燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

李文樂

摘 要：文章主要針對(duì)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組展開介紹，先是圍繞燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的節(jié)能控制技術(shù)展開，然后指出了燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組調(diào)速控制的優(yōu)點(diǎn)和主要設(shè)計(jì)方案，希望可以將其廣泛應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組；調(diào)速控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1 前言

發(fā)電機(jī)組在電力行業(yè)發(fā)揮著十分重要的作用，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的調(diào)速控制系統(tǒng)需要相關(guān)人員提高重視程度，在機(jī)組內(nèi)部調(diào)速控制系統(tǒng)可以很好地推動(dòng)其勻速工作，減少出現(xiàn)的問題，保證燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。

2 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組

2.1 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的含義

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組是適應(yīng)世界環(huán)保要求和市場(chǎng)新環(huán)境而開發(fā)的新型發(fā)電機(jī)組。天然氣發(fā)電機(jī)組主要分為兩種，一種是聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，一種是燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)功率比較大，主要用在大、中型電站，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)功率比較小，主要用在小型的分布式電站。它是取代燃油、燃煤機(jī)組的新型綠色環(huán)保動(dòng)力[1]。

2.2 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的簡(jiǎn)介

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)充分利用各種天然氣或有害氣體作為燃料，變廢為寶、運(yùn)行安全方便，成本效益高，排放污染低，并適宜熱、電聯(lián)產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)前景十分廣闊。我國的天然氣資源十分豐富，相對(duì)于我國豐富的天然氣儲(chǔ)量，天然氣在我國一次能源消費(fèi)中所占比例顯得太小，未來具有大幅提高的潛力。在我國，由于受到天然氣供應(yīng)的影響，天然氣發(fā)電尚處于初始階段。真正大面積的天然氣發(fā)電作為分布能源站還要假以時(shí)日。小規(guī)模天然氣發(fā)電主要是在油田、氣田以及機(jī)場(chǎng)、酒店、醫(yī)院等?？梢灶A(yù)計(jì)，隨著天然氣供應(yīng)的愈加充足、供應(yīng)范圍的不斷擴(kuò)大，近幾年天然氣發(fā)電將會(huì)得到一個(gè)飛速的發(fā)展[2]。

2.3 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組具有輸出功率范圍廣，啟動(dòng)和運(yùn)行可靠高、發(fā)電質(zhì)量好、重量輕、體積小、維護(hù)簡(jiǎn)單、低頻噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。由于發(fā)電機(jī)組工作時(shí)只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電調(diào)反應(yīng)速度快，工作特別平穩(wěn)，發(fā)電機(jī)輸出電壓和頻率的精度高，波動(dòng)小，在突加空減50%和75%負(fù)載時(shí)，機(jī)組運(yùn)行非常穩(wěn)定，優(yōu)于柴油發(fā)電機(jī)組的電氣性能指標(biāo)。從冷態(tài)啟動(dòng)成功后到滿負(fù)載的時(shí)間僅為30秒鐘，而國際規(guī)定柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)成功后3分鐘帶負(fù)載。燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組可以任何環(huán)境溫度和氣候下保證啟動(dòng)的成功率。由于燃汽輪機(jī)處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，它的振動(dòng)非常小，而且低頻噪聲優(yōu)于柴油發(fā)電機(jī)組。瓦斯氣、桔梗氣、沼氣等燃料的發(fā)電機(jī)組不僅運(yùn)行可靠，成本低，而且能變廢為寶，不會(huì)產(chǎn)生污染[3]。

2.4 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的注意事項(xiàng)

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組機(jī)房應(yīng)遠(yuǎn)離明火區(qū)域；燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組機(jī)房應(yīng)寬敞、明亮且要求安裝換氣扇以保證良好的通風(fēng)；燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組安裝時(shí)底盤與地基應(yīng)用平墊鐵找平。接觸面積應(yīng)在60%以上，且分布均勻；室內(nèi)安裝照明、開關(guān)、線路及其電器應(yīng)采用防爆措施，且固定牢固；燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)符合消防要求，配備滅火器等消防器械；燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組機(jī)房?jī)?nèi)安裝可燃?xì)怏w報(bào)警裝置，可燃?xì)怏w泄露時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)；60kw以下單臺(tái)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)夤苈返耐獠恐饕艿纼?nèi)徑應(yīng)不小于2吋，靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的部分內(nèi)徑應(yīng)不小于1吋。60kw以上燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組則分別是3吋和兩吋。且必須安裝燃?xì)忾y門（不銹鋼球閥）、型放水閥、防回火裝置，燃?xì)夤苈泛附油瓿蓱?yīng)清理焊渣（用高壓空氣）；燃?xì)獗仨毭摿?、脫水、除塵[4]。

