【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于塔式太阳能光热发电站，具体涉及一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法。
技术介绍
1、发电站利用大量的定日镜组成阵列，将太阳光反射汇聚到吸收塔顶端上的集热器中，加热其中的导热介质，并将太阳能以热能形式储存起来，再经过热交换实现由热能向电能的转化。定日镜在工作时，控制系统根据太阳的位置实时控制定日镜的法向，使得太阳中心点发出的光线经定日镜中心反射后指向集热器中心，如图1。
2、从已建成的gemasolar塔式电站，crescentdunes光热电站等塔式太阳能光热发电站的布置来看，目前主要采用的建筑布局是在圆形区域内建设一个圆形定日镜场，特点是所有定日镜都以吸热塔为圆心呈圆环状分布，部分如图2。
3、考虑到吸收塔自身因为投影而造成的光线损伤，如图3。后排定日镜接受的太阳光线被前排定日镜阻挡造成的光线损失，后排定日镜反射至吸收塔的光线被前排定日镜阻挡造成的光线损失，如图4。
4、目前利用粒子群算法的技术，基于定日镜尺寸已知的情况，直接确定了定日镜的位置坐标或定日镜的布置方式，并未考虑尺寸的设计对输出功率的影响，并且吸收塔定位普遍，一般选择坐标原点(0,0)，忽略了纬度等因素对光学效率的影响。
技术实现思路
1、为了克服以上现有技术存在问题，本专利技术的目的在于提供一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，利用粒子群算法，在保证输出热功率的基础上反解出定日镜的位置坐标，考虑纬度等地理信息的变化，改变吸收塔的位置坐标，使得“真空区”即去除部分定日
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，包括以下步骤；
4、步骤1：计算吸收塔在不同的位置下光学效率；
5、包括计算阴影遮挡效率，余弦效率，大气透射率，集热器截断效率，镜面反射率。
6、步骤2：根据光学效率以及经纬度的变化情况，确定吸收塔的位置坐标以及定日镜场的拟合形状；
7、步骤3：利用粒子群算法得到定日镜尺寸的大致范围；
8、步骤4：采用逐步遍历的方法将步骤3中得到的尺寸范围进行拆分，通常情况下要求镜面宽度不小于镜面高度；
9、步骤5：根据输出热功率的输出需求，反解出合适的尺寸，在上述步骤4的基础上，进一步缩小遍历的步长，从而得到定日镜尺寸的最优解；
10、步骤6：由效率选择条件，确定定日镜分布的大致区间范围，以内部高效率区的定日镜径向遮挡问题减为最小为目标；确定定日镜分布的环数为20；
11、步骤7：确定第一环定日镜的个数为12个，以12为公差叠加至步骤6中确定的环数，以步骤1中确定的吸收塔为圆心，设定日镜无机械碰撞需预留的圆形区域半径为2米，绘制同心圆，去掉一些放置不合理的定日镜，重新布置定日镜场。
12、所述步骤1评价吸收塔光学效率通过公式η＝ηsbηcosηatηtruncηref进行计算，等号右边分别为阴影遮挡效率，余弦效率，大气透射率，集热器截断效率，镜面反射率。
13、对于阴影遮挡效率的计算，采用如下方法进行计算：
14、step1:根据已知定日镜的坐标绘制其分布情况，并从镜场中按照疏密程度随机均匀抽取一定数量的定日镜作为待判定的目标定日镜a；
15、step2:再从镜场中依次选择除已选定的目标定日镜a之外的一面定日镜作为可能会与目标定日镜a发生干涉的问题定日镜b；
16、step3:根据分布的疏密程度判断问题定日镜b是否位于a镜可能发生阴影和遮挡的范围之内，若不在目标范围内，则重新选择问题定日镜；反之进行step4；
17、step4:分别计算出镜面a和b在当前时间点下镜面法向量及定日镜在镜场坐标系的平面方程；
18、step5:分别计算出所有的与抽取定日镜a发生干涉的b镜面在当前仿真时间点时投影重合部分面积，若投影有所重合，则说明step3中问题b镜位于a镜可能发生阴影和遮挡的范围之内；
19、step6:计算所有抽取的定日镜a投影重合部分在a投影面积下的占比；
20、step7:计算出所有阴影重合部分占比的平均值(阴影遮挡损失)，由阴影遮挡效率的已知公式，将其与1作差求得阴影遮挡效率。
21、最终求得阴影遮挡效率，余弦效率，大气透射率，集热器截断效率分别为：0.8889、0.75219、0.96516、0.92。
22、所述步骤2，由于低纬度地区年均效率在50％以上的范围大致呈圆形分布在集热器四周，定日镜的高效率分布区域应根据纬度而相应调整，即靠近赤道的地点，应将定日镜的分布范围拟合为椭圆形；低纬度地区可将镜场分布范围拟合为圆形；中纬度地区则拟合为扇形。即可得到纬度越大，边界范围越趋向于扇形状。对于北纬39.4°地区，定日镜分布范围应拟合为圆形。根据步骤1计算光学效率的方法，绘制吸收塔向南北移动时光学效率的变化分布曲线，为满足高效率要求，得到镜场布置中心即吸收塔位置坐标为(0,90)。
23、所述步骤3由于定日镜尺寸、安装高度的随机性，利用粒子群算法进行随机最优化，基于多目标规划连续性变量的特性，采用粒子群算法进行求解稳定性强。具体步骤为，将已知数据中定日镜尺寸的初值作为粒子群的初始化参数，分别将他们想象为初始化种群的位置，通过计算粒子的适应度，更新粒子历史最优位置、速度等参数，并根据种群是否达到收敛来判断是否输出值，改值即定日镜尺寸的范围为定日镜宽度和高度在3至6m之间波动，安装高度在5至6m之间波动。
24、所述步骤4采用的逐步遍历方法，将步骤3中得到的尺寸范围进行拆分，通常情况下镜面宽度不小于镜面高度，选取步长为1，得到遍历树状图以及所有可能出现的尺寸组合如图6所示。
