螺杆膨胀发电机组电液调节系统仿真研究

摘要

我国单位GDP能耗超过国际平均水平的2.2倍，能源形势不容乐观。节能减排是当今重要的主题，工业中常见的低温余热余压资源以及地热、太阳能等可再生资源吸引了对中低温发电技术空前的关注和研究。螺杆膨胀机具有内效率较高、可靠性好、自洁、环境友好等优点，是中低温余热发电理想的动力机。变工况性能分析以及机组转速控制是螺杆膨胀机的重要研究内容，对提高余热回收利用率有深远的意义。本文从电动、电液调节系统数学建模、螺杆膨胀机变工况模型以及调速系统性能参数变化的影响等方面展开研究，力求为实际应用提供理论指导与支持。
　　首先，本文建立了电动调节系统的步进电机、传动机构等部件以及电液调节系统的比例方向阀、油动机等部件的数学模型；并据此建立了两种调节系统较准确的仿真模型，做出了较大简化以方便用于机组仿真中；同时，对调节系统的性能作比较，结果表明电液调节系统的快速性和准确性都有较明显的优越性。
　　其次，根据螺杆膨胀机的工作特点，建立了其简化热力计算模型及示功图，提出在不同工况下的热力计算方法。并针对ORC以及全流系统进行了案例分析：以R123为工质，采用螺杆膨胀机ORC系统回收华北油田采油伴生热液，筛选了变工况的主要影响因素，对比其净功率、热效率及火用损失。结果表明：过热蒸气有利于单位工质输出功率的提高，但却会引起系统净输出功率的下降；冷却水进口温度的影响最大，夏季温度较高时将会使得系统输出功率严重偏离额定情况，而保证冷凝器的冷凝效果是有效的改善方案；热源温度的影响要大于流量的。全流方案的结论与此基本一致。
　　然后，利用上述已建立的电液、电动调节系统以及螺杆膨胀机等仿真计算模型，在Matlab/simulink中搭建仿真平台，分析电液、电动调节对孤网运行发电机组的突加、甩负荷转速响应的影响。进一步地，分析阀门的不同流量特性及响应速度、热源参数扰动等具体参数的变化对机组动态响应的影响。结果表明，电液调节系统用于发电机组的控制效果更优；阀门开启的响应速度与系统的动态响应性能是正相关的；等百分比阀门相对更优。
　　最后，展开热源参数扰动对机组稳定运行的影响分析。结果表明，热源参数的波动会引起螺杆膨胀机输出功率的变化，导致仿真模型参数的不同，但电液调节系统能够很好地适应，保证了控制效果。额定输出功率更大的机组会降低控制的难度。

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第一章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 国内外研究水平及现状

1.3 本文研究内容

第二章 螺杆膨胀机控制系统的模型

2.1 电动调节系统的理论数学模型

2.2 DEH调节系统的理论数学模型

2.3 电动及DEH调节系统的仿真模型及性能比较

2.4 阀门的理想流量特性模型

2.5动力机组转速及负荷响应模型

2.6 本章小结

第三章 螺杆膨胀机本体模型及热力计算

3.1 螺杆膨胀机应用简介

3.2 螺杆膨胀机的热力计算简化模型

3.3 螺杆膨胀机变工况的热力计算

3.4螺杆膨胀机变工况特性及ORC系统案例分析

3.5 全流系统变工况分析

3.6 本章小结

第四章 电动及电液调节发电机组的性能比较与分析

4.1 发电机组启动过程控制仿真比较分析

4.2 发电机组突加、甩负荷性能比较分析

4.3发电机组变工况运行及控制比较分析

4.4 DEH调节系统主要性能参数对机组性能的影响

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的学术成果

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