CN109742988B - 用于柴油发电机的启动及供备电控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及柴油发电机技术领域，具体公开了用于柴油发电机的启动及供备电控制系统，包括：智能电源调理器，用于对柴油发电机组所发的电能进行调理和存储；采样单元，与柴油发电机组连接，用于获取柴油发电机组输出端的电性特征值；控制单元，用于判断采样单元获取的柴油发电机组输出端的电性特征值是否满足预设的输出稳定值；如果不满足，控制单元控制智能电源调理器存储柴油发电机组所发的电能；如果满足，控制单元控制智能电源调理器向外输出电能。采用本发明的技术方案能使输出功率与负载的额定功率相匹配。

Description

用于柴油发电机的启动及供备电控制系统

技术领域

本发明涉及柴油发电机技术领域，特别涉及用于柴油发电机的启动及供备电控制系统。

背景技术

柴油发电机具有容量较大、环境适应性强、持续供电时间长以及便于移动等优点，广泛应用于独立式供电系统和应急备用供电系统。目前伴随通信技术及行业的迅猛发展，近年来各种通讯基站以及数据中心的数量与日俱增，为保证通讯的可靠性和数据中心的稳定性，对作为备用应急电源的柴油发电机组的需求量也在不断的增长。在当今发展中国家基础设施建设蓬勃发展的情况下，建筑行业对移动电源和备用电源的需求也在不断提高。

柴油发电机组的结构较为复杂，从构成上来看，主要可分以数码变频发电机及其负载为主的电气环节，以及以柴油机及其调速系统为主的机械环节两大部分，其中与电气环节相比，机械部分动态响应速度较慢。因此，在实际应用中往往存在以下问题：

柴油发电机组输出功率一般为额定功率的0.9倍。比如说一台输入功率为3KW的空调,通常需要配置一台额定功率为3.5KW-4KW功率的柴油发电机组,以避免柴油发电机组超载；但是采用这种“大马拉小车”方式，增大了投资，而且空调等负载稳定运行后，需要的功率小，导致柴油发电机组长期在低功率下运行，效率低、震动大、噪音高、机械磨损严重、寿命缩短。而且，柴油发电机组在低转速时油耗高，易导致柴油燃烧不充分，冒黑烟，污染环境。

为此需要一种额定功率与负载额定功率相适应的柴油发电机。

发明内容

本发明的目的在于提供用于柴油发电机的启动及供备电控制系统，能使输出功率与负载的额定功率相匹配。

为解决上述技术问题，本发明技术方案如下：

用于柴油发电机的启动及供备电控制系统，包括：

智能电源调理器，用于对柴油发电机组所发的电能进行调理和存储；

采样单元，与柴油发电机组连接，用于获取柴油发电机组输出端的电性特征值；

控制单元，用于判断采样单元获取的柴油发电机组输出端的电性特征值是否满足预设的输出稳定值；如果不满足，控制单元控制智能电源调理器存储柴油发电机组所发的电能；如果满足，控制单元控制智能电源调理器向外输出电能；其中，当智能电源调理器向外输出电能时，智能电源调理器在开始的t1时间段内向外输出存储的电能；在t1时间段结束之后，智能电源调理器向外输出柴油发电机组所发的电能；

其中，在开始的t1时间段内向外输出的电能的功率等于柴油发电机组的额定功率；在t1时间段结束之后，向外输出的功率等于柴油发电机组的实时功率。

基础方案的原理及有益效果如下：

柴油发电机组本身的特性，启动时一方面电压、电流畸变，另一方面频率波动；如果此时直接给负载供电，对负载影响大；例如较大的电压波动，容易烧坏负载。本基础方案中，柴油发电机组启动时所发的电能被存储至智能电源调理器中；当柴油发电机组输出的电能的电压稳定后，再通过智能电源调理器向外供电，能为负载提供稳定的电能。智能电源调理器起到了稳压、整流和变频的功能，避免了启动时直接给负载供电对负载造成的负面影响。

负载工作时，其功率不是恒定不变的,例如空调等负载，刚开始启动时需要的功率大，当稳定运行后，需要的功率会减小。智能电源调理器在t1时间段内向外输出功的功率等于柴油发电机组的额定功率，对应的正是空调等负载启动时需要的功率大的情况，当空调等负载稳定运行后，需要的功率减小，柴油发电机组输出的实时功率便能带动空调等负载；实现了用同样额定功率的柴油发电机带动同样额定功率的负载。避免了“大马拉小车”；减小了投资，降低了油耗，提高了柴油发电机组的运行效率。

