本發(fā)明涉及一種燃?xì)獍l(fā)電機組實現(xiàn)功率最大化的空燃比自動控制方法，屬于燃?xì)獍l(fā)電機組控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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燃?xì)獍l(fā)電機組空燃比自動控制系統(tǒng)的作用是在無人干預(yù)的前提下，可以實時控制燃?xì)馀c空氣的混合比例，保證混合后的氣體能夠在氣缸內(nèi)良好的燃燒做功。目前國內(nèi)外的燃?xì)獍l(fā)電機組空燃比自動控制系統(tǒng)都是通過直接測量進氣濃度來控制空燃比。其工作原理是：直接利用氣體濃度傳感器測量發(fā)電機組進氣管內(nèi)的混合氣濃度，然后根據(jù)測量得到的濃度信號，調(diào)節(jié)混合器的進氣開度，進而將空燃比維持在理想值附近。雖然這種控制方法是最直接的，但是因為受到傳感器技術(shù)的限制，至今尚未成熟。目前的氣體濃度傳感器有一些難以克服的缺陷：首先是響應(yīng)速度慢，一般在15秒以上，使混合器無法進行實時調(diào)節(jié)；其次是對灰塵、水汽、雜質(zhì)氣體等非常敏感，不能長時間工作在工業(yè)環(huán)境當(dāng)中；再次是價格昂貴，不能廣泛采用。除此之外，對于低濃瓦斯氣，電石氣等不穩(wěn)定氣源，其燃?xì)獬煞謴?fù)雜，通常不僅僅含有一種可燃成分，所以只使用單一的濃度傳感器往往不能滿足需要，這就限制了該控制方法的適用性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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為解決上述技術(shù)問題中的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種可以克服上述缺陷，滿足使用需求，適用性高、響應(yīng)速度快的燃?xì)獍l(fā)電機組實現(xiàn)功率最大化的空燃比自動控制方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明所提供的燃?xì)獍l(fā)電機組實現(xiàn)功率最大化的空燃比自動控制方法，其特征是，將發(fā)電機組功率與空燃比的對應(yīng)關(guān)系制定成一條功率/空燃比曲線，功率/空燃比曲線的極值點確定為極值功率，極值功率對應(yīng)的為理想空燃比；控制系統(tǒng)通過混合器調(diào)節(jié)空燃比，在調(diào)節(jié)空燃比的過程中，當(dāng)發(fā)電機組功率有增大的趨勢，保持混合器調(diào)節(jié)方向繼續(xù)調(diào)整；當(dāng)發(fā)電機組功率有減小趨勢時，改變緩和期調(diào)節(jié)方向繼續(xù)調(diào)整；當(dāng)發(fā)電機組功率與極值功率相對應(yīng)時，將混合器調(diào)節(jié)至對應(yīng)的開度，完成對空燃比的調(diào)節(jié)。

該控制系統(tǒng)控調(diào)節(jié)空燃比的具體步驟為：

(a)控制系統(tǒng)上電；

(b)讀取存儲器中的目標(biāo)功率和最低功率下限；

(c)測量當(dāng)前發(fā)電機組的功率；

(d)判斷當(dāng)前測量的功率是否達(dá)到目標(biāo)功率，若是返回到步驟(c)，否則進入到步驟(e)；

(e)判斷當(dāng)前功率是否低于最小功率下限，若是進入步驟(f),否則進入步驟(l)；

(f)大幅度調(diào)節(jié)空燃比，首先增大空燃比，即增大空氣蝶閥開度，減小燃?xì)獾y開度；

(g)對空燃比調(diào)節(jié)范圍內(nèi)不同區(qū)間的平均功率進行比較，比較完成后進入步驟(h)；

(h)判斷發(fā)電機組功率是否有增大趨勢，若是，繼續(xù)增大空燃比，即增大空氣蝶閥開度，減小燃?xì)獾y開度，進入步驟(i)；否則減小空燃比，即減小空氣蝶閥開度，增大燃?xì)獾y開度，進入步驟(g)；本發(fā)明為了避免機組出現(xiàn)回火放炮現(xiàn)象，首先增大空燃比。