3 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)

3.1 變頻調(diào)控控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

新一代的技術(shù)變頻器能夠采用開環(huán)式對(duì)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，它的控制指標(biāo)有動(dòng)態(tài)控制和靜態(tài)控制。直接轉(zhuǎn)矩控制是以測(cè)量電機(jī)電流和直流電壓來即將輸入電機(jī)的電流進(jìn)行控制。這個(gè)模型每隔25秒就會(huì)產(chǎn)生精確的轉(zhuǎn)矩和磁通值，轉(zhuǎn)矩和磁通比較的精確值會(huì)與實(shí)際要求的值進(jìn)行比較，然后通過這個(gè)比較值來對(duì)開關(guān)位置進(jìn)行確定。通過這個(gè)環(huán)節(jié)可以對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁通進(jìn)行測(cè)量，然后再調(diào)整逆變電路的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，從而可以達(dá)到精確控制的目的[5]。

3.2 參數(shù)的調(diào)整

燃?xì)鈾C(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制質(zhì)量取決于組成該系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的特性和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如果控制方案已經(jīng)確定，則過程控制的各通道的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性就已經(jīng)確定，這樣，系統(tǒng)的控制質(zhì)量就取決調(diào)節(jié)器各個(gè)參數(shù)的設(shè)置。調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定是指決定調(diào)節(jié)器的比例度δ、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD的具體數(shù)值。整定的實(shí)質(zhì)是通過改變調(diào)節(jié)器的參數(shù)使其特性與過程特性相匹配，改善調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)指標(biāo)及抗擾動(dòng)能力。為滿足燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的性能，速度調(diào)節(jié)器主要采用比例積分微分控制規(guī)律（PID）。其中比例控制規(guī)律（P）是最基本的控制規(guī)律，能較快地克服擾動(dòng)的影響，使系統(tǒng)穩(wěn)定下來，但有余差；在比例的基礎(chǔ)上引入積分（I），可消除余差；再加入微分（D）作用，能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組從啟動(dòng)到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。一般調(diào)整規(guī)律是，先增加增益P直到轉(zhuǎn)速出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，而后減小P直到轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定；再增加積分I直到轉(zhuǎn)速出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，而后減小I直到轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定；最后增加微分D直到轉(zhuǎn)速出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，而后減小D直到轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定。

3.3 PID控制

PID控制作為當(dāng)前一套較為成熟的控制方式，其是經(jīng)過了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出的。另外，其主要是通過按照偏差的比例積分微分來對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制。PID控制系統(tǒng)當(dāng)中的比例，積分等各項(xiàng)都有其自身特殊的作用。對(duì)于PID控制系統(tǒng)積分來說，其作用不僅僅能夠消除靜差，而且在一定程度上還可以提高工作系統(tǒng)的無差度。另外，在比例作用和微分作用的共同工作下，其二者的作用還能夠加快過度過程，進(jìn)而最大程度的提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以及有效的對(duì)控制系統(tǒng)當(dāng)中的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行相應(yīng)的改善。另一方面，由于相關(guān)工作人員對(duì)于當(dāng)前的系統(tǒng)控制對(duì)象物理特性的掌握程度還不夠高、而且對(duì)于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型也無法獲得，所以在對(duì)精確的控制器進(jìn)行計(jì)算時(shí)運(yùn)用古典理論設(shè)計(jì)是無法完成的，而現(xiàn)代現(xiàn)代控制的理論方式又過于復(fù)雜，不利于操作。因此，PID控制得到了有效的應(yīng)用，其在一定程度上能夠很好的適應(yīng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)控制各種特性的需求。

4 結(jié)束語

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組與其它類型的發(fā)電機(jī)組有很大不同，調(diào)速控制系統(tǒng)在其內(nèi)部也占有十分重要的位置，相關(guān)人員需要加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，讓其更好地應(yīng)用于電力行業(yè)。

參考文獻(xiàn)

[1]胡清，沈兵，高申德，等.一種模擬船舶發(fā)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2016（4）：179-180.

[2]李建春.發(fā)電機(jī)調(diào)速器的仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].吉林大學(xué)，2016.

[3]李書才，張力，張華.燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組自啟停系統(tǒng)（APS）設(shè)計(jì)應(yīng)用研究[C]//中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì).2016.

[4]張廣樂.小型生物質(zhì)氣內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組控制器開發(fā)[D].山東大學(xué)，2016.

[5]張丕峰.燃?xì)怆姀S電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析[J].經(jīng)貿(mào)實(shí)踐，2017（14）.

[6]劉軍，李杭.燃?xì)怆姀S電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析[J].低碳世界，2016（23）：41-42.