CN106766271B - 一种用于太阳能集热发电的集热场镜场出口温度控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于太阳能集热发电的集热场镜场出口温度控制方法，将前馈DNI、集热场入口温度引入系统，通过前馈补偿的方式及时对流量进行补偿，当前馈DNI、集热场入口温度发生变化时，通过前馈环节立即算出适当的流量补偿值并叠加到温度控制器的输出端，并通过流量控制器及时调整泵速对前馈DNI、集热场入口温度的变化做出快速反应，而无需等到前馈DNI、集热场入口温度的影响反应到出口温度时才进行调整，通过该方法，能够有效的改善流量调整不及时而造成的各种问题。

Description

一种用于太阳能集热发电的集热场镜场出口温度控制方法
技术领域
本发明涉及太阳能光热发电技术领域，具体为一种用于太阳能集热发电的集热场镜场出口温度控制方法。
背景技术
太阳能热发电是一种可集中进行规模化发电的清洁能源方式。槽式系统是目前太阳能集热发电方式当中，技术成熟度和商业化验证度最高的。太阳能热发电所需要的热源全部来自于太阳光照，而太阳光照在一天内各个时间点的光照强度存在很大差异，由于太阳能光热发电系统启停过程长，步骤繁琐，代价较大。
当光照情况适中时，需要通过集热场流量调节来控制集热场导热油的出口温度，保证换热器具有较高的工作效率。而随着光照强度的降低，通过调整循环泵泵速从而实现流量调节来控制导热油出口温度恒定，而此时如何保证在DNI发生变化、入口温度发生变化时能及时调整导热油流量从而精确控制导热油出口温度是一个技术难关，有待解决。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种用于太阳能集热发电的集热场镜场出口温度控制方法，通过该方法，能够有效的改善流量调整不及时而造成的各种问题，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于太阳能集热发电的集热场镜场出口温度控制方法，将前馈DNI、集热场入口温度引入系统，通过前馈补偿的方式及时对流量进行补偿，当前馈DNI、集热场入口温度发生变化时，通过前馈环节立即算出适当的流量补偿值并叠加到温度控制器的输出端，并通过流量控制器及时调整泵速对前馈DNI、集热场入口温度的变化做出快速反应，而无需等到前馈DNI、集热场入口温度的影响反应到出口温度时才进行调整。
优选的，将辐照仪的DNI数据、流量数据、以及回路进出口温度数据接入控制回路中的上位控制器中，通过上位软件对以上各参数进行直接处理。
优选的， 建立流量与出口温度间的数学模型，根据该模型整定PID参数，保证DNI和入口温度尽量稳定，通过手动调节导热油流量进行出口温度阶跃测试，采集出口温度的变化曲线。
优选的，建立DNI与出口温度间的数学模型，根据该模型整定PID参数，保证前馈参数入口温度和导热油流量不变，在天气适宜的情况下，当DNI发生阶跃变化后，采集出口温度变化曲线。
优选的，如果天气适宜的情况下，则需要采集多次采集DNI阶跃变化对出口温度的影响并多次采集出口温度变化曲线。
优选的，建立入口温度与出口温度间的数学模型，根据该模型整定前馈PID参数，保证DNI和流量稳定，手动调节入口温度发生阶跃变化，采集出口温度的变化曲线。
优选的，通过建立各个参数之间的数学模型，对回路温度控制的基础而建立了三种前馈补偿策略：
（1）出口温度-流量PID：通过设定的出口温度对回路流量进行直接整定，通过PID调节，整定出不同设定温度下对应的回路流量；
（2）流量-循环泵速PID：导热油的特性因温度变化而变化，且循环泵转速与导热油流量不遵循相似定律，故建立内环控制，该控制通过设定的流量大小对循环泵速进行直接整定，从而得到稳定的流量输出。通过直接控制循环泵输出的方式进行控制，通过设定的流量大小对循环泵速进行直接整定，从而得到稳定的流量输出；
（3）入口温度-空冷器输出PID：通过设定的入口温度对空冷器输出进行直接整定，通过PID调节，整定出不同设定温度下对应的空冷器输出。
优选的，为提高系统的控制性能以及响应速度，有效的减小回路的温度波动，建立的以下三种控制前馈补偿：
（1）DNI变化补偿：将DNI的变化通过一定的增益后直接作用回路流量中，该公式为：△流量=（△DNI+偏置）*增益；
