一种槽式光热电站镜场出口温度的预测方法及系统与流程
本发明涉及电站自动化控制技术领域，具体涉及一种槽式光热电站镜场出口温度的预测方法及系统。
背景技术：
槽式镜场是槽式太阳能光热电站的能量收集部分,槽式镜场主要包含若干条并联的槽式回路，每条槽式回路主要由若干集热器组成，集热器主要包括集热器支架、集热管、反射镜、跟踪控制系统等核心部件。槽式光热发电采用抛物面形聚光器聚焦太阳直射辐射加热集热管内的传热流体，常用的传热流体为导热油，最高可升温到400℃，将导热油加热到高温状态，用于产生蒸汽带动汽轮机组发电。导热油在槽式光热电站镜场出口处的温度也被称为槽式光热电站镜场出口温度。
槽式光热电站镜场出口温度受多种因素决定，包括有太阳辐射强度、现场环境温度、风速和导热油流量等。在槽式光热电站发电过程中，由于上述因素随时会发生变化，如果不及时对集热管内流动的导热油流量进行控制，镜场出口温度过高会导致导热油裂解，对光热电站的相关设备造成损害，严重时还可能会造成生产事故。为此，准确的预测出槽式光热电站镜场出口温度，及时调节导热油流量，在槽式光热电站的优化控制中起着十分重要的作用。也成为本领域技术人员迫切需要解决的问题。
技术实现要素：
为了解决现有技术中无法准确预测出槽式光热电站镜场出口温度的缺陷，本发明的目的在于提出一种槽式光热电站镜场出口温度预测的方法，该方法是通过如下技术方案实现的：
获取预设时间段槽式光热电站的实际运行参数；
将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入预先建立的温度预测模型，以确定集热器光学效率实际值；
根据温度预测模型、集热器光学效率实际值以及待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值，确定槽式光热电站镜场出口温度预测值。
进一步地，将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入温度预测模型，以确定集热器光学效率实际值，包括：
将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入如下式的温度预测模型：
式中，实际运行参数包括：预设起始时刻的槽式回路入口温度tin、预设终止时刻的槽式回路出口实际温度tout、传热流体的平均温度tm以及预设起始、终止时刻的相关参数平均值；所述预设起始、终止时刻的相关参数平均值包括传热流体质量流量平均值
η为集热器光学效率实际值；kθb(θ)为太阳直射辐射的入射角函数；ge为太阳直射辐射强度；tm＝(tout+tin)/2；
根据所述温度预测模型计算集热器光学效率实际值η。
进一步地，根据温度预测模型、集热器光学效率实际值以及待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值，确定槽式光热电站镜场出口温度预测值包括：
将集热器光学效率实际值代入温度预测模型中；
通过温度预测模型计算槽式光热电站镜场出口温度预测值tout,cal，如下式：
式中，ge,cal为待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值；tin,real为当前时刻的槽式回路入口温度。
本发明的另一目的在于提出一种槽式光热电站镜场出口温度的预测系统，包括：
采集模块，获取预设时间段槽式光热电站的实际运行参数；
计算模块，将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入预先建立的温度预测模型，以确定集热器光学效率实际值；
预测模块，根据温度预测模型、集热器光学效率实际值以及待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值，确定槽式光热电站镜场出口温度预测值；
建模模块，用于预先建立及存储温度预测模型。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的一种槽式光热电站镜场出口温度的预测方法及系统，先根据温度预测模型确定预设时间段的集热器光学效率实际值，然后根据温度预测模型和集热器光学效率实际值确定槽式光热电站镜场出口温度预测值，其中的温度预测模型根据预先获取的太阳直射辐射强度和槽式光热电站的实际运行参数构建。本发明的预测方法及系统与现有技术中以最小方差求得估计的光学效率，然后根据该数值预测后续的回路出口温度的方法相比较，更能够准确的预测出槽式光热电站镜场出口温度，实现了对槽式光热电站未来一段时间内的镜场出口温度的准确预测，确保槽式光热电站的安全、可靠运行。
附图说明
图1为本发明实施例中槽式光热电站镜场出口温度预测方法的流程示意图。
