多参数的风电输出净功率波动性概率分布研究

风电场在输出风电净功率时,风速、湍流强度以及风剪切等因素会导致并网输出功率的波动性增加,进而增加配电网的电压。为保障配电网安全运行,研究多参数的风电输出净功率波动性概率分布。根据影响风电功率波动的风速、湍流强度以及风剪切系数的分析结果,使用复数据经验模态分解方法提取风机输出功率波动量。将风速、风剪切系数以及湍流强度等参数作为约束条件,建立并校准风电输出净功率波动性概率分布模型,以实现对风电输出净功率波动性概率分布特性的精准获取。试验结果表明,所提模型的概率分布误差在0.01%以内,精度较高。该模型的波动概率值与风电场功率波动性概率分布的波动概率值相似。该模型效果较好。

无偏显式模型预测控制及其在质子交换膜燃料电池净输出功率跟踪中的应用

考虑质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的净输出功率最优化跟踪问题,提出一种基于显式模型预测控制(Explicit model predictive control,EMPC)的无偏优化控制策略,以实现PEMFC系统在面对模型失配和约束条件的影响下,对期望净输出功率的鲁棒稳态无偏差跟踪,以及将系统工作点调节在最(次)优工作曲线附近,达到效率最优化。首先,对PEMFC系统的非线性特性进行线性化,推导出面向控制器设计的线性控制模型。在此基础上,通过设计状态观测器,实现对状态变量和模型失配度的估计;通过设计目标计算器,实现对最(次)优净输出功率的跟踪和空气压缩机工作边界的约束;通过设计EMPC控制器,对空气压缩机工作边界约束进行松弛,以获得可行的显式解,从而构成无偏EMPC控制策略。最后,搭建硬件在环测试(Hardwareinloop,HiL)平台,基于标准的车用燃料电池堆试验循环工况,通过与传统MPC和EMPC的仿真试验对比,验证所提出的无偏EMPC控制策略可将系统整体工作效率从41%提高到47.6%,输出功率的平均跟踪误差绝对值从0.26 kW降低到0.17 kW,单步平均计算耗时从22.2 ms缩短到2.1 ms。

质子交换膜燃料电池性能优化控制

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的热管理,是影响PEMFC安全、稳定、高效运行的核心关键因素。该文在分析PEMFC热管理子系统的结构,以及关键组成部件(包括空气压缩机、冷却液循环泵和冷却风扇)的工作原理基础上,首先搭建耦合热管理子系统的PEMFC非线性仿真模型,进一步将其简化处理得到用于控制的线性模型;在此基础上,设计基于卡尔曼滤波的状态观测器,以实现对状态和不可测量扰动的估计,从而消除模型稳态误差;随后设计目标计算器,以净输出功率跟踪误差最小化和系统效率最大化为目标,对PEMFC系统工作状态进行优化;进而基于线性控制模型,设计无偏显式模型预测控制(offset-free explicit model predictive control,offset-free EMPC),对优化工作状态进行跟踪控制;最后,搭建一个软件在环(softwareintheloop,Si L)测试平台,通过与传统MPC控制策略的仿真结果对比可得,无偏EMPC控制策略可以显著将净输出功率的平均跟踪误差绝对值从344.29W减小到82.19W,系统效率从40.32%提升到46.56%,算法平均单步计算耗时从26ms降低到11.8ms,并且可以约束PEMFC系统运行在稳定和安全的工况。

质子交换膜燃料电池流道尺寸优化

质子交换膜燃料电池具有比能量高、清洁高效等优点,流道作为燃料电池的核心结构之一,其结构尺寸对气体传输、液态水排出都有着重要影响,选择合适尺寸参数对实际运行具有重要意义。以50 mm×50 mm单蛇形流道电池为研究对象,采用数值模拟的方法,建立质子交换膜燃料电池三维两相等温模型,分析流道深度、流道宽度、流道脊宽等参数对电池电流密度、气体传质特性、电池净输出功率、排水性能的影响。结果表明:随着流道深度、流道宽度的减小,参与反应的氧气浓度提高,电流密度也随之提高,电池净输出功率逐渐增大,催化层排水性能逐渐增强,因此电池性能逐渐提高;随着流道脊宽的减小,参与反应的氧气浓度逐渐提高,电流密度随之增大,但电池净输出功率增加幅度较小,氧气浓度增加也较缓慢。

