CN113128056B - 一种光热发电镜场功率测算的分布式计算装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种光热发电镜场功率测算的分布式计算装置及方法，仿真吸热器系统通过聚合各仿真吸热点单元的功率数据统计整个镜场的功率；仿真吸热点单元模拟真实光热发电镜场中吸热器的某一面积区块，通过统计各仿真定日镜单元投射至此面积区块的功率数据，统计该面积区块总功率；仿真定日镜单元模拟真实镜场中定日镜的工作情况得到对各仿真吸热点单元的输出功率；多个仿真定日镜单元连接一个分布式计算节点，分布式计算调度系统连接多个分布式计算节点，根据各分布式计算节点的负载情况，动态调度与分配各仿真镜日镜单元在各分布式计算节点中的部署关系；并且在每个仿真步进周期内安排每个仿真定日镜单元完成功率输出的计算。本发明能提高测算效率和精度。
Description
技术领域
本发明属于塔式太阳能热发电定日镜仿真领域，具体涉及一种光热发电镜场功率测算的分布式计算装置及方法。
背景技术
分布式计算是一门计算机科学，主要用于把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分解成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。
在光热发电镜场领域，对于镜场实时功率的测算一直是一个非常复杂的问题，主要体现在光热发电过程中，涉及到的基础单位(定日镜)数量众多，光能转换计算复杂，受时间、天气等动态因素影响很大等等。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中对于大规模定日镜场实时功率测算复杂的问题，提供一种光热发电镜场功率测算的分布式计算装置及方法，提高测算效率和精度。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种光热发电镜场功率测算的分布式计算装置，包括同时连接多个仿真吸热点单元的仿真吸热器系统，仿真吸热器系统通过聚合各仿真吸热点单元的功率数据来统计整个镜场的功率；所述的仿真吸热点单元用于模拟真实光热发电镜场中吸热器的某一面积区块，通过统计各仿真定日镜单元投射至此面积区块的功率数据，实现统计该面积区块总功率；所述的仿真定日镜单元用于模拟真实镜场中定日镜的工作情况来得到对各仿真吸热点单元的输出功率；多个仿真定日镜单元连接一个分布式计算节点，分布式计算调度系统连接多个分布式计算节点，所述的分布式计算调度系统根据各分布式计算节点的负载情况，动态调度与分配各仿真镜日镜单元在各分布式计算节点中的部署关系；所述的分布式计算节点在每个仿真步进周期内，通过并行计算的方式，安排每个仿真定日镜单元完成功率输出的计算。
作为本发明的一种优选方案，所述的仿真定日镜单元模拟真实镜场中定日镜的工作情况，包括姿态、日光反射效率，以此计算定日镜投射至吸热器的投射形状、光斑大小，得到对各仿真吸热点单元的输出功率。
作为本发明的一种优选方案，所述的分布式计算调度系统与仿真吸热器系统连接关系型数据库。
本发明还提供一种光热发电镜场功率测算的分布式计算方法，包括以下步骤：
-分布式计算调度系统在启动后，通过关系型数据库加载集群内配置的各台计算机信息，并按照计算机配置信息内要求，指定某台计算机作为仿真吸热器系统启动，其他机器作为分布式计算节点启动；
-仿真吸热器系统通过关系型数据库加载与镜场设计一致的配置文件，包括吸热器物理信息、仿真吸热点配置数据，初始化内部的仿真吸热点单元，被初始化的仿真吸热点单元随即完成内部统计输出功率所需的数据结构的初始化工作。
-在仿真吸热器系统内所有仿真吸热点单元初始化完成后，仿真吸热器系统通知分布式计算调度系统，分布式计算调度系统随即从关系型数据库中加载镜场配置中所有定日镜配置信息，并按照定日镜区组关系，将定日镜配置信息发送给各分布式计算节点；
-分布式计算节点收到定日镜配置信息后，初始化运行于其内部的仿真定日镜单元，并在完成所有仿真定日镜单元初始化后，通知分布式计算调度系统；在所有分布式计算节点初始化完成后，在分布式计算调度系统输入计算的开始时间，启动分布式计算装置正式运行；
-正式运行期间，由分布式计算调度系统在每个计算步进周期时，通过向分布式计算节点发送步进时间报文来驱动整个分布式计算装置的数据计算。
作为本发明的一种优选方案，所述的吸热器物理信息包括光热镜场设计时规约的吸热塔高度、吸热器中心高度、吸热器设备高度、吸热器设备周长以及吸热管分布信息；所述的仿真吸热点配置数据包括吸热点横向分布数量、吸热点纵向分布数量。
作为本发明的一种优选方案，所述的定日镜配置信息包括光热镜场设计时每面定日镜的初始角度、位置、高度以及机械特性。
