集美航海学院学报12(1)：36~41,1994 Journal of Jimei Navigation Institute DCC无功自动调节装置的研究 王其兴 (电气工程系) 摘要船舶电力系统中并联同步发电机组间无功电流的均匀分配直接影响系统运行的稳定性及 机组的效率。本文通过定量的分析计算，阐述了目前在船舶电站中应用广泛的DC℃无功电流自动 分配装置的调节原理。 关键词船舶电站；无功功率；自动调节 0引言 并联运行的同步发电机组，除各机组承担的有功功率应按机组额定容量成比例分配 外，它们所承担的无功功率也应按机组容量成比例分配，否则将造成以下问题： (1)部分机组电流偏大，部分机组电流偏小，使总的定子铜损加大、效率降低： (2)部分机组电流过载，可能转化为输入滞后无功电流的运行状态。而电流过载将导 致保护电器的动作，从而发生不应有的停电事故。 近年来，随着自动化船舶对电能品质要求的不断提高，自动无功电流分配装置也以 原先的自动调差装置向无功电流的自动分配装置发展以保证高质量的供电品质。 1装置的基本原理 DCC无功电流自动分配装置也称差动横流补偿装置(Differental Cross一Current Compensation Device),是日本三菱公司研制的产品.在并联运行的同步发电机组中，它 既能对机组间的无功环流进行补偿，亦能保证系统稳定运行和良好的电压品质，有效地 克服了普通调差装置在均分无功功率过程中采用牺牲调压精度的办法来换取无功电流稳 定而均衡地分配它的缺陷。目前本装置在民用船舶电力系统中应用广泛。 图1为双机并联系统DCC原理线路，该装置主要由差动电流互感器DCT,差流电阻 R1、R2,电流互感器CCT,电压互感器PT等组成，自动电压校正器AVR(Automatic Voltage Regulator)的输入综合了电压互感器PT输出的电压偏差信号和DCC装置的输 出VR,(或VR,)信号。其输出可控制发电机的励磁电流以达到恒压和均分无功电流的目 的。单机运行时，因为其中一台发电机的主空气开关断开，其常闭辅助触点短接差动电流 互感器DCT。此时，差流电阻R(或R2)上没有电流输出，该装置不起作用，自动电压 校正器AVR仅在电压偏差作用下进行电压调整。 使用DCC无功电流自动补偿装置，其可靠性高、可使并联运行时系统的静态电压调 隆装日：189-6=8 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第1期 王其兴：DCC无功自动调节装置的研究 37 整率几乎与单机运行时相同（士1%以内）。对同容量并联发电机组，无功电流几乎平均分 配；不同容量机组并联运行时，通过调节各机组实际承担的无功功率与按发电机额定功 率（无功功率）分配比例的计算值几乎相等，完全符合《钢质海船建造规范》要求。 A ACB, ACB. 0 CCT: IXCT 1w R32 PT, AVR AVR; G E E G: 图1DCC装置原理图 2计算分析 在不影响计算精度的前提下，我们做以下假设： (1)忽略DCT绕组的漏抗，取 r1=r2=r,R1=R2=R; (2)假设AVR的输入电阻R.>R. 这样图1中的DCC线路则可简化成图2 线路。 2.1不同容量机组并联运行时的调节过程 当不计DCT的激磁支路时，由图2可 得： i-0品i,- 4,i,+R是，i-i) 图2等效电路 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
38 集美航海学院学报 第12卷 =7i+21-0i1-i,) =i,+i,)+2i,-i,) =21-701-1-70i, i%=7i,+1-0i,-i)=合i+i',）+i,-i') =1+70i,-21-7i 15=4,=15=2Rnd,+i,）=21-0i,+i,） 式中：刀=R十，为电压波动改善率，一般取刃=0.05~0.1。 假设K1、K2分别表示发电机电流互感器C℃T1、CCTz的次级绕组匝数对初级绕组匝 数之比（一般取K1、K2之比等于两机容量之比，即K/K2=I/I,),则： i1=i'/K1,i'2=i'z/K2 代入上述各式并经变换可得： i=是kxd+i)+装9+d,-k华k+i们 =是)+台1-0完+i,-x车xd,+i] =)+-+底-x 1 i=是x年x,+i0+装+ld,-xxd+i】 K =是+-定+底,-x ·K+1--,-K, =1·x华x+-02-安d,-x车xD 式中：1=11+2 考虑DCT的激磁支路时，其激磁电流为： i.=+Rxi,-i） =+,R2x定+i,-K本kD 由此可求得环流补偿电阻上的压降及AVR输入端的电压分别为： V=1R·R,VR,=1R,·R VG=v+v8=v'+Va (1) 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第1期 王其兴：DC℃无功自动调节装置的研究 39 Vc,=V'2+V%,=V'+V% (2) 若取K1=K2=K,可作出矢量图如图3所示。 