背景技術(shù)：

1、將氣體從生產(chǎn)區(qū)有效且高效地移動(dòng)到消費(fèi)區(qū)，使用大量且復(fù)雜的運(yùn)輸系統(tǒng)。通過管線運(yùn)輸?shù)臍怏w可以被加壓，并且可以在高壓力下通過管線輸送長(zhǎng)距離。例如，通過管線運(yùn)輸?shù)奶烊粴庠诠芫€中以高壓力行進(jìn)。天然氣是我們?cè)S多日常需求和活動(dòng)的主要能量源之一。天然氣由于其儲(chǔ)量豐富且相對(duì)清潔而成為具有吸引力的化石燃料。作為另一示例，氫也可以使用管線在高壓力下輸送。氫是快速擴(kuò)張的全球儲(chǔ)能市場(chǎng)。氫被用于從石油精煉到食品加工等許多制造過程。氫還被用作氣體渦輪機(jī)的燃料源，并且被用于大范圍的燃料電池，以便在工業(yè)和消費(fèi)者運(yùn)輸領(lǐng)域生成電力。其他氣體也可以通過管線在高壓力下輸送，包括丙烷、氧氣、二氧化碳以及其他氣體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、實(shí)施例的各方面包括一種包括發(fā)電機(jī)的設(shè)備。所述發(fā)電機(jī)包括：渦輪機(jī)葉輪，所述渦輪機(jī)葉輪被配置為接收過程氣體，并且響應(yīng)于流入所述渦輪機(jī)葉輪的入口和流出所述渦輪機(jī)葉輪的出口的所述過程氣體膨脹而旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子聯(lián)接到所述渦輪機(jī)葉輪，并且被配置為與所述渦輪機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)；和靜止的定子，在所述轉(zhuǎn)子在所述定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述發(fā)電機(jī)生成交流電流。所述設(shè)備包括：電力轉(zhuǎn)換器電路，所述電力轉(zhuǎn)換器電路聯(lián)接到所述發(fā)電機(jī)的電輸出，所述電力轉(zhuǎn)換器電路用于將來自所述發(fā)電機(jī)的交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流；和孤島模式逆變器電路，所述孤島模式逆變器電路聯(lián)接到整流器電路的電輸出，所述逆變器電路用于將來自所述整流器電路的直流電流轉(zhuǎn)換為包括頻率和幅值的交流電流，以便向負(fù)載提供電力。

2、實(shí)施例的各方面包括一種包括發(fā)電機(jī)和電力電子器件的系統(tǒng)。所述發(fā)電機(jī)包括：渦輪機(jī)葉輪，所述渦輪機(jī)葉輪被配置為接收過程氣體，并且響應(yīng)于流入所述渦輪機(jī)葉輪的入口和流出所述渦輪機(jī)葉輪的出口的所述過程氣體膨脹而旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子聯(lián)接到所述渦輪機(jī)葉輪，并且被配置為與所述渦輪機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)；和靜止的定子，在所述轉(zhuǎn)子在所述定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述發(fā)電機(jī)生成交流電流。所述電力電子器件包括：電力轉(zhuǎn)換器電路，所述電力轉(zhuǎn)換器電路聯(lián)接到所述發(fā)電機(jī)的電輸出，所述電力轉(zhuǎn)換器電路用于將來自所述發(fā)電機(jī)的交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流；和孤島模式逆變器電路，所述孤島模式逆變器電路聯(lián)接到整流器電路的電輸出，所述逆變器電路用于將來自所述整流器電路的直流電流轉(zhuǎn)換為包括頻率和幅值的交流電流，以便向負(fù)載提供電力。

3、實(shí)施例的一些方面包括：聯(lián)接到所述發(fā)電機(jī)的電輸出的制動(dòng)電阻器整流器；和聯(lián)接到所述制動(dòng)電阻器整流器的輸出的制動(dòng)電阻器組件。

