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引言

柴油發電機組在應急供電、遠離電力網的海島礦山供電中廣泛應用，對供電系統基本要求是提供穩頻穩壓的電源;柴油發電機組自動化控制特別是多機并列運行機組有其自身特點，因為柴油發電系統容量小，對機組調速器的調整改變的不僅是有功還可能影響系統頻率，對機組勵磁的調整改變的不僅是無功還可能影響系統電壓。在機組的自動化控制方面，已經有一些專用核心控制器在應用，如丹麥DEIF公司的GPC很早就我國在船舶電站中應用;國內也有公司開發出類似控制裝置，但主要還是以多個控制模塊組合控制為主，如并車模塊、負載分配模塊等; 本文探討一種采用PLC為核心控制器和其它電氣設計人員熟悉的元件組成的多臺柴油發電機組控制系統，可大大提高系統的可靠性和可維護性，且控制方式靈活。

一、典型應用系統方案

某典型應急供電系統含三臺發電機組，QF1～3為機組開關，QF4為機組總供電開關，QF5為市電開關，QF6為負載開關。PLC1～3為機組控制元件;ME1～3電力綜合儀表為機組電量監視元件，提供機組過電流、逆功率等保護功能;PLC4為公用控制元件，上位監控采用1臺觸摸屏即可。

公用PLC可完成QF4、QF5的位置監控、公用起動條件監視、起停順序管理、發出各機組起停命令信號、接受機組起動阻塞信號等，甚至還可以進行大負荷投入的閉鎖控制、公用蓄電池管理等。機組控制PLC主要執行機組起動控制、并列元件自動投退、功率分配、機組解列控制等主要控制工作。

對柴油發電機組起停控制、開關閉鎖等一些時序控制與邏輯控制，本文不多介紹，重點討論機組頻載控制;當然還應該提到另外兩個重要控制元件，電子調速器與并車模塊。并車模塊與其它發電廠所用的自動準同期裝置在原理、功能、接線方式上并無二致，主要區別在于自動準同期裝置所加電壓信號來自電壓互感器，為交流100V;而柴油發電機組的并車模塊可以直接接入交流380V電壓信號。 電子調速器實際就是一個速度閉環控制模塊，單機運行中對保證頻率穩定，在機組并列運行中，就應該用到droop功能，即下降曲線控制方式，另外為了減少因為下降曲線控制帶來的頻率降和實現功率分配，輔助控制電壓(AUX)的重要作用就體現出來了，本文所述PLC控制，就是將PLC產生的控制信號作用于輔助控制端而實現的。

二、機組并列運行的頻載控制方式和PLC控制探討

機組能夠穩定并列運行的一個基本要求是對轉速頻率控制、電壓無功控制采用有差調節， 其實這兩項控制的模式完全一致;為了實現有差調節，頻率閉環控制系統的反饋量疊加有功功率分量K· Pf，圖2就是一個頻率有差調節的框圖， k>0的情況下，控制結果為下降曲線，見圖3所示;顯而易見，曲線3的功率疊加系數大于曲線1的功率跌加系數，所以下垂更加明顯;如果k=0，則轉變為恒頻控制，適合單機運行;假設將頻率返回量乘以系數二，則電機頻率(轉速)為設定值的一半，就可以實現機組怠速運行; 以上所述就是電子調速器的基本原理。如果要對電壓無功進行有差調節，只是將頻率改為電壓，將有功改為無功，由于柴電機組勵磁多采用相復勵不可控勵磁，可以通過多種均壓線方式進行無功分配，且電壓穩定，這里不做過多論述。

柴電機組并列運行的頻載控制方式主要有以下幾種：①全部采用下降曲線，②功率均分或按比例分配，③主調電機法，即設一臺調頻機組，其它機組采用固定功率控制。下面試探討論采用PLC的PID控制、高速計數、模擬量采集和模擬量輸出功能進行機組頻載控制的方法。PLC通過高速計數輸入口計算速度傳感器脈沖數以獲取機組轉速，被控機組功率和所有并列運行機組總功率通過安裝于本機的智能儀表和總電量監視儀表(如圖1中的ME4)變送輸出，當然也可以采用有功功率變送器。

采用下降曲線控制時，可以設置xset = fN-ff(fN為系統額定頻率)，強制xf =0，PLC只是維持系統頻率穩定，功率分配由各調速器調差率決定。雖然沒有實現功率分配功能，但克服了單純采用電子調速器下降曲線控制帶來的頻率偏差。

各機組額定功率相同時，可以采用功率均分控制，以圖1所示系統為例，可將xset設置為(fN-ff )+Pz / 3，xf設置為Pf(Pf為被控機組的有功反饋，Pz為負載消耗功率)，若該機組輸出功率小于功率平均值，則該機組運行曲線上移，斜率不變，機組承擔更多有功;反之機組運行曲線下移，減少有功出力;各機組功率不斷調整，直到實現功率均分;當系統頻率發生變化時所有并列運行發電機組共同調整。各機組額定功率不等時，