CN103321767A - 发电用发动机的控制方法、装置及发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发电用发动机的控制方法、装置及发电设备，其中，发电用发动机的控制方法包括：获得发动机转速基础设定值；利用载荷反馈和并网转速微调量修正所述发动机转速基础设定值，获得发动机转速最终设定值；计算所述发动机转速最终设定值与发动机实际转速的转速差值；将所述转速差值转化为扭矩；将所述扭矩转换为最终喷油量。使用本发明提供的发电用发动机的控制方法，可以轻松实现多台发电设备的并网、解列及载荷比例分配。

Description

发电用发动机的控制方法、装置及发电设备

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别地，涉及一种发电用发动机的控制方法、装置及发电设备。

背景技术

随着排放法规日益严格和人们对环境的保护意识的增强，现阶段应用在发电设备的电子调速器配机械泵发动机，已经不能适应市场的需求。在此背景下，应用电控发动机的发电设备应运而生。该发电设备具有以下的优点：1）发动机运转平稳，机组稳态调速率小；2）机组突加载荷时，反应灵敏，瞬态调速率及稳定时间都好于电调式机械泵；3）具有良好的燃油经济性，排放达到国际水平。

现阶段，发电用电控发动机配备的电控系统主要是针对道路用发动机开发的控制系统，因应用领域不同，现有的发动机电控系统不能完全适用于发电用发动机的运行工况，所以在前期的匹配过程中遇到了很大的困难。

目前应用在发电设备中的电控发电机组的发动机控制模式主要有两种，一种是恒转速控制模式（N-Governor），另外一种是封发动机外特性喷油量的模式。

恒转速控制模式（N-Governor）常用在单机发电机组的电控发动机，在该应用模式下，负载在许可范围内无论如何变化，发动机都维持在某一恒定的转速。但N-Governor只能用于单机发电机组，应用在单台发电设备。因其转速恒定，不能进行调节，所以无法解决多机的解列、并车及载荷的平均分配问题。

封发动机外特性喷油量的模式，是通过模拟传统电调式的机械泵调速原理，外特性喷油量曲线封成斜线，实现发电机组的调速特性。在这一模式下，发动机在某一范围内的转速是可调的，比如1500r/min到1530r/min转速范围内可调。使用封发动机外特性喷油量的模式，在调速段时，由于受到高低怠速干预和油量变化剧烈等多方面的影响，当转速有轻微的变化，就会引起喷油量剧烈变化，导致转速波动较大，控制不稳。虽然应用该模式的发电机组能够并网，但一致性难以保证，多机解列、并车和载荷的平均分配也存在问题。

总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何控制发动机的转速，促使发电设备能够正常并网、解列，并实现多台发电设备并网后载荷的平均分配。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种发电用发动机的控制方法，能够控制多台发电设备轻松并网、解列及载荷平均分配。

为了解决上述问题，一方面提供了一种发电用发动机的控制方法，包括：获得发动机转速基础设定值；利用载荷反馈和并网转速微调量修正所述发动机转速基础设定值，获得发动机转速最终设定值；计算所述发动机转速最终设定值与发动机实际转速的转速差值；将所述转速差值转化为扭矩；将所述扭矩转换为最终喷油量。

优选的，所述获得发动机转速基础设定值的步骤具体为：根据油门踏板开度查询转速设定值一维曲线，得到所述发动机转速基础设定值。

优选的，所述利用载荷反馈和并网转速微调量修正所述发动机转速基础设定值获得发动机转速最终设定值的步骤具体包括：由发动机负荷参数获得载荷修正转速；由旋钮微调量查询并机微调修正转速一维曲线获得微调修正转速；所述发动机转速基础设定值与载荷修正转速、微调修正转速相加，得到所述发动机转速最终设定值。

