柴油发电机并网控制装置2026-09-18 08:00:43
1.一种柴油发电机并网控制装置，设置在柴油发电机系统中，其特征在于，该控制装置
包括，市电监控模块、发电监控模块、同期合闸模块、功率管理模块和并网相关硬件；所述市
电监控模块用于实时监测市电的电压、电流、频率、相位和市电断路器分合信号，并将监测
结果传输给同期合闸模块和功率管理模块；所述发电监控模块用于实时监测柴油发电机的
工作参数，并将监测结果传输给同期合闸模块和功率管理模块；所述柴油发电机的工作参
数，包括，发电的电压、电流、频率、相位和发电断路器分合信号，以及柴油发电机的转速、水
温、油温和油压；所述同期合闸模块根据监控模块实时监测的市电和发电的电压、电流、频
率和相位数据，判断是否满足同期并网条件，并在满足条件后发出断路器合闸指令，即同期
并网过程；所述功率管理模块根据监控模块实时监测的各项参数，按照设定的工作模式，进
行柴油发电机实时发电功率的控制和管理；其中，所述设定的工作模式是指在系统启动前
用户根据需求选定的工作模式，包括，发电控制模式、市电控制模式、负载接收模式、自动市
电失效开机AMF模式和孤岛模式五种；所述并网相关硬件，包括，市电断路器、发电断路器、
2.根据权利要求1所述柴油发电机并网控制装置，其特征在于，所述功率管理模块根据
市电监控模块和发电监控模块监测的参数，按照设定的工作模式，进行功率的控制和管理；
包括，当柴油发电机电载入时，控制柴油发电机的实时发电功率实现软加载；当柴油发电机
电解列时，控制柴油发电机的实时发电功率实现软卸载；所述实时发电功率是指发电监控
模块实时监测到的柴油发电机的发电功率；所述软加载是指柴油发电机的实时发电功率由
低到高逐渐增加到设定发电功率；所述软卸载是指柴油发电机的实时发电功率由高到低逐
3.根据权利要求2所述柴油发电机并网控制装置，其特征在于，所述软加载是指柴油发
电机的实时发电功率由低到高逐渐增加到设定发电功率是指当柴油发电机电载入时，以最
小带载功率为初始发电功率；并且，以实时发电功率为基数、以带载斜率为比例、以时间t为
步长，控制柴油发电机的实时发电功率逐步增加，直至达到目标功率；所述软卸载是指柴油
发电机的实时发电功率由高到低逐渐降低到设定发电功率是指当柴油发电机电解列时，以
解列时刻的实时发电功率为初始发电功率；并且，以实时发电功率为基数、以带载斜率为比
例、以时间t为步长，控制柴油发电机的实时发电功率逐步降低，直至达到最小带载功率；
其中，所述实时发电功率是指发电监控模块监测的柴油发电机的实时发电功率；所述
最小带载功率是指柴油发电机载入或解列时柴油发电机的实时发电功率，其值为柴油发电
机额定功率的5‑20％，默认值为10％；所述初始发电功率是指当柴油发电机载入或解列时，
发电断路器合闸或分闸时刻的实时发电功率，其数值与最小带载功率相同；所述额定功率
是指柴油发电机设计和生产时设定的正常工作发电功率；所述带载斜率是指柴油发电机实
时发电功率增加或减少的比例，其值为1‑20％，默认值为3％；所述时间t为0.5‑5秒，默认值
为1秒；所述目标功率是指根据负载电网的需求设定的柴油发电机载入后正常运行时的实
4.根据权利要求2所述柴油发电机并网控制装置，其特征在于，所述设定的工作模式是
指在系统启动前用户根据应用场景选定的工作模式，包括，发电控制模式、市电控制模式、
发电控制模式是指在市电向负载电网供电的情况下，发电载入并以设定功率持续运
行，即恒功率输出模式；此时，柴油发电机的目标功率即为设定功率；当接收到并网指令后，
自动完成柴油发电机的起动并与市电同期并网，并按照设定功率向负载电网供电；当接收
⑦功率管理模块控制柴油发电机的实时发电功率软卸载至最小带载功率，发电断路器
