具有主动卸载的发电机组控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种发电机组（１０）控制系统。控制系统包括具有期望操作范围的发动机（１２）和由发动机驱动以产生电力输出的发电机（１４）。控制系统还具有与发动机通信联接的发动机控制模块（３０），其能够在发动机上的负载导致发动机偏离期望操作范围之前基于负载指令改变发动机的操作参数。控制系统还包括自动调压器（３２）。自动调压器能够监测发电机的电压输出、电流输出和功率系数中的至少一个，并且基于电压输出、电流输出和功率系数中的至少一个的改变产生负载指令。自动调压器（３２）还能够向发动机控制模块（３０）传输负载指令。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术整体涉及一种发电机组控制系统，更具体而言，涉及一 种具有主动卸载的发电机组控制系统。
技术介绍
发电机组被用于各种移动式或固定式应用中，向例如没有公用 电源(例如，偏远采矿操作)的工地和处于临时停电、便携式操作 或充电期间的电气装置提供电力。发电机组通常包括功率源(例如 柴油发动机)和由功率源驱动以产生电力的发电机(例如交流发电 机)。发电机组的不同的操作参数可以是额定的，这些操作参数例 如是不同的功率类型(即交流电或直流电)、输出频率、输出功率 级、电压和/或电流范围等。特定的发电机组的额定操作参数通常对 应于发电机组的相对稳定的操作，并且可以#:作发电机组的各种部 件来控制这些操作参数的电流状态。例如，交流发电机的励磁电流 通常与由发电机产生的复数功率(即，有效功率和无功功率)的量 正相关。此外，在交流发电机组中，发动4几的速度通常与产生的功 率的频率正相关。一个或多个电气装置通常连接到来自发电机组的抽运功率。当 接通这些装置时，电力负载施加到发电机上并且以机械负载的形式 传输至发动机。因为由交流电供电的许多部件的特定频率是额定的(例如在北美洲为60Hz，在欧洲为50Hz)，并且这些部件会由于提 供的电源频率波动而受到损坏，所以希望保持发动机的速度相对恒 定。但是，增加在发电机上的电力负载将要求发动机增大转矩输出， 并且如果这些要求提高到高水平和/或在相对短的时间间隔内发生， 那么可能导致发动机运转慢或停止。即，发动机用以驱动发电机所需的功率大小，如电力负载所要求的功率大小，可能超过发动机的 直接输出能力或总的输出能力，由此导致发动机速度过度下降。发 动机停止或者运转慢会降低发动机的产率和效率。另外，管理和标准设定机构对发电机组产生的实际频率和电压 在多大程度下可以偏离预期的输出而不会使具有额定的这些预期电压和频率的电气装置受到损伤进行了限制。例如，自频率为60Hz偏 移10%是被允许的，自电压为120V偏移20%是被允许的。因此，必 须对发电机组仔细地进行控制，以使产生的功率的频率波动最小 (即，将发动机速度保持在可接受的频率范围内)，且使电压落入 可接受的电压范围内。管理机构还越来越强调发动机减排，包括发 电机组发动机减排，这对这些发动机的可接受的空燃比进行了限制。 此外，当前使用的被供电部件的数量在增加，因此需要指定型号的 发动机提供更大功率。其中这些要考虑的因素使得对发电机组的控 制复杂化。控制发电机组的操作的 一种方式是将控制系统包含在发电机组 中。2003年4月29日授予Eaton等人的美国专利No.6555929( '929 专利)公开了发电机组控制器的一个例子。具体而言，'929专利公 开的发电机组控制器包括用于防止发电机组由于负载改变而过度反 应的方法。发电机组控制器能够与包含在发电机组的发动机中的调 压器和任何发动机控制模块(ECM)通信，以控制发动机组的输出 电压和频率。更具体地，发电机组控制器接收来自交流发电机的模 拟电压和电流输出，将它们转换成相应的数字信号，并且利用它们 来监测发电机组的性能。发电机组控制器还利用这些信号来计算发 电机组的其它操作参数，例如输出功率、功率系数和交流发电机占 空水平和频率，并且向调压器提供指令信号以控制交流发电机的电 压、电流和功率输出水平。发电机组控制器还监测由ECM收集到的 有关发动机操作的信息，并且在发生系统错误的情况下向ECM提供 控制指令以关闭发动机。发动机组控制器监测在第 一 时间段发电机 组的输出电压和电流并且利用它们计算发电机组的第一平均功率输出。类似地，发电机组控制器监测在第二时间段发电机组的输出电 压和电流，并且利用它们计算发电机组的第二平均功率输出。