CN103688039B - 一种实现发电机组转速控制的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

一种实现发电机组转速控制的方法、装置和系统，所述方法包括：获得发电机组更新的最低油耗曲线，检测发电机组当前的输出功率，利用更新的最低油耗曲线查找与输出功率对应的发电机组的转速，并使发电机组在该转速下工作。该系统能减轻发电机组老化对系统性能的影响，使发电机组工作在最高效率状态。

Description

一种实现发电机组转速控制的方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及控制技术领域，尤其涉及一种实现发电机组转速控制的方法、装置和系统。

背景技术

柴油发电机组是一种小型发电设备，系指以柴油等为燃料，以柴油发动机为原动机带动发电机发电的动力机械。柴油发电机组运行时随着负载的降低其燃油消耗率(单位发电量消耗的燃油)会增大，例如自然吸气的小型柴油发电机组10％负载的燃油消耗率可以达到额定燃油消耗率的2.5～5倍，因此降低柴油发电机组低负载场景的燃油消耗是很有意义的。

传统的柴油发电机组作为一个交流电源，其输出交流电的频率是恒定的，因此柴油发电机组转速需保持在额定转速；而反映柴油发电机组转速与燃油消耗之间的关系通常采用万有特性曲线图的形式来呈现，如图1所示；根据图1所示的柴油发电机组万有特性曲线可知，在输出功率一定的前提下，柴油发动机不同的转速对应不同的燃油消耗，通过找到反映柴油发电机组满足最低油耗的转速-功率关系曲线，即A-A最低油耗曲线，即可通过反馈控制实时调整柴油发电机组转速到最低油耗转速，从而达到降低柴油发电机组低负载运行场景下燃油消耗的目的。

然而，目前A-A最低油耗曲线通常在新柴油发电机组出厂时即已确定，并在所述柴油发电机组服务运行开始就不作改变；但是，由于该A-A最低油耗曲线会随着机组的老化而改变等原因，利用恒定的A-A最低油耗曲线无法满足目前柴油发电机组低负载运行下的节油问题；因此，现有针对柴油发电机组低负载运行场景的主要节油方案有：增加假负载、增加储能单元或调速等。

其中，增加假负载方案通过增加假负载，提高柴油发电机组带载率，从而降低燃油消耗率，其虽然可部分减少柴油发电机组燃油消耗率，但是假负载无为地消耗能量，带来了新的浪费，节油效果差；增加储能单元方案是通过增加储能单元将柴油发电机组多余的能量存储起来，待柴油发电机组不工作或负载大时释放电能，但此方案需要的附加设备过多、成本高，并且当蓄电池处于浮充工况时，柴油发电机组低负载燃油消耗率高的问题仍无法解决；而调速节油方案只是通过粗略的调整转速来调节油耗，不能达到很好的节油效果，并且故该方案在不同型号柴油发电机组上的调速节能效果差异较大，可操作性及可推广性差。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种通过即时获取发电机组最低油耗曲线来减少燃油消耗的发电机组转速控制的方法、装置和系统。

为解决上述问题，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种发电机组转速控制的方法，包括：获得发电机组更新的最低油耗曲线；检测发电机组当前的输出功率，并利用所述更新的最低油耗曲线查找所述输出功率对应的发电机组转速；利用所述查找到的输出功率对应的转速调节发电机组的转速，使发电机组的当前转速达到与利用所述查找到的输出功率对应的标准转速相匹配的状态。

一种实现发电机组转速控制的装置，包括：获取单元、接收单元、查找单元和调速单元；其中，所述获取单元用于获得发电机组更新的最低油耗曲线；所述接收单元用于接收外部设备发送的发电机组当前的输出功率；所述查找单元用于利用所述获取单元获得的发电机组更新的低油耗曲线，查找所述接收单元接收到的发电机组当前输出功率对应的发电机组转速；所述调速单元用于利用所述查找单元查找到的转速调节发电机组的转速，使发电机组的当前转速达到与利用所述查找到的输出功率对应的标准转速相匹配的状态。

