CN108153225B - 一种瓦斯发电站机组功率分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发电机控制技术领域，一种瓦斯发电站机组功率分配方法。本发明提供的瓦斯发电站机组用机组功率环型分配器包括检测装置、控制器、发电机组控制装置和人机交互系统；中央控制器还能够根据预设的程序和数据以及接收到的瓦斯浓度信号和压力信号，来自动控制每一个发电机的功率，同时在调整过程中按照比例进行调整，并不是平均分配到每一个发电机上，这样就能够更好的对发电机组的每一台发电进行分配，对于发电机组的分配更加合理，不会出现某些发电机组分配的功率过高导致带不动的问题，也不会出现某些发电机分配的功率没有达到能够承受的合理功率值致使发电机组工作不饱和的问题。

Description

一种瓦斯发电站机组功率分配方法

技术领域

本发明涉及发电机控制技术领域，具体涉及一种瓦斯发电站机组功率分配方法。

背景技术

瓦斯是煤层气在煤矿的俗称，根据新的资源评价结果，我国陆上瓦斯资源量36.8万亿立方米，与陆上常规天然气资源量(38万亿立方米)相当。而瓦斯气体若不加以利用直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，于是瓦斯的减排与利用工作变得势在必行。利用瓦斯发电则既可以有效地解决煤矿瓦斯事故、改善煤矿安全生产条件，又有利于增加洁净能源供应、减少温室气体排放，达到保护生命、保护资源、保护环境的多重目标。

但是，在瓦斯发电站的运行生产过程经常见的一个问题就是，瓦斯气源的状态随时都在变化，主要为浓度和压力；导致发电机组的功率控制很难“以不变应万变”，这一点在低浓度瓦斯发电站尤其突出。另一个常见的问题就是由于机组运行状况存在现场操作人员的功率调整不合理、不及时，致使部分机组“吃不饱”、部分机组“拉不动”。

发明内容

(一)本发明所要解决的技术问题是：瓦斯发电站机组用机组调整不合理的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种瓦斯发电站机组用机组功率环型分配器，包括检测装置、控制器、发电机组控制装置和人机交互系统；

所述控制器包括中央处理器和分别与所述中央处理器电路连接的数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和通信模块；

所述检测装置设置在瓦斯气源输送管道至发电机组的入口处，用于检测管道内瓦斯的浓度和压力；

所述模拟量输入模块，用于采集控制器检测到的浓度信号和压力信号；

所述通信模块，用于与所述人机交互系统和所述发电机组控制装置通信；

所述数字量输入模块，用于输入数字控制信号；

所述中央处理器，用于对模拟量输入模块检测到的浓度信号和压力信号以及数字量输入模块输入的控制信号进行处理和运算，并经过逻辑控制生成控制指令；

所述数字量输出模块，与所述发电机组控制装置电路连接，用于将所述控制指令发送给发电机组控制装置。

本发明的有益效果：本发明提供的瓦斯发电站机组用机组功率环型分配器，包括检测装置、控制器、发电机组控制装置和人机交互系统；通过人机交互系统能够与中央处理机进行数据交互，进而能够手动控制每一台发电机的运行功率，同时中央控制器还能够根据预设的程序和数据以及接收到的瓦斯浓度信号和压力信号，来自动控制每一个发电机的功率，同时在调整过程中按照比例进行调整，并不是平均分配到每一个发电机上，这样就能够更好的对发电机组的每一台发电进行分配，对于发电机组的分配更加合理，不会出现某些发电机组分配的功率过高导致带不动的问题，也不会出现某些发电机分配的功率没有达到能够承受的合理功率值致使发电机组工作不饱和的问题；并且控制器自动分配供电功率采用分段控制策略，按照参数设置的调整差值和调整幅度控制。同样，对于在调节过程中出现的机组功率过高、过低等情况也分段进行报警或停机设定，及时提醒操作人员进行人为干预或工况落实，避免不必要的生产事故发生。

进一步地，所述瓦斯发电站机组用机组功率环型分配器还包括按钮和指示灯；所述指示灯和所述按钮与所述数字量输入模块电路连接。

进一步地，所述通信模块包括以太网通信子模块和Modbus通信子模块，所述人机交互系统通过所述以太网通信子模块与所述中央处理器通信；所述发电机组控制装置通过Modbus通信子模块与所述中央处理器通信；

