一种柴油发电机组突变负载最大频率降计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于四冲程多缸发动机的柴油发电机组突变负载最大频率降计算方法，根据外部条件和发动机运行响应机理，运用转动力学分析技术，针对突变负载瞬态多段过程的最大频率波动界值计算，提出了一种频率拐点判据转矩平衡分析法和等量转速区间积分冲量矩等效法，通过对工程实际的良好拟合，建立了较完善的模型，提高了瞬态波动计算准确性，有效解决了突变频率降的理论计算问题。据此进行了编程实现，计算时，只需将原始数据输入到原始数据输入区内即可，程序将自动完成计算并输出结果，大大提高了计算的便捷性，使该方法更具有实用性和高效性；本发明专利技术用以指导抗过载型机组产品研发设计和项目柴油发电机组技术性能的计算论证。

【技术实现步骤摘要】
一种柴油发电机组突变负载最大频率降计算方法
本专利技术涉及一种柴油发电机组在突变负载下瞬态频率波动分析方法，特别是涉及一种基于四冲程多缸柴油发动机动态转矩特征和工作机理分析的最大频率降计算方法，属于柴油发电机组在突变负载下瞬态频率波动分析领域。
技术介绍
在很多实际应用项目中，柴油发电机组经常面临的问题是冲击性负载、大启动倍数负载、突加突卸性能及其与机组容量规格对立的问题；此外，随着大量电力电子集成器件在新型设备中得到应用，并且越来越多的大功率设备出现，都呈现出很强的冲击性，对供电设备要求越来越高，影响也越来越大。随着技术发展，市场对柴油发电机组抗负载冲击过载能力越发关注和需求，从而提出抗过载型柴发机组的产品要求。抗过载型机组是集成先进的储能技术，产品在研发设计过程中，需要根据机组系统本身自有的过载特性分析，以便更准确分析和配置储能系统和控制系统，从而使新产品研发少走弯路和减少风险成本。目前对柴发机组冲击过载频率波动尚缺乏理论计算方法。对于柴油发电机组项目，有的用户在招标阶段就要求提供有关产品突加频率最低点的数据。然而在现有的柴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柴油发电机组突变负载最大频率降计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：确定机组驱动转矩与输出有功功率的关系，见公式（1）：/n

【技术特征摘要】
1.一种柴油发电机组突变负载最大频率降计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：确定机组驱动转矩与输出有功功率的关系，见公式（1）：

（1）
公式（1）中各参量含义为：M(N·m)是机组发动机驱动转矩；ω(radian/s)是机组旋转角速度（角频率）；P’(watt)是机组输出有功功率瓦数值；Pkw(kW)机组输出有功功率千瓦数值；
步骤2：确定机组旋转角频率变化率即角加速度计算，见公式（2）：

（2）
公式（2）各参量含义为：α(radian/s2)是角加速度（角频率变化率）；ω(radian/s)是角速度（角频率）；M(N·m)是机组发动机驱动转矩；I(kg·m2)机组整体转动惯量；
步骤3：建立初始电频率变化率计算模型
根据公式（1）和公式（2），并以机组电频率和机械转速来表达物理角频率，得到公式（3）；其中转速和电频率的实际值与额定值的比例关系为S=f×SN/fN，并将角频率转换为ω=2π×S/60=(2πf×SN/60)/fN；为使用方便和便于编程，公式（3）中对部分参量进行了量纲转换，原则是在统一使用国际标准单位制SI基础上，对于工程实际常用的参量则转换为工程习惯用量纲；

(Hz/s)（3）
公式（3）各参量含义为：△f/△t(Hz/s)是电频率变化率，表示为Fcr；△Pa(kW)是有功功率负载突变量，突加加载用正值，突卸减载用负值；I(kg·m2)是机组整体转动惯量；f(Hz)是机组实际运行电频率；fN(Hz)是机组额定电频率；S(rpm)是机组实际运行转速；SN(rpm)是机组额定运行转速；
步骤4：最大频率降过程分析和简化初算
机组突加负载时承受初始转动力矩突变量，在转矩突变量作用下，机组转速/电频率按照转动惯量关系变化；在调速系统响应之前，转速为线性变化；在调速系统响应以后，随着机组发动机驱动转矩的增加，转速变化率相应变化，从而形成非线性转速变化；在机组发动机驱动转矩增加升至与负载突加转矩相平衡的瞬间，转速/电频率的变化率为零，转速/电频率止降，此时转速/电频率是发生在第一波峰的最低点，是整个突变负载过程的最大频率降，也是本发明要计算的目标；
在最大频率降的止降拐点之后，过调增量转矩使频率变化率翻转，频率回升，在调速系统作用下，经过若干周期逐次衰减的波动，频率重新稳定在额定水平，但频率波动的最大点是在调速系统响应以后的第一波峰，即第一次转矩平衡过零点，该处最大频率降是评价产品性能最受关注的参数；为计算最大频率降，首先以初始频率变化率近似计算负载突加瞬间至频率止降点（驱动转矩与负载转矩平衡）期间的频率变化量，在后续步骤中再根据发动机瞬态力学变化分析予以修正，简化初算见公式（4）：

（4）
公式（4）各参量含义为：△fmax%是第一波峰最大频率降百分比；△f/△t(Hz/s)是电频率变化率；T（M=M）(s)是负载突加初始至频率止降点（驱动转矩与负载转矩平衡）的时间；fN(Hz)是机组额定频率；
步骤5：频率拐点判据的转矩平衡分析
对首次转矩平衡过零时间进行分析：对于四冲程N缸发动机，运行转速S（rpm），循环周期为Tcyc=2*60S(s），平均喷油时序间隔为Tcyc/N；任意时刻有N/4缸工作在相同冲程内，按制造设计的交叉顺序正时喷油做功；调速系统响应调节值在Tci（s）=(Tcyc/N)*N/4时间内覆盖N/4做功缸以完整实现转矩调整；随着时序做功递增，响应调节值在Tc（s）时间内使发动机转矩达到与突加转矩增量抗衡，其中Tc<=Tci=Tcyc/4，即Tc<=(2*60/S)/4=30...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡斌，张守和，周金木，赵国军，平原，
申请(专利权)人：葛洲坝能源重工有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11