CN217848967U - 一种集成多功能接口的柴油发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成多功能接口的柴油发电机组，包括：发电主机、机组控制器、第一断路器、第二断路器、第三断路器、第四断路器、第五断路器、动态切换单元、静态切换开关、第一母线、第二母线、第一电力接口、第二电力接口、第三电力接口、第一控制接口；本实用新型的优点在于：多功能外部接口一体化集成，柴油发电机组功能得到增强和扩展，且具备电力路由能力，使微电网设计和工程连接大为简化；满足一机多场景灵活应用，可做为微电网电源、UPS电源、双电源系统，或备用/应急电源等；适应项目不同阶段的使用需要，提高全工程周期资产效率；电源动态切换与供电静态切换配合集成，使电源系统整体可靠性和供电质量提高。

Description

一种集成多功能接口的柴油发电机组

技术领域

本实用新型涉及新型柴油发电机组集成技术，具体地说是微电网应用场景的柴油发电机组技术结构增强优化和功能扩展提高，属于新型电力系统电源装备技术领域。

背景技术

微电网中有多种能源电源和储能系统，柴油发电机组是经常要用到的一种电源设备。在市电环境条件下，柴油发电机组起到备用和应急供电的作用，提高微电网系统的可靠性。在市电可靠性不高或偏远区域等孤岛场景，柴油发电机组不仅可发挥常用主电源作用，也能与新能源发电和储能系统组成多能互补智能微电网实现安全经济运行，特别是由于可再生能源时段特性和随机波动的不稳定性，柴油发电机组在能量管理协调控制下配合保证微电网供电可靠和电能储备水平方面具有突出作用。目前微电网系统应用柴油发电机组，多以传统机组产品型式纳入工程设计和系统安装，柴油发电机组与外部系统之间的连接需要较多设备来实现，各个接口也需要单独设计，造成较大的工作量和成本的提高。原因在于微电网是柴油发电机组应用的新场景，而传统产品技术结构并没有考虑新场景特点，因此需要研究新型柴油发电机组以适应新型供电系统的需要。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型设计了一种集成多功能接口的柴油发电机组，根据微电网对发电机组的功能要求，将必要的外部接口及其控制装置集成在机组上，使其在结构上具备一定的电能路由功能，从而大大简化系统设计和连接工程量。

本实用新型的技术方案为：

一种集成多功能接口的柴油发电机组，包括发电主机、机组控制器、第一断路器、第二断路器、第三断路器、第四断路器、第五断路器、动态切换单元、静态切换开关、第一母线、第二母线、第一电力接口、第二电力接口、第三电力接口、第一控制接口；

所述动态切换单元，包括第一电压监控继电器及其常开接点和常闭接点，第二电压监控继电器及其常开接点，第一接触器及其主接点和辅助常闭接点，第二接触器及其主接点和辅助常闭接点，第一中间继电器及其常闭接点，第一电压采样点，第二电压采样点；所述静态切换开关包括第三电压采样点。该结构采用双独立接触器动态切换单元代替断路器集成ATS自动转换器，满足微电网对电源频繁和灵活操作的需要，且结构简单可靠、安装维护灵活方便；将各处电源电压监控点引出通过所述第一控制接口连接外部储能系统变流器，利用电力电子技术实现快速检测和状态判断，以保证所述静态切换开关与外部储能系统之间的毫秒级切换的实现；采用接触器组动态切换单元与静态切换开关结合在一起的方案，使所述发电机组具备在电源侧任何电压故障有缝动态切换时，在外部储能系统配合下通过静态快速切换过程仍能保证不间断供电输出的功能。

将所述发电主机、机组控制器和第一断路器集成为发电主机系统，其余部分集成为一套综合柜，提供综合切换和外部接口功能；所述发电主机系统与综合柜集成为多功能接口柴油发电机组。

