CN207835081U - 一种并网式斯特林发电机的驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及发电机技术领域，尤其涉及一种并网式斯特林发电机的驱动电路。通过简单的驱动电路，就能够完成斯特林发电机的自启动和自动并网，且在启动时采用降压启动方式，能够降低电网对斯特林发电机的冲击，降低系统复杂度，为斯特林发电机的推广应用创造了条件。一种并网式斯特林发电机的驱动电路，包括：市电输出端和斯特林发电机的驱动输入端；以及并联连接在市电输出端和斯特林发电机的驱动输入端之间的降压启动电路和并网控制电路；降压启动电路用于在斯特林发电机的热端温度达到第一预设阈值时，将降压启动电阻串联连接在斯特林发电机与市电的连接回路中；并网控制电路用于在斯特林发电机启动后，将斯特林发电机直接接入市电。

Description

一种并网式斯特林发电机的驱动电路

技术领域

本实用新型涉及发电机技术领域，尤其涉及一种并网式斯特林发电机的驱动电路。

背景技术

斯特林发动机是一种闭式循环热式发动机，其作为一种外燃机，与内燃机相比，能够利用各种能源(如液体燃料、固体燃料、气体燃料、太阳能和化学反应能等)，并且其振动噪音小，排放污染少，具有良好的环境特性。

通过在斯特林发动机的基础上增加发电机即可得一种斯特林发电机，斯特林发电机处于完全静止状态没有施加任何外力的情况下不能启动，且其存在无法空载运行以及不能及时与外部负荷相匹配等缺陷，限制了斯特林发电机的发展与应用。

在现有技术中，通常通过配备专用的启动装置，并网控制器和负载调节器使斯特林发电机完成并网发电，其中，启动装置负责斯特林发电机的启动，并网控制器负责将斯特林发电机发出电能的伏值、频率和相位等调整到与电网一致后进行并网，负载调节器则负责对负载进行调节，避免斯特林发电机出现空载或者过载现象。然而，控制系统复杂，发电功率与用电负载难以实时匹配等问题限制了斯特林发电机的推广使用。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种并网式斯特林发电机的驱动电路，通过采用简单的驱动电路，就能够完成斯特林发电机的自启动和自动并网，并且在启动时采用降压启动方式，能够降低电网对斯特林发电机的冲击，减少了原有的启动装置、并网控制器和负载调节器等设备，能够降低系统复杂度以及运行成本，为斯特林发电机的推广应用创造了条件。

为达到上述目的，本实用新型实施例提供了一种并网式斯特林发电机的驱动电路，包括：

市电输出端和斯特林发电机的驱动输入端；

以及并联连接在所述市电输出端和所述斯特林发电机的驱动输入端之间的降压启动电路和并网控制电路；

所述降压启动电路用于在所述斯特林发电机的热端温度达到第一预设阈值时，将降压启动电阻串联连接在所述斯特林发电机与所述市电的连接回路中；

所述并网控制电路用于在所述斯特林发电机启动后，将所述斯特林发电机直接接入所述市电。

可选的，所述降压启动电路包括与所述降压启动电阻串联连接的第一继电器组，所述第一继电器组用于在所述斯特林发电机的热端温度达到第一预设阈值时，将所述降压启动电阻串联连接在所述斯特林发电机与所述市电的连接回路中。

可选的，所述第一继电器组包括：第一继电器和第二继电器；其中，所述第一继电器连接在所述市电输出端的相线和所述驱动输入端之间，所述降压启动电阻和所述第二继电器串联连接在所述市电输出端的中心线和所述驱动输入端之间。

可选的，所述并网控制电路包括：第三继电器和第四继电器，其中，所述第三继电器与所述第一继电器并联，并通过第一节点与所述驱动输入端电连接，所述第四继电器与所述第二继电器和所述降压启动电阻并联，并通过第二节点与所述驱动输入端电连接。

