包括旋轉式發動機和控制單元的布置系統及其運行方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于運行包括旋轉式發動機(2)的布置系統的方法，其中，通過測量至少一個參數和/或通過計算來提供表征布置系統(1)的功率輸出變化的值，并且根據所述表征布置系統的功率輸出變化的值如此控制和/或調節旋轉式發動機(2)，和/或根據所述表征布置系統的功率輸出變化的值如此改變旋轉式發動機(2)的負載，使得基本上補償了布置系統的功率輸出變化。
【專利說明】
包括旋轉式發動機和控制單元的布置系統及其運行方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種用于運行包括旋轉式發動機的布置系統的方法W及一種包括旋 轉式發動機和控制單元的布置系統，所述控制單元用于對布置系統進行控制和/或調節。
【背景技術】
[0002] 在WO 2010/134994A1中描述了一種包括內燃機和由該內燃機驅動的發電機的布 置系統。在此，將在內燃機上和在發電機上的不同傳感器的信號輸送給控制單元。
[0003] 如果現在由布置系統輸出的功率發生的變化，則運首先導致內燃機的轉速變化， 運隨后可能導致在發電機上的相位移和頻率移。由布置系統供應的電消耗器必須可W對此 進行補償。因此，在實踐中，在正常情況下規定運樣調節或控制布置系統，使得發電機的轉 子的轉動具有盡可能恒定的轉速。
[0004] 如果現在在WO 2010/134994A1中建議的布置系統中出現運種功率下降變化，則對 布置系統的變化的狀態進行檢測。緊接著，控制單元如此改變所述調節或所述控制，使得在 布置系統上存在的參數的實際值再次匹配于對于布置系統的穩定運行合適的額定值。
[0005] 然而，控制單元和布置系統總的來說反應相對遲緩，使得受供應的消耗器必須遭 受已提到的頻率移和相位移。
[0006] 當然，功率下降的變化越大，則該問題越嚴重。如果布置系統的用電器不是公共電 網，而是(僅示例性地)多個累，則可W通過關斷一部分累來引起大于正常功率的50%的功 率變化。明顯的是，當存在如下要求，即不應出現布置系統的完全關斷或不應出現在頻率和 相位中的大到不能接受的變化時，該數量級的負載降低對于在現有技術中已知的布置系統 來說是很大的挑戰.
【發明內容】
[0007] 因此，本發明的任務在于，提供一種方法，該方法即使在大的負載降低的情況下也 允許布置系統的更穩定的運行.同樣應提供一種用于執行運種類型的方法的設備。在所述 方法方面，該任務通過權利要求1的特征來解決。在所述設備方面，該任務通過權利要求13 的特征來解決.
[000引解決方法是:通過測量至少一個參數和/或通過計算來提供表征布置系統的功率 輸出變化的值，并且
[0009] -根據所述表征布置系統的功率輸出變化的值如此控制和/或調節旋轉式發動機， 和/或
[0010] -根據所述表征布置系統的功率輸出變化的值如此改變旋轉式發動機的負載，
[0011] 使得基本上補償了布置系統的功率輸出變化。
[0012] 本發明的一個方面在于，通過提供表征布置系統的功率輸出變化的值可W實現對 變化的功率下降的更快速反應。尤其可能的是，如此更快速地調整用于布置系統的控制或 調節的額定值，使得運些額定值相應于在負載降低之后的功率下降。相比于僅根據旋轉式 發動機的狀態對額定值的逐步跟蹤，運能實現明顯更快速的反應。
[0013] 但也可能的是，如此改變旋轉式發動機的負載，使得功率輸出的變化得到補償。為 了實現運一點，例如可W使用制動電阻、機械制動器或存儲結構，它們直接在被驅動的軸上 或者在發電機的電力側上帶走能量.
[0014] 按本發明的設備不僅可W用于為（公共的）供電網提供電能，而且也可W向在獨立 的環境中的一些消耗器供電(所謂的孤島運行）。
[0015] 對于所述控制和/或調節可W考慮的是，在負載變化時出現例如曲軸的不可忽略 的扭轉(轉動），由此使能量短暫地儲存在系統中并且隨后再將其釋放。運可能導致負載變 化值的數值被低估，因為首先例如在轉速傳感器的測量值中出現稍微延遲的響應。
[0016] 本發明的其它有利的實施方式在從屬權利要求中限定.
