CN110011353B - 一种用于柴油发电机供配电系统的并机控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于柴油发电机供配电系统的并机控制系统及方法，包括多台柴油发电机，多台柴油发电机均与可编程控制器PLC相连接，每台柴油发电机的输出端经过发电机出口断路器和并机进线断路器后分别与两段并机母线相连接，两段并机母线之间设置有联络断路器和隔离手车，两段并机母线还各自通过并机输出断路器和市电侧进线断路器与对应的两段市电母线相连接，两段市电母线之间设置有联络断路器和隔离手车，两段市电母线还各自通过主进线断路器与10kV市电连接，两段市电母线的出线侧通过出线断路器后馈线至负载，柴油发电机的公共端连接接地电阻柜接地。与现有技术相比，本发明具有控制灵活，节能，成本低等优点。

Description

一种用于柴油发电机供配电系统的并机控制系统及方法

技术领域

本发明涉及柴油发电机供配电系统技术领域，尤其是涉及一种用于柴油发电机供配电系统的并机控制系统及方法。

背景技术

可靠、合理的柴油发电机组并机控制逻辑是保证柴油发电机组作为应急备用电源能够在常用电源故障时正常工作的核心所在。

常规柴油发电机组的一次电力线路为单母线系统。本发明对柴油发电机组的一次电力线路为双母线的系统提出了并机的控制策略。常规柴油发电机组的并机控制系统存在单点故障，当控制系统中某处发生故障时会导致柴油发电机组无法启动、并机、输出电能，使柴油发电机组无法起到应急保障的作用，更可能会因此造成无法估量的损失。本发明中的并机控制系统的组成架构可以有效地解决此风险点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于柴油发电机供配电系统的并机控制系统及方法，在控制柴油发电机组完成启动、并机、输出电能等基本功能的基础上，提出针对复杂的柴油发电机组配电系统中并机控制方案、提出了并机控制系统中单点故障风险点的解决方案、提出了并机控制系统在可靠的前提下合理、节能的运行控制策略。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于柴油发电机供配电系统的并机控制系统，包括多台柴油发电机，多台所述柴油发电机均与可编程控制器PLC相连接，每台所述柴油发电机的输出端经过发电机出口断路器和并机进线断路器后分别与两段并机母线相连接，两段所述并机母线之间设置有联络断路器和隔离手车，两段所述并机母线还各自通过并机输出断路器和市电侧进线断路器与对应的两段市电母线相连接，两段所述市电母线之间设置有所述联络断路器和所述隔离手车，两段所述市电母线还各自通过主进线断路器与10kV市电连接，两段所述市电母线的出线侧通过出线断路器后馈线至负载，所述柴油发电机由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、蓄电瓶和应急电气柜组成，所述发电机的公共端连接接地电阻柜接地。

进一步地，两段所述并机母线上均连接有PT柜，用于多台所述柴油发电机并机时的母线电压采样。

进一步地，所述的柴油发电机的个数至少为13个。

进一步地，两段所述并机母线其中之一上还通过并机进线断路器后与测试负载箱相连接。

进一步地，所述可编程控制器PLC上设置有主控屏、控制面板和连接端口，所述可编程控制器PLC通过所述连接端口和光缆与每台所述柴油发电机相连接。

进一步地，所述可编程控制器PLC与每台所述柴油发电机之间通过环网或双链路进行通信连接。

本发明还提供了一种采用所述的用于柴油发电机供配电系统的并机控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：全部所述柴油发电机按照设定运行时间并联运行后，如系统全部负载小于当前在线发电机总容量的设定百分比下限且持续时间超过设定下降持续时间，则系统自动通过所述并机进线断路器切除第N+1台柴油发电机的运行投入，N为自然数；

S2：如果系统负载继续下降且系统全部负载仍小于当前在线发电机总容量的设定百分比下限且持续时间超过设定下降持续时间，则系统自动通过所述并机进线断路器切除第N台柴油发电机的运行投入并以此类推，确保至少2台所述柴油发电机在线运行；