优选的，所述发动机负荷参数包括：载荷输入值、喷油量、发动机负荷率。

优选的，所述由发动机负荷参数获得载荷修正转速的步骤具体为：

根据油门踏板开度查询载荷修正转速一维曲线得到稳态调速率项K；

载荷输入值乘以所述稳态调速率项K得到载荷修正转速。

优选的，所述将所述转速差值转化为扭矩的步骤具体为：对所述转速差值进行比例-积分-微分计算，获得扭矩。

对应的，本发明实施例还提供了一种发电用发动机的控制装置，包括：

发动机基础设定值获取模块，用于获得发动机转速基础设定值；

发动机转速最终设定值计算模块，用于利用载荷反馈和并网转速微调量修正所述发动机转速基础设定值，获得发动机转速最终设定值；

转速差值计算模块，用于计算所述发动机转速最终设定值与发动机实际转速的转速差值；

扭矩输出模块，用于将所述转速差值转化为扭矩；

喷油量计算模块，用于将所述扭矩转换为最终喷油量。

优选的，所述发动机基础设定值获取模块获得发动机转速基础设定值的具体过程为：

根据油门踏板开度查询转速设定值一维曲线，得到所述发动机转速基础设定值。

优选的，所述发动机转速最终设定值计算模块具体包括：

载荷修正转速获取单元，用于由发动机负荷参数获得载荷修正转速；

微调修正转速获取单元，用于由旋钮微调量查询并机微调修正转速一维曲线获得微调修正转速；

发动机转速最终设定值计算单元，用于将所述发动机转速基础设定值与载荷修正转速、微调修正转速相加，得到所述发动机转速最终设定值。

优选的，所述发动机负荷参数包括：载荷输入值、喷油量、发动机负荷率。

优选的，所述载荷修正转速获取单元具体包括：

第一子单元，用于根据油门踏板开度查询载荷修正转速一维曲线得到稳态调速率项K；

第二子单元，用于将载荷输入值乘以所述稳态调速率项K得到载荷修正转速。

优选的，所述扭矩输出模块，具体用于对所述转速差值进行比例-积分-微分计算，获得扭矩。

此外，本发明还提供了一种发电设备，包括发电机、为所述发电机提供动力的发动机，所述发动机包括上述任一所述的发电用发动机的控制装置。

与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有以下优点：

本发明实施例提供的发电用发动机的控制方法通过载荷反馈和并网转速微调量修正发动机转速基础设定值确定发动机最终转速设定值，实现当发动机载荷增大时，载荷修正转速变小，输出的发动机最终转速设定值降低。这样载荷会转移到另外一台载荷小的发电机组，反之，当发动机载荷减少时，载荷修正转速变大，输出的发动机最终转速设定值提高；进而实现载荷的自动平均分配。

通过提高或降低发动机最终转速设定值，最终反映在发动机转速上，从而在并网时，可以对发电机组的相位及发电频率进行调节，使发电机组顺利实现并网及解列。

可见，使用本发明提供的发电用发动机的控制方法，可以轻松实现多台发电设备的并网、解列及载荷比例分配。

附图说明

图1是本发明发电用发动机的控制方法实施例的示意图；

图2是本发明获得发动机转速基础设定值步骤的流程示意图；

图3是本发明获得最终发动机转速设定值步骤的流程示意图；

图4是本发明获得发动机最终转速设定值的逻辑示意图；

图5是本发明发电用发动机的控制装置实施例的示意图；

图6是本发明发动机转速最终设定值计算模块的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种发电用发动机的控制方法，尤其适用于发电设备中的电控柴油发动机。

参照图1，示出了本发明发电用发动机的控制方法实施例的示意图，包括：

步骤1、获得发动机转速基础设定值V₀；

步骤2、利用载荷反馈和并网转速微调量修正发动机转速基础设定值V₀，获得发动机转速最终设定值V；其中，上述并网转速微调量可以通过微调旋钮的调节获取。

步骤3、计算发动机转速最终设定值V与发动机实际转速V′的转速差值ΔV；即

△V=V′-V  公式（1）

步骤4、对转速差值ΔV进行PID(比例-积分-微分)计算，获得扭矩T；

步骤5、将扭矩T转换为最终喷油量M。

优选的，参照图2所示的获得发动机转速基础设定值V₀的示意图，步骤1可以具体为：根据油门踏板开度查询转速设定值一维曲线即转速设定值CUR，得到发动机转速基础设定值V₀。

图3示出了获得最终发动机转速设定值步骤的流程示意图，上述步骤2可以具体包括：

步骤21、由发动机负荷参数获得载荷修正转速V₁；上述发动机负荷参数可以包括：载荷输入值、喷油量、发动机负荷率。

步骤22、由旋钮微调量查询并机微调修正转速CUR获得微调修正转速V₂；其中，上述旋钮微调量的实施主体可以是旋钮类开关，也可以是电控加减开关。

步骤23、发动机转速基础设定值V₀与载荷修正转速V₁、微调修正转速V₂相加，得到发动机转速最终设定值V。可采用公式（2）表示如下：

V=V₀+V₁+V₂  公式（2）

其中，V表示发动机转速最终设定值；V₀表示发动机转速基础设定值；V₁表示载荷修正转速；V₂表示微调修正转速。

具体地，若上述发动机负荷参数具体为载荷输入值，则，根据载荷输入值获得载荷修正转速V₁的步骤具体为：

步骤一、根据油门踏板开度查询载荷修正转速CUR得到稳态调速率项K；K一般为负值。

步骤二、载荷输入值乘以稳态调速率项K得到载荷修正转速V₁。

图4示出了获得发动机最终转速设定值的逻辑示意图，进一步详细地示出了上述各步骤之间的逻辑关系。

可见，发电设备的电控发动机采用本发明实施例提供的控制方法，利用载荷反馈和旋钮微调量来修正基础转速设定值，输出转速最终设定值，实现当发动机载荷增大时，载荷修正转速变小，输出的发动机转速最终设定值降低；反之，当发动机载荷减少时，载荷修正转速变大，输出的发动机最终转速设定值提高；具有转速控制稳定、抗干扰能力强等特点，当遇到载荷冲击时，能够迅速调整转速到目标值。无须外加控制器，即可根据载荷反馈实现并网发电机组的载荷比例分配。

