專利名稱：用于使orc設(shè)備的感應(yīng)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)同步的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于感應(yīng)發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)過程。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于連接到渦輪機(jī)的ORC電動(dòng)發(fā)電機(jī)的同步過程。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，感應(yīng)發(fā)電機(jī)可以像電動(dòng)機(jī)一樣利用電網(wǎng)功率來(lái)形成激勵(lì)以啟動(dòng)。利用這種方法，電機(jī)像電動(dòng)機(jī)一樣啟動(dòng)(即，消耗功率)，并且電機(jī)以比電網(wǎng)的同步速度稍慢的速度運(yùn)行。在ORC電機(jī)中，制冷蒸汽隨后被送入渦輪機(jī)入口，并通過渦輪機(jī)擴(kuò)散開。隨著制冷劑流量的增加，感應(yīng)式電機(jī)的工作模式從電動(dòng)機(jī)變化到發(fā)電機(jī)。作為發(fā)電機(jī)，其以比同步速度稍快的速度運(yùn)行。
對(duì)于較大的感應(yīng)式電機(jī)，像電動(dòng)機(jī)一樣啟動(dòng)需要使用額外的保護(hù)措施來(lái)避免較大的浪涌電流。通常使用低壓?jiǎn)?dòng)器，如自耦變壓器或星形-三角形接法(Wye-Delta)啟動(dòng)器。
1998年2月3日Mikesell等公布的美國(guó)專利No.5,714,862公開了一種用于惰行感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量技術(shù)。通過檢測(cè)電動(dòng)機(jī)功率端的剩余電壓來(lái)測(cè)量速度，因此就不需要傳統(tǒng)的測(cè)速設(shè)備、其它的機(jī)械構(gòu)件或?qū)Ω袘?yīng)電動(dòng)機(jī)本身進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種ORC發(fā)電設(shè)備。該ORC發(fā)電設(shè)備包括電動(dòng)發(fā)電機(jī)，其被配置為可變換地直接連接到電力網(wǎng)，并從電力網(wǎng)上斷開連接；用于工作流體的循環(huán)通路，包括渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)與電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)械連通并具有流體入口和出口；蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器具有用于接收熱能的熱輸入端、用于接收液體形式的工作流體的輸入端和與渦輪機(jī)的流體入口流體連通的輸出端，該輸出端用于將蒸汽形式的工作流體提供給渦輪機(jī)的流體入口；冷凝器，該冷凝器具有與渦輪機(jī)的出口連通的輸入端，該輸入端用于從流體出口接收蒸汽，該冷凝器適合于將蒸汽凝結(jié)成液體，并在冷凝器的出口釋放液體；和用于泵送液體的變速泵，該變速泵具有用于接收來(lái)自于冷凝器的出口的液體的輸入端，和用于將液體傳送到蒸發(fā)器的輸入端的出口，變速泵具有控制信號(hào)輸入端。該ORC發(fā)電設(shè)備還包括轉(zhuǎn)速傳感器，用于測(cè)量電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速傳感器提供輸出信號(hào)；和泵速控制器，用于控制泵的速度，該泵速控制器接收至少部分取決于轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號(hào)的信號(hào)，并提供控制信號(hào)給變速泵的控制信號(hào)輸入端。該ORC發(fā)電設(shè)備被配置為從作為發(fā)電機(jī)而構(gòu)成的電動(dòng)發(fā)電機(jī)開始，并從作為發(fā)電機(jī)的電力網(wǎng)上斷開。
在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)速傳感器是電磁拾音器和轉(zhuǎn)速計(jì)中選出的一種。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)速傳感器是被配置為估算轉(zhuǎn)速的分析傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，分析傳感器是被配置為測(cè)量繞組中的剩余磁場(chǎng)的傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，分析傳感器是被配置為測(cè)量振動(dòng)頻譜的傳感器。