350MW火电机组给水泵不同驱动方式的能量价值分析研究

基于能量价值分析计算方法,阐述了给水泵两种不同驱动方式下输出净功率、供电煤耗率、综合煤耗率的3种计算方法,并根据华能东方电厂350 MW机组在日常调峰范围内不同运行方式下的参数,应用3种方法进行了定量分析计算,得出对于调峰负荷在50%～100%情况下的350 MW新建火电机组,采用汽动给水泵方式具有更好的经济效益,给同类型机组给水泵驱动方式的选取提供了借鉴依据。

基于中高温烟气余热利用复合循环优化研究

鉴于水工质朗肯循环(H_2O-RC)应用于中高温(500—700℃)烟气余热动力回收过程中存在的不足,提出2种复合循环:CO_2超临界循环(CO_2-SC)/有机工质跨临界循环(OTC),和空气布雷顿循环(Air-BC)/有机工质跨临界循环(OTC)。开展了以循环净输出功率为目标函数,以顶循环膨胀初压、终压和底循环膨胀初压、初温为优化变量的优化对比研究,得到了各循环参数对复合循环热力学性能的影响规律。结果表明:当烟气温度为500℃和600℃时,CO_2-SC/OTC热力学性能最优;当烟气温度为700℃时,H_2O-RC热力学性能反超复合循环,存在最大的净输出功率;基于500—700℃烟气余热动力利用,CO_2-SC/OTC热力学性能整体上优于Air-BC/OTC。

巴基斯坦乌奇(UCH)电站联合循环热力性能试验

介绍了巴基斯坦乌奇(UCH)联合循环电站的热力性能试验程序、特殊条件和一些国际先进经验。

太阳能温差发电系统的性能

建立太阳能温差发电系统的数学模型,利用温差发电技术将太阳能直接转化为电能.考虑冷却系统的功耗,分析聚焦倍率以及冷却水流量对太阳能温差发电系统的净输出功率与净发电效率的影响.结果表明,存在最优的冷却水流量及最优的聚焦倍率,使得系统发电性能最大,最大净输出功率与净发电效率分别为15.86 W和5.61%;对温差发电器热端进行必要的保温,能够提高系统的发电性能.

燃料电池空气供应系统动态建模与仿真

空气压缩机为质子交换膜燃料电池系统提供氧化剂和冷却空气,其性能对燃料电池发电系统有很大影响。结合空气压缩机动态特性建立了空气供应系统模型,在此基础上仿真并分析了压缩机对空气供应系统的影响,该模型对进一步研究燃料电池系统的控制方法有重要意义。

双流体有机朗肯循环系统热力性能分析

为提高有机朗肯循环(ORC)的净输出功率和热效率,提出了双流体有机朗肯循环系统;选择高温循环工质R245fa分别与3种低温循环工质R134a,R152a和R236fa进行组合;采用REFPROP及MATLAB软件进行计算,比较3种组合方式下系统的热力性能。结果表明:高、低温循环工质分别为R245fa和R152a时,系统热力性能优于其他2种组合方案,其所对应系统的最大净输出功率、热效率、火用效率分别为35kW,7.67%和62.53%,高温蒸发温度为417K;系统净输出功率的变化幅度大于热效率和火用效率;系统净输出功率随低温蒸发温度的升高而增大;过热度对系统热力性能的影响较小,说明无需增加过热度来优化系统。

