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小型柴油發(fā)電機的發(fā)展前景和概況
作為交流供電使用的小型柴油發(fā)電機組被廣泛地應(yīng)用于船舶,、通信等國民經(jīng)濟的眾多領(lǐng)域,。近年來,，由于經(jīng)濟發(fā)展和資源分布不均衡而造成的電力緊缺，特別是南方沿海地區(qū)電力緊缺現(xiàn)象的突出,，使小型柴油發(fā)電機組在國民經(jīng)濟發(fā)展中的作用更為顯現(xiàn),。從20世紀60年代使用手啟動、有人值守的普通機組,，70年代研制成功自啟動機組,、無人值守機組，80年代研制成功無人值守機組,、微型計算機控制的自動化機組,，到90年代開始低排放、低噪聲機組的應(yīng)用研究,，小型柴油發(fā)電機組的技術(shù)裝備水平在不斷地提高?，F(xiàn)代小型柴油發(fā)電機組具有靈活、方便,、自動化程度高,、噪聲小和排放低等優(yōu)點。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,，一些新技術(shù),、新成果的應(yīng)用使得現(xiàn)代柴油發(fā)電機組具有更高的強化性、可靠性,、穩(wěn)定性及良好的排放性等,，不斷滿足現(xiàn)代社會對其更高的要求。
小型柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行的意義和存在的一些問題
在小型柴油發(fā)電機組供電系統(tǒng)中,，隨著供電負荷的不同,，不但負載的數(shù)值變化大，而且負載的變化速度也非常高,，這就要求供電狀況要與負載變化相適應(yīng),。考慮到電能的經(jīng)濟性和利用率的情況下，一般場合都配有兩臺以上的小型柴油發(fā)電機組,。一方面,，隨著負載量的變化，供電系統(tǒng)投入運行的發(fā)電機組的臺數(shù)要不斷地變化;另一方面,，當(dāng)運行機組發(fā)生故障時,，要求將備用機組迅速投入運行。多臺小型柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行比單機運行有許多優(yōu)點:
1.提高供電質(zhì)量,，電壓穩(wěn)定,。特別是當(dāng)大負荷投入時，往往引起電壓和頻率的波動,，并聯(lián)運行可以減輕這種波動,。
2.提高供電的可靠性。多臺機組并聯(lián)運行,，一方面,，即使有機組發(fā)生故障，只須將故障機組切除,，仍可保證重點負荷用電需要;另一方面,，系統(tǒng)有更大的備用能量，可以應(yīng)對意外情況,。
3.經(jīng)濟性好,，供電方式靈活。采用并聯(lián)運行可根據(jù)實際負荷的大小,，決定并聯(lián)運行機組的臺數(shù),，避免運行中出現(xiàn)的“大馬拉小車"或“小馬拉大車"的現(xiàn)象。
但是,，交流小型柴油發(fā)電機組無論是在互相并聯(lián)運行,，還是在并入電網(wǎng)運行時，在許多場合中往往出現(xiàn)功率和電流的周期性振蕩,，同時伴隨以轉(zhuǎn)速振蕩,、電壓和頻率的不穩(wěn)定以及調(diào)速器元件的振蕩。
功率振蕩時,，并聯(lián)運行的各機組的總負載不變,。因此，一臺機組的功率的增加和另一臺機組的功率減少同時進行,。通常把這種現(xiàn)象稱為交互振蕩,，有時也通俗地稱為“游車"。
無論在機組臺架試驗中,，還是在實際運行的艦船或陸上電站中都曾發(fā)現(xiàn)交互振蕩的現(xiàn)象,。
機組并聯(lián)運行時的交互振蕩不同于電氣系統(tǒng)的自激和自擺現(xiàn)象,，后者是與發(fā)電機一電網(wǎng)系統(tǒng)容量相關(guān)的，并可以用自動調(diào)壓器予以消除,。而交互振蕩,，在大多數(shù)場合中，是受包括并聯(lián)運行的各發(fā)電機(或并入電網(wǎng)運行的各發(fā)電機)和短輸電線的系統(tǒng)所限制的,。
伊藤公司試驗表明,，交互振蕩的發(fā)生會造成如下不利后果:
1.機組在并聯(lián)運行時不能加至額定負載。
2.電壓和頻率不穩(wěn)定,，因而電能品質(zhì)不佳,。
3.柴油機調(diào)速器和噴油泵的各元件工作于大振幅的振動狀態(tài)下，因而其工作可靠性和使用壽命將下降,。
4.柴油機發(fā)生扭矩振蕩,，因而柴油機的各零件和機座經(jīng)受著激烈的震動。
國內(nèi)外研究動態(tài)
在電氣技術(shù)上,，解決小型柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行中出現(xiàn)的功率交互振蕩問題，應(yīng)從兩方面入手:一是對勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行控制;二是對調(diào)速系統(tǒng)進行控制,。
