发电机组及控制单元与方法与流程

本发明涉及发电机领域，具体地，涉及一种发电机组及控制单元与方法，特别是一种单双层磁场正交绕组永磁同步发电机组及控制单元与方法。

背景技术：

现有用于柴油发电机组的控制器主要是单独检测一路发电机三相电、一路发电机三相电加市电检测；这两种控制器只能对发电机组进行一路的电源监测，无法满足单双层磁场正交绕组永磁同步发电机组的使用需求。

专利文献cn109149763a提供了一种发电机组自启动智能控制系统，该系统包括可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器与发电机组控制器连接；所述发电机组控制器与发电机组连接；所述可编程逻辑控制器用于根据单向市电检测结果、三相市电检测结果以及是否接入无源干节点、dcs触发干节点，输出动作信号给发电机组控制器，发电机组控制器收到所述动作信号后控制发电机组启动。据该专利文献自述预留多个接口供客户任意接线使用，能够适应多种自启动状态，方便客户的使用，易于后期维护。但是该专利文献依然依赖于市电检测结果，无法适用于单双层磁场正交绕组永磁同步发电机组。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种发电机组及其控制器与工作方法。

根据本发明提供的发电机组控制单元，包含发电机运行控制模块，所述发电机运行控制模块包含以下模块：

电压信号获取模块：获取多个发电电源电路的电压监测信号：

电流信号获取模块：获取多个发电电源电路的电流监测信号；

电源信号处理模块：对电压监测信号与电流监测信号进行处理，得到发电电源功率信号；

电路调节模块：对发电电源功率信号与设定总功率值进行比较，令多个发电电源电路中的一个或多个发电电源电路卸载分闸或合闸加载。

优选地，所述电源信号处理模块中，根据多个发电电源电路对应的电流监测信号的波形与电压监测信号的波形，计算波形相位差与有效值，以及发电电源电路中发电电源的有功功率、无功功率和视在功率；

多个发电电源电路中包含有第一电源电路与第二电源电路，电路调节模块中，令第二电源电路进行分闸卸载或合闸加载。

优选地，还包含机组起动控制模块，机组起动控制模块包含以下模块：

马达启动模块：令起动马达得电工作并依次驱动发动机与发电机；

发电机起动判断模块：判断发电机是否起动成功；若是，则执行发电机运行控制模块；若否，则执行起动次数判断模块；

起动次数判断模块：经历设定的间隔时间后，返回执行发电机起动判断模块并进行返回次数计数，直至到达设定返回次数后生成报警停机信号。

优选地，所述马达启动模块中，依次执行开机延时、执行预热延时使得对发动机的输入空气进行加热，令油门继电器输出使得油门电磁阀得电工作、执行起动延时，令起动马达得电工作。

优选地，所述发电机起动判断模块包含以下任一个或全部模块：

频率条件判断模块：获取发电电源电路中发电电源的电压波形曲线信号，根据电压波形曲线信号获取实时电源频率值，根据实时电源频率值与设定电源频率值判断发电机是否起动成功；

转速条件判断模块：获取来自转速传感器的发动机转速信号，根据发动机转速信号与设定转速值判断发电机是否起动成功。

优选地，还包含机组停机控制模块，机组停机控制模块包含以下任一个或全部模块：

立即停机模块：令发电电源电路直接卸载分闸，执行停机延时，令油门继电器停止输出；

冷却停机模块：令发电电源电路按照设定规律进行卸载分闸，执行冷却延时后，再执行停机延时，令油门继电器停止输出。

优选地，还包含发动机运行参数监测模块：获取以下任一个或任多个信号：发动机转速信号、发动机缸头温度信号、机油压力信号、冷却液检测信号、进气检测信号。

本发明还提供了一种发电机组，包含第一电源电路、第二电源电路以及控制器，所述控制器包含上述的发电机组控制单元。

所述第一电源电路上设置有第一发电机、电流互感器ct1以及交流接触器km1；第二电源电路上设置有第二发电机、电流互感器ct2以及交流接触器km2；

控制器还包含第一发电电压检测端口、第一发电电流检测端口、第二发电电压检测端口、第二发电电流检测端口；

第一发电电压检测端口连接至第一电源电路，第一发电电流检测端口连接至电流互感器ct1，第二发电电压检测端口连接至第二电源电路，第二发电电流检测端口连接至电流互感器ct2。