4、在實(shí)施例的一些執(zhí)行方式中，所述制動(dòng)電阻器組件包括速度控制且電流調(diào)節(jié)的制動(dòng)電阻器。

5、實(shí)施例的一些方面包括聯(lián)接到所述發(fā)電機(jī)的電池，所述電池用于存儲(chǔ)從所述發(fā)電機(jī)接收的電力以及提供電力以使所述轉(zhuǎn)子在所述定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

6、在實(shí)施例的一些執(zhí)行方式中，所述電池聯(lián)接到所述電力轉(zhuǎn)換器電路，所述電力轉(zhuǎn)換器電路用于：接收來自所述發(fā)電機(jī)的交流電流并且將所述交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流以存儲(chǔ)在所述電池中；以及接收來自所述電池的直流電流并且將所述直流電流轉(zhuǎn)換為交流電流以向所述轉(zhuǎn)子供電。

7、實(shí)施例的一些方面包括雙向逆變器，所述雙向逆變器包括所述孤島模式逆變器電路和主動(dòng)電網(wǎng)逆變器，所述主動(dòng)電網(wǎng)逆變器用于將直流電流轉(zhuǎn)換為包括與電網(wǎng)兼容的頻率和幅值的交流電流。

8、在實(shí)施例的一些執(zhí)行方式中，所述雙向逆變器用于向所述負(fù)載提供電力，以及用于向所述電網(wǎng)提供多余的電力。

9、在實(shí)施例的一些執(zhí)行方式中，所述雙向逆變器用于在所述過程氣體使所述渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)之前，將電力從所述電網(wǎng)供應(yīng)到所述轉(zhuǎn)子，以使所述轉(zhuǎn)子在所述定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

10、在實(shí)施例的一些執(zhí)行方式中，所述發(fā)電機(jī)包括三相永磁同步發(fā)電機(jī)。

11、實(shí)施例的一些方面包括雙向逆變器，所述雙向逆變器用于將電流引導(dǎo)至所述負(fù)載以及將多余的電流引導(dǎo)至電網(wǎng)。

12、在實(shí)施例的一些執(zhí)行方式中，所述雙向逆變器包括主動(dòng)電網(wǎng)逆變器，所述主動(dòng)電網(wǎng)逆變器用于將電力引導(dǎo)至所述電網(wǎng)以及從所述電網(wǎng)接收電力。

13、實(shí)施例的各方面涉及一種方法，所述方法包括：使得氣體流動(dòng)通過位于流控制閥的下游的發(fā)電機(jī)的渦輪機(jī)葉輪；通過所述發(fā)電機(jī)生成電流；將由所述發(fā)電機(jī)生成的電流引導(dǎo)到孤島模式電力電子器件；以及將電流從所述孤島模式電力電子器件引導(dǎo)到負(fù)載。

14、實(shí)施例的一些方面包括：通過主動(dòng)電網(wǎng)逆變器將由所述發(fā)電機(jī)生成的但未被引導(dǎo)至所述負(fù)載的多余電流引導(dǎo)至電網(wǎng)。

15、實(shí)施例的一些方面包括：使用通過所述主動(dòng)電網(wǎng)逆變器由所述電網(wǎng)接收的電力來執(zhí)行所述發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)。

16、實(shí)施例的一些方面包括：將由所述發(fā)電機(jī)生成的但未被引導(dǎo)至所述負(fù)載的多余電流引導(dǎo)至電池。

17、實(shí)施例的一些方面包括：使用從所述電池接收的電力來執(zhí)行所述發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)。

18、在一些執(zhí)行方式中，所述孤島模式逆變器電路包括電路，所述電路用于：接收dc總線上的直流電流；將所述直流電流轉(zhuǎn)換為交流電流；以及將所述交流電流調(diào)節(jié)到與所述負(fù)載兼容的頻率和幅值。

19、實(shí)施例的一些方面包括主控制器電路，所述主控制器電路用于在故障狀況期間控制流向制動(dòng)電阻器的電流。

20、實(shí)施例的一些方面包括主動(dòng)整流器，所述主動(dòng)整流器電連接在所述發(fā)電機(jī)與所述制動(dòng)電阻器之間，所述主控制器在檢測(cè)到故障狀況時(shí)激活所述主動(dòng)整流器，以便基于所述故障狀況的存在而將電流從所述發(fā)電機(jī)引導(dǎo)到所述制動(dòng)電阻器。

