專利名稱：一種離網(wǎng)式斯特林供電系統(tǒng)結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種離網(wǎng)式斯特林供電系統(tǒng)結構。
背景技術：
目前，節(jié)能減排已經(jīng)成為了社會關注的焦點，其中太陽能和風能由于具有資源充足、清潔、分布廣泛的特點，使得其應用越來越廣泛，現(xiàn)有的離網(wǎng)式風力供電系統(tǒng)，通常的系統(tǒng)結構包括風力發(fā)電機、整流器、逆變器、蓄電池、卸荷器，風力發(fā)電機通過整流器連接逆變器和蓄電池，逆變器連接用戶，同時蓄電池通過所述逆變器連接用戶，其中的風力發(fā)電機通常采用永磁同步發(fā)電機或無刷勵磁同步發(fā)電機，即使采用異步發(fā)電機也會通過電容器來補償異步發(fā)電機勵磁需要的無功，由于以上這些發(fā)電機都只工作在發(fā)電狀態(tài)，所以與之相連接的為將發(fā)電機所輸出的交變電流整流成直流的整流器，而對于負載和風況的變化，則通過變槳和調(diào)節(jié)蓄電池充放電電流以達到該系統(tǒng)的穩(wěn)定，現(xiàn)有的離網(wǎng)式太陽能供電系統(tǒng)，通常的系統(tǒng)結構包括太陽能電池組件、蓄電池和逆變器，太陽能電池組件通過蓄電池連接逆變器，逆變器連接用戶，以上兩種離網(wǎng)式供電系統(tǒng)均針對各自的領域，用于斯特林發(fā)電系統(tǒng)，解決不了斯特林機的自啟動問題，同時還存在資源利用不充分、直流母線電壓不穩(wěn)定，發(fā)電效率不高的缺點。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對以上問題的提出，而研制一種能夠實現(xiàn)斯特林發(fā)動機自啟動，并能夠為異步電機提供無功通道，實現(xiàn)異步電機、用戶和蓄電池三者電能平衡，從而實現(xiàn)斯特林發(fā)動機的離網(wǎng)運行、資源利用充分、供電穩(wěn)定的離網(wǎng)式斯特林供電系統(tǒng)結構。本實用新型的技術方案是:一種離網(wǎng)式斯特林供電系統(tǒng)結構，包括:用于將太陽能或燃氣熱能轉換為機械能的斯特林發(fā)動機；連接斯特林發(fā)動機，當工作在發(fā)電狀態(tài)時用于將斯特林發(fā)動機傳輸過來的機械能轉換為電能，以及當工作在電動狀態(tài)時用于帶動斯特林發(fā)動機起動的三相異步電機；連接三相異步電機,用于對三相異步電機輸出的交流電能進行整流，以及對雙向DC/DC變換器輸出的直流進行逆變的雙向PWM逆變器；通過直流母線連接雙向PWM逆變器，用于對雙向PWM逆變器整流后輸出的直流電能進行電壓變換后儲存至蓄電池，以及對蓄電池儲存的直流電能進行電壓變換后傳輸給雙向PWM逆變器或用戶側逆變器的雙向DC/DC變換器；通過直流母線連接雙向PWM逆變器和雙向DC/DC變換器，用于對雙向PWM逆變器整流后或雙向DC/DC變換器輸出的直流電能進行逆變后供電給用戶的用戶側逆變器；連接雙向DC/DC變換器，用于儲存雙向DC/DC變換器傳輸過來的直流電能以及提供儲存的直流電能給雙向DC/DC變換器的蓄電池；用于采集直流母線電壓并傳輸給控制器的直流電壓變送器；[0013]分別連接直流電壓變送器、雙向PWM逆變器和用戶側逆變器，用于根據(jù)直流電壓變送器采集到的直流母線電壓控制雙向PWM逆變器和用戶側逆變器工作狀態(tài)的控制器；另外，還包括分別連接控制器和雙向DC/DC變換器，用于根據(jù)控制器的控制信號調(diào)節(jié)雙向DC/DC變換器的工作狀態(tài)和輸出電壓的雙向DC/DC控制單元；另外，還包括連接蓄