RU2666782C1 - Stand-alone ac power plant - Google Patents

Stand-alone ac power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2666782C1
RU2666782C1 RU2017125934A RU2017125934A RU2666782C1 RU 2666782 C1 RU2666782 C1 RU 2666782C1 RU 2017125934 A RU2017125934 A RU 2017125934A RU 2017125934 A RU2017125934 A RU 2017125934A RU 2666782 C1 RU2666782 C1 RU 2666782C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
internal combustion
combustion engine
unit
speed
voltage
Prior art date
Application number
RU2017125934A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Борисович Дарьенков
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority to RU2017125934A priority Critical patent/RU2666782C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2666782C1 publication Critical patent/RU2666782C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/34—Arrangements for transfer of electric power between networks of substantially different frequency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

FIELD: electric power engineering.SUBSTANCE: invention relates to the electric power industry, namely to autonomous AC power plants based on internal combustion engines and a synchronous generator, and is designed to generate electric power of a stable frequency and a stable voltage at a variable rotation frequency of the internal combustion engine shaft. Problem being solved is to create a highly efficient stand-alone AC power plant equipped with an intelligent control system. In a stand-alone AC power plant containing in series connected variable-speed internal combustion engines with an optimum engine shaft speed generation unit consisting of a fuel consumption sensor, an internal combustion engine shaft speed sensor, an internal combustion engine shaft speed controller, a signal summator and a unit for setting the economical rotational speed of the internal combustion engine shaft in the form of a training controller, a control controller and an associative memory unit, a synchronous generator, a controlled rectifier with a voltage stabilization unit connected to it, a capacitor battery, a current sensor to which the load power calculation unit is connected, the output of which is connected to the unit for setting the economical rotational speed of the internal combustion engine shaft, a voltage inverter with an output voltage frequency setter connected to it, a step-up transformer, sensors for pressure, temperature and humidity of the ambient air are connected to the training controller.EFFECT: technical result of the proposed invention is an automatic determination that does not require knowledge of the characteristics of the internal combustion engines, optimal, from the point of view of fuel consumption, rotational speed of the internal combustion engine shaft, which is part of the generator set taking into account the pressure, temperature and humidity of the ambient air.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к автономным электростанциям переменного тока на базе ДВС и синхронного генератора, и предназначено для генерирования электроэнергии стабильной частоты и стабильного напряжения при переменной частоте вращения вала ДВС.The invention relates to the electric power industry, namely to autonomous AC power plants based on the internal combustion engine and synchronous generator, and is intended to generate electricity of a stable frequency and a stable voltage at a variable speed of the internal combustion engine shaft.

Известно устройство для генерирования переменного напряжения, выполненное на базе ДВС и синхронного генератора, в котором стабилизация частоты переменного напряжения статора синхронного генератора обеспечивается стабилизацией частоты вращения вала ДВС, а стабилизация амплитуды напряжения статора синхронного генератора - изменением тока его обмотки возбуждения [П.А. Мещанинов. Автоматизация судовых электроэнергетических систем. Л., Судостроение, 1970, с.156-162]. Недостатком устройства является низкий КПД (высокое потребление топлива) за счет того, что ДВС при разных нагрузках работает с постоянной частотой вращения.A device for generating AC voltage, made on the basis of the internal combustion engine and a synchronous generator, in which the stabilization of the frequency of the alternating voltage of the stator of the synchronous generator is provided by stabilization of the rotational speed of the ICE shaft, and the stabilization of the voltage amplitude of the stator of the synchronous generator by changing the current of its field winding [P. The bourgeoisie. Automation of ship electric power systems. L., Shipbuilding, 1970, p. 156-162]. The disadvantage of this device is its low efficiency (high fuel consumption) due to the fact that the internal combustion engine operates at a constant speed at different loads.

