低溫余熱發(fā)電過程建模與先進(jìn)控制策略研究.pdf

1、有機(jī)朗肯循環(huán)是實(shí)現(xiàn)低品位熱源回收利用的有效技術(shù)途徑，對(duì)于減少化石能源消耗，提高能源綜合利用效率，降低工業(yè)運(yùn)行成本以及減少污染物的排放等具有重要意義。設(shè)計(jì)可靠性高、性能優(yōu)良的控制系統(tǒng)，對(duì)于提高有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電技術(shù)的競(jìng)爭力是十分必要的。本文對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)低溫余熱發(fā)電過程的建模與先進(jìn)控制方法進(jìn)行了深入研究，主要工作概括如下:
　　1.以質(zhì)量守恒方程和能量守恒方程為基礎(chǔ)，通過合理的簡化假設(shè)，采用移動(dòng)邊界法建立蒸發(fā)器和冷凝器的簡化模型。

2、通過機(jī)理分析建立渦旋式膨脹機(jī)和工質(zhì)泵的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)各部件之間的輸入輸出關(guān)系連接各部件模型，構(gòu)建面向控制的有機(jī)朗肯循環(huán)低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。該模型階次低，并且保留了系統(tǒng)的非線性特性，適合于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與綜合。
　　2.跟蹤余熱能量運(yùn)行方式下的有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)，在大范圍工況下運(yùn)行時(shí)，具有強(qiáng)非線性。本文應(yīng)用線性變參數(shù)(LPV)增益調(diào)度控制方法，選取余熱熱源的質(zhì)量流量和溫度作為調(diào)度變量，采用雅可比線性化方法將余熱發(fā)

3、電系統(tǒng)的非線性模型轉(zhuǎn)化為具有凸多面體結(jié)構(gòu)的LPV模型，然后利用線性矩陣不等式方法(LMI)對(duì)凸多面體各頂點(diǎn)分別設(shè)計(jì)控制器，最后綜合各個(gè)頂點(diǎn)控制器得到全局LPV控制器。在與傳統(tǒng)的PI控制算法比較中，仿真結(jié)果證明了該方法的優(yōu)越性。
　　3.大多數(shù)工業(yè)過程都是多變量、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，同時(shí)，過程對(duì)象時(shí)常受到環(huán)境變化、操作條件改變等不確定性的影響，無法獲得精確的數(shù)學(xué)模型。針對(duì)此問題，本文提出偏最小二乘(PLS)框架下的多回路H∞魯棒控制策

4、略。利用PLS子空間下變量自動(dòng)配對(duì)和正交的特性，將耦合的多變量系統(tǒng)控制問題分解為子空間下的多個(gè)單回路控制器設(shè)計(jì)，有效解決了病態(tài)系統(tǒng)和非方系統(tǒng)中變量配對(duì)及解耦困難的問題，并通過精餾塔和混合槽兩個(gè)仿真實(shí)例證明了該方法的有效性。
　　4.將所提出的多回路魯棒控制方法應(yīng)用到典型的多變量耦合系統(tǒng)——跟蹤負(fù)荷指令運(yùn)行方式下的有機(jī)朗肯循環(huán)低溫余熱發(fā)電過程。首先采用動(dòng)態(tài)濾波器法建立余熱發(fā)電系統(tǒng)的PLS動(dòng)態(tài)模型，考慮到實(shí)際系統(tǒng)中存在的模型失配以及熱