优选地，还包含发动机、起动马达、充电机、传感器、继电器、控制器电源、空气质量开关s1以及水位开关sb1；所述发动机包含油门电磁阀与燃油泵；

所述传感器包含转速传感器、温度传感器、压力传感器；

所述控制器包含继电器输出端口、开关量输入端口、传感器端口以及通信端口；

继电器输出端口包含油门继电器端口、起动马达继电器端口、第一路电源分合闸继电器端口、第二路电源分合闸继电器端口；

传感器端口包含转速传感器端口、温度传感器端口、压力传感器端口；

通信端口包含以下任一种或任多种端口：rs485通信端口、rs232端口、can通信端口、usb通信端口。

本发明还提供了一种发电机组控制方法，包含发电机运行控制步骤，所述发电机运行控制步骤包含以下步骤：

电压信号获取步骤：获取多个发电电源电路的电压监测信号：

电流信号获取步骤：获取多个发电电源电路的电流监测信号；

电源信号处理步骤：对电压监测信号与电流监测信号进行处理，得到发电电源功率信号；

电路调节步骤：对发电电源功率信号与设定总功率值进行比较，令多个发电电源电路中的一个或多个发电电源电路卸载分闸或合闸加载。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明对现有控制器进行硬件设施的改进，取消市电检测端口，增加一路三相发电电源的电压、电流检测，通过程序设置保证两路电源可以同时进行监测；

2、通过对两路电源的参数进行统计，利用电压、电流波形进行参数的计算，有利于进行故障报警设置。

3、在总功率超过设置值时，控制器可以自动将辅助电路卸载分闸，当总功率恢复到发动机能力范围时可以将辅助电路进行自动合闸加载，以保证主要电路的供电稳定性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的发电机组结构示意图；

图2为发电机组控制方法流程图；

图3为实施例中控制器上1至27号端口说明；

图4为实施例中控制器上28至46号端口说明。

图中示出：

第一发电机1转速传感器8

第二发电机2温度传感器9

起动马达3压力传感器10

充电机4rs485通信端口11

控制板电源5rs232端口12

油门电磁阀6can通信端口13

燃油泵7usb通信端口14

继电器15

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的发电机组包含第一电源电路、第二电源电路以及控制器，所述第一电源电路上设置有第一发电机1、电流互感器ct1以及交流接触器km1；第二电源电路上设置有第二发电机2、电流互感器ct2以及交流接触器km2。此外，发电机组还包含发动机、起动马达3、充电机4、传感器、继电器15、控制器电源5、空气质量开关s1以及水位开关sb1。所述发动机包含油门电磁阀6与燃油泵7，传感器包含转速传感器8、温度传感器9、压力传感器10

相应地，所述控制器上设置有第一发电电压检测端口、第一发电电流检测端口、第二发电电压检测端口、第二发电电流检测端口；第一发电电压检测端口连接至第一电源电路，第一发电电流检测端口连接至电流互感器ct1，第二发电电压检测端口连接至第二电源电路，第二发电电流检测端口连接至电流互感器ct2。此外，所述控制器上还具有继电器输出端口、开关量输入端口、传感器端口以及通信端口。其中，继电器输出端口包含油门继电器端口、起动马达继电器端口、第一路电源分合闸继电器端口、第二路电源分合闸继电器端口；传感器端口包含转速传感器端口、温度传感器端口、压力传感器端口；通信端口包含以下任一种或任多种端口：rs485通信端口11、rs232端口12、can通信端口13、usb通信端口14。

如图1、图3以及图4所示，发电机组中主要部件的连接关系为：第一电源电路、第二电源电路上分别设置有第一路电源分合闸继电器k2、第二路电源分合闸继电器k3，两个电源分合闸继电器则分别连接至控制器上的第一路电源分合闸继电器端口、第二路电源分合闸继电器端口；第一电源电路、第二电源电路上还分别设置有保险丝fuse1、保险丝fuse2；所述油门电磁阀6通过配设的油门继电器连接至油门继电器端口，起动马达3则通过配设的起动马达继电器连接至起动马达继电器端口，起动马达3配设有电子式速度开关ass。控制器电源5在与控制器上工作电源接入端口连接的线路上还设置有保险丝fuse3与开关qa；充电机4用于对控制器电源5进行充电，充电机4的w/l端接控制器的励磁电源输出端口，充电机4正极在与控制器进行连接的线路上设置有保险丝fuse4；所述转速传感器8包含磁力传感器，并连接至转速传感器端口；其他开关结构或传感器也分别连接至控制器上相应的端口。

控制器包含发电机组控制单元，所述发电机组控制单元所包含的功能主要有：电压检测、电流检测、模拟量输入、开关量输入和继电器输出等。在发电机组中控制器的作用主要为：发动机的起动和停机控制、发电机电参数的监测和发动机的运行参数监测。发动机的起动控制包括：发动机进气预热功能、机油预热功能、预泵油功能、起动盘车功能和油门电磁阀电源输出等；发电机电参数的监测包括：发电机电压、电流、频率和功率监测；发动机的运行参数包括：发动机转速、发动机缸头温度、机油压力、冷却液检测和进气检测等。

