一种小型生物质气内燃发电机组控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种内燃发电机组控制系统及控制方法，尤其设及一种小型生物 质气内燃发电机组控制系统。
【背景技术】
[0002] 世界能源发展已经经历了两次重大变革，工业化前，人类主要利用薪柴作为能源， 18世纪第一次工业革命中蒸汽机的出现带动了煤炭逐步取代薪柴。19世纪70年代第二次工 业革命中内燃机的出现带动了石油逐步取代煤炭。目前，世界能源正处于第=次变革时期， 可再生能源迅猛发展，最终将取代石油能源。
[0003] 我国自1993年开始已成为石油净进口国，2014年中国石油消费量超5亿吨，进口依 存度接近60 %，未来还将呈现不断上升态势。大力发展可再生能源，调整能源结构，减轻对 于进口原油的过分依赖，是能源和资源供应体系面临的重大战略任务。
[0004] 作为可再生能源的重要组成部分之一，生物质能占到全世界总能耗的15%，数量 相当巨大，是21世纪能源供应中最具潜力的能源。因它来自自然界，无污染，同时又是可再 生能源而引起各国的重视。在今后几年，生物质在生物发电、生物燃料和生物产品部口应用 领域将大幅增长，生物质发电的市场价值将从2010年450亿美元增加到2020年530亿美元。
[0005] 我国的生物质能极为丰富，每年产生的农业林业废弃物数W几十吨计，主要包括 农业生产中产生的植物残余废弃物，牧、渔业产生的动物类残余废弃物，农工加工产生的加 工残余废弃物和农村、城镇生活垃圾等，生物质的资源量十分巨大，但是，生物质能源分布 较分散，收集、运输和储存困难，发展集中式生物质能源利用难度较大，因此，小型生物质气 冷热电联供系统成为解决我国生物质能利用问题的最佳方案之一。小型生物质气冷热电联 供系统一般指装机容量低于500kW的系统，W生物质气内燃机或燃气轮机为主要动力装置， 通过回收利用动力装置的高溫烟气、高溫缸套水，向用户提供电能、制冷和供热。
[0006] 目前绝大多数生物质气内燃发电机(组)采用的控制器与调速器分离，控制器仅具 有电压、电流检测及部分保护和控制功能，调速器只能根据速度反馈调节混合气进气量，不 能随沼气中甲烧含量的变化及时调整沼气进气量，控制方式较为简单，系统整体协调性较 差，无法很好的适应生物质气随季节变化产气量和成分变化的特点。目前尚未发现专用于 小型生物质气内燃发电机组的控制系统。 【实用新型内容】
[0007] 为解决现有技术存在的不足，本实用新型公开了一种小型生物质气内燃发电机组 控制系统及控制方法，在原有通用性控制器的基础上，集成了调速功能;可根据内燃发电机 组输出功率和混合器进气量得到甲烧含量(无需甲烧浓度传感器），及时调整沼气进气量， 提高了调速系统的工作效率和沼气成分波动工况下的适应性。
[000引为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：
[0009] -种小型生物质气内燃发电机组控制系统，包括主控单元，所述主控单元分别与 检测单元、进气控制单元相连；
[0010] 显示单元、上位机、保护单元、功能按键单元、检测单元及供电单元分别与主控单 元进行通信，其中供电单元包括蓄电池及与蓄电池相连的同步发电机。
[0011] 检测单元将检测的内燃发电机组电气参数及机体状态传输至主控单元，主控单元 根据检测单元的检测信息通过进气控制单元进行双PID控制；
[0012] W混合气进气PID控制即转速PID控制为第一控制环，生物质气进气PID控制为第 二控制环，混合气进气PID控制混合气的进气量，生物质气进气PID调整生物质气的进气量， 实现生物质气的进气量和混合气的进气量协调控制。
[0013] 进一步的，检测单元包括内燃发电机组电气参数检测单元和机体状态检测单元， 内燃发电机组电气参数检测单元用于实时检测生物质气内燃发电机在运行过程中的电气 参数，包括电压、电流、功率、转速及频率；内燃发电机组机体状态检测单元检测的内燃发电 机组机体状态包括缸套水溫度、烟气溫度、蓄电池电压、机油压力及生物质气进气压力。
[0014] 进一步的，主控单元包括内燃发电机运行控制单元和充电控制单元，内燃发电机 组运行控制单元用于机组的启停控制、转速控制及进气控制，充电控制单元用于根据蓄电 池的电量状态开启或关闭同步发电机。
[0015] -种小型生物质气内燃发电机组控制方法，包括W下步骤：