電池，用于實時檢測蓄電池電壓、充放電電流和蓄電池溫度的蓄電池在線監(jiān)測單元；進一步地，所述控制器分別連接蓄電池在線監(jiān)測單元、直流電壓變送器和雙向DC/DC控制單元，用于根據(jù)直流電壓變送器傳輸過來的直流母線電壓以及蓄電池在線監(jiān)測單元實時傳輸過來的蓄電池電壓、充放電電流和蓄電池溫度通過發(fā)送控制信號給雙向DC/DC控制單元，實現(xiàn)對雙向DC/DC變換器的工作狀態(tài)和輸出電壓的調(diào)節(jié)；另外，還包括由開關管、卸荷電阻和卸荷控制單元構成的卸荷電路；所述開關管與卸荷電阻相互串聯(lián)；所述卸荷控制單元分別連接控制器和開關管，用于根據(jù)控制器傳輸過來的控制信號控制開關管的開通和關斷；相互串聯(lián)的開關管和卸荷電阻并聯(lián)接在直流母線的正負極之間。由于采用了上述技術方案，本實用新型提供的一種離網(wǎng)式斯特林供電系統(tǒng)結構，通過斯特林發(fā)動機將太陽能或燃氣熱能轉換為機械能，采用既能工作在電動狀態(tài)將電能轉換為機械能帶動斯特林發(fā)動機啟動又能工作在發(fā)電狀態(tài)將斯特林發(fā)動機傳輸過來的機械能轉換為電能的三相異步電機；既能工作在逆變狀態(tài)將直流母線電壓進行DC-AC變換后輸出交流電給工作在電動狀態(tài)的三相異步電機轉換為機械能，以及持續(xù)為三相異步電機提供無功功率，同時又能工作在整流狀態(tài)對工作在發(fā)電狀態(tài)的三相異步電機所輸出交流電能進行AC-DC變換后傳輸至直流母線的雙向PWM逆變器；既能將直流母線電壓進行電壓變換后給蓄電池充電，又能將蓄電池存儲的電能進行電壓變換后傳輸至直流母線的雙向DC/DC變換器，本實用新型發(fā)電效率高，能夠實現(xiàn)斯特林發(fā)動機的自啟動，同時為三相異步電機的運行提供無功通道，通過控制器控制卸荷電路和雙向DC/DC變換器的工作狀態(tài)和輸出電壓，進而控制蓄電池的充放電電壓和電流，保證了直流母線電壓的穩(wěn)定，保證了對用戶的供電質量，系統(tǒng)運行時，能夠通過調(diào)節(jié)蓄電池的充放電電流來實現(xiàn)異步電機、用戶和蓄電池三者電能的平衡，實現(xiàn)了發(fā)電、用電和充放電的平衡，從而實現(xiàn)斯特林發(fā)動機的離網(wǎng)運行，該系統(tǒng)供電穩(wěn)定，使得高效率的斯特林發(fā)電機組和異步電機的應用更為廣泛。

圖1是本實用新型的結構框圖。
具體實施方式
如圖1所示的一種離網(wǎng)式斯特林供電系統(tǒng)結構，包括:用于將太陽能或燃氣熱能轉換為機械能的斯特林發(fā)動機；連接斯特林發(fā)動機，當工作在發(fā)電狀態(tài)時用于將斯特林發(fā)動機傳輸過來的機械能轉換為電能，以及當工作在電動狀態(tài)時用于帶動斯特林發(fā)動機起動的三相異步電機；連接三相異步電機，用于對三相異步電機輸出的交流電能進行整流，以及對雙向DC/DC變換器輸出的直流`進行逆變的雙向PWM逆變器；通過直流母線連接雙向PWM逆變器，用于對雙向PWM逆變器整流后輸出的直流電能進行電壓變換后儲存至蓄電池，以及對蓄電池儲存的直流電能進行電壓變換后傳輸給雙向PWM逆變器或用戶側逆變器的雙向DC/DC變換器；通過直流母線連接雙向PWM逆變器和雙向DC/DC變換器，用于對雙向PWM逆變器整流后或雙向DC/DC變換器輸出的直流電能進行逆變后供電給用戶的用戶側逆變器；連接雙向DC/DC變換器，用于儲存雙向DC/DC變換器傳輸過來的直流電能以及提供儲存的直流電能給雙向DC/DC變換器的蓄電池；用于采集直流母線電壓并傳輸給控制器的直流電壓變送器；分別連接直流電壓變送器、雙向PWM逆變器和用戶側逆變器，用于根據(jù)直流電壓變送器采集到的直流母線電壓控制雙向PWM逆變器和用戶側逆變器工作狀態(tài)的控制器；另外，還包括分別連接控制器和雙向DC/DC變換器，用于根據(jù)控制器的控制信號調(diào)節(jié)雙向DC/DC變換器的工作狀態(tài)和輸出電壓的雙向DC/DC控制單元；還包括連接蓄電池，用于實時檢測蓄電池電壓、充放電電流和蓄電池溫度的蓄電池在線監(jiān)測單元；進一步地，所述控制器分別連接蓄電池在線監(jiān)測單元、直流電壓變送器和雙向DC/DC控制單元，用于根據(jù)直流電壓變送器傳輸過來的直流母線電壓以及蓄電池在線監(jiān)測單元實時傳輸過來的蓄電池電壓、充放電電流和蓄電池溫度通過發(fā)送控制信號給雙向DC/DC控制單元，實現(xiàn)對雙向DC/DC變換器的工作狀態(tài)和輸出電壓的調(diào)節(jié)；另外，還包括由開關管、卸荷電阻和卸荷控制單元構成的卸荷電路；所述開關管與卸荷電阻相互串聯(lián)；所述卸荷控制單元分別連接控制器和開關管，用于根據(jù)控制器傳輸過來的控制信號控制開關管的開通和關斷；相互串聯(lián)的開關管和卸荷電阻并聯(lián)接在直流母線的正負極之間。 本實用新型提供的一種離網(wǎng)式斯特林供電系統(tǒng)結構，通過斯特林發(fā)動機將太陽能或燃氣熱能轉換為機械能，采用既能工作在電動狀態(tài)將電能轉換為機械能帶動斯特林發(fā)動機啟動又能工作在發(fā)電狀態(tài)將斯特林發(fā)動機傳輸過來的機械能轉換為電能的三相異步電機；既能工作在逆變狀態(tài)將直流母線電壓進行DC-AC變換后輸出交流電給工作在電動狀態(tài)的三相異步電機轉換為機械能，以及持續(xù)為三相異步電機提供無功功率，同時又能工作在整流狀態(tài)對工作在發(fā)電狀態(tài)的三相異步電機所輸出交流電能進行AC-DC變換后傳輸至直流母線的雙向PWM逆變器；既能將直流母線電壓進行電壓變換后給蓄電池充電，又能將蓄電池存儲的電能進行電壓變換后傳輸至直流母線的雙向DC/DC變換器，本實用新型發(fā)電效率高，能夠實現(xiàn)斯特林發(fā)動機的自啟動，同時為三相異步電機的運行提供無功通道，通過控制器控制卸荷電路和雙向DC/DC變換器的工作狀態(tài)和輸出電壓，進而控制蓄電池的充放電電壓和電流，保證了直流母線電壓的穩(wěn)定，保證了對用戶的供電質量，系統(tǒng)運行時，能夠通過調(diào)節(jié)蓄電池的充放電電流來實現(xiàn)異步電機、用戶和蓄電池三者電能的平衡，實現(xiàn)了發(fā)電、用電和充放電的平衡，從而實現(xiàn)斯特林發(fā)動機的離網(wǎng)運行，該系統(tǒng)供電穩(wěn)定，使得高效率的斯特林發(fā)電機組和異步電機的應用更為廣泛。由于三相異步電機是感應電機，當其轉子的旋轉速度高于磁場的旋轉速度，則三相異步電機工作在發(fā)電狀態(tài)，作為發(fā)電機使用，當其轉子的速度低于磁場的旋轉速度，則三相異步電機工作在電動狀態(tài)，作為電動機使用，如選擇一個4極的三相異步電機，其同步轉速為1500rpm，則當轉速低于1500rpm時，其為電動機，當轉速高于1500rpm時，其為發(fā)電機；電動狀態(tài)下，三相異步電機的轉速一般由變頻器控制，發(fā)電狀態(tài)下，當三相異步電機輸出的電能大于實際消耗電能，斯特林發(fā)動機帶動三相異步電機增速，當三相異步電機輸出的電能小于實際消耗電能，斯特林發(fā)動機帶動三相異步電機減速，不論三相異步電機工作在電動狀態(tài)或發(fā)電狀態(tài)時，控制器均控制雙向PWM逆變器持續(xù)對直流母線電壓