新聞主題	多臺不同功率柴油發電機組并網原理說明

 

摘要：康明斯電力公司智能并機系統，其主控制器均采用Cummins品牌主控制器。其在大部分大型IDC數據中心及海外電站群項目應用廣泛，性能、外觀、可靠性均有非常好的反饋，操作簡便、人性化。該智能并機系統主控制器為PCC3.3系列，可實現最多16臺發電機組并機（所有并機發電機組為一組），并可以實現組與組之間進行BTB（組與組）并機模式，擴展至256臺發電機組并機，擴展性非常強。

一、并機系統的構成與作用

      PCC3.3并機系統設置一只控制屏（置于發電機組側），含發電機組的控制、保護等，與并機功能集成，能夠實現發電機組之間并機。多臺柴油發電機組并聯系統配置一套HMI（人機界面）集中監控，顯示系統包括并機狀態、負載分配狀態和各臺發電機組的參數、報警等。硬件構成包括功能構成（發電機組控制、并機控制、功率分配、負載分級控制、保護控制、集中顯示控制）、其他配合設備如配電系統，發電機組的進線柜、饋線柜、接地電阻柜、PT柜、直流屏和低壓配電系統組成一套完整的供電解決方案，實現最可靠的“最后一道保障電源”，為終端用電用戶提高用電的保障及可靠性。

1、自啟動功能

（1）圖1為PCC3.3智能并機控制方案及并機系統連線圖，每臺發電機組配置一套PCC3.3智能并機控制屏。主控制器收到起機命令時，延時可調，所有發電機組同時啟動，最先滿足電壓和頻率的發電機組率先合閘，其余發電機組將自動準同期合閘。發電機組控制器之間通過工業級CAN總線進行通信。CAN總線具有功率管理和負載分配功能。

（2）高速的CAN總線通信，使得負載分配迅速均衡，CAN總線通信使得各模塊之間的電氣聯鎖更加安全和可靠。當多臺并機發電機組內的任意一臺發電機組離線，主控制器的組態技術可以使其他發電機組均能監測到，如圖2所示。

（3）所有發電機組并機成功或達到用戶規定的臺數時，PCC3.3智能并機屏將發出總出口開關允許合閘信號，這不需要外部PLC來完成。

（4）發電機組并機運行，合閘輸出成功，在可設定的時間內，轉為功率管理功能，根據負載大小，自動增、減發電機組。

2、停機操作

      市電恢復后，停機操作有兩種方式供用戶選擇。

（1）不間斷恢復（無人值守管理模式）

      這種模式需要當地供電局認可，允許反同期并網。就是電站模塊中設置一個與電網并聯的模塊，它將通過CAN總線命令所有發電機組控制模塊，跟蹤市電電壓、頻率，調整發電機組電壓和頻率，發出市電準同期合閘指令，市電開關合上后，發電機組負載將平滑轉移到市電，發電機組各開關解列、分閘和冷卻停機。

（2）間斷恢復

      市電恢復時，人工干預逐級卸分路負載后，發電機組控制屏可自動控制（也可手動控制）如下過程：油機總輸出開關分閘，再將市電開關合閘，再投入分路負載，再發出市電恢復信號，發電機組將自動解列并冷卻停機，再次進入準備狀態。

      如市電恢復，直接手動分發電機組總輸出開關，這屬于突卸負載，會引起發電機組頻率瞬間上沖；這種情況下，只要頻率保護設定范圍夠寬，并機控制器將迅速自動調整控制，整個并機系統將保持穩定運行。

3、接地電阻柜的控制

      高壓并機所有運行發電機組中性點只有一點接地。這需要控制高壓中心接地電阻的真空接觸器的投入順序。并機控制器集成了PLC控制功能，可直接控制并機投入發電機組中性點接地電阻投入的順序和數量。

 

圖1 柴油發電機組并機系統連線圖

圖2 柴油發電機組高速CAN總線通信系統

 

二、并機控制系統主要功能

 

      PCC3.3系列控制屏除具有基本的發電機組控制和保護功能外，還具有智能遠程“三遙”監控功能及良好的通用性，交流回路與直流回路分開，且分別采用標準航空接插件與柴油機及發電機連接。該屏采用世界先進技術，在結構上十分簡單緊湊，功能十分強大，操作非常方便，性價比極高，是各行各業，尤其是通信機房無人值守后備電站的理想解決方案。同時，還提供標準的RS232/485計算機通信接口，具有友好人機界面的上位機軟件，用戶可以用PC就近連接或通過公用電話網遠程撥號，上網監控多臺發電機組。并可通過RS232/485接口和硬連接兩種方式接至BAS系統。

