CN114483225A - 一种膨胀机多并联组合orc发电系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膨胀机多并联组合ORC发电系统，包括热水循环系统、冷水循环系统和有机工质循环系统，热水循环依系统包括热源进口、蒸发器和热源出口；冷水循环系统包括冷源进口、冷源流量调节阀和冷源出口；有机工质循环系统包括工质泵、蒸发器、第一膨胀机、第二膨胀机、第三膨胀机、第四膨胀机、冷凝器和储液罐；一种膨胀机多并联组合ORC发电系统的控制方法，包括暖机模式、过热度控制模式、压差控制模式、发电功率调节模式、膨胀机加载模式和膨胀机减载模式；本发明可以满足多种热源合并应用，且在满足最大发电量的同时，能够在热源波动或用电需求变化的情况下，保证ORC系统变工况运行稳定可靠，高效平稳。
Description
技术领域
本发明涉及ORC发电系统领域，特别涉及一种膨胀机多并联组合ORC发电系统及其控制方法。
背景技术
ORC发电系统利用广泛存在的工业余热、地热、太阳能等低温热源，将低品位的热能转换为电能，产生清洁能源，提高能源综合利用率。但在实际工程应用中，由于热源的多样性和不稳定性，ORC系统的运行工况和低负荷运行能力往往无法满足现场需求，造成ORC项目投资回报期无法达到预期目标。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种膨胀机多并联组合ORC发电系统及其控制方法，可以满足多种热源合并应用，且在满足最大发电量的同时，能够在热源波动或用电需求变化的情况下，保证ORC系统变工况运行稳定可靠，高效平稳。
本发明的目的一方面是这样实现的：一种膨胀机多并联组合ORC发电系统，包括冷凝器、储液罐、工质泵、蒸发器、第一旁通管路、第二旁通管路、第一发电机组管路、第二发电机机组管路、第三发电机机组管路和第四发电机机组管路；所述第一发电机组管路、第二发电机组管路、第三发电机组管路和第四发电机组管路同程并联在膨胀机总进气管路和膨胀机总排气管路之间；所述膨胀机总排气管路和膨胀机总进气管路的另一端之间依次连接有冷凝器、储液罐、工质泵和蒸发器；所述膨胀机总排气管路和膨胀机总进气管路之间还并联有第一旁通管路和第二旁通管路；所述第一旁通管路的管路上依次连接有第一旁通调节阀和节流元件；所述第二旁通管路上连接有第二旁通阀。
作为本发明的进一步限定，所述蒸发器通过热源进口连接管和热源出口连接管分别与热源进口和热源出口相连接；所述热源进口连接管上设置有温度传感器，所述热源出口连接管上设置有温度传感器。
作为本发明的进一步限定，所述冷凝器通过冷源进口连接管和冷源出口连接管分别与冷源进口和冷源出口相连接；所述冷源进口连接管上设有冷源流量调节阀。
作为本发明的进一步限定，所述第一发电机组管路包括第一膨胀机、第一进气阀和第一发电机；所述第二发电机组管路包括第二膨胀机、第二进气阀和第二发电机；所述第三发电机组管路包括第三膨胀机、第三进气阀和第三发电机；所述第四发电机组管路包括第四膨胀机、第四进气阀和第四发电机。
作为本发明的进一步限定，所述第一发电机、第二发电机、第三发电机和第四发电机的轴上分别设有第一膨胀机转速传感器、第二膨胀机转速传感器第三膨胀机转速传感器和第四膨胀机转速传感器。
作为本发明的进一步限定，所述膨胀机总进气管路上的膨胀机进气口处设有膨胀机进气温度传感器；所述膨胀机总排气管路上的第一旁通管路和第二旁通管路接点前端设有压力传感器和温度传感器；所述蒸发器的出口处设有蒸发器出口压力传感器和蒸发器出口温度传感器；所述冷凝器和储液器出口分别设有冷凝器出口温度传感器和储液器出口温度传感器。
本发明的目的另一方面是这样实现的：一种膨胀机多并联组合ORC发电系统的控制方法，包括以下步骤：
1）阀位状态初始化：各膨胀机进气阀关闭，第一旁通阀关闭，第二旁通阀开启，冷源流量调节阀打开100%，工质泵频率归零；
2）故障检测，无故障，则启动步骤3），否则查看故障信息进行复位；
3）工质泵启动，工质泵电机启动频率为f1；
4）当膨胀机进口温度大于膨胀机进口温度设定值T0时，进入步骤5）否则进入暖机模式；
