[發明專利]一種考慮集熱器工作模式的光熱發電系統動態建模方法及控制方法

有效

• 申請號: 202011475287.5
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112528542B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 林克曼;吳峰;史林軍;李楊
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/08;G06F113/14
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 劉卉

本發明公開了一種考慮集熱器工作模式的光熱發電系統動態建模方法及控制方法。光熱發電系統能量來源于太陽輻射，但是太陽輻射具有間歇性和波動性，大幅波動可能導致集熱器表面過熱損壞，通過切換光熱發電系統集熱器的工作模式，可避免集熱器因太陽輻射強度突增退出運行，提高系統太陽能利用效率。本發明充分考慮了光照強度和波動對集熱器工作模式的影響，基于集總參數下的微元分段線性化方法，建立光熱發電系統光?熱和熱?電轉換環節動態模型，該模型對云遮擋等暫態情況下光熱發電系統儲熱狀態描述更為精確，適用于光熱發電系統并網運行的動態仿真分析，參與電力系統運行與控制奠定基礎。

技術領域

本發明屬于電力系統可再生能源建模技術領域，具體涉及一種考慮集熱器工作模式的光熱發電系統動態建模方法及控制方法。

背景技術

光熱發電作為新型大容量太陽能發電技術，近年來在我國及世界各國迎來高速發展。光熱發電技術通過定日鏡聚焦太陽光加熱集熱器中的換熱介質，流經換熱器產生高溫高壓蒸汽推動機組旋轉發電。受太陽固有資源屬性影響，太陽輻射隨機波動且有強不確定性。光熱發電系統通過配備儲熱系統平移太陽能發電時段，可穩定持續發電。與其他可再生能源發電相比，光熱發電系統的可控性更好，運行方式更加靈活多樣，可參與電網調頻、備用，調峰等輔助服務，為電網安全穩定運行提供有力支撐。

目前，對于光熱發電并網運行的動態模型研究較少，相關文獻不是很多。現有光熱發電系統并網運行的模型都很粗糙，大部分經采用能量傳遞效率描述各個環節，另一方面現有光熱發電系統動態模型大多關注單一光-熱轉換或熱-電能量轉換過程，未考慮太陽輻射強度波動造成的集熱器控制模式切換，無法準確描述系統儲熱狀態，不利于光熱發電系統并網穩定運行。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種考慮集熱器工作模式的光熱發電系統動態建模方法，光熱發電系統的模型結構分解為多個局部模塊，包括境場、集熱器、儲熱子系統、發電子系統，包括以下步驟：

步驟S1：建立光熱發電系統境場和集熱器動態模型；

建立境場模型，計算境場反射到集熱器的太陽輻射能量：

Q_inc＝η_hfA_hfI_bn (1)

式中，Q_inc為境場反射到集熱器的太陽輻射能量，A_hf為境場面積，I_bn為平均太陽輻射強度，η_hf為境場反射效率；

將吸熱管分為多段長度相等的管道微元，根據能量、質量和熱力學方程，構建吸熱管的管道微元數學模型，建立集熱器動態模型，管道微元出口換熱介質溫度為：

管道微元出口換熱介質流量為：

式中，h為換熱系數，A_m為換熱面積，m_{s_i}和m_{s_o}分別為流入和流出管道微元的換熱介質流量,為管道微元的平均密度,V_r為管道微元的體積,為管道微元的平均比熱,C_{s_i}和C_{s_o}分別為流入和流出管道微元的換熱介質比熱，T_{s_i}和T_{s_o}分別為流入和流出管道微元的換熱介質溫度，為上一時刻流出管道微元的換熱介質溫度，T_{r_m}為管道表面溫度，為管道微元中的換熱介質平均密度，V_s管道微元中的換熱介質體積，為管道微元中的換熱介質平均比熱。

步驟S2：建立光熱發電系統儲熱子系統動態模型；

定義儲熱子系統狀態變量SoE，定量描述當前時刻光熱發電系統儲存的能量，儲熱子系統狀態為：