小型柴油发电机概况及发展前景

小型柴油发电机的发展前景和概况

作为交流供电使用的小型柴油发电机组被广泛地应用于船舶、通信等国民经济的众多领域。近年来，由于经济发展和资源分布不均衡而造成的电力紧缺，特别是南方沿海地区电力紧缺现象的突出，使小型柴油发电机组在国民经济发展中的作用更为显现。

从20世纪60年代使用手启动、有人值守的普通机组，70年代研制成功自启动机组、无人值守机组，80年代研制成功无人值守机组、微型计算机控制的自动化机组，到90年代开始低排放、低噪声机组的应用研究，小型柴油发电机组的技术装备水平在不断地提高。现代小型柴油发电机组具有灵活、方便、自动化程度高、噪声小和排放低等优点。随着科学技术的不断发展，一些新技术、新成果的应用使得现代柴油发电机组具有更高的强化性、可靠性、稳定性及良好的排放性等，不断满足现代社会对其更高的要求。

小型柴油发电机组并联运行的意义和存在的一些问题

在小型柴油发电机组供电系统中，随着供电负荷的不同，不但负载的数值变化大，而且负载的变化速度也非常高，这就要求供电状况要与负载变化相适应。考虑到电能的经济性和利用率的情况下，一般场合都配有两台以上的小型柴油发电机组。一方面，随着负载量的变化，供电系统投入运行的发电机组的台数要不断地变化;另一方面，当运行机组发生故障时，要求将备用机组迅速投入运行。多台小型柴油发电机组并联运行比单机运行有许多优点:

1.提高供电质量，电压稳定。特别是当大负荷投入时，往往引起电压和频率的波动，并联运行可以减轻这种波动。

2.提高供电的可靠性。多台机组并联运行，一方面，即使有机组发生故障，只须将故障机组切除，仍可保证重点负荷用电需要;另一方面，系统有更大的备用能量，可以应对意外情况。

3.经济性好，供电方式灵活。采用并联运行可根据实际负荷的大小，决定并联运行机组的台数，避免运行中出现的“大马拉小车”或“小马拉大车”的现象。

但是，交流小型柴油发电机组无论是在互相并联运行，还是在并入电网运行时，在许多场合中往往出现功率和电流的周期性振荡，同时伴随以转速振荡、电压和频率的不稳定以及调速器元件的振荡。

功率振荡时，并联运行的各机组的总负载不变。因此，一台机组的功率的增加和另一台机组的功率减少同时进行。通常把这种现象称为交互振荡，有时也通俗地称为“游车”。

无论在机组台架试验中，还是在实际运行的舰船或陆上电站中都曾发现交互振荡的现象。

机组并联运行时的交互振荡不同于电气系统的自激和自摆现象，后者是与发电机一电网系统容量相关的，并可以用自动调压器予以消除。而交互振荡，在大多数场合中，是受包括并联运行的各发电机(或并入电网运行的各发电机)和短输电线的系统所限制的。

伊藤发电机公司试验表明，交互振荡的发生会造成如下不利后果:

1.机组在并联运行时不能加至额定负载。

2.电压和频率不稳定，因而电能品质不佳。

3.柴油机调速器和喷油泵的各元件工作于大振幅的振动状态下，因而其工作可靠性和使用寿命将下降。

4.柴油机发生扭矩振荡，因而柴油机的各零件和机座经受着激烈的震动。

3）国内外研究动态

在电气技术上，解决小型柴油发电机组并联运行中出现的功率交互振荡问题，应从两方面入手:一是对励磁调节系统进行控制;二是对调速系统进行控制。

提出一种基于位置控制式的积分PID算法，其特点是:用比例消除大偏差。用积分消除小偏差。由于采用了线性积分因子进行偏差积累。故可以完全消除积分饱和现象;系统参数之间相互影响小，各参数容易整定，易达到系统稳定;超调大大减少，适应能力强。此外它是一种基于位置的控制方式，更适用于伺服控制系统。

进行了自适应调速系统的研究，该系统在调速控制的粗调和模型参考自适应系统的细调下，在整个调速范围内取得了较好的效果。

采用动稳态模式分离的PID调速算法改善柴油机的调速性能。在PID调节控制器上增加增益补偿器，从而改善系统的调速性能。结合传统PID控制原理，设计了一种新型模糊控制器结构，即PID模糊控制器，并提出了在线调整PID参数的模糊控制方法。

阐明了柴油机电子调速器采用PID控制的数学模型和PID参数模糊自校正的原理，应用Fuzzy理论，建立了模糊控制规则和模糊控制PID参数校正表，仿真结果表明此方法明显改善电子调速器的控制性能。
提出一种具有多输入多输出(MIMO)结构，在线修正PID参数的柴油机模糊控制器和改进算法，在算法中建立了柴油机模糊PID控制器的三维模糊数学模型，提出用载荷和增压器进气流量作为新的模糊控制变量，并用模糊智能控制器以改善调速器在柴油机带载条件下的动态响应，为内燃机车用大功率柴油机实时多目标控制提供了解决方案。

设计了一个基于微机的调速器，系统采用了负荷干扰前馈和速度反馈控制，在反馈控制器中，模糊控制用于动态调节，而PID控制用于稳态调节。

采用数字PID结合自适应控制算法对油量及供油提前器进行双闭环控制。

采用PID控制算法和哥德温自适应控制方案。

利用模糊数学与灰色系统的理论与方法，讨论了基于系统模糊分析的装备可靠性预计的方法，研究了其在电子调速器可靠性分析中的应用。

总之，目前的调速控制尤其是国外现有的调速器产品中多采用PID控制。自适应控制、模糊控制等在调速控制中的应用，这些研究停留在仿真阶段的较多，形成产品或进行配机试验的还较少。现有的柴油机发电机组控制广泛采用的仍是传统的PID控制方式，本课题也采用这种控制方式。

4）研究的内容概述

为了满足战时供电保障需求，在我国军港配备了小型移动式小型柴油发电机组。对于用电量大的码头，如果配备一台大中型可移动式小型柴油发电机组，由于容量大，机组体积、重量将增大，这样就失去了移动式小型柴油发电机组机动、灵活的意义性;如果配备多台小型的机组，就需要机组并联运行，来满足战时供电保障需求。但在实际使用中，机组并联运行经常出现供油干扰造成的功率交互振荡。

小型柴油发电机组在出厂前都要做供油装置调整，使各项要求都达到国家标准。但在使用一定时期后，由于缺乏相应的技术人员，使用中容易调整不当，再加之柴油发电机组多为备用，容易忽略对其维护和保养，结果很容易使供油不稳定，产生干扰力矩。在机组并联运行时，很容易产生上面所说的功率交互振荡。

首先在Matlab软件中Simulink工具箱中建立单台机组运行和两台机组并联运行的模型，在正常运行时和供油有干扰时分别进行仿真计算，验证了上述所说现象;然后采集角速度。与发电机电磁功率P}，根据二者变化规律，判断出产生功率交互振荡的原因，在调速器始端加入负反馈，把塑作为反馈量后采用PID控制规律，将功率交互振荡现象消除。