应急发电机并网控制回路改进研究

引言

应急发电机并网控制回路作为电力系统安全运行的重要保障，其可靠性直接影响到关键负荷的持续供电能力。现有控制回路在关键环节存在响应滞后的技术缺陷，给重要场所的电力供应带来潜在风险。开展并网控制回路改进研究，对提升应急电源系统的快速响应能力和运行稳定性具有重要工程价值。

1 应急发电机并网现有控制回路结构概述

当前应急发电机并网控制系统主要由机械式继电器和模拟电路构成核心控制架构，其电压检测模块采用电磁式电压继电器实现电网侧与发电机侧的电压幅值比较，频率同步环节依赖离心调速器和机械频差继电器完成粗略匹配，相位同步通过旋转灯光法或指针式相位表进行人工观测，控制回路中的断路器操作机构多为电磁驱动式，配备机械闭锁装置防止非同期合闸，模拟式差频检测电路产生滑差电压控制并网时机，保护部分配置过电流继电器和逆功率继电器等基本保护元件，信号采集系统使用动圈式仪表显示关键参数，整体控制逻辑通过硬接线方式实现，这种传统架构虽然结构简单且维护方便，但存在调节精度低、响应速度慢、参数整定不灵活等固有缺陷，特别是在处理电网电压波动或负载突变等动态工况时表现不佳，难以满足现代电力系统对应急电源快速响应和精确控制的要求，亟待进行全面的技术升级和架构优化。

2 应急发电机并网控制回路改进需求

2.1 系统稳定性提升需求

现有控制回路在动态调节性能方面存在明显短板，当电网出现电压骤升或频率波动时，传统模拟式调节器难以实现快速精准的跟踪控制， 严重影响设备寿命和供电质量，发电机转速控制采用机械离心调速方式， 其响 的调频要求，电压调节环节的 PID参数固定不变，不能适应不同容量发电机 元的死区设置过大，经常错过最佳并网时机造成不必要的等待时间，负载突变 振荡，需要开发具有自适应能力的控制算法来改善动态性能。

2.2 并网操作便捷性需求

传统并网操作流程过于依赖运行人员的经验和技能水平，从发电机启动到完成并网需要经过十余项手动操作步骤，不仅效率低下而且容易发生人为失误，现有操作界面采用分散布置的指针式仪表和按钮开关，关键参数显示不直观且操作指引不明确，给现场人员带来很大困扰，参数设置需要通过物理旋钮和拨码开关进行机械调整，过程繁琐且容易出错，缺乏标准化的操作流程和智能化的辅助决策功能，在紧急情况下难以保证操作的准确性和时效性，亟需开发智能化的自动并网控制系统，集成一键启动和自动准同期功能，简化操作流程降低技术门槛，改进人机交互界面设计，采用图形化显示和触摸操作方式，直观展示系统状态和操作指引，建立标准参数预设库和自适应调整机制，减少现场调试工作量和人为干预环节。

2.3 故障应对能力增强需求

现有系统对复杂故障的识别和处理能力明显不足，保护装置配置简单且动作逻辑固定，无法准确区分瞬时性故障和永久性故障，经常造成不必要的停机，故障检测手段单一，缺乏有效的预警机制和早期诊断功能，等到保护动作时往往已经造成设备损伤，故障记录功能简陋，仅能保存简单的动作信号，无法还原故障全过程的关键参数变化，给事后分析带来很大困难，需要建立多层次的智能保护体系，开发基于暂态特征分析的故障识别算法，实现故障类型的精准判别和分级处理，完善故障录波功能，完整记录故障前后各电气量的波形变化，建立故障知识库和案例库，为运行维护提供决策支持，增强系统自诊断能力，实时监测各功能模块的工作状态，及时发现潜在隐患并给出处理建议。

3 应急发电机并网控制回路改进策略

3.1 通信与接口部分改进

构建基于工业以太网的分布式控制架构，采用光纤通信技术提高信号传输的抗干扰能力，设计标准化的Modbus-TCP 和IEC61850 通信协议栈，实现与上级能源管理系统的无缝对接，关键控制节点采用冗余通信设计，确保在网络异常时仍能维持基本控制功能，优化模拟量输入通道设计，采用 24 位高精度ADC 芯片和数字滤波算法，提高信号采集的精度和稳定性，开关量输入输出模块增加光电隔离和浪涌保护措施，增强接口电路的可靠性，开发多协议转换网关，兼容各类智能传感器和执行器的通信需求，建立统一的时间同步系统，通过IEEE1588精密时钟协议确保各节点的时间一致性，改进本地人机界面设计，采用高亮度工业级触摸屏和模块化显示方案，实现关键参数的直观展示和便捷操作，通过通信架构的全面升级，为高级控制功能的实现奠定坚实基础。

3.2 智能控制算法的应用

开发基于模型预测控制（MPC）的先进并网控制算法， 将电压调节、 频率控制和同期检测等环节纳入统一优化框架，建立发电机组的精细化数 特性 调速特性等因素，提高控制精度，应用自适应模糊控制技术，根据 性能，引入深度学习算法，通过历史数据分析建立故障预测模型 设计多 优化策略，协调电压质量、并网速度和设备安全等不同控制要求，开发基于数 平台，支持控制算法的离线验证和参数整定，建立知识库系统，积累典型工况下的优化控制经验，实现控制策略的持续进化。

3.3 保护与监测模块优化

采用多核 DSP 处理器构建高性能保护计算平台，实现保护算法的并行处理和快速响应，开发基于暂态特征分析的智能保护算法，通过波形识别和模式匹配技术提高故障判别准确性，设计多级保护架构，将预警、限幅和跳闸等功能有机结合，实现故障的分级处理，完善暂态录波功能，配置独立的存储区域连续记录关键电气量波形，建立故障数据分析平台，支持波形重现和特征提取，优化传感器网络布局，增加振动、温度等非电量监测点，实现设备状态的全面感知，引入冗余设计理念，关键保护通道采用三取二表决机制提高可靠性，开发设备健康度评估模型，基于多维监测数据预测剩余使用寿命，通过保护与监测系统的深度优化，构建更灵敏、更可靠的防护体系。

结束语

应急发电机并网控制回路的改进研究需要硬件设计与控制算法的协同优化。未来应进一步探索人工智能技术在并网控制中的应用，通过持续的技术创新提升系统的自适应能力和智能化水平，为电力系统的安全可靠运行提供更完善的应急保障方案。

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作者简介：张春禹（1990.01-）男，汉族，山东临沂人，学士，初级职称，研究方向：电力工程