双压膨胀有机朗肯循环中低温余热发电系统的热力性能

基于热力学第一定律与第二定律分析法,结合动量定理与质量守恒定律构建一种双压膨胀有机朗肯循环(ORC)中低温余热发电系统热力性能的预测模型,研究热源温度、蒸发温度、夹点温差、闪蒸压力、循环倍率、喷射压缩器引射流体在混合室进口的马赫数、工质泵、向心透平及螺杆膨胀机的等熵效率对系统的净输出功率、热效率、余热利用率及?效率等热力性能的影响。结果表明,系统的净输出功率与?效率随着热源温度、蒸发温度、循环倍率及透平等熵效率的增大而升高,但随着夹点温差、闪蒸压力的增大而降低;系统的热效率随着蒸发温度、闪蒸压力及透平等熵效率的增大而升高;系统的余热利用率随着热源温度、循环倍率的增大而升高,但随着蒸发温度、夹点温差、闪蒸压力的增大而降低。当循环倍率k=2时系统的净输出功率、?效率及余热利用率分别比常规单级ORC系统绝对提高了230.9kW、10.1%和17.9%。

内可逆有机朗肯循环有限时间热力学优化

运用有限时间热力学理论建立了循环总换热面积一定时,考虑热源与循环工质的传热损失的亚临界简单内可逆有机朗肯循环模型。采用R245fa作为循环工质,分析了总换热面积、蒸发器面积比和循环工质的质量流率对循环净输出功率、热效率和热源出口温度的影响,发现合理选择上述参数可使循环的性能参数较优。所得结果对亚临界有机朗肯循环装置的设计和使用具有一定的指导意义。

新型海洋温差能回热循环热力学分析

针对海洋温差能可利用温差小,利用效率低的问题,本文提出了一种采用非共沸混合工质的新型海洋温差能回热循环,并基于热力学定律对提出的热力循环进行热力学分析。选取蒸发压力、工质的质量分数作为变量,对提出的热力循环进行热力学分析研究。研究结果表明:以工质质量分数为变量时,循环热效率和系统净输出随蒸发压力的增加先增大后减小,系统热效率在工质质量分数为0.91时取得最大值5.28%,净输出功在浓度为0.96时取得最大值3.83 kW。以蒸发压力为变量时,循环热效率和系统净输出随工质质量分数的增大先增大后减小,系统热效率在蒸发压力为0.595 MPa时取得最大值5.26%,净输出功在压力为0.58 MPa时取得最大值3.57 kW。在相同运行控制参数下与Uehara循环、Yoon循环进行对比,提出的循环系统热效率最佳。提出的热力循环系统分析结果可对提高海洋温差能利用效率提供理论依据和参考。

基于分液冷凝采用R600a/R601a混合物有机闪蒸循环性能分析

建立分液冷凝有机闪蒸循环(liquid-separation condensation organic flash cycle,LSOFC)的热力学模型,采用R600a/R601a为循环工质。研究热源温度为100~150℃时,摩尔组分对LSOFC系统不分液情况下净输出功率以及单位输出功率所需总的换热面积(A_(per))的影响。同时在系统净输出功率最大的情况下,探讨了热源温度150℃时,分液干度以及摩尔组分对LSOFC系统净输出功率以及A_(per)的影响规律。并对LSOFC系统分液与不分液时A_(per)进行比较。结果表明,与R600a和R601a相比,热源温度为100、110~130、140℃和150℃,且R600a/R601a混合物摩尔组分分别为0.2/0.8、0.1/0.9、0.9/0.1及0.7/0.3时,LSOFC系统的净输出功率最大,且一般情况下,采用分液冷凝可有效减少系统的A_(per)。当热源温度为150℃,R601a摩尔组分为0.9时,分液冷凝系统的A_(per)相对于不分液情况最大减少了23.33%,只有当热源温度为100℃,R601a摩尔组分为0.5、0.6及0.7时,采用分液冷凝系统的A_(per)会较不分液有所增加。

