一種通過鏡場優(yōu)化調(diào)度控制水/蒸汽接收器內(nèi)壓力的方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能技術(shù)領域，特別是涉及水/蒸汽接收器，提供了一種通過鏡場 優(yōu)化調(diào)度控制水/蒸汽接收器內(nèi)壓力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 塔式太陽能熱電站利用聚光系統(tǒng)（鏡場）聚集太陽能，經(jīng)塔頂接收器內(nèi)工質(zhì)吸收 轉(zhuǎn)化為熱能，進而利用該熱能產(chǎn)生過熱蒸汽，推動汽輪機發(fā)電，最終實現(xiàn)太陽能到電能的轉(zhuǎn) 換。其中，在以水/蒸汽為傳熱介質(zhì)的塔式太陽能熱電站中，水/蒸汽接收器作為電站的動 力設備，其要求是提供合格的飽和蒸汽，以供電站的下一步儲能或發(fā)電。而太陽能具有間歇 性和不穩(wěn)定性，易對接收器運行時產(chǎn)生擾動，另外水/蒸汽各參數(shù)易受壓力變化影響，故以 水為介質(zhì)的接收器穩(wěn)定性較差。為了后續(xù)電站發(fā)電的穩(wěn)定性，必須要求接收器出口蒸汽壓 力即接收器系統(tǒng)壓力保持基本恒定。
[0003] 因此，需對接收器設計壓力控制系統(tǒng)。系統(tǒng)被控變量是接收器系統(tǒng)壓力，操縱變量 是接收器接收到的太陽輻射能。在實際塔式太陽能熱電站中，接收器接收到的太陽輻射能 量由鏡場控制。因此，當接收器出口蒸汽流量變化導致系統(tǒng)壓力變化時，需實時進行鏡場調(diào) 度，使得由鏡場聚集到接收器的能量符合控制系統(tǒng)的要求。
[0004] 在利用鏡場調(diào)度對接收器壓力進行控制時，需注意以下兩點：
[0005] (1)為了實現(xiàn)接收器壓力的實時控制，電站需每隔At時間對鏡場進行一次優(yōu)化 調(diào)度，故對優(yōu)化問題的求解速度有嚴格要求。
[0006] (2)電站每隔△ t時間對鏡場進行一次優(yōu)化求解后，需按照求解結(jié)果操縱鏡場，切 換定日鏡狀態(tài)。而鏡場定日鏡的狀態(tài)切換需要使用電能，頻繁的大規(guī)模定日鏡狀態(tài)切換必 將導致高的操作成本。因此，在做調(diào)度優(yōu)化時，每次優(yōu)化后需要改變狀態(tài)的定日鏡數(shù)量應盡 可能的少，從而節(jié)省鏡場操作成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了實現(xiàn)鏡場實時控制接收器系統(tǒng)壓力，本發(fā)明提供了一種通過鏡場優(yōu)化調(diào)度控 制水/蒸汽接收器內(nèi)壓力的方法。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0009] 通過鏡場優(yōu)化調(diào)度控制水/蒸汽接收器內(nèi)壓力的方法包括如下步驟：
[0010] 1)將鏡場中的定日鏡狀態(tài)設為正常追蹤狀態(tài)和備用狀態(tài)；所述的正常追蹤狀態(tài) 為定日鏡隨太陽位置變化將太陽輻射能聚集到接收器上聚焦點的狀態(tài)，所述的備用狀態(tài)為 定日鏡將太陽能聚集到接收器周邊聚焦點的狀態(tài)，接收器無法接收到處于備用狀態(tài)的定日 鏡聚集的能量；
[0011] 2)對塔式太陽能熱電站全鏡場進行分區(qū)；所述的對塔式太陽能熱電站全鏡場進 行分區(qū)分為鏡場1區(qū)和鏡場2區(qū)；其中鏡場1區(qū)的定日鏡只有正常追蹤狀態(tài)，鏡場2區(qū)的定 日鏡有正常追蹤和備用兩種狀態(tài)；
[0012] 3)建立鏡場2區(qū)的調(diào)度優(yōu)化問題；
[0013] 4)在接收器運行時，每隔一段At時間對步驟3)中鏡場2區(qū)優(yōu)化調(diào)度問題進行求 解，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果調(diào)整鏡場2區(qū)定日鏡狀態(tài)，進而控制水/蒸汽接收器內(nèi)壓力。
