检索结果-南通市图书馆

作者：李芊蓉兰州理工大学

学位级别：硕士

co作为大气中含量最高的一种温室气体,其引起的全球气候变化已成为人类面临的主要环境问题之一。采用化学吸收法捕集燃烧后产生的co是解决化石燃料发电厂co排放问题的最有效选择。为了使燃烧后co捕集系统更好地适用于发电厂,人们越来越... 详细信息

co作为大气中含量最高的一种温室气体,其引起的全球气候变化已成为人类面临的主要环境问题之一。采用化学吸收法捕集燃烧后产生的co是解决化石燃料发电厂co排放问题的最有效选择。为了使燃烧后co捕集系统更好地适用于发电厂,人们越来越重视对捕集系统的灵活操作,这要求捕集系统能适应烟气流量变化,并在较宽的操作范围内迅速调整碳捕获水平。因此掌握捕集系统在各工况点下的变化特点,研究系统在动态变化时的规律,实施先进的控制策略,实现系统的灵活运行,对推进节能减排,走绿色、环保、可持续发展道路具有重要意义。基于上述分析,本文研究内容包括以下几点:1.首先根据燃烧后co捕集系统的动力学行为描述,在Aspen Plus中建立了相应的稳态模型,分析了不同稳态工况点下系统的非线性分布。然后,在Aspen Plus Dynamics中搭建了动态模型,对系统关键变量进行开环阶跃响应实验,定性分析了系统主要变量间的动态变化规律。2.针对碳捕集系统大惯性、强耦合的特点,常规PID控制策略控制效果不佳的问题,应用Matlab/Simulink仿真平台,辨识得到符合实际的状态空间方程,在碳捕集系统常规运行区间设计了传统模糊PID(conventional Fuzzy PID,CFPID)控制器,改善了捕集系统中存在的超调问题。在CFPID的基础上,设计了前馈模糊PID(Feedforward Fuzzy PID,FFPID)控制器。仿真结果表明,FFPID能更好地跟踪捕集率设定值,且具有调节时间更短,超调量更小,稳态误差更低的控制优势,使co捕集系统能更好地满足控制要求。3.针对FFPID在捕集系统中控制作用较强,导致稳定性不理想的问题,对贫液流量增量增加约束条件,采用模型预测控制(Model Predictive control,MPC)进行跟踪控制,使co捕集系统能更好地满足灵活捕集的要求。仿真结果表明,MPC在三种性能指标下,表现均优于FFPID,且能防止贫液流量大幅度变化,限制捕集率幅值,更符合工业实际。接着针对实际过程中上游发电厂存在的干扰问题,将烟气流量作为可测扰动量,在MPC控制器中增加了前馈控制,该方法能迅速地降低烟气扰动给系统带来的振荡,增强了预测控制抑制扰动的能力。4.针对实际工厂需要兼顾控制效果和经济效益两方面的问题,在MPC的基础上,将系统碳排放量和贫液能耗作为价格因素,构建反映系统经济优良性的经济性能函数,设计了带终端约束的经济模型预测控制器。仿真结果表明,经济模型预测控制能使co捕集系统在经济最优下保持优良的控制品质。

关键词：燃烧后co2捕集系统动态行为前馈模糊控制模型预测控制经济模型预测控制

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燃烧后co2捕集系统建模与优化控制技术研究

燃烧后CO2捕集系统建模与优化控制技术研究

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作者：张文钊兰州理工大学

学位级别：硕士

以co为主的温室气体排放导致的全球气候变暖、海平面上升等一系列生态问题日益恶化,在节能减排、绿色发展的背景下,对依赖化石燃料发电的电厂采取碳捕集、利用与封存(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)技术正成为一种有效... 详细信息

以co为主的温室气体排放导致的全球气候变暖、海平面上升等一系列生态问题日益恶化,在节能减排、绿色发展的背景下,对依赖化石燃料发电的电厂采取碳捕集、利用与封存(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)技术正成为一种有效的减排措施和技术。其中基于单乙醇胺溶剂(Mnoethanolamine,MEA)溶液的燃烧后co捕集(Post-combustion co Capture,PCC)是公认的高效碳捕集技术之一。关于PCC系统的建模和优化控制的相关研究也日益成为热点,该系统有着非线性、大惯性、多变量间强耦合的特性,且操作运行成本和能耗较高。熟悉PCC系统的工艺流程、正确掌握PCC系统的动态特性变化规律,采用先进优化控制策略对保证系统灵活运行,进行节能减排,走绿色低碳的可持续发展道路具有重要意义。基于以上背景,本文主要研究内容包括:(1)根据PCC系统的动力学行为描述进行稳态设计,基于Aspen Plus和Aspen Plus Dynamics软件搭建了完整的PCC系统模型。在此模型基础上,通过在典型工况点下进行烟气流量和烟气含量阶跃响应测试来获得输入输出实验数据,定性的分析了该系统的动态特性以及其主要变量间的变化规律。(2)针对因PCC系统受到烟气波动影响co捕集效率的问题,本文提出了DMC-PID串级控制策略。首先利用输入输出数据实施子空间辨识法得到控制器设计的系统模型,然后在控制系统中使用PID控制器作为内环来快速消除烟气干扰,外环采用DMC控制器实现在约束条件下对贫液流量进行优化调节,实现PCC系统优化高效运行。通过仿真验证了DMC-PID串级控制策略应用到PCC系统时,在实现优化运行的情况下,具有超调量小、稳态误差小和反应时间短等良好的动态性能。(3)针对PCC系统的运行要求及其多变量间的耦合特性,本文对该系统应用多变量模型预测控制(Model Predictive control,MPC)策略,首先选择系统的三个典型工况点模型,并对每个线性化模型分别设计了不同的MPC控制器,然后以贫液流量和抽汽流量作为操作变量,通过仿真验证在烟气流量存在干扰的情况下,该系统完全能够满足对于co捕集率和再沸器温度的约束和优化控制的要求。(4)针对PCC系统在大范围变工况运行条件下存在非线性较强的问题,本文在根据三个工况点设计的MPC控制器的基础上,构建了带有增益调度的模型预测控制(Gain Scheduling Model Predictive control,GS-MPC)策略,通过仿真实验验证了GS-MPC控制可以获得比MPC更加优越的控制效果,实现了PCC系统三输入两输出的精确控制要求,提高了整个系统的运行性能。