低温热能有机物循环发电系统性能研究

在常规的低温热能有机物循环发电系统性能研究方法中,由于未考虑损失,导致汽轮机效率计算结果误差大,造成对发电系统性能分析的不准确。为此,提出一种低温热能有机物循环发电系统性能研究方法,从工质泵性能、热换器性能和汽轮机性能三个方面,对低温热能有机物循环发电系统性能开展研究。其中,在对汽轮机效率的计算分析过程中,充分考虑五种损失产生的影响,以提高性能分析的准确性。通过对比实验,与其他低温热能有机物循环发电系统性能研究方法作比较,实验结果表明,提出的低温热能有机物循环发电系统性能研究方法在对汽轮机效率计算时,计算误差控制在2%之内,提高了计算准确性,且实验所需时间大大缩短,均控制45s以下,计算结果与实际结果更为接近。

某“三拖一”燃气-蒸汽联合循环电站性能试验分析

基于某"三拖一"燃气-蒸汽联合循环电站项目,对其进行热力性能考核试验,其考核项目为轻柴油和天然气两个工况的机组净输出功率和热耗率,文章阐述了该试验的试验标准、试验过程、边界划分、测点布置以及计算修正方法,并对试验中存在的一些问题进行总结,为大型"多拖一"联合循环机组热力性能考核试验提供技术支持。

地热驱动非共沸工质有机闪蒸循环的热性能分析

非共沸工质具有变温相变特性,可有效改善有机闪蒸循环系统与冷源温度匹配差的问题,进而提高系统的循环性能。文章构建了有机闪蒸循环系统模型,其中,循环工质为R245fa/R601a混合物,热源温度为150℃。文章以净输出功率作为目标函数对有机闪蒸循环系统进行优化,研究了R245fa/R601a混合物的组分变化对有机闪蒸循环系统的闪蒸压力、质量流量、净输出功率和热效率的影响,并比较了以非共沸工质与纯工质作为循环工质时,有机闪蒸循环系统的净输出功率。模拟结果表明:当R245fa/R601a混合物的摩尔组分为3∶7时,有机闪蒸循环系统的净输出功率最大,为25.21 kW,与纯工质R245fa和R601a作为循环工质的有机闪蒸循环系统相比,分别增大了4.39%和5.66%,但以非共沸工质作为循环工质的有机闪蒸循环系统的热效率并不一定大于以纯工质作为循环工质;当R601a的摩尔组分为0~0.6时,以非共沸工质作为循环工质的有机闪蒸循环系统的热效率大于以纯工质作为循环工质;当R601a的摩尔组分为0.7~1时,以R245fa作为循环工质的有机闪蒸循环系统的热效率大于以非共沸工质作为循环工质。

基于斯特林机的碟式太阳能热发电系统性能仿真分析

通过对聚光器、接收器和斯特林机等模块进行分析,得到了各模块之间的函数关系,建立了碟式太阳能热发电系统的能量传递模型,运用该模型对碟式太阳能热发电系统在不同气候条件下的性能进行了仿真分析。结果表明,斯特林机压力与太阳直接辐射强度呈线性增大关系;当斯特林机热头温度保持在设定值范围内时,系统净输出功率随斯特林机压力的增大而升高;当环境温度降低时,斯特林机效率和系统净输出功率均有所升高,但系统净输出功率升高幅度不大;当风速增大时,接收器效率及系统净输出功率均降低。

回热型S-CO_(2)循环基本性能分析与优化

考虑有限温差传热、不可逆压缩过程和不可逆膨胀过程等不可逆因素,应用有限时间热力学理论建立了变温热源条件下的回热型超临界二氧化碳布雷顿循环模型。首先,分析了工质质量流率、压比、透平效率和压缩机效率对循环净输出功率、热效率和循环最高温度的影响;然后,在总热导率一定的条件下分别以输出功率最大和热效率最大为目标,对加热器、冷却器和回热器热导率分配比进行优化。结果表明:回热型S-CO_(2)布雷顿循环功率-效率特性曲线呈过原点的扭叶型,存在相应的压比使得输出净功率与热效率分别达到最大;相比于初始设计参数计算的循环性能,优化后循环净输出功率可提高27.3%,最大比功可提高46.9%,最大热效率可提高17.78%。