S3：如果系统负载增加且系统全部负载大于当前在线发电机总容量的设定百分比上限且持续时间超过设定增加持续时间，则系统自动启动备用的所述柴油发电机，自动同步自动并机及负载分配。

优选地，所述步骤S1和所述步骤S2中的设定运行时间为1分钟～10分钟，所述设定百分比下限为30％～35％，所述的设定下降持续时间为5分钟～7分钟，所述步骤S3中的设定百分比上限为70％～75％，所述设定增加持续时间为1分钟～4分钟。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)节能，本发明中包括多台柴油发电机，多台柴油发电机均与可编程控制器PLC相连接，每台柴油发电机的输出端经过发电机出口断路器和并机进线断路器后分别与两段并机母线相连接，两段并机母线之间设置有联络断路器和隔离手车，两段并机母线还各自通过并机输出断路器和市电侧进线断路器与对应的两段市电母线相连接，两段市电母线之间设置有联络断路器和隔离手车，两段市电母线还各自通过主进线断路器与10kV市电连接，两段市电母线的出线侧通过出线断路器后馈线至负载，发电机的公共端连接接地电阻柜接地，

(2)供电灵活，本发明中的10KV配电系统，由于采取了多级断路器，并以对称母线进行连接，可以根据用户需求和实际工况来调节断路器，在一定的负载范围内，供电灵活，更实用与实际的复杂用电环境。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的系统配套控制方法流程示意图；

图中，1为柴油发电机；2为发电机出口断路器；3为并机进线断路器；4为并机母线；5为联络断路器；6为隔离手车；7为并机输出断路器；8为市电侧进线断路器；9为市电母线；10为主进线断路器；11为出线断路器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

本实施例的整体系统架构框架如图1所示，13台柴油发电机组并机，对应并机母线YJ-A1和YJ-B1，两段并机母线上断路器(G1-AH1～G1-AH13,G1-BH1～G1-BH13)分合闸由并机控制系统控制。常规状态下，发电机端出口断路器，并机母线上的并机进线断路器(G1-AH1～G1-AH13,G1-BH1～G1-BH13)、并机输出断路器(G1-AH15,G1-BH16)均处于分闸状态。13台柴油发电机组并机，设置接地电阻柜，发电机的公共端经小电阻接地电阻柜接地。每段发电机并机母线有一路馈线输出至10kV市电段母线，这两台断路器(G1-AH15,G1-BH16)在并机开关柜面板上“远方”工作位置时，分、合闸由并机控制系统主控屏控制，在并机开关柜面板上“就地”工作位置时，则手动分、合闸。从其中一段并机母线上馈出一回路至测试负载箱，此断路器(G1-BH15)为分、合闸现场手动。每段并机母线设PT柜，用作多台机组并机时母线电压采样。

柴油发电机组可工作在“手动”、“自动”和“停止”状态。“停止”时禁止启动；“手动”时可以手动启动柴油发电机组,机组会经过怠速，最后到高速，先手动合闸发电机端出口断路器，再手动合闸并机母线上的并机进线断路器(G1-AH1～G1-AH13,G1-BH1～G1-BH13)后，发电机电源才能输送到并机母线上进行并机输出。“自动”时，并机控制系统在收到启动信号后，延时5s(可调)，13台发电机组同时启动，每台机组启动后即自动合闸相对应的发电机端出口断路器，机组稳定同步运行后，由并机控制系统依次自动合闸并机母线上的并机进线断路器(G1-AH1～G1-AH13,G1-BH1～G1-BH13)进行并机，电源稳定后再输出。

