[發(fā)明專利]塔式太陽能熱電站鏡場調(diào)度周期優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710287164.0
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107133694B
• 公開（公告）日: 2020-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙豫紅;趙茜
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06;G06N3/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發(fā)明公開了一種塔式太陽能熱電站鏡場調(diào)度周期優(yōu)化方法，實(shí)施步驟如下：(1)以增大吸熱器吸收能量和減少定日鏡轉(zhuǎn)動能耗為優(yōu)化目標(biāo)，以吸熱器能量分布均勻?yàn)榧s束條件，構(gòu)造優(yōu)化問題；(2)將(1)中優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為內(nèi)外兩層優(yōu)化問題；(3)利用禁忌算法來求解外層優(yōu)化問題，利用遺傳算法來求解內(nèi)層優(yōu)化命題，得到優(yōu)化時間段內(nèi)的最優(yōu)調(diào)度周期。本發(fā)明中，塔式太陽能熱電站鏡場調(diào)度周期優(yōu)化方法，在保證吸熱器安全的情況下，減少定日鏡角度轉(zhuǎn)動造成的能量損耗，增加時間段內(nèi)吸收能量，為整個鏡場調(diào)度周期設(shè)置提供了新的優(yōu)化方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及塔式太陽能熱電站領(lǐng)域，特別是涉及一種塔式太陽能熱電站鏡場調(diào)度周期優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

塔式太陽能熱電站利用很多個獨(dú)立跟蹤太陽的定日鏡，將太陽光聚焦到一個固定在接收塔頂部的吸熱器上，加熱流經(jīng)吸熱器內(nèi)部的傳熱介質(zhì)，再使用高溫介質(zhì)的熱能帶動汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)來發(fā)電。它是所有大規(guī)模太陽能發(fā)電技術(shù)中成本最低的一種，有著廣泛的應(yīng)用前景。

塔式太陽能熱電站中的聚光、集熱子系統(tǒng)，包括定日鏡場和安裝在接收塔上的吸熱器等，一直是研究的關(guān)注點(diǎn)。對于定日鏡場的調(diào)度來說，和單一時刻的鏡場調(diào)度問題的優(yōu)化同樣重要的是調(diào)度區(qū)間的分隔。眾所周知，太陽的高度角和方位角隨著時間不斷變化，定日鏡場需要在許多不同時刻進(jìn)行定日鏡場調(diào)度，改變定日鏡的聚焦點(diǎn)，滿足不同時刻的能量和安全需求。一般來說，密集的調(diào)度可以保證調(diào)度與太陽位置改變的同步性，從而使吸熱器吸收更多太陽能量。然而，過短的調(diào)度周期不僅會消耗過多的定日鏡轉(zhuǎn)動能量，還會產(chǎn)生過多機(jī)械磨損，影響定日鏡的運(yùn)行壽命。因此，合理的定日鏡場調(diào)度周期可以兼顧一段時間內(nèi)的聚光集熱子系統(tǒng)的能量和安全要求，保證電站的穩(wěn)定高效運(yùn)行。

現(xiàn)有的鏡場調(diào)度周期的設(shè)置方法中，鏡場調(diào)度參數(shù)大多為人為設(shè)定，造成了許多不必要的效率損失。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種塔式太陽能熱電站鏡場調(diào)度周期優(yōu)化方法，在保證吸熱器安全的情況下，達(dá)到減少定日鏡角度轉(zhuǎn)動造成的能量損耗，同時增加時間段內(nèi)吸收能量的目標(biāo)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

(1)以增大吸熱器吸收能量和減少定日鏡轉(zhuǎn)動操作成本為優(yōu)化目標(biāo),以吸熱器能量均勻?yàn)榧s束條件，構(gòu)造優(yōu)化問題。

為了實(shí)現(xiàn)鏡場的調(diào)度周期最優(yōu)化，需要同時確定所有定日鏡在各個時刻的聚焦點(diǎn)，在吸熱器平面能流密度標(biāo)準(zhǔn)差小于一個定值的情況下，達(dá)到優(yōu)化時間段內(nèi)吸熱器上接收到的能量最大化和由于定日鏡為改變聚焦點(diǎn)而產(chǎn)生的電機(jī)消耗能量最小化的目的；對應(yīng)的優(yōu)化問題為：

其中，t_in是調(diào)度周期，為優(yōu)化時間段內(nèi)不隨時間變化的整數(shù)優(yōu)化變量；X＝{x_ijt|1≤i≤n_hel,1≤j≤n_aim,t_start≤t≤t_end,i,j∈Z,t∈R}，x_ijt的含義為描述t時刻第i個定日鏡子區(qū)域是否聚焦到第j個聚焦點(diǎn)的0-1變量，t為優(yōu)化時間段內(nèi)的連續(xù)時間參數(shù)；t_start、t_end分別是優(yōu)化時間段的開始時間和結(jié)束時間；Q是在t時刻吸熱器吸收到的功率，Q_con是t時刻由于鏡場調(diào)度消耗的定日鏡轉(zhuǎn)動功率；σ和σ₀分別為吸熱器上能流密度標(biāo)準(zhǔn)差的實(shí)際值和最大容限值；w為一權(quán)重值，用于調(diào)節(jié)吸收能量與消耗能量的比重；Q_absij是t時刻當(dāng)?shù)趇個定日鏡子區(qū)域聚焦到第j個聚焦點(diǎn)時吸熱器吸收到的功率；Q_co_ni是t時刻第i面定日鏡轉(zhuǎn)動消耗的功率；n_hel和n_aim分別是定日鏡場子區(qū)域數(shù)和聚焦點(diǎn)個數(shù)。

(2)將(1)中優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為內(nèi)外兩層優(yōu)化問題。

采用矩形積分法將(1)中問題從連續(xù)形式轉(zhuǎn)化為離散形式：