Параллельная работа дизель-генераторов

Под параллельной работой генераторов понимается выработка электроэнергии двумя или более агрегатами на общую нагрузку. Условие для параллельной работы — это равенство частоты, напряжения, порядка чередования фаз и углов фазового сдвига на каждом генераторе. Общая нагрузка при параллельной работе генераторов будет распределяться пропорционально их номинальным мощностям только в том случае, если их внешние характеристики, построенные с учетом изменения скорости вращения первичных двигателей в зависимости от относительного значения тока I/Iн, будут одинаковы.

Содержание

1 Преимущества параллельной работы дизель-генераторов
2 История вопроса
3 Техническое описание
4 Параллельная работа дизель-генератора с сетью

Преимущества параллельной работы дизель-генераторов [ править | править код ]

Параллельный режим работы дизель-генераторов применяется в многоагрегатных дизель-электростанциях с целью улучшения их рабочих характеристик:

оптимизации коэффициента нагрузки каждого агрегата и как следствие — повышение топливной экономичности
повышения ресурса мощности свыше единичной мощности одного агрегата
повышения надежности всей дизельэлектростанции за счет применения однотипных дизель-генераторов
оптимизации циклов сброса-наброса нагрузки на каждый дизель-генератор путём применения предварительно заданных законов приема и снятия нагрузки
коммутационные аппараты срабатывают при малых значениях тока, повышается ресурс коммутационной аппаратуры

История вопроса [ править | править код ]

Параллельный режим работы дизель-генераторов стал применяться в генераторных установках на судах и промышленных электростанциях в середине 20-го века. Квалификация обслуживающего персонала была высокой, в то время, как степень автоматизации процесса была значительно ниже, чем в наши дни. Также вследствие низкой автоматизированности процесса, накладывались конструктивные ограничения на применяемость дизель-генераторных агрегатов. Например, требовалось равенство статизма нагрузочных характеристик дизель-генераторов, вводящихся в параллель. В настоящее время, системы управления, построенные на принципе ПИД-регулирования позволяют вводить в параллель даже установки с первичными двигателями разного типа (например: дизель-генератор с турбо-генератором).

Техническое описание [ править | править код ]

Существует несколько методов, позволяющих ввести в параллельную работу два и более дизель-генератора:

Для выполнения требуется добиться равенства значений напряжения, частоты тока и углов сдвига фаз на каждом генераторе. Коммутация на сборную шину производится после входа этих параметров в предварительно заданную зону уставок — окно синхронизации.

Точная синхронизация подразумевает применение электронного управления подачей топлива в первичном двигателе (управление частотой вращения первичным двигателем и как следствие — управление по активной мощности при параллельной работе, по углу фазового сдвига при синхронизации) и электронного управления током возбуждения синхронного генератора (управление напряжением и как следствие — управление по реактивной мощности при параллельной работе, выравнивание напряжения при синхронизации). Такое решение связано с тем, что классические механические однорежимные регуляторы частоты вращения дизеля реагируют только на внешнее возбуждающее воздействие и не дают возможности оперативно изменять подачу топлива не только в зависимости от нагрузки, а по более сложным алгоритмам, которые применяются при синхронизации и при параллельной работе. Аналогично решается вопрос с регулированием напряжения синхронного генератора. Регулятор должен иметь возможность внешнего автоматического управления вне зависимости от электрической нагрузки. Каждый дизель-генератор оборудуют контроллером с соответствующим функционалом для параллельной работы. Несколько контроллеров объединяют в сеть с применением аналогового или цифрового интерфейса. Система настраивается таким образом, чтобы обеспечить надежную синхронизацию и устойчивую параллельную работу исходя из единичной мощности и характеристик каждого агрегата и условий их совместной работы на конкретную нагрузку.

Имеет более широкое окно синхронизации. Как следствие, возникают значительные уравнительные токи при замыкании генераторов на сборную шину.