所述发电主机通过所述第一断路器与所述动态切换单元的所述第二接触器主接点输入端经第二电压采样点电力连接；所述机组控制器控制所述发电主机和所述第一断路器，并接受所述动态切换单元的所述第一中间继电器的常闭接点输出信号控制；所述机组控制器与所述第一控制接口连接：输出机组状态信号、输入机组启停控制指令，并通过RS485通信连接输出机组运行数据；将所述发电主机输出做为所述动态切换单元的输入电源之一，从而使多电源动态切换功能在所述发电机组内部完成；由所述动态切换单元提供所述发电主机的启停信号，以实现微电网场景下的发电机组调度控制；通过所述第一控制接口实现所述发电主机与外部储能系统的微电网级协调监控。

所述动态切换单元的第一接触器的主接点输入端经第一电压采样点通过所述第二断路器与所述第一电力接口连接，所述第一电力接口可用于连接外部电网市电电源；所述动态切换单元的所述第一、第二接触器的主接点输出端分别与第一母线电力连接；所述动态切换单元的第一、第二电压采样点分别由第一、第二电压监控继电器检测，并与所述第一控制接口连接；将所述电网市电做为所述动态切换单元的输入电源之一，从而使多电源动态切换功能在所述发电机组内部完成，并通过所述第一电力接口实现市电即插即用功能；所述市电和发电主机的电源电压监控点通过继电器检测实现动态切换控制，通过所述第一控制接口实现外部储能变流器快速采样和电源侧状态监控。

所述静态切换开关和所述第三断路器并联后，两端分别与第一母线和第二母线连接，所述第三电压采样点取为所述静态切换开关的电网电源侧；所述静态切换开关的输入控制点、CAN协议总线通信口、以及第三电压采样点分别与所述第一控制接口连接；所述第一控制接口可用于连接外部微电网储能系统变流器对应输入输出控制，进行采样检测、信号控制和数据通信；将所述静态切换开关集成在电源侧所述第一母线和供电侧所述第二母线之间，用以保证电源侧任何电压故障时的供电侧不间断电力输出，无缝切换是在由所述市电和发电机组构成的电源侧输出与通过所述第二电力接口的外部储能系统之间进行，操作指令通过所述第一控制接口实现；当所述发电机组使用在没有外部储能系统的场景时，则闭合所述第三断路器，所述发电机组做为备用电源或双电源设备使用，具备应用场景的灵活适应性。

所述第二母线，通过所述第四断路器和第五断路器分别与所述第二电力接口和第三电力接口连接；所述第二电力接口可用于连接外部微电网储能系统变流器的电力输出端；所述第三电力接口可用于连接外部微电网用户负载或关键负载；将外部储能系统和负载的专用接口分别集成在所述发电机组上，实现即插即用和可选的一机多用，满足微电网等不同应用场景的不同需要，使设计工作和安装组网工程简单灵活高效。

所述动态切换单元中，所述第一接触器由所述第一电压监控继电器的常开接点和所述第二接触器的常闭接点串联控制；所述第二接触器由所述第二电压监控器的常开接点、第一电压监控继电器的常闭接点和第一接触器的常闭接点串联控制；所述第一中间继电器由所述第一电压监控继电器的常开接点控制；所述第一中间继电器的常闭接点输出与所述机组控制器连接，为所述发电机组提供预启停（允许）控制信号或启停控制信号；采用非对称互锁控制结构，实现市电与发电机组之间不同优先级的控制，从而保证了电源侧全流程的简单和可靠性；可靠避免了极端情况下的接触器跳跃，当发电主机启用上电与市电恢复上电同时发生时，所述动态切换单元将单边闭锁发电机组输出，可靠恢复市电电源；通过市电状态检测控制提供发电机组启停或预启停指令信号，使所述机组控制器可根据不同应用场景灵活选择设置不同的控制方式，在微电网应用场景下，所述发电机组可采用预启停允许和储能系统SOC启停的组合控制方式，当做为普通双电源系统或备用电源时，可选择直接启停控制。

一种集成多功能接口的柴油发电机组的功能说明如下：

1、为微电网提供电力路由辅助功能

本实用新型将电网接口、储能系统接口和用户负载接口与机组集成为一体，增加辅助装置综合柜做为发电机组输出和多种接口的延伸，形成新型发电机组技术结构，机组整体功能得到增强和扩展，综合柜中已经包含了电源侧自动采样监控动态切换（ATS）和储能/供电母线侧无缝静态切换（STS）的功能，提供不间断电源，微电网的柴发工程只需将市电电源、用户负载、储能系统及通信控制通过各接口直接连接，实现多路电源和储能系统的协调控制；

