塔式太阳能热发电站的混杂系统建模与仿真

摘要

塔式太阳能热发电是大规模太阳能发电中最为经济的一种方式，由于系统具有非线性、分布参数、多变量和强耦合等特点，再加上太阳能的间歇性和不稳定性，使得电站处于不断的动态调整过程，为电站的控制和运行优化带来了困难，因此对塔式太阳能电站进行建模和仿真对于实现电站的平稳运行具有重要的意义。
　　 本文针对TSA电站，首先建立了系统内部主要模块的机理模型，在此基础上，建立了电站的混杂系统模型，并对电站的模拟和控制问题进行了研究。论文的主要工作如下:
　　 (1)将TSA空气循环系统分解为接收器、电站管路、储热罐、蒸汽发生器等主要模块，采用机理建模和经验公式相结合的方法，建立了各模块的动态数学模型。
　　 (2)分析TSA热发电系统在一天之内根据太阳光强弱变化出现不同的运行模式及其特征，建立了TSA热发电系统的切换型混杂系统模型。
　　 (3)进行了TSA空气循环系统各模块模型的验证以及不同操作模式下系统动态特性的仿真研究，分析表明了模型的正确性和合理性。
　　 (4)在典型工况下，进行了TSA空气循环系统的PID控制系统仿真，并针对混杂系统的特点，设计了基于切换监督控制器的多模型控制方案。仿真结果表明，本文建立的模型能够正确地描述系统特性，满足控制系统
　　 仿真的要求，为进一步进行塔式太阳能热发电系统控制方案的设计及操作优化的研究奠定了良好的基础。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．1．1 塔式太阳能热发电简介

1．1．2 塔式太阳能建模与运行控制研究的意义

1．2 国内外研究现状

1．3 TSA塔式太阳能热发电站简介

1．3．1 TSA电站结构描述

1．3．2 TSA电站的特点与控制难点

1．4 本文研究内容与结构

第2章 TSA电站各模块的动态数学模型

2．1 TSA模型概述

2．1．1 模型和建模方法概述

2．1．2 模块化建模思想

2．1．3 TSA系统建模模块

2．2 接收器动态模型

2．3 电站管路动态模型

2．4 储热罐动态模型

2．4．1 蓄热动态数学模型

2．4．2 放热动态数学模型

2．5 蒸汽发生器动态模型

2．5．1 二次侧

2．5．2 一次侧

2．5．3 传热方程

2．6 风机动态模型

2．7 本章小结

第3章 TSA电站切换型混杂动态系统模型

3．1 常用的混杂系统模型

3．1．1 混杂系统介绍

3．1．2 常用的混杂模型

3．2 物性计算模块

3．2．1 空气物性计算

3．2．2 水/蒸汽物性计算

3．3 操作模式

3．4 系统混杂动态模型

3．4．1 逻辑规则与自动机模型

3．4．2 混杂动态模型

3．5 本章小结

第4章 TSA热发电站仿真

4．1 仿真平台简介

4．2 接收器模型仿真

4．2．1 接收器模型验证

4．2．2 接收器动态验证与结果分析

4．3 电站管路模型仿真

4．3．1 电站管路模型稳态验证

4．3．2 电站管路模型动态验证

4．4 储热罐模型仿真

4．4．1 蓄热模型验证

4．4．2 蓄热模型仿真与结果分析

4．4．3 放热模型仿真与结果分析

4．5 蒸汽发生器模型仿真

4．5．1 蒸汽发生器模型稳态验证

4．5．2 蒸汽发生器模型动态仿真与结果分析

4．6 TSA电站混杂动态系统模型仿真

4．6．1 模式一下系统模型仿真

4．6．2 模式二下系统模型仿真

4．6．3 模式三下系统模型仿真

4．6．4 混杂模型仿真

4．7 本章小结

第5章 TSA电站典型工况下的控制特性仿真

5．1 TSA热发电站控制要求

5．1．1 控制目标

5．1．2 输入输出分析

5．2 操作模式一、二下系统的PID控制仿真

5．2．1 蒸汽发生器功率恒定控制仿真

5．2．2 蒸汽发生器功率与接收器出口空气温度均恒定

5．3 操作模式三下系统的控制特性仿真

5．4 TSA塔式太阳能热发电站控制方案

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 研究展望

参考文献

附录A 符号说明

作者攻读硕士学位期间科研成果