关键词：燃烧后co2捕集系统 Aspen Plus 动态矩阵控制多变量系统多变量模型预测控制增益调度模型预测控制

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燃烧后co2捕集系统预测控制技术研究

燃烧后CO2捕集系统预测控制技术研究

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作者：马臣斌兰州理工大学

学位级别：硕士

在国家积极应对温室效应、落实碳达峰碳中和的政策背景下,发展燃煤火电机组(coal-fired Power Plant,CFPP)燃烧后co捕集(Post-combustion co Capture,PCC)技术是我国减少co排放和实现可持续发展的重要手段。由于单乙醇胺(Monoethanolami... 详细信息

在国家积极应对温室效应、落实碳达峰碳中和的政策背景下,发展燃煤火电机组(coal-fired Power Plant,CFPP)燃烧后co捕集(Post-combustion co Capture,PCC)技术是我国减少co排放和实现可持续发展的重要手段。由于单乙醇胺(Monoethanolamine,MEA)溶剂非常适合处理燃煤电厂低co分压的烟气,并且与现有燃煤电厂兼容度较高,因此基于MEA的燃烧后co捕集技术成为目前捕集效率最高、应用前景最广阔的技术之一。随着这一技术不断的推广,PCC系统的建模和优化控制已经成为一个热门研究课题,该系统为典型的多变量系统,同时存在强非线性、大滞后性和强约束性等多种复杂特性。深入研究PCC过程的工艺流程、动态变化规律,并采用先进控制策略进行控制,对保证系统灵活运行,同时提高工厂经济效益显得尤为关键。基于以上背景,本文主要研究内容包括:(1)根据系统的工艺流程和化学反应过程分别在Aspen Plus和Aspen Plus Dynamics软件中搭建了完整的稳态和动态模型,并对主要变量进行阶跃响应实验,分析了PCC系统主要变量间的动态变化规律,同时利用输入输出数据采用间隙度量值的方法确定模型的非线性分布,为后续控制器的设计提供模型基础。(2)根据PCC系统的非线性分布,针对系统捕集率50%-90%这一非线性较弱的运行区间,构建了预测控制器。利用输入输出数据在Matlab/Simulink仿真平台中辨识得到PCC系统的三输入两输出的状态空间模型,在此基础上设计了多变量模型预测控制(Model Predictive control,MPC)策略,改善捕集系统动态灵活运行的同时提高了约束控制性能。针对PCC系统受上游烟气干扰的问题引入卡尔曼滤波器(Kalman Filter,KF),补偿烟气干扰对预测控制效果造成的不利影响,从而提高了系统的稳态精度以及抗干扰能力。(3)针对实际PCC过程中多变量间的强非线性问题,在PCC系统运行非线性强度较高的工况区间,利用开环实验输入输出数据,构建了非线性模型预测控制(Nonlinear Model Predictive control,NMPC)。通过输入输出数据将PCC系统辨识为具有外生变量的非线性自回归(Nonlinear Autoregressive Exogenous,NARX)模型,在此基础上设计了无偏移的非线性预测控制策略,并进行了仿真验证。结果表明该方法具有卓越的控制性能,满足了系统稳定高效的控制要求。(4)针对实际工业中经济效益和控制效果同样重要的问题,构建了兼顾PCC系统经济效益的经济模型预测控制(Economic Model Predictive control,EMPC)。综合考虑系统贫液能耗和捕集成本,建立反映系统经济性能的函数作为控制优化的目标函数,使得PCC系统经济效益最大化的同时保持较好的控制性能。

关键词：燃烧后co2捕集系统模型预测控制非线性模型预测控制经济模型预测控制

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火电厂co2捕集系统的LSSVM-Hammerstein建模方法

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工程热物理学报 2019年第12期40卷 2751-2756页

作者：杨得金林江帆潘蕾吴啸沈炯能源热转换及测控教育部重点实验室东南大学能源与环境学院南京210096 远景能源(江苏)有限公司上海分公司上海200051

针对火电厂燃烧后co2捕集过程的强非线性及大惯性等动态特性,研究准确性高的建模方法是系统优化设计的前提,本文从控制角度研究co2捕集系统的非线性动态辨识建模方法。首先介绍火电厂co2捕集系统工作原理,将系统抽象为二输入二输出的受... 详细信息

针对火电厂燃烧后co2捕集过程的强非线性及大惯性等动态特性,研究准确性高的建模方法是系统优化设计的前提,本文从控制角度研究co2捕集系统的非线性动态辨识建模方法。首先介绍火电厂co2捕集系统工作原理,将系统抽象为二输入二输出的受控对象;然后采用基于最小二乘支持向量机的Hammerstein模型(LSSVM-Hammerstein)辨识方法,将co2捕集系统表示为静态LSSVM模型与动态线性模型的组合。辨识结果表明该模型有很高的辨识精度和泛化能力,能精确描述co2捕集系统非线性动态特性,为后续研究先进控制算法提供仿真平台和设计依据。

关键词：最小二乘支持向量机燃烧后co2捕集系统 Hammerstein模型辨识

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