CN117662265A - 一种orc发电过程中温度稳定调节方法及系统 - Google Patents
一种orc发电过程中温度稳定调节方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117662265A CN117662265A CN202410010833.XA CN202410010833A CN117662265A CN 117662265 A CN117662265 A CN 117662265A CN 202410010833 A CN202410010833 A CN 202410010833A CN 117662265 A CN117662265 A CN 117662265A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat source
- time point
- temperature
- evaporator
- current time
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 134
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 29
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 20
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 15
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 14
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 13
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 12
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 3
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 4
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 2
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000003827 upregulation Effects 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
本发明涉及温度控制技术领域，具体涉及一种ORC发电过程中温度稳定调节方法及系统，通过获取当前时间点之前的各个邻近历史时间点对应的热源温度值，以及当前时间点的蒸发器温度，从而确定各个邻近历史时间点对应的热源温度波动程度和热源温度变化量，进而确定当前时间点对应的受热源影响蒸发器温度变化幅值；根据受热源影响蒸发器温度变化幅值，以及主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量之间的关系，对当前时间点的蒸发器温度控制调节系数进行调整。本发明通过对蒸发器温度控制调节系数进行自适应调整，提高了蒸发器温度的控制稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及温度控制技术领域，具体涉及一种ORC发电过程中温度稳定调节方法及系统。
背景技术
有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，ORC)系统是一种通过回收废热并将其转换为电能的技术，该系统通常用于从工业过程、发电厂或其他热源中回收废热，并利用该废热来驱动发电机产生电力。该系统主要由低温热源、蒸发器、冷凝器、透平机等部件组成，其对应的结构示意图如图1所示。其中，低温热源通常指的是从工业生产活动中产生的带有余热的废气、废水等，也可以是太阳能集热器、地热资源等一些可回收的热源，低温热源提供热能，用于驱动ORC系统。蒸发器负责将液态有机工质转化为气态，吸收低温热源提供的热量。
在ORC系统中，温度的稳定控制对确保系统性能至关重要。传统的PID控制器广泛用于调节蒸发器温度，以确保系统在不同工况下的稳定运行。然而，由于ORC系统中蒸发器的热量来源是低温热源，而低温热源受到工业生产环境的影响，其自身的温度存在一定程度的变化，这就导致传统PID温度控制在进行控制的同时，蒸发器温度还存在一个自身的温度变化，导致传统PID温度调节常常出现欠调或者过调现象，温度控制效果差，从而影响ORC系统的发电效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种ORC发电过程中温度稳定调节方法及系统，用于解决现有ORC系统中温度调节不准确的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种ORC发电过程中温度稳定调节方法，包括以下步骤：
