碟式太阳能热动力发电系统的研究
摘要
在地球环境污染和能源变化形势日趋严峻的背景下,太阳能作为一种无公害、储量无穷的自然能源,引起了人们的广泛关注。为此,本文在综述了碟式太阳能热动力发电系统研究的发展状况、研究动态及应用前景的基础上,对碟式太阳能热动力发电系统进行了设计和分析。
碟式太阳能热动力发电系统是一个较为复杂的系统。本文主要针对碟式太阳能热动力发电系统中的跟踪控制系统、热电转换装置、电力变换装置和交流稳压装置做了一些相应的研究和应用工作。跟踪控制系统部分,采用古典控制理论对此部分进行了方案分析和设计,并利用Matlab对其进行了Simulink仿真;热电转换装置部分,采用美国约克公司(YORK,全球最大的独立的暖通空调和冷冻设备专业制造公司之一)实验室的一组数据,参考热力学理论对此部分的模拟计算值与实验结果进行了比较和误差分析;电力变换装置部分,在实验室做出了电路模型,并进行了调试,达到了实验要求;最后给出了高精度交流净化稳压装置部分的基本原理并设计了实际应用电路,该装置已在广州中大中天电气有限公司开发成产品。
本文通过对碟式太阳能热动力发电系统的分析和设计,提出了一种合理的、高效的利用太阳能的方式。
By the environment pollution and the situation of energy sources becoming worse and worse in the earth, the solar energy has been paid extensively attention by people as a kind of non-environmental-damage and infinite natural energy source. So, on the basis of summarizing development condition, study trends and application prospect of the Dish Solar Energy Hot Power Generating System, this thesis carries out the design and analysis of the system.
The Dish Solar Energy Hot Power Generating System is a complicated system. This thesis does some corresponding researches and application works for the Tracking-Control System, the Thermoelectric Converter, the Electric Power Transducer and the AC Stabilizer of the system. For the Tracking-Control System, the design and analysis are carried on using the classical control theory, and the Simulink for the system has been done in the Matlab; For the Thermoelectric Converter, a group of data from America YORK Company library is used for the comparison and error analysis of the analog computation value and the experimental result with reference to the thermodynamics theory; For the Electric Power Transducer, the circuit model has been done and tested in the library, which achieves the experimental require; Finally, the basic principle of the high-precision AC Stabilizer has been described and the actual application circuit has been designed. The high-precision AC Stabilizer has been produced by GuangZhou ZhongDaZhongTian Electrical CO.,LTD.
This thesis put forwards a reasonable and high efficiency way of using solar energy by analyzing and designing the Dish Solar Energy Hot Power Generating System.
碟式太阳能热动力发电系统是一个较为复杂的系统。本文主要针对碟式太阳能热动力发电系统中的跟踪控制系统、热电转换装置、电力变换装置和交流稳压装置做了一些相应的研究和应用工作。跟踪控制系统部分,采用古典控制理论对此部分进行了方案分析和设计,并利用Matlab对其进行了Simulink仿真;热电转换装置部分,采用美国约克公司(YORK,全球最大的独立的暖通空调和冷冻设备专业制造公司之一)实验室的一组数据,参考热力学理论对此部分的模拟计算值与实验结果进行了比较和误差分析;电力变换装置部分,在实验室做出了电路模型,并进行了调试,达到了实验要求;最后给出了高精度交流净化稳压装置部分的基本原理并设计了实际应用电路,该装置已在广州中大中天电气有限公司开发成产品。
本文通过对碟式太阳能热动力发电系统的分析和设计,提出了一种合理的、高效的利用太阳能的方式。
By the environment pollution and the situation of energy sources becoming worse and worse in the earth, the solar energy has been paid extensively attention by people as a kind of non-environmental-damage and infinite natural energy source. So, on the basis of summarizing development condition, study trends and application prospect of the Dish Solar Energy Hot Power Generating System, this thesis carries out the design and analysis of the system.