[0017] 可W根據所述表征布置系統的功率輸出變化的值對旋轉式發動機的不同元件進 行控制或調節，并且更確切地說不僅彼此獨立地而且相組合地.例子是燃料閥和/或節氣 n.也可W根據所述表征布置系統的功率輸出變化的值改變點火時刻。同樣可能的是，根據 所述表征布置系統的功率輸出變化的值使旋轉式發動機的至少一個缸的點火中斷.所提到 的不同措施具有不同的優點和缺點.
[0018] 例如點火的中斷雖然非常快速地起作用，但是可能導致在排氣管中的不受控的燃 燒(爆燃和類似情況），因為未燃燒的燃料可能進入排氣管中。另一方面，對燃料閥的控制或 調節雖然需要略微更長的時間標度，但是更持續地起作用，W便使旋轉式發動機的功率輸 出穩定在新的水平上。
[0019] 使用節氣口作為執行器的突出之處在于對控制或調節的延遲反應，該延遲反應由 于已經位于分配腔中的氣體量引起.然而，在該延遲之后，節氣口提供非常強的控制或調節 效果。類似地也適用于可能在滿輪增壓器上存在的環繞流動閥（也稱為環繞流動器)或放氣 閥(分別繞開壓縮機或滿輪）。
[0020] 相反地，點火時刻的推延由于燃燒效率的改變而具有幾乎瞬時的作用。但是，調節 效果相對很小，使得尤其是在大幅的負載降低時僅使點火時刻推延是不夠的.
[0021] 特別優選可能的是，使用負載變化值作為所述表征布置系統的功率輸出變化的 值。由此可W特別快速地如此調整馬達調節的額定值，使得運些額定值良好地適合于達到 或保持新的功率水平.運尤其是允許布置系統的多個參數的預控。
[0022] 可W W不同的方式提供所述表征布置系統的功率輸出變化的值。在一種特別優選 的實施方式中可W規定的是，測量表征由旋轉式發動機驅動的軸的轉動的參數，并且由測 得的參數計算出所述表征布置系統的功率輸出變化的值。所述表征由旋轉式發動機驅動的 軸的轉動的參數例如可W是被驅動的軸的轉速和/或角速度。負載變化值便可W借助于W 下公式計算出：
[0023]
[0024] 其中，CO表示被驅動的軸的角速度。J表示布置系統的所有旋轉質量的轉動慣量連 同通過其它運動部件(連桿、活塞等)的阻力形成的轉動慣量.
[0025] 可W在不同的部位上測量所述表征由旋轉式發動機驅動的軸的轉動的參數。在一 種特別優選的實施方式中，運在旋轉式發動機的曲軸上實現，當然也可能的是，例如在發電 機上測量該參數。
[0026] 此外，特別優選可W規定的是，優選借助于帶通濾波器對測量信號進行濾波，該測 量信號來自于對所述表征由旋轉式發動機驅動的軸的轉動的參數的測量。例如由此可W過 濾掉由于振動產生的傳感器噪聲，運允許更準確地確定所述表征布置系統的功率輸出變化 的值。
[0027] 可W規定的是，借助于旋轉工作機來驅動發電機.
[0028] 旋轉式發動機特別優選可W構造為內燃機、尤其是（優選混合加載的）燃氣發動 機.但本發明也可W容易地應用在例如汽輪機和類似設備中.
【附圖說明】
[0029] 根據附圖W及所屬的后續說明得到本發明的另外的優點和細節。在附圖中：
[0030] 圖1示出按本發明的設備的示意圖；
[0031] 圖2示出按本發明的方法的流程圖；W及
[0032] 圖3示出用于調節或控制燃料閥的兩個曲線圖.
【具體實施方式】
[0033] 在圖1中示出的按本發明的布置系統1包括內燃機2,在此是燃氣發動機，該內燃機 驅動發電機7.在該配置中，布置系統被稱為發電機組。
[0034] 內燃機2具有多個缸5。在該實施例中，具體地示出八個缸5,其中，缸的確切數量對 于本發明來說并不重要。本發明尤其是可W應用在缸數量為8至24的情況中.
