[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的ORC系統(tǒng)及控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011206492.1
• 申請(qǐng)日: 2020-11-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112039125A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅強(qiáng);林軍木;李紅偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 成都署信科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02J3/38
• 分類(lèi)號(hào): H02J3/38;H02K9/20
• 代理公司: 成都智弘知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51275
• 代理人: 丁亮

1.一種基于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的ORC系統(tǒng)，其特征在于，包括：熱循環(huán)系統(tǒng)、高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)、電力電子系統(tǒng)，所述高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)分別連接所述熱循環(huán)系統(tǒng)和所述電力電子系統(tǒng)；其中，所述電力電子系統(tǒng)包括：高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)功率變換器、并網(wǎng)變流器和控制器；所述高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的輸出端與所述高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)功率變換器的輸入端電連接，所述并網(wǎng)變流器分別連接所述高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)功率變換器的輸出端和電網(wǎng)側(cè)，所述控制器分別與所述高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)、高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)功率變換器和并網(wǎng)變流器電連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的ORC系統(tǒng)，其特征在于，所述電力電子系統(tǒng)還包括：編碼器、發(fā)電機(jī)電壓電流采樣電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、母線電壓采樣電路、整流器驅(qū)動(dòng)電路和網(wǎng)側(cè)電壓電流采樣電路；所述編碼器分別與所述高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)和所述控制器電連接，所述發(fā)電機(jī)電壓電流采樣電路分別與所述高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的輸出端和所述控制器電連接，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路分別與所述高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)功率變換器和所述控制器電連接，所述母線電壓采樣電路分別與所述高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)功率變換器的輸出端和所述控制器電連接，所述整流器驅(qū)動(dòng)電路分別與所述并網(wǎng)變流器和所述控制器電連接，所述網(wǎng)側(cè)電壓電流采樣電路分別與所述并網(wǎng)變流器的輸出端和所述控制器電連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的ORC系統(tǒng)，其特征在于，所述熱循環(huán)系統(tǒng)包括：蒸發(fā)器、余熱水管道、工質(zhì)泵、冷卻水泵、閥門(mén)、冷凝器、電機(jī)冷卻水管道和透平機(jī)，所述蒸發(fā)器分別與所述余熱水管道、工質(zhì)泵的第一端和透平機(jī)的第一端相連接，所述冷凝器分別與所述透平機(jī)的第二端、所述工質(zhì)泵的第二端和所述冷卻水泵相連接，所述電機(jī)冷卻水管道一端與所述冷卻水泵相連接，另一端與高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)相連接，所述閥門(mén)設(shè)置在熱循環(huán)系統(tǒng)中的連接管路上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的ORC系統(tǒng)，其特征在于，所述高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)功率變換器采用不對(duì)稱(chēng)半橋電路，每一相包括兩個(gè)主開(kāi)關(guān)器件以及兩個(gè)續(xù)流二極管，A相由開(kāi)關(guān)器件Q1、Q2及續(xù)流二極管D1、D2組成，并接到高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)A相繞組的A+與A-兩端；B相由開(kāi)關(guān)器件Q3、Q4及續(xù)流二極管D3、D4組成，并接到高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)B相繞組的B+與B-兩端；C相由開(kāi)關(guān)器件Q5、Q6及續(xù)流二極管D5、D6組成，并接到高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)C相繞組的C+與C-兩端，開(kāi)關(guān)器件Q13和R串聯(lián)連接為高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)功率變換器的泄放電路，當(dāng)直流母電壓過(guò)高時(shí)，通過(guò)Q13和R將多余的能量泄放掉，C_DC為濾波電容，與所述泄放電路并聯(lián)連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的ORC系統(tǒng)，其特征在于，所述并網(wǎng)變流器為二電平PWM整流器，由開(kāi)關(guān)器件Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12組成，所述開(kāi)關(guān)器件Q7和Q8串聯(lián)連接組成第一整流電路，所述開(kāi)關(guān)器件Q9和Q10串聯(lián)連接組成第二整流電路，所述開(kāi)關(guān)器件Q11和Q12串聯(lián)連接組成第三整流電路，所述第一整流電路、第二整流電路和第三整流電路并聯(lián)連接，其控制方式采用固定開(kāi)關(guān)頻率控制或滯環(huán)控制或失量控制。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的ORC系統(tǒng)，其特征在于，所述并網(wǎng)變流器采用三電平或多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其控制方式階除采用固定開(kāi)關(guān)頻率控制或滯環(huán)控制或失量控制。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的ORC系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包括主控板、觸摸屏和控制電源，所述控制電源分別與所述主控板和所述觸摸屏電連接，所述主控板分別與所述觸摸屏和所述關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)功率變換器電連接；

