陳雪亮，姜鈺梁

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礦用電動(dòng)輪自卸車柴發(fā)機(jī)組并網(wǎng)方案設(shè)計(jì)

陳雪亮，姜鈺梁

（武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064）

以礦用電動(dòng)輪自卸車上使用的雙柴發(fā)機(jī)組為例，提出了柴發(fā)機(jī)組并網(wǎng)的兩種方案。在分析兩種方案利弊的同時(shí)，詳細(xì)介紹了直流母線并網(wǎng)的設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)可為多柴發(fā)機(jī)組并網(wǎng)提供解決方案。

柴發(fā)機(jī)組 直流母線 并網(wǎng)

0 引言

隨著電力電子技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。非公路用大型運(yùn)輸車輛傳動(dòng)技術(shù)發(fā)生了日新月異的變化，電動(dòng)輪自卸車作為其中一員，隨著傳動(dòng)系統(tǒng)的整體升級(jí)改造，主要配件國(guó)產(chǎn)化的趨勢(shì)勢(shì)不可擋。本文主要針對(duì)國(guó)內(nèi)某新型多輪傳動(dòng)礦用電動(dòng)輪自卸車的系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行分析，提出了自卸車雙柴發(fā)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電的兩種具體實(shí)現(xiàn)方案，并對(duì)其進(jìn)行分析比較。

1 設(shè)計(jì)背景簡(jiǎn)介

某礦用電動(dòng)輪整車具備兩臺(tái)柴發(fā)機(jī)組，并采用16×16多輪全動(dòng)力結(jié)構(gòu)，按軸線從前向后的方式分為5組。其中，第一軸線的車輪無(wú)動(dòng)力輸出，只起到導(dǎo)向作用；第二、四軸線的牽引電機(jī)由A母線供電；第三、五軸線的牽引電機(jī)由B母線供電。當(dāng)兩柴發(fā)機(jī)組同時(shí)工作，出于系統(tǒng)需求，要實(shí)現(xiàn)兩發(fā)電機(jī)間的負(fù)荷均衡，并保證整車動(dòng)力的平衡輸出。

由于孤立電網(wǎng)中，發(fā)電機(jī)的有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)取決于負(fù)載，所以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，既可以改變發(fā)電機(jī)的有功功率，又可以改變發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率[1]。故采用并網(wǎng)的方式，將所有負(fù)載看做一個(gè)整體，由兩個(gè)柴發(fā)機(jī)組同時(shí)為所有牽引電機(jī)供能，經(jīng)由兩個(gè)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器間的通信來(lái)調(diào)整兩個(gè)柴發(fā)機(jī)組的輸出，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)整車輸出總功率的均衡分配[2]。

2 交流并網(wǎng)方案

2.1 交流并網(wǎng)結(jié)構(gòu)介紹

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，兩個(gè)柴發(fā)機(jī)組輸出端分別裝有2個(gè)熔斷器(FU1、FU2)，再經(jīng)過(guò)整流裝置分別為A、B機(jī)組牽引電機(jī)供電。其中，A、B交流母線可以通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)K實(shí)現(xiàn)交流并網(wǎng)；A、B直流母線電氣上隔離。

交流母線并網(wǎng)運(yùn)行必須具備如下條件：

1)電壓大小一致，波形相同；

2)相位相同；

3)頻率相同；

4)相序一致。

以上四個(gè)條件需同時(shí)滿足。如果任何一個(gè)條件不滿足，將在發(fā)電機(jī)之間產(chǎn)生短路環(huán)流，造成發(fā)電機(jī)繞組過(guò)熱，甚至燒毀。故在并網(wǎng)之前，需要對(duì)2臺(tái)發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，并防止人為誤操作對(duì)整車系統(tǒng)造成惡劣的影響。

2.2 交流母線并網(wǎng)具體實(shí)現(xiàn)方案

將兩臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出電壓調(diào)節(jié)到符合并聯(lián)條件后，通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)K3實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。其中，發(fā)電機(jī)輸出的電壓值由發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制；發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率通過(guò)柴油機(jī)調(diào)速器EFC對(duì)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制來(lái)實(shí)現(xiàn)；發(fā)電機(jī)輸出電壓波形由發(fā)電機(jī)負(fù)載決定，本系統(tǒng)中僅需考慮整流負(fù)載引起的發(fā)電機(jī)輸出波形畸變；發(fā)電機(jī)輸出電壓相序由發(fā)電機(jī)廠家在制造時(shí)決定，并保證發(fā)電機(jī)輸出電纜的正確接線。

方案的具體實(shí)現(xiàn)：

將兩臺(tái)柴發(fā)機(jī)組正確接線，并校好相序；

啟動(dòng)一號(hào)柴發(fā)機(jī)組，使其正常工作在額定電壓、額定頻率下；

啟動(dòng)第二號(hào)柴發(fā)機(jī)組，將已投入運(yùn)行的一號(hào)機(jī)組做為基準(zhǔn)，對(duì)二號(hào)機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中，輸出電壓頻率通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)；輸出電壓大小通過(guò)改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