获取当前时间点之前的各个邻近历史时间点对应的热源温度值，以及当前时间点的蒸发器温度，根据所述热源温度值的大小分布，确定各个邻近历史时间点对应的热源温度波动程度，并根据每个邻近历史时间点与其后一个邻近历史时间点之间的所述热源温度值的差异，确定各个邻近历史时间点对应的热源温度变化量；
根据蒸发器和热源的热量交换响应时间，在各个邻近历史时间点中确定当前时间点对应的主热源影响时间点和至少一个副热源影响时间点；
将所述主热源影响时间点和所述副热源影响时间点均作为一个参考热源影响时间点，根据每个参考热源影响时间点对应的热源温度变化量、每个参考热源影响时间点与其后一个邻近历史时间点之间的热源温度波动程度的差异，以及每个参考热源影响时间点对应的热源温度值与当前时间点的蒸发器温度之间的差异，确定每个参考热源影响时间点对应的蒸发器温度幅值变化指标；
根据每个参考热源影响时间点对应的蒸发器温度幅值变化指标和热源温度波动程度，以及每个参考热源影响时间点与当前时间点的时间间隔，确定当前时间点对应的受热源影响蒸发器温度变化幅值；
根据所述受热源影响蒸发器温度变化幅值，以及主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量之间的关系，对当前时间点的蒸发器温度控制调节系数进行调整。
进一步的，确定每个参考热源影响时间点对应的蒸发器温度幅值变化指标，对应的计算公式为：
其中，f(i,Zk)表示参考热源影响时间点i对应的蒸发器温度幅值变化指标；ΔTi表示参考热源影响时间点i对应的热源温度变化量；W表示热交换常数；Ti表示参考热源影响时间点i对应的热源温度值；Zk表示当前时间点k的蒸发器温度；ERi表示参考热源影响时间点i对应的热源温度波动程度；ERi+Δi表示参考热源影响时间点i的后一个邻近历史时间点i+Δi的热源温度波动程度；Δi表示温度采样时间间隔；tanh()表示双正切函数。
进一步的，在各个邻近历史时间点中确定当前时间点对应的主热源影响时间点和至少一个副热源影响时间点，包括：
确定当前时间点与所述热量交换响应时间的差值，将各个邻近历史时间点中距离所述差值最近的邻近历史时间点，作为当前时间点对应的主热源影响时间点，并将当前时间点对应的主热源影响时间点前后各设定数目个邻近历史时间点，作为当前时间点对应的副热源影响时间点。
进一步的，确定当前时间点对应的受热源影响蒸发器温度变化幅值，对应的计算公式为：
其中，DoZk表示当前时间点k对应的受热源影响蒸发器温度变化幅值；ERi表示参考热源影响时间点i对应的热源温度波动程度；f(i,Zk)表示参考热源影响时间点i对应的蒸发器温度幅值变化指标；Zk表示当前时间点k的蒸发器温度；t0表示蒸发器和热源的热量交换响应时间；n表示设定数目；Δi表示温度采样时间间隔；c表示正常数；Norm()表示归一化函数；||表示取绝对值符号；exp()表示以自然常数e为底数的指数函数。
进一步的，对当前时间点的蒸发器温度控制调节系数进行调整，包括：
若主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量的正负号相同，则调小当前时间点的蒸发器温度控制调节系数，且所述受热源影响蒸发器温度变化幅值的取值越大，调小的幅度越大；
若主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量的正负号不相同，则调大当前时间点的蒸发器温度控制调节系数，且所述受热源影响蒸发器温度变化幅值的取值越大，调大的幅度越大。
进一步的，对当前时间点的蒸发器温度控制调节系数进行调整，对应的计算公式为：
其中，K′k表示当前时间点k的调整后的蒸发器温度控制调节系数；Kk表示当前时间点k的调整前的蒸发器温度控制调节系数；DoZk表示当前时间点k对应的受热源影响蒸发器温度变化幅值；Norm()表示归一化函数；Y表示主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量的正负号相同标记；Y＝1表示主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量的正负号相同；Y＝0表示主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量的正负号不相同；exp()表示以自然常数e为底数的指数函数；||表示取绝对值符号。
进一步的，确定各个邻近历史时间点对应的热源温度波动程度，包括：
对各个邻近历史时间点对应的热源温度值进行滤波平滑处理，确定各个邻近历史时间点对应的平滑热源温度值；
计算各个邻近历史时间点对应的热源温度值和平滑热源温度值的差值绝对值，得到各个邻近历史时间点对应的热源温度变化值；
对各个邻近历史时间点对应的热源温度变化值进行高斯滤波，将各个邻近历史时间点对应的高斯滤波值，确定为各个邻近历史时间点对应的热源温度波动程度。
进一步的，确定各个邻近历史时间点对应的热源温度变化量，包括：
计算每个邻近历史时间点的所述平滑热源温度值与其后一个邻近历史时间点的所述平滑热源温度值的差值，将得到的差值作为每个邻近历史时间点对应的热源温度变化量。
进一步的，所述蒸发器温度控制调节系数为蒸发器温度PID控制中比例调节的调节系数。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种ORC发电过程中温度稳定调节系统，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的计算机程序代码，以实现如上述任一项所述的一种ORC发电过程中温度稳定调节方法的步骤。