Для выполнения самосинхронизации замыкают раскрученный до номинальной частоты вращения генератор на сборные шины электростанции при отсутствии на нём возбуждения. Затем постепенно подают ток возбуждения на ротор генератора, результатом чего будет втягивание в синхронизм подключаемого генератора.

Параллельная работа дизель-генератора с сетью [ править | править код ]

Отдельным случаем параллельной работы дизель-генератора является параллельная работа дизель-генератора с промышленной электросетью. На практике такая необходимость возникает в случае эпизодического или постоянного превышения мощности нагрузки над выделенной мощностью сетевого ввода. Также появляется возможность перевода нагрузки с сети на дизель-генератор и обратно без перебоя питания потребителей в случае планового отключения сетевого электропитания. От режима параллельной работы двух или нескольких дизель-генераторов, параллельная работа дизель-генератора с сетью отличается тем, что возможно осуществить управляющее воздействие только на дизель-генератор, в то время как параметры промышленной электросети управляющему воздействию не подлежат.

Новые дизельные двигатели от Perkins и John Deere

Новые дизельные двигатели Perkins и John Deere отличаются высокой производительностью, надежной работой, соответствуют стандартам, регулирующим уровень вредных выхлопов, и имеют другие интересные особенности.

Perkins

На международной выставке строительной техники и хозяйственно-бытового оборудования ICUEE компания Perkins представила свой новый дизельный двигатель 404F-E22TA. Компактный 4-цилиндровый двигатель открывает новую эру в двигателях серии 400, поскольку впервые в двигателях такой мощности система впрыска топлива Common Rail сочетается с электронным управлением. Двигатель объемом 2,2 л с турбонаддувом разработан преимущественно для использования в строительном оборудовании, в том числе и в дизельгенераторах.

В результате совершенствования технических параметров новый двигатель лучше справляется с нагрузкой и в целом стабильнее и надежнее работает по сравнению с другими моделями серии 400. Вполне логично, что улучшение производительности должно сопровождаться высоким расходом топлива. Только не у двигателей Perkins! Тесты в реальных условиях показали снижение удельного расхода топлива на 7%. За счет улучшения теплоотдачи, позволяющей снизить скорость вращения вентилятора, удалось добиться снижения расхода топлива.

Читать еще: Вольво 740 троит двигатель причины

Генераторы в аренду на базе двигателей из серии 400 зарекомендовали себя надежными и эффективными источниками основного и резервного энергоснабжения.

Для китайского рынка оборудования Perkins представил двигатели серии 1104 объемом 4,4 л с электронным регулятором и серию 1106 объемом 7 л с механическим регулятором, соответствующие стандартам China Stage III.

Серия двигателей 1106 представлена моделями мощностью до 205 кВт с частотой вращения до 2200 об/мин, серия двигателей 1104 представлена моделями мощностью до 106 кВт.

Примечательно, что дизельные двигатели Perkins с механическим регулятором – единственные в своем роде двигатели, получившие сертификаты соответствия нормам China Stage III.

John Deere

Компания расширяет линейку двигателей для генераторов моделью PowerTech PSL 13.5L. Новый двигатель является самым мощным в линейке, соответствующей стандартам Tier 4 Final. Компактный двигатель без сажевого фильтра оснащен системой контроля вредных выхлопов John Deere Integrated Emissions Control, включающей в себя систему рециркуляции охлажденных отработавших газов (CEGR), систему снижения токсичности выхлопов (SCR) и дизельныйкаталитический нейтрализатор (DOC).

Двухчастотный (50 Гц и 60 Гц), с возможностью работы в параллели двигатель рассчитан на использование в дизельных генераторах для основного энергоснабжения.

