CN108390601B - 一种异步柴油发电机组的智能控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及柴油发电机组的控制技术领域，其公开了一种异步柴油发电机组的智能控制系统及控制方法。所述智能控制系统包括控制单元，所述异步柴油发电机组中的自励式异步发电机的三个相电压引出端子上按照三角形接法并接有用于供给自励式异步发电机励磁电流的基础电容，所述三个相电压引出端子上按照三角形接法还并接有增量电容，且所述增量电容的三个接线端与所述的三个相电压引出端子之间还分别串接有电容调节用开关元件，所述电容调节用开关元件的断通状态由所述的控制单元所控制。本发明增强了自励式异步发电机在突然加载或卸载状态下负载端电压和频率的稳定性。

Description

一种异步柴油发电机组的智能控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及柴油发电机组的控制技术领域，具体涉及一种异步柴油发电机组的智能控制系统及控制方法。

背景技术

在异步柴油发电机组中，发动机拖动异步发电机使其转子转速高于旋转磁场的同步转速(即使转差率s<0)，就变成异步发电机运行了。这种单机运行的异步发电机称为自励式异步发电机。自励式异步发电机必须在定子绕组的端点并接一组适当容量的电容(通常是按照三角形接法的三个为一组的电容)，利用电容来供给自励式异步发电机的励磁电流，从而使自励式异步发电机建立起电压，并在气隙中产生旋转磁场。只要自励式异步发电机的转子有剩磁存在，则当发动机带动转子旋转后，转子的剩磁磁通

就会切割定子绕组，并在定子绕组中感应出剩磁电势。电势加在电容器上，使定子绕组中流过超前90°的电容电流，通过定子绕组产生的磁势和剩磁磁通

方向相同，使电机中的磁通增大。这时定子磁势增大，电势又使电容电流增加，再使定子电势增大，如此反复励磁，直到发电机的端电压上升到空载稳定值，这时电容电流也增加到稳定值。稳态电压的大小取决于电容值的大小以及发电机的空载转速。

现有的柴油发电机组在运行时存在的问题是：自励式异步发电机对于负载变化的适应性较差，特别是在突然加载或突然卸载时，其自励式异步发电机的负载端电压下降或上升幅度大，不能针对负载的变化及时作出调节以使负载电压端和频率迅速恢复稳定。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种异步柴油发电机组的智能控制系统及控制方法，旨在稳定自励式异步发电机的负载端电压和频率，具体的技术方案如下：

一种异步柴油发电机组的智能控制系统，包括控制单元，所述异步柴油发电机组中的发电机为自励式异步发电机，所述自励式异步发电机的定子绕组包括三个相电压引出端子U、V、W和一个中性引出端子N，所述三个相电压引出端子上按照三角形接法并接有用于供给自励式异步发电机励磁电流的基础电容C1、C2、C3，所述三个相电压引出端子上按照三角形接法还并接有增量电容C4、C5、C6，且所述的按照三角形接法的增量电容C4、C5、C6的三个接线端与所述的三个相电压引出端子U、V、W之间还分别串接有电容调节用开关元件K1、K2、K3，所述电容调节用开关元件K1、K2、K3的断通状态由所述的控制单元所控制，所述控制单元设有用于检测所述自励式异步发电机的负载端电压检测接口，所述负载端电压检测接口连接自励式异步发电机的负载端。

上述技术方案中，设置了控制单元和增量电容C4、C5、C6，通过控制单元检测自励式异步发电机的负载端电压，当负载增加导致负载端电压下降幅度超过设定值时，由控制单元将增量电容加载到自励式异步发电机的定子绕组的输出端，从而提高自励式异步发电机的负载端电压，起到了稳定负载端电压和频率的作用。

为了进行更精确的控制，本发明中的一种异步柴油发电机组的智能控制系统其所述控制单元还连接有用于检测所述三个相电压引出端子线上的线电流的电流互感器、用于检测异步柴油发电机组中发动机转速的转速传感器MPU、用于调节所述异步柴油发电机组供油量大小的执行器。

