[发明专利]塔式太阳能热电站镜场调度周期优化方法

说明书

本发明公开了一种塔式太阳能热电站镜场调度周期优化方法，实施步骤如下：(1)以增大吸热器吸收能量和减少定日镜转动能耗为优化目标，以吸热器能量分布均匀为约束条件，构造优化问题；(2)将(1)中优化问题转换为内外两层优化问题；(3)利用禁忌算法来求解外层优化问题，利用遗传算法来求解内层优化命题，得到优化时间段内的最优调度周期。本发明中，塔式太阳能热电站镜场调度周期优化方法，在保证吸热器安全的情况下，减少定日镜角度转动造成的能量损耗，增加时间段内吸收能量，为整个镜场调度周期设置提供了新的优化方法。

技术领域

本发明涉及塔式太阳能热电站领域，特别是涉及一种塔式太阳能热电站镜场调度周期优化方法。

背景技术

塔式太阳能热电站利用很多个独立跟踪太阳的定日镜，将太阳光聚焦到一个固定在接收塔顶部的吸热器上，加热流经吸热器内部的传热介质，再使用高温介质的热能带动汽轮机、发电机来发电。它是所有大规模太阳能发电技术中成本最低的一种，有着广泛的应用前景。

塔式太阳能热电站中的聚光、集热子系统，包括定日镜场和安装在接收塔上的吸热器等，一直是研究的关注点。对于定日镜场的调度来说，和单一时刻的镜场调度问题的优化同样重要的是调度区间的分隔。众所周知，太阳的高度角和方位角随着时间不断变化，定日镜场需要在许多不同时刻进行定日镜场调度，改变定日镜的聚焦点，满足不同时刻的能量和安全需求。一般来说，密集的调度可以保证调度与太阳位置改变的同步性，从而使吸热器吸收更多太阳能量。然而，过短的调度周期不仅会消耗过多的定日镜转动能量，还会产生过多机械磨损，影响定日镜的运行寿命。因此，合理的定日镜场调度周期可以兼顾一段时间内的聚光集热子系统的能量和安全要求，保证电站的稳定高效运行。

现有的镜场调度周期的设置方法中，镜场调度参数大多为人为设定，造成了许多不必要的效率损失。

发明内容

本发明提供了一种塔式太阳能热电站镜场调度周期优化方法，在保证吸热器安全的情况下，达到减少定日镜角度转动造成的能量损耗，同时增加时间段内吸收能量的目标。

本发明采用的技术方案如下：

(1)以增大吸热器吸收能量和减少定日镜转动操作成本为优化目标,以吸热器能量均匀为约束条件，构造优化问题。

为了实现镜场的调度周期最优化，需要同时确定所有定日镜在各个时刻的聚焦点，在吸热器平面能流密度标准差小于一个定值的情况下，达到优化时间段内吸热器上接收到的能量最大化和由于定日镜为改变聚焦点而产生的电机消耗能量最小化的目的；对应的优化问题为：

其中，t_in是调度周期，为优化时间段内不随时间变化的整数优化变量；X＝{x_ijt|1≤i≤n_hel,1≤j≤n_aim,t_start≤t≤t_end,i,j∈Z,t∈R}，x_ijt的含义为描述t时刻第i个定日镜子区域是否聚焦到第j个聚焦点的0-1变量，t为优化时间段内的连续时间参数；t_start、t_end分别是优化时间段的开始时间和结束时间；Q是在t时刻吸热器吸收到的功率，Q_con是t时刻由于镜场调度消耗的定日镜转动功率；σ和σ₀分别为吸热器上能流密度标准差的实际值和最大容限值；w为一权重值，用于调节吸收能量与消耗能量的比重；Q_absij是t时刻当第i个定日镜子区域聚焦到第j个聚焦点时吸热器吸收到的功率；Q_co_ni是t时刻第i面定日镜转动消耗的功率；n_hel和n_aim分别是定日镜场子区域数和聚焦点个数。

(2)将(1)中优化问题转换为内外两层优化问题。

采用矩形积分法将(1)中问题从连续形式转化为离散形式：