有机朗肯余热发电系统控制算法的仿真研究

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1、第32卷第10期计算机仿真2015年10月文章编号：1006—9348(2015)10—0128—04有机朗肯余热发电系统控制算法的仿真研究王志刚，程佳广(天津理工大学自动化学院，天津300384)摘要：在有机朗肯低温余热发电系统的控制策略研究中，由于热源易受到外界环境的影响，热源温度波动性很大，且热源温度和蒸发器的过热度不可以被直接控制，从而很难使蒸发器过热度维持在一个稳定值。为解决过热度不稳定的难题，提出了模糊PID控制器与SVPWM控制算法相结合的控制策略，详细研究算法原理，确定相关系数，为优化ORC系统提供有效依据。根据算法原理建立数学模型，在蒸发器过热

2、度升高时(工质流量不变)，可以根据接收的扰动信号调节电机转速来降低热源流量，从而保证蒸发器过热度恢复稳定。仿真结果表明，运用改进后的系统工作时，热源温度升高后，过热度能在2．5秒内恢复到正常状态，从而实现对蒸发器过热度的稳定控制。关键词：有机朗肯循环；过热度；稳定性中图分类号：TP391．1文献标识码：BStudyonSimulationofControlAlgorithmforOrganicRankineCyclePowerGenerationSysteminWasteHeatWANGZhi—gang，CHENGJia—guang(AutomationColl

3、ege，TianjinUniversityofTechnology，Tianjin300384，china)ABSTRACT：Inthepaper，thethermalefficiencyofOrganicRankineCycle(ORC)powergenerationsysteminlow—temperaturewasteheatwasresearched．WeproposedthecontrolstrategyofFuzzy—PIDandSVPWM。carefullyre—searchedtheprinciple，anddeteminedcorrelated

4、coefficientstoprovidesomebasistooptimizethesystemofORC．Accordingtotheprinciple，weestablishedthemathematicalmode．Whentheevaporatorsuperheat，thesystemcallregulatethespeedofthemotoraccordingtothedisturbingsignaltocontroltheflowoftheheatsource．Atlast，thee—vaporatorsuperheatbecamestabiliz

5、ation．Thesimulationresultsshowthatthesuperheatcallbecomenormalstatein2．5secondsafterraisingtheheatsourcetemperature，thustheevaporatorsuperheatcanbecontrolled．KEYWORDS：ORC；Degreeofsuperheat；Stabilization1引言近些年来，随着科技的进步和人民生活水平的提高，能源需求量的日益增大，怎样有效的利用能源变得尤其的重要。据相关统计：人类在能源利用中，低品位废热的直接排放量达到

6、50％，大量能源被浪费的同时，还严重地污染了我国的环境。余热发电技术利用工业废热来产生蒸汽，带动发电机进行发电，不仅能够节约资源，而且有利于保护环境。低温余热有机朗肯循环(ORC)发电系统是一种有效的低温余热利用方式。它使用较低沸点的有机工质来代替水与废热进行换热来推动发电机发电。由于较低沸点的工质，可以在低温下发电，不需要再消耗其它燃料，并且低沸点的收稿日期：2014—11—27修回日期：2015—01—08—128一工质对环境的污染较小，因此低温余热ORC发电系统引起了各国学者的广泛关注。根据报道可知，目前全世界已建造了2150余套有机朗肯循环装置⋯，但是在

7、实际运行时发现，ORC系统在运行时仍面临余热资源的随机性和不稳定性对蒸发器过热度的影响，且过热度严重影响ORC系统的整体效率：2I。过热度稳定性的控制是ORC发电系统需要解决的核心问题。但是传统的ORC系统中的过热度由于热源易受到外界环境的影响，热源温度波动性很大，且热源温度和蒸发器的过热度不可以被直接控制，从而很难使蒸发器过热度维持在一个稳定值，最终导致ORC发电系统的热效率降低。针对蒸发器过热度不能直接被控制，且受热源温度影响较大等缺陷，提出了模糊PID控制器与SVPWM控制算法相结合的控制策略，详细研究模糊PID算法与SVPWM控制算法的原理，计算相关系数

8、，为优化低温余热有机朗肯