太阳能-天然气复合供能系统集成与控制问题研究

摘要

年来能源危机和环境问题的日益严重，大力发展新能源成为目前重要的研究方向。太阳能有着储量丰富、绿色环保等优点，因此人们对于如何高效利用太阳能越来越重视，但太阳能本身并不稳定，存在供应间断的问题。天然气作为清洁高效的常规能源，近年来随着分布式能源系统的发展得到了广泛的应用，但目前其应用效率较低，且随着储量的消耗将会出现供应短缺的问题。本文针对以上两种能源使用中存在的缺点，提出了一种基于天然气分布式系统的太阳能天然气复合供能系统结构。根据能源温度对口，梯级利用的原则将太阳能集热系统与天然气分布式系统进行整合，构成能够互补利用的复合供能系统，为用户提供热电冷三种能量的输出，从而提高能源的综合利用效率。本文还针对这一集成方案中的关键技术-DSG直接蒸汽发生器出口蒸汽温度的控制问题．建立了单相区集热管的数学模型并研究了其受到太阳辐射、入r]流量变化等干扰下的动态特性，并采用DMC动态矩阵预测控制算法及DMC-PID串级控制算法设计了控制器，在matlab平台下进行了仿真控制，得到了良好的控制效果。最后在PLC工业平台上搭建了模拟槽式太阳能集热装置，通过改变过程装置中的加热器功率模拟太阳辐射量扰动，并在上位机上编写PLC控制程序调节进水流量实现控制水箱出口水温度的目的。

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1.绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2太阳能与天然气复合供能系统简介

1.3研究课题的发展现状

1.4系统集成与控制系统存在的主要问题

1.5本文研究目的与主要内容

2.太阳能与天然气复合供能系统的集成方案

2.1复合供能系统概况

2.2复合供能系统集成方案

2.3本章小结

3.集热管建模与动态特性仿真

3.1模型概述

3.2集热管模型建立

3.3动态特性仿真

3.4本章小结

4.DSG出口蒸汽温度控制

4.1控制目标

4.2DMC动态矩阵预测控制

4.3DMC-PID串级控制算法设计

4.4本章小结

5.基于PLC的模拟槽式太阳能输出温度控制

5.1过程装置简介

5.2控制系统设计

5.3控制结果

5.4本章小结

6.总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献