柴油发电机组的稳定性及其无功补偿的研究论文_张军

柴油发电机组的稳定性及其无功补偿的研究论文_张军

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摘要:柴油发电机组作为重要的备用电源、应急电源和移动电源,在通信、医院、金融等机构以及供电网络难以覆盖的地方有广泛的应用。柴油发电机组输出电能的稳定性取决于柴油机转速的稳定性,另外,在柴油发电机组与负载组成的微型电网结构中,存在大量的感性负载,会消耗无功功率,这就降低发电机发出的电能质量。本文以提高柴油发电机组输出的电能质量为目标,对传统的柴油发电机组进行了改进和提高,使其具有良好的转速调节功能和无功补偿功能。

关键词:柴油发电机组;稳定性;无功补偿;研究

1前言

随着我国国民经济和科学技术的发展,人们对电能的使用量在不断地增加,使用形式也在不断地变化,目前大部分用电设备主要依靠的还是电网供电。但是为保证重要的单位和部门在电网突发故障时能持续用电,需要依靠备用电源和应急电源,在市政供电网络难以覆盖的地方如海洋、沙漠等,主要还是通过独立式发电设备来提供用电。由于柴油发电机组具有容量较大、可以并机运行且供电时间长、不与地区电网并列运行、不受电网故障影响,可靠性高等优点,因此被广泛地作为应急电源和动力电源使用。随着新能源技术的不断进步,出现了如风能发电,太阳能发电等新技术,但是它们具有间歇性和随机性,为了保证新能源发出的电能质量,柴油发电机组也常被用作保障能源。

2柴油发电机组的稳定性分析

随着我国国民经济和科学技术的发展,人们对电能的使用量在不断地增加,使用形式也在不断地变化,目前大部分用电设备主要依靠的还是电网供电。但是为保证重要的单位和部门在电网突发故障时能持续用电,需要依靠备用电源和应急电源,在市政供电网络难以覆盖的地方如海洋、沙漠等,主要还是通过独立式发电设备来提供用电。由于柴油发电机组具有容量较大、可以并机运行且供电时间长、不与地区电网并列运行、不受电网故障影响,可靠性高等优点,因此被广泛地作为应急电源和动力电源使用,如我国当前在石油开采工程上大量使用电驱动钻机代替传统效率低下的机械钻机,电驱动钻机所需的驱动动力主要是由柴油发电机组提供的。随着新能源技术的不断进步,出现了如风能发电,太阳能发电等新技术,但是它们具有间歇性和随机性,为了保证新能源发出的电能质量,柴油发电机组也常被用作保障能源。

从组成结构看,柴油发电机组主要由两大部分组成:机械环节和电气环节。其中,机械环节主要包括柴油机及转速调节系统,电气环节主要包括同步发电机和负载为主的电气环节两大部分。机械环节与电气环节比起来,它的动态响应速度较慢。所以,通常会存在以下两个问题:

(1)如果负载产生较大波动的时候,会导致柴油机的输出扭矩与发电机的电磁扭矩不平衡,使得柴油机的转速产生波动,最后会产生不稳定的电压和频率。

(2)因为柴油发电机组大部分都工作在离网下,跟电网供电系统比较起来,它的容量较小,当负载中有大量的无功负载和电子器件需要消耗无功功率建立磁场时,势必会从发电机侧吸收较多的无功功率,从而会使功率因数下降,会严重影响柴油发电机组的电能质量。

整个柴油发电机组运行是否稳定主要取决于柴油机转速的稳定性。为了保证发电机发出的电压和频率稳定,柴油机就必须按照规定的转速运行,但是负载是不断变化的,它会影响到柴油机的转速恒定。因此,对柴油机的转速调节的要求就变得越来越高。转速调节能够保证柴油机在不同的工况下运转,当外界负荷发生变化时,柴油机能够自动地调节其喷油泵的供油量,从而保证柴油机能够在规定的转速下稳定运转。因此,性能优良的调速器就成了保证柴油机转速稳定的关键,通过它可以实现柴油机供油量的自动控制,让系统能够很好地适应负荷的变化,从而使柴油机保持稳定运行。当柴油发动机处于高速运行的时候,调速器可以很有效的避免柴油机出现“飞车”现象;当柴油机处于怠速与低速运行时,调速器也能保证其稳定运行;当柴油机处于怠速与高速之间的某个工况时,调速器都可以很好地限制其转速发生波动。

