矿用电动轮自卸车柴发机组并网方案设计

陈雪亮，姜钰梁



矿用电动轮自卸车柴发机组并网方案设计

陈雪亮，姜钰梁

（武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）

以矿用电动轮自卸车上使用的双柴发机组为例，提出了柴发机组并网的两种方案。在分析两种方案利弊的同时，详细介绍了直流母线并网的设计。此设计可为多柴发机组并网提供解决方案。

柴发机组 直流母线 并网

0 引言

随着电力电子技术被广泛地应用于各个工业领域。非公路用大型运输车辆传动技术发生了日新月异的变化，电动轮自卸车作为其中一员，随着传动系统的整体升级改造，主要配件国产化的趋势势不可挡。本文主要针对国内某新型多轮传动矿用电动轮自卸车的系统特点进行分析，提出了自卸车双柴发机组并网发电的两种具体实现方案，并对其进行分析比较。

1 设计背景简介

某矿用电动轮整车具备两台柴发机组，并采用16×16多轮全动力结构，按轴线从前向后的方式分为5组。其中，第一轴线的车轮无动力输出，只起到导向作用；第二、四轴线的牵引电机由A母线供电；第三、五轴线的牵引电机由B母线供电。当两柴发机组同时工作，出于系统需求，要实现两发电机间的负荷均衡，并保证整车动力的平衡输出。

由于孤立电网中，发电机的有功功率、无功功率、功率因数取决于负载，所以调节发电机励磁，既可以改变发电机的有功功率，又可以改变发电机的无功功率[1]。故采用并网的方式，将所有负载看做一个整体，由两个柴发机组同时为所有牵引电机供能，经由两个励磁调节器间的通信来调整两个柴发机组的输出，以此来实现整车输出总功率的均衡分配[2]。

2 交流并网方案

2.1 交流并网结构介绍

系统结构如图1所示，两个柴发机组输出端分别装有2个熔断器(FU1、FU2)，再经过整流装置分别为A、B机组牵引电机供电。其中，A、B交流母线可以通过母联开关K实现交流并网；A、B直流母线电气上隔离。

交流母线并网运行必须具备如下条件：

1)电压大小一致，波形相同；

2)相位相同；

3)频率相同；

4)相序一致。

以上四个条件需同时满足。如果任何一个条件不满足，将在发电机之间产生短路环流，造成发电机绕组过热，甚至烧毁。故在并网之前，需要对2台发电机的输出电压进行严格监控，并防止人为误操作对整车系统造成恶劣的影响。

2.2 交流母线并网具体实现方案

将两台发电机输出电压调节到符合并联条件后，通过母联开关K3实现并网。其中，发电机输出的电压值由发电机励磁调节器控制；发电机输出电压频率通过柴油机调速器EFC对柴油机转速控制来实现；发电机输出电压波形由发电机负载决定，本系统中仅需考虑整流负载引起的发电机输出波形畸变；发电机输出电压相序由发电机厂家在制造时决定，并保证发电机输出电缆的正确接线。

方案的具体实现：

将两台柴发机组正确接线，并校好相序；

启动一号柴发机组，使其正常工作在额定电压、额定频率下；

启动第二号柴发机组，将已投入运行的一号机组做为基准，对二号机组进行调节。其中，输出电压频率通过改变发动机转速来进行调节；输出电压大小通过改变发电机励磁来进行调节。

等待两台发电机的大小、频率和相位一致时，闭合母联开关K，实现交流母线并网。

其中，并网条件是否已达成可通过电压表、转速/频率表等测试仪表来观察。

3 直流母线并联方案

3.1 直流并网结构介绍

系统结构如图2所示，两个柴发机组输出经过整流装置共同为所有牵引电机供电；A、B直流母线可以通过母联开关K实现直流并网。其中，A、B交流母线电气上隔离。

为了减小系统运行时的电压波动，并且在负载需要周期性峰值电流时，系统可以短暂提供较大的电流来维持稳定输出，系统中存在较大容值的直流支撑电容。故在两直流母线并联时，A、B直流母线的电压差不宜过大，否则易造成支撑电容的损毁[3]。故在并网之前，需要对两组直流母线之间的电压差进行严格监控，并适当增加硬件安全保护措施，防止因控制信号收到干扰导致的误操作对整车系统造成恶劣的影响。

3.2 直流母线并网具体实现方案

直流母线并网电路结构如图3所示，A+和A-、B+和B-之间分别装有电压检测器TV1、TV2，TV1和TV2连接至电压比较继电器KV，A+和B+母线之间安装直流接触器KM，并网控制继电器KA和KM连接，A-和B-母线之间安装保护用熔断器FU。为防止KM在两组直流母线电压值相差过大时误导通，采用直流母线电压比较环节以保证器件的安全运行：将两组直流母线电压传感器TV1、TV2的采样值接入电压比较继电器KV中，整车发送并网信号至KA，当且仅当A、B直流母线电压差值在允许值以内，比较继电器KV闭合，此时直流接触器KM导通，系统实现直流母线并网。

4 母线并联方案比较

方案一：对于系统而言，增加设备较少，主要操作由励磁调节器和整车控制器来实现，但是对控制精度的要求较高，对司机提出了更高的操作要求，且由于发电机输出绕组不隔离，在实际使用过程中产生的风险较高。方案二：将发电机和整流装置看做一个整体，控制简单。其中，发电机输出绕组相互隔离，不存在环流问题，无需考虑两台发电机的电压、频率、相位、相序关系[4]。

5 结论

基于以上分析及说明，经与甲方协商决定采用直流母线并联的方案。系统具备试验条件后，在甲方联调试验现场，开展了该部分的调试试验。针对整车系统的实际情况，选取1200 rpm、1500 rpm、1700 rpm、1900 rpm四个特征转速点进行并联负载试验，试验结果表明：两机组基本可以做到负荷均衡，功率/电流偏差均可以控制在5%以内。实验结果达到预期值，为整车可靠运行提供了强有力的保障。

[1] 黄建明. 直流模块式光伏并网控制系统设计与实现[J]. 电工电能新技术, 2014, (04): 26-31.

[2] 章心因，吴在军，郝思鹏，程桂林. 风力发电直流并网及变速直流发电系统运行控制研究[J]. 电测与仪表，2012,10：60-64.

[3] 王常骐，郭家虎. 风电场直流并网的拓扑结构研究[J].电网技术, 2014, (11)：3065-3071.

[4] 王赛一，华月申.基于微网的分布式风光储系统并网典型方案研究[J]. 上海节能, 2016,(03):160-170.

Grid-Connected Plan of Diesel Generator Set for Motor Wheel Mine Dumper

Chen Xueliang, Jiang Yuliang

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

TM314

A

1003-4862（2017）03-0019-02

2016-09-15

陈雪亮（1984-），男，工程师。研究方向：控制理论与控制工程专业。