V'n i,+2 (1-)Ri1'-2')/2 (1-n)Ri2'-1')/2 V RI Vc' 图3电压矢量图 因为《，通请环直补偿率K-上01~02，所以，由（）式和 (2)式可求得两机的无功电流分别为： g=w+牛amp+台片+1太Rua-天车Kp K2 w+灭牛Rp+装+1元.in-K华Kp 式中：Ising=I1·sin%十I2·sin%为总的无功负载电流。 由Vc和Vc,的等式可求出二机的无功电流分别为： KK:.Vo-ve I,·si9=K,+K,sinp+K,+K2·R 么：明=天车xp+发 从上式可以看出，本装置具有一般调差装置对无功环流的补偿作用，且当《1时，按 容量比分配的负载电流〈无，车K,K不K·力在CT的次级回路中主要是在DCT 的绕组中流通，基本上不流过环流补偿电阻；而偏离按容量比例分配的环流(I,一 区华K·一K个K,)则主要是从环流补偿电阻上流过，并由此面对其无功分 量产生补偿作用。也就是说，AVR输入端的电压基本上不反映按容量比分配的无功负载 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
40 集美航海学院学报 第12卷 K2 电流(，十K,sin9K,十K,Isin9),而主要是反映两机偏离按容量比分配的无功环 流sn明-sing,.lsnA-KkK1snp, K2 2.2同容量机组并联运行时的调节过程 设K,=K2=K,则有： i=xi+xd-i0=7ki+kd,-D i=7永i+永d,-i0=7+d,-) i。-1-》k V=V+7~R·2永lsin9+R·2永1，sinA-1,sin9） Vg,=v+7:R·太lsin9+R·永sing-1sin9) V=合Wc,+Ve)·7:R·永·sin9 两机电流按容量比均分时，有： i,-KKi.h=Ki i,-i-十K1,-0x-0 此时相当于DCT短路，即图2中a、b两点短接，所以： i=9i=K4K,1 1=?1:=K4Ki 刀 4-i-i。-4-》i,-1-》i,-+ Vo-7R-1-K4KR.i Ve=7R-i:-x+KR.1 VeV+KR.Ising VeV+R.Ising v=合v+veg)-KX+k·1sinp=Ve-KK1sin9 刀·R 7·R 2.3单机调节过程 当只有一台发电机运行时，另一台发电机的自动空气断路器的常闭辅助触点将DCT 的一个绕组短接，此时有： 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第1期 王其兴：DCC无功自动调节装置的研究 41 i=R年2，i=1平2i Vi V=w+平)Ri…sing 由上式可知，差流电阻R上的电压分量Vk对AVR的影响是很小的（因为？《1）。 3结论 由以上定量分析计算可知，本调节装置加在自动电压校正器AVR输入端的是综合 反映各发电机组无功电流偏离按容量比均衡分配的无功环流。 (1)当同步发电机单机运行时，发电机的无功负载电流基本上不反映到AVR中去， 因此，自动电压调整器仅按端电压的偏差进行调节，可以实现几乎无差的静态电压调整 率。 (2)同容量发电机组并联运行时，一且无功电流均衡分配时，电流I'1、I',主流经过 差动电流互感器DCT的绕组；环流补偿电阻上的电流iRiR,和VV,很小，它对电压 校正器AVR的输入信号影响不大，对调压精度影响很小。 (3)不同容量同步发电机组并联运行时，只要选取合适的电流互感器变比K,、K2并 保证使电压波动改善率刀一R十，《1即，《R,就可以在发电机电压特性的下垂度基 本不受影响的前提下，均分无功电流。 参考文献 1陆祥润等.船舶电气实用指南.大连：大连海运学院出版社，1991.237一253 2施亿生等.船舶电站.北京：国防工业出版社，1981.99~103 3朱正鹏.同步发电机并联运行时无功功率的自动分配.船电技术，1983(2)：8~13 A Study of DCC Automatic Reactive Power Regulator by Wang Qixin (Dept.of Marine Electrical Engineering) Abstract The distribution of reactive power of parallel synchronous generators directly affects the stability and efficiency of the electrical power system.Based on a quantitative analysis and calculation,this paper describes the regulating principle of DCC automatic reactive current regulators now widely used in modern ship-board electrical power sta- tions Key Words electrical power station;reactive power;automatic regulating 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net