专利名称：一种内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发电机控制技术领域，特别涉及一种内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法和装置。
背景技术：
下面先介绍内燃机驱动发电机的组成及工作原理。参见图1，该图为现有技术中内燃机驱动发电机的结构图。内燃机101作为原动机驱动发电机102发电，发电机102输出的交流电经过整流单元103整流为直流后输出给逆变单元104，逆变单元104在控制器105的控制下将直流电逆变为需要的交流电，然后再讲过滤波单元106进行滤波后提供给负载。同时，控制器105 通过油门控制器107控制内燃机101的油门开度。有些应用场合需要发电机提供较大的功率输出，但是一台发电机可能无法满足要求，例如一台发电机的输出功率是1. 6kw，但是负载需要3kW的功率，这样就需要将两台发电机并联在一起为负载提供电源。参见图2，所示，该图为现有技术中多台发电机并联在一起为负载供电的示意图。该并联系统包括两台发电机，每台发电机对应一台内燃机；发电机的输出端并联在一起为负载提供电源。由于发电机并联为负载供电与光伏逆变并网是两个完全不同的供电方式，光伏逆变并网只需要与电网的相位相同，频率相同即可，不需要光伏逆变中的各个并联电机之间实现功率平衡。但是，发电机并联为负载供电需要各个发电机之间实现功率平衡。因此，如何控制内燃机驱动发电机并联运行是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法和装置，能够使并联运行的发电机组间实现自动功率平衡。本发明提供一种内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法，包括以下步骤每次内燃机启动，每台发电机的控制器检测输出电压回路上是否有电压输出，如果检测到有电压输出，则作为从机以检测到的电压的相位为基准，使自身的输出电压与检测的电压的相位同步；如果没有检测到电压，则作为主机；获得各自的有功功率和输出电流的有效值；由各自的输出电流的有效值按照各自的下垂特性曲线查找对应的输出电压幅值， 由各自的有功功率按照各自的下垂特性曲线查找对应的内功率因数角；每台发电机的下垂特性曲线的斜率相同；每台发电机下垂特性曲线包括输出电压-输出电流特性曲线和内功率因数角-有功功率特性曲线；内功率因数角为PWM波的相位与输出电压的相位的相位差；控制每台发电机达到各自对应的输出电压幅值和内功率因数角。
优选地，所述获得每台发电机的有功功率具体为实时检测每台发电机的输出电压和输出电流；
tools]由公式叹⑴获得有功功率；其中，P代表有功功率；U(t)代表采
样时刻t对应的发电机的输出电压，I (t)代表采样时刻t对应的发电机的输出电流；T代表输出电压的周期；Δ t代表采样时间间隔。优选地，所述检测每台发电机的输出电压具体为将滤波单元的输出电压进行整流；将整流后的电压进行模数变换获得输出电压。优选地，所述检测每台发电机的输出电流的有效值具体为将电流采集互感器采集的滤波单元的输出电流进行正幅度值变换获得输出电流的有效值。优选地，所述控制每台发电机达到各自对应的输出电压幅值，具体为通过调整产生PWM波的正弦幅值的系数来调整输出电压幅值；优选地，所述控制每台发电机达到各自对应的内功率因数角，具体为通过调整PWM波的相位来调节内功率因数角的相位。优选地，每台发电机的所述输出电压的相位的检测具体为将滤波单元的输出电压进行整流；将整流后的电压进行方波变换获得输出电压的相位，或者将整流后的电压进行峰值变换获得输出电压的相位。