不停电作业的低压电源车并机并网技术研究

不停电作业的低压电源车并机并网技术研究

张省、寇华垒、 李耀文 、王迎

许继三铃专用汽车有限公司 许继集团有限公司

摘要：本文介绍了低压电源车并机并网的工作要求、不停电作业需求以及控制系统设计。以两台低压电源车为例，通过智能控制系统实现了不停电作业，并详细描述了硬件构成、功能需求以及控制系统设计。其中，智能控制系统通过多重逻辑保护功能实现了市电与发电机组的同期同步运行，并保障了用户供电需求。同时，智能健康服务系统实现了设备状态监测与故障预判，确保低压电源车稳定运行。通过测试负载数据验证了系统设计的有效性和稳定性。

关键词：低压电源车；智能控制系统；并机并网；不停电作业

1低压电源车并机并网的工作要求

以2台低压电源车（500kW，400V）为例，由智能控制系统实现并机并网的不停电作业。当市电正常时，通过用户低压柜负荷开关控制市电对负载供电；当市电电压异常或需计划低压配网停电检修时，控制机组并机柜断路器，自动启动低压电源车发电机组，并将负载切换到发电机侧，由发电机组对负载供电。低压电源车并机并网一次单线图如图1所示。

图 1 低压电源车并机并网一次单线图

2不停电作业低压电源车并机并网功能需求

为实现低压电源车与市电无缝接入配电网、确保不停电作业，必须具备多重逻辑保护功能，以监测并调节发电机组和市电的电参数，确保同期同步运行，避免冲击电流损伤设备。同时，多台发电机组的同步并联需要满足相序、相位、电压和频率一致条件，且智能控制器能实现负载自动匹配，保障用户供电需求。智能健康服务系统可建立运行数据库，实时监测并判断设备状态，提供故障保护、矫正和预判功能，确保低压电源车稳定运行。

3低压电源车并机并网控制系统设计

3.1并机并网系统硬件构成并机并网系统

硬件主要由发电机组、智能控制系统、智能健康服务系统构成。通过CP680-IG-CU智能控制器采集市电、发电机组的电压信号、电流及相序信号，比较市电与发电机组的电压和频率以及电压初相角的差别，来调整柴油机的转速和发电机的电压，最终达到发电机组同步并实现并联运行，并联运行后多台发电机组的功率管理通过CAN通讯，实现数据整合，整体控制所有断路器合理一致通断，实现多机并联并网不停电带电作业。

3.1.1智能控制系统

以CP680-IG-CU为核心的智能控制系统，配备负载分配器（IG-PCLSM）、电压控制器（IG-AVR）及通讯部件（IG-COM），不仅具有同步、逻辑保护、并联运行匹配的多机并网功能，还能实现市电并网和发电机组待命状态的多机组并联功能。在与市电并联运行可以不用增加同步装置，实现正向及反向同步、负载及功率因数调节、零线故障控制等，通过通讯接口（RS232/RS485）提供开放式通讯协议（Modbus），实现遥控、遥信、遥测功能，还可实现多种组网方式。

3.1.2智能健康服务系统

该系统在下位机端通过232，485，GPIO，ADC对机组控制器、GPS数据、温湿度传感器、流量计等进行数据采集，在3/4G环境下通过TCP协议与云端服务进行通讯连接与数据传输。云端服务采用定时作业调度服务、消息队列服务、缓存服务，对设备采集数据进行协议解析、故障预警、数据存储及远程命令下发。在PC端、手机端结合可视化图表与GIS地图，实时展示电源车发电机组、故障预警、位置、轨迹等信息。结合数据分析服务，为每次车辆运行提供完善的记录与分析，并提供故障报修、维护计划、车辆培训等售后服务，从而实现对应急发电车的全寿命周期管理。对应急保供电电源车进行智能服务与深度应用，实现从“监测”到“智能服务”的转型，真正做到将电源车“事后故障的处理”变为“事前故障的防控”。