上述电流互感器、转速传感器MPU以及执行器的设置，使得当自励式异步发电机突然加载或卸载时，由控制单元通过电流互感器、电压检测接口以及转速传感器分别获得自励式异步发电机的线电流、负载端电压、发动机转速，并由控制器计算负载端电压的变化(下降或上升)幅度和时间的比值，或者计算发动机转速变化(下降或上升)幅度和时间的比值，当负载端电压的变化幅度和时间的比值或者发动机转速变化幅度和时间的比值超过设定值时，由控制单元通过执行器调节发动机转速，使得发动机转速上升或下降，同时将增量电容通过电容调节用开关元件接通或关断以调节加载在自励式异步发电机的励磁电容的大小，从而使得自励式异步发电机的负载端电压恢复稳定。

为了保证自励式异步发电机的功率因数不超过额定值，本发明中的一种异步柴油发电机组的智能控制系统还包括用于调节异步柴油发电机组无功功率的无功功率调节器，所述控制单元通过无功功率调节用开关元件连接无功功率调节器，所述无功功率调节器连接负载端。

本发明中，所述无功功率调节用开关元件包括用于调节感性无功功率的开关元件K4和用于调节容性无功功率的开关元件K5。

一种采用上述异步柴油发电机组的智能控制系统的控制方法是，设置控制单元，以及设置用于增强自励式异步发电机励磁电流的增量电容，由所述的控制单元检测自励式异步发电机的负载端电压，当负载增加导致负载端电压下降幅度超过设定值时，由控制单元将增量电容加载到自励式异步发电机的定子绕组的输出端以提高自励式异步发电机的负载端电压。

作为上述控制方法的进一步改进，还设置用于检测自励式异步发电机相电压引出端子线上的线电流的电流互感器、用于检测异步柴油发电机组中发动机转速的转速传感器MPU、用于调节异步柴油发电机组供油量大小的执行器。

当自励式异步发电机突然加载时，由控制单元通过电流互感器、电压检测接口以及转速传感器分别获得自励式异步发电机的线电流、负载端电压、发动机转速，并由控制器计算负载端电压的下降幅度和时间的比值，或者计算发动机转速下降幅度和时间的比值，当负载端电压的下降幅度和时间的比值或者发动机转速下降幅度和时间的比值超过设定值时，由控制单元通过执行器调节发动机转速，使得发动机转速升高，同时将增量电容通过电容调节用开关元件接通而加载到自励式异步发电机的定子绕组的输出端，使自励式异步发电机的负载端电压恢复稳定。

当自励式异步发电机突然卸载时，由控制单元通过电流互感器、电压检测接口以及转速传感器分别获得自励式异步发电机的线电流、负载端电压、发动机转速，并由控制器计算负载端电压的上升幅度和时间的比值，或者计算发动机转速上升幅度和时间的比值，当负载端电压的上升幅度和时间的比值或者发动机转速上升幅度和时间的比值超过设定值时，由控制单元通过执行器调节发动机转速，使得发动机转速下降，同时将增量电容通过电容调节用开关元件关断，使自励式异步发电机的负载端电压恢复稳定。

作为对上述控制方法的进一步改进，本发明的一种采用上述异步柴油发电机组的智能控制系统的控制方法还设置用于调节异步柴油发电机组无功功率的无功功率调节器，所述控制单元通过无功功率调节用开关元件连接无功功率调节器，所述无功功率调节器连接负载端。所述无功功率调节用开关元件包括用于调节感性无功功率的开关元件K4和用于调节容性无功功率的开关元件K5。

本发明中，电容容量可以通过计算来精确匹配，以实现最佳的电压调节。

本发明中，在负载运行时转差值S＝(n1-n)/n(n1为定子旋转磁场速度，n为转子转速)，转差值增大，频率下降，要保持频率不变需相应的提高转子的速度。通过在空载状态下维持励磁电容不变，在实验中取得频率和电压的关系，然后将频率和电压关系写入控制单元成为控制单元驱动执行器控制发动机转速进行电压频率的调节的基准。

