CN109391194A - 一种直流永磁发电机组的稳压控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流永磁发电机组的稳压控制方法及系统，该方法包括：输出电压和实时转速采集步骤，输出电压是否在预设电压范围内判断步骤，输出电压与电压阈值比较、发动机转速与转速阈值比较步骤，供油量调节步骤以及是否收到停机信号判断步骤；该系统包括电压采集装置、转速采集装置、机组控制器及发动机控制器；本发明采用智能的稳压控制方案，在直流永磁发电机组调压过程中，能够同时兼顾较强的可靠性和较好的瞬态特性，在调压的同时有效降低了空载油耗，使直流永磁发电机组满足技术要求，本发明还具有可靠性强、节能减排效果好、实现方式简单、设备重量轻且体积小等突出优点。

Description

一种直流永磁发电机组的稳压控制方法及系统

技术领域

本发明涉及直流永磁发电机组稳压控制技术领域，更为具体来说，本发明为一种直流永磁发电机组的稳压控制方法及系统。

背景技术

直流永磁发电机组，其具有体积小、重量轻、节能效果好等优点，在汽车、航空、电器等多个领域获得了广泛应用。但是，在直流永磁发电机组带负载时，其定子绕组中电流产生的感应磁场(电枢反应)会对永磁体产生的恒定磁场起削弱的作用，从而使气隙中的合成磁场强度降低，进而降低了直流永磁发电机组的端电压，最终导致直流永磁发电机组电压不能稳定在额定值，所以直流永磁发电机组调压问题成为了行业难题。

传统的调压方式有两种：(1)采用PWM调制方式调节输出电压，在直流永磁发电机组输出端加装AC-DC电源模块，但这种方式会增加电子元器件数量、严重增加直流永磁发电机组的重量和体积，进而使直流永磁发电机组可靠性降低；(2)在直流永磁发电机组的转轴上增加偏移装置，通过调整定转子磁场面积的方式改变输出电压大小，但在这种调压方式下，直流永磁发电机组反应速度慢、瞬态特性较差，能够实际使用的场合较少。

因此，在保证直流永磁发电机组可靠性的基础上，提供一种反应速度快、瞬态特征好的直流永磁发电机组调压方案成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。

发明内容

为解决现有直流永磁发电机组调压方式存在的可靠性差或瞬态特征差等问题，本发明创新地提供了一种直流永磁发电机组的稳压控制方法及系统，通过智能的稳压控制方案，使直流永磁发电机组在调压过程中同时兼顾较强的可靠性和较好的瞬态特性，满足技术要求，最终彻底地解决了直流永磁发电机组的调压问题。

为实现上述的技术目的，本发明公开了一种直流永磁发电机组的稳压控制方法，所述稳压控制方法包括如下步骤；

步骤1，采集正在运行的直流永磁发电机组的输出电压以及发动机的实时转速；

步骤2，判断所述输出电压是否在预设电压范围内：如果是，则执行步骤6；如果否，则执行步骤3；

步骤3，在所述输出电压大于第一电压阈值时，执行步骤4；在所述输出电压小于第二电压阈值时，执行步骤5；其中，所述第一电压阈值为预设电压范围的上边界，所述第二电压阈值为预设电压范围的下边界；

步骤4，判断所述发动机转速是否小于或等于第一转速：如果是，则返回步骤1；如果否，则减少发动机的供油量，然后执行步骤6；

步骤5，判断所述发动机转速是否大于或等于第二转速：如果是，则返回步骤1；如果否，则增加发动机的供油量，然后执行步骤6；

步骤6，判断是否收到停机信号：如果是，则控制直流永磁发电机组停机；如果否，则返回步骤1。

基于上述的技术方案，本发明能够令整个稳压控制过程形成闭环，使直流永磁发电机组反应速度快、瞬态特性好，且实现方式简单、可靠性强，从而彻底解决了现有直流永磁发电机组稳压控制方案存在的诸多问题。