作为本发明的一种优选方案，所述的步进时间报文指在正式计算运行时，每个步进周期开始时，由分布式计算调度系统向每个分布式计算节点发送的，包含当前计算时间信息的指令型报文。
作为本发明的一种优选方案，在每个步进周期内，由仿真定日镜单元生成仿真定日镜功率数据；所述的仿真定日镜功率数据指在每个步进周期内，由仿真定日镜单元在进行物理计算后，被自身定日镜投射面积涵盖的，每个仿真吸热点所接收到的功率输出数据。
作为本发明的一种优选方案，在每个步进周期内，由仿真吸热点单元生成仿真吸热点功率数据；所述的仿真吸热点功率数据指在每个步进周期内，由各仿真吸热点单元进行统计的，所有相关的仿真定日镜功率数据的统计结果，包含按光热镜场设计时的各区、各环、各定日镜的功率统计数据。
作为本发明的一种优选方案，在每个步进周期内，仿真吸热器系统生成镜场功率数据供外部系统调用，镜场功率数据指在每个步进周期内，基于所有仿真吸热点功率数据的统计结果，其中包含按光热镜场设计时的各区、各环、各定日镜的功率统计数据及总功率统计数据。
相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
一方面使用仿真吸热点结合仿真定日镜的概念，通过对仿真吸热点的密度规划以及仿真定日镜单位投射面积计算的方法，达到高精度功率输出测算的目的；另一方面，通过分布式计算，借助于相对廉价的计算机资源的组合，即能够实现对光热镜场功率计算中高时效性、高算力要求光学物理仿真的充分满足。本发明基于分布式计算的方式，实现对大型光热镜场真实运行状况的高还原度仿真，将大规模镜场的功率测算，交由可动态扩容的计算集群来完成，在算法优化与集群容量充分的条件下，不仅完成了光热镜场功率测算，还能够将测算效率提升至十毫秒级，除了可以用于光热发电镜场设计方案的评估，更可以用于光热发电镜场的灾害预警、运维优化等领域，应用前景广阔。
附图说明
图1本发明实施例光热发电镜场功率测算的分布式计算装置结构框图；
图2本发明实施例光热发电镜场功率测算的分布式计算方法数据流转示意图；
附图中：1-仿真吸热器系统；2-仿真吸热点单元；3-仿真定日镜单元；4-分布式计算调度系统；5-分布式计算节点；6-关系型数据库；7-括吸热器物理信息；8-仿真吸热点配置数据；9-定日镜配置信息；10-步进时间报文；11-仿真定日镜功率数据；12-仿真吸热点功率数据；13-镜场功率数据。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明提出的一种光热发电镜场功率测算的分布式计算装置，其结构包括仿真吸热器系统1、仿真吸热点单元2、仿真定日镜单元3、分布式计算调度系统4以及分布式计算节点5。具体的，通过仿真吸热器系统1来统计整个镜场的功率。仿真吸热器系统1内管理着多个仿真吸热点单元2，仿真吸热器系统1通过聚合仿真吸热点单元2的功率数据，达到统计整个镜场的功率的效果。通过仿真吸热点单元2模拟真实光热发电镜场中吸热器的某一面积区块，仿真吸热点单元2通过统计各仿真定日镜单元3投射至此面积区块的功率数据，达到统计该面积区块总功率的效果。通过仿真定日镜单元3来模拟真实镜场中定日镜的工作情况，包括姿态、日光反射效率等，以此计算定日镜投射至吸热器的投射形状、光斑大小，最终得到对各仿真吸热点单元2的输出功率。通过分布式计算调度系统4，根据各分布式计算节点5负载情况，动态调度与分配各仿真镜日镜单元3在各分布式计算节点5的部署关系，进而达到提升整个计算框架运行效率的作用。通过分布式计算节点5管理一组由分布式计算调度系统4动态分配的仿真定日镜单元3。本发明的分布式计算节点5在每个仿真步进周期内，通过并行计算方式，安排每个仿真定日镜单元3完成功率输出的计算。
一种光热发电镜场功率测算的分布式计算方法，包括以下步骤：
系统由分布式计算调度系统4进行启动，分布式计算调度系统4在启动之后，通过关系型数据库6加载集群内配置的各台计算机信息，并按照计算机配置信息内要求，指定某台计算机作为仿真吸热器系统1启动，其他机器作为分布式计算节点5启动。
仿真吸热器系统1通过关系型数据库6加载与镜场设计一致的配置文件，包括吸热器物理信息7、仿真吸热点配置数据8等参数，初始化内部的仿真吸热点单元2，被初始化的仿真吸热点单元2随即完成内部统计输出功率所需的数据结构的初始化工作。
在仿真吸热器系统1内所有仿真吸热点单元2初始化完成后，仿真吸热器系统1通知分布式计算调度系统4，分布式计算调度系统4随即从关系型数据库6中加载镜场配置中所有定日镜配置信息9，并按照定日镜区组关系，将包含初始角度、位置、高度、机械特性等在内的定日镜配置信息9发送给各分布式计算节点5。
分布式计算节点5收到定日镜配置信息后，初始化运行于其内部的仿真定日镜单元3，并在完成所有仿真定日镜单元3初始化之后，通知分布式计算调度系统4。在所有分布式计算节点5初始化完成后，可在分布式计算调度系统4人工输入计算的开始时间，启动计算框架的正式运行。
