專利名稱：基于模塊化能量控制的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于模塊化能量控制的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，屬于燃?xì)廨啓C(jī)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站作為一種實(shí)用性強(qiáng)、低污染、低維護(hù)的發(fā)電系統(tǒng)，在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。為了能夠達(dá)到令燃料進(jìn)行低排放燃燒的目的，
傳統(tǒng)的微型燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，往往將微型燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率簡(jiǎn)單視為與轉(zhuǎn)速的線性關(guān)系，設(shè)定排氣溫度的極限報(bào)警值，建立基于轉(zhuǎn)速和燃料供應(yīng)量對(duì)應(yīng)關(guān)系的調(diào)節(jié)規(guī)律。功率是微型燃?xì)廨啓C(jī)控制的目標(biāo)參數(shù)，由于傳統(tǒng)的微型燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單地將微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率視為與轉(zhuǎn)速的線性關(guān)系，并通過轉(zhuǎn)速控制燃料供應(yīng)量，這種線性控制系統(tǒng)使得微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率一旦變化即可導(dǎo)致微型燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)速的變化，從而燃料供應(yīng)量隨之改變，導(dǎo)致微型燃?xì)廨啓C(jī)工作不穩(wěn)定。而且現(xiàn)有方案中，往往一個(gè)微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一個(gè)控制系統(tǒng)，若微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)需要改變?nèi)剂项愋停热缬扇細(xì)飧臑槿加?，則需要完全替換控制系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)多燃料適應(yīng)的目的?？梢姡F(xiàn)有技術(shù)中，沒有一種微型燃?xì)廨啓C(jī)的控制方案，既能夠控制燃?xì)廨啓C(jī)的低排放燃燒，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)多種類型燃料的適應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了基于模塊化能量控制的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，本發(fā)明能夠控制燃?xì)廨啓C(jī)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)多燃料適應(yīng)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于模塊化能量控制的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、功率控制模塊和燃料控制分系統(tǒng)；所述燃料控制分系統(tǒng)包括燃料控制模塊和燃料細(xì)分設(shè)備；燃料細(xì)分設(shè)備包括開關(guān)閥、流量調(diào)節(jié)閥、分流器、預(yù)混室、η個(gè)噴嘴和管路；η為整數(shù)；預(yù)混室具有空氣入口 ；功率控制模塊通過通訊線路連接微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃料控制模塊，燃料控制模塊通過通訊線路連接開關(guān)閥、流量調(diào)節(jié)閥、分流器；燃料進(jìn)口通過管路連接分流器的入口，該管路上依次設(shè)有開關(guān)閥和流量調(diào)節(jié)閥；分流器的其中η個(gè)出口分別通過管路直接連接η個(gè)噴嘴；分流器的其中I個(gè)出口通過管路連接預(yù)混室，預(yù)混室的其中η個(gè)出口分別通過管路直接連接η個(gè)噴嘴；根據(jù)當(dāng)前所使用的燃油類型選擇對(duì)應(yīng)的燃料控制分系統(tǒng)；不同燃油類型的燃料控制分系統(tǒng)中，燃料控制模塊的程序不同，燃料細(xì)分設(shè)備的器件和管路類型不同；功率控制模塊，接收微