高压柴油发电机组选型计算与容量匹配

高压柴油发电机组选型计算与容量匹配
高电压发电机组的选型通常根据后端负载的整体容量进行排列组合，功率段基本集中在1800～2400kw主用（prp）功率，进行排列组合。高电压发电机组因其并机的数量可扩展性强，目前的并机技术可连续32台发电机组并机，通过btb（busbar tobusbar，母线与母线）的型式可扩展至256台发电机组并机，给大容量的数据中心、power plant等提供了满足容量的刚性需求。目前，并机均采用分布式并机，每台发电机组本身的控制系统除了具备各种参数显示、故障报警、自身的启动-停机及各种保护外，其本身自带负载分配、功率管理、can通信、负载分级管理等，为分布式并机提供了优势的条件。
一、发动机的选型
1、根据功率选型
根据不同的应用场合选择不同类型的发动机，主要考虑发动机的关键特性-带载能力。
2、根据环保要求选型
集中在该功率段区域调速方式分为两种，一种为电子调速，二种为电喷（高压共轨电喷），区别主要是排放等级的区别。
3、根据燃料需求选型
柴油、燃气和重油等，不同的地区其燃料的储备优势不一样。
二、发电机的选型
1、根据电压、频率等级的选型，在应急备用柴油发电机组电压等级一般分为低压（108～690v）、中压（3.3～4.16kv）、高压（6～15kv），目前行业内发电机的最高电压等级为15kv，高出此电压等级的只能采用升压变压器升压后并机的方式进行选型
2、选用斯坦福或利莱森玛等同步无刷发电机，维护简单，采用dvr数字式自动电压调节器，电压稳定，抗干扰性能强，可选永磁励磁发电机，提高非线性负载的承载能力；按照f级绝缘f级温升进行选型；同时发电机带载能力的大小与发电机本身的性能有关外，还与其自身几个关键参数相关，其参数值的大小直接影响带不同负载的带载能力；主要包括直轴瞬态电抗值、直轴超瞬态电抗值、功率因数对外部的谐波（例如3次、5次、7次谐波等）。
（1）xd直轴同步电抗
xd是代表发电机磁饱和值，决定发电机运行曲线上的安全区域，当发电机运行在最高的磁通值时，xd电抗是最低的，其值的大小也反映了发电机性能的优劣。
（2）x＇d直轴瞬态电抗
x＇d是代表发电机运行中三相突然短路瞬变的过渡电抗。直轴瞬变电抗是发电机额定转速运行时，定子绕组直轴总磁链产生电压中的交流基波分量在突变时的初始值与同时变化的直轴交流基波电流之比。它也是发电机和整个电力系统的重要参数，对发电机的动态稳定极限及突然加负载时的瞬态电压变化率有很大影响。x＇d越小，动态稳定极限越大、瞬态电压变化率越小；但x＇d越小，定子铁心要增大，从而使发电机体积增大、成本增加。x＇d的值主要由定子绕组和励磁绕组的漏抗值决定。
备注：直轴瞬态电抗的值主要体现发电机带突加大电流的负载能力，值越低其带类似电动机负载的能力越强，主要是带畸变负载。
（3）x”d直轴超瞬态电抗
x”d是代表发电机运行中三相突然短路最初一瞬间的过渡电抗。发电机突然短路时，转子励磁绕组和阻尼绕组为保持磁链不变，感应出对电枢反应磁通起去磁作用的电流，将电枢反应磁通挤到励磁绕组和阻尼绕组的漏磁通的路径上，这个路径的磁阻很大即磁导很小，故其相对应的直轴电抗也很小，这个等效电抗称为直轴超瞬变电抗x”d，也即有阻尼绕组的发电机突然短路时，定子电流的周期分量由x”d来限制。结构上，x”d主要由发电机定子绕组和阻尼绕组的漏抗值决定。对于无阻尼绕组的发电机，则x”d＝x＇d。
由于x”d的大小影响电力系统突然短路时短路电流的大小，故x”d值的大小也影响到系统中高压输变电设备特别是高压断路器的选择，如动稳定电流等参数。从电气设备选择来说，希望x”d大些，这样短路电流小一些。此值存在矛盾，其值越小，带非线性负载能力越强，但是值越小短路电流又比较大；此值主要反映是带非线性负载；其关系体现如图1所示。发电机带时间常数的瞬态电抗（x＇d）和次瞬态电抗（x”d）（共同值xg），反应其带载能力一个非常重要的体现。
图1 高压发电机带非线性负载能力示意图
