本发明专利技术属于太阳能光热发电技术领域，具体公开了一种基于模拟退火优化算法的定日镜场分布方法。本发明专利技术通过获得镜场参数、形成初次分布镜场和优化镜场排布三个步骤，通过镜场中各个定日镜的单位镜面面积年平均输出热功率分布情况，对镜场排布进行调整，在满足镜场运行条件的同时，使得整个镜场的效率尽可能的高。本发明专利技术采用模拟退火优化算法对初次分布镜场中各定日镜的坐标进行优化，从而获得单位镜面面积年平均输出热功率较高的排布方案。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能光热发电，具体介绍了一种基于模拟退火优化算法的定日镜场分布方法。
技术介绍
1、塔式太阳能发电站作为太阳能发电技术的一种创新应用，在全球能源领域引起了广泛的关注和研究，这种发电站采用先进技术，利用太阳能资源产生电力，其主要原理是使用高塔结构，配以大面积的太阳能反射镜，将太阳光集中到一个集热器上，在集热器内，高温的热能用于加热工质，产生蒸汽，随后通过涡轮机驱动发电机来生成电能。
2、定日镜是塔式电站的主要组件之一，承担着接收太阳能并将其反射到集热器的关键任务，其布局策略对于塔式太阳能发电站的单位镜面年平均输出热功率具有重要影响。现有布局策略存在单位镜面年平均输出热功率提升率低，适用效果不佳等问题，本专利技术旨在提供一种基于模拟退火优化算法的定日镜场分布方法，尽量提高塔式太阳能发电站的单位镜面年平均输出热功率，从而提高集热量。
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种基于模拟退火优化算法的定日镜场分布方法，该方法能在给定年平均输出热功率的情况下，尽量提高塔式太阳能发电站的单位镜面年平均输出热功率，从而提高集热量。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于模拟退火优化算法的定日镜场分布方法，包括如下步骤：
4、步骤一，确定镜场参数：
5、根据实际情况，确定镜场各项地理，光学参数；
6、步骤二，确定初次分布镜场：
7、根据步骤一所确定的参数，随机初次分布定日镜场；</p>8、步骤三，优化定日镜场分布：
9、根据步骤二随机产生的各定日镜场坐标，使用模拟退火算法，对定日镜场分布进行优化。
10、所述步骤一中镜场各项地理，光学参数包括镜场所处地理位置的太阳高度角与太阳方位角，大气透射率，阴影遮挡效率，集热器截断效率，镜场所处地理位置的镜面反射率，各定日镜与集热塔的相对位置坐标，定日镜个数，集热塔高度参数，集热塔顶端集热器高度参数等。
11、所述步骤二中定日镜场的初次分布指使用随机数排布的方法获得的各定日镜分布坐标。
12、所述步骤三中的模拟退火优化算法包括以下步骤：
13、第一步，确定决策变量：
14、定日镜边长、安装高度、位置坐标、定日镜总数量、吸收塔高度：
15、{d，h，x，y，n，h}
16、第二步，确定约束条件：
17、定日镜的边长a1～a2m，安装高度a3～a4m，并且要求镜面旋转时不会触及地面，且要求定日镜场要达到额定功率：
18、
19、定日镜场要达到额定功率，即：
20、efield＝dni·a'·η＝p
21、其中，a'表示定日镜的有效镜面面积，p表示额定功率：
22、a'＝n·d2·ηsb
23、将以上二式联立，得：
24、dni·k·nd2ηsb2ηcos＝p
25、由上式可以得出定日镜的实际总镜面面积nd2与其平均余弦效率ηcos是互相牵制的，为使单位镜面面积年平均输出热功率尽可能大，就要让定日镜的平均余弦效率尽可能大。
26、第三步，确定目标函数：
27、单位镜面面积年平均输出热功率最大：
28、
29、目标函数为最大单位镜面面积年平均输出热功率，其中，a是定日镜镜面总面积，efield为定日镜场的输出热功率：
30、
31、η＝ηsbηcosηatηtruncηref
32、其中，镜面反射率ηref是定值，大气透射率ηat、阴影遮挡效率ηsb、集热器截断效率ηtrunc，dni表示在单位时间内，单位面积上垂直于太阳光线方向的辐照度(单位：kw/m2)，其数值通常受到太阳高度角、天气、大气散射和阴影遮挡等影响，是一个动态数据，故采用的是一种近似计算：
33、
34、
35、式中，h为当地海拔高度，g0为太阳常数，取1.366kw/m2。
