專利名稱：綜合控制系統(tǒng)和方法
CN 102536481 A綜合控制系統(tǒng)和方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明整體涉及內(nèi)燃機，更具體地，涉及利用由生物量氣化過程產(chǎn)生的氣體進行操作的諸如固定式發(fā)動機的發(fā)動機。
背景技術(shù)：
諸如用以驅(qū)動發(fā)電機(發(fā)電機組)、壓縮機、泵和其它應(yīng)用裝置的固定式發(fā)動機是已知的。在某些應(yīng)用中，固定式發(fā)動機利用例如石油加工設(shè)備處的天然氣或者垃圾填埋地的烴氣的本地燃料源進行操作。對來自本地源的可能被浪費或以其它方式處理掉的氣體燃料的有效使用促進了資源的經(jīng)濟且環(huán)境友好型利用。
在將本地燃料作為能量源使用的大多數(shù)固定式發(fā)動機應(yīng)用中，本地燃料的供給通常不同于管道天然氣。因此，出于系統(tǒng)設(shè)計的目的，燃料供給被假定為無限的，并且過量燃料例如通過在火把煙園中燃燒得以處理。
但是，某些本地燃料源需要消耗資源來產(chǎn)生用作燃料的氣體。一種這樣的應(yīng)用涉及使用氣化器過程，其中在木材廠加工的例如木片的材料的生物量用于產(chǎn)生可燃氣體。已知多種氣化器過程，因此這些過程的具體特征和類型將不在這里詳細說明。無論氣化器過程為高溫或低溫應(yīng)用，大多數(shù)氣化器過程所共有的一種共同特質(zhì)是需要消耗生物量材料來產(chǎn)生氣體。當氣化器過程結(jié)合發(fā)電機組或其它固定式發(fā)動機應(yīng)用使用時，由氣化器過程產(chǎn)生的用于確保在所有狀況下向發(fā)動機供給充足燃料的燃料過量供給是浪費的。
在過去提出了多種方案來提高結(jié)合固定式發(fā)動機應(yīng)用使用的氣化器過程的效率。 一種這樣的方案可以在過期的美國專利4278064(’ 064專利)中看到，該專利題為“Fuel Control System for a Dual-Fueled Power Unit”?！?064 專利描述了一種聯(lián)接到用于發(fā)電的發(fā)電機并且適用于雙燃料操作的發(fā)動機。第一燃料是柴油，第二燃料是在移動填充床豎流反應(yīng)器式的向下通風連續(xù)操作發(fā)生器中利用同向氣流產(chǎn)生的爐煤氣(參照摘要)。 如’ 064專利中描述的，發(fā)電機的電力負載的改變導致發(fā)動機負載的改變，其顯示為在操作過程中發(fā)動機速度的不希望的改變。發(fā)動機燃料系統(tǒng)被調(diào)節(jié)用以補償發(fā)動機速度的改變， 使得發(fā)動機速度保持恒定。發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本發(fā)明描述了一種用于連接到發(fā)電機的發(fā)動機的綜合控制系統(tǒng)。發(fā)電機向開關(guān)裝置提供電功率。發(fā)動機使用由與發(fā)動機相聯(lián)的氣化器產(chǎn)生的氣體來操作。綜合控制系統(tǒng)包括電子控制器，其與氣化器、發(fā)動機、發(fā)電機和開關(guān)裝置操作地相聯(lián)。氣流傳感器被設(shè)置用以監(jiān)視從氣化器經(jīng)過發(fā)動機氣體控制閥到發(fā)動機的氣流并且向電子控制器提供指示氣流的氣流信號。氣體過量供給傳感器被設(shè)置用以監(jiān)視來自氣化器的氣體過量供給，并且向電子控制器提供指示氣體過量供給的過量供給信號。氣體過量供給是來自氣化器的氣流中未提供給發(fā)動機的部分。功率輸出傳感器被設(shè)置用以監(jiān)視開關(guān)裝置的功率輸出并且向電子控制器提供指示功率輸出的功率輸出信號。電子控制器被設(shè)置用以基于氣流信號、過量供給信號和功率輸出信號改變氣化器的氣體產(chǎn)生和改變開關(guān)裝置的功率輸出率。
