柴油發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性存在問(wèn)題及解決方案

文/李亞瑋

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)電能的使用正處在前所未有的歷史時(shí)期。雖然當(dāng)前很多用電設(shè)備都是依靠電網(wǎng)供電，但是其缺點(diǎn)同樣存在。如無(wú)法在突發(fā)故障時(shí)繼續(xù)持續(xù)的供電、在市政供電網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋的地方如海洋、沙漠等無(wú)法進(jìn)行供電等，這時(shí)就需要如柴油發(fā)電組這樣的獨(dú)立式發(fā)電設(shè)備來(lái)提供用電。柴油發(fā)電機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)較多，其容量大，供電時(shí)間長(zhǎng)且不受電網(wǎng)故障的影響，因此近些年來(lái)更是被廣泛的作為應(yīng)急電源和動(dòng)力電源運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域。

1 柴油發(fā)電機(jī)組的組成及工作原理

柴油發(fā)電機(jī)組的組成并不復(fù)雜，主要是由柴油機(jī)柴油機(jī)總成、發(fā)電機(jī)以及控制系統(tǒng)。柴油機(jī)總成為發(fā)電機(jī)組的動(dòng)力組成部分，主要功能是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，由懸置系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)構(gòu)成，由柴油進(jìn)行供給工作。發(fā)電機(jī)則由軸承、端蓋以及定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。柴油發(fā)電機(jī)組中的控制系統(tǒng)相對(duì)而言較為精密復(fù)雜，主要是對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行精確的控制以及調(diào)節(jié)壓力和配電等功能。

柴油發(fā)電機(jī)組的工作原理即為通過(guò)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)供給動(dòng)能，再由軸承和端蓋將發(fā)電機(jī)中已經(jīng)組裝并且并聯(lián)在一起的定子和轉(zhuǎn)子在高速的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，最后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電

2 柴油發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性存在問(wèn)題及解決方案

2.1 柴油發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性存在問(wèn)題

柴油發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性不好由多種原因，最為常見(jiàn)的是在負(fù)載產(chǎn)生較大波動(dòng)的時(shí)候，會(huì)立刻導(dǎo)致柴油機(jī)的輸出扭矩與發(fā)電機(jī)的電磁扭矩產(chǎn)生不匹配和非平衡狀態(tài)，導(dǎo)致柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生波動(dòng)，最后引起電壓和頻率的抖動(dòng)。另一種較為常見(jiàn)的現(xiàn)象是由于柴油發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)供電系統(tǒng)相比容量較小，如果在工作的過(guò)程中無(wú)功載和元器件所做功的功率在建立磁場(chǎng)過(guò)程中從發(fā)電機(jī)測(cè)吸收了大量的無(wú)用功功率，從而導(dǎo)致功率因數(shù)的大幅下降，降低電能質(zhì)量。

2.2 柴油發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性解決方案

柴油發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性的保證是在負(fù)載不斷變化時(shí)也需要柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，這就需要對(duì)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速的有效調(diào)節(jié)能夠保證柴油機(jī)在工作中即使外界負(fù)載發(fā)生波動(dòng)或者大幅變化時(shí)能夠通過(guò)改動(dòng)轉(zhuǎn)速?gòu)亩{(diào)節(jié)噴油泵的供油量來(lái)確保轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。所以柴油發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性的最優(yōu)解決方案就是性能優(yōu)良的調(diào)速器。當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)處于高速運(yùn)行的時(shí)候，調(diào)速器可以十分有效的避免“飛車”現(xiàn)象的發(fā)生，而在怠速過(guò)程中又可以另其運(yùn)行十分穩(wěn)定。即使是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速處在怠速和高速中間的某一數(shù)值時(shí)，調(diào)速器都可以將其轉(zhuǎn)速限制的十分穩(wěn)定，另其波動(dòng)較小，從而趨于穩(wěn)定。