图2为本发明实施例中预先采集数据的来源图；
图3为本发明实施例中的太阳直射辐射dni分布图；
图4为本发明实施例中方法得出的出口温度预测值与实测值的对比图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
本发明实施例中的槽式光热电站镜场出口温度预测方法能够较为准确的预测出短时内的槽式光热电站镜场出口温度，当发现出口温度超过预设阈值时，可以警示系统自动或现场作业人员手动调整传热流体质量流量，以防止集热管内导热油超温、裂解对槽式光热电站的安全运行造成影响。
本发明中所涉及的槽式光热电站由大量的槽式回路并联组成，每个回路内的传热流体流量基本一致，正常运行时每个槽式回路的出口温度也一致，因此，各个槽式回路的出口温度即为槽式光热电站镜场出口温度。本发明的方法在实现时需要以如图2中所示的太阳辐射监测站、气象站、槽式镜场运行监测站所采集到的数据作为基础，来预测槽式光热电站的镜场出口温度。
本发明实施例中的槽式光热电站镜场出口温度预测方法的具体流程图如图1所示，其包括以下步骤：
步骤s101，获取预设时间段槽式光热电站的实际运行参数；
步骤s102，将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入预先建立的温度预测模型，以确定集热器光学效率实际值；
步骤s103，根据温度预测模型、集热器光学效率实际值以及待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值，确定槽式光热电站镜场出口温度预测值。
上述步骤s101中，获取预设时间段槽式光热电站的实际运行参数包括：
预设起始时刻的槽式回路入口温度tin(单位℃)、预设终止时刻的槽式回路出口实际温度tout(单位℃)、传热流体的平均温度tm(单位℃)以及预设起始、终止时刻的相关参数平均值；所述预设起始、终止时刻的相关参数平均值包括传热流体质量流量平均值
上述步骤s102中，将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入预先建立的温度预测模型，以确定集热器光学效率实际值，可以包括如下步骤：
将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入如下式的温度预测模型：
对于每日运行的槽式聚光器，其光学性能随时间发生变化，但在短期内较为稳定，基于短时间的实际运行数据，将上述公式(1)变形成如下公式(2)，通过公式(2)计算集热器光学效率实际值：
式中，tm＝(tout+tin)/2；
η为集热器光学效率实际值，对于槽式光热电站，该效率涵盖了聚光器反射镜镜面反射率、清洁度、集热管透过率、吸收率、表面清洁度等参数；
kθb(θ)为太阳直射辐射的入射角函数，对于槽式光热电站，则为与法向直射辐射dni相关的入射角函数；
ge为太阳直射辐射强度dni，如图3所示为dni分布图。
基于短时间的实际运行数据，根据公式(1)计算出集热器光学效率实际值η，则可以根据上述温度预测模型预测后续一段时间内的镜场出口温度。本发明实施例中所指的短时间一般指预测5分钟以内的槽式光热电站镜场出口温度，需要采集的槽式光热电站的实际运行参数的预设时间可以取30分钟以内的实际参数为宜。
上述公式(1)和(2)中的kθb(θ)可按下式计算：
式中，θ为预设起始、终止时刻的太阳直射辐射dni的入射角平均值，单位°；iam为入射角修正系数；f为集热器焦距，单位m；l为集热器的长度，单位m。
上述公式(3)中的iam可按下式计算：
上述公式(1)和(2)中的qloss可以按下式计算：
式中，θ为预设起始、终止时刻的太阳直射辐射dni的入射角平均值；iam为入射角修正系数，计算方法同公式(3)；vw为预设起始、终止时刻的环境风速平均值，单位m/s；ta为预设起始、终止时刻的环境温度平均值，单位℃；a0～a6为集热管散热量的计算系数，该系数可以选择下表1中的任一组数据，两组数据为通过两种实验方法拟合的参数，数值大致详相近。
表1集热管散热量计算系数
上述公式(1)和(2)中的qloss,pipe可按下式计算：
式中，do为连接集热器的管道包裹保温材料后的外径，单位m；di为连接集热器的管道内径，单位m；λ为保温材料的热导率，单位w/(m·℃)；α为连接集热器的管道表面传热系数，单位w/(m2·℃)，
上述步骤s102中，根据温度预测模型和集热器光学效率实际值确定槽式光热电站镜场出口温度预测值，可以包括如下步骤：
将集热器光学效率实际值代入温度预测模型中；
通过温度预测模型计算槽式光热电站镜场出口温度预测值tout,cal，如下式：
