超临界二氧化碳发电系统的变负荷控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及超临界二氧化碳发电系统的控制技术领域，具体公开了超临界二氧化碳发电系统的变负荷控制系统及方法，包括储罐、第一PID控制单元、第二PID控制单元和调节预判模块；所述调节预判模块用于接收变负荷指令，根据变负荷指令的大小选择第一PID控制单元或第二PID控制单元进行变负荷控制；所述第一PID控制单元用于通过调节阀门PV202、阀门PV201、阀门PV101和阀门PV102的开度，调节透平旁路的进气量实现调节透平的进气量；所述第二PID控制单元用于通过控制阀门KV301和阀门KV302的开启和关闭，调节临界二氧化碳发电系统的容积，本发明专利技术解决了现有单一使用旁路来调节透平进气导致系统低效、造成浪费的问题。造成浪费的问题。造成浪费的问题。

【技术实现步骤摘要】
超临界二氧化碳发电系统的变负荷控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及超临界二氧化碳发电系统的控制
，具体涉及超临界二氧化碳发电系统的变负荷控制系统及方法。

技术介绍

[0002]超临界二氧化碳动力转换技术具有系统简化、效率高、体积小、易于实现模块化建设等技术优势，应用超临界二氧化碳布雷顿循环实现发电是一种非常具有前景的发电技术。因其热电转换效率高、体积重量小、机动性好，应用到实际工程具有重要的意义，目前对于超临界二氧化碳布雷顿循环的运行控制技术还有待研究和进一步验证。其中，系统变负荷工况就是动力转换系统控制中最常见也是最核心的控制要求。
[0003]变负荷的调整方法有多种，主要分为改变进气流量和改变进气温度两大类。改变透平进气流量通常使用分方法是设置旁路，通过阀门开度来调节进气。对于超临界二氧化碳发电系统而言，单一的使用旁路来调节透平进气，会使系统效率大大降低，大部分压缩机耗功升压后的工质会被旁路旁通，而没有做有用功，此种调节方式的特点是快速，但低效，尤其是在大幅度变负荷的情况下，造成严重浪费。
[0004]因此，有必要设计一种快速且高效的变负荷方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供超临界二氧化碳发电系统的变负荷控制系统及方法，以解决现有单一使用旁路来调节透平进气导致系统低效、造成浪费的问题。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：超临界二氧化碳发电系统的变负荷控制系统，包括储罐、第一PID控制单元、第二PID控制单元和调节预判模块；所述调节预判模块用于接收变负荷指令，根据变负荷指令的大小选择第一PID控制单元或第二PID控制单元进行变负荷控制；所述第一PID控制单元用于通过调节阀门PV202、阀门PV201、阀门PV101和阀门PV102的开度，调节透平旁路进气量实现调节透平的进气量；其中阀门PV201位于压缩机与回热器之间的管道上，阀门PV202位于压缩机旁路上，阀门PV102位于透平旁路上，阀门PV101位于透平的主进气管上；所述第二PID控制单元用于通过控制阀门KV301和阀门KV302的开启和关闭，调节临界二氧化碳发电系统的容积，其中，阀门KV301和阀门KV302分别位于储罐的高密度侧连接管上和低密度侧连接管上；当启动第二PID控制单元，采用储罐中的高密度工质置换超临界二氧化碳发电系统中的低密度工质或采用储罐中的低密度工质置换超临界二氧化碳发电系统中的高密度工质。
[0007]本专利技术所述超临界二氧化碳发电系统包括但不仅限于超临界二氧化碳单级布雷
顿循环，超临界二氧化碳布雷顿循环的多种结构形式均可使用，如：再压缩布雷顿循环、间冷/再热布雷顿循环。
[0008]本专利技术也是基于改变系统流量的变负荷方式，且使本专利技术是采用透平旁路控制和系统容积变化相耦合的控制方法，具有高效、快速的特点，能够大大提高系统的机动性。
[0009]进一步地，第一PID控制单元包括第一控制器、第一计算模块和阀门状态获取模块；所述第一计算模块用于基于热力计算获得透平的进口压力及阀门的进气量；所述第一控制器与第一计算模块、阀门状态获取模块、阀门PV202、阀门PV201、阀门PV101和阀门PV102电连接，所述第一控制器根据阀门状态获取模块获取的阀门PV101和阀门PV102的状态调节阀门PV202、阀门PV201、阀门PV101和阀门PV102的开度。
[0010]进一步地，第二PID控制单元包括第二控制器和第二计算模块；所述第二计算模块用于基于热力计算获得系统工质装量变化的需求
∆
m，所述第二控制器与第二计算模块、阀门KV301和阀门KV302电连接，第二控制器根据需求
∆
m控制阀门KV301和阀门KV302的开启和关闭。
[0011]进一步地，储罐通过低密度侧连接管与透平和回热器之间的管道连接，所述低密度侧连接管上设置有阀门KV302，所述储罐通过高密度侧连接管与压缩机与回热器之间的管道连接，所述高密度侧连接管上设置有阀门KV301。
[0012]进一步地，调节预判模块内存储有负荷变阈值20%FP，当负荷变化≤
±
20%FP时，启动第一PID控制单元，采取透平旁路进气量变化调节变负荷；当负荷变化＞
±
20%FP，启动第二PID控制单元，采取系统容积变化调节变负荷。
[0013]基于上述变负荷控制系统的控制方法，包括以下步骤：S1、调节预判模块接收变负荷指令，根据变负荷指令的大小选择第一PID控制单元或第二PID控制单元进行变负荷控制；S2、第一PID控制单元通过调节阀门PV202、阀门PV201、阀门PV101和阀门PV102的开度，调节透平旁路进气量实现调节透平的进气量，通过增加或降低透平的进气量实现超临界二氧化碳发电系统的升负荷或降负荷；或；第二PID控制单元通过控制阀门KV301和阀门KV302的开启和关闭，调节临界二氧化碳发电系统的容积，通过采用储罐中的高密度工质置换超临界二氧化碳发电系统中的低密度工质实现升负荷，通过采用储罐中的低密度工质置换超临界二氧化碳发电系统中的高密度工质实现降负荷。
