一种用于太阳能辅助海洋温差发电系统的能量管理装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及能量利用控制技术领域。一种用于太阳能辅助海洋温差发电系统的能量管理装置，其特征在于包括辐照度传感器、温度传感器、流量传感器、模拟量单元、PLC控制系统、人机界面和上位机；所述模拟量单元采集辐照强度、蓄热水温度、蒸发器出口工质温度等信号输出，所述PLC控制系统结合采集到的信号利用模糊PID控制算法输出控制信号，调节温海水泵、蓄热水泵、冷海水泵、工质泵的转速以及三通阀的旁通活门的开度，对太阳能辅助海洋温差发电系统相应工况下温海水流量、导热油流量、蓄热水流量、冷海水流量及工质流量进行控制，自动调整发电系统工作状态，实现全天候高效发电。本发明专利技术能够根据负载需要和外界环境变化及时调整设备状态，以维持稳定发电效率，方便管理人员操控和监测。

【技术实现步骤摘要】
一种用于太阳能辅助海洋温差发电系统的能量管理装置
本专利技术涉及能量利用控制
，具体涉及一种用于太阳能辅助海洋温差发电系统的能量管理装置。
技术介绍
海洋温差能属低品位能源，目前没有大规模商业化应用的主要原因是循环热效率低。提高OTEC系统循环热效率最有效的途径是提高冷、温海水的温差，但因技术限制，冷海水的抽取深度难以进一步加深。如何高效利用海洋温差能，促进我国南海地区经济发展，解决国防建设对能源电力的急切需求成为了必须面临的问题。考虑到海洋温差能储量丰富的地区，同样具有良好的太阳能资源，若将太阳能作为OTEC发电系统的辅助能源，可明显提高OTEC系统发电效率。由于太阳能的不稳定性和不连续性，为了合理并充分利用太阳能，确保太阳能辅助海洋温差发电系统的连续性，系统要求控制系统能够根据负载需要和外界环境变化及时调整设备状态，以维持稳定发电效率，方便管理人员操控和监测。针对提出的太阳能辅助海洋温差发电系统，设计一套有效和稳定的能量管理装置十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于太阳能辅助海洋温差发电系统的能量管理装置，能够根据负载需要和外界环境变化及时调整设备状态，以维持稳定发电效率，方便管理人员操控和监测。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：一种用于太阳能辅助海洋温差发电系统的能量管理装置，其特征在于包括辐照度传感器、温度传感器、流量传感器、模拟量单元、PLC控制系统、人机界面和上位机；温度传感器包括蓄热水温度传感器和蒸发器出口工质温度传感器，蓄热水温度传感器安装在蓄热水箱13内的上部(测量蓄热水箱内部温度)，蒸发器出口工质温度传感器安装在蒸发器9的工质出口(测量蒸发器出口工质温度)；流量传感器包括导热油流量传感器、蓄热水流量传感器、冷海水流量传感器和工质流量传感器，导热油流量传感器安装在导热油泵11的输出端(或与输出端相连的管路上)，蓄热水流量传感器安装在蓄热水箱13的进口处或出口处的管路上，冷海水流量传感器安装在冷海水泵24的输出端(或与输出端相连的管路上)，工质流量传感器安装在工质泵28的输出口(或与输出端相连的管路上)；辐照度传感器、蓄热水温度传感器、蒸发器出口工质温度传感器、导热油流量传感器、蓄热水流量传感器、冷海水流量传感器和工质流量传感器的输出端分别由信号线与模拟量单元的输入端相连；模拟量单元的输出端与PLC控制系统的信号输入端相连，PLC控制系统与人机界面相连，PLC控制系统与上位机无线通讯连接；温海水泵6、蓄热水泵(或称淡水泵)15、冷海水泵24、工质泵28分别与PLC控制系统的控制端相连(滑油泵20与PLC控制系统的控制端相连)；与太阳能集热器10的输出端相连的管路(导热油管路)上的三通阀3与PLC控制系统的控制端相连；所述模拟量单元采集辐照强度、蓄热水温度、蒸发器出口工质温度等信号输出，所述PLC控制系统结合采集到的信号利用模糊PID控制算法输出控制信号，调节温海水泵6、蓄热水泵15、冷海水泵24、工质泵28的转速以及三通阀的旁通活门的开度，对太阳能辅助海洋温差发电系统相应工况下温海水流量、导热油流量、蓄热水流量(即淡水流量)、冷海水流量及工质流量进行控制(流量大小进行控制，即进行能量管理)，自动调整发电系统工作状态，实现全天候高效发电。