CN102611142A

CN102611142A - 免受电压值、频率及相位差异限制的发电机并机系统及方法

Info

Publication number: CN102611142A
Application number: CN2012101023266A
Authority: CN
Inventors: 袁德芳
Original assignee: SHENZHEN HEXING JIANENG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN HEXING JIANENG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2032-04-10
Also published as: CN102611142B

Abstract

一种免受电压值、频率及相位差异限制的发电机并机系统及方法，包括与并机用发电机数目匹配的有源整流装置，每个有源整流装置与一个对应的并机用发电机的交流输出端相连，每个有源整流装置的输出并接到直流输出母线上，该直流输出母线上的直流电压值Vdc≥Amax1+Amax2，其中Amax1为该些并机用发电机中的交流输出电压最高者的输出电压有效值，Amax2为该些并机用发电机中的交流输出电压次最高者的输出电压有效值。本发明对并机用发电机的选配基本无限制，可以大大改善发电机并机系统的构建灵活性及应用便利性。

Description

免受电压值、频率及相位差异限制的发电机并机系统及方法

技术领域

本发明涉及对设备提供电力能源的系统，尤其涉及在野外或者临时场地采用两台及两台以上发电机以并机的方式对设备提供电力能源的系统。

背景技术

在野外或者临时场所，比如：油田、钻井平台，当公共电力系统无法涉及时，通常需要用到两台及两台以上的发电机以并机的方式来给油田设备提供足够大的作业能源。这些并机运行的发动机，必须要求：A、发动机有相同的电压，比如要求输出端电压差不能超过10％；B、发动机有相同的频率，不能有差别；C、发动机有相同的相序，不能有差别；以及D、发动机有相同的相角，比如不能超过10％。所以，为了实现发电机的并机，现在通常采用的方法包括：借助于相应的检测和调节设备，对需要并机的各发电机的输出电压、频率、相位进行调整，使得各发电机的该三项参数均相等，然后才能合上输出输出开关或者并网开关，使发电机进入供电工作，由于受限于人工操作存在的反应速度，并机过程费时费力；为此，人们通过设置专门的并机机构来实现发电机的并机，一种是中央控制式，比如：中国专利ZL200910011796.X所公开的一种计算机控制发电机组并机方法，其包括的步骤有：在准备并机的柴油发电机组中选定一台作为目标机，其余作为调整机；确定输出电压幅值标准误差、频率标准误差、相位标准误差；然后，使目标机进入稳定工作状态，检测其输出电压幅值、频率及相位；然后，检测调整机的输出电压幅值并参照目标机进行调整、检测调整机的输出电压频率并参照目标机进行调整以及检测调整机的输出电压相位并参照目标机进行调整；当调整机的输出电压幅值、频率及相位在设定的误差限定之内，执行并机；另一种是分布控制式，比如：中国专利ZL200620106796.X所公开的一种无并联机柜实现并机功能的柴油发电机组，其包括柴油发电机组及与之相连的开关箱、并机控制集成系统，开关箱的另一头接用户负载，并机控制集成系统包括依次相连的信号检测单元、信号数据处理单元、调速调压单元，信号检测单元的一路输入接用户负载，另一路输入接柴油发电机组，信号检测单元还与设有数据传输串行接口的并机控制单元相连，并机控制单元的一

在工程实践中，Amax1和Amax2的数值可以直接采用发电机的空载的电压有效值。

本发明中的参数定义和说明如下：

交流电压表示：U＝AX1.414Xsin(2πft+θ)

＝UmXsin(2πft+θ)

其中：A为有效值，Um为幅值，f是频率，θ是相位，Um＝A*1.414。

Amax1：并机用发电机中交流输出电压最高者的输出电压有效值。

Amax2：并机用发电机中交流输出电压次最高者的输出电压有效值。

Vdc：有源整流装置的直流输出电压。

该些并机用发电机的交流输出电压值的差是没有严格限制的。例如，220V电压等级和380V电压等级的发电机可以同时使用，380v电压等级和660V电压等级的发电机可以同时使用，而传统的并机方式要求发电机端电压差不能超过20％。

该些并机用发电机的交流输出电压值的差是没有严格限制的。例如，50HZ和60HZ发电机可以同时使用，而传统的并机方式要求发电机频率必须相等的。

该些并机用发电机的交流输出电压的相序是没有严格限制的。例如，一台正相序和一台逆相序的发电机可以同时使用，而传统的并机方式要求发电机相序必须相同。

参见图1，本发明的发电机并机系统实施例大致包括：多个并联支路，每个支路包括一个发电机、与该发电机的三相交流输出相连的开关和接在该开关之后的有源整流装置，各有源整流装置的输出进行直流并网。其中，第一发电机U1的三相交流输出A1、B1、C1经开关K1送到有源整流装置R1的输入端；第二发电机U2的三相交流输出A2、B2、C2经开关K2送到有源整流装置R2的输入端；第三发电机U3的三相交流输出A3、B3、C3经开关K3送到有源整流装置R3的输入端；第n发电机Un的三相交流输出An、Bn、Cn经开关Kn送到有源整流装置Rn的输入端；各个源整流装置R1、R2、R3…Rn的输出进行直流并网，通过正端P和负端N供给负载设备。需要说明的是，开关K1、K2、K3…Kn可以包括诸如闸刀之类的人工开关和/或诸如接触器之类的自动开关，这些开关的设置仅在于提供系统维护的安全与方便性，各开关的闭合或关断可以是相互独立的，而不像现有技术那样，必须在满足了相应的并机条件下才允许闭合以实现相应发电机的供电。各有源整流装置R1、R2、R3…Rn的结构可以是相同的。