[0014]进一步地，采用第一PID控制单元实现升负荷的具体过程为：第一PID控制单元根据负荷变化量确定透平的进口压力及阀门的进气量，输出调节信号给阀门PV101和阀门PV102，判断阀门PV102是否在全关状态、阀门PV101是否在全开状态，若是，则信号会继续传递给阀门PV201、阀门PV202，增大阀门PV201的开度，减小阀门PV202的开度，以增大透平进口流量，适应系统升负荷的要求；若否，则增加阀门PV101开度的同时，关小阀门PV102的开度，直至透平前后压差及进气流量满足升负荷要求。
[0015]进一步地，步骤S2中，采用第一PID控制单元实现降负荷的过程为：第一PID控制单元根据负荷变化量确定透平的进口压力及阀门的进气量，输出调节信号给阀门PV201和阀门PV202，减小阀门PV201开度的同时，增大阀门PV202的开度，降低
透平入口压力，若调节阀门PV201、阀门 PV202仍不能满足负荷下降的速度；则信号会继续传递给阀门PV102和阀门PV101，减小阀门PV101的开度，增大PV102开度，以减小透平进口流量，适应系统降负荷的要求。
[0016]进一步地，透平的进口压力及阀门的进气的计算过程为：第一PID控制单元根据负荷变化量，通过热力计算得出所需透平前后压差vPDT，通过计算透平前后压差测量值PDT101和热力计算所需压差vPDT二者之间的差值，确定透平进口压力及阀门的进气量。
[0017]进一步地，采用第二PID控制单元实现降负荷的具体过程为：第二PID控制单元根据负荷变化量确定系统工质装量变化的需求
∆
m，输出调节信号给阀门KV301和阀门KV302，打开KV301阀门，使高密度工质注入储罐，打开KV302阀门，将储罐中低密度工质排进超临界二氧化碳回路，实现高低密度工质的置换，适应系统降负本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.超临界二氧化碳发电系统的变负荷控制系统，其特征在于，包括储罐（8）、第一PID控制单元、第二PID控制单元和调节预判模块；所述调节预判模块用于接收变负荷指令，根据变负荷指令的大小选择第一PID控制单元或第二PID控制单元进行变负荷控制；所述第一PID控制单元用于通过调节阀门PV202、阀门PV201、阀门PV101和阀门PV102的开度，调节透平旁路（6）进气量实现调节透平（2）的进气量；其中阀门PV201位于压缩机（5）与回热器（3）之间的管道上，阀门PV202位于压缩机旁路（7）上，阀门PV102位于透平旁路（6）上，阀门PV101位于透平（2）的主进气管上；所述第二PID控制单元用于通过控制阀门KV301和阀门KV302的开启和关闭，调节临界二氧化碳发电系统的容积，其中，阀门KV301和阀门KV302分别位于储罐（8）的高密度侧连接管上和低密度侧连接管上；当启动第二PID控制单元，采用储罐（8）中的高密度工质置换超临界二氧化碳发电系统中的低密度工质或采用储罐（8）中的低密度工质置换超临界二氧化碳发电系统中的高密度工质。2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳发电系统的变负荷控制系统，其特征在于，所述第一PID控制单元包括第一控制器、第一计算模块和阀门状态获取模块；所述第一计算模块用于基于热力计算获得透平（2）的进口压力及阀门的进气量；所述第一控制器与第一计算模块、阀门状态获取模块、阀门PV202、阀门PV201、阀门PV101和阀门PV102电连接，所述第一控制器根据阀门状态获取模块获取的阀门PV101和阀门PV102的状态调节阀门PV202、阀门PV201、阀门PV101和阀门PV102的开度。3.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳发电系统的变负荷控制系统，其特征在于，所述第二PID控制单元包括第二控制器和第二计算模块；所述第二计算模块用于基于热力计算获得系统工质装量变化的需求
∆
m，所述第二控制器与第二计算模块、阀门KV301和阀门KV302电连接，第二控制器根据需求
∆
m控制阀门KV301和阀门KV302的开启和关闭。4.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳发电系统的变负荷控制系统，其特征在于，所述储罐（8）通过低密度侧连接管与透平（2）和回热器（3）之间的管道连接，所述低密度侧连接管上设置有阀门KV302，所述储罐（8）通过高密度侧连接管与压缩机（5）与回热器（3）之间的管道连接，所述高密度侧连接管上设置有阀门KV301。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的超临界二氧化碳发电系统的变负荷控制系统，其特征在于，所述调节预判模块内存储有负荷变阈值20%FP，当负荷变化≤
±
20%FP时，启动第一PID控制单元，采取透平旁路（6）进气量变化调节变负荷；当负荷变化＞
±
20%FP，启动第二PID控制单元，采取系统容积变化调节变负荷。6.基于权利要求1
‑
5任一项所述的变负荷控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、调节预判模块接收变负荷指令，根据变负荷指令的大小选择第一PID控制单元或第二PID控制单元进行变负荷控制；S2、第一PID控制单元通过调节阀门PV202、阀门PV201、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秀婷，黄彦平，昝元锋，刘光旭，卓文彬，王广义，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：