一种自由活塞斯特林发电系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种自由活塞斯特林发电系统及控制方法，该系统包括斯特林发动机，直线发电机，以及数字信号处理器，整流桥，功率开关器，所述功率开关器包括控制变换器和逆变器；其中，所述斯特林发动机与所述直线发电机连接，所述直线发电机与所述整流桥的输入端连通；所述数字信号处理器根据接收的温度和运动方向，以及电流和电压数值与预设的数值比较，并控制所述整流桥，所述控制变换器和所述逆变器的开启或停止，实现系统启动、发电或停止，本发明专利技术的控制方法包括检测数据，根据检测数据控制系统状态，本发明专利技术能够实现电能双向切换控制功能，起动到发电状态的平滑切换；解决发动机碰撞问题，且满足系统输出电能转换为符合并网标准的电能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及斯特林发动机
，尤指。
技术介绍
直线发电机是一种利用动子的直线运动直接产生电能或者利用电能直接产生直线运动的电器装置，直线发电机以其响应快、高效、高精度等优点，成为当前电机及其控制领域的研究热点。斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气(或氦)作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室内冷却，反复地进行这样的循环过程。与内燃机相比，斯特林发动机具有燃料适应范围广、噪音低、维护保养费用低、输出功率稳定等特点。而自由活塞式斯特林发动机有机械效率和热效率高、寿命长、维护简单(有些场合可以达到免维护的要求)、振动和噪声小、密封可靠、无需液体润滑、能源适用性广等特点。在空间能源系统、水下能源系统、小型热电联供系统、太阳能热发电系统、手提式发电系统、极端偏远地区发电系统、余热利用发电系统等领域，体现出良好的市场发展前景。将直线发电机和自由活塞斯特林发动机结合，两者配套工作，更能相互发挥自身特点，提供系统的效率和寿命，可以节省能源，促进新能源利用的发展。但由于直线发电机结合自由活塞斯特林发电系统是非常复杂的高耦合系统，要充分发挥两者的优点，需要有效避免活塞行程超限而引发的碰撞问题，需要解决整个发电系统如何平稳起动问题，需要解决起动与发电状态无缝切换，需要保证发电系统的发电品质能够满足相关标准要求。为此本领域的技术人员需要一个设计合理、成本低、结构简单、自动化程度高和实用性强的发电系统拓扑结构及控制方法，以保证两者结合的系统能够稳定可靠运行，且能够发出品质较高的电能。【专利技术内容】本专利技术的目的是提供一种自由活塞斯特林发电系统，能够实现电能双向切换控制功能，实现系统起动到发电状态的平滑切换;能够保护发动机而有效避免活塞行程超限而引发的碰撞问题。通过功率开关器控制直线发电机实现系统起动，且能在发电后将系统输出电能转换为符合并网标准的电能。为解决上述问题，本专利技术提供一种自由活塞斯特林发电系统，该系统包括:用于将热能转换为机械能的斯特林发动机；用于将机械能转换为电能的直线发电机，以及用于将所述斯特林发动机上的温度和所述直线发电机上的运动方向以数字方式表示，并处理的数字信号处理器；整流桥，所述整流桥用于将所述直线发电机运动产生的交流电转换成直流电；功率开关器，所述功率开关器包括用于将接收所述整流桥转换的直流电，并变换成恒定直流电的控制变换器，以及用于将恒定的直流电进行变换成电网所需的交流电的逆变器；其中，所述斯特林发动机与所述直线发电机连接，所述直线发电机的输出端与所述整流桥的输入端连通，并将两者之间的电流和电压传输至所述数字信号处理器；所述数字信号处理器根据接收的温度信息和运动方向信息，以及电流和电压数值与预先设定的数值比较，并进行控制所述整流桥，所述控制变换器和所述逆变器的开启或停止，实现系统启动、发电或停止。本技术方案中，通过设置的数字信号处理的接收和控制，实现对斯特林发动机和直线发电机，以及功率开关器的控制，且满足双向切换控制的功能，使系统具备起动和发电双功能，减少了组成整个系统的部件数量，有利于提高系统的可靠性和安全性，同时也降低了系统的生产成本。