CN104870787B - 内燃机的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了在局部电力网(2)从电网(1)断开的情况下，局部电力网中的发电机组的控制模式从kW模式(31)改变为降速模式(32)。改变的阶段包括延迟阶段(51)，所述延迟阶段(51)进而包括用于禁用(53)降速模式的降速功能并且使速度基准值保持(54)为发电机组的引擎的额定速度的并行子阶段。在延迟阶段之后，激活阶段(52)启用降速功能。

Description

内燃机的控制系统

技术领域

本发明涉及一种当发生电网跳闸时控制发电机组的控制装置。

背景技术

电网跳闸意味着一部分电力网(power network)与公用电网/输电网断开，即，实际上与其余主电力网断开。其余的网(主网)通常被称作电网(grid)。断开的原因可以是例如电网中的短路或大型变压器故障。局部电力网通常设置有用于将局部网与电网连接或断开的电网断路器装置。局部网是例如工厂的电力网。

图1示出了具有电网断路器继电器3的电网断路器装置的示例，该电网断路器继电器3控制断路器6以接通和/或断开。如果局部网2由于严重故障必须从电网断开，则电网断路器继电器会对故障作出反应并且驱动断路器。图1例示了局部网连接至电网1的正常情况。如图所示，局部网中的负载5和发电机组4与电网连接。在局部电网2与负载5和发电机组4断开之后，形成不与电网1连接的较小的电力网。

发电机组4是发电机和原动机的结合。原动机使提供电能的发电机旋转。原动机可以是例如往复式活塞引擎。当引擎/发电机组与电网连接时，它们通常在称为kW模式的控制模式下运行。在kW模式下，因为电网频率在其它位置被监控，所以控制装置不需要控制引擎速度(即，电网频率)。在kW模式下，控制装置通过将负载设置值(负载基准值)与测量的引擎负载进行比较来控制引擎的燃料需求。

如上所述，如果在电网中发生问题，则局部网可能需要从电网断开。在这种情况下，引擎的控制必须从kW模式改变为降速模式。在降速模式下，局部网中的引擎还控制电网频率。因此，例如，通过将速度基准和测量的引擎速度进行比较来控制引擎的燃料需求。

图2例示了降速模式下的降速功能的原理。线21是降速曲线，该降速曲线限定针对不同负载的速度设置。例如，在100％负载下，引擎的速度设置(速度基准)是y轴的点23处的值。如图所示，当负载升高时，速度设置减小，或反之亦然。在零负载下，降速曲线上的点22(y轴上的点)被称作降速曲线的速度设置点。换句话说，降速功能改变针对引擎速度控制的速度基准。因为原本引擎不分担负载，所以使用降速功能。

降速控制除了调节不同负载的速度基准以外，其还能够用于在不同引擎之间分担负载。当发生电网跳闸时，使用这些特征。为了在引擎之间分担负载，引擎的具体降速曲线的斜率应当相同。引擎承载的负载量取决于引擎降速曲线的速度设置点。如果局部电力网的负载改变，则电力网的速度基准(以及频率基准)也将改变。为了对速度基准的改变进行补偿(offset)，即，返回到初始速度(频率)基准，调节速度设置点。

电网跳闸通常与影响引擎的大负载变化关联。引擎负载快速改变，因此，引擎速度也快速改变。通常的情况是负载减小。

当从kW模式改变为降速模式时，降速曲线的初始位置以这样的方式计算，即，曲线穿过测量的引擎负载值和测量的速度值的点。测量的速度值在降速曲线中用作初始速度基准值。负载传感器/测量装置缓慢生成延迟。电网断路器继电器的反应也被延迟。因此，当电网断路器继电器作出反应时，引擎速度已经显著增大，这影响降速曲线的位置。进一步地，在负载不断减小的情况下，降速曲线提高速度基准。因此，在这种情况下，引擎很容易超速。引擎进入超速状态会导致引擎关闭和局部电网断电。

发明内容

本发明的目的在于缓解或甚至消除上述问题。

在局部电力网从电网断开的情况下，设置在局部电力网中的发电机组的控制模式以一种新的方式从kW模式改变为降速模式。改变的阶段包括延迟阶段，该延迟阶段进而包括用于禁用降速模式的降速功能和使速度基准值保持为发电机组的引擎的额定速度的并行子阶段。在延迟阶段之后，激活阶段启用降速功能。

