太阳能热发电系统接收器的建模仿真及控制算法研究

【摘要】：为应对能源短缺、气候变化及环境污染,世界各国都积极开展聚光发电系统的研究。其中,塔式太阳能热发电是大规模太阳能发电中最为经济的方式之一。由于太阳能的间歇性,以及电站系统的非线性、多变量和强耦合等特点,必须对电站进行建模与仿真,并设计合理的控制方法与镜场聚焦策略,保证电站平稳、安全、高效运行。太阳能接收器是塔式太阳能热发电系统的重要组成部分,是光热转换的关键。本文对水/蒸汽接收器、熔盐接收器进行建模与仿真,完成的主要工作如下：(1)针对水/蒸汽管状接收器,在Astrom-Bell锅炉模型基础上,将吸热管沿轴向空间离散化,建立了接收器的分段集总参数模型,从而能够反映能量分布对接收器系统的影响。模型仿真结果与文献数据及实际电站实验数据的对比、以及在不同工况下的系统动态仿真结果验证了模型的正确性和有效性。(2)利用定日镜可独立调控的特点,提出了基于镜场优化调度的接收器压力控制方法,通过建立镜场分区的优化调度问题、求解得到部分定日镜的聚焦状态进而控制接收器接收到的太阳辐射能来实现压力控制。针对镜场能量优化调度问题,分析贪婪算法和粒子群算法的优缺点,提出了一种贪婪算法和粒子群算法结合的改进求解算法,基于改进算法的接收器控制仿真结果表明提出的方法控制效果良好。(3)以美国Solar Two电站为原型,对高温熔盐接收器吸热管沿轴向空间离散化,建立接收器分段集总参数模型。通过与Solar Two电站接收器测试文档结果对比,以及对接收器模型典型工况的动态仿真,验证了模型的正确性；接收器不同位置管壁温度的动态仿真结果表明模型能够反映接收器的实际特性。在此基础上,对接收器控制系统进行了仿真,并分析了控制特性。 【关键词】：塔式太阳能热发电 接收器 建模 仿真 控制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 课题的研究背景和意义12-14
• 1.1.1 塔式太阳能热发电简介12-13
• 1.1.2 塔式太阳能电站国内外发展状况13-14
• 1.2 塔式太阳能接收器简介及研究现状14-21
• 1.2.1 接收器的种类15-16
• 1.2.2 接收器的传热工质16-17
• 1.2.3 接收器研究现状17-21
• 1.3 本文研究内容与结构21-24
• 第二章 水/蒸汽接收器的模型建立与仿真分析24-46
• 2.1 引言24
• 2.2 水/蒸汽接收器的分段集总参数模型建立24-36
• 2.2.1 Astrom-Bell模型介绍24-29
• 2.2.2 基于Astr6m-Bell模型的接收器分段集总参数模型29-32
• 2.2.3 水和蒸汽物性计算32-36
• 2.3 水/蒸汽接收器的模型验证36-38
• 2.3.1 与文献结果的对比验证36-37
• 2.3.2 与杭州某实验电站测试数据的对比验证37-38
• 2.4 水/蒸汽接收器模型的动态仿真与分析38-43
• 2.4.1 典型工况分析38-40
• 2.4.2 接收器表面能量分布对动态特性影响分析40-43
• 2.5 本章小结43-46
• 第三章 基于镜场优化调度的接收器压力控制方法46-70
• 3.1 引言46-48
• 3.2 镜场优化调度问题48-51
• 3.2.1 基本的镜场优化调度问题48-49
• 3.2.2 将镜场分区的优化调度问题49-51
• 3.3 基于贪婪算法的镜场优化调度问题求解51-55
• 3.3.1 基于贪婪算法的镜场优化调度51
• 3.3.2 基于贪婪算法的镜场优化调度仿真51-55
• 3.4 基于粒子群算法的镜场优化调度问题求解55-59
• 3.4.1 粒子群算法简介55
• 3.4.2 基于粒子群算法的0-1整数优化55-57
• 3.4.3 基于粒子群算法的镜场优化调度仿真57-59
• 3.5 基于改进算法的镜场优化调度问题求解59-67
• 3.5.1 贪婪算法和粒子群算法结合的改进算法59-61
• 3.5.2 基于改进算法的镜场优化调度仿真61-67
• 3.6 本章小结67-70
• 第四章 高温熔盐接收器的模型建立与仿真分析70-88
• 4.1 引言70
• 4.2 高温熔盐接收器的分段集总参数模型建立70-80
• 4.2.1 Solar Two电站接收器介绍70-72
• 4.2.2 熔盐接收器的分段集总参数模型72-75
• 4.2.3 熔盐物性计算75
• 4.2.4 吸热管传热特性及散热损失75-80
• 4.3 高温熔盐接收器模型的稳态验证80-81
• 4.4 高温熔盐接收器模型的动态仿真与分析81-86
• 4.4.1 接收器各块板的出口温度动态特性81-84
• 4.4.2 接收器管壁温度动态特性84-86
• 4.5 接收器控制特性仿真86-87
• 4.6 本章小结87-88
• 第五章 总结与展望88-90
• 5.1 全文总结88-89
• 5.2 研究展望89-90
• 参考文献90-94
• 作者在学期间所取得的研究成果94

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