一、并聯供電負載均衡分配的條件

 

1、并車原理

      發電機并聯供電的原理電路如圖1所示，由圖1可得如下兩個方程式：

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

I=I₁+I₂.....................（公式2）

式中，U₁，U₂——是發電機G₁，G₂的電壓；

U——表示匯流條的電壓，R為負載電阻；

R₊₁，R₊₂——發電機G₁，G₂的正線電阻；

I₁，I₂——是發電機G₁，G₂的輸出電流；

I——是負載總電流。

      由此可得I1和I2的表達式：

 

.....................（公式3）

 

.....................（公式4）

 

 

      兩臺發電機負載分配的均衡程度，可用兩臺發電機的電流差表示：

 

.....................（公式5)

 

 

      （公式3），（公式4），（公式5）三式是發電機負載分配的基本表達式，從這三個公式可以看出，只有在U₁=U₂和R₁=R₂的條件下，兩臺發電機的負載分配才是均衡的，無論負載電流I怎樣變化，兩臺發電機輸出的電流I₁和I₂始終相等，各為總負載電流的一半，即：

 

.....................（公式6)

 

 

       或者說兩臺發電機的電流差DI總等于0。

      如果把調壓器對負載分配的影響考慮進去，那么發電機電壓隨負載變化的情形，將由調壓器調節下的發電機外特性決定。由于調壓器的坡率性不可能完全相同，所以在調壓器調節下，兩臺發電機的外特性也不相同。

2、并車條件

     并聯系統組成如圖2所示，要使兩臺發電機負載分配均衡，必須同時備下面三個條件才能實現：

（1）兩臺發電機的空載電壓相等，即U₁₀=U₂₀;

（2）兩臺調壓器的坡率系數相等，即K₁=K₂;

（3）兩臺發電機的正線電阻相等，即R₊₁=R₊₂=R₊。

圖1  發電機并聯供電的原理圖

圖2  同步發電機自動并列系統框圖

 

二、提高負載分配均衡性的措施

 

      并聯供電系統即便是在空載電壓，坡率系數和正線電阻的差值不是太大的情況下工作，電流差也是很大的，遠不能滿足負載分配均衡的要求。為了提高負載分配的均衡性，而在調壓器中增設均衡元件。由于調壓器型式不同，采用的均衡元件也各異。

1、炭片調壓器采用均衡線圈提高負載分配的均衡性

      帶炭片調壓器的并聯供電系統，通過調壓器鐵芯上的均衡線圈Weq與接在發電機負極電路中的負極電阻構成R_-均衡電路。

      負極電阻是由電阻溫度系數很小的鎳鉻合金制成，阻值很小，通常兩個負極電阻的阻值相等R_-1=R_-2，兩個均衡線圈的匝數相等Weq1=Weq2，阻值也相等。

      如果負載分配不均衡，設I₁>I₂，則A，B兩點電位不相等，于是就有電流自B點經過Weq2和Weq1流向A點，產生相應的磁勢。在輸出電流大的發電機調壓器中，均衡線圈磁勢與工作線圈磁勢方向相同，使調壓器鐵芯合成磁勢增強，調節點電壓U1降低；輸出電流小的發電機調壓器，均衡線圈磁勢與工作線圈磁勢方向相反，使鐵芯合成磁勢減弱，調節點電壓U2升高。結果原來輸出電流大的發電機輸出電流I1減小，原輸出電流小的發電機輸出電流I2增大，使負載分配趨于均衡。

      可見，均衡線圈減小電流差的實質是將與電流差有關的信號反饋到調壓器的檢測電路，借以改變調節點的電壓，從而提高負載分配的均衡性。

2、晶體管調壓器采用均衡電阻提高負載分配的均衡性

      以JTY-12型晶體管調壓器為例，調壓器電路中，R24為均衡電阻，阻值較小為10W。兩個均衡電阻的一端接于發電機負端A，B兩點，為了取出電流差信號，發電機負端是通過負極電阻接地的。

      設由于某種原因造成發電機負載不平衡且I₁>I₂，此時jA<jB，若均衡電路接通，均衡電阻上的壓降IeqR24使第一臺發電機的調壓器敏感點的電壓Ua升高，勵磁控制電路晶體管的導通比減小，平均勵磁電流減小，發電機電壓U1降低，輸出電流I1減小；第二臺發電機的調壓器敏感點的電壓Ua2降低，勵磁控制電路晶體管的導通比增大，平均勵磁電流增大，發電機電壓U2升高，輸出電流I2增大，最終使得電流差DI=I₁-I₂減小。