The Dish Solar Energy Hot Power Generating System is a complicated system. This thesis does some corresponding researches and application works for the Tracking-Control System, the Thermoelectric Converter, the Electric Power Transducer and the AC Stabilizer of the system. For the Tracking-Control System, the design and analysis are carried on using the classical control theory, and the Simulink for the system has been done in the Matlab; For the Thermoelectric Converter, a group of data from America YORK Company library is used for the comparison and error analysis of the analog computation value and the experimental result with reference to the thermodynamics theory; For the Electric Power Transducer, the circuit model has been done and tested in the library, which achieves the experimental require; Finally, the basic principle of the high-precision AC Stabilizer has been described and the actual application circuit has been designed. The high-precision AC Stabilizer has been produced by GuangZhou ZhongDaZhongTian Electrical CO.,LTD.
This thesis put forwards a reasonable and high efficiency way of using solar energy by analyzing and designing the Dish Solar Energy Hot Power Generating System.
引文
1 刘荣. 自然能供电技术. 科学出版社,2000:125~132
2 方荣生,项立成. 太阳能应用技术. 中国农业机械出版社,1985:27~39
3 郑飞. 碟式太阳能热发电跟踪机构电路优化设计和实现. 中国科学院研究生院硕士学位论文,2003:16~29
4 张鹤飞. 太阳能热利用原理与计算机模拟. 西北工业大学出版社,2003:234~245
5 吴仲阳. 自动控制原理. 内蒙古科学技术出版社,1998:159~163
6 吴存真,刘光铎. 热管在热能工程中应用. 水利电力出版社,1993:78~95
7 夏德钤. 自动控制理论. 机械工业出版社,1989:120~143
8 王建财. 低温余热发电模型的研究. 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文,2003:35~41
9 林珊. 太阳能发电系统研究. 广东工业大学硕士学位论文,1999:43~50
10 丁晓峰. 菱形传动机构热气机的设计研究. 西安理工大学硕士学位论文,2004:26~31
11 叶云岳. 直线电机原理与应用. 机械工业出版社,2002:178~196
12 何济洲. 两类回热式热力学循环性能的研究. 厦门大学博士学位论文,2003:201~216
13 孙本新. 太阳能光伏发电并网逆变装置. 大连理工大学工程硕士论文,2002:74~80
14 P. A. Davies. Sun-Traching Mechanism Using Equatorial and Ecliptic Axes. Solar Energy, 1993, 50(6): 487~489
15 张迎胜. 子午坐标双轴完全跟踪系统. 太阳能学报, 1992, 13(3): 214~223
16 A. Lynch and M. Salameh. Simple Electro-optically Controlled Dual-axis Sun Tracker. Solar Energy, 1990, 45(2): 65~69
17 A. Kalogirou. Design and Construction of a One-axis Sun-tracking System. Solar Energy, 1996, 57(6): 465~469
18 B. P. Edwards. Computer based sun following system. Solar Energy, 1978, 21(6): 491~498
19 张丽娜, 陈保东. 太阳能-热管呼吸阀的集热器系统的计算. 抚顺石油学院学报, 2003,23(3): 59~64
20 郑小年,黄巧燕,张晓黎,辛礼. 太阳集热器跟踪台的设计与控制. 中国机械工程,2003,14(12): 136~140
21 李安定,李斌,杨培荛,臧春城. 碟式聚光太阳热发电技术. 太阳能,2003,57(3): 89~94
22 侯欣宾,袁修干,崔海亭. 国外空间太阳能热动力发电系统发展及建议. 太阳能学报, 2003, 24(1): 168~172
