电动钻机发电机功率均衡电路

摘要 针对电动钻机动力系统即柴油发电机组的有功功率和无功功率的均衡问题，设计了一种简单实用的功率实时检测及均衡电路。利用功率检测电路的信号，发电机各控制单元可对其输出的电压和频率进行调节，从而保证发电机输出电压和频率的稳定。
      在钻井过程中，载荷频繁变化，发电机组的转速和输出电压随载荷波动实时变化。为保证供电频率的稳定和发电机有功功率的均衡分配，需对柴油机的燃油供应量进行控制；为保证发电机电压的稳定及无功功率的均衡分配，要对发电机的励磁电流进行控制。对此，准确地检测发电机输出的有功功率和无功功率，并通过检测量对发电机组进行功率均衡控制，是保证电动钻机动力系统正常运行的关键技术之一。我们设计了一种简单实用的功率检测及均衡电路，该电路可以实时检测发电机输出的有功和无功功率，通过检测信号，发电机组控制器可以对发电机输出的电压和频率进行调节，从而保证发电机输出电压和频率的稳定。同时，设计的功率均衡电路可实现多机组并网运行时各机组有功功率和无功功率的实时均衡分配。
       发电机组并网运行时，为提高机组利用率和可靠性，需对并网运行机组进行有功和无功功率均衡，即并网运行机组平均承担有功功率和无功功率。笔者以2台机组并网运行时无功功率的均衡为例，过调节发电机组励磁系统，改变机组输出的无功功率，从而达到并网运行机组无功功率的均衡。下图给出了2台机组无功功率均衡电路图
 

       每个机组无功功率均衡电路主要由放大器、输入信号控制开关及其电阻桥组成。如果发电机工作在怠速状态下，由控制系统控制开关Sl、s2断开，此时无功功率Q=0，放大器的输入信号为零，输出信号也为零，均衡电路对图1中电压控制单元不起作用。如果发电机单机运行，Sl断开，s2闭合，这时本机组的无功功率均衡电路与其他机组的无功功率均衡电路不连接，放大器的2个输入电压相等，输出信号为零，均衡电路对图1中电压控制单元不起作用。
       如果2台发电机组并网运行，Sl闭合，s2断开，2台发电机组无功功率均衡电路连接。假如2台机组的调差特性相同，那么2台机组的无功率也完全相等。这时放大器的2个输入电压相等，输出信号为零，均衡电路对图1中电压控制单元仍不起作用。假若2台发电机组的给定值相同，而它们的调差特性不同，当输出电压为V 时，它们的无功电流分别为，IQ1和IQ2，当IQ1 >IQ2时，2个机组的无功电流不均衡，发电机I均衡电路放大器反向端的电位大于发电机Ⅱ均衡电路放大器反向端的电位，由此将有电流L从发电机I均衡电路放大器反向端流向发电机Ⅱ均衡电路放大器反向端，结果使得2台发电机组的均衡电路输入端失去平衡，发电机I均衡电路反向输入端电位降低，输出正电位， IQ1和IQ2相差越大，输出的正电位越高；发电机Ⅱ均衡电路则相反。这样通过各自图1中的电压控制单元的调节作用，使发电机I的输出电压降低，IQ1减小；发电机Ⅱ的输出电压升高，IQ2增加。结果使得2台发电机组的无功电流趋于接近。
       假若2台发电机组的调差特性相同，而给定值不同，输出电压为V 时，他们的无功电流分别为IQ1a和IQ2b，此时， IQa1>IQ2b，同理工作，使2台发电机组的无功功率均衡。假若2台发电机组的调差特性和给定值都不相同，均衡电路仍能使2台发电机组的无功功率均衡。发电机组并网运行时，有功功率均衡工作原理与无功功率均衡工作原理相同。