等待兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的大小、頻率和相位一致時(shí)，閉合母聯(lián)開(kāi)關(guān)K，實(shí)現(xiàn)交流母線并網(wǎng)。

其中，并網(wǎng)條件是否已達(dá)成可通過(guò)電壓表、轉(zhuǎn)速/頻率表等測(cè)試儀表來(lái)觀察。

3 直流母線并聯(lián)方案

3.1 直流并網(wǎng)結(jié)構(gòu)介紹

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，兩個(gè)柴發(fā)機(jī)組輸出經(jīng)過(guò)整流裝置共同為所有牽引電機(jī)供電；A、B直流母線可以通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)K實(shí)現(xiàn)直流并網(wǎng)。其中，A、B交流母線電氣上隔離。

為了減小系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的電壓波動(dòng)，并且在負(fù)載需要周期性峰值電流時(shí)，系統(tǒng)可以短暫提供較大的電流來(lái)維持穩(wěn)定輸出，系統(tǒng)中存在較大容值的直流支撐電容。故在兩直流母線并聯(lián)時(shí)，A、B直流母線的電壓差不宜過(guò)大，否則易造成支撐電容的損毀[3]。故在并網(wǎng)之前，需要對(duì)兩組直流母線之間的電壓差進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，并適當(dāng)增加硬件安全保護(hù)措施，防止因控制信號(hào)收到干擾導(dǎo)致的誤操作對(duì)整車系統(tǒng)造成惡劣的影響。

3.2 直流母線并網(wǎng)具體實(shí)現(xiàn)方案

直流母線并網(wǎng)電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，A+和A-、B+和B-之間分別裝有電壓檢測(cè)器TV1、TV2，TV1和TV2連接至電壓比較繼電器KV，A+和B+母線之間安裝直流接觸器KM，并網(wǎng)控制繼電器KA和KM連接，A-和B-母線之間安裝保護(hù)用熔斷器FU。為防止KM在兩組直流母線電壓值相差過(guò)大時(shí)誤導(dǎo)通，采用直流母線電壓比較環(huán)節(jié)以保證器件的安全運(yùn)行：將兩組直流母線電壓傳感器TV1、TV2的采樣值接入電壓比較繼電器KV中，整車發(fā)送并網(wǎng)信號(hào)至KA，當(dāng)且僅當(dāng)A、B直流母線電壓差值在允許值以內(nèi)，比較繼電器KV閉合，此時(shí)直流接觸器KM導(dǎo)通，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)直流母線并網(wǎng)。

4 母線并聯(lián)方案比較

方案一：對(duì)于系統(tǒng)而言，增加設(shè)備較少，主要操作由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和整車控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)控制精度的要求較高，對(duì)司機(jī)提出了更高的操作要求，且由于發(fā)電機(jī)輸出繞組不隔離，在實(shí)際使用過(guò)程中產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)較高。方案二：將發(fā)電機(jī)和整流裝置看做一個(gè)整體，控制簡(jiǎn)單。其中，發(fā)電機(jī)輸出繞組相互隔離，不存在環(huán)流問(wèn)題，無(wú)需考慮兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的電壓、頻率、相位、相序關(guān)系[4]。

5 結(jié)論

基于以上分析及說(shuō)明，經(jīng)與甲方協(xié)商決定采用直流母線并聯(lián)的方案。系統(tǒng)具備試驗(yàn)條件后，在甲方聯(lián)調(diào)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，開(kāi)展了該部分的調(diào)試試驗(yàn)。針對(duì)整車系統(tǒng)的實(shí)際情況，選取1200 rpm、1500 rpm、1700 rpm、1900 rpm四個(gè)特征轉(zhuǎn)速點(diǎn)進(jìn)行并聯(lián)負(fù)載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：兩機(jī)組基本可以做到負(fù)荷均衡，功率/電流偏差均可以控制在5%以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到預(yù)期值，為整車可靠運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障。

[1] 黃建明. 直流模塊式光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 電工電能新技術(shù), 2014, (04): 26-31.

[2] 章心因，吳在軍，郝思鵬，程桂林. 風(fēng)力發(fā)電直流并網(wǎng)及變速直流發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行控制研究[J]. 電測(cè)與儀表，2012,10：60-64.

[3] 王常騏，郭家虎. 風(fēng)電場(chǎng)直流并網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究[J].電網(wǎng)技術(shù), 2014, (11)：3065-3071.

[4] 王賽一，華月申.基于微網(wǎng)的分布式風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)并網(wǎng)典型方案研究[J]. 上海節(jié)能, 2016,(03):160-170.

Grid-Connected Plan of Diesel Generator Set for Motor Wheel Mine Dumper

Chen Xueliang, Jiang Yuliang

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

TM314

A

1003-4862（2017）03-0019-02

2016-09-15

陳雪亮（1984-），男，工程師。研究方向：控制理論與控制工程專業(yè)。