CN110277806B - 基于功率信号实现机组稳定并网带载的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于功率信号实现机组稳定并网带载的方法，在发动机、发动机ECU、发电机、机组控制器、电闸的配合下完成，包括形成二维对照表、运行数据采集、合闸数据采集、初调燃料门开度、PID微调燃料门开度、发动机性能确认等步骤；发动机ECU将采集到机组的实时功率值与目标功率值为信号源，计算出两者之间实际的功率差，同过预设燃料门开度和PID调节，双重调整燃料门开度，实现机组的快速稳定带载，代替了传统的GOV模拟的转速差，避免了GOV调速方式导致机组带载潜在的不可控性和不稳定性，而且本发明还增加了燃料门开度的自学习功能，使机组运行更加安全可靠。

Description

基于功率信号实现机组稳定并网带载的方法

技术领域

本发明涉及发动机组运行控制技术领域，尤其涉及一种基于功率信号实现机组稳定并网带载的方法。

背景技术

目前发电机组并网发电一般需要两个过程，一是与市电同步合闸过程；二是合闸后并网带载的过程。同步的过程一般均需要通过人为或者机组控制器微调发动机转速，来实现机组发出的三相电与市电之间频率、电压、相位及相序的一致，从而实现机组与市电之间的顺利同步合闸，且同步稳定可靠，因此该同步方式已经成为该领域并网发电的主流方式和公知方法。而对于合闸后并网带载过程的实现，目前多数是通过机组控制器给发动机ECU发出GOV模拟调速信号，发动机ECU接收到调速信号后，计算出模拟调速值与实际发动机转速之间的转速差值，发动机ECU利用转速差值，经过PID调整节气门开度实现机组功率的调整。

因此，上述合闸后并网带载的方式往往存在明显的缺陷：即并网带载发电过程中，发动机转速被电网锁住，实际转速不可调。机组功率的调节仅靠接收GOV模拟转速信号来实现发动机节气门的调节，然而机组控制器GOV发出的模拟调速信号的准确性与各生产厂家之间的技术水平极为相关，模拟调速信号通过PID最终转化为机组稳定的功率输出，转化过程往往存在不可控因素，如GOV信号如果质量较差，就会严重影响机组带载功率的稳定性，甚至出现功率的超调，最终致使出现“超功率”或者“逆功率”等不可控的危险状况，因此上述并发电机组并网发电方法运行不稳定，可靠性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够使机组快速稳定带载，运行更加安全可靠的基于功率信号实现机组稳定并网带载的方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：基于功率信号实现机组稳定并网带载的方法，在发动机、发动机ECU、发电机、机组控制器、电闸的配合下完成，包括以下步骤，

步骤一、形成二维对照表

将所述发动机和所述发电机组装连接好形成发电机组，进行机组负荷特性试验，采集、记录所述发电机组各输出功率下对应的燃料门开度，并形成二维对照表存储至所述发动机ECU中，即所述二维对照表为所述发电机组的目标功率Pd与燃料门开度的TPS1％对照值的表格；

步骤二、运行数据采集

所述机组控制器实时采集所述发电机组输出端的电压信号U、电流信号I，计算得出所述发电机组的实时功率Pu，并将所述实时功率Pu通过通讯装置传送至所述发动机ECU；

步骤三、合闸数据采集

所述机组控制器发出并网带载命令时，控制所述电闸合闸，所述电闸合闸成功后，生成合闸成功信号传送至所述发动机ECU；同时在所述机组控制器内计算所述电闸合闸时，需要所述发电机组运行的目标功率Pd值，并将所述目标功率Pd值通过所述通讯装置输送至所述发动机ECU；

步骤四、初调燃料门开度

所述发动机ECU接收到所述目标功率Pd值后，根据所述目标功率Pd值的具体数值，查询所述二维对照表，获得该所述目标功率Pd值下对应的燃料门开度的TPS1％对照值；

所述发动机ECU控制所述发动机的燃料门以K％/s的斜率值，响应至所述目标功率Pd值对应的燃料门开度的TPS1％对照值90％的开度，作为所述发动机的燃料门开度的TPS2％目标值，即TPS2％目标值＝TPS1％对照值×90％；

步骤五、PID微调燃料门开度

所述发动机ECU获得所述TPS2％目标值后，计算此时所述实时功率Pu与所述目标功率Pd的功率差值Perror，即Perror＝Pd–Pu；

根据获得的功率差值Perror，所述发动机ECU激活以所述功率差值Perror为输入的PID％调节，即PID％＝P％值+I％值+D％值，

P％值＝Perror×Pgain，Pgain为比例单元；

I％值＝Iprevious+Perror×Igain×dT，I％值的计算是一个以dT为步长的不断迭加的过程，Iprevious为上一个dT时间的I％值，Igain为积分单元；

