天然气内燃式定压加热发电系统的研究

【摘要】：天然气发电属热发电范畴，本文在明确布雷顿循环原理的基础上提出了天然气内燃式定压加热发电系统并对系统的各个部分的设计和控制进行了深入的研究。主要分以下几部分对天然气内燃式定压加热发电系统进行了研究： 首先，在确立了天然气内燃式定压加热发电系统基本原理的基础上完成了系统模型的搭建、分析了其数学模型。为系统的设计及控制做了充足的准备工作。天然气定压加热发电系统各个组成部分中燃烧室和气动发动机的效率至关重要，因此针对燃烧室和气动发动机主要做了以下两方面工作：（1）完成了燃烧室及其点火系统的设计。对气动发动机的配气结构进行了改造，将原有的凸轮轴配气结构改为由电磁铁控制的配气结构，通过电磁铁的吸合来控制气门的打开与关闭。提高了发动机配气结构工作的效率与可靠性。（2）使用STM32作为燃烧室点火系统和电磁式配气结构的控制器。在Multisim中对设计的燃烧室点火系统及电磁式气动发动机配气结构控制电路进行了仿真，验证了设计电路的正确性。 其次，针对发电系统的并网主要做了以下两方面工作：（1）为了达到系统发电效率最优化，系统中的发电机需要进行调速，本文通过基于转子磁场定向矢量控制的方法完成鼠笼电机的调速。在充分理解矢量控制的基础上，建立了鼠笼电机基于转子磁场定向矢量控制的控制系统，并在MATLAB/Simulink中搭建了控制系统的模型，进行了仿真。仿真结果表明了本文所采用矢量控制算法的正确性，电机具备了很好的动态及稳态性能。（2）完成了网侧变流器的选型及控制，对网侧变流器的控制做了详细的分析。 最后，完成了监测系统的各个传感器的选型及上位机的设计，使用LabVIEW作为系统的上位机，利用LabVIEW完成对整个系统中重要数据的监测。 本文完成了整个天然气内燃式定压加热发电系统的研究设计过程，对实际中的天然气发电提供了必要的理论依据，对实际运行的系统有一定的意义。 【关键词】：天然气发电 电磁式气动发动机 监测系统
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM619
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题背景及研究意义8-10
• 1.1.1 课题背景8-9
• 1.1.2 研究目的及意义9-10
• 1.2 天然气发电的类型及特点10-12
• 1.2.1 联合循环燃气轮机10-11
• 1.2.2 燃气内燃机11-12
• 1.3 天然气发电国内外现状12-13
• 1.3.1 国外发展状况12-13
• 1.3.2 国内发展状况13
• 1.4 我国天然气发电的前景13-14
• 1.5 我国天然气发电所面临的问题14-16
• 2 天然气内燃式定压加热发电系统的组成及原理16-21
• 2.1 天然气内燃式定压加热发电系统的组成及搭建16-18
• 2.1.1 天然气内燃式定压加热发电系统的组成16-17
• 2.1.2 天然气内燃式定压加热系统的搭建17-18
• 2.2 天然气内燃式定压加热系统的原理及其数学模型18-21
• 2.2.1 天然气内燃式定压加热系统的原理18-19
• 2.2.2 天然气内燃式定压加热发电系统的数学模型的计算19-21
• 3 燃烧室及电磁式气动发动机配气结构的设计及控制21-38
• 3.1 燃烧室及其点火系统的设计21-23
• 3.1.1 燃烧室的设计21
• 3.1.2 燃烧室点火系统的设计21-23
• 3.2 电磁式气动发动机配气结构的设计23-28
• 3.2.1 气门弹簧的劲度系数的测量24-26
• 3.2.2 气门电磁铁所需吸力的计算26-28
• 3.3 电磁式气动发动机控制方案的设计28-38
• 3.3.1 TL494 芯片引脚及主要功能28-31
• 3.3.2 电磁气门的控制方案设计31-38
• 4 发电及并网的控制系统设计38-57
• 4.1 发电系统机侧控制系统的设计38-57
• 4.1.1 发电机的选择38-40
• 4.1.2 发电机侧控制系统40-57
• 5 天然气内燃式定压加热发电系统的监测系统57-64
• 5.1 监测系统的组成57-58
• 5.2 监测系统各个模块介绍58-59
• 5.2.1 温度传感器模块58
• 5.2.2 压力传感器模块58
• 5.2.3 电量测量模块58-59
• 5.2.4 数据采集及处理模块59
• 5.3 上位机的设计59-62
• 5.3.1 LabVIEW 的介绍及其特点60-62
• 5.4 通讯方式及串口选择62-63
• 5.5 下位机的设计63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-71
• 附录 A 控制系统整体硬件图71-72
• 在学研究成果72-73
• 致谢73

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