新時代背景下能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和國家城市管網(wǎng)的敷設(shè)為天然氣發(fā)展提供了便利�；旌蟿恿θ細鉄岜靡暂^好的部分負荷特性、高效率低排放、有效平衡燃氣電力需求等優(yōu)點具有廣泛的應(yīng)用前景。然而,目前的研究大多局限于系統(tǒng)基本構(gòu)建與性能基礎(chǔ)分析,關(guān)于系統(tǒng)定量優(yōu)化設(shè)計與綜合評價分析的研究尚未充分展開。針對上述問題,本文以共軸并聯(lián)式的LiFePO_4電池組和燃氣發(fā)動機為雙動力源的混合動力燃氣熱泵為研究對象,采用基于燃氣發(fā)動機最優(yōu)扭矩曲線的瞬時優(yōu)化控制策略和(火用)分析方法,對系統(tǒng)進行定量優(yōu)化設(shè)計并對其綜合性能展開研究。主要工作內(nèi)容如下:介紹了系統(tǒng)構(gòu)成與運行原理,采用試驗建模與理論建模結(jié)合的方法,構(gòu)建系統(tǒng)主要部件模型�；谌細獍l(fā)動機最優(yōu)扭矩曲線,考慮制熱和制冷工況下的負載差異,選取燃氣發(fā)動機熱效率為優(yōu)化目標,對驅(qū)動系傳送比進行了優(yōu)化設(shè)計。系統(tǒng)采用基于燃氣發(fā)動機最優(yōu)扭矩曲線的瞬時優(yōu)化控制策略,結(jié)合蓄電池荷電狀態(tài)參數(shù),確定了模式切換的邊界條件,并借助Matlab/Simulink平臺,實時記錄了制熱工況下燃氣消耗和電池老化(SOH)等系統(tǒng)性能參數(shù)。結(jié)果顯示,仿真周期結(jié)束時,SOC值由55.00%增加到59.85%,SOH值由100.00%降低到99.942%。在較低負荷、中等負荷、較高負荷三種模式下,燃氣發(fā)動機熱效率呈現(xiàn)相似的變化趨勢。隨著壓縮機轉(zhuǎn)速增加,燃氣發(fā)動機熱效率先上升到極大值而后下降。發(fā)動機基本運行在規(guī)定的最優(yōu)扭矩曲線范圍內(nèi),熱效率基本保持在0.27左右。與Wang等人~([1])的結(jié)果相比,平均熱效率分別提高了1.16%,4.87%和3.05%。針對余熱回收系統(tǒng)的煙氣換熱器,采用(火用)分析方法,以單位煙氣余熱回收量的年凈收益為目標函數(shù),對煙氣換熱器進行了換熱面積優(yōu)化設(shè)計。研究表明,隨著NTU的增加,年凈收益將先增加到最大值而后減小。當NTU值約為0.7時,單位煙氣余熱回收量的年凈收益達到最高值約1.77元/GJ。此時,最佳換熱面積約為2.0 m~2。最后,構(gòu)建了包含燃氣消耗和電池老化在內(nèi)的系統(tǒng)運行成本的計算方法,對HPGHP系統(tǒng)和GHP系統(tǒng)進行了經(jīng)濟性對比分析,并選取一次能源利用率PER作為衡量參數(shù)對系統(tǒng)綜合性能進行評價。在現(xiàn)行條件下,與傳統(tǒng)GHP系統(tǒng)相比,HPGHP系統(tǒng)在運行成本方面仍然具有顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢。HPGHP系統(tǒng)的平均PER值比GHP高14.06%左右。本文采用建模仿真與實驗驗證的研究方法,對共軸并聯(lián)式燃氣熱泵進行了系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計和綜合性能分析,結(jié)果表明,系統(tǒng)小負荷及大負荷工況的運行性能得到了顯著改善,有效解決了GHP系統(tǒng)存在的部分負荷特性差的問題,同時為該系統(tǒng)的進一步研究和優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。
【學位單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM912
【部分圖文】：

第三章 HPGHP 系統(tǒng)模型構(gòu)建0.279。 根據(jù)多元線性回歸理論[62]，公式 （3-1）和圖 3-2 給出了燃氣發(fā)動機的熱效率特性曲線模型[63]。2 2 1f 1 1 f 1 f 1 1 1 f 1 f1 1 1e1 002 2 1e2 f 2 2 f 2 f 2 2 2 f 2 f2 2 2112 2 1eN 1f f f f f111l l lf f f f fl l lf f f f fl l lkN f N N N f N f N N N f N fNN T N N T T N N T Ta eN T N N T T N N T Ta eaN T N N T T N N T T Ne 4 8 6 3A 2.244 1.838 10 0.1524 4.169 10 2.362 10 2.709 10m （3-1）2 2e f f f1Tf f f m N T N N T T A 其中，ai是模型系數(shù)，ei是隨機誤差，N 是測試點的數(shù)量，Am是回歸方程的系數(shù)。

電壓輸入范圍（V） 50 ~ 75額定電流（A） 50最大電流（A） 105額定轉(zhuǎn)速（rpm） 3000額定扭矩（N·m） 20額定功率（kW） 6過載系數(shù) 2.0最大功率（kW） 12峰值轉(zhuǎn)矩（N·m） 72最高轉(zhuǎn)速（rpm） 5300電機峰值效率 "g91%機的模型建立而言，與燃氣發(fā)動機采用同樣的建模方法。根據(jù)實驗數(shù)B 平臺，電機的轉(zhuǎn)速 Nd、扭矩 Td和效率 kmo 之間的關(guān)系由電機效率圖4 所示，構(gòu)建兩用電機的仿真模型用于研究和驗證。

電池型號 AJ-60V100Ah額定容量（C，Ah） 100電池額定電壓（V） 3.2電池組額定電流（A） 100電池組額定電壓（V） 601. 電氣模型電池的性能與 SOC（荷電狀態(tài)），OCV（開路電壓），充放電電流和內(nèi)阻等一系列因素有關(guān)。充放電電流大小和方向?qū)?nèi)阻的影響很小，為簡化模型，在建模過程中忽略此項影響[65][66]。此外，開路電壓、內(nèi)阻和充放電效率都與電池組的 SOC 密切相關(guān)。而充放電電流和電池組 SOC 對整個驅(qū)動系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟性有明顯的影響，且 SOC 是判斷系統(tǒng)運行模式的重要參數(shù)。因此本文著重討論充放電電流大小 c 和電池組荷電狀態(tài) SOC這兩個關(guān)鍵因素對蓄電池性能的影響效果。根據(jù)以往研究[67]，為確保電池組具有更高的充放電效率和更好的充放電特性，充放電電流設(shè)定為 0.5C，SOC 保持在 0.3~0.8 之間。

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本文編號：2821188