CN114779750B - 一种燃气内燃机热电联供机组以热定电的控制方法 - Google Patents
一种燃气内燃机热电联供机组以热定电的控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及燃气热电联供机组领域，具体设计一种燃气内燃机热电联供机组以热定电的控制方法，通过研究分析燃气内燃机热电联供机组整体内部存在的关联特性，应用自动控制理论相结合，开创一套全新的控制方法，使得燃气内燃机热电联供机组在以热定电控制模式下机组运行经济性好、平稳和可靠。
Description
技术领域
本发明涉及燃气热电联供机组领域，具体设计一种燃气内燃机热电联供机组以热定电的控制方法。
背景技术
随着节能、环保意识的不断提高，燃气热电联供机组得到了迅速发展，燃气热电联供机组是一种以内燃机为原动机的发电机组，通过热量转换单元提取该机组的高温循环水和高温烟气热量，并转换为用户需要的热量形式。以热定电，是指热电联供机组根据后端用热需求的多少来调节机组的燃烧控制和热量转换和发电机组所发电量的多少，以热定电模式下，机组供出的热与热利用进行匹配，而发出的电则可能超过电力所需，多余的部分输送到电网。
不过现有燃气内燃机热电联供机组以热定电的控制方法仅是单个控制闭环，单个控制环之间没有紧密联系，且现有的内燃机热电联供机组在控制模式选定后直接进入以热定电模式调节，会存在较大幅度的震荡，包括电力功率输出和热量输出品质的震荡。
发明内容
本发明的目的在于：针对目前现有技术之不足，本发明通过研究分析燃气内燃机热电联供机组整体内部存在的关联特性，应用自动控制理论相结合，开创了一套全新的控制方法，使得燃气内燃机热电联供机组在以热定电控制模式下机组运行经济性好、平稳和可靠。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种燃气内燃机热电联供机组以热定电的控制方法，包括气源供给单元、发动机控制单元、发电机控制单元，其特征在于：所述控制方法还包括机组状态判断单元、状态检测单元、动态控制单元，所述各单元包括：
S1：进入模式选择，选择以热定电控制模式后，执行S2；
S2：进入机组状态判断单元，判断机组当前工作在冷机状态还是以电定热状态，执行S21、S22；
S21：机组是在冷机状态状态，则通过冷机运行控制阶段程序后，判断机组是否具备以热定电控制条件，若满足，执行S3，若不满足则继续执行S21调节控制直到满足，通过机组对冷机状态的辨识，从而按照冷机运行控制程序进行调节，而不是直接按以热定电的控制方法进行调节，使得机组及相关转换单元能够平稳的介入到系统中参与控制，避免了机组发动机及相关单元在冷机状态下直接承担以热定电模式下的负荷；
S22：机组是在以电定热状态，则通过无扰动切换控制阶段程序后，判断机组是否切换以热定电模式，若切换成功，执行S3，若切换不成功则继续执行S22切换直到切换成功，通过机组从以电定热切换到以热定电模式的无扰动切换，避免机组的大幅度震荡和参数大范围波动，对用电端和用热端没有明显冲击；
S3：所述状态检测单元对系统单元的状态检测，若各个单元均正常，则进入到S4，若各个单元有异常则继续执行S3检测直到正常；
S4：以热定电动态控制环节，使整套机组对外供热及时和平稳，达到稳态控制，否则继续执行S4控制直到达到稳态。
进一步的所述状态检测单元还包括热量利用单元、热量转换单元、发电机组单元、燃气单元，若各个单元检测均正常，则进入所述动态控制单元，若各个单元有异常则继续执行所述S4检测直到正常。
进一步的所述动态控制单元还包括环境检测单元、发动机燃烧动态控制单元、热量转换动态控制单元、热量利用动态控制单元，单元间关联配合，实现热量转换的动态控制。
