專利名稱：一種能量回饋型柴油機(jī)試驗裝置控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于進(jìn)行柴油機(jī)臺架加載試驗的試驗裝置的控制方法，尤其是涉及一種廣泛應(yīng)用于的船舶電源系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)車供電系統(tǒng)、發(fā)電廠備用電源、家用汽車，以及礦山車輛驅(qū)動中等場合的柴油機(jī)進(jìn)行加載試驗時能量回饋到電網(wǎng)的裝置的控制方法。
背景技術(shù)：
柴油機(jī)組在各行各業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，可作為電源設(shè)備與發(fā)電機(jī)配合應(yīng)用在船舶電源系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)車供電系統(tǒng)、發(fā)電廠備用電源等場合，也可作為動力設(shè)備配合直變速箱應(yīng)用在家用汽車及礦山車輛驅(qū)動中。但是，對于柴油機(jī)組，在其應(yīng)用在上述具體場合前，需要通過多種試驗。以船舶推進(jìn)用柴油機(jī)組為例，國家船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CB/T 32M就規(guī)定了數(shù)十項臺架試驗。在其研制過程中以及出廠試驗時均要按照其設(shè)計曲線在不同的轉(zhuǎn)速下加載對應(yīng)的功率進(jìn)行試驗，通過試驗才能提供給終端用戶使用。一般而言要配備大功率同步發(fā)電機(jī)及其他設(shè)備將柴油機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的形式試驗加載。以某機(jī)車用柴油機(jī)出廠試驗為例，如表1所示，其出廠試驗要求在400r/min時加載297kW試驗，在900r/min時加載 1493kW試驗，如下表所示，對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速加載的試驗功率不相同，另外，二極管整流器輸出電壓變換范圍也很大，從300V 900V，這么大的電壓變化范圍是無法直接給并網(wǎng)逆變器使用的，因此采用直流升壓變換器將這些電壓變換到合適的值，如1000V，然后通過并網(wǎng)逆變器將電能饋回電網(wǎng)。
權(quán)利要求
1.一種能量回饋型柴油機(jī)試驗裝置控制方法，其特征在于所述的控制方法包括以下步驟SlOl 柴油機(jī)(6)帶動同步發(fā)電機(jī)(7)發(fā)出頻率和幅值變化的交流電，并輸出至整流器⑴；S102:整流器(1)將大小和頻率變化的交流電變換成直流電，并輸出至直流升壓變換器O)，同時向直流升壓變換器( 傳輸柴油機(jī)(6)輸出的能量；5103直流升壓變換器( 包括一重或一重以上的升壓電路單元(35)，直流升壓變換器( 將整流器(1)輸出的幅值可變的直流電壓變換為穩(wěn)定的直流電壓供并網(wǎng)逆變器(3) 使用；5104并網(wǎng)逆變器C3)包括一重或一重以上的變流器單元(31)，將直流升壓變換器(2) 輸出的直流電逆變?yōu)榻涣麟?，通過并網(wǎng)變壓器(4)和開關(guān)柜(5)回饋至電網(wǎng)，并將柴油機(jī) (6)輸出的功率輸送至電網(wǎng)，同時在柴油機(jī)(6)和電網(wǎng)之間提供隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗裝置控制方法，其特征在于所述的控制方法還包括直流升壓變換器控制過程和并網(wǎng)逆變器控制過程，所述的直流升壓變換器控制過程控制并網(wǎng)逆變器C3)的直流側(cè)電壓，所述的并網(wǎng)逆變器控制過程控制柴油機(jī) (6)的加載功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗裝置控制方法，其特征在于所述的控制方法還包括直流升壓變換器控制過程和并網(wǎng)逆變器控制過程，所述的直流升壓變換器控制過程控制柴油機(jī)(6)的加載功率，所述的并網(wǎng)逆變器控制過程控制并網(wǎng)逆變器 (3)的直流側(cè)電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗裝置控制方法，其特征在于所述的直流升壓變換器控制過程包括電壓外環(huán)控制過程和電流內(nèi)環(huán)控制過程，所述的電壓外環(huán)控制過程根據(jù)直流升壓變換器O)的輸出電壓與設(shè)定目標(biāo)電壓進(jìn)行比較，形成電壓閉環(huán)控制，并將輸出信號輸出至每重升壓電路單元(35)，作為每重升壓電路單元(3 升壓電感的平均電流給定值或續(xù)流二極管的平均電流給定值；所述的電流內(nèi)環(huán)控制過程根據(jù)升壓電路單元(3 升壓電感實(shí)時檢測電流的平均值與升壓電路單元(3 升壓電感的平均電流或續(xù)流二極管的平均電流給定值進(jìn)行比較，形成電流閉環(huán)控制，并將輸出信號輸出至升壓電路單元(35)，作為升壓電路單元(35)開關(guān)管的驅(qū)動控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗裝置控制方法，其特征在于 