CN106762118A - 一种节能发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种节能发电机组，其包括：燃气/燃油发动机，其将燃气/燃油的化学能转换成机械能；发电机，其与所述燃气/燃油发动机连接，将所述机械能转换成电能；并机装置，其分别与所述发电机连接，将多个发电机进行并机输出；控制器，其分别与多个所述燃气/燃油发动机连接，根据所述节能发电机组的输出功率进行功率分配，确定各个所述燃气/燃油发动机的供油量/供气量后发送控制指令；所述燃气/燃油发动机接收所述控制器的控制指令后调节其自身的供油量/供气量。这样，通过控制器对输出功率进行合理的分配，节省了使整个发电机组消耗的能源。

Description

一种节能发电机组

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，具体涉及一种节能发电机组。

背景技术

节约能源，是目前社会上亟需解决的事项之一，在发电领域尤其重要。

现有的柴油发电机、汽油发电机、燃气发电机的发电机组都是单机运行或并机运行，在使用时，如果机组需要常年运行或者机组的发电功率比较高，那么普通的单机运行就无法满足其需要，一般需要两台或多台发电机组成发电机组；但是对于发电机组来说，其运行时随着负载的降低其燃油/燃气消耗率(单位发电量消耗的燃油/燃气)会增大；另外，对于两台或多台发电机组成的发电机组来说，对其中每台发动机的功率进行分配，由于组成发电机组的各个发电机由于其型号或者个体之间的差异，其运行同样功率时的燃油/燃气消耗率(单位发电量消耗的燃油/燃气)也各有不同。

针对这些情况，对发电机组中各个发电机的功率进行合理分配，以降低整个发电机组的燃油/燃气消耗率(单位发电量消耗的燃油/燃气)是很重要的。

但是目前对发电机组中各个发电机的功率分配是基于个人经验进行，太过主观且节能效果差。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种节能发电机组，其包括：

燃气/燃油发动机，其将燃气/燃油的化学能转换成机械能；

发电机，其与所述燃气/燃油发动机连接，将所述机械能转换成电能；

并机装置，其分别与所述发电机连接，将多个发电机进行并机输出；

控制器，其分别与多个所述燃气/燃油发动机连接，根据所述节能发电机组的输出功率进行功率分配，确定各个所述燃气/燃油发动机的供油量/供气量后发送控制指令；

所述燃气/燃油发动机接收所述控制器的控制指令后调节其自身的供油量/供气量。

较佳的，所述控制器包括：

功率获取单元，其获取所述发电机组需要提供的总输出功率；

列表获取单元，其获取各个发电机的输出功率与耗油量/耗气量的关系列表；

功率计算单元，其与所述功率获取单元、列表获取单元连接，计算各个发电机需要提供的输出功率；

功率转换单元，其与所述列表获取单元、功率计算单元连接，接收所述功率计算单元发送的各个发电机的输出功率后从所述关系列表中查询对应的耗油量/耗气量并转换为对应的供油量/供气量；

控制单元，其与功率转换单元、燃气/燃油发动机连接，接收所述供油量/供气量信息后向各个所述燃气/燃油发动机发送控制指令。

较佳的，所述功率计算单元计算各个发电机输出功率的计算公式为：

式中，p_ia由下式确定：

其中，i为发电机的序号，j为每个发电机具有的功率点的序号，p_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的输出功率，h_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的耗油量/耗气量，k_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的功率耗费比率，k_im为第i个发电机的最大功率耗费比率，p_im为第i个发电机的最大功率耗费比率对应的输出功率，n为需要参与发电的发电机的总数量，p_n为第n个发电机的输出功率。

较佳的，还包括功率传感器，其与所述发电机组的输出端连接，测量所述发电机组的总功率。

较佳的，所述功率传感器还设置在所述发电机的输出线路上，对各个发电机的输出功率进行测量。

较佳的，所述控制器还包括功率修正单元，其与所述功率计算单元、功率转换单元连接，对各个发电机需要提供的输出功率进行修正，并发送给所述功率转换单元。

较佳的，所有所述发电机的相邻功率点之间的输出功率之差均相同。

较佳的，所述功率修正单元将参与发电的发电机中最后一个发电机的输出功率对应的前斜率与其余发电机的输出功率对应的后斜率进行比对，如果存在后斜率大于所述前斜率的发电机，则将对应的发电机的输出功率修改为其后一个功率点对应的输出功率，将最后一个发电机的输出功率修改为其前一个功率点对应的输出功率，这样循环进行修正，直到不存在后斜率大于所述前斜率的发电机为止。