1、控制保護功能

（1）手動和自動控制單臺發電機組的起停及自動轉換控制功能。

（2）參數顯示：油壓、水溫、電池電壓、運行時間等油機參數，三相相電壓、相電流、頻率、功率因數、有功功率、無功功率、發電量等發電機電參數，市電三相線電壓、三相相電壓和頻率等市電參數。

（3）發電機組機油壓力低、潤滑油溫度高、冷卻水溫高、冷卻水斷水、燃油量過低、超速、超頻、低頻、速度信號丟失、自啟動失敗、過電流、電壓過高或過低、廠用電相序錯誤、發電機相序錯誤等保護停機功能。

（4）發電機組機油壓力低、油壓水溫傳感器故障、冷卻水溫過高或過低、冷卻水斷水、燃油量過低、超速、超頻、過電流、電池電壓過高或過低、廠用電相序錯誤、發電機相序錯誤等故障報警。

      由于發電機組允許采用集中供電方式，集中控制。在控制室可設置控制屏（用戶配備），引入發電機組控制信號，開關控制信號，測量信號等，以實現遠方控制和監視。為了實現對全部發電機組進行監控。

2、負載分級管理的功能

      高速的CAN總線通信，可以根據發電機組有功功率、視在功率啟動、停機，這里又可分為根據百分比起停機和儲備功率啟動、停機。功率管理系統說明見表1。

      控制系統還具備負載分類功能，滿足設定幾級負載，根據負載的重要性按照順序在發電機組設定的“剩余功率”滿足的情況下優先帶載，可以根據設定控制對負載分類的總開關合分閘，根據負載的重要性依次進行加載，控制系統具備A、B、C三級負載分類，三個輸出點，可以通過控制器本身的PLC邏輯進行編程定義輸出，所有的并機發電機組控制系統均具備三個輸出點，將所有的A類負載并在一起，B類負載并在一起、C類負載并在一起，每級負載總輸出開關具有中間繼電器，由輸出點控制，從而對主開關進行合、分閘控制，滿足負載分類，以2臺發電機組為一個系統、2級負載為例的負載管理功能如圖5-7所示。

      如圖3所示，發電機1＃被啟動，然后發電機2＃啟動，表示兩臺發電機組和兩個負載給出的一臺AGC200上剩余功率負載電器R₁和R₂連接著。發電機1＃被啟動，當G1合閘時，定時器t₁開始運行，當定時器t₁計時結束后，所選的R₁繼電器激活，此時圖中200kW負載被接入，此時剩余功率下降至300kW，一段時間后，發電機2＃被啟動，并同步其發電機開關，當G2合閘后，定時器t₂開始計時，當定時器t₂屆滿后，所選的R2繼電器激活，此時第二個負載200kW被接入，剩余功率下降至600kW。

 表1    功率管理功能表

3、并機顯示系統描述

      針對并機數量較多時，可設計集控系統對電站群內的每臺發電機組實現集中監控，可以實現不限于以下功能：

1、系統單線圖，并通過系統單線圖顯示各設備狀態；

2、顯示每臺發電機組的運行狀態；

3、顯示每臺發電機組的預告警、告警和故障狀態；

4、顯示每臺發電機組的運行記錄和故障記錄；

5、系統保護功能。

      可以通過配套工業交換機（HUB）、RS485／TCP-IP通過網線與（HMI）人機界面（15寸液晶屏）與主控制器進行連接后，通過專業的MGCS組態軟件進行相應的編程，界面均可以個性化編輯，并機監控系統如圖4所示。集控系統具備擴容能力只需要增加工業交換機及轉換模塊即可實現硬件上的擴容，可以在硬件完全滿足的條件下進行編程，以便后期擴容。

 

圖3 柴油發電機組負載管理功能示意圖

圖4 柴油發電機組并機監控系統圖

 

三、并機原理及運行模式

 

1、并機工作原理

（1）控制屏設計

      發電機組并機系統采用控制與并機一體進行設計，每套系統設置一只主控屏，系統還可配置一套（HMI）人機界面，完成人機界面，顯示系統并機狀態、負載分配狀態和各臺發電機組的參數等，面板界面如圖5所示。

