塔式太阳能热电站镜场聚焦策略优化方法技术

本发明专利技术公开了一种塔式太阳能热电站镜场的聚焦策略优化方法，实施步骤如下：(1)记录上一定日镜转动时刻的聚焦状态，并给定当前时刻为稳定电站输出所需的能量值；(2)计算任一定日镜聚焦点变动时控制电机需要消耗的能量；(3)以满足能量需求和减少定日镜转动操作成本为优化目标，构造优化问题；(4)利用粒子群算法来求解优化问题，得到当前时刻最优的聚焦策略。本发明专利技术中，塔式太阳能热电站镜场的聚焦策略优化方法，在保证平稳的能量输出的情况下，同时减少定日镜角度转动造成的能量损耗，为整个电站的稳定节能提供了新的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及塔式太阳能热电站领域，特别是涉及一种塔式太阳能热电站镜场的聚 焦策略优化方法。
技术介绍
塔式太阳能热电站利用很多个独立跟踪太阳的定日镜，将太阳光聚焦到一个固定 在接收塔顶部的吸热器上，加热流经吸热器内部的传热介质，再使用高温介质的热能带动 汽轮机、发电机来发电。它是所有大规模太阳能发电技术中成本最低的一种，有着广泛的应 用前景。 塔式太阳能热电站中的聚光、集热子系统，包括定日镜场和安装在接收塔上的吸 热器等，一直是研究的关注点。在定日镜场的聚光仿真中，需要关注吸热器获得的能量是否 满足发电需求，同时尽量减少由于定日镜转动所消耗的能量。通常是假设所有定日镜聚焦 于吸热器物理中心点以简化计算。然而如果在系统实际运行时采用此聚焦策略则会造成吸 热器表面受热不均匀和局部温度过高，同时发电功率也会随着天气波动，输出不稳定的电 能，对电网造成冲击。因此必须采用合理的聚焦策略，设置多个聚焦点来优化吸热器受热面 的接受能量满足实际运行需求。 现有的镜场聚焦策略的研究中，有的技术仅仅设计镜场聚焦方式以获得最多的能 量，但没有考虑后续发电系统的平稳运行；有的技术以吸热器获得的能流密度最均匀为目 标来进行镜场聚焦调度，但并未考虑能流密度与溢出率的关系，过多地关注能流密度是否 均匀会降低整个聚焦集热系统的效率，与实际不符。
技术实现思路
本专利技术提供了一种塔式太阳能热电站镜场的聚焦策略优化方法，保证了吸热器接 收到的能量满足后续发点系统的需求，并使得定日镜操作成本降低，达到减少能耗、提高系 统稳定性的目的。 本专利技术采用的技术方案如下： (1)记录上一定日镜转动时刻的聚焦状态，并给定当前时刻为稳定电站输出所需 的能量值。 选定定日镜转动的频率f，则上一定日镜转动时刻tbrf_为现在时刻t _减去Ι/f， 记录下时刻每一定日镜聚焦的聚焦点编号，记录方式为一个长度为η _ Mtel的数组， 11_为聚焦点个数，n 为定日镜个数，若第i个定日镜聚焦到了第j个聚焦点处，则数组中 第nain · (i-l)+j个元素的值为1，否则为0。 当前时刻为稳定电站输出所需的能量值Qin由塔式太阳能电站后续子系统的控制 系统提供。 ⑵计算任一定日镜聚焦点变动时控制电机需要消耗的能量，该能量的计算由定 日镜转动的方位角和高度角确定。 任一定日镜聚焦点的变化有以下四种情况：1)定日镜〇由聚焦在聚焦点A处转移 到聚焦在聚焦点B处；2)定日镜0由聚焦在聚焦点A处转移到备用状态；3)定日镜0由备 用状态转移到聚焦在聚焦点A处；4)定日镜0前一时刻和现在时刻均处于备用状态或聚焦 在同一聚焦点处。根据这四种聚焦点转变情况，在方位角-高度角控制方式下，制定了如下 不同的计算方法：针对第一种情况，在吸热器平面上由A点作一条水平直线与B点所在的竖 直线相交于C点，则定日镜0所需要旋转的方位角a azi = ZA0C/2,高度角a ele=ZB0C/2 ; 针对第二和第三种情况，选取固定的方位角和高度角aazl= a α，其中α为距离吸 热器最近的定日镜聚焦点由吸热器任一对角线处的一个顶点转移到另一个顶点处时的方 位角与高度角中的较大者；针对第四种情况，定日镜不需旋转，则取Ct azl= a 0。 任一定日镜转动消耗的能量计算公式为： Quse= 1. 829476 a azi+l. 206763 a ele (I) (3)以满足能量需求和减少定日镜转动操作成本为优化目标，构造优化问题。 为了实现镜场的聚焦策略优化，需要确定所有定日镜现在时刻各自的聚焦点，同 时达到吸热器上接收到的能量等于后续子系统发电所要求的能量和减少由于定日镜为改 变聚焦点而产生的电机能量消耗的目的。