一种多塔复用定日镜的镜场及控制方法与流程

1.本发明涉及塔式太阳能热发电技术领域，特别涉及一种多塔复用定日镜的镜场及控制方法。


背景技术：

2.太阳能热发电作为一种清洁的可再生能源，加上储热配置后可以实现电力输出平稳，可做基础电力、可做调峰电力，得到越来越多的应用。
3.太阳能热发电技术主要包括：塔式太阳能热发电技术；槽式太阳能热发电技术；碟式太阳能热发电技术；线性菲涅尔式太阳能热发电技术。其中塔式光热发电技术因具有高光热转换效率、散热损失少等优势，受到广泛的社会关注。塔式太阳能热发电技术是通过定日镜场(镜场)把太阳光聚焦到位于集热塔顶的吸热器上，加热吸热器中的传热介质产生热能，再通过热交换系统生成高温蒸汽带动汽轮机发电。其中，镜场聚光效率起到至关重要的作用。
4.在现有技术中，局限于镜场的效率的影响，单个聚光集热系统对单汽机的光热电站规模很难做到像火电机组那么大容量，通过多个聚光集热系统并联使用，可收集更多能量，使用更大发电机组。目前现有技术中由于大气衰减影响，单塔塔式太阳能热发电系统镜场集热面积已达上限，无法获取足够定日镜反射辐射能量使用大型发电机组，导致塔式太阳能热发电系统只能使用低效的小型发电机组。


技术实现要素：

5.本发明提供了多塔复用定日镜的镜场控制，以实现多个聚光集热系统并联使用时的镜场控制，通过调整分配每个定日镜对吸热器的指向，可收集比同等数量聚光集热系统单独使用时更多的能量。
6.本发明提供一种多塔复用定日镜的镜场，所述多塔复用定日镜的镜场包括多个塔式吸热器，与各塔式吸热器对应的独占定日镜阵列，以及设置在相邻塔式吸热器之间的共用定日镜阵列；
7.所述塔式吸热器用于吸收定日镜反射的热能；
8.所述独占定日镜阵列环绕设置在对应的塔式吸热器周围，用于向对应的塔式吸热器反射热能；
9.所述共用定日镜阵列用于向预定的一个或多个塔式吸热器反射热能。
10.更近一步地，所述多塔复用定日镜的镜场包括第一塔式吸热器，第一塔式吸热器对应的第一独占定日镜阵列，第二塔式吸热器，第二塔式吸热器对应的第二独占定日镜阵列，第一塔式吸热器和第二塔式吸热器共用的第一共用定日镜阵列；
11.第一塔式吸热器和第二塔式吸热器相邻设置；第一独占定日镜阵列和第二独占定日镜阵列分别环绕设置在第一塔式吸热器和第二塔式吸热器周围；第一共用定日镜阵列设置在第一塔式吸热器和第二塔式吸热器之间位置，并分别环绕设置在第一塔式吸热器和第
二塔式吸热器外。
12.更近一步地，所述多塔复用定日镜的镜场包括第一塔式吸热器，第一塔式吸热器独占的第一独占定日镜阵列，第二塔式吸热器独占的第二独占定日镜阵列，第三塔式吸热器，第三塔式吸热器独占的第三独占定日镜阵列，以及第四共用定日镜阵列；
13.第一塔式吸热器、第二塔式吸热器和第三塔式吸热器呈三角形分布；第一独占定日镜阵列、第二独占定日镜阵列和第三独占定日镜阵列分别环绕设置在第一塔式吸热器、第二塔式吸热器和第三塔式吸热器外；第四共用定日镜阵列是呈y型区域分布的定日镜阵列，分别包括第一塔式吸热器和第二塔式吸热器之间的共用部分，第二塔式吸热器和第三塔式吸热器之间的共用部分，以及第一塔式吸热器和第三塔式吸热器之间的共用部分。
14.更近一步地，所述多塔复用定日镜的镜场包括第一塔式吸热器，第一塔式吸热器独占的第一独占定日镜阵列，第二塔式吸热器，第二塔式吸热器独占的第二独占定日镜阵列，第三塔式吸热器，第三塔式吸热器独占的第三独占定日镜阵列，第四塔式吸热器，第四塔式吸热器独占的第四独占定日镜阵列，以及第一共用定日镜阵列、第二共用定日镜阵列和第三共用定日镜阵列；
15.第二塔式吸热器、第三塔式吸热器和第四塔式吸热器呈三角形分布，第一塔式吸热器设置在三角形内；第一独占定日镜阵列、第二独占定日镜阵列、第三独占定日镜阵列和第四独占定日镜阵列分别环绕设置在第一塔式吸热器、第二塔式吸热器、第三塔式吸热器和第四塔式吸热器外；第一共用定日镜阵列设置在第一塔式吸热器和第二塔式吸热器之间位置，并分别环绕设置在第一塔式吸热器和第二塔式吸热器外；第二共用定日镜阵列设置在第一塔式吸热器和第三塔式吸热器之间位置，并分别环绕设置在第一塔式吸热器和第三塔式吸热器外；第三共用定日镜阵列设置在第一塔式吸热器和第四塔式吸热器之间位置，并分别环绕设置在第一塔式吸热器和第四塔式吸热器外。
16.还提供了一种根据多塔复用定日镜的镜场控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
17.步骤1、仿真计算每一面定日镜在当前时刻指向对应可复用吸热器时的效率；
18.步骤2、根据仿真计算得到的当前时刻每一面定日镜所指向的可复用吸热器中效率最高的吸热器，确定定日镜与吸热器的关联关系；
19.步骤3、仿真计算定日镜指向效率最高的吸热器时，每一座吸热器当前可接收的能量；
20.步骤4、根据当前每一座吸热器可接收的能量，启动对应吸热器；
21.步骤5、根据太阳位置重复步骤1-4。
22.更近一步地，在步骤1中，所述定日镜在当前时刻指向任意可复用吸热器时的效率η为：
23.η＝ρf
cosfatfint
24.ρ是镜面反射率，f
cos
是定日镜余弦效率，f
at