可选的，所述并网控制电路还包括：

用于控制所述第三继电器和所述第四继电器导通和截止的继电器线圈，以及第二继电器组；

所述第二继电器组用于在所述斯特林发电机启动后将所述继电器线圈接入市电。

可选的，所述第二继电器组还用于在所述斯特林发电机停机后将所述继电器线圈与市电断开。

可选的，所述第二继电器组包括第五继电器；

所述第五继电器和所述继电器线圈串联连接在所述第一节点和所述市电输出端的中心线之间。

可选的，所述驱动输入端还连接有电量测量单元。

本实用新型实施例提供一种并网式斯特林发电机的驱动电路，通过设计驱动电路，在所述市电输出端和驱动输入端之间并联连接降压驱动电路和并网控制电路，在斯特林发电机的热端温度达到第一预设阈值时，通过控制所述第一继电器组，将所述降压启动电阻串联至所述斯特林发电机，并将所述市电接入所述斯特林发电机，能够通过所述市电为所述斯特林发动机提供能量，从而将电网能量转化为动能，拖动电动机运行，在此过程中，由于将所述降压启动电阻串联至所述斯特林发电机，因此，能够减少电网对斯特林发电机的冲击，在斯特林发电机启动后，电动机模式转化为发电机模式，这时，通过控制所述第二继电器组，将市电直接接入所述斯特林发电机，能够完成自动并网。通过采用简单的驱动电路，就能够完成斯特林发电机的自启动和自动并网，并且在启动时采用降压启动方式，能够降低电网对斯特林发电机的冲击，减少了原有的启动装置、并网控制器和负载调节器等设备，能够降低系统复杂度以及运行成本，为斯特林发电机的推广应用创造了条件。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种并网式斯特林发电机的驱动电路示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种并网式斯特林发电机的驱动电路示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种并网式斯特林发电机的驱动电路示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种并网式斯特林发电机的驱动电路示意图；

图5为本实用新型实施例提供的另一种并网式斯特林发电机的驱动电路示意图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种并网式斯特林发电机的驱动电路示意图；

图7为本实用新型实施例提供的再一种并网式斯特林发电机的驱动电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供了一种并网式斯特林发电机的驱动电路，参见图1，包括：

市电输出端101和斯特林发电机102的驱动输入端；

以及并联连接在所述市电输出端101和所述斯特林发电机102的驱动输入端之间的降压启动电路103和并网控制电路104；

所述降压启动电路103用于在所述斯特林发电机102的热端温度达到第一预设阈值时，将降压启动电阻R1串联连接在所述斯特林发电机102与所述市电的连接回路中；

所述并网控制电路104用于在所述斯特林发电机102启动后，将所述斯特林发电机102直接接入所述市电。

本实用新型实施例提供一种并网式斯特林发电机的驱动电路，通过设计驱动电路，在所述市电输出端101和斯特林发电机102的驱动输入端之间并联连接降压驱动电路103和并网控制电路104，在斯特林发电机102的热端温度达到第一预设阈值时，通过将所述降压启动电阻R1串联至所述斯特林发电机102和所述市电的连接回路中，能够通过所述市电为所述斯特林发动机102提供能量，从而将电网能量转化为动能，拖动电动机运行，在此过程中，由于将所述降压启动电阻R1串联至所述斯特林发电机102，因此，能够减少电网对斯特林发电机102的冲击，在斯特林发电机102启动后，电动机模式转化为发电机模式，这时，通过所述并网控制电路104，控制所述市电直接接入所述斯特林发电机102，能够完成斯特林发电机102的自动并网。通过简单的驱动电路，就能够完成斯特林发电机的自启动和自动并网，并且在启动时采用降压启动方式，能够降低电网对斯特林发电机的冲击，减少了原有的启动装置和并网控制器等设备，能够降低系统复杂度以及运行成本，为斯特林发电机的推广应用创造了条件。

其中，需要说明的是，由于斯特林发电机102由斯特林发动机和发电机结合而成，斯特林发动机将热能转化为动能，推动发电机运转产生电能。而斯特林发动机是通过气缸内工作介质(氢气或氦气)经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力，因此又被称为热气机。

因此，斯特林发电机102在启动之前还包括：设备的自检，包括水流量检测，风机检测、点火器检测(用于点火加热斯特林发电机)等，通过对设备进行自检以保证斯特林发电机能够正常工作，为启动斯特林发电机做准备。