進行逆變后輸出給三相異步電機提供無功功率，以及控制用戶側逆變器持續(xù)將直流母線電壓進行逆變后供電給用戶，蓄電池在線監(jiān)測單元實時檢測蓄電池電壓、充放電電流和蓄電池溫度參數(shù)，當充放電電流和蓄電池溫度異常時通過雙向DC/DC控制單元控制雙向DC/DC變換器的工作狀態(tài)以避免由此造成的蓄電池損壞，當系統(tǒng)開始工作時，蓄電池釋放電能給雙向DC/DC變換器，直流電壓變送器此時監(jiān)測到的直流母線電壓大于初始電壓，控制器通過控制雙向DC/DC控制單元進而控制雙向DC/DC變換器對蓄電池釋放的電能進行電壓變換輸出直流電能，該直流電能通過直流母線輸出至雙向PWM逆變器和用戶側逆變器，直流電壓變送器檢測到直流母線上具有的雙向DC/DC變換器輸出的直流電壓并輸出信號給控制器，控制器控制雙向PWM逆變器將直流母線傳輸過來的電壓進行逆變后輸出給三相異步電機用于電能轉換以及為三相異步電機持續(xù)提供無功功率，以及控制用戶側逆變器將直流母線傳輸過來的電壓進行逆變后持續(xù)供電給用戶，另外蓄電池在線監(jiān)測單元實時監(jiān)測蓄電池電壓、放電電流和溫度，當檢測到的蓄電池電壓低于某一閾值電壓時，通過雙向DC/DC控制單元控制雙向DC/DC變換器停止對蓄電池輸入電能進行變換進而避免過放，雙向PWM逆變器輸出的交流電能輸出給三相異步電機，三相異步電機工作在電動狀態(tài)將電能轉換為機械能，帶動斯特林發(fā)動機完成啟動，斯特林發(fā)動機啟動后完成燃氣熱能至機械能的轉換，斯特林發(fā)動機帶動三相異步電機工作在發(fā)電狀態(tài)，將機械能轉換為電能通過雙向PWM逆變器完成整流后將直流電輸出至直流母線，控制器根據(jù)直流電壓變送器檢測到的雙向PWM逆變器輸出至直流母線的直流電和蓄電池在線監(jiān)測單元傳輸過來的蓄電池電壓，通過雙向DC/DC控制單元控制雙向DC/DC變換器對直流母線輸入的直流電進行電壓變換后輸出給蓄電池充電，同時蓄電池在線監(jiān)測單元實時監(jiān)測蓄電池的電壓、充電電流和溫度，當檢測的蓄電池電壓達到蓄電池額定電壓，通過雙向DC/DC控制單元調(diào)節(jié)雙向DC/DC變換器的工作狀態(tài)停止對蓄電池充電進而避免過充，同時控制器通過控制卸荷控制單元調(diào)節(jié)開關管的開關頻率完成卸荷電流的調(diào)節(jié)和卸荷電阻對直流母線多余電能的卸放，本實用新型的卸荷電路由開關管、卸荷電阻和卸荷控制單元構成；開關管與卸荷電阻相互串聯(lián)；卸荷控制單元分別連接控制器和開關管，用于根據(jù)控制器傳輸過來的控制信號控制開關管的開通和關斷；相互串聯(lián)的開關管和卸荷電阻并聯(lián)接在直流母線的正負極之間，實際工作中通過控制器傳輸過來 的控制信號利用卸荷控制單元調(diào)節(jié)開關管的開關頻率，從而實現(xiàn)對卸荷電流的調(diào)節(jié)。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權利要求1.一種離網(wǎng)式斯特林供電系統(tǒng)結構，其特征在于包括: 用于將太陽能或燃氣熱能轉換為機械能的斯特林發(fā)動機； 連接斯特林發(fā)動機，當工作在發(fā)電狀態(tài)時用于將斯特林發(fā)動機傳輸過來的機械能轉換為電能，以及當工作在電動狀態(tài)時用于帶動斯特林發(fā)動機起動的三相異步電機； 連接三相異步電機，用于對三相異步電機輸出的交流電能進行整流，以及對雙向DC/DC變換器輸出的直流進行逆變的雙向PWM逆變器； 通過直流母線連接雙向PWM逆變器，用于對雙向PWM逆變器整流后輸出的直流電能進行電壓變換后儲存至蓄電池，以及對蓄電池儲存的直流電能進行電壓變換后傳輸給雙向PWM逆變器或用戶側逆變器的雙向DC/DC變換器； 