在另一方面，本發(fā)明的特征是一種可控制地啟動(dòng)ORC發(fā)電設(shè)備的方法。該方法包括以下步驟在ORC發(fā)電設(shè)備的電動(dòng)發(fā)電機(jī)從電力網(wǎng)上斷開的時(shí)間周期內(nèi)啟動(dòng)ORC發(fā)電設(shè)備，該ORC發(fā)電設(shè)備包括用于工作流體的循環(huán)通路，該循環(huán)通路包括變速泵和與電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)械連通的渦輪機(jī)；控制變速泵的操作以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)，并由此驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)；測(cè)量電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；和當(dāng)由電力網(wǎng)直接供電時(shí)使電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速近似等于電動(dòng)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)速度，可變換地將電動(dòng)發(fā)電機(jī)直接連接到電力網(wǎng)上，從而實(shí)現(xiàn)ORC發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)態(tài)操作。
在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的步驟包括搜索提取轉(zhuǎn)速的振動(dòng)頻譜的峰值。在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的步驟包括測(cè)量電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中的剩磁。在一個(gè)實(shí)施例中，在ORC發(fā)電機(jī)連接到電網(wǎng)上之前，利用變速泵來(lái)控制轉(zhuǎn)速。在一個(gè)實(shí)施例中，泵速的增加增加了轉(zhuǎn)速。在一個(gè)實(shí)施例中，泵速的減小減小了轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明的前述和其它目的、方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面的描述和權(quán)利要求中變得更明顯。


可以參考下面所描述的附圖和權(quán)利要求更好地理解本發(fā)明的目的和特征。這些附圖不必按比例繪制，反而重點(diǎn)通常應(yīng)放在說(shuō)明本發(fā)明的原理。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記被用來(lái)標(biāo)記各個(gè)圖中相同的部分。
圖1是說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的ORC發(fā)電設(shè)備的實(shí)施例的示意圖；圖2是說(shuō)明了在執(zhí)行本發(fā)明的方法時(shí)有用的作為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)的功率和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系的示意圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的原理在ORC渦輪發(fā)電機(jī)的外殼上測(cè)量到的振動(dòng)數(shù)據(jù)的頻譜示意圖；圖4是示出了表示本發(fā)明實(shí)施例的泵速和對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)器出口壓力和渦輪機(jī)速度之間的關(guān)系的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
