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工业余热发电系统蒸发器—泵—电机的建模与控制方法研究

作　者: 王一平
导　师: 王正
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 低温余热发电过热度板式蒸发器 R600a 空间电压矢量
分类号: TM617
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着我国经济的快速发展,能源相对的不足已经成为制约经济和社会发展的重要因素之一。为了利用可再生能源和净化大气环境,使人类社会得到可持续性的发展,废热的回收和利用成为发展中国家和发达国家都在研究的热门问题;而利用低温余热发电,是解决这一问题的有效方法之一。本文以提高余热发电系统中板式蒸发器的热转换效率为目的,开展了对低温余热发电系统的研究。本文在对国际上和国内相关的研究领域进行了充分调研的基础上,立足于小型化低温余热发电系统,主要针对100~200℃的低温余热。结合工程的实际状况,选择了有机工质R600a作为余热发电系统的循环工质。实验系统模型由板式蒸发器、工质泵、冷凝器和涡轮机—发电机组等主要部件组成。本文以热力学定律和有机郎肯循环理论为基础,考虑到外界热源的变化会影响系统的换热效率,因此将其定义为系统的干扰。结合低温余热发电技术建立了低温余热发电系统过热度的控制策略,并根据其控制策略建立了系统的控制原理框图。同时基于有机工质R600a对板式蒸发器进行理论分析,得到板式蒸发器的关联拟合式并建立其分布参数的稳态数学模型。进而对其稳态数学模型进行数值上的模拟计算和仿真,得到板式蒸发器出口温度和换热量的仿真结果,通过仿真结果验证所建立的数学模型的正确性。接着基于MATLAB/Simulink软件,搭建了过热度的控制仿真模型,仿真结果显示过热度控制策略的可行性。同时搭建了基于SVPWM的异步电机矢量控制系统,通过仿真验证SVPWM和矢量控制系统的优越性。参照国内外已有的标准并结合实际情况搭建了低温余热发电实验系统,设计了实验的总体方案以及实验数据的处理方法,并同时进行了板式蒸发器的换热实验和过热度的控制实验。将实验结果与前面的仿真结果进行对比,通过实验结果和对比进一步论证前面提出的控制策略,并根据实验结果得到了过热度与流量的一阶传递函数,同时利用实验结果对控制策略做进一步的优化研究。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-22
  1.1 课题的背景、目的及意义  12-15
    1.1.1 课题的背景  12-14
    1.1.2 课题的目的和意义  14-15
  1.2 国内外的发展状况  15-20
    1.2.1 国外先进余热发电技术历史  15-17
    1.2.2 国内主要的余热发电技术历史  17-19
    1.2.3 工业余热发电技术发展现状  19-20
  1.3 课题主要研究内容  20-22
第二章低温余热发电系统工作原理及控制方法的研究  22-29
  2.1 有机郎肯循环基本原理分析  23-24
  2.2 低温余热发电系统基本工作原理研究  24-26
  2.3 过热度控制策略的建立  26-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章板式蒸发器基本结构及其数学模型的建立  29-45
  3.1 板式蒸发器基本结构  29-30
  3.2 板式蒸发器数学模型的建立  30-40
    3.2.1 有机工质R600a侧数学模型  32-33
    3.2.2 空泡系数模型  33-34
    3.2.3 热水侧数学模型  34-35
    3.2.4 方程封闭性  35-36
    3.2.5 迭代方法  36
    3.2.6 过热区的计算  36-37
    3.2.7 仿真算法的建立  37-38
    3.2.8 结果分析  38-40
  3.3 R600a—板式蒸发器换热关联式的建立和研究  40-42
    3.3.1 制冷剂侧R600a的模型  41-42
    3.3.2 热水侧模型  42
  3.4 建立模型计算与仿真结果分析  42-44
    3.4.1 建立模型算法  42-43
    3.4.2 仿真计算及结果分析  43-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章过热度控制系统及其仿真模型的建立  45-61
  4.1 异步电机矢量控制的研究  45-52
    4.1.1 异步电动机的基本控制原理介绍  45-47
    4.1.2 异步电机坐标变换  47-48
    4.1.3 异步电动机的数学模型的建立  48-50
    4.1.4 电流—转速模型分析  50-51
    4.1.5 矢量控制的基本思路及实现  51-52
  4.2 电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术的研究  52-57
  4.3 矢量控制Simulink框图的建立  57-60
    4.3.1 过热度仿真  58
    4.3.2 三相异步电机仿真  58-60
  4.4 本章小结  60-61
第五章余热发电系统过热度控制动态特性实验  61-69
  5.1 实验装置  61-63
    5.1.1 实验系统  61-62
    5.1.2 相关参数的测量  62-63
  5.2 实验内容及应该注意的问题  63-64
    5.2.1 实验的主要内容  63
    5.2.2 实验中应该注意的问题  63-64
  5.3 实验过程及结果  64-67
    5.3.1 板式蒸发器换热实验  64-65
    5.3.2 换热实验结果与模拟结果的对比  65-66
    5.3.3 过热度控制实验  66-67
  5.4 本章小结  67-69
第六章结论与展望  69-71
  6.1 主要结论  69-70
  6.2 存在的问题及展望  70-71
参考文献  71-74
在学研究成果  74-75
致谢  75

工业余热发电系统蒸发器—泵—电机的建模与控制方法研究

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