优选地，所述直线发电机的输出端与整流桥之间设有第一电压传感器和第一电流传感器，所述第一电压传感器和所述第一电流传感器均与所述数字信号处理器连通；当所述数字信号处理器接收到所述第一电压传感器和第一电流传感器上数值达到预定最大值时，所述整流桥和所述逆变器开启，并处于发电模式；当所述数字信号处理器接收到所述第一电压传感器和第一电流传感器上数值达到预定最小值时，控制所述整流桥和所述逆变器停止，并处于停止模式。通过在直线发电机的输出端与整流桥之间设置第一电压传感器和第二电流传感器，分别对两者之间的电压和电流做有效的控制，且通过预设的电压和电流数值进一步的对整流桥和逆变器的开启或停止进行控制，使系统实现启动、发电或停止。优选地，所述功率开关器上设有三个桥臂，分别为第一桥臂、第二桥臂，以及第三桥臂；所述第一桥臂用于连通所述整流桥和所述控制变换器；所述第二桥臂和所述第一桥臂构成单相全桥，用于连通所述控制变换器和所述逆变器。通过不同的桥臂，以及不同的桥臂与不同部件的连接实现不同作用，使直线发电机在不同的状态下实现不同的功能，同时满足控制变换器在不同状态下实现作用。优选地，所述第一桥臂上设有用于控制电路中电压的升压电感，所述升压电感的输入端与所述整流桥的正输出端连通;所述升压电感的输出端与所述控制变换器的正输入端连通。设置的升压电感可以对输入端和输出端的电压做有效的控制，进而可以保证系统运行的稳定性。优选地，所述控制变换器的正负输出端均通过直流母线电容与所述逆变器的正负输入端连通，且在所述控制变换器的正输入端上连通第二电压传感器，所述第二电压传感器与所述数字信号处理器连通。进一步在控制变换器和逆变器之间的正负端上设有直流母线电容，通过设置的直流母线电容对控制变换器和逆变器的保护，同时保证切换时的稳定性，提高使用寿命。进而通过设置的第二电压传感器，实现对两者之间电压的监控，并对控制变换器的开启和停止进行操作。优选地，所述逆变器的输出端上串联一滤波电感和并联滤波电容后与电网输入端连通；所述滤波电感与电网输入端之间设有第三电压传感器，所述滤波电容与所述逆变器的输出端之间设有第二电流传感器；第三电压传感器和所述第二电流传感器均与所述数字信号处理器连通。通过设置的第三电压传感器和所述第二电流传感器的电压和电流的控制，保证系统发电多得的交流电与电网所需的交流电较吻合，起到校正的作用。优选地，所述功率开关器的与所述数字信号处理器之间通过一驱动电路连通，所述驱动电路输入端与所述数字信号处理器连通，所述驱动电路输出端与所述功率开关器的输入端连通。本技术方案中，进一步设置的驱动电路，目的是通过设置的驱动电路实现数字信号处理器对功率开关器的控制。当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自由活塞斯特林发电系统，包括：用于将热能转换为机械能的斯特林发动机；用于将机械能转换为电能的直线发电机；其特征在于，还包括：用于将所述斯特林发动机上的温度和所述直线发电机上的运动方向以数字方式表示，并处理的数字信号处理器；整流桥，所述整流桥用于将所述直线发电机产生的交流电转换成直流电；功率开关器，所述功率开关器包括用于将接收所述整流桥转换的直流电，并变换成恒定直流电的控制变换器，以及用于将恒定的直流电进行变换成电网所需的交流电的逆变器；其中，所述斯特林发动机与所述直线发电机连接，所述直线发电机的输出端与所述整流桥的输入端连通，并将两者之间的电流和电压传输至所述数字信号处理器；所述数字信号处理器根据接收的温度信息和运动方向信息，以及电流和电压数值与预先设定的数值比较，并进行控制所述整流桥，所述控制变换器和所述逆变器的开启或停止，实现系统启动、发电或停止。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范伟成，彭小方，黄文新，江兵，潘雪，许幼奇，杨梦懿，梁伟青，
申请(专利权)人：上海齐耀动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31