进一步的所述环境检测单元通过状态判断，与数据库存储的多套环境参数比对和拟合，差异超过设定值，则与发动机燃烧动态控制单元、热量转换动态控制单元、热量利用动态控制单元进行关联，分别调节对应单元，修正各单元的调节控制量，得到稳定输出，定义Q1为发动机输出的用于热电联供的热量，Qk1为Q1到Q2之前损失的热量，△T1为Q1到Q2之间降低的温度，K1为Q1到Q2之间损失的热量的比例，Q2为发动机输出的用于热电联供的热量Q1减去损失的热量Qk1后剩下的热量（Q2=Q1-Qk1），Qk2为Q2到Q5之间的热量损失，△T2为Q2到Q5之间损失的温度，K2为Q2到Q5之间损失的热量的比例，Q5为Q2减去Qk2、Q3后的热量，Qk3为Q5到Q6之间损失的热量，△T3为Q5到Q6之间降低的温，K3为Q5到Q6之间损失的热量的比例，Q4为Q2经过热量转换单元，回到发动机自身的热量，Qk4为Q6到Q7之间的热量损失，△T4为Q6到Q7之前降低的温度，K4为Q6到Q7之间损失的热量的比例，Q3为Q2经过热量转换单元换热后回流的热量，Q6为Q5经过热量监测单元后剩下的热量，Q7为Q6经过热量使用单元后的热量。
进一步的所述发动机燃烧动态控制单元控制输出的热量满足Q1≥Q2+Qk1，若不满足则继续执行判断直到满足，同时受所述环境检测单元、热量转换动态控制单元、热量利用动态控制单元的多重关联控制，使得该动态控制的稳定性、预判性和平稳性得到大幅提高，使发动机和发电机工作在平顺的动态过程中。
进一步的所述热量转换动态控制单元满足自身动态控制目标要求Q2≥Q3+Q5+QK2，若不满足则继续执行判断直到满足，同时受所述环境检测单元、热量利用动态控制单元的关联控制，使热量转换单元不再是一个简单的闭环，不会出现频繁的调大/调小和调节过量/不足情况。
进一步的所述热量利用动态控制单元满足自身动态控制目标要求Q6≥Q7+QK3，若不满足则继续执行判断直到满足，同时关联控制热量转换动态控制单元。
进一步的所述热量利用动态控制单元还通过对Q7变化率的监测，判断短期内Q7的热量利用变化，形成控制算法，提前关联控制发动机燃烧动态控制单元、热量转换动态控制单元，结合从Q4到Q1、Q2到Q5、Q6到Q7的热滞后性和非线性，从而解决整套机组热量滞后性和非线性的问题给热电联供机组对外供热带来的不平稳性和波动。。
进一步的所述热量利用动态控制单元还通过对用热趋势的预测，判断长期内Q7的热量利用变化情况，形成控制算法，关联到发动机燃烧动态控制、热量转换单元动态控制，再结合从Q4到Q1、Q2到Q5、Q6到Q7的热滞后性和非线性，在Q7变化率控制的基础上，叠加长期趋势的控制，使得整套机组对外供热更加及时和平稳。
进一步的所述动态控制单元与发动机控制单元的控制，是通过专用的CAN通讯协议，直接将各类控制参数写入发动机控制单元，用数字的方式实现多个变量的调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、在本申请的方案中，控制方法在模式选择后，有一个当前机组状态判断，即冷机状态和以电定热状态，并通过对应的冷机运行控制阶段解决当前机组从冷机状态调节牵引到具备以热定电状态，如果当前是以电定热状态，则通过无扰动切换控制阶段杜绝了模式切换过程中发生的较大波动问题；
2、控制方法设置了发动机燃烧动态控制，即发动机燃烧动态控制策略由自身动态控制策略和后端热量转换单元动态控制策略、热量利用单元动态控制策略、环境状态差异策略，按照一整套策略进行叠加的综合控制策略，从而实现发动机燃烧动态控制的优化和准确性、及时性；
3、控制方法设置了热量转换单元动态控制策略由自身动态控制，热量利用单元动态控制策略按照预设的策略进行叠加的综合控制策略，从而实现热量转换单元的动态控制的优化；
4、控制方法设置了热量Q7的变化率检测和判断，该方法是全新的一种技术方法，可有效判别Q7的变化并作用于发动机燃烧动态控制、热量转换单元动态控制，使得前端可根据Q7的变化率，按预设的策略进行动态的叠加调整，从而解决了单一的控制方法，该关联是相对短期性的；
5、用热趋势预测方法，对热量利用单元的长期趋势进行预测，并将预测的结果与发动机燃烧动态控制、热量转换单元动态控制进行关联，除了上述变化率的关联外的另外一层趋势行的关联，该关联是一个相对长期性的；