一种实现发电机组转速控制的系统，包括：功率传感器、调速控制器和转速传感器；其中，所述功率传感器用于检测发电机组的输出功率，并将检测结果送至所述调速控制器；所述转速传感器用于检测发电机组的当前转速，并将检测结果送至所述调速控制器；所述调速控制器用于获取发电机组更新的最低油耗曲线，并依据所述更新的最低油耗曲线查找所述功率传感器检测出的输出功率对应的发电机组转速，再利用所述查找到的转速和所述转速传感器检测到的发电机组当前转速调节发电机组的转速，使发电机组的当前转速达到与利用所述查找到的输出功率对应的标准转速相匹配的状态。

可以看出，采用本发明实施例的方法、装置和系统，通过获得发电机组的A-A最低油耗曲线，并根据发电机组的输出功率在所述A-A最低油耗曲线上查找到所述输出功率对应的最佳转速，然后依据获得的最佳转速对发电机组的转速进行调节，从而能够使所述发电机组工作在合理省油的转速状态下，使得节油效果最大化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是柴油发电机组等油耗万有特性曲线示意图；

图2是本发明实施例1实现发电机组转速控制的方法流程示意图；

图3是本发明实施例1中利用爬山法/扰动&观察法法获得的功率-电压曲线示意图；

图4是本发明实施例1转速-油耗曲线示意图；

图5是本发明实施例2实现发电机组转速控制的装置结构示意图；

图6是本发明实施例3实现发电机组转速控制的系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例1提供了一种实现发电机组转速控制的方法，如图2所示，该方法包括：

步骤110：获得发电机组更新的A-A最低油耗曲线；

在实际应用中，可利用传统的爬山法/扰动&观察法(Hill-climbing/P&O)的原理获得柴油发电机组更新的A-A最低油耗曲线，其中本发明实施例所述的更新的A-A曲线指当原油发电机组没有设定A-A曲线时获得的更新的A-A曲线；或者，是在原油发电机组已有A-A曲线的基础上通过统计得到的发电机组实际运行中的更新的A-A曲线；；具体的，所述爬山法/扰动&观察法是光伏发电领域中最大功率点跟踪MPPT(MaximumPowerPointTracking)方法中比较普遍的一种，其获得的功率-电压曲线如图3所示：在最大功率点左侧时电压和功率成正比，即电压增加功率相应增加，电压减小功率相应减小；在最大功率点右侧时电压和功率成反比，即电压增加功率相应减小，电压减小功率相应增加；在此电压扰动的过程中，如果扰动的结果使输出功率增加则下一次的扰动应保持同一方向，如果扰动的结果使输出功率减小则下一次的扰动方向相反；扰动过程周期性重复，直到最大功率点被找到，并且在最大功率点附近振荡。同时，通过减小扰动的步长可减小振荡；但是，小的步长会减慢MPPT的收敛速度，因此常用的解决方式是采用变化的扰动步长，在接近最大功率点时逐渐减小，兼顾收敛速度和精度；而此种变化的扰动步长即可采用典型实现，即在第一阶段快速跟踪、第二阶段精细跟踪，具体原理本文不再赘述。

下面举例说明本实施例中获得发电机组更新的A-A最低油耗曲线(以下简称“A-A曲线”)的具体方式，其中涉及的具体参数仅是示例而已，本领域普通技术人员很容易了解其还可以是其他参数和数值，本实施例并不作具体限定：

S111：预设初始A-A曲线；

其中，可分为2种情况：一是对于新柴油发电机组或改造后的原柴油发电机组，其并没有设定A-A曲线，此种情况可根据统计输入A-A曲线估计值，以此作为初始A-A曲线；二是所述柴油发电机组中已设定有A-A曲线，则在获得新A-A曲线的过程中，以已有的A-A曲线作为初始A-A曲线；