在另一方面，本發(fā)明描述了一種用于包括連接到發(fā)動機的氣化器的系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。發(fā)動機驅(qū)動連接到向電網(wǎng)提供電功率的開關(guān)裝置的發(fā)電機。在本發(fā)明的實施方式中，發(fā)動機能夠使用從氣化器以氣相提供給發(fā)動機的燃料進行操作。該方法包括監(jiān)視從氣化器經(jīng)過發(fā)動機氣體控制閥到發(fā)動機的氣流，以提供指示氣流的氣流信號。該方法還包括監(jiān)視來自氣化器的氣體過量供給，以提供指示氣體過量供給的過量供給信號，其中，氣體過量供給是來自氣化器的氣流中未提供給發(fā)動機的部分。該方法還包括監(jiān)視開關(guān)裝置的功率輸出， 以提供指示功率輸出的功率輸出信號。根據(jù)本發(fā)明，基于氣流信號、過量供給信號和功率輸出信號使得氣化器的氣體產(chǎn)生和開關(guān)裝置的功率輸出率獨立地改變。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的連接到氣化器的發(fā)電機組的框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于連接到氣化器的發(fā)電機組的綜合氣化器和發(fā)動機控制系統(tǒng)的框圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的氣體供給優(yōu)化器的框圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的爆燃下降策略的框圖。
具體實施方式
本發(fā)明涉及固定式發(fā)動機。在圖示的實施方式中，出于舉例的目的示出了連接到用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機的發(fā)動機，但也可以使用其它應(yīng)用裝置。
如圖所示，發(fā)電機組100連接到氣化器102以提供綜合系統(tǒng)104。發(fā)電機組100 包括連接到發(fā)電機108并且驅(qū)動發(fā)電機108的發(fā)動機106。發(fā)電機108產(chǎn)生供給開關(guān)裝置 110的電力。發(fā)動機106利用儲存在儲存器112中的燃料進行操作。儲存器112連接到氣化器102并且能夠從氣化器102接收清潔且冷卻的氣體。
氣化器102可以是用以向儲存器112提供氣體的任何適當類型的已知裝置。此外， 氣化器102可以包括多于一個獨立的氣體發(fā)生器。雖然在圖示的實施方式中示出了用于氣化器102的某些代表性部件和系統(tǒng)，但依據(jù)所使用的氣化器或生物量的特定類型可以使用更少或附加的部件和系統(tǒng)。如圖所示，氣化器102包括料斗114，其中生物量116被裝載到料斗114中。圖示實施方式中的生物量116是松木片，但也可以使用其它材料。生物量116 被提供給在適當狀況下操作的封閉爐膛118，以便在出口 120處提供氣流。出口 120處的氣體在原始和加熱狀態(tài)下提供給下游裝置，這些下游裝置過濾、清潔、計量并冷卻氣體，之后氣體被儲存在儲存器112中。
旋風分離器122連接到出口 120并且能夠從氣體中分離出較大的顆粒，諸如灰塵或其它固體群。經(jīng)過旋風分離器后，氣體通過例如油性洗滌器的第一洗滌器124、例如水性洗滌器的第二洗滌器126以及冷卻器128。氣體流過系統(tǒng)是通過布置在冷卻器128下游的吹風機130完成的。吹風機130出口處的氣體可能還含有諸如細小灰塵微粒的細顆粒物， 所述細顆粒物在袋濾裝置132中被去除。袋濾器132的出口連接到儲存器112。
火把煙囪134能夠接收來自吹風機130的過量氣體?；鸢褵焽?34包括火焰啟動器136，其在操作過程中點燃提供給火把煙 134的氣體。從吹風機130到火把煙 134或儲存器112中的氣流通過三通閥或替代地兩個單向閥(如圖I所示)來控制。更特別地， 儲存器閥138和袋濾器閥140位于袋濾器132的兩側(cè)，并且一起操作來控制到儲存器112 的氣流或者例如在維修過程中當過濾器元件被更換或清潔時流體地隔離袋濾器132?；鸢芽刂崎y142控制到火把煙囪134的氣流，用于處理掉來自吹風機130的過量氣體。
來自儲存器112的氣體用于向發(fā)動機106供以燃料。因此，發(fā)動機氣體控制閥144 流體連接并且控制從儲存器112到發(fā)動機106的氣流。當發(fā)動機106操作時，廢氣通過廢氣處理裝置146排出，廢氣處理裝置146包括消聲器以及諸如顆粒過濾器、催化轉(zhuǎn)化器等其它廢氣處理裝置。
電子控制器148能夠協(xié)調(diào)并控制綜合系統(tǒng)104的各個部件和系統(tǒng)的操作。電子控制器148可以是單個控制器或者可以包括被設(shè)置用以控制系統(tǒng)的多種功能和/或特征的多于一個控制器。例如，用于控制機器的總體操作和功能的主控制器可以與氣化器、開關(guān)裝置和/或發(fā)電機控制器協(xié)作地執(zhí)行。在該實施方式中，術(shù)語“控制器”是指包括可以與系統(tǒng)104 相聯(lián)并且可以協(xié)作控制系統(tǒng)104的多種功能和操作的一個、兩個或更多個控制器。雖然在附圖中從構(gòu)思角度示出控制器的功能性包括多種離散功能(僅出于圖示的目的)，其可以與所示離散功能無關(guān)地在硬件和/或軟件中執(zhí)行。因此，相對于圖I的框圖中示出的系統(tǒng)的部件描述了控制器的多個接口。這些接口不用于限制所連接的部件的類型和數(shù)量，也不限制所描述的控制器的數(shù)量。
