200kW级有机朗肯循环发电系统建模仿真与控制系统设计

摘要

随着我国环境问题以及能源问题的日益严峻。人们越来越重视低品位余热资源的利用，有机朗肯循环发电技术就是回收低品位热能的有效技术途径之一。与传统的朗肯循环相比，有机朗肯循环在中低温热源下有更高的效率，并且还具有系统结构简单，投资小，利与环保等优点。
　　有机朗肯循环系统是一个多参数耦合，且非线性的复杂系统。本文在总结前人研究的基础上，根据对200kW级有机朗肯循环系统工作原理分析，利用传热学、热力学、流体力学等原理，对有机朗肯循环系统的主要设备蒸发器、冷凝器、有机工质汽轮机以及工质泵分别建立了数学模型。
　　采用分层建模的思想，在Simulink仿真平台上，利用各主要设备的数学模型，分别搭建了各自的动态仿真模型。并根据系统部件各参数之间的耦合关系，将各部件模型进行组合，从而构建了有机朗肯循环系统的综合仿真模型。
　　以所建立有机朗肯循环发电系统的动态仿真模型为基础，开展了ORC系统下蒸发器进口油温和油量变化、工质泵转速变化、有机工质汽轮机调节阀门开度变化等扰动下的的仿真实验，并对系统各部件参数以及循环效率的动态过程进行分析。
　　在对有机朗肯循环发电系统建模与仿真的基础上，针对系统中的蒸发器子系统以及有机工质汽轮机子系统的扰动进行进一步的仿真分析，从而提出了利用控制导热油流量控制蒸发器出口温度、利用调节阀门开度控制有机工质汽轮机输出功率与转速的控制策略。并在Simulink平台下，搭建了各控制系统的仿真模型，并进行了多种仿真实验：通过控制器参数整定试验，获得了各个控制器控制参数；通过各种扰动下，控制系统的仿真实验，对所设计的蒸发器控制系统以及有机工质汽轮机控制系统控制效果进行验证。

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1 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3课题研究内容

2 有机朗肯循环动态系统数学模型

2.1有机朗肯循环系统介绍

2.2有机工质汽轮机数学模型

2.3蒸发器数学模型

2.4冷凝器数学模型

2.5工质泵数学模型

2.6本章小结

3 基于Simulink的有机朗肯循环系统动态性能仿真

3.1 Simulink简介

3.2 Simulink中有机朗肯循环动态仿真模型的实现

3.3有机朗肯循环系统动态仿真结果及分析

3.4本章小结

4 有机朗肯循环发电系统控制策略建立及动态仿真

4.1 PID简介

4.2蒸发器出口温度控制系统设计与仿真

4.3有机工质汽轮机控制系统设计与仿真

4.4本章小结

5 总结与展望

5.1全文总结

5.2未来展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文