3.2并机并网控制系统设计

该控制系统主要由IM-CU控制器、IG-CU控制器、IG-AVRI模块构成。其中，IM-CU控制器采集市电端相关数据并控制用户低压负荷断路器QF2；IGAVRI模块采集发动机输出电端数据并传输至发电机组相应IG-CU控制器，由IG-CU控制器分别控制机组断路器QF4和QF5，并通过各组IG-CU控制器之间的并机线传输相应的通信数据信息，实现数据整合，整体控制所有断路器合理一致通断。低压电源车并机并网系统保电作业时，根据相关控制器在IG-AVRI模块控制发电机电压、相位、频率与市电网一致的情况下，控制相关支路的断路器，以实现不停电切换，从而实现2台机组并机并网。

3.2.1正向并机并网

市电正常时，用户高压负荷开关QF1和用户低压负荷断路器QF2开关处于合闸状态，市电向用户负载供电，市电并网断路器QF3合闸，市电形成旁路。同时，IM-CU控制器实时检测市电和母线电压、相序及相位，通过CAN通讯传输至IG-CU控制器内处理分析判断。

当检测到市电不正常或需要停电检修时，启动低压电源车发电机组G1，IG-AVRI模块检测并判断发电机组G1的电压和相序是否与IM-CU反馈信息一致，并通过IG-AVRI模块调整整机组电压和频率（与市电同步）及同步相位角后自动延时合闸机组断路器QF4，完成低压电源车和市电正向并网。低压电源车并网后，按IG-CU控制器基数负载值柔性加载至定值后，分断用户低压负荷断路器QF2和市电并网断路器QF3，市电停止供电，低压电源车由并网模式自动转换为孤岛模式全额承担用户负载。当用户负载超过低压电源车G1所提供电量负荷要求时，通过并机线连接上电源车G2，通过低压电源车发电机组G2上的IG-AVRI模块调整整机组电压、频率与市电同步或低压电源车G1输出同步、相位角一致，合闸机组断路器QF5，通过IG-CU控制器自动按负载需求分配多台电源车所承担的负荷。

3.2.2反向并网

当市电正常或恢复供电后，IM-CU控制器检测市电电压、相序、相位角等参数，传送至IG-CU控制器进行分析处理，通过IG-AVRI模块进行调整整机组电压、频率、相位角等参数，满足同期合闸条件后延时合闸市电输入断路器QF3，完成低压电源车与市电反向并网。反向并网后，分闸机组断路器QF4和QF5，低压电源车发电机组G1和G2冷停电，用户负荷通过市电旁路供电，合闸用户低压负荷断路器QF2，带电解除旁路。

4测试负载数据

2台低压电源车采用500kW，400V柴油发电机组，同期合闸瞬间，测试其冲击电流小于2.5倍额定电流，电压差小于5%，合闸相角小于10°，频率差小于0.5Hz，满足带电作业所需条件。通过一段时间试运行，改变负载的大小，再对机组稳态性能进行测试，稳态电压偏差为0.06%～0.14%，稳态频率带为0.31%，电压调制为1.76%，表明在并网过程电压、电流、频率偏差在允许范围内，用户负荷正常运行。

5结束语

低压电源车并机并网系统的设计与实现为电力供应领域带来了重要的技术进步，实现了在市电异常或停电检修时的不停电作业需求，保障了用户的用电需求。未来，随着技术的不断发展和应用，该系统将进一步完善，并为应急电力供应提供更可靠、高效的解决方案。

参考文献：

[1]沈雯晖，黄云程.移动电源车接入低压系统的便携式接入装置研制及应用[J].电工电气，2019，39（8）：74-76.

[2]刘正铭，孙斌，马超，等.2×30kW电源车的研制[J].移动电源与车辆，2013，44（3）：21-24.

[3]雷永桂，许福忠，葛建伟，等.基于10kV中压发电车的不停电作业[J].科技创新与应用，2019，9（31）：65-67，72.

[4]黄克胜.10kV油机在大型数据中心的并机控制与切换方案探讨[J].通信电源技术，2016，33（5）：137-139.

[5]陈扶明，马巍，刘艳，等.300kW野战移动多路供电电源车的设计[J].医疗卫生装备，2019，40（8）：12-15.