S112：针对发电机组的每个功率点在所述初始的A-A曲线上查找所述功率点对应的转速；具体的，可在预设初始A-A曲线后的经过一预定时间间隔时如2个月为时，在蓄电池定期满充电时进行A-A曲线获取操作：按初始A-A曲线功率点的整数序列[...321]KW以从大到小的顺序逐步寻找分别对应的最低油耗转速；需要注意的是，因蓄电池一次满充电的功率是从大到小变化，所以可认定蓄电池满充电过程中每个功率点到下一个功率点之间的时间都工作在当前功率点。

S113：以所述查找到的转速为起点、以步长N正反向分别改变发电机组转速，并分别统计改变发电机组转速后对应的油耗值，通过比较获取最低的油耗值；例如，以柴油发电机组的输出电功率为10KW时为例，根据爬山法/扰动&观察法的原理，将寻找山峰的逻辑改为寻找山谷的逻辑，以预设的初始A-A曲线上10KW对应的转速为起点，以一定步长50rpm正向改变发电机组转速，转速改变1分钟后开始记录油耗值，记录时间2分钟；当改变2次扰动方向后改为步长10rpm，当再次改变2次扰动方向后停止爬山法；由此即可得到10KW功率点场景的转速-油耗数据，以数组形式记录，而以此数组绘制的曲线如图4所示；

S114：记录最低油耗值对应的转速，统计所有功率点改变发电机组转速后最低油耗值对应的转速值，并分别与所述功率点对应记录即可得到发电机组的最低油耗曲线；具体的，可在步骤113得到的功率点对应的转速-油耗数组中查找到油耗最低点，并记录该10KW功率点场景最低油耗点对应的转速；类似的，依次分别在其他功率点对应的转速-油耗数组中查找到该其他功率点场景下最低油耗点对应的转速，将所述功率点最低油耗点对应的转速与该功率点对应记录即可得到所述发电机组更新的A-A最低油耗曲线。

步骤120：检测发电机组当前的输出功率，并利用所述A-A最低油耗曲线查找所述输出功率对应的发电机组转速；

在实际运行过程中，可采用功率传感器等装置实时或周期性的检测所述发电机组当前的输出功率，即负载功率P，然后利用所述获得的A-A最低油耗曲线中输出功率与转速的对应关系查找到当前功率下对应的转速ω’。

步骤130：调节发电机组的当前转速，使发电机组的当前转速达到与利用所述查找到的输出功率对应的标准转速相匹配的状态；

具体的，在调节发电机组的实际/当前转速时，首先可检测发电机组当前的实际转速ω，并设发电机组调速区间为[ωmin，ωmax]，Δω为调速阈值：

A、如果ω’大于ωmax，则将发电机组的转速调节至ωmax；如果ω’小于ωmin，则将发电机组的转速调节至ωmin；

B、如果|ω’-ω|＞Δω，则将发电机组的转速调节至ω’，使柴油发电机组转速达到最低油耗的最佳转速；

C、如果|ω’-ω|＜Δω，则维持发电机组当前转速不变。

可以看出，利用上述各实施例的方法，通过获得发电机组更新的A-A最低油耗曲线，并根据发电机组的输出功率在所述更新的A-A最低油耗曲线上查找到所述输出功率对应的最佳转速，然后依据获得的最佳转速对发电机组的转速进行调节，从而能够有效减少发电机组因产品型号、性能老化等不确定因素对系统节能效果的影响，使得发电机组能够工作在合理省油的转速状态下，使得节油效果最大化。

基于上述思想，本发明实施例2又提出了一种实现发电机组转速控制的装置，如图5所示，该装置500包括：获取单元510、接收单元520、查找单元530和调速单元540；其中，

