燃气发电机组发动机电控系统控制策略探析

燃气发电机组发动机电控系统控制策略探析

徐宝居1张庆2刘彪2

1上海航天能源股份有限公司；2沪东中华造船集团上海江南长兴造船有限责任公司生产运行部

摘要：随着能源短缺、环境污染等世界性问题的不断加剧，近年来减少温室气体排放已经成为了各行业领域的重点工作，而燃气发电机组发动机作为温室气体的主要排放源之一，其对于温室气体排放的控制则主要体现在对电控系统的研究上。为此，本文对燃气发电机组发动机电控系统的原理与结构进行了介绍，并对发动机电控系统的控制策略展开了探讨。

关键词：燃气发电机组；发动机；电控系统

引言

在我国社会经济迅速发展的背景下，近几年各领域的燃气需求都呈现出了迅速扩大的趋势，这不仅使得天然气等替代能源迅速发展起来，同时也使得节能减排工作面临着巨大的挑战，而燃气发电机组发动机电控系统的有效控制，则能够实现天然气的高效利用，将燃气发电机组的温室气体排放控制在最低范围内。因此，对于燃气发电机组发动机电控系统控制策略的研究是非常具有现实意义的。

1燃气发电机组发动机电控系统概述

1.1发动机电控系统的工作原理

基于实际应用中燃气发电机组的不同应用领域与实际应用要求，其发动机电控系统通常会采取不同的结构形式，而在环境条件、温室气体排放标准、发电机组性能等因素不同的情况下，其结构配置同样会存在巨大的差异，并对电控系统的运行流程造成直接的影响。但从工作原理上来看，各种燃气发电机组的发动机电控系统却是大同小异的，一般来说，电控系统主要可分为信号输入、控制以及执行三个模块，在系统运行过程中，信号输入模块中分布在机组各处的传感器会对整个系统的各项参数进行数据采集，如进气温度、压力、转速等等，这些数据在采集完成后，则会直接传输给控制系统的ECU，并由ECU根据数据参数进行分析，确定当前发动机的运行情况，并按照既定程序计算出合适的控制方法。例如，在进气压力较大的情况下，ECU就会控制天然气喷射系统，向气缸内喷射一定量的天然气，从而实现对混合气空燃比的准确控制。而在ECU确定控制方法后，则会将控制方法转化为控制信号，并将信号传输给执行模块中的各执行器，如点火器、驱动电机等，执行器接收到信号后，就会立即按照信号指令做出相应的动作，最终完成整个控制流程。

1.2发动机电控系统的内部结构

1.2.1进气系统

在不同外部条件下，发动机气缸中所需的空气量是完全不同的，如果空气量过少，那么就很可能会造成天然气的的浪费，而进气系统正是发动机电控系统中负责对进气量进行控制的部分。在发动机运行过程中，空气在进入气缸之前会先进过进气系统的空气滤清器，并由空气滤清器对空气进行处理，保证空气的清洁性，而在得到清洁空气后，则需要对空气的进气量进行控制，使进气量能够符合ECU给出的控制标准，在这项操作中，电控单元会根据信号指令控制电子节气门体的开关角度，从而改变空气进气通道的大小，实现对进气量的准确控制，节气门的具体位置，则是由节气门位置传感器测定，并传输给控制系统，一旦节气门位置不符合要求，ECU还会重新发出调整指令，直至节气门位置符合要求[1]。

1.2.2供气系统

供气系统主要由气瓶、滤清器、调压阀、连接管路以及电磁阀组成，在发动机运行过程中，供气系统会将气瓶中存储的压缩天然气释放出来，天然气在经过气瓶阀门时，会经过滤清器，并由滤清器对天然气进行清洁处理，滤出天然气中的污染物质，以免对喷射阀运行造成影响。之后，则会进入到减压阀之中进行减压处理，在压缩天然气的压力降至标准值以下（通常在0.1-0.85MPa左右）后，控制系统会控制电磁阀打开，最终将天然气喷射到发动机进气道之中。

1.2.3控制系统

与其他子系统相比，电控系统中的控制系统最为复杂，其主要包括ECU、传感器、执行器三部分，其中传感器可具体分为节气门传感器、温度传感器、曲轴位置传感器、压力传感器等多个传感器，负责对不同参数数据进行实时收集，如压力传感器负责对进气压力参数进行测量与收集，为ECU的喷射修正与负荷修正计算提供参考；而执行器则分为点火器、电子节气门步进电机、电磁喷气阀等几部分，不同负责执行负责执行的操作是完全不同的，例如点火器负责为发动机提供点火的高电压，而电磁喷气阀则负责将天然气喷入进气道。

2燃气发电机组发动机电控系统的控制

2.1PID控制方式

PID控制简单来说就是通过对偏差的比例积分微分进行计算，来实现低电控系统的准确控制，对于PID控制系统积分来说，其作用不仅仅能够消除静差，而且在一定程度上还可以提高工作系统的无差度[2]。另外，在比例作用和微分作用的共同工作下，其二者的作用还能够加快过度过程，进而最大程度的提高控制系统的稳定性，以及有效的对控制系统当中的动态特性进行相应的改善。另一方面，由于相关工作人员对于当前的系统控制对象物理特性的掌握程度还不够高、而且对于被控对象的精确数学模型也无法获得，所以在对精确的控制器进行计算时运用古典理论设计是无法完成的，而现代现代控制的理论方式又过于复杂，不利于操作。因此，PID控制得到了有效的应用，其在一定程度上能够很好的适应燃气发电机组发动机电控系统控制各种特性的需求。

2.2神经网络控制方式

神经网络属于人工智能技术中的一种，有大量的简单处理单元组成，这些处理单元会模拟动物神经网络进行有规律的组合排列与连接，从而形成一个复杂的网络系统，并依靠处理单元间的特殊关系来实现信息处理的目的。这种控制方式能够对大量模糊信息进行处理，因此在燃气发动机组的电控系统中，能够依靠被控对象的相关参数来建立数学模型，并根据性能指标来设计出相应的控制系统，之后凭借其自我学习与自我调整功能，逐渐对控制对象各种运行情况下的正确控制方法进行累计，最终实现对各种复杂系统问题的有效控制。

结束语

总而言之，燃气发动机组的发动机电控系统是具有着非常高的应用价值，只要能够结合实际控制需求与发动机性能指标，采取合适的控制策略，就能够将相应的控制系统设计出来，从而通过对发动机的准确控制来降低天然气消耗与温室气体排放。

参考文献：

[1]马楠.燃气发电机组发动机电控系统控制策略研究[J].内燃机与配件，2018（18）：105-106.

[2]刘志强.直喷发动机电控系统原理初探[J].汽车工业研究，2014（10）：61-62.