论文部分内容阅读
混合动力燃气热泵系统(HPGHP)将混合动力技术引入传统燃气热泵系统中,对传统燃气热泵系统的燃气发动机工作状态偏离经济运行区域的问题进行优化,从而提高HPGHP系统的一次能源利用率。HPGHP系统实现一次能源利用率优于传统热泵的关键在于优化混合动力驱动系统的控制策略,包括工作模式切换以及驱动系统中燃气发动机和电机的能量匹配,以往的研究中多采用逻辑门限或瞬时优化的方法对系统控制策略进行优化,难以统筹系统高、低负荷工况之间的能量配合,导致部分负荷工况下,系统效率较低。为进一步提高系统效率,本文以东南大学制冷与低温工程实验室搭建的并联式混合动力燃气热泵系统为基础,引入动态规划算法对并联式HPGHP系统控制策略进一步研究,优化系统高、低负荷之间的能量配合,提出全局最优的控制策略。具体研究内容如下:(1)对并联式HPGHP的组成结构进行了系统分析,构建了设备的数学建模。通过对主要设备的研究分析,得到了燃气发动机的万有特性曲线、电机的功率分布曲线、蓄电池的效率分布图以及压缩机的性能曲线,确定了燃气发动机、电机和蓄电池的高效运行区间以及边界条件。(2)以系统的数学模型为基础,引入动态规划算法,分别对采用多级传动比的HPGHP系统和采用无级变速的HPGHP系统的全局最优控制策略问题进行分析求解,提出这两种系统模型下的全局最优控制策略,并对其进行分析。结果显示,全局最优控制策略下,整个循环周期内燃气发动机热效率都保持在较高的水平,其中较高和较低负荷需求工况下,明显优于逻辑门限和瞬时优化控制策略的优化结果。蓄电池电量保持策略有效,荷电状态(SOC)在循环始末保持不变;系统能量匹配策略有效,电机扭矩随系统扭矩需求作瞬态响应,燃气发动机输出扭矩保持相对稳定,且基本运行在其经济运行区域内,保持较高的热效率。MO1策略下燃气发动机平均热效率为0.266,循环周期内燃气消耗量为2.96kg;VO1策略下燃气发动机平均热效率为0.272,循环周期内燃气消耗量为2.86kg。(3)将采用全局最优控制策略的模拟结果与已有研究成果进行对比,论证全局最优控制策略在优化燃气发动机运行工况和降低系统燃气耗量方面的优势。结果表明,与逻辑门限和瞬时优化控制策略相比,采用全局最优控制策略的多级传动比和无级变速器HPGHP系统在燃气发动机平均热效率方面均有明显提高,燃气耗量均有不同程度降低;通过多级传动比和无级变速HPGHP系统仿真结果的对比,发现无级变速器可以有效提高燃气发动机热效率和系统能源利用率。