柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定性研究

王華旭 萬年星 王會(huì)華

【摘 要】 柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性可以通過擬構(gòu)建船舶電站環(huán)境來具體分析，從而找出相關(guān)的計(jì)量參數(shù)，得出有關(guān)柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定性的合理化結(jié)論內(nèi)容，將其充實(shí)到該項(xiàng)目研究資料之中，以備實(shí)踐操作所采用。本文就柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性進(jìn)行深入探究，以期相關(guān)的研究內(nèi)容能為有關(guān)柴油發(fā)電機(jī)組操作等實(shí)際項(xiàng)目的研究及其實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)作環(huán)節(jié)管理帶來啟示。

【關(guān)鍵詞】 柴油發(fā)電機(jī)組 并聯(lián)運(yùn)行 穩(wěn)定性 研究

從實(shí)踐中觀察，柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備被廣泛應(yīng)用于船舶動(dòng)力系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)等領(lǐng)域之中，為國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長注入了能量。在實(shí)際應(yīng)用柴油發(fā)電機(jī)組的過程中，實(shí)施并聯(lián)運(yùn)行操作時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生供油干擾現(xiàn)象，并因此引發(fā)了一定程度的振蕩作用力，影響到了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定特性?；诖?，構(gòu)建一套科學(xué)系統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行模型，借助動(dòng)力學(xué)基本原理來探知數(shù)字化虛擬模型運(yùn)作所能夠達(dá)到了效能，并根據(jù)相關(guān)參數(shù)指標(biāo)結(jié)果，挖掘有效改善柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定性的控制策略。

1 柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備及相關(guān)技術(shù)的演進(jìn)過程分析

技術(shù)的革新以及機(jī)械設(shè)備的使用，大多是為了促動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)效益的提升，以及降低勞動(dòng)力的工作強(qiáng)度等。柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也同樣如此，長久以來，各國已將柴油機(jī)電控制技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容作為工業(yè)產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)的要求。只有將柴油機(jī)點(diǎn)控制技術(shù)與先進(jìn)技術(shù)模式進(jìn)行整合運(yùn)作，輔以現(xiàn)代化的操控策略，才能有效增強(qiáng)柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備的實(shí)際效力，為生產(chǎn)實(shí)踐注入更高的能量。

1.1 柴油機(jī)設(shè)備調(diào)速技術(shù)概述

從力學(xué)理論的角度來分析，柴油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行最關(guān)鍵的前提條件便是維持系統(tǒng)輸出力矩與外界負(fù)荷力矩二者間的平衡，其中，前者是可以通過改變參數(shù)的手段來進(jìn)行調(diào)整的，即調(diào)整供油量參數(shù)指標(biāo)，相對而言，后者的動(dòng)態(tài)化特性較為明顯，外界負(fù)荷力矩是隨著環(huán)境的變化而發(fā)生細(xì)微的變動(dòng)[1]。實(shí)際上，柴油機(jī)設(shè)備本身的速度調(diào)整有著明顯的技術(shù)特性，柴油機(jī)設(shè)備在整個(gè)調(diào)速過程中的適應(yīng)性較弱，這是由于設(shè)備的性能所決定的。通常情況下，柴油機(jī)設(shè)備的調(diào)速系統(tǒng)是由能夠感知轉(zhuǎn)速變化的敏速裝置以及能夠驅(qū)動(dòng)噴油泵的執(zhí)行裝置組成的，此外，還包括能夠系統(tǒng)地完成邏輯測算的自動(dòng)化控制裝置等，根據(jù)不同的技術(shù)等級而采用不同的裝置，借以更好地完善柴油機(jī)設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用過程中的效能。

