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A(l)-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。

目录

摘要

CONTENTS

第一章 绪论

1．1 课题的背景和意义

1．2 太阳能资源的特点

1．3 中国的太阳能资源

1．4 太阳能热发电的三种形式

1．4．1 槽式太阳能热发电

1．4．2 塔式太阳能热发电

1．4．3 碟式太阳能热发电

1．5 太阳能热发电产业发展现状

1．6 蒸汽温度与压力控制系统发展现状

1．7 本课题主要研究内容

第二章 碟式太阳能热发电系统

2．1 关键技术

2．2 国外发展现状

2．3 国内发展现状

2．4 聚光器-吸热器能量分析

2．4．1 聚光器能量传递分析

2．4．2 吸热器能量损失分析

2．5 碟式太阳能热发电试验平台

2．6 本章小结

第三章 汽包水位控制系统仿真与分析

3．1 汽包水位被控对象的动态特性

3．2 串级控制

3．3 串级三冲量汽包水位控制系统

3．4 模糊控制

3．5 模糊PID自整定汽包水位控制系统

3．6 本章小结

第四章 过热蒸汽温度控制系统仿真与分析

4．1 过热蒸汽温度被控对象的动态特性

4．2 串级过热蒸汽温度控制系统

4．3 状态反馈控制

4．4 状态反馈过热蒸汽温度控制系统

4．5 本章小结

第五章 主蒸汽压力控制系统仿真与分析

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

5．2 广州地区日照、温度因素

5．3 Al-Si合金相变材料

5．4 迟延时间的计算

5．5 线性系统的二次型最优控制

5．6 主蒸汽压力的线性二次型次优控制

5．7 本章小结

第六章 基于PLC的蒸汽温度与压力控制系统设计与实现

6．1 自动控制工艺流程设计

6．2 PLG选型

6．3 输入／输出设备地址分配

6．4 外围硬件线路设计

6．5 控制程序设计

6．5．1 输入量的转换和标准化

6．5．2 输出标准值转换为实际整数值

6．5．3 模拟输出设备的控制

6．6 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

声明

学位论文版权使用授权声明

致谢

附录