專利名稱：免受電壓值、頻率及相位差異限制的發電機并機系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及對設備提供電カ能源的系統，尤其涉及在野外或者臨時場地采用兩臺及兩臺以上發電機以并機的方式對設備提供電カ能源的系統。
背景技術：
在野外或者臨時場所，比如油田、鉆井平臺，當公共電カ系統無法涉及時，通常需要用到兩臺及兩臺以上的發電機以并機的方式來給油田設備提供足夠大的作業能源。這些并機運行的發動機，必須要求:A、發動機有相同的電壓，比如要求輸出端電壓差不能超過10% ;B、發動機有相同的頻率，不能有差別；C、發動機有相同的相序，不能有差別；以及0、發動機有相同的相角，比如不能超過10 %。所以，為了實現發電機的并機，現在通常采用的方法包括借助于相應的檢測和調節設備，對需要并機的各發電機的輸出電壓、頻率、相位進行調整，使得各發電機的該三項參數均相等，然后才能合上輸出輸出開關或者并網開 關，使發電機進入供電工作，由于受限于人工操作存在的反應速度，并機過程費時費力 ’為此，人們通過設置專門的并機機構來實現發電機的并機，ー種是中央控制式，比如中國專利ZL200910011796. X所公開的ー種計算機控制發電機組并機方法，其包括的步驟有在準備并機的柴油發電機組中選定一臺作為目標機，其余作為調整機；確定輸出電壓幅值標準誤差、頻率標準誤差、相位標準誤差；然后，使目標機進入穩定工作狀態，檢測其輸出電壓幅值、頻率及相位；然后，檢測調整機的輸出電壓幅值并參照目標機進行調整、檢測調整機的輸出電壓頻率并參照目標機進行調整以及檢測調整機的輸出電壓相位并參照目標機進行調整；當調整機的輸出電壓幅值、頻率及相位在設定的誤差限定之內，執行并機；另ー種是分布控制式，比如中國專利ZL200620106796. X所公開的ー種無并聯機柜實現并機功能的柴油發電機組，其包括柴油發電機組及與之相連的開關箱、并機控制集成系統，開關箱的另一頭接用戶負載，并機控制集成系統包括依次相連的信號檢測單元、信號數據處理単元、調速調壓單元，信號檢測單元的一路輸入接用戶負載，另一路輸入接柴油發電機組，信號檢測単元還與設有數據傳輸串行接ロ的并機控制単元相連，并機控制單元的一路輸出接調壓調速単元，另一路輸出接開關箱的控制端，調壓調速単元的輸出與柴油發電機組相連。這些改進方式,雖然可以簡化并機過程,但是需要增加設備成本,并且并機的實現嚴格要求各并機發電機的輸出電壓幅值、頻率及相位在規定的誤差范圍內，從而對并機用發電機的選配構成諸多限制，比如不同電壓等級的發電機不能在一個系統中使用。可見，工程實踐中有必要對現有的并機的方式進行改迸。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在于克服上述現有技術存在的不足，而提出一種發電機并機系統,能夠以較小的成本實現并機過程的簡化,并且并機的實現不受限于各并機發電機的輸出電壓值、頻率及相位的差異。本實用新型的實用新型人經過研究發現在將多臺通過有源整流裝置進行處理直流并網的發電機并機系統中，當直流輸出母線上的直流電壓值Vdc > Amaxl+Amax2，其中Amaxl為該些并機用發電機中的交流輸出電壓最高者的輸出電壓有效值，Amax2為該些并機用發電機中的交流輸出電壓次最高者的輸出電壓有效值，原先會由于各并機發電機的輸出電壓有效值、頻率及相位的差異而產生的環流現象得到控制，甚至消失。