控制器148能夠控制并監(jiān)視氣化器102及其所包括的氣體處理和過濾部件的多種操作功能和參數(shù)。因此，氣化過程線150連接到爐膛118的各個致動器和傳感器。這樣，控制器148能夠起動并控制原始氣體的發(fā)生器。控制器148也經(jīng)由吹風機控制線152連接到吹風機130，并且能夠例如通過啟動吹風機130的操作或者控制其速率以在吹風機130出口處產(chǎn)生希望氣流速度和/或壓力來控制吹風機130的操作。在圖示的實施方式中，吹風機 130通常被操作用以向儲存器提供壓力約為5psig(大約35kPaG)的氣體。
來自吹風機130的氣流也通過控制器148適當?shù)乜刂?。以此方式，火把控制閥142 的打開通過來自電子控制器148的經(jīng)由火把控制線154通信的適當指令來提供。火把控制線154還可以傳送指示火把控制閥142的打開程度或位置的信息。類似地，從電子控制器 148經(jīng)由火焰啟動器線156向火焰啟動器136提供點燃火把的信號?；鹧鎲悠骶€156也可以向電子控制器148提供指示存在火焰的信息。在類似的方式中，袋濾器閥140和儲存器閥138的操作和位置可以通過電子控制器148分別經(jīng)過袋濾器閥線158和儲存器閥線160 來控制。最后，發(fā)動機氣體控制閥線162可以連接到發(fā)動機氣體控制閥144，以便精確控制供給發(fā)動機106的氣體的流速和量。能夠理解，發(fā)動機氣體控制閥144可以類似于控制供給發(fā)動機106的燃料量及由此發(fā)動機的速度和功率的發(fā)動機節(jié)流閥來操作。
在控制器148和多個部件和系統(tǒng)之間示出了附加連接。被示出為單線但可以包括多個通信和控制通道的發(fā)動機線164將控制器148與發(fā)動機106的多個傳感器和致動器互連。經(jīng)過發(fā)動機線164向控制器148提供信息的多種發(fā)動機傳感器的例子包括定時傳感器， 諸如曲軸和/或凸輪軸傳感器；溫度傳感器，諸如油和/或發(fā)動機冷卻劑溫度傳感器；進氣和/或排氣傳感器等。發(fā)動機線164也連接到發(fā)動機的多個致動器。換句話說，控制器148 包括所需要的且監(jiān)視發(fā)動機106操作的所有這些功能和操作。
電子控制器148還經(jīng)由多通道發(fā)電機線166連接到發(fā)電機108。控制器148能夠控制發(fā)電機108的操作，并且監(jiān)視發(fā)電機108的多種操作參數(shù)，諸如溫度、速度、任何故障代碼的存在等。電子控制器148也經(jīng)由開關(guān)裝置線168連接到開關(guān)裝置110。開關(guān)裝置線168 被設(shè)置用于控制器148和開關(guān)裝置110之間的傳感器信號和指令的雙路通信。
雖然電子控制器148連接到系統(tǒng)的多種其它傳感器，諸如為了簡化的目的未示出的溫度、壓力、氣流和其它傳感器，但具體地示出了某些傳感器，因為它們的功能將用于本發(fā)明的理解。更特別地，與火把煙囪134相聯(lián)的火焰?zhèn)鞲衅?70向電子控制器148提供指示在火把煙囪134處存在火焰和/或火焰的溫度的信號。輸出功率計或輸出功率傳感器 172經(jīng)由輸出功率線174連接到電子控制器148，并且能夠向其提供指示通過開關(guān)裝置110 輸送到電網(wǎng)(未示出)的功率的信號。發(fā)動機氣體閥位置傳感器176經(jīng)由發(fā)動機氣體閥位置線178向電子控制器148提供指示閥打開程度的信號。最后，儲存器壓力傳感器180經(jīng)由壓力傳感器線182連接到控制器148，并且能夠提供指示儲存器氣體壓力的信號。儲存器 112中的氣體壓力和發(fā)動機氣體控制閥144的打開可以用于計算在操作過程中進入發(fā)動機 106的氣體質(zhì)量和/或體積流速。
