WO2021185057A1 - 直流组网的发电机组功率分配方法 - Google Patents

直流组网的发电机组功率分配方法 Download PDF

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WO2021185057A1
WO2021185057A1 PCT/CN2021/078303 CN2021078303W WO2021185057A1 WO 2021185057 A1 WO2021185057 A1 WO 2021185057A1 CN 2021078303 W CN2021078303 W CN 2021078303W WO 2021185057 A1 WO2021185057 A1 WO 2021185057A1
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岳凡
乌云翔
赵红品
张明达
梁超博
苏世杰
陈赟
唐文献
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无锡赛思亿电气科技有限公司
江苏科技大学
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Definitions

  • the invention relates to a power distribution method of a generator set in a DC group network.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a power distribution method for generating sets of a DC network that saves energy.
  • the technical solution adopted by the present invention is: a generator set in a DC grid power system, including at least two generator power supply mechanisms connected to a DC bus, a main control module, and a generator power supply mechanism Including diesel generators.
  • the diesel generators are connected to the circuit breaker, the rectifier power module, and the fuse in turn through the power supply line.
  • the power supply line is finally connected to the DC bus.
  • the wire between the circuit breaker and the rectifier power module is equipped with a current sensor. There is a DC voltage sensor on the wire between the power module and the fuse.
  • the current sensor, rectifier power module, and DC voltage sensor are all electrically connected to the A/D sampling module, and the A/D sampling module is electrically connected to the sub-controller; all The sub-controller is electrically connected to the main control module, and its power distribution method is as follows:
  • Step b The main controller continuously detects the total power P t of the DC grid power system.
  • the power generation system also starts to work.
  • the first diesel generator set starts to work; the sub-controller calculates the first The working power P 1 of a diesel generator set; the alternating current generated by the first diesel generator set passes through the rectification power module, and the rectification parameters of the rectification power module are set to keep the rectified voltage value within V 1min ⁇ V 1max to ensure P 1I ⁇ P 1 ⁇ P 1u ;
  • Step d The main controller will determine the working status of all diesel generator sets in turn. If the i-th diesel generator set is in working state, the sub-controller calculates the power P i of the i-th diesel generator set: the AC power generated by the i-th diesel generator set by rectifying the power module, the power module rectifier rectifying the voltage value of the parameter maintained in the rectified V imin ⁇ V imax, to ensure that the P 1I ⁇ P 1 ⁇ P 1u ;
  • Step e The main controller will calculate the range of the total optimal working load power of the diesel generator set by the following formula:
  • Step f The main controller compares the total power P t of the DC bus with the lower limit P I of the total optimal load power of the diesel generator set and the lower limit P u of the total optimal working load power of the diesel set. If P I ⁇ P t ⁇ P u , Explain that when the total generating power of the diesel unit reaches P t , the generating power of each diesel engine is within the optimal working load power range; at this time, proceed to step (g); if P t does not satisfy P I ⁇ P t ⁇ P u , That is, when P t >P u or P t ⁇ P I , proceed to step (h);
  • Step g The main controller performs synchronous control of the diesel engine voltage through the sub-controller according to the cross-coupling control strategy;
  • Step h Establish an optimization model to optimize the optimal working sequence of the diesel unit:
  • h-6 first calculate That is to calculate the difference between the average optimal working load power of any diesel engine in the working sequence and any diesel engine in the non-working sequence, where
  • the above process is the process of solving the optimal working sequence of the diesel engine, that is, finding the maximum P I value P Imax that satisfies P I ⁇ P t ⁇ P u , and the minimum P u value P umax , so that the lower limit of the total optimal working load power of the diesel engine is found P I and the upper limit of the total optimal working load power of the diesel generator set P u are the closest to the total DC bus power P t;
  • the process of optimizing the optimal working sequence of the diesel unit is completed.
  • the main controller will periodically detect the total DC bus power P t , if P t changes, it will return to step 4, if If P t does not change, the optimization ends, and the diesel engine set will keep the current sequence for work.
  • the step g includes the following content:
  • the main controller calculates an average voltage V′ according to the total power Pt of the current DC networking system, and when the output voltage of all diesel engines in operation is V′ When, it satisfies P I ⁇ P t ⁇ P u ;
  • the main controller After calculating V′, the main controller sends voltage adjustment instructions to each sub-controller;
  • the sub-controller After receiving the voltage adjustment instruction from the main controller, the sub-controller controls the rectifier power module to adjust the rectified DC voltage value;
  • the A/D conversion module on each power generation circuit will continuously feed back the output voltage of the diesel engine to each sub-controller, and the sub-controller will then send the voltage data to the main controller through the bus;
  • the main controller After the main controller obtains the voltage data sent by the sub-controllers of each power generation circuit, it will make the difference between V'and each output voltage respectively, and the main controller will send a voltage compensation signal to each sub-controller according to the voltage difference;
  • the sub-controller After receiving the voltage compensation signal from the main controller, the sub-controller again controls the rectifier power module to adjust the rectified DC voltage value;
  • step g-7 Go back to step g-4 and execute cyclically.