⑧分闸成功后，柴油发电机开启正常停机流程，包括，停机等待、冷机运行、停机怠速和
市电控制模式是指市电电网在负载电网中只承担设定功率，当负载电网实际功率超过
市电设定功率时，柴油发电机载入并以截峰功率持续运行，即截峰模式；所述截峰功率是指
负载电网实际功率与市电设定功率的差值；此模式下柴油发电机的目标功率即为截峰功
率；当负载电网实际功率超过市电设定功率时，在已经接收到并网指令的情况下，自动完成
柴油发电机的起动并与市电同期并网，并按照截峰功率向负载电网供电；当接收到发电解
②当负载电网实际功率超过市电设定功率时，截峰模式启动，柴油发电机自动开机；
⑤功率管理模块控制柴油发电机的实时发电功率软加载至目标功率并持续运行；此模
式下的目标功率是指负载电网实际功率与市电设定功率的差值，即截峰功率；按下式计算：
式中：Pobj为柴油发电机目标功率，P为负载电网实际功率，Pm为市电设定功率；
⑥若负载电网的实际功率发生变化，则目标功率也会随之变化；功率管理模块控制柴
油发电机以软加载或软卸载的方式增加或降低实时发电功率，保证实时发电功率与目标功
⑦正常工作中，若接收到解列指令或者负载电网实际功率小于市电设定功率，截峰模
⑧功率管理模块控制柴油发电机的实时发电功率软卸载至最小带载功率，发电断路器
⑨分闸成功后，柴油发电机开启正常停机流程，包括，停机等待、冷机运行、停机怠速和
负载接收模式是指在市电电网失效的情况下，由多台柴油发电机承载负载电网的负
荷，多台柴油发电机组成的柴油发电机组的发电总功率即为负载电网的实际功率；此模式
下的柴油发电机组的发电总功率与负载电网的实际功率相同，即为总目标功率；当市电电
网失效时，根据负载电网的实际功率确定柴油发电机组内柴油发电机的启动台数、启动顺
序和每台柴油发电机的目标功率；启动首台柴油发电机并软加载至目标功率，启动第二台
柴油发电机并与首台柴油发电机同期并网，且软加载至目标功率；启动剩余的柴油发电机
并与已经启动的柴油发电机同期并网，且软加载至目标功率；在所有需要启动的柴油发电
机均已软加载至目标功率后载入负载电网，并按照总目标功率向负载电网供电；当接收到
②接收到开机指令，根据负载电网的实际功率确定柴油发电机组内柴油发电机的启动
为第n台柴油发电机的目标功率分配比；Pen为第n台柴油发电机的额定功率；
Pen为第n台柴油发电机的额定功率；所述额定功率是指柴油发电机设计和生产时设定的正
⑤启动剩余的柴油发电机并与已经启动的柴油发电机同期并网，且软加载至目标功
⑥在所有需要启动的柴油发电机均已软加载至目标功率后载入负载电网，并按照总目
⑦若负载电网的实际功率发生变化，则总目标功率也会随之变化；功率管理模块控制
⑧若市电电网恢复正常，同期合闸模块执行市电同期并网过程，市电断路器合闸成功
后，进入柴油发电机解列流程；若接收到解列指令，则直接进入柴油发电机解列流程；
⑨对于负载接收模式下的柴油发电机解列流程，以柴油发电机启动顺序的逆序逐台进
行解列，直至首台柴油发电机解列完成；包括，功率管理模块逐台控制柴油发电机的实时发
电功率软卸载至最小带载功率，逐台柴油发电机发电断路器分闸，直至首台柴油发电机发
⑩解列完成的柴油发电机先后执行柴油发电机正常停机流程，包括，停机等待、冷机运
自动市电失效开机AMF模式是指采用单台柴油发电机作为负载电网的备用电源，当市
电失效时，自动开机带载；此模式下的目标功率就是负载电网的实际功率；在市电恢复时，
⑤功率管理模块控制柴油发电机的实时发电功率软加载至目标功率并持续运行；此模
⑥若负载电网的实际功率发生变化，则目标功率也会随之变化；功率管理模块控制柴