通过旋钮微调量，可以提高或降低发动机转速设定值，最终反映在发动机转速上，从而在并网时，可以对发电机设备的相位及发电频率进行调节，使发电机组顺利实现并网及解列。

下面以两台转速基础设定值V₀为1530转、满载荷运行时输出扭矩为2000Nm的发动机带动的发电机组为例，说明采用本发明提供的发电用发动机的控制方法实施例实现发电机组并网、解列及载荷转移、平均分配的过程。

首先简单解释一下发电机组并网、解列的概念。其中，发电机组并网：通过发电机组出口开关的合闸，把发电机组和电网或者另一台正在发电的发电机组连接起来，让电能输送出去。

发电机组解列：通过发电机组出口开关的分闸，把发电机组与电网或者另一台正在发电的发电机组断开。

具体过程如下：

将第一台发动机带动的发电机组油门拉到100%，由油门踏板开度查询转速设定值CUR得到当前转速基础设定值V₀为1530。满载荷运行时发动机的输出扭矩为2000Nm，通过载荷修正转速CUR查得的修正系数K为-0.015，则载荷修正转速V₁=2000×（-0.015）。微调修正转速V₂为0（初始位置）。根据上述公式（2）可知发动机最终转速设定值V为：1530+2000×（-0.015）+0=1500。

现在需要将第二台发动机带动的发电机组并网，并网的条件为：a.转速相当即发电机频率相当；b.相位相当。

并网过程如下：启动第二台发动机带动的发电机组，油门同样拉到100%，即由油门踏板开度查询转速设定值CUR得到当前转速基础设定值V₀为1530。由于此时还未加负载，扭矩为0Nm。K的系数同样通过查询载荷修正转速CUR得知为-0.015，则载荷修正转速V₁=0×（-0.015）。转速微调旋钮处于初始位置0处；那么当前的设定转速为1530。为了满足并网的条件，需将并网转速微调量调为-30，那么两台发电机组转速相当，即频率相当。如果此时相位不一致，再微调转速微调旋钮，当相位基本一致时，把转速微调旋钮再调至-30，则并网的条件全部满足，合闸，并网成功。

为了载荷的平均分配，需再将转速微调旋钮调至初始位置0处，则载荷慢慢转移至第二台发电机组，譬如200Nm的载荷转移至第二台发电机组，则第一台发电机组转速升至1530+1800×（-0.015）+0=1503，第二台发电机组的转速从1530降至1530+200×（-0.015）+0=1527。由于还存在转速差，载荷继续转移，当1000Nm的载荷转移至第二台发电机组时，那么第一台发电机组转速升至1530+1000×（-0.015）+0=1515，第二台发电机组从1530降至1530+1000×（-0.015）+0=1515。此时，载荷已经平均分配，不存在转速差，载荷也不再转移，那么载荷平均分配成功。

当载荷较小时，需要解列，相反的操作过程便是解列的详细过程，此处不再详述。

需要说明的是，实施转速微调量的上述转速微调旋钮可以是旋钮类开关，也可以是电控加减开关等。

对应的，本发明还提供了一种发电用发动机的控制装置实施例，参照图5所示的发电用发动机的控制装置实施例的示意图，包括：

发动机基础设定值获取模块51，用于获得发动机转速基础设定值；

发动机基础设定值获取模块51获得发动机转速基础设定值的具体过程为：根据油门踏板开度查询转速设定值一维曲线，得到发动机转速基础设定值。该模块内部电路的逻辑关系如图2所示，输入油门踏板开度，经过查询转速设定值CUR，输出发动机转速基础设定值。

