[发明专利]MPPT控制器及方法、控制装置及方法、低温余热发电系统

说明书

技术领域

本发明属于发电领域，尤其涉及一种MPPT控制器及方法、控制装置及方法、低温余热发电装置。

背景技术

现有余热发电系统，现有低温余热发电装置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；完成上述工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。在冷凝器温度、热源温度、流量一定的条件下，若循环工质的饱和温度越高，系统的热转换效率就越高。从前期试验及其他文献资料获知，系统输出功率随工质泵速度的增大而增大。工作转速达到一个理想值的时候，系统输出功率达到最大值，之后系统输出功率便随着工质泵速度的增大而减小。在其他文献中提出的余热发电系统最大功率点跟踪方法，通过控制涡轮机的转速以跟踪最大功率点。实际低温余热发电装置运行中，上述涡轮机的转速需要通过有机工作介质的压力和流量来控制，并最终由控制工质泵的转速来实现。

从热力学角度分析，当工质泵的转速增加时，将增量的有机工作介质输入到蒸发器中，通过蒸发器的热交换产生更大压力的工质蒸汽驱动膨胀机和永磁同步发电机输出更大的功率，随着蒸发器换热效率达到峰值，这时系统输出功率达到最大值。此后工质泵的转速再增加，即使输入有机工作介质增加，而蒸发器换热效率基本不变，使得有机工作介质不能完全汽化，处于汽液混合状态，反而造成输出功率下降，严重影响系统转换效率，并可能对膨胀机造成损伤。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种MPPT控制器及方法、控制装置及方法、低温余热发电装置。本发明能够实时调整工质泵的转速，使得工质的蒸发压力、蒸发器的换热能力与低温热源相匹配，保证系统输出功率达到最大，从而实现余热发电系统最大功率点跟踪(MPPT)控制策略。

本发明所涉及的低温余热发电装置为现有结构，其具体包括：低温余热源；所述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来推动膨胀机；所述膨胀机与三相交流发电机相连，用于将机械能转换成电能；工作介质还通过冷凝器之后变成低温低压的液体传送至工质泵，所述工质泵与蒸发器相连。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种MPPT控制器，包括：

直流母线数据获取单元，其用于获取低温余热发电装置的直流母线的电压信号、电流信号以及直流母线功率表达式；

最大功率点搜索单元，其用于以所述直流母线功率表达式为目标函数，采用梯度搜索法来实时搜索最大功率点；

所述最大功率点搜索单元包括：梯度搜索法步长调整模块，其用于根据搜索过程中斜率的变化速度和低温余热发电装置发电机组输出功率的百分比，应用模糊逻辑自动实时调整梯度搜索法的步长。

本发明采用直流母线功率作为目标值，该目标值在系统运行过程中比较稳定；在实际电路中只需要采样直流母线的电压、电流，就可以获得直流母线功率，采集量少；采用模糊逻辑变步长方法能够根据系统运行负载率和斜率实时修改步长，加快了系统的收敛速度。

所述MPPT控制器还包括存储单元，其用于存储直流母线功率表达式。

所述最大功率点搜索单元还包括搜索斜率计算模块，所述搜索斜率计算模块用于以低温余热发电装置运行频率为横坐标，直流母线功率为纵坐标，以实时调整的步长调整低温余热发电装置运行频率，计算搜索斜率。

本发明的梯度搜索算法简单，计算量少；所采用的电路简单、容易实现；梯度搜索技术比其他搜索技术更快收敛于最优点。本发明即使系统最初运行在未知状态，也能保证系统运行于最大功率工作点。

一种MPPT控制器的工作方法包括：

根据低温余热发电装置的直流母线的电压和电流信号，计算低温余热发电装置的直流母线功率；

以所直流母线功率表达式为目标函数，采用梯度搜索法来实时搜索低温余热发电装置的最大功率点；

其中，根据搜索斜率的变化速度和低温余热发电装置的负载率，应用模糊逻辑自动实时调整梯度搜索法的步长。

本发明采用直流母线功率作为目标值，该目标值在系统运行过程中比较稳定；在实际电路中只需要采样直流母线的电压、电流，就可以获得直流母线功率，采集量少；采用模糊逻辑变步长方法能够根据系统运行负载率和斜率实时修改步长，加快了系统的收敛速度。