23 吴丹妮. 斯特林发动机的循环分析和计算. 湛江海洋大学学报, 1997, 17(2): 49~56
24 顾根香,金东寒,阎珽. 斯特林发动机动态特性的研究. 内燃机学报, 2000, 18(3): 126~135
25 吴锋,陈林根,孙丰瑞. 回热式斯特林发动机输出功率的优化. 电站系统工程, 1997, 13(4): 138~149
26 林比宏. 太阳能空间斯特林热机性能的优化分析. 泉州师范学院学报(自然科学), 2002, 20(4): 203~216
27 金光熙,丁力. 传热规律对活塞斯特林发动机性能的影响. 吉林化工学院学报, 1996, 13(4): 99~106
28 顾根香,王芝秋. 双作用斯特林发动机循环均匀性研究. 哈尔滨工程大学学报, 2001, 21(3): 159~163
29 李鑫,李斌,臧春城,郑飞,李安定. 碟式/斯特林太阳能热发电系统设计I-集热器设计计算数学模型. 新能源及工艺, 2004, 4(4): 67~75
30 解文方. 有限传热下斯特林热机的最佳优化关系. 防治基础科学学报, 1994, 7(1): 135~148
31 李执铨,范素华. 谈热机的效率. 工学物理,1994, (2): 79~85
32 刘慧娟,张奕黄. 磁悬浮列车中直线发电机电枢绕组电阻和电感的计算. 北方交通大学学报, 2003, 27(4): 93~99
33 刘慧娟,张奕黄. 磁悬浮列车中直线发电机感应电动势的计算. 电机与控制学报, 2002, 6(3): 198~204
34 吴丽红,张昆仑,罗芳. 电磁型高速磁浮列车直线发电机电动势计算. 西南交通大学学报, 2004, 39(4): 24~36
35 李军,王莹,王赞基. 电炮用磁通压缩脉冲直线发电机的数学模型. 中国电机工程学报, 2001, 21(5): 63~74
36 李军,王莹,高敏. 电炮脉冲直线发电机数学模型. 兵工学报, 1998, 19(3): 56~63
37 周志宏. HCCI 自由活塞式内燃机运行参数设计-自由活塞式内燃直线发电机研究进展(一). 石油机械, 2003, 31(10): 96~102
38 周志宏. 直线发电机的方案设计-自由活塞式内燃直线发电机研究进展(二). 石油机械, 2003, 31(11): 36~51
39 C. Jung,L. Liu,C. Cho and H. Gho. Soft Switching Space Vector PWM Inverter Using a New Quasi-parallel Resonant DC Link. IEEE PESC Record,1995, Istenbul: 936~942
40 GuancChyun Hsich,ChunHung Lin,JyhMing Li and YuChang Has. A Study of Series-resonant DC/AC Inverter. IEEE PESC Record,1995, Hongkong: 493~499
41 Xiaolan,Tong Yongheng and Yan Yangguang. Analysis of A Single-phase Rugged Resonant DC Link Inverter. IEEE PESC,2003, Pairs: 284~289
42 J. S. Lai,R. W. Yang and J. W. Mckeever. Effeciency Consideration of DC Link Soft-switching Inverter for Motor Drive Applications. IEEE PESC Record,2001, Tokyo: 1003~1009
43 K. Yurugi,H. Yonemori,K. Hayashi and M. Nakaoka. Next Generation Space Voltage Vector ZVT-PWM AC-DC Active Power Converter with Auxiliary Transformer-assisted Resonant DC Link. IEEE PFSC Record,2005, London: 108~112
44 L. R. Vidor and J. Perin. A Soft Commutation Constant High Frequency Link DC/AC Converter Operating with Sinusoidal Output Voltage. IEEE PESC Record,1999, New York: 637~643
2 方荣生,项立成. 太阳能应用技术. 中国农业机械出版社,1985:27~39
3 郑飞. 碟式太阳能热发电跟踪机构电路优化设计和实现. 中国科学院研究生院硕士学位论文,2003:16~29
4 张鹤飞. 太阳能热利用原理与计算机模拟. 西北工业大学出版社,2003:234~245
5 吴仲阳. 自动控制原理. 内蒙古科学技术出版社,1998:159~163
6 吴存真,刘光铎. 热管在热能工程中应用. 水利电力出版社,1993:78~95
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10 丁晓峰. 菱形传动机构热气机的设计研究. 西安理工大学硕士学位论文,2004:26~31
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12 何济洲. 两类回热式热力学循环性能的研究. 厦门大学博士学位论文,2003:201~216
13 孙本新. 太阳能光伏发电并网逆变装置. 大连理工大学工程硕士论文,2002:74~80
14 P. A. Davies. Sun-Traching Mechanism Using Equatorial and Ecliptic Axes. Solar Energy, 1993, 50(6): 487~489