Также известно устройство для генерирования электрической энергии переменного напряжения (Патент РФ № 2412513 на изобретение, опубл. бюл. № 5, 20.02.2011), содержащее последовательно соединенные ДВС переменной частоты вращения с подключенным к нему блоком формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, выполненным в виде блоков: задания экономичной частоты вращения вала ДВС в виде одного блока, сумматора сигналов, датчика частоты вращения вала ДВС и регулятора частоты вращения вала ДВС, синхронный генератор, управляемый выпрямитель с подключенным к нему блоком стабилизации напряжения, конденсаторную батарею, датчик тока, инвертор напряжения с подключенным к нему задатчиком частоты выходного напряжения, повышающий трансформатор. Стабилизация частоты и амплитуды выходного напряжения данного устройства осуществляется на уровне номинальных значений для синхронного генератора при условии минимизации потребления топлива ДВС, входящего в состав генераторного агрегата, выбором оптимальной частоты вращения вала при изменении мощности нагрузки от нуля до номинального значения.It is also known a device for generating electrical energy of alternating voltage (RF Patent No. 2412513 for an invention, publ. Bulletin No. 5, 02/20/2011), containing a series-connected internal combustion engine of variable speed with a connected unit for generating an optimal rotation speed of the internal combustion engine shaft, made in type of blocks: setting the economical speed of the internal combustion engine shaft in the form of one unit, the signal adder, the internal combustion engine speed sensor and the internal combustion engine speed controller, synchronous generator, controlled rectifier with connection chennym thereto block stabilization voltage, a capacitor, a current sensor, a voltage inverter connected to it setter frequency output voltage step-up transformer. The stabilization of the frequency and amplitude of the output voltage of this device is carried out at the level of nominal values for a synchronous generator, provided that the fuel consumption of the internal combustion engine included in the generator unit is minimized by selecting the optimal shaft speed when the load power changes from zero to the nominal value.

Недостатком устройства является то, что в программу работы блока задания экономичной частоты вращения вала ДВС необходимо закладывать зависимость оптимальной с точки зрения потребления топлива частоты вращения ДВС от мощности нагрузки. Однако, указанная зависимость для каждого конкретного ДВС носит индивидуальный характер и производителями ДВС, как правило, не предоставляется. Кроме того, эта зависимость меняется при изменении условий внешней среды, степени износа ДВС, а также марки и качества используемого топлива.The disadvantage of this device is that in the work program of the unit for setting the economical speed of the internal combustion engine shaft, it is necessary to lay the dependence of the optimal engine speed from the point of view of fuel consumption on the load power. However, the indicated dependence for each specific ICE is individual and, as a rule, is not provided by the ICE manufacturers. In addition, this dependence changes with changing environmental conditions, the degree of wear of the internal combustion engine, as well as the brand and quality of the fuel used.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для генерирования электрической энергии переменного напряжения (заявка на изобретение № 2013139844/07, опубл. бюл. № 7, 10.03.2015), содержащая последовательно соединенные ДВС переменной частоты вращения с подключенным к нему блоком формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, состоящим из датчика потребляемого топлива, датчика частоты вращения вала ДВС, регулятора частоты вращения вала ДВС, сумматора сигналов и блока задания экономичной частоты вращения вала ДВС, выполненного в виде контроллера обучения, контроллера управления и блока ассоциативной памяти, синхронный генератор, управляемый выпрямитель с подключенным к нему блоком стабилизации напряжения, конденсаторную батарею, датчик тока, к которому подключен блок вычисления мощности нагрузки, выход которого соединен с блоком задания экономичной частоты вращения вала ДВС, инвертор напряжения с подключенным к нему задатчиком частоты выходного напряжения, повышающий трансформатор. В данном устройстве обеспечивается автоматическое определение, не требующее знания характеристик ДВС, оптимальной с точки зрения потребления топлива частоты вращения вала ДВС, входящего в состав генераторного агрегата.The closest in technical solution is a device for generating electrical energy of alternating voltage (application for invention No. 2013139844/07, publ. Bulletin No. 7, 03/10/2015), containing a series-connected internal combustion engine of variable speed with a unit for generating an optimal speed ICE shaft, consisting of a fuel consumption sensor, ICE shaft speed sensor, ICE shaft speed controller, signal combiner and an engine economical shaft speed setting unit in the form of a learning controller, a control controller and an associative memory unit, a synchronous generator, a controlled rectifier with a voltage stabilization unit connected to it, a capacitor bank, a current sensor, to which a load power calculation unit is connected, the output of which is connected to the unit for setting an economical engine speed, a voltage inverter with an output voltage frequency adjuster connected to it, increasing the transformer. This device provides automatic determination that does not require knowledge of the characteristics of the internal combustion engine, optimal from the point of view of fuel consumption, the rotational speed of the internal combustion engine shaft, which is part of the generator unit.

