DSG槽式太阳能集热系统建模及预测控制研究

发布时间：2020-06-07 11:32

【摘要】：以水为工质的槽式太阳能直接蒸汽发电(DSG, Direct Steam Generation)系统是光热发电的发展方向。集热场热效率的精确计算和提高以及运行控制稳定性的保障是DSG槽式技术面临的难题。建立DSG集热场和流动传热系统的数学模型,深入研究其运行机理、控制方法和能源利用策略是解决上述问题的基础。因此,本文以槽式集热器为主要研究对象,采用原理分析、数学建模、仿真测试等技术路线,对DSG热工过程模型建立和集热管出口蒸汽温度控制策略进行了研究。主要的研究成果如下：(1)研究了DSG槽式集热场的光学损失,将聚光器光学损失细分为反光镜的光学损失和集热管的光学损失。其次,研究场镜分布损失,针对不同地区和不同季节的余弦效率、集热场排间遮挡和末端损失进行仿真计算,并进一步提出两种蒸汽互补方案。上述研究会为集热场的设计及性能改进提供一定的理论依据。(2)利用热力学原理建立了DSG槽式集热器稳态传热模型。对集热管外壁温度、管内换热系数、工质温度和干度等参数采用微元的方法进行了耦合求解。通过仿真分析,并与现有文献数据对比,验证了该模型的正确性。然后,基于模型研究了集热管出口蒸汽温度和太阳辐射强度(DNI, Direct Normal Insolation)以及给水流量的关系。(3)建立了DSG槽式集热系统的动态模型。分别分析了在DNI和给水流量阶跃扰动情况下,出口工质温度的动态响应。针对给水流量扰动情况,利用两点法建立了集热系统传递函数。仿真表明,所建传递函数具有较高的精度,为集热管出口蒸汽温度控制研究打下了基础。(4)研究了基于DSG槽式集热系统动态模型的广义预测控制(GPC, Generalized Predictive Control)。为了改善基本粒子群优化算法容易过早陷入局部最优点的不足,首先提出基于任意初始小世界临域动态粒子群算法D-SWPSO,仿真分析表明其比基本粒子群优化算法具有更高的搜索效率和精度,更适宜于具有大滞后和大惯性特征对象GPC控制的定值跟踪和优化求解。然后,针对入口水流量调节以及喷水减温传递函数模型,采用基于D-SWPSO的GPC进行了仿真研究。结果证明了本文提出算法比传统PID控制算法具有更好的控制性能,可为实际DSG槽式集热器出口蒸汽温度的控制提供参考。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK513.1

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本文编号：2701354