柴發(fā)技術(shù)|柴發(fā)瞬態(tài)反應(yīng)為什么很重要

一、如何理解瞬態(tài)反應(yīng)(Transient Response)

如果交流電源是來自大電網(wǎng)(如南方電網(wǎng))，而且用戶的變壓器容量足夠大的話，即使啟動(dòng)幾百千瓦的用電設(shè)備，通常都不用擔(dān)心電網(wǎng)的承受能力或者加載的瞬間對(duì)電源品質(zhì)的影響。然而，如果這些負(fù)載是施加在一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組上(無論單機(jī)容量有多么大，畢竟只是一個(gè)有限容量的電源)，就要考慮發(fā)電機(jī)組承載能力或者加載的瞬間對(duì)電源品質(zhì)的影響了。在機(jī)組可承受的、一次性加載的負(fù)載量和電源質(zhì)量影響的程度這兩方面，不同型號(hào)的發(fā)電機(jī)組可能表現(xiàn)大不相同。簡(jiǎn)單來說，采用電子噴油系統(tǒng)柴油機(jī)組在這些方面表現(xiàn)得最好！

不管什么時(shí)候，一個(gè)較大的負(fù)載施加在一臺(tái)發(fā)電機(jī)組上，都會(huì)導(dǎo)致短時(shí)間的轉(zhuǎn)速下降(稱為Dip)，然后才回到穩(wěn)定狀態(tài)。而在卸掉負(fù)載時(shí)，短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速會(huì)上升(稱為Overshoot)。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的頻率決定于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，所以發(fā)電的品質(zhì)會(huì)受到影響(頻率越穩(wěn)定，電源品質(zhì)越好)。衡量這種暫時(shí)轉(zhuǎn)速變化的概念，稱為瞬態(tài)反應(yīng)(Transient Response)。

我們先來看看Cat發(fā)電機(jī)組瞬態(tài)反應(yīng)試驗(yàn)情況，下圖是一臺(tái)2000kW發(fā)電機(jī)組突加1000kW負(fù)載時(shí)的試驗(yàn)反應(yīng)記錄。從電腦記錄來看，在50%突加負(fù)載的沖擊之下，頻率降僅為4%，大大低于G3標(biāo)準(zhǔn)的要求；頻率恢復(fù)時(shí)間不到2秒，絕對(duì)優(yōu)于G3標(biāo)準(zhǔn)（ISO8528-5 G3規(guī)定為頻率降7%、恢復(fù)時(shí)間3秒）。

瞬態(tài)反應(yīng)用“頻率變化的百分比”和“持續(xù)時(shí)間”來衡量(見下圖)。從突變到穩(wěn)定的時(shí)間稱為“恢復(fù)時(shí)間(Recovery Time)”，它可能是從1到20秒不等的時(shí)間。通常，負(fù)載量越大，它所引起的轉(zhuǎn)速降百分比也越大，同時(shí)所需要的恢復(fù)時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)。

跟過沖相比，通常轉(zhuǎn)速下降會(huì)更被重視，因?yàn)閯×业募虞d可能引起發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)電壓崩潰。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量(Mass)有助于維持頻率的穩(wěn)定，但其慣性應(yīng)該與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配。這也是選配超規(guī)格的(Oversized)發(fā)電機(jī)的重要原因，它可以減小頻率的下降，留出更多的動(dòng)力去縮短恢復(fù)時(shí)間。

在影響瞬態(tài)反應(yīng)的因素中，發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)扮演很重要的角色。“伏特/赫茲”電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)將維持電壓與頻率間的比例，一個(gè)大負(fù)載施加于發(fā)電機(jī)組時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)頻率將下降，電壓也隨之下降，這種效果可以減小負(fù)載對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的沖擊，縮短恢復(fù)時(shí)間。Cat發(fā)電機(jī)組均采用這一系統(tǒng)。

在柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)中，對(duì)瞬態(tài)反應(yīng)影響極大的因素是燃油系統(tǒng)的型式。通常柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油系統(tǒng)可以分為三個(gè)大類：純機(jī)械式、機(jī)械(執(zhí)行器)加電子(調(diào)速器)式、完全電子(電腦)式。這三類系統(tǒng)的瞬態(tài)反應(yīng)性能按上述順序逐步提高?？ㄌ夭裼桶l(fā)電機(jī)組大多為完全電子化的燃油系統(tǒng)(如C系列、3500B/C/E系列、C175系列等)，擁有優(yōu)良的瞬態(tài)反應(yīng)性能，是重要負(fù)載備用電源系統(tǒng)的最好選擇！

二、瞬態(tài)反應(yīng)為什么很重要

由于瞬態(tài)反應(yīng)關(guān)系到發(fā)電機(jī)組供電的質(zhì)量，接下來我們來看一看Cat電力系統(tǒng)解決方案示意圖：

從上圖我們可以看到，對(duì)于重要的負(fù)載，通常由UPS給它們供電，而UPS再由市電或發(fā)電機(jī)組供電。UPS對(duì)電源的質(zhì)量要求很高，如果UPS的輸入頻率、電壓低于或高于它的允許范圍，UPS就會(huì)斷開輸入，造成供電事故。如果發(fā)電機(jī)組的瞬態(tài)反應(yīng)不夠好，在突加負(fù)載時(shí)產(chǎn)生了過大的頻率降和電壓降，就容易發(fā)生這一類供電事故。

因此，在選擇備用發(fā)電機(jī)組時(shí)，瞬態(tài)反應(yīng)是一個(gè)重要的考量因素。優(yōu)良的瞬態(tài)反應(yīng)，意味著突加載時(shí)發(fā)電機(jī)組的頻率降和電壓降足夠地小、恢復(fù)時(shí)間足夠地短，意味著品質(zhì)更好的電源！