基于ORC低溫余熱發(fā)電逆變系統(tǒng)的研究.pdf

1、低溫余熱發(fā)電技術(shù)能夠?qū)μ?yáng)能、地?zé)崮?、工業(yè)余熱等多種形式熱能進(jìn)行回收，從而將低品位熱能轉(zhuǎn)換為電能再利用。余熱能源如果得到有效的回收利用，將會(huì)節(jié)省大量礦物資源，并且使環(huán)境污染也得到減少。隨著全世界能源危機(jī)的加劇，科研學(xué)者對(duì)低溫余熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用也逐漸重視起來(lái)?；谟袡C(jī)朗肯循環(huán)(ORC)的低溫余熱發(fā)電技術(shù)是低溫余熱發(fā)電的主要形式，本文對(duì)該技術(shù)的發(fā)電、逆變問(wèn)題進(jìn)行了研究。主要的研究?jī)?nèi)容如下文所述:
　　首先，詳細(xì)闡述了低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的

2、結(jié)構(gòu)部件和工作原理，并對(duì)該系統(tǒng)所用永磁電機(jī)和逆變器進(jìn)行分析和建模。研究了低溫余熱發(fā)電用永磁電機(jī)的函數(shù)模型，并得到在在該模型下的電壓、轉(zhuǎn)矩、磁鏈的方程式;研究了三相逆變系統(tǒng)的解耦過(guò)程，以及濾波之前的諧波特性，推導(dǎo)出逆變系統(tǒng)的小信號(hào)模型，得到了在雙極性SPWM調(diào)制下逆變系統(tǒng)傳遞函數(shù)。為后述ORC用發(fā)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)和逆變器環(huán)路設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
　　其次，對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)低溫余熱發(fā)電用發(fā)電機(jī)進(jìn)行了電磁設(shè)計(jì)研究，并進(jìn)行了樣機(jī)試制及實(shí)驗(yàn)研究。永磁同

3、步發(fā)電機(jī)與其他類型發(fā)電機(jī)相比具有高效率高功率因數(shù)高功率密度的特點(diǎn)，因此本系統(tǒng)選用其作為膨脹機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，在整體上提高系統(tǒng)的效率，提升系統(tǒng)功率密度，減少能耗的浪費(fèi)。然后，根據(jù)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)于發(fā)電機(jī)的性能要求和尺寸限制，基于Ansoft電磁仿真對(duì)電機(jī)進(jìn)行了電磁設(shè)計(jì)研究，最后進(jìn)行了樣機(jī)試制，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
　　再次，對(duì)低溫發(fā)電逆變器的濾波器參數(shù)和反饋環(huán)路進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。本文分析了雙極性SPWM調(diào)制的輸出電壓諧波特性，并對(duì)濾波器參

4、數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，以降低輸出電壓波形畸變率(THD);當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出不穩(wěn)定或負(fù)載側(cè)突加突減負(fù)載時(shí)，會(huì)對(duì)整體系統(tǒng)造成沖擊，嚴(yán)重時(shí)造成系統(tǒng)崩潰。因此，本文先對(duì)整個(gè)逆變系統(tǒng)進(jìn)行建模，先在連續(xù)時(shí)域內(nèi)進(jìn)行電壓電流雙閉環(huán)設(shè)計(jì)，然后離散化得到數(shù)字系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器參數(shù)，通過(guò)該設(shè)計(jì)使系統(tǒng)具有較快的動(dòng)態(tài)性能和較高的輸出精度。對(duì)整個(gè)逆變系統(tǒng)仿真分析，分別驗(yàn)證系統(tǒng)在負(fù)載突變和電源電壓擾動(dòng)情況下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)性能，由仿真可知系統(tǒng)的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率較好，內(nèi)環(huán)

5、電流能快速抑制電源和負(fù)載的波動(dòng)，從而保持了輸出電壓的穩(wěn)定。最后通過(guò)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建立分析了系統(tǒng)外部各個(gè)變量擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)輸出的影響。
　　最后，搭建了整體實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。搭建了低溫余熱發(fā)電逆變系統(tǒng)的樣機(jī)平臺(tái)并編寫軟件程序。其中硬件主要包括功率器件的選取、驅(qū)動(dòng)電路的選取、LC濾波器參數(shù)的選擇和直流側(cè)電容的選擇。軟件包括主程序，PWM周期中斷子程序以及故障處理子程序。分別負(fù)責(zé)完成DSP系統(tǒng)的初始化設(shè)置，信號(hào)采樣與處理和控制算法