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)來的信息，包括微型燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際功率、實(shí)際轉(zhuǎn)速和實(shí)際排溫；接收用戶輸入的所用燃料熱值和給定功率，所述給定功率為用戶電網(wǎng)負(fù)載所需功率；從燃料控制模塊中獲得當(dāng)前使用燃料的類型，根據(jù)燃料類型，選擇對(duì)應(yīng)的算法進(jìn)行如下處理功率控制模塊根據(jù)實(shí)際功率、給定功率結(jié)合功率與微型燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，計(jì)算欲達(dá)到給定功率微型燃?xì)廨啓C(jī)所需的轉(zhuǎn)速，即為給定轉(zhuǎn)速，并控制微型燃?xì)廨啓C(jī)按照給定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)；功率控制模塊根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速與微型燃?xì)廨啓C(jī)的排溫之間的關(guān)系，計(jì)算微型燃?xì)廨啓C(jī)的排溫，即為給定排溫；功率控制模塊將給定排溫與實(shí)際排溫進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算欲達(dá)到給定排溫所需能量，即為給定能量；功率控制模塊根據(jù)實(shí)際功率確定燃料的噴射模式和所使用的噴嘴的數(shù)量；所述燃料的噴射模式包括直噴模式和預(yù)混模式；所述直噴模式為燃料通過分流器之后，經(jīng)由選定數(shù)量的噴嘴直接通入微型燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室；所述預(yù)混模式為燃料通過分流器后，首先在預(yù)混室中與空氣進(jìn)行預(yù)混，然后經(jīng)由選定數(shù)量的噴嘴噴入微型燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室；當(dāng)實(shí)際功率大于設(shè)定的功率限值時(shí)，采用預(yù)混模式，否則采用直噴模式；在確定了噴射模式之后，在各自噴射模式中，實(shí)際功率越大，所使用的噴嘴數(shù)量越多；功率控制模塊根據(jù)給定能量和燃料熱值計(jì)算所需燃料量；功率控制模塊根據(jù)所需燃料量計(jì)算流量調(diào)節(jié)閥的打開程度；將所確定的噴射模式、噴嘴數(shù)量和所述打開程度作為燃料控制指令發(fā)送到燃料控制模塊；所述燃料控制模塊，接收到燃料控制指令后，首先打開開關(guān)閥，然后根據(jù)燃料控制指令，控制流量調(diào)節(jié)閥的打開程度、控制分流器各出口的打開或者關(guān)閉以及控制預(yù)混器各出口的打開或者關(guān)閉。功率控制模塊和燃料控制模塊采用兩個(gè)控制器實(shí)現(xiàn)，或者在同一控制器中實(shí)現(xiàn)。有益效果I、本發(fā)明在對(duì)微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行控制的時(shí)候，加入了對(duì)排氣溫度的考慮，基于反饋轉(zhuǎn)速計(jì)算維持該反饋轉(zhuǎn)速的給定排氣溫度，并根據(jù)給定排氣溫度和反饋排氣溫度計(jì)算目標(biāo)燃料量，則無論系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速變化率大小如何，目標(biāo)燃料量均為緩慢變化，則可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。這進(jìn)一步保證了本發(fā)明能夠適應(yīng)大工況變化的工作條件。2、本發(fā)明采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了功率控制模塊和燃料控制分系統(tǒng)，當(dāng)燃料類型不同時(shí)，可以通過替換燃料控制分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型燃料的適用，而不需要更改燃?xì)廨啓C(jī)及其功率控制模塊，因此該系統(tǒng)具有多燃料適應(yīng)的能力而且，該方案對(duì)功率控制模塊和燃料控制模塊的升級(jí)和測(cè)試更加方便；3、本發(fā)明充分考慮到微型燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際功率，采用靈活的方式，當(dāng)功率需求較高時(shí)，采用預(yù)混模式，反之，采用直噴模式，并可控制噴嘴使用數(shù)量，這種設(shè)計(jì)使本發(fā)明能夠結(jié)合實(shí)際情況來靈活確定燃燒模式，提高了燃燒效率。