综上，本申请通过智能电源调理器这一个装置，既实现了稳压、整流和变频的功能，又实现了用同样额定功率的柴油发电机带动同样额定功率的负载的功能。

进一步，采样单元用于获取负载的电性特征值和智能电源调理器输出端的电性特征值，将电性特征值发送至控制单元；控制单元用于判断智能电源调理器输出端的电性特征是否满足预设的输出稳定值；如果不满足，控制单元向智能电源调理器发送调理信号；如果满足，控制单元判断负载的电性特征值是否稳定；如果不稳定，控制单元向智能电源调理器发送调理信号。

控制单元判断智能电源调理器输出端的电性特征值是否满足预设的输出稳定值，可以确定智能电源调理器的调理是否符合要求。控制单元还判断负载的电性特征值是否稳定；如果不稳定，控制单元向智能电源调理器发送调理信号；可以确定经智能电源调理器调理的电能是否符合负载的需求，以便根据负载的需求进行调理，有利于输出符合负载需求的电能。

进一步，电性特征值包括电压和频率；控制单元判断负载的电性特征值是否稳定时，基于频率判断。

当供给负载的电能不满足负载的要求时，负载的频率会发生变化，而非维持一个稳定值；基于频率判断，可以方便的通过频率是否发生变化，来判断负载的电性特征值是否稳定，进而达到判断供给负载的电能是否满足负载要求的目的。

进一步，柴油发电机组包括柴油机和数码变频发电机，柴油机的动力驱动数码变频发电机。

数码变频发电机是一种融进了电子和变频技术的新型发电机。与传统发电机组相比，它的尺寸和重量小，噪音也少。

进一步，采样单元包括若干智能变送器，智能变送器分别用于获取数码变频发电机输出端、智能电源调理器输出端以及负载的电压和频率。

通过智能变送器便于及时获取电压和频率数据。

进一步，所述t1时间段的长度为5-15s。

负载启动3秒内通常需要的功率较大，设置5-15s的范围，以留有足够的冗余，保证负载顺利启动。

进一步，智能电源调理器包括用于存储电能的锂电池组或超级电容。

锂电池组电压高、比能量大、循环寿命长，自放电小而且安全性能好能满足本方案存储电能的要求。超级电容充放电时间短、工作温度范围宽，应用在本方案中，适应性好。

进一步，预设的输出稳定值包括预设标准电压和预设标准频率。

预设标准电压和预设标准频率便于和采样单元获取的电压和频率进行比较。

进一步，预设标准电压为220V或380V。

220V和380V分别是民用电和工业用电的电压，可根据实际应用场景选用220V或380V。

进一步，预设标准频率为50HZ。

便于与相关供电频率标准。

名词解释

调理：进行整流、滤波和/或电压转换。

附图说明

图1为用于柴油发电机的启动及供备电控制系统实施例一的逻辑框图；

图2为实施例二柴油机的立体图；

图3为实施例二连接板的纵剖图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：

柴油机1、机架2、矩形框3、连接板4、上板5、填充层7、下板8、弹性件9、螺钉10。

实施例一

如图1所示，用于柴油发电机的启动及供备电控制系统，包括柴油发电机组、智能电源调理器、采样单元和控制单元。

柴油发电机组包括柴油机和数码变频发电机，柴油机的动力驱动数码变频发电机转动发电。智能电源调理器包括锂电池组或超级电容，本实施例中，采用锂电池组存储数码变频发电机所发的电能。智能电源调理器还包括调理模块。调理模块包括滤波电路、整流电路和电压转换电路。滤波电路用于将数码变频发电机输出的交流电滤波；整流电路用于将滤波电路输出的交流电整流为直流电；电压转换电路用于将整流电路输出的直流电转换为预定频率及预定电压的交流电。滤波电路、整流电路和电压转换电路均为现有技术，这里不再赘述。

数码变频发电机输出端与滤波电路输入端连接；滤波电路的输出端与整流电路的输入端连接，整流电路的输出端与电压转换电路的输入端连接，电压转换电路的输出端与负载连接。锂电池组的输入端与整流电路的输出端连接，锂电池组的输出端与电压转换电路的输入端连接。

采样单元用于获取数码变频发电机输出端的电性特征值、负载的电性特征值和电压转换电路输出端的电性特征值；电性特征值包括电压、电流和频率。

采用单元包括转数传感器和若干智能变送器；本实施例中采用3个智能变送器，分别用于获取数码变频发电机输出端、负载和电压转换电路输出端的电性特征值。为便于理解和区分，标记为第一智能变送器、第二智能变送器和第三智能变送器。转数传感器用于获取柴油机的实时转数数据。本实施例中，转数传感器采用SZMB-5磁电转速传感器，该转数传感器能将转角位移转换成电信号供处理器计数；智能变送器采用ZH-4023型智能变送器，测量参数有电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、谐波功率和累计电量等各种参数，精度高，稳定性好，通讯速率高，抗干扰能力强。