是大气衰减率，f
int
是吸热器截断效率；
25.其中，定日镜余弦效率为：
26.f
cos
＝cosθzcosβ+sinθzsinβcos(γ
s-γ)
27.θz是太阳天顶角，β是受光表面倾角，γs是太阳方位角，γ是受光表面法向相对水平面的方位角；
28.大气衰减率f
at
为：
[0029][0030]
其中，d
hr
是定日镜到吸热器的距离；
[0031]
吸热器截断效率为：
[0032]
其中，l是吸热器截面长度，h是吸热器截面宽度，σ
tot
是溢出因子。
[0033]
更近一步地，在步骤3中，所述吸热器当前可接收的能量e为：
[0034][0035]
其中，dni是当前太阳法向直射辐照度，m是与待计算的吸热器相关联的定日镜数量，a是每面定日镜面积，η是定日镜对应当前吸热器效率。
[0036]
更近一步地，在步骤1中，所述定日镜余弦效率中cosθz为：
[0037]
cosθz＝cosδcosφcosω+sinδsinφ
[0038]
其中，δ是赤纬角，φ是当地纬度，ω是太阳时角，赤纬角为：
[0039][0040]
n是日期序号，指一年中的第n天；
[0041]
太阳时角为：
[0042]
ω＝0.25
°
(ast-720)
[0043]
ast是太阳时，表示为：
[0044]
ast＝lst+et-4(sl-ll)
[0045]
lst是当地标准时，et为修正值，sl是标准时计量点所在的经度，ll是当地经度；修正值表示为：
[0046]
et＝9.87sin(2b)-7.53cos(b)-1.5sin(b)
[0047]
其中，b＝360
°
(n-81)/364；
[0048]
所述太阳方位角为：
[0049][0050]
所述受光表面倾角为：
[0051][0052]
所述受光表面法向相对水平面的方位角为：
[0053][0054]
其中，x、y、z分别是不同吸热器相对某个定日镜的位置。
[0055]
更近一步地，其特征在于，在步骤2中，所述定日镜包括独占定日镜和共用定日镜；
[0056]
独占定日镜仅能关联其具有独占关系的吸热器，仅计算其固定对应的吸热器的效率；共用定日镜可关联与其具有共用关系的吸热器，需要分别计算其对应的各个吸热器的效率。
[0057]
更近一步地，在步骤4中，根据当前每一座吸热器可接收的能量，启动对应吸热器还包括以下步骤：
[0058]
根据吸热器可接收的能量判断是否满足最低启动能量要求；
[0059]
如果满足要求，吸热器启动，并对具有关联关系的定日镜下达指向命令，以使得所述定日镜指向效率最高的吸热器；
[0060]
如果不满足要求，吸热器及其对应的独占定日镜待机，并将具有关联关系的共用定日镜指向已启动并具有共用关系的吸热器中效率最高的吸热器；如果没有吸热器处于启动状态，则计算所有未启动吸热器关联的定日镜均指向任意吸热器时是否能够启动，若满足启动要求则启动吸热器，并重新关联定日镜，若仍无法启动则吸热器和定日镜均待机。
[0061]
本发明达到的有益效果是：
[0062]
本发明提供的多塔复用定日镜的镜场及控制策略填补了针对多个聚光集热系统并联使用时尚无定日镜多吸热器复用及优化调度这一技术空白。
[0063]
本发明提供的多塔复用定日镜的镜场及控制策略实现了比不复用定日镜的聚光集热系统更快的启动速度，加长了聚光集热系统的集热时间，可收集更多能量。
[0064]
本发明提供的多塔复用定日镜的镜场及控制策略提高了复用定日镜的余弦效率，实现了比不复用定日镜的聚光集热系统更高的集热效率，相同数量定日镜下可提供更多能量。
附图说明
[0065]
图1是根据本发明实施例的双塔复用定日镜的聚光集热系统平面示意图；
[0066]
图2是根据本发明实施例的三塔复用定日镜的聚光集热系统平面示意图；
[0067]
图3是根据本发明实施例的三塔以上复用定日镜的聚光集热系统平面示意图；
[0068]
图4是根据本发明实施例的多塔复用定日镜的镜场控制方法的流程示意图。
[0069]
101-第一塔式吸热器、102-第二塔式吸热器、103-第三塔式吸热器、104-第四塔式吸热器、201-第一独占定日镜阵列、202-第二独占定日镜阵列、203-第三独占定日镜阵列、204-第四独占定日镜阵列、301-第一共用定日镜阵列、302-第二共用定日镜阵列、303-第三共用定日镜阵列和304-第四共用定日镜阵列。
具体实施方式
[0070]
下面结合附图对本发明的技术方案进行更详细的说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
[0071]
本发明提出了一种多塔复用定日镜的镜场，该多塔复用定日镜的镜场包括多个塔式吸热器和与塔式吸热器匹配的定日镜阵列，定日镜阵列包括与各塔式吸热器对应的独占定日镜阵列以及设置在相邻塔式吸热器之间的共用定日镜阵列。
[0072]
该镜场通过调整分配每个定日镜对吸热器的指向，可收集比同等数量聚光集热系
统单独使用时更多的能量。
[0073]
