[发明专利]并网型低温余热发电系统及其启动控制方法

说明书

技术领域

本发明属于并网型低温余热回收技术领域，尤其涉及一种并网型低温余热发电系统及其启动控制方法。

背景技术

我国目前总体能源利用率只有33％左右，单位GDP能耗是世界平均水平的1.9倍、发达国家的3倍至4倍，约67％的能源以废气、废热、余压等形式在工业生产中被排放。在被排放掉的能源中，有一部分的中高温能源被回收利用，但是有一半低品位的中低温热源，即350℃以下的烟道气和100℃以下的水、乏汽被直接排放，导致能源利用率低。随着国家节能减排政策的推进，电网企业为低温余热发电提供了便捷、高效的接入电网服务，高耗能产业和企业对节能装备和技术利用的越来越重视。低温余热回收发电技术及其设备在此背景下走向了市场。与大中型的火力发电不同，低温余热发电技术是通过回收钢铁、水泥、石化等企业几乎每天都在持续不断的向大气环境中排放的温度低于350℃的中低温的废蒸汽、烟气所含的低品位的热量来发电，它将企业在生产环节产生的低品位的或废弃的热能转化为高级能源——电能，因此它是一项变废为宝的高效节能技术。

传统的余热发电系统采用恒速恒频发电方式，发电机与电网直接相连，当需要启动余热发电系统时，需发电机的转速达到同步转速，并且发电机的相序还要与电网一致，还要发电机的激磁电动势应与电网电压大小相等、相位相同。这就需要增加附加的并网指示装置，在满足条件时启动低温余热发电并网系统。由于以上几个条件不能精确满足，并网启动时会产生不可控的过电流，影响设备的使用寿命。

若系统采用的变速恒频发电并网，在发电机和电网之间加入全功率的背靠背双PWM变流器，通过对变流器的合理控制，可以在不需要满足发电机电压与电网电压之间的同步条件下启动低温余热发电系统并网发电，减少传统启动方法时对系统的冲击，并且膨胀机的转速可以通过变流器控制，在系统启动时，由电驱动带动膨胀机达到最佳捕获功率转速，节省由有机工质直接推动涡轮机时由于转速低浪费的能量，达到启动时最大限度利用能量的目的。

发明内容

本发明是为解决并网型低温余热发电系统的启动控制问题，而提出的并网型低温余热发电系统及启动控制方法。

本发明提供发电系统包括膨胀机、永磁同步发电机、背靠背交流器、有机工质朗肯循环热交换系统及相应的控制装置，有机工质朗肯循环热交换系统连接膨胀机，膨胀机连接永磁同步发电机，再连接背靠背变流器后连入电网。

所述背靠背交流器包括机侧变流器、直流母线电容、直流母线电压传感器、能量转移装置、网侧变流器。

所述控制系统包括人机界面、有机工质朗肯循环控制装置、网侧变流器控制装置、机侧变流器控制装置。网侧变流器控制装置主要对直流母线电压控制，机侧变流器控制装置主要对永磁同步发电机速度进行控制，有机工质朗肯循环控制装置对有机工质朗肯循环热交换系统进行控制，人机界面接受操作人员的控制指令，负责对整个系统进行集中控制。

所述网侧变流器控制装置使用DSP实现。

所述机侧变流器控制装置使用  DSP实现。

所述有机工质朗肯循环控制装置使用PLC。

本发明还涉及一种发电系统的启动控制方法，首先控制网侧变流器使直流母线电压稳定在设定值，然后启动机侧变流器，由电驱动永磁同步发电机进入恒转速运行状态，同时永磁同步发电机带动膨胀机旋转，有机工质朗肯循环热交换系统开启，有机工质在蒸发器中变成气态，推动已高速旋转的膨胀机做功，从而膨胀机一开始就运行在高效区，最大限度的利用了有机工质朗肯循环的能量，并减少了对系统的冲击。

所述启动控制方法网侧变流器采用按电网电压定向的矢量控制算法，将电网电流矢量分解为有功分量和无功分量，并可分别加以控制，不仅实现了直流母线电压的稳定，还可以根据需要对电网注入一定的无功功率。

所述启动控制方法机侧变流器采用按转子磁链定向的高性能矢量控制算法，将定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，因而可获得与直流调速系统同样好的控制效果。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：