專利名稱：一種離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及斯特林發(fā)電機(jī)組控制領(lǐng)域，特別涉及一種離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組及其控制方法。
背景技術(shù)：
斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是ー種外部供熱(或燃燒)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，它以氣體做エ質(zhì)，按閉式回路熱循環(huán)的方式進(jìn)行工作。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)最早發(fā)明與1816年，比內(nèi)燃機(jī)發(fā)明早幾十年，但由于受當(dāng)時(shí)材料及制造水平的限制，沒有得 到進(jìn)ー步發(fā)展。20世紀(jì)70年代爆發(fā)中東石油危機(jī)后，人們搞到了能源危機(jī)，同時(shí)污染環(huán)境的嚴(yán)重危害也日益顯現(xiàn)?；谒固亓职l(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)能源的廣泛適應(yīng)性和優(yōu)異的環(huán)境特性，人們恢復(fù)了對(duì)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的興趣，給斯特林帶來了新的生命和發(fā)展空間。由于其自身不具備自啟動(dòng)功能和無法空載運(yùn)行等缺陷，目前各國所研究的斯特林發(fā)電機(jī)組全部采用外加專用啟動(dòng)裝置來完成啟動(dòng)，接入調(diào)功器來保證其始終不在空載運(yùn)行狀態(tài)；沒有電網(wǎng)的支撐，發(fā)電機(jī)組的輸出電壓和頻率的控制難度大；這些都是限制離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組發(fā)展的瓶頸。但是由于斯特林發(fā)電機(jī)組容量相對(duì)比較小，而各國對(duì)小功率并網(wǎng)的要求比較嚴(yán)格，限制了并網(wǎng)型斯特林機(jī)組的發(fā)展；而離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用范圍卻是極為廣闊，發(fā)展前景看好?？梢灶A(yù)計(jì)，離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組可能成為未來斯特林發(fā)電機(jī)組發(fā)展的主要方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組及其控制方法，充分利用電機(jī)和變頻器的特性，用簡(jiǎn)單的控制策略，實(shí)現(xiàn)了斯特林發(fā)電機(jī)的自起動(dòng)和脫離電網(wǎng)的孤島運(yùn)行。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，應(yīng)用于包括發(fā)電機(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、輔助系統(tǒng)、機(jī)側(cè)變頻器、貯能裝置、負(fù)載側(cè)變頻器、控制系統(tǒng)的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，包括以下步驟啟動(dòng)時(shí)，所述機(jī)側(cè)變頻器將所述貯能裝置的能量逆變成所述發(fā)電機(jī)需要的交流電，使所述發(fā)電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式，拖動(dòng)所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行；啟動(dòng)后，隨著所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的増加，所述發(fā)電機(jī)由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行模式，所述機(jī)側(cè)變頻器由逆變狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎鳡顟B(tài)，向所述貯能裝置和所述負(fù)載側(cè)變頻器輸出能量，所述負(fù)載側(cè)變頻器逆變輸出向負(fù)載提供能量。上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，還包括啟動(dòng)前對(duì)所述輔助系統(tǒng)進(jìn)行自檢的步驟。上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，啟動(dòng)后，所述負(fù)載側(cè)變頻器根據(jù)所述負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出功率。上述所述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，所述機(jī)側(cè)變頻器在所述發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式時(shí)逆變所述貯能裝置的能量提供滿足機(jī)組啟動(dòng)要求的電源；在所述發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式時(shí)，所述機(jī)側(cè)變頻器通過負(fù)載和貯能裝置控制所述發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及所述斯特林發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。 上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，所述貯能裝置在所述斯特林發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中根據(jù)負(fù)載的變化充放電，以維系所述機(jī)側(cè)變頻器和所述負(fù)載變頻器之間的功率平衡。上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，啟動(dòng)后，所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率大于所述發(fā)電機(jī)的空載損耗時(shí)，所述發(fā)電機(jī)由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行模式。上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，所述貯能裝置為蓄電池或者超級(jí)電容，其容量為機(jī)組容量的3倍以上。