当设备自检完成后，点火加热斯特林发电机，使得斯特林发电机的热端温度达到启动温度。当斯特林发电机的热端温度达到启动温度时，开始降压启动斯特林发电机。

本实用新型的一实施例中，参见图1，所述降压启动电路103包括与所述降压启动电阻R1串联连接的第一继电器组1031，所述第一继电器组1031用于在所述斯特林发电机102的热端温度达到第一预设阈值时，将所述降压启动电阻1031串联连接在所述斯特林发电机102与所述市电的连接回路中。

本实用新型的一实施例中，参见图1，所述第一继电器组1031包括：第一继电器SA-A和第二继电器SA-B；其中，所述第一继电器SA-A连接在所述市电输出端101的相线和斯特林发电机102的驱动输入端之间，所述降压启动电阻R1和所述第二继电器SA-B串联连接在所述市电输出端101的中心线和斯特林发电机102的驱动输入端之间。

在本实用新型实施例中，当斯特林发电机102达到启动温度后，参见图2，可以控制所述第一继电器SA-A和所述第二继电器SA-B动作，将降压启动电阻R1串联至斯特林发电机102，并将所述市电接入斯特林发电机102，这时斯特林发电机102的运行模式为吸收市电电网能量转化为动能，拖动电动机运行。

本实用新型的又一实施例中，参见图1与图2所示，所述并网控制电路104包括：第三继电器KM-A和第四继电器KM-B，其中，所述第三继电器KM-A与所述第一继电器SA-A并联，并通过第一节点P与所述斯特林发电机102的驱动输入端电连接，所述第四继电器KM-B与所述第二继电器SA-B和所述降压启动电阻R1并联，并通过第二节点Q与所述斯特林发电机102的驱动输入端电连接。

在本实用新型实施例中，随着斯特林发电机的启动，斯特林电动机由电动机模式自动转化为发电模式，即可以认为该斯特林发电机完成启动，这时，参见图3所示，通过控制所述第三继电器KM-A和所述第四继电器KM-B动作，可以直接将市电接入斯特林发电机102，同时，降压启动电阻R1被第四继电器KM-B短路，在电路中不起任何作用，从而完成了斯特林发电机102的并网。

进一步地，在所述斯特林发电机102完成并网并进行发电后，参见图4所示，还可以控制所述第一继电器SA-A和所述第二继电器SA-B断开，可以延长所述述第一继电器SA-A和所述第二继电器SA-B的使用寿命。

其中，需要说明的是，可以通过控制所述第一继电器SA-A和所述第二继电器SA-B的继电器线圈来对所述第一继电器SA-A和所述第二继电器SA-B的导通和断开进行控制，这里，为了简化示意图，所述第一继电器SA-A和所述第二继电器SA-B的继电器线圈未在图中画出，而所述第一继电器SA-A和所述第二继电器SA-B的继电器线圈可以通过处理器发送的指令进行控制。

同样的，也可以通过控制所述第三继电器KM-A和所述第四继电器KM-B的继电器线圈来对所述第三继电器KM-A和所述第四继电器KM-B的导通和断开进行控制，而所述第三继电器KM-A和所述第四继电器KM-B的继电器线圈可以通过处理器发送的指令进行控制。

本实用新型的又一实施例中，参见图5，所述并网控制电路104还包括：用于控制所述第三继电器KM-A和所述第四继电器KM-B导通和截止的继电器线圈KM，以及第二继电器组1041；

所述第二继电器组1041用于在所述斯特林发电机102启动后将所述继电器线圈KM接入市电。

在本实用新型实施例中，通过将所述第三继电器KM-A和所述第四继电器KM-B的继电器线圈KM与市电连接，并采用第二继电器组1041控制所述第三继电器KM-A和所述第四继电器KM-B的继电器线圈KM接入市电，能够采用市电对该继电器线圈KM进行供电的方式对所述第三继电器KM-A和所述第四继电器KM-B的导通进行控制。

本实用新型的再一实施例中，参见图5所示，所述第二继电器组1041还用于在所述斯特林发电机102停机后将所述继电器线圈KM与市电断开。这时，能够控制所述第三继电器KM-A和所述第四继电器KM-B断开，使得斯特林发电机102脱离电网。