本发明的有益效果是：

第一，本发明的一种异步柴油发电机组的智能控制系统，设置了控制单元和增量电容C4、C5、C6，通过控制单元检测自励式异步发电机的负载端电压，当负载增加导致负载端电压下降幅度超过设定值时，由控制单元将增量电容加载到自励式异步发电机的定子绕组的输出端，从而提高自励式异步发电机的负载端电压，起到了稳定负载端电压和频率的作用。

第二，本发明的一种异步柴油发电机组的智能控制系统，设置有用于检测所述三个相电压引出端子线上的线电流的电流互感器、用于检测异步柴油发电机组中发动机转速的转速传感器MPU、用于调节所述异步柴油发电机组供油量大小的执行器，可以同时自动调整发动机转速和自励式异步发电机的负载端电压。

第三，本发明的一种异步柴油发电机组的智能控制系统及控制方法，通过控制单元来提前判断自励式异步发电机和发动机工作状态(如突然加载和突然卸载)，并进行相关的调节使发电机组的电源参数更加的完美。

第四，本发明的一种异步柴油发电机组的智能控制系统及控制方法，可以根据负载的状况自动调节发电机组的无功功率，增强异步发电机组带感性和容性负载的能力。

附图说明

图1是本发明的一种异步柴油发电机组的智能控制系统的结构示意图；

图2是自励式异步发电机的频率和电压关系图。

图中：1、自励式异步发电机，2、发动机，3、电流互感器，4、负载端电压检测接口，5、控制单元，6、负载端，7、无功功率调节器，8、执行器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1至2所示为本发明的一种异步柴油发电机组的智能控制系统的实施例，包括控制单元5，所述异步柴油发电机组中的发电机为自励式异步发电机1，所述自励式异步发电机1的定子绕组包括三个相电压引出端子U、V、W和一个中性引出端子N，所述三个相电压引出端子上按照三角形接法并接有用于供给自励式异步发电机1励磁电流的基础电容C1、C2、C3，所述三个相电压引出端子上按照三角形接法还并接有增量电容C4、C5、C6，且所述的按照三角形接法的增量电容C4、C5、C6的三个接线端与所述的三个相电压引出端子U、V、W之间还分别串接有电容调节用开关元件K1、K2、K3，所述电容调节用开关元件K1、K2、K3的断通状态由所述的控制单元5所控制，所述控制单元5设有用于检测所述自励式异步发电机1的负载端电压检测接口4，所述负载端电压检测接口4连接自励式异步发电机1的负载端。

上述实施例中，设置了控制单元5和增量电容C4、C5、C6，通过控制单元5检测自励式异步发电机1的负载端电压，当负载增加导致负载端电压下降幅度超过设定值时，由控制单元5将增量电容加载到自励式异步发电机1的定子绕组的输出端，从而提高自励式异步发电机1的负载端电压，起到了稳定负载端电压和频率的作用。

为了进行更精确的控制，本实施例中的一种异步柴油发电机组的智能控制系统其所述控制单元5还连接有用于检测所述三个相电压引出端子线上的线电流的电流互感器3、用于检测异步柴油发电机组中发动机2转速的转速传感器MPU、用于调节所述异步柴油发电机组供油量大小的执行器8。

为了保证自励式异步发电机1的功率因数不超过额定值，本实施例中的一种异步柴油发电机组的智能控制系统还包括用于调节异步柴油发电机组无功功率的无功功率调节器7，所述控制单元5通过无功功率调节用开关元件连接无功功率调节器7，所述无功功率调节器7连接负载端6。

本实施例中，所述无功功率调节用开关元件包括用于调节感性无功功率的开关元件K4和用于调节容性无功功率的开关元件K5。

实施例2：

一种采用上述实施例的异步柴油发电机组的智能控制系统的控制方法是，设置控制单元5，以及设置用于增强自励式异步发电机1励磁电流的增量电容，由所述的控制单元5检测自励式异步发电机1的负载端电压，当负载增加导致负载端6电压下降幅度超过设定值时，由控制单元5将增量电容加载到自励式异步发电机1的定子绕组的输出端以提高自励式异步发电机1的负载端6电压。

作为上述实施例的进一步改进，还设置用于检测自励式异步发电机1相电压引出端子线上的线电流的电流互感器3、用于检测异步柴油发电机组中发动机2转速的转速传感器MPU、用于调节异步柴油发电机组供油量大小的执行器8。