圖2示出了用于電子控制器148中操作的控制算法的框圖，該電子控制器148能夠完成氣化器102、發(fā)動機106、發(fā)電機108和開關(guān)裝置110的綜合控制，使得氣體浪費最小且其使用最佳。在圖2的框圖中，為了清楚的目的以綜合的方式示出了各個部件和系統(tǒng)以及各個控制過程。系統(tǒng)包括主節(jié)流閥202，該主節(jié)流閥202能夠控制在操作過程中準許進入氣化器204中的新鮮空氣量。監(jiān)視來自氣化器的氣體的出口溫度的傳感器向控制器提供信號。在過程操作206中監(jiān)視出口氣體的溫度。在操作過程中的起動或任何時刻，當氣體出口溫度低于閾值、例如華氏600度(攝氏316度)時，氣體在化學上不適于使用，則在過程操作208中例如通過打開適當?shù)拈y而將氣體送至火把煙囪(134，如圖I所示)并且通過提供點燃以點燃氣體。在此期間并且在火把被啟用的任何時刻，火把最小化過程210可以用于在保持氣化器的合適操作的同時減小輸送到火把煙囪的氣體量。
當在過程操作206中氣化器出口處的氣體溫度達到或超過閾值溫度時，在過程操作212中執(zhí)行附加檢查，以確定洗滌器中使用的油的溫度是否已經(jīng)達到例如華氏225度 (攝氏107度)的操作溫度。當在過程操作212中洗滌器油溫未達到其操作溫度時，在過程操作208中保持火把煙囪啟用。當氣體和洗滌器油都已經(jīng)達到或超過其各自對應(yīng)的溫度閾值時，在過程操作214中起動用于冷卻操作氣體的熱交換器，并且將氣體供給至油洗滌器 216和水洗滌器218，油洗滌器216和水洗滌器218均可以包括專用泵220。
在氣體分析器過程操作222中對冷卻和清潔的氣體進行分析，以確定以例如BTU/ Cf為單位表示的氣體的熱值。如果氣體分析器過程操作222向質(zhì)量過程操作224指示氣體低于可接受的最小熱值，例如150BTU/cf (1357kcal/m3)，那么如之前描述的在過程操作208 中將氣體送至火把煙 。當確定氣體具有最小熱值時，在過程操作226中將氣體提供給儲存器。過程操作226可以包括能夠向儲存器輸送過程氣體的適當?shù)拈y打開和吹風機設(shè)置。
在過程操作228中監(jiān)視儲存器中的氣體壓力，以確保最小的氣體壓力存在于儲存器中，例如5psig (大約35kPaG)。在儲存器中的氣體壓力低于閾值壓力值時，系統(tǒng)繼續(xù)填充儲存器。在儲存器中已經(jīng)獲得適當壓力時，氣體提供給發(fā)動機230。作為可選過程操作，在氣體分析器222中確定的氣體熱值可以在過程操作232中手動地輸入到發(fā)動機的電子控制模塊(ECM) 234中，使得發(fā)動機操作可以被優(yōu)化。優(yōu)化參數(shù)可以包括點燃定時及其它。ECM234可以是安裝在發(fā)動機上或發(fā)動機附近的電子裝置，該電子裝置包括被設(shè)置成監(jiān)視和控制發(fā)動機操作的功能性。
在氣化器向發(fā)動機230提供氣體時，氣體供給優(yōu)化器302操作以調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的氣體。圖3示出了氣體供給優(yōu)化器302的框圖。在過程開始時，在過程操作304中執(zhí)行有關(guān)系統(tǒng)中是否存在過量氣體的確定。304的確定可以基于監(jiān)視指示系統(tǒng)中存在過量或不希望氣體的各種系統(tǒng)參數(shù)來執(zhí)行，諸如火把是否被啟用，或者氣體卸壓閥是否打開。與304的確定平行地，在過程操作306中執(zhí)行有關(guān)開關(guān)裝置的功率輸出是否在預定或希望水平的確定，諸如I. 0MW。306的確定可以與對過程操作304中確定的過量氣體的處置無關(guān)地進行， 其是圖3的框圖中由兩個過程操作306示出的功能。
當在304確定系統(tǒng)中存在過量氣體，但在306中系統(tǒng)的功率輸出充足時，在過程操作308中執(zhí)行有關(guān)氣體溢流是否可接受的確定。當氣體溢流被確定為可接受時，系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)模式下操作，這在框圖中由框310表示。但是，如果氣體溢流被確定為過量，則在過程操作316中向開關(guān)裝置發(fā)送信號或指令以準備可能降低比率而不實際地降低比率，并且在過程操作318中向氣化器發(fā)送信號，以在320中減小氣體產(chǎn)生。在320中減小氣體產(chǎn)生可以通過諸如調(diào)節(jié)到爐膛的新鮮空氣入口、生物量供給的速率等適當動作的任意組合來完成。
當在304確定火把被啟用但在306確定功率低時，其被看作是系統(tǒng)的備用功率能力的指示，并且在過程操作312中向開關(guān)裝置發(fā)送信號，以在過程操作314增加輸出比率或重新評定開關(guān)裝置的輸出功率。開關(guān)裝置提高輸出功率可以通過將開關(guān)裝置的功率輸出限制增大預定百分量來完成。為了促進系統(tǒng)穩(wěn)定性，這種提高也可以包括幾分鐘的時間延遲， 以允許系統(tǒng)有足夠時間來穩(wěn)定，并且重復過程。