其核心原理是由于太阳每天运动轨迹的变化，造成定日镜反射阳光至某一特定吸热器的效率随太阳运动轨迹变化，在有多个吸热器的情况下，定日镜反射阳光到不同吸热器的效率不同，并且效率随太阳运动轨迹互有高低，通过计算保证定日镜实时反射阳光至最高效率的吸热器，即可保证多个聚光集热系统并联使用的效率最大化，并且超过同等数量聚光集热系统单独使用。
[0074]
实施例1
[0075]
如附图1所示，在本实施例中，多塔复用定日镜的镜场包括第一塔式吸热器101，第一塔式吸热器101对应的第一独占定日镜阵列201，第二塔式吸热器102，第二塔式吸热器102对应的第二独占定日镜阵列202，第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102共用的第一共用定日镜阵列301。
[0076]
其中，第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102相邻设置；第一独占定日镜阵列201和第二独占定日镜阵列202分别环绕设置在第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102周围；第一共用定日镜阵列301设置在第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102之间位置，并分别环绕设置在第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102外。
[0077]
启动阶段，首先根据当前dni计算第一独占定日镜阵列201加第一共用定日镜阵列301高效部分和第二独占定日镜阵列202加第一共用定日镜阵列301高效部分提供能量值是否满足第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102同时启动的要求。其中，共用定日镜阵列中距离具有共用关系中某个吸热器小于其他具有共用关系吸热器的复数个定日镜组成的部分即为针对该吸热器的高效部分。
[0078]
如果只有第一独占定日镜阵列201加第一共用定日镜阵列301高效部分提供能量值满足启动要求，只启用第一塔式吸热器101，第一独占定日镜阵列201、第一共用定日镜阵列301均供第一塔式吸热器101使用。
[0079]
如果只有第二独占定日镜阵列202加第一共用定日镜阵列301高效部分提供能量值满足启动要求，只启用第二塔式吸热器102，第二独占定日镜阵列202、第一共用定日镜阵列301均供第二塔式吸热器102使用。
[0080]
如果第一独占定日镜阵列201加第一共用定日镜阵列301高效部分、第二独占定日镜阵列202加第一共用定日镜阵列301高效部分提供能量值均满足启动要求，启用第一塔式吸热器101、第二塔式吸热器102，第一共用定日镜阵列301根据最高效率原则按第一独占定日镜阵列201、第二独占定日镜阵列202提供能量比例分配定日镜供第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102分别使用。
[0081]
运行阶段，如果第一塔式吸热器101单独运行，第一独占定日镜阵列201、第一共用定日镜阵列301均供第一塔式吸热器101使用。
[0082]
如果第二塔式吸热器102单独运行，第二独占定日镜阵列202、第一共用定日镜阵列301均供第二塔式吸热器102使用。
[0083]
如果第一塔式吸热器101、第二塔式吸热器102同时运行，第一共用定日镜阵列301中定日镜分别计算可提供第一塔式吸热器101、第二塔式吸热器102的能量值，按高能量值自行选择吸热器集热。
[0084]
实施例2
[0085]
如附图2所示，在本实施例中，多塔复用定日镜的镜场包括第一塔式吸热器101，第一塔式吸热器101独占的第一独占定日镜阵列201，第二塔式吸热器102，第二塔式吸热器102独占的第二独占定日镜阵列202，第三塔式吸热器103，第三塔式吸热器103独占的第三独占定日镜阵列203，以及第四共用定日镜阵列304。
[0086]
第一塔式吸热器101、第二塔式吸热器102和第三塔式吸热器103呈等边三角形分布；第一独占定日镜阵列201、第二独占定日镜阵列202和第三独占定日镜阵列203分别环绕设置在第一塔式吸热器101、第二塔式吸热器102和第三塔式吸热器103外；第四共用定日镜阵列304是呈y型区域分布的定日镜阵列，分别由第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102之间的共用部分，第二塔式吸热器102和第三塔式吸热器103之间的共用部分，以及第一塔式吸热器101和第三塔式吸热器103之间的共用部分组成。
[0087]
启动阶段，首先根据当前第一独占定日镜阵列201加第四共用定日镜阵列304高效部分、第二独占定日镜阵列202加第四共用定日镜阵列304高效部分和第三独占定日镜阵列203加第四共用定日镜阵列304高效部分提供能量值是否满足第一塔式吸热器101、第二塔式吸热器102和第三塔式吸热器103同时启动的要求。
[0088]
如果只有第一独占定日镜阵列201加第四共用定日镜阵列304高效部分提供能量值满足启动要求，启用第一塔式吸热器101，第一独占定日镜阵列201、第四共用定日镜阵列304均供第一塔式吸热器101使用。