当自励式异步发电机1突然加载时，由控制单元5通过电流互感器3、电压检测接口4以及转速传感器分别获得自励式异步发电机1的线电流、负载端6电压、发动机2转速，并由控制器计算负载端6电压的下降幅度和时间的比值，或者计算发动机2转速下降幅度和时间的比值，当负载端6电压的下降幅度和时间的比值或者发动机2转速下降幅度和时间的比值超过设定值时，由控制单元5通过执行器8调节发动机2转速，使得发动机2转速升高，同时将增量电容通过电容调节用开关元件接通而加载到自励式异步发电机1的定子绕组的输出端，使自励式异步发电机1的负载端6电压恢复稳定。

当自励式异步发电机1突然卸载时，由控制单元5通过电流互感器3、电压检测接口4以及转速传感器分别获得自励式异步发电机1的线电流、负载端6电压、发动机2转速，并由控制器计算负载端6电压的上升幅度和时间的比值，或者计算发动机2转速上升幅度和时间的比值，当负载端6电压的上升幅度和时间的比值或者发动机2转速上升幅度和时间的比值超过设定值时，由控制单元5通过执行器8调节发动机2转速，使得发动机2转速下降，同时将增量电容通过电容调节用开关元件关断，使自励式异步发电机1的负载端6电压恢复稳定。

作为对上述控制方法的进一步改进，本实施例的一种采用上述异步柴油发电机组的智能控制系统的控制方法还设置用于调节异步柴油发电机组无功功率的无功功率调节器7，所述控制单元5通过无功功率调节用开关元件连接无功功率调节器7，所述无功功率调节器7连接负载端6。所述无功功率调节用开关元件包括用于调节感性无功功率的开关元件K4和用于调节容性无功功率的开关元件K5。

本实施例中，电容容量可以通过计算来精确匹配，以实现最佳的电压调节。

本实施例中，在负载运行时转差值S＝(n1-n)/n(n1为定子旋转磁场速度，n为转子转速)，转差值增大，频率下降，要保持频率不变需相应的提高转子的速度。通过在空载状态下维持励磁电容不变，在实验中取得频率和电压的关系(如图2所示)，然后将频率和电压关系写入控制单元5成为控制单元5驱动执行器8控制发动机2转速进行电压频率的调节的基准。

实施例3：

当自励式异步发电机1的负载缓慢增加到一定值时，稳态电压值降低，转速传感器(MPU)检测到发动机2转速和自励式异步发电机1频率超过规定上限值，由控制单元5给执行器8信号，将发动机2转速升高。

实施例4：

当对自励式异步发电机1突然加载时，控制单元5通过电流互感器3和电压检测接口4、转速传感器获得负载变化的信息，通过判断自励式异步发电机1负载端6电压的下降幅度和时间的比值或发动机2转速下降幅度和时间的比值来综合判断自励式异步发电机1是否处于突然加载(简称突加)的状态和突加负载的性质及大小，若控制单元5检测到自励式异步发电机1处于突然加载的状态，由控制单元5输出信号给K1、K2、K3来投入相应的电容C4、C5、C6，以升高自励式异步发电机1的负载端6电压，同时由控制单元5输出信号给执行器8以升高发动机2转速，实现综合调节。控制单元5还通过检测所加负载的性质来控制K4、K5进而控制无功功率调节器7，以保证自励式异步发电机1的功率因数不超过自励式异步发电机1的额定值。控制单元5进而还可以按提前设置好的参数进行相应的调节(如检测到突加负载为30％，此时由控制单元5将发动机2转速调整到预定转速，并接通K1、K2等)。

实施例5：

当对自励式异步发电机1突然卸载时，控制单元5通过判断自励式异步发电机1电压的上升幅度和时间的比较值和发动机2转速上升幅度和时间的比较值来综合判断自励式异步发电机1是否处于突然卸载的状态，若控制单元5检测到自励式异步发电机1处于突然卸载的状态，此时由控制单元5输出信号给K1、K2、K3来切断电容C4、C5、C6，以降低自励式异步发电机1的稳态电压并输出信号给执行器8以降低发动机2转速，进行综合调节。控制单元5还可以按提前设置好的参数进行相应的调节(如检测到突卸负载为30％，此时由控制单元5将发动机2转速调整到预定转速，并切断K1、K2等)。

