[发明专利]一种基于PWM整流和逆变技术的变速恒频ORC低温发电装置

说明书

本发明提供了一种基于PWM整流和逆变技术的变速恒频ORC低温发电装置，包括蒸发器、膨胀机、三相永磁同步发电机、冷凝器、工质泵、PWM可控整流器、PWM逆变器、一次交流连接线、直流连接线和二次交流连接线。本发明基于三相永磁同步发电机转速‑电势特性，利用PWM可控整流器通过控制三相永磁同步发电机的输出电压来调节其转速，进而控制膨胀机转速，同时利用PWM逆变器实现ORC低温发电装置输出的电能频率恒定，能够有效改善ORC低温发电装置适应多变工况的能力，拓宽了其高效运行区间。

技术领域

本发明涉及低品位热能的高效回收利用，属工业节能和新能源利用领域。特别是涉及一种基于PWM整流和逆变技术的变速恒频ORC低温发电装置。

背景技术

随着“碳达峰”和“碳中和”目标日期的日益临近，提高一次能源利用率和可再生能源占比已成为我国乃至全世界的重要选项。基于有机朗肯循环(ORC)的低温发电技术因其在中低温热能转化方面的独特优势，受到广泛关注，目前已被应用于地热、工业余热、太阳能、生物质能、内燃机余热等领域的中低品位热能转化利用中。

由于ORC系统相对于其冷热源处于被动地位，其工况参数会不可避免地偏离标称设计点。有学者指出，当实际工况偏离设计工况时，ORC系统整体性能会显著下降，较低的负载条件甚至会影响系统的稳定性。事实上，即使良好设计的ORC系统也会面临非设计工况下性能下降的情况。所以ORC系统对变工况的适应能力已成为影响其应用的决定性因素。同时，低温热源形态、品位的多样性使得目前ORC系统具有高度定制化的特点，但较差的变工况适应能力限制了同一系统应用于其他场合/工况的能力，难以实现批量化、标准化生产，单位功率成本居高不下，所以其较差的变工况适应能力成为限制ORC系统大规模应用的瓶颈之一。对于ORC低温发电系统，其直接控制变量主要是工质泵和膨胀机的转速，研究发现容积式膨胀机在不同工况下存在最优转速，使系统具有最优输出功率，而对于大多数既有ORC低温发电系统，尤其是并网运行的系统，多采用准同期并网技术，其膨胀机转速在运行过程中为了满足并网或用户用电需求而在固定转速下运行，这就大大降低了ORC低温发电系统的变工况适应能力。

因此，现有技术中亟需一种通过动态调节膨胀机转速，提高ORC系统变工况适应能力，拓宽其高效运行区间的技术方案。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于PWM整流和逆变技术的变速恒频ORC低温发电装置。

为实现上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：

一种基于PWM整流和逆变技术的变速恒频ORC低温发电装置，包括蒸发器、膨胀机、三相永磁同步发电机、冷凝器、工质泵、PWM可控整流器、PWM逆变器、一次交流连接线、直流连接线和二次交流连接线。所述蒸发器上设置有热源进口、热源出口、有机工质进口和有机工质出口。所述冷凝器上设置有冷源进口、冷源出口、有机工质进口和有机工质出口。所述蒸发器工质出口与膨胀机进口相连，所述膨胀机出口与所述冷凝器工质进口相连，所述冷凝器工质出口与工质泵进口相连，工质泵出口与蒸发器工质进口相连。所述膨胀机与三相永磁同步发电机相连，把工质的膨胀功转换为机械功从而驱动三相永磁同步发电机，进而使机械功转化为电能。三相永磁同步发电机通过一次交流连接线与PWM可控整流器相连，交流电被整流为特定电势的直流电。所述PWM可控整流器通过直流连接线与PWM逆变器相连，直流电被PWM逆变器逆变为满足电用户或者并网所要求的交流电，通过二次交流连接线输出电能。

所述PWM可控整流器为基于脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)技术的可控整流器。所述PWM逆变器为基于脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)技术的逆变器，包括离网型PWM逆变器和并网型PWM逆变器。

所述蒸发器和冷凝器为管壳式换热器、板式换热器、套管式换热器和翅片管式换热器的一种。所述膨胀机为双螺杆膨胀机、涡旋式膨胀机和单螺杆膨胀机的一种。所述工质均为有机工质。

本发明相比现有技术的有益效果是：