发电机组的转速控制及影响因素研究

0 前言

当前电力紧张，柴油发电机组配合发电机产生交流电压用于外部负载用电，柴油发动机组主要由柴油机、同步电机、传动机构、控制模块及电力输出组成，见图1。机组发出的电压及频率除了受发电机本身的电压调节器(AVR)控制以外，发动机的转速控制也起决定性的作用。发动机的转速随负载的变化做出响应，响应速度的快慢影响机组交流电压及频率的稳定性。

1 调速控制原理

1.1 机械发动机转速控制

目前船用负责发电用途的辅机及对排放要求较不严格地区海外出口的发电机组，柴油机的调速主要是通过执行机构根据负载变化来改变油量调节机构，从而改变瞬时供油量，来调节发动机的转速稳定在设定范围，保证发电机组输出电压的稳定。根据调速器本身的控制原理，主要分为机械式调速器、液压式调速器以及电子调速器。机械调速器控制精度较低，为了保证发电机组的转速控制精度，现在主要采用液压式调速器和电子调速器

。电子调速系统主要由转速控制器、转速传感器及电子执行机构组成，见图2，具有结构简单、控制响应迅速、精度高的优势，在机组转速控制用途应用广泛。

电子调速器的调速原理见图3：

合理追肥促进后期生长：①早施苗肥，尤其在北方春玉米区，气温低，雨水少，肥效较慢，应早施苗肥；夏玉米区尽量抢墒直播，一般情况不施基肥，所以要早施苗肥。②适施穗肥，穗肥多在大喇叭口期追肥。

公安派之后，以锺惺、谭元春为首的竟陵派“倡尖新幽冷之派，以《诗归》一编，易天下之耳目”。[2]816足见竟陵派以新的文学主张，一定程度上扼制了公安派流于轻率的弊端。但馆臣认为，“公安救历下，至於佻；竟陵救公安，陷於孱”；[2]849同样以幽冷纤巧为宗的竟陵派，“元春之才较惺为劣”，[2]826诡谲荒诞比之有余。明代文学发展到竟陵派，已是病入膏肓，回天乏力了，正如谭元春《岳归堂集》提要中所言：“……有明一代之诗，遂至是而极弊。论者比之诗妖，非过刻也。[2]826”

机组用途的发动机调节步骤为：

发动机怠速运转，调节转速控制器上面的怠速调整旋钮，使发动机的怠速稳定

测试方法:启动并调整机组至额定工况运行后，记录额定状态下的频率；调整机组至空载，记录空载状态下的频率。

1.2 电控发动机转速控制

根据国家非道路四阶段法规(GB20891—2014)，发电机组属于非道路移动机械范畴，随着世界范围内排放要求加严，国二国三排放阶段的发电机组面临淘汰，电控高压共轨发动机逐渐成为主流。相较于传统的柴油机，其以高压共轨技术为核心，配合各种传感器、执行器的信号控制，达到对燃油喷射系统的精准控制，具有省油、响应快、易维修的特点,并且能够有效避免燃油浪费，改善排放。

多台机组并联有以下特点：

高压共轨电控系统，主要由电控单元(ECU)、执行器、各类传感器组成，主要结构见图4，ECU通过接收各传感器采集的发动机温度、压力、转速等相关信息，根据内部控制策略，控制执行器(喷油器、继电器、计量单元等)做出反馈来达到转速控制的目的。

为了保证发电机组输出频率稳定，电控机使用全程调速策略使发动机稳定在额定转速。当发动机负荷增加或减小是，会引起转速变化，此时ECU会根据目标转速需求，调整计量单元、喷油器等执行器进行控制，使发动机恢复到设定转速。

