柴油发电机并车控制屏原理、电路及抗干扰设计

传统的并车程序依靠人工并联，费时费力，自动化程度低，并且并车时机的选取与并车使用人员的使用技能有很大的关系，人为条件较多，容易出现大的冲击电流，对柴油发电机组造成危害，缩短柴油发电机组寿命。因此，cummins公司在本文推荐了康明斯发电机组自动同步并车操作界面的工作机理和电路规划，该同步并列控制屏结构简单，可靠性高，具有偏高的工程应用价值。

       发电机组与市电或两台发电机组之间同步并机运转的理想要素是并联断路器两侧电源的四个状态因素完全相同，即待并侧与装置侧两侧电源的相序相同、电压相等、频率相等、相位差为零。6eK柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

      电压差和频率差的存在将引起并网瞬态并列点两侧出现一定的无功功率和有功功率的交换，市电或发电机组都将会受到一定的冲击。相比而言，相位差的存在会使发电机组受到伤害，严重时会引发次同步谐振，事故发电机。因此一个好的自动同步并机控制界面应确保相位差为“零”时完成并网，同时为了加速并网程序，允许一定范围内的电压差和频率差。6eK柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

      本自动同步器模块选择了模拟电路控制机构，采取经典的PI控制理论，具有构造简单、电路成熟、瞬态性能好等优势。其工作机理为：自动同步器在接受到同步投入指令后，通过测量两台待并车组(或者一个市电和一台机组)上的两个交流电压信号，完成其相位比较并发生出一个调校模拟直流信号。该信号经PI运算电路排除后送到发动机电子调速监控系统的并联端上，使其中一台机组和另一台机组(或市电)之间的相位差短时间内消失康明斯柴油发电机组各型号。在此时刻经过同步检测电路确认同步后输出合闸信号，完成同步过程。自动同步器的外部作业连接图如图1所示。6eK康明斯发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

图1  柴油发电机并机控制界面外部接线eK柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

      自动同步器由信号取样、相位补偿设定、隔离整形、相位角差合成电频信号、控制转速信号输出、超前合闸角调节、同步相位锁存判定、同步合闸输出控制等电路结构，各电路经过高效组合形成一个闭环控制机构。自动同步器机理框图如图2所示。6eK柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

      发电机或大电线电压信号首先通过阻容滤波电路吸收电压波形中的杂波信号，经电阻降压和电容二次滤波后，送到光电耦合器经光电隔离后形成矩形波信号康明斯发电机官方厂家。该信号经施密特触发器反向、整形后变成方波信号。6eK康明斯发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

      发电机或大电的频率相位信号经过采样变化及整形电路后，变成了两路矩形波信号，其中一路已经反向，频率相位信号合成电路把两路信号合成在一起，输出一个与两者相位差成正比的电压信号。该电压信号分别送给调速控制电路和合闸超前角调整电路。6eK柴油发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

      自动同步器的调速控制电路是根据两路电的频率的相位差去控制柴油机的电子速度控制器，逐步缩小两者的差值，较终达到相位一致，它由运算放大器构造微分和积分电路构成，可以灵活地设置调节电子速度控制器的灵敏度和稳定度。6eK柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

      不一样的合闸执行元件，如自动断路器或交流接触器，它们的合闸时间(即从合闸线圈得电到主触点完全闭合的时间)也不相同，为了适应用户使用的不同合闸执行元件以及使其正确合闸，规划了合闸超前角调整电路，该电路可以实现0～20°提前角调整，即在同期合闸之前提前0～20°相位角发出合闸信号，使合闸执行元件的主触点闭合的时间和同期合闸的时间一致，降低对发电机的冲击。该部分电路由四个单元精密运算放大器构造。6eK柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

      同步测定输出电路由测量同步电路和输出继电器构成。输出继电器选取DC5V线圈继电器，同步测定电路由与门4093结构，检测到各条件都满足合闸要点，才正确发出合闸信号。6eK柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

      电源部分是自动同步器的基本部分，它负责为各部分电路供应工作能量，与整个自动同步器能否稳定可靠地工作有很大的关系，所以它的规划尤为关键。模块外部电源取柴油机的起动蓄电池，为了预防电源地和正极接反，在输入回路串入了二极管，这样即使接错线路也不至于烧毁模块内部电路。稳压电源采取由多个稳压管组成的稳压电路。具有电路大概、功耗低、输出电压稳定柴油发电机正规厂家、抗干扰能力强等特性。所以输入电压为10～35 V之间均可以保证稳压器的输出电压稳定在+10V，兼顾了柴油机选取12 V和24 V铅蓄电池的运用。另外该电路属于线性稳压，电磁干扰极低。6eK康明斯发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