具体地，发电机组控制单元主要包含以下几个模块：

1)机组起动控制模块，机组起动控制模块包含以下模块：马达启动模块：令起动马达得电工作并依次驱动发动机与发电机；发电机起动判断模块：判断发电机是否起动成功；若是，则执行发电机运行控制模块；若否，则执行起动次数判断模块；起动次数判断模块：经历设定的间隔时间后，返回执行发电机起动判断模块并进行返回次数计数，直至到达设定返回次数后生成报警停机信号。优选地，所述马达启动模块中，依次执行开机延时、执行预热延时使得对发动机的输入空气进行加热，令油门继电器输出使得油门电磁阀得电工作、执行起动延时，令起动马达得电工作。优选地，所述发电机起动判断模块包含以下任一个或全部模块：频率条件判断模块：获取发电电源电路中发电电源的电压波形曲线信号，根据电压波形曲线信号获取实时电源频率值，根据实时电源频率值与设定电源频率值判断发电机是否起动成功；转速条件判断模块：获取来自转速传感器的发动机转速信号，根据发动机转速信号与设定转速值判断发电机是否起动成功。

2)发电机运行控制模块，发电机运行控制模块包含以下模块：电压信号获取模块：获取多个发电电源电路的电压监测信号：电流信号获取模块：获取多个发电电源电路的电流监测信号；电源信号处理模块：对电压监测信号与电流监测信号进行处理，得到发电电源功率信号；电路调节模块：对发电电源功率信号与设定总功率值进行比较，令多个发电电源电路中的一个或多个发电电源电路卸载分闸或合闸加载。优选地，所述电源信号处理模块中，根据多个发电电源电路对应的电流监测信号的波形与电压监测信号的波形，计算波形相位差与有效值，以及发电电源电路中发电电源的有功功率、无功功率和视在功率；多个发电电源电路中包含有第一电源电路与第二电源电路，电路调节模块中，令第二电源电路进行分闸卸载或合闸加载。实际应用中，可预先对发电电源电路进行定位，例如将第一电源电路定位为主电源电路，将第二电源电路定位为辅助电源电路。

3)机组停机控制模块，机组停机控制模块包含以下任一个或全部模块：立即停机模块：令发电电源电路直接卸载分闸，执行停机延时，令油门继电器停止输出；冷却停机模块：令发电电源电路按照设定规律进行卸载分闸，执行冷却延时后，再执行停机延时，令油门继电器停止输出。

此外，发电机组控制单元还包含发动机运行参数监测模块：获取以下任一个或任多个信号：发动机转速信号、发动机缸头温度信号、机油压力信号、冷却液检测信号、进气检测信号。

如图2所示，本发明还提供了一种发电机组控制方法，主要包含以下几个步骤：

1)机组起动控制步骤，机组起动控制步骤包含以下步骤：马达启动步骤：令起动马达得电工作并依次驱动发动机与发电机；发电机起动判断步骤：判断发电机是否起动成功；若是，则执行发电机运行控制步骤；若否，则执行起动次数判断步骤；起动次数判断步骤：经历设定的间隔时间后，返回执行发电机起动判断步骤并进行返回次数计数，直至到达设定返回次数后生成报警停机信号。优选地，所述马达启动步骤中，依次执行开机延时、执行预热延时使得对发动机的输入空气进行加热，令油门继电器输出使得油门电磁阀得电工作、执行起动延时，令起动马达得电工作。优选地，所述发电机起动判断步骤包含以下任一个或全部步骤：频率条件判断步骤：获取发电电源电路中发电电源的电压波形曲线信号，根据电压波形曲线信号获取实时电源频率值，根据实时电源频率值与设定电源频率值判断发电机是否起动成功；转速条件判断步骤：获取来自转速传感器的发动机转速信号，根据发动机转速信号与设定转速值判断发电机是否起动成功。

2)发电机运行控制步骤，发电机运行控制步骤包含以下步骤：电压信号获取步骤：获取多个发电电源电路的电压监测信号：电流信号获取步骤：获取多个发电电源电路的电流监测信号；电源信号处理步骤：对电压监测信号与电流监测信号进行处理，得到发电电源功率信号；电路调节步骤：对发电电源功率信号与设定总功率值进行比较，令多个发电电源电路中的一个或多个发电电源电路卸载分闸或合闸加载。优选地，所述电源信号处理步骤中，根据多个发电电源电路对应的电流监测信号的波形与电压监测信号的波形，计算波形相位差与有效值，以及发电电源电路中发电电源的有功功率、无功功率和视在功率；多个发电电源电路中包含有第一电源电路与第二电源电路，电路调节步骤中，令第二电源电路进行分闸卸载或合闸加载。实际应用中，可预先对发电电源电路进行定位，例如将第一电源电路定位为主电源电路，将第二电源电路定位为辅助电源电路。