在目标函数建立时需要考虑两部分的效果，一部分要保证边缘波束增益不降低，另一部分要保证在副瓣区域的电平值低于优化前的电平值。由式（3）可以得出优化的目标函数为：

使用转速微调功能在小范围内对发动机的转速进行调整,可以消除发动机在负载变化过程中出现的静态偏差,或者实现并车时小范围调整设定转速

。机组控制器端的转速控制通常有以下几种方法：

1)转速微调电压模拟量输入：控制器根据目标转速需求，发送电压信号至ECU，ECU根据内部的标定曲线完成转速调整。

2)转速微调按钮：通过闭合转速微调加/减的按钮开关进行微量转速调整。

1、房价涨了将近10倍，没房的人都在默默忍受；房价刚跌了一点点，有房的人就开始砸盘。2、物价不断攀升，发改委从未宣布进入严重通胀；物价跌了一点点，发改委就宣布通胀拐点已经出现。3、发展目标总是定为8%，但每次回落至9%左右，政府就开始紧张，然后就匆忙调整宏观政策。——中国三大怪象

2 发电机组的调速指标

柴油机转速控制的响应性直接影响发电机组运行的稳定性及发电机输出电力的质量，按照GBT2820.5-2009要求,对机组的调速能力有标准的评价指标，在此介绍实际测试过程中，主要测试项。

2.1 频率降

频率降是指额定功率频率与空载运行频率之差同额定功率频率的比值百分数：

频率降;

空载频率；

额定频率

闭合怠速到额定开关，调节增益或稳定性旋钮使发动机的额定转速稳定

2.2 稳态频率带

稳态频率带是指不同负载逐级降至空载，围绕某一平均值波动的包络线宽度。

稳态频率降,

额定频率。

测试方法：启动并调整机组至额定工况稳定运行后，减至空载，然后逐级加载0%-25%-50%-75%-100%，逐级减至空载，记录各级负载下频率波动的包络线宽度。

3)CAN报文发送转速需求：机组控制器可以根据CAN通讯协议的通讯地址及报文信息，向ECU发送报文信息指令，ECU按照接收到的转速需求使ECU运行至目标转速。

2.3 瞬态频率偏差与恢复时间

2)频率转速一致

恢复时间分为负载增加后的频率恢复时间与负载减少后的恢复时间，指在规定的负载突加或突减后，从频率离开稳态频率带至其进入规定的稳定频率所用的间隔时间。

呼吸内科住院患者一旦发生医院感染后，不仅增加了临床的治疗难度、延长住院时间，还可导致病死率上升。目前国内外在呼吸内科住院患者医院感染管理方面没有特效方法，基本为提升护理质量、加强患者的自我防护为主，效果不明显[2] 。因此如何制定一套行之有效的管理体系，以降低住院患者医院感染率，是许多医院亟待解决的问题。

,min

加载时频率降低的最小值;

,max

卸载时频率增加的最小值。

测试方法为：启动并在空载工况运行5-10分钟，按照规定进行突加负载至稳定运行，再按照规定突减负载至稳定，重复三次记录频率变化曲线。

2.4 加载能力

加载能力主要体现在由空载状态突加规定负载后的频率恢复时间。

测试方法为：

其中，com表示市场竞争，pay和mh分别表示薪酬激励和股权激励变量，control为控制变量，定义和模型 （1）一致。

数据中心的机组要求测试不熄火前提下一次能加载的最大功率。

叙述是写作中最常用的表达方式，也是记叙文的主要表达方式，是用来交代人物活动、展开情节、陈述事件的方式。在叙述的过程中要讲究技巧，在学习第二单元的三篇古代记叙散文过程中，我们可以欣赏和借鉴以下叙事的艺术。

发电机组根据用途可分为COP(持续功率)、PRP(基本功率)、LTP(限时运行功率)、ESP(应急备用功率)，根据用途不同，对机组的一次加载能力要求不同，对机组要求达到的性能指标不同。

例（18）可以解读为：约翰从别人身上偷了一台电脑，然后又把这台电脑给予了玛丽”，也就是说“steal”在这里具有“索取+给予”义，而这“给予”义恰好是双及物构式压制的结果。汉语中的“买”也是如此：

通常持续功率的机组要求有一定的稳定频率稳定性，注重测试机组的频率降指标测试。对于医院、、学校、数据中心等使用的应急备用机组，要求有较快的响应性，对机组的一次加载能力性能指标有要求，并规定在较短的时间内带负载运行。

发电机组在额定功率区间运行效率较高，负载过低通常会导致燃油消耗率过高。为适应电力系统负载大范围变化引起的发电效率特点，通常会配备两台以上的发电机组，根据用电负荷的变化决定并机数量，使发电机组的负荷率稳定在合理区间，也能满足用电需求