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3无功补偿装置研究

随着科技水平的不断发展,无功补偿装置也在不断的发展。最初的无功补偿装置包括固定电容器、同步调相机等。其中,利用固定电容器去进行无功补偿是因为电容器在工作的时候是不需要消耗有功功率,其电压在相位上滞后于流过它的电流,所以它可以连续地把无功功率传送到电网中;由于同步调相机是一种不带有功负荷的同步发电机,当其处于过励磁状态的时候,它只能输出无功功率。这两种设备适用在工业环境相对简单、要求低的环境。

现代无功补偿装置有静止无功补偿器(SVC)、静止无功发生器(SVG)和统一潮流控制器(UPFC)。其中SVC是利用晶闸管来控制电容器或者电抗器的投切。与以往响应速度慢、寿命短、动作时会产生冲击电流和操作电压的机械开关相比,用晶闸管作为固态开关投切电容器或电抗器,可以实现快速投切,准确跟随电网无功功率的变化,起到实时动态调节的作用,稳定了电网电压。目前,广泛使用的无功补偿装置是静止无功补偿器(SVC),按照控制的方法与控制的对象不同可分为晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器(TSC)、机械投切电容器(MSC)以及混合型静止补偿器装置(TCR+TSC)。

4无功补偿的控制策略研究

无功补偿的控制策略会根据控制的物理量不同而不同,在进行合理补偿的时候,应该考虑以下几点:(1)提高功率因数;(2)不会产生振荡;(3)不出现过补偿;(4)反应迅速;(5)没有冲击电流。控制策略有以下几种:

(1)无功功率控制方式

对于无功补偿装置来说,它的作用就是提供系统所需的无功缺量,然后供给设备使用。因此,它是最直接的控制方式。这种控制方式主要是通过先采集出系统的电流、电压及功率因数,然后再计算出需要的无功功率,最后控制离设备最近的一组电容器组进行投切。该控制方式能够实现根据无功缺量进行补偿,满足无功负荷就地平衡的原则。它是一种比较直接的补偿方式。但是,当补偿的上下限值设置不合适的时候,无功功率控制方式会出现“投切振荡”的现象。

(2)功率因数控制方式

功率因数控制方式工作原理是:先计算出电网此时的功率因数值,然后再与设置好的投切门限值进行比较。如果投入的门限值大于计算出的功率因数,那么就将电容器组投入电网;如果切除的门限值小于功率因数时,就切除电容器组。当负载较小时,该控制方式存在投切振荡。

(3)电压控制方式

电压控制方式运用的是电路上的电压会随着无功负荷变大而减小的特点。它的工作过程是先通过控制器将电路中的电压计算出来,再对比已经设定好的电压上下限值,如果上限值小于该电压值,就从电路中切除电容,反之则投入电容。当电容器接入电路后,它只能将电网电压提高,因此只能用在重负荷的时候。

(4)复合控制方式

复合控制方式指使用两个物理量进行控制,将其中一个作为主要判据,另一个作为辅助判据,比如使用无功缺量和功率因数作为控制量。

5结束语

综上所述,随着社会的不断发展,我国的各个科技也在随着社会的发展而不断的发展,在柴油发电机组的稳定性及其无功补偿的研究过程,不仅可以有效的改善发电机组的工作效率,同时还能有效的降低油气资源的使用,这对于柴油发电机组来说,有着非常重要的意义和作用。

参考文献

[1]戴新生,王剑波,吕伟,等.分布式柴油发电机组测试系统[J].计算机测量与控制,2015,18(7):1526-1527.

[2]况涪洪.柴油发电机组数字式电子调速器设计与研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2013:1-4.

[3]黄曼磊,王常虹.船舶电站柴油发电机组的非线性模型[J].哈尔滨工程大学学报,2006,27(1):15-19.

论文作者:张军

论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期

论文发表时间:2018/8/13

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