Таким образом, линейка двигателей для дизельных генераторов выглядит следующим образом:

PowerTech PWL 4.5L мощностью 69 кВт, 80 кВт и 99 кВт
PowerTech PSL 4.5L мощностью 128 кВт
PowerTech PVL 6.8L мощностью 160 кВт и 192 кВт
PowerTech PSL 6.8L мощностью 216 кВт и 240 кВт
PowerTech PSL 9.0L мощностью 273 кВт, 326 кВт и 345 кВт
PowerTech PSL 13.5L мощностью 473 кВт

Производство двигателей PVL и PSL 6.8L планируется запустить в конце 2015 г., остальные двигатели начнут выпускать в начале 2016 г. Двигатели отличаются компактными габаритами, простотой в эксплуатации и надежной работой.

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОМ, ПРИВОДИМЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, УСТАНОВЛЕННЫМ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ РАБОТЫ В ПАРАЛЛЕЛЬ

1. Способ управления генератором, приводимым двигателем внутреннего сгорания, установленным с возможностью работы в параллель, отличающийся тем, что он содержит следующие этапы:

— обнаружение контроллером каждого генератора при каждом запуске двигателя внутреннего сгорания, имеется ли напряжение на выходе цепи выходного напряжения, если обнаруживается, что на выходе имеется напряжение, генератор действует в качестве ведомого генератора и синхронизирует фазы выходного напряжения генератора и обнаруженного напряжения, принимая фазу обнаруженного напряжения в качестве опорной фазы, если обнаруживается, что на выходе нет напряжения, генератор действует в качестве задающего генератора;

— получение активной мощности и эффективных значений выходных токов соответствующих генераторов;

— поиск соответствующих амплитуд выходного напряжения в соответствующих падающих характеристических кривых согласно эффективным значениям соответствующих выходных токов, и поиск соответствующих внутренних углов коэффициента мощности в соответствующих падающих характеристических кривых согласно соответствующей активной мощности, причем падающие характеристические кривые каждого генератора содержат характеристическую кривую отношения выходное напряжение — выходной ток и характеристическую кривую отношения внутренний угол коэффициента мощности — активная мощность; в дополнение характеристические кривые отношения выходное напряжение — выходной ток всех генераторов, работающих в параллель, имеют одинаковый наклон, и характеристические кривые отношения внутренний угол коэффициента мощности — активная мощность всех генераторов, работающих в параллель, имеют одинаковый наклон; внутренним углом коэффициента мощности является разность между фазой ШИМ волны для управления состоянием трубки-разрядника инвертирующего блока и фазой выходного напряжения;

— каждый генератор управляется для достижения соответствующих амплитуд выходного напряжения и внутренних углов коэффициента мощности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что получение активной мощности каждого генератора по существу содержит:

— обнаружение выходного напряжения и выходного тока каждого генератора в реальном времени;

— получение активной мощности по формуле P = 1 T ∑ t = 0 T [ U ( t ) × I ( t ) Δ t ] , где Р представляет активную мощность; U(t) представляет выходное напряжение генератора, соответствующее выборочному моменту t; I(t) представляет выходной ток генератора, соответствующий выборочному моменту t; Т представляет период выходного напряжения; и Δt представляет интервал выборочного момента.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что обнаружение выходного напряжения каждого генератора по существу включает в себя:

— выпрямление выходного напряжения фильтрующего блока; выполнение аналогово-цифрового преобразования выпрямленного напряжения, чтобы получить выходное напряжение.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что получение эффективных значений выходных токов соответствующих генераторов по существу содержит:

— выполнение положительного амплитудного преобразования выходных токов фильтрующего блока, получаемых трансформатором тока для получения эффективных значений выходных токов.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что управление каждым генератором для достижения соответствующих амплитуд выходного напряжения по существу содержит:

— регулирование амплитуд выходного напряжения регулированием коэффициента синус-амплитуды для генерирования ШИМ волны.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что управление каждым генератором для достижения соответствующих внутренних углов коэффициента мощности по существу содержит:

— регулирование фазы внутренних углов коэффициента мощности регулированием фазы ШИМ волны.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что обнаружение фазы выходного напряжения каждого генератора по существу содержит:

— выпрямление выходного напряжения фильтрующего блока; выполнение прямоугольного преобразования выпрямленного напряжения, чтобы получить фазу выходного напряжения, или выполнение пикового преобразования выпрямленного напряжения, чтобы получить фазу выходного напряжения.

