风力海水淡化系统建模与控制

发布时间：2023-03-23 06:05

　　针对日益严重的水资源问题以及大负载下的最大功率捕获问题提出了风力海水淡化系统,风力海水淡化系统包括风能捕获模块、驱动模块跟海水淡化模块。垂直轴风力发电机被固定在塔架之上,迎风后气动悬浮高效捕获风能,与旋转体机械耦合的高压水泵,经行星齿轮升速后提升预处理海水泵入高压水罐,恒压控制后预处理海水送入海水淡化膜组。本文主要从风力海水淡化系统方案设计、模型构建、性能分析、控制策略和仿真实验方面进行研究。结合日照市海况进行了实地检测,根据4～11m/s的波动风速设计了15k W风力海水淡化系统。基于风速周期内势能与动能变化以及风力发电机输出功率,优化设计了风能捕获装置;为实现淡化所需压力的稳定,将高压水罐引入海水淡化驱动装置;由驱动模式与淡化水质的要求,完成海水淡化反渗透装置设计;根据系统输出与输入的电压要求,完成捕获调控电路设计。构建风力海水淡化系统各部分动态模型,基于动态模型完成对风力海水淡化系统性能与控制策略的研究。针对风力捕获功率非线性以及风速波动问题,将三步非线性控制策略引入到风能的最大功率捕获,即采用稳态控制、参考前馈控制以及误差反馈控制进行控制器设计,该方法有效提高动态响应速度,为验...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 海水淡化技术方法
        1.2.1 蒸馏法
        1.2.2 反渗透法
        1.2.3 海水淡化技术对比
    1.3 风力海水淡化发展与现状
    1.4 本文主要研究内容及创新
第2章 风力海水淡化系统方案设计
    2.1 风力海水淡化系统概述
    2.2 反渗透装置设计
    2.3 海水淡化驱动装置设计
    2.4 风能捕获装置结构设计
    2.5 盘式电机设计
    2.6 捕获调控装置电路设计
    2.7 样机试制
    2.8 本章小结
第3章 风力海水淡化系统建模
    3.1 风速模型
    3.2 垂直轴风机模型
    3.3 盘式电机数学模型
    3.4 高压水泵数学模型
    3.5 高压水罐模型
    3.6 反渗透模型
    3.7 垂直轴风力发电机转速模型
    3.8 本章小结
第4章 风力海水淡化系统性能分析
    4.1 溶剂通量与溶液浓度分析
    4.2 反渗透回收率分析
    4.3 渗透压因素分析
    4.4 反渗透脱盐率分析
    4.5 系统能耗分析
    4.6 本章小结
第5章 风力海水淡化系统控制策略
    5.1 优化速度设定策略
    5.2 风能高效捕获控制策略
        5.2.1 状态反馈控制策略
        5.2.2 自适应补偿控制策略
        5.2.3 三步法控制策略
    5.3 风力海水淡化系统工况控制策略
        5.3.1 恒压效率最优工况控制策略
        5.3.2 恒压全功率工况控制策略
        5.3.3 停机海水淡化
    5.4 本章小结
第6章 风力海水淡化系统仿真实验
    6.1 最大功率捕获仿真实验
    6.2 海水淡化恒压控制仿真实验
    6.3 最大功率捕获对海水淡化影响仿真实验
    6.4 反渗透海水淡化水质仿真分析实验
    6.5 反渗透海水淡化功耗仿真分析实验
    6.6 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 工作总结
    7.2 工作展望
参考文献
致谢



本文编号：3768437