Недостатком устройства является то, что при определении оптимальной с точки зрения потребления топлива частоты вращения вала ДВС не учитываются давление, температура и влажность атмосферного воздуха, которые влияют на потребление топлива ДВС (Небеснов В.И. Оптимальные режимы работы судовых комплексов. М. – Транспорт, 1974, с. 90–100). Учет давления, температуры и влажности атмосферного воздуха позволит более точно и быстро определять оптимальную с точки зрения потребления топлива частоту вращения вала ДВС.The disadvantage of this device is that when determining the optimal engine speed from the point of view of fuel consumption, the internal combustion engine shaft pressure does not take into account the pressure, temperature and humidity of atmospheric air, which affect the internal combustion engine fuel (V. Nebesnov. Optimal modes of operation of ship systems. M. - Transport , 1974, pp. 90-100). Taking into account the pressure, temperature and humidity of atmospheric air will allow more accurately and quickly determine the optimal engine speed from the point of view of fuel consumption.

Решаемая задача – создание высокоэффективной автономной электростанции переменного тока, оснащенной интеллектуальной системой управления.The task to be solved is the creation of a highly efficient autonomous AC power station equipped with an intelligent control system.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является автоматическое определение, не требующее знания характеристик ДВС, оптимальной с точки зрения потребления топлива частоты вращения вала ДВС, входящего в состав генераторного агрегата с учетом давления, температуры и влажности атмосферного воздуха.The technical result of the invention is an automatic determination that does not require knowledge of the characteristics of the internal combustion engine, optimal from the point of view of fuel consumption, the speed of the internal combustion engine shaft, which is part of the generator unit, taking into account pressure, temperature and humidity of the air.

Этот технический результат достигается тем, что в автономной электростанции переменного тока, содержащей последовательно соединенные ДВС переменной частоты вращения с подключенным к нему блоком формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, состоящим из датчика потребляемого топлива, датчика частоты вращения вала ДВС, регулятора частоты вращения вала ДВС, сумматора сигналов и блока задания экономичной частоты вращения вала ДВС, выполненного в виде контроллера обучения, контроллера управления и блока ассоциативной памяти, синхронный генератор, управляемый выпрямитель с подключенным к нему блоком стабилизации напряжения, конденсаторную батарею, датчик тока, к которому подключен блок вычисления мощности нагрузки, выход которого соединен с блоком задания экономичной частоты вращения вала ДВС, инвертор напряжения с подключенным к нему задатчиком частоты выходного напряжения, повышающий трансформатор, к контроллеру обучения подключены датчики давления, температуры и влажности окружающего воздуха.This technical result is achieved by the fact that in an autonomous power plant of alternating current, containing successively connected internal combustion engines of variable speed with a unit for generating an optimal engine speed of an internal combustion engine, consisting of a fuel consumption sensor, an internal combustion engine speed sensor, an internal combustion engine speed controller, an adder of signals and a unit for setting an economical speed of the engine shaft, made in the form of a learning controller, control controller and associative memory unit, sync a generator, a controlled rectifier with a voltage stabilization unit connected to it, a capacitor bank, a current sensor, to which a load power calculation unit is connected, the output of which is connected to a unit for setting an economical speed of the internal combustion engine shaft, a voltage inverter with an output voltage frequency adjuster connected to it, step-up transformer, pressure, temperature and humidity sensors are connected to the learning controller.

Подключение к контроллеру обучения датчиков давления, температуры и влажности окружающего воздуха выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как позволяет учесть давление, температуру и влажность атмосферного воздуха, что обеспечивает более точное и быстрое определение оптимальной с точки зрения потребления топлива частоты вращения вала ДВС.Connecting to the controller the training of pressure, temperature and humidity sensors favorably distinguishes the proposed device from the known one, since it allows you to take into account the pressure, temperature and humidity of atmospheric air, which provides a more accurate and quick determination of the optimal engine speed of the internal combustion engine shaft in terms of fuel consumption.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана функциональная схема устройства.  The invention is illustrated in the drawing, which shows a functional diagram of the device.

Автономная электростанция переменного тока с интеллектуальным управлением содержит последовательно соединенные ДВС 1, синхронный генератор 2, управляемый выпрямитель 3, конденсаторную батарею 4, датчик тока 5, инвертор напряжения 6, повышающий трансформатор 7 с выходными выводами 8. К ДВС 1 подключены регулятор 9 частоты вращения вала ДВС, датчик 10 частоты вращения вала ДВС, сумматор сигналов 11, входящие в состав блока 12 формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, сюда же входит блок 13 задания экономичной частоты вращения вала ДВС, который состоит из контроллера управления 14, контроллера обучения 15 и блока 16 ассоциативной памяти. В состав блока 12 также входит датчик 17 потребляемого топлива, вход которого подключен к ДВС 1, а выход подключен к контроллеру обучения 15. К контроллеру обучения 15 подключены также датчик 18 давления окружающего воздуха, датчик 19 температуры окружающего воздуха и датчик 20 влажности окружающего воздуха.Intelligent controlled autonomous AC power station contains ICE 1 connected in series, synchronous generator 2, controlled rectifier 3, capacitor bank 4, current sensor 5, voltage inverter 6, step-up transformer 7 with output terminals 8. Shaft speed controller 9 is connected to ICE 1 ICE, the ICE shaft speed sensor 10, the signal adder 11, which are part of the block 12 for generating the optimal ICE shaft speed, this also includes the unit 13 for setting the economic speed of the ICE shaft, ory includes controller 14, the controller 15 and the learning unit 16 of the associative memory. Block 12 also includes a fuel consumption sensor 17, the input of which is connected to the internal combustion engine 1, and the output is connected to the learning controller 15. An ambient pressure sensor 18, an ambient temperature sensor 19, and an ambient humidity sensor 20 are also connected to the learning controller 15.