Читать еще: Влияние бензонасоса на работу двигателя

8. Устройство управления генератором, приводимым двигателем внутреннего сгорания, установленным с возможностью работы в параллель, отличающееся тем, что оно содержит:

— блок обнаружения, выполненный с возможностью обнаружения, имеется ли напряжение на выходе цепи выходного напряжения при каждом запуске двигателя внутреннего сгорания, если обнаруживается, что на выходе имеется напряжение, генератор действует в качестве ведомого генератора и синхронизирует фазы выходного напряжения генератора и обнаруженного напряжения, принимая фазу обнаруженного напряжения в качестве опорной фазы, если обнаруживается, что на выходе нет напряжения, генератор действует в качестве задающего генератора;

— блок получения мощности, выполненный с возможностью получения активной мощности соответствующих генераторов;

— блок получения выходного тока, выполненный с возможностью получения эффективных значений выходных токов соответствующих генераторов;

— блок поиска, выполненный с возможностью поиска амплитуд выходного напряжения в соответствующих падающих характеристических кривых согласно эффективным значениям соответствующих выходных токов, и поиск соответствующих внутренних углов коэффициента мощности в соответствующих падающих характеристических кривых согласно соответствующей активной мощности, при этом падающие характеристические кривые каждого генератора содержат характеристическую кривую отношения выходное напряжение — выходной ток и характеристическую кривую отношения внутренний угол коэффициента мощности — активная мощность; в дополнение характеристические кривые отношения выходное напряжение — выходной ток всех генераторов, работающих в параллель, имеют одинаковый наклон, и характеристические кривые отношения внутренний угол коэффициента мощности — активная мощность всех генераторов, работающих в параллель, имеют одинаковый наклон; внутренним углом коэффициента мощности является разность между фазой ШИМ волны для управления состоянием трубки-разрядника инвертирующего блока и фазой выходного напряжения;

— блок управления, выполненный с возможностью управления каждым генератором для достижения соответствующих амплитуд выходного напряжения и внутренних углов коэффициента мощности.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что блок получения мощности содержит:

— субблок обнаружения выходного напряжения, выполненный с возможностью обнаружения выходного напряжения каждого генератора в реальном времени;

— субблок обнаружения выходного тока, выполненный с возможностью обнаружения выходного тока каждого генератора в реальном времени;

— вычислительный субблок, выполненный с возможностью получения активной мощности по формуле P = 1 T ∑ t = 0 T [ U ( t ) × I ( t ) Δ t ] , где Р представляет активную мощность; U(t) представляет выходное напряжение генератора, соответствующее выборочному моменту t; I(t) представляет выходной ток генератора, соответствующий выборочному моменту t; Т представляет период выходного напряжения; и Δt представляет интервал выборочного момента.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что

обнаружение выходного напряжения субблоком обнаружения выходного напряжения по существу содержит: выпрямление выходного напряжения фильтрующего блока и выполнение аналогово-цифрового преобразования выпрямленного напряжения, чтобы получить выходное напряжение.

11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок обнаружения фазы выходного напряжения, выполненный с возможностью выпрямления выходного напряжения фильтрующего блока; выполнения прямоугольного преобразования выпрямленного напряжения, чтобы получить фазу выходного напряжения, или выполнения пикового преобразования выпрямленного напряжения, чтобы получить фазу выходного напряжения.

12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что

— блок получения выходного тока выполнен с возможностью получения эффективных значений выходных токов соответствующих генераторов, по существу содержащий: выполнение положительного амплитудного преобразования для выходных токов фильтрующего блока, получаемых трансформатором тока для получения эффективных значений выходных токов.

