用于发电机组的电压调节器系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明一般涉及发动机-发电机动力系统，更具体地，涉及一种具有电压调节器 系统的发动机-发电机动力系统。
【背景技术】
[0002] 发动机_发电机或发电机组可以是发动机和发电机的组合。可将两个部件安装在 一起以形成单个机器。发电机组可在诸如建筑工地或紧急响应站点的各种地点供电。根据 要求和地点，以及特定使用所需要的电量，发电机组可以是可安装在台架上或拖车上的小 型个人便携式设备或较大的设备。
[0003] 发电机组可用作备用电源或主电源。若来自主电源的电力不再可用，则发电机组 可用于备用电源。当主电源再次可用时，可关闭发电机组。发电机组也可用作主电源。在 这种情况下，发电机组可在运行周期中运行较长时间并随后在运行周期范围之外关闭。在 任一情况下，在运行之间，发电机组都可保持较长时间的关闭状态。冷发电机组的效率可能 比温的或热的发电机组的效率低。因此，尚未工作较长时间的发电机组中可能具有欠佳的 负载接受（loadacceptance) 〇
[0004] 发动机的效率可取决于其部件温度和周围环境条件的温度。通过汽缸壁，燃烧产 生的热能损耗将对发动机机体和汽缸头、其冷却剂、油和其他部件进行加热，并且最终可能 散失到环境中。此外，在较低的温度下，润滑油的较高粘度可导致发动机内泵送损耗和摩擦 损耗的增加。这些损耗的增加，加上较低的燃烧效率，导致冷发动机性能降低。
[0005] 发动机制造商可能会经常改变燃料输送或空气系统的运行，以减轻冷发动机的影 响。这样的一个例子是改变发动机的喷射定时，以提高冷性能。由于引入了具有电子控制 的发动机，每冲程所输送的最大燃料量通常也受到限制，直到发动机已经变温热为止。这些 技术可进一步降低发动机的输出功率，从而降低发电机组较冷时的负载接受能力。
[0006] 在许多备用应用中，可将夹套水加热器配装到发动机以对冷却剂连续加热，使其 接近其完全运行温度。夹套水加热器可减轻发动机冷启动时会出现的一些困难。此实践方 法可能会增加站点运行者的运行成本。
[0007] US2010156117公开了一种具有监测设备的发电机组动力系统，监测设备配置为监 测发电机组并产生信号。性能模块可配置为基于信号将警报和关闭命令提供给发动机。动 力系统还可具有用于在第一条件和第二条件之间切换的切换设备。当切换设备的第一条件 激活时，可超越（override)性能模块，发动机可在降低的速度和负载输出下运行，并且可 抑制发电机产生电力。当切换设备的第二条件激活时，性能模块可影响动力系统的运行，发 动机可在升高的速度和负载输出下运行，并且可允许发电机产生针对外部负载的电力。
[0008] 本发明至少部分地涉及对现有技术系统的一个或多个方面进行改进或克服。
【发明内容】
[0009] 在第一方面，本发明描述了一种用于调节发电机组的输出电压的电压调节器系 统，电压调节器系统包括：电压调节器，其包括多个UFRO状态，这些UFRO状态基于指示发电 机组的运行条件的运行信号来选择，以及可为PID控制器的控制器。每个UFRO状态配置为 响应于端频率的降低来实施用于降低端电压的UFRO特性。
[0010] 在第二方面，本发明描述了一种用于调节包括电压调节器系统的发电机组的输出 电压的方法，所述方法包括以下步骤：监测发电机组的运行条件；将指示运行条件的运行 信号发送到控制器，控制器可以是配置为接收运行信号的PID控制器；基于运行信号，从多 个UFRO状态中选择UFRO特性；以及响应于端频率的降低来实施用于降低端电压的UFRO特 性。
【附图说明】
[0011] 当结合附图阅读时，从以下对各个实施例的说明，将更全面地理解本发明的上述 的和其他特征和优点，附图中：
[0012] 图1是根据本发明的具有电压调节器系统的发电机组的示意图；