。机组并车时，需要对不同机组的转速、频率、相序、电压值进行调节，电控发电机组配套相应的整车功能进行调节。

但，驮子和常爱兰真的受伤了。他们尽管一直让人说笑话，但那仅仅是笑话，不影响太大的面子。而且他们也感受到岭北人最多也就是说说笑笑了，不会真的看不起他们。而自己的孩子因为画了这些有伤风俗的画让老师找上门来了，这就是莫大的耻辱了。

1)机组用电可靠性高。目前的电站及数据中心等项目大多使用多台机组并联使用，即使有机组出现故障无法使用，只要利用控制中心将故障机组切断使用，其他机组的功率依然能够满足重要负载的供电需求；同时也可将负载转移到其他机组，对运行中的某个机组进行维修保养，实现机组轮流工作，提高机组的使用可靠性。

2)电压稳定性高。电力负荷经常随着运行工况的不同发生变化，对于发电机来说，满负荷使用时，发电效率最高。负载较小时，可采用单机运行，负荷较大时，控制模块使用自动分配功率，控制多台机组并联运行。根据工况的变化情况，使用不同的控制策略，减少运行中的“大马拉小车”及“小马拉大车”现象，确保每台机组都处于高效运行状态。

3)单个机组供电，负载增加时，会出现电力供应不足，机组频率及电压下降，降低发电的稳定性。若机组一直运行在轻负荷状态下，油耗较高，降低机组效率，同时也对发动机的使用寿命有较大的影响。并联机组的控制方式可以避免以上缺点。

机组并联时，为了避免机组之间产生较大的冲击转矩，需要调整待并联机组的各项参数保持一致，以下是多台机组并联的条件：

1)相序一致

聚类分析反映各元素之间的亲疏关系。用背景数据作聚类分析，并研究各因子分配情况，试图发现其它的地质信息。参与分析元素名称: Au，As，Sb，Cu，Pb，Zn，Ag，W，Sn，Mo，Bi，Cr，Co，Ni，Nb，La，Th，U，Y，Cd。原始数据做标准化变换，样品数5 964，变量数20，以γ=0.25相似性量度，可以分为互不相似的4个大族(图3)。

三相电源是一组振幅、频率相同、相位差为120°的三相交流电，是由一个三绕组三相发电机产生的，见图5。如果并联的机组相序不同，相当于两个发电机组被相互加上一组负序电压，此时逆向电流及转矩的冲击较大，会导致系统无法运行。所以并联过程中首先要保证待并联机组的相序一致性。

启动并空载工况运行5-10分钟，按照备用功率0%-50%，50%-100%，100%-0%进行加载测试，重复三次取平均值。

瞬态频率偏差包括最大瞬态频率上升与最大频率下降，是指机组从较高功率到较低功率降低，或者从较低功率到较高功率加载时，频率变化的最大值。

转速和频率是影响发电机电压的重要因素，若频率及转速不同，则发电机的三相电压不一致，以至于不同机组的相量间相位差在不断变化，电压差值也在改变。频率相差越大，电压变化的速度越快。若此时闭合并联或负载合闸开关，会产生较大的冲击电流及扭矩，导致并联机组达到同步稳定的过程变长。

3)发电机电压一致

通过调整发动机的转速及使用发电机的AVR调整励磁电流就可以调节电压的大小。电压不同的机组进行并联，电源会因为内阻剧烈发热而烧毁，继而系统发生破坏性崩溃。

多台机组并机时，为了提高电力系统运行的经济性和系统可靠性，这就要求系统控制逻辑上不仅要求柴油发电机组本身具有良好的性能，而且要求各柴油发电机组间合理承担下游系统中的有功和无功负荷，集中反映在对发动机的调速系统和同步发电机的调压系统。

