柴油发电机组并联运行稳定性分析
发表时间：2018-10-01T11:37:18.220Z 来源：《电力设备》2018年第16期作者：盛巍巍
[导读] 摘要：在石油化工、煤化工等可能引发人身伤亡、中毒、爆炸或火灾等重大安全事故、造成重大经济损失和严重环境污染的工业企业自备应急电源供电系统中，柴油发电机组是最为可靠、常见的应急电源。
（东华工程科技股份有限公司安徽合肥 230024）
摘要：在石油化工、煤化工等可能引发人身伤亡、中毒、爆炸或火灾等重大安全事故、造成重大经济损失和严重环境污染的工业企业自备应急电源供电系统中，柴油发电机组是最为可靠、常见的应急电源。柴油机技术随着科学技术的进步也在发生着更新与进步。受柴油发电机的特性及特点柴油机组的稳定性对于应急用电负荷供电十分重要。应急用电负荷功率越大、非电阻性功率越大就会使得柴油机转速控制器越难，使得其稳定性就越差。为解决大功率负载供电可靠性，所以研究柴油发电机组的并联运行的稳定性十分重要。本文针对柴油发电机组并联运行稳定性进行了分析。
关键词：柴油发电机；并联；稳定性；分析
引言
人类自从进入工业革命以来，柴油机技术经过了三次有重大意义的历史性革命。第一次飞跃是在20世纪20年代，实现了供油系统由蓄压式到机械喷射式的腾飞；第二次飞跃是在20世纪50年代，实现了增压技术的跨越式改革；第三次腾飞是实现了电子技术在柴油机应用的伟大飞跃。经过了三次深刻的革命，世界各国已将柴油机电子控制技术作为一项衡量柴油机技术先进程度的判断标准。柴油机自动化电控技术日新月异，为了解决柴油机调速和稳定性的问题，一种以计算机技术为核心的柴油机数字自动化电控技术成为了具有代表性的技术。 1柴油发电机组并联运行的意义
除去供电稳定性的考虑，出于提供电能的利用率以及经济性，一般也会采用多台柴油发电机组并联运行的方式。这样一来，可以根据负载消耗总功率的实际情况，来调整并入运行机组的数量。另外，当在运行过程中若有机组发生故障时，可以及时地将备用机组并入向电网供电。由此可以看出，多机组并联有着诸多的优点：
1）可以提高供电质量，当有大负载进入电网时，通常会对电力系统的电压以及频率造成影响，并联运行可以减弱这种影响令电压及频率稳定。
2）可以提高供电可靠性，当某一发电机出现故障时，可以及时地将其切除，此时仍可确保重要负载的用电需求。另外，多机组并联运行令电力系统拥有更多的备用电能，以应对可能出现的意外情况。
3）可以令供电方式更加灵活，提高经济性。可以视负载实际功率情况来确定并入运行机组的数量，避免出现电能的浪费以及供电不足的情况。
2柴油发电机组并联运行稳定性的基本条件
实现输出力矩能够与外界负荷力矩达到相互平衡是柴油发电机组并联稳定运行的基本条件。对于输出力矩的改变方式主要是通过改变供油量进行调整和控制。因为柴油机具备一定的速度特性，并且在速度特性的作用下，使得柴油机的扭矩与转速的变化相比适应性系数相对比较低。这样便会造成柴油机的转速将会严重受到外界负荷变化的影响，一旦外界负荷变化较大很大将极为可能造成柴油机的熄火或者飞车。由于外界负荷变化往往具有随机性，使得人工根据负荷变化控制供油量不为现实。因此就必须要引进可靠的、稳定的自动调速系统。对于一台柴油机其性能的优劣调速系统起到了决定性作用，对于还有发电机组并联运行而言也是一样，其在很大程度上取决于调速系统的完好。为此，实现柴油发电机组调速系统的稳定运行是实现输出力矩能够与外界负荷力矩达到相互平衡，进而使得柴油发电机组并联稳定运行的基本条件。
3柴油发电机组并联运行产生的问题
柴油发电机组并联运行虽然有诸多优点，但是其无论是并联运行还是并网运行，其会因为出现一些功率和电流的周期性振荡，使得调速器元件产生振荡进而影响调速器的稳定。一旦功率产生振荡，由于并联运行的总负载没有发生变化，但是由于其中的一台机组发生了功率的变化，进而间接引起了另一台机组的功率的变化，这种变化被称为交互振荡，而这种交互震荡其在机组台架试验当中，在通信局站的实际运行当中都会产生。交互振荡与电气系统的自摆现象有所不同，自摆现象是与发电机以及电网系统容量相互关联。其可以通过使用自动调压器进行处理和消除。但是交互震荡现象一般情况下是受各并联运行的发电机短输电线系统限制的，交互震荡可以产生以下一些不良问题：①柴油发电机组在并联运行时由于受到交互震荡不能够达到额定负载；②受交互震荡影响发电机组的电压和频率会产生不稳定现象，进而使得电能品质达不到理想效果；③受交互震荡影响柴油机调速器的各元件将会大振幅振动的状态下运行，长期会影响调速器的稳定性或产生故障；④受交互震荡影响柴油机还很有可能发生扭矩振荡，使得柴油机组发生异常振动，使得柴油发电机的机械性能减弱。 4柴油发电机组并联运行稳定性分析
频率和电压是电力系统运行的两个重要质量指标，电网频率和电压变化对负载和发电机组的运行都有不利的影响。为了避免交互震荡带来的影响，《通信用柴油发电机组技术规范》（YD/T502-2007）规定两台型号相同的三相机组在20～100%总额定功率范围内应能稳定的并联运行，且可平稳的转移负载的有功功率和无功功率，其有功功率和无功功率分配差度应不大于10%。调速器是一种根据原动机的实际转速与给定转速之间的差值，对转速进行自动调整的装置。柴油机的转速n（或频率f）与柴油机输出的功率P之间的关系称为柴油机的调速特性。静态调速特性就是指调速器自动调节时，机组的转速或频率与输出有功功率之间的关系。因此做好转速调节对于做好柴油发电机组并联运行的稳定十分重要。为了做好柴油发电机组并联运行的稳定发电机组有功功率分配及频率调整应使得两机调速特性均为有差特性。并且当电网负荷变化时，能自动地、稳定地（按比例）分配有功功率，两机能稳定的并联运行；但是两曲线斜率不同（调差率不同）变化的功率不能比例均匀分配。这样就必须要求调速器的调差率在3～5%为宜，有功功率的比例分配偏差应不超过各自额定有功功率的±10%。调速特性均应该为无差特性不能并联运行；因两条都为无差特性，则无稳定工作点。而在一台有差特性与一台无差特性并联运行，当电网负荷变化时，总功率的变化量全部由无差特性发电机承担（不能均匀的分配有功功率），有差特性发电机承担有功功率不变。
5结语
综上所述，柴油发电机组作为应急和备用电源占有重要地位，但是实际运用过程中，由于受到交互震荡的影响，需要采取相应的举措消除或减少其影响，最终使得柴油发电机组实现并联状态下的稳定运行，发挥其最大优势。
