超臨界二氧化碳發電系統的變負荷控制系統及方法技術方案

本發明專利技術涉及超臨界二氧化碳發電系統的控制技術領域，具體公開了超臨界二氧化碳發電系統的變負荷控制系統及方法，包括儲罐、第一PID控制單元、第二PID控制單元和調節預判模塊；所述調節預判模塊用于接收變負荷指令，根據變負荷指令的大小選擇第一PID控制單元或第二PID控制單元進行變負荷控制；所述第一PID控制單元用于通過調節閥門PV202、閥門PV201、閥門PV101和閥門PV102的開度，調節透平旁路的進氣量實現調節透平的進氣量；所述第二PID控制單元用于通過控制閥門KV301和閥門KV302的開啟和關閉，調節臨界二氧化碳發電系統的容積，本發明專利技術解決了現有單一使用旁路來調節透平進氣導致系統低效、造成浪費的問題。造成浪費的問題。造成浪費的問題。

【技術實現步驟摘要】
超臨界二氧化碳發電系統的變負荷控制系統及方法


[0001]本專利技術涉及超臨界二氧化碳發電系統的控制
，具體涉及超臨界二氧化碳發電系統的變負荷控制系統及方法。

技術介紹

[0002]超臨界二氧化碳動力轉換技術具有系統簡化、效率高、體積小、易于實現模塊化建設等技術優勢，應用超臨界二氧化碳布雷頓循環實現發電是一種非常具有前景的發電技術。因其熱電轉換效率高、體積重量小、機動性好，應用到實際工程具有重要的意義，目前對于超臨界二氧化碳布雷頓循環的運行控制技術還有待研究和進一步驗證。其中，系統變負荷工況就是動力轉換系統控制中最常見也是最核心的控制要求。
[0003]變負荷的調整方法有多種，主要分為改變進氣流量和改變進氣溫度兩大類。改變透平進氣流量通常使用分方法是設置旁路，通過閥門開度來調節進氣。對于超臨界二氧化碳發電系統而言，單一的使用旁路來調節透平進氣，會使系統效率大大降低，大部分壓縮機耗功升壓后的工質會被旁路旁通，而沒有做有用功，此種調節方式的特點是快速，但低效，尤其是在大幅度變負荷的情況下，造成嚴重浪費。
[0004]因此，有必要設計一種快速且高效的變負荷方法。