[0089]
如果只有第二独占定日镜阵列202加第四共用定日镜阵列304高效部分提供能量值满足启动要求，启用第二塔式吸热器102，第二独占定日镜阵列202、第四共用定日镜阵列304均供第二独占定日镜阵列202使用。
[0090]
如果只有第三独占定日镜阵列203加第四共用定日镜阵列304高效部分提供能量值满足启动要求，启用第三塔式吸热器103，第三独占定日镜阵列203、第四共用定日镜阵列304均供第三塔式吸热器103使用。
[0091]
如果第一独占定日镜阵列201加第四共用定日镜阵列304高效部分和第二独占定日镜阵列202加第四共用定日镜阵列304高效部分提供能量值满足启动要求，启用第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102，第四共用定日镜阵列304根据最高效率原则按第四共用定日镜阵列提供能量比例分配定日镜供第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102分别使用。
[0092]
如果第一独占定日镜阵列201加第四共用定日镜阵列304高效部分和第三独占定日镜阵列203加第四共用定日镜阵列304高效部分提供能量值满足启动要求，启用第一塔式吸热器101和第三塔式吸热器103，第四共用定日镜阵列304根据最高效率原则按第一独占定日镜阵列201和第三独占定日镜阵列203提供能量比例分配定日镜供第一塔式吸热器101和第三塔式吸热器103分别使用。
[0093]
如果第二独占定日镜阵列202加第四共用定日镜阵列304高效部分和第三独占定日镜阵列203加第四共用定日镜阵列304高效部分提供能量值满足启动要求，启用第二塔式吸热器102和第三塔式吸热器103，第四共用定日镜阵列304根据最高效率原则按第二独占定日镜阵列202和第三独占定日镜阵列203提供能量比例分配定日镜供第二塔式吸热器102和第三塔式吸热器103分别使用。
[0094]
如果第一独占定日镜阵列201加第四共用定日镜阵列304高效部分、第二独占定日
镜阵列202加第四共用定日镜阵列304高效部分和第三独占定日镜阵列203加第四共用定日镜阵列304高效部分提供能量值均满足启动要求，启用第一塔式吸热器101、第二塔式吸热器102和第三塔式吸热器103，第四共用定日镜阵列304根据最高效率原则按第一独占定日镜阵列201、第二独占定日镜阵列202和第三独占定日镜阵列203提供能量比例分配定日镜供第一塔式吸热器101、第二塔式吸热器102和第三塔式吸热器103分别使用。
[0095]
运行阶段，如果第一塔式吸热器101单独运行，第一独占定日镜阵列201、第四共用定日镜阵列304供第一塔式吸热器101使用。
[0096]
如果第二塔式吸热器102单独运行，第二独占定日镜阵列202、第四共用定日镜阵列304供第二塔式吸热器102使用。
[0097]
如果第三塔式吸热器103单独运行，第三独占定日镜阵列203、第四共用定日镜阵列304供第三塔式吸热器103使用。
[0098]
如果第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102同时运行，第四共用定日镜阵列304中定日镜分别计算可提供第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102的能量值，按高能量值自行选择吸热器集热。
[0099]
如果第一塔式吸热器101和第三塔式吸热器103同时运行，第四共用定日镜阵列304中定日镜分别计算可提供第一塔式吸热器101和第三塔式吸热器103的能量值，按高能量值自行选择吸热器集热。
[0100]
如果第二塔式吸热器102和第三塔式吸热器103同时运行，第四共用定日镜阵列304中定日镜分别计算可提供第二塔式吸热器102和第三塔式吸热器103的能量值，按高能量值自行选择吸热器集热。
[0101]
如果第一塔式吸热器101、第二塔式吸热器102和第三塔式吸热器103同时运行，第四共用定日镜阵列304中定日镜分别计算可提供第一塔式吸热器101、第二塔式吸热器102和第三塔式吸热器103的能量值，按高能量值自行选择吸热器集热。
[0102]
实施例3
[0103]
如附图3所示，在本实施例中，多塔复用定日镜的镜场包括第一塔式吸热器101，第一塔式吸热器101独占的第一独占定日镜阵列201，第二塔式吸热器102，第二塔式吸热器102独占的第二独占定日镜阵列202，第三塔式吸热器103，第三塔式吸热器103独占的第三独占定日镜阵列203，第四塔式吸热器104，第四塔式吸热器104独占的第四独占定日镜阵列204，以及第一共用定日镜阵列301、第二共用定日镜阵列302和第三共用定日镜阵列303。
[0104]