本发明具有如下有益效果：通过获取当前时间点之前的各个邻近历史时间点对应的热源温度值，通过对这些温度值的波动情况进行评估，以对每个邻近历史时间点的热源内部的热量分布不均匀程度进行衡量，从而可以确定各个邻近历史时间点对应的热源温度波动程度。通过计算每个邻近历史时间点与其后一个邻近历史时间点之间的所述热源温度值的差异，对每个邻近历史时间点的热源温度即将发生的变化量进行衡量，从而确定各个邻近历史时间点对应的热源温度变化量。由于热源温度采集点到蒸发器热量交换点存在一定的距离，即蒸发器和热源之间存在热量交换响应时间，因此可以根据该热量交换响应时间确定理论上影响当前时间点的蒸发器温度的主热源影响时间点，而由于热源温度对蒸发器温度的响应时间存在一定的波动性，因此还需要确定主热源影响时间点附近的几个影响当前时间点的蒸发器温度的副热源影响时间点。由于热源温度波动程度反映了热源内部的热量分布均匀程度，而该热量分布均匀程度影响了热源温度与蒸发器的温度变化幅度对应关系。同时，热源温度变化量通常影响着蒸发器温度的变化，且蒸发器温度变化情况与该热源温度变化量保持正相关关系，且热源和蒸发器之间的温度差也影响着蒸发器温度变化情况，因此，根据每个参考热源影响时间点对应的热源温度变化量、每个影响时间点与其后一个邻近历史时间点之间的热源温度波动程度的差异，以及每个参考热源影响时间点对应的热源温度值与当前时间点的蒸发器温度之间的差异，来推测主热源影响时间点和副热源影响时间点对蒸发器温度幅值变化情况，从而得到对应的蒸发器温度幅值变化指标。接着，根据每个参考热源影响时间点对应的蒸发器温度幅值变化指标和热源温度波动程度，同时结合每个影响时间点与当前时间点的时间间隔也同样影响着参考热源影响时间点的热源温度值对当前时间点的蒸发器温度影响情况，确定当前时间点对应的受热源影响蒸发器温度变化幅值。最后，根据主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量之间的关系，根据所确定的受热源影响蒸发器温度变化幅值，对当前时间点的蒸发器温度控制调节系数进行自适应调整，避免出现欠调或者过调现象，从而提高当前时间点的蒸发器温度控制的准确性。本发明通过热源的温度变化对蒸发器的温度变化进行推测，从而对ORC系统中蒸发器温度控制调节系数进行自适应改进，提高了蒸发器温度的稳定性，进而提高了ORC发电系统的工作稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为现有技术中ORC系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的ORC发电过程中温度稳定调节方法的流程图。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的技术方案的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。另外，本文所涉及公式中的所有参数或者指标均为归一化之后的消除了量纲影响的数值。
针对现有ORC系统中温度控制不准确的问题，本实施例提供了一种ORC发电过程中温度稳定调节方法，该方法对应的流程图如图2所示，包括以下步骤：
步骤S1：获取当前时间点之前的各个邻近历史时间点对应的热源温度值，以及当前时间点的蒸发器温度，根据所述热源温度值的大小分布，确定各个邻近历史时间点对应的热源温度波动程度，并根据每个邻近历史时间点与其后一个邻近历史时间点之间的所述热源温度值的差异，确定各个邻近历史时间点对应的热源温度变化量。
在工业生产环境中，由于工业的生产环境、设备运行状态会根据需求变化，这就导致热源的温度也会随之发生变化。另外，由于热源是蒸发器的主要热量来源，这就导致蒸发器的温度会随着热源温度的变化而变化，从而造成蒸发器自身的温度变化，影响PID控制以及ORC系统的发电效率。由于蒸发器温度主要受热源温度的影响，而蒸发器的温度监测点和热源的温度监测点之间存在一定距离，这就导致蒸发器的温度变化相对于热源的温度变化存在滞后性，此时可以通过热源温度的变化对蒸发器温度变化进行一定程度的预测从而对PID控制进行调节。
由于蒸发器温度受到热源温度的影响，要想对蒸发器温度的PID控制进行调节，首先需要获取热源温度的变化情况，并通过热源温度的变化对蒸发器自身的温度变化进行判断。为了实现这一目的，首先需要确定热源温度变化的方向、热源变化与蒸发器变化的程度的对应关系以及响应时间等。
为了确定热源温度变化的方向、热源变化与蒸发器变化的程度的对应关系以及响应时间，并实现对蒸发器温度的PID控制的调节，在ORC系统中蒸发器内部安装温度传感器，以对蒸发器温度进行采集，并在低温热源输入口安装温度传感器，以对热源温度进行采集。蒸发器内部安装的温度传感器和低温热源输入口安装的温度传感器对蒸发器温度和热源温度进行同步采集，采集间隔为0.5s，将每个采集时刻作为一个时间点，从而可以得到每个时间点的热源温度值和蒸发器温度。将当前时间点之前的最邻近的设定数量个历史时间点作为各个邻近历史时间点，各个邻近历史时间点中包括当前时间点，从而可以得到当前时间点之前的各个邻近历史时间点对应的热源温度值。设定数量的大小可以根据后续数据分析的需要进行合理设定，此处不做限定。