1.2 淺析傳統(tǒng)的控制器設(shè)備的局限性

隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)要求的不斷升級，柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備的運(yùn)作效能也隨之增強(qiáng)。回顧以往，傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)組控制器設(shè)備絕大多數(shù)都是采用了PID控制策略來維系系統(tǒng)運(yùn)作，盡管傳統(tǒng)的PID控制器能夠滿足以往的生存運(yùn)作要求，但其不能對非線性因素的影響進(jìn)行規(guī)避，從而導(dǎo)致了負(fù)載難以削弱的情況發(fā)生，造成了系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定。由此看來，以往所采用的PID控制策略沒能夠滿足柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組環(huán)境的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)穩(wěn)定效能，傳統(tǒng)的控制器設(shè)備為后期技術(shù)的實(shí)施奠定的基礎(chǔ)，基于此，才能將柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備的性能更好地發(fā)揮出來，避免再次出現(xiàn)以往實(shí)踐過程中的問題，從而提升柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備的穩(wěn)定性能。

2 柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)模型的架設(shè)

隨著我國各工業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)含量及其管理效能也隨之得到了明顯的提升，為社會(huì)創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。從世界的先進(jìn)水平來看，大功率的柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備所采用的數(shù)字式電子調(diào)速系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上運(yùn)用的是32位控制器CPU裝置，該裝置的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜項(xiàng)目下的計(jì)算目標(biāo)，從而為柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行保駕護(hù)航。從總體情況來看，通過對基礎(chǔ)的符合控制、油量限制等方面的研究，結(jié)合系統(tǒng)故障保護(hù)等實(shí)際內(nèi)容，構(gòu)建出一整套具備操作價(jià)值的柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)模型，并從模型系統(tǒng)的運(yùn)作過程中，探尋相關(guān)柴油發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的維護(hù)措施。

2.1 柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)置內(nèi)容概述

2.1.1 淺析柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)

在實(shí)際工作中，實(shí)體項(xiàng)目運(yùn)作過程中的柴油發(fā)電機(jī)組、汽輪機(jī)等設(shè)備間的關(guān)系較為密切，往往由于其中的一個(gè)細(xì)節(jié)發(fā)生狀況，就可能會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀況，甚至?xí)绊懙较到y(tǒng)運(yùn)作的安全性。

2.1.2 柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置內(nèi)容

從模型框架來看，PID（比例、積分、微分）控制算法的應(yīng)用對于模擬的數(shù)字調(diào)速器的有效運(yùn)作有著積極的促動(dòng)作用，因其能夠更直觀地呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)的變量，從而得出有關(guān)調(diào)速器變量的變化的相關(guān)內(nèi)容。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制參數(shù)的變化則意味調(diào)速器根據(jù)柴油機(jī)的運(yùn)行狀況及外界的負(fù)荷而發(fā)生了一定程度的變化，而且，該環(huán)節(jié)的參量控制可以通過調(diào)整供油量的手段來實(shí)施，最終使得柴油機(jī)設(shè)備的系統(tǒng)轉(zhuǎn)速維系在合理的取值范圍之內(nèi)，保證系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

2.2 柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行控制仿真模型的構(gòu)建

從整體來看，柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行控制仿真模型的基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)較為簡易，主要便是圍繞著傳統(tǒng)項(xiàng)目下的柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備來搭建的，通過仿真模型系統(tǒng)的運(yùn)作，能夠更直觀地觀察到柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行控制仿真模型的操作設(shè)計(jì)方案的有效性及其操作結(jié)果。

2.2.1 柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行控制仿真模型的基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)

從具體情況來看，柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行控制仿真模型的基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)需要諸多理論內(nèi)容的支撐，通過對船舶同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)來得出相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容。在建立調(diào)壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型后，采用一種商業(yè)化性質(zhì)的數(shù)學(xué)軟件——MATLAB（矩陣實(shí)驗(yàn)室）仿真軟件對調(diào)壓系統(tǒng)建立仿真模型，而且，針對對兩者的機(jī)端電壓，分別進(jìn)行了科學(xué)合理化的分析，并得到相關(guān)結(jié)論內(nèi)容[2]。