进一步地，步骤3中，首先判断所述输出电压是否大于所述第一电压阈值：如果是，则执行步骤4；如果否，则说明所述输出电压小于所述第二电压阈值，执行步骤5。

进一步地，步骤3中，首先判断所述输出电压是否小于所述第二电压阈值：如果是，则执行步骤5；如果否，则说明所述输出电压大于所述第一电压阈值，执行步骤4。

进一步地，步骤4中，如果所述发动机转速大于第一转速，同时根据转速信号、油压及大气压力控制发动机的供油减少量；

步骤5中，如果所述发动机转速小于第二转速，同时根据转速信号、油压及大气压力控制发动机的供油增加量。

进一步地，所述第一电压阈值为U_N+ΔU，所述第二电压阈值为U_N-ΔU；其中，所述U_N为直流永磁发电机组的期望额定电压。

为实现上述技术目的，本发明还公开了一种直流永磁发电机组的稳压控制系统，所述稳压控制系统包括电压采集装置、转速采集装置、机组控制器及发动机控制器；

所述电压采集装置，用于采集正在运行的直流永磁发电机组的输出电压，以及用于将所述输出电压发送至机组控制器；

所述转速采集装置，用于采集正在运行的直流永磁发电机组的发动机的实时转速，以及用于将所述实时转速发送至发动机控制器；

所述机组控制器，用于判断所述输出电压是否在预设电压范围内，并用于在该条件不成立时确定输出电压区间范围，所述区间范围包括：大于第一电压阈值和小于第二电压阈值；

所述机组控制器，还用于在输出电压大于第一电压阈值时、判断所述发动机转速是否小于或等于第一转速，并用于在该条件不成立时向发动机控制器发送供油量减少信号；以及用于在输出电压小于第二电压阈值时、判断所述发动机转速是否大于或等于第二转速，并用于在该条件不成立时向发动机控制器发送供油量增加信号；其中，所述第一电压阈值为预设电压范围的上边界，所述第二电压阈值为预设电压范围的下边界；

所述发动机控制器，用于将所述实时转速发送至机组控制器，还用于接收所述机组控制器发出的供油量减少信号以及用于根据接收的供油量减少信号控制发动机供油量减少，还用于接收所述机组控制器发出的供油量增加信号以及用于根据接收的供油量增加信号控制发动机供油量增加。

基于上述的技术方案，本发明能够令整个稳压控制过程形成闭环，使直流永磁发电机组反应速度快、瞬态特性好，且实现方式简单、可靠性强，从而彻底解决了现有直流永磁发电机组稳压控制方案存在的诸多问题。

进一步地，所述机组控制器，用于首先判断所述输出电压是否大于所述第一电压阈值，以及用于在该条件成立时判断所述发动机转速是否小于或等于第一转速。

进一步地，所述机组控制器，用于首先判断所述输出电压是否小于所述第二电压阈值，以及用于在该条件成立时判断所述发动机转速是否大于或等于第二转速。

进一步地，所述机组控制器，用于在所述发动机转速大于第一转速时、同时根据转速信号、油压及大气压力控制发动机的供油减少量，或用于所述发动机转速小于第二转速时、同时根据转速信号、油压及大气压力控制发动机的供油增加量。

进一步地，所述第一电压阈值为U_N+ΔU，所述第二电压阈值为U_N-ΔU；其中，所述U_N为直流永磁发电机组的期望额定电压。

本发明的有益效果为：

与现有技术相比，本发明采用了智能的稳压控制方案，在对直流永磁发电机组调压过程中，能够同时兼顾较强的可靠性和较好的瞬态特性，且在调压的同时有效降低了空载油耗，使直流永磁发电机组满足技术要求；因此，本发明具有可靠性强、节能减排效果好、实现方式简单、设备重量轻且体积小等突出优点。

附图说明

图1为直流永磁发电机组的稳压控制方法的一种实施流程示意图。

图2为直流永磁发电机组的稳压控制方法的另一种实施流程示意图。

图3为直流永磁发电机组的稳压控制系统的结构组成示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明涉及的一种直流永磁发电机组的稳压控制方法及系统进行详细的解释和说明。

实施例一：

如图1至3所示，本实施例提供了一种直流永磁发电机组的稳压控制方法，通过合理、有效的控制逻辑，较好地解决了现有直流永磁发电机组稳压控制方案存在的可靠性差、瞬态性不好等问题，具体说明如下。

本实施例公开了一种直流永磁发电机组的稳压控制方法，该稳压控制方法包括如下步骤。

步骤1，直流永磁发电机组启动后，采集正在运行的直流永磁发电机组的输出电压以及发动机的实时转速，然后执行步骤2。

步骤2，判断输出电压是否在预设电压范围内(即判断输出电压是否在[U_N-ΔU，U_N+ΔU]内，即判断输出电压是否大于等于U_N-ΔU且小于等于U_N+ΔU)：如果是，则说明当前输出电压满足需求、机组控制器不动作、执行步骤6；如果否，则执行步骤3；其中，上述的ΔU为可接受的输出电压浮动值。

