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

       每個機(jī)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(jī)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(jī)單機(jī)運(yùn)行，Sl斷開，s2閉合，這時本機(jī)組的無功功率均衡電路與其他機(jī)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(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，Sl閉合，s2斷開，2臺發(fā)電機(jī)組無功功率均衡電路連接。假如2臺機(jī)組的調(diào)差特性相同，那么2臺機(jī)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(jī)組的給定值相同，而它們的調(diào)差特性不同，當(dāng)輸出電壓為V 時，它們的無功電流分別為，IQ1和IQ2，當(dāng)IQ1 >IQ2時，2個機(jī)組的無功電流不均衡，發(fā)電機(jī)I均衡電路放大器反向端的電位大于發(fā)電機(jī)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(jī)I均衡電路放大器反向端流向發(fā)電機(jī)Ⅱ均衡電路放大器反向端，結(jié)果使得2臺發(fā)電機(jī)組的均衡電路輸入端失去平衡，發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)I的輸出電壓降低，IQ1減??；發(fā)電機(jī)Ⅱ的輸出電壓升高，IQ2增加。結(jié)果使得2臺發(fā)電機(jī)組的無功電流趨于接近。
       假若2臺發(fā)電機(jī)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(jī)組的無功功率均衡。假若2臺發(fā)電機(jī)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(jī)組的無功功率均衡。發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)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。