基于制造技术

本发明专利技术公开了一种基于

【技术实现步骤摘要】
基于GPU的发电站接收器上辐射能密度分布实时仿真方法


[0001]本专利技术涉及能源领域，尤其涉及一种基于
GPU
的发电站接收器上辐射能密度分布实时仿真方法
。

技术介绍

[0002]塔式太阳能光热发电系统是新一代光热系统，度电成本低，支持大规模并网发电
。
塔式太阳能光热发电系统中利用定日镜镜场汇聚光线
。
镜场辐射能密度分布仿真是塔式太阳能光热发电系统年发电量估计
、
镜场布局优化与镜场聚焦方案设计等研究的基础
。
[0003]现有的镜场辐射能密度分布快速仿真算法存在着不适用于非平面类型的接收器仿真
、
对阴影遮挡的计算不准确
、
计算速度慢等问题
。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于
GPU
的发电站接收器上辐射能密度分布实时仿真方法，包括：
[0005]S1
：设定一个待仿真镜场，该镜场中包含若干个指定数目的定日镜，进而计算定日镜受阴影遮挡情况以及定日镜有效反射区域的重心；
[0006]S2
：计算成像平面上定日镜反射光斑相关参数，包括辐射能总能量
、
辐射能密度分布所服从的椭圆高斯分布对应的方差矩阵；
[0007]S3
：基于
GPU
，结合预查找表并行计算每一面定日镜反射在接收器上各处的辐射能密度分布；
[0008]S4r/>：通过规约求和，累加所有定日镜在接收器上产生的辐射能密度分布，得到镜场反射在接收器上辐射能密度分布的仿真结果
。
[0009]进一步地，所述
S1
具体为：借助
BMSS
算法思想计算定日镜的有效反射区域；将定日镜镜面均匀离散为若干子定日镜；从子定日镜重中心沿理想的入射光线方向和反射光线方向发射两条探测光线，通过
3D
‑
DDA
算法检测它们在镜场中经过的体素，并与体素内的定日镜进行求交判断；若这两根光线都不与其他定日镜相交，则认为子定日镜不受阴影遮挡，不受阴影遮挡的子定日镜组成了定日镜有效反射区域，计算该区域的重心以及该区域面积相对于定日镜面积所占比例
。
[0010]进一步地，所述
S2
中成像平面为经过定日镜聚焦点且垂直于理想反射光线方向的虚拟平面；利用以椭圆高斯分布定义在成像平面上的辐射能密度分布参数化模型，如
HFLCAL
模型
、iHFLCAL
模型
、bHFLCAL
模型等，计算反射光斑辐射能总能量
、
成像平面上各处所对应的辐射能密度分布
F
image
(x
，
y)
：
[0011][0012]其中
(x
，
y)
表示成像平面上任意处的二维坐标，
P
h
表示定日镜反射的辐射能光斑总能量，
σ1、
σ2为椭圆高斯分布方差，
f(x
，
y)
为椭圆高斯分布概率密度分布函数：
[0013][0014]进一步地，所述
S2
的椭圆高斯分布可通过如下方式变换为两个标准高斯分布之积：
[0015][0016]进一步地，所述标准高斯分布的定义域为
(
‑
∞
，
+∞)
，以椭圆高斯分布表示辐射能密度分布时，区间
[
μ1‑4σ1，
μ1+4
σ1]×
[
μ2‑4σ2，
μ2+4
σ2]包含了
99.987
％的辐射能；且预计算查找表仅存储
[
‑4，
4]内的高斯函数值；又由于高斯分布概率密度分布函数为偶函数，则仅预存储
[0
，
4]区间内的函数值
。
[0017]进一步地，所述预计算过程中，区间
[0
，
4]被划分为
n
个等长区间
[x
i
，
x
i+1
]，
i
＝0，
...
，
n
；查找表中记录了各区间左端点
x
i
处的标准高斯分布概率密度分布函数值
f
N
(x
i
)
；通过线性插值方法计算区间
[x
i
，
x
i+1
]中
x
i
+
Δ
x
处的函数值：
[0018][0019]进一步地，所述
S4
具体为：接收器表面被离散为均匀的像素网格，通过
GPU