圖1為基于模塊化能量控制的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)示意具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明提供了基于模塊化能量控制的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例采用模塊化控制，一種基于模塊化能量控制的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括微型燃?xì)廨啓C(jī)I、功率控制模塊2和燃料控制分系統(tǒng)；所述燃料控制分系統(tǒng)包括燃料控制模塊3和燃料細(xì)分設(shè)備4 ;燃料細(xì)分設(shè)備4包括開關(guān)閥41、流量調(diào)節(jié)閥42、分流器43、預(yù)混室44、n個(gè)噴嘴45和管路；n為整數(shù)；預(yù)混室44具有空氣入口，保持空氣持續(xù)不斷地進(jìn)入預(yù)混室。功率控制模塊2通過通訊線路連接微型燃?xì)廨啓C(jī)I和燃料控制模塊3，燃料控制模塊3通過通訊線路連接開關(guān)閥41、流量調(diào)節(jié)閥42、分流器43 ;燃料進(jìn)口通過管路連接分流器43的入口，該管路上依次設(shè)有開關(guān)閥41和流量調(diào)節(jié)閥42 ;分流器43的其中η個(gè)出口分別通過管路直接連接η個(gè)噴嘴44，分流器43的其中I個(gè)出口通過管路連接預(yù)混室44，并由 預(yù)混室的η個(gè)出口分別通過管路直接連接η個(gè)噴嘴44 ；根據(jù)當(dāng)前所使用的燃油類型選擇對(duì)應(yīng)的燃料控制分系統(tǒng)；本發(fā)明中燃料控制模塊通過通訊線路向功率控制模塊發(fā)送識(shí)別信息，功率控制模塊通過識(shí)別信息確定該燃料控制模塊所使用的是的燃料控制器的類型，例如液體燃油控制器或者天然氣控制器，因此如需更換燃料，則只需對(duì)燃料控制模塊進(jìn)行更換即可，無需更換功率控制模塊以及微型燃?xì)廨啓C(jī)，由此可見該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多燃料的適應(yīng)。不同燃油類型的燃料控制分系統(tǒng)中，燃料控制模塊的程序不同，燃料細(xì)分設(shè)備的器件和管路類型不同；例如當(dāng)燃料控制模塊為液體燃油控制程序，其流量調(diào)節(jié)閥42為液體燃油泵；而對(duì)于當(dāng)燃料控制模塊為天然氣控制程序的情況，流量調(diào)節(jié)閥42為比例閥。功率控制模塊1，接收微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)來的信息，包括微型燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際功率、實(shí)際轉(zhuǎn)速和實(shí)際排溫；接收用戶輸入的所用燃料熱值和給定功率，所述給定功率為用戶電網(wǎng)負(fù)載所需功率；從燃料控制模塊中獲得當(dāng)前使用燃料的類型，根據(jù)燃料類型，選擇對(duì)應(yīng)的算法進(jìn)行如下處理功率控制模塊根據(jù)實(shí)際功率、給定功率結(jié)合微型燃?xì)廨啓C(jī)的功率控制策略計(jì)算欲達(dá)到給定功率微型燃?xì)廨啓C(jī)所需的轉(zhuǎn)速，即為給定轉(zhuǎn)速，并控制微型燃?xì)廨啓C(jī)按照給定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)；功率控制模塊根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速與微型燃?xì)廨啓C(jī)的排溫的關(guān)系，計(jì)算微型燃?xì)廨啓C(jī)的排溫，即為給定排溫；功率控制模塊將給定排溫與實(shí)際排溫進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算欲達(dá)到給定排溫所需能量，即為給定能量；功率控制模塊根據(jù)實(shí)際功率確定燃料的噴射模式和所使用的噴嘴的數(shù)量；燃料的噴射模式包括直噴模式和預(yù)混模式；若所確定的噴射模式為直噴模式，則功率控制模塊控制分流器連接預(yù)混室的出口關(guān)閉，燃料通過分流器之后，經(jīng)由噴嘴直接通入微型燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室；若所確定的噴射模式為預(yù)混模式，則功率控制模塊控制分流器連接預(yù)混室的出口開啟，燃料通過分流器后，由管路進(jìn)入預(yù)混室，燃料在預(yù)混室中與空氣進(jìn)行預(yù)混，然后噴入微型燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室。