本发明还提供一种内燃机驱动发电机组并联运行的控制装置，包括检测单元，每次内燃机启动时，检测输出电压回路上是否有电压输出，如果检测到有电压输出，则作为从机以检测到的电压的相位为基准，使自身的输出电压与检测的电压的相位同步；如果没有检测到电压，则作为主机；功率获得单元，用于获得各自的有功功率；输出电流获得单元，用于获得输出电流的有效值；查找单元，用于由各自的输出电流的有效值按照各自的下垂特性曲线查找对应的输出电压幅值，由各自的有功功率按照各自的下垂特性曲线查找对应的内功率因数角；每台发电机的下垂特性曲线的斜率相同；每台发电机下垂特性曲线包括输出电压-输出电流特性曲线和内功率因数角-有功功率特性曲线；内功率因数角为PWM波的相位与输出电压的相位的相位差；控制单元，用于控制每台发电机达到各自对应的输出电压幅值和内功率因数角。优选地，所述功率获得单元包括输出电压的检测子单元，用于实时检测每台发电机的输出电压；输出电流的检测子单元，用于实时检测每台发电机的输出电流；计算子单元，用于由公式[￠/⑴获得有功功率；其中，P代表有功
功率；U(t)代表采样时刻t对应的发电机的输出电压，I (t)代表采样时刻t对应的发电机的输出电流；τ代表输出电压的周期；Δ t代表采样时间间隔。优选地，所述输出电压检测子单元检测输出电压具体为将滤波单元的输出电压进行整流；将整流后的电压进行模数变换获得输出电压。
优选地，还包括输出电压的相位检测单元，用于将滤波单元的输出电压进行整流； 将整流后的电压进行方波变换获得输出电压的相位，或者将整流后的电压进行峰值变换获得输出电压的相位。优选地，所述输出电流获得单元用于获得输出电流的有效值具体为将电流采集互感器采集的滤波单元的输出电流进行正幅度值变换获得输出电流的有效值。优选地，所述控制单元通过调整产生PWM波的正弦幅值的系数来调整输出电压幅值；通过调整PWM波的相位来调节内功率因数角的相位。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明提供的内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法，通过给每台发电机预设下垂特性曲线，并且每台发电机的下垂特性曲线的斜率相同，因此可以通过反馈的输出电流和有功功率来控制输出电压幅值和内功率因数角，从而实现并联发电机之间的功率的自动平衡。不需要多台发电机并联运行添加额外的附属设备，并且不需要用户进行任何操作。
图1是现有技术中内燃机驱动发电机的结构图；图2是现有技术中多台发电机并联在一起为负载供电的示意图；图3a是本发明提供的两台发电机的输出电压-输出电流特性曲线；图北是本发明提供的两台发电机的内功率因数角-有功功率特性曲线；图4是本发明提供的内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法实施例一流程图；图5是本发明提供的控制方法实施例二流程图；图6是本发明提供的输出电压的方波变换和峰值变换的示意图；图7是本发明提供的输出电流的正幅度值变换的示意图；图8是本发明提供的内燃机驱动发电机组并联运行的控制装置实施例一结构图；图9是本发明提供的功率获得单元的结构图；图10是本发明提供的控制装置实施例二结构图。
具体实施例方式为了使本领域技术人员能够更好地理解和实施本发明，下面先介绍本申请基于的发电机并联的原理。由发电机并联原理获得发电机输出功率的公式如下P=Ml.(1)
XS2 = P2+Q2(2)S = UI(3)其中，P代表发电机输出的有功功率；Q代表发电机输出的无功功率；S代表发电机的视在功率礼代表负载电压，U代表发电机的输出电压，I代表发电机的输出电流；X代表发电机的内抗；θ代表发电机的内功率因数角。从公式(1)中可以分析得出有功功率P与发电机的内功率因数角θ成正比。θ 相位超前，则输出有功功率；θ相位滞后，则吸收有功功率。