6、环境状态差异，通过对机组使用场所环境状态的监测，将对应的状态转换为具体的数值条件，用于关联到发动机燃烧动态控制，热量转换单元动态控制、热量利用单元动态控制，解决因环境条件变化影响的三者控制方法的准确性和系数优化；
7、动态控制单元与发动机控制单元的控制通过专用的CAN通讯协议，直接将各类控制参数写入发动机控制单元，相对于原有传统的方式是控制系统需要先写入外部控制单元，外部控制单元再通过模拟信号的方式与发动机控制单元进行连接，且只能实现一个变量的模拟量调节，而本方法通过CAN通讯的方式，用数字的方式实现多个变量的调节，且调节的实时性远高于传统方式。
附图说明：
图1为以热定电的控制方法的整体技术路线图；
图2为状态检测单元的技术路线图；
图3为动态控制模块的技术路线图；
图4为以热定电的控制方法的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。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。
因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语上、下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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语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、第二等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一：参见图1、图4所示，
本实施例提供的一种燃气内燃机热电联供机组以热定电的控制方法，包括气源供给单元、发动机控制单元、发电机控制单元，其特征在于：所述控制方法还包括机组状态判断单元、状态检测单元、动态控制单元，所述各单元包括：
S1：进入模式选择，选择以热定电控制模式后，执行S2；
S2：进入机组状态判断单元，判断机组当前工作在冷机状态还是以电定热状态，执行S21、S22；
S21：机组是在冷机状态状态，则通过冷机运行控制阶段程序后，判断机组是否具备以热定电控制条件，若满足，执行S3，若不满足则继续执行S21调节控制直到满足，通过机组对冷机状态的辨识，从而按照冷机运行控制程序进行调节，而不是直接按以热定电的控制方法进行调节，使得机组及相关转换单元能够平稳的介入到系统中参与控制，避免了机组发动机及相关单元在冷机状态下直接承担以热定电模式下的负荷；
S22：机组是在以电定热状态，则通过无扰动切换控制阶段程序后，判断机组是否切换以热定电模式，若切换成功，执行S3，若切换不成功则继续执行S22切换直到切换成功，通过机组从以电定热切换到以热定电模式的无扰动切换，避免机组的大幅度震荡和参数大范围波动，对用电端和用热端没有明显冲击；
S3：所述状态检测单元对系统单元的状态检测，若各个单元均正常，则进入到S4，若各个单元有异常则继续执行S3检测直到正常；
S4：以热定电动态控制环节，使整套机组对外供热及时和平稳，达到稳态控制，否则继续执行S4控制直到达到稳态。
参见图2所示，进一步的所述状态检测单元还包括热量利用单元、热量转换单元、发电机组单元、燃气单元，若各个单元检测均正常，则进入所述动态控制单元，若各个单元有异常则继续执行所述S4检测直到正常。
参见图3、图4所示：
进一步的所述动态控制单元还包括环境检测单元、发动机燃烧动态控制单元、热量转换动态控制单元、热量利用动态控制单元，单元间关联配合，实现热量转换的动态控制。