2、微电网场景多能互补

应用于微电网系统时，使用全部接口，发电机组、电网市电、储能系统和光伏等新能源组成微电网，发电机组不提供与新能源电源的直接接口，而是通过与储能系统连接统一接入微电网由能量管理系统协调控制。在市电并网模式下，所述发电机组作为市电的备用电源，市电通过所述第一电力接口、静态切换开关、第二电力接口、第三电力接口，与微电网储能系统和新能源发电连接、与新能源协调控制、利用低谷时段为储能系统充电、为负载提供不间断供电，机组接口系统发挥电力路由作用；在市电故障离网模式下，通过接口路由，所述发电机组与储能系统和新能源发电在微电网能量调度管理下协调控制运行，所述发电机组预启动信号有效、允许机组启停操作，发电机组启停操作指令由外部微电网系统通过所述第一控制接口控制输入，具体方法可以通过微电网储能变流器干接点输出，机组启停指令条件设置为储能系统荷电状态SOC上下限定值；

3、电源系统电压监控与动态切换互锁

当所述第一电压监控继电器检测确认市电故障，所述第一接触器接点断开，所述第一中间继电器发出机组预启动信号允许机组启动，当外部储能系统SOC达到下限定值，机组通过所述第一控制接口,接受启动指令，机组启动及第一断路器合闸成功后，所述第二电压监控继电器检测确认机组运行正常，所述控制第二接触器接点闭合，完成市电到发电机组的动态切换；当将所述第一中间继电器常闭接点预启动信号设置为直接启停信号时，所述发电机组将根据此信号直接操作启停，而忽略外部储能系统的SOC限值启停指令；当所述第一电压监控继电器检测确认市电恢复正常，所述第二接触器接点断开，所述第一接触器接点闭合，完成发电机组到市电的动态切换，同时所述第一中间继电器的常闭接点信号状态反转触发机组停机流程；在任何动态切换过程中，所述第一母线均有间断性停电；所述发电机组和市电的两路切换采用非对称控制回路，以确保操作状态可靠锁定和避免极端情况下的操作跳跃；

4、静态快速切换与不间断供电

所述市电电源或发电机组的任何电压故障、断电、电压恢复或动态切换操作，所述静态切换开关都将在第三电压采样点检测到电源侧故障、电力间断或电压恢复状态，并通过所述第一控制接口传送给外部储能系统变流器，通过控制信号连锁在所述静态切换开关和所述外部储能系统变流器之间完成毫秒级快速切换，所述静态切换开关和外部储能系统变流器的切换配合方法是先关闭后导通或转换运行状态，通过毫秒级切换实现电力无缝连续性，从而保证所述第二母线不间断供电，满足关键负载要求。具体如下：稳态运行方式下，所述市电或发电机组通过所述静态切换开关导通对负载供电、对外部储能系统充电或满电保持；当所述市电或发电机组电源侧故障、电压异常或动态切换断电，所述静态切换开关关断、所述外部储能系统变流器转换为放电状态；当所述市电或发电机组电源侧电压恢复正常稳定，所述外部储能系统变流器调整同步锁相、与所述静态切换开关在电流过零点进行切换，所述外部储能系统变流器由放电转换为充电状态。

5、一机多场景灵活应用

除了全部接口投入使用的微电网应用场景以外，可以根据其他不同场景实际需要使用不同的接口组合。当使用全部接口但所述第二电力接口的外部所接仅为储能系统时，本实用新型就是带有快速静态切换开关的UPS不间断电源系统；当不需要使用所述第二电力接口、第一控制接口时，并将所述第三断路器闭合，则本实用新型可用作市电+备用电源的双电源系统；在没有市电、微电网和储能系统接入的场景下，本实用新型可按照普通柴发机组使用，这对项目工程过渡，包括不同阶段的临时用电和调试工作等，都具有十分重要的意义。