5）第二旁通阀关闭，第一旁通阀打开，第一旁通阀开启比例设定值为K1；
6）当膨胀机进口压力达到膨胀机进出口压差设定值P1时，进行步骤7），否则工质泵以工质泵电机增频幅度设定值f2增幅逐渐升频；
7）关闭第一旁通阀，打开第一发电机组管路上的第一进气阀；
8）膨胀机转速达到膨胀机电机设定转速Z1rpm时，进行步骤9），否则进入过热度控制模式；
9）第一膨胀机实现热电转换，并网输出电能；
10）进入启动发电功率调节模式；
11）维持稳定运行。
作为本发明的进一步限定，所述暖机模式为每隔数据采集间隔时间执行一次膨胀机进口温度采集并与膨胀机进口温度设定值T0进行比较，直到膨胀机进口温度达到设定值T0；
所述过热度控制模式为利用蒸发器出口温度和膨胀机进口压力，根据工质物性计算出蒸发器出口过热度Ts，以过热度设定值T1为控制目标，利用PID控制工质泵频率，实现过热度稳定在T2±0.1℃。
作为本发明的进一步限定，所述发电功率调节模式为每隔数据采集间隔时间执行一次当前发电量采集，与用电需求量W进行比较，当前工况膨胀机单机额定发电功率为P，根据公式：供需比值=│当前发电量-用电需求量│/P计算出供需比值，以用电需求量为控制目标，进行发电功率的调节，即通过供需比值，确定开启膨胀机数量，进行膨胀机的加载和减载；并以热源换热温差与其设定值T2比较，进行热源热值的判定；所述发电功率调节模式具体包括以下步骤：
a）当前发电量小于用电需求量W时，执行步骤b），否则根据供需比值，当供需比值小于1时，工质泵以工质泵电机减频幅度设定值f3减幅减载，进入过热度控制模式；反之，进入膨胀机减载模式；
b）热源换热温差不大于热源换热温差设定值T2，执行步骤c），否则进入过热度控制模式；
c）供需比值大于1时，执行步骤d），否则进入过热度控制模式。
d）进入膨胀机加载模式。
作为本发明的进一步限定，所述压差调节模式为利用膨胀机进口压力和膨胀机出口压力，计算出膨胀机进出口压差，以膨胀机进出口压差设定值P1为控制目标，利用PID控制第一旁通阀的开启度，实现膨胀机进出口压差稳定在P1±0.1kPa；
所述膨胀机减载模式为工质泵以工质泵电机减频幅度设定值f3减幅降频，同时第一旁通阀逐渐打开并进入压差调节模式，第一旁通阀开启度至第一旁通阀开启比例设定值K1，将要关闭的发电机组管路的进气阀关闭，对应的发电机组管路的膨胀机解列停止发电，第一旁通阀关闭；
所述膨胀机加载模式为工质泵以工质泵电机增频幅度设定值f2增幅升频，同时第一旁通阀逐渐打开并进入压差调节模式，第一旁通阀开启至第一旁通阀开启比例设定值K1，第一旁通阀关闭，需要开启的发电机组管路的进气阀开启，当相应发电机组管路的膨胀机的电机转速达到膨胀机电机设定转速Z1时，相应发电机组管路的膨胀机并网，输出电能，否则进入过热度控制模式。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，有益效果为：该系统通过四个发电机组管路并联，适用于热源负荷和电网用电需求变化的场合，将发电量划分为四个区间，实现多级能量调节，且每个区间的最小发电量可达到5%输出，降低运行成本，有效提高换热器效率，提高核心部件的使用寿命，增强系统的集成度，便于维修；各并联膨胀机互为备用机，保证系统的正常运行。
该系统中通过热源进口、蒸发器和热源出口组成，通过金属管道连接，在热源进口和热源出口与蒸发器之间设有温度传感器，热源和工质通过蒸发器进行逆流换热，实现了余热的热量由热水循环至工质循环的转移；通过冷源进口、冷源流量调节阀和冷源出口依次连接，通过金属管道相连，通过冷凝器，实现工质和冷却水进行逆流换热，将工质循环中未转换成电能的多余热量转移至冷却水循环中，最后排放到大气环境中，有效提高了热交换效率。
该方法中，通过暖机模式对热量进行初始开机条件判定，保证膨胀机进口温度，保护膨胀机的进气为过热气态；通过过热度控制模式保证了工质进入膨胀机时为过热气态，避免膨胀机进液，保证膨胀机安全稳定运行。
附图说明
图1为本发明的ORC系统原理图。
图2为本发明方法的流程图。