控制電源向主控板和觸摸屏提供電源；主控板控制開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)功率變換器將高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)發(fā)出的周期性電壓轉(zhuǎn)換成直流電，并控制直流母線的電壓恒定；觸摸屏實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的人機(jī)交互。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的ORC系統(tǒng)，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)功率變換器電路形式還包括：雙繞組型或電容分壓型或公共開(kāi)關(guān)型或電容轉(zhuǎn)儲(chǔ)型。

9.一種基于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的ORC系統(tǒng)控制方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的基于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的ORC系統(tǒng)，所述方法包括：

啟動(dòng)熱循環(huán)系統(tǒng)，ORC系統(tǒng)開(kāi)始工作；

熱循環(huán)系統(tǒng)將余熱水中的熱能轉(zhuǎn)化為循環(huán)工質(zhì)的熱能,氣態(tài)的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入透平機(jī)，推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)做功，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；

高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，送入高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)功率變換器中；

控制器驅(qū)動(dòng)高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)功率變換器進(jìn)行發(fā)電，首先設(shè)定高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速的參考值為ω^*；

控制器通過(guò)編碼器實(shí)時(shí)采集編碼器的輸出脈沖，根據(jù)公式ω=60M₁/PT_c或ω=60f₀/M₂計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω；其中：P為編碼器每轉(zhuǎn)輸出脈沖個(gè)數(shù)，M₁為時(shí)間T_c內(nèi)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)，f₀為高頻時(shí)鐘脈沖頻率，M₂為反映測(cè)速時(shí)間的高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)；

根據(jù)公式△ω=ω^*-ω算出速度偏差，然后基于功率曲線法或爬山搜索法的最大功率跟蹤算法得出電流環(huán)的參考電流值I^*；

控制器通過(guò)發(fā)電機(jī)電流采樣電路實(shí)時(shí)采集高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流i(t)；

根據(jù)公式△i=I^*-i(t)算出A、B、C三相電流偏差，然后經(jīng)PID調(diào)節(jié)得出A、B、C三相的控制參量I_A、I_B、I_C；

根據(jù)控制參量I_A0、I_B0、I_C0、轉(zhuǎn)速ω及位置反饋生成帶位置和角度的控制信號(hào)PWMA、PWMB、PWMC，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)高速開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)功率變換器工作在最大功率發(fā)電狀態(tài)；

控制器控制并網(wǎng)變流器將發(fā)電能量并入電網(wǎng)，首先控制器通過(guò)母線電壓采樣電路實(shí)時(shí)采集母線電壓v_dc(t)；

如果母線電壓過(guò)高，通過(guò)泄放電路將母線多余的能量泄放掉；

控制器通過(guò)網(wǎng)側(cè)電壓電流采樣電路實(shí)時(shí)采集網(wǎng)側(cè)三相交流電壓v_s(t)、交流電流i_s(t)，并通過(guò)三相交流電壓進(jìn)行數(shù)字鎖相；

根據(jù)公式△v_dc=v_dc^*-v_dc(t)算出直流母線電壓偏差，然后經(jīng)PID調(diào)節(jié)得出電流環(huán)的參考電流值I_s^*；

根據(jù)公式△i_s=I_s^*-i_s(t)算出電流偏差，然后經(jīng)PID調(diào)節(jié)得出U、V、W三相的反饋參量v_uo、v_vo、v_wo；

根據(jù)公式V=v_s(t)-v_o算出U、V、W三相的控制參量V_u、V_v、V_w；

根據(jù)控制參量V_u、V_v、V_w生成控制信號(hào)PWMU、PWMV、PWMW，通過(guò)整流器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)并網(wǎng)整流器將能量并入三相電網(wǎng)，同時(shí)控制直流母線電壓穩(wěn)定；

判斷是否關(guān)閉ORC系統(tǒng),如果否則返回第二步；

ORC系統(tǒng)停止運(yùn)行。