从公式O)中可以分析得出无功功率Q、有功功率P和视在功率S之间的关系，通过调节P和S便可以实现调节Q的目的。为了计算简单，可以通过U和I计算S ；直接通过调节S来间接调节无功功率。由于视在功率S与发电机的输出电压U的幅值成正比。输出电压U幅值高的，输出无功功率；输出电压U幅值低的，吸收无功功率。因此，本申请就是通过调节发电机的内功率因数角来调节有功功率，通过调节发电机的输出电压的幅值来调节视在功率，间接调节无功功率。需要说明的是，内燃机驱动发电机的内功率因数角是控制器输出的PWM波的相位与输出电压U的相位的相位差。控制器输出的PWM波用来控制逆变单元中的各个开关管的开关状态。因此，发电机的内功率因数角是控制器可以通过PWM波的相位和的U相位计算获得的。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。虽然多台发电机并联在一起为负载供电，但是每台发电机还是独立进行控制，只是控制每台发电机的运行按照下垂特性曲线进行控制。并且每台发电机的下垂特性曲线的斜率相同。每台发电机下垂特性曲线包括输出电压-输出电流特性曲线和内功率因数角-有功功率特性曲线；具体可以参见图3a和图3b，图3a是本发明提供的两台发电机的输出电压-输出电流特性曲线；图北是本发明提供的两台发电机的内功率因数角-有功功率特性曲线。其中，机组1代表一台发电机，机组2代表另一台发电机。其中，输出电压-输出电流特性曲线的纵坐标为输出电压(单位是V)，横坐标为输出电流(单位是A)。内功率因数角-有功功率特性曲线的纵坐标为内功率因数角(单位是度)，横坐标为有功功率(单位是kW)。下面以两台发电机并联运行为例进行介绍，多台发电机并联运行的原理与此相同，在此不再赘述。当两台发电机的相位同步以后，需要控制两台发电机的功率实现平衡分配。通过上面分析可知，实现并联机组的功率平衡，只需要控制发电机的输出电压幅值和内功率因数角即可。只要每台发电机按照预先设定的下垂特性曲线运行，便可以自动实现功率的平衡分配。因此，本发明实施例提供的控制方法需要控制每台发电机运行在自己的下垂特性曲线上。参见图4，该图为本发明提供的内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法实施例
一流程图。本实施例提供的内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法包括以下步骤S401 每次内燃机启动，每台发电机的控制器检测输出电压回路上是否有电压输出，如果检测到有电压输出，则作为从机以检测到的电压的相位为基准，使自身的输出电压与检测的电压的相位同步；如果没有检测到电压，则作为主机；多台发电机并联在一起时，为了使相位同步，则有一台发电机作为主机先启动，从机跟随主机进行同步运行。S402 :获得各自的有功功率/和输出电流的有效值；
S403 由各自的输出电流的有效值按照各自的下垂特性曲线查找对应的输出电压幅值，由各自的有功功率按照各自的下垂特性曲线查找对应的内功率因数角；每台发电机的下垂特性曲线的斜率相同；每台发电机下垂特性曲线包括输出电压-输出电流特性曲线 (U-I)和内功率因数角-有功功率特性曲线(θ -P)；由P查找θ -P曲线获得对应的θ，由Q查找U-I获得对应的U。S404:控制每台发电机达到各自对应的输出电压幅值和内功率因数角Θ。本实施例提供的方法采用输出电压幅值和输出电压相位按预定下垂特性曲线进行变化实现无通讯线并联运行发电机之间的功率的自动平衡。无功功率分配过程中或负载扰动时，参与并联运行的机组的输出电压幅值按照预定斜率做下垂变化，输出无功功率高的发电机的输出电压幅值下降较多，输出无功功率低的发电机的输出电压幅值下降较少。这样，原输出无功功率高的发电机随着其输出电压幅值降低而输出无功功率开始降低，负载多余的无功功率由原输出无功功率较少的机组承担。由于参与并联运行的机组的输出电压幅值下降所依据的下垂特性曲线的斜率是相同的，因此，无功功率的分担最终将在并联运行的各个发电机中实现自动平衡。有功功率分配过程中或负载扰动时，参与并联运行的机组的内功率因数角按照预定斜率做下垂变化。输出有功功率大的发电机的内功率因数角较大，输出有功功率小的发电机的内功率因数角较小。输出有功功率大的发电机的控制器控制逆变单元输出PWM的相位进行大的滞后调节，从而使内功率因数角滞后一个较大的角度。输出有功功率小的发电机的控制器控制逆变单元输出PWM的相位进行小的滞后调节，从而使内功率因数角滞后一个较小的角度。由于内功率因数角的改变，原输出有功功率大的发电机随着其内功率因数角的减小，其输出有功功率也将减小，负载多余的有功功率由原输出有功功率小的发电机承担。