进一步地，所述中央处理器为PLC控制器。

进一步地，所述人机交互系统为触摸屏。

进一步地，所述检测装置包括浓度传感器和压力传感器。

本发明还提供了一种瓦斯发电站机组功率分配方法，包括以下步骤：

S1，设置瓦斯发电机组功率环型分配器的运行参数；

S2，检测瓦斯气源输送管道内的浓度信号和压力信号；

S3，根据检测到的浓度信号、压力信号和预设的运行参数计算所述瓦斯发电机组当前允许的最高发电总功率；

S4，中央处理器接收控制信号，并根据控制信号生成控制指令发送给发电机组控制装置，通过发电机组控制装置调整每一台发电机的运行功率L。

进一步地，在步骤S1中设置所述瓦斯发电机组功率环型分配器的运行参数包括发电机组额定最高总发电功率W1、每一台发电机的最高发电功率W2、每一台发电机最低发电功率W3、调整时间间隔T1、调整幅值和多组调整值，其中所述W1＞W2＞W3，且所述W1＝n*W2(n为发电机组包括发电机的数量)。

进一步地，所述步骤S4包括：手动模式和自动模式；

在手动模式下，中央处理器接收人机交互系统发送的手动控制信号，中央处理器根据接收到的控制信号自动生成控制指令，发电机组控制装置根据控制指令调整每一条台发电机的运行功率；

在自动模式下，中央处理器根据单台机组最高发电功率W2、单台机组最低发电功率W3、计算出的瓦斯发电机组当前允许的最高发电总功率W1和调整值生成控制指令，发电机组控制装置根据控制指令调整每一条台发电机的运行功率。

进一步地，在步骤S4中的自动模式中的，将当前浓度下发电机组当前允许的最高发电总功率W4减去发电机组的实际总功率W5然后比上当前浓度下发电机组当前允许的最高发电总功率W4，得到功率差值K1，然后将所述功率差值K1与预设的多个调整值进行比对，判断所述功率差值位于那个区间，然后生成控制指令并发送给发电机组控制装置，通过发电机组控制装置调整每一台发电机的运行功率，其中W4＜W1。

进一步地，所述调整值设有三个，分别为第一调整值M1、第二调整值M2和第三调整值M3，所述第一调整值M1对应一个第一调整幅值R1，所述第二调整值M2对应一个第二调整幅值R2，所述第三调整值M3对应一个第三调整幅值R3，

当K1≤M1时，中央控制器生成控制指令发送给发电机组控制装置，发电机组控制装置将发电机的实际运行功率调整至每一台发电机的最高发电功率W2；

当M1＜K1≤M2时，中央控制器生成控制指令发送给发电机组控制装置，发电机组控制装置控制每一台发电机的运行功率L1，L1＝当前发动机的实际运行功率W7/(1-K1)，按照调整时间间隔T1，每次按照固定的第一调整幅值R1调整发电机的运行功率L1，直至L1＝W7/(1-K1)；

当M2＜K1≤M3时，中央控制器生成控制指令发送给发电机组控制装置，发电机组控制装置控制每一台发电机的运行功率L1，L1＝当前发动机的实际运行功率W7/(1-K1)，按照调整时间间隔T1，每次按照固定的第二调整幅值R2调整发电机的运行功率L1，直至L1＝W7/(1-K1)；

当K1≥M3时，中央控制器生成控制指令发送给发电机组控制装置，发电机组控制装置控制每一台发电机的运行功率L1，L1＝当前发动机的实际运行功率W7/(1-K1)，按照调整时间间隔T1，每次按照固定的第三调整幅值R3调整发电机的运行功率L1，直至L1＝W7/(1-K1)。

附图说明

本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是所述瓦斯发电站机组用机组功率环型分配器的结构示意图

图2是所述瓦斯发电站机组用机组功率环型分配器的工作流程图。；

其中图1和图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1、中央处理器，2、数字量输入模块，3、数字量输出模块，4、模拟量输入模块，5、通信模块，6、发电机组控制装置，7、人机交互系统。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明提供一种瓦斯发电站机组用机组功率环型分配器，包括检测装置、控制器、发电机组控制装置6和人机交互系统7；所述控制器包括中央处理器1和分别与所述中央处理器1电路连接的数字量输入模块2、数字量输出模块3、模拟量输入模块4和通信模块5；所述检测装置设置在瓦斯气源输送管道至发电机组的入口处，用于检测管道内瓦斯的浓度和压力；所述模拟量输入模块4，用于采集控制器检测到的浓度信号和压力信号；所述通信模块5，用于与所述人机交互系统7和所述发电机组控制装置6通信；所述数字量输入模块2，用于输入数字控制信号；所述中央处理器1，用于对模拟量输入模块4检测到的浓度信号和压力信号以及数字量输入模块2输入的控制信号进行处理和运算，并经过逻辑控制生成控制指令；所述数字量输出模块3，与所述发电机组控制装置6电路连接，用于将所述控制指令发送给发电机组控制装置6。