（2）分布式控制方式

      傳統的方式為通過設置優先級來控制級別較高的發電機組進行并機，這種方式并機的時間受優先級高的發電機組影響，甚至會造成優先級別較低的發電機組無法進行并機。而分布式控制方式如圖6所示，為最先穩定的發電機組合閘后其余發電機組均能夠在達到同步并機設定后完成合閘并機，這樣速度更快，也不會因單臺發電機組的控制系統問題而造成整個并機系統的癱瘓。并機控制屏可安裝于發電機組旁，或集中布置。分布式的優點為一臺發電機組的故障不影響整個系統，并可方便地在運行中處理故障。整個系統由多個并機系統和一只觸摸式顯示屏組成，系統通過網線連接到工業交換機，兩者之間通過網線TCP/IP傳輸數據。

（3）同步方式

      系統采用頻率和電壓同步的方式并聯，并聯控制系統通過CAN通信，對整個系統的控制屏進行通信，自動調整發電機組的頻率和電壓，使之不受負載增加和減少的影響，保持在設定值以內。發電機使用（DVR）數字調壓器，帶有Droop 功能和無功分配功能，此功能允許手動并機，在并機系統完全損壞的情況下，利用發電機的帶載特性進行手動無功功率分配。

2、并機系統操作方式

（1）自動方式：

      發電機組和系統設定在自動模式，并機系統檢查市電狀態，當市電故障時，經延時確認，啟動所有（或者設計啟動貯備，可以根據負載的狀況進行投入發電機組）自動狀態的發電機組，發電機組啟動后自動將電壓和頻率調整至設定值，系統中最先到達設定值的發電機組，最先投入到并聯母線，其余的發電機組檢測各自并機開關上下口電壓、頻率、相位，自動控制發電機組的頻率和電壓進行追蹤，達到一定的窗口設定值和同步時間后，命令開關閉合，自動同步過程結束，系統將自動分配功率給所有在線發電機組。

① 自動功率控制功能

      自動狀態下可以開啟功率控制功能，并機系統檢測總的輸出負載，自動增減發電機組臺數，功率控制的百分比可在一定范圍內設定（并機完成后送電，何時進行負載分配可以設定）。

② 自動停機過程

      當控制系統接收到市電可用信號，經延時確認后，此時已將負載由發電機組轉移到市電，整個發電機組將進行停機過程，控制系統確認發電機組功率低于設定值時，控制系統才自動斷開斷路器，發電機組解列。發電機組控制系統自動進行冷卻停機程序，停機后進入待機狀態。

（2）手動方式

① 手動解列過程

      所有在線運行的發電機組允許手動解列，在并聯系統中觸發對應的發電機組停機按鈕，控制系統將首先進行負載轉移過程，被解列的發電機組功率逐步降低，達到設定值后，并聯開關自動斷開，發電機組解列。發電機組控制系統自動進行冷卻停機程序，停機后進入待機狀態。

② 緊急停機過程

      當運行中的發電機組發生停機故障或按壓緊急停機按鈕，并聯控制系統將立即斷開對應的發電機組斷路器，并控制發電機組停機，如故障或急停發生在并聯系統側，發電機組無故障，則發電機組進行冷卻停機過程，停機后待機狀態，在并機系統控制屏上將顯示報警信息；如急停或故障發生在發電機組側，則發電機組立即停機，并在發電機組控制屏和并機系統控制屏上同時顯示報警。

③ 手動并機操作

      發電機控制屏設置在手動狀態，并機系統設置在手動狀態，并機系統不檢測市電狀態，由人工控制。當需要啟動發電機組時，手動啟動發電機組，在并聯系統處觸發合閘或投入按鈕，并聯系統將自動同步，自動合閘，并聯后自動功率分配。停機過程，系統工作在此方式下無法自動停機，首先進行發電機組解列，在并聯系統處觸發停機或解列按鈕后，對應的發電機組將自動轉移負載，當負載減小到設定值時，自動斷開斷路器，發電機組解列完成，此時發電機組繼續運行，需手動停機。

 

圖5  柴油發電機組并機控制器界面示意圖

圖6 柴油發電機組并機原理圖

 

摘要：

      康明斯發電機組可提供TCP/IP或RS485數據/控制接口，通過使用MODBUS協議能夠方便地與客戶進行遠程監控網絡對接，實現遠程數據的采集和監控。監控內容包括發電機組運行參數、狀態參數、并聯系統的狀態參數、運行參數和報警信息等。并機系統使用康明斯PCC3.3智能并機控制系統，與發電機組的控制屏一體，此系統專為康明斯電力技術有限公司發由發電機組設計生產制造。與其余的品牌發電機組可以實現兼容，保證以后擴容時兼容其余控制系統。并機控制屏使用15寸（1in＝0.0254m）彩色觸摸屏作為并聯系統集控操作，可狀態顯示、參數顯示、并機單線圖顯示，中文界面。可進行擴容至16臺發電機組。

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