油发电机以软加载或软卸载的方式增加或降低实时发电功率，保证实时发电功率与目标功
⑧功率管理模块控制柴油发电机的实时发电功率软卸载至最小带载功率，发电断路器
⑨分闸成功后，柴油发电机执行正常停机流程，包括，停机等待、冷机运行、停机怠速和
孤岛模式是指采用多台柴油发电机构成的柴油发电机组直接向负载电网直接提供电
源，该负载电网没有市电电网连接，柴油发电机组孤立运行；负载电网的实际功率即为柴油
②根据负载电网的实际功率确定柴油发电机组内柴油发电机的启动台数、启动顺序和
为第n台柴油发电机的目标功率分配比；Pen为第n台柴油发电机的额定功率；
Pen为第n台柴油发电机的额定功率；所述额定功率是指柴油发电机设计和生产时设定的正
③若是单台柴油发电机供电，则直接启动柴油发电机并软加载至目标功率，且将该台
柴油发电机的发电断路器合闸；然后，跳转执行步骤(8)；若是多台柴油发电机供电，则启动
⑤启动剩余的柴油发电机并与已经启动的柴油发电机同期并网，且软加载至目标功
⑥在所有需要启动的柴油发电机均已软加载至目标功率后载入负载电网，并按照总目
⑦若负载电网的实际功率发生变化，则总目标功率也会随之变化；功率管理模块控制
发电功率，保证总实时发电功率与总目标功率动态相同；柴油发电机组持续运行，直到接收
⑧若负载电网的实际功率发生变化，则目标功率也会随之变化；功率管理模块控制柴
油发电机以软加载或软卸载的方式增加或降低实时发电功率，保证实时发电功率与目标功
率动态相同；柴油发电机持续运行，直到接收到解列指令，进入柴油发电机解列流程，即步
⑨对于单台柴油发电机解列流程，功率管理模块控制柴油发电机的实时发电功率软卸
载至最小带载功率，发电断路器分闸；对于多台柴油发电机解列流程，以柴油发电机启动顺
序的逆序逐台进行解列，直至首台柴油发电机解列完成；包括，功率管理模块逐台控制柴油
发电机的实时发电功率软卸载至最小带载功率，逐台柴油发电机发电断路器分闸，直至首
⑩解列完成的柴油发电机先后执行柴油发电机正常停机流程，包括，停机等待、冷机运
5.根据权利要求1‑4中任意一项所述柴油发电机并网控制装置，其特征在于，所述同期
合闸模块根据监控模块实时监测的市电和发电的电压、电流、频率和相位数据，判断是否满
足同期并网条件，并在满足条件后发出断路器合闸指令，即同期并网过程；包括：基本电量
采集、基本电量计算、并网过程控制、并网执行判定和结果统计五个方面；步骤如下：
以设定的采样时间周期Tsamp实时采集市电和发电的基本电量；同时，通过捕获市电和
发电的中断信号，测得市电和发电频率的当前周期值Tnew；若市电和发电的连续三个周期
的差值均小于40μs，则最后一个周期为有效周期Tnew；并且，根据有效周期Tnew对采样时间
周期Tsamp进行校正，其校正公式为： 式中，Tsamp为采样时间区间，Tnew为
S21、电压电流的计算：采用离散傅里叶变换，求出电压电流的虚实部，求得电压电流幅
上述各式中，Fs为市电频率，单位为Hz；CPU_Hz为CPU的计数器单位时间的个数，其值为
每秒1000000个，1个计时单位为1μs；Ts为市电周期，单位为μs；Fg为发电频率，单位为Hz；Tg
为发电周期，单位为μs；Tsync为同期操作时间，单位为μs；Ttq为滑差时间，单位为μs；Hc为
滑差，即捕获市电和发电中断信号的时间差，单位为μs；Min(Ts,Tg)是指取Ts和Tg中的较小
值，单位为μs；Tbc为补偿角度时间，单位为μs；Φ为电压的补偿角度，单位为度；3600为圆周
角360°的10倍值；Tt为断路器合闸检测时间，即实际监测到的发出断路器合闸指令到接收
S32、判断同期延时Tdo是否大于设定时间Tfail；是则，转为执行步骤S6；否则，顺序执
