柴发技术|柴发瞬态反应为什么很重要

一、如何理解瞬态反应(Transient Response)

如果交流电源是来自大电网(如南方电网)，而且用户的变压器容量足够大的话，即使启动几百千瓦的用电设备，通常都不用担心电网的承受能力或者加载的瞬间对电源品质的影响。然而，如果这些负载是施加在一台柴油发电机组上(无论单机容量有多么大，毕竟只是一个有限容量的电源)，就要考虑发电机组承载能力或者加载的瞬间对电源品质的影响了。在机组可承受的、一次性加载的负载量和电源质量影响的程度这两方面，不同型号的发电机组可能表现大不相同。简单来说，采用电子喷油系统柴油机组在这些方面表现得最好！

不管什么时候，一个较大的负载施加在一台发电机组上，都会导致短时间的转速下降(称为Dip)，然后才回到稳定状态。而在卸掉负载时，短时间内转速会上升(称为Overshoot)。因为发电机的频率决定于发动机的转速，所以发电的品质会受到影响(频率越稳定，电源品质越好)。衡量这种暂时转速变化的概念，称为瞬态反应(Transient Response)。

我们先来看看Cat发电机组瞬态反应试验情况，下图是一台2000kW发电机组突加1000kW负载时的试验反应记录。从电脑记录来看，在50%突加负载的冲击之下，频率降仅为4%，大大低于G3标准的要求；频率恢复时间不到2秒，绝对优于G3标准（ISO8528-5 G3规定为频率降7%、恢复时间3秒）。

瞬态反应用“频率变化的百分比”和“持续时间”来衡量(见下图)。从突变到稳定的时间称为“恢复时间(Recovery Time)”，它可能是从1到20秒不等的时间。通常，负载量越大，它所引起的转速降百分比也越大，同时所需要的恢复时间也会越长。

跟过冲相比，通常转速下降会更被重视，因为剧烈的加载可能引起发动机熄火，导致发电机电压崩溃。发电机转子的质量(Mass)有助于维持频率的稳定，但其惯性应该与发动机匹配。这也是选配超规格的(Oversized)发电机的重要原因，它可以减小频率的下降，留出更多的动力去缩短恢复时间。

在影响瞬态反应的因素中，发电机的电压调节系统扮演很重要的角色。“伏特/赫兹”电压调节系统将维持电压与频率间的比例，一个大负载施加于发电机组时，发动机转速和发电机频率将下降，电压也随之下降，这种效果可以减小负载对发动机的冲击，缩短恢复时间。Cat发电机组均采用这一系统。

在柴油发电机组系统中，对瞬态反应影响极大的因素是燃油系统的型式。通常柴油发动机的燃油系统可以分为三个大类：纯机械式、机械(执行器)加电子(调速器)式、完全电子(电脑)式。这三类系统的瞬态反应性能按上述顺序逐步提高。卡特柴油发电机组大多为完全电子化的燃油系统(如C系列、3500B/C/E系列、C175系列等)，拥有优良的瞬态反应性能，是重要负载备用电源系统的最好选择！

二、瞬态反应为什么很重要

由于瞬态反应关系到发电机组供电的质量，接下来我们来看一看Cat电力系统解决方案示意图：

从上图我们可以看到，对于重要的负载，通常由UPS给它们供电，而UPS再由市电或发电机组供电。UPS对电源的质量要求很高，如果UPS的输入频率、电压低于或高于它的允许范围，UPS就会断开输入，造成供电事故。如果发电机组的瞬态反应不够好，在突加负载时产生了过大的频率降和电压降，就容易发生这一类供电事故。

因此，在选择备用发电机组时，瞬态反应是一个重要的考量因素。优良的瞬态反应，意味着突加载时发电机组的频率降和电压降足够地小、恢复时间足够地短，意味着品质更好的电源！