[发明专利]塔式太阳能热电站定日镜子镜倾斜角度优化方法

权利要求书

1.一种塔式太阳能热电站定日镜子镜倾斜角度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)给定定日镜的总面积和子镜数量划分以及子镜间隔距离，对于任意的抛物面方程，计算各子镜在镜面坐标系中的中心位置及法向量；

(2)计算任意子镜倾斜方式下构成的定日镜的年均溢出效率；年均溢出效率的计算方法是：基于一年内500～1000个采样时刻，采用蒙特卡洛光线追踪法得到吸收器上的能量分布，进一步得到每个采样时刻的溢出效率，求取平均获得定日镜的年均溢出效率；

(3)以定日镜全年平均溢出能量最低为优化目标，构造优化问题；

在吸收器平面上选取指定面积的矩形区域S，选取最优的抛物面参数(a,b)使得定日镜反射的能量落在S以外的部分占总能量的部分最小，对应的优化问题为：

其中，n_s为采样时刻数，n_f为子镜数目，E_t,i为第t个采样时刻第i面子镜反射的总能量，表示第i面子镜按照参数为(a,b)决定的抛物面倾斜时，在第t个采样时刻反射到吸收器区域S内的总能量；

(4)使用粒子群算法对步骤(3)中的优化问题进行初步迭代，得到距离全局最优解较近的解；

(5)使用基于二次函数拟合模型的直接搜索优化方法在步骤(4)给出的可行解附近搜索最优解，得到定日镜子镜的最佳倾斜角度。

2.如权利要求1所述的塔式太阳能热电站定日镜子镜倾斜角度优化方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：镜场中定日镜的位置和定日镜的总面积大小由镜场优化设计的结果提供，定日镜的子镜划分方式m×n、子镜间隔距离d和子镜长宽L×M，其中m和n分别为定日镜长和宽方向的子镜数目；根据定日镜生产和安装的需求给定，由此可计算各定日镜子镜中心在镜面坐标系下的(x,y)坐标，具体计算公式如下：

对于任意给定的抛物面方程计算各个子镜中心的z坐标；得到子镜面中心坐标后，依据中心点抛物面的切平面方向倾斜该子镜，利用公式(2)计算子镜的方向向量

3.如权利要求1所述的塔式太阳能热电站定日镜子镜倾斜角度优化方法，其特征在于，所述的采用蒙特卡洛光线追踪法得到吸收器上的能量分布具体过程为：在太阳光锥中随机选取足够数量的光线，通过太阳圆盘分布来计算每根光线的能量，即利用各光线能量代表光锥在吸收器上形成的光斑中不同点处的能量，从而得到吸热器上的能量分布；上述过程使用GPU并行计算加速求解。

4.如权利要求1所述的塔式太阳能热电站定日镜子镜倾斜角度优化方法，其特征在于所述步骤(4)中使用粒子群算法迭代设定次数得到初步最优解提供给下一步骤。

5.如权利要求1所述的塔式太阳能热电站定日镜子镜倾斜角度优化方法，其特征在于，所述步骤(5)具体过程为：

步骤一：在给定的初始点x₀的信赖域Δ₀＝{x|||x-x₀||＜δ}内随机选取n个初始采样点构成采样点集合X＝{x₁,x₂,...x_n}并计算目标函数值；

步骤二：第k次迭代，用最小二乘法对当前采样点进行二次函数拟合，得到近似函数S(a,b)，利用二次规划方法，得到近似模型在信赖域内的最优解

步骤三：判断点的真实目标函数值减小效果，若满足，则令下一迭代中心点否则x_k+1＝x_k；

步骤四：更新采样点集和信赖域半径；

步骤五：判断迭代收敛条件，若满足则输出当前x_k+1为最终最优解，否则k＝k+1,转入步骤二继续迭代。

6.如权利要求5所述的塔式太阳能热电站定日镜子镜倾斜角度优化方法，其特征在于所述步骤四的方法为：删去与中心点距离超过设定值的采样点，添加以下优化问题的解x作为新的采样点：

其中，J为当前采样点集合，S(x)为用当前所有采样点拟合的二次函数，S_j(x)为用采样集{x_i|x_i∈J,i≠j}拟合的二次函数模型，Δ为当前信赖域，重复迭代直到拟合误差满足要求或达到采样点个数上限。