[发明专利]基于观测数据的双变量B样条函数地表太阳形状模型

说明书

本发明公开了一种基于观测数据的双变量B样条函数地表太阳形状模型，本发明首先对地表太阳光强分布观测数据处理，得到84组太阳扫描剖面；然后使用双三次B样条函数分两步进行拟合：第一步沿着角度偏移方向分别拟合84组太阳扫描剖面数据，得到中间控制顶点，第二步拟合中间控制顶点得到最终控制顶点。本发明建立的地表太阳形状解析模型具有模型简单、辐射能可解析积分、高拟合精度、CSR对齐和模型连续的优点。该模型简单，符合真实的太阳光强分布，可以提高光热太阳能发电系统辐射能密度分布仿真的准确度和速度，该发明在光热太阳能仿真领域具有很好的应用价值。

技术领域

本发明涉及太阳能光热发电领域，具体地说，涉及一种基于真实太阳光强分布观测数据建立的地表太阳形状模型。

背景技术

在太阳能光热发电系统仿真领域中，描述太阳光强从中心到边缘分布的太阳形状模型关系到接收器上的辐射能密度分布仿真的准确性。构建准确的太阳形状模型有利于得到准确的辐射能密度分布仿真结果，该结果不仅是塔式太阳能光热发电系统前期设计阶段定日镜场布局优化的基础，也是后期运行阶段定日镜场聚焦优化、提高能量利用率、保护接收器免受损害的重要保障。目前已有的太阳形状模型分为两大类：地外太阳形状模型和地表太阳形状模型。地外太阳形状模型不考虑太阳光晕光强分布，在仿真中会带来峰值和总功率的高估。目前已有地表太阳形状模型有的是简化模型，如Gaussian模型，该模型偏离真实太阳光强分布较远，而基于观测数据建立的地表太阳形状模型是最符合真实太阳光强分布的模型，但该类模型仍然存在较多问题，如Buie模型和B样条拼接模型存在拟合精度不够高、模型不连续以及CSR无法对齐(模型输入CSR与根据模型计算CSR不相等)问题，单变量B样条函数模型虽然解决了上述问题，但是模型复杂，需要存储大量B样条函数控制顶点。特别地，Buie模型还存在辐射能计算无法解析积分的问题。

考虑现有地表太阳形状模型缺点，本发明研究了基于真实太阳光强观测数据的地表太阳形状建模方法。

发明内容

本发明的目的在于针对目前地表太阳形状模型复杂、辐射能无法解析积分、模型拟合精度不高、CSR无法对齐和模型不连续的问题，提出了一种基于观测数据的双变量B样条函数地表太阳形状模型。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于观测数据的双变量B样条函数地表太阳形状模型，通过以下方法构建得到：

步骤(1)，测量数据处理，使用LBL实验室和DLR实验室测量的地表离散太阳形状数据，根据CSR分组求平均和数据拼接，最终得到84组不同CSR对应的太阳形状离散扫描剖面；

步骤(2)，分别对84组数据，使用单变量三次B样条函数沿着径向角度偏移方向拟合；

步骤(3)，在步骤(2)拟合得到的控制顶点基础上，分别沿着CSR方向进行拟合。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明基于真实的地表太阳光强分布观测数据，使用双变量三次B样条函数建立的地表太阳形状解析模型具有模型简单、辐射能可解析积分、高拟合精度、CSR对齐和模型连续的优点。该模型简单，符合真实的太阳光强分布，可以提高光热太阳能发电系统辐射能密度分布仿真的准确度和速度。

附图说明

图1是DLR和LBL数据处理结果图；

图2是两步拟合对应的控制顶点和控制多边形图；

图3是CSR方向不同控制顶点个数，差分进化算法双变量B样条函数拟合，CSR对齐图，其中，(a)是控制顶点个数为9时的CSR对齐图，(b)控制顶点个数为10时的CSR对齐图，(c)控制顶点个数为11时的CSR对齐图，(d)控制顶点个数为12时的CSR对齐图；

图4是双变量B样条函数模型结果图，其中，(a)是半对数坐标系下部分拟合结果，(b)是空间直角坐标系下全部拟合结果；