2.3 柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速方案

2.3.1 常規(guī) PID 控制

目前柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組的調(diào)速器多為常規(guī)PID控制算法調(diào)速，這是一種最為常見(jiàn)且應(yīng)用時(shí)間最長(zhǎng)的一種調(diào)速方案。但是PID是作為一種控制算法，難免存在一定的先天缺陷，這使得在調(diào)速過(guò)程中無(wú)法將快速響應(yīng)性和安全穩(wěn)定性同時(shí)達(dá)到。而且柴油發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，其數(shù)學(xué)模型的建立很難做到十分準(zhǔn)確，非線性情況較多，因此就需要對(duì)常規(guī)的 PID 控制算法進(jìn)行升級(jí)和改進(jìn)。

2.3.2 自適應(yīng) PID 控制

自適應(yīng) PID 控制算法是日本學(xué)家最先提出的一種算法。它的工作原理是先對(duì)轉(zhuǎn)速偏差值進(jìn)行自我判斷，從而決定是否在系統(tǒng)中使用自適應(yīng) PID 控制方法，并且進(jìn)行精準(zhǔn)的調(diào)控。在柴油機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)使用自適應(yīng) PID 控制算法雖然比常規(guī)PID控制算法具有更好的控制效果，但是它需要對(duì)調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行實(shí)施的檢測(cè)和辨識(shí)，這是一個(gè)很大的計(jì)算量，需要對(duì)硬件系統(tǒng)提出較高的要求，在成本方面不易滿足。

2.3.3 模糊 PID 控制

模糊PID控制是一種非線性控制，它除了很多系統(tǒng)化的理論之外，還存在很多具體的實(shí)際應(yīng)用案例，其核心為迷糊推理，由于在使用模糊控制方法時(shí)，不需要建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，適用于非線性、時(shí)變的系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制系統(tǒng)中就應(yīng)用了模糊控制算法，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)對(duì)比后，發(fā)現(xiàn)在柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方面，模糊 PID 控制算法的控制效果更好，并且柴油機(jī)的非線性特點(diǎn)表現(xiàn)出更優(yōu)的操作性和可實(shí)現(xiàn)性。但是唯一美中不足的是模糊PID控制與自適應(yīng) PID 控制和常規(guī) PID 控制一樣存在時(shí)間長(zhǎng)、容錯(cuò)性差的問(wèn)題。

2.3.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是新興的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速控制科技，具有極強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)能力，其維護(hù)性高，同時(shí)具有并行的處理問(wèn)題的機(jī)制，這與PID控制相比大大縮短了計(jì)算的時(shí)間，增加了響應(yīng)的速度，使得調(diào)速過(guò)程更加穩(wěn)定、安全。除了調(diào)速實(shí)時(shí)性這一優(yōu)點(diǎn)外，其儲(chǔ)存方式也是分布式的，這就使其具有很好的容錯(cuò)性和更簡(jiǎn)易的操作性。

4 結(jié)語(yǔ)

柴油發(fā)電機(jī)組作為當(dāng)今重要供能設(shè)備，無(wú)論是基于系統(tǒng)安全考慮還是設(shè)備節(jié)能性考慮，其穩(wěn)定性都是日后所關(guān)注的焦點(diǎn)和努力的方向，只有控制柴油發(fā)電機(jī)組相對(duì)穩(wěn)定，才能夠輸出最大的電能來(lái)供給通信、醫(yī)院、金融等供電網(wǎng)絡(luò)。柴油發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性的提高不僅僅是實(shí)現(xiàn)電能有效利用的重要途徑，更是實(shí)現(xiàn)社會(huì)轉(zhuǎn)型、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)的完美契合的重要途徑。想要發(fā)電機(jī)組工作穩(wěn)定，輸出電能優(yōu)質(zhì)，最好的辦法就是對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，文章中簡(jiǎn)單介紹了當(dāng)今較為流行和實(shí)用的調(diào)速方案，筆者相信在未來(lái)的幾年會(huì)出現(xiàn)更加經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定的方案來(lái)供柴油發(fā)電機(jī)組使用。