本实用新型的一优选实施例中，继续参见图5，所述第二继电器组1041包括第五继电器SA-C；

所述第五继电器SA-C和所述继电器线圈KM串联连接在所述第一节点P和所述市电输出端101的中心线之间。

在本实用新型实施例中，在斯特林发电机102启动完成后，参见图6，通过控制所述第五继电器SA-C动作，将继电器线圈KM与市电连接，使第三继电器KM-A和所述第四继电器KM-B动作，将市电直接接入斯特林发电机102，使得斯特林发电机102完成自动并网并发电。当斯特林发电机102停机时，参见图5，通过控制所述第五继电器SA-C断开，断开继电器KM供电，使第三继电器KM-A和所述第四继电器KM-B断开，斯特林发电机102脱离电网，完成停机操作。

本实用新型的一实施例中，参见图7，所述驱动输入端还连接有电量测量单元106。通过引入电量测量单元106，能够实时检测斯特林发电机102的发电功率。

示例性的，在斯特林发电机102启动时，可以通过读取电量测量单元106的发电量数据，以调整并网时斯特林发电机102的热端温度，使发电量接近于0，这样能够降低对电网的电流冲击。再示例性的，在斯特林发电机102停止时，可以通过读取电量测量单元106的发电量数据，通过逐渐降低斯特林发电机102的热端温度的方式使发电量接近于0，然后再使斯特林发电机102脱离电网，同样能够降低对电网的冲击，避免引起电压波动。与现有技术中采用检测斯特林发电机的热端温度来调整启动和停止时的输出功率相比，通过直接读取输出功率的方法，能够更加有效地降低对电网的冲击。

同时，通过引入电量测量单元106，还可以解决斯特林发电机102超负荷的问题。具体的，斯特林发电机102的输出功率与热端温度和冷端温度有关，若只监测热端温度，并不能解决超负荷的问题，这是因为冷端温度下降同样会使输出动力增大，而若同时对热端温度和冷端温度进行监测，会增加系统的复杂程度，并会提高硬件成本，而直接采用电量测量单元106即可对发电功率进行直接监测，可以直接将发电功率作为一种超限信号，当超过某一预设值时报警停机，能够避免斯特林发电机102超负荷。

进一步地，通过引入电量测量单元106，对斯特林发电机102的输出功率进行监测，输出功率参数可以直接作为调整斯特林发电机102热端温度的依据，在常用的PID控制算法中，使用输出功率参数作为目标量，只需要调整热端温度，能够忽略冷端温度变化对发电功率的影响。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种并网式斯特林发电机的驱动电路，其特征在于，包括：

市电输出端和斯特林发电机的驱动输入端；

以及并联连接在所述市电输出端和所述斯特林发电机的驱动输入端之间的降压启动电路和并网控制电路；

所述降压启动电路用于在所述斯特林发电机的热端温度达到第一预设阈值时，将降压启动电阻串联连接在所述斯特林发电机与所述市电的连接回路中；

所述并网控制电路用于在所述斯特林发电机启动后，将所述斯特林发电机直接接入所述市电。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，

所述降压启动电路包括与所述降压启动电阻串联连接的第一继电器组，所述第一继电器组用于在所述斯特林发电机的热端温度达到第一预设阈值时，将所述降压启动电阻串联连接在所述斯特林发电机与所述市电的连接回路中。

3.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，

所述第一继电器组包括：

第一继电器和第二继电器；其中，所述第一继电器连接在所述市电输出端的相线和所述驱动输入端之间，所述降压启动电阻和所述第二继电器串联连接在所述市电输出端的中心线和所述驱动输入端之间。

4.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，

所述并网控制电路包括：

第三继电器和第四继电器，其中，所述第三继电器与所述第一继电器并联，并通过第一节点与所述驱动输入端电连接，所述第四继电器与所述第二继电器和所述降压启动电阻并联，并通过第二节点与所述驱动输入端电连接。

5.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，

所述并网控制电路还包括：

用于控制所述第三继电器和所述第四继电器导通和截止的继电器线圈，以及第二继电器组；

所述第二继电器组用于在所述斯特林发电机启动后将所述继电器线圈接入市电。

6.根据权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，

所述第二继电器组还用于在所述斯特林发电机停机后将所述继电器线圈与市电断开。

7.根据权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，

所述第二继电器组包括第五继电器；

所述第五继电器和所述继电器线圈串联连接在所述第一节点和所述市电输出端的中心线之间。

8.根据权利要求1-7任一项所述的驱动电路，其特征在于，

所述驱动输入端还连接有电量测量单元。