礦用電動輪自卸車柴發(fā)機組并網(wǎng)方案設計

陳雪亮，姜鈺梁

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礦用電動輪自卸車柴發(fā)機組并網(wǎng)方案設計

陳雪亮，姜鈺梁

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

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

柴發(fā)機組 直流母線 并網(wǎng)

0 引言

隨著電力電子技術被廣泛地應用于各個工業(yè)領域。非公路用大型運輸車輛傳動技術發(fā)生了日新月異的變化，電動輪自卸車作為其中一員，隨著傳動系統(tǒng)的整體升級改造，主要配件國產(chǎn)化的趨勢勢不可擋。本文主要針對國內(nèi)某新型多輪傳動礦用電動輪自卸車的系統(tǒng)特點進行分析，提出了自卸車雙柴發(fā)機組并網(wǎng)發(fā)電的兩種具體實現(xiàn)方案，并對其進行分析比較。

1 設計背景簡介

某礦用電動輪整車具備兩臺柴發(fā)機組，并采用16×16多輪全動力結構，按軸線從前向后的方式分為5組。其中，第一軸線的車輪無動力輸出，只起到導向作用；第二、四軸線的牽引電機由A母線供電；第三、五軸線的牽引電機由B母線供電。當兩柴發(fā)機組同時工作，出于系統(tǒng)需求，要實現(xiàn)兩發(fā)電機間的負荷均衡，并保證整車動力的平衡輸出。

由于孤立電網(wǎng)中，發(fā)電機的有功功率、無功功率、功率因數(shù)取決于負載，所以調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁，既可以改變發(fā)電機的有功功率，又可以改變發(fā)電機的無功功率[1]。故采用并網(wǎng)的方式，將所有負載看做一個整體，由兩個柴發(fā)機組同時為所有牽引電機供能，經(jīng)由兩個勵磁調(diào)節(jié)器間的通信來調(diào)整兩個柴發(fā)機組的輸出，以此來實現(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)結構介紹

系統(tǒng)結構如圖1所示，兩個柴發(fā)機組輸出端分別裝有2個熔斷器(FU1、FU2)，再經(jīng)過整流裝置分別為A、B機組牽引電機供電。其中，A、B交流母線可以通過母聯(lián)開關K實現(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。

以上四個條件需同時滿足。如果任何一個條件不滿足，將在發(fā)電機之間產(chǎn)生短路環(huán)流，造成發(fā)電機繞組過熱，甚至燒毀。故在并網(wǎng)之前，需要對2臺發(fā)電機的輸出電壓進行嚴格監(jiān)控，并防止人為誤操作對整車系統(tǒng)造成惡劣的影響。

2.2 交流母線并網(wǎng)具體實現(xiàn)方案

將兩臺發(fā)電機輸出電壓調(diào)節(jié)到符合并聯(lián)條件后，通過母聯(lián)開關K3實現(xiàn)并網(wǎng)。其中，發(fā)電機輸出的電壓值由發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器控制；發(fā)電機輸出電壓頻率通過柴油機調(diào)速器EFC對柴油機轉速控制來實現(xiàn)；發(fā)電機輸出電壓波形由發(fā)電機負載決定，本系統(tǒng)中僅需考慮整流負載引起的發(fā)電機輸出波形畸變；發(fā)電機輸出電壓相序由發(fā)電機廠家在制造時決定，并保證發(fā)電機輸出電纜的正確接線。

方案的具體實現(xiàn)：

將兩臺柴發(fā)機組正確接線，并校好相序；

啟動一號柴發(fā)機組，使其正常工作在額定電壓、額定頻率下；

啟動第二號柴發(fā)機組，將已投入運行的一號機組做為基準，對二號機組進行調(diào)節(jié)。其中，輸出電壓頻率通過改變發(fā)動機轉速來進行調(diào)節(jié)；輸出電壓大小通過改變發(fā)電機勵磁來進行調(diào)節(jié)。

等待兩臺發(fā)電機的大小、頻率和相位一致時，閉合母聯(lián)開關K，實現(xiàn)交流母線并網(wǎng)。

其中，并網(wǎng)條件是否已達成可通過電壓表、轉速/頻率表等測試儀表來觀察。

3 直流母線并聯(lián)方案

3.1 直流并網(wǎng)結構介紹

系統(tǒng)結構如圖2所示，兩個柴發(fā)機組輸出經(jīng)過整流裝置共同為所有牽引電機供電；A、B直流母線可以通過母聯(lián)開關K實現(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)運行時的電壓波動，并且在負載需要周期性峰值電流時，系統(tǒng)可以短暫提供較大的電流來維持穩(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，A、B直流母線的電壓差不宜過大，否則易造成支撐電容的損毀[3]。故在并網(wǎng)之前，需要對兩組直流母線之間的電壓差進行嚴格監(jiān)控，并適當增加硬件安全保護措施，防止因控制信號收到干擾導致的誤操作對整車系統(tǒng)造成惡劣的影響。

3.2 直流母線并網(wǎng)具體實現(xiàn)方案

直流母線并網(wǎng)電路結構如圖3所示，A+和A-、B+和B-之間分別裝有電壓檢測器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-母線之間安裝保護用熔斷器FU。為防止KM在兩組直流母線電壓值相差過大時誤導通，采用直流母線電壓比較環(huán)節(jié)以保證器件的安全運行：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)信號至KA，當且僅當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，此時直流接觸器KM導通，系統(tǒng)實現(xiàn)直流母線并網(wǎng)。

4 母線并聯(lián)方案比較

方案一：對于系統(tǒng)而言，增加設備較少，主要操作由勵磁調(diào)節(jié)器和整車控制器來實現(xiàn)，但是對控制精度的要求較高，對司機提出了更高的操作要求，且由于發(fā)電機輸出繞組不隔離，在實際使用過程中產(chǎn)生的風險較高。方案二：將發(fā)電機和整流裝置看做一個整體，控制簡單。其中，發(fā)電機輸出繞組相互隔離，不存在環(huán)流問題，無需考慮兩臺發(fā)電機的電壓、頻率、相位、相序關系[4]。

5 結論

基于以上分析及說明，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)具備試驗條件后，在甲方聯(lián)調(diào)試驗現(xiàn)場，開展了該部分的調(diào)試試驗。針對整車系統(tǒng)的實際情況，選取1200 rpm、1500 rpm、1700 rpm、1900 rpm四個特征轉速點進行并聯(lián)負載試驗，試驗結果表明：兩機組基本可以做到負荷均衡，功率/電流偏差均可以控制在5%以內(nèi)。實驗結果達到預期值，為整車可靠運行提供了強有力的保障。

[1] 黃建明. 直流模塊式光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 電工電能新技術, 2014, (04): 26-31.

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

[3] 王常騏，郭家虎. 風電場直流并網(wǎng)的拓撲結構研究[J].電網(wǎng)技術, 2014, (11)：3065-3071.

[4] 王賽一，華月申.基于微網(wǎng)的分布式風光儲系統(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)。