【摘 要】本文在分析柴油发电系统的基础上，以保障负荷供电为目标，设计了一套应急柴油发电系统。应急柴油发电系统由柴油机，同步发电机以及励磁系统构成。当电网发生故障无法供电时，应急柴油发电系统迅速启动，保证重要负荷供电，提高可靠性。

　　【关键词】柴油发电；故障备用；可靠性

　　0 引言

　　根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失及影响程度，各用电负荷可分为一级、二级及三级负荷。为避免一级负荷停电时造成重大政治经济损失，应急柴油发电系统作为备用电源是安全系统中的重要换机。当大电网发生故障停电时，应急柴油发电系统必须快速启动，为重要负荷提供电源，保障系统供电可靠性。

　　本文在分析柴油发电系统特性的基础上，建立了柴油发电系统模型，并对柴油机的设计了PI控制器。在matlab/simulink仿真平台上建立了仿真模型，并进行了仿真分析，仿真表明，当电网故障时，柴油发电系统可以迅速启动，保障负荷供电。

　　1 应急柴油发电系统的结构

　　应急柴油发电仿真系统由大电网，柴油机，同步发电机，无功补偿器，控制系统，负载等组成，其中控制系统由励磁控制器、变桨距控制器、柴油机控制器、频率控制器组成。构成示意图如图1所示。系统的工作原理是当大电网正常工作时，柴油机不启动，作为备用电源，以减少燃料消耗和噪音污染。当电网发生故障时，柴油机迅速启动，保障负荷供电。

　　图1 应急柴油发电系统示意图

　　2 系统仿真模型的建立

　　系统仿真模型主要由电网，柴油机，同步发电机，无功补偿器，控制系统，负载等组成，其中同步发电机有高阶、多变量、强耦合的非线性系统，建模与分析难度大，直接利用Matlab/simulink模块库中的电机模型来建立仿真系统的同步发电机模型下面重点介绍柴油机及其控制系统模型的建立。

　　2.1 柴油机

　　式1所示为柴油机的传递函数为[1]：

　　G（s）=■e■

　　式中K为柴油机的增益，T■，T■， T■为时间常数； TD延迟时间。

　　2.2 控制系统

　　应急柴油发电系统的控制系统包括，励磁控制，柴油机控制器等，其中励磁控制使用matlab模块库中的励磁控制模型模拟。根据柴油机的模型可以建立柴油机的控制器，其传递函数为：

　　G（s）=■

　　其中，T■、T■、 T■为控制时间常数，通过柴油机的时间常数和延迟时间确定控制时间常数的最优参数。如图2所示，为柴油发电系统的控制结构图[2]，柴油发电机通过自动电压调节（AVR）模块控制其端口电压，通过调速模块维持发电机转速恒定。主控制单元负责接收中央控制器MGCC的指令，确定有功、无功功率的分配。

　　图2 柴油发电系统控制结构图

　　3 系统仿真

　　根据上述模型及原理，在simulink中建立了各部分的仿真模型并验证正确性后，将各部分组合成一个应急柴油发电系统仿真模型[3]。其结构图如图3所示。

　　图3 应急柴油发电系统仿真模型

　　仿真计算采用0de23tb算法，仿真时间为1s。在0-0.1s时，系统由电网供电，0.1s时系统发生三相接地故障，0.2s后继电保护装置将电网断开，0.3s后柴油发电系统启动，保障负荷供电。图4为系统电压，由图4可以看出，应急柴油发电系统启动后，可以迅速恢复系统电压，保障负荷供电。

　　图4 应急柴油发电系统电压

　　4 结论

　　本文介绍了应急柴油发电系统的组成及原理，分析了当电网故障时，柴油发电系统启动保障供电，提高系统供电可靠性。该系统具有良好的稳定性和适应性，对实际系统的设计和优化具有参考价值。

　　【参考文献】

　　[1]邓赞高，吴必军，何再明.风力与柴油联合独立发电系统仿真研究[J].太阳能学报，2008，29（3）：332-336.

　　[2]郭力，富晓鹏，王成山.独立交流微网中电池储能与柴油发电机的协调控制[J]. 中国电机工程学报，2012，32（25）：70-78.

　　[3]李颖，朱泊立，张威.simulink动态系统建模与仿真基础[M].西安电子科技大学出版社，2004.

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