  • the specific calculation method for the sub-controller to calculate the used power P 1 of the first diesel generator set is as follows: the AC current sensor reads the AC power generated by the first diesel generator set I 1 , the voltage sensor detects the rectified DC voltage value V 1 , and the A/D sampling module reads the data of I 1 and V 1 and sends them to the sub-controller, and the sub-controller is based on I 1 and V 1 The AC voltage V AC1 is calculated, and the sub-controller calculates the use power P 1 of the first diesel generator set by the following formula: Where ⁇ is the power factor.
  • the specific calculation method for the sub-controller to calculate the power P i of the i-th diesel generator set is as follows: the AC current sensor of the i-th diesel generator set’s power generation circuit will read this diesel generator will generate alternating current I i, the voltage sensor detects a rectified DC voltage value V i, a / D sampling module reads the data I i and V i which is transmitted to the sub-controller, the sub-controller according to I 1 and V 1 calculate the AC voltage V ACi , and the sub-controller calculates the operating power P i of the i-th diesel generator set by the following formula: Where ⁇ is the power factor.
  • step g-3 after the sub-controller receives the voltage adjustment instruction from the main controller, it controls the rectifier power module to adjust the rectified DC voltage value.
  • the specific operation is as follows: After the voltage adjustment command of the rectifier, it sends a control signal to the A/D sampling module. After the A/D sampling module receives the signal, it sends a PWM wave to the rectifier power module. The PWM wave changes the duty cycle of the IGBT transistor in the rectifier power module to adjust the rectifier. DC voltage value.
  • step g-6 after the sub-controller receives the voltage compensation signal from the main controller, it controls the rectifier power module to adjust the rectified DC voltage value again.
  • the sub-controller receives the voltage compensation signal from the main controller. After the voltage compensation signal of the controller, it sends a control signal to the A/D sampling module. After receiving the signal, the A/D sampling module sends a PWM wave to the rectifier power module. The PWM wave changes the duty cycle of the IGBT transistor in the rectifier power module to adjust the rectification. The value of the DC voltage.
  • the diesel generator set power distribution method takes into account the impact of marine environment changes on the ship's load power and the power consumed by the entire power system, and can accurately obtain the total load power in the operating state of the system in real time, and establish power distribution Optimize the model to accurately determine the relationship between the proportion of diesel generator output power and fuel consumption, improve the accuracy of the power distribution of the generator set, ensure that the generator set runs in the most economical fuel state, improve energy utilization, and reduce energy waste and pollution.
  • Figure 1 is a schematic diagram of the circuit structure of the power generation system
  • Figure 2 is a schematic diagram of the ship power distribution process
  • a generator set in a DC grid power system includes N generator power supply mechanisms connected to a DC bus 9 and a main control module 10.
  • the generator power supply mechanism includes a diesel generator 2.
  • the diesel generator 2 is connected to the circuit breaker 3, the rectifier power module 5, and the fuse 6 in turn through the power supply line.
  • the power supply line is finally connected to the DC bus 9; a current sensor is provided on the wire between the circuit breaker 3 and the rectifier power module 5 4.
  • the current sensor 4, the rectifier power module 5, and the DC voltage sensor 7 are all electrically connected to the A/D sampling module 8, and A/D sampling The module 8 is electrically connected to the sub-controller 1; all the sub-controllers 1 are electrically connected to the main control module 10.
  • the power distribution method is as follows:
  • the main controller 10 will continuously detect the total power P t of the power system of the DC network 9.
  • the power generation system will also start working at the same time, and the first diesel generator set will start working; current sensor 4 Read the AC power I 1 generated by the first diesel generator set, the voltage sensor 7 detects the rectified DC voltage value V 1 , and the A/D sampling module 8 reads the data of I 1 and V 1 and sends it to the sub Control module 1.
  • the sub-control module 1 calculates the AC voltage V AC1 according to I 1 and V 1 , and the sub-control module 1 calculates the use power P 1 of the first diesel generator set by the following formula:
  • the generated alternating current passes through the rectification power module 5, and the rectification parameters of the rectification power module 5 are set to keep the rectified voltage value within V 1min ⁇ V 1max to ensure that P 1I ⁇ P 1 ⁇ P 1u
  • V min 1050V
  • V max 1100V
  • the main controller will determine the working status of all diesel generator sets in turn. If the i-th diesel generator set is in working state, the current sensor 4 of the power generation circuit will read the alternating current I i generated by the diesel generator set, and the voltage sensor 7 after detecting the DC voltage rectified value V i, a / D sampling module 8 reads the data I i and V i which is transmitted to the sub-control module 1, the sub-control module 1 and I 1 is calculated based on an AC voltage V V ACi , the sub-control module 1 then calculates the use power P i of the first diesel generator set by the following formula:
  • the generated alternating current passes through the rectification power module 5, and the rectification parameters of the rectification power module 5 are set to keep the rectified voltage value within Vimin ⁇ V imax to ensure that P 1I ⁇ P 1 ⁇ P 1u .
  • the main controller 10 will calculate the range of the total optimal working load power of the diesel generator set by the following formula:
  • step (g) Comparing with the lower limit P u of the total optimal working load power of the diesel unit, if P I ⁇ P t ⁇ P u , it means that when the total generating power of the diesel set reaches P t , the generating power of each diesel engine is at the optimal working load Within the power range.
  • step (g) proceed to step (g), and perform synchronous control of diesel engine voltage according to the cross-coupling control strategy; if P t does not satisfy P I ⁇ P t ⁇ P u , that is, when P t >P u or P t ⁇ P I , proceed Step (h), establish an optimization model to optimize the optimal working sequence of the diesel unit;
  • the main controller 10 calculates an average voltage V′ according to the total power Pt of the current DC networking system, and this V′ satisfies: When the output voltages are all V', there is still P I ⁇ P t ⁇ P u .