Блок 21 возбуждения синхронного генератора 2 с выводами 22 подключения питания соединен с обмоткой возбуждения синхронного генератора 2 и с выходом контроллера управления 14. Блок 23 стабилизации напряжения, состоящий из задатчика 24 напряжения, сумматора сигналов 25 и регулятора напряжения 26, соединен с выходом датчика напряжения 27, с которым соединен также блок 21 возбуждения синхронного генератора 2. Вход блока 13 соединен с выходом блока 28 вычисления мощности нагрузки, входы которого соединены с выходами датчика напряжения 27 и датчика тока 5. Выход задатчика 29 частоты выходного напряжения соединен с инвертором напряжения 6. Причем, первый вход контроллера управления 14 соединен с выходом блока 28 вычисления мощности нагрузки, второй вход – с выходом блока 16 ассоциативной памяти, третий вход – с выходом контроллера обучения 15, первый выход контроллера управления 14 соединен с сумматором сигналов 11 блока 12 формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, второй выход – с входом блока 16 ассоциативной памяти, третий выход – с контроллером обучения 15.The excitation block 21 of the synchronous generator 2 with the power supply terminals 22 is connected to the excitation winding of the synchronous generator 2 and to the output of the control controller 14. The voltage stabilization unit 23, consisting of a voltage adjuster 24, a signal combiner 25 and a voltage regulator 26, is connected to the output of the voltage sensor 27 with which the synchronization generator excitation unit 21 is also connected 2. The input of the unit 13 is connected to the output of the load power calculation unit 28, the inputs of which are connected to the outputs of the voltage sensor 27 and the current sensor 5. the output of the output voltage frequency adjuster 29 is connected to the voltage inverter 6. Moreover, the first input of the control controller 14 is connected to the output of the load power calculation unit 28, the second input to the output of the associative memory unit 16, the third input to the output of the learning controller 15, the first controller output control 14 is connected to the signal adder 11 of the block 12 forming the optimal engine speed of the ICE shaft, the second output is with the input of the associative memory unit 16, the third output is with the learning controller 15.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Блок 13 задания экономичной частоты вращения вала ДВС, входящий в состав блока 12 формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, получает сигнал с блока вычисления мощности нагрузки 28, который соединен с выходами датчика напряжения 27 и датчика тока 5, измеряющими соответственно напряжение и ток на выходе управляемого выпрямителя 3. В зависимости от значения мощности нагрузки блок 13 задания экономичной частоты вращения вала ДВС, состоящий из контроллера управления 14, контроллера обучения 15 и блока 16 ассоциативной памяти, задает оптимальную частоту вращения вала ДВС 1. The unit 13 for setting the economical speed of the internal combustion engine shaft, which is part of the unit 12 for generating the optimal engine rotation speed, receives a signal from the load power calculation unit 28, which is connected to the outputs of the voltage sensor 27 and current sensor 5, which respectively measure the voltage and current at the output of the controlled rectifier 3. Depending on the value of the load power, the unit 13 for setting the economical engine speed of the ICE shaft, consisting of the control controller 14, the learning controller 15 and the associative memory unit 16, sets the optimum nuyu shaft speed internal combustion engine 1.