13. Устройство по п.8, отличающееся тем, что блок управления выполнен с возможностью регулирования амплитуды выходного напряжения регулированием коэффициента синус-амплитуды для генерирования ШИМ волны, и регулирует фазу внутреннего угла коэффициента мощности регулированием фазы ШИМ волны.

14. Способ управления генератором, приводимым двигателем внутреннего сгорания, установленный с возможностью работы в параллель, отличающийся тем, что он содержит следующие этапы:

— получение активной мощности и эффективных значений выходных токов соответствующих генераторов;

— поиск соответствующих амплитуд выходного напряжения в падающих характеристических кривых соответствующих генераторов согласно эффективным значениям выходных токов, и поиск соответствующих внутренних углов коэффициента мощности в падающих характеристических кривых соответствующих генераторов согласно активной мощности, причем падающие характеристические кривые каждого генератора содержат характеристическую кривую отношения выходное напряжение — выходной ток и характеристическую кривую отношения внутренний угол коэффициента мощности — активная мощность; в дополнение характеристические кривые отношения выходное напряжение — выходной ток всех генераторов, работающих в параллель, имеют одинаковый наклон, и характеристические кривые отношения внутренний угол коэффициента мощности — активная мощность всех генераторов, работающих в параллель, имеют одинаковый наклон; внутренним углом коэффициента мощности является разность между фазой ШИМ волны для управления состоянием трубки-разрядника инвертирующего блока и фазой выходного напряжения;

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что получение эффективных значений выходных токов соответствующих генераторов по существу содержит: выполнение положительного амплитудного преобразования выходных токов фильтрующего блока, получаемых трансформатором тока для получения эффективных значений выходных токов.

16. Способ по п.14, отличающийся тем, что обнаружение фазы выходного напряжения каждого генератора по существу содержит: фильтрацию выходного напряжения генератора и выпрямление выходного напряжения, соответственно; выполнение прямоугольного преобразования или пикового преобразования выпрямленного напряжения, чтобы получить фазу выходного напряжения.

17. Способ по п.14, отличающийся тем, что управление каждым генератором для достижения соответствующих амплитуд выходного напряжения и внутренних углов коэффициента мощности, по существу содержит:

Читать еще: Ява 350 технические характеристики двигателя

— регулирование амплитуд выходного напряжения регулированием коэффициента синус-амплитуды для генерирования ШИМ волны;

— регулирование фазы внутренних углов коэффициента мощности регулированием фазы ШИМ волны.

18. Устройство управления генератором, приводимым двигателем внутреннего сгорания, установленным с возможностью работы в параллель, отличающееся тем, что оно содержит:

— блок поиска, выполненный с возможностью поиска соответствующих амплитуд выходного напряжения в падающих характеристических кривых в соответствующих генераторах согласно эффективным значениям выходных токов, и поиск соответствующих внутренних углов коэффициента мощности в падающих характеристических кривых соответствующих генераторов согласно активной мощности, при этом падающие характеристические кривые каждого генератора содержат характеристическую кривую отношения выходное напряжение — выходной ток и характеристическую кривую отношения внутренний угол коэффициента мощности — активная мощность; в дополнение характеристические кривые отношения выходное напряжение — выходной ток всех генераторов, работающих в параллель, имеют одинаковый наклон, и характеристические кривые отношения внутренний угол коэффициента мощности активная мощность всех генераторов, работающих в параллель, имеют одинаковый наклон; внутренним углом коэффициента мощности является разность между фазой ШИМ волны для управления состоянием трубки-разрядника инвертирующего блока и фазой выходного напряжения;

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что блок получения выходного тока дополнительно выполнен с возможностью осуществления положительного амплитудного преобразования фильтрованных выходных токов генератора, получаемых трансформатором тока для получения эффективных значений выходных токов.

20. Устройство по п.18, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок обнаружения фазы выходного напряжения, выполненный с возможностью фильтрации выходного напряжения генератора, и выпрямления выходного напряжения, соответственно; выполнения прямоугольного преобразования выпрямленного выходного напряжения генератора, чтобы получить фазу выходного напряжения.