控制单元包括控制器和继电器。柴油机启动后，第一智能变送器用于获取数码变频发电机输出端的电流数据和电压数据，并发送至控制器；控制器判断电流数据和电压数据是否分别满足预设的输出稳定值；如果不满足，控制器控制锂电池组充电，数码变频发电机输出的电能经整流电路和滤波电路至锂电池组；如果满足，控制器控制锂电池组在开始的t1时间段内放电，当锂电池组放电时，电压转换电路向外输出的功率高于柴油发电机组的额定功率；在t1时间段结束之后，控制器控制锂电池组停止充电，数码变频发电机输出的电能经整流电路、滤波电路至电压转换电路，电压转换电路输出的功率与柴油发电机组的实时功率相同；t1时间段的长度为5s-15s，本实施例中，具体选用10s。预设的输出稳定值包括稳定电压和稳定频率。

第二智能变送器用于获取电压转换电路输出端的电性特征值，第三智能变送器用于获取负载的电性特征值；第二智能变送器和第三智能变送器均将电性特征值发送至控制器。控制器用于判断电压转换电路输出端的电性特征值是否满足预设的输出稳定值；如果不满足，控制单元向电压转换电路发送调理信号；如果满足，控制单元判断负载的电性特征值是否稳定；如果不稳定，控制单元向电压转换电路发送调理信号；如果稳定，控制单元不发送调理信号。其中，控制器判断负载的电性特征值是否稳定时，基于频率判断。预设的输出稳定值包括标准电压和标准频率；标准电压为220V或380V，本实施例中采用220V；标准频率为50HZ。

控制器还基于实时转数数据和预设的转数数据判断柴油机转数是否正常，当转数不正常时，控制器通过继电器调节柴油机转数。本实施例中，控制器采用PLC处理器；继电器用于控制喷油泵，通过控制喷油泵的供油量控制柴油机的转数。

实施例二

如图2所示，用于柴油发电机的启动及供备电控制系统，与实施例一的区别在于包括机架2，以及安装在机架2内的柴油机1、数码变频发电机；还包括电瓶、空滤器、消声器、油箱和智能电源调理器。本实施例中电瓶为铅酸蓄电池。

柴油机1包括排气口；电瓶通过螺栓固定在柴油机1一侧的机架2上；消声器通过螺栓固定在柴油机1上方的机架2上，消声器与柴油机1的排气口焊接；油箱通过螺栓固定在机架2顶部。

如图3所示，机架2包括两个矩形框3架和连接矩形框3架的连接板4，连接板4位于矩形框3架底部。连接板4包括上板5、下板8和位于上板5和下板8之间的填充层7。

填充层内部设有一中空大气腔和若干中小空气腔。还包括电磁阀和第一气压阀、第二气压阀、单向阀和保护单元。其中中空大气腔通过连通管与第一气压阀法兰连接，第一气压阀与电磁阀法兰连接。本实施例中，填充层7采用橡胶减震材料。上板5、填充层7和下板8均开设有供同一螺钉10穿过的孔；其中，下板8的孔未贯穿下板8且孔内壁设有螺纹。填充层7的孔直径大于上板5和下板8的孔的直径。填充层7的孔内设有弹性件9，弹性件9上端与上板5底部相抵，弹性件9下端与下板8顶部相抵。本实施例中，弹性件9为弹簧。上板5的两端分别与两个矩形框3架焊接。柴油机1通过螺钉10固定在连接板4上。具体固定方式为，螺钉10穿过上板5和填充层7和孔，插入下板8的孔内，螺钉10与下板8的孔螺纹连接。

其中，上板5和下板8分别粘接有上电极板和下电极板，上电极板与弹簧上端通过导线连接，下电极板与弹簧下端通过导线连接；电池两极分别与上电极板和下电极板通过导线连接；弹簧表面涂抹有绝缘漆。上极板，下极板和弹簧构成LC振荡电路。还包括第四智能变送器，用于检测上极板，下极板和弹簧构成的LC振荡电路的频率。

控制器用于获取第四智能变送器的频率信息，当频率大于阈值时，控制器控制电磁阀打开。

保护单元包括保护气囊、干冰存放腔和放置于干冰存放腔内的干冰。干冰存放腔密封，包括进气口和出气口，进气口法兰连接有单向阀，出气口连接有第二气压阀。单向阀和和第一电磁阀通过第一软管连接；保护气囊充气后纵截面为包括底面和护翼的U形，保护气囊的底面粘接于下板8的底面，保护气囊的护翼粘接于机架2上。保护气囊通过第二软管与第二气压阀连接。保护气囊未充气。