考虑到热源内部温度存在差异性，而热源内部的温度差异往往是局部的温度差异，主要体现在局部温度的波动性上，为了避免热源温度波动对热源整体温度判断造成影响，首先需要对热源温度数据进行滤波降噪处理，也就是滤波平滑处理，从而得到各个邻近历史时间点对应的平滑热源温度值，并将平滑热源温度值作为各个邻近历史时间点消除噪声影响的对应的最终的热源温度值。本实施例在进行滤波降噪处理时，按照各个邻近历史时间点从前往后的顺序，对各个邻近历史时间点对应的热源温度值进行排序，从而得到一个热源温度值序列。然后使用均值滤波算法，均值滤波算法的滤波核大小为5，对热源温度值序列进行滤波操作，从而得到热源温度值序列中每个热源温度值对应的滤波值，该滤波值即为热源温度值序列中每个热源温度值的邻近历史时间点对应的平滑热源温度值。然后计算每个邻近历史时间点对应的热源温度值和平滑热源温度值的差值绝对值，将该差值绝对值确定为各个邻近历史时间点对应的热源温度变化值。对各个邻近历史时间点对应的热源温度变化值进行高斯滤波，将各个邻近历史时间点对应的高斯滤波值，确定为各个邻近历史时间点对应的热源温度波动程度。由于在确定每个邻近历史时间点对应的热源温度波动程度的过程中，还参考了其周围的多个邻近历史时间点对应的热源温度变化值，而热源温度变化值反映了热源温度的变化情况，因此该热源温度波动程度反映了热源内部的热量分布不均匀程度。对于任意一个邻近历史时间点j，将其对应的热源温度值记为Qj，将其对应的平滑热源温度值记为Tj，将其对应的热源温度变化值记为Rj，此时Rj＝|Qj-Tj|，将其对应的热源温度波动程度记为ERj。
热源温度变化的方向指的是热源自身温度的变化趋势方向，根据每个邻近历史时间点与其后一个邻近历史时间点之间的热源温度值的差异，可以确定各个邻近历史时间点对应的热源温度变化量，该热源温度变化量的正负符号即可表示热源温度变化的方向。对于每个邻近历史时间点，计算该邻近历史时间点的后一个邻近历史时间点的热源温度值与该邻近历史时间点的热源温度值的差值，将得到的差值作为该邻近历史时间点对应的热源温度变化量，对应的计算公式为：
ΔTj＝Tj+Δi-Tj；
其中，ΔTj表示邻近历史时间点j对应的热源温度变化量；Tj表示邻近历史时间点j的热源温度值，也就是邻近历史时间点j的平滑热源温度值；Tj+Δi表示邻近历史时间点j的后一个邻近历史时间点Tj+Δi的热源温度值，也就是邻近历史时间点j的后一个邻近历史时间点Tj+Δi的平滑热源温度值；Δi表示温度采样时间间隔，在本实施例中，Δi＝0.5。
对于上述的邻近历史时间点j对应的热源温度变化量ΔTj，当ΔTj的取值为正时，则说明邻近历史时间点j的热源温度向上变化，当ΔTj的取值为负时，则说明邻近历史时间点j的热源温度向下变化。如果邻近历史时间点j的热源温度变化方向和对应时间点的蒸发器温度的PID控制中比例调节的调节系数的调节量的方向一致，那么说明蒸发器自身变化和PID控制的效果重叠，需要降低PID控制中比例调节的调节系数，从而避免出现过度调节；如果方向不一致，那么说明蒸发器会出现反方向的温度变化，此时PID控制中的比例调节的效果被稀释，此时PID控制中比例调节的调节系数应该上升，从而应对蒸发器的温度变化。
应当理解的是，对于最后一个邻近历史时间点，由于其后面不存在后一个邻近历史时间点，且后面在进行数据分析的过程中也并不会使用到该最后一个邻近历史时间点的热源温度变化量，此时则无需计算该最后一个邻近历史时间点的热源温度变化量。
步骤S2：根据蒸发器和热源的热量交换响应时间，在各个邻近历史时间点中确定当前时间点对应的主热源影响时间点和至少一个副热源影响时间点。
在OPRC系统中，通常热源的热传输介质(通常是水)的流速v在短时间内是固定的，该流速v可以通过在热源输入口设置流量传感器测量得到，且由于热源的温度采样点在热源输入口处，蒸发器的温度采样点位于蒸发器内部，因此蒸发器和热源的温度采样点之间的距离一定，这里蒸发器和热源的温度采样点之间的距离是指从热源的温度采样点到热源与蒸发器发生热交换的位置，热源的热传输介质所流动的距离，因此蒸发器和热源的整体响应时间即热量交换响应时间t0一定，整体响应时间t0可以通过热源的流速v以及两个采样点之间的路径距离d计算得到
在确定蒸发器和热源的整体响应时间t0之后，考虑到由于热源存在局部的流速差异，这就导致蒸发器和热源的各时间点的响应时间和整体响应时间t0存在差异，且热源一个时间点的温度往往不止影响一个时间点的蒸发器温度，具体关系为：热源的局部热量分布越均匀，那么局部流速和整体的流速越一致，那么该时间点j的热源温度对时间点j+t0的蒸发器温度影响越大，它的影响效应越集中，即对时间点j+t0周围的其他点蒸发器温度影响越小。因此对于蒸发器各时间点j的温度数据，获取整体响应时间t0下对应的热源温度时间点j-t0，通过统计可知，热源温度对蒸发器温度的响应时间波动范围为1s，此时蒸发器时间点j的温度数据，最多受到时间点j-t0为中心的5个热源温度数据的影响。
基于此，对于确定当前时间点k，确定当前时间点k与热量交换响应时间t0的差值，将各个邻近历史时间点中距离该差值最近的邻近历史时间点，作为当前时间点对应的主热源影响时间点。在本实施例中，当前时间点k与热量交换响应时间t0的差值k-t0即对应一个邻近历史时间点，因此直接将差值k-t0作为当前时间点k的主热源影响时间点。同时，将当前时间点k对应的主热源影响时间点k-t0前后各设定数目个邻近历史时间点，作为当前时间点对应的副热源影响时间点。这里的设定数目的取值为2。
