一種小型生物質氣內燃發(fā)電機組控制系統(tǒng)及控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種內燃發(fā)電機組控制系統(tǒng)及控制方法,尤其涉及一種小型生物質氣 內燃發(fā)電機組控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術】
[0002] 世界能源發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了兩次重大變革,工業(yè)化前,人類主要利用薪柴作為能源, 18世紀第一次工業(yè)革命中蒸汽機的出現(xiàn)帶動了煤炭逐步取代薪柴。19世紀70年代第二次 工業(yè)革命中內燃機的出現(xiàn)帶動了石油逐步取代煤炭。目前,世界能源正處于第三次變革時 期,可再生能源迅猛發(fā)展,最終將取代石油能源。
[0003] 我國自1993年開始已成為石油凈進口國,2014年中國石油消費量超5億噸,進口 依存度接近60 %,未來還將呈現(xiàn)不斷上升態(tài)勢。大力發(fā)展可再生能源,調整能源結構,減輕 對于進口原油的過分依賴,是能源和資源供應體系面臨的重大戰(zhàn)略任務。
[0004] 作為可再生能源的重要組成部分之一,生物質能占到全世界總能耗的15%,數(shù)量 相當巨大,是21世紀能源供應中最具潛力的能源。因它來自自然界,無污染,同時又是可再 生能源而引起各國的重視。在今后幾年,生物質在生物發(fā)電、生物燃料和生物產(chǎn)品部門應用 領域將大幅增長,生物質發(fā)電的市場價值將從2010年450億美元增加到2020年530億美 J L· 〇
[0005] 我國的生物質能極為豐富,每年產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)林業(yè)廢棄物數(shù)以幾十噸計,主要包括 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的植物殘余廢棄物,牧、漁業(yè)產(chǎn)生的動物類殘余廢棄物,農(nóng)工加工產(chǎn)生的加 工殘余廢棄物和農(nóng)村、城鎮(zhèn)生活垃圾等,生物質的資源量十分巨大,但是,生物質能源分布 較分散,收集、運輸和儲存困難,發(fā)展集中式生物質能源利用難度較大,因此,小型生物質氣 冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)成為解決我國生物質能利用問題的最佳方案之一。小型生物質氣冷熱電 聯(lián)供系統(tǒng)一般指裝機容量低于500kW的系統(tǒng),以生物質氣內燃機或燃氣輪機為主要動力裝 置,通過回收利用動力裝置的高溫煙氣、高溫缸套水,向用戶提供電能、制冷和供熱。
[0006] 目前絕大多數(shù)生物質氣內燃發(fā)電機(組)采用的控制器與調速器分離,控制器僅 具有電壓、電流檢測及部分保護和控制功能,調速器只能根據(jù)速度反饋調節(jié)混合氣進氣量, 不能隨沼氣中甲烷含量的變化及時調整沼氣進氣量,控制方式較為簡單,系統(tǒng)整體協(xié)調性 較差,無法很好的適應生物質氣隨季節(jié)變化產(chǎn)氣量和成分變化的特點。目前尚未發(fā)現(xiàn)專用 于小型生物質氣內燃發(fā)電機組的控制系統(tǒng)。
【發(fā)明內容】
[0007] 為解決現(xiàn)有技術存在的不足,本發(fā)明公開了一種小型生物質氣內燃發(fā)電機組控制 系統(tǒng)及控制方法,在原有通用性控制器的基礎上,集成了調速功能;可根據(jù)內燃發(fā)電機組輸 出功率和混合器進氣量得到甲烷含量(無需甲烷濃度傳感器),及時調整沼氣進氣量,提高 了調速系統(tǒng)的工作效率和沼氣成分波動工況下的適應性。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的具體方案如下:
[0009] -種小型生物質氣內燃發(fā)電機組控制系統(tǒng),包括主控單元,所述主控單元分別與 檢測單元、進氣控制單元相連;
[0010] 檢測單元將檢測的內燃發(fā)電機組電氣參數(shù)及機體狀態(tài)傳輸至主控單元,主控單元 根據(jù)檢測單元的檢測信息通過進氣控制單元進行雙PID控制;