[0035] 內燃機2具有燃料源T和燃料閥3。經由該燃料閥向混合裝置14供應燃料T和空氣L. 形成的混合物經由節氣口 4供應給缸5。通過缸巧區動的曲軸6自身驅動發電機7的轉子.在發 電機7中提供的電能被供應給一個或多個消耗器15.
[0036] 傳感器11定位在曲軸6上或旋轉單元上，該傳感器在本實施例中測量轉速N。測量 信號經由輸入接口 10輸送給控制單元9.測量信號首先借助于濾波器8(在此為帶通濾波器） 進行濾波并且輸送給計算單元12。計算單元12根據W下公式來計算負載變化值AP:
[0037]
[0038] 其中，CO是由已濾波的測量信號N_filt計算出的角速度，并且J表示所有的旋轉質 量或運動質量的有效轉動慣量自然表示對時間求導）。 dt
[0039] 如果所述布置系統不能利用僅一個質量系統來描繪，則運必須擴展地通過多個轉 動慣量和角速度的組合計算出。
[0040] 負載變化值被輸送給調節和/或控制單元13,該調節和/或控制單元根據負載變化 值A P采取不同的措施。對此，調節和/或控制單元13與燃料閥3、節氣口4W及可選地接在發 電機7下游的制動電阻14(負載組)連接。
[0041] 替選地或附加地，可W使用用于調節或控制例如增壓壓力的另外的執行器。例子 是環繞流動閥(Umblasventil)或所謂的放氣閥。前者允許部分氣流繞過滿輪增壓器的壓縮 機。后者的作用類似于滿輪增壓器的滿輪。
[0042] 圖2示出了按本發明的方法的一個實施例的流程圖.在布置系統的功率輸出改變 之后，旋轉式發動機W轉速的變化作出反應.該轉速的變化被測得并且被濾波。由已濾波的 測量信號可W計算出轉速變化的斜率.借助該斜率可W確定負載變化值。該負載變化值輸 送給反應邏輯器，該反應邏輯器根據負載變化值采取不同的措施。所述措施例如是對節氣 口和/或(主)燃料閥進行調節或控制.替選地或附加地，可W改變點火系統的動作和/或采 取其它措施。
[0043] 在大幅的功率減小（負載降低)的情況下，可W立刻關閉燃料閥并且將其在與功率 變化的、旋轉功率或其它運行參數(例如轉速變化曲線）的大小相關的時間（looms至5s)內 保持關閉。
[0044] 用于影響增壓壓力的調節機構(在圖2中簡稱為"執行器"）可W同樣用于控制或調 節.運些調節機構例如是已提到的節氣口、環繞流動閥或放氣閥。例如可W將節氣口調整到 相應于在負載變化之后存在的新的功率水平的位置上.
[0045] 在圖3中最終根據兩個曲線圖描繪出在根據現有技術的方法和按本發明的方法之 間的對比.在圖3的上部的曲線圖中示出了旋轉式發動機的轉速，在下部的曲線圖中示出了 針對燃料閥的額定值。在此，兩個參量分別關于時間描繪出。在時刻tL，布置系統的功率輸 出發生變化，在該情況下是減小的功率輸出.由此，旋轉式發動機的轉速增大。
[0046] 在該示例中W混合物組分保持恒定為出發點，由此，基于增大的轉速和由此增大 的混合物量可W得到燃料量的短暫增大。
[0047] 由于相對快速的反應時間，反應時刻tR相對靠近負載輸出變化的時刻tL(在該實施 例中大約為IOOms至300ms)。在相對大的負載降低的情況下可W立刻阻斷燃料供應，如在該 圖的下部的曲線圖中可見.在該特例中，關斷的持續時間約為2s。
[0048] 運是在按本發明的過程中通過圖3中的曲線B示出的情況。
[0049] 在根據現有技術的過程(在圖3中的曲線A)中，預定界限值化。一旦轉速達到該界 限值，就可W采取不同的措施(在該示例中是與安全相關地關斷機器）.由于在旋轉式發動 機的供應系統中仍存在殘余燃料，所W雖然轉速在短時間內仍增大，但是隨后又減小.一旦 轉速再次到達期望的轉速附近，就可W再次打開燃料供應。
[0050] 如由曲線圖可見，該界限值化相比根據本發明可作出反應時的轉速Nr進一步遠離 轉速的額定值.因此得到了旋轉式發動機的穩定運行。
【主權項】