进一步的，辐照度传感器安装设置的立柱上(立柱可安装在太阳能集热器的支撑架上)。进一步的，所述PLC控制系统采用模糊PID控制算法，根据实时辐照强度、蓄热水温度、蒸发器出口工质温度与设定值的偏差及偏差率对PID参数在线调节。所述输出端根据PLC控制系统输出信号控制白天/夜间工况相应蓄热水泵、工质泵、冷海水泵的以及三通阀旁通活门的开度，实现太阳能辅助海洋温差发电系统的能量分配控制。所述人机界面完成系统和用户信息交互、报警显示以及手动/自动控制模式功能切换。进一步的，PLC控制系统以ABBAC500系列PLC为核心。进一步的，还包括压力传感器，压力传感器安装在蓄热水箱13内，压力传感器由信号线与模拟量单元的输入端相连。模糊能量管理装置的工作原理为：PLC控制系统(PLC控制器)采集各传感器温度输入信号与设定温度得到温度偏差(Et)与温度偏差变化率(ECt)，利用模糊PID控制算法调节各输送泵的转速以及导热油的三通阀旁通活门的开度，从而对系统相应工况下导热油流量、蓄热水流量、冷海水流量及工质流量进行控制。蓄热水箱控制过程为：PLC控制系统首先读取辐照强度传感器和蓄热水箱温度信号，利用模糊PID控制算法计算温度偏差及其变化率，经过输入量模糊化，模糊推理，输出量清晰化，对PID的三个参数(Kp、Ki和Kd)进行不断调整，进而调节三通阀(导热油的)的旁通活门的开度和蓄热水泵转速，从而对系统相应工况下导热油流量和蓄热水输出流量进行控制，从而调节蓄热水箱温度(对蓄热水箱输出温度进行自动控制)，从而根据实时温度、流量参数实现最高发电效率(达到最佳的控制效果)。由工质温度传感器采集的信号输入PLC控制系统(PLC控制器)，结合蓄热水温度得出实时工况下工质和冷海水最佳流量，控制输送泵转速，从而实现全天候高效稳定发电。以PLC为核心,利用模糊PID控制算法，将太阳能和海洋温差能通过太阳能辅热模块和OTEC发电模块实现高效利用，实时监测辐照强度、蓄热水温度及蒸发器出口工质温度，利用模糊PID算法精确控制热源水和工质的流量分配和输送泵转速、阀门开度，自动调整发电系统工作状态。把PID控制和模糊控制结合起来，利用模糊PID控制器整定PID控制的3个参数，改善了控制效果。PLC和人机界面结合可以充分发挥PLC强大的工作效率和性能以及HMI技术的直观和便于监控的优势，从而整体提升系统的人机交互和控制性能。所述能量管理装置以PLC为控制核心，采集辐照强度、蓄热水温度、蒸发器出口工质温度等信号，当辐照强度和蓄热水温度降低时，经模糊PID策略运算输出控制工质泵的转速和阀门的开度，从而调整热源水和工质的流量，自动调整发电系统工作状态。所述人机界面完成系统和用户信息交互、报警显示和交互信息手动/自动控制模式功能切换。能量管理装置可实现太阳能辅助海洋温差发电系统的能量分配，高效利用太阳能和海洋温差能，实现太阳能辅助海洋温差发电系统的全天候高效稳定运行。传统的蓄热水箱温控系统中存在较大的滞后性和非线性等问题，而常规的PID控制算法只能对线性的控制对象有效，在温度控制不稳定的控制过程，常规的PID控制参数很难适应，所以本专利技术系统采用模糊自适应的控制算法，通过传感器的实时采集数据传送至PLC中对PID的在线调节，从而完成实时控制，保证控制系统具有良好的自适应能力，从而充分高效利用海洋温差能和太阳能。传统的PID控制方法对蓄热水箱温度控制中纯延迟的惯性环节控制效果不理想。所以本专利技术采用模糊PID控制方法对系统的温度进行控制，确定PID中Kp、Ki和Kd与E和EC之间的模糊关系，在控制过程中循环计算E和EC的值。