附图说明

接下来，将参照附图更详细地描述本发明，在附图中：

图1例示了主电网和局部网之间的连接设置的示例；

图2例示了降速模式的原理；

图3例示了根据本发明的将引擎的控制从kW模式改变为降速模式的控制系统的示例；

图4例示了本发明在电网跳闸的情况下如何工作的示例；以及

图5例示了根据本发明的方法的流程图示例。

具体实施方式

图3例示了根据本发明的控制系统的示例。在kW模式31中，通过将功率基准值38与发电机组的发电机35的输出中的测量功率值37进行比较，控制装置36控制发电机组34、35的功率输出。该测量功率值经由反馈回路发送至控制装置36。所述比较能够例如提供功率基准值和测量值之间的差。所述差用于形成发送至发电机组的引擎34的控制信号。控制信号能够例如调节供给至引擎的燃料，这改变了发电机组的功率产生。

通常，当引擎和局部网从电网断开时，不能使用kW模式。为了使引擎能够调节具有连接至局部网的其它可能的引擎的局部网的频率，控制被改变为降速模式。主控制单元33处理控制模式从kW模式31至降速模式32的改变318。当主控制单元接收关于断开的信息314时，开始改变。例如，从电网断路器继电器发送断开信息。在降速模式32下，速度控制装置310用于将引擎的速度保持为尽可能接近速度基准值312。

这通过将速度基准值312和发电机组的引擎34的输出轴中的测量速度值39进行比较来执行。经由反馈回路将该测量速度值发送至控制装置310。所述比较能够提供速度基准值和测量值之间的差。所述差用于形成发送至发电机组的引擎34的速度控制信号。在这种情况下，控制信号还能够调节供给至引擎的燃料，这改变了引擎的输出轴的速度。

此外，存在降速控制装置311，其通过提供发送至速度控制装置310的基准调节信号317来调节速度基准值312。调节信号能够增大或减小速度基准值。降速控制装置接收来自发电机35的输出的功率测量值316。上文已经描述了降速控制的功能。

进一步，根据本发明的电网跳闸控制系统包括在特定时段期间禁用降速控制装置311的降速功能的延迟单元313以及在所述时段期间使速度基准值312保持为发电机组的引擎的额定速度的设置单元315。例如，通过在所述时段期间将降速的百分比保持为零百分比，能够实现降速功能的禁用。换句话说，在所述时段期间，降速曲线是水平线。在图3的示例中，延迟单元313位于降速控制装置311中，而设置单元315位于主控制单元33中。但是，它们还能够以其它方式布置。例如，延迟单元还能够位于主控制单元中。在延迟时段到期后，系统被设置成启用降速功能。当降速控制装置在延迟之后在降速模式下运行时，其测量发电机组的负载并且利用引擎的速度测量值来定位降速曲线并且将降速曲线补偿为额定速度。

图4例示了本发明是如何工作的。在时刻41，主控制单元33检测局部网从电网的断开并且控制模式从kW模式改变为降速模式。在延迟期间，速度基准保持为引擎的额定速度。在延迟期间，还禁用降速功能。应当能够注意到，电网和局部网以基准速度运行或者接近基准速度运行。因此，引擎的额定速度被设计为使得通过发电机组的发电机使速度对应于电力网的基准频率。

禁用降速功能防止了速度基准值增大，因此降低了引擎猛转(race)的可能性。在延迟时段期间，将基准速度保持在额定速度使控制稳定。电网跳闸的瞬变现象在电网开始跳闸时发生。在延迟期间至少发生较大的瞬变现象。在延迟在时刻42到期之后，当启用降速功能时，激活阶段开始，并且能够根据降速模式来计算速度基准。延迟时段期间的功能可能使控制不会对瞬变现象产生太强的反应以及使引擎超速运行。

从图4的示例能够看到，由于电网跳闸，引擎的负载43减小。在控制模式在时刻41被改变为降速模式之前，负载开始减小。引擎速度44也在时刻41之前开始增大。额定速度是引擎的名义速度。当以额定速度运行时，发电机输出的频率是局部网的期望频率，例如50Hz或者60Hz。在延迟期间，负载向着局部网中的状态降低，并且速度控制装置向着额定速度驱动速度。