第二塔式吸热器102、第三塔式吸热器103和第四塔式吸热器104呈等边三角形分布，第一塔式吸热器101设置在三角形中心；第一独占定日镜阵列201、第二独占定日镜阵列202、第三独占定日镜阵列203和第四独占定日镜阵列204分别环绕设置在第一塔式吸热器101、第二塔式吸热器102、第三塔式吸热器103和第四塔式吸热器104外；第一共用定日镜阵列301设置在第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102之间位置，并分别环绕设置在第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102外；第二共用定日镜阵列302设置在第一塔式吸热器101和第三塔式吸热器103之间位置，并分别环绕设置在第一塔式吸热器101和第三塔式吸热器103外；第三共用定日镜阵列303设置在第一塔式吸热器101和第四塔式吸热器104之间位置，并分别环绕设置在第一塔式吸热器101和第四塔式吸热器104外。
[0105]
启动阶段，首先根据dni计算第一独占定日镜阵列201加第一共用定日镜阵列301
高效部分、第二共用定日镜阵列302高效部分和第三共用定日镜阵列303高效部分提供能量值是否满足第一塔式吸热器101的启动要求。
[0106]
如果第一独占定日镜阵列201加第一共用定日镜阵列301高效部分、第二共用定日镜阵列302高效部分和第三共用定日镜阵列303高效部分提供能量值满足启动要求，启用第一塔式吸热器101，第一独占定日镜阵列201、第一共用定日镜阵列301、第二共用定日镜阵列302和第三共用定日镜阵列303均供第一塔式吸热器101使用。
[0107]
进一步的，根据dni计算第二独占定日镜阵列202加第一共用定日镜阵列301高效部分、第三独占定日镜阵列203加第二共用定日镜阵列302高效部分和第四独占定日镜阵列204加第三共用定日镜阵列303高效部分提供能量值是否满足第二塔式吸热器102、第三塔式吸热器103和第四塔式吸热器104同时启动的要求。
[0108]
如果第二独占定日镜阵列202提供能量值满足启动要求，启用第二塔式吸热器102，第一共用定日镜阵列301根据最高效率原则按第一独占定日镜阵列201和第二独占定日镜阵列202提供能量比例分配定日镜供第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102分别使用。
[0109]
如果第三独占定日镜阵列203提供能量值满足启动要求，启用第三塔式吸热器103，第二共用定日镜阵列302根据最高效率原则按第一独占定日镜阵列201和第三独占定日镜阵列203提供能量比例分配定日镜供第一塔式吸热器101和第三塔式吸热器103分别使用。
[0110]
如果第四独占定日镜阵列204提供能量值满足启动要求，启用第四塔式吸热器104，第三共用定日镜阵列303根据最高效率原则按第一独占定日镜阵列201、第四独占定日镜阵列204提供能量比例分配定日镜供第一塔式吸热器101、第四塔式吸热器104分别使用。
[0111]
运行阶段，如果第一塔式吸热器101单独运行，第一独占定日镜阵列201、第一共用定日镜阵列301、第二共用定日镜阵列302、第三共用定日镜阵列303供第一塔式吸热器101使用。
[0112]
进一步的，如果第二塔式吸热器102同时运行，第一共用定日镜阵列301中定日镜分别计算可提供第一塔式吸热器101、第二塔式吸热器102的能量值，按高能量值自行选择吸热器集热。
[0113]
如果第三塔式吸热器103同时运行，第二共用定日镜阵列302中定日镜分别计算可提供第一塔式吸热器101、第三塔式吸热器103的能量值，按高能量值自行选择吸热器集热。
[0114]
如果第四塔式吸热器104同时运行，第三共用定日镜阵列303中定日镜分别计算可提供第一塔式吸热器101、第四塔式吸热器104的能量值，按高能量值自行选择吸热器集热。
[0115]
实施例4
[0116]
本实施例提供了一种多塔复用定日镜的镜场控制方法，以满足多个聚光集热系统并联使用时的镜场控制系统，通过调整分配每个定日镜对吸热器的指向，可收集比同等数量聚光集热系统单独使用时更多的能量。
[0117]
其核心原理是由于太阳每天运动轨迹的变化，造成定日镜反射阳光至某一特定吸热器的效率随太阳运动轨迹变化，在有多个吸热器的情况下，定日镜反射阳光到不同吸热器的效率不同，并且效率随太阳运动轨迹互有高低，通过计算保证定日镜实时反射阳光至最高效率的吸热器，即可保证多个聚光集热系统并联使用的效率最大化，并且超过同等数
量聚光集热系统单独使用。
[0118]
如附图4所示，镜场控制方法包括以下几个步骤：
[0119]
步骤1、仿真计算每一面定日镜在当前时刻指向对应可复用吸热器时的效率；
[0120]
定日镜场中定日镜包括独占定日镜和共用定日镜，其中独占定日镜仅计算其固定对应的吸热器的效率，共用定日镜分别计算其对应的各个吸热器的效率；每面定日镜需要分别计算其指向对应的吸热器时的效率，效率的计算方法为：
[0121]
η＝ρf
cosfatfint
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-1)
[0122]
式(1-1)中，ρ是镜面反射率，年平均值为0.85，f
cos
是定日镜余弦效率，f
