基于有机朗肯循环的低温余热发电系统及自启动运行方法

摘要

本发明公开了基于有机朗肯循环的低温余热发电系统及自启动运行方法，基于有机朗肯循环的低温余热发电系统包括ORC低温余热发电装置，所述ORC低温余热发电装置通过交直流转换电路连接到直流母线；所述直流母线通过逆变及并网电路连接到电网；所述直流母线通过双向DC/DC模块连接到储能模块，所述储能模块在系统启动运行阶段将储存的能量转换到直流母线；所述直流母线通过DC/AC变频模块连接到ORC低温余热发电装置中驱动工作泵工作的电动机，DC/AC变频模块将直流母线中的能量变换成工质泵电动机所需的驱动电压来控制工质泵的运行。储能模块及双向DC/DC模块，在系统启动运行阶段能够将储能模块中的能量转换到直流母线。

说明书

技术领域

本发明涉及发电领域，尤其涉及基于有机朗肯循环的低温余热发电系统及自启动运行方法。

背景技术

现有低温余热发电系统的工作过程为低温余热源通过蒸发器加热有机工作介质，工作介质变成一定的压力和流量的气体，该高压气体推动膨胀机等装置，上述过程将余热中的热能转换成机械能；跟膨胀机相连接的发电机将上述的机械能转换成电能；完成上述过程的工作介质通过冷凝器之后变成低温、低压的液体等待进入下一个工作循环。在低温余热发电系统需要工质泵驱动工作介质，工作介质循环以后，通过换热器将余热转换到工作介质，工质介质实现膨胀做功。为了实现发电系统的启动及最优化运行，发电系统需要控制工质泵的运行状态，比如启动、停止及运行频率的调整等，如果发电系统现场条件没有电网首先供电给发电系统来启动工质泵，就难以实现整个系统的启动、发电。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于有机朗肯循环的低温余热发电系统及自启动运行方法，利用储能模块中的能量来启动余热发电系统并实现余热发电系统独立运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于有机朗肯循环的低温余热发电系统，包括ORC低温余热发电装置，所述ORC低温余热发电装置通过交直流转换电路连接到直流母线；

所述直流母线通过逆变及并网电路连接到电网；

所述直流母线通过双向DC/DC模块连接到储能模块，所述储能模块在系统启动运行阶段将储存的能量转换到直流母线；

所述直流母线通过DC/AC变频模块连接到ORC低温余热发电装置中驱动工作泵工作的电动机，DC/AC变频模块将直流母线中的能量变换成工质泵电动机所需的驱动电压来控制工质泵的运行。

所述交直流转换电路包括串联的交流到直流转换电路和单向DC/DC模块。

所述交流到直流转换电路包括依次串联的EMI模块、整流电路、PFC电感及电容滤波模块。

所述直流母线通过逆变电源为交流负载供电，还能够直接为直流负载供电；所述直流母线还与滤波电容连接。

采用所述基于有机朗肯循环的低温余热发电系统的自启动运行方法，包括，

步骤一、储能模块中的能量通过双向DC/DC模块转换到直流母线上；通过DC/AC变频模块将直流母线中的能量变换成工质泵电动机所需的驱动电压，来控制工质泵的运行，通过DC/AC变频模块提高工质泵运行频率；

步骤二、ORC低温余热发电装置发出交流电并通过交直流转换电路将发的交流电转换到直流母线上；

步骤三、通过DC/AC变频模块继续提高工质泵运行频率；

步骤四、根据发电量与转向系统储能阈值的关系判断是否继续执行下一步；

步骤五、将直流母线能量通过DC/DC模块转换到储能模块；

步骤六：通过DC/AC变频模块继续提高工质泵运行频率，并根据在预定的时间内工质泵运行频率与独立运行最小频率的大小关系判断是否执行下一步；

步骤七：判断发电量是否达到系统独立运行最小能量阈值，如果不能达到标定值，系统执行报警、显示故障指示，存储故障代码，停止启动过程；如果达到标定值，系统自启动完成。

所述步骤一中，

储能模块中的能量通过双向DC/DC模块转换到直流母线上，并判断在预定的时间内DC母线电压是否达到标定值，如果不能达到标定值，系统执行报警、显示故障指示，存储故障代码，停止启动过程；如果达到标定值，则继续执行；

通过DC/AC变频模块提高工质泵运行频率，并判断在预定的时间内工质泵运行频率是否达到标定电压输出频率，如果不能达到标定值，系统执行报警、显示故障指示，存储故障代码，停止启动过程；如果达到标定值，则继续执行。

所述步骤二中，发电过程中，实时获取发电量，并判断发电量是否达到标定值，如果不能达到标定值，系统执行报警、显示故障指示，存储故障代码，停止启动过程；如果达到标定值，则继续执行。

所述步骤三中，继续提高工质泵运行频率时，判断在预定的时间内工质泵运行频率是否达到标定电压输出频率，如果不能达到标定值，系统执行报警、显示故障指示，存储故障代码，停止启动过程；如果达到标定值，则继续执行。

所述步骤四中，具体判断方法为，判断发电量是否大于转向系统储能阈值，如果不能达到标定值，系统执行报警、显示故障指示，存储故障代码，停止启动过程；如果达到标定值，则继续执行。