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16 A. Lynch and M. Salameh. Simple Electro-optically Controlled Dual-axis Sun Tracker. Solar Energy, 1990, 45(2): 65~69
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18 B. P. Edwards. Computer based sun following system. Solar Energy, 1978, 21(6): 491~498
19 张丽娜, 陈保东. 太阳能-热管呼吸阀的集热器系统的计算. 抚顺石油学院学报, 2003,23(3): 59~64
20 郑小年,黄巧燕,张晓黎,辛礼. 太阳集热器跟踪台的设计与控制. 中国机械工程,2003,14(12): 136~140
21 李安定,李斌,杨培荛,臧春城. 碟式聚光太阳热发电技术. 太阳能,2003,57(3): 89~94
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23 吴丹妮. 斯特林发动机的循环分析和计算. 湛江海洋大学学报, 1997, 17(2): 49~56
24 顾根香,金东寒,阎珽. 斯特林发动机动态特性的研究. 内燃机学报, 2000, 18(3): 126~135
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26 林比宏. 太阳能空间斯特林热机性能的优化分析. 泉州师范学院学报(自然科学), 2002, 20(4): 203~216
27 金光熙,丁力. 传热规律对活塞斯特林发动机性能的影响. 吉林化工学院学报, 1996, 13(4): 99~106
28 顾根香,王芝秋. 双作用斯特林发动机循环均匀性研究. 哈尔滨工程大学学报, 2001, 21(3): 159~163
29 李鑫,李斌,臧春城,郑飞,李安定. 碟式/斯特林太阳能热发电系统设计I-集热器设计计算数学模型. 新能源及工艺, 2004, 4(4): 67~75
30 解文方. 有限传热下斯特林热机的最佳优化关系. 防治基础科学学报, 1994, 7(1): 135~148
31 李执铨,范素华. 谈热机的效率. 工学物理,1994, (2): 79~85
32 刘慧娟,张奕黄. 磁悬浮列车中直线发电机电枢绕组电阻和电感的计算. 北方交通大学学报, 2003, 27(4): 93~99
33 刘慧娟,张奕黄. 磁悬浮列车中直线发电机感应电动势的计算. 电机与控制学报, 2002, 6(3): 198~204
34 吴丽红,张昆仑,罗芳. 电磁型高速磁浮列车直线发电机电动势计算. 西南交通大学学报, 2004, 39(4): 24~36
35 李军,王莹,王赞基. 电炮用磁通压缩脉冲直线发电机的数学模型. 中国电机工程学报, 2001, 21(5): 63~74
36 李军,王莹,高敏. 电炮脉冲直线发电机数学模型. 兵工学报, 1998, 19(3): 56~63
37 周志宏. HCCI 自由活塞式内燃机运行参数设计-自由活塞式内燃直线发电机研究进展(一). 石油机械, 2003, 31(10): 96~102
38 周志宏. 直线发电机的方案设计-自由活塞式内燃直线发电机研究进展(二). 石油机械, 2003, 31(11): 36~51
39 C. Jung,L. Liu,C. Cho and H. Gho. Soft Switching Space Vector PWM Inverter Using a New Quasi-parallel Resonant DC Link. IEEE PESC Record,1995, Istenbul: 936~942
40 GuancChyun Hsich,ChunHung Lin,JyhMing Li and YuChang Has. A Study of Series-resonant DC/AC Inverter. IEEE PESC Record,1995, Hongkong: 493~499
41 Xiaolan,Tong Yongheng and Yan Yangguang. Analysis of A Single-phase Rugged Resonant DC Link Inverter. IEEE PESC,2003, Pairs: 284~289
42 J. S. Lai,R. W. Yang and J. W. Mckeever. Effeciency Consideration of DC Link Soft-switching Inverter for Motor Drive Applications. IEEE PESC Record,2001, Tokyo: 1003~1009
43 K. Yurugi,H. Yonemori,K. Hayashi and M. Nakaoka. Next Generation Space Voltage Vector ZVT-PWM AC-DC Active Power Converter with Auxiliary Transformer-assisted Resonant DC Link. IEEE PFSC Record,2005, London: 108~112
44 L. R. Vidor and J. Perin. A Soft Commutation Constant High Frequency Link DC/AC Converter Operating with Sinusoidal Output Voltage. IEEE PESC Record,1999, New York: 637~643