技術實現思路

[0005]本專利技術的目的在于提供超臨界二氧化碳發電系統的變負荷控制系統及方法，以解決現有單一使用旁路來調節透平進氣導致系統低效、造成浪費的問題。
[0006]本專利技術通過下述技術方案實現：超臨界二氧化碳發電系統的變負荷控制系統，包括儲罐、第一PID控制單元、第二PID控制單元和調節預判模塊；所述調節預判模塊用于接收變負荷指令，根據變負荷指令的大小選擇第一PID控制單元或第二PID控制單元進行變負荷控制；所述第一PID控制單元用于通過調節閥門PV202、閥門PV201、閥門PV101和閥門PV102的開度，調節透平旁路進氣量實現調節透平的進氣量；其中閥門PV201位于壓縮機與回熱器之間的管道上，閥門PV202位于壓縮機旁路上，閥門PV102位于透平旁路上，閥門PV101位于透平的主進氣管上；所述第二PID控制單元用于通過控制閥門KV301和閥門KV302的開啟和關閉，調節臨界二氧化碳發電系統的容積，其中，閥門KV301和閥門KV302分別位于儲罐的高密度側連接管上和低密度側連接管上；當啟動第二PID控制單元，采用儲罐中的高密度工質置換超臨界二氧化碳發電系統中的低密度工質或采用儲罐中的低密度工質置換超臨界二氧化碳發電系統中的高密度工質。
[0007]本專利技術所述超臨界二氧化碳發電系統包括但不僅限于超臨界二氧化碳單級布雷
頓循環，超臨界二氧化碳布雷頓循環的多種結構形式均可使用，如：再壓縮布雷頓循環、間冷/再熱布雷頓循環。
[0008]本專利技術也是基于改變系統流量的變負荷方式，且使本專利技術是采用透平旁路控制和系統容積變化相耦合的控制方法，具有高效、快速的特點，能夠大大提高系統的機動性。
[0009]進一步地，第一PID控制單元包括第一控制器、第一計算模塊和閥門狀態獲取模塊；所述第一計算模塊用于基于熱力計算獲得透平的進口壓力及閥門的進氣量；所述第一控制器與第一計算模塊、閥門狀態獲取模塊、閥門PV202、閥門PV201、閥門PV101和閥門PV102電連接，所述第一控制器根據閥門狀態獲取模塊獲取的閥門PV101和閥門PV102的狀態調節閥門PV202、閥門PV201、閥門PV101和閥門PV102的開度。
[0010]進一步地，第二PID控制單元包括第二控制器和第二計算模塊；所述第二計算模塊用于基于熱力計算獲得系統工質裝量變化的需求
?
m，所述第二控制器與第二計算模塊、閥門KV301和閥門KV302電連接，第二控制器根據需求
?
m控制閥門KV301和閥門KV302的開啟和關閉。
[0011]進一步地，儲罐通過低密度側連接管與透平和回熱器之間的管道連接，所述低密度側連接管上設置有閥門KV302，所述儲罐通過高密度側連接管與壓縮機與回熱器之間的管道連接，所述高密度側連接管上設置有閥門KV301。
[0012]進一步地，調節預判模塊內存儲有負荷變閾值20%FP，當負荷變化≤
±
20%FP時，啟動第一PID控制單元，采取透平旁路進氣量變化調節變負荷；當負荷變化＞
±
20%FP，啟動第二PID控制單元，采取系統容積變化調節變負荷。
[0013]基于上述變負荷控制系統的控制方法，包括以下步驟：S1、調節預判模塊接收變負荷指令，根據變負荷指令的大小選擇第一PID控制單元或第二PID控制單元進行變負荷控制；S2、第一PID控制單元通過調節閥門PV202、閥門PV201、閥門PV101和閥門PV102的開度，調節透平旁路進氣量實現調節透平的進氣量，通過增加或降低透平的進氣量實現超臨界二氧化碳發電系統的升負荷或降負荷；或；第二PID控制單元通過控制閥門KV301和閥門KV302的開啟和關閉，調節臨界二氧化碳發電系統的容積，通過采用儲罐中的高密度工質置換超臨界二氧化碳發電系統中的低密度工質實現升負荷，通過采用儲罐中的低密度工質置換超臨界二氧化碳發電系統中的高密度工質實現降負荷。
[0014]進一步地，采用第一PID控制單元實現升負荷的具體過程為：第一PID控制單元根據負荷變化量確定透平的進口壓力及閥門的進氣量，輸出調節信號給閥門PV101和閥門PV102，判斷閥門PV102是否在全關狀態、閥門PV101是否在全開狀態，若是，則信號會繼續傳遞給閥門PV201、閥門PV202，增大閥門PV201的開度，減小閥門PV202的開度，以增大透平進口流量，適應系統升負荷的要求；若否，則增加閥門PV101開度的同時，關小閥門PV102的開度，直至透平前后壓差及進氣流量滿足升負荷要求。
[0015]進一步地，步驟S2中，采用第一PID控制單元實現降負荷的過程為：第一PID控制單元根據負荷變化量確定透平的進口壓力及閥門的進氣量，輸出調節信號給閥門PV201和閥門PV202，減小閥門PV201開度的同時，增大閥門PV202的開度，降低