所述获取单元510用于获得发电机组更新的A-A最低油耗曲线；

所述接收单元520用于接收外部设备发送的发电机组当前的输出功率；

所述查找单元530用于利用所述获取单元510获得的发电机组更新的A-A最低油耗曲线，查找所述接收单元520接收到的发电机组当前输出功率对应的发电机组转速；

所述调速单元540用于利用所述查找单元530查找到的转速调节发电机组的转速，使发电机组的当前转速达到与利用所述查找到的输出功率对应的标准转速相匹配的状态。

其中，所述获取单元510还可包括(图中未示出)：设置模块，用于设置初始A-A曲线；查询模块，用于针对发电机组的每个功率点在所述设置模块设置的初始A-A曲线上查找所述功率点对应的转速；统计模块，用于以所述查询模块查找到的转速为起点、以步长N正反向分别改变发电机组转速，并分别统计改变发电机组转速后对应的油耗值，通过比较获取最低的油耗值；记录模块，用于将所述统计模块统计的油耗值中最低油耗值对应的转速与功率点对应记录，该对应记录的数组即为发电机组的A-A最低油耗曲线。

此外，所述接收单元520还可用于接收外部设备发送的发电机组当前的实际转速ω；对应的，所述调速单元540还可包括(图中未示出)：处理模块，用于设置发电机组调速区间为[ωmin，ωmax]，调速阈值为Δω；比较模块，用于分别比较所述查找单元530查找到的转速ω’与ωmin、ωmax和Δω的大小，并将比较结果送至调节模块；所述调节模块用于接收所述比较模块发送的比较结果，并根据比较结果对发电机组转速进行调节，使发电机组的转速与利用所述查找到的输出功率对应的标准转速相匹配的状态；具体的，

A、如果ω’大于ωmax，则所述调节模块将发电机组的转速调节至ωmax；如果ω’小于ωmin，则所述调节模块将发电机组的转速调节至ωmin；

B、如果|ω’-ω|＞Δω，则所述调节模块将发电机组的转速调节至ω’，使柴油发电机组转速达到最低油耗的最佳转速；

C、如果|ω’-ω|＜Δω，则维持发电机组当前转速不变。

此外，本发明实施例3还提出了一种实现发电机组转速控制的系统，如图6所示，该系统600包括：功率传感器610、调速控制器620和转速传感器630；其中，

所述功率传感器610用于检测发电机组的输出功率，并将检测结果送至所述调速控制器630；

所述转速传感器620用于检测发电机组的当前转速，并将检测结果送至所述调速控制器630；

所述调速控制器630用于获取发电机组更新的最低油耗曲线，并依据所述更新最低油耗曲线查找所述功率传感器610检测出的输出功率对应的发电机组转速，再利用所述查找到的转速和所述转速传感器620检测到的发电机组当前转速调节发电机组的转速，使发电机组的转速达到与利用所述查找到的输出功率对应的标准转速相匹配的状态。

需要注意的是，本领域技术人员很容易了解，上述实施例中所描述的实现发电机组转速控制的装置也可以作为其他系统的一部分存在，并在系统中控制发电机组的转速方面与上述实施例中的描述一致，因而包含上述实施例中实现发电机组转速控制的装置的其他系统也应包含在本申请的保护范围之内，在此不再赘述。

专业人员还可以进一步应能意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明实施例。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅为本发明实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种发电机组转速控制的方法，其特征在于，包括：

获得发电机组更新的最低油耗曲线；

检测发电机组的当前输出功率；

利用所述更新的最低油耗曲线查找与所述发电机组的当前输出功率对应的标准转速；

调节所述发电机组的转速，使所述发电机组的转速达到与所述标准转速相匹配的状态；

所述的获得发电机组更新的最低油耗曲线包括：

获取发电机组的初始最低油耗曲线；

针对发电机组的每个功率点在所述初始最低油耗曲线上查找与所述每个功率点对应的转速；

以所查找到的每个功率点对应的转速为起点，以步长N增加和/或降低所述发电机组的转速，并分别统计每次改变发电机组转速后对应的油耗值，通过比较每次改变发电机组转速后对应的油耗值以获取最低油耗值；