有機(jī)物質(zhì)蘭金溫度底循環(huán)(Organic Rankine Bottoming Cycle(ORC))可以附加到分布式發(fā)電系統(tǒng)中來(lái)提高其整體效率。ORC不直接消耗燃料，但使用“原動(dòng)機(jī)”的廢料，該“原動(dòng)機(jī)”可以是微型渦輪機(jī)或擺動(dòng)設(shè)備或其它熱源。圖1示出了采用本發(fā)明的原理的示例性O(shè)RC發(fā)電設(shè)備的示意圖。主要部件是冷凝器110、工作流體或制冷泵120、蒸發(fā)器130、任選的回收器(圖1中未示出)和連接到電動(dòng)發(fā)電機(jī)150的渦輪機(jī)140。電動(dòng)發(fā)電機(jī)150具有接點(diǎn)160，這些接點(diǎn)160用來(lái)將各個(gè)電動(dòng)發(fā)電機(jī)繞組連接到電網(wǎng)170。在圖1中所示的實(shí)施例中，電網(wǎng)170和電動(dòng)發(fā)電機(jī)150被表示為是三相電力系統(tǒng)。在本文中所討論的實(shí)施例中，工作流體是1，1，1，3，3-五氯酚氟代丙烷(通常所說(shuō)的R245fa)，其在Honeywell有限公司或E.I.DuPont DeNemours公司可買到。
上面指出的待審的美國(guó)專利申請(qǐng)公開了用于在“穩(wěn)態(tài)”工作過程中實(shí)現(xiàn)上述目的的各種控制方法。在上面指出的待審的美國(guó)專利申請(qǐng)中已公開了用于熱動(dòng)態(tài)周期啟動(dòng)的獨(dú)立控制過程。本說(shuō)明書公開了用于ORC設(shè)備的渦輪發(fā)電機(jī)單元的啟動(dòng)過程。
啟動(dòng)方法已提出允許在不使用額外的設(shè)備如自耦變壓器或星形-三角形接法啟動(dòng)器的情況下將感應(yīng)發(fā)電機(jī)平滑地連接到電網(wǎng)上。因此可以利用簡(jiǎn)單且便宜的跨接線接點(diǎn)啟動(dòng)器來(lái)啟動(dòng)渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)。為了完成該過程，利用電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)開路之間的接點(diǎn)來(lái)啟動(dòng)ORC設(shè)備。然后通過將熱量提供給蒸發(fā)器并控制液體制冷泵來(lái)觸發(fā)熱力循環(huán)。渦輪機(jī)兩端由渦輪機(jī)的出口壓力除以入口壓力而得到的壓力比從零開始增加?？刂圃搲毫Γ沟迷谶@種“慣性滑行”狀態(tài)下，渦輪機(jī)140和與其在一起的傳動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)150向同步速度開始慢慢增加。當(dāng)速度接近電動(dòng)發(fā)電機(jī)的同步速度時(shí)，跨接線接觸器160閉合。
為了完成該啟動(dòng)方法有兩個(gè)很重要的新要素1.使渦輪機(jī)和電動(dòng)發(fā)電機(jī)的慣性滑行速度可以像下文中所描述的一樣進(jìn)行控制的方法；和2.當(dāng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)接近同步速度時(shí)電動(dòng)發(fā)電機(jī)和渦輪機(jī)中至少之一的轉(zhuǎn)速的精密(～1％)測(cè)量，如下文中所描述的。
在上面指出的待審申請(qǐng)的說(shuō)明書中，描述了用于ORC設(shè)備熱周期的平滑啟動(dòng)過程。在該啟動(dòng)過程中，過熱控制系統(tǒng)的壓力上限是動(dòng)態(tài)可變的，用以將系統(tǒng)的操作從一個(gè)區(qū)域移動(dòng)到另一個(gè)區(qū)域。根據(jù)下面的過程，啟動(dòng)方法從開環(huán)過渡到閉環(huán)，然后改變壓力極限值以慢慢地增加工作壓力該方法包括以下步驟例如以近似為所設(shè)計(jì)的熱函流量的一半的量將熱空氣加到蒸發(fā)器中；以減小的或最小的速度，例如15Hz打開泵；將高壓極限值設(shè)定到可以以初始的低泵速，例如70絕對(duì)壓強(qiáng)(psia)在穩(wěn)態(tài)時(shí)實(shí)現(xiàn)的壓力值；等待，直到工作條件達(dá)到泵特性曲線的壓力平穩(wěn)期為止；線性增加壓力極限值直到其正常值，如280絕對(duì)壓強(qiáng)；在壓力處于或低于所需壓力極限值如280絕對(duì)壓強(qiáng)時(shí)允許工作模式從壓力控制轉(zhuǎn)換到過熱控制；和增加并控制熱空氣熱函流量，以使系統(tǒng)進(jìn)入到由蒸發(fā)器出口處的最大壓力和溫度所定義的滿負(fù)荷狀態(tài)。