较佳的，所述前斜率的计算公式为：

其中，i为发电机的序号，j为每个发电机具有的功率点的序号，p_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的输出功率，h_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的耗油量/耗气量，k_ij-为第i个发电机的第j个功率点对应的前斜率。

较佳的，所述后斜率的计算公式为：

其中，i为发电机的序号，j为每个发电机具有的功率点的序号，p_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的输出功率，h_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的耗油量/耗气量，k_ij+为第i个发电机的第j个功率点对应的后斜率。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：提供一种节能发电机组，这样，通过控制器对输出功率进行合理的分配，节省了使整个发电机组消耗的能源；且结构简单，使用方便；可以灵活、迅速地确定每个发电机需要提供的功率并控制对应的发动机执行，该功率对应的耗油量/耗气量最小，起到节能减排的作用，大大减少耗油量/耗气量。且结构简单，反应迅速；通过对发电机的每个功率点对应的功率耗费比率的计算，确定该发电机在各个功率点的燃油/燃气消耗率状态；再通过确定每个发电机的最大功率耗费比率，来确定各个发电机的发电时的最佳输出功率；然后通过逐个添加需要运转的电机，来确定需要参与发电的发电机数量及最后一个参与的发电机的输出功率，这样可以使得除最后一个发电机外所有的发电机均以其燃油/燃气消耗率最小的状态运行，极大节省了相关能源；另外，该公式计算简单、方便，不需要进行繁琐的遍历等，减少了对系统资源的占用；且通过该公式可以快速确定参与发电的发电机数量及输出功率，提高了控制器的反应速度，进一步提高了整个节能发电机组的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明本发明节能发电机组的结构示意图；

图2是本发明本发明节能发电机组控制器的结构框图；

图3是本发明本发明节能发电机组实施例4的结构示意图；

图4是本发明本发明节能发电机组实施例5的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例1

如图1所示，其为本发明节能发电机组的结构示意图；其中，所述节能发电机组，其包括：

燃气/燃油发动机1，其将燃气/燃油的化学能转换成机械能；

发电机2，其与所述燃气/燃油发动机1连接，将所述机械能转换成电能；

并机装置4，其分别与所述发电机2连接，将多个发电机2进行并机输出。

控制器3，其分别与多个所述燃气/燃油发动机1连接，根据所述节能发电机组的输出功率进行功率分配，确定各个所述燃气/燃油发动机1的供油量/供气量后发送控制指令；

所述燃气/燃油发动机1接收所述控制器3的控制指令后调节其自身的供油量/供气量。

这样，在确定了节能发电机组需要提供的输出功率之后，控制器对每个发电机的输出功率进行分配，使整个发电机组的燃油/燃气消耗率最低，并根据分配的功率控制与各个发电机对应的燃气/燃油发动机的供油量。这样，通过控制器对输出功率进行合理的分配，节省了使整个发电机组消耗的能源。且结构简单，使用方便，节能效果更好。

其中，由于并机的要求，参与并机的每个发电机都要保持相同的转速，因此只能通过调整所述燃气/燃油发动机的供油量/供气量来调整对应发电机的输出功率。

实施例2

如上述所述的节能发电机组，本实施例与其不同之处在于，如图2所示，所述控制器3包括：

功率获取单元31，其获取所述发电机组需要提供的总输出功率；

列表获取单元32，其获取各个发电机的输出功率与耗油量/耗气量的关系列表；

功率计算单元33，其与所述功率获取单元31、列表获取单元32连接，计算各个发电机需要提供的输出功率；

功率转换单元34，其与所述列表获取单元32、功率计算单元33连接，接收所述功率计算单元33发送的各个发电机的输出功率后从所述关系列表中查询对应的耗油量/耗气量并转换为对应的供油量/供气量；

控制单元35，其与功率转换单元34、燃气/燃油发动机1连接，接收所述供油量/供气量信息后向各个所述燃气/燃油发动机1发送控制指令。

这样，功率获取单元获取整个发电机组需要提供的总输出功率，列表获取单元获取每个发电机的输出功率与耗油量/耗气量的关系列表；功率计算单元计算每个发电机需要提供的输出功率；功率转换单元根据关系列表查询输出功率对应的耗油量/耗气量，并转换为对应的供油量/供气量；其中，相同发电机的耗油量/耗气量与供油量/供气量数值相同；控制单元根据供油量/供气量对各个发动机发送控制指令。这样，可以灵活、迅速地确定每个发电机需要提供的功率并控制对应的发动机执行，该功率对应的耗油量/耗气量最小，起到节能减排的作用，大大减少耗油量/耗气量。且结构简单，反应迅速。

