随着分布式供能需求的增加,为回收系统余热,实现能量的梯级利用,提高循环效率,基于微燃机的先进热力循环在电力系统中发挥着越来越重要的作用。其中,基于微燃机的回热循环与湿空气透平循环(Humid Air Turbine Cycle,HAT循环)是重要研究方向。作为紧靠用户的发电系统,遇到的瞬态响应情况,例如启动、停机和负荷变化,比基本负荷发电系统要多,因此掌握微型燃气轮机循环系统的动态性能至关重要。本文对微燃机回热循环与微燃机湿空气透平循环(以下简称微型HAT循环)进行了动态模拟与性能分析,并利用试验数据对模型参数进行了校正。本文的主要工作与研究结果如下:1.微燃机回热循环动态模拟与验证首先,使用Bowman TG80的额定工况数据、变工况运行数据校正了关键部件设计参数与压气机效率曲线。然后,利用停机过程开环控制的特点,研究了容积惯性和热惯性的影响,并确定了转动惯量的取值。最后,基于模型参数校正结果,对微燃机启动与变负荷过程进行了模拟,通过与试验数据的对比,验证了模型的准确性。研究结果表明:1)经过部件参数校正之后,不同负荷下的发电效率模拟值与试验值的相对误差明显减小。2)微燃机中容积惯性对系统的动态影响不明显,而高温/低温部件气道热惯性对系统动态响应特性均有明显影响,不可忽略。3)利用停机过程转速试验数据得到了转动惯量估计值为0.009kg m2。4)不论是启动过程还是变负荷过程,各关键变量的模拟结果与试验数据吻合良好,系统动态模型能准确地模拟回热循环微燃机的启动、变负荷和停机等动态过程。2.微型HAT循环动态模拟与验证利用试验数据,对湿空气透平循环中新增模型进一步开展了参数校正工作。基于校正结果对变负荷过程进行了模拟,并通过与试验数据的对比,验证了模型的准确性。研究结果表明:1)后冷器换热面积估计值为199.31m2,省煤器换热面积估计值为31.13m2,湿化器高度估计值为0.88m。2)当系统输出功率为80k W时,压气机出口温度、透平出口温度、湿化器出口水温等模拟值与试验数据的相对误差在1%以内。3)在连续斜坡降负荷过程中,系统负荷跟踪能力较好,模拟结果可大致反应实际燃机的动态变化过程。3.不同结构的微型HAT循环动态性能研究首先,对有无后冷器的两种循环结构在斜坡升负荷过程中的动态特性进行了模拟研究与对比分析。其次,研究了三种循环结构与不同分流比的循环系统在甩负荷中的动态特性。最后,对湿化器进水量发生±10%,20%,50%扰动时扰动时的动态特性进行了模拟分析。研究结果表明:1)在斜坡升负荷过程中,后冷器热惯性对燃料流量以及转速的影响较小,可以忽略,但对系统达到稳态所需的时间有较大影响;当负荷增加时,无后冷器的系统含湿量增加更明显,存在后冷器的系统喘振裕度更低;无论有无后冷器,湿化器液侧与气侧进出口温度变化较小,表明了系统具有较大的热惯性。2)在甩负荷过程中,尽管给定最小燃料阀开度,但转速超调仍超过8%,故应避免在较大功率时执行甩负荷指令;五个循环的燃料量、转速与透平出口温度的变化趋势较为一致;湿化器进口气温瞬间下降50K,会造成较大的热震荡,危害换热器;3)当湿化器进水量瞬间斜坡增加时,湿化器中各温度变化趋势明显,变化幅度随扰动的增加而增加。当扰动为+50%时,入口气温迅速可下降30K;出口含湿量响应较快,当扰动为+50%时,含湿量会瞬间增加约22%,当扰动为-50%时,含湿量会降低约36%;水量扰动越大,达到新稳态所需的时间越长。