摘要 針對電動鉆機動力系統(tǒng)即柴油發(fā)電機組的有功功率和無功功率的均衡問題，設(shè)計了一種簡單實用的功率實時檢測及均衡電路。利用功率檢測電路的信號，發(fā)電機各控制單元可對其輸出的電壓和頻率進行調(diào)節(jié)，從而保證發(fā)電機輸出電壓和頻率的穩(wěn)定。
      在鉆井過程中，載荷頻繁變化，發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速和輸出電壓隨載荷波動實時變化。為保證供電頻率的穩(wěn)定和發(fā)電機有功功率的均衡分配，需對柴油機的燃油供應(yīng)量進行控制；為保證發(fā)電機電壓的穩(wěn)定及無功功率的均衡分配，要對發(fā)電機的勵磁電流進行控制。對此，準確地檢測發(fā)電機輸出的有功功率和無功功率，并通過檢測量對發(fā)電機組進行功率均衡控制，是保證電動鉆機動力系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵技術(shù)之一。我們設(shè)計了一種簡單實用的功率檢測及均衡電路，該電路可以實時檢測發(fā)電機輸出的有功和無功功率，通過檢測信號，發(fā)電機組控制器可以對發(fā)電機輸出的電壓和頻率進行調(diào)節(jié)，從而保證發(fā)電機輸出電壓和頻率的穩(wěn)定。同時，設(shè)計的功率均衡電路可實現(xiàn)多機組并網(wǎng)運行時各機組有功功率和無功功率的實時均衡分配。
       發(fā)電機組并網(wǎng)運行時，為提高機組利用率和可靠性，需對并網(wǎng)運行機組進行有功和無功功率均衡，即并網(wǎng)運行機組平均承擔(dān)有功功率和無功功率。筆者以2臺機組并網(wǎng)運行時無功功率的均衡為例，過調(diào)節(jié)發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)，改變機組輸出的無功功率，從而達到并網(wǎng)運行機組無功功率的均衡。下圖給出了2臺機組無功功率均衡電路圖
 

       每個機組無功功率均衡電路主要由放大器、輸入信號控制開關(guān)及其電阻橋組成。如果發(fā)電機工作在怠速狀態(tài)下，由控制系統(tǒng)控制開關(guān)Sl、s2斷開，此時無功功率Q=0，放大器的輸入信號為零，輸出信號也為零，均衡電路對圖1中電壓控制單元不起作用。如果發(fā)電機單機運行，Sl斷開，s2閉合，這時本機組的無功功率均衡電路與其他機組的無功功率均衡電路不連接，放大器的2個輸入電壓相等，輸出信號為零，均衡電路對圖1中電壓控制單元不起作用。
       如果2臺發(fā)電機組并網(wǎng)運行，Sl閉合，s2斷開，2臺發(fā)電機組無功功率均衡電路連接。假如2臺機組的調(diào)差特性相同，那么2臺機組的無功率也完全相等。這時放大器的2個輸入電壓相等，輸出信號為零，均衡電路對圖1中電壓控制單元仍不起作用。假若2臺發(fā)電機組的給定值相同，而它們的調(diào)差特性不同，當輸出電壓為V 時，它們的無功電流分別為，IQ1和IQ2，當IQ1 >IQ2時，2個機組的無功電流不均衡，發(fā)電機I均衡電路放大器反向端的電位大于發(fā)電機Ⅱ均衡電路放大器反向端的電位，由此將有電流L從發(fā)電機I均衡電路放大器反向端流向發(fā)電機Ⅱ均衡電路放大器反向端，結(jié)果使得2臺發(fā)電機組的均衡電路輸入端失去平衡，發(fā)電機I均衡電路反向輸入端電位降低，輸出正電位， IQ1和IQ2相差越大，輸出的正電位越高；發(fā)電機Ⅱ均衡電路則相反。這樣通過各自圖1中的電壓控制單元的調(diào)節(jié)作用，使發(fā)電機I的輸出電壓降低，IQ1減??；發(fā)電機Ⅱ的輸出電壓升高，IQ2增加。結(jié)果使得2臺發(fā)電機組的無功電流趨于接近。
       假若2臺發(fā)電機組的調(diào)差特性相同，而給定值不同，輸出電壓為V 時，他們的無功電流分別為IQ1a和IQ2b，此時， IQa1>IQ2b，同理工作，使2臺發(fā)電機組的無功功率均衡。假若2臺發(fā)電機組的調(diào)差特性和給定值都不相同，均衡電路仍能使2臺發(fā)電機組的無功功率均衡。發(fā)電機組并網(wǎng)運行時，有功功率均衡工作原理與無功功率均衡工作原理相同。