实施例3

如上述所述的节能发电机组，本实施例与其不同之处在于，所述功率计算单元33计算各个发电机输出功率的计算公式为：

式中，p_ia由下式确定：

其中，i为发电机的序号，j为每个发电机具有的功率点的序号，p_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的输出功率，h_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的耗油量/耗气量，k_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的功率耗费比率，k_im为第i个发电机的最大功率耗费比率，p_im为第i个发电机的最大功率耗费比率对应的输出功率，n为需要参与发电的发电机的总数量，p_n为第n个发电机的输出功率，除该发电机外，其余需要参与发电的发电机的输出功率均为其最大功率耗费比率对应的输出功率。

其中，先计算发电机的每个功率点对应的功率耗费比率，这个代表了每个发电机在完成该功率的输出时与需要耗费的耗油量/耗气量之比，比值越大，其燃油/燃气消耗率越小，表明该发电机在该功率运转越节省能源；然后统计每个发电机的最大功率耗费比率，该比率表明该发电机在该功率运转时的燃油/燃气消耗率最小；然后在确定了总输出功率的情况下，对每个电机的输出功率进行分配，由每个电机均以其最大功率耗费比率进行运行，逐个添加需要运转的电机，直到满足所有电机的输出功率之和恰好高于总输出功率，这样最后一个发电机的输出功率为总输出功率减去除该发电机外其余所有参与发电的发电机的输出功率之和。

这样，通过对发电机的每个功率点对应的功率耗费比率的计算，确定该发电机在各个功率点的燃油/燃气消耗率状态；再通过确定每个发电机的最大功率耗费比率，来确定各个发电机的发电时的最佳输出功率；然后通过逐个添加需要运转的电机，来确定需要参与发电的发电机数量及最后一个参与的发电机的输出功率，这样可以使得除最后一个发电机外所有的发电机均以其燃油/燃气消耗率最小的状态运行，极大节省了相关能源；另外，该公式计算简单、方便，不需要进行繁琐的遍历等，减少了对系统资源的占用；且通过该公式可以快速确定参与发电的发电机数量及输出功率，提高了控制器的反应速度，进一步提高了整个节能发电机组的工作效率。

其中，发电机与燃油/燃气发动机一一对应，所以本申请中发电机的序号也可以认为是对应的燃油/燃气发动机的序号。

其中，发电机的每个功率点对应的输出功率不大于其额定输出功率。这样，可以对分配给发电机的输出功率进行限定，防止其高于额定输出功率，这样每个发电机都可以安全运行，避免了安全隐患。

实施例4

如上述所述的节能发电机组，本实施例与其不同之处在于，如图3所示，所述节能发电机组还包括功率传感器5，其与所述发电机组的输出端连接，测量所述发电机组的总功率。

这样，可以对整个发电机组的总输出功率进行测量，方便快速。

较佳的，所述功率传感器5还设置在所述发电机2的输出线路上，对各个发电机的输出功率进行测量。

这样，可以对每个发电机的输出功率进行测量，从而确定所述发电机是否按照分配的输出功率进行输出。

实施例5

如上述所述的节能发电机组，本实施例与其不同之处在于，如图4所示，所述控制器3还包括功率修正单元36，其与所述功率计算单元33、功率转换单元34连接，对各个发电机需要提供的输出功率进行修正，并发送给所述功率转换单元34。

所述功率计算单元33中，直接对总功率进行分配，但是其最后一个发电机的输出功率并非该发电机的最大功率耗费比率对应的输出功率，也就是说，对最后一个发电机的输出功率，还可以进行修正。

所有发电机的相邻功率点之间的输出功率之差均相同；也就是说，如果第一个发电机的相邻功率点之间的输出功率之差均为20W，则其余发电机的相邻功率点之间的输出功率之差也均为20W。

其具体的修正方法需要引入斜率的概念，其中，斜率是指一个功率点与其相邻功率点的输出功率之差与耗油量/耗气量之差的比值；前斜率是指一个功率点与其前一个功率点的输出功率之差与耗油量/耗气量之差的比值；后斜率是指一个功率点与其后一个功率点的输出功率之差与耗油量/耗气量之差的比值。其中，斜率、前斜率、后斜率有正值也有负值，如果输出功率增加而耗油量/耗气量减少，则斜率、前斜率、后斜率为负值，如果输出功率增加而耗油量/耗气量增加，则斜率、前斜率、后斜率为正值，其计算公式为：

