一种不对称结构的交流发电机组并联运行功率分配方法

摘要

本发明提供了一种不对称结构的交流发电机组并联运行功率分配方法，每台交流发电机组配备功率分配控制器；功率分配控制器将所有交流发电机组识别为主机和从机；主机的功率分配控制器控制主机在额定频率和额定电压下运行；从机的功率分配控制器控制从机在有功功率分配调整目标值和无功功率分配调整目标值下运行。该分配方法保证负载端电压、频率能始终保持额定，而不会因为负载功率的变化而变化；同时保证各台交流发电机组承担的有功功率、无功功率能按照适当比例进行分配，而不会出现较大的差异。

说明书

技术领域

本发明涉及交流发电机领域，尤其是一种不对称结构的交流发电机组并联运行功率分配方法。

背景技术

随着用电设备对交流发电机组的功率要求越来越大，对交流发电机组的供电可靠性要求越来越高，同时交流发电机组的技术也越来越成熟，市场中也越来越多的选择交流发电机组并联来增大功率和提供供电可靠性。在这种情况下，如何在并联运行过程中合理的进行功率分配，尤其是在不对称机构中进行合理的功率分配，保证各台交流发电机组工作在合理可靠效率最高的工况下，避免因功率分配不均导致逆功等现象对交流发电机组造成损伤。

现有的功率分配方法只考虑对称结构的交流发电机组并联运行，未考虑不对称结构的交流发电机组并联运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种不对称结构的交流发电机组并联运行功率分配方法，解决不对称结构的交流发电机组并联运行时供电电压、频率不稳定以及无功功率不能均分的问题。

交流发电机组：指能将机械能或其他可再生能源转变成交流电能的发电设备；

不对称结构：指多台并联运行的交流发电机组的额定功率或距负载的距离不相同；

具体的，本发明提供了一种不对称结构的交流发电机组并联运行功率分配方法，每台交流发电机组配备功率分配控制器；功率分配控制器将所有交流发电机组识别为主机和从机；主机的功率分配控制器控制主机在额定频率和额定电压下运行；从机的功率分配控制器控制从机在有功功率分配调整目标值和无功功率分配调整目标值下运行。

在保证负载端电压、频率能始终保持额定的同时，保证各台交流发电机组承担的有功功率、无功功率能按照适当比例进行分配，而不会出现较大的差异。

进一步地，主机为与负载连接线缆最短的交流发电机组，其他交流发电机组为从机。

主机与负载之间的电缆最短，则电能损耗最少，能保证负载电压、频率更趋近稳定。

进一步地，功率分配控制器识别主机和从机的过程为：

向所有功率分配控制器输入交流发电机组与负载的线缆距离，功率分配控制器通过通信比较所安装的发电机组与其它发电机组距离负载的距离，将与负载连接线缆最短的交流发电机组定为主机，其他交流发电机组定为从机。

所有功率分配器都进行对比，功率分配器之间互相通信，是的信息共享，防止只有一个功率分配器进行控制会出现误差的情况。

进一步地，主机的功率分配控制器控制主机在额定频率和额定电压下运行，具体为：

主机的功率分配控制器采集主机的实时电压、实时频率，将主机的额定电压Vref、额定频率Fref分别与主机实时电压V_k、实时频率F_k做差，得出额定频率Fref与主机实时频率F_k的差值ΔF_k、额定电压Vref与主机实时电压V_k的差值ΔV_k，采用离散PID控制方法控制主机的调速器输出为主机目标频率UGOV_k，控制主机的调压器输出为主机目标电压UAVR_k。

该方法计算简便，节约功率分配控制器的内存，同时，能够实时调节，增加了调节的准确度。

进一步地，主机目标频率UGOV_k为：

其中：KF_p为主机功率分配控制器控制主机调速器的比例参数；KF_i为主机功率分配控制器控制主机调速器的积分参数；KF_d为主机功率分配控制器控制主机调速器的微分参数ΔF_i为第i次控制时主机的频率差；ΔF_k-1为第k-1次控制时主机的频率差。

主机目标频率即为稳定运行时，主机应达到的频率。

进一步地，主机目标电压UAVR_k为：

其中，KV_p为主机功率分配控制器控制主机调压器的比例参数；KV_i为主机功率分配控制器控制主机调压器的积分参数；KV_d为主机功率分配控制器控制主机调压器的微分参数；ΔV_i为第i次控制时主机的电压差；ΔV_k-1为第k-1次控制时主机的电压差。

主机目标电压即为稳定运行时，主机应达到的电压。

进一步地，从机的有功功率分配调整目标值Px为：

Px＝PF*(RPx/(RP0+RP1+……+RPn))