图3为本发明方法中暖机模式流程图。
图4为本发明方法中过热度控制模式流程图。
图5为本发明方法中压差调节模式流程图。
图6为本发明方法中发电功率调节模式流程图。
图7为本发明方法中膨胀机加载模式流程图。
图8为本发明方法中膨胀机减载模式流程图。
其中，101第一膨胀机，102第一进气阀， 103第一发电机 104第一发电机组管路；201第二膨胀机，202第二进气阀，203第二发电机，204第二发电机组管路；301第三膨胀机，302第三进气阀，303第三发电机，304第三发电机组管路；401第四膨胀机，402第四进气阀，403第四发电机，404第四发电机组管路；5冷凝器，6储液器，7工质泵，8蒸发器，9第一旁通阀10节流元件，11第二旁通阀，12膨胀机总排气管路，13膨胀机总进气管路，14第一旁通管路，15第二旁通管路，16冷源流量调节阀，17膨胀机进气温度传感器，18蒸发器出口温度传感器，19蒸发器出口压力传感器，20热源进口温度传感器，21热源出口温度传感器，22储液器出口温度传感器，23冷凝器出口温度传感器，24膨胀机排气温度传感器， 25膨胀机排气压力传感器，26第一膨胀机转速传感器，27第二膨胀机转速传感器，28第三膨胀机转速传感器，29第四膨胀机转速传感器；
f1：工质泵电机启动频率；f2：工质泵电机增频幅度设定值；f3：工质泵电机减频幅度设定值；T0：膨胀机进口温度设定值；K1：旁通阀a开启比例设定值；K2：旁通节流阀启动比例值；Z1：膨胀机电机设定转速；P1：膨胀机进出口压差设定值；Ts：过热度；T1：过热度度设定值；T2：热源换热温差设定值；P：机额定发电量（当前工况）；W：用电需求量。
具体实施方式
如图1所示的一种膨胀机多并联组合ORC发电系统，包括冷凝器5、储液罐6、工质泵7、蒸发器8、第一旁通管路14、第二旁通管路15、第一发电机组管路（104）、第二发电机机组管路（204）、第三发电机机组管路304和第四发电机机组管路404；第一发电机组管路104、第二发电机组管路204、第三发电机组管路304和第四发电机组管路404同程并联在膨胀机总进气管路13和膨胀机总排气管路12之间；膨胀机总排气管路12和膨胀机总进气管路13的另一端之间依次连接有冷凝器5、储液罐6、工质泵7和蒸发器8；膨胀机总排气管路12和膨胀机总进气管路13之间还并联有第一旁通管路14和第二旁通管路15；第一旁通管路14的管路上依次连接有第一旁通调节阀9和节流元件10；第二旁通管路15上连接有第二旁通阀11。蒸发器8通过热源进口连接管和热源出口连接管分别与热源进口和热源出口相连接；热源进口连接管上设置有温度传感器20，热源出口连接管上设置有温度传感器21。冷凝器5通过冷源进口连接管和冷源出口连接管分别与冷源进口和冷源出口相连接；冷源进口连接管上设有冷源流量调节阀16。
第一发电机组管路104包括第一膨胀机101、第一进气阀102和第一发电机103；第二发电机组管路204包括第二膨胀机201、第二进气阀202和第二发电机203；第三发电机组管路304包括第三膨胀机301、第三进气阀302和第三发电机303；第四发电机组管路404包括第四膨胀机401、第四进气阀402和第四发电机403。
第一发电机103、第二发电机203、第三发电机303和第四发电机403的轴上分别设有第一膨胀机转速传感器26、第二膨胀机转速传感器27第三膨胀机转速传感器28和第四膨胀机转速传感器29。
膨胀机总进气管路13上的膨胀机进气口处设有膨胀机进气温度传感器17；膨胀机总排气管路12上的第一旁通管路14和第二旁通管路15接点前端设有压力传感器25和温度传感器24；蒸发器8的出口处设有蒸发器出口压力传感器19和蒸发器出口温度传感器18；冷凝器5和储液器6出口分别设有冷凝器出口温度传感器23和储液器出口温度传感器22。
该系统包括热水循环、冷水循环和有机工质循环，其中热水循环包括热源进口、蒸发器8和热源出口，通过金属管道连接，在热源进口和热源出口与蒸发器8之间设有温度传感器20、21，热源和工质通过蒸发器8进行逆流换热，实现余热的热量由热水循环至工质循环的转移。