本实用新型的有益效果为：

（1）通过多功能外部接口一体化集成技术结构，使发电机组功能得到增强和扩展，且具备电力路由能力，使微电网系统设计和工程连接大为简化；

（2）满足一机多场景灵活应用，通过不同接口组合，可做为微电网电源、UPS电源、双电源系统，或备用/应急电源等；

（3）适应项目不同阶段的使用需要，提高全工程周期资产效率，对项目工程过渡，包括不同阶段的临时用电和调试工作等，也具有十分重要的意义；

（4）电源动态切换与供电静态快速切换配合集成，使电源系统整体可靠性和电能质量提高。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例的柴油发电机组集成结构图；

图2为本实用新型实施例的柴油发电机组集成工作原理图；

图3为本实用新型实施例的动态切换单元控制原理图。

具体实施方式

以下对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1和图2所示，一种集成多功能接口的柴油发电机组，包括发电主机1、第一断路器2、机组控制器3、动态切换单元4、第一母线5、第二断路器6、第一电力接口7、静态切换开关8、第三断路器9、第二母线10、第四断路器11、第二电力接口12、第五断路器13、第三电力接口14、第一控制接口15；

如图2和图3所示，所述动态切换单元4，包括第一电压监控继电器Y1及其常开接点Y1.1和常闭接点Y1.2，第二电压监控继电器Y2及其常开接点Y2.1，第一接触器C1及其主接点C1.0和辅助常闭接点C1.1，第二接触器C2及其主接点C2.0和辅助常闭接点C2.1，第一中间继电器K1及其常闭接点K1.1，第一电压采样点d1，第二电压采样点d2；所述静态切换开关8包括第三电压采样点d3。

将1至3集成为发电主机系统，将4至15集成为一套综合柜，提供综合切换和外部接口功能；所述发电主机系统与综合柜集成为一体化多功能接口柴油发电机组。

如图1、图2和图3所示，所述发电主机1通过所述第一断路器2与所述动态切换单元4的所述第二接触器C2.0主接点输入端经第二电压采样点d2电力连接；所述机组控制器3控制所述发电主机1和所述第一断路器2，并接受所述动态切换单元4的所述第一中间继电器K1的常闭接点K1.1输出信号控制；所述机组控制器3与所述第一控制接口15连接：输出机组状态信号、输入机组启停控制指令，并通过RS485通信连接输出机组运行数据；

所述动态切换单元4的第一接触器C1.0主接点输入端经第一电压采样点d1通过所述第二断路器6与所述第一电力接口7连接，所述第一电力接口7可用于连接外部电网市电电源；所述动态切换单元4的所述第一第二接触器C1和C2的主接点C1.0和C2.0输出端分别与第一母线5电力连接；所述动态切换单元4的电压采样点d1和d2分别由第一第二电压监控继电器Y1和Y2检测，并与所述第一控制接口15连接；

所述静态切换开关8和所述第三断路器9并联后，两端分别与第一母线5和第二母线10连接，所述第三电压采样点d3取为所述静态切换开关8的电网电源侧；所述静态切换开关8的输入控制点、CAN协议总线通信口、以及电压采样点d3分别与所述第一控制接口15连接；所述第一控制接口15可用于连接外部微电网储能系统变流器对应输入输出控制，进行采样检测、信号控制和数据通信；

所述第二母线10，通过所述第四断路器11和第五断路器13分别与所述第二电力接口12和第三电力接口14连接；所述第二电力接口11可用于连接外部微电网储能系统变流器的电力输出端；所述第三电力接口14可用于连接外部微电网用户负载或关键负载；

所述动态切换单元4中，所述第一接触器C1由所述第一电压监控继电器Y1的常开接点Y1.1和所述第二接触器C2的常闭接点C2.1串联控制；所述第二接触器C2由所述第二电压监控器Y2的常开接点Y2.1、第一电压监控继电器Y1的常闭接点Y1.2和第一接触器C1的常闭接点C1.1串联控制；所述第一中间继电器K1由所述第一电压监控继电器Y1的常开接点Y1.1控制；所述第一中间继电器K1的常闭接点K1.1输出与所述机组控制器3连接，为所述发电机组提供预启停（允许）控制信号或启停控制信号。