其中，i为发电机的序号，j为每个发电机具有的功率点的序号，p_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的输出功率，h_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的耗油量/耗气量，k_ij+为第i个发电机的第j个功率点对应的后斜率，k_ij-为第i个发电机的第j个功率点对应的前斜率。

这样，对各个发电机需要提供的输出功率进行修正时，将参与发电的发电机中最后一个发电机的输出功率对应的前斜率与其余发电机的输出功率对应的后斜率进行比对，如果存在后斜率大于所述前斜率的发电机，则将对应的发电机的输出功率修改为其后一个功率点对应的输出功率，将最后一个发电机的输出功率修改为其前一个功率点对应的输出功率，这样循环进行修正，直到不存在后斜率大于所述前斜率的发电机为止。

这样，每次修正后总功率对应的耗油量/耗气量均会减小，修正后的整个发电机组会进一步节省能源。

实施例6

如上述所述的节能发电机组，本实施例与其不同之处在于，所述各个发电机输出功率的计算公式中，所述发电机随着其序号的增加，其对应的最大功率耗费比率依次减小。

这样，最先参与发电的为所有的发电机中最大功率耗费比率最大的发电机，同时也是燃油/燃气消耗率最小的发电机，因此其同样的输出功率需要耗费的耗油量/耗气量变小，从而进一步减少整个发电机组的燃油/燃气消耗率。

实施例7

如上述所述的节能发电机组，本实施例与其不同之处在于，所述列表获取单元32与一输入装置连接，用于输入各个发电机的输出功率与耗油量/耗气量的关系列表。

所述关系列表至少包括：发电机序号、输出功率、耗油量/耗气量；这样，可以通过该关系列表直接进行读取计算。

所述关系列表还包括功率耗费比率，这样可以节省功率计算单元需要计算的数据，提高其工作效率，进而提高整个发电机组的工作效率。

其中，所述关系列表中的数据可以通过对发电机的输出功率和单位时间内的耗油量/耗气量的检测来得到。

比如，对其中的一个发电机，可以根据其额定功率确定需要测定的功率点，针对其中的一个功率点，可以使该发电机持续输出该功率点的输出功率，进行一段时间后测量其消耗的燃油/燃气，从而计算出耗油量/耗气量；这样依次测定一个发电机的所有功率点的输出功率及对应的耗油量/耗气量；然后依次测定所有发电机的数据，从而得到所述关系列表。

其中，所述功率点的确定可以根据实际情况进行，如果测量仪器的精度不足或测量时间较短，需要提高测量效率，则可以设置较少的功率点；比如，额定功率为200W，功率点的输出功率分别设为40W、80W、120W、160W、200W；如果需要比较精确的结果，可以增加设置的功率点；比如，额定功率为200W，功率点的输出功率分别设为20W、40W、60W、80W、100W、120W、140W、160W、180、200W。

其中，所述功率点对应的输出功率不大于该发电机的额定功率。

其中，所述功率点设置的越多、越密集，其测得的功率点之间的连线越接近于真实的曲线(也就是功率点实际上存在的曲线)，根据功率点进行的输出功率分配也会更精确，从而进一步提高其节能效果。

实施例8

如上述所述的节能发电机组，本实施例与其不同之处在于，所述燃气/燃油发动机为柴油发动机，这样，原料来源广泛，使用方便；且原料成本低，便于长时间运行；热效率高，即燃油消耗率低，经济性好；结构紧凑、质量轻、内燃机整机质量与其标定功率的比值(称为比质量)较小、便于移动；能在启动后很快达到全负荷运行。

实施例9

如上述所述的节能发电机组，本实施例与其不同之处在于，所述燃气/燃油发动机为汽油发动机，这样，原料来源广泛，使用方便；且噪音小，无论何时无论何处都能使用；在低温条件下启动更加方便快捷；排量小，重量轻，体积校操作轻巧方便。

实施例10

如上述所述的节能发电机组，本实施例与其不同之处在于，所述发动机为燃气发动机，这样，所述燃气发动机启动性能好，启动成功率高；从冷态启动成功后到满负载的时间仅为30秒钟，而国际规定柴油发电机启动成功后3分钟带负载；燃气轮发电机组可以任何环境温度和气候下保证启动的成功率；由于发电机组工作时只有旋转运动，电调反应速度快，工作特别平稳，发电机输出电压和频率的精度高，波动小，在突加空减50％和75％负载时，机组运行非常稳定；采用的可燃性气体是清洁、廉价的能源，不仅运行可靠，成本低，而且不会产生污染；噪声低振动小由于燃汽轮机处于高速旋转状态，它的振动非常小。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种节能发电机组，其特征在于，包括：

