塔式太陽能熱發(fā)電站的混雜系統(tǒng)建模與仿真

【摘要】：塔式太陽能熱發(fā)電是大規(guī)模太陽能發(fā)電中最為經(jīng)濟的一種方式,由于系統(tǒng)具有非線性、分布參數(shù)、多變量和強耦合等特點,再加上太陽能的間歇性和不穩(wěn)定性,使得電站處于不斷的動態(tài)調(diào)整過程,為電站的控制和運行優(yōu)化帶來了困難,因此對塔式太陽能電站進行建模和仿真對于實現(xiàn)電站的平穩(wěn)運行具有重要的意義。 本文針對TSA電站,首先建立了系統(tǒng)內(nèi)部主要模塊的機理模型,在此基礎(chǔ)上,建立了電站的混雜系統(tǒng)模型,并對電站的模擬和控制問題進行了研究。論文的主要工作如下： (1)將TSA空氣循環(huán)系統(tǒng)分解為接收器、電站管路、儲熱罐、蒸汽發(fā)生器等主要模塊,采用機理建模和經(jīng)驗公式相結(jié)合的方法,建立了各模塊的動態(tài)數(shù)學模型。 (2)分析TSA熱發(fā)電系統(tǒng)在一天之內(nèi)根據(jù)太陽光強弱變化出現(xiàn)不同的運行模式及其特征,建立了TSA熱發(fā)電系統(tǒng)的切換型混雜系統(tǒng)模型。 (3)進行了TSA空氣循環(huán)系統(tǒng)各模塊模型的驗證以及不同操作模式下系統(tǒng)動態(tài)特性的仿真研究,分析表明了模型的正確性和合理性。 (4)在典型工況下,進行了TSA空氣循環(huán)系統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)仿真,并針對混雜系統(tǒng)的特點,設(shè)計了基于切換監(jiān)督控制器的多模型控制方案。 仿真結(jié)果表明,本文建立的模型能夠正確地描述系統(tǒng)特性,滿足控制系統(tǒng)仿真的要求,為進一步進行塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)控制方案的設(shè)計及操作優(yōu)化的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：塔式太陽能熱發(fā)電 TSA電站 模塊式建模 混雜系統(tǒng) 儲熱罐 蒸汽發(fā)生器
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 課題的研究背景和意義12-17
• 1.1.1 塔式太陽能熱發(fā)電簡介13-16
• 1.1.2 塔式太陽能建模與運行控制研究的意義16-17
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 TSA塔式太陽能熱發(fā)電站簡介19-22
• 1.3.1 TSA電站結(jié)構(gòu)描述19-20
• I.3.2 TSA電站的特點與控制難點20-22
• 1.4 本文研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)22-24
• 第2章 TSA電站各模塊的動態(tài)數(shù)學模型24-44
• 2.1 TSA模型概述24-26
• 2.1.1 模型和建模方法概述24-25
• 2.1.2 模塊化建模思想25
• 2.1.3 TSA系統(tǒng)建模模塊25-26
• 2.2 接收器動態(tài)模型26-29
• 2.3 電站管路動態(tài)模型29-31
• 2.4 儲熱罐動態(tài)模型31-35
• 2.4.1 蓄熱動態(tài)數(shù)學模型32-34
• 2.4.2 放熱動態(tài)數(shù)學模型34-35
• 2.5 蒸汽發(fā)生器動態(tài)模型35-42
• 2.5.1 二次側(cè)37-39
• 2.5.2 一次側(cè)39-40
• 2.5.3 傳熱方程40-42
• 2.6 風機動態(tài)模型42
• 2.7 本章小結(jié)42-44
• 第3章 TSA電站切換型混雜動態(tài)系統(tǒng)模型44-58
• 3.1 常用的混雜系統(tǒng)模型44-48
• 3.1.1 混雜系統(tǒng)介紹44
• 3.1.2 常用的混雜模型44-48
• 3.2 物性計算模塊48-50
• 3.2.1 空氣物性計算49
• 3.2.2 水/蒸汽物性計算49-50
• 3.3 操作模式50-53
• 3.4 系統(tǒng)混雜動態(tài)模型53-57
• 3.4.1 邏輯規(guī)則與自動機模型53-55
• 3.4.2 混雜動態(tài)模型55-57
• 3.5 本章小結(jié)57-58
• 第4章 TSA熱發(fā)電站仿真58-86
• 4.1 仿真平臺簡介58-59
• 4.2 接收器模型仿真59-62
• 4.2.1 接收器模型驗證59-60
• 4.2.2 接收器動態(tài)驗證與結(jié)果分析60-62
• 4.3 電站管路模型仿真62-63
• 4.3.1 電站管路模型穩(wěn)態(tài)驗證62
• 4.3.2 電站管路模型動態(tài)驗證62-63
• 4.4 儲熱罐模型仿真63-66
• 4.4.1 蓄熱模型驗證64-65
• 4.4.2 蓄熱模型仿真與結(jié)果分析65-66
• 4.4.3 放熱模型仿真與結(jié)果分析66
• 4.5 蒸汽發(fā)生器模型仿真66-73
• 4.5.1 蒸汽發(fā)生器模型穩(wěn)態(tài)驗證67
• 4.5.2 蒸汽發(fā)生器模型動態(tài)仿真與結(jié)果分析67-73
• 4.6 TSA電站混雜動態(tài)系統(tǒng)模型仿真73-85
• 4.6.1 模式一下系統(tǒng)模型仿真74-78
• 4.6.2 模式二下系統(tǒng)模型仿真78-80
• 4.6.3 模式三下系統(tǒng)模型仿真80-82
• 4.6.4 混雜模型仿真82-85
• 4.7 本章小結(jié)85-86
• 第5章 TSA電站典型工況下的控制特性仿真86-100
• 5.1 TSA熱發(fā)電站控制要求86-87
• 5.1.1 控制目標86
• 5.1.2 輸入輸出分析86-87
• 5.2 操作模式一、二下系統(tǒng)的PID控制仿真87-95
• 5.2.1 蒸汽發(fā)生器功率恒定控制仿真88-92
• 5.2.2 蒸汽發(fā)生器功率與接收器出口空氣溫度均恒定92-95
• 5.3 操作模式三下系統(tǒng)的控制特性仿真95-97
• 5.4 TSA塔式太陽能熱發(fā)電站控制方案97-98
• 5.5 本章小結(jié)98-100
• 第6章 總結(jié)與展望100-102
• 6.1 論文總結(jié)100-101
• 6.2 研究展望101-102
• 參考文獻102-106
• 附錄A 符號說明106-108
• 作者攻讀碩士學位期間科研成果108

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