一种集成多功能接口的柴油发电机组的功能说明如下：

1、为微电网提供电力路由辅助功能

本实用新型将电网接口、储能系统接口和用户负载接口与机组集成为一体，增加辅助装置综合柜做为发电机组输出和多种接口的延伸，形成新型发电机组技术结构，机组整体功能得到增强和扩展，综合柜中已经包含了电源侧自动采样监控动态切换（ATS）和储能/供电母线侧无缝静态切换（STS）的功能，提供不间断电源，微电网的柴发工程只需将市电电源、用户负载、储能系统及通信控制通过各接口直接连接，实现多路电源和储能系统的协调控制；

2、微电网场景多能互补

应用于微电网系统时，使用全部接口，发电机组、电网市电、储能系统和光伏等新能源组成微电网，发电机组不提供与新能源电源的直接接口，而是通过与储能系统连接统一接入微电网由能量管理系统协调控制。在市电并网模式下，所述发电机组作为市电的备用电源，市电通过所述第一电力接口7、静态切换开关8、第二电力接口12、第三电力接口14，与微电网储能系统和新能源发电连接、与新能源协调控制、利用低谷时段为储能系统充电、为负载提供不间断供电，机组接口系统发挥电力路由作用；在市电故障离网模式下，通过接口路由，所述发电机组与储能系统和新能源发电在微电网能量调度管理下协调控制运行，所述第一中间继电器K1的发电机组预启动信号K1.1有效、允许机组启停操作，发电机组启停操作指令由外部微电网系统通过所述第一控制接口15控制输入，具体方法可以通过微电网储能变流器干接点输出，机组启停指令条件设置为储能系统荷电状态SOC上下限定值（例如40%启动，90%停机）；

3、电源系统电压监控与动态切换互锁

当所述第一电压监控继电器Y1检测确认市电故障，所述第一接触器C1接点断开，所述第一中间继电器K1发出机组预启动信号K1.1允许机组启动，当外部储能系统SOC达到下限定值，机组通过所述第一控制接口15,接受启动指令，机组启动及第一断路器合闸成功后，所述第二电压监控继电器Y2检测确认机组运行正常，所述控制第二接触器C2接点闭合，完成市电到发电机组的动态切换；当将所述第一中间继电器K1预启动信号K1.1设置为直接启停信号时，所述发电机组将根据此信号直接操作启停，而忽略外部储能系统的SOC限值启停指令；当所述第一电压监控继电器Y1检测确认市电恢复正常，所述第二接触器C2接点断开，所述第一接触器C1接点闭合，完成发电机组到市电的动态切换，同时所述第一中间继电器K1的K1.1信号状态反转触发机组停机流程；在任何动态切换过程中，所述第一母线5均有间断性停电；所述发电机组和市电的两路切换采用非对称控制回路，以确保操作状态可靠锁定和避免极端情况下的操作跳跃；

4、静态快速切换与不间断供电

所述市电电源或发电机组的任何电压故障、断电、电压恢复或动态切换操作，所述静态切换开关8都将在第三电压采样点d3检测到电源侧故障、电力间断或电压恢复状态，并通过所述第一控制接口15传送给外部储能系统变流器，通过控制信号连锁在所述静态切换开关8和所述外部储能系统变流器之间完成毫秒级快速切换，所述静态切换开关8和外部储能系统变流器的切换配合方法是先关闭后导通或转换运行状态，通过毫秒级切换实现电力无缝连续性，从而保证所述第二母线10不间断供电，满足关键负载要求。具体如下：稳态运行方式下，所述市电或发电机组通过所述静态切换开关8导通对负载供电、对外部储能系统充电或满电保持；当所述市电或发电机组电源侧故障、电压异常或动态切换断电，所述静态切换开关8关断、所述外部储能系统变流器转换为放电状态；当所述市电或发电机组电源侧电压恢复正常稳定，所述外部储能系统变流器调整同步锁相、与所述静态切换开关8在电流过零点进行切换，所述外部储能系统变流器由放电转换为充电状态。