由于参与并联运行的发电机的内功率因数角下降所依据的下垂特性曲线的斜率是相同的，所以有功功率的分担将在并联运行的各个发电机中实现自动平衡。本发明提供的内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法，通过给每台发电机预设下垂特性曲线，并且每台发电机的下垂特性曲线的斜率相同，因此可以通过反馈的输出电流和有功功率分别来控制输出电压幅值和内功率因数角，从而实现并联发电机之间的功率的自动平衡。不需要多台发电机并联运行添加额外的附属设备，并且不需要用户进行任何操作。参见图5，该图为本发明提供的控制方法实施例二流程图。S501与S401相同，在此不再赘述。S502 所述获得每台发电机的有功功率具体为实时检测每台发电机的输出电压的和每台发电机的输出电流；贝U由公式Ρ = 叹⑴χ/⑴間获得有功功率；其中，P代表有功功率；U(t)代
表采样时刻t对应的发电机的输出电压，I (t)代表采样时刻t对应的发电机的输出电流；T 代表输出电压的周期；Δ t代表采样时间间隔。下面介绍U、I的具体获得方式。所述实时检测每台发电机的输出电压具体为将滤波单元的输出电压进行整流；将整流后的电压进行模数变换获得输出电压；
由于控制器只能检测正值，不能检测负值，因此，需要将交流的输出电压进行整流后进行检测。由于内功率因数角为PWM波的相位与输出电压的相位的相位差；因此，需要通过输出电压的相位和PWM波的相位获得内功率因数角，由于PWM波的相位，控制单元本身已经获知，因此只需要检测输出电压的相位即可。所述检测每台发电机的输出电压的相位具体为将滤波单元的输出电压进行整流；将整流后的电压进行方波变换获得输出电压的相位，或者将整流后的电压进行峰值变换获得输出电压的相位。电压方波变换和峰值变换的图形可以参见图6，由于对滤波单元的输出电压进行的是半波整流，因此半波整流后的电压仅是正半周期的，方波变换后的波形是半个周期，峰值变换后的波形是1/4个周期。当负载是线性负载时，方波变换和峰值变换获得的输出电压的相位是相同的。当负载是非线性负载时，方波变换和峰值变换获得输出电压的相位是不同的，此时，以峰值变换获得的输出电压的相位为准。所述检测每台发电机的输出电流的有效值具体为将电流采集互感器采集的滤波单元的输出电流进行正幅度值变换获得输出电流的有效值；输出电流的正幅度值变换可以参见图7。由于输出电流没有经过整流，所以要首先对输出电流进行正幅度值变换将输出电流变为正的。输出电流的正幅度值变换是将正负电流变换为正电流，可以从图7中看出，输出电流的过零点提到了 2. 5V。S503与S403相同，在此不再赘述。S504 通过调整产生PWM波的正弦幅值的系数来调整输出电压幅值；通过调整PWM 波的相位来调节内功率因数角的相位。基于上述提供的内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法，本发明还提供了一种内燃机驱动发电机组并联运行的控制装置，下面结合具体实施例来详细说明其组成部分。参见图8，该图为本发明提供的内燃机驱动发电机组并联运行的控制装置实施例
一结构图。需要说明的是，虽然是多台发电机并联运行，但是每台发电机是独立运行的，所以本实施例提供的控制装置适用于每台并联的发电机，其工作原理均相同。本实施例提供的内燃机驱动发电机组并联运行的控制装置，包括检测单元901，每次内燃机启动时，检测输出电压回路上是否有电压输出，如果检测到有电压输出，则作为从机以检测到的电压的相位为基准，使自身的输出电压与检测的电压的相位同步；如果没有检测到电压，则作为主机；多台发电机并联在一起时，为了使相位同步，则有一台发电机作为主机先启动，从机跟随主机进行同步运行。每台发电机的检测单元901检测输出电压回路上是否有电压来判断并联的发电机组谁是主机谁是从机。功率获得单元902，用于获得各自的有功功率；
9