发动机转速最终设定值计算模块52，用于利用载荷反馈和并网转速微调量修正发动机转速基础设定值，获得发动机转速最终设定值；该模块内部电路的逻辑关系如图4所示。

转速差值计算模块53，用于计算发动机转速最终设定值与发动机实际转速的转速差值；

扭矩输出模块54，用于对转速差值进行PID计算，获得扭矩；

喷油量计算模块55，用于将扭矩转换为最终喷油量。

进一步地，参照图6所示的发动机转速最终设定值计算模块的示意图，发动机转速最终设定值计算模块52具体包括：

载荷修正转速获取单元521，用于由发动机负荷参数获得载荷修正转速。上述发动机负荷参数包括：载荷输入值、喷油量、发动机负荷率。

微调修正转速获取单元522，用于由旋钮微调量查询并机微调修正转速一维曲线获得微调修正转速。

发动机转速最终设定值计算单元523，用于将发动机转速基础设定值与载荷修正转速、微调修正转速相加，得到发动机转速最终设定值。

优选的，载荷修正转速获取单元521还可以具体包括：

第一子单元，用于根据油门踏板开度查询载荷修正转速一维曲线得到稳态调速率项K；

第二子单元，用于将载荷输入值乘以稳态调速率项K得到载荷修正转速。

对应的，本发明还提供了一种发电设备，包括发电机，为发电机提供动力的发动机，该发动机包括上述任一发电用发动机的控制装置，此处不再赘述。使用本发明实施例提供的发电设备，具有发动机转速控制稳定、抗干扰能力强等特点，可实现多台发电机组并网发电及并网发电机组的载荷平均分配。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上对本发明所提供的一种发电用发动机的控制方法、发电用发动机的控制装置，以及一种发电设备，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (13)

1.一种发电用发动机的控制方法，其特征在于，包括：

获得发动机转速基础设定值；

利用载荷反馈和并网转速微调量修正所述发动机转速基础设定值，获得发动机转速最终设定值；

计算所述发动机转速最终设定值与发动机实际转速的转速差值；

将所述转速差值转化为扭矩；

将所述扭矩转换为最终喷油量。

2.根据权利要求1所述的发电用发动机的控制方法，其特征在于，所述获得发动机转速基础设定值的步骤具体为：

根据油门踏板开度查询转速设定值一维曲线，得到所述发动机转速基础设定值。

3.根据权利要求1所述的发电用发动机的控制方法，其特征在于，所述利用载荷反馈和并网转速微调量修正所述发动机转速基础设定值获得发动机转速最终设定值的步骤具体包括：

由发动机负荷参数获得载荷修正转速；

由旋钮微调量查询并机微调修正转速一维曲线获得微调修正转速；

所述发动机转速基础设定值与载荷修正转速、微调修正转速相加，得到所述发动机转速最终设定值。

4.根据权利要求3所述的发电用发动机的控制方法，其特征在于，所述发动机负荷参数包括：载荷输入值、喷油量、发动机负荷率。

5.根据权利要求3所述的发电用发动机的控制方法，其特征在于，所述由发动机负荷参数获得载荷修正转速的步骤具体为：

根据油门踏板开度查询载荷修正转速一维曲线得到稳态调速率项K；

载荷输入值乘以所述稳态调速率项K得到载荷修正转速。

6.根据权利要求1所述的发电用发动机的控制方法，其特征在于，所述将所述转速差值转化为扭矩的步骤具体为：

对所述转速差值进行比例-积分-微分计算，获得扭矩。

7.一种发电用发动机的控制装置，其特征在于，包括：

发动机基础设定值获取模块，用于获得发动机转速基础设定值；

发动机转速最终设定值计算模块，用于利用载荷反馈和并网转速微调量修正所述发动机转速基础设定值，获得发动机转速最终设定值；

转速差值计算模块，用于计算所述发动机转速最终设定值与发动机实际转速的转速差值；

扭矩输出模块，用于将所述转速差值转化为扭矩；

喷油量计算模块，用于将所述扭矩转换为最终喷油量。

8.根据权利要求7所述的发电用发动机的控制装置，其特征在于，所述发动机基础设定值获取模块获得发动机转速基础设定值的具体过程为：

根据油门踏板开度查询转速设定值一维曲线，得到所述发动机转速基础设定值。

9.根据权利要求7所述的发电用发动机的控制装置，其特征在于，所述发动机转速最终设定值计算模块具体包括：

载荷修正转速获取单元，用于由发动机负荷参数获得载荷修正转速；

微调修正转速获取单元，用于由旋钮微调量查询并机微调修正转速一维曲线获得微调修正转速；

发动机转速最终设定值计算单元，用于将所述发动机转速基础设定值与载荷修正转速、微调修正转速相加，得到所述发动机转速最终设定值。

10.根据权利要求9所述的发电用发动机的控制装置，其特征在于，所述发动机负荷参数包括：载荷输入值、喷油量、发动机负荷率。

11.根据权利要求9所述的发电用发动机的控制装置，其特征在于，所述载荷修正转速获取单元具体包括：

第一子单元，用于根据油门踏板开度查询载荷修正转速一维曲线得到稳态调速率项K；

第二子单元，用于将载荷输入值乘以所述稳态调速率项K得到载荷修正转速。

12.根据权利要求7所述的发电用发动机的控制装置，其特征在于，所述扭矩输出模块，具体用于对所述转速差值进行比例-积分-微分计算，获得扭矩。

13.一种发电设备，包括发电机、为所述发电机提供动力的发动机，其特征在于，所述发动机包括权利要求7至12任一所述的发电用发动机的控制装置。

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