基於有機朗肯循環的低溫餘熱發電系統及自啟動運行方法與流程

2023-05-30 18:53:41 1

本發明涉及發電領域，尤其涉及基於有機朗肯循環的低溫餘熱發電系統及自啟動運行方法。

背景技術：

現有低溫餘熱發電系統的工作過程為低溫餘熱源通過蒸發器加熱有機工作介質，工作介質變成一定的壓力和流量的氣體，該高壓氣體推動膨脹機等裝置，上述過程將餘熱中的熱能轉換成機械能；跟膨脹機相連接的發電機將上述的機械能轉換成電能；完成上述過程的工作介質通過冷凝器之後變成低溫、低壓的液體等待進入下一個工作循環。在低溫餘熱發電系統需要工質泵驅動工作介質，工作介質循環以後，通過換熱器將餘熱轉換到工作介質，工質介質實現膨脹做功。為了實現發電系統的啟動及最優化運行，發電系統需要控制工質泵的運行狀態，比如啟動、停止及運行頻率的調整等，如果發電系統現場條件沒有電網首先供電給發電系統來啟動工質泵，就難以實現整個系統的啟動、發電。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基於有機朗肯循環的低溫餘熱發電系統及自啟動運行方法，利用儲能模塊中的能量來啟動餘熱發電系統並實現餘熱發電系統獨立運行。

為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

基於有機朗肯循環的低溫餘熱發電系統，包括ORC低溫餘熱發電裝置，所述ORC低溫餘熱發電裝置通過交直流轉換電路連接到直流母線；

所述直流母線通過逆變及併網電路連接到電網；

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啟動運行階段將儲存的能量轉換到直流母線；

所述直流母線通過DC/AC變頻模塊連接到ORC低溫餘熱發電裝置中驅動工作泵工作的電動機，DC/AC變頻模塊將直流母線中的能量變換成工質泵電動機所需的驅動電壓來控制工質泵的運行。

所述交直流轉換電路包括串聯的交流到直流轉換電路和單向DC/DC模塊。

所述交流到直流轉換電路包括依次串聯的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載供電，還能夠直接為直流負載供電；所述直流母線還與濾波電容連接。

採用所述基於有機朗肯循環的低溫餘熱發電系統的自啟動運行方法，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泵電動機所需的驅動電壓，來控制工質泵的運行，通過DC/AC變頻模塊提高工質泵運行頻率；

步驟二、ORC低溫餘熱發電裝置發出交流電並通過交直流轉換電路將發的交流電轉換到直流母線上；

步驟三、通過DC/AC變頻模塊繼續提高工質泵運行頻率；

步驟四、根據發電量與轉向系統儲能閾值的關係判斷是否繼續執行下一步；

步驟五、將直流母線能量通過DC/DC模塊轉換到儲能模塊；

步驟六：通過DC/AC變頻模塊繼續提高工質泵運行頻率，並根據在預定的時間內工質泵運行頻率與獨立運行最小頻率的大小關係判斷是否執行下一步；

步驟七：判斷發電量是否達到系統獨立運行最小能量閾值，如果不能達到標定值，系統執行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼，停止啟動過程；如果達到標定值，系統自啟動完成。

所述步驟一中，

儲能模塊中的能量通過雙向DC/DC模塊轉換到直流母線上，並判斷在預定的時間內DC母線電壓是否達到標定值，如果不能達到標定值，系統執行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼，停止啟動過程；如果達到標定值，則繼續執行；

通過DC/AC變頻模塊提高工質泵運行頻率，並判斷在預定的時間內工質泵運行頻率是否達到標定電壓輸出頻率，如果不能達到標定值，系統執行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼，停止啟動過程；如果達到標定值，則繼續執行。

所述步驟二中，發電過程中，實時獲取發電量，並判斷發電量是否達到標定值，如果不能達到標定值，系統執行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼，停止啟動過程；如果達到標定值，則繼續執行。

所述步驟三中，繼續提高工質泵運行頻率時，判斷在預定的時間內工質泵運行頻率是否達到標定電壓輸出頻率，如果不能達到標定值，系統執行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼，停止啟動過程；如果達到標定值，則繼續執行。

所述步驟四中，具體判斷方法為，判斷發電量是否大於轉向系統儲能閾值，如果不能達到標定值，系統執行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼，停止啟動過程；如果達到標定值，則繼續執行。

所述步驟六中，具體判斷方法為，判斷在預定的時間內工質泵運行頻率是否達到獨立運行最小頻率，如果不能達到標定值，系統執行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼，停止啟動過程；如果達到標定值，則繼續執行。

