本發(fā)明屬于余熱利用，具體是一種面向全工況的低溫余熱回收發(fā)電系統(tǒng)及控制策略。

背景技術(shù)：

1、隨著社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)于能源的需求日益增長(zhǎng)。當(dāng)前，全球清潔能源的使用量占比還不足18％，一次能源尤其是化石能源的大規(guī)模使用仍是目前工業(yè)發(fā)展的主要能源命脈，其中一部分由于溫度較高，回收起來(lái)比較方便。而中低溫余熱回收效率較低，回收難度較大，且沒有進(jìn)行并網(wǎng)研究，若能將其進(jìn)行回收發(fā)電并且將電量進(jìn)行并網(wǎng)，將具有顯著的節(jié)能減排效果，有利于促進(jìn)我國(guó)能源高效利用和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2、如公開的申請(qǐng)?zhí)枮?01410177054.5，專利名稱為一種羅茨式小型蒸汽發(fā)電機(jī)組，包括主閥、流量計(jì)、壓力傳感器、溫度傳感器、流量閥、編碼器、蒸汽動(dòng)力機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器、觸摸屏和控制單元。雖能夠克服了缺陷，但仍均在下列問(wèn)題：

3、管路制造難度過(guò)大，余熱氣源波動(dòng)時(shí)會(huì)造成發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，造成整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，且沒有進(jìn)行物質(zhì)的循環(huán)利用，系統(tǒng)回收效率較低；另外，其發(fā)出的電能提供給發(fā)電機(jī)后，沒有進(jìn)行系統(tǒng)并網(wǎng)研究，在一定程度上造成了能源的浪費(fèi)。

4、故此，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N面向全工況的低溫余熱回收發(fā)電系統(tǒng)及控制策略。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，以解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種面向全工況的低溫余熱回收發(fā)電系統(tǒng)及控制策略。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種面向全工況的低溫余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，包括余熱回收系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和智能化安全報(bào)警平臺(tái)系統(tǒng)；

4、其中；所述余熱回收系統(tǒng)包括余熱進(jìn)氣口、總流量變送器、聯(lián)通閥、截止閥、過(guò)濾裝置和余熱出氣口；所述余熱進(jìn)氣口一端用于余熱進(jìn)入，另一端與總流量變送器連接；所述總流量變送器用于總流量的測(cè)量及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳送，且總流量變送器用依次連接截止閥與過(guò)濾裝置；

5、所述余熱進(jìn)氣口與余熱出氣口之間設(shè)置有聯(lián)通閥，所述聯(lián)通閥用于欠流量時(shí)的余熱排放；

6、循環(huán)系統(tǒng)包括依次相連的蒸汽發(fā)生器、儲(chǔ)氣罐、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、進(jìn)氣口傳感器組、羅茨動(dòng)力機(jī)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、永磁同步發(fā)電機(jī)；

7、還包括依次相連的出氣口傳感器組、冷凝器、抽液泵、安全閥、預(yù)熱器；且所述出氣口傳感器組與羅茨動(dòng)力機(jī)相連，預(yù)熱器與蒸汽發(fā)生器相連；

8、旁路系統(tǒng)，旁路系統(tǒng)包括依次相連的減壓閥、旁路傳感器組、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和旁通球閥；且所述減壓閥位于儲(chǔ)氣罐和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥之間；

9、冷卻系統(tǒng)包括冷卻塔、冷卻水泵、流量計(jì)、儲(chǔ)液罐；所述冷凝器將余熱進(jìn)行冷凝后，匯集到冷凝塔中，經(jīng)過(guò)濾后進(jìn)入到冷卻水泵中，流量計(jì)負(fù)責(zé)測(cè)量冷凝循環(huán)的流量，變成液態(tài)的余熱蒸汽在儲(chǔ)液罐中進(jìn)行存儲(chǔ)；抽液泵將冷凝后的余熱液體泵入到預(yù)熱器中，經(jīng)預(yù)熱后的余熱液體重新回到蒸汽發(fā)生器中準(zhǔn)備下一輪循環(huán)。