（2）入口温度变化补偿：将入口温度的变化通过一定增益后直接作用回路流量中，该公式为：△流量=（△入口温度+偏置）*增益；
（3）流量手动修正补偿：用于出现超温等异常情况下使用，需手动及时改变回路流量，整个回路的控制补偿公式为：
△流量MV=（△入口温度+偏置）*增益+（△DNI+偏置）*增益
与现有技术相比，本发明的有益效果是：针对目前DNI发生变化而导热油流量无法及时调整的问题，提出将DNI、镜场入口温度引入系统，通过前馈的方式及时对流量进行补偿,这样当DNI、回路入口温度发生变化时，通过前馈环节立即算出适当的流量补偿值并叠加到上位控制器的输出端，进而及时调整泵速对DNI、回路入口温度的变化做出快速反应，而无需等到DNI的影响反应到出口温度时才进行调整,这将有效的改善流量调整不及时而造成的各种问题。
附图说明
图1为本发明原理框图；
图2为本发明前馈补偿策略示意图；
图3为本发明实施例中内蒙试验基地硅油系统运行数据曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下以单个回路为例进行描述，该控制方法同时适用单个回路出口温度的控制，同时也适用于整个集热场的出口温度控制。
实施例：
请参阅图1，针对目前DNI发生变化而导热油流量无法及时调整的问题,本发明提供一种技术方案：一种用于太阳能集热发电的集热场镜场出口温度控制方法，将前馈DNI、集热场入口温度引入系统，通过前馈补偿的方式及时对流量进行补偿，当前馈DNI、集热场入口温度发生变化时，通过前馈环节立即算出适当的流量补偿值并叠加到温度控制器的输出端，并通过流量控制器及时调整泵速对前馈DNI、集热场入口温度的变化做出快速反应，而无需等到前馈DNI、集热场入口温度的影响反应到出口温度时才进行调整；
根据该控制策略，将辐照仪的DNI数据、流量数据、以及回路进出口温度数据接入控制回路中的上位控制器中，通过上位软件对以上各参数进行直接处理。
同时，我们对回路进行数据测试，一共分以下三个阶段进行：
1、PID整定：建立流量与出口温度间的数学模型，根据该模型整定PID参数，保证DNI和入口温度尽量稳定，通过手动调节导热油流量进行出口温度阶跃测试，采集出口温度的变化曲线。
2.前馈控制引入：
DNI前馈：建立DNI与出口温度间的数学模型，根据该模型整定PID参数，保证前馈参数入口温度和导热油流量不变，在天气适宜的情况下，当DNI发生阶跃变化后，采集出口温度变化曲线。如果天气适宜的情况下，则需要采集多次采集DNI阶跃变化对出口温度的影响并多次采集出口温度变化曲线。
3.入口温度前馈：
建立入口温度与出口温度间的数学模型，根据该模型整定前馈PID参数，保证DNI和流量稳定，手动调节入口温度发生阶跃变化，采集出口温度的变化曲线。
通过建立各个参数之间的数学模型，我们根据模型建立了以下前馈补偿策略，如下图2所示。
根据之前提出的控制原理，我们建立了以下控制以及补偿：
（1）出口温度-流量PID（外环控制）：通过设定的出口温度对回路流量进行直接整定，通过PID调节，整定出不同设定温度下对应的回路流量；
（2）流量-循环泵速PID（内环控制）：导热油的特性因温度变化而变化，且循环泵转速与导热油流量不遵循相似定律，故建立内环控制，该控制通过设定的流量大小对循环泵速进行直接整定，从而得到稳定的流量输出；我们建立该内环控制，该控制通过设定的流量大小对循环泵速进行直接整定，从而得到稳定的流量输出。
（3）入口温度-空冷器输出PID：通过设定的入口温度对空冷器输出进行直接整定，通过PID调节，整定出不同设定温度下对应的空冷器输出，该调节与流量-循环泵速PID类似，其目的都在于得到稳定的入口温度。
以上3个控制方式主要是对回路温度控制的基础设定，为了能够更多的提高系统的控制性能，提高响应速度，有效的减小回路的温度波动，我们建立的以下控制前馈补偿（前馈引入）：
我们将补偿设定为2种模式，1为输入补偿，即将补偿直接作用于设定值（SV），2为输出补偿，即将补偿直接作用于输出值（MV），目前我们采用输出补偿，即将前馈的变化补偿通过模型直接作用于流量变化；
（4）DNI变化补偿：我们将DNI的变化通过一定的增益后直接作用回路流量中，该公式为：
△流量=（△DNI+偏置）*增益（目前偏置系数设置为0，增益系数如图2所示）。
（5）入口温度变化补偿：我们将入口温度的变化通过一定增益后直接作用回路流量中，该公式为：△流量=（△入口温度+偏置）*增益（目前偏置系数设置为0，增益系数如图2所示）。