上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，所述貯能裝置可以通過外部供電裝置補(bǔ)充電量。上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，所述發(fā)電機(jī)為永磁同步發(fā)電機(jī)或者電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)。上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，所述發(fā)電機(jī)為交流發(fā)電機(jī)或者直流發(fā)電機(jī)。上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，所述貯能裝置和所述負(fù)載側(cè)變頻器組成UPS根據(jù)負(fù)載的變化輸送一定時(shí)間的電量，以提供機(jī)組短時(shí)故障所需的電量。上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，所述發(fā)電機(jī)有電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行模式是自動(dòng)完成的。更進(jìn)一歩的，本發(fā)明還提供了一種采用上述控制方法的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，包括發(fā)電機(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、輔助系統(tǒng)、機(jī)側(cè)變頻器、貯能裝置、負(fù)載側(cè)變頻器及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)控制所述機(jī)側(cè)變頻器在啟動(dòng)時(shí)將所述貯能裝置的能量逆變成所述發(fā)電機(jī)所需要的交流電，使所述發(fā)電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式，拖動(dòng)所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行；啟動(dòng)后，控制所述發(fā)電機(jī)由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行模式，所述機(jī)側(cè)變頻器由逆變狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎鳡顟B(tài)，向所述貯能裝置和所述負(fù)載側(cè)變頻器輸出能量，所述負(fù)載側(cè)變頻器逆變輸出向負(fù)載提供能量。上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，所述機(jī)側(cè)變頻器在所述發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式時(shí)逆變所述貯能裝置的能量提供滿足機(jī)組啟動(dòng)要求的電源；在所述發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式時(shí)，所述機(jī)側(cè)變頻器通過負(fù)載和貯能裝置控制所述發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩及所述斯特林發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，所述負(fù)載側(cè)變頻器根據(jù)所述負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出功率。上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，所述貯能裝置在所述斯特林發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中根據(jù)負(fù)載的變化充放電，以維系所述機(jī)側(cè)變頻器和所述負(fù)載變頻器之間的功率平衡。上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，所述貯能裝置為蓄電池或者超級(jí)電容，其容量為機(jī)組容量的3倍以上。上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，所述貯能裝置可以通過外部供電裝置補(bǔ)充電量。上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，所述發(fā)電機(jī)為永磁同步發(fā)電機(jī)或者電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)。上述離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，所述發(fā)電機(jī)為交流發(fā)電機(jī)或者直流發(fā)電機(jī)。本發(fā)明進(jìn)一歩提供了ー種電網(wǎng)系統(tǒng)，包括多臺(tái)上述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)組控制方法充分利用發(fā)電機(jī)和變頻器的雙向可逆特性不使用獨(dú)立啟動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)機(jī)組的自起動(dòng)；不依靠電網(wǎng)和功耗器實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)運(yùn)行；并兼具有UPS功能，保證用戶負(fù)載的用電安全。克服了機(jī)組不能自起動(dòng)，不能由其本身控制運(yùn)行轉(zhuǎn)速，不能空載運(yùn)行，且輸出電壓波形和頻率及帶負(fù)載能力差的缺陷。
本發(fā)明以下附圖的結(jié)合僅為說明性的實(shí)施方式，并不為本發(fā)明的限制。


圖I為應(yīng)用本發(fā)明斯特林發(fā)電機(jī)組的電カ生產(chǎn)系統(tǒng)框圖；圖2為本發(fā)明斯特林發(fā)電機(jī)組的控制方法流程圖；圖3為本發(fā)明中同步電機(jī)的功角特性示意圖；圖4為支持本發(fā)明中的斯特林發(fā)電機(jī)組功率控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖；圖5為本發(fā)明中機(jī)側(cè)變頻器、貯能裝置和負(fù)載側(cè)變頻器的拓?fù)鋱D。