  • the main controller 10 After calculating V', the main controller 10 sends a voltage adjustment command to each sub-controller 1.
  • the sub-control module 1 After receiving the voltage adjustment instruction from the main controller 10, the sub-control module 1 sends a control signal to the A/D sampling module 8. After receiving the signal, the A/D sampling module 8 sends a PWM wave to the rectifier power module 5. The PWM wave changes the duty cycle of the IGBT transistor in the rectifier power module to adjust the rectified DC voltage value;
  • the A/D conversion module 8 on each power generation circuit will continuously feed back the output voltage of the diesel engine to each sub-controller 1, and the sub-controller 1 then sends the voltage data to the main controller 10 through the bus.
  • the sub-control module 1 After the sub-control module 1 receives the voltage compensation signal from the main controller 10, it sends a control signal to the A/D sampling module 8. After receiving the signal, the A/D sampling module 8 sends a PWM wave to the rectifier power module 5. The PWM wave changes the duty cycle of the IGBT transistor in the rectifier power module to adjust the rectified DC voltage value;
  • step (g.7) Return to step (g.4) to execute cyclically;
  • h-6 first calculated That is to calculate the difference between the average optimal working load power of any diesel engine in the working sequence and any diesel engine in the non-working sequence, where
  • the above process is the process of solving the optimal working sequence of the diesel engine, that is, finding the maximum P I value P Imax that satisfies P I ⁇ P t ⁇ P u , and the minimum P u value P umax , so that the lower limit of the total optimal working load power of the diesel engine is found P I and the upper limit P u of the total optimal working load power of the diesel generator set are closest to the total power P t of the DC bus 9.
  • the process of optimizing the optimal working sequence of the diesel unit is completed.
  • the main controller 10 will periodically detect the total power P t of the DC bus 9. If P t changes, it will return to step ( d) If P t does not change, the optimization ends, and the diesel engine set will keep the current sequence to work.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开了一种直流组网电力系统中的发电机组，包括与直流母线相连接的至少两个供电机构以及主控制模块，供电机构包括发电机，发电机依次与断路器、整流功率模块、熔断器、直流母线相连接；断路器与整流功率模块间的导线上设有电流传感器，整流功率模块与熔断器之间的导线上设有直流电压传感器，电流传感器、整流功率模块、直流电压传感器都与A/D采样模块电联接，A/D采样模块与子控制器电联接。本发电机组功率分配方法考虑海洋环境变化对船舶负载功率的影响，以及整个电力系统消耗的功率，可以实时获取系统运行状态下的负载总功率，并通过建立功率分配优化模型，准确判定柴油发电机输出功率占比和燃油耗的关系，提高了分配发电机组功率的精确性。