一旦啟動(dòng)過程進(jìn)入到線性增加步驟，渦輪發(fā)電機(jī)單元的速度就會(huì)持續(xù)受到監(jiān)控。只要速度達(dá)到接近于同步速度的值(例如，在同步速度的5％以內(nèi))，接點(diǎn)就被閉合，從而完成了發(fā)電機(jī)的同步過程。為了使感應(yīng)式電機(jī)作為發(fā)電機(jī)來(lái)使用，有幫助的是確保當(dāng)電機(jī)連接到電網(wǎng)上時(shí)，轉(zhuǎn)子的速度應(yīng)低于與圖2中所示的轉(zhuǎn)矩-速度特性曲線中的最低點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的速度。一旦系統(tǒng)越過該最低點(diǎn)，轉(zhuǎn)子速度就會(huì)失去控制，從而危害到發(fā)電機(jī)的完整性。如果發(fā)生這種情況，整個(gè)ORC系統(tǒng)就不得不立即停機(jī)。
圖2是示意圖200，其說(shuō)明了在執(zhí)行本發(fā)明的方法時(shí)有用的作為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)的功率210和轉(zhuǎn)矩220之間的關(guān)系。如所看到的，其標(biāo)明了轉(zhuǎn)速230的范圍，其中通過使電接點(diǎn)與電動(dòng)機(jī)接近來(lái)將電動(dòng)機(jī)連接到電網(wǎng)上是安全的。由垂直線標(biāo)明了最低點(diǎn)240，在本實(shí)施例中所示的該最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)于近似為3840RPM的轉(zhuǎn)速。用轉(zhuǎn)速來(lái)定義該最低點(diǎn)，超過該最低點(diǎn)，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩就會(huì)隨著增加的速度而減小，如果未經(jīng)檢查則這將導(dǎo)致失控狀態(tài)。
速度傳感器測(cè)量渦輪機(jī)速度的一種方法是使用市場(chǎng)上可買到的轉(zhuǎn)速傳感器，如轉(zhuǎn)速計(jì)或電磁拾音器傳感器。電磁拾音器傳感器實(shí)質(zhì)上就是繞永磁探針纏繞的一個(gè)線圈。當(dāng)分立的鐵磁體如齒輪齒、渦輪機(jī)葉輪片、槽盤或帶有鍵槽的軸經(jīng)過探針的磁場(chǎng)時(shí)，磁通密度被調(diào)節(jié)了。這在線圈中感應(yīng)出交流電壓。對(duì)于經(jīng)過線圈的每個(gè)物體(或槽)都產(chǎn)生了一個(gè)完整的電壓周期。如果物體(或槽)在轉(zhuǎn)軸上均勻地間隔開，則周期的總數(shù)會(huì)是整個(gè)旋轉(zhuǎn)的測(cè)量值，交流電壓的頻率會(huì)正比于軸的轉(zhuǎn)速。公知的是例如用計(jì)數(shù)器來(lái)測(cè)量交流頻率。
分析傳感器利用實(shí)際的傳感器所進(jìn)行的速度測(cè)量需要將傳感器安裝到發(fā)電機(jī)的軸上。分析傳感器具有能避免與發(fā)電機(jī)發(fā)生任何實(shí)際接觸的優(yōu)點(diǎn)，并且可以利用相對(duì)較便宜的電路且如需要的話可以利用機(jī)電元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，分析傳感器與傳統(tǒng)傳感器如轉(zhuǎn)速計(jì)相比通常是不太昂貴的選擇?？梢杂脙煞N方式通過分析來(lái)估算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。第一種方式是利用轉(zhuǎn)子繞組中的剩磁來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的速度。在慣性滑行狀態(tài)下，定子的繞組電路是開路。由于轉(zhuǎn)子繞組中存在剩磁，會(huì)在定子繞組中感應(yīng)出較小的交流電壓。定子繞組端子兩端的這個(gè)開路電壓可以被用來(lái)估算轉(zhuǎn)子的速度。頻率計(jì)數(shù)器可以被用來(lái)對(duì)所測(cè)量到的電壓波形的過零點(diǎn)進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣就給出了轉(zhuǎn)速的估算值。