李福印在《认知语言学概论》中指出语法的本质其实是象征性的，这种象征性是通过结构式来体现的，整个语言系统是由无数个处于不同层级上的象征性结构组成的。每一个象征性结构都有其语音和语义两极。概念重叠即一个语义结构的组成成分与另一个语义结构的成分一致而能够互相契合组合，这种一致会引发人的一系列的思维过程，逐渐形成概念的重新构造过程。陈文博认为：概念的重组理论的核心融合空间的三个过程是组合完善扩展，概念重组的语言成分的整合效应还依赖于两个因素：一个是整合的“框架”；另一个是输入的“元素”，即被选择提取出来参与整合的语言成分。下面我们以“美丽的故乡”为例，粗略介绍概念重叠与概念重组的心理思维过程。

1)下垂控制(DroopContol)

为了保证柴油发电机组并机运行的稳定性，往往采用下垂控制，即分别通过P/f下垂控制和Q/V下垂控制来获取稳定的频率和电压，这种控制方式对各柴油发电机组输出的有功功率和无功功率分别控制，无需各机组间的通信协调，实现各柴油发电机组之间的对等控制，保证了柴油发电机组并机系统的供需平衡和频率稳定。下垂控制采用了电压、电流双环控制，电流内环动态响应速度快，用来提高柴油发电机组的电能质量，电压外环控制器动态响应速度较慢，可以控制系统的输出电压，并产生内环参考信号。假设额定频率运行时，柴油发电机组输出的有功功率为P，F、U分别为电力系统的频率和额定电压幅值，通过下垂环节输出频率和电压幅值的指令，再通过电压合成环节产生参考电压，然后，参考电压将作为电压电流双环节控制器的输入。

2)调速(有功-频率控制)系统

以同步发电机的额定功率为基准值，当下游负载的有功功率增加时，则同步发电机的输出频率下垂到某个新的稳定值，柴油发电机组并联运行时，各发电机动态调整各自的频率和功率，直至满足所有负载需求。若各柴油发电机组容量相同，则静态调差系数也相同，输出功率自然也相同。

本期木皮市场需求一般，总体销势下滑，行情也属稳中转跌，价格水平有所偏软。但进口木皮较比国产木皮销势还是要好一些。市场上麦当娜树瘤的进口天然木皮，售价高达170～200元/m2，雀眼枫木、红影、白影，以及环纹沙比利等高档树种的木皮制品标价在140元/m2上下，虽然买卖频率不高，但是大单需求几率不少，促使价位还是居高不下。本期科技木皮、染色木皮价格下落变化明显，例如桦木、杨木产品几块钱就能买到，枫木的市场售价也下到十几元钱。

3)调压(无功-电压控制)系统

同理，同步发电机的无功-电压下垂控制系数，反映了柴油发电机组无功功率增量与端电压偏差的关系，经过测量环节与调差环节的计算得出参考电压，然后在与发电机端电压进行比较(其中调压器为PI控制)，使得发电机端电压始终迅速跟踪电压指令。

3 发电机组转速影响因素

发电机组配套运行时,转速波动对电力输出有较大影响，对发动机转速波动造成影响的主要有以下几个方面：

(1)燃油系统故障

低压油路不畅、喷油器堵塞、燃油雾化效果较差等燃油系统异常会使供油量波动较大，导致发动机出现游车现象

。

(2)进排气系统故障

空气滤清器堵塞、进气管路泄露、排气背压过大等会导致进气压力不足，缸内燃烧效果下降，导致动力不足，机组负载输出能力下降，转速波动较大。

(3)控制系统故障

对使用电子调速器的机械泵发动机而言，执行器卡滞、转速传感器损坏、电子调速器的调整旋钮位置设定位置不当是导致控制系统异常的主要因素。

电控发动机的控制系统异常主要体现在软件内部的PID调节设置不当

。如果机组的转速控制是由控制器模块使用CAN报文信息发送转速需求，报文信息的地址、周期、报文解析异常会导致转速需求值异常。

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4 总结

本文根据发电机组的整体结构及运行方式，对使用电子调速器调整转速的发电机组及电控高压共轨发电机组的转速控制方式进行对比，现有的转速控制系统基本都是采用PID控制算法，实现对发动机转速的闭环控制。介绍了发电机组测试常用的评价指标及发电机组转速常见的影响因素分析，对后续发电机组的测试分析与故障排查有着积极地意义。

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