连接的中央控制器及自动负载分配单元。该单元综合整个系统的运行数据得出调控参量，再通过各机组的自动同步单元去调控柴油发电机组的相应机构，使其相关运行参数消除误差。一切符合并机条件后，同步监控及显示单元即通过C1、C2两条信号线向自动空气开关发出闭合指令。各发电机组的三相电在母排上汇合，共同向负载供电。同步监控及显示单元实时显示已并联运行机组的一致的参数;如电压、电流(均以有效值表示)相位、相序(常以指示灯表示)、有功功率等。

      并联运行的机组在带载运行的过程中，各机组电力输出线上的功率取样单元将电压、电流、有功功率和功率因数实时送入中央控制器及自动负载分配单元。这些信息经过分析、运算后，求出即时的有功功率和无功功率，以及与其它机组的申央控制器及自动负载分配单元的相关数据进行比较后的差别量，一起送入各自的自动同步单元。核单元将这些差别量变成控制柴油发动机转速和同步发电机励磁电流的等值信号，从而使柴油发电机组的运行参数得以相应的改变，达到各并联运行机组对有功功率和无功功率平均分配的目的。

      现代柴油发电机组的用户大多强调供电的可靠性，所以在采用UPS并联冗余运行模式下，对柴油发电机组的运行也普遍应用了"N十l"的冗余运行模式，以便与UPS共同构成"双保险"的高可靠供电系统。在这种需求情势下，以并机板为核心的机组并联控制方式成为主流。并机板作为柴油发电机组控制柜的一个选件，不仅体积小使用方便，更重要的是各制造厂家生产的并机板普遍采用了16位或32位的高级微处理器，集成了新的程序语言和动态控制算法，其性能比体积庞大的并机柜更为优越。同型号、规格的柴油发电机组如果需要两台或多台并联运行，只要在各机组控制柜的备用插槽插入并机板，并连接好信号线，就可以实现自动并联运行。

      并机板的控制逻辑和并机柜基本上是一样的。只是由于它的核心是高性能的微处理器，所以数据运算精度更高，调节速度更快。并机板监控并联运行的柴油发电机组的主要目标仍然是有功功率和无功功率在各机组之间的平均分配。而决定这两项关键参数的就是柴油发动机的转速和同步发电机的励磁电流。为此，并机板的数据分析，运算、控制逻辑也主要是求解出对本机的发动机转速调节和对同步发电机励磁电流调节的变化量。

 

图3  柴油发电机并机柜系统图

图4  多台柴油发电机组并机拓扑图

 

总结：

      综上所述，由于多种参数和因素直接或间接地影响着负载分配，所以很难使并联供电的发电机负载均衡，但在采取均衡措施后，电流差值常可限制在规定范围内。由于除发电机空载电压不等产生的电流差不随负载变化外，其他诸参数不等产生的电流差都随负载增大而增大，所以对负载均衡性的要求主要着眼点是在接近额定负载时，两台发电机输出的电流不能相差太大，以免使输出电流大的发电机因过载烧毁。

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