第二種分析技術(shù)是利用加速度計(jì)來(lái)測(cè)量渦輪機(jī)的振動(dòng)。該振動(dòng)傳感器可以安裝在渦輪機(jī)的外殼上。連續(xù)記錄振動(dòng)數(shù)據(jù)，并利用計(jì)算裝置中的快速傅立葉變換來(lái)計(jì)算振動(dòng)的頻譜，該計(jì)算裝置可以是使用包括記錄在機(jī)器可讀入媒體上的一個(gè)或多個(gè)指令的程序的可編程通用計(jì)算機(jī)或通用微處理器的任意一種，或者是可以執(zhí)行計(jì)算如可編程門陣列的其它裝置，如FPGA或DSP。從頻譜中，可以估算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。圖3是示出了在ORC渦輪發(fā)電機(jī)外殼上測(cè)量到的振動(dòng)數(shù)據(jù)的頻譜310的示意圖300。在該頻譜中有多個(gè)峰值，它們主要對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和其諧波。圖3中的第一個(gè)峰值310對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率(f0)，根據(jù)下式由該頻率計(jì)算出轉(zhuǎn)速n=120f0P]]>其中n是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，f0是從該頻譜中提取出的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，P是轉(zhuǎn)子的極數(shù)。
用峰值搜索算法實(shí)現(xiàn)的ORC控制器從頻譜中自動(dòng)地提取出第一個(gè)峰值，并利用它進(jìn)行速度計(jì)算。在本領(lǐng)域中公知的通常所采用的峰值搜索算法可以被用于進(jìn)行從頻譜中的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速提取。
圖4的示意圖400示出了表示在ORC設(shè)備中的本發(fā)明實(shí)施例的泵速和對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)器出口壓力(PEVAPEX)410與渦輪機(jī)速度(TURSPEED)420之間關(guān)系的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。較低的曲線是PEVAPEX 410。在啟動(dòng)過程中，PEVAPEX 410通過泵速的振動(dòng)而緩慢地線性上升。在該過程中，渦輪機(jī)140是由來(lái)自于蒸發(fā)器的蒸汽驅(qū)動(dòng)的，而電動(dòng)發(fā)電機(jī)150慣性滑行。用于連接到電網(wǎng)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)接點(diǎn)160打開。借助于速度反饋，當(dāng)渦輪機(jī)140和電動(dòng)發(fā)電機(jī)150的速度接近電動(dòng)發(fā)電機(jī)150的同步速度時(shí)接點(diǎn)閉合，在本實(shí)施例中該同步速度近似為3600rpm。在該速度上使發(fā)電機(jī)同步可使浪涌電流最小，這樣就確保了平滑地連接到電網(wǎng)上。
圖4還說(shuō)明了渦輪機(jī)的速度可以通過過熱控制環(huán)的傳動(dòng)裝置即變速泵120來(lái)調(diào)節(jié)的事實(shí)。如果由于某些原因渦輪機(jī)的速度不在被看作是安全閉合接點(diǎn)160的范圍內(nèi)，則渦輪機(jī)的速度可以通過改變泵速來(lái)調(diào)節(jié)。泵速的改變實(shí)際上改變了正進(jìn)入渦輪機(jī)140的工作流體的質(zhì)量流率，從而改變了渦輪機(jī)的速度。
上文中所公開的啟動(dòng)過程有利地避免了額外的啟動(dòng)設(shè)備的使用，如在傳統(tǒng)的啟動(dòng)過程中所使用的啟動(dòng)設(shè)備。改進(jìn)的過程和裝置使得簡(jiǎn)化了ORC發(fā)電機(jī)同步模塊的設(shè)計(jì)，并通過避免使用用于渦輪機(jī)速度調(diào)節(jié)的節(jié)流閥而減少了成本。
普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，可以用硬件(例如，硬連接邏輯電路)、軟件(例如，通用處理器上編程操作中的邏輯編碼)以及固件(例如，根據(jù)需要在處理器上進(jìn)行操作時(shí)所調(diào)用的非易失性存儲(chǔ)器中的邏輯編碼)來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備和電子設(shè)備的多種功能。本發(fā)明旨在利用不同的硬件、固件和軟件中的一種來(lái)代替用于等效功能的其它實(shí)現(xiàn)方式的硬件、固件和軟件的一種實(shí)現(xiàn)方式。就可以通過傳遞函數(shù)用數(shù)學(xué)方式來(lái)表示實(shí)現(xiàn)方式這方面來(lái)說(shuō)，即，對(duì)于提供給顯示傳遞函數(shù)的“黑盒子”的輸入端的特定激勵(lì)在輸出端產(chǎn)生的特定響應(yīng)，包括實(shí)現(xiàn)傳遞函數(shù)的各部分或各段的硬件、固件和軟件的任何組合的傳遞函數(shù)的任何實(shí)現(xiàn)方式都包含在本文中。