2.2.2 柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行控制仿真模型的操作設(shè)計(jì)及結(jié)果

為了更清晰地了解柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，則采用了兩套柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備來進(jìn)行模擬操作，觀察二者經(jīng)不同的干擾設(shè)計(jì)處置以后，能夠達(dá)到的實(shí)際效能，并將相關(guān)的結(jié)論內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)歸納。實(shí)際上，整個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行控制仿真模型操作的仿真結(jié)果分析表明：傳統(tǒng)PID控制應(yīng)用于非線性、時(shí)變復(fù)雜系統(tǒng)中時(shí)存在局限性，模糊-PID控制并沒有這種局限并且在勵(lì)磁調(diào)節(jié)中表現(xiàn)出良好的控制效果[3]。從具體情況來看，實(shí)際上，當(dāng)兩臺(tái)機(jī)組設(shè)備都能夠正常運(yùn)行時(shí)，所構(gòu)建的柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行控制仿真模型也可以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行，但如若在模型系統(tǒng)中加入了一定程度的干擾時(shí)，則兩臺(tái)機(jī)組設(shè)備的角速度都相繼出現(xiàn)了振蕩的現(xiàn)象。盡管是兩套柴油機(jī)組設(shè)備在同步操作，但其振幅與單臺(tái)機(jī)組設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行時(shí)的干擾數(shù)據(jù)趨同。

3 柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定性論述及驗(yàn)證分析結(jié)論

通過構(gòu)建柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行控制仿真模型，以及調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)來進(jìn)行模擬操作可知，柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性可以通過擬構(gòu)建船舶電站環(huán)境來呈現(xiàn)。憑借數(shù)學(xué)計(jì)算參量以及動(dòng)力學(xué)原理等相關(guān)理論內(nèi)容，找出一套合理的且能夠維持柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備并聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行的可行性措施，將其總結(jié)歸納出有關(guān)柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定性的合理化結(jié)論內(nèi)容，以備日后實(shí)體項(xiàng)目的實(shí)踐操作。

3.1 探知柴油發(fā)電機(jī)組綜合控制系統(tǒng)的運(yùn)行能效

3.1.1 PID控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)原理及控制參數(shù)的確定

PID控制系統(tǒng)是借助比例、積分、微分參數(shù)變量來構(gòu)建的，其原理也同樣圍繞著三者的計(jì)算特征來展開的。經(jīng)典模式下的PID控制器系統(tǒng)是一項(xiàng)較為周密的線性控制器系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)需要憑借其基本的原理來實(shí)施調(diào)節(jié)，即根據(jù)系統(tǒng)的給定值以及實(shí)際輸出值之間所形成的差額來進(jìn)行調(diào)控，將具體的比例、積分、微分?jǐn)?shù)據(jù)利用線性的構(gòu)成組合模式來鏈接，從而完成對被控目標(biāo)的控制操作，整個(gè)系統(tǒng)化處理的過程便可以稱之為PID控制策略[4]。

3.1.2 柴油發(fā)電機(jī)組綜合控制系統(tǒng)的運(yùn)行能效分析

計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及應(yīng)用給柴油發(fā)電機(jī)組的綜合控制系統(tǒng)的研發(fā)提供的土壤。對于數(shù)字PID控制器環(huán)境的調(diào)整而言，在控制工程的興建過程中，憑借先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來完成數(shù)字化PID控制器系統(tǒng)有一定的研究與實(shí)踐價(jià)值。而且，在數(shù)字化的PID 控制器的影響下，整個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組綜合控制系統(tǒng)的靈活性也有所改變，這樣一來，便可以通過合理的控制策略的實(shí)施來完成柴油發(fā)電機(jī)組的綜合控制處理[5]。