对应的优化问题为： 其中，rw为定日镜数目，η _为聚焦点数目，X (i，j)为第i面定日镜聚焦到第j个 聚焦点的状态，存在聚焦关系则为1，否则为〇, Q(i，j)为第i面定日镜聚焦到第j个聚焦 点时吸热器收集到的能量，Qe为保证塔式太阳能电站平稳发电时吸热器需要提供的能量，Q u 为定日镜转动消耗的总能量。 (4)利用粒子群算法来求解优化问题，得到当前时刻最优的聚焦策略 步骤一：参数设置。输入定日镜坐标参数、吸热器尺寸参数和坐标参数、聚焦点坐 标参数、定日镜聚焦到每个聚焦点的能量，设置离子全算法中的相关参数及最大迭代次数。 步骤二：初始化种群。群体中每个个体都是该优化问题的一个聚焦方案。在各决 策变量可行域变化范围内随机产生一个初始种群。 步骤三：评价种群。将种群中各粒子的当前位置和适应值存储为各粒子的最优位 置，将所有粒子中的最优位置适应值最优个体的位置和适应值储存于全局最优位置。 步骤四：更新当前种群的每个粒子的速度和位置。 步骤五：更新各粒子最好位置和全局最优位置：将每个粒子当前适应值与其经历 过的最好位置的适应值做比较，如果较好，则用当前适应值和位置更新粒子最优位置。比较 当前所有粒子的最优位置和全局最优位置的适应值，若所有粒子最优位置中适应值最优的 粒子较全局最优位置更优，则更新全局最优位置。 步骤六：判断是否达到迭代停止条件，如满足，则记录该次迭代的适应度值及每个 个体；若不满足，转向步骤四，算法继续迭代，直至满足条件。 本专利技术的有益效果是：按照本专利技术提出的塔式太阳能热电站镜场的聚焦策略优化 方法，得到的最优镜场聚焦策略，能够在保证平稳的能量输出的情况下，同时减少定日镜角 度转动造成的能量损耗，为整个电站的稳定节能提供了新的方法。【附图说明】 图1是塔式太阳能热电站镜场的聚焦策略优化方法流程图； 图2是实施例中的吸热器上聚焦点分布的示意图； 图3是实施例中的镜场分布图； 图4是实施例中前一时刻记录下的定日镜聚焦状态示意图； 图5是实施例中未采用本专利技术优化方法的最优聚焦状态示意图； 图6是实施例中采用本专利技术优化方法后的最优聚焦状态示意图。【具体实施方式】 如图1所示，一种塔式太阳能热电站镜场的聚焦策略优化方法，实施步骤如下： (1)记录上一定日镜转动时刻的聚焦状态，并给定当前时刻为稳定电站输出所需 的能量值。 选定定日镜转动的频率f，则上一定日镜转动时刻tbrf_为现在时刻t _减去1/f， 记录下时刻每一定日镜聚焦的聚焦点编号，记录方式为一个长度为η _ Mtel的数组， 11_为聚焦点个数，n 为定日镜个数，若第i个定日镜聚焦到了第j个聚焦点处，则数组中 第nain · (i-l)+j个元素的值为1，否则为0。 当前时刻为稳定电站输出所需的能量值Qin由塔式太阳能电站后续子系统的控制 系统提供。 (2)计算任一定日镜聚焦点变动时控制电机需要消耗的能量，该能量的计算由定 日镜转动的方位角和高度角确定。 任一定日镜聚焦点的变化有以下四种情况：1)定日镜0由聚焦在聚焦点A处转移 到聚焦在聚焦点B处；2)定日镜0由聚焦在聚焦点A处转移到备用状态；3)定日镜0由备 用状态转移到聚焦在聚焦点A处；4)定日镜0前一时刻和现在时刻均处于备用状态或聚焦 在同一聚焦点处。根据这四种聚焦点转变情况，在方位角-高度角控制方式下，制定了如下 不同的计算方法：针对第一种情况，在吸热器平面上由A点作一条水平直线与B点所在的竖 直线相交于C点，则定日镜0所需要旋转的方位角a 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种塔式太阳能热电站镜场的聚焦策略优化方法，其特征在于它的步骤如下：1)记录上一定日镜转动时刻的聚焦状态，并给定当前时刻为稳定电站输出所需的能量值；2)计算任一定日镜聚焦点变动时控制电机需要消耗的能量，该能量的计算由定日镜转动的方位角和高度角确定；3)以满足能量需求和减少定日镜转动操作成本为优化目标，构造优化问题；4)利用粒子群算法来求解优化问题，得到当前时刻最优的聚焦策略。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵豫红，赵茜，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33