输出电流获得单元903，用于获得输出电流的有效值；每台发电机的功率获得单元902检测自己输出的有功功率。查找单元904，用于由各自的输出电流的有效值按照各自的下垂特性曲线查找对应的输出电压幅值，由各自的有功功率按照各自的下垂特性曲线查找对应的内功率因数角；每台发电机的下垂特性曲线的斜率相同；每台发电机下垂特性曲线包括输出电压-输出电流特性曲线和内功率因数角-有功功率特性曲线；内功率因数角为PWM波的相位与输出电压的相位的相位差；下垂特性曲线可以参见图3a和图北，是以两台发电机并联运行为例进行介绍的。控制单元905，用于控制每台发电机达到各自对应的输出电压幅值和内功率因数角。所述控制单元905通过调整产生PWM波的正弦幅值的系数来调整输出电压幅值； 由于内功率因数角为PWM波的相位与输出电压的相位的相位差；因此，所述控制单元905通过调整PWM波的相位来调节内功率因数角的相位。本实施例提供的方法采用输出电压幅值和输出电压相位按预定下垂特性曲线进行变化实现无通讯线并联运行发电机之间的功率的自动平衡。本发明提供的内燃机驱动发电机组并联运行的控制装置，通过给每台发电机预设下垂特性曲线，并且每台发电机的下垂特性曲线的斜率相同，因此可以通过反馈的输出电流有效值和有功功率来控制输出电压幅值和内功率因数角，从而实现并联发电机之间的功率的自动平衡。不需要多台发电机并联运行添加额外的附属设备，并且不需要用户进行任何操作。参见图9，该图为本发明提供的控制装置实施例二结构图。本实施例主要介绍控制装置中的功率获得单元的结构，包括输出电压检测子单元90 ，用于检测每台发电机的输出电压；输出电压检测子单元90 检测输出电压具体为将滤波单元的输出电压进行整流；将整流后的电压进行模数变换获得输出电压；输出电流检测子单元902b，用于检测每台发电机的输出电流；计算子单元902c，用于由公式
权利要求
1.一种内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法，其特征在于，包括以下步骤每次内燃机启动，每台发电机的控制器检测输出电压回路上是否有电压输出，如果检测到有电压输出，则作为从机以检测到的电压的相位为基准，使自身的输出电压与检测的电压的相位同步；如果没有检测到电压，则作为主机；获得各自的有功功率和输出电流的有效值；由各自的输出电流的有效值按照各自的下垂特性曲线查找对应的输出电压幅值，由各自的有功功率按照各自的下垂特性曲线查找对应的内功率因数角；每台发电机的下垂特性曲线的斜率相同；每台发电机下垂特性曲线包括输出电压-输出电流特性曲线和内功率因数角-有功功率特性曲线；内功率因数角为PWM波的相位与输出电压的相位的相位差；控制每台发电机达到各自对应的输出电压幅值和内功率因数角。
2.根据权利要求1所述的内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法，其特征在于，所述获得每台发电机的有功功率具体为实时检测每台发电机的输出电压和输出电流；由公式Ρ = [VOAOAz]获得有功功率；其中，P代表有功功率；U(t)代表采样时刻t对应的发电机的输出电压，I (t)代表采样时刻t对应的发电机的输出电流；T代表输出电压的周期；At代表采样时间间隔。
3.根据权利要求2所述的内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法，其特征在于，所述检测每台发电机的输出电压具体为将滤波单元的输出电压进行整流；将整流后的电压进行模数变换获得输出电压。
4.根据权利要求2所述的内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法，其特征在于，所述检测每台发电机的输出电流的有效值具体为将电流采集互感器采集的滤波单元的输出电流进行正幅度值变换获得输出电流的有效值。
5.根据权利要求1所述的内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法，其特征在于，所述控制每台发电机达到各自对应的输出电压幅值，具体为通过调整产生PWM波的正弦幅值的系数来调整输出电压幅值。