通過直流母線連接雙向PWM逆變器和雙向DC/DC變換器，用于對雙向PWM逆變器整流后或雙向DC/DC變換器輸出的直流電能進行逆變后供電給用戶的用戶側逆變器； 連接雙向DC/DC變換器，用于儲存雙向DC/DC變換器傳輸過來的直流電能以及提供儲存的直流電能給雙向DC/DC變換器的蓄電池； 用于采集直流母線電壓并傳輸給控制器的直流電壓變送器； 分別連接直流電壓變送器、雙向PWM逆變器和用戶側逆變器，用于根據(jù)直流電壓變送器采集到的直流母線電壓控制雙向PWM逆變器和用戶側逆變器工作狀態(tài)的控制器。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種離網(wǎng)式斯特林供電系統(tǒng)結構，其特征在于還包括分別連接控制器和雙向DC/DC變換器，用于根據(jù)控制器的控制信號調(diào)節(jié)雙向DC/DC變換器的工作狀態(tài)和輸 出電壓的雙向DC/DC控制單元。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種離網(wǎng)式斯特林供電系統(tǒng)結構，其特征在于還包括連接蓄電池，用于實時檢測蓄電池電壓、充放電電流和蓄電池溫度的蓄電池在線監(jiān)測單元。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的一種離網(wǎng)式斯特林供電系統(tǒng)結構，其特征在于所述控制器分別連接蓄電池在線監(jiān)測單元、直流電壓變送器和雙向DC/DC控制單元，用于根據(jù)直流電壓變送器傳輸過來的直流母線電壓以及蓄電池在線監(jiān)測單元實時傳輸過來的蓄電池電壓、充放電電流和蓄電池溫度通過發(fā)送控制信號給雙向DC/DC控制單元，實現(xiàn)對雙向DC/DC變換器的工作狀態(tài)和輸出電壓的調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種離網(wǎng)式斯特林供電系統(tǒng)結構，其特征在于還包括由開關管、卸荷電阻和卸荷控制單元構成的卸荷電路；所述開關管與卸荷電阻相互串聯(lián)；所述卸荷控制單元分別連接控制器和開關管，用于根據(jù)控制器傳輸過來的控制信號控制開關管的開通和關斷；相互串聯(lián)的開關管和卸荷電阻并聯(lián)接在直流母線的正負極之間。
專利摘要本實用新型公開了一種離網(wǎng)式斯特林供電系統(tǒng)結構，包括斯特林發(fā)動機；連接斯特林發(fā)動機的三相異步電機；連接三相異步電機的雙向PWM逆變器；連接雙向PWM逆變器的雙向DC/DC變換器；連接雙向PWM逆變器和雙向DC/DC變換器的用戶側逆變器；連接雙向DC/DC變換器的蓄電池；直流電壓變送器；用于根據(jù)直流電壓變送器采集到的直流母線電壓控制雙向PWM逆變器和用戶側逆變器工作狀態(tài)的控制器；本實用新型能夠實現(xiàn)斯特林發(fā)動機的自啟動，同時為三相異步電機的運行提供無功通道，能夠實現(xiàn)電機、用戶和蓄電池三者電能的平衡，從而實現(xiàn)斯特林發(fā)動機的離網(wǎng)運行，使得高效率的斯特林發(fā)動機和異步電機的應用更為廣泛。
文檔編號H02J3/00GK203151093SQ20132015867
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月30日 優(yōu)先權日2013年3月30日
發(fā)明者謝友展, 王振聲, 張彥明 申請人:大連宏海新能源發(fā)展有限公司