實用新型人根據此發現，在滿足上述條件下，進行發電機并機系統的實驗，進ー步發現，各并機發電機的投入和帶載應用狀態，不再受限于各并機發電機的輸出電壓值、頻率及相位的差異。為此，本實用新型針對上述技術問題而提出的技術方案包括，提出ー種免受電壓值、頻率及相位差異限制的發電機并機系統，包括與并機用發電機數目匹配的有源整流裝置，每個有源整流裝置與一個對應的并機用發電機的交流輸出端相連，每個有源整流裝置的輸出并接到直流輸出母線上，該直流輸出母線上的直流電壓值Vdc ^ Amaxl+Amax2，其中Amaxl為該些并機用發電機中的交流輸出電壓最高者的輸出電壓有效值，Amax2為該些并機用發電機中的交流輸出電壓次最高者的輸出電壓有效值。該些并機用發電機的交流輸出電壓的相位差是沒有限制的。發電機交流輸出的相位差不影響并機系統運行。·該些并機用發電機的交流輸出電壓的頻率差是沒有限制的。發電機交流輸出的頻率差不影響并機系統運行。該些并機用發電機的交流輸出電壓值的差是沒有嚴格限制的。比如，220V電壓等級的發電機可以和380V電壓等級的發電機同時在并機系統中使用。該些并機用發電機的交流輸出電壓的相序是沒有嚴格限制的。每個有源整流裝置包括一有源整流単元，用以將三相交流輸入轉換為直流輸出，其對應于每相交流輸入設置有兩個大功率受控整流器件；以及與該有源整流単元相連的ー控制單元，用以控制該些大功率受控整流器件的開關，從而調節該有源整流単元的輸出直流電壓值。該控制単元包括一電壓設定子單元，用以調節該有源整流単元的輸出直流電壓值的預設定值。還包括與并機用發電機數目匹配的開關，每個開關是串聯在對應的并機用發電機與有源整流裝置之間。所述的并機用發電機為適宜在野外或者臨時場地采用的發電機。優選地，所述的并機用發電機為大功率柴油發電機。與現有技術相比，本實用新型的免受電壓值、頻率及相位差異限制的發電機并機系統，對并機用發電機的選配基本無限制，可以大大改善發電機并機系統的構建靈活性及應用便利性。
圖I是本實用新型的發電機并機系統實施例的結構框圖。圖2是本實用新型的發電機并機系統實施例中有源整流裝置的結構框圖。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型予以進一歩地詳盡闡述。[0018]本實用新型提出一種免受電壓值、頻率及相位差異限制的發電機并機方法，包括以下步驟設置與并機用發電機數目匹配的有源整流裝置，每個有源整流裝置與一個對應的并機用發電機的交流輸出端相連，每個有源整流裝置的輸出并接到直流輸出母線上；使該直流輸出母線上的直流電壓值Vdc彡AmaxI+Amax2,其中Amaxl為該些并機用發電機中的交流輸出電壓最高者的輸出電壓有效值，Amax2為該些并機用發電機中的交流輸出電壓次最高者的輸出電壓有效值。在將該些發電機并機運行之前可以對各發電機的交流輸出電壓的有效值進行實際測量，或者，按照各發電機的說明書對各發電機的交流輸出電壓的有效值進行估算，或者選擇ー個依據經驗的最大值，以獲取該些并機用發電機中的交流輸出電壓最高者和次最高者的輸出電壓有效值；按照直流電壓值Vdc > Amaxl+Amax2的要求，對各個有源整流裝置的直流輸出電壓值進行預設定。 在工程實踐中，Amaxl和Amax2的數值可以直接采用發電機的空載的電壓有效值。本實用新型中的參數定義和說明如下交流電壓表示U= A*l. 414*sin(2 n ft+ 0 )= Um*sin(2 ji ft+0 )其中A為有效值，Um為幅值，f是頻率，0是相位，Um =A*l. 414。Amaxl :并機用發電機中交流輸出電壓最高者的輸出電壓有效值。