對(duì)于天然氣燃料，天然氣可在預(yù)混室中直接進(jìn)行預(yù)混；而對(duì)于液體燃油類燃料，液體燃油在預(yù)混室內(nèi)霧化并與空氣進(jìn)行預(yù)混，因此液體燃油類燃料可以霧化形式進(jìn)入噴嘴，進(jìn)行預(yù)混后噴射。功率控制模塊設(shè)定功率限值，當(dāng)實(shí)際功率大于設(shè)定的功率限值時(shí)，采用預(yù)混模式，否則采用直噴模式；在確定了噴射模式之后，在各自噴射模式中，實(shí)際功率越大，使用的噴嘴數(shù)量越多，例如功率限值范圍之內(nèi)，判定燃料的噴射模式為直噴模式，且在直噴模式的功率范圍之內(nèi)，在較低功率的情況下，采用一個(gè)噴嘴，在較高功率情況下采用三個(gè)噴嘴；當(dāng)功率超過功率限值處于大功率情況下時(shí)，則需要采用預(yù)混模式，此時(shí)則對(duì)預(yù)混室的噴嘴數(shù)量進(jìn)行控制，功率越高使用的噴嘴數(shù)量越多。功率控制模塊根據(jù)給定能量和燃料熱值計(jì)算所需燃料量；功率控制模塊根據(jù)所需燃料量計(jì)算流量調(diào)節(jié)閥的打開程度；針對(duì)液體燃油的控制，可計(jì)算其電子燃油泵的開關(guān)打開程度；針對(duì)天然氣的控制，則需要計(jì)算比例閥所在位置；因此對(duì)于不同的燃料類型，功率控制模塊的算法不同。將所確定的噴射模式、噴嘴數(shù)量和所述打開程度作為燃料控制指令發(fā)送到燃料控制模塊；燃料控制模塊，接收到燃料控制指令后，首先打開開關(guān)閥，然后根據(jù)燃料控制指令，控制流量調(diào)節(jié)閥的打開程度、控制分流器各出口的打開或者關(guān)閉以及控制預(yù)混器各出口的打開或者關(guān)閉。例如，當(dāng)所確定的噴射模式為直噴模式，噴嘴數(shù)量為1，流量調(diào)節(jié)閥的打開程度為50%時(shí)，則分流器關(guān)閉通向預(yù)混室的出口，且打開其中I個(gè)噴嘴；而流量調(diào)節(jié)閥打開至50%的位置；當(dāng)所確定的當(dāng)所確定的噴射模式為預(yù)混模式，噴嘴數(shù)量為1，流量調(diào)節(jié)閥的打開程度為80%時(shí)，則分流器打開通向預(yù)混室的出口，且打開預(yù)混室的其中I個(gè)噴嘴；而流量調(diào)節(jié)閥打開至80%的位置；由此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)燃料使用量以及燃料的燃燒方式的精準(zhǔn)控制?？梢钥闯霰景l(fā)明提供的這種控制系統(tǒng)能夠使燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)燃料控制更容易，且能夠根據(jù)給定能量以及燃料量來調(diào)節(jié)燃燒方式，從而能夠高時(shí)效地實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料的低排放燃燒。該控制系統(tǒng)中所提出的功率控制模塊以及燃料控制模塊可以采用功率控制器和燃料控制器兩種控制器實(shí)現(xiàn)，也可以在采用交替運(yùn)行的方式在一個(gè)控制器里用模塊化的控制結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于模塊化能量控制的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括微型燃?xì)廨啓C(jī) (I)、功率控制模塊(2)和燃料控制分系統(tǒng)；所述燃料控制分系統(tǒng)包括燃料控制模塊(3)和燃料細(xì)分設(shè)備(4);燃料細(xì)分設(shè)備(4)包括開關(guān)閥(41)、流量調(diào)節(jié)閥(42)、分流器(43)、預(yù)混室(44)、η個(gè)噴嘴(45)和管路；η為整數(shù)；預(yù)混室(44)具有空氣入口 ； 功率控制模塊(2 )通過通訊線路連接微型燃?xì)廨啓C(jī)(I)和燃料控制模塊(3 )，燃料控制模塊(3)通過通訊線路連接開關(guān)閥(41)、流量調(diào)節(jié)閥(42)、分流器(43);燃料進(jìn)口通過管路連接分流器(43)的入口，該管路上依次設(shè)有開關(guān)閥(41)和流量調(diào)節(jié)閥(42);分流器(43)的其中η個(gè)出口分別通過管路直接連接η個(gè)噴嘴(45);分流器(43)的其中I個(gè)出口通過管路連接預(yù)混室(44)，預(yù)混室(44)的其中η個(gè)出口分別通過管路直接連接η個(gè)噴嘴(45)； 根據(jù)當(dāng)前所使用的燃油類型選擇對(duì)應(yīng)的燃料控制分系統(tǒng)；不同燃油類型的燃料控制分系統(tǒng)中，燃料控制模塊的程序不同，燃料細(xì)分設(shè)備的器件和管路類型不同； 