(i)判斷功率是否有減小的趨勢，若是則在步驟(g)條件滿足的情況下進入步驟(k)，否則繼續(xù)增大空燃比(增大空氣蝶閥開度，減小燃?xì)獾y開度)返回步驟(i)；

(g)判斷功率是否有減小的趨勢，若是則在(i)條件滿足的情況下進入步驟(k)，否則減小空燃比(減小空氣蝶閥開度，增大燃?xì)獾y開度)返回步驟(g)；

(k)將空燃比調(diào)節(jié)到平均功率最大的區(qū)間內(nèi)，退出大幅度調(diào)節(jié)空燃比，進入步驟(l)；

(l)小幅度調(diào)節(jié)空燃比并計算每一點數(shù)秒內(nèi)的平均功率，之后進入步驟(m)；

(m)在功率/空燃比曲線上平均功率最大區(qū)間內(nèi)找出極值點P1，即極值功率，同時滿足P1>P2,P1>P3，其中P2,P3為P1兩側(cè)任意點的功率值，之后進入步驟(n)；

(n)功率/空燃比曲線上極值點對應(yīng)極值功率P1和理想空燃比，機組維持在該功率和空燃比下穩(wěn)定運行，同時控制器在對機組功率進行測量，進入步驟(c)進行循環(huán)。

使用的燃?xì)獍l(fā)電機組空燃比自動控制系統(tǒng)，包括控制器，還包括功率測量單元，功率測量單元檢測發(fā)電機組功率并通過通訊模塊將發(fā)電機組功率數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器；控制器連接人機界面、調(diào)速器和混合器；所述的調(diào)速器包括調(diào)速控制單元，調(diào)速控制單元控制發(fā)電機組的節(jié)氣門；所述的混合器包括燃?xì)獾y控制單元和空氣蝶閥控制單元，分別通過電機控制燃?xì)獾y和空氣蝶閥。

通過以上步驟，該空燃比自動控制方法可以實現(xiàn)機組功率的最大化，并使機組在功率最大化的狀態(tài)長期穩(wěn)定運行。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明控制法另辟蹊徑，無需使用濃度傳感器，以功率測量單元為檢測元件，價格低廉，可靠性高，基本不需要維護，并且能夠適用于含有多種可燃成分的燃?xì)?，適用性廣。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及實施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明：

圖1是本發(fā)明中功率/空燃比曲線圖；

圖2是本發(fā)明中方法流程圖；

圖3是本發(fā)明中系統(tǒng)方框原理圖。

具體實施方式

如圖1、圖2、圖3所示的燃?xì)獍l(fā)電機組實現(xiàn)功率最大化的空燃比自動控制方法及系統(tǒng)中，機組控制系上電后，控制器讀取存儲器中的目標(biāo)功率和最低功率下限(用戶可以通過人機界面對機組的目標(biāo)功率和最低功率下限進行設(shè)置)。機組在并入電網(wǎng)運行后，通過功率測量單元實時測量機組的功率，采集到的功率通過RS485通訊傳送至控制器?？刂破鞑杉降墓β试跊]達(dá)到目標(biāo)功率時，通過調(diào)速器調(diào)節(jié)發(fā)動機節(jié)氣門改變總進氣量來調(diào)節(jié)功率。當(dāng)調(diào)速器調(diào)節(jié)發(fā)動機節(jié)氣門而機組功率不在發(fā)生變化時，通過調(diào)節(jié)混合器的燃?xì)獾y和空氣蝶閥開度來調(diào)節(jié)燃?xì)夂涂諝獾倪M氣量，實現(xiàn)機組功率的最大化控制。

