采用CO2跨临界循环的余热发电系统建模与控制

作     者：胡皓鹏 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：张建华

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：CO2跨临界循环 余热利用 预测控制 偏最小二乘 

摘      要：随着能源消耗日益增多,传统化石能源已经面临枯竭,提高能源利用效率和发展新能源是目前两大解决办法。CO跨临界循环作为一种新型热力学循环,首先能够对大自然中分布广泛的CO加以利用,其次和传统水蒸汽循环相比,不仅能够较好地利用低品位余热资源,提高能源利用效率,还可以降低工业运行成本,减少污染物排放,是一种非常具有发展前景的技术。本文首先分析了CO跨临界循环的工作原理和热力过程,提出了跟踪用电负荷和跟踪余热能量两种运行方式,并针对跟踪余热能量运行方式,采用机理分析方法建立了CO跨临界循环的蒸发器、膨胀机、冷凝器和工质泵模型,通过将各个部件连接起来,得到余热利用系统的动态模型。该模型是状态空间形式,具有非线性特性。为了能够实现余热资源的深度利用,本文设计了基于状态空间模型的约束预测控制算法,将CO跨临界循环系统模型在标准工况点进行线性化后作为被控对象,以便于控制器的设计。仿真结果表明该方法具有较强的设定值跟踪能力和抗扰动能力,系统输出功率可以跟踪余热能量的变化。本文针对现代工业过程中普遍存在的多变量、多耦合问题,提出了基于动态偏最小二乘(PLS)模型的多回路H￥鲁棒控制算法,将多回路耦合系统控制变成多个单回路控制,避免了解耦和多变量控制的复杂性。将算法应用于CO跨临界循环系统,仿真结果表明该算法比PLS-PID具有更好的抗扰动能力和设定值跟踪能力,且在模型失配的情况下具有更好的鲁棒性。