所述从机的无功功率分配调整目标值Qx为：

Qx＝QF*(RQx/(RQ0+RQ1+……+RQn))

其中：发电机组G0……Gn的额定有功功率分别为RP0……RPn，额定无功功率分别为RQ0……RQn；PF为负载F的实时总有功功率、QF为负载F的实时无功功率。

从机的用功功率和无功功率均达到目标值，即为稳定运行值，则整个系统运行平稳，该目标值均是按比例分配的，能保证运行时各设备之间没有偏差。

进一步地，从机的功率分配控制器控制从机在有功功率分配调整目标值和无功功率分配调整目标值下运行，具体为：

从机的功率分配控制器将目标有功功率、目标无功功率与从机实时有功功率、实时无功功率做差，目标有功功率Px与从机实时有功功率P_k的差值ΔP_k、目标无功功率Qx与从机实时无功功率Q_k的差值ΔQ_k；采用离散PID控制方法控制从机的调速器输出值为从机目标有功功率PGOV_k，控制从机的调压器输出值为从机目标无功功率PAVR_k。

从机的功率分配控制器控制对从机进行控制，使得各从机均在比例目标功率下运行，增加整个系统的运行稳定性。

进一步地，从机目标有功功率PGOV_k为：

其中：KP_p为从机功率分配控制器控制从机调速器的比例参数；KP_i为从机功率分配控制器控制从机调速器的积分参数；KP_d为从机功率分配控制器控制从机调速器的微分参数；ΔP_i为第i次控制时从机的有功功率差；ΔP_k-1第k-1次控制时从机的有功功率差；。

从机目标有功功率即为稳定运行时，从机应达到的有功功率。

进一步地，从机目标无功功率PAVR_k为：

其中，KQ_p为从机功率分配控制器控制从机调压器的比例参数；KQ_i为从机功率分配控制器控制从机调压器的积分参数；KQ_d为从机功率分配控制器控制从机调压器的微分参数；ΔQ_i为第i次控制时从机的无功功率差；ΔQ_k-1第k-1次控制时从机的无功功率差。

从机目标无功功率即为稳定运行时，从机应达到的无功功率。

本发明技术方案带来的有益效果

1.保证负载端电压、频率能始终保持额定，而不会因为负载功率的变化而变化；

2.保证各台交流发电机组承担的有功功率、无功功率能按照适当比例进行分配，而不会出现较大的差异。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是本发明的交流发电机组并联结构示意图；

图2是本发明的主机的功率分配控制过程图；

图3是本发明的从机的功率分配控制过程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种不对称结构的交流发电机组并联运行功率分配方法，如图1所示，交流发电机组为G0、G1、G2……Gn，负载F，每台交流发电机组配备功率分配控制器，分别为E0、E1、E2……En，其中E0、E1、E2……En之间通过通信总线相连。

确定主机和从机，具体为与负载连接线缆最短的交流发电机组为主机，其他交流发电机组为从机。操作时，人为向所有功率分配控制器输入交流发电机组与负载的线缆距离，功率分配控制器通过通信比较所安装的发电机组与其它发电机组距离负载的距离，将与负载连接线缆最短的交流发电机组定为主机，其他交流发电机组定为从机，自动区分主机与从机，在附图1中，G0为主机，G1……Gn为从机，E0为主机的功率分配控制器，E1……En为从机的功率分配控制器。

在并联运行过程中，主机的功率分配控制器E0控制主机的电压、频率稳定在额定电压、额定频率，具体过程为：

已知交流发电机组并联运行的额定电压、额定频率，主机的功率分配控制器E0实时采集主机的实时电压V_k、实时频率F_k、有功功率、无功功率，将额定电压Vref、额定频率Fref分别与主机实时电压V_k、实时频率F_k做差，得出第k次控制时额定频率Fref与主机实时频率F_k的差值ΔF_k、额定电压Vref与主机实时电压V_k的差值ΔV_k。控制采用离散PID控制。如图2。主机的功率分配控制器E0控制交流发电机组G0的调速器输出为主机目标频率UGOV_k，对主机频率进行第k次控制，控制交流发电机组G0的调压器输出为主机目标电压UAVR_k，对主机电压进行第k次控制。

离散PID控制过程为：

公式中KF_p为主机功率分配控制器控制主机调速器的比例参数、KF_i为主机功率分配控制器控制主机调速器的积分参数、KF_d为主机功率分配控制器控制主机调速器的微分参数。KV_p为主机功率分配控制器控制主机调压器的比例参数、KV_i为主机功率分配控制器控制主机调压器的积分参数、KV_d为主机功率分配控制器控制主机调压器的微分参数。实际使用时，对选定的功率分配控制器、调速器和调压器进行试验，对以上参数采用凑值法确定。

