小型柴油發電機的發展前景和概況

作為交流供電使用的小型柴油發電機組被廣泛地應用于船舶、通信等國民經濟的眾多領域。近年來，由于經濟發展和資源分布不均衡而造成的電力緊缺，特別是南方沿海地區電力緊缺現象的突出，使小型柴油發電機組在國民經濟發展中的作用更為顯現。

從20世紀60年代使用手啟動、有人值守的普通機組，70年代研制成功自啟動機組、無人值守機組，80年代研制成功無人值守機組、微型計算機控制的自動化機組，到90年代開始低排放、低噪聲機組的應用研究，小型柴油發電機組的技術裝備水平在不斷地提高。現代小型柴油發電機組具有靈活、方便、自動化程度高、噪聲小和排放低等優點。隨著科學技術的不斷發展，一些新技術、新成果的應用使得現代柴油發電機組具有更高的強化性、可靠性、穩定性及良好的排放性等，不斷滿足現代社會對其更高的要求。

小型柴油發電機組并聯運行的意義和存在的一些問題

在小型柴油發電機組供電系統中，隨著供電負荷的不同，不但負載的數值變化大，而且負載的變化速度也非常高，這就要求供電狀況要與負載變化相適應。考慮到電能的經濟性和利用率的情況下，一般場合都配有兩臺以上的小型柴油發電機組。一方面，隨著負載量的變化，供電系統投入運行的發電機組的臺數要不斷地變化;另一方面，當運行機組發生故障時，要求將備用機組迅速投入運行。多臺小型柴油發電機組并聯運行比單機運行有許多優點:

1.提高供電質量，電壓穩定。特別是當大負荷投入時，往往引起電壓和頻率的波動，并聯運行可以減輕這種波動。

2.提高供電的可靠性。多臺機組并聯運行，一方面，即使有機組發生故障，只須將故障機組切除，仍可保證重點負荷用電需要;另一方面，系統有更大的備用能量，可以應對意外情況。

3.經濟性好，供電方式靈活。采用并聯運行可根據實際負荷的大小，決定并聯運行機組的臺數，避免運行中出現的“大馬拉小車”或“小馬拉大車”的現象。

但是，交流小型柴油發電機組無論是在互相并聯運行，還是在并入電網運行時，在許多場合中往往出現功率和電流的周期性振蕩，同時伴隨以轉速振蕩、電壓和頻率的不穩定以及調速器元件的振蕩。

功率振蕩時，并聯運行的各機組的總負載不變。因此，一臺機組的功率的增加和另一臺機組的功率減少同時進行。通常把這種現象稱為交互振蕩，有時也通俗地稱為“游車”。

無論在機組臺架試驗中，還是在實際運行的艦船或陸上電站中都曾發現交互振蕩的現象。

機組并聯運行時的交互振蕩不同于電氣系統的自激和自擺現象，后者是與發電機一電網系統容量相關的，并可以用自動調壓器予以消除。而交互振蕩，在大多數場合中，是受包括并聯運行的各發電機(或并入電網運行的各發電機)和短輸電線的系統所限制的。

伊藤發電機公司試驗表明，交互振蕩的發生會造成如下不利后果:

1.機組在并聯運行時不能加至額定負載。

2.電壓和頻率不穩定，因而電能品質不佳。

3.柴油機調速器和噴油泵的各元件工作于大振幅的振動狀態下，因而其工作可靠性和使用壽命將下降。

4.柴油機發生扭矩振蕩，因而柴油機的各零件和機座經受著激烈的震動。

3）國內外研究動態

在電氣技術上，解決小型柴油發電機組并聯運行中出現的功率交互振蕩問題，應從兩方面入手:一是對勵磁調節系統進行控制;二是對調速系統進行控制。

提出一種基于位置控制式的積分PID算法，其特點是:用比例消除大偏差。用積分消除小偏差。由于采用了線性積分因子進行偏差積累。故可以完全消除積分飽和現象;系統參數之間相互影響小，各參數容易整定，易達到系統穩定;超調大大減少，適應能力強。此外它是一種基于位置的控制方式，更適用于伺服控制系統。

進行了自適應調速系統的研究，該系統在調速控制的粗調和模型參考自適應系統的細調下，在整個調速范圍內取得了較好的效果。

采用動穩態模式分離的PID調速算法改善柴油機的調速性能。在PID調節控制器上增加增益補償器，從而改善系統的調速性能。結合傳統PID控制原理，設計了一種新型模糊控制器結構，即PID模糊控制器，并提出了在線調整PID參數的模糊控制方法。

闡明了柴油機電子調速器采用PID控制的數學模型和PID參數模糊自校正的原理，應用Fuzzy理論，建立了模糊控制規則和模糊控制PID參數校正表，仿真結果表明此方法明顯改善電子調速器的控制性能。
提出一種具有多輸入多輸出(MIMO)結構，在線修正PID參數的柴油機模糊控制器和改進算法，在算法中建立了柴油機模糊PID控制器的三維模糊數學模型，提出用載荷和增壓器進氣流量作為新的模糊控制變量，并用模糊智能控制器以改善調速器在柴油機帶載條件下的動態響應，為內燃機車用大功率柴油機實時多目標控制提供了解決方案。

設計了一個基于微機的調速器，系統采用了負荷干擾前饋和速度反饋控制，在反饋控制器中，模糊控制用于動態調節，而PID控制用于穩態調節。

采用數字PID結合自適應控制算法對油量及供油提前器進行雙閉環控制。

采用PID控制算法和哥德溫自適應控制方案。

利用模糊數學與灰色系統的理論與方法，討論了基于系統模糊分析的裝備可靠性預計的方法，研究了其在電子調速器可靠性分析中的應用。

總之，目前的調速控制尤其是國外現有的調速器產品中多采用PID控制。自適應控制、模糊控制等在調速控制中的應用，這些研究停留在仿真階段的較多，形成產品或進行配機試驗的還較少。現有的柴油機發電機組控制廣泛采用的仍是傳統的PID控制方式，本課題也采用這種控制方式。

4）研究的內容概述

為了滿足戰時供電保障需求，在我國軍港配備了小型移動式小型柴油發電機組。對于用電量大的碼頭，如果配備一臺大中型可移動式小型柴油發電機組，由于容量大，機組體積、重量將增大，這樣就失去了移動式小型柴油發電機組機動、靈活的意義性;如果配備多臺小型的機組，就需要機組并聯運行，來滿足戰時供電保障需求。但在實際使用中，機組并聯運行經常出現供油干擾造成的功率交互振蕩。

小型柴油發電機組在出廠前都要做供油裝置調整，使各項要求都達到國家標準。但在使用一定時期后，由于缺乏相應的技術人員，使用中容易調整不當，再加之柴油發電機組多為備用，容易忽略對其維護和保養，結果很容易使供油不穩定，產生干擾力矩。在機組并聯運行時，很容易產生上面所說的功率交互振蕩。

首先在Matlab軟件中Simulink工具箱中建立單臺機組運行和兩臺機組并聯運行的模型，在正常運行時和供油有干擾時分別進行仿真計算，驗證了上述所說現象;然后采集角速度。與發電機電磁功率P}，根據二者變化規律，判斷出產生功率交互振蕩的原因，在調速器始端加入負反饋，把塑作為反饋量后采用PID控制規律，將功率交互振蕩現象消除。