[發明專利]一種海洋溫差能系統透平輸出功自適應控制系統及方法

有效

• 申請號: 201910987415.5
• 申請日: 2019-10-17
• 公開（公告）號: CN110748466B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 蘭志剛;于汀;吳勇虎;譚越;孫洋洲
• 申請（專利權）人: 中海石油（中國）有限公司;中海石油（中國）有限公司北京研究中心
• 主分類號: F03G7/05
• 分類號: F03G7/05
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 王胥慧

1.一種海洋溫差能系統透平輸出功自適應控制系統，其特征在于，包括溫度傳感器和信號采集控制器；

四個所述溫度傳感器分別設置在海洋溫差能系統的溫海水回路和冷海水回路中熱交換器的入口和出口處，用于實時測量溫海水回路和冷海水回路中熱交換器的入口溫度和出口溫度；

所述信號采集控制器分別電連接四個所述溫度傳感器，用于采用自適應算法，根據實時測量的入口溫度和出口溫度，實時計算使所述海洋溫差能系統中透平達到穩定輸出所需的海水流速，并根據實時計算的海水流速，實時控制所述海洋溫差能系統中海水泵的流速，使所述海洋溫差能系統的透平達到穩定輸出的工作狀態，自適應算法的過程為：

溫海水回路的溫海水流速V_ws隨溫海水的入口溫度變化的關系滿足下述公式：

其中，A_E為溫海水回路中熱交換器的換熱面積，U_E為溫海水回路中熱交換器的熱交換系數，為溫海水比熱，為溫海水的入口溫度，為溫海水的出口溫度，D_ws為溫海水回路中溫海水管的管徑，T_E為工質蒸發溫度；

當海洋中溫海水的溫度變化時，根據測量的溫海水入口溫度和出口溫度，按照上述溫海水回路的溫海水流速V_ws隨溫海水的入口溫度變化的關系式，自適應調節海洋溫差能系統中溫海水泵的流速，確保海洋溫差能系統維持蒸發溫度恒定；

冷海水流速V_cs隨冷海水的入口溫度變化的關系滿足下述公式：

其中，A_C為冷海水回路中熱交換器的換熱面積，U_C為冷海水回路中熱交換器的熱交換系數，為冷海水比熱，為冷海水的入口溫度，為冷海水的出口溫度，D_cs為冷海水回路中冷海水管的管徑，T_C為工質冷凝溫度；

當海洋中冷海水的溫度變化時，根據測量的冷海水入口溫度和出口溫度，按照上述冷海水流速V_cs隨冷海水的入口溫度變化的關系式，自適應調節海洋溫差能系統中冷海水泵流速，確保海洋溫差能系統維持冷凝溫度恒定，進而確保海洋溫差能系統中透平功率的輸出穩定。

2.如權利要求1所述的一種海洋溫差能系統透平輸出功自適應控制系統，其特征在于，所述海洋溫差能系統中的海水泵包括溫海水泵和冷海水泵，均采用帶有流速測量和控制的可控流量泵。

3.如權利要求1所述的一種海洋溫差能系統透平輸出功自適應控制系統，其特征在于，所述溫海水回路中的熱交換器為蒸發器，所述冷海水回路中的熱交換器為冷凝器。

4.一種海洋溫差能系統透平輸出功自適應控制方法，其特征在于，包括以下內容：

1)分別在海洋溫差能系統的溫海水回路和冷海水回路中熱交換器的入口和出口處安裝溫度傳感器；

2)四個溫度傳感器分別測量熱交換器溫海水的入口溫度、熱交換器溫海水的出口溫度、熱交換器冷海水的入口溫度和熱交換器冷海水的出口溫度，并將上述測量的溫度數據發送至信號采集控制器；

3)信號采集控制器采用自適應算法，根據實時測量的溫度數據，實時計算使海洋溫差能系統中透平達到穩定輸出所需的海水流速，并根據實時計算的海水流速，實時控制海洋溫差能系統中海水泵的流速，使海洋溫差能系統的透平達到穩定輸出的工作狀態，自適應算法的過程為：

溫海水回路的溫海水流速V_ws隨溫海水的入口溫度變化的關系滿足下述公式：

其中，A_E為溫海水回路中熱交換器的換熱面積，U_E為溫海水回路中熱交換器的熱交換系數，為溫海水比熱，為溫海水的入口溫度，為溫海水的出口溫度，D_ws為溫海水回路中溫海水管的管徑，T_E為工質蒸發溫度；

當海洋中溫海水的溫度變化時，根據測量的溫海水入口溫度和出口溫度，按照上述溫海水回路的溫海水流速V_ws隨溫海水的入口溫度變化的關系式，自適應調節海洋溫差能系統中溫海水泵的流速，確保海洋溫差能系統維持蒸發溫度恒定；

冷海水流速V_cs隨冷海水的入口溫度變化的關系滿足下述公式：

其中，A_C為冷海水回路中熱交換器的換熱面積，U_C為冷海水回路中熱交換器的熱交換系數，為冷海水比熱，為冷海水的入口溫度，為冷海水的出口溫度，D_cs為冷海水回路中冷海水管的管徑，T_C為工質冷凝溫度；

當海洋中冷海水的溫度變化時，根據測量的冷海水入口溫度和出口溫度，按照上述冷海水流速V_cs隨冷海水的入口溫度變化的關系式，自適應調節海洋溫差能系統中冷海水泵流速，確保海洋溫差能系統維持冷凝溫度恒定，進而確保海洋溫差能系統中透平功率的輸出穩定。