燃气发电机组发动机电控系统控制策略分析

李晓辉

（沁水晋煤瓦斯发电有限公司山西省晋城市048204）

摘要：由于当前能源短缺和环境污染日益严重，能源和环境的关系成为一个极具挑战性的问题。清洁能源和电控系统的发展收受到了社会关注，燃气发电机组主要是采用天然气发动机来提供动力从而驱动发电机。而发电机组中最重要的就是发电的频率和稳定性，发电的频率一般是通过发动机的转速来决定的。因此，本文对燃气发电机组发动机电控系统的控制策略进行了讨论。

关键词：燃气发电机组；电控系统；策略分析；能源和环境

由于当前社会能源紧张和环境污染问题较为严重，清洁能源和电控技术已经开始走进了人们的生活。随着我国对煤和石油等的资源需求的增加，我国急需一种能够替代石油的一种资源，天然气（包含瓦斯气）就是其中的一类，由于它具有存储量丰富、污染小，价格便宜等优点，使得它得到了广泛地使用。燃气发电机组因其具有调峰范围广、操作较灵活、起止速度快等优点，可以作为自发电设备或者峰值发电使用。它不仅被广泛应用到医院、矿产企业，还能在科研单位和油气钻井平台等中使用。

一、燃气发电机组电控系统的技术现状和趋势

燃气发电机组是基于对天然气的使用，类似于汽油和柴油的使用。对于天然气发电机组的控制系统技术内容主要包括机组供电质量控制、机组运行控制和发动机电控技术这几个方面[1]。机组运行控制经历了一系列的发展历程，如从手动到自动再到远程监控、从单机控制到多机控制、从模拟电路和继电器到数字电路和集成电路。这些研究将燃气发电机组控制系统技术发展到了一个新的水平，发动机组的自动化和机电一体化技术也得到了快速的发展。

随着科学技术的发展，许多传统的控制方法如频率和电压控制已经不能满足设备或者用户的真是需求了。现代的自动控制技术和智能控制理论已经提供了许多控制的方法、手段及思路，利用这些知识对燃气发电机组的频率和电压控制进行进一步的研究和探索。同时，通过这些控制方式和方法也能提高发电机组和电网的频率控制精度，这也是其中一个主要的研究方向。

二、天然气发电机电控系统的总体设计

天然气发动机电控系统有各种不同的结构组成形式，根据不同的应用情况而有不同的形式，例如发动机的使用环境条件、结构性能水平或者各种要求的侧重点及一些规定的严格程度，这些都是决定着点火系统和燃气喷射机构配置的重要因素。天然气的发动机电控系统的组成主要有执行器、电控单元和输入装置等。通过传感器采集不同的信号如节气门开度、温度压力和转速等并将其传递个给ECU，然后经过ECU进行一定的分析及计算来确定这个控制方法，最后将这个控制方法传递给执行器，包括点火器、喷气阀等来实现控制功能。

天然气发电机控制系统主要分成三个部分，电子控制系统、天然气供给系统和空气进气系统[2]。其中，空气进气系统主要是调节空气进气量，根据不同的发动机状况，控制燃烧的燃料量。天然气发动机进气系统的组成部分有电子节气门体、空气滤清器、节气门位置传感器，电子节气门体是为了控制发电机在工作时的进气量，控制发动机的输出速率和转速，空气滤清器是为了保证进入气缸的空气保持清洁，节气门位置传感器是为了检测节气门开度，将信号传递各电控单元。天然气的供气过程是：将储存在气瓶中的压缩天然气经过气瓶阀门时，滤清器会提供给调压装置，高压压缩天然气，然后再经过两次降压进入到减压阀，当减压阀内的天然气开始膨胀，压力降到一定值并保持稳定时，这个压力是直接作用到低压组件上的。

三、燃气发电机组电控系统控制策略

一般来说，对于燃气发电组电控系统的控制是通过调速器将发动机转速保持在一定的范围内，从而控制燃气发电组的频率稳定。但是，当调控器的超长量较大、速度较长、系统启动负载变化较大时，电控系统容易受到过冲或震荡，事实证明，这种电控系统的稳定性较差，尤其是在空载或者过低负载的情况下，这就不能很好的考虑系统的稳定性。针对这一个特点，在燃气发电机组中提出了一种控制策略，是一种基于负荷变化的策略，控制系统可以监控发电频率、机组状态和机组电压的状态。同时，在稳定条件下，天然气发动机作用于发电机的转矩就相当于发电机负载时的电磁力矩。此时，发电机的转速稳定、节气门开度也一定，发电频率保持稳定。

当用电负荷改变时，负载的电流也会随之改变，发电机内电磁转矩的大小也会变化，此时力矩不再是平衡状态，发电机转速就会产生加速或减速状态，使发电频率产生波动。如果出现这种情况，为了能够维持发电机的发电频率保持相对稳定，就必须及时的改变发动机的节气门开度大小，从而相应的增大或者减小混合的气量，来维持转矩的一种平衡状态。因此，频率控制就是调节节气门开度在负载扰动或其他情况干扰引发波动时将频率控制在一定范围内[3]。

发电机电控系统是一个比较复杂的一个电控系统，如电控系统需要实现很多控制项目，对发动机进行控制时要确保发动机能够达到性能的最佳状态，在功率、排放、耗油方面都能达到一个好的效果，除了发动机的转速、节气门开度、燃料喷射量、进气压力等参数，温度、废弃循环等也都是影响发动机工作的因素。电控系统能够使发动机的运行达到最佳状态。同时，电控系统要适应外界的环境变化，如蓄电池电压的不稳定、负荷的改变、环境的变化等，电控单元也要与发动机进行试验匹配，由于限制条件和目标的不同，需要不同的控制策略。

结束语

综上所述，要运用燃气发电机组电控系统的相关理论知识，对电控系统的控制策略及总体设计进行研究和探讨。燃气发电机组采用的天然气发动机提供动力驱动，在发电机功率产生负荷波动时，执行相应的控制策略进行解决，实现发动机的转速稳定和整个燃气发动机组的稳定。同时，也说明了本文所涉及的控制策略能很好地控制发动机的转速，控制整个发电机组的稳定。

参考文献：

[1]孙福建，李奇，宋泉训.以太网通讯在燃气发电机组控制系统中的应用[J].内燃机与动力装置，2017，34（1）：6-8.

[2]王帅，段建东，孙力，等.基于超级电容储能的微型燃气轮机发电系统功率平衡控制[J].电力自动化设备，2017，37（2）：126-133.

[3]佚名.燃气发动机与电动机联合驱动热泵供热工况运行策略研究[J].制冷学报，2018，39（05）：87-93.