      可見均衡電阻均衡負載的基本原理是：將敏感到的電流差信號，反饋到調壓器的檢測電路，借以改變檢比電路輸出的偏差信號，使功率管的導通比改變，發電機調節點電壓改變，從而使電流差減小，達到均衡負載的目的。這與炭片調壓器中均衡線圈均衡負載的原理是相似的。

      上述發電機的空載電壓U_o，正線電阻R₊和調壓器的坡率系數K直接影響著負載的分配，此外，還有一些因素則是通過以上幾種參數間接影響負載分配的，如激磁電路電阻，發電機正極至反流割斷器“F”之間的線路電阻等，這里不再詳述。

 

三、并機柜的作用

 

       并機系統的工作原理如圖3、圖4所示。1號、2號柴油發電機組啟動后，分別通過各自的信號線A1、A2將本機的相序、頻率、瞬時電壓、瞬時相位、波形等參數送入同步監控及顯示單元。在這里第一條程序就是鑒別參與并聯運行的各機組輸出的三相線電壓是否相序對應一致。這也是整個系統的"開關"，只有一致了，下面的程序才可運行，否則就會報警開指示錯誤。其它的參數經過該單元的調理、運算并與設定的標定參數相比較;對于還未達到并機條件的參數，則同步監控及顯示單元會給出相應的誤差調節信號，通過B1、B2兩條信號線送至相連接的中央控制器及自動負載分配單元。該單元綜合整個系統的運行數據得出調控參量，再通過各機組的自動同步單元去調控柴油發電機組的相應機構，使其相關運行參數消除誤差。一切符合并機條件后，同步監控及顯示單元即通過C1、C2兩條信號線向自動空氣開關發出閉合指令。各發電機組的三相電在母排上匯合，共同向負載供電。同步監控及顯示單元實時顯示已并聯運行機組的一致的參數;如電壓、電流(均以有效值表示)相位、相序(常以指示燈表示)、有功功率等。

      并聯運行的機組在帶載運行的過程中，各機組電力輸出線上的功率取樣單元將電壓、電流、有功功率和功率因數實時送入中央控制器及自動負載分配單元。這些信息經過分析、運算后，求出即時的有功功率和無功功率，以及與其它機組的申央控制器及自動負載分配單元的相關數據進行比較后的差別量，一起送入各自的自動同步單元。核單元將這些差別量變成控制柴油發動機轉速和同步發電機勵磁電流的等值信號，從而使柴油發電機組的運行參數得以相應的改變，達到各并聯運行機組對有功功率和無功功率平均分配的目的。

      現代柴油發電機組的用戶大多強調供電的可靠性，所以在采用UPS并聯冗余運行模式下，對柴油發電機組的運行也普遍應用了"N十l"的冗余運行模式，以便與UPS共同構成"雙保險"的高可靠供電系統。在這種需求情勢下，以并機板為核心的機組并聯控制方式成為主流。并機板作為柴油發電機組控制柜的一個選件，不僅體積小使用方便，更重要的是各制造廠家生產的并機板普遍采用了16位或32位的高級微處理器，集成了新的程序語言和動態控制算法，其性能比體積龐大的并機柜更為優越。同型號、規格的柴油發電機組如果需要兩臺或多臺并聯運行，只要在各機組控制柜的備用插槽插入并機板，并連接好信號線，就可以實現自動并聯運行。

      并機板的控制邏輯和并機柜基本上是一樣的。只是由于它的核心是高性能的微處理器，所以數據運算精度更高，調節速度更快。并機板監控并聯運行的柴油發電機組的主要目標仍然是有功功率和無功功率在各機組之間的平均分配。而決定這兩項關鍵參數的就是柴油發動機的轉速和同步發電機的勵磁電流。為此，并機板的數據分析，運算、控制邏輯也主要是求解出對本機的發動機轉速調節和對同步發電機勵磁電流調節的變化量。

 

圖3  柴油發電機并機柜系統圖

圖4  多臺柴油發電機組并機拓撲圖

 

總結：

      綜上所述，由于多種參數和因素直接或間接地影響著負載分配，所以很難使并聯供電的發電機負載均衡，但在采取均衡措施后，電流差值常可限制在規定范圍內。由于除發電機空載電壓不等產生的電流差不隨負載變化外，其他諸參數不等產生的電流差都隨負載增大而增大，所以對負載均衡性的要求主要著眼點是在接近額定負載時，兩臺發電機輸出的電流不能相差太大，以免使輸出電流大的發電機因過載燒毀。

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