CN207835082U - 具有并机同步功能的数码发电机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有并机同步功能的数码发电机系统，属于发电机逆变器领域，该系统通过增设单片机控制系统、辅助电源模块和并机同步模块来实现发电机的并机同步功能，其中并机同步模块包括母线电压调节模块、母线电压测量模块、SPWM控制模块和同步检测模块，所述发电机的输出端连接辅助电源模块，该辅助电源模块分别向并机同步模块和单片机控制系统供电。本实用新型能够在不同网络电压和频率实现并机同步功能，从而在并机时避免产生对发电机组和负载有危害的大电流或者高电压冲击，对于不同类型的发电机的并机通用性带来极大的便利。

Description

具有并机同步功能的数码发电机系统

技术领域

本实用新型属于配电网络的电路装置，涉及发电机逆变器领域，具体来说，是一种可以在不同网络电压和频率进行并机的数码变频发电机逆变器，能够在并网或者并联时避免产生对发电机组和负载有危害的大电流或者高电压冲击。

背景技术

小型可移动发电机组在抢险救灾、矿山、军事、野外作业、电信移动基站等众多应用领域有着不可缺少的重要作用。近年来，由于电力电子技术和器件的进步、特别是得益于以单片机为代表的数字技术发展，一种与传统发电机组相比，具有非常明显技术和经济优势的移动小型发电机—数码发电机快速崛起，正在迅速取代传统发电机。

与传统发电机相比较，数码发电机的交流发电机直接与发动机结合，取消了飞轮，使得数码发电机在尺寸和重量上减小了50%，可以应用于许多娱乐场合和小型便携式电动工具，这彻底改变了发电设备在消费者心目中的“大-笨-粗”的传统形象。

再者，数码发电机产生的原始交流电经过“净化”，电流经过“交-直-交”二级转换，使电压输出与发动机转速无关，同时将电压波形畸变降至最低限度，最终再次转化成洁净、平稳、高质量的交流电输出，这种电流非常适合一些对电压波动非常敏感的电气设备和仪器, 如：电脑、传真机、打印机、通讯设备等。然而目前单机数码发电机已得到了广泛的应用，但是数码发电机组特别是不同动力源的数码发电机组间并机运行的控制技术仍处于起步阶段。

发电机并机须满足如下5个基本条件：、电压相等；、频率相等；、相位相等；、相序一致；、输出特性相等；只有满足以上五个基本条件才可以并机。其中第条由发电机安装接线条件满足，第条由使用方选购发电机类型时考虑。因此发电机逆变器在并机时，主要考虑如何满足前3个条件。

如图1所示，发电站或者大功率发电机组并机，是通过专门的大型“并机柜”进行并机，以达到上述并机条件，但是，移动式或者便携式发电机组只供应局部小功率用电需求，从经济角度考虑，不可能配置专门的并机装置，必须从数码发电机的逆变器设计出发，满足并机需要。

世界各国的电力网额定电压和额定频率规定是不一样的，归纳起来如下表所示，可以分成两类发电机，以电压中心值为120V的Ⅰ类，以电压中心值为230V的Ⅱ类。

对于并网或者并机的发电机，电压或者频率任何一个参数不相同，都不能够进行并网或者并机。当前现有的数码发电机系统即使在同一个发电机功率等级下，发电机逆变器的种类就比较多。比如Ⅰ类、Ⅱ类就各需要6种逆变器才能够满足不同国家的客户需要。

然而，目前的数码发电机不能够满足并机要求，普遍的做法是，当并机出现大电流或者高电压冲击时，启动保护电路立即切断电源，以保护发电机组以及线路上的负载，本次投入失败，过一段时间再次重新投入。所以，在数码发电机并机过程中，会经常出现反复投入反复断电失败的不良现象。

在一些应用场合，比如移动通讯基站、计算机集中管理站，哪怕瞬间的断电也是不允许的。为了保证通讯即使在电力线路故障导致停电的情况下不中断通讯或者保护数据，无人值守的多台小型发电机组和电池组组成的不停电电源成为了标准配置；为了节能，发电机组的投入台数必须根据负荷的需要进行调整。在数码发电机组的投入和退出运行的过程中，必须确保供电连续；②避免产生对发电机组和通讯负载有危害的大电流或者高电压冲击。因此开发数码发电机并机时不断电、无冲击技术，具有重大的应用价值。

发明内容

本实用新型旨在提供了一种能够在不同网络电压和频率进行并机同步的数码发电机系统，能够避免产生对发电机组和负载有危害的大电流或者高电压冲击。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种具有并机同步功能的数码发电机系统，包括能够通过并机控制器并机到母线上的若干发电机组，所述母线通过应急电源自动转换开关连接负载，每个发电机组包括依次连接的发电机、整流模块和逆变器功率模块，所述逆变器功率模块的输出端连接并机控制器，还包括单片机控制系统、辅助电源模块和并机同步模块，所述并机同步模块包括母线电压调节模块、母线电压测量模块、SPWM控制模块和同步检测模块，所述单片机控制系统分别通过母线电压调节模块连接整流模块，通过SPWM控制模块连接逆变器功率模块，所述逆变器功率模块的输出端通过同步检测模块连接单片机控制系统，所述整流模块的输出端通过母线电压测量模块连接单片机控制系统，所述发电机的输出端连接辅助电源模块，该辅助电源模块分别向并机同步模块和单片机控制系统供电。