Amax2 :并機用發電機中交流輸出電壓次最高者的輸出電壓有效值。Vdc :有源整流裝置的直流輸出電壓。該些并機用發電機的交流輸出電壓值的差是沒有嚴格限制的。例如，220V電壓等級和380V電壓等級的發電機可以同時使用，380v電壓等級和660V電壓等級的發電機可以同時使用，而傳統的并機方式要求發電機端電壓差不能超過20 %。該些并機用發電機的交流輸出電壓值的差是沒有嚴格限制的。例如，50HZ和60HZ發電機可以同時使用，而傳統的并機方式要求發電機頻率必須相等的。該些并機用發電機的交流輸出電壓的相序是沒有嚴格限制的。例如，一臺正相序和一臺逆相序的發電機可以同時使用，而傳統的并機方式要求發電機相序必須相同。參見圖1，本實用新型的發電機并機系統實施例大致包括多個并聯支路，每個支路包括一個發電機、與該發電機的三相交流輸出相連的開關和接在該開關之后的有源整流裝置，各有源整流裝置的輸出進行直流并網。其中，第一發電機Ul的三相交流輸出A1、B1、Cl經開關Kl送到有源整流裝置Rl的輸入端；第二發電機U2的三相交流輸出A2、B2、C2經開關K2送到有源整流裝置R2的輸入端；第三發電機U3的三相交流輸出A3、B3、C3經開關K3送到有源整流裝置R3的輸入端；第n發電機Un的三相交流輸出An、Bn、Cn經開關Kn送到有源整流裝置Rn的輸入端；各個源整流裝置Rl、R2、R3…Rn的輸出進行直流并網，通過正端P和負端N供給負載設備。需要說明的是，開關K1、K2、K3…Kn可以包括諸如閘刀之類的人工開關和/或諸如接觸器之類的自動開關，這些開關的設置僅在于提供系統維護的安全與方便性，各開關的閉合或關斷可以是相互獨立的，而不像現有技術那樣，必須在滿足了相應的并機條件下才允許閉合以實現相應發電機的供電。各有源整流裝置Rl、R2、R3…Rn的結構可以是相同的。[0033]參見圖2，每個有源整流裝置的構成大致包括有源整流単元I和與該有源整流單元I相連的ー控制單元2。有源整流單元I包括與三個交流輸入端ini、in2、in3分別相連的三個濾波電容11和ー個三相電感12 (或者三個單相電感)。每相交流輸入在經過三相電感12之后送到相互串接的兩個大功率受控整流器件13的串接點，這三對的兩個大功率受控整流器件13的兩端0utl、0ut2分別并接在一起，其中，outl端為正扱、out2端為負極，大功率受控整流器件13的開關動作則受控于控制単元2。如此，可以將三相輸入交流轉換為一直流輸出Vdc，Vdc的高低可以由控制單元2根據需要進行調節。在本實用新型中，Vdc ^ Amaxl+Amax2,其中Amaxl為該些并機用發電機中的交流輸出電壓最高者的輸出電壓有效值，Amax2為該些并機用發電機中的交流輸出電壓次最高者的輸出電壓有效值。控制單元2包括控制器21，可以將Vdc的設定值告知該控制器21的電壓設定子単元22以及可以將Vdc的實際值告知該控制器21的電壓檢測子單元23。該電壓設定子單元22既可以是預先通過編程保存在該控制器21能夠讀取的存儲器中的，也可以經由通訊 接ロ或者諸如鍵盤、顯示屏之類的人機交互裝置經由程序人為預設定的。進ー步的，該控制単元2還可包括與該控制器21相連的PWM脈寬調制子単元24、輸出驅動子單元25及電流控制子単元26。更進一歩的，該控制単元2還可包括與該控制器21相連的相位和電壓檢測子単元28，以對交流輸入進行檢測。在實際應用中，出于方便并機的目的，還可以簡化地使該直流輸出母線上的直流電壓值Vdc彡2*k*Amaxl，其中k為ー調整系數，其值可以是I，也可以諸如I. 05、I. 10、I. 15