步骤3，在输出电压大于第一电压阈值时，执行步骤4；在输出电压小于第二电压阈值时，执行步骤5；其中，第一电压阈值为预设电压范围的上边界，第二电压阈值为预设电压范围的下边界；在具体实施过程中，本实施例提供了两种可选择方式：(1)如图1所示，步骤3中，首先判断输出电压是否大于第一电压阈值：如果是，则执行步骤4；如果否，则可说明输出电压小于第二电压阈值，执行步骤5，这种方式适用于进行降压处理情况较多的直流永磁发电机组上，提高本发明的降压效率；(2)如图2所示，步骤3中，首先判断输出电压是否小于第二电压阈值：如果是，则执行步骤5；如果否，则说明输出电压大于第一电压阈值，执行步骤4，这种方式适用于进行升压处理情况较多的直流永磁发电机上，提高本发明的升压效率。本实施例中，第一电压阈值为U_N+ΔU，第二电压阈值为U_N-ΔU；其中，U_N为直流永磁发电机组的期望额定电压。

步骤4，判断发动机转速是否小于或等于第一转速：如果是，则出于发动机欠速保护的考虑，返回步骤1；如果否，则通过J1939通讯方式向发动机控制器发送控制信号、减少发动机的供油量，使发动机速度下降Δn，从而使发电电压下降，然后执行步骤6；在本实施例中，如果发动机转速大于第一转速，同时根据转速信号、油压以及大气压力控制发动机的供油减少量，通过考虑转速信号、油压信号、大气压力等参数合理地减少供油量，使本发明稳压控制更为合理，保证直流永磁发电机组工作的可靠性；其中，上述的第一转速为欠速保护阈值，通过上述方式保证发动机工作在正常的转速范围内。

步骤5，判断发动机转速是否大于或等于第二转速：如果是，则处于发动机超速保护的考虑、返回步骤1；如果否，则通过J1939通讯方式向发动机控制器发送控制信号、增加发动机的供油量，使发动机速度提高Δn，从而使发电电压升高，然后执行步骤6；在本实施例中，如果发动机转速小于第二转速，同时根据转速信号、油压以及大气压力控制发动机的供油增加量，通过考虑转速信号、油压信号、大气压力等参数合理地增加供油量，使本发明稳压控制更为合理，保证直流永磁发电机组工作的可靠性；其中，上述的第二转速为超速保护阈值，通过上述方式保障发动机工作在正常的转速范围内。

步骤6，判断是否收到停机信号：如果是，则控制直流永磁发电机组停机，稳压控制结束；如果否，则返回步骤1。

实施例二：

本实施例与实施例一基于相同的发明构思，提供了一种实现实施例一中的稳压控制方法的直流永磁发电机组的稳压控制系统，如图3所示，该稳压控制系统包括电压采集装置、转速采集装置、机组控制器以及发动机控制器等，对于整个直流永磁发电机组来说，发动机作为原动力，发动机与永磁发电机机械连接(可以是盘片结构或联轴器结构)、用于驱动永磁发电机，发动机可以是柴油发动机、汽油发动机或燃气发动机等。永磁发电机由发动机驱动，将机械能转化为电能，转子采用永磁体、定子可采用双绕组中频设计，发电机尾部安装有离心风扇，可通过导风罩实现风冷散热；本实施例中，永磁发电机的输出端可依次设置有整流模块、滤波模块、电流采样装置及保护开关；整流模块采用两组三相三线全波桥式整流模块，每套绕组一个，整流后并联输出到滤波模块，而滤波模块安装在整流模块下端、在直流输出母线上，本实施例采用300uf滤波电容作为滤波模块，实现滤波和提升电源质量作用；电流采样模块将电流信号变送为4-20mA信号送到机组控制器电流采样接口；保护开关是机组输出端的短路保护装置，可以是断路器，也可以是熔断器与接触器的组合；另外，绝缘监视继电器可用于监视滤波模块的输出端输出的直流电，在线监视直流输出正极和负极分别对地绝缘电阻，当绝缘电阻低于保护阈值时，发出绝缘故障报警，并将报警信号上传至机组控制器，则机组控制器控制机组分闸停机；发动机上可安装有散热模块，散热模块主要用于将发动机工作产生的热量通过风冷或冷却液等方式带走，比如机械风扇或电子风扇结构，蓄电池可为机组控制器和发动机供电，蓄电池与机组控制器之间设置有DC-DC隔离电源，蓄电池和DC-DC隔离电源共同组成电源模块，为稳压控制系统提供稳定的电源；发动机控制器既用于控制发动机工作，又用于受到机组控制器的控制。