提出一種基于位置控制式的積分PID算法,，其特點是:用比例消除大偏差。用積分消除小偏差,。由于采用了線性積分因子進行偏差積累,。故可以*消除積分飽和現(xiàn)象;系統(tǒng)參數(shù)之間相互影響小，各參數(shù)容易整定,，易達到系統(tǒng)穩(wěn)定;調(diào)大大減少,，適應(yīng)能力強。此外它是一種基于位置的控制方式,，更適用于伺服控制系統(tǒng),。
進行了自適應(yīng)調(diào)速系統(tǒng)的研究，該系統(tǒng)在調(diào)速控制的粗調(diào)和模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)的細調(diào)下,，在整個調(diào)速范圍內(nèi)取得了較好的效果,。
采用動穩(wěn)態(tài)模式分離的PID調(diào)速算法改善柴油機的調(diào)速性能。
在PID調(diào)節(jié)控制器上增加增益補償器,，從而改善系統(tǒng)的調(diào)速性能,。
結(jié)合傳統(tǒng)PID控制原理，設(shè)計了一種新型模糊控制器結(jié)構(gòu),，即PID模糊控制器,，并提出了在線調(diào)整PID參數(shù)的模糊控制方法。
闡明了柴油機電子調(diào)速器采用PID控制的數(shù)學(xué)模型和PID參數(shù)模糊自校正的原理,，應(yīng)用Fuzzy理論,，建立了模糊控制規(guī)則和模糊控制PID參數(shù)校正表,，仿真結(jié)果表明此方法明顯改善電子調(diào)速器的控制性能。
提出一種具有多輸入多輸出(MIMO)結(jié)構(gòu),，在線修正PID參數(shù)的柴油機模糊控制器和改進算法,，在算法中建立了柴油機模糊PID控制器的三維模糊數(shù)學(xué)模型，提出用載荷和增壓器進氣流量作為新的模糊控制變量,，并用模糊智能控制器以改善調(diào)速器在柴油機帶載條件下的動態(tài)響應(yīng),，為內(nèi)燃機車用大功率柴油機實時多目標控制提供了解決方案。
設(shè)計了一個基于微機的調(diào)速器,，系統(tǒng)采用了負荷干擾前饋和速度反饋控制,，在反饋控制器中，模糊控制用于動態(tài)調(diào)節(jié),，而PID控制用于穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié),。
采用數(shù)字PID結(jié)合自適應(yīng)控制算法對油量及供油提前器進行雙閉環(huán)控制。
采用PID控制算法和哥德溫自適應(yīng)控制方案,。
利用模糊數(shù)學(xué)與灰色系統(tǒng)的理論與方法,，討論了基于系統(tǒng)模糊分析的裝備可靠性預(yù)計的方法，研究了其在電子調(diào)速器可靠性分析中的應(yīng)用,。
總之,，目前的調(diào)速控制尤其是國外現(xiàn)有的調(diào)速器產(chǎn)品中多采用PID控制。自適應(yīng)控制,、模糊控制等在調(diào)速控制中的應(yīng)用,，這些研究停留在仿真階段的較多，形成產(chǎn)品或進行配機試驗的還較少?，F(xiàn)有的柴油機發(fā)電機組控制廣泛采用的仍是傳統(tǒng)的PID控制方式,，本課題也采用這種控制方式。
4）研究的內(nèi)容概述
為了滿足戰(zhàn)時供電保障需求,，在我國*軍港配備了小型移動式小型柴油發(fā)電機組,。對于用電量大的碼頭，如果配備一臺大中型可移動式小型柴油發(fā)電機組,，由于容量大,，機組體積、重量將增大,，這樣就失去了移動式小型柴油發(fā)電機組機動,、靈活的意義性;如果配備多臺小型的機組，就需要機組并聯(lián)運行,，來滿足戰(zhàn)時供電保障需求,。但在實際使用中，機組并聯(lián)運行經(jīng)常出現(xiàn)供油干擾造成的功率交互振蕩,。
小型柴油發(fā)電機組在出廠前都要做供油裝置調(diào)整,，使各項要求都達到國家標準,。但在使用一定時期后，由于缺乏相應(yīng)的技術(shù)人員,，使用中容易調(diào)整不當(dāng),，再加之柴油發(fā)電機組多為備用，容易忽略對其維護和保養(yǎng),，結(jié)果很容易使供油不穩(wěn)定,，產(chǎn)生干擾力矩。在機組并聯(lián)運行時,，很容易產(chǎn)生上面所說的功率交互振蕩,。
首先在Matlab軟件中Simulink工具箱中建立單臺機組運行和兩臺機組并聯(lián)運行的模型，在正常運行時和供油有干擾時分別進行仿真計算,，驗證了上述所說現(xiàn)象;然后采集角速度,。與發(fā)電機電磁功率P}，根據(jù)二者變化規(guī)律,，判斷出產(chǎn)生功率交互振蕩的原因,，在調(diào)速器始端加入負反饋，把塑作為反饋量后采用PID控制規(guī)律,，將功率交互振蕩現(xiàn)象消除,。