[发明专利]一种离网式斯特林发电机组及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及斯特林发电机组控制领域，特别涉及一种离网式斯特林发电机组及其控制方法。

背景技术

斯特林发动机是一种外部供热（或燃烧）的活塞式发动机，它以气体做工质，按闭式回路热循环的方式进行工作。斯特林发动机最早发明与1816年，比内燃机发明早几十年，但由于受当时材料及制造水平的限制，没有得到进一步发展。20世纪70年代爆发中东石油危机后，人们搞到了能源危机，同时污染环境的严重危害也日益显现。基于斯特林发动机对能源的广泛适应性和优异的环境特性，人们恢复了对斯特林发动机的兴趣，给斯特林带来了新的生命和发展空间。

由于其自身不具备自启动功能和无法空载运行等缺陷，目前各国所研究的斯特林发电机组全部采用外加专用启动装置来完成启动，接入调功器来保证其始终不在空载运行状态；没有电网的支撑，发电机组的输出电压和频率的控制难度大；这些都是限制离网式斯特林发电机组发展的瓶颈。但是由于斯特林发电机组容量相对比较小，而各国对小功率并网的要求比较严格，限制了并网型斯特林机组的发展；而离网式斯特林发电机组的应用范围却是极为广阔，发展前景看好。可以预计，离网式斯特林发电机组可能成为未来斯特林发电机组发展的主要方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种离网式斯特林发电机组及其控制方法，充分利用电机和变频器的特性，用简单的控制策略，实现了斯特林发电机的自起动和脱离电网的孤岛运行。

为达到上述目的，本发明提供的离网式斯特林发电机组控制方法，应用于包括发电机、斯特林发动机、辅助系统、机侧变频器、贮能装置、负载侧变频器、控制系统的离网式斯特林发电机组，包括以下步骤：

启动时，所述机侧变频器将所述贮能装置的能量逆变成所述发电机需要的交流电，使所述发电机处于电动机运行模式，拖动所述斯特林发动机运行；

启动后，随着所述斯特林发动机输出功率的增加，所述发电机由电动机运行模式转变为发电机运行模式，所述机侧变频器由逆变状态转变为整流状态，向所述贮能装置和所述负载侧变频器输出能量，所述负载侧变频器逆变输出向负载提供能量。

上述离网式斯特林发电机组控制方法，还包括：启动前对所述辅助系统进行自检的步骤。

上述离网式斯特林发电机组控制方法，启动后，所述负载侧变频器根据所述负载的变化自动调节输出功率。

上述所述离网式斯特林发电机组控制方法，所述机侧变频器在所述发电机的电动机运行模式时逆变所述贮能装置的能量提供满足机组启动要求的电源；在所述发电机的发电机运行模式时，所述机侧变频器通过负载和贮能装置控制所述发电机的电磁转矩及所述斯特林发电机组的运行转速。

上述离网式斯特林发电机组控制方法，所述贮能装置在所述斯特林发电机组运行过程中根据负载的变化充放电，以维系所述机侧变频器和所述负载变频器之间的功率平衡。

上述离网式斯特林发电机组控制方法，启动后，所述斯特林发动机的输出功率大于所述发电机的空载损耗时，所述发电机由电动机运行模式转变为发电机运行模式。

上述离网式斯特林发电机组控制方法，其特征在于，所述贮能装置为蓄电池或者超级电容，其容量为机组容量的3倍以上。

上述离网式斯特林发电机组控制方法，其特征在于，所述贮能装置可以通过外部供电装置补充电量。

上述离网式斯特林发电机组控制方法，所述发电机为永磁同步发电机或者电励磁同步发电机。

上述离网式斯特林发电机组控制方法，所述发电机为交流发电机或者直流发电机。

上述离网式斯特林发电机组控制方法，所述贮能装置和所述负载侧变频器组成UPS根据负载的变化输送一定时间的电量，以提供机组短时故障所需的电量。

上述离网式斯特林发电机组控制方法，所述发电机有电动机运行模式转变为发电机运行模式是自动完成的。

更进一步的，本发明还提供了一种采用上述控制方法的离网式斯特林发电机组，包括发电机、斯特林发动机、辅助系统、机侧变频器、贮能装置、负载侧变频器及控制系统，所述控制系统控制所述机侧变频器在启动时将所述贮能装置的能量逆变成所述发电机所需要的交流电，使所述发电机处于电动机运行模式，拖动所述斯特林发动机运行；启动后，控制所述发电机由电动机运行模式转变为发电机运行模式，所述机侧变频器由逆变状态转变为整流状态，向所述贮能装置和所述负载侧变频器输出能量，所述负载侧变频器逆变输出向负载提供能量。