电压采集装置，用于采集正在运行的直流永磁发电机组的输出电压，以及用于将输出电压发送至机组控制器。本实施例中，电流采样装置用于将高压直流信号变送为0-10V低压信号送到机组控制器电压采样接口。

转速采集装置，该装置用于采集正在运行的直流永磁发电机组的发动机的实时转速，以及用于将该实时转速发送至发动机控制器；本实施例的转速采集装置可安装于发动机上。

机组控制器，用于判断输出电压是否在预设电压范围内，并用于在该条件不成立(输出电压不在预设电压范围内，即输出电压大于U_N+ΔU或小于U_N-ΔU)时确定输出电压区间范围，该电压区间范围包括：大于第一电压阈值和小于第二电压阈值。本实施例中，机组控制器作为直流永磁发电机组的主控制器，主要具有控制、监视、报警保护及通讯功能；其中，控制功能包括：间接控制发动机启动、燃油供给、启动过程中的延时控制以及控制输出开关合分闸，监视功能包括：通过读取发动机的油压、水温、转速以及发电机的电压、频率、电流等信息并显示，报警功能包括：通过保护阈值的比较对发动机进行油压低、水温高、超速保护、欠速保护以及对发电机进行欠压、过压、过流等分闸和停机保护，停机功能包括：通过多种通讯接口方便与上位机通讯。

机组控制器，用于在输出电压大于第一电压阈值时、判断发动机转速是否小于或等于第一转速，并用于在该条件不成立(发动机转速大于第一转速)时向发动机控制器发送供油量减少信号；以及用于在输出电压小于第二电压阈值时、判断发动机转速是否大于或等于第二转速，并用于在该条件不成立(发动机转速小于第二转速)时向发动机控制器发送供油量增加信号；其中，第一电压阈值为预设电压范围的上边界，第二电压阈值为预设电压范围的下边界。在具体实施时，机组控制器，用于首先判断输出电压是否大于第一电压阈值，以及用于在该条件(输出电压大于第一电压阈值)成立时判断发动机转速是否小于或等于第一转速。或者，机组控制器，用于首先判断输出电压是否小于第二电压阈值，以及用于在该条件成立(输出电压小于第二电压阈值)时判断发动机转速是否大于或等于第二转速。本实施例中，第一电压阈值为U_N+ΔU，第二电压阈值为U_N-ΔU；其中，U_N为直流永磁发电机组的期望额定电压。

发动机控制器，用于将实时转速发送至机组控制器，还用于接收机组控制器发出的供油量减少信号以及用于根据接收的供油量减少信号控制发动机供油量减少，其还用于接收机组控制器发出的供油量增加信号以及用于根据接收的供油量增加信号控制发动机供油量增加。在本实施例中，发动机控制器主要用于直接控制发动机的进气预热、燃油、启动、怠速、报警保护及通讯等；其中：燃油控制功能，根据机组控制器的供油量控制信号，以控制发动机打开燃油阀，控制启动马达动作进而控制发动机启动，用于根据采集的大气温度、水温、油温等信息判断是否需要进行进气预热控制，以及用于根据已采集的大气压力、油压、转速信号等对喷油量进行控制，具体地，作为改进的技术方案，本实施例中的机组控制器，用于在输出电压在第一电压阈值范围外且发动机转速大于第一转速时、同时根据转速信号、油压及大气压力控制发动机的供油减少量，或者用于输出电压在第一电压阈值范围外且发动机转速小于第二转速时、同时根据转速信号、油压及大气压力控制发动机的供油增加量；报警保护功能，可以通过保护阈值的比较对发动机进行油压低、水温高、超速、欠速等进行停机保护；停机功能，通过J1939通信接口与机组控制器进行通信，以实现信息传递和控制。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流永磁发电机组的稳压控制方法，其特征在于：所述稳压控制方法包括如下步骤；