并机控制系统主控屏是以可编程控制器(PLC)为核心的集成控制系统，采用双机冗余热备份系统。当一套系统宕机后，不影响整个发电机并机控制系统的正常运行。

并机控制系统的主机和各机组之间的通信应采用环网或双链路，杜绝单点故障。

并机控制系统主控屏的控制面板有机组的启动选择制，该选择制只有机组在“自动”状态才可启动机组。机组在自动状态下，选择制置“远程”位置，则是等待远方的启动信号，可将远方的启动信号发送到机组；置“启动”位置则可以直接发送启动信号到机组；置“停止”位置，则不接收远方的启动信号。

并机控制系统主控屏选择制工作在“远程”位置，G1-1～13对应的并机开关柜工作在“远方”位置。这时整个发电机电源系统在全自动备用状态，等待接收远方的市电失电启机信号。

如市电A和市电B两路同时失电，则锁定启动信号并传送至柴油发电机并机控制系统，由柴油发电机并机控制系统启动G1-1～13机组后并机；如果并机控制系统的主控屏判定G1-1～13成功并机12台，则自动合闸并机母线上的并机输出断路器(G1-AH15,G1-BH16)。在两段并机母线上的并机输出断路器(G1-AH15,G1-BH16)合闸成功后，自动控制市电侧油机进线断路器(1107，2207)合闸，向市电母线输出发电。如果G1-1～13有2台及以上故障，则延时30s自动合闸输出断路器(G1-AH15,G1-BH16)，同时发出信息提示运维人员，以便用户根据负荷重要性，人为干预负载的投入。

市电恢复后，先切换回市电，此时市电失电信号消失，但机组启动信号还处在锁定状态，机组不会自动停机。在并机控制系统主控屏的主页面按“停机复位”按钮复位,输出断路器(G1-AH15,G1-BH16)及并机母线上的进线断路器(G1-AH1～G1-AH13,G1-BH1～G1-BH13)自动分闸，发电机出口断路器自动分闸，机组退出并机并冷却停机。柴发应急电源系统重新回到全自动备用状态，等待接收远方的市电失电启机信号。

本实施例的系统配套对应控制方法如下：

正常运行时，由双路市电供电，全部发电机组处于自动冷备用状态。

当发电机并机控制系统处于自动模式时，在收到启动信号后，延时5s(可调)，13台发电机组同时启动，每台机组启动后即自动合闸相对应的发电机端出口断路器，机组稳定同步运行后，由并机控制系统依次自动合闸并机母线上的并机进线断路器(G1-AH1～G1-AH13,G1-BH1～G1-BH13)进行并机，电源稳定后再输出。当第一台机组并机进线断路器(比如G1-AH1,G1-BH1)合闸后，并机控制系统发出一个可带载容量的指示信息；以后每合闸一台机组，系统就会发出一个可带载容量的指示信息，以便用户根据负荷重要性，依次投入负载。当正常电源恢复后，经过30分钟(可调整)延时后，由人工将所有负荷切换至正常电源。之后由运维操作人员在并机控制系统控制柜的主页面按“停机复位”按钮复位,并机母线上的并机输出断路器(G1-AH15,G1-BH16)及并机进线断路器(G1-AH1～G1-AH13,G1-BH1～G1-BH13)自动分闸，发电机端出口断路器自动分闸，机组退出并机并在无负载状态下运行5分钟后冷却停机。这样，并机控制系统也自动复位，为下一次自动启机运行待命。

