柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理

隨著企業(yè)業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心日常所消耗的能源也呈同步增長(zhǎng)趨勢(shì)，一旦發(fā)生市電中斷故障，單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)根本滿足不了數(shù)據(jù)中心后備電源容量需求，所以，往往需要多臺(tái)機(jī)組并機(jī)運(yùn)行。為了提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)可靠性，這就要求系統(tǒng)控制邏輯上不僅要求機(jī)組本身具有良好的性能，而且要求各機(jī)組間合理承擔(dān)下游系統(tǒng)中的有功和無(wú)功負(fù)荷，這些要求集中反映在對(duì)原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)和同步發(fā)電機(jī)的調(diào)壓系統(tǒng)。

一、下垂控制（Droop Contol）

為了保證柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，往往采用下垂控制，即分別通過(guò)P/f下垂控制和Q/V下垂控制來(lái)獲取穩(wěn)定的頻率和電壓，這種控制方式對(duì)各機(jī)組輸出的有功功率和無(wú)功功率分別控制，無(wú)需各機(jī)組間的通信協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)各機(jī)組之間的對(duì)等控制，保證了柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)系統(tǒng)的供需平衡和頻率穩(wěn)定。

下垂控制采用了電壓、電流雙環(huán)控制，電流內(nèi)環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，用來(lái)提高發(fā)電機(jī)組的電能質(zhì)量，電壓外環(huán)控制器動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢，可以控制系統(tǒng)的輸出電壓，并產(chǎn)生內(nèi)環(huán)參考信號(hào)。首先利用測(cè)量模塊采集負(fù)荷點(diǎn)的電壓和電流，計(jì)算出發(fā)電機(jī)組的輸出瞬時(shí)有功、無(wú)功功率，再經(jīng)過(guò)低通濾波器LPF得到相應(yīng)的平均功率；假設(shè)額定頻率運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)組輸出的有功功率為P，F(xiàn)、U分別為電力系統(tǒng)的頻率和額定電壓幅值，通過(guò)下垂環(huán)節(jié)得到輸出頻率和電壓幅值的指令，再通過(guò)電壓合成環(huán)節(jié)產(chǎn)生參考電壓，然后，參考電壓將作為電壓電流雙環(huán)節(jié)控制器的輸入。

二、調(diào)速（有功-頻率控制）系統(tǒng)

以同步發(fā)電機(jī)的額定功率fN為基準(zhǔn)值，當(dāng)下游負(fù)載的有功功率增加到Pred，則同步發(fā)電機(jī)的輸出頻率下垂到fref這個(gè)新的穩(wěn)定值，AB段的斜率即為同步發(fā)電機(jī)的靜態(tài)調(diào)差系數(shù)mp，Δf=fref-fN，ΔP=PN-Pred。在柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，各發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)整各自的頻率和功率，直至滿足所有負(fù)載需求。若各發(fā)電機(jī)組容量相同，則靜態(tài)調(diào)差系數(shù)也相同，輸出功率自然也相同；若機(jī)組容量不同，則單機(jī)容量較大的機(jī)組靜態(tài)調(diào)差系數(shù)較大，機(jī)組承擔(dān)的下游負(fù)載自然也更多。

三、調(diào)壓（無(wú)功-電壓控制）系統(tǒng)

同理，CD段的斜率稱為同步發(fā)電機(jī)的無(wú)功-電壓下垂控制系數(shù)nq，反應(yīng)了發(fā)電機(jī)組無(wú)功功率增量與端電壓偏差的關(guān)系，且ΔU=Uref-UN，ΔQ=QN-Qred。由同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率單元控制框圖可知，經(jīng)過(guò)測(cè)量環(huán)節(jié)與調(diào)差環(huán)節(jié)的計(jì)算得出參考電壓，然后在與發(fā)電機(jī)端電壓進(jìn)行比較（其中調(diào)壓器為PI控制），使得發(fā)電機(jī)端電壓始終迅速電壓指令。