柴油發電機組穩定性存在問題及解決方案

文/李亞瑋

隨著我國國民經濟的快速發展，人們對電能的使用正處在前所未有的歷史時期。雖然當前很多用電設備都是依靠電網供電，但是其缺點同樣存在。如無法在突發故障時繼續持續的供電、在市政供電網絡難以覆蓋的地方如海洋、沙漠等無法進行供電等，這時就需要如柴油發電組這樣的獨立式發電設備來提供用電。柴油發電機組的優點較多，其容量大，供電時間長且不受電網故障的影響，因此近些年來更是被廣泛的作為應急電源和動力電源運用在各個領域。

1 柴油發電機組的組成及工作原理

柴油發電機組的組成并不復雜，主要是由柴油機柴油機總成、發電機以及控制系統。柴油機總成為發電機組的動力組成部分，主要功能是將化學能轉化為機械能，由懸置系統、冷卻系統、進排氣系統以及電氣系統構成，由柴油進行供給工作。發電機則由軸承、端蓋以及定子和轉子構成。柴油發電機組中的控制系統相對而言較為精密復雜，主要是對發電機組進行精確的控制以及調節壓力和配電等功能。

柴油發電機組的工作原理即為通過柴油發動機供給動能，再由軸承和端蓋將發電機中已經組裝并且并聯在一起的定子和轉子在高速的旋轉過程中做切割磁力線的運動，從而產生感應電勢，進而產生感應電流，最后帶動發電機轉動發電

2 柴油發電機組穩定性存在問題及解決方案

2.1 柴油發電機組穩定性存在問題

柴油發電機組的穩定性不好由多種原因，最為常見的是在負載產生較大波動的時候，會立刻導致柴油機的輸出扭矩與發電機的電磁扭矩產生不匹配和非平衡狀態，導致柴油發動機的轉速產生波動，最后引起電壓和頻率的抖動。另一種較為常見的現象是由于柴油發電機組與電網供電系統相比容量較小，如果在工作的過程中無功載和元器件所做功的功率在建立磁場過程中從發電機測吸收了大量的無用功功率，從而導致功率因數的大幅下降，降低電能質量。

2.2 柴油發電機組穩定性解決方案

柴油發電機組的穩定性的保證是在負載不斷變化時也需要柴油機轉速的穩定，這就需要對柴油機的轉速進行調節。轉速的有效調節能夠保證柴油機在工作中即使外界負載發生波動或者大幅變化時能夠通過改動轉速從而調節噴油泵的供油量來確保轉速的穩定。所以柴油發電機組的穩定性的最優解決方案就是性能優良的調速器。當柴油發動機處于高速運行的時候，調速器可以十分有效的避免“飛車”現象的發生，而在怠速過程中又可以另其運行十分穩定。即使是發動機的轉速處在怠速和高速中間的某一數值時，調速器都可以將其轉速限制的十分穩定，另其波動較小，從而趨于穩定。

2.3 柴油發電機組調速方案

2.3.1 常規 PID 控制

目前柴油發動機組的調速器多為常規PID控制算法調速，這是一種最為常見且應用時間最長的一種調速方案。但是PID是作為一種控制算法，難免存在一定的先天缺陷，這使得在調速過程中無法將快速響應性和安全穩定性同時達到。而且柴油發電機組的結構相對復雜，其數學模型的建立很難做到十分準確，非線性情況較多，因此就需要對常規的 PID 控制算法進行升級和改進。

2.3.2 自適應 PID 控制

自適應 PID 控制算法是日本學家最先提出的一種算法。它的工作原理是先對轉速偏差值進行自我判斷，從而決定是否在系統中使用自適應 PID 控制方法，并且進行精準的調控。在柴油機調速控制系統使用自適應 PID 控制算法雖然比常規PID控制算法具有更好的控制效果，但是它需要對調節參數進行實施的檢測和辨識，這是一個很大的計算量，需要對硬件系統提出較高的要求，在成本方面不易滿足。

2.3.3 模糊 PID 控制

模糊PID控制是一種非線性控制，它除了很多系統化的理論之外，還存在很多具體的實際應用案例，其核心為迷糊推理，由于在使用模糊控制方法時，不需要建立被控對象的精確數學模型，適用于非線性、時變的系統。發動機怠速控制系統中就應用了模糊控制算法，經過多次實驗對比后，發現在柴油機的轉速調節方面，模糊 PID 控制算法的控制效果更好，并且柴油機的非線性特點表現出更優的操作性和可實現性。但是唯一美中不足的是模糊PID控制與自適應 PID 控制和常規 PID 控制一樣存在時間長、容錯性差的問題。

2.3.4 人工神經網絡控制

人工神經網絡控制是新興的發動機調速控制科技，具有極強的學習能力和適應能力，其維護性高，同時具有并行的處理問題的機制，這與PID控制相比大大縮短了計算的時間，增加了響應的速度，使得調速過程更加穩定、安全。除了調速實時性這一優點外，其儲存方式也是分布式的，這就使其具有很好的容錯性和更簡易的操作性。

4 結語

柴油發電機組作為當今重要供能設備，無論是基于系統安全考慮還是設備節能性考慮，其穩定性都是日后所關注的焦點和努力的方向，只有控制柴油發電機組相對穩定，才能夠輸出最大的電能來供給通信、醫院、金融等供電網絡。柴油發電機組穩定性的提高不僅僅是實現電能有效利用的重要途徑，更是實現社會轉型、經濟發展、生態保護的完美契合的重要途徑。想要發電機組工作穩定，輸出電能優質，最好的辦法就是對發電機進行調速控制，文章中簡單介紹了當今較為流行和實用的調速方案，筆者相信在未來的幾年會出現更加經濟、安全、穩定的方案來供柴油發電機組使用。