10、優(yōu)選地，所述蒸汽發(fā)生器采用螺旋管直流蒸發(fā)器，且螺旋管直流蒸發(fā)器中的螺旋傳熱管布置多層，每層傳熱管的數(shù)量不同，內(nèi)側(cè)管數(shù)少，外側(cè)管數(shù)多。

11、優(yōu)選地，所述羅茨動(dòng)力機(jī)中的轉(zhuǎn)子采用優(yōu)化后的三葉扭葉轉(zhuǎn)子，其在轉(zhuǎn)子頂端曲線中引入了密封圓弧并在圓弧和漸開線之間增加過(guò)渡段。

12、一種適用于上述任意一項(xiàng)一種面向全工況的低溫余熱回收發(fā)電系統(tǒng)的控制策略，其特征在于，當(dāng)傳感器檢測(cè)到余熱氣源流量為正常值時(shí)，通過(guò)simulink自動(dòng)切換到基于粒子群優(yōu)化算法的模糊策略下，系統(tǒng)中的副控制器關(guān)閉旁路，主控制器打開主回路，進(jìn)行正常功率下的余熱回收發(fā)電并網(wǎng)流程；

13、當(dāng)余熱氣源量較大，為過(guò)流量氣源時(shí)，通過(guò)simulink自動(dòng)切換到多算法融合雙控制器穩(wěn)定策略下，主控制器在將主路電動(dòng)調(diào)節(jié)閥打開的同時(shí)，旁路電動(dòng)調(diào)節(jié)閥也由副控制器開啟，閥門開度由各自控制器進(jìn)行相應(yīng)調(diào)控，主路的主控制器與旁路上的副控制器協(xié)同配合，共同維持系統(tǒng)的穩(wěn)定；

14、當(dāng)余熱氣源流量為欠流量狀態(tài)時(shí)，無(wú)法滿足發(fā)電機(jī)及并網(wǎng)功率需求，主控制器自動(dòng)切換到智能化安全報(bào)警服務(wù)平臺(tái)子系統(tǒng)，并自動(dòng)關(guān)閉主路截止閥，打開主路與旁路上的聯(lián)通閥，讓欠流量余熱排出，保證系統(tǒng)的安全性。

15、優(yōu)選地，當(dāng)在正常流量工作模式和過(guò)流量時(shí)，羅茨動(dòng)力機(jī)采用雙pwm變流器的最佳功率跟蹤策略，實(shí)現(xiàn)輸出功率最大值；

16、其具體為：控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到羅茨動(dòng)力機(jī)的最佳工作效率，進(jìn)而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩大小，平衡羅茨動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩，在不考慮發(fā)電機(jī)損耗的情況下，能使發(fā)電機(jī)跟蹤羅茨動(dòng)力機(jī)的最大輸出功率。

17、優(yōu)選地，在羅茨發(fā)電環(huán)節(jié)中確定所需功率后，根據(jù)旁路系統(tǒng)控制旁路閥門開度，改變進(jìn)氣口管路的流量值，并考慮羅茨動(dòng)力機(jī)效率，確定此時(shí)的轉(zhuǎn)速參考值；

18、在機(jī)側(cè)整流中使用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制：

19、在轉(zhuǎn)速外環(huán)，根據(jù)羅茨動(dòng)力機(jī)的控制確定轉(zhuǎn)速參考值，并根據(jù)pi控制器控制實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速參考值偏差；

20、在電流內(nèi)環(huán)，根據(jù)轉(zhuǎn)速外環(huán)提供的電流參考值經(jīng)pi控制器控制實(shí)際定子電流跟蹤參考值，進(jìn)而控制系統(tǒng)的輸出功率；

21、在網(wǎng)側(cè)逆變控制中，采用鎖相環(huán)確定網(wǎng)側(cè)電壓空間矢量位置角，包括電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)控制；