本发明提供的种瓦斯发电站机组用机组功率环型分配器，包括检测装置、控制器、发电机组控制装置6和人机交互系统7；通过人机交互系统7能够与中央处理机进行数据交互，进而能够手动控制每一台发电机的运行功率，同时中央控制器还能够根据预设的程序和数据以及接收到的瓦斯浓度信号和压力信号，来自动控制每一个发电机的功率，同时在调整过程中按照比例进行调整，并不是平均分配到每一个发电机上，这样就能够更好的对发电机组的每一台发电进行分配，对于发电机组的分配更加合理，不会出现某些发电机组分配的功率过高导致带不动的问题，也不会出现某些发电机分配的功率没有达到能够承受的合理功率值致使发电机组工作不饱和的问题；并且控制器自动分配供电功率采用分段控制策略，按照参数设置的调整差值和调整幅度控制。同样，对于在调节过程中出现的机组功率过高、过低等情况也分段进行报警或停机设定，及时提醒操作人员进行人为干预或工况落实，避免不必要的生产事故发生。

优选地，所述瓦斯发电站机组用机组功率环型分配器还包括按钮和指示灯；所述指示灯和所述按钮与所述数字量输入模块2电路连接，通过按钮和指示灯可以向中央处理器1输入控制指令，同时指示灯可以起到报警的作用，对于在调节过程中出现的机组功率过高、过低等情况也分段进行报警或停机设定，及时提醒操作人员进行人为干预或工况落实，避免不必要的生产事故发生。

所述通信模块5包括以太网通信子模块和Modbus(网络通讯协议)通信子模块，所述人机交互系统7通过所述以太网通信子模块与所述中央处理器1通信；所述发电机组控制装置6通过Modbus通信子模块与所述中央处理器通信；

优选地，所述中央处理器1为PLC控制器，所述通信模块5含以太网通信模块5和Modbus通信模块5，PLC控制器与人机交互系统7之间采用以太网通信，与发电机组控制装置6之间预留Modbus通信接口。可选地，所述人机交互系统7为触摸屏，可以通过触摸屏来输入控制信息，当然，在本申请中所述人机交互系统7亦可采用上位组态软件进行。

优选地，所述检测装置包括浓度传感器和压力传感器，包括浓度传感器、压力传感器各两枚，采用冗余设计，安装于瓦斯气源输送管道至发电机组的入口处。间隔布置，信号采集更准确。传感器通过4-20mA直流电流信号接至控制器，方便、快捷。、

数字量输入模块2、数字量输出模块3、模拟量输入模块4、通信模块5。中央处理单元负责信号处理、运算及逻辑控制等工作；数字量输入模块2和数字量输出模块3负责按钮、指示灯及与瓦斯发电机组控制装置6的数字量信号输入输出对接；模拟量输入模块4负责传感器信号采集。

如图2所示，本发明还提供了一种瓦斯发电站机组功率分配方法，包括以下步骤：

S1，设置瓦斯发电机组功率环型分配器的运行参数；

S2，检测瓦斯气源输送管道内的浓度信号和压力信号；

S3，根据检测到的浓度信号、压力信号和预设的运行参数计算所述瓦斯发电机组当前允许的最高发电总功率；

S4，中央处理器1接收控制信号，并根据控制信号生成控制指令发送给发电机组控制装置6，通过发电机组控制装置6调整每一台发电机的运行功率W。

进一步地，在步骤S1中设置所述瓦斯发电机组功率环型分配器的运行参数包括发电机组额定最高总发电功率W1、每一台发电机的最高发电功率W2、每一台发电机最低发电功率W3、调整时间间隔T1、调整幅值和多组调整值，其中所述W1＞W2＞W3，且所述W1＝n*W2(n为发电机组包括发电机的数量)。所述步骤S4包括：手动模式和自动模式；

在手动模式下，中央处理器1接收人机交互系统7发送的手动控制信号，中央处理器1根据接收到的控制信号自动生成控制指令，发电机组控制装置6根据控制指令调整每一条台发电机的运行功率；在自动模式下，中央处理器1根据单台机组最高发电功率W2、单台机组最低发电功率W3、计算出的瓦斯发电机组当前允许的最高发电总功率W1和调整值生成控制指令，发电机组控制装置6根据控制指令调整每一条台发电机的运行功率。