技術(shù)特征：

1.一種設(shè)備，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其中，所述制動(dòng)電阻器組件包括速度控制且電流調(diào)節(jié)的制動(dòng)電阻器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括聯(lián)接到所述發(fā)電機(jī)的電池，所述電池用于存儲(chǔ)從所述發(fā)電機(jī)接收的電力以及提供電力以使所述轉(zhuǎn)子在所述定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，其中，所述電池聯(lián)接到所述電力轉(zhuǎn)換器電路，所述電力轉(zhuǎn)換器電路用于：

6.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，包括雙向逆變器，所述雙向逆變器包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其中，所述雙向逆變器用于向所述負(fù)載提供電力，以及用于向所述電網(wǎng)提供多余的電力。

8.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其中，所述雙向逆變器用于在所述過程氣體使所述渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)之前，將電力從所述電網(wǎng)供應(yīng)到所述轉(zhuǎn)子，以使所述轉(zhuǎn)子在所述定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述孤島模式逆變器電路包括電路，所述電路用于：

10.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括主控制器電路，所述主控制器電路用于在故障狀況期間控制流向制動(dòng)電阻器的電流。

11.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，還包括主動(dòng)整流器，所述主動(dòng)整流器電連接在所述發(fā)電機(jī)與所述制動(dòng)電阻器之間，所述主控制器在檢測(cè)到所述故障狀況時(shí)激活所述主動(dòng)整流器，以便基于所述故障狀況的存在而將電流從所述發(fā)電機(jī)引導(dǎo)到所述制動(dòng)電阻器。

12.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述發(fā)電機(jī)包括三相永磁同步發(fā)電機(jī)。

13.一種方法，包括：

14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，包括：通過主動(dòng)電網(wǎng)逆變器將由所述發(fā)電機(jī)生成的但未被引導(dǎo)至所述負(fù)載的多余電流引導(dǎo)至電網(wǎng)。

15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，包括：使用通過所述主動(dòng)電網(wǎng)逆變器由所述電網(wǎng)接收的電力來執(zhí)行所述發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)。

16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，包括：將由所述發(fā)電機(jī)生成的但未被引導(dǎo)至所述負(fù)載的多余電流引導(dǎo)至電池。

17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，包括：使用從所述電池接收的電力來執(zhí)行所述發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)。

18.一種系統(tǒng)，包括：

19.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng)，還包括雙向逆變器，所述雙向逆變器用于將電流引導(dǎo)至所述負(fù)載以及將多余的電流引導(dǎo)至電網(wǎng)。

20.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中，所述雙向逆變器包括主動(dòng)電網(wǎng)逆變器，所述主動(dòng)電網(wǎng)逆變器用于將電力引導(dǎo)至所述電網(wǎng)以及從所述電網(wǎng)接收電力。

技術(shù)總結(jié)
渦輪膨脹器可以作為用于孤島操作的微電網(wǎng)發(fā)電機(jī)來操作。渦輪膨脹器可以回收在壓力降低序列期間損失的能量來生成電。被加壓的過程氣體可以使得渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而使渦輪膨脹器的定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電力電子器件可以包括輸出交流電流的孤島模式逆變器，該交流電流包括與對(duì)負(fù)載供電兼容的頻率和幅值。電力電子器件可以包括由渦輪膨脹器充電的電池，并且可以為啟動(dòng)該渦輪膨脹器提供電力。電力電子器件可以包括雙向逆變器，該雙向逆變器用于將來自渦輪膨脹器的多余電力發(fā)送到電網(wǎng)，以及從電網(wǎng)接收電力以用于啟動(dòng)。

技術(shù)研發(fā)人員：蘇拉斯卡爾·P·謝諾伊,鄭立平,杰里米·劉,弗雷迪·撒漢
受保護(hù)的技術(shù)使用者：藍(lán)寶石科技公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6