参见图2，每个有源整流装置的构成大致包括：有源整流单元1和与该有源路输出接调压调速单元，另一路输出接开关箱的控制端，调压调速单元的输出与柴油发电机组相连。这些改进方式，虽然可以简化并机过程，但是需要增加设备成本，并且并机的实现严格要求各并机发电机的输出电压幅值、频率及相位在规定的误差范围内，从而对并机用发电机的选配构成诸多限制，比如：不同电压等级的发电机不能在一个系统中使用。可见，工程实践中有必要对现有的并机的方式进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种发电机并机系统及方法，能够以较小的成本实现并机过程的简化，并且并机的实现不受限于各并机发电机的输出电压值、频率及相位的差异。

本发明的发明人经过研究发现：在将多台通过有源整流装置进行处理直流并网的发电机并机系统中，当直流输出母线上的直流电压值Vdc≥Amax1+Amax2，其中Amax1为该些并机用发电机中的交流输出电压最高者的输出电压有效值，Amax2为该些并机用发电机中的交流输出电压次最高者的输出电压有效值，原先会由于各并机发电机的输出电压有效值、频率及相位的差异而产生的环流现象得到控制，甚至消失。发明人根据此发现，在满足上述条件下，进行发电机并机系统的实验，进一步发现，各并机发电机的投入和带载应用状态，不再受限于各并机发电机的输出电压值、频率及相位的差异。

为此，本发明针对上述技术问题而提出的技术方案包括，提出一种免受电压值、频率及相位差异限制的发电机并机系统，包括与并机用发电机数目匹配的有源整流装置，每个有源整流装置与一个对应的并机用发电机的交流输出端相连，每个有源整流装置的输出并接到直流输出母线上，该直流输出母线上的直流电压值Vdc≥Amax1+Amax2，其中Amax1为该些并机用发电机中的交流输出电压最高者的输出电压有效值，Amax2为该些并机用发电机中的交流输出电压次最高者的输出电压有效值。

该些并机用发电机的交流输出电压的相位差是没有限制的。发电机交流输出的相位差不影响并机系统运行。

该些并机用发电机的交流输出电压的频率差是没有限制的。发电机交流输出的频率差不影响并机系统运行。

该些并机用发电机的交流输出电压值的差是没有严格限制的。比如，220V电压等级的发电机可以和380V电压等级的发电机同时在并机系统中使用。

该些并机用发电机的交流输出电压的相序是没有严格限制的。

每个有源整流装置包括一有源整流单元，用以将三相交流输入转换为直流输出，其对应于每相交流输入设置有两个大功率受控整流器件；以及与该有源整流单元相连的一控制单元，用以控制该些大功率受控整流器件的开关，从而调节该有源整流单元的输出直流电压值。

该控制单元包括一电压设定子单元，用以调节该有源整流单元的输出直流电压值的预设定值。

还包括与并机用发电机数目匹配的开关，每个开关是串联在对应的并机用发电机与有源整流装置之间。

与现有技术相比，本发明的免受电压值、频率及相位差异限制的发电机并机系统及方法，对并机用发电机的选配基本无限制，可以大大改善发电机并机系统的构建灵活性及应用便利性。

附图说明

图1是本发明的发电机并机系统实施例的结构框图。

图2是本发明的发电机并机系统实施例中有源整流装置的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。

本发明提出一种免受电压值、频率及相位差异限制的发电机并机方法，包括以下步骤：

设置与并机用发电机数目匹配的有源整流装置，每个有源整流装置与一个对应的并机用发电机的交流输出端相连，每个有源整流装置的输出并接到直流输出母线上；

使该直流输出母线上的直流电压值Vdc≥Amax1+Amax2，其中Amax1为该些并机用发电机中的交流输出电压最高者的输出电压有效值，Amax2为该些并机用发电机中的交流输出电压次最高者的输出电压有效值。

在将该些发电机并机运行之前：可以对各发电机的交流输出电压的有效值进行实际测量，或者，按照各发电机的说明书对各发电机的交流输出电压的有效值进行估算，或者选择一个依据经验的最大值，以获取该些并机用发电机中的交流输出电压最高者和次最高者的输出电压有效值；按照直流电压值Vdc≥Amax1+Amax2的要求，对各个有源整流装置的直流输出电压值进行预设定。整流单元1相连的一控制单元2。