25、所述步骤5具体为，将输出热功率要求代入公式进行计算，其中为法向直接辐射辐照度的均值，ai第i面定日镜采光面积，由此反解出合适的尺寸，进一步缩小步长为0.1，重复上述遍历过程，得到最优解，若不为最优解，则进一步缩小步长，直到达到最优解，为定日镜宽和高分别为4.9m和4.8m。考虑到安装高度必须保证镜面在绕水平转轴旋转时不会触及地面即满足1/2边长小于安装高度，以及综合高度对光学利用率的影响从而确定高度的具体值为5.8m。
26、所述步骤6以0为基准，作出同心圆，第i+1个圆的半径与第i个圆的半径差值采取固定值，记为δr，由效率确定分布的大致区间，采用公式进行计算求解，δr为第i+1个圆的半径与第i个圆的半径差值，也为第一个圆的半径，l为定日镜宽度，ymmax为定日镜分布区间最大值，h1为海拔高度,将内部高效率区的定日镜径向遮挡问题减为最小由公式来确定定日镜环数为20环。
27、所述步骤7具体为，将两定日镜中心点之间的横向间距设定为3倍定日镜宽度，为设备维修及更换预留出2个定日镜的宽度空间，采用公式来确定每一环定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，其特征在于，所述步骤1评价吸收塔光学效率通过公式η＝ηsbηcosηatηtruncηref进行计算，等号右边分别为阴影遮挡效率，余弦效率，大气透射率，集热器截断效率，镜面反射率。
3.根据权利要求2所述的一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，其特征在于，对于阴影遮挡效率的计算，采用如下方法进行计算：
4.根据权利要求1所述的一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，其特征在于，所述步骤2，靠近赤道的地点，应将定日镜的分布范围拟合为椭圆形；低纬度地区可将镜场分布范围拟合为圆形；中纬度地区则拟合为扇形，纬度越大，边界范围越趋向于扇形状，根据步骤1计算光学效率的方法，绘制吸收塔向南北移动时光学效率的变化分布曲线。
5.根据权利要求1所述的一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，其特征在于，所述步骤3，将已知数据中定日镜尺寸的初值作为粒子群的初始化参数，通过计算粒子的适应度，更新粒子历史最优位置、速度参数，并根据种
6.根据权利要求1所述的一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，其特征在于，所述步骤4采用的逐步遍历方法，将步骤3中得到的尺寸范围进行拆分，通常情况下镜面宽度不小于镜面高度，选取步长为1，得到遍历树状图以及所有可能出现的尺寸组合。
7.根据权利要求1所述的一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，其特征在于，所述步骤5具体为，将输出热功率要求代入公式进行计算，其中为法向直接辐射辐照度的均值，Ai第i面定日镜采光面积，由此反解出合适的尺寸，重复上述遍历过程，得到最优解，若不为最优解，则进一步缩小步长，直到达到最优解。
8.根据权利要求1所述的一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，其特征在于，所述步骤6以0为基准，作出同心圆，第i+1个圆的半径与第i个圆的半径差值采取固定值，记为Δr，由效率确定分布的大致区间，采用公式进行计算求解，Δr为第i+1个圆的半径与第i个圆的半径差值，也为第一个圆的半径，l为定日镜宽度，yMmax为定日镜分布区间最大值，H1为海拔高度,将内部高效率区的定日镜径向遮挡问题减为最小由公式来确定定日镜环数。
9.根据权利要求1所述的一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，其特征在于，所述步骤7具体为，将两定日镜中心点之间的横向间距设定为3倍定日镜宽度，为设备维修及更换预留出2个定日镜的宽度空间，采用公式来确定每一环定日镜的个数，其中，ni为第i环定日镜个数，Δr为定日镜径向间距，θi为第i环相邻定日镜横向间距，l为定日镜宽度，i为该定日镜所在的环数，以吸收塔为圆心，设定日镜无机械碰撞需预留的圆形区域半径，绘制同心圆，去掉放置不合理的定日镜，重新布置定日镜场。
...【技术特征摘要】
1.一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，其特征在于，所述步骤1评价吸收塔光学效率通过公式η＝ηsbηcosηatηtruncηref进行计算，等号右边分别为阴影遮挡效率，余弦效率，大气透射率，集热器截断效率，镜面反射率。
3.根据权利要求2所述的一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，其特征在于，对于阴影遮挡效率的计算，采用如下方法进行计算：
4.根据权利要求1所述的一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，其特征在于，所述步骤2，靠近赤道的地点，应将定日镜的分布范围拟合为椭圆形；低纬度地区可将镜场分布范围拟合为圆形；中纬度地区则拟合为扇形，纬度越大，边界范围越趋向于扇形状，根据步骤1计算光学效率的方法，绘制吸收塔向南北移动时光学效率的变化分布曲线。
5.根据权利要求1所述的一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，其特征在于，所述步骤3，将已知数据中定日镜尺寸的初值作为粒子群的初始化参数，通过计算粒子的适应度，更新粒子历史最优位置、速度参数，并根据种群是否达到收敛来判断是否输出值。
6.根据权利要求1所述的一种定日镜尺寸设计和场地布局优化方法，其特征在于，所述步骤4采用的逐步遍历方法，将步骤3中得到的尺寸范围进行拆分，通常情况下镜面宽度不小于镜面高度，选取步长为1，得到遍...
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