D％值＝(Perror previous-Perror)×Dgain/dT，(Perror previous-Perror)为所述发动机dT时间内，前后功率差值的变化量，Dgain为微分单元；

本步骤中比例单元Pgain、积分单元Igain、微分单元Dgain为在所述发动机ECU内部的数据标定量；

设定PID％的计算值即为燃料门的TPS2％目标值，即TPS2％目标值＝PID％计算值，所述发动机ECU实时监控所述发电机组的实时功率Pu值，反复迭代，计算PID％，调整TPS2％目标值，直至目标功率Pd＝Pu×(1±N％)，进入下一步；

步骤六、发动机性能确认

当目标功率Pd＝Pu×(1±N％)，所述发电机组已经稳定输出功率，将所述发电机组稳定输出功率状态下的TPS2％目标值与所述二维对照表中的TPS1％对照值进行比较，

∣TPS2％目标值-TPS1％对照值∣≤M％，则判定所述发动机目前性能良好；

∣TPS2％目标值-TPS1％对照值∣＞M％，则判定所述发动机功率损失严重，需要对所述发动机进行检修。

作为优选的技术方案，还包括以下步骤，

步骤七、自学习调整判断

当∣TPS2％目标值-TPS1％对照值∣≤M％，且F秒内TPS2％目标值的变化率均小于H％/s时，则判定所述发动机组已经恒功率且输出非常稳定，此时所述发动机ECU进入到TPS1％对照值的自学习功能阶段，对所述二维对照表进行自学习调整。

作为优选的技术方案，所述步骤七自学习调整的具体过程为，

所述发动机ECU计算连续满足目标功率Pd＝Pu×(1±N％)、∣TPS2％目标值-TPS1％对照值∣≤M％条件下，计算F秒内TPS2％目标值的均值，并将计算得到的均值更新为该目标功率Pd对应的新的TPS1％的对照值。

作为优选的技术方案，所述发动机为燃气发动机，所述燃料门开度为节气门开度。

作为优选的技术方案，所述发动机为柴油发动机，所述燃料门开度为节油门开度。

作为优选的技术方案，所述通讯装置为通讯数据线或无线通讯网络。

作为优选的技术方案，K、N、M、F、H分别为设定值。

作为对上述技术方案的改进，N取值为0.5；M取值为2；F取值为10；H取值为1。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：发动机ECU将采集到机组的实际功率值与目标功率值为信号源，计算出两者之间实际的功率差，同过预设燃料门开度和PID调节，双重调整燃料门开度，实现机组的快速稳定带载，最大的优点为功率的调节过程直接采用实际的功率差，代替了传统的GOV模拟的转速差，避免了GOV调速方式导致机组带载潜在的不可控性和不稳定性，而且本发明还增加了燃料门开度的自学习功能，使机组运行更加安全可靠。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1和图2所示，基于功率信号实现机组稳定并网带载的方法，在发动机、发动机ECU、发电机、机组控制器、电闸的配合下完成，包括以下步骤，步骤一、形成二维对照表

将所述发动机和所述发电机组装连接好形成发电机组，进行机组负荷特性试验，采集、记录所述发电机组各输出功率下对应的燃料门开度，并形成二维对照表存储至所述发动机ECU中，即所述二维对照表为所述发电机组的目标功率Pd与燃料门开度的TPS1％对照值的表格，具体如表1所示。本实施例的所述发动机为燃气发动机，所述燃料门开度为节气门开度，但该方法同样适用于柴油发动机，当使用于柴油发电机时，调节所述燃料门开度为节油门开度。表1所示的二维对照表是以额定功率为200kW的燃气发动机为例绘制的，不同额定功率为200kW的燃气发动机形成的二维对照表不同，但形成方法相似。

表1

在表1中，节气门开度TPS1％对照值对应的目标功率Pd是通过对发动机功率范围插值处理得到的，例如45kw对应的数值是40kW和50kw插值处理得到，为本技术领域普通技术人员所熟知处理方式，在此不再详细描述。

步骤二、运行数据采集

所述机组控制器实时采集所述发电机组输出端的电压信号U、电流信号I，计算得出所述发电机组的实时功率Pu，并将所述实时功率Pu通过通讯装置传送至所述发动机ECU，所述通讯装置为通讯数据线或无线通讯网络，如CAN总线等。

步骤三、合闸数据采集

所述机组控制器发出并网带载命令时，控制所述电闸合闸，所述电闸合闸成功后，生成合闸成功信号传送至所述发动机ECU；同时在所述机组控制器内计算所述电闸合闸时，需要所述发电机组运行的目标功率Pd值，并将所述目标功率Pd值通过所述通讯装置输送至所述发动机ECU。此时，所述发动机ECU接收的信号有实时功率Pu、目标功率Pd和所述电闸合闸成功等信号。