Блок 13 задания экономичной частоты вращения вала ДВС работает следующим образом. Блок 16 ассоциативной памяти представляет собой многослойную нейронную сеть, которая обладает способностью накапливать дискретные значения оптимальной с точки зрения потребления топлива частоты вращения вала ДВС 1 для соответствующих дискретных значений мощности нагрузки электростанции. Кроме того, блок 16 ассоциативной памяти для отсутствующих в памяти дискрет мощности нагрузки на основе методов ассоциации и интерполяции в пределах диапазона "обучения" может генерировать значения оптимальной с точки зрения потребления топлива частоты вращения вала ДВС 1. Диапазон "обучения" блока 16 ассоциативной памяти - это диапазон дискретных значений мощности нагрузки, для которых в памяти хранятся соответствующие значения оптимальной с точки зрения потребления топлива частоты вращения вала ДВС 1 – логические пары "мощность нагрузки – оптимальное значение частоты вращения вала ДВС 1" для различных значений давления, температуры и влажности окружающего воздуха.Block 13 job economical speed of the engine shaft is as follows. The associative memory block 16 is a multilayer neural network that has the ability to accumulate discrete values of the engine speed of the internal combustion engine 1 that is optimal from the point of view of fuel consumption for the corresponding discrete values of the load power of the power plant. In addition, the associative memory block 16 for the load power discrete, based on the association and interpolation methods within the "training" range, can generate values of the engine speed of the engine ICE 1, which is optimal from the point of view of fuel consumption. The "learning" range of the associative memory block 16 is this is a range of discrete values of the load power, for which the corresponding values of the engine speed optimal from the point of view of fuel consumption, engine speed 1 are logical pairs - logical pairs "load power Ki - the optimal value of the engine speed of the engine 1 "for various values of pressure, temperature and humidity of the surrounding air.

Контроллер управления 14 обрабатывает сигнал от блока 28 вычисления мощности нагрузки, датчика 18 давления окружающего воздуха, датчика 19 температуры окружающего воздуха и датчика 20 влажности окружающего воздуха.The control controller 14 processes the signal from the load power calculation unit 28, the ambient pressure sensor 18, the ambient temperature sensor 19, and the ambient humidity sensor 20.

Если значение мощности нагрузки при текущих значениях давления, температуры и влажности окружающего воздуха, принадлежит диапазону, в котором производилось "обучение" блока 16 ассоциативной памяти, то контроллер управления 14 передает значение мощности нагрузки в блок 16 ассоциативной памяти, принимая в ответ оптимальное с точки зрения потребления топлива значение частоты вращения вала ДВС 1 для данного значения мощности нагрузки и данных значений давления, температуры и влажности окружающего воздуха. Полученное от блока 16 ассоциативной памяти значение оптимальной частоты вращения вала ДВС контроллер управления 14 передает на вход сумматора сигналов 11.If the value of the load power at the current values of pressure, temperature and humidity of the ambient air belongs to the range in which the "training" of the associative memory unit 16 was carried out, then the control controller 14 transfers the value of the load power to the associative memory unit 16, taking the optimal fuel consumption value of the engine speed shaft 1 for a given load power and data values of pressure, temperature and humidity of the surrounding air. Received from the block 16 of the associative memory, the value of the optimal engine speed of the internal combustion engine control controller 14 transmits to the input of the adder signals 11.

Если текущее значение мощности нагрузки при текущих значениях давления, температуры и влажности окружающего воздуха, не принадлежит диапазону, в котором производилось "обучение" блока 16 ассоциативной памяти, то контроллер управления 14 передает значения мощности нагрузки, давления, температуры и влажности окружающего воздуха контроллеру обучения 15. Контроллер обучения 15 определяет новую логическую пару "мощность нагрузки – оптимальное значение частоты вращения вала ДВС 1" для конкретных значений давления, температуры и влажности окружающего воздуха следующим образом. Контроллер обучения 15, воздействуя на контроллер управления 14, изменяет текущее значение заданной частоты вращения вала ДВС 1, формируемое на выходе котроллера управления 14, на некоторую величину. При этом с помощью датчика 17 контроллер обучения 15 определяет изменение величины удельного потребления топлива. По знаку изменения величины удельного потребления топлива контроллер обучения 15 определяет, в каком направлении необходимо далее изменять частоту вращения вала ДВС 1 – в сторону увеличения или уменьшения. На следующем шаге работы контроллера обучения 15 изменение частоты вращения вала ДВС 1 происходит уже на меньшую величину, чем на предыдущем шаге. Процесс изменения частоты вращения вала ДВС 1 повторяется до тех пор, пока изменение удельного расхода топлива не станет меньше, чем заданная величина ошибки. Таким образом, контроллер обучения 15 определил частоту вращения вала ДВС 1, при которой удельный расход топлива минимальный для данного значения мощности нагрузки и данных значений давления, температуры и влажности окружающего воздуха. После этого контроллер обучения 15 для данных значений давления, температуры и влажности окружающего воздуха формирует новую логическую пару "мощность нагрузки – оптимальное значение частоты вращения вала ДВС 1" и производит "дообучение" блока 16 ассоциативной памяти.If the current value of the load power at the current values of pressure, temperature and humidity of the ambient air does not belong to the range in which the "training" of the associative memory unit 16 was performed, then the control controller 14 transfers the values of the load power, pressure, temperature and humidity of the ambient air to the learning controller 15 . Learning controller 15 defines a new logical pair "load power - the optimal value of the speed of the engine shaft 1" for specific values of pressure, temperature and humidity around heating air as follows. The learning controller 15, acting on the control controller 14, changes the current value of a given frequency of rotation of the ICE shaft 1, formed at the output of the control controller 14, by a certain amount. Moreover, using the sensor 17, the learning controller 15 determines a change in the specific fuel consumption. By the sign of the change in the specific fuel consumption, the learning controller 15 determines in which direction it is necessary to further change the frequency of rotation of the ICE shaft 1 - in the direction of increase or decrease. In the next step of the learning controller 15, the change in the rotational speed of the ICE shaft 1 occurs already by a smaller amount than in the previous step. The process of changing the rotational speed of the ICE shaft 1 is repeated until the change in specific fuel consumption is less than the specified error value. Thus, the learning controller 15 determined the rotational speed of the ICE shaft 1 at which the specific fuel consumption is minimal for a given value of the load power and data values of pressure, temperature and humidity of the ambient air. After that, the learning controller 15 for these values of pressure, temperature and humidity of the ambient air generates a new logical pair "load power - the optimal value of the rotational speed of the ICE shaft 1" and "retrains" the block 16 of the associative memory.

