[发明专利]一种自由活塞斯特林发电系统及控制方法

说明书

本发明提供了一种自由活塞斯特林发电系统及控制方法，该系统包括斯特林发动机，直线发电机，以及数字信号处理器，整流桥，功率开关器，所述功率开关器包括控制变换器和逆变器；其中，所述斯特林发动机与所述直线发电机连接，所述直线发电机与所述整流桥的输入端连通；所述数字信号处理器根据接收的温度和运动方向，以及电流和电压数值与预设的数值比较，并控制所述整流桥，所述控制变换器和所述逆变器的开启或停止，实现系统启动、发电或停止，本发明的控制方法包括检测数据，根据检测数据控制系统状态，本发明能够实现电能双向切换控制功能，起动到发电状态的平滑切换；解决发动机碰撞问题，且满足系统输出电能转换为符合并网标准的电能。

技术领域

本发明涉及斯特林发动机技术领域，尤指一种自由活塞斯特林发电系统及控制方法。

背景技术

直线发电机是一种利用动子的直线运动直接产生电能或者利用电能直接产生直线运动的电器装置，直线发电机以其响应快、高效、高精度等优点，成为当前电机及其控制领域的研究热点。

斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气(或氦)作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室内冷却，反复地进行这样的循环过程。与内燃机相比，斯特林发动机具有燃料适应范围广、噪音低、维护保养费用低、输出功率稳定等特点。

而自由活塞式斯特林发动机有机械效率和热效率高、寿命长、维护简单(有些场合可以达到免维护的要求)、振动和噪声小、密封可靠、无需液体润滑、能源适用性广等特点。在空间能源系统、水下能源系统、小型热电联供系统、太阳能热发电系统、手提式发电系统、极端偏远地区发电系统、余热利用发电系统等领域，体现出良好的市场发展前景。

将直线发电机和自由活塞斯特林发动机结合，两者配套工作，更能相互发挥自身特点，提供系统的效率和寿命，可以节省能源，促进新能源利用的发展。

但由于直线发电机结合自由活塞斯特林发电系统是非常复杂的高耦合系统，要充分发挥两者的优点，需要有效避免活塞行程超限而引发的碰撞问题，需要解决整个发电系统如何平稳起动问题，需要解决起动与发电状态无缝切换，需要保证发电系统的发电品质能够满足相关标准要求。

为此本领域的技术人员需要一个设计合理、成本低、结构简单、自动化程度高和实用性强的发电系统拓扑结构及控制方法，以保证两者结合的系统能够稳定可靠运行，且能够发出品质较高的电能。

发明内容

本发明的目的是提供一种自由活塞斯特林发电系统，能够实现电能双向切换控制功能，实现系统起动到发电状态的平滑切换；能够保护发动机而有效避免活塞行程超限而引发的碰撞问题。通过功率开关器控制直线发电机实现系统起动，且能在发电后将系统输出电能转换为符合并网标准的电能。

为解决上述问题，本发明提供一种自由活塞斯特林发电系统，该系统包括：

用于将热能转换为机械能的斯特林发动机；

用于将机械能转换为电能的直线发电机；

用于将所述斯特林发动机上的温度和所述直线发电机上的运动方向以数字方式表示，并处理的数字信号处理器；

用于将所述直线发电机产生的交流电转换成直流电的整流桥；

功率开关器；

所述功率开关器包括用于将接收所述整流桥转换的直流电，并变换成恒定直流电的控制变换器，以及用于将恒定的直流电进行变换成电网所需的交流电的逆变器；

所述斯特林发动机与所述直线发电机连接，所述直线发电机的输出端与所述整流桥的输入端连通，并将两者之间的电流和电压传输至所述数字信号处理器；