[发明专利]基于变频油机的直流发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及发电技术领域，具体地讲是一种基于变频油机的直流发电系统。

背景技术

由于很多通信基站地处偏远，无市电供应，因而一般采用柴油发电机组供电。目前全球包括中东、北非、东南亚和我国西部地区有大约50万个基站采用柴油发电机组供电。这些采用传统技术的柴油发电机组的最大问题是能耗和排放较高，不符合现代节能减排的世界潮流。

传统柴油发电机组结构如图1所示，定频油机带动交流发电机输出交流电压后，经AC/DC功率整流模块变换为48V直流电压供电池充电及负载使用。由于电能经多次变换且油机定速工作，发电系统效率低、成本高，且系统可靠性低。

近来又有方案利用输出48V的励磁式直流低压发电机对蓄电池组直接充电来达到降低系统成本的效果，但此方案仍然使用传统的励磁式发电机，需要励磁绕组通过励磁电流产生励磁磁场。而励磁电流需消耗额外的励磁功率，这降低了发电机的效率，其发电效率一般低于85%。此外由于传统低频励磁发电机工作在工频50Hz，因而发电机的体积、重量较大。并且在这种方案中，系统定频工作，油机无法变频调速，因而系统油耗大，排放高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于变频油机的直流发电系统，以解决现有发电系统中，油机无法变频工作而效率低、油耗大、排放高的问题。

实现本发明的技术方案如下：一种基于变频油机的直流发电系统，包括蓄电池和直流母线，蓄电池连接到直流母线，还包括变频油机、中频直流永磁发电机、负载检测器和油机变频控制器；变频油机机械连接到中频直流永磁发电机，中频直流永磁发电机的直流输出端连接到直流母线，负载检测器的输入端连接到直流母线，负载检测器的输出端连接到油机变频控制器的输入端，油机变频控制器的输出端连接到变频油机的控制端。

中频直流永磁发电机包括中频永磁发电机和三相斩波电路；三相斩波电路包括三个桥臂的斩波电路和直流输出正极、直流输出负极，每个桥臂的斩波电路由一个交流输入端和第一晶闸管、第二晶闸管构成，第一晶闸管的阳极连接到交流输入端，第二晶闸管的阴极连接到交流输入端，第一晶闸管的阴极连接到所述直流输出正极，第二晶闸管的阳极连接到所述直流输出负极；所述中频永磁发电机的三条火线（A、B、C）分别连接到三相斩波电路的交流输入端（a、b、c），所述三相斩波电路的直流输出正极、直流输出负极构成所述中频直流永磁发电机的直流输出端。

油机变频控制器包括模拟量输入模块、单片机、模拟量输出模块和发动机转速控制器，模拟量输入模块和模拟量输出模块分别连接到所述单片机；模拟量输入模块的输入端构成所述油机变频控制器的输入端，模拟量输出模块的输出端连接到发动机转速控制器的输入端，发动机转速控制器的输出端构成所述油机变频控制器的输出端。

本技术方案中，变频油机指在工作中转速可变的汽油发动机或柴油发动机。变频油机的转速与其频率的关系为：n=60f。上式中，n为发动机的转速（转/分钟），每分钟60秒，f为发动机频率（赫兹）。

发电系统的工作模式如下：

1、变频油机带动中频直流永磁发电机输出直流电压直接给蓄电池组及负载供电。

2、当负载增大时，根据发电机的负载特性，其输出电压将下降。负载检测器检测到此电压下降后，反馈此负载状态给油机变频控制器，控制变频油机提高转速，增大输入功率，以提高发电机输出电压，并提供更大的充电电流给蓄电池组。

3、当负载降低时，基于相同的原理，发电机输出电压上升，负载检测器同样反馈此负载状态给油机变频控制器，控制变频油机降低转速，减少输入功率、同时降低直流电机输出电压，并减小充电电流。

4、变频油机在空载时工作在最低转速，满载时工作于最高转速。