當確定系統(tǒng)中存在過量氣體時，進行上述操作。在這些狀況中，氣體供給優(yōu)化器檢查功率輸出并且減小氣體產(chǎn)生或增加系統(tǒng)的功率輸出，以實現(xiàn)氣體的更優(yōu)化利用。
當不存在過量氣體時，如過程操作304所指示的，系統(tǒng)的功率輸出如之前描述的在過程操作306中檢查。當功率被確定為足夠的水平時，在過程操作322中檢查到發(fā)動機的氣體供給的速率。在一種實施方式中，假定容器在已知或測量的壓力下，發(fā)動機氣體供給閥的位置可以用作到發(fā)動機的氣體供給的指示。如果發(fā)動機氣體供給閥的位置在閾值打開之上，例如95%或更大，其被認為是閥可能打開飽和的指示，并且在過程操作324中向開關(guān)裝置發(fā)送信號，以在326中使功率輸出下降預定量。再次，為了促進系統(tǒng)穩(wěn)定，在326中下降可以包括幾分鐘的時間延遲，以允許系統(tǒng)在重復過程之前有足夠的時間穩(wěn)定。但是，如果在322中閥位置被確定為在閾值以下，那么認為系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下操作，這在框圖中用框310示出。
當不存在過量氣體時，如過程操作304所示，并且功率輸出低于希望值，如過程操作306所示，在過程操作328中檢查到發(fā)動機的氣體輸入的速率。類似于在322中的確定， 到發(fā)動機的氣體供給的速率可以通過監(jiān)視發(fā)動機氣體供給閥，例如圖I中所示的閥144的位置或打開程度來完成。如果發(fā)動機氣體供給閥被確定為接近完全打開，例如大于95%打開，則在過程操作330中向開關(guān)裝置發(fā)送信號，以在過程操作332中使功率輸出下降預定量，并且等待預定時間來允許系統(tǒng)反應(yīng)。但是，當在向發(fā)動機的氣體供給低于飽和閾值的這些狀況下，其被認為是系統(tǒng)的額外功率能力的指示，并且在過程操作中向開關(guān)裝置發(fā)送信號以詢問開關(guān)裝置是否需要額外功率。如果可以使用額外功率，則指令開關(guān)裝置準備增大功率，并且在過程操作336中向氣化器發(fā)送信號，以在338中增加氣體產(chǎn)生。
換句話說，當系統(tǒng)中不存在過量氣體并且充足功率提供給開關(guān)裝置時，如果到發(fā)動機的氣體供給閥接近飽和點，則開關(guān)裝置下降，和/或如果額外功率可以由開關(guān)裝置使用，則氣體供給增加。
現(xiàn)在返回圖2的框圖，可以受到在氣化器(合成氣)處合成的氣體質(zhì)量、諸如合成氣的熱值或甲烷量的改變影響的發(fā)動機操作的一個方面是燃燒的定時。這樣，如果不對定時的改變作補償，則會導致爆震或其它燃燒效應(yīng)，這會縮短發(fā)動機部件的使用壽命并且導致不精確的發(fā)動機操作。因此，在圖示的實施方式中，ECM 234包括基于在氣體分析器222 處確定的氣體的熱值自動地或手動地補償發(fā)動機點燃定時操作的功能性。
在過程操作236中執(zhí)行有關(guān)發(fā)動機是否爆震的確定。在236中的確定可以通過諸如使用向ECM 234提供指示爆震狀況的信息的爆震傳感器的任何適當方法，或者通過諸如監(jiān)視凸輪軸或曲軸信號不規(guī)則性的任何其它適當方法來完成。當未檢測到發(fā)動機爆震時， 在過程操作238中發(fā)動機定時保持不變，并且監(jiān)視過程重復。當在236中檢測到爆震時，在過程操作240中延遲發(fā)動機的點燃定時。在240中延遲點燃定時可以基于爆震的嚴重性動態(tài)地確定，或者可以替代地改變預定的程度，例如6度。在240中已經(jīng)執(zhí)行延遲之后，在過程操作242中執(zhí)行有關(guān)爆震是否持續(xù)的確定。如果爆震停止，在過程操作244中例如通過每分鐘I度的預定速率進行定時，同時例如在過程操作236中執(zhí)行爆震再次出現(xiàn)的監(jiān)視。但是，如果在242中確定矯正爆震的延遲未成功，則啟動發(fā)動機的關(guān)閉過程，并且在過程操作 246中通過指令發(fā)動機氣體閥144(圖I)關(guān)閉來停止到發(fā)動機的合成氣體流。
ECM 234或者一般地控制器148 (圖I)還包括被執(zhí)行以解決氣體質(zhì)量變化的爆燃下降策略248。爆燃下降策略248與發(fā)動機爆震檢測相關(guān)或者協(xié)作，以確保適當?shù)闹噶畎l(fā)送到開關(guān)裝置(例如，如圖I所示的開關(guān)裝置110)。這樣，提供給電網(wǎng)的負載被調(diào)節(jié)為與系統(tǒng)的功率輸出能力一致。圖4示出了爆燃下降策略248的一種實施方式的框圖。