36、在光学效率η中，镜面反射率ηref是定值，大气透射率ηat、阴影遮挡效率ηsb、集热器截断效率ηtrunc由于损失影响很小，也可以近似为定值计算，因此定义一个参数k，假设此处的参数k为一个可求的定值，使：
37、k＝ηatηtruncηref
38、将上述式子整合并化简，得到目标函数的最简表达式：
39、maxf(d，h，x，y，n)＝dni·k·ηsb2·ηcos
40、对第i个定日镜的在镜场坐标系xoy平面的坐标：
41、{xi，yi}
42、为使定日镜的余弦效率总和最大，在求最优布局时让平均余弦效率ηcos尽可能大，从而达到单位镜面面积年平均输出热功率最大的要求，
43、其中，式中，θi为入射光线与定日镜镜面法线的夹角，为指向太阳的入射光向量，为定日镜镜面的法向量。
44、第四步，目标函数求解优化
45、最优解初始化。按照约束条件随机生成关于y轴对称的1000个坐标，根据模拟退火算法计算其最大平均余弦效率，多次进行该操作，确定初始平均余弦效率。
46、其中，对于随机坐标在matlab中代码实现的具体思路如下：为让单位镜面面积年平均输出热功率尽可能大，定日镜的基本布局应为“北多南少，东西对称”。
47、设立n个随机点，首先让其有0.9的概率落在北侧，即第一、二象限，落点前要判断是否满足约束条件，即北侧是否还能放下定日镜以及与邻近定日镜的间距是否大于d+l。
48、将北侧的空间最大化利用后，则开始落在第三、四象限。
49、确定参数n与s。(s为定日镜面积，其值等于d2，为便于定义，以下都使用s代替d2)根据初始平均效率和所需要达到p的条件可以计算出n·s的值。
50、根据定值n·s，求得一系列s与n，将这一系列s与n分别代入模拟退火算法中，计算随机坐标在该s与n条件下的最大平均余弦效率。比较该系列平均余弦效率，确定最大平均效率下的一组s与n作为后续求解的参数，并保证h>d/2。
51、通过不断提高每个点的判断条件最低余弦效率，低于该余弦效率的点不作记录，来不断压缩可以取的点的空间，并且同时在不改变点数n的情况下提高所求的平均余弦效率。
52、重复执行循环后，选取平均余弦效率最大的一组坐标作为后续计算的坐标。最后再通过多次微调(10000次)来对坐标分别进行优化，即略微改变一个坐标的位置，观察其余弦效率是否改变。若增大则保留，反之不变。
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【技术保护点】
1.一种基于模拟退火优化算法的定日镜场分布方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于模拟退火优化算法的定日镜场分布方法，其特征在于：所述步骤一中镜场各项地理，光学参数包括镜场所处地理位置的太阳高度角与太阳方位角，大气透射率，阴影遮挡效率，集热器截断效率，镜场所处地理位置的镜面反射率，各定日镜与集热塔的相对位置坐标，定日镜个数，集热塔高度参数，集热塔顶端集热器高度参数等。
3.根据权利要求1所述的基于模拟退火优化算法的定日镜场分布方法，其特征在于：所述步骤二中定日镜场的初次分布指使用随机数排布的方法获得的各定日镜分布坐标。
4.根据权利要求1所述的基于模拟退火优化算法的定日镜场分布方法，其特征在于：所述步骤三中的模拟退火优化算法包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于模拟退火优化算法的定日镜场分布方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于模拟退火优化算法的定日镜场分布方法，其特征在于：所述步骤一中镜场各项地理，光学参数包括镜场所处地理位置的太阳高度角与太阳方位角，大气透射率，阴影遮挡效率，集热器截断效率，镜场所处地理位置的镜面反射率，各定日镜与集热塔的相对位置坐标，定日...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹晨宇，周劭衡，范子涵，牛晨康，冉若琳，汪欣彤，刘腾飞，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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