С помощью сумматора сигналов 11 вычисляется разность сигнала задания оптимальной частоты вращения вала ДВС 1, поступающего с контроллера управления 14, и сигнала датчика 10 частоты вращения вала ДВС 1. Сигнал от сумматора сигналов 11 поступает на вход регулятора 9 частоты вращения вала ДВС 1, который поддерживает частоту вращения вала ДВС 1 на уровне, заданном контроллером управления 14. Using the signal adder 11, the difference between the signal for setting the optimal engine speed of the ICE shaft 1, coming from the control controller 14, and the signal of the sensor 10 of the engine ICE shaft speed 1, is calculated. The signal from the signal adder 11 is input to the speed controller 9 of the engine ICE shaft 1, which supports the speed of the engine shaft 1 at the level set by the control controller 14.

Таким образом, при изменении мощности нагрузки на выходных выводах 8, а значит и на валу ДВС 1, частота вращения вала ДВС 1 будет поддерживаться оптимальной с точки зрения минимального потребления топлива. Thus, when changing the load power at the output terminals 8, and therefore on the ICE shaft 1, the rotational speed of the ICE shaft 1 will be maintained optimal from the point of view of minimum fuel consumption.

Поскольку частота вращения вала ДВС 1 будет изменяться в зависимости от мощности нагрузки, то амплитуда и частота переменного напряжения синхронного генератора 2 будут также изменяться в зависимости от мощности нагрузки. Since the rotational speed of the ICE shaft 1 will vary depending on the load power, the amplitude and frequency of the alternating voltage of the synchronous generator 2 will also vary depending on the load power.

Стабилизация амплитуды переменного напряжения на выходных выводах 8 на уровне номинального значения для синхронного генератора 2 осуществляется следующим образом. The stabilization of the amplitude of the alternating voltage at the output terminals 8 at the level of the nominal value for the synchronous generator 2 is as follows.

Управляемый выпрямитель 3 преобразует переменное напряжение статора синхронного генератора 2 в постоянное напряжение заданной величины. Стабилизация выходного напряжения управляемого выпрямителя 3 на заданном уровне осуществляется с помощью блока 23 стабилизации напряжения, в состав которого входит регулятор напряжения 26, вход которого подключен к сумматору сигналов 25, на входы которого поступают сигналы с задатчика напряжения 24 и с датчика напряжения 27. Для сглаживания выходного напряжения управляемого выпрямителя 3 на его выходе включена конденсаторная батарея 4, которая необходима также для работы инвертора напряжения 6. Кроме того, конденсаторная батарея 4 является накопителем энергии и компенсирует пики и провалы энергии в динамических режимах. Выходное напряжение управляемого выпрямителя 3 преобразуется с помощью инвертора 6 в переменное напряжение синусоидальной формы, амплитуда которого равна постоянному напряжению на выходе управляемого выпрямителя 3.Managed rectifier 3 converts the alternating voltage of the stator of the synchronous generator 2 into a constant voltage of a given value. The output voltage of the controlled rectifier 3 is stabilized at a predetermined level using the voltage stabilization unit 23, which includes a voltage regulator 26, the input of which is connected to a signal adder 25, the inputs of which receive signals from the voltage regulator 24 and from the voltage sensor 27. For smoothing the output voltage of the controlled rectifier 3 at its output includes a capacitor bank 4, which is also necessary for the operation of the voltage inverter 6. In addition, the capacitor bank 4 is akopitelem energy and compensates for energy peaks and dips in dynamic modes. The output voltage of the controlled rectifier 3 is converted using an inverter 6 into an alternating voltage of a sinusoidal shape, the amplitude of which is equal to the constant voltage at the output of the controlled rectifier 3.

