摘要： 康明斯发电机组转速的调整由原动机调速器实现，功率频率特性取决于调速器特性。本文阐述单机运行时通过调节弹簧预紧力改变频率的原理，分析有差与无差调速特性在并联运行中的表现，说明负荷转移的操作方法及自动调频调载装置的作用。
一、调速器弹簧预紧力与转速、功率的关系
康明斯发电机组转速的调整是由原动机的调速器来实现的，因此康明斯发电机组的功率频率特性取决于调速器的特性。通过配电盘上的手动调速开关接通伺服电动机进行操作可以将原动机的调速器弹簧事先压紧到一定的程度；预紧力越大，对应的油门开度越大；反之油门开度越小。
1. 弹簧预紧力对油门开度的控制机理
（1）预紧力与油门的正相关关系。调速器弹簧的预紧力直接决定了油门的初始开度。预紧力越大，弹簧对调速器杠杆的推力越大，油门开度相应增大，喷油泵的供油量增加；预紧力减小则油门开度减小，供油量减少。
（2）预紧力调整的操作方式。通过配电盘上的手动调速开关接通伺服电动机进行操作，可以精确地改变弹簧预紧力。操作人员可根据负荷变化情况，手动或自动地调整预紧力，以适应不同的运行工况。
2. 预紧力调节对功率和频率的双重作用
（1）保持频率不变时增加功率。如果需要保持转速（频率）不变而加大输出功率时，可以加大弹簧预紧力，此时油门加大，输出功率也就增加。
（2）增加转速时的调节方式。同样要求增加转速（频率），也应加大预紧力，使油门加大，转速升高。
（3）预紧力调节的综合效应。加大预紧力可以使输出功率增加，也可以使频率升高，而减小预紧力则使输出功率减少，也可以使频率降低。
3. 负载突变时调速器的自动调节过程
（1）稳态平衡状态。当柴油机输出的功率与康明斯发电机组的负载功率平衡时（不计损耗），机组将作匀速运转，频率稳定在某一值上。设计时已将调速器的弹簧预紧力整定在使机组的转速正好等于额定转速，由调速器进行自动调节。
（2）负载增加时的调节过程。若负载突然增加，由于油门还来不及改变，原动机发出的机械功率将低于负载实际的功率，机组减速，频率逐渐下降。调速器进行自动调节使油门加大，柴油机发出的功率逐渐增加，当原动机功率增加到与负载功率重新平衡时，自动调节完毕进入匀速运转，但新平衡状态的转速比原来的转速低了。
（3）负载减小时的调节过程。同样若负载减小时，调节完成后的新转速将比原来的转速要高些。
二、调速器的静态调速特性与单机频率调整
在调速器自动调节时，机组的转速n（或频率f）与输出有功功率P之间的关系，称为调速器的静态调速特性，如图1所示。
1. 有差调速特性与无差调速特性
（1）有差调速特性。图1中曲线1为调速器的调速特性。因为转速n（或频率f）是随负荷有功功率P的增加而下降，所以称为下倾的有差调速特性。船用康明斯发电机组调速器一般均采用有差特性。
（2）无差调速特性。如果转速不随负荷有功功率而变化，则称为无差调速特性，如图中曲线2所示。无差特性在单机运行时可使频率保持恒定，但在并联运行中存在问题。
（3）两种特性的比较。有差特性适用于需要稳定并联运行的场合，无差特性仅适用于单机运行或作为调频机组使用。
2. 单机运行时频率的手动调整
（1）有差特性下频率的波动。当发电机的负荷功率变化时，由于调速器的作用，能自动地调节油门的大小，从而维持康明斯发电机组的转速（频率）在一定范围内，但因为是有差特性，所以频率并不是恒定的。
（2）手动调整的方法。若希望维持额定频率，还需适当地手动调节调速器弹簧的预紧力，改变油门的大小。反映在坐标平面上就是人为地将调速特性曲线作上、下平移，如图2所示。
（3）调整方向与效果。在同一负载下欲使频率升高，则应加大弹簧预紧力，将油门加大，整个曲线1将向上平移到曲线2；若减小弹簧预紧力，则特性向下平移，如图中的曲线3。
 图1 调速特性 |
图2 单机运行时频率的调整 |
三、并联运行时调速特性与有功功率分配
并联运行康明斯发电机组间有功功率的分配，与两台康明斯发电机组所具有的频率功率特性有关，如图3所示。
1. 两台有差特性机组的并联
（1）稳定交点与初始功率分配。如图3（a）所示，两台机组都具有有差调节特性。并联运行时两特性曲线有稳定的交点A0，此时所对应的频率为额定频率fN，1号发电机和2号发电机承担的有功功率分别为P1和P2，并且P1＝P2。
