气体燃料发电机组并机控制器的研究与开发

摘要

气体燃料发电机组作为小容量动力电源或备用电源在利用代用燃料和环保方面起到重要的作用，为了解决气体燃料发电机组的扩容以及备用等需求，多台发电机组的并机运行是气体燃料发电机组在应用中经常面对的一个问题，本文以沼气发电机组为研究对象，开发设计两台发电机组并机运行的并机控制器。
　　本文分析了发电机组并机运行的特点及要求，通过比较几种不同的并机方案，设计开发了以单片机为核心控制芯片的准同步自动并机方案，并对并机控制器进行整体方案设计，明确输入信号的类型以及输出控制信号的范围，对输入信号传感器以及执行器进行选型，结合控制主板、按键板以及LED屏对控制器外壳进行了三维建模，并根据发电机组的工作环境以及性能要求选用材质并加工。
　　根据并机控制器的总体方案对控制器的硬件电路进行了设计开发，设计了交流电相电压、相电流信号采集电路，设计了频率信号采集电路;通过设计调速/调压输出控制信号电路对发电机组的调速器(GOV)以及调压器(AVR)的中心电压进行控制，并设计执行器驱动电路完成发电机组并机运行的合闸/解列。根据输入信号采集电路设计了底层信号采集程序，通过在实验室搭建调试电路，利用信号发生器以及市电交流电对并机控制器进行软硬件联合调试，检验了并机控制器的各项基本功能。
　　通过搭建发电机组并机实验台架，利用上位机标定软件对发电机组的调速器以及调压器的调速、调压特性曲线进行标定，并通过标定实验确定了PID控制器的参数，完成了两台发电机组空载并机实验和加载并机实验，实现了并机控制器平均分配负载的功能。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 气体燃料并机控制器的国内外研究现状

1．2．1 发电机组并机控制器国外研究现状

1．2．2 发电机组并机控制器国内研究现状

1．3 本文主要研究内容

2 气体燃料发电机组并机控制器总体方案设计

2．1 并机控制器方案对比分析

2．2 本课题的并机控制器方案设计

2．2．1 并机控制器要求及功能定义

2．2．2 并机控制器关键部件选型

2．3 并机控制器外壳设计

2．3．1 外壳三维建模

2．3．2 外壳材质选取与加工

2．4 本章小结

3 气体燃料发电机组并机控制器硬件设计与开发

3．1 概述

3．2 并机控制器输入信号的检测原理与实现

3．2．1 电压信号检测

3．2．2 频率信号检测

3．2．3 相位信号检测

3．3 微控制器的最小系统设计

3．4 输入信号处理电路的设计

3．4．1 相电压信号处理电路

3．4．2 相电流信号处理电路

3．4．3 频率及相位信号测量电路

3．5 输出控制电路的设计

3．5．1 执行器驱动电路设计

3．5．2 调速／调压输出控制电路设计

3．5．3 通讯电路设计

3．6 电源模块的设计

3．7 硬件抗干扰及PCB板设计与开发

3．8 本章小结

4 气体燃料发电机组并机控制器的底层软件设计与开发

4．1 软件开发环境及硬件资源分配

4．2 交流电压和电流信号检测程序设计

4．3 频率和转速信号检测程序设计

4．4 相位检测程序设计

4．5 通讯软件设计

4．6 本章小结

5 气体燃料发电机组并机控制器的离线调试与试验

5．1 离线调试环境和调试方案

5．2 电源模块和最小系统调试

5．3 并机控制器输入信号处理电路调试

5．3．1 电压信号处理电路调试与验证

5．3．2 电流信号处理电路调试与验证

5．3．3 频率信号处理电路调试与验证

5．3．4 相位信号处理电路调试与验证

5．4 并机控制器输出信号处理电路调试

5．4．1 执行器驱动电路调试

5．4．2 调压／调速输出控制电路调试

5．5 并机控制器通讯电路调试

5．6 本章小结

6 气体燃料发电机组并机控制器并机台架实验

6．1 气体燃料发电机组并机及解列操作过程

6．1．1 发电机组实验台架搭建

6．1．2 并机控制器标定系统

6．2 气体燃料并机控制器标定实验

6．2．1 空载运行并机实验

6．2．2 加载并机实验

6．3 本章小结

7 全文总结与展望

7．1 全文总结

7．2 工作展望

参考文献

作者简历

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