优选地，在步骤S4中的自动模式中的，将当前浓度下发电机组当前允许的最高发电总功率W4减去发电机组的实际总功率W5然后比上当前浓度下发电机组当前允许的最高发电总功率W4，得到功率差值K1，然后将所述功率差值K1与预设的多个调整值进行比对，判断所述功率差值位于那个区间，然后生成控制指令并发送给发电机组控制装置6，通过发电机组控制装置6调整每一台发电机的运行功率，其中W4＜W1。

可选地，假设以所述调整值设有三个，分别为第一调整值M1、第二调整值M2和第三调整值M3，所述第一调整值M1对应一个第一调整幅值R1，所述第二调整值M2对应一个第二调整幅值R2，所述第三调整值M3对应一个第三调整幅值R3，

当K1≤M1时，中央控制器生成控制指令发送给发电机组控制装置6，发电机组控制装置6将发电机的实际运行功率调整至每一台发电机的最高发电功率W2；

当M1＜K1≤M2时，中央控制器生成控制指令发送给发电机组控制装置6，发电机组控制装置6控制每一台发电机的运行功率L1，L1＝当前发动机的实际运行功率W7/(1-K1)，按照调整时间间隔T1，每次按照固定的第一调整幅值R1调整发电机的运行功率L1，直至L1＝W7/(1-K1)；

当M2＜K1≤M3时，中央控制器生成控制指令发送给发电机组控制装置6，发电机组控制装置6控制每一台发电机的运行功率L1，L1＝当前发动机的实际运行功率W7/(1-K1)，按照调整时间间隔T1，每次按照固定的第二调整幅值R2调整发电机的运行功率L1，直至L1＝W7/(1-K1)；

当K1≥M3时，中央控制器生成控制指令发送给发电机组控制装置6，发电机组控制装置6控制每一台发电机的运行功率L1，L1＝当前发动机的实际运行功率W7/(1-K1)，按照调整时间间隔T1，每次按照固定的第三调整幅值R3调整发电机的运行功率L1，直至L1＝W7/(1-K1)。

优选地，当K1≤M1时，证明当前浓度下的发动机组最高发电功率W4与发电机组的实际总功率W5比较接近，即瓦斯的浓度能够允许当前的发电机组满负荷运行，因此可以让每一台发电机均提升到单台机组最高发电功率W2，此时中央控制器生成控制指令发送给发电机组控制装置6，发电机组控制装置6将发电机的实际运行功率调整至每一台发电机的最高发电功率W2，

当M1＜K1≤M2时，此时证明瓦斯的浓度比预期的少一些，因此需要调整中央控制器生成控制指令发送给发电机组控制装置6，发电机组控制装置6控制每一台发电机的运行功率L1，L1＝当前发动机的实际运行功率W7/(1-K1)，按照调整时间间隔T1，每次按照固定的第一调整幅值R1调整发电机的运行功率L1，直至L1＝W7/(1-K1)；

当M2＜K1≤M3时，证明当前的瓦斯量更少，因此中央控制器生成控制指令发送给发电机组控制装置6，发电机组控制装置6控制每一台发电机的运行功率L1，L1＝当前发动机的实际运行功率W7/(1-K1)，按照调整时间间隔T1，每次按照固定的第三调整幅值R3调整发电机的运行功率L1，直至L1＝W7/(1-K1)。其中需要说明的是，在上述内容当中，第三调整幅值是最大的，因为其实际运行功率与当前如需的功率相比具有较大的差别，即R3＞R2＞R1。

手动模式下，在单台机组最高发电功率、最低发电功率及当前允许最高发电总功率的范围内可人为设定单台机组功率；

自动模式下，控制器会依据既定算法，根据当前允许最高发电总功率、单台机组最高发电功率、最低发电功率以及调整差值和调整幅度的设定值自动设定单停机组功率。手动和自动调整均设定调整间隔时间，间隔时间太小、频繁调整机组功率易引起机组震荡，间隔时间太长则易造成机组功率调整不及时引发机组故障。

1、瓦斯电站用功率环形分配器上电自检完成，开始读入瓦斯浓度传感器、压力传感器、机组运行状态等信号并分析、计算。操作人员通过触摸屏的参数设置区域设定相应参数值(白色数字框为可输入数值)，本区域有权限限制，所有参数未经许可不得擅自更改。由此具备使用条件。