冷水循环包括冷源进口、冷源流量调节阀16和冷源出口依次连接组成，通过金属管道相连，通过冷凝器5，工质和冷却水进行逆流换热，将工质循环中未转换成电能的多余热量转移至冷却水循环中，最后排放到大气环境中。
有机工质循环包括工质泵7、蒸发器8、第一膨胀机101、第二膨胀机201、第三膨胀机301、第四膨胀机401、冷凝器5和储液罐6，各个结构之间通过金属管道连接。
如图2所示的一种膨胀机多并联组合ORC发电系统的控制方法，包括以下步骤：
1）在PLC控制界面上，按下一键启动按钮，阀位状态初始化：各膨胀机进气阀关闭，第一旁通阀9关闭，第二旁通阀11开启，冷源流量调节阀16打开100%，工质泵7频率归零，即0Hz；
2）故障检测，无故障，则启动步骤3），否则查看故障信息进行复位；
3）工质泵7启动，工质泵7电机启动频率为f1；f1为最低启动频率，一般为5Hz；
4）当膨胀机进口温度大于膨胀机进口温度设定值T0时，进入步骤5）否则进入暖机模式；为保护膨胀机，进口温度T0一般设定较高温度，如90℃（工质为R245fa时）；
5）第二旁通阀11关闭，第一旁通阀9打开，第一旁通阀开启比例设定值为K1；第二旁通管路15设计流量为发电机组最大发电量时的工质总流量，第一旁通管路14的设计流量为单台膨胀机额定发电量时的工质流量，第一旁通阀9起始最小开度为5%，K1开启度设计值为70%~80%；
6）当膨胀机进口压力达到膨胀机进出口压差设定值P1时，进行步骤7），否则工质泵7以工质泵电机增频幅度设定值f2增幅逐渐升频；P1一般为550kPa（绝对压力）；
7）关闭第一旁通阀9，打开第一发电机组管路104上的第一进气阀102；
8）膨胀机转速达到膨胀机电机设定转速Z1rpm时，进行步骤9），否则进入过热度控制模式；发电机为三相异步感应式发电机，Z1一般为2800rpm；
9）第一膨胀机101实现热电转换，并网输出电能；
10）进入启动发电功率调节模式；
11）维持稳定运行。
如图3所示，暖机模式：每隔数据采集间隔时间执行一次膨胀机进口温度采集并与膨胀机进口温度设定值T0进行比较，直到膨胀机进口温度达到设定值T0；通过此模式运行，对热量进行初始开机条件判定，保证膨胀机进口温度，保护膨胀机的进气为过热气态。
如图4所示，过热度控制模式：利用蒸发器8出口温度和膨胀机进口压力，根据工质物性计算出蒸发器出口过热度Ts，以过热度设定值T1为控制目标，利用PID控制工质泵7频率，实现过热度稳定在T2±0.1℃，T2为3~5℃，膨胀机进气过热度保证了工质进入膨胀机时为过热气态，避免膨胀机进液，保证膨胀机安全稳定运行。
如图6所示，发电功率调节模式：每隔数据采集间隔时间执行一次当前发电量采集，与用电需求量W进行比较，当前工况膨胀机单机额定发电功率为P，根据公式：供需比值=│当前发电量-用电需求量│/P计算出供需比值，以用电需求量为控制目标，进行发电功率的调节，即通过供需比值，确定开启膨胀机数量，进行膨胀机的加载和减载；其中PLC模块的工艺参数中包括各工况条件下膨胀机单机额定发电功率；并以热源换热温差与其设定值T2比较，进行热源热值的判定；热源换热温差的计算公式为：热源换热温差=热源进口温度-热源出口温度；
发电功率调节模式具体包括以下步骤：
a）当前发电量小于用电需求量W时，执行步骤b），否则根据供需比值，当供需比值小于1时，工质泵7以工质泵电机减频幅度设定值f3减幅减载， f3一般为1%，进入过热度控制模式；反之，进入膨胀机减载模式；
b）热源换热温差不大于热源换热温差设定值T2，T2一般取值为15℃，执行步骤c），否则进入过热度控制模式；
c）供需比值大于1时，执行步骤d），否则进入过热度控制模式；
d）进入膨胀机加载模式。
如图5所示，压差调节模式：利用膨胀机进口压力和膨胀机出口压力，计算出膨胀机进出口压差，以膨胀机进出口压差设定值P1为控制目标，利用PID控制第一旁通阀的开启度，实现膨胀机进出口压差稳定在P1±0.1kPa；
