率P_p为：
[0071]
⑷
[0072] 其中，I、1(2与g为常数，L为管道的长度，d为管道的直径；
[0073] 同时，接收器内流动的传热介质吸收的功率PSC]1v为：
[0074] Psolar =mCf (Tout-Tfin) (5)
[0075] 因此，电站在某固定太阳光照强度下的净发电功率为：
[0076]
C6)
[0077] 1. 4仿真得到不同光照强度I下电站净发电效率关于接收器出口处传热介质温度 的曲线，其中，净发电效率的计算公式为：
[0078]
C7)
[0079] 其中，I为步骤1. 2中选定的某一典型值，
[0080] 1.5通过曲线观察电站净发电效率关于接收器出口处传热介质温度的关系，得到 当净发电效率最高时，接收器出口处传热介质的温度。
[0081] 所述的步骤2)为：
[0082] 采用前馈加单回路反馈的复合控制系统，确定前馈控制器的Kpl以及单回路反馈 控制器的&2与K:，使得被控变量接收器出口处传热介质温度能够跟踪设定值。
[0083] 所述的步骤3)为：
[0084] 当不考虑电价变化的影响时，电站收益的影响因素是能量转换过程中的热损失以 及运行的操作成本，即电站能够提供的净发电量，电站一天内n个小时的总发电量为各个 小时发电量的积分，考虑到实际意义，以决策变量即优化变量为接收器出口处传热介质温 度的设定值、全天电站净发电量最大为优化目标的优化命题可描述为：
[0085] (8)
[0086]
[0087] 。
[0088] 所述的步骤4)为：
[0089] 步骤3)中的优化命题为连续的非线性问题，在求解上采用基于控制向量参数化 方法的CVP_SS方法，仅离散化控制向量而保持状态向量不变，将两点边界值问题转化为初 值问题进行求解，具体实现步骤如下：
[0090] 4. 1初始化，设定时间分段常数N，将时间区间[0,T]分成N段，每段的时间长度为 Sk，k= 1，…，N，这些量不一定要全部相等，但是要满足下列的方程：
[0091]
(9)
[0092] 将控制变量u(t)即优化问题的决策变量按照时间的分段离散成参数向量I动 态优化问题就转化为非线性规划问题；
[0093] 4. 2设定参数向量的初始值#，置j= 0,其中，k表示第k个时间分段；
[0094] 4. 3根据47计算得到目标函数值Q];
[0095] 4. 4计算梯度信息▽Qj，并根据梯度基于SQP算法获得下一迭代点;
[0096] 4. 5若满足停止准则，则算法终止；否则，置j=j+1 ;重复步骤4. 3和4. 4。
[0097] 基于图2所示的以熔盐为传热介质的塔式太阳能接收器仿真对象采用本发明进 行了优化。该电站接收器为高6. 2m，直径5.lm的圆柱形，由24块接收板组成，每块板有32 根竖直向上的吸热管，吸热管管道直径2.lcm，吸热管管壁厚度1. 2_。以该电站为原型搭 建分布参数模型，并设计控制变量为接收器入口处传热介质流速，被控变量为接收器出口 处的传热介质温度的控制器，其控制系统方块图如图3所示。在不同光照强度下（选取典 型的400、500、600、700、800)仿真得到的电站净发电效率对温度的曲线如图4所示，可以看 出电站净发电效率随着接收器出口温度增大不断增大，达到最大值以后反而会随着温度的 增大而减小。采用不同光照强度下电站净发电效率最大时接收器出口温度为初始值对连续 变化时间为6:30到17:00的电站进行优化，此时太阳光照强度的变化如图5所示。经优化 后电站净发电量与未优化结果对比如图6所示，当光照强度不强时，优化前后电站净发电 量的增量不是很高，最小增长率发生在6:30到7:00之间，仅为1. 15% ;当在正午时分光照 强度最强时，电站净发电量的增量达到最高，为8. 28% ;-天内优化后电站净发电量的平均 增长率为6. 76%。
【主权项】
1. 一种塔式太阳能电站接收器的运行优化方法，其特征在于它的步骤如下： 1) 搭建塔式太阳能电站接收器的分布参数模型并仿真得到不同光照强度下，当电站净 发电效率最高时，接收器出口溫度的数值； 2) 设计PID控制器，其中控制器的控制变量为接收器入口处传热介质流速，被控变量 为接收器出口处传热介质溫度； 3. W全天电站净发电量最大为优化目标，构造优化问题； 4) 通过CVP_SS将连续NLP优化问题的控制变量离散化，进而采用SQP算法进行求解， 得到电站全天发电量最大时接收器出口处传热介质溫度设定值的变化曲线。2. 如权利要求1所述的一种塔式太阳能电站接收器的运行优化方法，其特征在于所述 的步骤1)为： 1. 