所述步骤六中，具体判断方法为，判断在预定的时间内工质泵运行频率是否达到独立运行最小频率，如果不能达到标定值，系统执行报警、显示故障指示，存储故障代码，停止启动过程；如果达到标定值，则继续执行。

本发明的有益效果：

(1)储能模块及双向DC/DC模块，在系统启动运行阶段能够将储能模块中的能量转换到直流母线；

(2)DC/AC变频模块，能将直流母线中的能量变换成工质泵电机所需的驱动电压来控制工质泵的运行；

(3)工质泵所驱动工作介质在ORC低温余热发电装置中实现热能、机械能、电能的转换过程。

附图说明

图1为本发明的系统图；

图2为本发明的方法流程图。

其中，1.ORC低温余热发电装置，2.交流到直流转换电路，3.单向DC/DC模块，4.直流母线，5.双向DC/DC模块，6.储能模块，7.电容滤波模块，8.逆变及并网电路，9.逆变电源，10.直流负载，11.DC/AC变频模块，12.电动机，13.工质泵。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，基于有机朗肯循环(ORC)的低温余热发电系统，该装置主要包括ORC低温余热发电装置1，交流到直流转换电路2，单向DC/DC模块3，直流母线4，双向DC/DC模块5，储能模块6(电池组或超级电容组)，电容滤波模块7，逆变及并网电路8，逆变电源9，直流负载10，DC/AC变频模块11，电动机12，工质泵13。

该装置的工作原理如下：余热通过ORC低温余热发电装置1中的蒸发器来加热工质泵13所驱动的有机工作介质，有机工作介质经过状态变换之后，转化成高温高压的蒸汽，该蒸汽驱动膨胀机和永磁发电机将上述能量转化成三相交流电。

该三相交流电经过交流到直流转换电路2中的EMI、整流、PFC电感和电容滤波后变成直流电源。

直流电源通过单向DC/DC模块3到直流母线4，

直流母线4，通过双向DC/DC模块5，将能量存储到储能模块6；

直流母线4，通过逆变及并网电路8，将反馈到电网；

直流母线4，通过逆变电源9，将到交流负载；

直流母线4，可以直接存储到电容滤波模块7，或直接给直流负载10；

直流母线4，通过DC/AC变频模块11，驱动电动机12和工质泵13，工质泵13驱动换热后的工作介质进入ORC低温余热发电装置1中的蒸发器，这样实现整个的工作循环。

一种低温余热发电系统自启动运行方法，其用储能模块中的能量来启动余热发电系统并实现余热发电系统独立运行，该控制方法，包括以下步骤：

如图2所示，步骤一：系统确认按键或通讯方式获得的启动指令；

步骤二：储能模块中的能量通过双向DC/DC模块转换到直流母线，并判断在预定的时间内是否满足DC母线电压≥标定值，如果不能达到标定值，系统执行报警、显示故障指示，存储故障代码便于调试查询，停止启动过程；如果达到标定值，执行下一步；

步骤三：通过DC/AC变频模块，能将直流母线中的能量变换成工质泵电机所需的驱动电压来控制工质泵的运行；变频模块不断提高工质泵运行频率，并判断在预定的时间内是否满足工质泵运行频率≥标定电压输出频率，如果不能达到标定值，系统执行报警、显示故障指示，存储故障代码便于调试查询，停止启动过程；如果达到标定值，执行下一步；

步骤四：低温余热发电装置中实现热能、机械能、电能的转换过程，发出交流电，该交流电通过交流到直流转换电路转换成直流，系统获取并计算发电量，判断发电量是否大于标定值，如果不能达到标定值，系统执行报警、显示故障指示，存储故障代码便于调试查询，停止启动过程；如果达到标定值，执行下一步；

步骤五：直流电通过单向DC/DC将余热发电系统所发出的电量转换到直流母线；

步骤六：通过DC/AC变频模块继续提高工质泵运行频率，并判断在预定的时间内是否满足工质泵运行频率≥标定电压输出频率，如果不能达到标定值，系统执行报警、显示故障指示，存储故障代码便于调试查询，停止启动过程；如果达到标定值，执行下一步；

步骤七：判断发电量是否大于等于转向系统储能阈值，如果不能达到标定值，系统执行报警、显示故障指示，存储故障代码便于调试查询，停止启动过程；如果达到标定值，执行下一步；

步骤八：将直流母线能量通过DC/DC模块转换到储能模块，实现了低温余热发电系统能量支持系统自己运行，并开始补充前期启动所消耗的储能模块能量；

步骤九：通过DC/AC变频模块继续提高工质泵运行频率，并判断在预定的时间内是否满足工质泵运行频率≥独立运行最小频率，如果不能达到标定值，系统执行报警、显示故障指示，存储故障代码便于调试查询，停止启动过程；如果达到标定值，执行下一步；

步骤十：判断发电量是否大于等于系统独立运行最小能量阈值，如果不能达到标定值，系统执行报警、显示故障指示，存储故障代码便于调试查询，停止启动过程；如果达到标定值，系统自启动完成。

通过实际应用证明发明中的低温余热发电系统及自启动运行方法及控制装置能够实现发电系统的自动运行，所提出的方法简单有效。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。