具體實(shí)施例方式藉由以下較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述，將可進(jìn)ー步了解本發(fā)明所述的方法、構(gòu)造的特征及好處，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。圖I為應(yīng)用本發(fā)明斯特林發(fā)電機(jī)組的電カ生產(chǎn)系統(tǒng)框圖，參考圖1，本發(fā)明的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組I包括輔助系統(tǒng)10、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)11、發(fā)電機(jī)12、機(jī)側(cè)變頻器13、貯能裝置14、負(fù)載側(cè)變頻器15、及控制系統(tǒng)16。其中輔助系統(tǒng)10包括燃燒(加熱)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、エ質(zhì)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等部分，輔助系統(tǒng)10驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)11運(yùn)行，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)12運(yùn)行，使發(fā)電機(jī)12經(jīng)機(jī)側(cè)變頻器13整流后向貯能裝置14和負(fù)載側(cè)變頻器15提供能量，負(fù)載側(cè)變頻器15逆變后對(duì)負(fù)載2供電，貯能裝置14調(diào)整系統(tǒng)之間的功率平衡，控制系統(tǒng)16對(duì)各部分協(xié)調(diào)統(tǒng)ー控制保證斯特林發(fā)電機(jī)組I的正常運(yùn)行。圖2為本發(fā)明斯特林發(fā)電機(jī)組的控制方法流程圖，如圖2所示，本發(fā)明的斯特林發(fā)電機(jī)組的控制方法應(yīng)用于上述圖I所示系統(tǒng)，該控制方法包括但不限制為以下步驟SI :啟動(dòng)前，對(duì)各輔助系統(tǒng)進(jìn)行自檢；S2:啟動(dòng)時(shí)，機(jī)側(cè)變頻器將所述貯能裝置的能量逆變成發(fā)電機(jī)所需要的交流電，使發(fā)電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式，拖動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行；在步驟S2中，當(dāng)輔助系統(tǒng)工作正常后，發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器將貯能裝置的能量逆變成發(fā)電機(jī)所需要的交流電，使發(fā)電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式，拖動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，由于這時(shí)的轉(zhuǎn)矩較小，機(jī)組消耗的功率較底小，給斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)カ矩，使機(jī)組克服機(jī)械死點(diǎn)運(yùn)行起來，省去了專用的啟動(dòng)裝置；S3 :啟動(dòng)后，隨著斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的増加，發(fā)電機(jī)由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行模式，機(jī)側(cè)變頻器由逆變狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎鳡顟B(tài)，向貯能裝置和負(fù)載側(cè)變頻器輸出能量，負(fù)載側(cè)變頻器逆變輸出向負(fù)載提供能量。運(yùn)行中，隨著加熱系統(tǒng)的輸入功率的提高，エ質(zhì)的溫度和壓カ逐漸提高，エ質(zhì)膨脹做功，旋轉(zhuǎn)軸來傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)カ矩，使軸輸出功率逐漸增加，并與電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向一致，隨著工質(zhì)做功能力的增強(qiáng)，當(dāng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)軸輸出功率大于發(fā)電機(jī)的空載損耗時(shí)，發(fā)電機(jī)改為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，機(jī)側(cè)變頻器由逆變功能轉(zhuǎn)變?yōu)檎鞴δ?，向貯能裝置和負(fù)載側(cè)變頻器提供電能，同時(shí)調(diào)整發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩控制斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)組的轉(zhuǎn)速；該系統(tǒng)采用并行負(fù)載結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)同時(shí)給貯能裝置和交流負(fù)載供電，或者發(fā)電機(jī)和貯能裝置同時(shí)給交流負(fù)載供電。由于發(fā)電機(jī)的雙向運(yùn)行，克服了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)不能空載運(yùn)行的缺陷；負(fù)載側(cè)變頻器逆變輸出向負(fù)載提供能量，井根據(jù)負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出功率，省去了調(diào)功器輔助設(shè)備；當(dāng)負(fù)載側(cè)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)能迅速關(guān)閉解列；當(dāng)斯特林發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)直流貯能裝置和負(fù)載側(cè)變頻器組成UPS，根據(jù)負(fù)載的變化提供UPS等級(jí)的高品質(zhì)電流持續(xù)供電，保證用戶負(fù)載的用電安全。負(fù)載側(cè)變頻器應(yīng)具備60HZ/50HZ的輸出能力和組成微網(wǎng)系統(tǒng)的能力。本發(fā)明中，采用的貯能裝置具備如下功能(I)足夠發(fā)電機(jī)逆功率(電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式)運(yùn)行10分鐘以上的能力。 (2)在斯特林發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)能獨(dú)立運(yùn)行保障外界負(fù)載3分鐘的供電能力。(3)在斯特林發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中根據(jù)負(fù)載變化充放電，保證輸出功率的平穩(wěn)，維系機(jī)組內(nèi)部的功率平衡。(4)可以從公共電網(wǎng)側(cè)直接充電，保證斯特林發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)性能。