at
是大气衰减率，f
int
是吸热器截断效率。
[0123]
每面定日镜对于不同的吸热器，其相对位置的坐标影响了定日镜余弦效率f
cos
，定日镜和吸热器距离影响吸热器截断效率f
int
和大气衰减率f
at
。
[0124]
其中，定日镜余弦效率f
cos
为：
[0125]fcos
＝cosθzcosβ+sinθzsinβcos(γ
s-γ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-2a)
[0126]
式(1-2a)中，θz是太阳天顶角，β是受光表面倾角，γs是太阳方位角，γ是受光表面法向相对水平面的方位角。
[0127]
cosθz＝cosδcosφcosω+sinδsinφ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-2b)
[0128]
式(1-2b)中，δ是赤纬角，φ是当地纬度，ω是太阳时角。
[0129][0130]
式(1-2c)中，n是日期序号，指一年中的第n天，n＝1表示1月1日。
[0131]
ω＝0.25
°
(ast-720)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-2d)
[0132]
式(1-2d)中，ast是太阳时。
[0133]
ast＝lst+et-4(sl-ll)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-2e)
[0134]
式(1-2e)中，lst是当地标准时，单位是分钟；et为修正值，单位是分钟；sl是标准时计量点所在的经度；ll是当地经度。
[0135]
et＝9.87sin(2b)-7.53cos(b)-1.5sin(b)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-2f)
[0136]
式(1-2f)中，b＝360
°
(n-81)/364，n是日期序号，指一年中的第n天，n＝1表示1月1日。
[0137][0138]
大气衰减率f
at
为：
[0139][0140]
式(1-3)中，d
hr
是定日镜到吸热器的距离。
[0141]
吸热器截断效率f
int
为：
[0142][0143]
式(1-4a)中，l是吸热器截面长度，h是吸热器截面宽度，σ
tot
是溢出因子。
[0144][0145]
式(1-4b)中，d
hr
是定日镜到吸热器的距离，σ
sun
是太阳发散角9.6mrad，σ
bq
是子镜拼接角度误差0.98，σ
ast
是像散误差0.996，σ
track
是定日镜跟踪误差0.02mrad。
[0146][0147][0148][0149]
式(1-5)、(1-6)、(1-7)中，x、y、z是不同吸热器相对某个定日镜的位置。
[0150]
根据不同吸热器相对某一面定日镜的位置不同，代入不同(x、y、z)，可求得某一面定日镜对应不同吸热器的效率η。
[0151]
步骤2、根据仿真计算得到的当前时刻每一面定日镜所指向的可复用吸热器中效率最高的吸热器，确定定日镜与吸热器的关联关系；
[0152]
其中，独占定日镜仅能关联其具有独占关系的吸热器，而共用定日镜关联关系为关联与其具有共用关系的吸热器中效率最高的吸热器。
[0153]
步骤3、仿真计算定日镜指向效率最高的吸热器时，每一座吸热器当前可接收的能量；
[0154][0155]
式(2-1)中，dni是当前太阳法向直射辐照度(w/
㎡
)，m是与待计算的吸热器相关联的定日镜数量，a是每面定日镜面积(
㎡
)，η是定日镜对应当前吸热器效率。
[0156]
步骤4、根据当前每一座吸热器可接收的能量，启动对应吸热器；
[0157]
具体的，根据吸热器可接收的能量判断是否满足最低启动能量要求；
[0158]
如果满足要求，吸热器启动，并对具有关联关系的定日镜下达指向命令，以使得所述定日镜指向效率最高的吸热器。
[0159]
如果不满足要求，吸热器及其对应的独占定日镜待机，并将具有关联关系的共用定日镜指向已启动并具有共用关系的吸热器中效率最高的吸热器；如果当前没有吸热器处于启动状态，则计算所有未启动吸热器关联的定日镜均指向任意吸热器时是否能够启动，若满足启动要求则启动吸热器，并重新关联定日镜，若仍无法启动则吸热器和定日镜均待机。
[0160]
以实施例1中镜场布局为例，当第一独占定日镜阵列201和第二独占定日镜阵列202提供的能量分别已经满足第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102的启动要求，则启动第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102，第一共用定日镜阵列301中各定日镜指向效率最高的吸热器。
[0161]
若仅靠第一独占定日镜阵列201和第二独占定日镜阵列202提供的能量不能满足
