應急發電車自動投切系統原理及配置方法分析

國網河南省電力公司商丘供電公司 李冰心 宋 雷 王東博 黃 鑫 梁祖江

保障可靠的電力供應是供電企業的基本職責，供電企業每年都承擔較多的保電任務。如果采用傳統的應急發電車，則保電人員在操作應急發電車的過程中會占用一定的時間，延長了故障停電時間，故有必要采用應急發電車自動投切系統。本文詳細分析了應急發電車自動投切系統的結構及實現原理，并對應急發電車的容量配置方法進行了闡述。

執行保電任務是供電企業的基本工作內容之一，也關系到供電企業在社會中的形象。采用應急發電車是在保電期間采用的基本手段，當市電線路由于出現故障而無法運行時，此時通過啟動應急發電車，可以繼續保障電力供應。但如果所采用的應急發電車不具備自動投切功能，則保電人員在操作應急發電車開關的過程中，會使得供電恢復的時間變長。采用具備自動投切功能的應急發電車，能夠明顯縮短故障停電時間，降低保電人員誤操作的概率，減少保電人員的操作工作量，提高保電質量。

1 應急發電車自動投切系統

1.1 應急電源的基本類型

應急電源所包括的類型較多，不同類型的應急電源之間的差異較大，故應該根據實際的情況加以選擇，主要的應急電源類型包括移動式發電機、固定式發電機、UPS電源和EPS電源等。本文主要介紹柴油發電機作為應急電源的自動投切系統原理和配置原則。

發電機可以作為應急電源，當主電源因故障無法正常工作時，通過發電機接帶重要的負荷。一般可以采用柴油發電機，使用也較為靈活，其一般由發電機、發動機和控制器等組成。控制器可以實現對供配電系統中的電源的檢測，當檢測當主電源系統存在問題時，則迅速啟動固定式柴油發電機進行發電。在固定式柴油發電機的容量選擇方面，則主要根據該配電區域的負荷情況和配電線路情況，選擇合適容量的發電機，不超過配電區域的允許容量。

1.2 應急發電車自動投切系統具備的主要功能

應急發電車自動投切系統應能實現自動發送停電信息，自動投入應急發電車。當市電恢復正常時，其能夠通過同期并網檢測技術將應急發電車退出運行，同時投入市電，恢復系統的正常運行。此外，該系統應具備監控、保護和統計分析等基本功能，掌握供電系統的運行狀態。當應急發電車的輸出電壓不符合要求時，能夠自動將應急發電車退出運行，保證負載安全。

2 應急發電車自動投切系統的結構及原理

2.1 應急發電車自動投切系統的結構

在應急發電車自動投切系統中，主要包括切換開關、控制柜和應急發電車等，其結構如圖1所示。第一開關連接市電的輸入端，第三開關連接市電的輸出端，第二開關和應急發電車相連。在正常市電的供電狀態下，第一開關和第三開關閉合，第二開關斷開；當市電故障時，第二開關和第三開關閉合，第一開關斷開，此時由應急設備給負載供電。

圖1 應急發電車自動投切系統的結構

在應急發電車自動投切系統中，控制電路是該系統的核心，主要包括單片機、復位電路、脈沖電路和無線通信信號接收和發送模塊等，其中無線收發模塊主要用來自動發送停電信息和供電恢復信息，使得系統維護和檢修人員能夠及時掌握信息。單片機經過控制程序的分析計算，輸出相應的控制策略給控制開關。脈沖電路主要是用來檢測市電的電壓變化情況，根據市電的變化情況，將所檢測到的信號輸入到單片機中。當市電電壓升高時，則脈沖電路產生低電平或者0信號；當市電電壓降低時，此時說明市電線路可能出現了故障，脈沖電路應產生高電平或者1信號，通過這種方式可以判斷市電供電狀態是否正常，單片機控制程序就可以根據脈沖電路所產生的信號對開關進行控制。

2.2 同期并網檢測技術

當市電恢復正常，需要將應急發電車退出運行前先進行同期并網檢測，保證系統能夠正確切到市電供電狀態。通過同期并網檢測技術，可以避免供電系統出現二次停電的情況。

同期并網主要需要滿足的條件包括相序一致、頻率相同、電壓相等、相位相同等，當滿足這些條件時，對電網并列所造成的沖擊也就很小。

對于同期并網技術中的電壓檢測，設應急發電車并網允許的電壓偏差值為ΔUset，當滿足下式(1)時，則電壓檢測符合條件。

式中US和UG分別為待并網的系統電壓和應急發電車電壓的有效值。當滿足下式(2)時，則不允許合閘并網。

如果此時US>UG，則升高應急發電車的輸出電壓，反之等降低應急發電車的輸出電壓，使之符合并網所需的電壓要求。可以采用調節應急發電車勵磁電流的方式，實現對應急發電車輸出電壓的調節。

對于同期并網技術中的頻率檢測，可以采用二分頻的頻率測量方法。交流電壓經降壓濾波并轉換為方波信號后，當出現高電平時則計數，出現下降沿或者低電平時則停止計數。假設計數器的頻率為fc，所計數為N，此時所測量的電壓周期為：

則所測量的頻率值如下式(4)所示，從而實現了對頻率的測量。

如果此時滿足下式(5)，則頻率滿足同期并網的要求。

式中fS和fG分別為待并網的系統電壓和應急發電車頻率值，Δfset為頻率整定值。如果滿足下式(6)，則此時應根據系統頻率和應急發電車的頻率大小關系，調節應急發電車的轉速，從而使得應急發電車的頻率滿足并網要求。

此外如果應急發電車在并網的過程中相位差較大，則容易使得應急發電車出現抖動的情況，給應急發電車的機械結構帶來損傷。故為了滿足應急發電車并網的安全，一般也要求相位差不能超過十度。

3 自動投切應急發電車的容量配置

在大型活動及臨時會場的場合中，采用柴油發電機作為應急電源較為合適。柴油發電機在使用時應該可靠接地，同時加強對柴油發電機的維護，保證當需要采用的時候，柴油發電機能夠可靠運行。以下以某地區柴油應急發電機的容量配置為算例，分析應急電源的容量配置。

對于自動投切應急發電車的容量優化配置的目標函數，可以以柴油發電機應急電源配置的總費用最小為目標函數，具體費用包括柴油發電機的投資費用、降低的停電損失費用和柴油發電機的運維費用等，具體表達式如下所示。

式中：P為單位容量柴油發電機的投資費用，m為配電片區的數目，n為第j個配電片區的柴油發電機數目，Pij為第j個片區提供的第i個柴油發電機應急電源容量；Zij當其為0 時，表示在該片區不配置應急電源，當其為1時，則在該片區配置應急電源；λ為單位容量的停電帶來的經濟損失，ΔPj為降低的第j個配電片區的停電量，μ為單位容量的柴油發電機運維費用。

約束條件為移動發電車的容量約束和柴油發電車個數的限制約束，具體表達式如下所示。

式中：Pmin為該配電片區所要求的最低容量配置。隨著用戶對供電可靠性的要求不斷提高，采用應急電源可以提高供配電系統的供電可靠性，保證不出現供電安全事故。在應急電源的具體配置上，應該根據實際情況加以分析和計算，保證應急電源的配置能夠發揮出最大的作用，提高供配電系統的安全穩定運行水平，同時完成保電等類型的應急任務。

結論：應急發電車在供電企業中得到了廣泛應用，隨著應急發電車技術水平的提高，自動投切功能將能夠逐步應用在應急發電車中。本文詳細分析了應急發電車自動投切系統的基本結構和基本原理，并介紹了具體的容量配置方法，在實際中可以加以應用。