5、一机多场景灵活应用

除了全部接口投入使用的微电网应用场景以外，可以根据其他不同场景实际需要使用不同的接口组合。当使用全部接口但所述第二电力接口12的外部所接仅为储能系统时，本实用新型就是带有快速静态切换开关的UPS不间断电源系统；当不需要使用所述第二电力接口12、第一控制接口15时，并将所述第三断路器9闭合，则本实用新型用作市电+备用电源的双电源系统；在没有市电、微电网和储能系统接入的场景下，本实用新型可按照普通柴发机组使用，这对项目工程过渡，包括不同阶段的临时用电和调试工作等，都具有十分重要的意义。

Claims (7)

1.一种集成多功能接口的柴油发电机组，其特征是：包括发电主机、机组控制器、第一断路器、第二断路器、第三断路器、第四断路器、第五断路器、动态切换单元、静态切换开关、第一母线、第二母线、第一电力接口、第二电力接口、第三电力接口、第一控制接口；

所述动态切换单元，包括第一电压监控继电器及其常开接点和常闭接点，第二电压监控继电器及其常开接点，第一接触器及其主接点和辅助常闭接点，第二接触器及其主接点和辅助常闭接点，第一中间继电器及其常闭接点，第一电压采样点，第二电压采样点；所述静态切换开关包括第三电压采样点；

将所述发电主机、机组控制器和第一断路器集成为发电主机系统，其余部分集成为一套综合柜，提供综合切换和外部接口功能；所述发电主机系统与综合柜集成为多功能接口柴油发电机组。

2.根据权利要求1所述的一种集成多功能接口的柴油发电机组，其特征在于：所述发电主机通过所述第一断路器与所述动态切换单元的所述第二接触器主接点输入端经第二电压采样点电力连接；所述机组控制器控制所述发电主机和所述第一断路器，并接受所述动态切换单元的所述第一中间继电器的常闭接点输出信号控制；所述机组控制器与所述第一控制接口连接：输出机组状态信号、输入机组启停控制指令，并通过RS485通信连接输出机组运行数据。

3.根据权利要求2所述的一种集成多功能接口的柴油发电机组，其特征在于：所述动态切换单元的第一接触器的主接点输入端经第一电压采样点通过所述第二断路器与所述第一电力接口连接，所述第一电力接口可用于连接外部电网市电电源；所述动态切换单元的所述第一、第二接触器的主接点输出端分别与第一母线电力连接；所述动态切换单元的第一、第二电压采样点分别由第一、第二电压监控继电器检测，并与所述第一控制接口连接。

4.根据权利要求3所述的一种集成多功能接口的柴油发电机组，其特征在于：所述静态切换开关和所述第三断路器并联后，两端分别与第一母线和第二母线连接，所述第三电压采样点取为所述静态切换开关的电网电源侧；所述静态切换开关的输入控制点、CAN协议总线通信口、以及第三电压采样点分别与所述第一控制接口连接；所述第一控制接口可用于连接外部微电网储能系统变流器对应输入输出控制，进行采样检测、信号控制和数据通信。

5.根据权利要求4所述的一种集成多功能接口的柴油发电机组，其特征在于：所述第二母线，通过所述第四断路器和第五断路器分别与所述第二电力接口和第三电力接口连接；所述第二电力接口用于连接外部微电网储能系统变流器的电力输出端；所述第三电力接口用于连接外部微电网用户负载。

6.根据权利要求4所述的一种集成多功能接口的柴油发电机组，其特征在于：所述第二母线，通过所述第四断路器和第五断路器分别与所述第二电力接口和第三电力接口连接；所述第二电力接口用于连接外部微电网储能系统变流器的电力输出端；所述第三电力接口用于连接关键负载。

7.根据权利要求3所述的一种集成多功能接口的柴油发电机组，其特征在于：所述动态切换单元中，所述第一接触器由所述第一电压监控继电器的常开接点和所述第二接触器的常闭接点串联控制；所述第二接触器由所述第二电压监控器的常开接点、第一电压监控继电器的常闭接点和第一接触器的常闭接点串联控制；所述第一中间继电器由所述第一电压监控继电器的常开接点控制；所述第一中间继电器的常闭接点输出与所述机组控制器连接，为所述发电机组提供预启停控制信号或启停控制信号。

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