式中，ge,cal为待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值；tin,real为当前时刻的槽式回路入口温度，其余参数均与公式(1)中参数相同。
ge,cal可以采用现有技术中本领域技术人员公知的现有技术进行预测，例如：对历史同期且天气状况相当的数据进行拟合的结果作为预测值，或者根据申请号为cn201710103508.8的太阳能直射辐射强度信息预测方法和系统对未来时间的太阳直射辐射强度进行预测。
为了验证本发明实施例提供的一种槽式光热电站镜场出口温度的预测方法的准确性，从10时开始，计算前15分钟的实验数据，求得槽式回路光学效率实际值，如图4所示，预测的回路导热油出口温度与实测的出口温度趋势大体一致。最大偏差出现在10时30分，达到4.86℃，经历3分钟左右，此后预测偏差逐渐降低，测试期间平均偏差在1.07℃。可见，本发明实施例提供的槽式光热电站镜场出口温度预测方法可以比较准确地预测出镜场出口温度。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种槽式光热电站镜场出口温度的预测系统，这些设备解决问题的原理与槽式光热电站镜场出口温度的预测方法相似，该一种槽式光热电站镜场出口温度的预测系统主要包括采集模块、构建模块、计算模块和预测模块，下面对上述四个模块的功能进行进一步说明：
采集模块，获取预设时间段槽式光热电站的实际运行参数；
计算模块，将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入预先建立的温度预测模型，以确定集热器光学效率实际值；
预测模块，根据温度预测模型、集热器光学效率实际值以及待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值，确定槽式光热电站镜场出口温度预测值；
建模模块，用于预先建立及存储温度预测模型。
采集模块获取预设时间段槽式光热电站的实际运行参数，可以包括：
预设起始时刻的槽式回路入口温度tin、预设终止时刻的槽式回路出口实际温度tout、传热流体的平均温度tm以及预设起始、终止时刻的相关参数平均值；所述预设起始、终止时刻的相关参数平均值包括传热流体质量流量平均值
建模模块，可以用于构建如下式的温度预测模型：
式中，η为集热器光学效率实际值；kθb(θ)为太阳直射辐射的入射角函数；ge为太阳直射辐射强度；tm＝(tout+tin)/2。
计算模块，可以用于将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入如上式的温度预测模型中，并计算集热器光学效率实际值。
温度预测模型中的qloss可以通过计算模块按下式计算：
式中，θ为预设起始和终止时刻的太阳直射辐射的入射角平均值；iam为入射角修正系数；vw为预设起始和终止时刻的环境风速平均值；a0～a6为集热管散热量的计算系数；ta为预设起始和终止时刻的环境温度平均值。
所述a0～a6可以选用a0＝0.357、a1＝0.0524、a2＝-2.96×10-4、a3＝1.126×10-6、a4＝1.068×10-8、a5＝-0.0224、、a6＝0.002012，也可以选用a0＝0.801、a1＝0.0494、a2＝-2.92×10-4、a3＝1.13×10-6、a4＝1.524×10-8、a5＝-0.34、a6＝0.0025
温度预测模型中的iam可以通过计算模块按下式计算：
温度预测模型中的kθb(θ)可以通过计算模块按下式计算：：
式中，f为集热器焦距；l为集热器的长度。
温度预测模型中的qloss,pipe可以通过计算模块按下式计算：：
式中，do为连接集热器的管道包裹保温材料后的外径；di为连接集热器的管道内径；λ为保温材料的热导率；α为连接集热器的管道表面传热系数；ta1为预设起始、终止时刻的连接集热器的管道外表面温度平均值；ta2为预设起始、终止时刻的环境温度平均值。
预测模块可以用于：
将集热器光学效率实际值代入温度预测模型中；
通过温度预测模型计算槽式光热电站镜场出口温度预测值tout,cal，如下式：
式中，ge,cal为待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值；tin,real为当前时刻的槽式回路入口温度。
本发明提供的预测方法及系统通过计算集热器光学效率实际值和预先构建的温度预测模型，能够准确预测未来一段时间内的镜场出口温度，这对于及时调整控制槽式聚光器跟踪角度，防止集热管内导热油超温、裂解等具有重要意义。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
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