一种光-储-热供电机组及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种光

【技术实现步骤摘要】
一种光
‑
储
‑
热供电机组及其控制方法


[0001]本专利技术涉及供电机组及控制
，尤其涉及一种光
‑
储
‑
热供电机组及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着日益增长的能源需求，以及全球范围内的温室效应的不断加强。我国对于可再生能源的重视不断增加。然而，相比传统的光能、热能、机械能发电系统，可再生能源由于其间歇性和不确定性而缺乏竞争力。因此，有必要采取技术手段来提高可再生能源利用过程中的稳定性以及经济性。太阳能作为主要的可再生能源在取之不尽用之不竭的同时，也具有间歇性和不稳定性等缺陷。众所周知，太阳能的辐射量会随着天气、昼夜的变化而产生周期性变化。因此，为保证太阳能发电系统可以持续稳定的提供电能，一套光
‑
储
‑
热供电机组及控制装置就十分重要。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种光
‑
储
‑
热供电机组及其控制方法。
[0004]为解决上述技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光
‑
储
‑
热供电机组，其特征在于，包括太阳能集热单元、相变储热单元、低温余热发电单元，以及管线；所述太阳能集热单元包括：槽式集热聚光太阳能板，传热流体，阀门V1；所述相变储热单元包括：相变储热罐，传热介质，阀门V2；所述低温余热发电单元包括：蒸发器，膨胀机，发电机，冷凝器，工质泵，循环工质，阀门V3；所述槽式集热聚光太阳能板通过管线与相变储热罐一端相连，其中管线中流过传热流体并安装有阀门V1；所述相变储热罐另一端通过管线与蒸发器一端相连，其中管线中流过传热介质并安装有阀门V2，蒸发器另一端通过管线依次与膨胀机、冷凝器、工质泵相连，其中管线中流过循环工质并安装有阀门V3，膨胀机另一端与发电机通过管线相连。2.一种光
‑
储
‑
热供电机组控制方法，基于权利要求1所述的一种光
‑
储
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热供电机组实现，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对光
‑
储
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热供电机组的太阳能集热单元与相变储热单元进行数学建模；步骤2：对储热单元与发电单元进行数学建模；步骤3：将步骤1和步骤2得到的数学模型进行连接，得到系统的整体模型，如下式所示：其中x为状态变量；模型的输入与输出分别为u＝[μ
t
,R
p
,v
e
,v
c
]
T
和y＝[W,P
e
,T
e
,T
c
]
T
，根据发电单元的结构与上述的器件的数学模型，其中μ
t
为膨胀阀阀门开度，R
p
为工质泵的转速，W为发电机输出功率，T
e
为蒸发器出口温度，T
c
为冷凝器出口温度；步骤4：采用PID控制方法，通过控制膨胀阀阀门开度μ
t
、工质泵的转速R
p
、储热罐放热介质的流速v
e
、冷却工质流速v
c
的大小，达到对发电机输出功率W、蒸发压力P
e
、蒸发器出口温度T
e
、冷凝器出口温度T
c
的控制；步骤5：将所搭建的光
‑
储
‑
热供电机组接入微电网，通过最优控制方法，确定单个系统的供能数量，对系统建立优化运行模型，使用分布式优化控制方法，以达到经济效益的最优；步骤6：将步骤5中优化运行模型代入系统，对优化模型进行求解得到系统最优运行策略，系统中各设备机组根据此策略运行，实现对此系统的分布式优化控制。3.根据权利要求1所述的一种光
‑
储
‑
热供电机组控制方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：步骤1.1：太阳能集热单元中槽式集热聚光太阳能板将太阳能转化为热能，建立太阳能集热单元吸热数学模型，热能通过传热流体将热量传递给相变储热罐；所述太阳能集热单元吸热数学模型为：Q
absorb
＝I
c
η
opt
A
f
cosθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中：Q
absorb
为太阳能集热板吸收的热量，η
opt
为总体光学效率，θ为总体光学效率，A
f
为集热板面积，I
c
为太阳能集热板的直接光照辐射强度；单位长度集热腔体吸收器自身的能量守恒方程为：
式中：ρ
a
为支管的密度，c
a
为支管的比热容，A
a
为支管的横截面积，T
a
为管壁的温度，表示管壁的温度变化，T
f
为介质的温度，h
a
为管壁与介质流之间的换热系数，P
a
为管壁的压强，q
ioss
为热损失；相变储热罐内的热平衡方程为：式中：ρ
f
为支管的的密度，c
f
为工质的比热容，A
t
为储热罐的横截面积，T
t
为储热罐的温度，t为时间，m
f
为工质的流率，λ
f
为流体的导热系数，h
t
为储热罐与环境的对流换热系数，P
t
为储热罐的压强；步骤1.2：设定流体的流速分为阀门V1关闭以及打开时两种状态；当阀门V1关闭时，状态如下所示：当阀门V1打开时，假设腔体内流体沿轴线方向均匀变化，状态如下所示：式中：C为常数，通过阀门V1开度来控制；步骤1.3：通过设置打开阀门V1的开度，控制流体的流速，以影响相变储热罐内的温度，当测量温度低于设定标椎温度时，打开阀门V1，当测量温度高于设定标椎温度时，则关闭阀门V1。4.根据权利要求1所述的一种光
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储
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热供电机组控制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：步骤2.1：通过相变储热罐内传热介质的循环，将储存的热量带到蒸发器内，与低温余热发电单元内的循环工质交换热量，建立蒸发器模型；所述蒸发器模型表示为以下状态空间方程：式中：x
ev
为蒸发器的状态变量，f
ev
()蒸发器空间状态函数符号；为x
ev
＝[L1,L2,P
e
,h
o
,T
w1
,T
w2
,T
w3
,T
a1
,T
a2
,T
a3
]
T
；根据循环工质的不同相态可以将蒸发器分成：过冷区、两相区、过热区三个区，L1、L2分别为过冷区和两相区的长度；P
e
为蒸发压力；h
o
为循环工质在蒸发器入口的焓值；T
w1
、T
w2
、T
w3
分别为蒸发器三个区的管壁温度；T
a1
、T
a2
、T
a3
分别为各个区对应的烟气温度；域为输入向量；分别为循环工质在蒸发器出口和入口的质量流量；h
i
为循环工质在蒸发器出口的焓值；v
e
为储热罐放热介质的流速；T
t
为传热介质的入口温度；步骤2.2：建立膨胀机稳态模型；循环工质经过膨胀机后做功，将热能转化为机械能带动通过发电机进行发电，通过控制阀门V2来控制系统是否进行发电，关闭阀门V2则系统不再发电，打开阀门V2则系统开始发电；所述膨胀机稳态模型如下面的方程所示：
y

【专利技术属性】
技术研发人员：李广地，杨东升，周博文，金硕巍，王迎春，罗艳红，杨波，王大千，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：