进一步的所述环境检测单元通过状态判断，与数据库存储的多套环境参数比对和拟合，差异超过设定值，则与发动机燃烧动态控制单元、热量转换动态控制单元、热量利用动态控制单元进行关联，分别调节对应单元，修正各单元的调节控制量，得到稳定输出，定义Q1为发动机输出的用于热电联供的热量，Qk1为Q1到Q2之前损失的热量，△T1为Q1到Q2之间降低的温度，K1为Q1到Q2之间损失的热量的比例，Q2为发动机输出的用于热电联供的热量Q1减去损失的热量Qk1后剩下的热量（Q2=Q1-Qk1），Qk2为Q2到Q5之间的热量损失，△T2为Q2到Q5之间损失的温度，K2为Q2到Q5之间损失的热量的比例，Q5为Q2减去Qk2、Q3后的热量，Qk3为Q5到Q6之间损失的热量，△T3为Q5到Q6之间降低的温，K3为Q5到Q6之间损失的热量的比例，Q4为Q2经过热量转换单元，回到发动机自身的热量，Qk4为Q6到Q7之间的热量损失，△T4为Q6到Q7之前降低的温度，K4为Q6到Q7之间损失的热量的比例，Q3为Q2经过热量转换单元换热后回流的热量，Q6为Q5经过热量监测单元后剩下的热量，Q7为Q6经过热量使用单元后的热量。
进一步的所述发动机燃烧动态控制单元控制输出的热量满足Q1≥Q2+Qk1，若不满足则继续执行判断直到满足，同时受所述环境检测单元、热量转换动态控制单元、热量利用动态控制单元的多重关联控制，使得该动态控制的稳定性、预判性和平稳性得到大幅提高，使发动机和发电机工作在平顺的动态过程中。
进一步的所述热量转换动态控制单元满足自身动态控制目标要求Q2≥Q3+Q5+QK2，若不满足则继续执行判断直到满足，同时受所述环境检测单元、热量利用动态控制单元的关联控制，使热量转换单元不再是一个简单的闭环，不会出现频繁的调大/调小和调节过量/不足情况。
进一步的所述热量利用动态控制单元满足自身动态控制目标要求Q6≥Q7+QK3，若不满足则继续执行判断直到满足，同时关联控制热量转换动态控制单元。
进一步的所述热量利用动态控制单元还通过对Q7变化率的监测，判断短期内Q7的热量利用变化，形成控制算法，提前关联控制发动机燃烧动态控制单元、热量转换动态控制单元，结合从Q4到Q1、Q2到Q5、Q6到Q7的热滞后性和非线性，从而解决整套机组热量滞后性和非线性的问题给热电联供机组对外供热带来的不平稳性和波动。
进一步的所述热量利用动态控制单元还通过对用热趋势的预测，判断长期内Q7的热量利用变化情况，形成控制算法，关联到发动机燃烧动态控制、热量转换单元动态控制，再结合从Q4到Q1、Q2到Q5、Q6到Q7的热滞后性和非线性，在Q7变化率控制的基础上，叠加长期趋势的控制，使得整套机组对外供热更加及时和平稳。
进一步的所述动态控制单元与发动机控制单元的控制，是通过专用的CAN通讯协议，直接将各类控制参数写入发动机控制单元，用数字的方式实现多个变量的调节。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种燃气内燃机热电联供机组以热定电的控制方法，机组包括气源供给单元、发动机控制单元、发电机控制单元，其特征在于：所述机组还包括机组状态判断单元、状态检测单元、动态控制单元，所述控制方法包括以下步骤：
S1进入模式选择：选择以热定电控制模式，执行S2；
S2进入机组状态判断单元：判断机组当前工作状态，冷机状态执行S21，以电定热状态执行S22；
S21通过冷机运行控制程序后，判断机组是否具备以热定电控制条件，若满足，执行S3，若不满足则继续执行S21调节控制直到满足；
S22通过无扰动切换控制阶段程序后，判断机组是否切换以热定电模式，若切换成功，执行S3，若切换不成功则继续执行S22切换直到切换成功；
S3所述状态检测单元对系统单元的状态检测，若各个单元均正常，则进入到S4，若各个单元有异常则继续执行S3检测直到正常；
S4以热定电动态控制环节，使整套机组对外供热及时和平稳，达到稳态控制，否则继续执行S4控制直到达到稳态；