Description

直流组网的发电机组功率分配方法 技术领域
本发明涉及一种直流组网的发电机组功率分配方法。
背景技术
对于船舶电站而言，在不接入大电网的情况下，由于发电机组的数量较少，负载的变化极易使电网产生变化，从而引起电网的频率波动，导致各机组有功负载分配不均衡，甚至使有的机组过载，有的机组转入电动机状态逆功率运行。船舶发电机组之间功率分配的优劣会对船舶电网运行的稳定性和安全性产生直接的影响。同步发电机和它并列的电网，两者相对容量的大小，对该电机的影响很大。因此，对不同规模电网中同步发电机并联时功率的分配和自动调整的探讨是尤为重要的。
对现有的文献进行检索后研究发现，中国专利申请号为CN201710859634.6的专利公开了“一种不对称结构的交流发电机组并联运行功率分配方法”，该方法中功率分配控制器将所有交流发电机组识别为主机和从机，主机的功率分配控制器控制主机在额定频率和额定电压下运行，从机的功率分配控制器控制从机在有功功率分配调整目标值和无功功率分配调整目标值下运行。但该方法是在运行发电机组电压差超过设定值的时候，进行功率分配，使发电机组输出功率均衡，该方法未考虑船舶行驶环境变化对船舶负载功率的影响，以及整个电力系统消耗的功率，导致PMS无法准确获得系统当前总的负载功率，进而无法准确分配发电机组功率。王飞虎,高键在《船舶工程》(2018年第3期)上的论文“改进下垂控制在船舶电站并联运行中的应用”也介绍了一种功率分配方法。但是该方法中所提及的功率管理系统无法准确判定 柴油发电机输出功率占比和燃油耗的关系，无法保证发电机组运行在最佳经济时刻，造成能源浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种节约能耗的直流组网的发电机组功率分配方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种直流组网电力系统中的发电机组，包括与直流母线相连接的至少两个发电机供电机构以及主控制模块，发电机供电机构包括柴油发电机，柴油发电机通过供电线路依次与断路器、整流功率模块、熔断器连接，该供电线路最后与直流母线相连接；断路器与整流功率模块间的导线上设有电流传感器，整流功率模块与熔断器之间的导线上设有直流电压传感器，电流传感器、整流功率模块、直流电压传感器都与A/D采样模块电联接，A/D采样模块与子控制器电联接；所有的子控制器与主控制模块电联接，其功率分配方法，步骤如下：
步骤a、首先对每台柴油机进行参数设置:通过所述主控制模块进行各个柴油发电机组的功率参数设置，即分别设置第i(i＝1、2…N)台柴油机的最优工作负载功率下限P iI以及最优工作负载功率上限P iu，同时选择第一个柴油发电机组作为默认开启项；
步骤b、主控制器不断检测直流组网电力系统的总功率P t，当直流母线中有负载工作时，发电系统也同时开始工作，第一个柴油发电机组开始工作；子控制器计算第一个柴油发电机组的使用功率P 1；第一个柴油发电机组产生的交流电通过所述整流功率模块，设置整流功率模块的整流参数使整流后的电压值保持在V 1min～V 1max内，以保证P 1I<P 1<P 1u；
步骤c、主控制器将计算柴油机组总最优工作负载功率的范围，此时只有第一个柴油机组处于工作状态，柴油机组总最优工作负载功率下限P I＝P 1I，柴油机组总最优工作负载功率上限P u＝P 1u；
步骤d、主控制器将依次判定所有柴油机组的工作状态，若第i个柴油机组处于工作状态，子控制器计算第i个柴油发电机组的使用功率P i：第i个柴油机组产生的交流电通过所述整流功率模块，设置整流功率模块的整流参数使整流后的电压值保持在V imin～V imax内，以保证P 1I<P 1<P 1u；
步骤e、主控制器将通过下式计算柴油机组总最优工作负载功率的范围：
柴油机组总最优工作负载功率下限：
Figure PCTCN2021078303-appb-000001
柴油机组总最优工作负载功率上限：
Figure PCTCN2021078303-appb-000002
步骤f、主控制器将直流母线的总功率P t与柴油机组总最优负载功率下限P I与柴油机组总最优工作负载功率下限P u进行比较，若P I<P t<P u，说明柴油机组的总发电功率达到P t时，每台柴油机的发电功率都在最优工作负载功率范围之内；此时进行步骤(g)；若P t不满足P I<P t<P u，即P t>P u或P t<P I时，则进行步骤(h)；
步骤g、主控制器根据交叉耦合控制策略通过子控制器进行柴油机电压的同步控制；
步骤h、建立优化模型，优化求解柴油机组最优工作序列：
h-1、设现有工作发电机序列为W＝{W 1，W 2，...，W L}，非工作发电机序列为S＝{S 1，S 2，...，S N-L}，其中W∪S＝{1，2，3，...，N}；
h-2、如果P t>P u，则计算
Figure PCTCN2021078303-appb-000003
即在非工作状态的柴油机中找到平均最优工作负载功率最大的一台，然后执行步骤h-3；若P t<P I，则执行步骤h-4；
h-3、计算
Figure PCTCN2021078303-appb-000004
若P′<P t，则W＝W∪{S I}，S＝S\{S I}，L＝L+1，即将步骤h-2中找到的平均最优工作负载功率最大的一台柴油机启动，然后回到步骤h-2，直至P′>P t时，继续执行步骤h-6；
h-4、计算
Figure PCTCN2021078303-appb-000005
即在工作状态的柴油机中找到平均最优工作负载功率最大的一台；
h-5、计算