S331、判断电压差Usync是否小于等于Vsync；是则，顺序执行步骤S332；否则，转为执行
S332、判断频率差Fsync是否小于等于Fset：是则，顺序执行步骤S333；否则，转为执行
S333、判断相位差Hc是否小于等于 是则，顺序执行步骤S34；否则，转为执行步骤
以实时计算得到的同期操作时间Tsync与上一次断路器合闸的同期操作时间Tsync1的
Hc3、……，实际上是Ts‑Tg的整数倍；故Ttq的计算序列Ttq、Ttq1、Ttq2、Ttq3……，序列
200μs；则当前计算得到的同期操作时间Tsync有效，记为有效同期操作时间T′sync；否则，
判断T′sync+30000μs≥Tmem≥T′sync是否成立，是则，视为断路器合闸条件已满足，即
同期时刻到达；开启合闸时间计时器，清零合闸冲击电流，发出并网断路器合闸指令；否则，
在同期延时未达到设定时间的情况下重新进入同期条件判断流程；其中，T′sync为有效同
期操作时间；Tmem为判断是否满足断路器合闸条件并发出断路器合闸指令的计时器，在采
设定合闸时间内是否收到合闸成功信号；是则，继续执行步骤S5；否则，转为执行步骤
S51、记录合闸时间内的最大电流Max(Ia、Ib、Ic)，且将其视为并网冲击电流；
S52、记录断路器合闸执行时间Tt，即发出断路器合闸指令到接收到断路器合闸成功信
为保证供电的连续性，常采用柴油发电机作为备用电源。当市电电网(通常将市电电网的电
称为市电)出现故障导致断电时，市电断路器分闸，柴油发电机启动，正常运行后，发电断路
器合闸，柴油发电机接入负载电网并持续供电(通常将柴油发电机发出的电称为发电)。当
市电供电不足时，柴油发电机启动，正常运行后，判断市电和发电的电压、电流、频率和相位
等因素是否满足发电断路器合闸条件，在满足条件的情况下发电断路器合闸，发电接入负
载电网并持续供电。当需要多台柴油发电机对同一负载电网提供电源时，则需要先后启动
各台柴油发电机，分别接入负载电网并持续供电(通常将柴油发电机接入电网并持续供电
的过程称为载入)。当市电恢复正常供电后，先将市电接入负载电网并持续供电。市电并网
成功后，柴油发电机卸载至设定值，发电断路器分闸(通常将柴油发电机退出电网并断开连
接的过程称为解列)，柴油发电机停机。显然，当发电并联到市电时、市电并联到发电时或发
电并联到发电时，都涉及到两个电网的并联，需要考虑两个电网的电压、电流、频率和相位
等参数是否满足合闸条件，并在满足条件时进行断路器合闸；通常，将此过程统称为同期并
控制和操作，包括发电的载入和解列也都采用并网控制装置进行控制和操作。同时，并网控
制装置还对柴油发电机的运行进行监控，当柴油发电机出现逆功率，或者油温、油压、转速、
电压、电流过高或过低等情况，并网控制装置对柴油发电机发出保护命令，使柴油发电机完
本发明的柴油发电机并网控制装置，设置在柴油发电机系统中，包括，市电监控模
块、发电监控模块、同期合闸模块、功率管理模块和并网相关硬件；所述市电监控模块用于
实时监测市电的电压、电流、频率、相位和市电断路器分合信号，并将监测结果传输给同期
合闸模块和功率管理模块；所述发电监控模块用于实时监测柴油发电机的工作参数，并将
监测结果传输给同期合闸模块和功率管理模块；所述柴油发电机的工作参数，包括，发电的
电压、电流、频率、相位和发电断路器分合信号，以及柴油发电机的转速、水温、油温和油压；
所述同期合闸模块根据监控模块实时监测的市电和发电的电压、电流、频率和相位数据，判
断是否满足同期并网条件，并在满足条件后发出断路器合闸指令，即同期并网过程；所述功
率管理模块根据监控模块实时监测的各项参数，按照设定的工作模式，进行柴油发电机实