（6）流量手动修正：该功能用于出现超温等异常情况下使用，需手动及时改变回路流量，目前该补偿置于OFF档，所以目前整个回路的控制大致补偿公式为：
△流量MV=（△入口温度+偏置）*增益+（△DNI+偏置）*增益。
目前该控制策略已逐渐成效，图3为系统运行的温度等参数历史曲线：
其中：
绿色：回路入口温度；
红色：回路出口温度；
蓝色：流量；
灰色：DNI直接辐射。
目前，通过以上调试后，内蒙基地的控温效果有显著提高，在不出现大幅度的降温，以及系统掉温的情况下，基本能维持系统温度稳定在420℃，温差在±5℃之间。如图3，早上10点左右DNI出现短暂波动，系统温度波动在±3℃之间，控温精度可以达到较好效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于太阳能集热发电的集热场镜场出口温度控制方法，将前馈DNI、集热场入口温度引入系统，通过前馈补偿的方式及时对流量进行补偿，当前馈DNI、集热场入口温度发生变化时，通过前馈环节立即算出适当的流量补偿值并叠加到温度控制器的输出端，并通过流量控制器及时调整泵速对前馈DNI、集热场入口温度的变化做出快速反应，而无需等到前馈DNI、集热场入口温度的影响反应到出口温度时才进行调整；其特征在于，
通过建立各个参数之间的数学模型，对回路温度控制的基础而建立了三种前馈补偿策略： （1）出口温度-流量PID：通过设定的出口温度对回路流量进行直接整定，通过PID调节，整定出不同设定温度下对应的回路流量； （2）流量-循环泵速PID：导热油的特性因温度变化而变化，且循环泵转速与导热油流量不遵循相似定律，故建立内环控制，该控制通过设定的流量大小对循环泵速进行直接整定，从而得到稳定的流量输出，通过直接控制循环泵输出的方式进行控制，通过设定的流量大小对循环泵速进行直接整定，从而得到稳定的流量输出； （3）入口温度-空冷器输出PID：通过设定的入口温度对空冷器输出进行直接整定，通过PID调节，整定出不同设定温度下对应的空冷器输出。
2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能集热发电的集热场镜场出口温度控制方法，其特征在于：首先将辐照仪的DNI数据、流量数据、以及回路进出口温度数据接入控制回路中的上位控制器中，通过上位软件对以上各参数进行直接处理。
3.根据权利要求1所述的一种用于太阳能集热发电的集热场镜场出口温度控制方法，其特征在于：建立流量与出口温度间的数学模型，根据该模型整定PID参数，保证DNI和入口温度尽量稳定，通过手动调节导热油流量进行出口温度阶跃测试，采集出口温度的变化曲线。
4.根据权利要求1所述的一种用于太阳能集热发电的集热场镜场出口温度控制方法，其特征在于：建立DNI与出口温度间的数学模型，根据该模型整定PID参数，保证前馈参数入口温度和导热油流量不变，在天气适宜的情况下，当DNI发生阶跃变化后，采集出口温度变化曲线。
5.根据权利要求3所述的一种用于太阳能集热发电的集热场镜场出口温度控制方法，其特征在于：如果天气适宜的情况下，则需要采集多次采集DNI阶跃变化对出口温度的影响并多次采集出口温度变化曲线。
6.根据权利要求1所述的一种用于太阳能集热发电的集热场镜场出口温度控制方法，其特征在于：建立入口温度与出口温度间的数学模型，根据该模型整定前馈PID参数，保证DNI和流量稳定，手动调节入口温度发生阶跃变化，采集出口温度的变化曲线。
7.根据权利要求1所述的一种用于太阳能集热发电的集热场镜场出口温度控制方法,其特征在于：为提高系统的控制性能以及响应速度，有效的减小回路的温度波动，建立的以下三种控制前馈补偿： （1）DNI变化补偿：将DNI的变化通过一定的增益后直接作用回路流量中，该公式为：△流量=（△DNI+偏置）*增益； （2）入口温度变化补偿：将入口温度的变化通过一定增益后直接作用回路流量中，该公式为：△流量=（△入口温度+偏置）*增益； （3）流量手动修正补偿：用于出现超温等异常情况下使用，需手动及时改变回路流量，整个回路的控制补偿公式为： △流量MV=（△入口温度+偏置）*增益+（△DNI+偏置）*增益。
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