22、在電壓外環(huán)中，pi控制器可以直接控制直流側(cè)電壓輸出穩(wěn)定，在電流內(nèi)環(huán)中，利用有功及無(wú)功功率解耦方式，控制交直軸電流，最終經(jīng)過(guò)羅茨發(fā)電環(huán)節(jié)控制、機(jī)側(cè)整流控制、網(wǎng)側(cè)逆變控制三部分控制，完成整個(gè)系統(tǒng)的控制。

23、本發(fā)明的有益效果是：

24、本發(fā)明設(shè)計(jì)了完善的余熱發(fā)電平臺(tái)及其相應(yīng)的控制系統(tǒng)，有效抑制了面向不同工況下的余熱回收波動(dòng)性大的問(wèn)題，使發(fā)電超調(diào)量穩(wěn)定在±5％以內(nèi)，健全了余熱發(fā)電的全流程控制系統(tǒng)，使發(fā)出的電能可以以最大功率進(jìn)行能源并網(wǎng)，減少了能源的浪費(fèi)，提高了余熱的利用效率。

技術(shù)特征：

1.一種面向全工況的低溫余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括余熱回收系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和智能化安全報(bào)警平臺(tái)系統(tǒng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向全工況的低溫余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸汽發(fā)生器(6)采用螺旋管直流蒸發(fā)器，且螺旋管直流蒸發(fā)器中的螺旋傳熱管布置多層，每層傳熱管的數(shù)量不同，內(nèi)側(cè)管數(shù)少，外側(cè)管數(shù)多。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向全工況的低溫余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述羅茨動(dòng)力機(jī)中的轉(zhuǎn)子采用優(yōu)化后的三葉扭葉轉(zhuǎn)子，其在轉(zhuǎn)子頂端曲線中引入了密封圓弧并在圓弧和漸開線之間增加過(guò)渡段。

4.一種適用于權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)一種面向全工況的低溫余熱回收發(fā)電系統(tǒng)的控制策略，其特征在于，當(dāng)傳感器檢測(cè)到余熱氣源流量為正常值時(shí)，通過(guò)simulink自動(dòng)切換到基于粒子群優(yōu)化算法的模糊策略下，系統(tǒng)中的副控制器關(guān)閉旁路，主控制器打開主回路，進(jìn)行正常功率下的余熱回收發(fā)電并網(wǎng)流程；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種面向全工況的低溫余熱回收發(fā)電系統(tǒng)的控制策略，其特征在于，當(dāng)在正常流量工作模式和過(guò)流量時(shí)，羅茨動(dòng)力機(jī)采用雙pwm變流器的最佳功率跟蹤策略，實(shí)現(xiàn)輸出功率最大值；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種面向全工況的低溫余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，在羅茨發(fā)電環(huán)節(jié)中確定所需功率后，根據(jù)旁路系統(tǒng)控制旁路閥門開度，改變進(jìn)氣口管路的流量值，并考慮羅茨動(dòng)力機(jī)效率，確定此時(shí)的轉(zhuǎn)速參考值；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于余熱利用技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種面向全工況的低溫余熱回收發(fā)電系統(tǒng)及控制策略；包括余熱回收系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和智能化安全報(bào)警平臺(tái)系統(tǒng)；其中；所述余熱回收系統(tǒng)包括余熱進(jìn)氣口、總流量變送器、聯(lián)通閥、截止閥、過(guò)濾裝置和余熱出氣口；所述余熱進(jìn)氣口一端用于余熱進(jìn)入，另一端與總流量變送器連接；所述總流量變送器用于總流量的測(cè)量及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳送，且總流量變送器用依次連接截止閥與過(guò)濾裝置；本發(fā)明能夠有效抑制了面向不同工況下的余熱回收波動(dòng)性大的問(wèn)題，使發(fā)電超調(diào)量穩(wěn)定在±5％以內(nèi)，健全了余熱發(fā)電的全流程控制系統(tǒng)，使發(fā)出的電能可以以最大功率進(jìn)行能源并網(wǎng)，減少了能源的浪費(fèi)，提高了余熱的利用效率。

技術(shù)研發(fā)人員：肖艷軍,劉茹晴
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6