Figure PCTCN2021078303-appb-000006
若P″>P t,则则W＝W\{W I}，S＝S∪{W I}，L＝L-1，即将步骤h-4中找到的平均最优工作负载功率最大的一台柴油机启动，然后回到步h-4，直至P″<P t时，继续执行步骤h-6；
h-6、首先计算
Figure PCTCN2021078303-appb-000007
即分别计算工作序列中任一柴油机与非工作序列中任一柴油机的平均最优工作负载功率的差值，其中
Figure PCTCN2021078303-appb-000008
然后计算
Figure PCTCN2021078303-appb-000009
若I＝0，则
W＝W∪{S J}，S＝S\{S J}，L＝L+1
若J＝0，则
W＝W\{W I}，S＝S∪{W I}，L＝L-1
若I、J≠0，则
W＝W∪{S J}\{W I}，S＝S∪{W I}\{S J}，L＝L
上述过为即求解柴油机最优工作序列的过程，即找到满足P I<P t<P u的最大P I值P Imax，以及最小P u值P umax，使得柴油机组总最优工作负载功率下限P I和柴油机组总最优工作负载功率上限P u与直流母线总功率P t最为接近；
I＝0，W＝W∪{S J}，S＝S\{S J}，L＝L+1表示从非工作序列中开启一台柴油机后即可满足P I＝P Imax，P u＝P umax，无需从工作序列中关闭柴油机；
J＝0，W＝W\{W I}，S＝S∪{W I}，L＝L-1表示从工作序列中关闭一台柴油机后 即可满足P I＝P Imax，P u＝P umax，无需从非工作序列中开启柴油机；
J≠0，W＝W∪{S J}\{W I}，S＝S∪{W I}\{S J}，L＝L表示从非工作序列中开启一台柴油机，并且从工作序列中关闭一台柴油机后即可满足P I＝P Imax，P u＝P umax；
h-7完成上述步骤后即完成了柴油机组最优工作序列优化求解的过程，主控制器将周期性的检测直流母线总功率P t，若P t发生变化，则重新回到步骤4，若P t不发生变化则优化结束，柴油机组将保持现有序列进行工作。
作为一种优选的方案，所述步骤g包括以下内容：
g-1、当P I<P t<P u时，主控制器根据当前直流组网系统的总功率Pt计算得到一平均电压V′，且当所有工作中的柴油机的输出电压都为V′时，满足P I<P t<P u；
g-2、计算得到V′后，主控制器向各路子控制器发出电压调节指令；
g-3、子控制器收到来自主控制器的电压调节指令后，控制整流功率模块调节整流的直流电压值；
g-4、各发电电路上的A/D转换模块将不断将柴油机的输出电压反馈给各路子控制器，子控制器再通过总线将电压数据发送给主控制器；
g-5、主控制器得到各发电电路子控制器发送的电压数据后，将V′与各路输出电压分别作差，主控制器将根据电压差值对各路子控制器发出电压补偿信号；
g-6、子控制器收到来自主控制器的电压补偿信号后，再次控制整流功率模块调节整流的直流电压值；
g-7、回到步骤g-4循环执行。
作为一种优选的方案，所述步骤b中，所述子控制器计算第一个柴油发电机组的使用功率P 1的具体计算方法如下：交流电流传感器读取第一个柴油发电机组产生的交流电I 1，所述电压传感器检测整流后的直流电压值V 1，A/D采样模块读取I 1与V 1数据后将其发送至子控制器，所述子控制器根据I 1与V 1计算出交流电压V AC1,所述子控制器再通过下式计算第一个柴油发电机组的使用功率P 1：
Figure PCTCN2021078303-appb-000010
其中φ为功率因素。
作为一种优选的方案，所述步骤c中，子控制器计算第i个柴油发电机组的使用功率P i的具体计算方法如下：第i个柴油发电机组发电电路的交流电流传感器将读取该柴油发电机组产生的交流电I i，电压传感器检测整流后的直流电压值V i，A/D采样模块读取I i与V i数据后将其发送至子控制器，所述子控制器根据I 1与V 1计算出交流电压V ACi,所述子控制器再通过下式计算第i个柴油发电机组的使用功率P i：
Figure PCTCN2021078303-appb-000011
其中φ为功率因素。
作为一种优选的方案，所述步骤g-3，子控制器收到来自主控制器的电压调节指令后，控制整流功率模块调节整流的直流电压值，具体操作为：子控制器收到来自主控制器的电压调节指令后，对A/D采样模块发送控制信号，A/D采样模块接收信号后向整流功率模块发送PWM波,PWM波改变整流功率模块中IGBT晶体管的占空比以调节整流的直流电压值。
作为一种优选的方案，所述步骤g-6、子控制器收到来自主控制器的电压补偿信号后，控制整流功率模块再次调节整流的直流电压值，具体操作为：子控制器收到来自主控制器的电压补偿信号后，对A/D采样模块发送控制信号，A/D采样模块接收信号后向整流功率模块发送PWM波,PWM波改变整流功率模块中IGBT晶体管的占空比以调节整流的直流电压值。
本发明的有益效果是：柴油发电机组功率分配方法考虑海洋环境变化对船舶负载功率的影响，以及整个电力系统消耗的功率，可以实时准确获取系统运行状态下的负载总功率，并通过建立功率分配优化模型，准确判定柴油发电机输出功率占比和燃油耗的关系，提高了分配发电机组功率的精确性，保证发电机组运行在最经济燃油状态，提高能源利用率、减少能源浪费和污染。
区别于传统交叉耦合控制只能控制两台柴油机的缺点本方法采用的控制方法可以同时控制多台柴油机每个柴油机组的子控制器与总控制器进行不断的交互将每台柴油机状态与目标值进行比较实现对每台柴油机的单独补 偿可以有效并且快速的在系统总功率变化时将每个柴油机组的电压数值调节为目标状态。
附图说明
图1为发电系统的电路结构示意图
图2为船舶功率分配流程示意图
图中：1-子控制器，2-柴油发电机，3-断路器，4-电流传感器，5-整流功率模块，6-熔断器，7-直流电压传感器，8-A/D采样模块，9-直流母线，10-主控制模块。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。