本發(fā)明由于采用了變頻器與負(fù)載之間隔離，使其保護(hù)功能得以實(shí)現(xiàn)，具有電壓異常保護(hù)、電機(jī)電壓異常保護(hù)、防雷保護(hù)、過欠速保護(hù)、直流過欠壓保護(hù)、直流過充壓保護(hù)、短路保護(hù)、電機(jī)過流保護(hù)、接地故障保護(hù)、過濕保護(hù)、通訊故障保護(hù)、過載保護(hù)、過熱保護(hù)等；同時(shí)對(duì)變頻器的逆變效率提出了要求25%負(fù)載90%，50%負(fù)載93%，75%負(fù)載95%，100%負(fù)載97%。變頻器的過載能力要求120%時(shí)I分鐘、150%時(shí)30秒；由于變頻器的存在斯特林發(fā)電機(jī)組具備了組網(wǎng)的能力；同時(shí)可以進(jìn)行無功功率調(diào)節(jié)保證用電負(fù)載特性。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)貯能裝置向負(fù)載補(bǔ)充一定的能量支持負(fù)載變頻器的輸出，控制系統(tǒng)迅速增加斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)組的輸入功率，發(fā)電機(jī)輸出功率增加，彌補(bǔ)負(fù)載變化需要增加的功率，補(bǔ)充貯能裝置釋放出的能量；當(dāng)負(fù)載減小吋，貯能裝置吸收多余的能量，保證輸入輸出之間的功率平衡，控制系統(tǒng)減小輸入能量，減小發(fā)電機(jī)的輸出。由于發(fā)電機(jī)可以變速進(jìn)行，降低了的整套控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度。由加熱系統(tǒng)與エ質(zhì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)串級(jí)控制保證輸出功率的穩(wěn)定，加熱系統(tǒng)保證エ質(zhì)溫度、エ質(zhì)系統(tǒng)確保エ質(zhì)壓力的穩(wěn)定，該系統(tǒng)以溫度控制為主控制回路，以壓カ調(diào)節(jié)為副控制回路。主控制回路為定值控制系統(tǒng)，控制目標(biāo)是加熱管壁溫度；利用副控對(duì)象壓カ的快速響應(yīng)和控制精度，可以保證在操作條件和負(fù)荷的變化的情況下，調(diào)節(jié)系統(tǒng)仍具有較好的品質(zhì)，對(duì)負(fù)荷和操作條件的變化具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。本發(fā)明中的控制系統(tǒng)還包括輔助系統(tǒng)中PID控制回路，因涉及本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)，在此不詳細(xì)描述。本發(fā)明的重要特征是充分利用了電機(jī)和變頻器的雙向可逆性能實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的起動(dòng)、運(yùn)行的全過程。從而克服了機(jī)組下列不足a.不能自起動(dòng)；b.不能由其本身控制運(yùn)行轉(zhuǎn)速；c.不能空載運(yùn)行；d.輸出電壓波形和頻率較差；e.帶負(fù)載能力差。圖3表示本發(fā)明中同步電機(jī)的功角特性示意圖，啟動(dòng)時(shí)發(fā)電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式，在圖中的第三象限所示的直線段；運(yùn)行過程隨著與電磁轉(zhuǎn)矩方向一致的機(jī)械轉(zhuǎn)矩逐漸增加，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工作點(diǎn)沿著曲線直線段一點(diǎn)點(diǎn)的上升，最終通過原點(diǎn)，進(jìn)入第一象限，即發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式，機(jī)側(cè)變頻器處于整流模式；運(yùn)行過程中，發(fā)電機(jī)在第一象限中曲線的直線段變速運(yùn)行，與此同時(shí)發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩變成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速増大，發(fā)電機(jī)向負(fù)載輸出電量増大，反之亦然。圖4為支持本發(fā)明中的斯特林發(fā)電機(jī)組功率控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖。斯特林發(fā)電 機(jī)組由部的功率控制由ー個(gè)前饋控制系統(tǒng)組成。當(dāng)負(fù)載側(cè)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，控制器控制負(fù)載側(cè)變頻器的輸出，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和調(diào)節(jié)，同時(shí)控制斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)部分的功率輸入保證系統(tǒng)的平衡。此方案克服了斯特林發(fā)電機(jī)組功率控制滯后時(shí)間長、時(shí)間常數(shù)大、干擾幅度大的缺點(diǎn)。功率控制的方法還有很多種，前饋控制方案只是其中的ー種。圖5為本發(fā)明中機(jī)側(cè)變頻器、貯能裝置和負(fù)載側(cè)變頻器的拓?fù)鋱D。圖中的變頻器是ー種可以四象限運(yùn)行的變頻器，這種變頻器采用背靠背結(jié)構(gòu)方案，機(jī)側(cè)變頻器和負(fù)載變頻器全部采有IGBT功率元件組成；直流環(huán)節(jié)由多個(gè)蓄電池組或超級(jí)電容組成；控制系統(tǒng)采用載波移相控制與SPWM調(diào)制相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)變頻器的四象限運(yùn)行。其中機(jī)側(cè)變頻器13逆變貯能裝置16的能量，提供發(fā)電機(jī)12的電動(dòng)運(yùn)行模式時(shí)滿足整機(jī)起動(dòng)要求的電源；發(fā)電機(jī)12在發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式時(shí)，機(jī)側(cè)變頻器13通過負(fù)載2和貯能裝置16控制發(fā)電機(jī)12的電磁轉(zhuǎn)矩及控制斯特林發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行轉(zhuǎn)速；貯能裝置16起到在機(jī)側(cè)變頻器13和負(fù)載變頻器15之間的功率平衡作用，實(shí)現(xiàn)了負(fù)載變化過程中的快速響應(yīng)作用；負(fù)載側(cè)變頻器15逆變輸出向負(fù)載2提供能量，井根據(jù)負(fù)載2的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)有功輸出功率和無功輸出功率，實(shí)現(xiàn)斯特林發(fā)電機(jī)組與負(fù)載之間的能量緩沖，克服沒有大電網(wǎng)的支撐不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。