有源整流单元1包括：与三个交流输入端in1、in2、in3分别相连的三个滤波电容11和一个三相电感12(或者三个单相电感)。每相交流输入在经过三相电感12之后送到相互串接的两个大功率受控整流器件13的串接点，这三对的两个大功率受控整流器件13的两端out1、out2分别并接在一起，其中，out1端为正极、out2端为负极，大功率受控整流器件13的开关动作则受控于控制单元2。如此，可以将三相输入交流转换为一直流输出Vdc，Vdc的高低可以由控制单元2根据需要进行调节。在本发明中，Vdc≥Amax1+Amax2，其中Amax1为该些并机用发电机中的交流输出电压最高者的输出电压有效值，Amax2为该些并机用发电机中的交流输出电压次最高者的输出电压有效值。

控制单元2包括：控制器21，可以将Vdc的设定值告知该控制器21的电压设定子单元22以及可以将Vdc的实际值告知该控制器21的电压检测子单元23。该电压设定子单元22既可以是预先通过编程保存在该控制器21能够读取的存储器中的，也可以经由通讯接口或者诸如键盘、显示屏之类的人机交互装置经由程序人为预设定的。进一步的，该控制单元2还可包括：与该控制器21相连的PWM脉宽调制子单元24、输出驱动子单元25及电流控制子单元26。更进一步的，该控制单元2还可包括：与该控制器21相连的相位和电压检测子单元28，以对交流输入进行检测。

在实际应用中，出于方便并机的目的，还可以简化地使该直流输出母线上的直流电压值Vdc≥2*k*Amax1，其中k为一调整系数，其值可以是1，也可以诸如1.05、1.10、1.15等等。

与现有技术相比，本发明的发电机并机系统及方法，可以免受发电机电压值、频率及相位差异限制，对并机用发电机的选配基本无限制，从而可以大大改善发电机并机系统的构建灵活性及应用便利性。从而：该些并机用发电机的交流输出电压的相位差异是允许大于20％的；该些并机用发电机的交流输出电压的频率差异是允许大于20％的；该些并机用发电机的交流输出电压值差异是允许大于20％的。

本发明的方法及系统，特别适用于在野外或者临时场地采用两台及两台以上发电机以并机的方式对设备提供电力能源的应用场景，尤其是，用电设备适宜通过直流母线进行供电的应用场景，比如：油田的开采。本发明所称的发电机泛指适合在野外或者临时场地通过燃烧诸如天然气、汽油、柴油等燃料以获取热能并能够将此热能转换为三相交流电能的装置，尤其是指柴油发电机。考虑到大功率的柴油发电机的并机所需配置的并机机构成本很高，本发明的发电机特别是指大功率的柴油发电机，其输出功率大于100KW。

上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims

1.一种免受电压值、频率及相位差异限制的发电机并机系统，其特征在于，包括与并机用发电机数目匹配的有源整流装置，每个有源整流装置与一个对应的并机用发电机的交流输出端相连，每个有源整流装置的输出并接到直流输出母线上，该直流输出母线上的直流电压值Vdc≥Amax1+ Amax2，其中Amax1为该些并机用发电机中的交流输出电压最高者的输出电压有效值，Amax2为该些并机用发电机中的交流输出电压次最高者的输出电压有效值。

2.依据权利要求1所述的发电机并机系统，其特征在于，该些并机用发电机的交流输出电压的相位差是没有限制的。

3.依据权利要求1所述的发电机并机系统，其特征在于，该些并机用发电机的交流输出电压的频率差是没有限制的。

4.依据权利要求1所述的发电机并机系统，其特征在于，该些并机用发电机的交流输出电压值的差是没有严格限制的。

5.依据权利要求1所述的发电机并机系统，其特征在于，该些并机用发电机的交流输出电压的相序是没有严格限制的。

6.依据权利要求1所述的发电机并机系统，其特征在于，每个有源整流装置包括一有源整流单元，用以将三相交流输入转换为直流输出，其对应于每相交流输入设置有两个大功率受控整流器件；以及与该有源整流单元相连的一控制单元，用以控制该些大功率受控整流器件的开关，从而调节该有源整流单元的输出直流电压值。

7.依据权利要求6所述的发电机并机系统，其特征在于，该控制单元包括一电压设定子单元，用以调节该有源整流单元的输出直流电压值的预设定值。

8.依据权利要求1所述的发电机并机系统，其特征在于，还包括与并机用发电机数目匹配的开关，每个开关是串联在对应的并机用发电机与有源整流装置之间。

9.一种免受电压值、频率及相位差异限制的发电机并机方法，其特征在于，包括以下步骤：

使该直流输出母线上的直流电压值Vdc≥Amax1+ Amax2，其中Amax1为该些并机用发电机中的交流输出电压最高者的输出电压有效值，Amax2为该些并机用发电机中的交流输出电压次最高者的输出电压有效值。

10.依据权利要求9所述的发电机并机方法，其特征在于，在将该些发电机并机运行之前：可以对各发电机的交流输出电压的有效值进行实际测量，或者，按照各发电机的说明书对各发电机的交流输出电压的有效值进行估算，或者选择一个依据经验的最大值，以获取该些并机用发电机中的交流输出电压最高者和次最高者的输出电压有效值；按照直流电压值Vdc≥Amax1+ Amax2的要求，对各个有源整流装置的直流输出电压值进行预设定。