所述动态控制单元还包括环境检测单元、发动机燃烧动态控制单元、热量转换动态控制单元、热量利用动态控制单元，单元间关联配合，实现热量转换的动态控制；所述环境检测单元通过状态判断，与数据库存储的多套环境参数比对和拟合，差异超过设定值，则与发动机燃烧动态控制单元、热量转换动态控制单元、热量利用动态控制单元进行关联，分别调节对应单元，修正各单元的调节控制量，得到稳定输出，定义Q1为发动机输出的用于热电联供的热量，Qk1为Q1到Q2之前损失的热量，△T1为Q1到Q2之间降低的温度，K1为Q1到Q2之间损失的热量的比例，Q2为发动机输出的用于热电联供的热量Q1减去损失的热量Qk1后剩下的热量，Qk2为Q2到Q5之间的热量损失，△T2为Q2到Q5之间损失的温度，K2为Q2到Q5之间损失的热量的比例，Q5为Q2减去Qk2、Q3后的热量，Qk3为Q5到Q6之间损失的热量，△T3为Q5到Q6之间降低的温，K3为Q5到Q6之间损失的热量的比例，Q4为Q2经过热量转换单元，回到发动机自身的热量，Qk4为Q6到Q7之间的热量损失，△T4为Q6到Q7之前降低的温度，K4为Q6到Q7之间损失的热量的比例，Q3为Q2经过热量转换单元换热后回流的热量，Q6为Q5经过热量监测单元后剩下的热量，Q7为Q6经过热量使用单元后的热量；所述发动机燃烧动态控制单元控制输出的热量满足Q1≥Q2+Qk1，若不满足则继续执行判断直到满足，同时受所述环境检测单元、热量转换动态控制单元、热量利用动态控制单元的关联控制，使发动机和发电机工作在平顺的动态过程中；所述热量转换动态控制单元满足自身动态控制目标要求Q2≥Q3+Q5+QK2，若不满足则继续执行判断直到满足，同时受所述环境检测单元、热量利用动态控制单元的关联控制，使热量转换单元不会出现调节过量和调节不足情况；所述热量利用动态控制单元满足自身动态控制目标要求Q6≥Q7+QK4，若不满足则继续执行判断直到满足，同时关联控制热量转换动态控制单元。
2.如权利要求1所述的一种燃气内燃机热电联供机组以热定电的控制方法，其特征在于：所述状态检测单元还包括热量利用单元、热量转换单元、发电机组单元、燃气单元，若各个单元检测均正常，则进入所述动态控制单元，若各个单元有异常则继续执行所述S4检测直到正常。
3.如权利要求1所述的一种燃气内燃机热电联供机组以热定电的控制方法，其特征在于：所述热量利用动态控制单元还通过对Q7变化率的监测，判断短期内Q7的热量利用变化，形成控制算法，提前关联控制发动机燃烧动态控制单元、热量转换动态控制单元，结合从Q4到Q1、Q2到Q5、Q6到Q7的热滞后性和非线性。
4.如权利要求3所述的一种燃气内燃机热电联供机组以热定电的控制方法，其特征在于：所述热量利用动态控制单元还通过对用热趋势的预测，判断长期内Q7的热量利用变化情况，形成控制算法，关联到发动机燃烧动态控制、热量转换单元动态控制，在Q7变化率控制的基础上，叠加长期趋势的控制。
5.如权利要求1所述的一种燃气内燃机热电联供机组以热定电的控制方法，其特征在于：所述动态控制单元与发动机控制单元的控制，是通过专用的CAN通讯协议，直接将各类控制参数写入发动机控制单元，用数字的方式实现多个变量的调节。
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2022
- 2022-06-21 CN CN202210701116.2A patent/CN114779750B/zh active Active
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| CN114779750A (zh) | 2022-07-22 |
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Denomination of invention: A control method for gas internal combustion engine cogeneration unit based on heat to electricity ratio Granted publication date: 20221111 Pledgee: Chengdu Branch of China CITIC Bank Co.,Ltd. Pledgor: AMICO GAS POWER CO.,LTD. Registration number: Y2024510000022 |
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