如图7所示，膨胀机减载模式为工质泵7以工质泵电机减频幅度设定值f3减幅降频，同时第一旁通阀9逐渐打开并进入压差调节模式，第一旁通阀9开启度至第一旁通阀开启比例设定值K1，将要关闭的发电机组管路的进气阀关闭，对应的发电机组管路的膨胀机解列停止发电，第一旁通阀9关闭；本实施例中为第二膨胀机进气阀202关闭，第二膨胀机201解列停止发电。
如图8所示，膨胀机加载模式为工质泵7以工质泵电机增频幅度设定值f2增幅升频，同时第一旁通阀9逐渐打开并进入压差调节模式，第一旁通阀9开启至第一旁通阀开启比例设定值K1，第一旁通阀9关闭，需要开启的发电机组管路的进气阀开启，当相应发电机组管路的膨胀机的电机转速达到膨胀机电机设定转速Z1时，相应发电机组管路的膨胀机并网，输出电能，否则进入过热度控制模式。本实施例中为第二进气阀202开启，当第二膨胀机201的电机转速达到Z1时，第二膨胀机201并网，输出电能，否则进入过热度控制模式，f2一般取值为2%。
本发明通过四个发电机组管路并联，适用于热源负荷和电网用电需求变化的场合，将发电量划分为四个区间，实现多级能量调节，且每个区间的最小发电量可达到5%输出，降低运行成本，有效提高换热器效率，提高核心部件的使用寿命，增强系统的集成度，便于维修；各并联膨胀机互为备用机，保证系统的正常运行。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种膨胀机多并联组合ORC发电系统，其特征在于，包括冷凝器（5）、储液罐（6）、工质泵（7）、蒸发器（8）、第一旁通管路（14）、第二旁通管路（15）、第一发电机组管路（104）、第二发电机机组管路（204）、第三发电机机组管路（304）和第四发电机机组管路（404）；所述第一发电机组管路（104）、第二发电机组管路（204）、第三发电机组管路（304）和第四发电机组管路（404）同程并联在膨胀机总进气管路（13）和膨胀机总排气管路（12）之间；所述膨胀机总排气管路（12）和膨胀机总进气管路（13）的另一端之间依次连接有冷凝器（5）、储液罐（6）、工质泵（7）和蒸发器（8）；所述膨胀机总排气管路（12）和膨胀机总进气管路（13）之间还并联有第一旁通管路（14）和第二旁通管路（15）；所述第一旁通管路（14）的管路上依次连接有第一旁通调节阀（9）和节流元件（10）；所述第二旁通管路（15）上连接有第二旁通阀（11）。
2.根据权利要求1所述的一种膨胀机多并联组合ORC发电系统，其特征在于，所述蒸发器（8）通过热源进口连接管和热源出口连接管分别与热源进口和热源出口相连接；所述热源进口连接管上设置有温度传感器（20），所述热源出口连接管上设置有温度传感器（21）。
3.根据权利要求1所述的一种膨胀机多并联组合ORC发电系统，其特征在于，所述冷凝器（5）通过冷源进口连接管和冷源出口连接管分别与冷源进口和冷源出口相连接；所述冷源进口连接管上设有冷源流量调节阀（16）。
4.根据权利要求1所述的一种膨胀机多并联组合ORC发电系统，其特征在于，所述第一发电机组管路（104）包括第一膨胀机（101）、第一进气阀（102）和第一发电机（103）；所述第二发电机组管路（204）包括第二膨胀机（201）、第二进气阀（202）和第二发电机（203）；所述第三发电机组管路（304）包括第三膨胀机（301）、第三进气阀（302）和第三发电机（303）；所述第四发电机组管路（404）包括第四膨胀机（401）、第四进气阀（402）和第四发电机（403）。
5.根据权利要求4所述的一种膨胀机多并联组合ORC发电系统，其特征在于，所述第一发电机（103）、第二发电机（203）、第三发电机（303）和第四发电机（403）的轴上分别设有第一膨胀机转速传感器（26）、第二膨胀机转速传感器（27）第三膨胀机转速传感器（28）和第四膨胀机转速传感器（29）。
6.根据权利要求1所述的一种膨胀机多并联组合ORC发电系统，其特征在于，所述膨胀机总进气管路（13）上的膨胀机进气口处设有膨胀机进气温度传感器（17）；所述膨胀机总排气管路（12）上的第一旁通管路（14）和第二旁通管路（15）接点前端设有压力传感器（25）和温度传感器（24）；所述蒸发器（8）的出口处设有蒸发器出口压力传感器（19）和蒸发器出口温度传感器（18）；所述冷凝器（5）和储液器（6）出口分别设有冷凝器出口温度传感器（23）和储液器出口温度传感器（22）。