透平入口壓力，若調節閥門PV201、閥門 PV202仍不能滿足負荷下降的速度；則信號會繼續傳遞給閥門PV102和閥門PV101，減小閥門PV101的開度，增大PV102開度，以減小透平進口流量，適應系統降負荷的要求。
[0016]進一步地，透平的進口壓力及閥門的進氣的計算過程為：第一PID控制單元根據負荷變化量，通過熱力計算得出所需透平前后壓差vPDT，通過計算透平前后壓差測量值PDT101和熱力計算所需壓差vPDT二者之間的差值，確定透平進口壓力及閥門的進氣量。
[0017]進一步地，采用第二PID控制單元實現降負荷的具體過程為：第二PID控制單元根據負荷變化量確定系統工質裝量變化的需求
?
m，輸出調節信號給閥門KV301和閥門KV302，打開KV301閥門，使高密度工質注入儲罐，打開KV302閥門，將儲罐中低密度工質排進超臨界二氧化碳回路，實現高低密度工質的置換，適應系統降負本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.超臨界二氧化碳發電系統的變負荷控制系統，其特征在于，包括儲罐（8）、第一PID控制單元、第二PID控制單元和調節預判模塊；所述調節預判模塊用于接收變負荷指令，根據變負荷指令的大小選擇第一PID控制單元或第二PID控制單元進行變負荷控制；所述第一PID控制單元用于通過調節閥門PV202、閥門PV201、閥門PV101和閥門PV102的開度，調節透平旁路（6）進氣量實現調節透平（2）的進氣量；其中閥門PV201位于壓縮機（5）與回熱器（3）之間的管道上，閥門PV202位于壓縮機旁路（7）上，閥門PV102位于透平旁路（6）上，閥門PV101位于透平（2）的主進氣管上；所述第二PID控制單元用于通過控制閥門KV301和閥門KV302的開啟和關閉，調節臨界二氧化碳發電系統的容積，其中，閥門KV301和閥門KV302分別位于儲罐（8）的高密度側連接管上和低密度側連接管上；當啟動第二PID控制單元，采用儲罐（8）中的高密度工質置換超臨界二氧化碳發電系統中的低密度工質或采用儲罐（8）中的低密度工質置換超臨界二氧化碳發電系統中的高密度工質。2.根據權利要求1所述的超臨界二氧化碳發電系統的變負荷控制系統，其特征在于，所述第一PID控制單元包括第一控制器、第一計算模塊和閥門狀態獲取模塊；所述第一計算模塊用于基于熱力計算獲得透平（2）的進口壓力及閥門的進氣量；所述第一控制器與第一計算模塊、閥門狀態獲取模塊、閥門PV202、閥門PV201、閥門PV101和閥門PV102電連接，所述第一控制器根據閥門狀態獲取模塊獲取的閥門PV101和閥門PV102的狀態調節閥門PV202、閥門PV201、閥門PV101和閥門PV102的開度。3.根據權利要求1所述的超臨界二氧化碳發電系統的變負荷控制系統，其特征在于，所述第二PID控制單元包括第二控制器和第二計算模塊；所述第二計算模塊用于基于熱力計算獲得系統工質裝量變化的需求
?
m，所述第二控制器與第二計算模塊、閥門KV301和閥門KV302電連接，第二控制器根據需求
?
m控制閥門KV301和閥門KV302的開啟和關閉。4.根據權利要求1所述的超臨界二氧化碳發電系統的變負荷控制系統，其特征在于，所述儲罐（8）通過低密度側連接管與透平（2）和回熱器（3）之間的管道連接，所述低密度側連接管上設置有閥門KV302，所述儲罐（8）通過高密度側連接管與壓縮機（5）與回熱器（3）之間的管道連接，所述高密度側連接管上設置有閥門KV301。5.根據權利要求1
?
4任一項所述的超臨界二氧化碳發電系統的變負荷控制系統，其特征在于，所述調節預判模塊內存儲有負荷變閾值20%FP，當負荷變化≤
±
20%FP時，啟動第一PID控制單元，采取透平旁路（6）進氣量變化調節變負荷；當負荷變化＞
±
20%FP，啟動第二PID控制單元，采取系統容積變化調節變負荷。6.基于權利要求1
?
5任一項所述的變負荷控制系統的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、調節預判模塊接收變負荷指令，根據變負荷指令的大小選擇第一PID控制單元或第二PID控制單元進行變負荷控制；S2、第一PID控制單元通過調節閥門PV202、閥門PV201、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉秀婷，黃彥平，昝元鋒，劉光旭，卓文彬，王廣義，
申請(專利權)人：中國核動力研究設計院，
類型：發明
國別省市：