记录所查找到的功率点、针对所查找到的每个功率点所获取的最低油耗值、及与针对所查找到的每个功率点所获取的最低油耗值所对应的转速，以得到所述更新的最低油耗曲线。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述的初始最低油耗曲线为预设最低油耗曲线或通过预设估计值形成的最低油耗曲线。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节所述发电机组的转速包括：

预设发电机组的调速区间；

检测所述发电机组当前的实际转速；

如果利用所述更新的最低油耗曲线查找到的所述发电机组当前功率所对应的标准转速大于所述预设的发电机组的调速区间内的最大转速，则将发电机组的实际转速调节至与所述调速区间内的最大转速相匹配的状态；如果利用所述更新的最低油耗曲线查找到的所述发电机组当前功率所对应的标准转速小于所述预设的发电机组的调速区间内的最小转速，则将发电机组的实际转速调节至与所述调速区间内的最小转速相匹配的状态。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节发电机组的转速包括以下方式：

预设发电机组的调速阈值；

检测发所述电机组当前的实际转速；

如果利用所述更新的最低油耗曲线查找到的所述发电机组当前功率所对应的标准转速与发电机组当前的实际转速之差的绝对值大于所述调速阈值，则调节发电机组的转速，使发电机组的实际转速达到与所述发电机组当前功率所对应的标准转速相匹配的状态；如果利用所述更新的最低油耗曲线查找到的所述发电机组当前功率所对应的标准转速与发电机组当前的实际转速之差的绝对值小于所述调速阈值，则维持发电机组当前转速不变。

5.一种实现发电机组转速控制的装置，其特征在于，包括：获取单元、检测单元、查找单元和调速单元；其中，

所述获取单元用于获得发电机组更新的最低油耗曲线；

所述检测单元用于检测发电机组的当前输出功率；

所述查找单元用于利用所述更新的最低油耗曲线查找与所述发电机组的当前输出功率对应的标准转速；

调节所述发电机组的转速，使所述发电机组的转速达到与所述标准转速相匹配的状态；

所述获取单元包括：

设置模块，用于设置初始最低油耗曲线；

查询模块，用于针对发电机组的每个功率点在所述初始最低油耗曲线上查找与所述每个功率点对应的转速；

统计模块，用于以所查找到的每个功率点对应的转速为起点，以步长N增加和/或降低所述发电机组的转速，并分别统计每次改变发电机组转速后对应的油耗值，通过比较每次改变发电机组转速后对应的油耗值以获取最低油耗值；

记录模块，用于记录所查找到的功率点、针对所查找到的每个功率点所获取的最低油耗值、及与针对所查找到的每个功率点所获取的最低油耗值所对应的转速，以得到所述更新的最低油耗曲线。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：

所述检测单元还用于检测所述发电机组当前的实际转速；

所述调速单元包括：

处理模块，用于设置发电机组调速区间或调速阈值；

比较模块，用于分别比较所述查找单元查找到的标准转速与所述调速区间最大值、最小值的大小或者比较所述查找单元查找到的标准转速与发电机组的实际转速的差值的绝对值与所述调速阈值的大小，并输出比较结果；

调节模块用于接收所述比较模块输出的比较结果，并根据比较结果对发电机组转速进行调节，使发电机组的转速达到与利用所述查找到的输出功率对应的标准转速相匹配的状态。

7.一种发电机组转速控制的系统，其特征在于，包括：功率传感器、调速控制器和转速传感器；其中，

所述功率传感器用于检测发电机组的当前输出功率，并将检测结果送至所述调速控制器；

所述转速传感器用于检测发电机组的当前转速，并将检测结果送至所述调速控制器；

所述调速控制器用于根据如权利要求1至4任意一项所述的发电机组转速控制的方法并结合所接收到的发电机组的当前输出功率及当前转速，实现对所述发电机组转速的控制。