7.一种膨胀机多并联组合ORC发电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）阀位状态初始化：各膨胀机进气阀关闭，第一旁通阀（9）关闭，第二旁通阀（11）开启，冷源流量调节阀（16）打开100%，工质泵（7）频率归零；
2）故障检测，无故障，则启动步骤3），否则查看故障信息进行复位；
3）工质泵（7）启动，工质泵（7）电机启动频率为f1；
4）当膨胀机进口温度大于膨胀机进口温度设定值T0时，进入步骤5）否则进入暖机模式；
5）第二旁通阀（11）关闭，第一旁通阀（9）打开，第一旁通阀（9）开启比例设定值为K1；
6）当膨胀机进口压力达到膨胀机进出口压差设定值P1时，进行步骤7），否则工质泵（7）以工质泵电机增频幅度设定值f2增幅逐渐升频；
7）关闭第一旁通阀（9），打开第一发电机组管路（104）上的第一进气阀（102）；
8）膨胀机转速达到膨胀机电机设定转速Z1rpm时，进行步骤9），否则进入过热度控制模式；
9）第一膨胀机（101）实现热电转换，并网输出电能；
10）进入启动发电功率调节模式；
11）维持稳定运行。
8.根据权利要求7所述的一种膨胀机多并联组合ORC发电系统的控制方法，其特征在于，所述暖机模式为每隔数据采集间隔时间执行一次膨胀机进口温度采集并与膨胀机进口温度设定值T0进行比较，直到膨胀机进口温度达到设定值T0；
所述过热度控制模式为利用蒸发器（8）出口温度和膨胀机进口压力，根据工质物性计算出蒸发器出口过热度Ts，以过热度设定值T1为控制目标，利用PID控制工质泵（7）频率，实现过热度稳定在T2±0.1℃。
9.根据权利要求7所述的一种膨胀机多并联组合ORC发电系统的控制方法，其特征在于，所述发电功率调节模式为每隔数据采集间隔时间执行一次当前发电量采集，与用电需求量W进行比较，当前工况膨胀机单机额定发电功率为P，根据公式：供需比值=│当前发电量-用电需求量│/P计算出供需比值，以用电需求量为控制目标，进行发电功率的调节，即通过供需比值，确定开启膨胀机数量，进行膨胀机的加载和减载；并以热源换热温差与其设定值T2比较，进行热源热值的判定；所述发电功率调节模式具体包括以下步骤：
a）当前发电量小于用电需求量W时，执行步骤b），否则根据供需比值，当供需比值小于1时，工质泵（7）以工质泵电机减频幅度设定值f3减幅减载，进入过热度控制模式；反之，进入膨胀机减载模式；
b）热源换热温差不大于热源换热温差设定值T2，执行步骤c），否则进入过热度控制模式；
c）供需比值大于1时，执行步骤d），否则进入过热度控制模式；
d）进入膨胀机加载模式。
10.根据权利要求9所述的一种膨胀机多并联组合ORC发电系统的控制方法，其特征在于，所述压差调节模式为利用膨胀机进口压力和膨胀机出口压力，计算出膨胀机进出口压差，以膨胀机进出口压差设定值P1为控制目标，利用PID控制第一旁通阀的开启度，实现膨胀机进出口压差稳定在P1±0.1kPa；
所述膨胀机减载模式为工质泵（7）以工质泵电机减频幅度设定值f3减幅降频，同时第一旁通阀（9）逐渐打开并进入压差调节模式，第一旁通阀（9）开启度至第一旁通阀开启比例设定值K1，将要关闭的发电机组管路的进气阀关闭，对应的发电机组管路的膨胀机解列停止发电，第一旁通阀（9）关闭；
所述膨胀机加载模式为工质泵（7）以工质泵电机增频幅度设定值f2增幅升频，同时第一旁通阀（9）逐渐打开并进入压差调节模式，第一旁通阀（9）开启至第一旁通阀开启比例设定值K1，第一旁通阀（9）关闭，需要开启的发电机组管路的进气阀开启，当相应发电机组管路的膨胀机的电机转速达到膨胀机电机设定转速Z1时，相应发电机组管路的膨胀机并网，输出电能，否则进入过热度控制模式。