燃?xì)獍l(fā)電機組并入電網(wǎng)后，在節(jié)氣門開度不變(即總進氣量不變)的情況下，功率與空燃比存在一個對應(yīng)關(guān)系，如曲線L(圖1所示)。該曲線有且只有一個極值點Z，極值功率對應(yīng)著理想空燃比，空燃比越偏離理想值，功率越低，甚至出現(xiàn)逆功率。根據(jù)這種對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計了該套空燃比自動控制方法及系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)通過混合器調(diào)節(jié)空燃比時，如果功率有增大的趨勢，則說明混合器調(diào)節(jié)的方向是正確的，應(yīng)當(dāng)保持當(dāng)前的方向繼續(xù)調(diào)節(jié)；如果功率有減小的趨勢，則說明混合器調(diào)節(jié)的方向是錯誤的，應(yīng)當(dāng)改變調(diào)節(jié)的方向繼續(xù)調(diào)節(jié)；如果在調(diào)節(jié)的過程中，功率出現(xiàn)了一個極值點Z，則說明經(jīng)過了理想的空燃比，將混合器調(diào)節(jié)至極值功率對應(yīng)的開度，空燃比調(diào)節(jié)過程結(jié)束。無論當(dāng)前的空燃比位于曲線L上的哪一個點，根據(jù)功率的變化趨勢，總能找到極值點Z。該控制方法，只利用了曲線L的極值特性，不需要提供曲線L的具體坐標(biāo)值，曲線L不需要提前測定，具有廣泛的適用性。

圖2中的該套控制方法包括以下步驟：

(a)控制系統(tǒng)上電；

(b)讀取存儲器中的目標(biāo)功率和最低功率下限(用戶可以通過人機界面設(shè)置目標(biāo)功率和最低功率下限)；

(c)測量當(dāng)前發(fā)電機組的功率；

(d)判斷當(dāng)前測量的功率是否達(dá)到目標(biāo)功率，若是返回到步驟(c)，否則進入到步驟(e)；

(e)判斷當(dāng)前功率是否低于最小功率下限，若是進入步驟(f),否則進入步驟(l)；

(f)大幅度調(diào)節(jié)空燃比，首先增大空燃比(減小空燃比亦可，本發(fā)明為了避免機組出現(xiàn)回火放炮現(xiàn)象，所以首先增大空燃比)即增大空氣蝶閥開度，減小燃?xì)獾y開度；

(g)對空燃比調(diào)節(jié)范圍內(nèi)不同區(qū)間的平均功率進行比較，比較完成后進入步驟(h)；

(h)判斷發(fā)電機組功率是否有增大趨勢，若是繼續(xù)增大空燃比(增大空氣蝶閥開度，減小燃?xì)獾y開度)進入步驟(i)，否則減小空燃比(減小空氣蝶閥開度，增大燃?xì)獾y開度)進入步驟(g)；

(i)判斷功率是否有減小的趨勢，若是則在步驟(g)條件滿足的情況下進入步驟(k)，否則繼續(xù)增大空燃比(增大空氣蝶閥開度，減小燃?xì)獾y開度)返回步驟(i)；

(g)判斷功率是否有減小的趨勢，若是則在(i)條件滿足的情況下進入步驟(k)，否則減小空燃比(減小空氣蝶閥開度，增大燃?xì)獾y開度)返回步驟(g)；

(k)將空燃比調(diào)節(jié)到平均功率最大的C-D區(qū)間內(nèi)，退出大幅度調(diào)節(jié)空燃比，進入步驟(l)；

(l)小幅度調(diào)節(jié)空燃比并計算每一點數(shù)秒內(nèi)的平均功率，之后進入步驟(m)；

(m)在曲線L上C-D區(qū)間內(nèi)找出極值點Z，同時滿足P1>P2,P1>P3，其中P2,P3為P1兩側(cè)任意點的功率值，之后進入步驟(n)；

(n)曲線L上Z點對應(yīng)功率極值P1和理想空燃比，機組維持在該功率和空燃比下穩(wěn)定運行，同時控制器在對機組功率進行測量，進入步驟(c)進行循環(huán)。

步驟(g)對空燃比調(diào)節(jié)范圍內(nèi)不同區(qū)間的平均功率進行比較，即比較區(qū)間A-B、B-C、C-D、D-E、E-F(如圖1所示)內(nèi)的平均功率，并對比出功率的變化趨勢，進而找出平均功率最大的區(qū)間C-D。步驟(l)小幅度調(diào)節(jié)空燃比，計算每一點數(shù)秒內(nèi)的平均功率，即計算區(qū)間C-D內(nèi)每一點數(shù)秒的平均功率并進行比較，找到平均功率最大的點就是曲線L的極值點Z，所對應(yīng)的為最大功率和理想空燃比。