柴油发电机组稳定性存在问题及解决方案

文/李亚玮

随着我国国民经济的快速发展，人们对电能的使用正处在前所未有的历史时期。虽然当前很多用电设备都是依靠电网供电，但是其缺点同样存在。如无法在突发故障时继续持续的供电、在市政供电网络难以覆盖的地方如海洋、沙漠等无法进行供电等，这时就需要如柴油发电组这样的独立式发电设备来提供用电。柴油发电机组的优点较多，其容量大，供电时间长且不受电网故障的影响，因此近些年来更是被广泛的作为应急电源和动力电源运用在各个领域。

1 柴油发电机组的组成及工作原理

柴油发电机组的组成并不复杂，主要是由柴油机柴油机总成、发电机以及控制系统。柴油机总成为发电机组的动力组成部分，主要功能是将化学能转化为机械能，由悬置系统、冷却系统、进排气系统以及电气系统构成，由柴油进行供给工作。发电机则由轴承、端盖以及定子和转子构成。柴油发电机组中的控制系统相对而言较为精密复杂，主要是对发电机组进行精确的控制以及调节压力和配电等功能。

柴油发电机组的工作原理即为通过柴油发动机供给动能，再由轴承和端盖将发电机中已经组装并且并联在一起的定子和转子在高速的旋转过程中做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，进而产生感应电流，最后带动发电机转动发电

2 柴油发电机组稳定性存在问题及解决方案

2.1 柴油发电机组稳定性存在问题

柴油发电机组的稳定性不好由多种原因，最为常见的是在负载产生较大波动的时候，会立刻导致柴油机的输出扭矩与发电机的电磁扭矩产生不匹配和非平衡状态，导致柴油发动机的转速产生波动，最后引起电压和频率的抖动。另一种较为常见的现象是由于柴油发电机组与电网供电系统相比容量较小，如果在工作的过程中无功载和元器件所做功的功率在建立磁场过程中从发电机测吸收了大量的无用功功率，从而导致功率因数的大幅下降，降低电能质量。

2.2 柴油发电机组稳定性解决方案

柴油发电机组的稳定性的保证是在负载不断变化时也需要柴油机转速的稳定，这就需要对柴油机的转速进行调节。转速的有效调节能够保证柴油机在工作中即使外界负载发生波动或者大幅变化时能够通过改动转速从而调节喷油泵的供油量来确保转速的稳定。所以柴油发电机组的稳定性的最优解决方案就是性能优良的调速器。当柴油发动机处于高速运行的时候，调速器可以十分有效的避免“飞车”现象的发生，而在怠速过程中又可以另其运行十分稳定。即使是发动机的转速处在怠速和高速中间的某一数值时，调速器都可以将其转速限制的十分稳定，另其波动较小，从而趋于稳定。

2.3 柴油发电机组调速方案

2.3.1 常规 PID 控制

目前柴油发动机组的调速器多为常规PID控制算法调速，这是一种最为常见且应用时间最长的一种调速方案。但是PID是作为一种控制算法，难免存在一定的先天缺陷，这使得在调速过程中无法将快速响应性和安全稳定性同时达到。而且柴油发电机组的结构相对复杂，其数学模型的建立很难做到十分准确，非线性情况较多，因此就需要对常规的 PID 控制算法进行升级和改进。

2.3.2 自适应 PID 控制

自适应 PID 控制算法是日本学家最先提出的一种算法。它的工作原理是先对转速偏差值进行自我判断，从而决定是否在系统中使用自适应 PID 控制方法，并且进行精准的调控。在柴油机调速控制系统使用自适应 PID 控制算法虽然比常规PID控制算法具有更好的控制效果，但是它需要对调节参数进行实施的检测和辨识，这是一个很大的计算量，需要对硬件系统提出较高的要求，在成本方面不易满足。

2.3.3 模糊 PID 控制

模糊PID控制是一种非线性控制，它除了很多系统化的理论之外，还存在很多具体的实际应用案例，其核心为迷糊推理，由于在使用模糊控制方法时，不需要建立被控对象的精确数学模型，适用于非线性、时变的系统。发动机怠速控制系统中就应用了模糊控制算法，经过多次实验对比后，发现在柴油机的转速调节方面，模糊 PID 控制算法的控制效果更好，并且柴油机的非线性特点表现出更优的操作性和可实现性。但是唯一美中不足的是模糊PID控制与自适应 PID 控制和常规 PID 控制一样存在时间长、容错性差的问题。

2.3.4 人工神经网络控制

人工神经网络控制是新兴的发动机调速控制科技，具有极强的学习能力和适应能力，其维护性高，同时具有并行的处理问题的机制，这与PID控制相比大大缩短了计算的时间，增加了响应的速度，使得调速过程更加稳定、安全。除了调速实时性这一优点外，其储存方式也是分布式的，这就使其具有很好的容错性和更简易的操作性。

4 结语

柴油发电机组作为当今重要供能设备，无论是基于系统安全考虑还是设备节能性考虑，其稳定性都是日后所关注的焦点和努力的方向，只有控制柴油发电机组相对稳定，才能够输出最大的电能来供给通信、医院、金融等供电网络。柴油发电机组稳定性的提高不仅仅是实现电能有效利用的重要途径，更是实现社会转型、经济发展、生态保护的完美契合的重要途径。想要发电机组工作稳定，输出电能优质，最好的办法就是对发电机进行调速控制，文章中简单介绍了当今较为流行和实用的调速方案，笔者相信在未来的几年会出现更加经济、安全、稳定的方案来供柴油发电机组使用。