При изменении мощности нагрузки от нуля до номинального значения частота вращения вала ДВС 1, а, следовательно, и амплитуда напряжения синхронного генератора 2 будут меняться в широком диапазоне. При этом выходное напряжение управляемого выпрямителя 3, а значит и амплитуда переменного напряжения на выходных выводах 8, будут меняться в широком диапазоне и будут меньше номинального значения напряжения статора синхронного генератора 2. Для повышения выходного напряжения на выходных выводах 8 до уровня номинального напряжения синхронного генератора 2 на выходе инвертора напряжения 6 включен повышающий трансформатор 7. Задавая с помощью задатчика напряжения 24 величину выходного напряжения управляемого выпрямителя 3, равной отношению амплитуды номинального напряжения статора синхронного генератора 2 к коэффициенту трансформации повышающего трансформатора 7, на выходных выводах 8 получим переменное напряжение, амплитуда которого равна номинальному значению для синхронного генератора 2. Блок 21 возбуждения синхронного генератора 2, получающий питание через выводы 22 подключения питания, формирует ток в обмотке возбуждения синхронного генератора 2 с учетом сигнала от блока 13 задания экономичной частоты вращения вала ДВС и от датчика напряжения 27. Таким образом, при изменении частоты вращения вала ДВС 1 на выходных выводах 8 поддерживается амплитуда переменного напряжения на уровне номинального значения для статора синхронного генератора 2.When the load power changes from zero to the nominal value, the rotational speed of the ICE shaft 1, and, consequently, the voltage amplitude of the synchronous generator 2 will vary over a wide range. In this case, the output voltage of the controlled rectifier 3, and hence the amplitude of the alternating voltage at the output terminals 8, will vary over a wide range and will be less than the rated voltage of the stator of the synchronous generator 2. To increase the output voltage at the output terminals 8 to the level of the rated voltage of the synchronous generator 2 at the output of the voltage inverter 6, a step-up transformer 7 is turned on. By using the voltage adjuster 24, the output voltage of the controlled rectifier 3 is set equal to the amplitude of the nominal voltage of the stator of the synchronous generator 2 to the transformation coefficient of the step-up transformer 7, at the output terminals 8 we get an alternating voltage, the amplitude of which is equal to the nominal value for the synchronous generator 2. Block 21 of the excitation of the synchronous generator 2, receiving power through the terminals 22 of the power supply, generates a current in the excitation winding of the synchronous generator 2, taking into account the signal from the unit 13 for setting the economical speed of the internal combustion engine shaft and from the voltage sensor 27. Thus, when nenii shaft speed internal combustion engine 1 at the output terminals 8 supported by the amplitude of the alternating voltage at the nominal value for the stator of the synchronous generator 2.

Частота выходного напряжения на выходных выводах 8 при изменении частоты вращения вала ДВС 1 поддерживается неизменной с помощью инвертора напряжения 6 на уровне, задаваемом задатчиком 29 частоты выходного напряжения.The frequency of the output voltage at the output terminals 8 when changing the rotational speed of the ICE shaft 1 is maintained unchanged by the voltage inverter 6 at a level set by the output voltage frequency setter 29.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.According to the scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of the claimed combination of features aimed at achieving the task, and this solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the solution corresponds to the level of the invention.