參照圖4，爆燃下降策略248在過程操作250中監(jiān)視發(fā)動機230的操作，該過程操作250被設(shè)置成監(jiān)視指示氣體供給優(yōu)化器302 (圖3)所需的下降的歷史數(shù)據(jù)。在250中的監(jiān)視可以例如通過計算每分鐘的下降來檢查進行開關(guān)裝置下降的速率，并且將所計算的下降頻率與閾值下降頻率值進行比較。在下降頻率低于閾值時，在過程操作252中允許將之前描述的在過程操作314(圖3)中產(chǎn)生的增大信號提供給開關(guān)裝置。
在下降頻率在閾值之上的情況下，其被認為是系統(tǒng)可能不穩(wěn)定的指示。在這種狀況下，在過程操作254中執(zhí)行有關(guān)是否存在最大下降狀況的確定。如果下降被確定為在可容許的閾值下降處或超過可容許的閾值下降，則在過程操作256中將關(guān)閉要求發(fā)送到開關(guān)裝置，并且停止到發(fā)動機的氣體供給。在系統(tǒng)的下降未達到可容許的閾值下降時，在258中將由氣體供給優(yōu)化器302 (圖3)產(chǎn)生的下降指令如之前描述的提供給開關(guān)裝置。換句話說， 爆燃下降248如監(jiān)視(watchdog)算法操作，以確保系統(tǒng)在希望的參數(shù)中操作。
返回到圖2的圖示，在圖示實施方式中附加部件被示出為影響系統(tǒng)的各種功能和控制操作。例如，氣化器可編程序邏輯控制器(PLC) 260連接到主節(jié)流閥202，以控制空氣進入到氣化器，并且連接到開關(guān)裝置控制器262，使得其能夠如前面討論的那樣接收氣體產(chǎn)生增加和減少指示。開關(guān)裝置控制器262與氣化器PLC 260、發(fā)動機ECM 234、布置在開關(guān)裝置262和公用系統(tǒng)或電網(wǎng)266之間并且測量開關(guān)裝置的功率輸出的負載信號計或傳感器264互連并且能夠交換信息和指令。開關(guān)裝置262還連接到由發(fā)動機230操作并且向開關(guān)裝置262提供電功率的發(fā)電機268。當然，可以使用具有用于系統(tǒng)的各個部件之間交換通信、指令和信號的更少或更多通道的其它互連設(shè)置。
工業(yè)實用性
本發(fā)明能夠應(yīng)用于固定式發(fā)動機。在本發(fā)明的實施方式中，固定式發(fā)動機用于操作向連接到電網(wǎng)的開關(guān)裝置提供功率的發(fā)電機。發(fā)動機使用通過操作用以將生物量轉(zhuǎn)換成可燃氣體的氣化器設(shè)置就地產(chǎn)生的氣體燃料源。
通過使用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，氣化器的操作和發(fā)動機的功率輸出能夠結(jié)合開關(guān)裝置的功率比率來控制，使得所產(chǎn)生的氣體浪費能夠最小化。雖然其它類似的發(fā)動機應(yīng)用在假定氣體供給為無限的設(shè)計參數(shù)下操作，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法有利地能夠監(jiān)視氣體的過量供給、開關(guān)裝置的功率輸出和向發(fā)動機的氣體供給的飽和，使得能夠獲得最佳控制。在一種實施方式中，當存在過量的供給而功率輸出充足時，減小氣體產(chǎn)生，并且當需要時增加氣體產(chǎn)生。不同于之前提出的系統(tǒng)，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法還能夠在不存在氣體的過量供給且向發(fā)動機的氣體供給接近于飽和時減小功率輸出，而不管功率輸出是否在期望水平。類似地，當過量供給被恢復時，系統(tǒng)增加功率輸出。這樣，系統(tǒng)通過限制氣體過量供給并且僅在不存在過量供給、功率輸出低于希望水平且到發(fā)動機的氣體供給未接近于飽和時增加氣體供給來以穩(wěn)定方式操作并避免浪費。
將理解，前述說明提供了本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)的例子。但是，可以設(shè)想，本發(fā)明的其它執(zhí)行方式可以與前面的例子在細節(jié)上不同。對公開和例子的所有引用旨在引用在那個階段討論的具體例子，并不意味著對本發(fā)明的更廣泛的范圍進行任何限制。有關(guān)某些特征的區(qū)別和輕視的所有語言都意于指示這些特征不是優(yōu)選的，但并不是將其從本發(fā)明的范圍整體排除，除非另外指明。