燃气/燃油发动机，其将燃气/燃油的化学能转换成机械能；

发电机，其与所述燃气/燃油发动机连接，将所述机械能转换成电能；

并机装置，其分别与所述发电机连接，将多个发电机进行并机输出；

控制器，其分别与多个所述燃气/燃油发动机连接，根据所述节能发电机组的输出功率进行功率分配，确定各个所述燃气/燃油发动机的供油量/供气量后发送控制指令；

所述燃气/燃油发动机接收所述控制器的控制指令后调节其自身的供油量/供气量。

2.如权利要求1所述的节能发电机组，其特征在于，所述控制器包括：

功率获取单元，其获取所述发电机组需要提供的总输出功率；

列表获取单元，其获取各个发电机的输出功率与耗油量/耗气量的关系列表；

功率计算单元，其与所述功率获取单元、列表获取单元连接，计算各个发电机需要提供的输出功率；

功率转换单元，其与所述列表获取单元、功率计算单元连接，接收所述功率计算单元发送的各个发电机的输出功率后从所述关系列表中查询对应的耗油量/耗气量并转换为对应的供油量/供气量；

控制单元，其与功率转换单元、燃气/燃油发动机连接，接收所述供油量/供气量信息后向各个所述燃气/燃油发动机发送控制指令。

3.如权利要求2所述的节能发电机组，其特征在于，所述功率计算单元计算各个发电机输出功率的计算公式为：

$p_n=P-\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Σ}}{p}_{im}$

式中，p_ia由下式确定：

$k_{im}=\underset{j}{max}\left\{k_{ij}\right\}$

$k_{ij}=\frac{p_{ij}}{h_{ij}}$

其中，i为发电机的序号，j为每个发电机具有的功率点的序号，p_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的输出功率，h_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的耗油量/耗气量，k_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的功率耗费比率，k_im为第i个发电机的最大功率耗费比率，p_im为第i个发电机的最大功率耗费比率对应的输出功率，n为需要参与发电的发电机的总数量，p_n为第n个发电机的输出功率。

4.如权利要求1-3中任一所述的节能发电机组，其特征在于，还包括功率传感器，其与所述发电机组的输出端连接，测量所述发电机组的总功率。

5.如权利要求4所述的节能发电机组，其特征在于，所述功率传感器还设置在所述发电机的输出线路上，对各个发电机的输出功率进行测量。

6.如权利要求2或3所述的节能发电机组，其特征在于，所述控制器还包括功率修正单元，其与所述功率计算单元、功率转换单元连接，对各个发电机需要提供的输出功率进行修正，并发送给所述功率转换单元。

7.如权利要求6所述的节能发电机组，其特征在于，所有所述发电机的相邻功率点之间的输出功率之差均相同。

8.如权利要求7所述的节能发电机组，其特征在于，所述功率修正单元将参与发电的发电机中最后一个发电机的输出功率对应的前斜率与其余发电机的输出功率对应的后斜率进行比对，如果存在后斜率大于所述前斜率的发电机，则将对应的发电机的输出功率修改为其后一个功率点对应的输出功率，将最后一个发电机的输出功率修改为其前一个功率点对应的输出功率，这样循环进行修正，直到不存在后斜率大于所述前斜率的发电机为止。

9.如权利要求8所述的节能发电机组，其特征在于，所述前斜率的计算公式为：

$k_{ij-}=\frac{p_{ij}-p_{i(j-1)}}{h_{ij}-h_{i(j-1)}}$

其中，i为发电机的序号，j为每个发电机具有的功率点的序号，p_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的输出功率，h_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的耗油量/耗气量，k_ij-为第i个发电机的第j个功率点对应的前斜率。

10.如权利要求8所述的节能发电机组，其特征在于，所述后斜率的计算公式为：

$k_{ij+}=\frac{p_{i(j+1)}-p_{ij}}{h_{i(j+1)}-h_{ij}}$

其中，i为发电机的序号，j为每个发电机具有的功率点的序号，p_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的输出功率，h_ij为第i个发电机的第j个功率点对应的耗油量/耗气量，k_ij+为第i个发电机的第j个功率点对应的后斜率。