并机控制系统主控屏可以实现整个发电机系统功能的手自动切换，分控屏可以在控制室手动启动、停止发电机及手动并联。

并机控制系统应配备数字式自动负载分配控制器，将负载在各机组间均匀分担。并联机组之间的有功和无功功率分配不平衡度不应大于5％。

并机控制系统负载管理按N+1模式进行控制：全部机组并联运行1～10分钟(可调)后，如系统全部负载小于当前在线发电机总容量的30％(可调，一般为30％～35％)且持续时间超过5分钟(可调，一般为5分钟～7分钟)，则系统自动切除第N+1台机组，此时全部负载可以只用N台机组分担。如果负载继续下降，系统全部负载仍小于当前在线发电机总容量的30％(可调，一般为30％～35％)且持续时间超过5分钟(可调，一般为5分钟～7分钟)，则系统自动切除第N台机组。以此类推，直至系统全部负载大于当前在线发电机总容量的30％(可调)。但系统最小保证两台机组在线运行。如系统负载增加，至系统全部负载大于当前在线发电机总容量的70％(可调，一般为70％～75％)且持续时间超过1分钟(可调，一般为1分钟～4分钟)，则系统自动启动备用的发电机组、自动同步、自动并机及负载分配。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于柴油发电机供配电系统的并机控制系统，其特征在于，包括多台柴油发电机(1)，多台所述柴油发电机(1)均与可编程控制器PLC相连接，每台所述柴油发电机(1)的输出端经过发电机出口断路器(2)和并机进线断路器(3)后分别与两段并机母线(4)相连接，两段所述并机母线(4)之间设置有联络断路器(5)和隔离手车(6)，两段所述并机母线(4)还各自通过并机输出断路器(7)和市电侧进线断路器(8)与对应的两段市电母线(9)相连接，两段所述市电母线(9)之间设置有所述联络断路器(5)和所述隔离手车(6)，两段所述市电母线(9)还各自通过主进线断路器(10)与10kV市电连接，两段所述市电母线(9)的出线侧通过出线断路器(11)后馈线至负载，所述柴油发电机(1)由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、蓄电瓶和应急电气柜组成，所述发电机的公共端连接接地电阻柜接地。

2.根据权利要求1所述的一种用于柴油发电机供配电系统的并机控制系统，其特征在于，两段所述并机母线(4)上均连接有PT柜，用于多台所述柴油发电机(1)并机时的母线电压采样。

3.根据权利要求1所述的一种用于柴油发电机供配电系统的并机控制系统，其特征在于，所述的柴油发电机(1)的个数至少为13个。

4.根据权利要求1所述的一种用于柴油发电机供配电系统的并机控制系统，其特征在于，两段所述并机母线(4)其中之一上还通过并机进线断路器(3)后与测试负载箱相连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于柴油发电机供配电系统的并机控制系统，其特征在于，所述可编程控制器PLC上设置有主控屏、控制面板和连接端口，所述可编程控制器PLC通过所述连接端口和光缆与每台所述柴油发电机(1)相连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于柴油发电机供配电系统的并机控制系统，其特征在于，所述可编程控制器PLC与每台所述柴油发电机(1)之间通过环网或双链路进行通信连接。

7.一种采用如权利要求1～6中任意一项所述的用于柴油发电机供配电系统的并机控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：全部所述柴油发电机(1)按照设定运行时间并联运行后，如系统全部负载小于当前在线发电机总容量的设定百分比下限且持续时间超过设定下降持续时间，则系统自动通过所述并机进线断路器(3)切除第N+1台柴油发电机(1)的运行投入，N为自然数；

S2：如果系统负载继续下降且系统全部负载仍小于当前在线发电机总容量的设定百分比下限且持续时间超过设定下降持续时间，则系统自动通过所述并机进线断路器(3)切除第N台柴油发电机(1)的运行投入并以此类推，确保至少2台所述柴油发电机(1)在线运行；

S3：如果系统负载增加且系统全部负载大于当前在线发电机总容量的设定百分比上限且持续时间超过设定增加持续时间，则系统自动启动备用的所述柴油发电机(1)，自动同步自动并机及负载分配。

8.根据权利要求7所述的一种用于柴油发电机供配电系统的并机控制系统的控制 方法，其特征在于，所述步骤S1和所述步骤S2中的设定运行时间为1分钟～10分钟，所述设定百分比下限为30％～35％，所述的设定下降持续时间为5分钟～7分钟，所述步骤S3中的设定百分比上限为70％～75％，所述设定增加持续时间为1分钟～4分钟。

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