基于有机朗肯循环低温余热发电系统可回收工业排放的废气、太阳能、地热、生物能等一些低品位热能用于发电,同时该系统具有结构简单、易于控制等优点。在回收余热资源、节能减排中起着至关重要的作用。本文主要是基于工业余热发电系统涡轮机和发电机组成的余热发电机组的建模及控制方法研究,并且建立小型低温余热发电系统实验装置,并计算出余热发电机组最大转换效率为7.6%。首先,基于有机朗肯循环低温余热发电系统的工作原理,对有机工质R600a的参数特性进行分析。有机工质蒸汽在涡旋膨胀机内消耗的能量主要来自焓值的变化量,而饱和工质蒸汽进出涡轮机消耗的压力差是衡量焓的物理量,因此确定对余热发电机组涡旋膨胀机的控制主要是对工质蒸汽压差的控制,从而控制涡旋膨胀机的输出功率、动转矩。其次,建立涡旋膨胀机数学模型,仿真模型。根据数学模型确定压差、输出转矩受工质蒸汽质量流量的影响,并设计流量控制器PID。通过PID调节器调节质量量流量的偏差信号,使涡旋膨胀机输出稳定的动转矩。再次,建立绕线式转子发电机(双馈发电机)数学模型,确定其控制方法为定子磁场定向的矢量控制。根据风机相似定理,提高其工质蒸汽质量流量,增加涡旋膨胀机对发电机的输出功率,将此输出功率作为发电机给定有功功率,通过仿真结果验证其控制方法的正确性,能够实现对发电机的有功功率和无功功率的独立调节。最后,搭建小型低温余热发电机组的实验装置,并采用有机工质R600a进行实验研究,通过实验验证了对余热发电机组涡旋膨胀机压差的控制策略是正确的。通过实验数据验证了提高余热发电机组涡旋膨胀机进出口压差能够减小系统的不可逆损失,提高其工作效率。并计算出在室温条件下,小型低温余热发电系统的最大工作效率为7.6%。