盡管已經(jīng)參考本文中公開的結(jié)構(gòu)說(shuō)明了本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于上面所提到的細(xì)節(jié)，本發(fā)明是要覆蓋如可以落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的任何修改和變化。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1、一種ORC發(fā)電設(shè)備，包括電動(dòng)發(fā)電機(jī)(150)，其被配置為可變換地直接連接到電力網(wǎng)(170)，并從電力網(wǎng)(170)上斷開連接；用于工作流體的循環(huán)通路，包括渦輪機(jī)(140)，該渦輪機(jī)與所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)(150)機(jī)械連通并具有流體入口和出口；蒸發(fā)器(130)，該蒸發(fā)器具有用于接收熱能的熱輸入端；用于接收液體形式的所述工作流體的輸入端；和與所述渦輪機(jī)(140)的所述流體入口流體連通的輸出端，其用于將蒸汽形式的所述工作流體提供給所述渦輪機(jī)(140)的所述流體入口；冷凝器(110)，該冷凝器具有與所述渦輪機(jī)(140)的所述出口連通的輸入端，其用于從所述流體出口接收所述蒸汽，所述冷凝器(110)適合于將所述蒸汽凝結(jié)成所述液體，并在冷凝器的出口釋放所述液體；和用于泵送所述液體的變速泵(120)，所述變速泵(120)具有用于接收來(lái)自于所述冷凝器(110)的所述出口的所述液體的輸入端，和用于將所述液體傳送到所述蒸發(fā)器(130)的所述輸入端的出口，所述變速泵(120)具有控制信號(hào)輸入端；和轉(zhuǎn)速傳感器，用于測(cè)量所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)(150)的轉(zhuǎn)速，所述轉(zhuǎn)速傳感器提供輸出信號(hào)；和泵速控制器，用于控制所述泵(120)的速度，所述泵速控制器接收至少部分取決于所述轉(zhuǎn)速傳感器的所述輸出信號(hào)的信號(hào)，并提供控制信號(hào)給所述變速泵(120)的所述控制信號(hào)輸入端；其中，所述ORC發(fā)電設(shè)備被配置為從配置為發(fā)電機(jī)(150)的所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)開始，并從所述電力網(wǎng)上斷開連接。
2、如權(quán)利要求1的ORC發(fā)電設(shè)備，其中，所述轉(zhuǎn)速傳感器是磁拾音器和轉(zhuǎn)速計(jì)中選出的一種。
3、如權(quán)利要求1的ORC發(fā)電設(shè)備，其中，所述轉(zhuǎn)速傳感器是被配置為估算所述轉(zhuǎn)速的分析傳感器。
4、如權(quán)利要求3的ORC發(fā)電設(shè)備，其中，所述分析傳感器是被配置為測(cè)量繞組中的剩余磁場(chǎng)的傳感器。
5、如權(quán)利要求3的ORC發(fā)電設(shè)備，其中，所述分析傳感器是被配置為測(cè)量振動(dòng)頻譜的傳感器。
6、一種可控制地啟動(dòng)ORC發(fā)電設(shè)備的方法，所述方法包括以下步驟在所述ORC發(fā)電設(shè)備的電動(dòng)發(fā)電機(jī)(150)從電力網(wǎng)(170)上斷開連接的時(shí)間期間啟動(dòng)所述ORC發(fā)電設(shè)備，所述ORC發(fā)電設(shè)備包括用于工作流體的循環(huán)通路，所述循環(huán)通路包括變速泵(120)和與所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)(150)機(jī)械連通的渦輪機(jī)(140)；控制所述變速泵(120)的操作以驅(qū)動(dòng)所述渦輪機(jī)(140)，并由此驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)(150)；測(cè)量所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)(150)的轉(zhuǎn)速；和一旦使所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