除非在這里另外指明，這里值的范圍的說明僅僅意于用作單獨引用落入該范圍內(nèi)的每個獨立的值的簡便方法，并且每個獨立的值如同其被單獨記載于此那樣被引入說明書中。這里描述的所有方法能夠以任何適當?shù)捻樞驁?zhí)行，除非在這里另外指明或者通過本文明確否定。
權(quán)利要求
1.一種用于連接到發(fā)電機的發(fā)動機的綜合控制系統(tǒng)，所述發(fā)電機向開關(guān)裝置提供電功率，所述發(fā)動機使用由與發(fā)動機相聯(lián)的氣化器產(chǎn)生的氣體作為燃料源來操作，所述綜合控制系統(tǒng)包括電子控制器，其與所述氣化器、發(fā)動機、發(fā)電機和開關(guān)裝置操作地相聯(lián)，氣流傳感器，其被設(shè)置用以監(jiān)視從所述氣化器經(jīng)過發(fā)動機氣體控制閥到發(fā)動機的氣流并且向所述電子控制器提供指示所述氣流的氣流信號，氣體過量供給傳感器，其被設(shè)置用以監(jiān)視來自所述氣化器的氣體過量供給，并且向所述電子控制器提供指示所述氣體過量供給的過量供給信號，其中，所述氣體過量供給是來自所述氣化器的氣流中未提供給所述發(fā)動機的部分，和功率輸出傳感器，其被設(shè)置用以監(jiān)視開關(guān)裝置的功率輸出并且向所述電子控制器提供指示所述功率輸出的功率輸出信號，其特征在于，所述電子控制器被設(shè)置用以基于所述氣流信號、過量供給信號和功率輸出信號改變所述氣化器的氣體產(chǎn)生和改變所述開關(guān)裝置的功率輸出率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的綜合控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制器包括能夠以協(xié)調(diào)的方式彼此交換信息的氣化器可編程序邏輯控制器、發(fā)動機電子控制模塊和開關(guān)裝置控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的綜合控制系統(tǒng)，其特征在于，所述氣流傳感器包括向所述電子控制器提供指示從氣化器向發(fā)動機供給氣體的發(fā)動機氣體供給閥的打開程度的位置信號的位置傳感器，和被設(shè)置用以監(jiān)視儲存器中儲存的氣體的壓力的壓力傳感器，所述儲存器被設(shè)置用以從氣化器接收氣體并且經(jīng)由發(fā)動機氣體控制閥向發(fā)動機提供氣體，所述壓力傳感器被設(shè)置用以向所述電子控制器提供指示氣體壓力的壓力信號，并且其中，所述氣流信號通過所述電子控制器基于所述位置信號和壓力信號來計算。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的綜合控制系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體過量供給傳感器包括火焰?zhèn)鞲衅骱托秹洪y起動傳感器中的至少一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的綜合控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制器還被設(shè)置用以當所述過量供給信號指示氣體的過量供給存在并且在閾值之上并且功率輸出信號低于相應(yīng)的閾值時使得所述氣化器處的氣體產(chǎn)生減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的綜合控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制器還被設(shè)置用以當所述過量供給信號指示存在氣體的過量供給且所述功率輸出信號低于相應(yīng)的閾值時增大所述開關(guān)裝置的輸出率。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的綜合控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制器還被設(shè)置用以當所述過量供給信號指示不存在氣體的過量供給、功率輸出信號指示功率輸出在期望水平且氣流信號低于閾值時在預定的時間段減小所述開關(guān)裝置的輸出率。