由于機(jī)側(cè)變頻器和貯能裝置的作用，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的有功功率輸出不受外界負(fù)載變化的影響。發(fā)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行。發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)分為發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式。由于機(jī)側(cè)變頻器的逆變作用，起到了電動(dòng)運(yùn)行時(shí)所需要的軟起動(dòng)的作用，發(fā)電機(jī)起動(dòng)瞬間對(duì)機(jī)組的沖擊和機(jī)械振動(dòng)較小，使發(fā)電機(jī)的功率范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，擴(kuò)寬了離網(wǎng)式發(fā)電機(jī)組大功率運(yùn)行的可行性。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式時(shí)起動(dòng)時(shí)間不應(yīng)超過60s，起動(dòng)電流小于發(fā)電機(jī)額定電流的3倍。本發(fā)明并不限于離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，也可以用在并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，并通過變頻器輸出電壓與電流的相位角調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)無功功率的補(bǔ)償，豐富了機(jī)組的適用范圍。本發(fā)明中的斯特林發(fā)電機(jī)組可以由多臺(tái)組成ー套微型電網(wǎng)系統(tǒng)或單機(jī)并入電網(wǎng)中運(yùn)行。本說明書雖然已通過舉例方式在附圖中描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，并在本文中對(duì)其作了詳細(xì)的說明，但是本發(fā)明還允許有各種修改和替換形式。本發(fā)明的附圖內(nèi)容可為不等比例，附圖及其詳細(xì)的描述僅為特定型式的揭露，并不為本發(fā)明的限制，相反的，依據(jù)權(quán)利要求保護(hù)范圍的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行修改、均等構(gòu)件及其置換皆為本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.一種離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，應(yīng)用于包括發(fā)電機(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、輔助系統(tǒng)、機(jī)側(cè)變頻器、貯能裝置、負(fù)載側(cè)變頻器、控制系統(tǒng)的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，其特征在于，包括以下步驟 啟動(dòng)時(shí)，所述機(jī)側(cè)變頻器將所述貯能裝置的能量逆變成所述發(fā)電機(jī)需要的交流電，使所述發(fā)電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式，拖動(dòng)所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行； 啟動(dòng)后，隨著所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的増加，所述發(fā)電機(jī)由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行模式，所述機(jī)側(cè)變頻器由逆變狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎鳡顟B(tài)，向所述貯能裝置和所述負(fù)載側(cè)變頻器輸出能量，所述負(fù)載側(cè)變頻器逆變輸出向負(fù)載提供能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，還包括啟動(dòng)前對(duì)所述輔助系統(tǒng)進(jìn)行自檢的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，啟動(dòng)后，所述負(fù)載側(cè)變頻器根據(jù)所述負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求I一 3之任一項(xiàng)所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在干，所述機(jī)側(cè)變頻器在所述發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式時(shí)逆變所述貯能裝置的能量提供滿足機(jī)組啟動(dòng)要求的電源；在所述發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式時(shí)，所述機(jī)側(cè)變頻器通過負(fù)載和貯能裝置調(diào)整所述發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩控制所述斯特林發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。
5.根據(jù)權(quán)利要求I一 3之任一項(xiàng)所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在干，所述貯能裝置在所述斯特林發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中根據(jù)負(fù)載的變化充放電，以維系所述機(jī)側(cè)變頻器和所述負(fù)載變頻器之間的功率平衡。