1根据能量守恒方程，接收器的分布参数模型为：(1 ) (2) 其中，Ai为接收器管壁内表面面积，Amur。为定日镜场总面积，A。为接收器管道受光面 外部面积，Cm为接收器管壁比热，Cf为传热介质比热，h1为接收器管壁与内部传热介质对流 换热系数，h。为接收器管壁与外部环境对流换热系数，I为光照强度，m为传热介质流速，t 为时间，T。为环境溫度，Tf为传热介质溫度，Tm为接收器管壁溫度，Vf为接收器管道内传热 介质体积，Vm为接收器管壁体积，X为接收器长度，e黑度，nWt为镜场综合效率，Pf为传 热介质密度，Pm为接收器管壁密度，O为黑体福射常数； 1. 2选取太阳光照强度I分别为I。、I。+A、1。+2A、1。+3A、1。+4A的典型值；其中I。为 电站能否发电的最低光照强度，1。+4A为一天内最大光照强度； 1. 3塔式太阳能电站接收器部件的运行优化需要对功率转换系统W及电累做如下计 算： 功率转换系统等效为一个朗肯循环模型，其转换效率为：(3) 其中，T。。,为接收器出口处溫度， 电累消耗的功率Pp胃为：(4) 其中，Ki、K,与g为常数，L为管道的长度，d为管道的直径； 同时，接收器内流动的传热介质吸收的功率Pwbf为： Psoiar=mCf(Lut-Tfm) 妨 因此，电站在某固定太阳光照强度下的净发电功率Pwt为： (6) I. 4仿真得到不同光照强度I下电站净发电效率关于接收器出口处传热介质溫度的曲 线，其中，净发电效率n。。,的计算公式为：(7) 其中，I为步骤1. 2中选定的某一典型值， 1. 5通过曲线观察电站净发电效率关于接收器出口处传热介质溫度的关系，得到当净 发电效率最高时，接收器出口处传热介质的溫度。3. 如权利要求1所述的一种塔式太阳能电站接收器的运行优化方法，其特征在于所述 的步骤2)为： 采用前馈加单回路反馈的复合控制系统，确定前馈控制器的KpiW及单回路反馈控制 器的Kp2与KI，使得被控变量接收器出口处传热介质溫度能够跟踪设定值。4. 如权利要求1所述的一种塔式太阳能电站接收器的运行优化方法，其特征在于所述 的步骤3)为： 当不考虑电价变化的影响时，电站收益的影响因素是能量转换过程中的热损失W及运 行的操作成本，即电站能够提供的净发电量，电站一天内n个小时的总发电量为各个小时 发电量的积分，考虑到实际意义，W决策变量即优化变量为接收器出口处传热介质溫度的 设定值、全天电站净发电量最大为优化目标的优化命题可描述为：(8)5. 如权利要求1所述的一种塔式太阳能电站接收器的运行优化方法，其特征在于所述 的步骤4)为： 步骤3)中的优化命题为连续的非线性问题，在求解上采用基于控制向量参数化方法 的CVP_SS方法，仅离散化控制向量而保持状态向量不变，将两点边界值问题转化为初值问 题进行求解，具体实现步骤如下： 4. 1初始化，设定时间分段常数N，将时间区间[0,T]分成N段，每段的时间长度为5k，k= 1，…，N，运些量不一定要全部相等，但是要满足下列的方程： T二fA 巧) k-\ 将控制变量U(t)即优化问题的决策变量按照时间的分段离散成参数向量C，动态优 化问题就转化为非线性规划问题； 4. 2设定参数向量的初始值蘇，置j= 0,其中，k表示第k个时间分段； 4. 3根据（/计算得到目标函数值Q,; 4. 4计算梯度信息▽Q,，并根据梯度基于SQP算法获得下一迭代点（r"I4. 5若满足停止准则，则算法终止；否则，置j=j+1 ;重复步骤4. 3和4. 4。
【专利摘要】本发明公开了一种塔式太阳能电站接收器的运行优化方法，实施步骤如下：(1)搭建塔式太阳能接收器的分布参数模型并仿真得到不同光照强度下，当电站净发电效率最高时，接收器出口温度的数值；(2)设计PID控制器，其中控制器的控制变量为接收器入口处传热介质流速，被控变量为接收器出口处传热介质温度；(3)以全天电站净发电量最大为优化目标，构造动态优化问题；(4)通过CVP_SS将连续NLP优化问题的控制变量离散化，进而采用SQP算法进行求解。本发明中，塔式太阳能电站接收器的运行优化方法，在保证接收器平稳运行的前提下，同时提高了电站的净发电量，为塔式太阳能电站的商业化运行提供了参考。
【IPC分类】G06Q10/04, G06Q50/06
【公开号】CN105205562
【申请号】CN201510627879
【发明人】赵豫红, 盛玲霞
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年11月19日