① 电压/频率波动： 负荷突变、短路损坏、其他非线性负载（变频器、UPS）接入等引起母线电压和频率波动，危害并列控制器判定。6eK康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

② 谐波干扰： 非线性负载发生谐波电流注入大电，污染电压波形，可能引起控制系统采样不当、误动作或损坏敏感电子元件。6eK康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

③ 瞬态干扰： 开关使用、雷击、短路损坏等发生的瞬时高电压或电流尖峰，可能事故控制器或探头。6eK柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

④ 接地环路干扰： 不同机组或装备之间的接地电位差形成回路电流，迭加在信号线上，引起控制信号失真（如调速、调压信号）。6eK柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

⑤ 电磁干扰： 电网流电缆、开关装置、变频器等发生的强电磁场耦合到控制信号线或通信线eK柴油发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

① 负载突变冲击： 大负载的突然投入或切除对原动机产生巨大扭矩冲击，引起转速波动，进而引起频率波动，破坏并机同步状态。6eK柴油发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

② 机组振动： 机组本身的机械振动可能危害探头（转速传感器、PT、CT）的稳定工作。6eK柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

① 信号串扰： 控制柜内不一样信号线（模拟量、数字量、通信线）之间因布线“非法”导致的电容或电感耦合干扰。6eK康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

② 信号衰减/失真： 长距离传输致使信号衰减或波形畸变。6eK柴油发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

③ 电源噪声： 为控制器、传感器供电的电源本身不纯净，含有纹波或噪声。6eK康明斯发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

      自动同步器采样两台机组(或市电)上的交流电压信号，依据其相位差进行同步解决。如果因外界干扰不能正确采样交流电压信号，将做出错误预判，产生不能同步或误同步，对机组造成损害。因此，良好的抗干扰规划对于自动同步器是十分必要的。在本自动同步器的设计中，相位信号的采集措施如下：6eK柴油发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

（1）选择了光电耦合器采样，实现光电隔离，隔离电压高达2kV，提升了自动同步器抗干扰和耐冲击能力；6eK柴油发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

（2）在采样输入回路加入压敏电阻，可以防止雷击损坏出现；6eK康明斯发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

（3）采样回路中加入磁珠和整个模块选取金属外壳，可应对射频干扰；6eK康明斯发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

（4）加入了相位补偿电路，可以补偿由于在输入信号端添加滤波器致使的相位误差，提高并网的可靠性和正确性；6eK康明斯发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

（5）加入合闸角度调节，可以排查因操作不一样开关所发生的合闸时间差，实现零冲击合闸；6eK柴油发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

（6）输出继电器采取金属熔焊密封，外壳为金属壳，线圈和触点都封装里面与外部实现了屏蔽隔离，可以防范闭合和断开瞬间所产生的电磁干扰进入模块内部；6eK柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

（7）在印制电路板的绘制程序中，正确摆放元器件位置，合理布线，也可以提高装置的抗干扰能力。6eK康明斯发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

（1）完善的保护功用： 控制界面应具备完善的保护用途（过压、欠压、过频、欠频、逆容量、过载、短路等），在干扰导致异样时能快速、正确动作，保护机组和装备。6eK康明斯发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

（2）状态监测与诊断： 机构应能记录运转数据、事件和报警信息，便于解述干扰来源和损坏原由。6eK康明斯发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

（3）滤波数据调节： 根据现场实际情形，可能需要在控制器软件中调整软件滤波器的参数（如截止频率、时间常数），在抗噪性和响应速度之间取得较佳平衡。6eK柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

      柴发并列机构的抗干扰规划是一个装置工程，需要从控制途径、硬件选定、装配布线、软件配置等多个维度综合考虑并严格执行相关规范。忽视任何一个环节都可能成为装置不稳定或损坏的隐患。对于重要或复杂的项目，建议咨询有丰富经验的专业工程师或集成商。6eK康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

柴发并机运转中的“抗干扰布置”至关重要，它直接关系到并联系统的稳定性、可靠性、功率分配的精确性以及设备寿命。本柴油发电机组自动同步并机控制器的规划借鉴了国内外同类产品的优势，并根据我公司的实际使用情形，做出不断改进，具有性能稳定、可靠性高、易操作等特性。自动同步器检测机组(或大电)输出电压信号，快速实现自动同步并列，在提升用电可靠性方面具有重要意义。6eK康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力