步骤1，采集正在运行的直流永磁发电机组的输出电压以及发动机的实时转速；

步骤2，判断所述输出电压是否在预设电压范围内：如果是，则执行步骤6；如果否，则执行步骤3；

步骤3，在所述输出电压大于第一电压阈值时，执行步骤4；在所述输出电压小于第二电压阈值时，执行步骤5；其中，所述第一电压阈值为预设电压范围的上边界，所述第二电压阈值为预设电压范围的下边界；

步骤4，判断所述发动机转速是否小于或等于第一转速：如果是，则返回步骤1；如果否，则减少发动机的供油量，然后执行步骤6；

步骤5，判断所述发动机转速是否大于或等于第二转速：如果是，则返回步骤1；如果否，则增加发动机的供油量，然后执行步骤6；

步骤6，判断是否收到停机信号：如果是，则控制直流永磁发电机组停机；如果否，则返回步骤1。

2.根据权利要求1所述的直流永磁发电机组的稳压控制方法，其特征在于：

步骤3中，首先判断所述输出电压是否大于所述第一电压阈值：如果是，则执行步骤4；如果否，则说明所述输出电压小于所述第二电压阈值，执行步骤5。

3.根据权利要求1所述的直流永磁发电机组的稳压控制方法，其特征在于：

步骤3中，首先判断所述输出电压是否小于所述第二电压阈值：如果是，则执行步骤5；如果否，则说明所述输出电压大于所述第一电压阈值，执行步骤4。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的直流永磁发电机组的稳压控制方法，其特征在于：

步骤4中，如果所述发动机转速大于第一转速，同时根据转速信号、油压及大气压力控制发动机的供油减少量；

步骤5中，如果所述发动机转速小于第二转速，同时根据转速信号、油压及大气压力控制发动机的供油增加量。

5.根据权利要求4所述的直流永磁发电机组的稳压控制方法，其特征在于：

所述第一电压阈值为U_N+ΔU，所述第二电压阈值为U_N-ΔU；其中，所述U_N为直流永磁发电机组的期望额定电压。

6.一种直流永磁发电机组的稳压控制系统，其特征在于：所述稳压控制系统包括电压采集装置、转速采集装置、机组控制器及发动机控制器；

所述电压采集装置，用于采集正在运行的直流永磁发电机组的输出电压，以及用于将所述输出电压发送至机组控制器；

所述转速采集装置，用于采集正在运行的直流永磁发电机组的发动机的实时转速，以及用于将所述实时转速发送至发动机控制器；

所述机组控制器，用于判断所述输出电压是否在预设电压范围内，并用于在该条件不成立时确定输出电压区间范围，所述区间范围包括：大于第一电压阈值和小于第二电压阈值；

所述机组控制器，还用于在输出电压大于第一电压阈值时、判断所述发动机转速是否小于或等于第一转速，并用于在该条件不成立时向发动机控制器发送供油量减少信号；以及用于在输出电压小于第二电压阈值时、判断所述发动机转速是否大于或等于第二转速，并用于在该条件不成立时向发动机控制器发送供油量增加信号；其中，所述第一电压阈值为预设电压范围的上边界，所述第二电压阈值为预设电压范围的下边界；

所述发动机控制器，用于将所述实时转速发送至机组控制器，还用于接收所述机组控制器发出的供油量减少信号以及用于根据接收的供油量减少信号控制发动机供油量减少，还用于接收所述机组控制器发出的供油量增加信号以及用于根据接收的供油量增加信号控制发动机供油量增加。

7.根据权利要求6所述的直流永磁发电机组的稳压控制系统，其特征在于：

所述机组控制器，用于首先判断所述输出电压是否大于所述第一电压阈值，以及用于在该条件成立时判断所述发动机转速是否小于或等于第一转速。

8.根据权利要求6所述的直流永磁发电机组的稳压控制系统，其特征在于：

所述机组控制器，用于首先判断所述输出电压是否小于所述第二电压阈值，以及用于在该条件成立时判断所述发动机转速是否大于或等于第二转速。

9.根据权利要求6至8中任一权利要求所述的直流永磁发电机组的稳压控制系统，其特征在于：

所述机组控制器，用于在所述发动机转速大于第一转速时、同时根据转速信号、油压及大气压力控制发动机的供油减少量，或用于所述发动机转速小于第二转速时、同时根据转速信号、油压及大气压力控制发动机的供油增加量。

10.根据权利要求9所述的直流永磁发电机组的稳压控制系统，其特征在于：

所述第一电压阈值为U_N+ΔU，所述第二电压阈值为U_N-ΔU；其中，所述U_N为直流永磁发电机组的期望额定电压。