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的綜合控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制器還被設(shè)置用以當所述過量供給信號指示不存在氣體的過量供給、功率輸出信號低于閾值且氣流信號在閾值之上時減小所述開關(guān)裝置的輸出率。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的綜合控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制器還被設(shè)置用以當所述過量供給信號指示不存在氣體的過量供給、功率輸出信號低于閾值且氣流信號低于閾值時使得所述氣化器處的氣體產(chǎn)生增大。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的綜合控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制器還包括在未達到最大下降狀況的同時能夠允許所述開關(guān)裝置的輸出率改變的監(jiān)視功能。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的綜合控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制器還被設(shè)置用以監(jiān)視發(fā)動機爆震狀況，并且在檢測到所述發(fā)動機爆震狀況時延遲發(fā)動機點燃定時。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的綜合控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括能夠向所述電子控制器提供發(fā)動機爆震信號的爆震傳感器，所述發(fā)動機爆震信號指示存在發(fā)動機爆震狀況，其中，所述電子控制器還被設(shè)置用以分析發(fā)動機爆震信號并檢測發(fā)動機爆震狀況。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的綜合控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制器還被設(shè)置用以在存在發(fā)動機爆震狀況時延遲發(fā)動機定時預定量，并且在發(fā)動機爆震狀況不持續(xù)的同時再推進發(fā)動機定時。
14.一種用于操作如前述權(quán)利要求中任一項所述的綜合控制系統(tǒng)的方法，其特征在于監(jiān)視從氣化器經(jīng)過發(fā)動機氣體控制閥到發(fā)動機的氣流，以提供指示所述氣流的氣流信號;監(jiān)視來自所述氣化器的氣體過量供給，以提供指示氣體過量供給的過量供給信號，其中，所述氣體過量供給是來自所述氣化器的氣流中未提供給發(fā)動機的部分；監(jiān)視開關(guān)裝置的功率輸出，以提供指示所述功率輸出的功率輸出信號；并且基于所述氣流信號、過量供給信號和功率輸出信號使得氣化器的氣體產(chǎn)生和開關(guān)裝置的功率輸出率獨立于彼此地改變。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，當所述發(fā)動機在穩(wěn)態(tài)操作時、當過量供給信號指示氣體的過量供給存在并且在閾值之上時、并且當功率輸出信號低于相應(yīng)的閾值時，減小在氣化器處的氣體產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明公開一種綜合控制系統(tǒng)和方法。具體地，一種用于連接到向開關(guān)裝置提供電功率的發(fā)電機的發(fā)動機的綜合控制系統(tǒng)。發(fā)動機接收由氣化器產(chǎn)生的氣體?？刂葡到y(tǒng)包括與氣化器、發(fā)動機、發(fā)電機和開關(guān)裝置相聯(lián)的電子控制器。氣流傳感器監(jiān)視從氣化器經(jīng)過發(fā)動機氣體控制閥到發(fā)動機的氣流并且向電子控制器提供氣流信號。氣體過量供給傳感器監(jiān)視來自氣化器的氣體過量供給，并且提供指示未提供給發(fā)動機的氣體的過量供給信號。功率輸出傳感器監(jiān)視開關(guān)裝置的功率輸出并且提供功率輸出信號。電子控制器基于氣流信號、過量供給信號和功率輸出信號改變氣化器的氣體產(chǎn)生和開關(guān)裝置的功率輸出率。
文檔編號F02D29/06GK102536481SQ20111033015
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者D·鮑德溫, P·S·K·王, 金命進 申請人:卡特彼勒公司