适用于直流配电系统变速柴油发电机组的励磁控制系统的制作方法

本发明涉及船用柴油发电机组系统领域，特别涉及一种适用于直流配电系统变速柴油发电机组的励磁控制系统。

背景技术：

1、随着eedi/eexi指数在船舶领域实施，节能环保成为了衡量船舶性能的一个重要指标。直流配电系统因其独特的优点在船舶上应用也越来越广泛，传统的avr恒压励磁控制器在直流配电系统中变得不再特别适用，因整流器的输出电压只与发电机组的输出端电压有关，与频率无关。柴油发电机组件采用变速调速器将变得更加适合直流配电系统，相同负荷下，低转速比高转速要更加节能。本发明即是依据柴油机的这一输出特性，开发了一种船舶直流配电中变速柴油发单机的励磁控制系统。

2、专利cn100486101c设计了一款变速柴油发电机组的控制系统，包含有柴油机发电机组的转速控制、励磁控制以及外围电路。针对柴油发电机组调速采用的是转矩矢量控制方式，这也决定了整流装置只能使用igbt。

3、在本系统中，模拟了发电机组输出端电压的下垂特性去实现对直流母排电压的控制，对比专利cn100486101c将在控制系统实现上更简单，由于采用了二极管不控整流，系统也将更可靠、更易于维护。

技术实现思路

1、本发明的目的提供一种适用于直流配电系统变速柴油发电机组的励磁控制系统，解决了变速柴油发电机组的控制集中度高、可扩展性差的问题，简化了现有技术中复杂的控制方法。本系统使用二极管不控整流连接柴油发电机组和直流母排，二极管整流器的直流输出端经快熔接入直流母排，同时安装有直流支撑电容在熔断器和二极管整流器输出端。

2、本发明提出一种适用于直流配电系统变速柴油发电机组的励磁控制系统，包括一个或多个发电机组件、控制器，发电机组件均与控制器连接，每个发电机组件包括发电机组和二极管整流器，二极管整流器连接发电机组和直流母排，发电机组经二极管整流器整流，向直流母排馈送电源，控制器采集直流母排的电压信号和二极管整流器的输出电流，获取相应的励磁参考电流和发电机组参考转速，所述发电机组件采用变速调速模式，发电机组件根据励磁参考电流和发电机组参考转速调节相应参数。

3、在一些实施方式中，所述发电机组为柴油发电机组，所述柴油发电机组为同步发电机组。其可根据负荷的大小来调整转速，使柴油发电机组工作处于最佳耗油点。

4、在一些实施方式中，柴油发电机组的励磁电源来自同轴永磁发电机。

5、在一些实施方式中，每个所述发电机组件中还包括电压调节器和调速器，所述电压调节器用于控制柴油发电机组的输出端电压，所述调速器用于控制发电机组的转速。

6、在一些实施方式中，所述电压调节器为自动电压调节器。

7、在一些实施方式中，所述二极管整流器的直流端配有熔断器，所述二极管整流器的直流输出端经熔断器接入直流母排。

8、在一些实施方式中，所述熔断器和二极管整流器输出端均安装有直流支撑电容。

9、在一些实施方式中，所述发电机组与二极管整流器之间设有三相交流隔离开关。

10、在一些实施方式中，

11、所述控制器包括pi控制器和速度控制器，所述控制器内预设有直流母排功率电流曲线，获取二极管整流器的输出电流，通过直流母排功率电流曲线得到直流电压的参考值，通过pi控制器得到励磁参考电流；根据负载功率匹配出发电机组的转速范围，通过速度控制器，给出发电机组参考转速。本系统中将励磁电流作为控制对象，电机电压作为控制目标，通过pi控制器，实现不同转速负荷下的自动稳压的控制效果，该直流电压的参考值是由与负荷大小有关的下垂直线描述的。

12、在一些实施方式中，所述控制器上还设有卡尔曼滤波器和前馈补偿模块。

13、本发明所述的一种适用于直流配电系统变速柴油发电机组的励磁控制系统的优点为：

14、采用二极管整流相较于igbt整流器，结构简单，成本低廉，技术成熟，且无需复杂控制；

15、采用直流电压调节技术，实现对变速柴油发电机组件的励磁控制和参数自适应，并给出转速参考，满足不同负荷下柴油机可工作于最佳油耗点，达到节能减排的目的。

技术特征：

1.一种适用于直流配电系统变速柴油发电机组的励磁控制系统，其特征在于，包括一个或多个发电机组件、控制器，发电机组件均与控制器连接，每个发电机组件包括发电机组和二极管整流器，二极管整流器连接发电机组和直流母排，发电机组经二极管整流器整流，向直流母排馈送电源，控制器采集直流母排的电压信号和二极管整流器的输出电流，获取相应的励磁参考电流和发电机组参考转速，所述发电机组件采用变速调速模式，发电机组件根据励磁参考电流和发电机组参考转速调节相应参数，所述控制器包括pi控制器和速度控制器，所述控制器内预设有直流母排功率电流曲线，获取二极管整流器的输出电流，通过直流母排功率电流曲线得到直流电压的参考值，通过pi控制器得到励磁参考电流；根据负载功率匹配出发电机组的转速范围，通过速度控制器，给出发电机组参考转速。

2.根据权利要求1所述的适用于直流配电系统变速柴油发电机组的励磁控制系统，其中，所述发电机组为柴油发电机组，所述柴油发电机组为同步发电机组。

3.根据权利要求2所述的适用于直流配电系统变速柴油发电机组的励磁控制系统，其中，所述柴油发电机组的励磁电源来自同轴永磁发电机。

4.根据权利要求1或2所述的适用于直流配电系统变速柴油发电机组的励磁控制系统，其中，每个所述发电机组件中还包括电压调节器和调速器，所述电压调节器用于控制柴油发电机组的输出端电压，所述调速器用于控制发电机组的转速。

5.根据权利要求4所述的适用于直流配电系统变速柴油发电机组的励磁控制系统，其中，所述电压调节器为自动电压调节器。

6.根据权利要求1所述的适用于直流配电系统变速柴油发电机组的励磁控制系统，其中，所述二极管整流器的直流端配有熔断器，所述二极管整流器的直流输出端经熔断器接入直流母排。

7.根据权利要求6所述的适用于直流配电系统变速柴油发电机组的励磁控制系统，其中，所述熔断器和二极管整流器输出端均安装有直流支撑电容。

8.根据权利要求1所述的适用于直流配电系统变速柴油发电机组的励磁控制系统，其中，所述发电机组与二极管整流器之间设有三相交流隔离开关。

9.根据权利要求1所述的适用于直流配电系统变速柴油发电机组的励磁控制系统，其中，所述控制器上还设有卡尔曼滤波器和前馈补偿模块。

技术总结
本发明公开了一种适用于直流配电系统变速柴油发电机组的励磁控制系统，其采用一种动态的AVR调节技术，通过调节柴油发电机组的输出电压，实现对直流母排电压的控制；柴油发电机组的转速参考由励磁控制系统给出，可使柴油机工作于最佳油耗点；柴油发电机组通过二极管整流向直流母排馈送电源，相比较IGBT整流器，结构简单，成本低廉，技术成熟，且无需复杂控制；实现对柴油发电机组的励磁和参数自适应，并给出转速参考，满足不同负荷下的直流电压稳压控制；相比于传统的AVR定压调节技术，柴油机工作于定速模式，特别在低功率高转速的情况下，变速柴油机的控制模式更能发挥其节能优势。

技术研发人员：张智超,王超
受保护的技术使用者：招商局工业智能科技（江苏）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/11