步骤S3：将所述主热源影响时间点和所述副热源影响时间点均作为一个参考热源影响时间点，根据每个参考热源影响时间点对应的热源温度变化量、每个参考热源影响时间点与其后一个邻近历史时间点之间的热源温度波动程度的差异，以及每个参考热源影响时间点对应的热源温度值与当前时间点的蒸发器温度之间的差异，确定每个参考热源影响时间点对应的蒸发器温度幅值变化指标。
在ORC系统中，由于热交换效率以及其他原因，热源的热量并不会完全被吸收转化，且热源温度不同，对于热源热量的回收效率也不同，即热源温度传递给蒸发器的量不同，具体表现为：热源的温度数据的变化幅度和蒸发器的温度变化幅度存在差异，且热源温度以及蒸发器温度不同，热回收的效率也不同。
在ORC系统中，热源和蒸发器之间的热量交换效率主要与接触面积、热源的流速以及热源和蒸发器之间的温度差有关。其中，系统中的接触面积不变，热源的流速整体不变，但是由于热源局部的温度不稳定性，在热源内部会存在不同热量流体的“紊流”效果，会导致局部的流速差异，热源内部的热量分布越不均匀，局部的流速越大。热源内部的热量分布变化越大，局部的流速差异越大，由此热交换的效率差异越大，此时热源温度与蒸发器的温度变化幅度对应关系差异越大。同时蒸发器和热源的温度之间差异越大，热交换的效率越高。热交换的效率越高，那么相同程度的热源的温度变化程度会对应越大程度的蒸发器温度变化。另外，热源温度变化会直接影响到蒸发器的温度变化。
基于上述分析，为了确定热源温度变化与蒸发器温度变化幅度关系，将上述步骤所确定的主热源影响时间点和副热源影响时间点均作为一个参考热源影响时间点，并对每个参考热源影响时间点对应的热源温度变化量、每个参考热源影响时间点与其后一个邻近历史时间点之间的热源温度波动程度的差异，以及每个参考热源影响时间点对应的热源温度值与当前时间点的蒸发器温度之间的差异进行分析，确定每个参考热源影响时间点对应的蒸发器温度幅值变化指标，对应的计算公式为：
其中，f(i,Zk)表示参考热源影响时间点i对应的蒸发器温度幅值变化指标；ΔTi表示参考热源影响时间点i对应的热源温度变化量；W表示热交换常数，本实施例设置W＝0.5；Ti表示参考热源影响时间点i对应的热源温度值，也就是参考热源影响时间点i对应的平滑热源温度值；Zk表示当前时间点k的蒸发器温度；ERi表示参考热源影响时间点i对应的热源温度波动程度；ERi+Δi表示参考热源影响时间点i的后一个邻近历史时间点i+Δi的热源温度波动程度；Δi表示温度采样时间间隔；tanh()表示双正切函数。
在上述的蒸发器温度幅值变化指标的计算公式中，ΔTi表示参考热源影响时间点i对应的热源温度变化量，该热源温度变化量影响着蒸发器温度的变化，且蒸发器温度变化与该热源温度变化量保持正相关关系，因此该热源温度变化量与蒸发器温度幅值变化指标成正相关关系。Ti-Zk表示参考热源影响时间点i的热源温度与当前时间点k的蒸发器温度的温度差，该温度差越大，说明热源和蒸发器之间的温度差越大，那么此时热源的温度变化对应更大的蒸发器温度变化。ERi+Δi-ERi表示热源内部的热量分布不均匀程度的差异，该值越大，说明热源的热量分布更不均匀，热量交换更低，那么此时热源的温度变化会对应更小的蒸发器温度变化，使用tanh()函数进行归一化，考虑到tanh()函数的取值范围为(-1,1)，因此对tanh()函数的取值加1以避免其取值为0或者负数。
步骤S4：根据每个参考热源影响时间点对应的蒸发器温度幅值变化指标和热源温度波动程度，以及每个参考热源影响时间点与当前时间点的时间间隔，确定当前时间点对应的受热源影响蒸发器温度变化幅值。
在通过上述步骤确定每个参考热源影响时间点对应的蒸发器温度幅值变化指标之后，该蒸发器温度幅值变化指标反映了当前时间点的蒸发器的幅值变化程度，同时考虑到每个参考热源影响时间点对应的热源内部的热量分布不均匀程度，则反映着每个参考热源影响时间点对应的蒸发器温度幅值变化指标的偏差情况以及参考热源影响时间点的热源温度值对当前时间点的蒸发器温度影响情况，而每个参考热源影响时间点与当前时间点的时间间隔也同样影响着参考热源影响时间点的热源温度值对当前时间点的蒸发器温度影响情况，因此，需要结合每个参考热源影响时间点对应的蒸发器温度幅值变化指标和热源温度波动程度，以及每个参考热源影响时间点与当前时间点的时间间隔，确定当前时间点对应的受热源影响蒸发器温度变化幅值，对应的计算公式为：
其中，DoZk表示当前时间点k对应的受热源影响蒸发器温度变化幅值；ERi表示参考热源影响时间点i对应的热源温度波动程度；f(i,Zk)表示参考热源影响时间点i对应的蒸发器温度幅值变化指标；Zk表示当前时间点k的蒸发器温度；t0表示蒸发器和热源的热量交换响应时间；n表示设定数目；Δi表示温度采样时间间隔；c表示正常数；Norm()表示归一化函数；||表示取绝对值符号；exp()表示以自然常数e为底数的指数函数。
