[发明专利]并联柴油发电机组频率、电压综合控制器

说明书

本发明属于电力系统自动化技术领域。涉及多台柴油发电机组并联最优控制技术。

在远离电网的石油钻机现场、施工工地等场所，随着电力设备的迅速增长，要求若干台柴油发电机组并联运行。柴油发电机组能否并联运行取决于其调速器和电压调节器的性能。对于采用机械式调速器的柴油发电机组，其并联运行的稳定性和静态、动态指标均不能令人满意。对有并联运行要求且采用电子调速器的柴油发电机组，目前国内外对其控制器的设计均采用经典控制理论。调速控制器采取单一转速负反馈，励磁控制器采取单一机端电压负反馈，在整体设计时没有从理论上考虑这两部分控制之间的配合。因此，采用经典控制理论设计的柴油发电机组频率，电压控制器虽可获得令人满意的静态指标，但动态响应指标不高，机组承受负载频繁变化的能力不强。

本发明的目的旨在提出一种采用线性系统二次型性能指标下的最优控制理论，在整体设计上同时考虑到调速、励磁控制以及并联运行机组间功率自动分配控制的柴油发电机组频率、电压综合控制器方案，使并联运行的机组具有较高的静态、动态指标和承受负载频繁变化冲击的能力。本发明的励磁、调速控制规律为机组的全状态量PI（比例积分）反馈，负载的自动分配控制规律为机组功率分配差的I（积分）反馈，各反馈回路的放大倍数可按理论统一设计。此外，为提高自动化操作水平和加强机组自身安全保护，本发明还设计了自动准同期控制和频率、电压限制两项自动功能。

本发明是由自动准同期电路、运行参量测量电路、功率分配电路、反馈量处理电路、怠速状态控制电路、综合最优控制电路、限制电路、综合放大电路、功率放大电路组成。其中自动准同期电路、运行参量测量电路和功率分配电路的各输出量分别引入到反馈处理电路作为此电路的输入量;反馈处理电路的输入量;反馈处理电路的输出量分别引入到综合最优控制电路、怠速状态控制电路和限制电路作为这三个电路的输入量;而这三个电路的输出量则分别引入到综合放大电路进行控制信 号的综合与放大;综合放大电路的输出量再经过一个功率放大电路实现控制信号的功率放大;最后，功率放大电路的输出量直接与柴油机的调速线圈和发电机的励磁线圈相接构成一个完整的控制系统。自动准同期电路是采用机端与母线电压差的PI负反馈方式调整励磁;机端与母线的频率差和相角差的PI综合负反馈方式调整转速。功率分配电路采用机组功率分配差的积分负反馈方式调整电压和转速给定。限制电路采用将单一作用方向的、高放大倍数的强负反馈引入到励磁、转速调节从而限制电压、频率的方式。

本发明与已有技术相比具有如下优点：

（1）静态性能指标为电压变化率小于1%，频率变化率小于0.1Hz。动态响应指标为10秒钟之内结束过渡过程，超调量均小于10%;承受负载频繁变化的能力，以10秒为间隔，可以连续投切与机组容量相当的异步机负载。

（2）可在10秒钟之内实现主开关的自动准同期合闸操作。

（3）实现并联机组间有功功率、无功功率的自动分配，分配差小于2%。

（4）可在机组可能出现的任何运行工况下限制机端电压不超过110%额定电压。转速不超过105%额定转速。

附图说明：

图1    柴油发电机组的主接线原理图;

图2    本发明的结构框图;

图3    自动准同期电路原理图;

图4    运行参量电路原理图;

图5    功率分配电路原理图;

图6    反馈量处理电路原理图;

图7    调速控制电路原理图;

图8    励磁控制电路原理图;

图9    功率放大电路原理图。

下面结合附图进一步描述本发明的结构。

1.图1是柴油发电机组的主接线框图。图中：1.电子调速器;2.调速线 圈;3.柴油机;4.励磁绕组;5.机端侧;6.发电机主开关;7.母线侧。这一系统有二个控制输入点，一是发电机的励磁绕组，另一是柴油机电子调速器的调速线圈。本发明是附图1所示柴油发电机组的综合控制器。该综合控制器是通过PT、CT、柴油机测速传感器和其它参入并联运行的机组的运行状况测量出本机组的运行状况，并通过控制调速线圈中的电流实现对柴油机转速的控制和控制励磁绕组中的电流实现对发电机机端电压的控制。