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)電技術能夠對太陽能、地熱能、工業(yè)余熱等多種形式熱能進行回收，從而將低品位熱能轉換為電能再利用。余熱能源如果得到有效的回收利用，將會節(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的加劇，科研學者對低溫余熱發(fā)電技術的應用也逐漸重視起來?；谟袡C朗肯循環(huán)(ORC)的低溫余熱發(fā)電技術是低溫余熱發(fā)電的主要形式，本文對該技術的發(fā)電、逆變問題進行了研究。主要的研究內容如下文所述:
　　首先，詳細闡述了低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的

2、結構部件和工作原理，并對該系統(tǒng)所用永磁電機和逆變器進行分析和建模。研究了低溫余熱發(fā)電用永磁電機的函數模型，并得到在在該模型下的電壓、轉矩、磁鏈的方程式;研究了三相逆變系統(tǒng)的解耦過程，以及濾波之前的諧波特性，推導出逆變系統(tǒng)的小信號模型，得到了在雙極性SPWM調制下逆變系統(tǒng)傳遞函數。為后述ORC用發(fā)電機電磁設計和逆變器環(huán)路設計奠定基礎。
　　其次，對有機朗肯循環(huán)低溫余熱發(fā)電用發(fā)電機進行了電磁設計研究，并進行了樣機試制及實驗研究。永磁同

3、步發(fā)電機與其他類型發(fā)電機相比具有高效率高功率因數高功率密度的特點，因此本系統(tǒng)選用其作為膨脹機驅動電機進行發(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。然后，根據整個發(fā)電系統(tǒng)對于發(fā)電機的性能要求和尺寸限制，基于Ansoft電磁仿真對電機進行了電磁設計研究，最后進行了樣機試制，并進行了實驗研究。
　　再次，對低溫發(fā)電逆變器的濾波器參數和反饋環(huán)路進行設計研究。本文分析了雙極性SPWM調制的輸出電壓諧波特性，并對濾波器參

4、數進行了設計研究，以降低輸出電壓波形畸變率(THD);當發(fā)電機的輸出不穩(wěn)定或負載側突加突減負載時，會對整體系統(tǒng)造成沖擊，嚴重時造成系統(tǒng)崩潰。因此，本文先對整個逆變系統(tǒng)進行建模，先在連續(xù)時域內進行電壓電流雙閉環(huán)設計，然后離散化得到數字系統(tǒng)中的調節(jié)器參數，通過該設計使系統(tǒng)具有較快的動態(tài)性能和較高的輸出精度。對整個逆變系統(tǒng)仿真分析，分別驗證系統(tǒng)在負載突變和電源電壓擾動情況下的動態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)性能，由仿真可知系統(tǒng)的電壓調整率和負載調整率較好，內環(huán)

5、電流能快速抑制電源和負載的波動，從而保持了輸出電壓的穩(wěn)定。最后通過系統(tǒng)傳遞函數的建立分析了系統(tǒng)外部各個變量擾動對系統(tǒng)輸出的影響。
　　最后，搭建了整體實驗平臺，并進行了實驗研究。搭建了低溫余熱發(fā)電逆變系統(tǒng)的樣機平臺并編寫軟件程序。其中硬件主要包括功率器件的選取、驅動電路的選取、LC濾波器參數的選擇和直流側電容的選擇。軟件包括主程序，PWM周期中斷子程序以及故障處理子程序。分別負責完成DSP系統(tǒng)的初始化設置，信號采樣與處理和控制算法