微型湿空气透平循环建模与控制研究

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1、隶。初大·粤硕士学位论文万方数据微型湿空气透平循环建模与控制研究万方数据INVESTIGATION0NMODELINGANDCONTROLOFMICROHUMIDAIRTURBINECYCLEAThesisSubmiRedtoSoutheastUniversitylIIIIIlUllIIUIIIIlY2706977FortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYYanZhiyuanSupervisedbyProfessorXiangWenguoSchoolofEner

2、gy&EnvironmentSoutheastUniversityMay2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：乏查：照日期：如f啦、g．S-东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国

3、科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。一虢丝翩虢噼：>oty-．6．r万方数据摘要湿空气透平(HumidAirTurbine，HAT)循环是基于燃气轮机简单循环的一种先进的动力循环，具有排放低、效率高、比

4、功高等优点，被誉为“二十一世纪的新型动力循环”，具有广阔的应用前景。然而，较于燃气轮机简单循环和回热循环，HAT循环具有较多的换热部件和水路部件，这些部件具有较大的热惯性，在变负荷过程中对机组的动态性能有着重要的影响，同时这也对机组的控制提出较高的要求。本文以某80kW微型HAT循环为研究对象，采用模块化建模思想，在Matlab／Simulink仿真平台上对其进行建模与控制研究。为探究变负荷过程中HAT循环的动态性能，建立了HAT循环单元部件模型，包括压气机、燃烧室、透平、转子、气道、回热器、后冷器／省煤

5、器、饱和器以及控制系统模型，随后建立了微燃机简单循环、回热循环和HAT循环动态模型，比较了三种循环在变负荷过程中动态性能的差异。仿真结果表明，HAT循环各参数的超调量较大，响应时间滞后于简单循环和回热循环。分析了不同惯性环节对简单循环和回热循环动态性能的影响，结果表明，转子转动惯性减小，各参数可快速响应负荷变化，但转速和燃料量的超调量出现大幅增加；气道热惯性增大，管壁蓄热能力增强，转速和燃料量的超调量增加，但各参数响应时间变化较小；回热器出口温度响应较慢，负荷基准．20％过程中，回热循环回热器燃气出口温度

6、短暂上升而后下降，空气出口温度稳定下降。分析了HAT循环中各换热部件的动态性能，结果表明，后冷器／省煤器、回热器出口温度对入口温度阶跃变化的响应滞后于饱和器，在阶跃降负荷过程中，各换热部件出口温度都会短暂上升而后下降。所建立的HAT循环模型可以有效地对变负荷过程进行模拟，为系统动态性能分析和控制系统设计提供了模型基础。为优化对HAT循环的控制，引入伸缩因子实现对模糊PID控制器量化因子和比例因子的在线调整，建立了论域自调整模糊PID控制器，对HAT循环转速进行控制，并与常规PID控制器作比较。仿真结果表明

7、，对于阶跃降负荷和甩负荷过程，论域自调整模糊PID控制器能够快速调节燃料量，使各参数快速地响应负荷变化；对于斜坡降负荷过程，论域白调整模糊PID控制器能够较好地跟踪负荷变化。关键词：HAT循环，动态模型，Matlab／Simulink，论域自调整，模糊控制万方数据ABSTRACTABSTRACTHumidairturbine(HumidAirTurbine，HAT)cycleisknownas”anewpowercycleofthe21stcentury”，whichisdevelopedbasedont

8、hegasturbinesimplecycle．Ithasabroadapplicationprospectforitsadvantagessuchaslowemission，highefficiencyandhighspecificoutput．However,HATcycleisincorporatedwithmorethermaltransfercomponentsandwaterwaypartsthansimplecy