在上述的受热源影响蒸发器温度变化幅值的计算公式中，f(i,Zk)反映了当前时间点k的蒸发器温度Zk受到参考热源影响时间点i的热源温度值影响导致的温度变化幅度。|ERi|反映了热源在参考热源影响时间点i的热量分布不均匀程度，该值的绝对值越大，说明此时热源的热量分布越不集中，那么此时该时间点具体的响应时间和整体响应时间t0的偏差越大，那么此时f(i,Zk)的实际值越小，因此使用指数函数exp()对其进行负相关映射矫正逻辑。|k-t0-i|表示参考热源影响时间点i与当前时间点k通过整体响应时间计算的对应时间k-t0的时间距离，该值越大，说明参考热源影响时间点i越不符合整体响应时间，那么该时间点i的热源温度值对当前时间点k的蒸发器温度数据的影响越小。c表示一个正常数，本实施例设置c＝1，防止分母为0。在另外一方面，|ERi|越大，说明参考热源影响时间点i的热源温度值波动程度越大，反映了该参考热源影响时间点i的热源温度值对蒸发器的温度影响越分散，即对于整体响应时间周围的时间点的影响越大，此时应当对应增大该参考热源影响时间点i的热源温度值对当前时间点k的蒸发器温度数据的影响，从而最终准确得到当前时间点对应的受热源影响蒸发器温度变化幅值。
步骤S5：根据所述受热源影响蒸发器温度变化幅值，以及主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量之间的关系，对当前时间点的蒸发器温度控制调节系数进行调整。
上述已经确定了当前时间点的蒸发器由于热源温度变化导致的蒸发器自身温度的变化情况，那么可以结合蒸发器自身的温度变化对PID控制中比例调节的调节系数进行修正。当蒸发器自身温度变化和PID控制中比例调节的方向一致时，说明蒸发器自身温度变化和比例调节项的效果重叠，有可能导致过度调节，此时需要将比例调节的调节系数下调；反之则上调。
为实现这一目的，对蒸发器自身温度变化的方向和PID控制中比例调节的方向进行判断，对于当前时间点k的蒸发器温度，通过其响应时间对应的热源温度变化量也即主热源影响时间点对应的热源温度变化量的正负情况来表示当前时间点k的蒸发器温度变化的方向。然后获取当前时间点k的蒸发器温度和目标温度的误差ek，由于PID控制的温度调整方向和误差的方向是相反的，因此通过-ek表示PID控制中比例调节的方向，即蒸发器温度控制调节量的方向。然后将/>与-ek的正负情况进行比较，如果正负情况一致，即主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量的正负号相同，则主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量的正负号相同标记设Y＝1，否则设置Y＝0。
此时，对当前时间点的蒸发器温度控制调节系数进行调整，对应的计算公式为：
其中，K′k表示当前时间点k的调整后的蒸发器温度控制调节系数；Kk表示当前时间点k的调整前的蒸发器温度控制调节系数；DoZk表示当前时间点k对应的受热源影响蒸发器温度变化幅值；Norm()表示归一化函数；Y表示主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量的正负号相同标记；Y＝1表示主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量的正负号相同；Y＝0表示主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量的正负号不相同；exp()表示以自然常数e为底数的指数函数。
在上述的蒸发器温度控制调节系数的计算公式中，Y＝1说明蒸发器自身温度变化和PID控制中比例项温度调节方向一致，此时蒸发器自身温度变化和PID控制中比例项温度调节效果重叠，可能导致过度调节，因此需要将原始的PID控制中比例调节的调节系数Kk下调，且此时|DoZk|越大，Kk的调整幅度越大，使用指数函数exp()对其进行负相关映射矫正逻辑。Y＝0说明蒸发器自身温度变化和PID控制中比例项温度调节方向不一致，此时蒸发器自身温度变化和PID控制中比例项温度调节效果冲突，PID控制中比例项调节的效果被稀释，需要将PID控制中比例调节的调节系数Kk上调，此时|DoZk|越大，Kk的调整幅度越大，因此使用[1+Norm(|DoZk|)]与Kk相乘以在原来的比例项调节系数的基础上向上调节。
本实施例还提供了一种ORC发电过程中温度稳定调节系统，该系统包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的计算机指令，以实现如上述的一种ORC发电过程中温度稳定调节方法的步骤。由于该系统实际上是一种软系统，其重点和核心在于实现上述的一种ORC发电过程中温度稳定调节方法。由于该方法已经在上述内容中进行了详细介绍，此处对该系统不再进行赘述。
本发明通过采用自适应调节策略，通过热源的温度变化对蒸发器的温度变化进行推测，从而对ORC系统中蒸发器PID控制中比例调节的调节系数进行自适应改进，提高了蒸发器温度的稳定性，进而提高了ORC发电系统的工作稳定性。
需要说明的是：以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种ORC发电过程中温度稳定调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取当前时间点之前的各个邻近历史时间点对应的热源温度值，以及当前时间点的蒸发器温度，根据所述热源温度值的大小分布，确定各个邻近历史时间点对应的热源温度波动程度，并根据每个邻近历史时间点与其后一个邻近历史时间点之间的所述热源温度值的差异，确定各个邻近历史时间点对应的热源温度变化量；