上述实施例中，控制单元采用PLC控制器或微机控制系统。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种异步柴油发电机组的智能控制系统的控制方法，其特征在于，包括控制单元，所述异步柴油发电机组中的发电机为自励式异步发电机，所述自励式异步发电机的定子绕组包括三个相电压引出端子U、V、W和一个中性引出端子N，所述三个相电压引出端子上按照三角形接法并接有用于供给自励式异步发电机励磁电流的基础电容C1、C2、C3，所述三个相电压引出端子上按照三角形接法还并接有增量电容C4、C5、C6，且所述的按照三角形接法的增量电容C4、C5、C6的三个接线端与所述的三个相电压引出端子U、V、W之间还分别串接有电容调节用开关元件K1、K2、K3，所述电容调节用开关元件K1、K2、K3的断通状态由所述的控制单元所控制，所述控制单元设有用于检测所述自励式异步发电机的负载端电压检测接口，所述负载端电压检测接口连接自励式异步发电机的负载端；

所述控制单元还连接有用于检测所述三个相电压引出端子线上的线电流的电流互感器、用于检测异步柴油发电机组中发动机转速的转速传感器MPU、用于调节所述异步柴油发电机组供油量大小的执行器；还包括连接在自励式异步发电机负载端上的用于调节异步柴油发电机组无功功率的无功功率调节器，所述控制单元通过无功功率调节用开关元件连接无功功率调节器，所述无功功率调节器连接负载端，所述无功功率调节用开关元件包括用于调节感性无功功率的开关元件K4和用于调节容性无功功率的开关元件K5；

设置控制单元，以及设置用于增强自励式异步发电机励磁电流的增量电容，由所述的控制单元检测自励式异步发电机的负载端电压，当负载增加导致负载端电压下降幅度超过设定值时，由控制单元将增量电容加载到自励式异步发电机的定子绕组的输出端以提高自励式异步发电机的负载端电压；

当自励式异步发电机突然加载时，由控制单元通过电流互感器、电压检测接口以及转速传感器分别获得自励式异步发电机的线电流、负载端电压、发动机转速，并由控制器计算负载端电压的下降幅度和时间的比值，或者计算发动机转速下降幅度和时间的比值，当负载端电压的下降幅度和时间的比值或者发动机转速下降幅度和时间的比值超过设定值时，由控制单元通过执行器调节发动机转速，使得发动机转速升高，同时将增量电容通过电容调节用开关元件接通而加载到自励式异步发电机的定子绕组的输出端，使自励式异步发电机的负载端电压恢复稳定；

当自励式异步发电机突然卸载时，由控制单元通过电流互感器、电压检测接口以及转速传感器分别获得自励式异步发电机的线电流、负载端电压、发动机转速，并由控制器计算负载端电压的上升幅度和时间的比值，或者计算发动机转速上升幅度和时间的比值，当负载端电压的上升幅度和时间的比值或者发动机转速上升幅度和时间的比值超过设定值时，由控制单元通过执行器调节发动机转速，使得发动机转速下降，同时将增量电容通过电容调节用开关元件关断，使自励式异步发电机的负载端电压恢复稳定；

所述控制单元通过开关元件K4、K5来控制无功功率调节器以保证自励式异步发电机的功率因数不超过自励式异步发电机的额定值。

2.根据权利要求1所述的一种异步柴油发电机组的智能控制系统的控制方法，其特征在于，计算负载运行时转差值S=（n1-n）/n，其中的n1为定子旋转磁场速度、n为转子转速，当转差值增大、频率下降时，为保持频率不变而提高转子的速度；通过在空载状态下维持励磁电容不变，在实验中取得频率和电压的关系曲线，然后将频率和电压关系写入控制单元，成为控制单元驱动执行器控制发动机转速进行电压频率的调节的基准。

Images