Claims (1)

Автономная электростанция переменного тока, содержащая последовательно соединенные ДВС переменной частотой вращения с подключенным к нему блоком формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, состоящим из датчика потребляемого топлива, датчика частоты вращения вала ДВС, регулятора частоты вращения вала ДВС, сумматора сигналов и блока задания экономичной частоты вращения вала ДВС, выполненного в виде контроллера обучения, контроллера управления и блока ассоциативной памяти, синхронный генератор, управляемый выпрямитель с подключенным к нему блоком стабилизации напряжения, конденсаторную батарею, датчик тока, к которому подключен блок вычисления мощности нагрузки, выход которого соединен с блоком задания экономичной частоты вращения вала ДВС, инвертор напряжения с подключенным к нему задатчиком частоты выходного напряжения, повышающий трансформатор, отличающаяся тем, что к контроллеру обучения подключены датчики давления, температуры и влажности окружающего воздуха.An autonomous AC power station containing a variable speed engine connected in series with an engine block for generating an optimal engine speed, consisting of a fuel consumption sensor, an engine speed sensor, an engine speed controller, an signal adder and an economical engine speed setting unit ICE shaft, made in the form of a learning controller, control controller and associative memory unit, synchronous generator, controlled rectifier with connection connected to it by the voltage stabilization unit, a capacitor bank, a current sensor, to which a load power calculation unit is connected, the output of which is connected to the power-saving engine speed setting unit of the internal combustion engine, a voltage inverter with an output voltage frequency adjuster connected to it, increasing the transformer, characterized in that pressure, temperature and humidity sensors are connected to the learning controller.
RU2017125934A 2017-07-19 2017-07-19 Stand-alone ac power plant RU2666782C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017125934A RU2666782C1 (en) 2017-07-19 2017-07-19 Stand-alone ac power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017125934A RU2666782C1 (en) 2017-07-19 2017-07-19 Stand-alone ac power plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2666782C1 true RU2666782C1 (en) 2018-09-12

Family

ID=63580498

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017125934A RU2666782C1 (en) 2017-07-19 2017-07-19 Stand-alone ac power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2666782C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5694026A (en) * 1994-04-13 1997-12-02 European Gas Turbines Sa Turbine generator set without a step-down gear box
RU2412513C1 (en) * 2010-01-15 2011-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) Isolated alternating current electric power station
RU2013139844A (en) * 2013-08-27 2015-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ AUTONOMOUS AC POWER PLANT
RU168615U1 (en) * 2016-05-11 2017-02-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Autonomous AC Power Station

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5694026A (en) * 1994-04-13 1997-12-02 European Gas Turbines Sa Turbine generator set without a step-down gear box
RU2412513C1 (en) * 2010-01-15 2011-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) Isolated alternating current electric power station
RU2013139844A (en) * 2013-08-27 2015-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ AUTONOMOUS AC POWER PLANT
RU168615U1 (en) * 2016-05-11 2017-02-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Autonomous AC Power Station

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xia et al. A new maximum power point tracking technique for permanent magnet synchronous generator based wind energy conversion system
SU1098527A3 (en) Wind turbine control system
CN104836498B (en) A kind of PID tune generator control system based on artificial neural network
RU2412513C1 (en) Isolated alternating current electric power station
CN107589776B (en) Maximum power point tracking method, MPPT controller and photovoltaic power generation system
CN109973300A (en) Power control method and device for wind generating set
RU2666903C1 (en) Autonomous ac power plant
CN114489187B (en) Temperature control method and system for rapid temperature change test box
CN104635486A (en) Method and device for setting parameters of closed-loop PID (proportion integration differentiation) controller of gas turbine
Ngo et al. The maximum power point tracking based-control system for small-scale wind turbine using fuzzy logic
Khvatov et al. Power plant based on a variable-speed diesel generator.
RU168615U1 (en) Autonomous AC Power Station
Ostroverkhov et al. DEVELOPMENT OF THE CONTROL SYSTEM FOR TAKING OFF THE MAXIMUM POWER OF AN AUTONOMOUS WIND PLANT WITH A SYNCHRONOUS MAGNETOELECTRIC GENERATOR.
RU2666782C1 (en) Stand-alone ac power plant
RU178096U1 (en) OFFLINE GENERATOR INSTALLATION
CN109975610B (en) Micro-grid dynamic frequency detection and adjustment method
RU2645387C1 (en) Method of distributing the load between parallel operating ship diesel driven generators
RU172810U1 (en) OFFLINE GENERATOR INSTALLATION
RU2724104C1 (en) Autonomous two-unit power plant
CN105552961A (en) Grid-connection control method for distributed photovoltaic power generation module
RU137701U1 (en) AUTONOMOUS AC POWER PLANT
CN112540204B (en) Power source control device
RU223288U1 (en) AUTONOMOUS AC POWER PLANT
Li et al. Overview of Maximum power point tracking control method for wind power generation system
RU158933U1 (en) AUTONOMOUS WIND-DIESEL-ELECTRIC INSTALLATION

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190710

Effective date: 20190710