一种ORC发电过程中温度稳定调节方法及系统与流程

本发明涉及温度控制，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：

1、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。

2、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。

技术实现思路

1、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。

2、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：

3、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；

4、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；

5、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；

6、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；

7、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。

8、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：

9、

10、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。

11、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：

12、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。

13、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：

14、

15、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。

16、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：

17、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；

18、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。

19、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：

20、

21、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。

22、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：

23、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；

24、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；

25、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。

26、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：

27、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。

28、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。

29、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。

30、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。