[發明專利]一種并網型低溫余熱發電系統的控制裝置與方法

有效

• 申請號: 201310745117.8
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103982256A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 黃晟;張文娟;王家堡;廖武
• 申請（專利權）人: 湖南齊力達電氣科技有限公司
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;H02J3/38
• 代理公司: 湖南省國防科技工業局專利中心 43102
• 代理人: 李傳中

技術領域

本發明屬于并網型低溫余熱回收技術領域，涉及并網型低溫余熱發電系統的控制裝置與方法，通過對有機工質朗肯循環系統的控制裝置、變流器控制裝置的配合設計，可以實現低溫余熱發電系統的持續、穩定、高效并網發電。?

背景技術

我國地域遼闊，地熱資源豐富，雖然現在部分地熱資源得到初步利用，但是只停留在直接利用層面（溫泉等日常生活用），存在著能源利用效率低的缺點。與此同時，硫酸、水泥、玻璃、鋼鐵等制造工廠排放出大量廢熱、廢氣、廢煙等余熱資源豐富，大約占到工業總能耗量的20%。如能把這些能量回收利用，能產生很高的環境效益和經濟效益。對于低溫余熱方面的回收利用，各國政府和能源公司投入了大量的人力和物力，旨在研發余熱發電的新技術。“十二五”期間我國政府特別明確了節能減排的十項重點工程，其中余熱余壓資源的利用在節能改造工程中被重點提及。2012年12月7日，國家電監會出臺《關于規范水泥窯低溫余熱發電機組并網運營的意見》，并明確鋼鐵、玻璃、化工等其他行業類似的低溫余熱余壓發電機組，可參照執行，也表明工業余熱發電機組并網問題正逐步明朗化。為我國低溫余熱發電技術的研究和廣泛應用提供了有利條件。?

傳統的余熱發電系統采用恒速恒頻發電方式，發電機與電網直接相連，由于只能固定運行在某一轉速上才能達到最高運行效率，當熱源條件改變時發電機和膨脹機就會偏離最佳運行轉速，導致運行效率下降。當電網電壓故障時，故障會直接傳送至發電機，造成發電機的故障。發電機定子與電網連接處通常接有無功補償用的電容器組,其電容量一般按補償發電機空載時吸收的無功功率來設計，所以發電系統還要從電網吸收額外的無功。?

若系統采用的變速恒頻發電并網，在發電機和電網之間加入背靠背雙PWM變流器，變流器將發電機與電網通過直流環節隔離開來，通過對變流器的合理控制，可以實現低電壓穿越和三相電網電壓不對稱下的運行，并對電網提供無功支持。此變流器的能量可以控制，現實發電機速度的實時調節，達到最大功率跟蹤的目的，并且發電機的速度可以在不增加齒輪箱的情況下，根據膨脹機的特性配合設計，提高系統的運行效率。?

發明內容

本發明是為解決并網型低溫余熱發電系統的并網控制問題，而提出的并網型低溫余熱發電系統的控制裝置與方法。本發明的目的是通過下述技術方案實現的；?

1.該控制裝置包括有機工質朗肯循環系統的控制裝置、變流器控制裝置和人機界面，上述控制裝置分別與有機工質朗肯循環系統和背靠背變流器相連，同時控制裝置之間通過通信對整個系統進行協調控制，人機界面與變流器控制裝置相連，控制整個系統的運行和顯示狀態；有機工質朗肯循環系統的控制裝置包括有機工質液位的閉環控制模塊，對有機工質朗肯循環進行控制；變流器控制裝置包括時序控制模塊、機側網側控制模塊、最大功率捕獲模塊、低電壓穿越模塊，對變流器并網狀態進行控制；

2.工質液位的閉環控制模塊，由液位傳感器、冷凝器的壓力傳感器、蒸發器的壓力傳感器、工質泵、介質液位的閉環控制算法組成；控制算法根據當前的液位差和冷凝器的壓力、蒸發器的壓力，在模糊自適應PID的控制下，實時修改PID參數，控制工質泵的工作狀態；

3.工作時序控制模塊，接收人機界面的控制指令，對整個系統的開關機、緊急停車進行控制；

4.機側網側控制模塊，其中網側變流器采用基于電網電壓定向的矢量控制穩定直流母線的電壓，機側變流器采用基于轉子磁鏈定向的矢量控制算法，控制機發電機的轉速，轉速給定由最大功率捕獲模塊提供，轉子磁鏈的獲取由發電機的無速度傳感器算法獲得，無需安裝發電機位置傳感器。；?

5．最大功率捕獲模塊由一種優化的爬山搜尋法算法自動找出發電機的最大功率點的速度，在傳統爬山算法流程中增加存儲與輸出環節,?對結果進行預測和經驗累積,?能夠根據環境的不同不斷改進,?無須人為調試，同時利用功率反饋控制對系統進行最大功率控制，無需知道熱水溫度、流量、膨脹機功率特性等參數；

6.?低電壓穿越模塊在檢測到直流電壓高于設定值時，立即投入能量轉移裝置，消耗多余的能量來維持直流母線電壓的穩定，實現電網低電壓下的不脫網運行，并控制網側變流器向電網注入一定的無功功率，幫助電網電壓的恢復。

?[0006]?本發明與現有技術相比，具有如下優點；?

1.??本控制裝置及其方法的使用，可以對有機工質朗肯循環系統和發電機變速恒頻并網部分進行協調控制，系統的操作方便，簡單，穩定性和安全系數高；