ΔF_i为第i次控制时主机的频率差、ΔV_i为第i次控制时主机的电压差。ΔF_k-1为第k-1次控制时主机的频率差、ΔV_k-1为第k-1次控制时主机的电压差。

当经过n次迭代计算过程后，主机目标频率UGOV_k与主机的额定频率Fref相等，且主机目标电压UAVR_k与主机的额定电压Vref相等时，主机的功率分配控制器E0完成对主机的控制过程。

由于主机与负载连接线缆最短，损耗最少，可保证负载电压、频率更趋近稳定。

从机负责保持自身的有功功率、无功功率能按照母线上总的有功功率、无功功率的一定比例稳定运行。

所有功率分配控制器之间进行通信，通信数据包括各交流发电机组的实时有功功率、无功功率、额定有功功率、无功功率。从机的功率分配控制器实时采集并联运行系统的数据，根据采集的数据及通信数据，计算从机的实时电压、实时频率、实时有功功率、实时无功功率及并联系统中实时总有功功率、无功功率、额定总有功功率、无功功率。

附图1中，已知G0……Gn的额定有功功率分别为RP0……RPn，额定无功功率分别为RQ0……RQn，并联运行时，负载F的实时总有功、实时无功功率为PF、QF。那么从机Gx按功率Px、Qx稳定运行。

Px＝PF*(RPx/(RP0+RP1+……+RPn))

Qx＝QF*(RQx/(RQ0+RQ1+……+RQn))

发电机组Gx为总的所有发电机组G1……Gn中之一，Px为交流发电机组Gx有功功率分配调整目标值，Qx为交流发电机组Gx无功功率分配调整目标值。

从机的功率分配控制器Ex将目标有功功率、目标无功功率与从机实时有功功率、实时无功功率做差，得出第k次控制时目标有功功率Px与从机实时有功功率P_k的差值ΔP_k、目标无功功率Qx与从机实时无功功率Q_k的差值ΔQ_k。从机的功率分配控制器Ex控制交流发电机组Gx的调速器输出值为从机目标有功功率PGOV_k，对从机有功功率进行第k次控制，通过控制交流发电机组Gx的调压器输出值为从机目标无功功率PAVR_k，对从机无功功率进行第k次控制。

控制采用离散PID控制。如图3。

离散PID控制过程为：

公式中KP_p为从机功率分配控制器控制从机调速器的比例参数、KP_i为从机功率分配控制器控制从机调速器的积分参数、KP_d为从机功率分配控制器控制从机调速器的微分参数。KQ_p为从机功率分配控制器控制从机调压器的比例参数、KQ_i为从机功率分配控制器控制从机调压器的积分参数、KQ_d为从机功率分配控制器控制从机调压器的微分参数。实际使用时，对选定的功率分配控制器、调速器和调压器进行试验，对以上参数采用凑值法确定。

ΔP_i为第i次控制时的有功功率差、ΔQ_i为第i次控制时的无功功率差。ΔP_k-1第k-1次控制时的有功功率差、ΔQ_k-1第k-1次控制时的无功功率差。

当经过n次迭代计算过程后，从机目标有功功率PGOV_k与交流发电机组Gx有功功率分配调整目标Px相等，且从机目标无功功率PAVR_k与交流发电机组Gx无功功率分配调整目标Qx相等时，从机的功率分配控制器Ex完成对从机Gx的控制过程。

当主机G0退出并联运行，其他交流发电机组继续并联运行时，离负载第二近的交流发电机组G1改为主机，负责保持电压、频率稳定在额定电压、频率。以此类推。

当各交流发电机组与负载连接线缆距离相等，负载主机、从机的区分可根据交流发电机组的序号规定，可人为规定并联运行中的最小或最大序号的交流发电机组为主机，人为向所有功率分配控制器输入交流发电机组序号，功率分配控制器通过通信比较自己与其他功率分配控制器序号的大小，自动区分主机与从机，以固定最小序号为主机为例：序号1、2、3、4号的交流发电机组并联运行，1号为主机，其他为从机，当1号退出并联运行后，2号改为主机，其他仍为从机。

综上所述，本发明提供了一种不对称结构的交流发电机组并联运行功率分配方法，该分配方法保证负载端电压、频率能始终保持额定，而不会因为负载功率的变化而变化；同时保证各台交流发电机组承担的有功功率、无功功率能按照适当比例进行分配，而不会出现较大的差异。

尽管已经结合优选的实施例对本发明进行了详细地描述，但是本领域技术人员应当理解的是在不违背本发明精神和实质的情况下，各种修正都是允许的，它们都落入本发明的权利要求的保护范围之中。