根据蒸发器和热源的热量交换响应时间，在各个邻近历史时间点中确定当前时间点对应的主热源影响时间点和至少一个副热源影响时间点；
将所述主热源影响时间点和所述副热源影响时间点均作为一个参考热源影响时间点，根据每个参考热源影响时间点对应的热源温度变化量、每个参考热源影响时间点与其后一个邻近历史时间点之间的热源温度波动程度的差异，以及每个参考热源影响时间点对应的热源温度值与当前时间点的蒸发器温度之间的差异，确定每个参考热源影响时间点对应的蒸发器温度幅值变化指标；
根据每个参考热源影响时间点对应的蒸发器温度幅值变化指标和热源温度波动程度，以及每个参考热源影响时间点与当前时间点的时间间隔，确定当前时间点对应的受热源影响蒸发器温度变化幅值；
根据所述受热源影响蒸发器温度变化幅值，以及主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量之间的关系，对当前时间点的蒸发器温度控制调节系数进行调整。
2.根据权利要求1所述的一种ORC发电过程中温度稳定调节方法，其特征在于，确定每个参考热源影响时间点对应的蒸发器温度幅值变化指标，对应的计算公式为：
其中，f(i,Zk)表示参考热源影响时间点i对应的蒸发器温度幅值变化指标；ΔTi表示参考热源影响时间点i对应的热源温度变化量；W表示热交换常数；Ti表示参考热源影响时间点i对应的热源温度值；Zk表示当前时间点k的蒸发器温度；ERi表示参考热源影响时间点i对应的热源温度波动程度；ERi+Δi表示参考热源影响时间点i的后一个邻近历史时间点i+Δi的热源温度波动程度；Δi表示温度采样时间间隔；tanh()表示双正切函数。
3.根据权利要求1所述的一种ORC发电过程中温度稳定调节方法，其特征在于，在各个邻近历史时间点中确定当前时间点对应的主热源影响时间点和至少一个副热源影响时间点，包括：
确定当前时间点与所述热量交换响应时间的差值，将各个邻近历史时间点中距离所述差值最近的邻近历史时间点，作为当前时间点对应的主热源影响时间点，并将当前时间点对应的主热源影响时间点前后各设定数目个邻近历史时间点，作为当前时间点对应的副热源影响时间点。
4.根据权利要求3所述的一种ORC发电过程中温度稳定调节方法，其特征在于，确定当前时间点对应的受热源影响蒸发器温度变化幅值，对应的计算公式为：
其中，DoZk表示当前时间点k对应的受热源影响蒸发器温度变化幅值；ERi表示参考热源影响时间点i对应的热源温度波动程度；f(i,Zk)表示参考热源影响时间点i对应的蒸发器温度幅值变化指标；Zk表示当前时间点k的蒸发器温度；t0表示蒸发器和热源的热量交换响应时间；n表示设定数目；Δi表示温度采样时间间隔；c表示正常数；Norm()表示归一化函数；||表示取绝对值符号；exp()表示以自然常数e为底数的指数函数。
5.根据权利要求1所述的一种ORC发电过程中温度稳定调节方法，其特征在于，对当前时间点的蒸发器温度控制调节系数进行调整，包括：
若主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量的正负号相同，则调小当前时间点的蒸发器温度控制调节系数，且所述受热源影响蒸发器温度变化幅值的取值越大，调小的幅度越大；
若主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量的正负号不相同，则调大当前时间点的蒸发器温度控制调节系数，且所述受热源影响蒸发器温度变化幅值的取值越大，调大的幅度越大。
6.根据权利要求5所述的一种ORC发电过程中温度稳定调节方法，其特征在于，对当前时间点的蒸发器温度控制调节系数进行调整，对应的计算公式为：
其中，K′k表示当前时间点k的调整后的蒸发器温度控制调节系数；Kk表示当前时间点k的调整前的蒸发器温度控制调节系数；DoZk表示当前时间点k对应的受热源影响蒸发器温度变化幅值；Norm()表示归一化函数；Y表示主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量的正负号相同标记；Y＝1表示主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量的正负号相同；Y＝0表示主热源影响时间点对应的热源温度变化量与当前时间点的蒸发器温度控制调节量的正负号不相同；exp()表示以自然常数e为底数的指数函数；||表示取绝对值符号。
7.根据权利要求1所述的一种ORC发电过程中温度稳定调节方法，其特征在于，确定各个邻近历史时间点对应的热源温度波动程度，包括：
对各个邻近历史时间点对应的热源温度值进行滤波平滑处理，确定各个邻近历史时间点对应的平滑热源温度值；
计算各个邻近历史时间点对应的热源温度值和平滑热源温度值的差值绝对值，得到各个邻近历史时间点对应的热源温度变化值；
对各个邻近历史时间点对应的热源温度变化值进行高斯滤波，将各个邻近历史时间点对应的高斯滤波值，确定为各个邻近历史时间点对应的热源温度波动程度。
8.根据权利要求7所述的一种ORC发电过程中温度稳定调节方法，其特征在于，确定各个邻近历史时间点对应的热源温度变化量，包括：