柴油发电机工作时，柴油机1转动产生震动，传统的柴油机1各处都是刚性连接，柴油机1的震动会影响机组上各部件的使用寿命，尤其是电器元件的使用寿命。通过设置填充层7和弹性件9能有效降低柴油发电机竖直方向上的震动，从而降低震动对电器元件的影响，延长电器元件的寿命。填充层7中的小气腔受挤压产生形变，大气腔受挤压形变而不断吸气排气，进一步增强减震性能。

柴油机1转动不稳定时，其震动的幅度大，震动的频率快。震动的幅度大对大气腔的挤压大，导致大气腔体积缩小，大气腔内的气体经过连通管至第一气压阀处，由于大气腔内的气体压强大，会通过第一气压阀；

震动的频率快，导致弹簧的伸缩变快，其构成的LC振荡电路的频率变快。当频率大于阈值时，控制器控制电磁阀打开。

大气腔内的气体通过电磁阀和单向阀流入干冰存放腔内。气体与干冰接触，干冰汽化生成大量气体，气体通过第二气压阀后为保护气囊充气。保护气囊充气后膨胀，保护气囊的底面将下板8往上顶，保护气囊的护翼包裹机架2。保护气囊的底面将下板8往上顶后，保护气囊的底面更柔软，减震效果更好。护翼包裹机架2，防止机架2与其他物体磕碰。

由于保护气囊是在柴油机1震动幅度大且震动频率快的情况下才会充气，是作为一直极端情况的保护，都有效避免柴油机1及其电器元件因震动而造成的损坏。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.用于柴油发电机的启动及供备电控制系统，其特征在于，包括：

智能电源调理器，用于对柴油发电机组所发的电能进行调理和存储；

采样单元，与柴油发电机组连接，用于获取柴油发电机组输出端的电性特征值；

控制单元，用于判断采样单元获取的柴油发电机组输出端的电性特征值是否满足预设的输出稳定值；如果不满足，控制单元控制智能电源调理器存储柴油发电机组所发的电能；如果满足，控制单元控制智能电源调理器向外输出电能；其中，当智能电源调理器向外输出电能时，智能电源调理器在开始的t1时间段内向外输出存储的电能；在t1时间段结束之后，智能电源调理器向外输出柴油发电机组所发的电能；

其中，在开始的t1时间段内向外输出的电能的功率等于柴油发电机组的额定功率；在t1时间段结束之后，向外输出的功率等于柴油发电机组的实时功率。

2.根据权利要求1所述的用于柴油发电机的启动及供备电控制系统，其特征在于：采样单元用于获取负载的电性特征值和智能电源调理器输出端的电性特征值，将电性特征值发送至控制单元；控制单元用于判断智能电源调理器输出端的电性特征是否满足预设的输出稳定值；如果不满足，控制单元向智能电源调理器发送调理信号；如果满足，控制单元判断负载的电性特征值是否稳定；如果不稳定，控制单元向智能电源调理器发送调理信号。

3.根据权利要求2所述的用于柴油发电机的启动及供备电控制系统，其特征在于：电性特征值包括电压和频率；控制单元判断负载的电性特征值是否稳定时，基于频率判断。

4.根据权利要求3所述的用于柴油发电机的启动及供备电控制系统，其特征在于：柴油发电机组包括柴油机和数码变频发电机，柴油机的动力驱动数码变频发电机。

5.根据权利要求4所述的用于柴油发电机的启动及供备电控制系统，其特征在于：采样单元包括若干智能变送器，智能变送器分别用于获取数码变频发电机输出端、智能电源调理器输出端以及负载的电压和频率。

6.根据权利要求5所述的用于柴油发电机的启动及供备电控制系统，其特征在于：所述t1时间段的长度为5-15s。

7.根据权利要求6所述的用于柴油发电机的启动及供备电控制系统，其特征在于：智能电源调理器包括用于存储电能的锂电池组或超级电容。

8.根据权利要求1所述的用于柴油发电机的启动及供备电控制系统，其特征在于：预设的输出稳定值包括预设标准电压和预设标准频率。

9.根据权利要求8所述的用于柴油发电机的启动及供备电控制系统，其特征在于：预设标准电压为220V或380V。

10.根据权利要求9所述的用于柴油发电机的启动及供备电控制系统，其特征在于：预设标准频率为50HZ。

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