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Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100115912A1 (en) * | 2008-11-07 | 2010-05-13 | General Electric Company | Parallel turbine arrangement and method |
| US20100275610A1 (en) * | 2007-09-27 | 2010-11-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Power generation plant and control method thereof |
| CN202851092U (zh) * | 2012-08-17 | 2013-04-03 | 上海外高桥第二发电有限责任公司 | 蒸汽轮机循环水启动系统 |
| CN104533531A (zh) * | 2015-01-06 | 2015-04-22 | 无锡玄同科技有限公司 | 天然气管道压力能回收系统、压力能回收装置、转子膨胀机 |
| CN105386803A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-03-09 | 中船重工重庆智能装备工程设计有限公司 | 一种气液混合回收的低品质余热发电系统及控制方法 |
| CN206220045U (zh) * | 2016-10-26 | 2017-06-06 | 辽宁省水利水电勘测设计研究院 | 一种输水工程的流量连续调节系统 |
| CN107060921A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-08-18 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | 液化空气储能系统的发电装置及方法 |
| KR20170134127A (ko) * | 2016-05-27 | 2017-12-06 | (주)거나백 | 복수의 팽창기를 구비한 열병합 발전시스템 |
| RU2665012C1 (ru) * | 2017-11-28 | 2018-08-24 | Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" | Устройство регулирования турбодетандера с переменной нагрузкой |
| US20190284488A1 (en) * | 2018-03-16 | 2019-09-19 | Uop Llc | Hydroprocessing unit with power recovery turbines |
| CN209742979U (zh) * | 2019-03-20 | 2019-12-06 | 浙江汽轮成套技术开发有限公司 | 多台汽轮发电机组热负荷平衡分配控制装置 |
| CN113431648A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-24 | 西安热工研究院有限公司 | 一种母管制再热系统的再热器结构 |
| CN216922244U (zh) * | 2021-12-14 | 2022-07-08 | 辰衡(上海)环境科技有限公司 | 一种螺杆膨胀机并联组合的有机朗肯循环发电系统 |
-
2022
- 2022-02-24 CN CN202210170384.6A patent/CN114483225B/zh active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100275610A1 (en) * | 2007-09-27 | 2010-11-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Power generation plant and control method thereof |