步骤四、初调燃料门开度

所述发动机ECU接收到所述目标功率Pd值后，根据所述目标功率Pd值的具体数值，查询所述二维对照表，即查询表1，获得该所述目标功率Pd值下对应的燃料门开度的TPS1％对照值。

所述发动机ECU控制所述发动机的燃料门以K％/s的斜率值，响应至所述目标功率Pd值对应的燃料门开度的TPS1％对照值90％的开度，作为所述发动机的燃料门开度的TPS2％目标值，即TPS2％目标值＝TPS1％对照值×90％。K值越大，节气门开启越迅速，功率响应调整越快；反之，K值越小，节气门开启变缓，功率响应调整越慢，因此K为设定值，可以通过所述发动机ECU调整。

步骤五、PID微调燃料门开度

所述发动机ECU获得所述TPS2％目标值后，计算此时所述实时功率Pu与所述目标功率Pd的功率差值Perror，即Perror＝Pd–Pu。

根据获得的功率差值Perror，所述发动机ECU激活以所述功率差值Perror为输入的PID％调节，即PID％＝P％值+I％值+D％值，

P％值＝Perror×Pgain，Pgain为比例单元。

I％值＝Iprevious+Perror×Igain×dT，I％值的计算是一个以dT为步长的不断迭加的过程，Iprevious为上一个dT时间的I％值，Igain为积分单元。

D％值＝(Perror previous-Perror)×Dgain/dT，(Perror previous-Perror)为所述发动机dT时间内，前后功率差值的变化量，Dgain为微分单元。

本步骤中比例单元Pgain、积分单元Igain、微分单元Dgain为在所述发动机ECU内部的数据标定量，通过所述发动机ECU可以进行调整。

设定PID％的计算值即为燃料门的TPS2％目标值，即TPS2％目标值＝PID％计算值，所述发动机ECU实时监控所述发电机组的实时功率Pu值，反复迭代，计算PID％，调整TPS2％目标值，直至目标功率Pd＝Pu×(1±N％)，进入下一步。

步骤六、发动机性能确认

当目标功率Pd＝Pu×(1±N％)，所述发电机组已经稳定输出功率，但是为了进一步确保发动机运行正常，降低运行风险，因此又设置了本步骤，具体为：

将所述发电机组稳定输出功率状态下的TPS2％目标值与所述二维对照表中的TPS1％对照值进行比较，∣TPS2％目标值-TPS1％对照值∣≤M％，则判定所述发动机目前性能良好；∣TPS2％目标值-TPS1％对照值∣＞M％，则判定所述发动机功率损失严重，需要对所述发动机进行检修。在本步骤中，N和M分别为设定值，N可取值为0.5，M可取值为2，根据所述发动机运行的性能，可以适当的调整N和M的具体值。

本实施例还包括以下步骤，步骤七、自学习调整判断，即：

当∣TPS2％目标值-TPS1％对照值∣≤M％，且F秒内TPS2％目标值的变化率均小于H％/s时，则判定所述发动机组已经恒功率且输出非常稳定，此时所述发动机ECU进入到TPS1％对照值的自学习功能阶段，对所述二维对照表进行自学习调整。在本步骤中，F和H分别为设定值，F可取值为10，H可取值为1，根据所述发动机运行的性能，可以适当的调整F和H的具体值。

具体地，所述步骤七自学习调整的具体过程为，

所述发动机ECU计算连续满足目标功率Pd＝实时功率Pu(1±0.5％)、∣TPS2％目标值-TPS1％对照值∣≤2％条件下，计算10秒内TPS2％目标值的均值，并将计算得到的均值更新为该目标功率Pd对应的新的TPS1％的对照值。由于增加了自学习调整步骤，成功地抵消了由于机组正常磨损折旧，导致的TPS1％对照值可能出现的偏移误差，运用本实施例的并网带载方法后，所述发电机组输出功率更加稳定，运行更可靠。

本发明最大的优点为功率的调节过程直接采用实际的功率差，代替了传统的GOV模拟的转速差，采用实际的功率差计算方式能够真实的反映机组的实时功率与目标功率的差异，再通过发动机ECU内部PID计算直接作用于燃料门，最终实现机组功率的快速稳定调整，避免了GOV调速方式导致机组带载潜在的不可控性和不稳定性，而且本发明还增加了燃料门开度的自学习功能，使机组运行更加安全可靠。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.基于功率信号实现机组稳定并网带载的方法，在发动机、发动机ECU、发电机、机组控制器、电闸的配合下完成，其特征在于：包括以下步骤，

