柴油发电机常识.doc

柴油发电机常识 ??? 发电机组属自备电站交流供电设备的一种类型，是一种小型独立的发电设备，以内燃机作动力，驱动同步交流电机发电机而发电。 　　发电机组由柴油机，三相交流无刷同步电机发电机、控制箱（屏）、散热水箱、联轴器、燃油箱、消声器及公共底座等组件组成钢性整体。柴油机的飞轮壳与电机发电机前端盖的轴向采用凸肩定位直接连接构成一体，并采用圆柱型的弹性联轴器由飞轮直接驱动电机发电机的旋转，其联接方式由螺釘固定在一起，使两者联接成一钢体，保证了柴油机的曲轴与电机发电机转子的同心度在规定的范围内。为了减少机组的振动，在柴油机，电机发电机，水箱和电气控制箱等主要组件与底架连接处，通常均装有减振器或橡皮减振垫。 　　发电机组是由内燃机和同步电机发电机组合而成的，内燃机的最大功率受零部件的机械负荷和热负荷的限制，因此，需规定元件连续运转的最大功率，称为额定功率，交流同步电机发电机的额定功率是指在额定转速下，长期连续运转时，输出的额定功率，通常把柴油机输出额定功率与同步交流电机发电机输出的额定功率之间，称为匹配比，匹配比的大小受当地大气压力，环境温度和相对湿度等多种因素的影响，对于在平原上使用一般要求的机组，通常匹配比值取1.6；使用要求较高的机组匹配比值应取2。 中国柴油发电机组网 柴油发电机组数字调速系统的设计与分析 ??? 柴油发电机组数字调速系统研制过程中发现，采用普通PID运算，振荡及超调时有发生，为了改善调速系统性能，采用了变速积分PID及模糊PID。变速积分PID用来调节积分系数，模糊PID用来调节比例系数。1　变速积分PID原理1．1　PID控制原理［1，2］??? 常规PID控制系统原理框图如图1所示。 　　PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r（t）与实际输出构成控制偏差：　　　　将此偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过 线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。其控制规律为：　　式中，Kp为比例系数，T1为积分时间常数，TD为微分时间常数。　　在PID控制中，比例项用于纠正偏差，积分项用于消除系统的稳态误差，微分项用于减小系统的超调量，增加系统稳定性。PID控制器的性能就决定于Kp、T1和TD这3个系数。如何选用这3个系数 是PID控制的核心。1．2　数字PID控制算法选择　　设计和调整数字PID控制器的任务就是根据被控对象和系统要求，选择合适的PID模型，将其进行离散化处理，编出计算机程序由微处理器实现，最后确定KP、T1、TD、和T，T为采样周期。微处理器控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此，必须对PID模型进行离散化处理。　　用矩形方法数值积分代替式（3）中的积分项，对式（3）中的导数项用后向差分逼近，经推理可得到基 本PID控制的位置式算法：式中　k——采样序号，k＝0，1，2，……????? U（k）——第k次采样时刻输出值????? E（k）——第k次采样时输入的偏差值????? E（k－1）——第（k－1）次采样时刻输入的偏差值????? K1——积分系数，K1＝KpT／T1?????? KD——微分数系，KD＝KpTD／T1　　在数字控制系统中，PID控制规律是用程序来实现的，因而具有更大的灵活性。由于基本PID控制中引入了积分环节，其目的主要是为了消除静差，提高精度。但在柴油机调速过程中，突加突减负载时，会引起转速的较大波动，导致短时间内转速出现较大偏差，通过PID积分运算积累，超调量过大，系统产生振荡，严重影响发电机组输出电能的品质。　　为避免PID控制中积分项引起的超调，提高其调节品质，拟采用积分分离法对基本PID控制进行改进，简称变速积分PID。变速积分PID的基本思路是设法改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应，偏差越大，积分越慢；反之，则越快。式中，A、B为积分区间。　　变速积分PID算法为：　　式中，U1（k）为第k次采样时刻PID运算的积分部分输出值。　　采用变速积分PID控制，系统具有以下特点：用比例消除大偏差，用积分消除小偏差，可完全消除积分饱和现象；各参数容易整定，易实现系统稳定，而且对A、B两参数不要求十分精确；超调量大大减小，改善了调节品质，适应性较强。变速积分PID控制算法流程图见图2。  2　柴油发电机组数字调速系统中PID控制参数整定［3，4］　　数字PID控制参数整定的任务主要是确定数字PID的参数KP、T1、TD和T。??? 对于简单控制系统，可采用理论计算方法确定这些参数。但由于柴油机调速系统的工况较为复杂，其数学模型并非十分精确，在此，采用工程整定常用的扩充临界比例带法，结合经验法再对参数进行调整，得到最终的PID参数。??? （1）采样周期T的选择　　在数