2、操作人员通过触摸屏操作模式选择区域内按钮选择手动模式或自动模式。

3、若选择手动模式，需操作人员人为在机组功率设定区域设定运行功率。

4、若选择自动模式，机组功率设定受程序控制。控制器通过对采集信号、设置参数等分析计算后输出功率控制信号，。

综上所述，本发明提供的包括检测装置、控制器、发电机组控制装置和人机交互系统；通过人机交互系统能够与中央处理机进行数据交互，进而能够手动控制每一台发电机的运行功率，同时中央控制器还能够根据预设的程序和数据以及接收到的瓦斯浓度信号和压力信号，来自动控制每一个发电机的功率，同时在调整过程中按照比例进行调整，并不是平均分配到每一个发电机上，这样就能够更好的对发电机组的每一台发电进行分配，对于发电机组的分配更加合理，不会出现某些发电机组分配的功率过高导致带不动的问题，也不会出现某些发电机分配的功率没有达到能够承受的合理功率值致使发电机组工作不饱和的问题；并且控制器自动分配供电功率采用分段控制策略，按照参数设置的调整差值和调整幅度控制。同样，对于在调节过程中出现的机组功率过高、过低等情况也分段进行报警或停机设定，及时提醒操作人员进行人为干预或工况落实，避免不必要的生产事故发生。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

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

Claims (1)

1.一种瓦斯发电站机组功率分配方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，设置瓦斯发电机组功率环型分配器的运行参数；

S2，检测瓦斯气源输送管道内的浓度信号和压力信号；

S3，根据检测到的浓度信号、压力信号和预设的运行参数计算所述瓦斯发电机组当前允许的最高发电总功率；

S4，中央处理器接收控制信号，并根据控制信号生成控制指令发送给发电机组控制装置，通过发电机组控制装置调整每一台发电机的运行功率L；

在步骤S1中设置所述瓦斯发电机组功率环型分配器的运行参数包括发电机组额定最高总发电功率W1、每一台发电机的最高发电功率W2、每一台发电机最低发电功率W3、调整时间间隔T1、调整幅值和多组调整值，其中所述W1＞W2＞W3，且所述W1＝n*W2，n为发电机组包括发电机的数量；

所述步骤S4包括：手动模式和自动模式；

在手动模式下，中央处理器接收人机交互系统发送的手动控制信号，中央处理器根据接收到的控制信号自动生成控制指令，发电机组控制装置根据控制指令调整每一条台发电机的运行功率；

在自动模式下，中央处理器根据单台机组最高发电功率W2、单台机组最低发电功率W3、计算出的瓦斯发电机组当前允许的最高发电总功率W1和调整值生成控制指令，发电机组控制装置根据控制指令调整每一条台发电机的运行功率；

在步骤S4中的自动模式中的，将当前浓度下发电机组当前允许的最高发电总功率W4减去发电机组的实际总功率W5然后比上当前浓度下发电机组当前允许的最高发电总功率W4，得到功率差值K1，然后将所述功率差值K1与预设的多个调整值进行比对，判断所述功率差值位于那个区间，然后生成控制指令并发送给发电机组控制装置，通过发电机组控制装置调整每一台发电机的运行功率，其中W4＜W1；

所述调整值设有三个，分别为第一调整值M1、第二调整值M2和第三调整值M3，所述第一调整值M1对应一个第一调整幅值R1，所述第二调整值M2对应一个第二调整幅值R2，所述第三调整值M3对应一个第三调整幅值R3，R3＞R2＞R1；

当K1≤M1时，中央控制器生成控制指令发送给发电机组控制装置，发电机组控制装置将发电机的实际运行功率调整至每一台发电机的最高发电功率W2；

当M1＜K1≤M2时，中央控制器生成控制指令发送给发电机组控制装置，发电机组控制装置控制每一台发电机的运行功率L1，L1＝当前发动机的实际运行功率W7/(1-K1)，按照调整时间间隔T1，每次按照固定的第一调整幅值R1调整发电机的运行功率L1，直至L1＝W7/(1-K1)；

当M2＜K1≤M3时，中央控制器生成控制指令发送给发电机组控制装置，发电机组控制装置控制每一台发电机的运行功率L1，L1＝当前发动机的实际运行功率W7/(1-K1)，按照调整时间间隔T1，每次按照固定的第二调整幅值R2调整发电机的运行功率L1，直至L1＝W7/(1-K1)；

当K1≥M3时，中央控制器生成控制指令发送给发电机组控制装置，发电机组控制装置控制每一台发电机的运行功率L1，L1＝当前发动机的实际运行功率W7/(1-K1)，按照调整时间间隔T1，每次按照固定的第三调整幅值R3调整发电机的运行功率L1，直至L1＝W7/(1-K1)。

Images