功率控制模塊(2)，接收微型燃?xì)廨啓C(jī)(I)發(fā)來的信息，包括微型燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際功率、實(shí)際轉(zhuǎn)速和實(shí)際排溫；接收用戶輸入的所用燃料熱值和給定功率，所述給定功率為用戶電網(wǎng)負(fù)載所需功率；從燃料控制模塊中獲得當(dāng)前使用燃料的類型，根據(jù)燃料類型，選擇對(duì)應(yīng)的算法進(jìn)行如下處理 功率控制模塊(2)根據(jù)實(shí)際功率、給定功率結(jié)合功率與微型燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，計(jì)算欲達(dá)到給定功率微型燃?xì)廨啓C(jī)所需的轉(zhuǎn)速，即為給定轉(zhuǎn)速，并控制微型燃?xì)廨啓C(jī)按照給定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)； 功率控制模塊(2)根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速與微型燃?xì)廨啓C(jī)的排溫之間的關(guān)系，計(jì)算微型燃?xì)廨啓C(jī)的排溫，即為給定排溫； 功率控制模塊(2)將給定排溫與實(shí)際排溫進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算欲達(dá)到給定排溫所需能量，SP為給定能量； 功率控制模塊(2)根據(jù)實(shí)際功率確定燃料的噴射模式和所使用的噴嘴的數(shù)量；所述燃料的噴射模式包括直噴模式和預(yù)混模式；所述直噴模式為燃料通過分流器之后，經(jīng)由選定數(shù)量的噴嘴(45)直接通入微型燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室；所述預(yù)混模式為燃料通過分流器后，首先在預(yù)混室(44)中與空氣進(jìn)行預(yù)混，然后經(jīng)由選定數(shù)量的噴嘴(45)噴入微型燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室；當(dāng)實(shí)際功率大于設(shè)定的功率限值時(shí)，采用預(yù)混模式，否則采用直噴模式；在確定了噴射模式之后，在各自噴射模式中，實(shí)際功率越大，所使用的噴嘴數(shù)量越多； 功率控制模塊(2)根據(jù)給定能量和燃料熱值計(jì)算所需燃料量； 功率控制模塊(2)根據(jù)所需燃料量計(jì)算流量調(diào)節(jié)閥的打開程度； 將所確定的噴射模式、噴嘴數(shù)量和所述打開程度作為燃料控制指令發(fā)送到燃料控制模塊； 所述燃料控制模塊，接收到燃料控制指令后，首先打開開關(guān)閥，然后根據(jù)燃料控制指令，控制流量調(diào)節(jié)閥的打開程度、控制分流器各出口的打開或者關(guān)閉以及控制預(yù)混器各出口的打開或者關(guān)閉。
2.如權(quán)利要求I所述的一種基于模塊化能量控制的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述功率控制模塊(2)和燃料控制模塊(3)采用兩個(gè)控制器實(shí)現(xiàn)，或者在同一控制器中實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于模塊化能量控制的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，屬于燃?xì)廨啓C(jī)控制領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、功率控制模塊和燃料控制分系統(tǒng)；燃料控制分系統(tǒng)包括燃料控制模塊和燃料細(xì)分設(shè)備；不同燃料類型的燃料控制分系統(tǒng)中，燃料控制模塊和燃料細(xì)分設(shè)備的器件不同。功率控制模塊進(jìn)行如下計(jì)算根據(jù)實(shí)際功率、給定功率計(jì)算給定轉(zhuǎn)速；根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速、給定轉(zhuǎn)速計(jì)算給定排溫；根據(jù)給定排溫、實(shí)際排溫計(jì)算給定能量；根據(jù)給定能量和燃料熱值計(jì)算所需燃料量。功率控制模塊將通過以上計(jì)算確定燃料控制指令發(fā)送到燃料控制模塊，燃料控制模塊根據(jù)指令進(jìn)行相應(yīng)控制。本發(fā)明根據(jù)能量決定燃料量，可實(shí)現(xiàn)燃料的低排放燃燒，適用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒控制。
文檔編號(hào)F02C9/56GK102979630SQ20121053724
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者俞凱, 袁寧, 王軍, 李亞芳, 趙燕, 蔣茜 申請(qǐng)人:北京動(dòng)力機(jī)械研究所