步骤一、形成二维对照表

将所述发动机和所述发电机组装连接好形成发电机组，进行机组负荷特性试验，采集、记录所述发电机组各输出功率下对应的燃料门开度，并形成二维对照表存储至所述发动机ECU中，即所述二维对照表为所述发电机组的目标功率Pd与燃料门开度的TPS1％对照值的表格；

步骤二、运行数据采集

所述机组控制器实时采集所述发电机组输出端的电压信号U、电流信号I，计算得出所述发电机组的实时功率Pu，并将所述实时功率Pu通过通讯装置传送至所述发动机ECU；

步骤三、合闸数据采集

所述机组控制器发出并网带载命令时，控制所述电闸合闸，所述电闸合闸成功后，生成合闸成功信号传送至所述发动机ECU；同时在所述机组控制器内计算所述电闸合闸时，需要所述发电机组运行的目标功率Pd值，并将所述目标功率Pd值通过所述通讯装置输送至所述发动机ECU；

步骤四、初调燃料门开度

所述发动机ECU接收到所述目标功率Pd值后，根据所述目标功率Pd值的具体数值，查询所述二维对照表，获得该所述目标功率Pd值下对应的燃料门开度的TPS1％对照值；

所述发动机ECU控制所述发动机的燃料门以K％/s的斜率值，响应至所述目标功率Pd值对应的燃料门开度的TPS1％对照值90％的开度，作为所述发动机的燃料门开度的TPS2％目标值，即TPS2％目标值＝TPS1％对照值×90％；

步骤五、PID微调燃料门开度

所述发动机ECU获得所述TPS2％目标值后，计算此时所述实时功率Pu与所述目标功率Pd的功率差值Perror，即Perror＝Pd–Pu；

根据获得的功率差值Perror，所述发动机ECU激活以所述功率差值Perror为输入的PID％调节，即PID％＝P％值+I％值+D％值，

P％值＝Perror×Pgain，Pgain为比例单元；

I％值＝Iprevious+Perror×Igain×dT，I％值的计算是一个以dT为步长的不断迭加的过程，Iprevious为上一个dT时间的I％值，Igain为积分单元；

D％值＝(Perror previous-Perror)×Dgain/dT，(Perror previous-Perror)为所述发动机dT时间内，前后功率差值的变化量，Dgain为微分单元；

本步骤中比例单元Pgain、积分单元Igain、微分单元Dgain为在所述发动机ECU内部的数据标定量；

设定PID％的计算值即为燃料门的TPS2％目标值，即TPS2％目标值＝PID％计算值，所述发动机ECU实时监控所述发电机组的实时功率Pu值，反复迭代，计算PID％，调整TPS2％目标值，直至目标功率Pd＝Pu×(1±N％)，进入下一步；

步骤六、发动机性能确认

当目标功率Pd＝Pu×(1±N％)，所述发电机组已经稳定输出功率，将所述发电机组稳定输出功率状态下的TPS2％目标值与所述二维对照表中的TPS1％对照值进行比较，

∣TPS2％目标值-TPS1％对照值∣≤M％，则判定所述发动机目前性能良好；

∣TPS2％目标值-TPS1％对照值∣＞M％，则判定所述发动机功率损失严重，需要对所述发动机进行检修。

2.如权利要求1所述的基于功率信号实现机组稳定并网带载的方法，其特征在于：还包括以下步骤，

步骤七、自学习调整判断

当∣TPS2％目标值-TPS1％对照值∣≤M％，且F秒内TPS2％目标值的变化率均小于H％/s时，则判定所述发动机组已经恒功率且输出非常稳定，此时所述发动机ECU进入到TPS1％对照值的自学习功能阶段，对所述二维对照表进行自学习调整。

3.如权利要求2所述的基于功率信号实现机组稳定并网带载的方法，其特征在于：所述步骤七自学习调整的具体过程为，

所述发动机ECU计算连续满足目标功率Pd＝Pu×(1±N％)、∣TPS2％目标值-TPS1％对照值∣≤M％条件下，计算F秒内TPS2％目标值的均值，并将计算得到的均值更新为该目标功率Pd对应的新的TPS1％的对照值。

4.如权利要求1所述的基于功率信号实现机组稳定并网带载的方法，其特征在于：所述发动机为燃气发动机，所述燃料门开度为节气门开度。

5.如权利要求1所述的基于功率信号实现机组稳定并网带载的方法，其特征在于：所述发动机为柴油发动机，所述燃料门开度为节油门开度。

6.如权利要求1所述的基于功率信号实现机组稳定并网带载的方法，其特征在于：所述通讯装置为通讯数据线或无线通讯网络。

7.如权利要求3所述的基于功率信号实现机组稳定并网带载的方法，其特征在于：K、N、M、F、H分别为设定值。

8.如权利要求7所述的基于功率信号实现机组稳定并网带载的方法，其特征在于：N取值为0.5；M取值为2；F取值为10；H取值为1。

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