1. 用于運行包括旋轉式發動機（2)的布置系統的方法，其中，通過測量至少一個參數 和/或通過計算來提供表征布置系統（1)的功率輸出變化的值，并且 -根據所述表征布置系統的功率輸出變化的值如此控制和/或調節旋轉式發動機(2)， 和/或 -根據所述表征布置系統的功率輸出變化的值如此改變旋轉式發動機(2)的負載， 使得基本上補償了布置系統的功率輸出變化。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據所述表征布置系統（1)的功率輸出變 化的值來控制或調節燃料閥（3)。3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，根據所述表征布置系統（1)的功率輸出 變化的值對用于增壓壓力調節的調節機構、優選節氣門（4)、環繞流動器或放氣閥進行控制 或調節.4. 根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，根據所述表征布置系統（1)的 功率輸出變化的值來改變至少一個點火時刻。5. 根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，根據所述表征布置系統（1)的 功率輸出變化的值使旋轉式發動機(2)的至少一個缸(5)的點火中斷。6. 根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，使用負載變化值（ΔΡ)作為所 述表征布置系統（1)的功率輸出變化的值.7. 根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，測量表征由旋轉式發動機(2) 驅動的軸(6)的轉動的參數，并且由測得的參數計算出所述表征布置系統（1)的功率輸出變 化的值。8. 根據權利要求7所述的方法，其特征在于，測量被驅動的軸的轉速(N)和/或角速度 (W)作為表征由旋轉式發動機(2)驅動的軸(6)的轉動的參數.9. 根據權利要求8所述的方法，其特征在于，使用負載變化值（ΔΡ)作為表征布置系統 (1)的功率輸出變化的值，該負載變化值借助以下公式計算出：其中，J表示由所有的運動質量的分量構成的有效轉動慣量，并且ω表示被驅動的軸的 角速度。10. 根據權利要求7至9中任一項所述的方法，其特征在于，在旋轉式發動機(2)的曲軸 上測量所述表征由旋轉式發動機(2)驅動的軸(6)的轉動的參數。11. 根據權利要求7至10中任一項所述的方法，其特征在于，對測量信號進行濾波，優選 借助于低通濾波器(8)對測量信號進行濾波，該測量信號來自于對所述表征由旋轉式發動 機(2)驅動的軸(6)的轉動的參數的測量。12. 根據權利要求1至11中任一項所述的方法，其特征在于，借助于旋轉工作機(2)驅動 發電機。13. -種包括旋轉式發動機(2)和控制單元(9)的布置系統，所述控制單元用于控制和/ 或調節布置系統（1)，所述布置系統尤其是根據權利要求1至12中任一項所述的方法來運 行，其特征在于，所述控制單元(9)具有輸入接口（ 10 )，借助于該輸入接口能向控制單元(9) 傳送表征布置系統（1)的功率輸出變化的值和/或至少一個參數，其中，能由所述至少一個 參數來確定所述表征布置系統（1)的功率輸出的值，并且控制單元(9)構造用于 -根據所述表征布置系統（1)的功率輸出的值如此控制和/或調節旋轉式發動機（2)， 和/或 -根據所述表征布置系統（1)的功率輸出變化的值如此改變旋轉式發動機(2)的負載， 使得基本上補償了所述布置系統（1)的功率輸出變化。14. 根據權利要求13所述的布置系統，其特征在于，設有與控制單元(9)連接的傳感器 (11)，用于測量表征由旋轉式發動機(2)驅動的軸(6)的轉動的參數，其中，控制單元(9)構 造用于，由所述傳感器（11)測得的表征被驅動的軸(6)的轉動的參數在時間上的變化計算 出所述表征布置系統（1)的功率輸出變化的值。15. 根據權利要求13或14所述的布置系統，其特征在于，設有由旋轉式發動機(2)驅動 的發電機。16. 根據權利要求13至15中任一項所述的布置系統，其特征在于，所述旋轉式發動機 (2)是內燃機、尤其是燃氣發動機。
【文檔編號】F02D41/02GK105822442SQ201610243825
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月22日
【發明人】M·格勞斯, F·洛佩斯, H·紹姆貝爾格, N·施皮拉, J·希青格爾-翁特賴納
【申請人】Ge延巴赫兩合無限公司