Kp、Ki和Kd的值根据模糊控制原理进行在线调整，让系统动、静态性能达到控制要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于太阳能辅助海洋温差发电系统的能量管理装置，其特征在于包括辐照度传感器、温度传感器、流量传感器、模拟量单元、PLC控制系统、人机界面和上位机；温度传感器包括蓄热水温度传感器和蒸发器出口工质温度传感器，蓄热水温度传感器安装在蓄热水箱(13)内的上部，蒸发器出口工质温度传感器安装在蒸发器(9)的工质出口；流量传感器包括导热油流量传感器、蓄热水流量传感器、冷海水流量传感器和工质流量传感器，导热油流量传感器安装在导热油泵(11)的输出端，蓄热水流量传感器安装在蓄热水箱(13)的进口处或出口处的管路上，冷海水流量传感器安装在冷海水泵(24)的输出端或出口处的管路上，工质流量传感器安装在工质泵(28)的输出口或出口处的管路上；辐照度传感器、蓄热水温度传感器、蒸发器出口工质温度传感器、导热油流量传感器、蓄热水流量传感器、冷海水流量传感器和工质流量传感器的输出端分别由信号线与模拟量单元的输入端相连；模拟量单元的输出端与PLC控制系统的信号输入端相连，PLC控制系统与人机界面相连，PLC控制系统与上位机无线通讯连接；温海水泵(6)、蓄热水泵(15)、冷海水泵(24)、工质泵(28)分别与PLC控制系统的控制端相连；与太阳能集热器(10)的输出端相连的管路上的三通阀(3)与PLC控制系统的控制端相连；/n所述模拟量单元采集辐照强度、蓄热水温度、蒸发器出口工质温度等信号输出，所述PLC控制系统结合采集到的信号利用模糊PID控制算法输出控制信号，调节温海水泵(6)、蓄热水泵(15)、冷海水泵(24)、工质泵(28)的转速以及三通阀的旁通活门的开度，对太阳能辅助海洋温差发电系统相应工况下温海水流量、导热油流量、蓄热水流量、冷海水流量及工质流量进行控制，自动调整发电系统工作状态。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于太阳能辅助海洋温差发电系统的能量管理装置，其特征在于包括辐照度传感器、温度传感器、流量传感器、模拟量单元、PLC控制系统、人机界面和上位机；温度传感器包括蓄热水温度传感器和蒸发器出口工质温度传感器，蓄热水温度传感器安装在蓄热水箱(13)内的上部，蒸发器出口工质温度传感器安装在蒸发器(9)的工质出口；流量传感器包括导热油流量传感器、蓄热水流量传感器、冷海水流量传感器和工质流量传感器，导热油流量传感器安装在导热油泵(11)的输出端，蓄热水流量传感器安装在蓄热水箱(13)的进口处或出口处的管路上，冷海水流量传感器安装在冷海水泵(24)的输出端或出口处的管路上，工质流量传感器安装在工质泵(28)的输出口或出口处的管路上；辐照度传感器、蓄热水温度传感器、蒸发器出口工质温度传感器、导热油流量传感器、蓄热水流量传感器、冷海水流量传感器和工质流量传感器的输出端分别由信号线与模拟量单元的输入端相连；模拟量单元的输出端与PLC控制系统的信号输入端相连，PLC控制系统与人机界面相连，PLC控制系统与上位机无线通讯连接；温海水泵(6)、蓄热水泵(15)、冷海水泵(24)、工质泵(28)分别与PLC控制系统的控制端相连；与太阳能集热器(10)的输出端相连的管路上的三通阀(3)与PLC控制系统的控制端相连；
所述模拟量单元采集辐照强度、蓄热水温度、蒸发器出口工质温度等信号输出，所述PLC控制系统结合采集到的信号利用模糊PID控制算法输出控制信号，调节温海水泵(6)、蓄热水泵(15)、冷海水泵(24)、工质泵(28)的转速以及三通阀的旁通活门的开度，对太阳能辅助...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤旭晶，窦立涛，高双印，王锡涵，徐华徽，高百川，李灏，高一博，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42