[0013] 图2是根据本发明示出了电压设定点对频率的1:1V/HZ和3:lV/HzUFRO特性的 图；
[0014] 图3是根据本发明示出了所输送的瞬态功率对频率的I:lV/Hz和3:lV/HzUFRO 特性的图；
[0015] 图4是示出了与根据本发明的电压调节器系统比较的在使用l:lV/HzUFRO特性 的升温测试序列中十个相等大小的负载跃阶的电压及频率的最大偏差的图；
[0016] 图5是示出了与根据本发明的电压调节器系统比较的在使用3:1V/HzUFRO特性 的升温测试序列中十个相等大小的负载跃阶的电压及频率的最大偏差的图；
[0017] 图6是示出了在使用根据本发明的电压调节器系统的升温测试序列中十个相等 大小的负载跃阶的电压及频率的最大偏差的图；以及
[0018] 图7是示出了根据本发明的电压调节器系统的运行的流程图。
【具体实施方式】
[0019] 本发明总体涉及一种用于发电机组5的电压调节器系统10。电压调节器系统10 可调节发电机组5的电输出。
[0020] 发电机组5可包括发动机12和发电机14。发电机组5可设置有控制系统：电子 控制单元16以及电压调节器18。
[0021] 电子控制单元16可用于调节给发动机12的燃料输送20。电子控制单元16可监 测发动机转速22。电子控制单元16可跨过整个负载范围输送燃料，以获得用于来自发电机 组的恒定电源频率的恒速运行。附加负载可能需要增加燃料供给，如发动机转速的瞬态降 低所检测到的。电子控制单元16可包括用于控制燃料输送的微处理器。电子控制单元16 可以是发动机调速器。
[0022] 电子控制单元16可监测发动机的运行条件和/或环境条件。电子控制单元16可 监测发动机温度及压力和/或环境温度及压力。
[0023] 发电机14可以是交流发电机。发电机14可具有用于提供无刷励磁的同步机。同 步机的输出可在供给主机磁场绕组之前先通过旋转整流器。
[0024] 电压调节器18可测量交流发电机的端电压及频率24。电压调节器18可计算实际 端电压及频率24和标称端电压及频率24之间的误差。电压调节器18可改变发电机14中 的磁场。电压调节器18可改变励磁26的水平。
[0025] 电压调节器18可配置为基于来自监测设备和/或来自电子控制单元16的输入来 调节发电机14的运行。电压调节器18可影响发电机14的运行，以增加或减少由发电机14 产生的电输出。电压调节器18可影响发动机12的运行，以增加或减少由发电机14产生的 电输出。
[0026] 在一个实施例中，发电机组5可具有可用作人机界面的监督控制器。监督控制器 可允许用户配置标称电压及频率设置，以监测各种温度和压力并监测有功和无功功率输 出。监督控制器还可监测发动机12及发电机14的输出，以确保发电机组5的运行。
[0027] 电压调节器系统10可布置在电压调节器18中。
[0028] 当频率降至阈值以下时，电压调节器系统10可降低所期望的端电压。所期望的端 电压可降低，从而改善瞬态性能并防止发动机12熄火。电压调节器系统10可采用欠频滚 降（UFRO)，以当频率下降时降低预期的端电压。
[0029] 当将较大负载施加到发电机组5时，由于频率降低，电压调节器系统10可检测到 发动机12的减速。由于频率降低，电压调节器系统10可降低电压。
[0030] 若端频率降至阈值以下，则电压调节器系统10可允许端电压降低，从而降低负载 的有功功率分量。可预先确定阈值。一旦发动机12恢复正常并且随着端频率增加，电压调 节器系统10可将端电压回复成其标称值。
[0031] 当频率下降时，电压调节器系统10可实施UFRO特性，以降低所期望的端电压。电 压调节器系统10可实施UFRO特性，以提供一致的瞬态性能并防止发动机12熄火。
[0032] 电压调节器系统10可从多个UFRO特性中选择和实施UFRO特性。
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