如图1-2所示，一种直流组网电力系统中的发电机组，包括与直流母线9相连接的N个发电机供电机构以及主控制模块10，发电机供电机构包括柴油发电机2，柴油发电机2通过供电线路依次与断路器3、整流功率模块5、熔断器6连接，该供电线路最后与直流母线9相连接；断路器3与整流功率模块5间的导线上设有电流传感器4，整流功率模块5与熔断器6之间的导线上设有直流电压传感器7，电流传感器4、整流功率模块5、直流电压传感器7都与A/D采样模块8电联接，A/D采样模块8与子控制器1电联接；所有的子控制器1与主控制模块10电联接，其功率分配方法，步骤如下：
(a)首先对每台柴油机进行参数设置通过所述主控制模块10进行各个柴油发电机组的功率参数设置，即分别设置第i(i＝1、2…N)台柴油机的最优工作负载功率下限P iI以及最优工作负载功率上限P iu，同时选择第一个柴油发电机组作为默认开启项。
(b)主控制器10将不断检测直流组网9电力系统的总功率P t，当直流母线9中有负载工作时，发电系统也同时开始工作，第一个柴油发电机组开始工作；电流传感器4读取第一个柴油发电机组产生的交流电I 1，所述电压传感器7检测 整流后的直流电压值V 1，A/D采样模块8读取I 1与V 1数据后将其发送至子控制模块1，所述子控制模块1根据I 1与V 1计算出交流电压V AC1,所述子控制模块1再通过下式计算第一个柴油发电机组的使用功率P 1：
Figure PCTCN2021078303-appb-000012
产生的交流电通过所述整流功率模块5，设置整流功率模块5的整流参数使整流后的电压值保持在V 1min～V 1max内，以保证P 1I<P 1<P 1u在此实施例中，V min＝1050V，V max＝1100V；
(c)主控制器10将计算柴油机组总最优工作负载功率的范围，此时由于只有第一个柴油机组处于工作状态，所以柴油机组总最优工作负载功率下限P I＝P 1I，柴油机组总最优工作负载功率上限P u＝P 1u
(d)主控制器将依次判定所有柴油机组的工作状态，若第i个柴油机组处于工作状态，则该发电电路的电流传感器4将读取该柴油发电机组产生的交流电I i，电压传感器7检测整流后的直流电压值V i，A/D采样模块8读取I i与V i数据后将其发送至子控制模块1，所述子控制模块1根据I 1与V 1计算出交流电压V ACi,所述子控制模块1再通过下式计算第一个柴油发电机组的使用功率P i：
Figure PCTCN2021078303-appb-000013
产生的交流电通过所述整流功率模块5，设置整流功率模块5的整流参数使整流后的电压值保持在V imin～V imax内，以保证P 1I<P 1<P 1u。
(e)主控制器10将通过下式计算柴油机组总最优工作负载功率的范围：
柴油机组总最优工作负载功率下限
Figure PCTCN2021078303-appb-000014
柴油机组总最优工作负载功率上限
Figure PCTCN2021078303-appb-000015
与柴油机组总最优工作负载功率下限P u进行比较，若P I<P t<P u，则说明柴油机组的总发电功率达到P t时，每台柴油机的发电功率都在最优工作负载功率范围之内。此时进行步骤(g)，根据交叉耦合控制策略进行柴油机电压的同步控制；若P t 不满足P I<P t<P u，即P t>P u或P t<P I时，则进行步骤(h),建立优化模型，优化求解柴油机组最优工作序列；
(g)根据交叉耦合控制策略进行柴油机电压的同步控制
(g.1)当P I<P t<P u时，主控制器10根据当前直流组网系统的总功率Pt计算得到一平均电压V′，该V′满足：当所有工作中的柴油机的输出电压都为V′时，依然有P I<P t<P u。
(g.2)计算得到V′后，主控制器10向各路子控制器1发出电压调节指令
(g.3)子控制模块1收到来自主控制器10的电压调节指令后，对A/D采样模块8发送控制信号，A/D采样模块8接收信号后向整流功率模块5发送PWM波,PWM波改变整流功率模块中IGBT晶体管的占空比以调节整流的直流电压值；
(g.4)各发电电路上的A/D转换模块8将不断将柴油机的输出电压反馈给各路子控制器1，子控制器1再通过总线将电压数据发送给主控制器10。
(g.5)主控制器10得到各发电电路子控制器1发送的电压数据后，将V′与各路输出电压分别作差，主控制器10将根据电压差值对各路子控制器1发出电压补偿信号。
(g.6)子控制模块1收到来自主控制器10的电压补偿信号后，对A/D采样模块8发送控制信号，A/D采样模块8接收信号后向整流功率模块5发送PWM波,PWM波改变整流功率模块中IGBT晶体管的占空比以调节整流的直流电压值；
(g.7)回到步骤(g.4)循环执行；
(h)建立优化模型，优化求解柴油机组最优工作序列：
h-1、设现有工作发电机序列为W＝{W 1，W 2，...，W L}，非工作发电机序列为S＝{S 1，S 2，...，S N-L}，其中W∪S＝{1，2，3，...，N}；
h-2如果P t>P u，则计算
Figure PCTCN2021078303-appb-000016
即在非工作状态的柴油机中找到平均最优工作负载功率最大的一台，然后执行步骤(h.3)；若P t<P I，则执行步骤(h.4)；
h-3、计算
Figure PCTCN2021078303-appb-000017
若P′<P t，则W＝W∪{S I}，S＝S\{S I}，L＝L+1，即将步骤h-2中找到的平均最优工作负载功率最大的一台柴油机启动，然后回到步骤h-2，直至P′>P t时，继续执行步骤h-6；
h-4计算
Figure PCTCN2021078303-appb-000018
即在工作状态的柴油机中找到平均最优工作负载功率最大的一台；
h-5、计算