)(150)的轉(zhuǎn)速達(dá)到近似等于當(dāng)由所述電力網(wǎng)(170)直接供電時(shí)所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)(150)的穩(wěn)態(tài)速度，就將所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)可變換地直接連接到所述電力網(wǎng)上，從而實(shí)現(xiàn)所述ORC發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)態(tài)操作。
7、如權(quán)利要求6的可控制地啟動(dòng)ORC發(fā)電設(shè)備的方法，其中，所述測(cè)量所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)(150)的轉(zhuǎn)速的步驟包括，搜索提取轉(zhuǎn)速的振動(dòng)頻譜的峰值。
8、如權(quán)利要求6的可控制地啟動(dòng)ORC發(fā)電設(shè)備的方法，其中，所述測(cè)量所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)(150)的轉(zhuǎn)速的步驟包括，測(cè)量所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)(150)的轉(zhuǎn)子繞組中的剩磁。
9、如權(quán)利要求6的可控制地啟動(dòng)ORC發(fā)電設(shè)備的方法，其中，在所述ORC發(fā)電機(jī)連接到電網(wǎng)(170)上之前，利用所述變速泵(120)來(lái)控制所述轉(zhuǎn)速。
10、如權(quán)利要求9的可控制地啟動(dòng)ORC發(fā)電設(shè)備的方法，其中，所述泵(120)速的增加增加了所述轉(zhuǎn)速。
11、如權(quán)利要求9的可控制地啟動(dòng)ORC發(fā)電設(shè)備的方法，其中，所述泵(120)速的減小減小了所述轉(zhuǎn)速。
權(quán)利要求
1.一種ORC發(fā)電設(shè)備，包括電動(dòng)發(fā)電機(jī)，其被配置為可變換地直接連接到電力網(wǎng)，并從電力網(wǎng)上斷開連接；用于工作流體的循環(huán)通路，包括渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)與所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)械連通并具有流體入口和出口；蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器具有用于接收熱能的熱輸入端、用于接收液體形式的所述工作流體的輸入端和與所述渦輪機(jī)的所述流體入口流體連通的輸出端，其用于將蒸汽形式的所述工作流體提供給所述渦輪機(jī)的所述流體入口；冷凝器，該冷凝器具有與所述渦輪機(jī)的所述出口連通的輸入端，其用于從所述流體出口接收所述蒸汽，所述冷凝器適合于將所述蒸汽凝結(jié)成所述液體，并在冷凝器的出口釋放所述液體；和用于泵送所述液體的變速泵，所述變速泵具有用于接收來(lái)自于所述冷凝器的所述出口的所述液體的輸入端，和用于將所述液體傳送到所述蒸發(fā)器的所述輸入端的出口，所述變速泵具有控制信號(hào)輸入端；和轉(zhuǎn)速傳感器，用于測(cè)量所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，所述轉(zhuǎn)速傳感器提供輸出信號(hào)；和泵速控制器，用于控制所述泵的速度，所述泵速控制器接收至少部分取決于所述轉(zhuǎn)速傳感器的所述輸出信號(hào)的信號(hào)，并提供控制信號(hào)給所述變速泵的所述控制信號(hào)輸入端；其中，所述ORC發(fā)電設(shè)備被配置為從配置為發(fā)電機(jī)的所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)開始，并從所述電力網(wǎng)上斷開。
2.如權(quán)利要求1的ORC發(fā)電設(shè)備，其中，所述轉(zhuǎn)速傳感器是磁拾音器和轉(zhuǎn)速計(jì)中選出的一種。
3.如權(quán)利要求1的ORC發(fā)電設(shè)備，其中，所述轉(zhuǎn)速傳感器是被配置為估算所述轉(zhuǎn)速的分析傳感器。
4.如權(quán)利要求3的ORC發(fā)電設(shè)備，其中，所述分析傳感器是被配置為測(cè)量繞組中的剩余磁場(chǎng)的傳感器。
