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能源岛三联供系统动静态仿真研究

作　者: 王静
导　师: 崔国民
学　校: 上海理工大学
专　业: 工程热物理
关键词: 能源岛微型燃气轮机三联供系统动静态特性混合仿真
分类号: TK01
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

能源岛联供系统是一种分布式能源利用模式，它以微型燃气轮机和蒸汽轮机结合废气增压透平、柴油机、余热锅炉、制冷机等组成联合循环系统，可同时供应电、热、冷和功等多种能量形式。这种联供系统不仅适用于机场、军事基地、偏远地区等特殊用户，而且以其清洁、高效、高度集成和灵活的特点，将能源利用效率和环保标准提高到一个全新层次。仿真技术是研究能源岛系统动静态特性的一种很有效的手段，但是现有的仿真装置基本上都是以单个机组作为仿真对象，主要注重于模拟实际系统的稳态运行，很少研究其变工况动态过渡过程。鉴于此，本文围绕能源岛热、电、冷三联供系统的动静态特性仿真等问题，进行了深入的研究。本文首先在分析微型燃气轮机、余热锅炉和余热型直燃机的稳态数学模型的基础上，对能源岛系统的变工况运行进行了性能预测和运行优化。在稳态特性研究的基础上，本文对能源岛系统的动态性能进行了研究。首次应用解析法求解了单轴微型燃气轮机动态方程组，对微燃机负荷阶跃变化和甩负荷的动态过程进行了分析，并着重分析了微燃机的轴系、回热器等部件对系统的动态特性的影响，指出了机组性能优化和控制优化的途径，在此基础上分析了余热锅炉和直燃机的动态过渡过程。以上述理论分析为基础，本文根据相似原理，运用混合仿真方法首次建立了能源岛三联供混合仿真装置。通过合理分配模拟计算和数字计算方式，使其兼具模拟仿真速度快、实时性好和数字仿真精度高、能处理复杂非线性环节的优点，并能实现不同容量能源岛系统的仿真，弥补了传统仿真方式的不足。该混合仿真装置能够实现20～100kW微型燃气轮机联供系统的运行仿真、性能预测、参数匹配和优化、系统配置优化以及人员培训等功能。最后，本文利用建立的混合仿真装置对能源岛联供系统进行了仿真实验，经过将仿真实验结果与实际机组实验数据进行比较，验证了本混合仿真装置可以准确地对系统进行变工况性能预测，并且能够实现不同部件配置、不同部件参数系统的运行仿真。更重要的是，该套混合仿真装置能够用于相似结构能源岛系统的开发和运行优化，为能源岛系统的建立提供性能预测和前期实验，为实际机组的设计和运行提供理论指导。总之，本文对目前成为研究热点的能源岛三联供系统的动静态特性作了较为详尽的研究和分析，并新建了一套混合仿真实验装置，进行了仿真实验研究，为能源岛三联供系统的研究提出了一种新方法。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-19
  §1.1 能源岛联供系统的研究意义  8-9
  §1.2 能源岛联供系统仿真的研究意义  9-10
  §1.3 能源岛联供系统的国内外研究综述  10-14
    §1.3.1 微型燃气轮机的国内外研究综述  10-12
    §1.3.2 能源岛联供系统的国内外研究综述  12-14
  §1.4 能源系统仿真技术的国内外研究综述  14-17
  §1.5 本文主要研究内容  17-19
第二章能源岛系统稳态特性研究  19-34
  §2.1 三联供系统的工作原理  19-20
  §2.2 能源岛系统稳态数学模型的建立  20-23
  §2.3 微型燃气轮机系统稳态数学模型的求解  23-26
    §2.3.1 求解方法  23-24
    §2.3.2 计算实例1:C60微型燃气轮机  24
    §2.3.3 其它实例  24-25
    §2.3.4 回热器对微燃机稳态性能的影响  25-26
  §2.4 稳态变工况时微型燃气轮机系统运行参数的匹配关系  26-30
  §2.5 能源岛三联供系统的优化分析  30-32
    §2.5.1 能源岛三联供系统的评价指标  30-31
    §2.5.2 能源岛三联供系统的运行优化  31-32
  §2.6 本章小结  32-34
第三章微型燃气轮机及能源岛系统动态过程分析  34-51
  §3.1 概述  34
  §3.2 单轴微型燃气轮机的动态数学模型的建立与求解  34-42
    §3.2.1 动态数学模型的建立  34-38
    §3.2.2 动态方程组的求解  38-42
  §3.3 微型燃气轮机系统动态方程的求解及结果分析  42-48
    §3.3.1 典型的动态过渡过程及其评价指标  42
    §3.3.2 微型燃气轮机定转速与变转速机组的动态性能的比较  42-45
    §3.3.3 回热器对微燃机动态性能影响分析  45-48
    §3.3.4 积分时间常数对微燃机动态性能的影响  48
  §3.4 余热锅炉和直燃机的动态特性分析  48-49
  §3.5 本章小结  49-51
第四章能源岛三联供混合仿真实验装置  51-61
  §4.1 概述  51
  §4.2 物理系统  51-52
  §4.3 混合仿真实验装置  52-60
    §4.3.1 模拟计算和数字计算的分配  52-55
    §4.3.2 功能扩展及系统总成  55-60
  §4.4 本章小结  60-61
第五章能源岛三联供混合仿真装置的应用实验研究  61-79
  §5.1 概述  61
    §5.1.1实验原理  61
    §5.1.2 仿真实验内容  61
  §5.2 混合仿真实验装置性能验证  61-66
    §5.2.1 额定负荷下的起动过程  61-63
    §5.2.2 稳态运行数据验证  63-64
    §5.2.3 动态过渡过程仿真校和  64-65
    §5.2.4 扩展功能校和  65-66
  §5.3 混合仿真实验装置在能源岛系统开发和优化上的应用  66-76
    §5.3.1 能源岛三联供系统的参数优化和运行优化  66-68
    §5.3.2 定发电负荷条件下的运行优化和经济性分析  68-70
    §5.3.3 Bowman微燃机-余热锅炉系统变回热比例的性能优化  70-73
    §5.3.4 控制优化  73-76
  §5.4 仿真实验结果与解析解的比较  76-77
  §5.5 本章小结  77-79
第六章结论  79-80
符号表  80-81
参考文献  81-84
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果  84-85
致谢  85

能源岛三联供系统动静态仿真研究

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