（2）负荷变化时的自动分配。当系统的有功功率增加ΔP时，频率下降为f1，两机组分别运行在A1和A2点，各自承担功率为P′1和P′2，且P′1≠P′2。因此有差特性的机组并联运行，随电网负荷的变化能够自动、稳定地分配有功功率，使两机组稳定的并联运行。
（3）功率按容量成比例分配的调节方法。但由于特性曲线的斜率不一致，因此功率不能按容量成比例分配。若适当的通过手动或自动调节两台机组的油门，将特性曲线1和2分别适度地向上平移，使负荷均匀分配，频率f＝fN。
2. 两台无差特性机组的并联
（1）并联运行的不稳定性。如图3（b）所示，两台机组均具有无差调节特性，电网频率保持不变。两台并联运行的机组有无数个交点。
（2）扰动导致功率转移的不可逆性。只要稍有扰动，就会使一台机组功率增加、油门加大，另一台机组的功率减少、油门减小。这种无法逆转的趋势，很快使一台机组过载，而另一台机组成为电动机运行，因此不能稳定地并联运行。
3. 一台有差与一台无差特性机组的并联
（1）负荷变化时的功率分配特点。如图3（c）所示，系统的频率保持不变。但当负荷变化时，具有有差特性的发电机所承担的有功功率不变，而负荷的变化量将全部由具有无差特性的发电机来承担。
（2）适用场景分析。这种配置适用于需要维持频率恒定且负荷变化主要由一台机组承担的特殊场合，但不适合作为常规并联运行方案。
4. 功率按容量成比例分配的条件与要求
（1）特性曲线斜率一致的要求。要使两机之间的功率能够按容量成比例分配，只有两特性曲线的斜率一致。
（2）下降率的推荐范围。由于调速器特性总是存在一定的差别，为了使电网频率不致随负载变化过大，又要使功率稳定的分配，特性曲线的下降率应在3％左右，不超过5％，以保证有功分配偏差在10％以内。
图3 不同调速特性发电机的并联运行
四、负荷转移操作与自动调频调载
1. 并联机组间负荷转移的手动操作
（1）初始状态与目标。负载的转移过程如图4所示，假设电力网上已有一台发电机带负载P在运行，频率为fN。第二台机组并入后，还处于空载状态。现需要将负荷的一半转移给第二台机组。
（2）手动操作的方式。若没有自动负荷分配装置，就必须由手动来调节。为保持电网的频率稳定，在转移负载时，必须同时向相反方向调节两机组的调速控制开关。
（3）具体操作步骤。针对上述情况，需增大2号康明斯发电机组的油门，使特性曲线2向上平移到特性曲线②，同时减少1号康明斯发电机组的油门，使特性曲线1向下平移到特性曲线①，并与曲线②交于C点。两特性曲线①和②的交点C说明两台机组的频率均为fN，而两台机组各自分担的功率均为P1/2。以后在负荷变动时，由调速器自动稳定功率分配，并调节电网频率。
2. 解列操作中的负荷转移
（1）解列前的负荷转移要求。当两台康明斯发电机组并联运行需解列一台时，也应同时反向调节原动机的调速控制开关。在电网的频率保持不变的情况下，将负荷全部转移至运行的机组。
（2）解列时机。当需解列的机组的有功功率接近为零（在额定功率的5%左右）时，将该发电机的主开关断开。
3. 功率分配偏差的调整
（1）偏差调整的操作方法。在并联运行中若出现功率分配偏差较大时，也要按上述操作，使两台机组各自分担的功率按发电机容量比例均匀分配。
（2）电网频率偏离时的调整。如果出现电网频率偏离额定值时，可同时向同方向操作两机组的调速开关，使频率上升或下降。
4. 自动调频调载装置的作用
（1）装置的基本功能。备用电源同步发电机并联运行时，其调速特性为有差特性，当负荷变化时，虽然有调速器，但电网的频率仍会发生变化，而且由于两机组的调速特性不可能做到完全一致，两机组的有功功率分配也不均匀。因此要维持频率恒定和有功功率分配均匀，必须进行再次调节。自动调频调载装置是协助原动机调速器对电网电压的频率和有功功率进行调整的装置。
（2）主要作用。在并联运行时使系统总的有功功率按并联运行机组容量成比例进行分配，而保持电网频率恒定；在接到解列指令时，能自动进行负荷转移，然后才使解列的发电机脱离电网。
图4 负荷转移图
总结： 有差调速特性是柴油发电机组并联运行稳定性的基础，其下倾特性使负荷变化时功率能够稳定分配。无差特性机组并联时无法稳定运行。负荷转移时需反向调节两机组油门，解列时机组功率应接近零。自动调频调载装置可协助维持频率恒定并按容量比例分配有功功率。
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