3)机组停机控制步骤，机组停机控制步骤包含以下任一个或全部步骤：立即停机步骤：令发电电源电路直接卸载分闸，执行停机延时，令油门继电器停止输出；冷却停机步骤：令发电电源电路按照设定规律进行卸载分闸，执行冷却延时后，再执行停机延时，令油门继电器停止输出。

此外，发电机组控制单元还包含发动机运行参数监测步骤：获取以下任一个或任多个信号：发动机转速信号、发动机缸头温度信号、机油压力信号、冷却液检测信号、进气检测信号。

优选实施方式：

将本发明应用于单双层磁场正交绕组永磁同步发电机组，控制器包含了电源端口、第一路发电三相电压检测端口、第二路发电三相电压检测端口、第一路发电三相电流检测端口、第二路发电三相电流检测端口、继电器输出端口、开关量输入端口、模拟量输入端口、转速传感器端口、rs485通信端口、can通信端口和usb通信端口。

起动过程：

(1)将蓄电池连接到电源开关，电源开关连接到控制的电源，控制器得电。

(2)将继电器端口k1程序设置为油门输出，端口连接发动机的油门电磁阀和油泵等外围设备，继电器端口k2程序设置为起动输出，端口连接发动机的起动马达，继电器端口k8设置为空气预热设置，端口连接发动机燃油预热端口，通过控制器内部程序设置好开机延时、预热延时、起动延时、起动成功条件、起动失败间隔时间、起动次数和安全运行时间等相关参数。

(3)在控制器面板进行起动操作时，依次进入开机延时、预热延时，此时对发动机的输入空气进行加热、油门继电器输出，此时油门电磁阀先得电工作、起动延时，此时起动马达开始得电工作。

(4)起动马达工作后，发动开始运转，通过轴承连接的发电机从而开始运转，进行切割磁感线，从而对外发电，此时控制器的电压检测端口有电源输入，从而控制器获取了电源的电压波形曲线，对曲线进行分析，即得有效值为当前电压值，根据周期得到电源的频率值，当频率值达到起动成功条件时即认定起动成功，起动成功条件也可是转速，通过转速传感器连接至转速传感器端口即可，若未能成功起动，则进入起动间隔时间，之后再次进行起动，若经过设置的起动次数之后依旧没有成功起动则起动失败，进行报警停机状态；成功起动则进入安全运行状态，延时之后进入发电机组运行监测状态。

机组运行过程：

(1)机组运行状态下可通过设置继电器端口为分合闸输出以控制外部负载的连接，由于是两路独立电源输出的机组，所以需要对继电器端口k3设置为第一路电源分合闸，对继电器端口k4设置为第二路电源分合闸，两路进行独立控制，当负载连接之后，通过外部使用的电流互感器连接到两路电源的电流检测端口，控制器可以得到两路电源的电流波形图，结合电压波形，通过计算相位差以及有效值，可以得到电源的有功功率、无功功率和视在功率，从而对每一路的电压电流功率频率进行监测，通过程序设置可以将两路电源的总功率进行监测，以保证发动机工作，同时通过软件可以设置两路电源中一路电源为主要电路，另一路为辅助，在总功率超过设置值时，控制器可以自动将辅助电路卸载分闸，当总功率恢复到发动机能力范围时可以将辅助电路进行自动合闸加载，以保证主要电路的供电稳定性。

(2)在发电机组运行中，还需要对发电机绕组温度、发动机缸头温度、机组内部环境温度和发动机的机油、进气、冷却液的检测，温度等参数可采用模拟量，将温度值转换为电阻值进行检测，其他均可通过设置开关量进行检测。

停机过程：

(1)当机组准备停机时，首先卸下负载；因为发电机组在运行时内部产生大量的热，此时可以选择冷却停机或者立即停机，立即停机则控制器会直接进行分闸操作，进入停机延时，油门继电器停止输出，最终发动机停止工作，发电机停止输出；冷却停机可需要设置冷却延时，停机控制器也可以进行自动分闸操作，进入冷却延时，延时结束后再进入停机延时，油门继电器停止输出，最终发动机停止工作，发电机停止输出。

(2)关闭蓄电池电源开关，控制器停止工作。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。