一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统控制方法

技术特征：
1.一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统控制方法，其特征在于，在透平(3)与热源(2)之间设置第一调节阀(14)，透平(3)依次经回热器(4)的热侧、冷却器(5)、节流阀(17)与压缩机(1)连接；压缩机(1)依次经回热器(4)的冷侧、热源(2)与透平(3)连接形成工质侧循环通路，压缩机(1)连接有电机(12)；透平(3)与热源(2)的管路上设置旁通管路，旁通管路上设置第一旁通阀(13)；冷却器(5)与压缩机(1)的管路上设置旁通管路，旁通管路上设置第二旁通阀(16)；冷却器(5)的冷侧设置第二调节阀(15)；当超临界二氧化碳布雷顿循环系统启动时，电机(12)作为电动机，带动压缩机(1)工作；当超临界二氧化碳布雷顿循环系统平稳运行时，电机(12)作为发电机提供电力；通过调节第一旁通阀(13)、第一调节阀(14)、第二调节阀(15)、第二旁通阀(16)和节流阀(17)分别对超临界二氧化碳布雷顿循环系统中的输出功率和转速、压缩机入口温度、压缩机入口压力进行调节。2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统控制方法，其特征在于，当超临界二氧化碳布雷顿循环系统负荷降低时，通过控制第一调节阀(14)的阀门开度减少进入透平(3)的二氧化碳流量，减少系统净输出功率，建立新的转子平衡关系，使电机(12)的转速维持在设定值；调整第二调节阀(15)的阀门开度，调节冷却器(5)的冷侧流体流量，使压缩机(1)的入口温度维持在设定值，调整节流阀(17)的阀门开度，使压缩机(1)的入口压力维持在设定值。3.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统控制方法，其特征在于，当超临界二氧化碳布雷顿循环系统负荷升高时，增大第一调节阀(14)的阀门开度，增加进入透平(3)的二氧化碳流量，增加系统净输出功率，建立起新的转子平衡关系，使转速维持在设定值；调整第二调节阀(15)的阀门开度，调节冷却器(5)的冷侧流体流量，同时调整第二旁通阀(16)的开度，使部分二氧化碳通过第二旁通阀(16)旁通，使压缩机(1)的入口温度维持在设定值，调整节流阀(17)的阀门开度，使压缩机(1)的入口压力维持在设定值。4.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统控制方法，其特征在于，超临界二氧化碳布雷顿循环系统启动时，电机(12)作为电动机带动压缩机(1)运行，逐步升高热源(2)的功率，使回路中的二氧化碳温度升高，压缩机(1)入口的工质状态维持设定值；随着热源(2)功率的提升，逐步增大第一调节阀(14)，逐步关闭第一旁通阀(13)，超临界二氧化碳布雷顿循环系统的输出功率和转速上升，电机(12)从驱动过渡到发电，直到超临界二氧化碳布雷顿循环系统在设计点运行。5.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统控制方法，其特征在于，当热源(2)的功率升高时，增大第一旁通阀(13)的阀门开度，减少进入透平(3)的二氧化碳流量，减少系统净输出功率，建立起新的转子平衡关系，使转速维持在设定值；调整第二调节阀(15)的阀门开度，调节冷却器(5)的冷侧流体流量，使压缩机(1)的入口温度维持在设定值，调整节流阀(17)的阀门开度，使压缩机(1)的入口压力维持在设定值。6.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统控制方法，其特征在于，当热源(2)的温度降低时，减小第一旁通阀(13)的阀门开度，增加进入透平(3)的二氧化碳流量，增加系统净输出功率，建立起新的转子平衡关系，使转速维持在设定值；调整第二调节阀(15)的阀门开度，调节冷却器(5)的冷侧流体流量，同时调整第二旁通阀(16)的开度，部分
二氧化碳直接通过第二旁通阀(16)旁通，使压缩机(1)的入口温度维持在设定值，调整节流阀(17)的阀门开度，使压缩机(1)的入口压力维持在设定值。7.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统控制方法，其特征在于，当系统全功率运行时，第一旁通阀(13)保持小于1％的开度。8.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统控制方法，其特征在于，当超临界二氧化碳布雷顿循环系统停机时，减小热源(2)的功率，关闭第一调节阀(14)，打开第二旁通阀(16)，使工质侧循环通路中的二氧化碳温度降低，超临界二氧化碳布雷顿循环系统的输出功率和转速下降，电机(12)的作用从发电过渡为驱动，直至停机。9.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统控制方法，其特征在于，冷却器(5)与水泵或风机连接，在一个循环过程中，由水泵或风机提供冷测流体用于和冷却器(5)热侧的二氧化碳进行换热。10.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳布雷顿循环系统控制方法，其特征在于，节流阀(17)与压缩机(1)之间的管路上设置有压力传感器(19)，节流阀(17)与冷却器(5)之间的管路上设置有温度传感器(18)。

技术总结
本发明公开了一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统控制方法，在透平与热源之间设置第一调节阀，透平依次经回热器的热侧、冷却器、节流阀、压缩机、回热器的冷侧、热源与透平连接，压缩机连接有电机；透平与热源的旁通管路上设置第一旁通阀；冷却器与压缩机的旁通管路上设置第二旁通阀；冷却器的冷侧设置第二调节阀；系统启动时，电机带动压缩机工作；当系统平稳运行时，电机作为发电机提供电力；通过调节第一旁通阀、第一调节阀、第二调节阀、第二旁通阀和节流阀分别对超临界二氧化碳布雷顿循环系统中的输出功率和转速、压缩机入口温度、压缩机入口压力进行调节。本发明控制方法能够在各种波动情景下稳定运行，设备所需冗余度小，系统可靠性高。可靠性高。可靠性高。


技术研发人员：王江峰 王传栋 娄聚伟 程梓洋 赵攀
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2022.04.28
技术公布日：2022/8/5