5.如權(quán)利要求3的ORC發(fā)電設(shè)備，其中，所述分析傳感器是被配置為測(cè)量振動(dòng)頻譜的傳感器。
6.一種可控制地啟動(dòng)ORC發(fā)電設(shè)備的方法，所述方法包括以下步驟在所述ORC發(fā)電設(shè)備的電動(dòng)發(fā)電機(jī)從電力網(wǎng)上斷開的時(shí)間期間啟動(dòng)所述ORC發(fā)電設(shè)備，所述ORC發(fā)電設(shè)備包括用于工作流體的循環(huán)通路，所述循環(huán)通路包括變速泵和與所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)械連通的渦輪機(jī)；控制所述變速泵的操作以驅(qū)動(dòng)所述渦輪機(jī)，并由此驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)；測(cè)量所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；和一旦當(dāng)所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到近似等于當(dāng)由所述電力網(wǎng)直接供電時(shí)所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)速度，就將所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)可變換地直接連接到所述電力網(wǎng)上，從而實(shí)現(xiàn)所述ORC發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)態(tài)操作。
7.如權(quán)利要求6的可控制地啟動(dòng)ORC發(fā)電設(shè)備的方法，其中，所述測(cè)量所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的步驟包括，搜索從其中提取轉(zhuǎn)速的振動(dòng)頻譜的峰值。
8.如權(quán)利要求6的可控制地啟動(dòng)ORC發(fā)電設(shè)備的方法，其中，所述測(cè)量所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的步驟包括，測(cè)量所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中的剩磁。
9.如權(quán)利要求6的可控制地啟動(dòng)ORC發(fā)電設(shè)備的方法，其中，在所述ORC發(fā)電機(jī)連接到電網(wǎng)上之前，利用所述變速泵來(lái)控制所述轉(zhuǎn)速。
10.如權(quán)利要求9的可控制地啟動(dòng)ORC發(fā)電設(shè)備的方法，其中，所述泵速的增加增加了所述轉(zhuǎn)速。
11.如權(quán)利要求9的可控制地啟動(dòng)ORC發(fā)電設(shè)備的方法，其中，所述泵速的減小減小了所述轉(zhuǎn)速。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于使感應(yīng)式電機(jī)與電網(wǎng)(170)同步的系統(tǒng)和方法。所描述的實(shí)施例是一種ORC發(fā)電設(shè)備，其具有與渦輪機(jī)(140)機(jī)械連通的電動(dòng)發(fā)電機(jī)(150)。通過用變速泵(120)驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)來(lái)用開路繞組(例如，慣性滑行)操作該電動(dòng)發(fā)電機(jī)(150)。檢測(cè)該電動(dòng)發(fā)電機(jī)(150)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)(150)工作在接近對(duì)應(yīng)于ORC發(fā)電設(shè)備的工作的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速上時(shí)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)繞組和電網(wǎng)(170)之間的接點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)與電網(wǎng)(170)同步。
文檔編號(hào)F01K13/00GK1950591SQ200580014300
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月6日
發(fā)明者F·J·科格斯維爾, P·康 申請(qǐng)人:聯(lián)合工藝公司