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贝加莱产品在内燃机控制系统的应用 前言 许多采用GE颜巴赫（GE Jenbacher）燃气内燃机的发电站利用天然气、沼气以及其他 多种特殊的燃料来进行远程电力与热能的供应。最先进的内燃机控制器在任何运行状况下都 能最大限度地确保该系统的安全与经济。这些内燃机控制系统不仅运行在贝加莱的自动化硬 件上，而且通过在贝加莱软件产品Automation Studio Target for Simulink®上进行仿真及目 标系统自动代码生成，大大缩短了开发周期。 在奥地利，电力来自于墙壁上的插座，但是庞大的电网及数量众多的电站却在背后提供 了安全可靠的保障。这样的情况并非世界各地都如此，在很多地方，人们并不能从区域电网 中获得足够多的电力供应，而是必须依靠自己来发电。与此同时，包括工业废气、垃圾填埋 气、煤矿瓦斯以及牲畜排泄物产生的沼气在内的气体在未经利用的情况下就进入了大气。鉴 于全球能源消耗日益增加，应对气候变化的形势日趋严峻，有效地利用这些气体能源蕴藏着 巨大的潜力。 GE 颜巴赫的产品就非常符合这一市场的发展要求。颜巴赫公司总部位于奥地利 Jenbach，她是世界一流的燃气内燃机、配套发电机组和热电联产机组制造商。那么，是什 么使他们始终处于行业前沿呢？颜巴赫的内燃机生产历史超过50 年，可以处理天然气以及 在农业、采矿、工业和垃圾处理中产生的各种生物质气体及其他特殊气体。GE 颜巴赫在行 业中之所以能够始终保持领先地位的原因完全要归功于他们只专注于燃气内燃机的开发与 生产。 GE 颜巴赫分布式生物气发电系统可以让用户从缩短系统制备过程以及更加独立于中央电网中获益。 今天，颜巴赫已遍布世界60 多个国家。一方面，公司燃气内燃机系统为需要电力与热 能的区域提供远程能源供应，另一方面，它们可以确保这些具有相对低热值的气体燃料得以 合理利用，以减少对其它燃料（如石油、天然气和柴油）的依赖，从而避免消耗更多有限的 资源并付出高昂的运输成本。 这一拥有1500 名雇员的公司隶属于GE 能源集团。GE 能源集团总部位于美国亚特兰 大，她所提供的全方位产品和服务跨越能源行业的各个领域，包括煤、石油、天然气、核能 以及可再生能源如水电、风能、太阳能与生物气能。2007 年集团销售收入为218 亿美元。 颜巴赫燃气内燃机是符合“绿色创想”概念的产品，这一概念体现了GE 应对重大环境挑战的 责任。 应对用电负荷变化的挑战 “赞同使用燃气内燃机的观点主要集中于环保方面，” 自动化开发工程师Michael Waldhart 解释道。“柴油发电机组虽然能更好地根据负荷量变化发电，但是它所使用到的燃 料成本相对太高。GE 颜巴赫燃气内燃机则可以通过燃烧气体来发电。” 发电机组尤其针对发电机单机运行来说最大的挑战往往在于频繁的负荷变化。大量电力 用户突然接入电网会导致发电机阻力增大，从而降低内燃机转速。如果不采取应对措施就会 导致供电电压频率不稳定。这样的情况不容出现，因为电压频率的变化过大会致使电厂拉闸 限电从而保证供电质量。因此，控制技师的工作就是尽量减小并快速弥补这些基于负荷变化 的内燃机转速波动，这样不仅可以保证供电安全，而且能够最大限度地提高发电机组的运行 可靠性并增加发电效率。 “传统的闭环控制方法如PID 控制已经不能够满足当前的应用要求，”Waldhart 说道。“我 们现在使用最先进的控制器如模糊控制器或H∞控制器，GE 颜巴赫的内燃机设计都基于这 些模型。”这些控制系统架构不仅可以处理更为复杂的输入输出，而且能够保证更广泛的系 统运行稳定性。这是非常有必要的，因为在高负荷下，内燃机的最佳工作范围是非常小的。 例如，模糊控制器可以把“模糊量”和逻辑法则结合并且将它们转化为具体的设置命令，然后 控制器就会将命令发给各种传动装置，如节流阀、燃料进气单元或涡轮增压器进气泄压阀。 按照惯例需快速建模 GE 颜巴赫燃气发电站中的控制系统均来自贝加莱。典型的控制与显示单元是定制化 PP450 Power Panel，它通过POWERLINK 总线与两个X20 系统相连，X20 系统拥有大约 110 路数字量和模拟量输入和输出。此外，运行WinServer 操作系统的APC620 用于处理 分布式IO 点上采集的数据。 新开发的控制器可以预先在目标硬件上运行，并在内燃机的仿真模型上进行测试。“多 年来，我们一直都在利用高级和低级内燃机模型，这些模型是通过美国厂商The Mathworks ®