DSG槽式太陽能集熱系統(tǒng)建模及預(yù)測控制研究.pdf

1、以水為工質(zhì)的槽式太陽能直接蒸汽發(fā)電(DSG，Direct Steam Generation)系統(tǒng)是光熱發(fā)電的發(fā)展方向。集熱場熱效率的精確計(jì)算和提高以及運(yùn)行控制穩(wěn)定性的保障是DSG槽式技術(shù)面臨的難題。建立DSG集熱場和流動(dòng)傳熱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，深入研究其運(yùn)行機(jī)理、控制方法和能源利用策略是解決上述問題的基礎(chǔ)。因此，本文以槽式集熱器為主要研究對(duì)象，采用原理分析、數(shù)學(xué)建模、仿真測試等技術(shù)路線，對(duì)DSG熱工過程模型建立和集熱管出口蒸汽溫度控制策略進(jìn)

2、行了研究。主要的研究成果如下:
　　(1)研究了DSG槽式集熱場的光學(xué)損失，將聚光器光學(xué)損失細(xì)分為反光鏡的光學(xué)損失和集熱管的光學(xué)損失。其次，研究場鏡分布損失，針對(duì)不同地區(qū)和不同季節(jié)的余弦效率、集熱場排間遮擋和末端損失進(jìn)行仿真計(jì)算，并進(jìn)一步提出兩種蒸汽互補(bǔ)方案。上述研究會(huì)為集熱場的設(shè)計(jì)及性能改進(jìn)提供一定的理論依據(jù)。
　　(2)利用熱力學(xué)原理建立了DSG槽式集熱器穩(wěn)態(tài)傳熱模型。對(duì)集熱管外壁溫度、管內(nèi)換熱系數(shù)、工質(zhì)溫度和干度等參數(shù)

3、采用微元的方法進(jìn)行了耦合求解。通過仿真分析，并與現(xiàn)有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證了該模型的正確性。然后，基于模型研究了集熱管出口蒸汽溫度和太陽輻射強(qiáng)度(DNI，Direct Normal Insolation)以及給水流量的關(guān)系。
　　(3)建立了DSG槽式集熱系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。分別分析了在DNI和給水流量階躍擾動(dòng)情況下，出口工質(zhì)溫度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。針對(duì)給水流量擾動(dòng)情況，利用兩點(diǎn)法建立了集熱系統(tǒng)傳遞函數(shù)。仿真表明，所建傳遞函數(shù)具有較高的精度，為集

4、熱管出口蒸汽溫度控制研究打下了基礎(chǔ)。
　　(4)研究了基于DSG槽式集熱系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型的廣義預(yù)測控制(GPC，Generalized Predictive Control)。為了改善基本粒子群優(yōu)化算法容易過早陷入局部最優(yōu)點(diǎn)的不足，首先提出基于任意初始小世界臨域動(dòng)態(tài)粒子群算法D-SWPSO，仿真分析表明其比基本粒子群優(yōu)化算法具有更高的搜索效率和精度，更適宜于具有大滯后和大慣性特征對(duì)象GPC控制的定值跟蹤和優(yōu)化求解。然后，針對(duì)入口水流量