1 引言
石油钻机是油、气田开发的主要设备,随着钻井技术的发展,电驱动钻机因
其性能好、经济性高、可靠性强、故障率低、操作更方便灵活等优势替代了原
有的机械钻机。柴油发电机组作为应急、备用电源或远离电网的偏僻地区的主
要供电电源,因此对于远离电网的钻井现场,其动力系统必须采用多台柴油发电
机组并联运行来保障钻井现场的电力供应。
然而在柴油发电机组并联运行之前,各个机组输出的电压和频率都要符合
并联运行的条件。要保证发动机在额定功率范围内应对各种负载下都能保持稳
定的转速,这对柴油发电机组的调速系统在应对时变性负载和突发情况下提出
了很高的要求
[1]
。目前,从控制的角度上,提高柴油发电机组的运行质量的研究主
要体现在调速系统和励磁系统中。当柴油发电机组发生传感器故障时,可以通
过 StateFlow 逻辑判别的模糊 PID 容错控制作为柴油发电机组发生传感器故障
的转速控制
[2]
;也可以将变领域模糊 PID 运用在柴油机的电子调速器中来提高柴
油机转速运行的质量
[3]
。励磁系统的控制是一种最有效、最直接的控制方式,它
可以提供同步电机从空载到满载以及过载时所需的励磁电流,当电力系统发生
故障时,励磁系统可以直接强行作用,从而保证系统的稳定运行
[4]
。在调速系统中
施加控制的同时对励磁系统也进行控制可以更好地提高柴油发电机组的运行
性能。
目前,国内关于研究柴油发电机组的功率交互振荡的研究方法有虚有差法,
通过调频控制判别功率发生变化是由负荷变化还是供油干扰引起的,只有当发
生供油干扰时才会加入控制进行补偿,但是控制策略还是以常规 PID 控制为主。
因此,本文研究的内容是通过改进柴油发电机组的控制策略来解决交互振荡的
问题,以模糊 PID 控制策略替代常规 PID 控制应用于机组的励磁调压系统和转
速调速系统中,不仅仅是针对发生交互振荡情况下的控制策略,还能提高电动钻
机动力系统中发电机组的运行质量。
2 柴油发电机组仿真建模
在 Matlab/Simulink 平 台 上 建 立柴油发电机组系统模 型 ,包 括 柴 油 机 模 型 、
同步发电机模型、励磁系统以及负载模型,下面分别进行论述。
2.1 柴油机及 其调速系统