第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102的启动要求，则将第一共用定日镜阵列301中各定日镜参数的能量提供至效率最高的吸热器，判断第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102在第一共用定日镜阵列301作用下是否满足同时启动的要求，若满足要求则启动第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102，第一共用定日镜阵列301中各定日镜指向效率最高的吸热器。
[0162]
若第一塔式吸热器101和第二塔式吸热器102在第一共用定日镜阵列301作用下仍然不能满足同时启动的要求，则考虑将第一共用定日镜阵列301中全部定日镜产生的能量提供至第一塔式吸热器101或第二塔式吸热器102中能够生成更多能量的吸热器，若满足这种情况下的启动条件，则启动对应吸热器，使第一共用定日镜阵列301全部指向该吸热器，另一吸热器和对应的独占定日镜阵列待机；若仍然无法启动，则2个吸热器和所有的定日镜阵列待机。
[0163]
步骤5、根据太阳位置重复步骤1-4。
[0164]
本发明提供的多塔复用定日镜的镜场控制策略填补了针对多个聚光集热系统并联使用时尚无定日镜多吸热器复用及优化调度这一技术空白。同时实现了比不复用定日镜的聚光集热系统更快的启动速度，加长了聚光集热系统的集热时间，可收集更多能量。
[0165]
本发明提供的多塔复用定日镜的镜场控制策略还提高了复用定日镜的余弦效率，实现了比不复用定日镜的聚光集热系统更高的集热效率，相同数量定日镜下可提供更多能量。
[0166]
发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变换或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

技术特征：
1.一种多塔复用定日镜的镜场，其特征在于，所述多塔复用定日镜的镜场包括多个塔式吸热器，与各塔式吸热器对应的独占定日镜阵列，以及设置在相邻塔式吸热器之间的共用定日镜阵列；所述塔式吸热器用于吸收定日镜反射的热能；所述独占定日镜阵列环绕设置在对应的塔式吸热器周围，用于向对应的塔式吸热器反射热能；所述共用定日镜阵列用于向预定的一个或多个塔式吸热器反射热能。2.根据权利要求1所述多塔复用定日镜的镜场，其特征在于，所述多塔复用定日镜的镜场包括第一塔式吸热器(101)，第一塔式吸热器(101)对应的第一独占定日镜阵列(201)，第二塔式吸热器(102)，第二塔式吸热器(102)对应的第二独占定日镜阵列(202)，第一塔式吸热器(101)和第二塔式吸热器(102)共用的第一共用定日镜阵列(301)；第一塔式吸热器(101)和第二塔式吸热器(102)相邻设置；第一独占定日镜阵列(201)和第二独占定日镜阵列(202)分别环绕设置在第一塔式吸热器(101)和第二塔式吸热器(102)周围；第一共用定日镜阵列(301)设置在第一塔式吸热器(101)和第二塔式吸热器(102)之间位置，并分别环绕设置在第一塔式吸热器(101)和第二塔式吸热器(102)外。3.根据权利要求1所述多塔复用定日镜的镜场，其特征在于，所述多塔复用定日镜的镜场包括第一塔式吸热器(101)，第一塔式吸热器(101)独占的第一独占定日镜阵列(201)，第二塔式吸热器(102)独占的第二独占定日镜阵列(202)，第三塔式吸热器(103)，第三塔式吸热器(103)独占的第三独占定日镜阵列(203)，以及第四共用定日镜阵列(304)；第一塔式吸热器(101)、第二塔式吸热器(102)和第三塔式吸热器(103)呈三角形分布；第一独占定日镜阵列(201)、第二独占定日镜阵列(202)和第三独占定日镜阵列(203)分别环绕设置在第一塔式吸热器(101)、第二塔式吸热器(102)和第三塔式吸热器(103)外；第四共用定日镜阵列(304)是呈y型区域分布的定日镜阵列，分别包括第一塔式吸热器(101)和第二塔式吸热器(102)之间的共用部分，第二塔式吸热器(102)和第三塔式吸热器(103)之间的共用部分，以及第一塔式吸热器(101)和第三塔式吸热器(103)之间的共用部分。4.根据权利要求1所述多塔复用定日镜的镜场，其特征在于，所述多塔复用定日镜的镜场包括第一塔式吸热器(101)，第一塔式吸热器(101)独占的第一独占定日镜阵列(201)，第二塔式吸热器(102)，第二塔式吸热器(102)独占的第二独占定日镜阵列(202)，第三塔式吸热器(103)，第三塔式吸热器(103)独占的第三独占定日镜阵列(203)，第四塔式吸热器(104)，第四塔式吸热器(104)独占的第四独占定日镜阵列(204)，以及第一共用定日镜阵列(301)、第二共用定日镜阵列(302)和第三共用定日镜阵列(303)；第二塔式吸热器(102)、第三塔式吸热器(103)和第四塔式吸热器(104)呈三角形分布，第一塔式吸热器(101)设置在三角形内；第一独占定日镜阵列(201)、第二独占定日镜阵列(202)、第三独占定日镜阵列(203)和第四独占定日镜阵列(204)分别环绕设置在第一塔式吸热器(101)、第二塔式吸热器(102)、第三塔式吸热器(103)和第四塔式吸热器(104)外；第一共用定日镜阵列(301)设置在第一塔式吸热器(101)和第二塔式吸热器(102)之间位置，并分别环绕设置在第一塔式吸热器(101)和第二塔式吸热器(102)外；第二共用定日镜阵列(302)设置在第一塔式吸热器(101)和第三塔式吸热器(103)之间位置，并分别环绕设置在第一塔式吸热器(101)和第三塔式吸热器(103)外；第三共用定日镜阵列(303)设置在第一