上的线程并行计算镜场中各定日镜在接收器各像素中心处产生的辐射能密度，再通过规约求和的方式对同一像素处镜场中各定日镜产生的辐射能密度进行累加，得到最终接收器上的辐射能密度分布结果
。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0021]本专利技术采用预查找表结合线性插值的方法求解辐射能密度分布函数，采用并行计算方法并行求解每一面定日镜反射在接收器上各处的辐射能密度分布，在基本不影响计算精度的前提下提高了镜场仿真的计算速度
。
附图说明
[0022]图1为本专利技术提供的基于
GPU
并行计算的塔式太阳能发电站接收器上辐射能密度分布实时仿真方法的流程示意图；
[0023]图2为本实施例中定日镜被部分阴影遮挡后的有效反射区域及该区域重心示意图；
[0024]图3为本实施例通过结合预查找表和线性插值方法计算标准正态分布概率密度分布函数的示意图
。
具体实施方式
[0025]设定一个待仿真镜场，镜场中包含指定数目为
N
的定日镜，接收器为圆柱型接收器，接收器高为
10m
，半径为
5m。
[0026]针对该镜场，如图1所示，进行接收器上辐射能密度分布仿真，包括：
[0027]S1
：定日镜被划分为
32
×
32
的子定日镜阵列，利用
BMSS
算法结合
3D
‑
DDA
算法计算
定日镜受阴影遮挡情况，计算定日镜有效反射区域的重心
。
被部分阴影遮挡的定日镜如图2所示，其中，图中黑色部分为被阴影遮挡的子定日镜，白色部分组成了有效反射区域；图中黑色圆点表示有效反射区域重心
。
[0028]S2
：基于
HFLCAL
模型，结合
S1
计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
GPU
的发电站接收器上辐射能密度分布实时仿真方法，其特征在于，包括：
S1
：设定一个待仿真镜场，该镜场中包含若干个指定数目的定日镜，进而计算定日镜受阴影遮挡情况以及定日镜有效反射区域的重心；
S2
：计算成像平面上定日镜反射光斑相关参数，包括辐射能总能量
、
辐射能密度分布所服从的椭圆高斯分布对应的方差矩阵；
S3
：基于
GPU
，结合预查找表并行计算每一面定日镜反射在接收器上各处的辐射能密度分布；
S4
：通过规约求和，累加所有定日镜在接收器上产生的辐射能密度分布，得到镜场反射在接收器上辐射能密度分布的仿真结果
。2.
根据权利要求1所述的基于
GPU
的发电站接收器上辐射能密度分布实时仿真方法，其特征在于，所述
S1
具体为：借助
BMSS
算法思想计算定日镜的有效反射区域；将定日镜镜面均匀离散为若干子定日镜；从子定日镜重中心沿理想的入射光线方向和反射光线方向发射两条探测光线，通过
3D
‑
DDA
算法检测它们在镜场中经过的体素，并与体素内的定日镜进行求交判断；若这两根光线都不与其他定日镜相交，则认为子定日镜不受阴影遮挡，不受阴影遮挡的子定日镜组成了定日镜有效反射区域，计算该区域的重心以及该区域面积相对于定日镜面积所占比例
。3.
根据权利要求1所述的基于
GPU
的发电站接收器上辐射能密度分布实时仿真方法，其特征在于，所述
S2
中成像平面为经过定日镜聚焦点且垂直于理想反射光线方向的虚拟平面；利用以椭圆高斯分布定义在成像平面上的辐射能密度分布参数化模型，如
HFLCAL
模型
、iHFLCAL
模型
、bHFLCAL
模型等，计算反射光斑辐射能总能量
、
成像平面上各处所对应的辐射能密度分布
F
image
(x
，
y)
：其中
(x
，
y)
表示成像平面上任意处的二维坐标，
P
h
表示定日镜反射的辐射能光斑总能量，
σ1、
σ2为椭圆高斯分布方差，
f(x
，
y)
为椭圆高斯分布概率密度分布函数：
4.
根据权利要求1所述...

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