计算每个邻近历史时间点的所述平滑热源温度值与其后一个邻近历史时间点的所述平滑热源温度值的差值，将得到的差值作为每个邻近历史时间点对应的热源温度变化量。
9.根据权利要求1所述的一种ORC发电过程中温度稳定调节方法，其特征在于，所述蒸发器温度控制调节系数为蒸发器温度PID控制中比例调节的调节系数。
10.一种ORC发电过程中温度稳定调节系统，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的计算机程序代码，以实现如上述权利要求1-9中任一项所述的一种ORC发电过程中温度稳定调节方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410010833.XA CN117662265A (zh) | 2024-01-03 | 2024-01-03 | 一种orc发电过程中温度稳定调节方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410010833.XA CN117662265A (zh) | 2024-01-03 | 2024-01-03 | 一种orc发电过程中温度稳定调节方法及系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117662265A true CN117662265A (zh) | 2024-03-08 |
Family
ID=90075289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410010833.XA Pending CN117662265A (zh) | 2024-01-03 | 2024-01-03 | 一种orc发电过程中温度稳定调节方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117662265A (zh) |
-
2024
- 2024-01-03 CN CN202410010833.XA patent/CN117662265A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101776258B (zh) | 用于控制容器中的液位的系统和方法 | |
| CN106773669B (zh) | 一种燃料热值实时自适应校正的火电机组协调控制方法 | |
| CN111637444B (zh) | 一种基于q学习的核电蒸汽发生器水位控制方法 | |
| CN108490790A (zh) | 一种基于多目标优化的过热汽温自抗扰串级控制方法 | |
| CN114335625B (zh) | 燃料电池堆温度控制方法、装置、模型预测控制器及系统 | |
| US20130144444A1 (en) | Method for determining parameters for controlling an hvca system | |
| CN112382418B (zh) | 带有增量式调节功能的高温气冷堆氦气流量控制系统及方法 | |
| WO2022121446A1 (zh) | 控制系统、无功电压控制方法和装置、介质以及计算装置 | |
| CN113048017B (zh) | 基于内模控制的风电机组有功功率控制优化方法及系统 | |
| CN103576711A (zh) | 基于定量单参数pid控制的化工反应器温度控制方法 | |
| CN112070358A (zh) | 低真空供热机组电负荷调整区间确定方法及系统 | |
| CN114242284B (zh) | 一种核反应堆热工水力试验系统及调控方法 | |
| CN117662265A (zh) | 一种orc发电过程中温度稳定调节方法及系统 | |
| CN112963899B (zh) | 一种多阀门多模式调节的精确控制方法及系统 | |
| CN114690633A (zh) | 一种光伏逆变器控制器参数辨识方法 | |
| CN116465248A (zh) | 核岛冷链阀门开度控制方法、装置、服务器及存储介质 | |
| CN113467331B (zh) | 一种分析控制器参数对自动发电控制调节性能影响的方法 | |
| CN117989054B (zh) | 一种国产化风机智能控制方法、系统和设备 | |
| CN101887261B (zh) | 一种内部热耦合精馏塔的自适应非线性控制系统及方法 | |
| CN104976602A (zh) | 一种蒸汽加热器控制方法 | |
| CN111273563B (zh) | 一种基于供热机组agc综合指标的预测控制方法 | |
| CN111663032B (zh) | 一种非晶铁芯退火炉自抗扰温度控制方法 | |
| CN103513618A (zh) | 工业过程的控制方法和设备 | |
| CN114753892B (zh) | 一种汽轮机主汽压力控制方法、装置及电子设备 | |
| JPH0561644B2 (zh) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |