本發(fā)明涉及發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及基于有機(jī)朗肯循環(huán)的低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)及自啟動運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的工作過程為低溫余熱源通過蒸發(fā)器加熱有機(jī)工作介質(zhì)，工作介質(zhì)變成一定的壓力和流量的氣體，該高壓氣體推動膨脹機(jī)等裝置，上述過程將余熱中的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；跟膨脹機(jī)相連接的發(fā)電機(jī)將上述的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能；完成上述過程的工作介質(zhì)通過冷凝器之后變成低溫、低壓的液體等待進(jìn)入下一個工作循環(huán)。在低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)需要工質(zhì)泵驅(qū)動工作介質(zhì)，工作介質(zhì)循環(huán)以后，通過換熱器將余熱轉(zhuǎn)換到工作介質(zhì)，工質(zhì)介質(zhì)實現(xiàn)膨脹做功。為了實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的啟動及最優(yōu)化運(yùn)行，發(fā)電系統(tǒng)需要控制工質(zhì)泵的運(yùn)行狀態(tài)，比如啟動、停止及運(yùn)行頻率的調(diào)整等，如果發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)場條件沒有電網(wǎng)首先供電給發(fā)電系統(tǒng)來啟動工質(zhì)泵，就難以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的啟動、發(fā)電。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于有機(jī)朗肯循環(huán)的低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)及自啟動運(yùn)行方法，利用儲能模塊中的能量來啟動余熱發(fā)電系統(tǒng)并實現(xiàn)余熱發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

基于有機(jī)朗肯循環(huán)的低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括ORC低溫余熱發(fā)電裝置，所述ORC低溫余熱發(fā)電裝置通過交直流轉(zhuǎn)換電路連接到直流母線；

所述直流母線通過逆變及并網(wǎng)電路連接到電網(wǎng)；

所述直流母線通過雙向DC/DC模塊連接到儲能模塊，所述儲能模塊在系統(tǒng)啟動運(yùn)行階段將儲存的能量轉(zhuǎn)換到直流母線；

所述直流母線通過DC/AC變頻模塊連接到ORC低溫余熱發(fā)電裝置中驅(qū)動工作泵工作的電動機(jī)，DC/AC變頻模塊將直流母線中的能量變換成工質(zhì)泵電動機(jī)所需的驅(qū)動電壓來控制工質(zhì)泵的運(yùn)行。

所述交直流轉(zhuǎn)換電路包括串聯(lián)的交流到直流轉(zhuǎn)換電路和單向DC/DC模塊。

所述交流到直流轉(zhuǎn)換電路包括依次串聯(lián)的EMI模塊、整流電路、PFC電感及電容濾波模塊。

所述直流母線通過逆變電源為交流負(fù)載供電，還能夠直接為直流負(fù)載供電；所述直流母線還與濾波電容連接。

采用所述基于有機(jī)朗肯循環(huán)的低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的自啟動運(yùn)行方法，包括，

步驟一、儲能模塊中的能量通過雙向DC/DC模塊轉(zhuǎn)換到直流母線上；通過DC/AC變頻模塊將直流母線中的能量變換成工質(zhì)泵電動機(jī)所需的驅(qū)動電壓，來控制工質(zhì)泵的運(yùn)行，通過DC/AC變頻模塊提高工質(zhì)泵運(yùn)行頻率；

步驟二、ORC低溫余熱發(fā)電裝置發(fā)出交流電并通過交直流轉(zhuǎn)換電路將發(fā)的交流電轉(zhuǎn)換到直流母線上；

步驟三、通過DC/AC變頻模塊繼續(xù)提高工質(zhì)泵運(yùn)行頻率；

步驟四、根據(jù)發(fā)電量與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)儲能閾值的關(guān)系判斷是否繼續(xù)執(zhí)行下一步；

步驟五、將直流母線能量通過DC/DC模塊轉(zhuǎn)換到儲能模塊；

步驟六：通過DC/AC變頻模塊繼續(xù)提高工質(zhì)泵運(yùn)行頻率，并根據(jù)在預(yù)定的時間內(nèi)工質(zhì)泵運(yùn)行頻率與獨(dú)立運(yùn)行最小頻率的大小關(guān)系判斷是否執(zhí)行下一步；

步驟七：判斷發(fā)電量是否達(dá)到系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行最小能量閾值，如果不能達(dá)到標(biāo)定值，系統(tǒng)執(zhí)行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼，停止啟動過程；如果達(dá)到標(biāo)定值，系統(tǒng)自啟動完成。

所述步驟一中，

儲能模塊中的能量通過雙向DC/DC模塊轉(zhuǎn)換到直流母線上，并判斷在預(yù)定的時間內(nèi)DC母線電壓是否達(dá)到標(biāo)定值，如果不能達(dá)到標(biāo)定值，系統(tǒng)執(zhí)行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼，停止啟動過程；如果達(dá)到標(biāo)定值，則繼續(xù)執(zhí)行；

通過DC/AC變頻模塊提高工質(zhì)泵運(yùn)行頻率，并判斷在預(yù)定的時間內(nèi)工質(zhì)泵運(yùn)行頻率是否達(dá)到標(biāo)定電壓輸出頻率，如果不能達(dá)到標(biāo)定值，系統(tǒng)執(zhí)行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼，停止啟動過程；如果達(dá)到標(biāo)定值，則繼續(xù)執(zhí)行。

所述步驟二中，發(fā)電過程中，實時獲取發(fā)電量，并判斷發(fā)電量是否達(dá)到標(biāo)定值，如果不能達(dá)到標(biāo)定值，系統(tǒng)執(zhí)行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼，停止啟動過程；如果達(dá)到標(biāo)定值，則繼續(xù)執(zhí)行。

所述步驟三中，繼續(xù)提高工質(zhì)泵運(yùn)行頻率時，判斷在預(yù)定的時間內(nèi)工質(zhì)泵運(yùn)行頻率是否達(dá)到標(biāo)定電壓輸出頻率，如果不能達(dá)到標(biāo)定值，系統(tǒng)執(zhí)行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼，停止啟動過程；如果達(dá)到標(biāo)定值，則繼續(xù)執(zhí)行。

所述步驟四中，具體判斷方法為，判斷發(fā)電量是否大于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)儲能閾值，如果不能達(dá)到標(biāo)定值，系統(tǒng)執(zhí)行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼，停止啟動過程；如果達(dá)到標(biāo)定值，則繼續(xù)執(zhí)行。

所述步驟六中，具體判斷方法為，判斷在預(yù)定的時間內(nèi)工質(zhì)泵運(yùn)行頻率是否達(dá)到獨(dú)立運(yùn)行最小頻率，如果不能達(dá)到標(biāo)定值，系統(tǒng)執(zhí)行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼，停止啟動過程；如果達(dá)到標(biāo)定值，則繼續(xù)執(zhí)行。

本發(fā)明的有益效果：

(1)儲能模塊及雙向DC/DC模塊，在系統(tǒng)啟動運(yùn)行階段能夠?qū)δ苣K中的能量轉(zhuǎn)換到直流母線；

(2)DC/AC變頻模塊，能將直流母線中的能量變換成工質(zhì)泵電機(jī)所需的驅(qū)動電壓來控制工質(zhì)泵的運(yùn)行；

(3)工質(zhì)泵所驅(qū)動工作介質(zhì)在ORC低溫余熱發(fā)電裝置中實現(xiàn)熱能、機(jī)械能、電能的轉(zhuǎn)換過程。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)圖；

圖2為本發(fā)明的方法流程圖。

其中，1.ORC低溫余熱發(fā)電裝置，2.交流到直流轉(zhuǎn)換電路，3.單向DC/DC模塊，4.直流母線，5.雙向DC/DC模塊，6.儲能模塊，7.電容濾波模塊，8.逆變及并網(wǎng)電路，9.逆變電源，10.直流負(fù)載，11.DC/AC變頻模塊，12.電動機(jī)，13.工質(zhì)泵。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，基于有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)的低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，該裝置主要包括ORC低溫余熱發(fā)電裝置1，交流到直流轉(zhuǎn)換電路2，單向DC/DC模塊3，直流母線4，雙向DC/DC模塊5，儲能模塊6(電池組或超級電容組)，電容濾波模塊7，逆變及并網(wǎng)電路8，逆變電源9，直流負(fù)載10，DC/AC變頻模塊11，電動機(jī)12，工質(zhì)泵13。

該裝置的工作原理如下：余熱通過ORC低溫余熱發(fā)電裝置1中的蒸發(fā)器來加熱工質(zhì)泵13所驅(qū)動的有機(jī)工作介質(zhì)，有機(jī)工作介質(zhì)經(jīng)過狀態(tài)變換之后，轉(zhuǎn)化成高溫高壓的蒸汽，該蒸汽驅(qū)動膨脹機(jī)和永磁發(fā)電機(jī)將上述能量轉(zhuǎn)化成三相交流電。

該三相交流電經(jīng)過交流到直流轉(zhuǎn)換電路2中的EMI、整流、PFC電感和電容濾波后變成直流電源。

直流電源通過單向DC/DC模塊3到直流母線4，

直流母線4，通過雙向DC/DC模塊5，將能量存儲到儲能模塊6；

直流母線4，通過逆變及并網(wǎng)電路8，將反饋到電網(wǎng)；

直流母線4，通過逆變電源9，將到交流負(fù)載；

直流母線4，可以直接存儲到電容濾波模塊7，或直接給直流負(fù)載10；

直流母線4，通過DC/AC變頻模塊11，驅(qū)動電動機(jī)12和工質(zhì)泵13，工質(zhì)泵13驅(qū)動換熱后的工作介質(zhì)進(jìn)入ORC低溫余熱發(fā)電裝置1中的蒸發(fā)器，這樣實現(xiàn)整個的工作循環(huán)。

一種低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)自啟動運(yùn)行方法，其用儲能模塊中的能量來啟動余熱發(fā)電系統(tǒng)并實現(xiàn)余熱發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，該控制方法，包括以下步驟：

如圖2所示，步驟一：系統(tǒng)確認(rèn)按鍵或通訊方式獲得的啟動指令；

步驟二：儲能模塊中的能量通過雙向DC/DC模塊轉(zhuǎn)換到直流母線，并判斷在預(yù)定的時間內(nèi)是否滿足DC母線電壓≥標(biāo)定值，如果不能達(dá)到標(biāo)定值，系統(tǒng)執(zhí)行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼便于調(diào)試查詢，停止啟動過程；如果達(dá)到標(biāo)定值，執(zhí)行下一步；

步驟三：通過DC/AC變頻模塊，能將直流母線中的能量變換成工質(zhì)泵電機(jī)所需的驅(qū)動電壓來控制工質(zhì)泵的運(yùn)行；變頻模塊不斷提高工質(zhì)泵運(yùn)行頻率，并判斷在預(yù)定的時間內(nèi)是否滿足工質(zhì)泵運(yùn)行頻率≥標(biāo)定電壓輸出頻率，如果不能達(dá)到標(biāo)定值，系統(tǒng)執(zhí)行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼便于調(diào)試查詢，停止啟動過程；如果達(dá)到標(biāo)定值，執(zhí)行下一步；

步驟四：低溫余熱發(fā)電裝置中實現(xiàn)熱能、機(jī)械能、電能的轉(zhuǎn)換過程，發(fā)出交流電，該交流電通過交流到直流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成直流，系統(tǒng)獲取并計算發(fā)電量，判斷發(fā)電量是否大于標(biāo)定值，如果不能達(dá)到標(biāo)定值，系統(tǒng)執(zhí)行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼便于調(diào)試查詢，停止啟動過程；如果達(dá)到標(biāo)定值，執(zhí)行下一步；

步驟五：直流電通過單向DC/DC將余熱發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的電量轉(zhuǎn)換到直流母線；

步驟六：通過DC/AC變頻模塊繼續(xù)提高工質(zhì)泵運(yùn)行頻率，并判斷在預(yù)定的時間內(nèi)是否滿足工質(zhì)泵運(yùn)行頻率≥標(biāo)定電壓輸出頻率，如果不能達(dá)到標(biāo)定值，系統(tǒng)執(zhí)行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼便于調(diào)試查詢，停止啟動過程；如果達(dá)到標(biāo)定值，執(zhí)行下一步；

步驟七：判斷發(fā)電量是否大于等于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)儲能閾值，如果不能達(dá)到標(biāo)定值，系統(tǒng)執(zhí)行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼便于調(diào)試查詢，停止啟動過程；如果達(dá)到標(biāo)定值，執(zhí)行下一步；

步驟八：將直流母線能量通過DC/DC模塊轉(zhuǎn)換到儲能模塊，實現(xiàn)了低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)能量支持系統(tǒng)自己運(yùn)行，并開始補(bǔ)充前期啟動所消耗的儲能模塊能量；

步驟九：通過DC/AC變頻模塊繼續(xù)提高工質(zhì)泵運(yùn)行頻率，并判斷在預(yù)定的時間內(nèi)是否滿足工質(zhì)泵運(yùn)行頻率≥獨(dú)立運(yùn)行最小頻率，如果不能達(dá)到標(biāo)定值，系統(tǒng)執(zhí)行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼便于調(diào)試查詢，停止啟動過程；如果達(dá)到標(biāo)定值，執(zhí)行下一步；

步驟十：判斷發(fā)電量是否大于等于系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行最小能量閾值，如果不能達(dá)到標(biāo)定值，系統(tǒng)執(zhí)行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼便于調(diào)試查詢，停止啟動過程；如果達(dá)到標(biāo)定值，系統(tǒng)自啟動完成。

通過實際應(yīng)用證明發(fā)明中的低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)及自啟動運(yùn)行方法及控制裝置能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的自動運(yùn)行，所提出的方法簡單有效。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。