所述的并網(wǎng)逆變器控制過程包括有功電流給定過程和電流內(nèi)環(huán)控制過程，所述的有功電流給定過程根據(jù)試驗所需加載功率信號得到下個控制周期內(nèi)并網(wǎng)逆變器C3)每重變流器單元(31)的有功電流給定值信號；所述的電流內(nèi)環(huán)控制模塊根據(jù)并網(wǎng)變壓器(4)輸入繞組的交流電流信號有功分量和無功分量，分別與有功電流給定值和無功電流給定值進(jìn)行比較、 調(diào)節(jié)和運(yùn)算后，再經(jīng)過載波移相正弦脈寬調(diào)制單元(30)得到變流器單元(31)開關(guān)器件的觸發(fā)脈沖信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗裝置控制方法，其特征在于所述的直流升壓變換器電壓外環(huán)控制過程包括以下步驟S201 第一采樣濾波單元(8)采集直流升壓變換器( 輸出電壓U。并輸出至第一 PI 調(diào)節(jié)單元；S202:直流升壓變換器⑵輸出電壓^與目標(biāo)電壓Uref在第一 PI調(diào)節(jié)單元(9)中進(jìn)行比較和PI調(diào)節(jié)后，輸出總電流給定值TOT ；S203 總電流給定值I,ef TOT經(jīng)過第一均分單元(10)均分成η等份后得到平均電流信號 Iref，輸出至直流升壓變換器( 作為每重升壓電路單元(3 升壓電感的平均電流給定值或續(xù)流二極管的平均電流給定值；所述的直流升壓變換器電流內(nèi)環(huán)控制過程包括以下步驟·5301第二采樣濾波單元(11)采集升壓電感實(shí)時電流信號輸出至平均值求取單元 (12)求取平均值；·5302升壓電感電流平均值信號與升壓電感平均電流給定值在第二 PI調(diào)節(jié)單元(13) 中進(jìn)行比較和PI調(diào)節(jié)；·5303=PI調(diào)節(jié)信號經(jīng)過限幅單元(14)進(jìn)行限幅，得到每重升壓電路單元(3 開關(guān)管的占空比值信號；·5304三角載波形成單元(1 根據(jù)直流升壓變換器( 的重數(shù)產(chǎn)生與該重數(shù)相同的相互移相的多路三角載波，每路三角載波送至對應(yīng)的電流內(nèi)環(huán)控制模塊，與步驟S303中的開關(guān)管占空比值信號進(jìn)行比較后，得到PWM觸發(fā)信號，作為升壓電路單元(35)開關(guān)管的驅(qū)動控制信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗裝置控制方法，其特征在于所述的并網(wǎng)逆變器有功電流給定過程包括以下步驟·5401第一加載過渡時間設(shè)定單元(16)根據(jù)輸入的試驗所需加載功率信號設(shè)定加載過渡時間，并輸出至有功電流穩(wěn)態(tài)給定值計算單元(17)；·5402有功電流穩(wěn)態(tài)給定值計算單元(17)根據(jù)加載過渡時間計算得出有功電流穩(wěn)態(tài)給定值信號G—TO”并輸出至有功電流給定值計算單元(18)；·5403有功電流給定值計算單元(18)根據(jù)有功電流穩(wěn)態(tài)給定值信號計算得出有功電流給定值，并輸出至第二均分單元(19)；·S404:第二均分單元(19)將輸入的有功電流給定值進(jìn)行η等份均分后得到《，作為下個控制周期內(nèi)并網(wǎng)逆變器C3)每重變流器單元(31)的有功電流給定值信號；所述的并網(wǎng)逆變器電流內(nèi)環(huán)控制控制過程包括以下步驟·5501第三采樣濾波單元04)采集并網(wǎng)變壓器(4)輸入繞組的交流電流信號；·5502第四采樣濾波單元05)采集并網(wǎng)逆變器(3)的變流器單元(31)的交流電壓信號，經(jīng)過鎖相環(huán)單元06)計算電壓相位角；·S503:坐標(biāo)變換模塊(XT)根據(jù)輸入繞組的交流電流信號和計算得到的電壓相位角，得到電流有功分量id和電流無功分量、；·5504電流有功分量id和電流無功分量、分別與有功電流給定值 和無功電流給定值 〈進(jìn)行比較得出差值信號G _,+:和、-ζ ；·5505差值信號^ -ζ和、分別經(jīng)過第三PI調(diào)節(jié)單元08)和第四PI調(diào)節(jié)單元09) 進(jìn)行PI調(diào)節(jié)后經(jīng)過控制算法計算得到調(diào)制波指令值信號Vd和\ ；·5506調(diào)制波指令值信號Vd和Vtl經(jīng)過載波移相正弦脈寬調(diào)制單元(30)后，得到并網(wǎng)逆變器( 變流器單元(31)開關(guān)器件的觸發(fā)脈沖信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗裝置控制方法，其特征在于所述由經(jīng)過PI調(diào)節(jié)的差值信號G-ζ和、得到下一時刻調(diào)制波指令信號Vd和\是根據(jù)以下控制算法進(jìn)行計算的