稳定的引擎速度能够例如通过使用围绕额定速度值具有上限值和下限值的速度范围45来确定。引擎速度可以例如根据电力网和/或引擎本身在额定速度的-1％与+1％之间或者-2％与+2％之间变化。能够定义为稳定的速度是在所述范围内的引擎速度。然而，即使引擎速度在所述范围内，此外，实际上也具有稳定时间46，在该稳定时间46期间认为引擎速度在所述范围内。图4示出了稳定时间46是如何在延迟时段中的。稳定时间可以是例如1－10秒。如果引擎速度保持在所述范围内，则可以结束延迟时段。否则，例如经由其它稳定时间延长延迟时段，或者应将延迟时段确定为更长。基准速度在整个延迟时段期间被保持或者设置为额定速度。

在延迟时段到期后，启用降速模式并且基准速度不是正好保持在额定速度，而是根据速率模式(speed rate mode)计算，使得能够在局部网中的其它引擎之间分担负载。考虑引擎的尺寸和类型、电网跳闸时的瞬变现象和负载变化以及降速控制模式的属性来选择延迟时间。

图5例示了在局部电力网从电网断开的情况下用于控制电网跳闸的本发明的方法的流程图示例。所述方法涉及局部电力网中的发电机组的控制模式从kW模式改变为降速模式的阶段。改变的阶段包括延迟阶段51，所述延迟阶段51包括用于禁用53降速模式的降速功能并且使速度基准值保持54为发电机组的引擎的额定速度的并行子阶段。在延迟阶段之后，所述方法还包括激活阶段52以启用55降速功能。一种方法还包括在额定速度附近具有上限值和下限值的速度范围45。如果引擎速度处于稳定时间46内的范围内，则将引擎的速度定义为稳定。如图4所示，稳定时间属于延迟阶段51。

激活阶段包括用于测量发电机组的负载和引擎速度的功能，以使用所述测量值定位降速曲线，并且将降速曲线补偿为额定速度。

快速进行引擎的速度/频率控制是重要的以便使局部电力网持续运行。然而，与电网跳闸事件关联的负载瞬变现象经由降速补偿影响引擎的速度基准。本发明禁用降速功能，直到(至少最大的)负载瞬变现象已经过去为止。当延迟已经到期时，执行降速功能。

从上面的描述明显的是，本发明不限于本文所描述的实施方式，而是能够按照独立权利要求的范围内的许多其它不同的实施方式来实现。

Claims (5)

1.一种在局部电力网从电网断开的情况下控制内燃机引擎的方法，该方法包括将所述局部电力网中的发电机组的控制模式从kW模式改变为降速模式的阶段，该方法的特征在于：从所述kW模式改变为所述降速模式的所述阶段包括延迟阶段(51)，所述延迟阶段(51)包括用于禁用(53)所述降速模式的降速功能和使速度基准值保持(54)为所述发电机组的所述引擎的额定速度的并行子阶段，并且在所述延迟阶段之后，所述方法还包括启用所述降速功能的激活阶段(52)。

2.根据权利要求1所述的方法，该方法的特征在于：该方法包括在所述额定速度附近具有上限值和下限值的速度范围(45)，如果所述引擎的速度处于稳定时间(46)内的范围内，则所述引擎的速度被定义为稳定，所述稳定时间属于所述延迟阶段(51)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，该方法的特征在于：所述激活阶段(52)包括用于测量所述发电机组的负载和所述引擎的速度的子阶段，以使用所述测量定位降速曲线，并且将所述降速曲线补偿为所述额定速度。

4.一种内燃机引擎的控制系统，该系统包括主控制单元(33)，该主控制单元(33)在局部电力网从电网断开的情况下，能够被设置为将所述局部电力网中的发电机组的控制模式从kW模式(31)改变为降速模式(32)，并且该系统还包括速度控制装置(310)和降速控制装置(311)，该系统的特征在于：该系统包括在特定时段期间禁用所述降速控制装置(311)的降速功能的延迟单元(313)以及在所述时段期间使速度基准值保持为所述发电机组的所述引擎的额定速度的设置单元(315)，该系统被设置为在所述时段之后启用所述降速功能。

5.根据权利要求4所述的系统，该系统的特征在于：所述降速控制装置(311)被设置为利用所述发电机组的负载的测量值和所述引擎的速度测量值来定位使用的降速曲线，并且将所述降速曲线补偿为所述额定速度。