| US20100115912A1 (en) * | 2008-11-07 | 2010-05-13 | General Electric Company | Parallel turbine arrangement and method |
| CN202851092U (zh) * | 2012-08-17 | 2013-04-03 | 上海外高桥第二发电有限责任公司 | 蒸汽轮机循环水启动系统 |
| CN104533531A (zh) * | 2015-01-06 | 2015-04-22 | 无锡玄同科技有限公司 | 天然气管道压力能回收系统、压力能回收装置、转子膨胀机 |
| CN105386803A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-03-09 | 中船重工重庆智能装备工程设计有限公司 | 一种气液混合回收的低品质余热发电系统及控制方法 |
| KR20170134127A (ko) * | 2016-05-27 | 2017-12-06 | (주)거나백 | 복수의 팽창기를 구비한 열병합 발전시스템 |
| CN206220045U (zh) * | 2016-10-26 | 2017-06-06 | 辽宁省水利水电勘测设计研究院 | 一种输水工程的流量连续调节系统 |
| CN107060921A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-08-18 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | 液化空气储能系统的发电装置及方法 |
| RU2665012C1 (ru) * | 2017-11-28 | 2018-08-24 | Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" | Устройство регулирования турбодетандера с переменной нагрузкой |
| US20190284488A1 (en) * | 2018-03-16 | 2019-09-19 | Uop Llc | Hydroprocessing unit with power recovery turbines |
| CN209742979U (zh) * | 2019-03-20 | 2019-12-06 | 浙江汽轮成套技术开发有限公司 | 多台汽轮发电机组热负荷平衡分配控制装置 |
| CN113431648A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-24 | 西安热工研究院有限公司 | 一种母管制再热系统的再热器结构 |
| CN216922244U (zh) * | 2021-12-14 | 2022-07-08 | 辰衡(上海)环境科技有限公司 | 一种螺杆膨胀机并联组合的有机朗肯循环发电系统 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 刘季华;朱彤;谢飞博;王海鹰;穆迪;: "ORC涡旋膨胀机旁通阀/开启阀切换工况系统性能参数变化研究", 流体机械, no. 04, 30 April 2015 (2015-04-30), pages 1 - 7 * |
| 曹泷;刘秀龙;张鸣;徐进良;: "有机朗肯循环发电系统变工况运行的实验研究", 化工进展, no. 01, pages 88 - 95 * |
| 顾浩;成卓;: "燃气蒸汽联合循环机组旁路控制策略研究", 电力与能源, no. 02, pages 258 - 261 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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