[0016] 通过检测单元进行蓄电池电压检测、发电机电压和电流检测、油压检测、水溫检 测、发电机转速和频率检测，将检测的信息传输至主控单元；
[0017] 主控单元判断各检测参数是否正常，当检测参数存在异常时，根据参数异常进一 步判断是蓄电池电压异常、发电机电压电流异常、油压水溫异常或发电机转速频率异常；
[0018] 主控单元针对不同的异常情况进行控制，其中，当发电机转速频率异常时，采用双 PID控制方法进行控制，混合气进气调节，判断内燃发电机组电流是否变化，如果是，则查表 得该电流下对应最佳空燃比进气阀开度，生物质气进气PID控制器调整生物质气进气阀开 度，使混合器进气阀开度对应最佳空燃比开度，如果电流没有变化，则判断进气阀位置是否 变化，如果是则转入生物质气进气PID控制器调整生物质气进气阀开度，使混合器进气阀开 度对应最佳空燃比开度的步骤，如果否，则继续检测电流是否变化。
[0019] 进一步的，上述一种小型生物质气内燃发电机组控制方法，在检测单元检测信息 之前还包括参数设定步骤及内燃发电机启动步骤；
[0020] 进一步的，参数设定为对内燃发电机的各项参数进行设定，包括内燃发电机正常 运行时的电压、频率、最大输出功率、缸套水溫度上下限值、机油压力上下限值、烟气排烟溫 度上限。
[0021] 进一步的，生物质气内燃发电机启动时，首先由启动机带动内燃发电机，判断是否 满足启动成功条件，在一定时间内达到预设的启动条件即认为启动成功，如果不满足，重新 启动，启动成功后，巧制器发送巧制{目号，切除启动机。
[0022] 进一步的，当蓄电池电压异常时，如果是蓄电池电压低于设定值则开启充电，如果 是电压高于设定值则关闭充电；
[0023] 当发电机电压异常时，保护单元进行报警，LCD显示单元提示调节励磁；
[0024] 当油压水溫异常时，保护单元进一步判断是否超过停机阔值，如果是，则紧急停 机、L邸报警、LCD显示停机信息，如果否，则L邸报警，LCD显示单元显示报警信息。
[0025] 进一步的，双PID控制方法，主要指甲烧浓度不变时内燃发电机组转速控制，W及 甲烧浓度变化时转速控制和生物质气进气控制；
[0026] 其中，甲烧浓度不变时，混合气进气控制W内燃发电机组转速给定为控制目标，实 际转速作为反馈量，当实际转速与给定转速发生偏差时，转速PID控制器调整混合气的进气 量，维持转速稳定；
[0027] 甲烧浓度发生变化时，
[0028] 若发电机组输出功率不变，生物质气进气控制W混合气进气阀开度为反馈量，通 过控制生物质气进气阀开度即调整空燃比来维持甲烧浓度变化前后混合气进气阀的开度 稳定；
[0029] 若发电机组输出功率发生变化，通过查表得当前功率和最佳空燃比情况下的进气 阀开度，W此为控制目标，通过控制生物质气进气阀，使混合气进气阀调整至目标位置。
[0030] 本实用新型的有益效果：
[0031] 1、生物质气内燃发电机组集成控制系统，不仅具有发电机组控制保护功能，还具 有生物质气进气控制和转速控制功能。
[0032] 2、转速控制采用分段PID控制，在启动过程和正常运行过程采用不同的PID参数， 缩短了内燃发电机组由怠速提升至额定转速的时间，又减小内燃发电机组转速超调。
[0033] 3、在甲烧含量变化时，控制器采用双PID控制方法，协调控制生物质气进气阀和混 合气进气阀，实现生物质气内燃发电机组优化运行。
【附图说明】
[0034] 图1为本实用新型结构框图；
[0035] 图2为生物质气内燃发电机组控制器控制流程图；
[0036] 图3双PID控制结构框图；
[0037] 图中，1、主控单元、2、检测单元、3、进气控制单元、4、液晶显示单元、5、上位通讯单 元、6、保护单元、7、功能按键单元。
【具体实施方式】：
[0038] 下面结合附图对本实用新型进行详细说明：
[0039] -种小型生物质气内燃发电机组多功能控制系统，包括参数检测系统、集成控制 系统、保护系统、显示通讯系统。
[0040] (1)内燃发电机组参数检测系统，包括内燃发电机组电气参数检测单元和机体状 态检测单元。内燃发电机组电气参数检测单元用于实时检测生物质气内燃发电机在运行过 程中的电压、电流、功率等电气参数；内燃发电机组机体状态检测单元包括缸套水溫度检 测、烟气溫度检测、机油压力检测、生物质气进气压力检测等。
[0041] (2)内燃发电机组集成控制系统，包括内燃发电机运行控制单元和充电控制单元。 内燃发电机组运行控制单元用于机组的启停控制、转速控制、进