Figure PCTCN2021078303-appb-000019
若P″>P t,则则W＝W\{W I}，S＝S∪{W I}，L＝L-1，即将步骤h-4中找到的平均最优工作负载功率最大的一台柴油机启动，然后回到步h-4，直至P″<P t时，继续执行步骤h-6；
h-6首先计算
Figure PCTCN2021078303-appb-000020
即分别计算工作序列中任一柴油机与非工作序列中任一柴油机的平均最优工作负载功率的差值，其中
Figure PCTCN2021078303-appb-000021
然后计算
Figure PCTCN2021078303-appb-000022
若I＝0，则
W＝W∪{S J}，S＝S\{S J}，L＝L+1
若J＝0，则
W＝W\{W I}，S＝S∪{W I}，L＝L-1
若I、J≠0，则
W＝W∪{S J}\{W I}，S＝S∪{W I}\{S J}，L＝L
上述过为即求解柴油机最优工作序列的过程，即找到满足P I<P t<P u的最大P I值P Imax，以及最小P u值P umax，使得柴油机组总最优工作负载功率下限P I和柴油机组总最优工作负载功率上限P u与直流母线9总功率P t最为接近。
I＝0，W＝W∪{S J}，S＝S\{S J}，L＝L+1表示从非工作序列中开启一台柴油 机后即可满足P I＝P Imax，P u＝P umax，无需从工作序列中关闭柴油机；
J＝0，W＝W\{W I}，S＝S∪{W I}，L＝L-1表示从工作序列中关闭一台柴油机后即可满足P I＝P Imax，P u＝P umax，无需从非工作序列中开启柴油机；
I、J≠0，W＝W∪{S J}\{W I}，S＝S∪{W I}\{S J}，L＝L表示从非工作序列中开启一台柴油机，并且从工作序列中关闭一台柴油机后即可满足P I＝P Imax，P u＝P umax；
h-7完成上述步骤后即完成了柴油机组最优工作序列优化求解的过程，主控制器10将周期性的检测直流母线9总功率P t，若P t发生变化，则重新回到步骤(d)，若P t不发生变化则优化结束，柴油机组将保持现有序列进行工作。
上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

  1. 一种直流组网电力系统中的发电机组，包括与直流母线相连接的至少两个发电机供电机构以及主控制模块，发电机供电机构包括柴油发电机，柴油发电机通过供电线路依次与断路器、整流功率模块、熔断器连接，该供电线路最后与直流母线相连接；断路器与整流功率模块间的导线上设有电流传感器，整流功率模块与熔断器之间的导线上设有直流电压传感器，电流传感器、整流功率模块、直流电压传感器都与A/D采样模块电联接，A/D采样模块与子控制器电联接；所有的子控制器与主控制模块电联接，其功率分配方法，步骤如下：
    步骤a、首先对每台柴油机进行参数设置:通过所述主控制模块进行各个柴油发电机组的功率参数设置，即分别设置第i(i＝1、2…N)台柴油机的最优工作负载功率下限P iI以及最优工作负载功率上限P iu，同时选择第一个柴油发电机组作为默认开启项；
    步骤b、主控制器不断检测直流组网电力系统的总功率P t，当直流母线中有负载工作时，发电系统也同时开始工作，第一个柴油发电机组开始工作；子控制器计算第一个柴油发电机组的使用功率P 1；第一个柴油发电机组产生的交流电通过所述整流功率模块，设置整流功率模块的整流参数使整流后的电压值保持在V 1min～V 1max内，以保证P 1I<P 1<P 1u；
    步骤c、主控制器将计算柴油机组总最优工作负载功率的范围，此时只有第一个柴油机组处于工作状态，柴油机组总最优工作负载功率下限P I＝P 1I，柴油机组总最优工作负载功率上限P u＝P 1u；
    步骤d、主控制器将依次判定所有柴油机组的工作状态，若第i个柴油机组处于工作状态，子控制器计算第i个柴油发电机组的使用功率P i：第i个柴油机组产生的交流电通过所述整流功率模块，设置整流功率模块的整流参数使整流后的电压值保持在V imin～V imax内，以保证P 1I<P 1<P 1u；
    步骤e、主控制器将通过下式计算柴油机组总最优工作负载功率的范围：
    柴油机组总最优工作负载功率下限：
    Figure PCTCN2021078303-appb-100001
    柴油机组总最优工作负载功率上限：
    Figure PCTCN2021078303-appb-100002
    步骤f、主控制器将直流母线的总功率P t与柴油机组总最优负载功率下限P I与柴油机组总最优工作负载功率下限P u进行比较，若P I<P t<P u，说明柴油机组的总发电功率达到P t时，每台柴油机的发电功率都在最优工作负载功率范围之内；此时进行步骤(g)；若P t不满足P I<P t<P u，即P t>P u或P t<P I时，则进行步骤(h)；
    步骤g、主控制器根据交叉耦合控制策略通过子控制器进行柴油机电压的同步控制；
    步骤h、建立优化模型，优化求解柴油机组最优工作序列：
    h-1、设现有工作发电机序列为W＝{W 1，W 2，…，W L}，非工作发电机序列为S＝{S 1，S 2，…，S N-L}，其中W∪S＝{1，2，3，…，N}；
    h-2、如果P t>P u，则计算
    Figure PCTCN2021078303-appb-100003
    即在非工作状态的柴油机中找到平均最优工作负载功率最大的一台，然后执行步骤h-3；若P t<P I，则执行步骤h-4；
    h-3、计算
    Figure PCTCN2021078303-appb-100004
    若P′<P t，则W＝W∪{S I}，S＝S\{S I}，L＝L+1，即将步骤h-2中找到的平均最优工作负载功率最大的一台柴油机启动，然后回到步骤h-2，直至P′>P t时，继续执行步骤h-6；
