[实用新型]螺杆膨胀机变速恒频发电系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及螺杆膨胀机发电系统。

背景技术

螺杆膨胀机是一种具有内膨胀的原动机，广泛应用在带压气体的能量回收，可作为机械驱动或发电机组的原动机。螺杆膨胀机作为回转容积式膨胀机，入口的体积流量主要取决于转子直径、内容积比、转速和内部间隙。常规的螺杆膨胀机无论配套同步发电机或异步发电机，由于受电网频率的制约，转速基本保持恒定，因此入口的体积流量也相对恒定。同时，在设计孔口时，膨胀机的内容积比主要根据外压比设计，这样在运行时可避免产生过膨胀和欠膨胀机的情况，从而实现最高效率。

但实际运行中，由于与螺杆膨胀机的出口相连的低压管网或与螺杆膨胀机的入口相连的高压管网的气体流量总是变化的，导致螺杆膨胀机的气体流量也会随之发生变化。为使螺杆膨胀机的气体流量与外部管网的气体流量达到平衡，确保螺杆膨胀机的排气压力、进气压力或与螺杆膨胀机相连的发电机的输出功率与设定值一致，目前市面上的螺杆膨胀机几乎都采用入口节流方式对螺杆膨胀机的气体流量进行调节，即通过控制器调节膨胀机入口调节阀的开度改变螺杆膨胀机的进气压力实现对螺杆膨胀机的气体流量进行调节。这种节流调节方式会使得螺杆膨胀机的进气压力下降，改变了外压比，原有的内容积比将不再适合当前运行工况，螺杆膨胀机将产生较大的过膨胀，使得螺杆膨胀机发电机组的效率急剧下降。更严重的是，当螺杆膨胀机发电机组处于较低的效率下，为了达到并网的同步转速，气体流量不得不维持在较高水平。若气体流量不足时，发电机或无法并入电网，或逆功率解列。

此外，当螺杆膨胀机配套同步发电机时，为了实现并网，要求螺杆膨胀机发电机组的转速控制较为精确，使得螺杆膨胀机发电机组的发电频率与电网频率一致才能达到并网条件。因此，螺杆膨胀机入口需要配套精度较高的自动控制阀门，价格昂贵，操作不便。当螺杆膨胀机配套异步发电机时，虽然无需较高精度的转速控制,但异步发电机组将消耗电网的无功功率，使电网功率因数下降，且并网瞬间有较大的冲击电流。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种螺杆膨胀机变速恒频发电系统，其能够在不改变螺杆膨胀机的内外压比的情况下使螺杆膨胀机发电系统适应气体流量的变化，工作效率高，并且在气体流量很小时也能实现高效率的发电。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种螺杆膨胀机变速恒频发电系统，包括螺杆膨胀机、传动机构、异步发电机、四象限变频器、控制器、以及压力反馈装置和/或输出功率反馈装置；螺杆膨胀机的输出轴通过传动机构与异步发电机的转子连接；四象限变频器的电源侧连接电网，四象限变频器的电机侧连接异步发电机；压力反馈装置的输出端和/或所述输出功率反馈装置的输出端与控制器的输入端连接；压力反馈装置用于将实时检测到的螺杆膨胀机的排气压力和/或进气压力反馈给控制器，输出功率反馈装置用于将实时检测到的异步发电机的输出功率反馈给控制器；控制器的输出端与四象限变频器的信号输入端连接，控制器用于根据排气压力设定值与排气压力反馈值的差值、进气压力设定值与进气压力反馈值的差值或者是异步发电机的输出功率设定值与异步发电机的输出功率反馈值的差值进行PID调节或PI调节，以获得四象限变频器的电机给定频率，并将电机给定频率输出给四象限变频器。

采用上述技术方案后，本实用新型至少具有以下优点：

1、本实用新型通过改变螺杆膨胀机的转速而非进气压力使得螺杆膨胀机的排气压力、进气压力或与螺杆膨胀机相连的发电机的输出功率稳定在设定值，确保螺杆膨胀机的气体流量与外部管网的气体流量达到平衡，不仅具有较强的适应气体流量波动的能力，而且在变流量工况下能维持螺杆膨胀机的外压比设计值，从而使螺杆膨胀机始终运行在较高效率点，在螺杆膨胀机的气体流量偏离设计时，也仍然能够保证较高的发电量，同时可降低并网发电所需的最小螺杆膨胀机气体流量，并网工况要求低；

2、本实用新型通过对四象限变频器的电机给定频率设定，可方便地控制螺杆膨胀机的转速，从而实现对气体流量或与气体流量相关的工艺参数如输出功率、排气压力、进气压力等的控制。由于采用了四象限变频器，无需精确地控制螺杆膨胀机转速，而只需通过变频器的参数设计即可实现并网解列, 可方便地实现一键启停和并网解列，并网解列容易，控制简单。由于并网时的最大冲击电流小于发电机额定电流，对电网不会造成冲击；

3、异步发电机从四象限变频器获得无功功率，整个系统不消耗电网的无功功率；

4、四象限变频器将异步发电机和电网隔离为彼此独立的系统，使得异步发电机和电网不会相互干扰；利用四象限变频器的保护功能还可方便地实现对异步发电机的各种保护。