随着世界石油和煤炭能源日益枯竭以及对于环境保护的愈发重视,气体燃料逐渐开始活跃于能源行业当中。一般来说气体燃料以天然气为主,主要获取来源有沼气、页岩气、可燃冰等。由于天然气目前储量丰富,燃烧污染极低,因此得以广泛应用于发电行业。在小型发电设备领域中,天然气发动机作为发电驱动设备开始逐渐受到重视,同时对于天然气发动机的研究也在不断的深入进行。本文研究内容来源于课题组与企业合作开发的多点电喷天然气发动机以及配套控制器开发项目,旨在使该多点电喷天然气发动机用于发电领域时能够获得更优的性能和经济性。本文研究内容是研究与设计发电用天然气发动机的控制策略,结合发电工况控制目的以及天然气发动机的工作特性,设计了起动工况、怠速工况、调速工况以及超速工况。其中起动工况、怠速工况、超速工况是发动机工作过程中的必要工况,调速工况是发电用发动机的主要工况,即发电工况。调速工况是本论文研究的主要内容,其中包括了发电设定转速斜率控制、发电设定转速稳态调速率控制以及喷气量与节气门算法。本文的研究方法主要基于V开发流程。V开发流程可以在开发初期帮助研究人员提高对控制模型以及算法的研究效率,降低研究成本,缩短研究周期。利用相关软件工具链可以对控制算法的功能性、逻辑性与可行性进行闭环测试和验证。首先根据发电控制需求以及天然气发动机的工作特性设计了各个工况的控制需求。然后基于MATLAB/Simulink将各个工况的控制需求搭建成Simulink模型并进行Simulink开环仿真验证。随后基于台架试验天然气发动机的实际特性参数搭建了GT-POWER天然气发动机仿真模型,通过Simulink模型与GT-POWER模型的联合仿真,完成了模型在环仿真以及基于模型的预标定。最终,借助了Simulink、自动代码生成、Open ECU等软件工具,利用快速控制原型技术,在发动机台架上验证测试了本文设计的调速控制策略的效果。发动机台架试验结果表明,在中小负荷和大负荷下的稳态调速效果很好,转速波动均能达到5%以内。在动态响应工况下,对大扭矩的加载及卸载工况下,发动机转速响应迅速,在2到3s内短时间便能稳定回到设定转速。