6.根據(jù)權(quán)利要求I之任一項(xiàng)所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，啟動(dòng)后，所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率大于所述發(fā)電機(jī)的空載損耗時(shí)，所述發(fā)電機(jī)由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，所述貯能裝置為蓄電池或者超級(jí)電容，其容量為機(jī)組容量的3倍以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，所述貯能裝置可以通過外部供電裝置補(bǔ)充電量。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)為永磁同步發(fā)電機(jī)或者電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)為交流發(fā)電機(jī)或者直流發(fā)電機(jī)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，所述貯能裝置和所述負(fù)載側(cè)變頻器組成UPS根據(jù)負(fù)載的變化輸送一定時(shí)間的電量，以提供機(jī)組短時(shí)故障所需的電量。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)有電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行模式是自動(dòng)完成的。
13.一種采用上述權(quán)利要求I 一 12中任一項(xiàng)所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組控制方法的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，其特征在于，包括發(fā)電機(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、輔助系統(tǒng)、機(jī)側(cè)變頻器、貯能裝置、負(fù)載側(cè)變頻器及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)控制所述機(jī)側(cè)變頻器在啟動(dòng)時(shí)將所述貯能裝置的能量逆變成所述發(fā)電機(jī)所需要的交流電，使所述發(fā)電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式，拖動(dòng)所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行；啟動(dòng)后，控制所述發(fā)電機(jī)由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行模式，所述機(jī)側(cè)變頻器由逆變狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎鳡顟B(tài)，向所述貯能裝置和所述負(fù)載側(cè)變頻器輸出能量，所述負(fù)載側(cè)變頻器逆變輸出向負(fù)載提供能量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述機(jī)側(cè)變頻器在所述發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式時(shí)逆變所述貯能裝置的能量提供滿足機(jī)組啟動(dòng)要求的電源；在所述發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式時(shí)，所述機(jī)側(cè)變頻器通過負(fù)載和貯能裝置調(diào)整所述發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩控制所述斯特林發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述負(fù)載側(cè)變頻器根據(jù)所述負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出功率。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述貯能裝置在所述斯特林發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中根據(jù)負(fù)載的變化充放電，以維系所述機(jī)側(cè)變頻器和所述負(fù)載變頻器之間的功率平衡。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述貯能裝置為蓄電池或者超級(jí)電容，其容量為機(jī)組容量的3倍以上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述貯能裝置可以通過外部供電裝置補(bǔ)充電量。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)為永磁同步發(fā)電機(jī)或者電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)為交流發(fā)電機(jī)或者直流發(fā)電機(jī)。
21.—種電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，包括多組上述權(quán)利要求13-20中任一項(xiàng)所述的離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離網(wǎng)式斯特林發(fā)電機(jī)組及其控制方法，該發(fā)電機(jī)組包括發(fā)電機(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、輔助系統(tǒng)、機(jī)側(cè)變頻器、貯能裝置、負(fù)載側(cè)變頻器、控制系統(tǒng)。該控制方法包括以下步驟啟動(dòng)時(shí)，機(jī)側(cè)變頻器將貯能裝置的能量逆變成發(fā)電機(jī)需要的交流電，使發(fā)電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式，拖動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行；啟動(dòng)后，隨著斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的增加，發(fā)電機(jī)由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行模式，機(jī)側(cè)變頻器由逆變狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎鳡顟B(tài)，向貯能裝置和負(fù)載側(cè)變頻器輸出能量，負(fù)載側(cè)變頻器逆變輸出向負(fù)載提供能量。本發(fā)明充分利用電機(jī)和變頻器的特性，用簡(jiǎn)單的控制策略，實(shí)現(xiàn)斯特林發(fā)電機(jī)組的自起動(dòng)和脫離電網(wǎng)的孤島運(yùn)行。
文檔編號(hào)F02G1/043GK102684587SQ20121014881
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者尚長松, 張彥明 申請(qǐng)人:大連宏海新能源發(fā)展有限公司