3.2 柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件及有效策略綜述

現(xiàn)階段，隨著現(xiàn)代社會(huì)總體經(jīng)濟(jì)形勢逐步向好，各行業(yè)發(fā)展所依托的產(chǎn)業(yè)技術(shù)都在不斷地發(fā)生調(diào)整，產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量管理越來越嚴(yán)格，以此來適應(yīng)日益擴(kuò)大的內(nèi)外部市場需求。同樣，柴油發(fā)電機(jī)組的并聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行策略的實(shí)施也是為了能夠更好地實(shí)現(xiàn)船舶電站環(huán)境或其它以柴油為動(dòng)力源的實(shí)體項(xiàng)目的運(yùn)作，保障柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行[6]。從設(shè)備技術(shù)操作的角度來看，柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行有一定的前提條件，只有遵循這些條件內(nèi)容，則才能夠有利于整個(gè)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)作。具體來看，柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件為以下兩項(xiàng)基礎(chǔ)的內(nèi)容：一方面，在柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備采取并聯(lián)運(yùn)行方式時(shí)，則需要將發(fā)電機(jī)組的輸出電壓的相序與已經(jīng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組設(shè)備的相序保持一致，并且整個(gè)機(jī)組設(shè)備的頻率需要待并發(fā)電機(jī)組的輸出電壓的頻率與已經(jīng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組的頻率相同；另一方面，為了更有效地維持柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行操作，則同樣也需要將待并發(fā)的電機(jī)組設(shè)備的電壓與已經(jīng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組的電壓保持一致，與此同時(shí)，將二者的相位調(diào)整到相同的層面上[7]。

從實(shí)踐操作的過程來看，鑒于船舶柴油發(fā)電機(jī)組的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和同步發(fā)電機(jī)電壓存在耦合關(guān)系，為減弱勵(lì)磁系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)的耦合關(guān)系，建立了柴油發(fā)電機(jī)組統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和電壓綜合控制器[8]。此外，在現(xiàn)有的技術(shù)水平之下，柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行模式也存在一定程度的安全運(yùn)行隱患，這是由于設(shè)備本身的質(zhì)量所決定的。因此，只有從柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備的運(yùn)作性能著手，提升該設(shè)備技術(shù)操作人員的工作技能，才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行的異常現(xiàn)象等狀況，并做好相應(yīng)的應(yīng)急處理措施，以此來維護(hù)柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)穩(wěn)定性，借以改善生產(chǎn)效能[9]。

在實(shí)踐過程中了解到，通過建立柴油發(fā)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)化模型系統(tǒng)，結(jié)合數(shù)學(xué)理論概念以及動(dòng)力學(xué)基本原理等相關(guān)內(nèi)容，利用實(shí)踐中的柴油發(fā)電機(jī)組的模擬運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)，將柴油發(fā)電機(jī)組的并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證。整個(gè)模擬操作環(huán)節(jié)的實(shí)際操作表明，在了解了引發(fā)功率振蕩的根本原因以后，通過采用PID控制規(guī)律的相關(guān)理論內(nèi)容，將功率振蕩的現(xiàn)象進(jìn)行弱化處理，直至消除柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行模式下的功率振蕩現(xiàn)象，從而有助于該系統(tǒng)更加穩(wěn)定地執(zhí)行具體操作，滿足柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備在諸多實(shí)踐領(lǐng)域的操作需求[10]。

4 結(jié)語

通過對柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行模擬操作環(huán)境的架設(shè)，能夠從相關(guān)計(jì)量數(shù)據(jù)的背后探知到柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定性的結(jié)論內(nèi)容，為研究該項(xiàng)目注入了新的素材，有助于柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行模式的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。經(jīng)過一段時(shí)期以來的研究與實(shí)踐，現(xiàn)階段，柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定性極佳的特點(diǎn)已經(jīng)得到了明確的驗(yàn)證，該項(xiàng)操作策略的經(jīng)濟(jì)價(jià)值突顯，值得在相關(guān)實(shí)體運(yùn)行項(xiàng)目中推廣實(shí)施。

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