碟式太阳能热发电蒸汽温度与压力控制系统研究

【摘要】：在能源短缺和环境污染日趋严峻的背景下,开发利用太阳能等可再生能源成为人类迫切的需求。碟式太阳能热发电是太阳能热利用中最有潜力的技术,具有广阔的发展前景。由于太阳辐射的不稳定性,蒸汽温度与压力控制系统一直是太阳能热发电的瓶颈。本文依托国家863项目“太阳能热发电金属相变储热技术及储热锅炉研究”,针对碟式太阳能热发电中的蒸汽温度与压力控制问题,进行了研究。 (1)阐明了碟式太阳能热发电的基本原理,总结了系统中所涉及到的关键技术,包括聚光器、吸热器、跟踪控制、储热材料、太阳能热机。对聚光器-吸热器的能量进行分析,介绍了碟式太阳能热发电试验平台。 (2)根据汽包水位被控对象的动态特性,设计了模糊PID自整定控制器,仿真结果表明：模糊PID自整定汽包水位控制系统,在水位给定值阶跃变化、蒸汽流量阶跃扰动、给水流量阶跃扰动下,基本无振荡,无超调,响应快,稳态误差小,有较好的控制品质,控制效果优于串级三冲量汽包水位控制系统。 (3)根据过热蒸汽温度被控对象的动态特性,基于多容惯性标准传递函数,设计了状态反馈控制器,仿真结果表明：状态反馈过热蒸汽温度控制系统,在减温水流量阶跃扰动下,基本无振荡,无超调,动态过渡时间短,稳态误差小,有较好的控制品质,控制效果优于串级过热蒸汽温度控制系统。 (4)根据主汽压被控对象的动态特性,结合广州地区的日照因素和气温因素,利用Al-Si合金相变材料的特点,计算出主蒸汽压力传递函数的迟延时间。基于主蒸汽压力的降阶近似模型和二次型最优控制理论,设计了主蒸汽压力次优控制器,仿真结果表明：主蒸汽压力线性二次型次优控制系统,在热源量阶跃扰动下,动态过渡时间短,控制过程平稳,但是仍然无法消除稳态误差。 (5)针对碟式太阳能热发电试验平台,设计了自动控制工艺流程。对西门子S7系列PLC进行了比较分析,最终选择了西门子S7-200PLC。对系统的输入、输出设备进行地址分配,设计了外围硬件线路,包括：电源模块、处理器模块、模拟量扩展模块。开发了简易蒸汽温度与压力控制程序,并制作了电气控制柜。 【关键词】：碟式 太阳能热发电 蒸汽 温度 压力 控制
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• CONTENTS10-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 课题的背景和意义13
• 1.2 太阳能资源的特点13-14
• 1.3 中国的太阳能资源14
• 1.4 太阳能热发电的三种形式14-17
• 1.4.1 槽式太阳能热发电15
• 1.4.2 塔式太阳能热发电15-16
• 1.4.3 碟式太阳能热发电16-17
• 1.5 太阳能热发电产业发展现状17-18
• 1.6 蒸汽温度与压力控制系统发展现状18-20
• 1.7 本课题主要研究内容20-21
• 第二章 碟式太阳能热发电系统21-33
• 2.1 关键技术22-26
• 2.2 国外发展现状26-27
• 2.3 国内发展现状27
• 2.4 聚光器-吸热器能量分析27-30
• 2.4.1 聚光器能量传递分析28
• 2.4.2 吸热器能量损失分析28-30
• 2.5 碟式太阳能热发电试验平台30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 汽包水位控制系统仿真与分析33-43
• 3.1 汽包水位被控对象的动态特性33-34
• 3.2 串级控制34-35
• 3.3 串级三冲量汽包水位控制系统35-37
• 3.4 模糊控制37
• 3.5 模糊PID自整定汽包水位控制系统37-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 过热蒸汽温度控制系统仿真与分析43-51
• 4.1 过热蒸汽温度被控对象的动态特性43-44
• 4.2 串级过热蒸汽温度控制系统44-46
• 4.3 状态反馈控制46-47
• 4.4 状态反馈过热蒸汽温度控制系统47-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 主蒸汽压力控制系统仿真与分析51-59
• 5.1 汽压被控对象在太阳直接辐射强度变化下的动态特性52
• 5.2 广州地区日照、温度因素52-53
• 5.3 Al-Si合金相变材料53-54
• 5.4 迟延时间的计算54
• 5.5 线性系统的二次型最优控制54-55
• 5.6 主蒸汽压力的线性二次型次优控制55-58
• 5.7 本章小结58-59
• 第六章 基于PLC的蒸汽温度与压力控制系统设计与实现59-67
• 6.1 自动控制工艺流程设计59-60
• 6.2 PLC选型60
• 6.3 输入/输出设备地址分配60-61
• 6.4 外围硬件线路设计61-64
• 6.5 控制程序设计64-66
• 6.5.1 输入量的转换和标准化64-65
• 6.5.2 输出标准值转换为实际整数值65
• 6.5.3 模拟输出设备的控制65-66
• 6.6 本章小结66-67
• 结论与展望67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表论文71-73
• 致谢73-74
• 附录74-77

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