●当启动一台电动机，电压下降的百分数将取决于电动机的启动容量（或同时启动的电动机的全部容量的总和）
●最大允许下降值（一般情况）：25％电压下降在发电机接线端，30％电压下降在电动机接线端。
●每台发电机的电压下降值，均可使用堵转曲线来计算（每台发电机均有相应的曲线）
（4）根据负载特性选型
主要是选择合适的功率因数，负载功率因数对发电机组输出功率的影响，功率因数分为超前和滞后两种，功率因数越低，给负载供电时对发电机的容量要求越高。商用三相发电机标称为pf是0.8（滞后）。任何时候用发电机给功率因数为超前的负载供电时应特别注意。
如图2所示中，发电机组的功率在蓝色和红色的区域中（面积大的一块），图2左边是功率因数超前，图2右边是功率因数滞后。
a．当负载功率因数≥0.8（滞后）时，发电机组带载能力由发电机组额定有功功率确定；当负载功率因数＜0.8（滞后）时，发电机组带载能力由发电机组额定视在功率确定。
b．当负载功率因数≥0.9（超前）时，发电机组带载能力由发电机组额定有功功率确定；当负载功率因数＜0.9（超前）时，发电机组效率下降很快。
备注：具体功率因数的选择，首先要考虑负载本身的功率因数后，再综合考虑发动机、发电机的容量匹配，以保证发电机组选择的综合性价比。
（5）励磁方式及外部谐波对发电机及发电机组整机带载能力的影响
励磁方式对发电机带非线性负载的能力起着关键性的作用，具体参照励磁方式的对比；发电机的选型也需充分考虑外部谐波对其造成的影响。
非线性负载会向柴油发电机组反射大量的谐波，其中5次和7次谐波危害最严重，尤其是非线性负载较大而发电机组容量又较小时这种危害就更明显。根据有关资料研究表明，发电机组输出侧的负载总谐波电流超过发电机组额定电流的5％时，就可能引起油机振荡、稳定时间延长，并使发电机组输出实际容量降低10％。除此之外，由于发电机组的内阻相对市电来说大很多，由谐波电流引起的电压畸变就大很多，再加上发电机组本身也会产生谐波，其后果将出现发电机组输出电压严重失真和负载设备误动作，严重时会损坏avr和负载设备。为了消除发电机组自身产生的谐波，目前各厂家通行的做法是选用2/3节距的发电机，可消除3次谐波，但无法消除5次和7次谐波，见表5-3。
图2 柴油发电机组工作区域图
表1 不同节距的发电机对发电机组输出谐波的抑制效果
3次谐波
5次谐波
7次谐波
8／9节距
12%
32%
60%
7／8节距
50%
82%
30%
2／3节距
100%
10%
12%
目前，高压发电机除了2/3节距，还有5/6不规则的节距，同样是处于对谐波抑制的设计考虑。要解决发电机组所面临的谐波问题，可从以下两方面着手：
一方面是从消除谐波对发电机组的影响着手，即提高发电机组抗谐波干扰的能力。此时需选用额定功率比正常需求大很多的发电机组，一般发电机组功率为ups容量的若干倍再加上其他一般负载，这样可以有效提高发电机组对谐波时的瞬态特性。但这样将大幅度增加投资，可以通过采取一些特殊的措施，在改善发电机组的运行性能的时获得更好的经济效益。
① 选用永磁他励（pmg）发电机
因pmg系列发电机的电子自动调压系统avr独立于发电机的机械系统，功率源从副励磁机电枢绕组取得。在发电机负载和转速突变时，该系统不受发电机机械过渡过程的影响，将输出电压调整到额定值。因此，pmg系列发电机的动态电压调整率远小于其他励磁发电机，并有较好的动态稳定性，可提高发电机带非线性负载能力。由于pmg系统提供一个与定子输出电压波形畸变及大小无关的恒定的励磁电源，因而能提供较高的电动机启动承受能力，并对非线性负载产生的主机定子输出电压的波形畸变具有抗干扰性。
② 在不增加柴油机功率的条件下，配置一台较大容量的发电机
以提高发电机组带非线性负载的能

面对干式气缸套和湿式气缸套一脸懵？教您辨别
关于柴油发电机组散热器的一些注意事项
支持柴油发电机组正常运行的基本组件是哪些？
柴油发电机厂家破解柴油发机的机油怎么使用最节省
大型柴油发电机组要多少钱一台？
柴油发电机组的选用
柴油发电机组紧急停机的正确操作方法
柴油发电机组机油要定期换吗，不然有什么后果？