燃气发电机组发动机电控系统控制策略研究

燃气发电机组发动机电控系统控制策略研究

发表时间：2019-06-03T11:58:28.617Z 来源：《电力设备》2019年第3期作者：张荷建

[导读] 摘要：燃气发电机组的优点很多，随着技术的发展，电力用户对发电机组的供电质量要求越来越高，天然气作为发动机替代燃料的优势很明显，随着计算机技术的不断发展，电控技术也在发动机上面得到了广泛的应用。

（山西兰花大宁发电有限公司山西省晋城市 048000）

摘要：燃气发电机组的优点很多，随着技术的发展，电力用户对发电机组的供电质量要求越来越高，天然气作为发动机替代燃料的优势很明显，随着计算机技术的不断发展，电控技术也在发动机上面得到了广泛的应用。因此通过对燃气发电机组的控制系统控制策略研究，对于开发满足燃气发电机组运行工况的天然气发动机电控系统有很重要的意义。因此，本文对燃气发电机组发动机电控系统控制策略进行分析研究。

关键词：燃气发电机组；发动机；电控系统；控制策略

在我国，天然气在工业、发电、民用燃料和化工原料等领域的使用已经占有一定的比重，在促进经济发展、社会进步和提高人民生活水平等方面正在发挥越来越重要的作用。随着“西气东输”等工程的投入运营，我国天然气的开发利用将呈现出跨越式发展时期，天然气在一次能源消耗的比重越来越大，越来越受到各界的重视。

燃气发电机组利用天然气发动机提供动力驱动发电机发电，具有运行启停灵活、启动成功率高、调峰范围广等优点，因此可以作为调峰发电或自发电设备，广泛用于医院、科研单位、工况企业及油气钻井平台等。机组发电频率大小及稳定性是其供电质量的重要指标，因此对燃气发电机组控制系统进行研究，将供电频率维持在允许范围内具有重要的意义。而燃气发电机组的频率控制主要是通过天然气发动机的转速控制来实现，因此很有必要对天然气发动机的电控系统进行研究，通过对其控制策略的研究来实现燃气发电机组的稳定。

1燃气发电机组控制系统相关技术现状和趋势

燃气发电机组是在发动机～发电机组的基础上改原动机为燃气发动机建立起来的，与使用柴油和汽油类似，主要研究内容为发动机电控技术，机组运行控制和机组供电质量控制等三个方面的内容。

机组运行控制经历了从手动到自动运行再到远程监控，从继电器和模拟电路到集成电路再到数字电路，从单机组控制到多机组集成监控的发展历程。随着自动化技术的发展，目前机组运行控制研究主要集中在通过PLC、MCU或者微机实现机组运行的全自动化运行，包括机组的自动启停、实时监测（电压、电流、频率、功率因数、油压、温度等）、故障报警、数据传输和处理、遥测和遥控、自动并车、自我保护以及并网控制技术等。这些研究把发动机～发电机组的自动化和机电一体化技术提高到一个新的水平。

机组供电质量控制则是机组控制系统研究的核心内容之一，包括电压控制、频率控制和机组稳定性控制。随着科学技术的发展，传统的电压、频率控制方式已不能适应用户和各种电力设备对电力质量越来越高的要求，急需在供电质量控制理论上有新的突破。现代控制方法和智能控制理论的发展则给机组供电质量自动控制技术的发展提供了新的思路和手段，利用这些理论研究机组电压和频率控制已成为发动机～发电机组控制系统研究的主要方向。

频率控制就是将供电频率维持在允许的范围内，它是燃气发电机组控制系统的主要任务之一。运用各种现代控制和智能控制方法提高电网和发电机组频率控制精度是电力控制系统研究的主要方向。目前电力系统频率控制研究主要针对大型发电机组以及电网频率展开，利用各种控制理论提出了多种控制策略。目前对于内燃发动机～发电机组（如柴油发电机组）频率控制，通常采用的方式是用调速器维持发动机的转速在一定范围内以使输出频率稳定。发动机转速控制的调节性能不但取决于所用的调节器和其调节特性，也取决于被调节对象—发动机的调节性能，即机组是否可调节，调节的难易程度和调节精度等。在平衡状态时发动机转矩等于外界阻力矩，当阻力矩增大或者减小而达到某值时，通过增大或者减少燃料供应量，使转矩从某值增大或者减小到另一值而达到新的平衡点，这时发动机转速保持稳定。 2天然气发动机电控技术及研究现状

天然气发动机大都是从汽油机或者柴油机改装而来，根据改装的方式和燃料使用的不同可以分为以下几种：（1）两用燃料发动机。这种技术主要在经过汽油机改装而来的发动机上使用。在原来汽油机的基础上保留原来的汽油供给系统，再另外安装一整套天然气供气系统。发动机工作时，只能使用一种燃料；（2）双燃料发动机。这种技术主要应用在压燃式发动机上，天然气通过喷入的柴油进行引燃，因此发动机工作时同时燃烧两种燃料，还可以分为常规双燃料发动机和柴油引燃式天然气发动机；（3）单燃料发动机。指只使用天然气作为发动机的燃料而不使用其他的燃料。两用燃料天然气发动机改装简单使用方便，但是它不能够充分发挥天然气在排放性和经济型上面的优越性。而双燃料天然气发动机运行时，需要对两种燃料的供给进行调节，协调控制比较复杂，其发展也受到限制。因此只有单燃料天然气发动机才是主要的趋势。

3燃气发电机组发动机电控系统控制策略

3.1PID控制

PID控制作为当前一套较为成熟的控制方式，其是经过了大量的实践经验得出的。另外，其主要是通过按照偏差的比例积分微分来对机电控制系统进行相应的控制。PID控制系统当中的比例，积分等各项都有其自身特殊的作用。对于PID控制系统积分来说，其作用不仅仅能够消除静差，而且在一定程度上还可以提高工作系统的无差度。另外，在比例作用和微分作用的共同工作下，其二者的作用还能够加快过度过程，进而最大程度的提高控制系统的稳定性，以及有效的对控制系统当中的动态特性进行相应的改善。另一方面，由于相关工作人员对于当前的系统控制对象物理特性的掌握程度还不够高、而且对于被控对象的精确数学模型也无法获得，所以在对精确的控制器进行计算时运用古典理论设计是无法完成的，而现代控制的理论方式又过于复杂，不利于操作。因此，PID控制得到了有效的应用，其在一定程度上能够很好的适应燃气发电机组发动机电控系统控制各种特性的需求。

3.2神经网络控制

神经网络主要是由大量组成相较简单的处理单元进行有规律的连接，进而形成的复杂网络系统。神经网络系统本身有着极大的规模并行、数据的分布式储存和处理以及自我的学习能力。因此，从某种角度来说，神经网络控制在一定程度上十分适用于处理多种不确定的模糊信息。神经网络控制的工作目的主要是为了能够有效的确定对于控制量的输入，进而使得燃气发电机组发动机电控系统能够得到所期望的输出性能。传统的燃气发电机组发动机电控系统的工作方式主要是通过被控对象的数学模型、被控燃气发电机组发动机电控系统的要求性能和其相应的指标来对控制器进行设计。而对于神经网络控制方式拉来说，其虽然不善于对表达知识进行不同程度的显示，但是，对于