[0011] 以混合氣進氣PID控制即轉速PID控制為第一控制環(huán),生物質氣進氣PID控制為 第二控制環(huán),混合氣進氣PID控制混合氣的進氣量,生物質氣進氣PID調整生物質氣的進氣 量,實現(xiàn)生物質氣的進氣量和混合氣的進氣量協(xié)調控制。
[0012] 進一步的,上述一種小型生物質氣內燃發(fā)電機組控制系統(tǒng)還包括分別與主控單元 進行通信的顯示單元、上位機、保護單元、功能按鍵單元、檢測單元、供電單元,其中供電單 元包括蓄電池及與蓄電池相連的同步發(fā)電機。
[0013] 進一步的,檢測單元包括內燃發(fā)電機組電氣參數(shù)檢測單元和機體狀態(tài)檢測單元, 內燃發(fā)電機組電氣參數(shù)檢測單元用于實時檢測生物質氣內燃發(fā)電機在運行過程中的電氣 參數(shù),包括電壓、電流、功率、轉速及頻率;內燃發(fā)電機組機體狀態(tài)檢測單元檢測的內燃發(fā)電 機組機體狀態(tài)包括缸套水溫度、煙氣溫度、蓄電池電壓、機油壓力及生物質氣進氣壓力。
[0014] 進一步的,主控單元包括內燃發(fā)電機運行控制單元和充電控制單元,內燃發(fā)電機 組運行控制單元用于機組的啟??刂?、轉速控制及進氣控制,充電控制單元用于根據(jù)蓄電 池的電量狀態(tài)開啟或關閉同步發(fā)電機。
[0015] -種小型生物質氣內燃發(fā)電機組控制方法,包括以下步驟:
[0016] 通過檢測單元進行蓄電池電壓檢測、發(fā)電機電壓和電流檢測、油壓檢測、水溫檢 測、發(fā)電機轉速和頻率檢測,將檢測的信息傳輸至主控單元;
[0017] 主控單元判斷各檢測參數(shù)是否正常,當檢測參數(shù)存在異常時,根據(jù)參數(shù)異常進一 步判斷是蓄電池電壓異常、發(fā)電機電壓電流異常、油壓水溫異?;虬l(fā)電機轉速頻率異常;
[0018] 主控單元針對不同的異常情況進行控制,其中,當發(fā)電機轉速頻率異常時,采用雙 PID控制方法進行控制,混合氣進氣調節(jié),判斷內燃發(fā)電機組電流是否變化,如果是,則查表 得該電流下對應最佳空燃比進氣閥開度,生物質氣進氣PID控制器調整生物質氣進氣閥開 度,使混合器進氣閥開度對應最佳空燃比開度,如果電流沒有變化,則判斷進氣閥位置是否 變化,如果是則轉入生物質氣進氣PID控制器調整生物質氣進氣閥開度,使混合器進氣閥 開度對應最佳空燃比開度的步驟,如果否,則繼續(xù)檢測電流是否變化。
[0019] 進一步的,上述一種小型生物質氣內燃發(fā)電機組控制方法,在檢測單元檢測信息 之前還包括參數(shù)設定步驟及內燃發(fā)電機啟動步驟;
[0020] 進一步的,參數(shù)設定為對內燃發(fā)電機的各項參數(shù)進行設定,包括內燃發(fā)電機正常 運行時的電壓、頻率、最大輸出功率、缸套水溫度上下限值、機油壓力上下限值、煙氣排煙溫 度上限。
[0021 ] 進一步的,生物質氣內燃發(fā)電機啟動時,首先由啟動機帶動內燃發(fā)電機,判斷是否 滿足啟動成功條件,在一定時間內達到預設的啟動條件即認為啟動成功,如果不滿足,重新 啟動,啟動成功后,控制器發(fā)送控制信號,切除啟動機。
[0022] 進一步的,當蓄電池電壓異常時,如果是蓄電池電壓低于設定值則開啟充電,如果 是電壓高于設定值則關閉充電;
[0023] 當發(fā)電機電壓異常時,保護單元進行報警,LCD顯示單元提示調節(jié)勵磁;
[0024] 當油壓水溫異常時,保護單元進一步判斷是否超過停機閾值,如果是,則緊急停 機、LED報警、IXD顯示停機信息,如果否,則LED報警,IXD顯示單元顯示報警信息。
[0025] 進一步的,雙PID控制方法,主要指甲烷濃度不變時內燃發(fā)電機組轉速控制,以及 甲烷濃度變化時轉速控制和生物質氣進氣控制;
[0026] 其中,甲烷濃度不變時,混合氣進氣控制以內燃發(fā)電機組轉速給定為控制目標,實 際轉速作為反饋量,當實際轉速與給定轉速發(fā)生偏差時,轉速PID控制器調整混合氣的進 氣量,維持轉速穩(wěn)定;
[0027] 甲烷濃度發(fā)生變化時,
[0028] 若發(fā)電機組輸出功率不變,生物質氣進氣控制以混合氣進氣閥開度為反饋量,通 過控制生物質氣進氣閥開度即調整空燃比來維持甲烷濃度變化前后混合氣進氣閥的開度 穩(wěn)定;
[0029] 若發(fā)電機組輸出