[0014] 所述的步驟1)中，當接收器所需能量減少時，處于正常追蹤狀態(tài)的定日鏡可迅速 將目標點從接收器上轉(zhuǎn)到接收器周邊，從而減少鏡場聚集到接收器上的能量值，當接收器 所需能量增加，處于備用狀態(tài)的定日鏡可迅速將太陽能聚集到接收器上，從而增加鏡場聚 焦到接收器上的能量值。
[0015] 所述的步驟2)中對塔式太陽能熱電站全鏡場進行分區(qū)步驟：
[0016] A)在實際應用電站正常運行且蒸汽流量擾動存在的情況下，求得鏡場各時刻正常 追蹤狀態(tài)定日鏡的能量和（即投射到接收器上的能量）占全鏡場定日鏡（正常追蹤狀態(tài)定 日鏡加備用狀態(tài)定日鏡）的能量和的百分比η ;
[0017] Β)從各時刻的η值中選擇其中的最小值nmin;
[0018] C)根據(jù)B)中計算所得的百分比Ilmin值，將全鏡場分為鏡場1區(qū)和鏡場2區(qū)，分 區(qū)后保證鏡場1區(qū)定日鏡的能量值占全鏡場定日鏡能量值的百分比等于80%~100%的 nmin;優(yōu)選的，為保證接收器運行安全，建議令鏡場1區(qū)定日鏡的能量值占全鏡場定日鏡能 量值的百分比為80%~90%的n min。
[0019] 所述步驟3)具體為：
[0020] A)將鏡場2區(qū)的定日鏡按其所能聚集的能量值從大到小降序排列；
[0021] B)將排序后鏡場2區(qū)再分為鏡場2. 1區(qū)和鏡場2. 2區(qū)兩部分，n2>1為鏡場2. 1區(qū) 定日鏡面數(shù)，為鏡場2. 2區(qū)定日鏡面數(shù)；其中鏡場2. 1區(qū)定日鏡為正常追蹤狀態(tài)，其聚集 的能量AQ1正好大于鏡場2區(qū)需聚集的太陽輻射能AQ的ξ %，AQ = Q_d-Qbase，Q_d為 接收器系統(tǒng)所需太陽輻射總能量，Q base為鏡場1區(qū)定日鏡聚焦的能量值；
[0022] C)利用二進制粒子群算法對鏡場2. 2區(qū)的n2,2面定日鏡做0-1整數(shù)優(yōu)化調(diào)度，使 得鏡場2. 2區(qū)所聚集的太陽輻射能Λ Q2加上鏡場2. 1區(qū)所聚集的太陽輻射能Λ Q i之和盡 可能接近鏡場2區(qū)需聚集的太陽輻射能Λ Q，n2為鏡場2區(qū)定日鏡數(shù)量，則η 2,2= n 2-n2, i，優(yōu) 化問題如下：
[0023]
【主權(quán)項】
1. 一種通過鏡場優(yōu)化調(diào)度控制水/蒸汽接收器內(nèi)壓力的方法，其特征在于包括如下步 驟： 1) 將鏡場中的定日鏡狀態(tài)設為正常追蹤狀態(tài)和備用狀態(tài)；所述的正常追蹤狀態(tài)為定 日鏡隨太陽位置變化將太陽輻射能聚集到接收器上聚焦點的狀態(tài)，所述的備用狀態(tài)為定日 鏡將太陽能聚集到接收器周邊聚焦點的狀態(tài)，接收器無法接收到處于備用狀態(tài)的定日鏡聚 集的能量； 2) 對塔式太陽能熱電站全鏡場進行分區(qū)；所述的對塔式太陽能熱電站全鏡場進行分 區(qū)分為鏡場1區(qū)和鏡場2區(qū)；其中鏡場1區(qū)的定日鏡只有正常追蹤狀態(tài)，鏡場2區(qū)的定日鏡 有正常追蹤和備用兩種狀態(tài)； 3) 建立鏡場2區(qū)的調(diào)度優(yōu)化問題； 4) 在接收器運行時，每隔一段At時間對步驟3)中鏡場2區(qū)優(yōu)化調(diào)度問題進行求解， 根據(jù)優(yōu)化結(jié)果調(diào)整鏡場2區(qū)定日鏡狀態(tài)，進而控制水/蒸汽接收器內(nèi)壓力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過鏡場優(yōu)化調(diào)度控制水/蒸汽接收器內(nèi)壓力的方法，其特 征在于所述的步驟1)中，當接收器所需能量減少時，處于正常追蹤狀態(tài)的定日鏡可迅速將 目標點從接收器上轉(zhuǎn)到接收器周邊，從而減少鏡場聚集到接收器上的能量值，當接收器所 需能量增加，處于備用狀態(tài)的定日鏡可迅速將太陽能聚集到接收器上，從而增加鏡場聚焦 到接收器上的能量值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過鏡場優(yōu)化調(diào)度控制水/蒸汽接收器內(nèi)壓力的方法，其特 征在于所述的步驟2)中對塔式太陽能熱電站全鏡場進行分區(qū)的步驟如下： A)在實際應用電站正常運行且蒸汽流量擾動存在的情況下，求得鏡場各時刻正常追蹤 狀態(tài)定日鏡的能量和占全鏡場定日鏡的能量和的百分比η ; Β)從各時刻的η值中選擇其中的最小值nmin; C)根據(jù)步驟B)中計算所得的百分比Iimin值，將全鏡場分為鏡場1區(qū)和鏡場2區(qū)，分區(qū) 后保證鏡場1區(qū)定日鏡的能量和占全鏡場定日鏡能量和的百分比為80%~100%的Tlmin。