6.根据权利要求1所述的内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法，其特征在于，所述控制每台发电机达到各自对应的内功率因数角，具体为通过调整PWM波的相位来调节内功率因数角的相位。
7.根据权利要求1所述的内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法，其特征在于，每台发电机的所述输出电压的相位的检测具体为将滤波单元的输出电压进行整流；将整流后的电压进行方波变换获得输出电压的相位，或者将整流后的电压进行峰值变换获得输出电压的相位。
8.一种内燃机驱动发电机组并联运行的控制装置，其特征在于，包括检测单元，每次内燃机启动时，检测输出电压回路上是否有电压输出，如果检测到有电压输出，则作为从机以检测到的电压的相位为基准，使自身的输出电压与检测的电压的相位同步；如果没有检测到电压，则作为主机；功率获得单元，用于获得各自的有功功率；输出电流获得单元，用于获得输出电流的有效值；查找单元，用于由各自的输出电流的有效值按照各自的下垂特性曲线查找对应的输出电压幅值，由各自的有功功率按照各自的下垂特性曲线查找对应的内功率因数角；每台发电机的下垂特性曲线的斜率相同；每台发电机下垂特性曲线包括输出电压-输出电流特性曲线和内功率因数角-有功功率特性曲线；内功率因数角为PWM波的相位与输出电压的相位的相位差；控制单元，用于控制每台发电机达到各自对应的输出电压幅值和内功率因数角。
9.根据权利要求8所述的内燃机驱动发电机组并联运行的控制装置，其特征在于，所述功率获得单元包括输出电压的检测子单元，用于实时检测每台发电机的输出电压； 输出电流的检测子单元，用于实时检测每台发电机的输出电流；计算子单元，用于由公式叹⑴χ作㈧]获得有功功率；其中，ρ代表有功功率；U(t)代表采样时刻t对应的发电机的输出电压，I (t)代表采样时刻t对应的发电机的输出电流；T代表输出电压的周期；△ t代表采样时间间隔。
10.根据权利要求9所述的内燃机驱动发电机组并联运行的控制装置，其特征在于， 所述输出电压检测子单元检测输出电压具体为将滤波单元的输出电压进行整流；将整流后的电压进行模数变换获得输出电压。
11.根据权利要求8所述的内燃机驱动发电机组并联运行的控制装置，其特征在于， 还包括输出电压的相位检测单元，用于将滤波单元的输出电压进行整流；将整流后的电压进行方波变换获得输出电压的相位，或者将整流后的电压进行峰值变换获得输出电压的相位。
12.根据权利要求8所述的内燃机驱动发电机组并联运行的控制装置，其特征在于， 所述输出电流获得单元用于获得输出电流的有效值具体为将电流采集互感器采集的滤波单元的输出电流进行正幅度值变换获得输出电流的有效值。
13.根据权利要求8所述的内燃机驱动发电机组并联运行的控制装置，其特征在于，所述控制单元通过调整产生PWM波的正弦幅值的系数来调整输出电压幅值；通过调整PWM波的相位来调节内功率因数角的相位。
全文摘要
本发明提供的内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法和装置，每次内燃机启动，控制器检测输出电压回路上是否有电压输出，如果检测到有电压输出，则作为从机以检测到的电压的相位为基准，使自身的输出电压与检测的电压的相位同步；如果没有检测到电压，则作为主机；获得各自的有功功率和输出电流的有效值；由各自的输出电流的有效值按照各自的下垂特性曲线查找对应的输出电压幅值，由各自的有功功率按照各自的下垂特性曲线查找对应的内功率因数角；每台发电机的下垂特性曲线的斜率相同；控制每台发电机达到各自对应的输出电压幅值和内功率因数角。从而实现并联发电机之间功率的自动平衡。不需要多台发电机并联运行添加额外的附属设备，并且不需要用户进行任何操作。
文档编号H02P9/04GK102307036SQ201110061280
公开日2012年1月4日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者田辉, 隆郁 申请人:隆鑫通用动力股份有限公司