冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中微型燃氣輪機及空調(diào)的仿真與控制.pdf

1、隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展、人口的不斷增多,人們生活水平的不斷提高,能源消耗迅猛增加,從而導致全球能源危機和環(huán)境污染日益嚴峻,迫切要求改變能源的利用方式來提高能源的利用效率和降低對環(huán)境的污染。而傳統(tǒng)的供能系統(tǒng)是大機組、大電網(wǎng)組成的集中供能系統(tǒng),這種供能方式以化石能源為燃料,存在許多問題:產(chǎn)品單一,安全性差;大氣污染問題較嚴重;電力需求大于供應,電網(wǎng)建設速度緩慢與社會快速發(fā)展不相協(xié)調(diào)。這就要求發(fā)展新的供能模式彌補集中供能系統(tǒng)的不足,分布式冷熱電供

2、能系統(tǒng)(CCHP)是建立在能量的梯級利用基礎上,將發(fā)電、制冷、供熱過程一體化多聯(lián)供能源系統(tǒng),它有諸多優(yōu)點:高效、多元化、方便、環(huán)保、經(jīng)濟等,可作為集中供能系統(tǒng)的有益補充。國內(nèi)外的很多文獻對冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的研究已經(jīng)做了大量的工作,包括對系統(tǒng)熱經(jīng)濟性分析,系統(tǒng)性能的綜合闡述等,系統(tǒng)的仿真研究也取得比較好的效果。微型燃氣輪機和空調(diào)都是CCHP的核心部件,具有很好的發(fā)展前景,對兩者的理論研究和技術(shù)應用是目前非常關(guān)注的課題;本課題以更好的實現(xiàn)其節(jié)

3、能效果、探究其動態(tài)性能和穩(wěn)定性作為出發(fā)點,對兩者進行了仿真和控制,研究過程也結(jié)合了太陽能沼氣的優(yōu)點。本文在前人研究的基礎上,根據(jù)系統(tǒng)集成分析、熱物理、模糊控制、建模仿真等的相關(guān)理論,以Simulink為平臺完成下面的主要工作:
　　(1)提出了在冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中從微型燃氣輪機的燃燒室通向透平的管道中抽取燃氣進入蒸汽發(fā)生器的思想,以微型燃氣輪機作為研究對象,建立起帶抽燃氣微型燃氣輪機中各物理部件的數(shù)學模型,根據(jù)透平負載率和抽燃氣率的

4、變化,運用Simulink工具對帶抽燃氣微型燃氣輪機變工況運行方式進行了仿真。
　　(2)以前面所提出的帶抽燃氣的微型燃氣輪機的模型為控制對象,旨在有效地用能,增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性,設計了一種模糊自適應PID控制器,運用Simulink平臺對此模型進行了仿真控制,仿真結(jié)果表明此系統(tǒng)獲得了良好的控制效果,從而證實了此設計是合理的。
　　(3)試圖將沼氣用于燃燒天然氣的微型燃氣輪機。先簡介沼氣微型燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng),以微型燃氣輪機作為

5、研究對象,以模塊化建模方法建立起沼氣微型燃氣輪機中各物理部件的數(shù)學模型,在設計不同空燃比下推算燃燒室出口燃氣化學成分的比例,然后,運用Simulink軟件,建立了沼氣微型燃氣輪機仿真模型,將微型燃氣輪機的沼氣發(fā)電的變工況進行了仿真。
　　(4)將清潔的可再生能源太陽能和沼氣聯(lián)合應用于微型燃氣輪機,設計了綜合用能發(fā)電模型。運用數(shù)值仿真的方法,建立了此模型的基本數(shù)學模型,用Simulink軟件對模型在不同太陽輻照度下進行仿真計算,仿真

6、結(jié)果能夠很好的反映太陽能沼氣微型燃氣輪機運行的特點。證實了此設計是合理的。
　　(5)提出了將可再生能源——太陽能和沼氣聯(lián)合驅(qū)動吸收式制冷空調(diào)的思想,建立了此系統(tǒng)主要性能參數(shù)的數(shù)學模型,按照三種不同的運行方案,運用Simulink軟件分別建立其仿真模塊并對主要性能參數(shù)進行仿真計算。
　　(6)以變風量空調(diào)系統(tǒng)作為控制對象,在所設計模糊自適應PID控制器的基礎上,并運用Simulink對空調(diào)房間溫度的控制進行了仿真,達到了比較