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的通過鏡場優(yōu)化調(diào)度控制水/蒸汽接收器內(nèi)壓力的方法，其特 征在于所述的步驟C)中，分區(qū)后保證鏡場1區(qū)定日鏡的能量和占全鏡場定日鏡能量和的百 分比為80%~90%的n min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過鏡場優(yōu)化調(diào)度控制水/蒸汽接收器內(nèi)壓力的方法，其特 征在于所述的步驟3)具體為： A) 將鏡場2區(qū)的定日鏡按其所能聚集的能量值從大到小降序排列； B) 將排序后鏡場2區(qū)再分為鏡場2. 1區(qū)和鏡場2. 2區(qū)兩部分，η2?1為鏡場2. 1區(qū)定日 鏡面數(shù)，為鏡場2. 2區(qū)定日鏡面數(shù)；其中鏡場2. 1區(qū)定日鏡為正常追蹤狀態(tài)，其聚集的 能量AQ1正好大于鏡場2區(qū)需聚集的太陽輻射能AQ的ξ %，AQ = Q_d-Qbase，Q_d為接 收器系統(tǒng)所需太陽輻射總能量，Q base為鏡場1區(qū)定日鏡聚焦的能量值； C) 利用二進制粒子群算法對鏡場2. 2區(qū)的n2,2面定日鏡做0-1整數(shù)優(yōu)化調(diào)度，使得鏡 場2. 2區(qū)所聚集的太陽輻射能Λ Q2加上鏡場2. 1區(qū)所聚集的太陽輻射能Λ Q i之和盡可能 接近鏡場2區(qū)需聚集的太陽輻射能Λ Q，n2為鏡場2區(qū)定日鏡數(shù)量，則η 2,2= n 2-n2, i，優(yōu)化問 題如下：
s. t. X (i) = O 或 I (i = 1，2,…，n2'2) 式中，x(i)為優(yōu)化問題的決策變量，表示鏡場2. 2區(qū)中第i面定日鏡狀態(tài)，當x = 1時 表示定日鏡處于正常追蹤狀態(tài)，X = 〇時表示定日鏡處于備用狀態(tài)；Q (i)為鏡場2. 2區(qū)中第 i面定日鏡所聚集的能量值；AQ2為鏡場2. 2區(qū)所聚集的能量值，Λ Q2= Λ Q-AQ1; ξ為設 定的參數(shù)，〇< ξ <100，ξ取值越大，則η2;1越大，η2,2越小，故在粒子群優(yōu)化算法中決策 變量數(shù)越少，優(yōu)化速度加快；反之，ξ取值越小，％ i越小，η 2,2越大，在粒子群優(yōu)化算法中決 策變量數(shù)越多，優(yōu)化速度減慢，當ξ取值過大時，AQ 2的值相應變小，使得改進優(yōu)化問題求 得的解精度降低。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通過鏡場優(yōu)化調(diào)度控制水/蒸汽接收器內(nèi)壓力的方法。該方法通過對塔式太陽能熱電站鏡場進行優(yōu)化調(diào)度，對塔式太陽能熱電站全鏡場進行分區(qū)；建立鏡場的調(diào)度優(yōu)化問題；對優(yōu)化調(diào)度問題進行求解，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果改變鏡場定日鏡狀態(tài),從而改變接收器接收到的能量，使接收器內(nèi)壓力保持恒定。優(yōu)化調(diào)度問題中的0-1整數(shù)規(guī)劃采用二進制粒子群算法求解。利用本發(fā)明的鏡場優(yōu)化調(diào)度方法，可以快速求得鏡場定日鏡狀態(tài)，很好地控制接收器系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。
【IPC分類】G05D16-00
【公開號】CN104635775
【申請?zhí)枴緾N201510022789
【發(fā)明人】趙豫紅, 李佳燕, 劉紫軍, 陳將
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月16日