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天然气压差发电控制系统的研究

祝宸 马西沛 范平清 方宇

祝宸, 马西沛, 范平清, 方宇. 天然气压差发电控制系统的研究[J]. 上海工程技术大学学报, 2022, 36(1): 9-15. doi: 10.12299/jsues.21-0153
引用本文: 祝宸, 马西沛, 范平清, 方宇. 天然气压差发电控制系统的研究[J]. 上海工程技术大学学报, 2022, 36(1): 9-15. doi: 10.12299/jsues.21-0153
ZHU Chen, MA Xipei, FAN Pingqing, FANG Yu. Research on generation control system of differential natural gas pressure[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2022, 36(1): 9-15. doi: 10.12299/jsues.21-0153
Citation: ZHU Chen, MA Xipei, FAN Pingqing, FANG Yu. Research on generation control system of differential natural gas pressure[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2022, 36(1): 9-15. doi: 10.12299/jsues.21-0153

天然气压差发电控制系统的研究

doi: 10.12299/jsues.21-0153
基金项目: 国家自然科学基金资助(51675324);上海工程技术大学上海新能源汽车振动噪声测试与控制专业技术服务平台资助(18DZ2295900);上海汽车工业科技发展基金会产学研项目资助(1910)
详细信息
    作者简介:

    祝宸:祝 宸(1993−),男,在读硕士,研究方向为整流控制. E-mail:183551898@qq.com

  • 中图分类号: TE09;TP23

Research on generation control system of differential natural gas pressure

  • 摘要:

    为解决天然气管道沿线调压站站内设备供电难的问题,设计一款适用于10~40 kPa天然气低压差发电的小功率发电控制系统. 控制系统选用国产芯片作为主控芯片,前端选用永磁同步发电机(PMSG)作为能量回收装置. 在设计的控制系统硬件电路中,采用最大功率点作为控制输出,通过采用本安电路达到防爆要求;以钛酸锂电池作为能量存储及仪器设备的能源. 在程序设计上实现对管路电磁阀的控制,以解决在蓄电池充满电和过高压差情况下输入过载的问题,并采用多种保护策略以防止整流后过高的电压破坏元器件. 通过试验台的搭建对控制系统性能进行测试,功能上基本达到预期要求.

  • 图  1  系统设计框图

    1—主调压阀;2—手动阀;3—电磁控制球阀;4—限压阀;5—PMS发电机装置;6—发电控制器;7—钛酸锂电池;8—调压阀;9—压力开关阀;10—手动阀;11—压力开关.

    Figure  1.  System design block diagram

    图  2  电路设计框图

    Figure  2.  Circuit design block diagram

    图  3  三相整流电路

    Figure  3.  Three phase rectifier circuit

    图  4  等效简化电路

    Figure  4.  Equivalent simplified circuit

    图  5  升降压主控电路

    Figure  5.  Buck-Boost main control circuit

    图  6  输出电压调节电路

    Figure  6.  Output voltage regulating circuit

    图  7  “ib”级本安电路组成

    Figure  7.  Composition of "ib" intrinsically safe circuit

    图  8  浪涌抑制器主控电路

    Figure  8.  Surge suppressor main control circuit

    图  9  本安电路

    Figure  9.  Intrinsically safe circuit

    图  10  电磁阀控制电路

    Figure  10.  Solenoid valve control circuit

    图  11  PCB板布局图

    Figure  11.  PCB board layout

    图  12  软件设计流程图

    Figure  12.  Software design flow chart

    图  13  充电控制器测试系统

    Figure  13.  Charging controller test system

    表  1  充电控制器试验测量结果

    Table  1.   Test and measurement results of charging controller

    瞬时流量/
    (Nm3•h−1)
    绝压/
    MPa
    输入功率/
    W
    充电功率/
    W
    转换效率/
    %
    24.757 0.1167 3.420 2.931 85.7
    30.392 0.1208 7.200 6.206 86.2
    35.035 0.1305 10.894 9.412 86.4
    40.011 0.1410 11.729 10.146 86.5
    45.086 0.1464 13.565 11.707 86.3
    49.909 0.1497 15.020 12.947 86.2
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  • 收稿日期:  2021-08-04
  • 刊出日期:  2022-09-26

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