本發明的有益效果：

(1)儲能模塊及雙向DC/DC模塊，在系統啟動運行階段能夠將儲能模塊中的能量轉換到直流母線；

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

(3)工質泵所驅動工作介質在ORC低溫餘熱發電裝置中實現熱能、機械能、電能的轉換過程。

附圖說明

圖1為本發明的系統圖；

圖2為本發明的方法流程圖。

其中，1.ORC低溫餘熱發電裝置，2.交流到直流轉換電路，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.逆變及併網電路，9.逆變電源，10.直流負載，11.DC/AC變頻模塊，12.電動機，13.工質泵。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

如圖1所示，基於有機朗肯循環(ORC)的低溫餘熱發電系統，該裝置主要包括ORC低溫餘熱發電裝置1，交流到直流轉換電路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，逆變及併網電路8，逆變電源9，直流負載10，DC/AC變頻模塊11，電動機12，工質泵13。

該裝置的工作原理如下：餘熱通過ORC低溫餘熱發電裝置1中的蒸發器來加熱工質泵13所驅動的有機工作介質，有機工作介質經過狀態變換之後，轉化成高溫高壓的蒸汽，該蒸汽驅動膨脹機和永磁發電機將上述能量轉化成三相交流電。

該三相交流電經過交流到直流轉換電路2中的EMI、整流、PFC電感和電容濾波後變成直流電源。

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，通過逆變及併網電路8，將反饋到電網；

直流母線4，通過逆變電源9，將到交流負載；

直流母線4，可以直接存儲到電容濾波模塊7，或直接給直流負載10；

直流母線4，通過DC/AC變頻模塊11，驅動電動機12和工質泵13，工質泵13驅動換熱後的工作介質進入ORC低溫餘熱發電裝置1中的蒸發器，這樣實現整個的工作循環。

一種低溫餘熱發電系統自啟動運行方法，其用儲能模塊中的能量來啟動餘熱發電系統並實現餘熱發電系統獨立運行，該控制方法，包括以下步驟：

如圖2所示，步驟一：系統確認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模塊轉換到直流母線，並判斷在預定的時間內是否滿足DC母線電壓≥標定值，如果不能達到標定值，系統執行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼便於調試查詢，停止啟動過程；如果達到標定值，執行下一步；

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泵電機所需的驅動電壓來控制工質泵的運行；變頻模塊不斷提高工質泵運行頻率，並判斷在預定的時間內是否滿足工質泵運行頻率≥標定電壓輸出頻率，如果不能達到標定值，系統執行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼便於調試查詢，停止啟動過程；如果達到標定值，執行下一步；

步驟四：低溫餘熱發電裝置中實現熱能、機械能、電能的轉換過程，發出交流電，該交流電通過交流到直流轉換電路轉換成直流，系統獲取並計算發電量，判斷發電量是否大於標定值，如果不能達到標定值，系統執行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼便於調試查詢，停止啟動過程；如果達到標定值，執行下一步；

步驟五：直流電通過單向DC/DC將餘熱發電系統所發出的電量轉換到直流母線；

步驟六：通過DC/AC變頻模塊繼續提高工質泵運行頻率，並判斷在預定的時間內是否滿足工質泵運行頻率≥標定電壓輸出頻率，如果不能達到標定值，系統執行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼便於調試查詢，停止啟動過程；如果達到標定值，執行下一步；

步驟七：判斷發電量是否大於等於轉向系統儲能閾值，如果不能達到標定值，系統執行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼便於調試查詢，停止啟動過程；如果達到標定值，執行下一步；

步驟八：將直流母線能量通過DC/DC模塊轉換到儲能模塊，實現了低溫餘熱發電系統能量支持系統自己運行，並開始補充前期啟動所消耗的儲能模塊能量；

步驟九：通過DC/AC變頻模塊繼續提高工質泵運行頻率，並判斷在預定的時間內是否滿足工質泵運行頻率≥獨立運行最小頻率，如果不能達到標定值，系統執行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼便於調試查詢，停止啟動過程；如果達到標定值，執行下一步；

步驟十：判斷發電量是否大於等於系統獨立運行最小能量閾值，如果不能達到標定值，系統執行報警、顯示故障指示，存儲故障代碼便於調試查詢，停止啟動過程；如果達到標定值，系統自啟動完成。

通過實際應用證明發明中的低溫餘熱發電系統及自啟動運行方法及控制裝置能夠實現發電系統的自動運行，所提出的方法簡單有效。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。