然后， 发电机组控制器将第 一平均功率输出与第二平均功率输出进行比 较，以确定它们是否相差至少预定量。如果第一平均功率输出和第 二平均功率输出相差至少预定量，那么发电机组控制器提供控制信 号以使发电机组的节流阀的位置改变。虽然'929专利的发电机组控制器可以适当地控制发电机组的操 作以响应于负载相对快和/或大的增加，但其效率受到限制。由于发 电机组控制器只能在监测发电机组的功率输出两个时间段之后才提 供控制信号，所以发动机用以改变负载要求的响应时间可能经受、 甚至可能导致发动机停止。例如，由于'929专利的发电机组控制器 直到两个时间段之后才预测到即将的负载增加的事实，因此控制器 必须在上述事实之后使发电机组适应急剧改变的负载，由此使发电 机组的输出延迟(即，暂时功率缺乏)。此外，由于发电机组控制 器不包括用于处理负载峰值的策略，因此会驱动发动机和交流发电 机在过载期间突然产生最大功率输出，由此导致发动机处于停止或 运转变慢的风险。
技术实现思路
本专利技术旨在克服与现有技术相关的一些或所有缺陷。 一方面，本专利技术涉及一种控制系统。该控制系统包括具有期望 操作范围的发动机和由该发动机驱动以产生电力输出的发电机。该 控制系统还包括与发动机以通信方式联接的发动机控制模块，该发 动机控制模块能够在发动机上的负载导致发动机偏离期望操作范围 之前基于负载指令改变发动机的操作参数。控制系统还包括与发电 机和发动机控制模块以通信方式联接的自动调压器。自动调压器能 够监测发电机的电压输出、电流输出和功率系数中的至少一个并且 基于电压输出、电流输出和功率系数中的至少一个的改变产生负载 指令。自动调压器还能够将负载指令输送到发动机控制模块。另一方面，本专利技术涉及一种控制系统。该控制系统包括具有期 望操作范围的发动机和由该发动机驱动以产生电力输出的发电机。 该控制系统还包括与发动机以通信方式联接的发动机控制模块。发 动机控制模块能够监测发动机的操作参数，并且当能够确定发动机 上的负载将导致操作参数偏离预定范围时在发动机上的负载导致发 动机偏离期望操作范围之前请求卸载。该控制系统还包括与发动机 和发动机控制模块以通信方式联接的自动调压器。本专利技术在另 一 方面涉及一种方法。该方法包括监测具有发动机 和发电机的发电机组的电压输出和电流输出中的至少一个，并且基 于电压输出和电流输出中的至少一个确定发电机组的功率系数。该 方法还包括基于功率系数确定发动机的操作参数的期望变化。该方 法还包括基于该期望变化控制发动机的操作参数。附图说明图1是一种示例性公开的发电机组的示意图2是用于与图1的发电机组一起使用的控制系统的示意图3是示出图2的控制系统的一种示例性公开的操作的流程以及图4是示出图2的控制系统的另一种示例性公开的操作的流程图。具体实施例方式图1示出了包括发动机12和发电机14的发电机组10。发电机 组IO通常可以向任意数量的被供电装置提供电力。例如，发电机组 IO可以向无公用电源(例如，采矿作业)的工地提供电力，并且可 以向处于临时停电、移动式作业或充电过程中的电气装置提供电力。 可以想到的是，根据发电机14的类型，发电机组10可以提供交流 电或直;危电。发动机12通常可以提供机械功率输出。出于本专利技术的目的，发动机12被描绘和描述为四冲程柴油发动机。然而，本领域的普通技 术人员应当认识到，作为替代方案，发动机12可以具体化为任何类 型的内燃机，例如汽油发动机或气态燃料动力发动才几。应当理解， 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制系统，包括：　　　　具有期望操作范围的发动机；　　　　由所述发动机驱动以产生电力输出的发电机；　　　　与所述发动机通信联接的发动机控制模块，其能够在所述发动机上的负载导致所述发动机偏离所述期望操作范围之前基于负载指令改变所述发动机的操作参数；以及　　　　与所述发电机和所述发动机控制模块通信联接的自动调压器，其能够：　　　　监测所述发电机的电压输出、电流输出和功率系数中的至少一个；　　　　基于所述电压输出、电流输出和功率系数中的至少一个的改变而产生所述负载指令；并且将所述负载指令传输至所述发动机控制模块。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：DJ莫罗，PR德塞，SF希尔，PTA戈登，DJ麦克戈万，KDR钱伯斯，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]