塔式吸热器(101)和第四塔式吸热器(104)之间位置，并分别环绕设置在第一塔式吸热器(101)和第四塔式吸热器(104)外。5.一种根据权利要求1-4中所述多塔复用定日镜的镜场的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：步骤1、仿真计算每一面定日镜在当前时刻指向对应可复用吸热器时的效率；步骤2、根据仿真计算得到的当前时刻每一面定日镜所指向的可复用吸热器中效率最高的吸热器，确定定日镜与吸热器的关联关系；步骤3、仿真计算定日镜指向效率最高的吸热器时，每一座吸热器当前可接收的能量；步骤4、根据当前每一座吸热器可接收的能量，启动对应吸热器；步骤5、根据太阳位置重复步骤1-4。6.根据权利要求5所述多塔复用定日镜的镜场控制方法，其特征在于，在步骤1中，所述定日镜在当前时刻指向任意可复用吸热器时的效率η为：η＝ρf
cos
f
at
f
int
ρ是镜面反射率，f
cos
是定日镜余弦效率，f
at
是大气衰减率，f
int
是吸热器截断效率；其中，定日镜余弦效率为：f
cos
＝cosθ
z
cosβ+sinθ
z
sinβcos(γ
s-γ)θ
z
是太阳天顶角，β是受光表面倾角，γ
s
是太阳方位角，γ是受光表面法向相对水平面的方位角；大气衰减率f
at
为：其中，d
hr
是定日镜到吸热器的距离；吸热器截断效率为：其中，l是吸热器截面长度，h是吸热器截面宽度，σ
tot
是溢出因子。7.根据权利要求6所述多塔复用定日镜的镜场控制方法，其特征在于，在步骤3中，所述吸热器当前可接收的能量e为：其中，dni是当前太阳法向直射辐照度，m是与待计算的吸热器相关联的定日镜数量，a是每面定日镜面积，η是定日镜对应当前吸热器效率。8.根据权利要求6所述多塔复用定日镜的镜场控制方法，其特征在于，在步骤1中，所述定日镜余弦效率中cosθ
z
为：cosθ
z
＝cosδcosφcosω+sinδsinφ其中，δ是赤纬角，φ是当地纬度，ω是太阳时角，赤纬角为：n是日期序号，指一年中的第n天；
太阳时角为：ω＝0.25
°
(ast-720)ast是太阳时，表示为：ast＝lst+et-4(sl-ll)lst是当地标准时，et为修正值，sl是标准时计量点所在的经度，ll是当地经度；修正值表示为：et＝9.87sin(2b)-7.53cos(b)-1.5sin(b)其中，b＝360
°
(n-81)/364；所述太阳方位角为：所述受光表面倾角为：所述受光表面法向相对水平面的方位角为：其中，x、y、z分别是不同吸热器相对某个定日镜的位置。9.根据权利要求5所述多塔复用定日镜的镜场控制方法，其特征在于，在步骤2中，所述定日镜包括独占定日镜和共用定日镜；独占定日镜仅能关联其具有独占关系的吸热器，仅计算其固定对应的吸热器的效率；共用定日镜可关联与其具有共用关系的吸热器，需要分别计算其对应的各个吸热器的效率。10.根据权利要求9所述多塔复用定日镜的镜场控制方法，其特征在于，在步骤4中，根据当前每一座吸热器可接收的能量，启动对应吸热器还包括以下步骤：根据吸热器可接收的能量判断是否满足最低启动能量要求；如果满足要求，吸热器启动，并对具有关联关系的定日镜下达指向命令，以使得所述定日镜指向效率最高的吸热器；如果不满足要求，吸热器及其对应的独占定日镜待机，并将具有关联关系的共用定日镜指向已启动并具有共用关系的吸热器中效率最高的吸热器；如果没有吸热器处于启动状态，则计算所有未启动吸热器关联的定日镜均指向任意吸热器时是否能够启动，若满足启动要求则启动吸热器，并重新关联定日镜，若仍无法启动则吸热器和定日镜均待机。

技术总结
本发明提供了一种多塔复用定日镜的镜场及控制方法，多塔复用定日镜的镜场包括多个塔式吸热器，与各塔式吸热器对应的独占定日镜阵列，以及设置在相邻塔式吸热器之间的共用定日镜阵列；塔式吸热器用于吸收定日镜反射的热能；独占定日镜阵列环绕设置在对应的塔式吸热器周围，用于向对应的塔式吸热器反射热能；共用定日镜阵列用于向预定的一个或多个塔式吸热器反射热能。本发明提供的多塔复用定日镜的镜场及控制方法填补了针对多个聚光集热系统并联使用时尚无定日镜多塔复用及优化调度这一技术空白，通过共用定日镜阵列实现了比非复用定日镜的聚光集热系统更快的启动速度，加长了聚光集热系统的集热时间，可收集更多能量。可收集更多能量。可收集更多能量。


技术研发人员：高明 姚志豪 李振国 杨宗喆
受保护的技术使用者：恒基能脉新能源科技有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/7/25