    h-4、计算
    Figure PCTCN2021078303-appb-100005
    即在工作状态的柴油机中找到平均最优工作负载功率最大的一台；
    h-5、计算
    Figure PCTCN2021078303-appb-100006
    若P″>P t,则则W＝W\{W I}，S＝S∪{W I}，L＝L-1，即将步骤h-4中找到的平均最优工作负载功率最大的一 台柴油机启动，然后回到步h-4，直至P″<P t时，继续执行步骤h-6；
    h-6、首先计算
    Figure PCTCN2021078303-appb-100007
    即分别计算工作序列中任一柴油机与非工作序列中任一柴油机的平均最优工作负载功率的差值，其中
    Figure PCTCN2021078303-appb-100008
    然后计算
    Figure PCTCN2021078303-appb-100009
    若I＝0，则
    W＝W∪{S J}，S＝S\{S J}，L＝L+1
    若J＝0，则
    W＝W\{W I}，S＝S∪{W I}，L＝L-1
    若I、J≠0，则
    W＝W∪{S J}\{W I}，S＝S∪{W I}\{S J}，L＝L
    上述过为即求解柴油机最优工作序列的过程，即找到满足P I<P t<P u的最大P I值P Imax，以及最小P u值P umax，使得柴油机组总最优工作负载功率下限P I和柴油机组总最优工作负载功率上限P u与直流母线总功率P t最为接近；
    I＝0，W＝W∪{S J}，S＝S\{S J}，L＝L+1表示从非工作序列中开启一台柴油机后即可满足P I＝P Imax，P u＝P umax，无需从工作序列中关闭柴油机；
    J＝0，W＝W\{W I}，S＝S∪{W I}，L＝L-1表示从工作序列中关闭一台柴油机后即可满足P I＝P Imax，P u＝P umax，无需从非工作序列中开启柴油机；
    J≠0，W＝W∪{S J}\{W I}，S＝S∪{W I}\{S J}，L＝L表示从非工作序列中开启一台柴油机，并且从工作序列中关闭一台柴油机后即可满足P I＝P Imax，P u＝P umax；
    h-7完成上述步骤后即完成了柴油机组最优工作序列优化求解的过程，主控制器将周期性的检测直流母线总功率P t，若P t发生变化，则重新回到步骤4，若 P t不发生变化则优化结束，柴油机组将保持现有序列进行工作。
  2. 如权利要求1所述的直流组网的发电机组功率分配方法，其特征在于：所述步骤g包括以下内容：
    g-1、当P I<P t<P u时，主控制器根据当前直流组网系统的总功率Pt计算得到一平均电压V′，且当所有工作中的柴油机的输出电压都为V′时，满足P I<P t<P u；
    g-2、计算得到V′后，主控制器向各路子控制器发出电压调节指令；
    g-3、子控制器收到来自主控制器的电压调节指令后，控制整流功率模块调节整流的直流电压值；
    g-4、各发电电路上的A/D转换模块将不断将柴油机的输出电压反馈给各路子控制器，子控制器再通过总线将电压数据发送给主控制器；
    g-5、主控制器得到各发电电路子控制器发送的电压数据后，将V′与各路输出电压分别作差，主控制器将根据电压差值对各路子控制器发出电压补偿信号；
    g-6、子控制器收到来自主控制器的电压补偿信号后，再次控制整流功率模块调节整流的直流电压值；
    g-7、回到步骤g-4循环执行。
  3. 如权利要求2所述的直流组网的发电机组功率分配方法，其特征在于：所述步骤b中，所述子控制器计算第一个柴油发电机组的使用功率P 1的具体计算方法如下：交流电流传感器读取第一个柴油发电机组产生的交流电I 1，所述电压传感器检测整流后的直流电压值V 1，A/D采样模块读取I 1与V 1数据后将其发送至子控制器，所述子控制器根据I 1与V 1计算出交流电压V AC1,所述子控制器再通过下式计算第一个柴油发电机组的使用功率P 1：
    Figure PCTCN2021078303-appb-100010
    其中φ为功率因素。
  4. 如权利要求2所述的直流组网的发电机组功率分配方法，其特征在于：所述步骤c中，子控制器计算第i个柴油发电机组的使用功率P i的具体计算方法如下：第i个柴油发电机组发电电路的交流电流传感器将读取该柴油发电机组产生的交流电I i，电压传感器检测整流后的直流电压值V i，A/D采样模块读取I i与 V i数据后将其发送至子控制器，所述子控制器根据I 1与V 1计算出交流电压V ACi,所述子控制器再通过下式计算第i个柴油发电机组的使用功率P i：
    Figure PCTCN2021078303-appb-100011
    其中φ为功率因素。
  5. 如权利要求3或4所述的直流组网的发电机组功率分配方法，其特征在于：所述步骤g-3，子控制器收到来自主控制器的电压调节指令后，控制整流功率模块调节整流的直流电压值，具体操作为：子控制器收到来自主控制器的电压调节指令后，对A/D采样模块发送控制信号，A/D采样模块接收信号后向整流功率模块发送PWM波,PWM波改变整流功率模块中IGBT晶体管的占空比以调节整流的直流电压值。
  6. 如权利要求3或4所述的直流组网的发电机组功率分配方法，其特征在于：所述步骤g-6、子控制器收到来自主控制器的电压补偿信号后，控制整流功率模块再次调节整流的直流电压值，具体操作为：子控制器收到来自主控制器的电压补偿信号后，对A/D采样模块发送控制信号，A/D采样模块接收信号后向整流功率模块发送PWM波,PWM波改变整流功率模块中IGBT晶体管的占空比以调节整流的直流电压值。
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