[發明專利]一種離網式斯特林發電機組及其控制方法

無效

• 申請號: 201210148813.6
• 申請日: 2012-05-14
• 公開（公告）號: CN102684587A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 尚長松;張彥明
• 申請（專利權）人: 大連宏海新能源發展有限公司
• 主分類號: H02P9/00
• 分類號: H02P9/00;F02G1/043
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;李巖

技術領域

本發明涉及斯特林發電機組控制領域，特別涉及一種離網式斯特林發電機組及其控制方法。

背景技術

斯特林發動機是一種外部供熱（或燃燒）的活塞式發動機，它以氣體做工質，按閉式回路熱循環的方式進行工作。斯特林發動機最早發明與1816年，比內燃機發明早幾十年，但由于受當時材料及制造水平的限制，沒有得到進一步發展。20世紀70年代爆發中東石油危機后，人們搞到了能源危機，同時污染環境的嚴重危害也日益顯現。基于斯特林發動機對能源的廣泛適應性和優異的環境特性，人們恢復了對斯特林發動機的興趣，給斯特林帶來了新的生命和發展空間。

由于其自身不具備自啟動功能和無法空載運行等缺陷，目前各國所研究的斯特林發電機組全部采用外加專用啟動裝置來完成啟動，接入調功器來保證其始終不在空載運行狀態；沒有電網的支撐，發電機組的輸出電壓和頻率的控制難度大；這些都是限制離網式斯特林發電機組發展的瓶頸。但是由于斯特林發電機組容量相對比較小，而各國對小功率并網的要求比較嚴格，限制了并網型斯特林機組的發展；而離網式斯特林發電機組的應用范圍卻是極為廣闊，發展前景看好。可以預計，離網式斯特林發電機組可能成為未來斯特林發電機組發展的主要方向。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種離網式斯特林發電機組及其控制方法，充分利用電機和變頻器的特性，用簡單的控制策略，實現了斯特林發電機的自起動和脫離電網的孤島運行。

為達到上述目的，本發明提供的離網式斯特林發電機組控制方法，應用于包括發電機、斯特林發動機、輔助系統、機側變頻器、貯能裝置、負載側變頻器、控制系統的離網式斯特林發電機組，包括以下步驟：

啟動時，所述機側變頻器將所述貯能裝置的能量逆變成所述發電機需要的交流電，使所述發電機處于電動機運行模式，拖動所述斯特林發動機運行；

啟動后，隨著所述斯特林發動機輸出功率的增加，所述發電機由電動機運行模式轉變為發電機運行模式，所述機側變頻器由逆變狀態轉變為整流狀態，向所述貯能裝置和所述負載側變頻器輸出能量，所述負載側變頻器逆變輸出向負載提供能量。

上述離網式斯特林發電機組控制方法，還包括：啟動前對所述輔助系統進行自檢的步驟。

上述離網式斯特林發電機組控制方法，啟動后，所述負載側變頻器根據所述負載的變化自動調節輸出功率。

上述所述離網式斯特林發電機組控制方法，所述機側變頻器在所述發電機的電動機運行模式時逆變所述貯能裝置的能量提供滿足機組啟動要求的電源；在所述發電機的發電機運行模式時，所述機側變頻器通過負載和貯能裝置控制所述發電機的電磁轉矩及所述斯特林發電機組的運行轉速。

上述離網式斯特林發電機組控制方法，所述貯能裝置在所述斯特林發電機組運行過程中根據負載的變化充放電，以維系所述機側變頻器和所述負載變頻器之間的功率平衡。

上述離網式斯特林發電機組控制方法，啟動后，所述斯特林發動機的輸出功率大于所述發電機的空載損耗時，所述發電機由電動機運行模式轉變為發電機運行模式。

上述離網式斯特林發電機組控制方法，其特征在于，所述貯能裝置為蓄電池或者超級電容，其容量為機組容量的3倍以上。

上述離網式斯特林發電機組控制方法，其特征在于，所述貯能裝置可以通過外部供電裝置補充電量。

上述離網式斯特林發電機組控制方法，所述發電機為永磁同步發電機或者電勵磁同步發電機。

上述離網式斯特林發電機組控制方法，所述發電機為交流發電機或者直流發電機。

上述離網式斯特林發電機組控制方法，所述貯能裝置和所述負載側變頻器組成UPS根據負載的變化輸送一定時間的電量，以提供機組短時故障所需的電量。

上述離網式斯特林發電機組控制方法，所述發電機有電動機運行模式轉變為發電機運行模式是自動完成的。

更進一步的，本發明還提供了一種采用上述控制方法的離網式斯特林發電機組，包括發電機、斯特林發動機、輔助系統、機側變頻器、貯能裝置、負載側變頻器及控制系統，所述控制系統控制所述機側變頻器在啟動時將所述貯能裝置的能量逆變成所述發電機所需要的交流電，使所述發電機處于電動機運行模式，拖動所述斯特林發動機運行；啟動后，控制所述發電機由電動機運行模式轉變為發電機運行模式，所述機側變頻器由逆變狀態轉變為整流狀態，向所述貯能裝置和所述負載側變頻器輸出能量，所述負載側變頻器逆變輸出向負載提供能量。