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗裝置控制方法，其特征在于所述的直流升壓變換器控制過程包括平均電流給定過程和電流內(nèi)環(huán)控制過程；所述的平均電流給定過程包括以下步驟S601 第二加載過渡時間設(shè)定單元00)根據(jù)輸入的試驗所需加載功率信號確定加載過渡時間；S602:平均電流穩(wěn)態(tài)給定值計算單元根據(jù)加載過渡時間計算得到每重直流升壓變換器O)的平均電流穩(wěn)態(tài)給定值信號TOT ；5603有功電流給定值計算單元0 根據(jù)平均電流穩(wěn)態(tài)給定值信號計算得出下個控制周期內(nèi)平均電流給定值作為當(dāng)前平均電流給定值；5604第三均分單元對當(dāng)前平均電流給定值信號進(jìn)行η等份均分，得到升壓變換器( 每重升壓電路單元(3 的平均電流給定值信號Iref ；所述的電流內(nèi)環(huán)控制過程包括以下步驟5701第二采樣濾波單元(11)采集升壓電感實(shí)時電流信號輸出至平均值求取單元 (12)求取平均值；5702升壓電感電流平均值信號與升壓電感平均電流給定值在第二 PI調(diào)節(jié)單元(13) 中進(jìn)行比較和PI調(diào)節(jié)；5703:PI調(diào)節(jié)信號經(jīng)過限幅單元(14)進(jìn)行限幅，得到每重升壓電路單元(3 的開關(guān)管占空比值信號；5704三角載波形成單元(1 根據(jù)直流升壓變換器( 的重數(shù)產(chǎn)生與該重數(shù)相同的相互移相的多路三角載波，每路三角載波送至對應(yīng)的電流內(nèi)環(huán)控制模塊，與步驟S703中的開關(guān)管占空比值信號進(jìn)行比較后，得到PWM觸發(fā)信號，作為升壓電路單元(35)開關(guān)管的驅(qū)動控制信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求3或9所述的一種能量回饋型柴油機(jī)試驗裝置控制方法，其特征在于所述的并網(wǎng)逆變器控制過程包括電壓外環(huán)控制過程和電流內(nèi)環(huán)控制過程；所述的電壓外環(huán)控制過程包括以下步驟S801 第五采樣濾波單元采集并網(wǎng)逆變器(3)的直流側(cè)輸出電壓信號并與給定信號toef進(jìn)行比較后得到差值信號；5802差值信號輸出至第四PI調(diào)節(jié)單元(3 中進(jìn)行PI調(diào)節(jié)；5803經(jīng)過PI調(diào)節(jié)的差值信號輸出至第四均分單元(34)進(jìn)行η等份均分，并輸出至并網(wǎng)逆變器(3)作為每重變流器單元(31)的有功電流指令值信號所述的電流內(nèi)環(huán)控制過程包括以下步驟5901第三采樣濾波單元04)采集并網(wǎng)變壓器(4)輸入繞組的交流電流信號；5902第四采樣濾波單元0 采集并網(wǎng)逆變器(3)的變流器單元(31)的交流電壓信號，經(jīng)過鎖相環(huán)單元06)計算電壓相位角；S903:坐標(biāo)變換模塊(XT)根據(jù)輸入繞組的交流電流信號和計算得到的電壓相位角，得到電流有功分量id和電流無功分量、；5904電流有功分量id和電流無功分量、分別與有功電流給定值 和無功電流給定值 Oi行比較得出差值信號G - ,+:和、-ζ ；5905差值信號G -ζ和、-ζ分別經(jīng)過第三PI調(diào)節(jié)單元08)和第四PI調(diào)節(jié)單元09) 進(jìn)行PI調(diào)節(jié)后經(jīng)過控制算法計算得到調(diào)制波指令值信號Vd和\ ；5906調(diào)制波指令值信號Vd和Vtl經(jīng)過載波移相正弦脈寬調(diào)制單元(30)后，得到并網(wǎng)逆變器( 變流器單元(31)開關(guān)器件的觸發(fā)脈沖信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能量回饋型柴油機(jī)試驗裝置控制方法，柴油機(jī)帶動同步發(fā)電機(jī)發(fā)出頻率和幅值變化的交流電，并輸出至整流器；整流器將大小和頻率變化的交流電變換成直流電，并輸出至直流升壓變換器，同時向直流升壓變換器傳輸柴油機(jī)輸出的能量；直流升壓變換器將整流器輸出的幅值可變的直流電壓變換為穩(wěn)定的直流電壓供并網(wǎng)逆變器使用；并網(wǎng)逆變器將直流升壓變換器輸出的直流電逆變?yōu)榻涣麟?，通過并網(wǎng)變壓器和開關(guān)柜回饋至電網(wǎng)，并將柴油機(jī)輸出的功率輸送至電網(wǎng)。通過應(yīng)用該方法，使得試驗裝置占地小、電能質(zhì)量高、維護(hù)成本低，避免了能源浪費(fèi)和試驗場所環(huán)境溫度升高帶來的環(huán)境控制等問題。
文檔編號H02J3/38GK102570506SQ201210030058
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者吳強(qiáng), 張鐵軍, 彭勃, 敬華兵, 曹洋, 羅仁俊, 陳剛, 陳廣贊, 陳映林, 陳雪, 馬雅青 申請人:株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司