21. Устройство по п.18, отличающееся тем, что блок управления дополнительно выполнен с возможностью:

— регулирования амплитуд выходного напряжения регулированием коэффициента синус-амплитуды для генерирования ШИМ волны;

— регулирования фазы внутренних углов коэффициента мощности регулированием фазы ШИМ волны.

Дизельные энергокомплексы ПСМ

Энергокомплексы состоят из нескольких дизель-генераторов, которые работают параллельно на общую нагрузку. Такой способ позволяет подстраиваться под меняющиеся требования: увеличивать или уменьшать мощность, варьировать нагрузку, перебрасывать часть станций на другие объекты.

Дизель-генераторы, работающие в параллели, дают больше возможностей, чем единичная электростанция.

3 преимущества энергокомплекса

Масштабировать энергосистему

Энергокомплекс в любой момент можно разделить и отправить дизель-генераторы на разные объекты.

А можно увеличить мощность системы, докупив агрегаты.

Выбрать оптимальный режим работы

Энергокомплекс можно использовать как при высокой, так и при низкой нагрузке. Система управления определяет набор работающих установок в зависимости от текущего потребления электроэнергии.

Упростить обслуживание и транспортировку

Энергокомплекс позволяет обслужить дизель-генератор, не останавливая работу всей системы.

Несколько агрегатов перевозить проще, чем один большой. Они легче, имеют стандартные габариты и не требуют специального грузоподъемного оборудования.

Как работает энергокомплекс

Основная дизельная электростанция стабилизируется по частоте оборотов и напряжению и подключается к общей силовой шине. Вторая и последующие электростанции синхронизируются с основной и так же подключаются к общей шине.

Синхронизация происходит автоматически. Система управления каждого дизельгенератора регулирует работу своего агрегата, подстраивая параметры для синхронной работы всех ДГУ. Для этого все системы управления единичных генераторов комплекса соединены между собой контрольным кабелем.

Специалисты ПСМ программируют рабочую схему энергокомплекса согласно проектным требованиям. По алгоритму система знает, какой набор станций будет работать при различной нагрузке.

Сравнение энергокомплекса и единичного генератора

Конечно, для получения электричества можно использовать и одну установку. Но комплекс из нескольких среднемощных дизель-генераторов позволяет оперировать большим набором возможностей.

Несколько среднемощных установок стоят на 20-30% дешевле, чем единичные электростанции большой мощности. Цена решения получается ниже на всех этапах: от покупки и монтажа до эксплуатации и сервиса.

Состав энергокомплекса

Энергокомплекс состоит из 2 и более дизель-генераторов. На заводе ПСМ собирают электростанции на базе отечественных и импортных двигателей. Выбор зависит от режима работы энергокомплекса (основной, резервный) и необходимой мощности.

Максимальная мощность энергокомплекса
(16 агрегатов)

Система управления с функцией параллельной работы разработана на базе датского контроллера Deif. Программа предлагает несколько режимов групповой работы:

Автономная параллельная работа до 16 генераторных агрегатов
Резервирование сетевых вводов с обратной синхронизацией при восстановлении сети

Система управления производит измерение и индикацию параметров основной сети, питающей потребителя (мониторинг параметров сетевой шины), выполняет запуск первого электроагрегата при падении напряжения в сети. Запуск остальных агрегатов и распределение нагрузки происходит в соответствии с алгоритмом деления нагрузки.

Фиксированная мощность группы генераторов в сеть

Снятие пиков нагрузки с сети

Перевод нагрузки с сети на генераторы и обратно без обесточивания по команде оператора или таймера

Параллельная работа группы генераторов с нулевым или заданным экспортом/импортом мощности из сети

В активе ПСМ – более ста введенных в эксплуатацию энергокомплексов. Монтаж оборудования проводят специалисты высокого класса. Они имеют огромный опыт создания дизельных энергокомплексов и обеспечат полное техническое сопровождение проекта.