采用上述技术方案的数码发电机系统，当发生停电事故时，应急电源自动转换开关将负载切换到母线上，接着并机控制器通过计算母线上的负载功率确定发电机组的投入和退出，当发电机组投入后，首先由同步检测模块对母线进行电压、频率、相位、相序的检测，然后把检测到的母线上的网络频率和相位参数读入单片机控制系统，并与本机频率和相位进行比较，如果发现任一参数不满足并机投入的条件，则通过SPWM控制模块对本机相关参数进行调整，直到满足并机条件后，才能够向负载供电，在供电过程中，通过母线电压测量模块和母线电压调节模块来控制整流模块，使得发电机的输出电压等级满足网络电压的等级要求。

进一步限定，还包括油门调节模块，所述油门调节模块的输入端连接单片机控制系统，输出端连接发电机，且油门调节模块的电源由辅助电源模块供电。通过油门调节模块能够调节发电机的输出功率，使得各发电机组的输出功率合理分配。

本实用新型相比现有技术，对于相同功率等级的发电机，前述Ⅰ类、Ⅱ类发电机只各需要一种逆变器就能够满足不同国家的客户需要，大大增加逆变器的设计、制造和使用通用性，对于不同类型的发电机的并机通用性带来极大的使用便利。

附图说明

图1为现有大型发电机组并机示意图；

图2为本实用新型实施例的结构示意图；

图3为同步检测模块的电路图。

图中对应标示分别为：1-母线，11-应急电源自动转换开关，2-并机控制器，3-逆变器功率模块，4-整流模块，5-发电机，6-单片机控制系统，7-辅助电源，8-并机同步模块，81-同步检测模块，82-SPWM控制模块，83-母线电压调节模块，84-母线电压测量模块，9-油门调节模块。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本申请，下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案进一步说明。

如图2所示，一种具有并机同步功能的数码发电机系统，包括能够通过并机控制器2并机到母线1上的若干发电机组，所述母线1通过应急电源自动转换开关11连接负载，当市电发生停电事故时，应急电源自动转换开关11就可以将负载连接到母线1上，并由母线1上的发电机组进行供电。

每个发电机组包括依次连接的整流模块4、整流模块4和逆变器功率模块3，逆变器功率模块3的输出端连接到并机控制器2上，通过并机控制器2能够控制发电机组是否接入到母线1上。

为了实现本申请的发明目的，每个发电机组还设有单片机控制系统6、并机同步模块8和辅助电源7模块，其中并机同步模块8包括母线电压调节模块83、母线电压测量模块84、SPWM控制模块82和同步检测模块81，单片机控制系统6分别通过母线电压调节模块83连接整流模块4，通过SPWM控制模块82连接逆变器功率模块3。

逆变器功率模块3的输出端通过同步检测模块81连接单片机控制系统6，整流模块4的输出端通过母线1电压测量模块连接单片机控制系统6，发电机5的输出端连接辅助电源7模块，该辅助电源7模块分别向并机同步模块8和单片机控制系统6供电。

为了使发电机组的输出功率分配更加合理，本申请还增设了油门调节模块9，油门调节模块9的输入端连接单片机控制系统6，输出端连接发电机5，且油门调节模块9的电源由辅助电源7模块提供。通过油门调节模块9能够调节发电机5的输出功率，使其控制在75%～85%满负荷范围内工作。

下面简述下该数码发电机系统的工作原理：当市电发生停电事故时，应急电源自动转换开关11将负载切换到母线1上，一般来说，母线1上至少应该提供一组可以直接向负载供电的发电机组，如果并机控制器2通过计算母线1上的负载功率发现已投入的发电机组不足以满足负载时，就需要投入新的发电机组，这时候就需要考虑新的发电机组与已经投入的发电机组之间是否满足并机条件，只有满足电压相等、频率相等、相位相等、相序一致、输出特性相等五个基本条件才可以进行并机，其中相序一致性可以通过发电机选型来保证，输出特性则可以通过正确的接线安装来保证。

当新的发电机组投入后，其并不立即向负载供电，而是首先由同步检测模块81（如图3所示）对母线1进行电压、频率、相位、相序的检测，如果相序不一致，则可以通过更换相同的发电机型号来解决，然后把检测到的母线1上的网络频率和相位参数读入单片机控制系统6，并与本机频率和相位进行比较，如果发现任一参数不满足并机投入的条件，则通过SPWM控制模块82对本机的频率差和相位差进行调整，直到满足并机条件后，才能够向负载供电，在供电过程中，通过母线电压测量模块84和母线电压调节模块83来控制整流模块4，使得发电机5的输出电压等级满足网络电压的等级要求。

以上对本实用新型提供的具有并机同步功能的数码发电机系统进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.具有并机同步功能的数码发电机系统，包括能够通过并机控制器并机到母线上的若干发电机组，所述母线通过应急电源自动转换开关连接负载，其特征在于，每个发电机组包括依次连接的发电机、整流模块和逆变器功率模块，所述逆变器功率模块的输出端连接并机控制器，还包括单片机控制系统、辅助电源模块和并机同步模块，所述并机同步模块包括母线电压调节模块、母线电压测量模块、SPWM控制模块和同步检测模块，所述单片机控制系统分别通过母线电压调节模块连接整流模块，通过SPWM控制模块连接逆变器功率模块，所述逆变器功率模块的输出端通过同步检测模块连接单片机控制系统，所述整流模块的输出端通过母线电压测量模块连接单片机控制系统，所述发电机的输出端连接辅助电源模块，该辅助电源模块分别向并机同步模块和单片机控制系统供电。

2.根据权利要求1所述的有并机同步功能的数码发电机系统，其特征在于，还包括油门调节模块，所述油门调节模块的输入端连接单片机控制系统，输出端连接发电机，且油门调节模块的电源由辅助电源模块供电。