[发明专利]塔式太阳能热电系统聚光集热子系统的优化方法

摘要

本发明公开了一种塔式太阳能热电系统聚光集热子系统的优化方法，实施步骤如下：(1)将定日镜场分块，以接收器表面聚焦点位置为决策变量，以接收器出口熔盐温度尽量高为目标，以接收器表面能量分布标准差小于阈值为约束，构造优化问题；(2)利用改进复合形法求解优化问题；(3)利用基于MBDFO算法的改进优化方法求解优化问题。本发明中，塔式太阳能热电系统聚光集热子系统的优化方法，在保证接收器出口熔盐温度尽量高的条件下，使接收器表面能量分布更加均匀以避免局部过热，有利于保护接收器、提高换热效率，为塔式太阳能热电站的运行提供参考。

主权项

1.一种塔式太阳能热电系统聚光集热子系统的优化方法，其特征在于包括如下步骤：1)将定日镜场分块，以接收器表面聚焦点位置为决策变量，以接收器出口熔盐温度在不挥发的情况下尽量高为目标，以接收器表面能量分布标准差小于阈值为约束，构造优化问题；所述的步骤1)具体为：将镜场分为两个区域，采用双聚焦点策略，即一部分定日镜照射到聚焦点1，另一部分定日镜照射到聚焦点2，两个聚焦点坐标分别为(0,0,z₁)，(0,0,z₂)，以接收器出口熔盐温度在不挥发的情况下尽量高为目标，以接收器表面能量分布标准差小于阈值为约束，构造优化问题如式(1)所示：其中，T_v表示熔盐的挥发温度值，为常量，T_fss为接收器出口熔盐温度稳态值，它表示为z₁，z₂的函数fitness(z₁,z₂)，z₁和z₂表示两个聚焦点z轴坐标，其取值不得超过接收器竖直高度h_t，F为接收器表面能量值的标准差，表示为自变量z₁，z₂的函数g(z₁,z₂)，F₀为设定的最大标准差；2)利用改进复合形法或基于MBDFO算法的改进优化方法求解优化问题；根据求解结果调整聚焦点的位置实现塔式太阳能热电系统聚光集热子系统的优化；当优化方法为基于MBDFO算法的改进优化方法时，所述的求解优化问题的过程具体为：将式(1)所示的优化模型表示为minf(x),x∈Rⁿ,s.t.g(x)≥0，其中，x＝[z₁；z₂]，表示两个聚焦点的z坐标，目标函数f(x)表示接收器出口温度稳态值T_fss，约束函数g(x)包括T_v‑T_fss、F₀‑F以及三个约束，改进的MBDFO算法步骤如下：5.1)选择一个初始插值样本集Y＝{y¹,y²,…,y^q}，其中yⁱ∈Rⁿ,i＝1,2,...,q，选择一个点x₀，使之对于任意一个yⁱ∈Y满足f(x₀)≤f(yⁱ)，选定一个初始信赖域半径Δ₀，一个常量η∈(0,1)，其中，对于式(1)所示的优化模型而言，yⁱ＝[z₁ⁱ；z₂ⁱ]，q根据式(4)计算可得5.2)当满足收敛条件时，即迭代点位置的温度值连续N次变化小于收敛精度时，即flag＝N，N为设定参数，停止迭代；否则，利用插值集Y将目标函数插值为二次函数m_k(x)，具体形式为m_k([z₁；z₂])＝A+Bz₁+Cz₂+Dz₁²+Ez₁²+Fz₁z₂，其中A、B、C、D、E、F为插值方法求得的参数；将约束函数拟合为二次函数g_k(x)；用信赖域方法在信赖域半径内求解如式(19)所示的优化问题得到一个步长p，得到模型最优值x_p＝x_k+p；5.3)判断x_p是否在可行域内，即g(x_p)是否大于0，若g(x_p)≥0，则按照式(6)计算比率ρ；若g(x_p)＜0，则根据缩放准则调整x_p直到g(x_p)≥0，按照式(6)计算比率ρ；5.4)若满足ρ≥η，则将插值集Y中的一个数据y_‑替换为x_p，被替换的数据y_‑满足其中L(x_p,y)表示拉格朗日插值多项式，其计算方法如式(15)所示，更新信赖域半径为Δ_k+1，满足Δ_k+1≥Δ_k，更新下一个迭代点x_k+1为x_p，转入下一次迭代，即步骤5.2)；若不满足ρ≥η，则判断插值集Y是否需要更新，若||x_k‑yⁱ||≤Δ_k,yⁱ∈Y，说明插值集Y不需要更新，转入步骤5.5)；若不满足||x_k‑yⁱ||≤Δ_k,yⁱ∈Y，说明插值集Y需要更新，转入步骤5.6)；5.5)更新信赖域半径Δ_k+1，满足Δ_k+1＜Δ_k，下一个迭代点x_k+1＝x_k，转入下一次迭代，即步骤5.2)；5.6)更新插值集Y：用信赖域算法求出满足式(18)的待插入值然后得到待删除点信赖域Δ_k+1＝Δ_k；在Y中选择使目标函数最小的元素作为下一个迭代点转入步骤5.2)；