坐坐寸寸o與現有技術相比，本實用新型的發電機并機系統，可以免受發電機電壓值、頻率及相位差異限制，對并機用發電機的選配基本無限制，從而可以大大改善發電機并機系統的構建靈活性及應用便利性。從而該些并機用發電機的交流輸出電壓的相位差異是允許大于20%的；該些并機用發電機的交流輸出電壓的頻率差異是允許大于20%的；該些并機用發電機的交流輸出電壓值差異是允許大于20%的。本實用新型的系統，特別適用于在野外或者臨時場地采用兩臺及兩臺以上發電機以并機的方式對設備提供電カ能源的應用場景，尤其是，用電設備適宜通過直流母線進行供電的應用場景，比如油田的開采。本實用新型所稱的發電機泛指適合在野外或者臨時場地通過燃燒諸如天然氣、汽油、柴油等燃料以獲取熱能并能夠將此熱能轉換為三相交流電能的裝置，尤其是指柴油發電機。考慮到大功率的柴油發電機的并機所需配置的并機機構成本很高，本實用新型的發電機特別是指大功率的柴油發電機，其輸出功率大于100KW。上述內容，僅為本實用新型的較佳實施例，并非用于限制本實用新型的實施方案，本領域普通技術人員根據本實用新型的主要構思和精神，可以十分方便地進行相應的變通或修改，故本實用新型的保護范圍應以權利要求書所要求的保護范圍為準。
權利要求1.一種免受電壓值、頻率及相位差異限制的發電機并機系統，其特征在于，包括與并機用發電機數目匹配的有源整流裝置，每個有源整流裝置與一個對應的并機用發電機的交流輸出端相連，每個有源整流裝置的輸出并接到直流輸出母線上，該直流輸出母線上的直流電壓值Vdc ^ Amaxl+ Amax2,其中Amaxl為該些并機用發電機中的交流輸出電壓最高者的輸出電壓有效值，Amax2為該些并機用發電機中的交流輸出電壓次最高者的輸出電壓有效值。
2.依據權利要求I所述的發電機并機系統，其特征在于，每個有源整流裝置包括一有源整流単元，用以將三相交流輸入轉換為直流輸出，其對應于每相交流輸入設置有兩個大功率受控整流器件；以及與該有源整流単元相連的ー控制單元，用以控制該些大功率受控整流器件的開關，從而調節該有源整流単元的輸出直流電壓值。
3.依據權利要求2所述的發電機并機系統，其特征在于，該控制単元包括ー電壓設定子単元，用以調節該有源整流単元的輸出直流電壓值的預設定值。
4.依據權利要求I所述的發電機并機系統，其特征在于，還包括與并機用發電機數目匹配的開關，每個開關是串聯在對應的并機用發電機與有源整流裝置之間。
5.依據權利要求I所述的發電機并機系統，其特征在于，所述的并機用發電機為適宜在野外或者臨時場地采用的發電機。
6.依據權利要求5所述的發電機并機系統，其特征在于，所述的并機用發電機為大功率柴油發電機。
專利摘要一種免受電壓值、頻率及相位差異限制的發電機并機系統，包括與并機用發電機數目匹配的有源整流裝置，每個有源整流裝置與一個對應的并機用發電機的交流輸出端相連，每個有源整流裝置的輸出并接到直流輸出母線上，該直流輸出母線上的直流電壓值Vdc≥Amax1+Amax2，其中Amax1為該些并機用發電機中的交流輸出電壓最高者的輸出電壓有效值，Amax2為該些并機用發電機中的交流輸出電壓次最高者的輸出電壓有效值。本實用新型對并機用發電機的選配基本無限制，可以大大改善發電機并機系統的構建靈活性及應用便利性。
文檔編號H02J3/38GK202602303SQ20122014718
公開日2012年12月12日 申請日期2012年4月10日 優先權日2012年4月10日
發明者袁德芳 申請人:深圳市合興加能科技有限公司