正式运行期间，由分布式计算调度系统4在每个计算步进周期时，通过向分布式计算节点5发送步进时间报文10来驱动整个分布式计算框架的数据计算。
如图2所示，本发明实施例光热发电镜场功率测算的分布式计算方法流转与生成的数据主要包括吸热器物理信息7、仿真吸热点配置数据8、定日镜配置信息9、步进时间报文10、仿真定日镜功率数据11、仿真吸热点功率数据12、镜场功率数据13。
吸热器物理信息7，包括光热镜场设计时规约的吸热塔高度、吸热器中心高度、吸热器设备高度、吸热器设备周长以及吸热管分布信息等。
仿真吸热点配置数据8，包括吸热点横向分布数量、吸热点纵向分布数量，吸热点数量越多，则镜场功率测算的精度越高，同时在相同步进周期内，对集群整体计算性能的要求越高。
定日镜配置信息9包括光热镜场设计时每面定日镜的初始角度、位置、高度以及机械特性等，这些参数直接影响定日镜投射功率的物理计算结果。
步进时间报文10指在正式计算运行时，每个步进周期开始时，由分布式计算调度系统4向每个分布式计算节点5发送的，包含当前计算时间信息的指令型报文。
仿真定日镜功率数据11指在每个步进周期内，由仿真定日镜单元3在进行物理计算后，被自身定日镜投射面积涵盖的，每个仿真吸热点2所接收到的功率输出数据，为一组标定仿真吸热点及功率的键值对数据。
仿真吸热点功率数据12指在每个步进周期内，由各仿真吸热点单元2进行统计的，所有相关的仿真定日镜功率数据12的统计结果，其中包含按光热镜场设计时的各区、各环、各定日镜的功率统计数据。
镜场功率数据13指在每个步进周期内，基于所有仿真吸热点功率数据12的统计结果，其中包含按光热镜场设计时的各区、各环、各定日镜的功率统计数据及总功率统计数据。
综上所述，本发明光热发电镜场功率测算的分布式计算过程如下：
计算框架初始化时，仿真吸热器系统1从关系型数据库6拉取吸热器物理信息7、仿真吸热点配置数据8，用于初始化内部仿真吸热点单元2。分布式计算节点5则从分布式计算调度系统4中拉取定日镜配置信息9，用以初始化内部的仿真定日镜单元3。启动正式计算后，在每个步进周期时，由分布式计算调度系统4向各分布式计算单元5发送步进时间报文10。分布式计算单元5在收到步进时间报文10后，调度所辖的仿真定日镜单元3计算后，生成仿真定日镜功率数据11，并由分布式计算单元5推送至仿真吸热器系统1，仿真吸热器系统根据每个仿真定日镜功率数据11中的吸热点对应关系，分发仿真定日镜功率数据11至各个仿真吸热点单元2，进而统计汇总为仿真吸热点功率数据12、镜场功率数据13。
以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书涵盖的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光热发电镜场功率测算的分布式计算装置，其特征在于：包括同时连接多个仿真吸热点单元(2)的仿真吸热器系统(1)，仿真吸热器系统(1)通过聚合各仿真吸热点单元(2)的功率数据来统计整个镜场的功率；所述的仿真吸热点单元(2)用于模拟真实光热发电镜场中吸热器的某一面积区块，通过统计各仿真定日镜单元(3)投射至此面积区块的功率数据，实现统计该面积区块总功率；所述的仿真定日镜单元(3)用于模拟真实镜场中定日镜的工作情况来得到对各仿真吸热点单元(2)的输出功率；多个仿真定日镜单元(3)连接一个分布式计算节点(5)，分布式计算调度系统(4)连接多个分布式计算节点(5)，所述的分布式计算调度系统(4)根据各分布式计算节点(5)的负载情况，动态调度与分配各仿真镜日镜单元(3)在各分布式计算节点(5)中的部署关系；所述的分布式计算节点(5)在每个仿真步进周期内，通过并行计算的方式，安排每个仿真定日镜单元(3)完成功率输出的计算。
2.根据权利要求1所述光热发电镜场功率测算的分布式计算装置，其特征在于：所述的仿真定日镜单元(3)模拟真实镜场中定日镜的工作情况，包括姿态、日光反射效率，以此计算定日镜投射至吸热器的投射形状、光斑大小，得到对各仿真吸热点单元(2)的输出功率。
3.根据权利要求1所述光热发电镜场功率测算的分布式计算装置，其特征在于：所述的分布式计算调度系统(4)与仿真吸热器系统(1)连接关系型数据库(6)。
4.一种光热发电镜场功率测算的分布式计算方法，其特征在于，基于权利要求1至3中任意一项所述光热发电镜场功率测算的分布式计算装置进行实现，包括以下步骤：
-分布式计算调度系统(4)在启动后，通过关系型数据库(6)加载集群内配置的各台计算机信息，并按照计算机配置信息内要求，指定某台计算机作为仿真吸热器系统(1)启动，其他机器作为分布式计算节点(5)启动；
-仿真吸热器系统(1)通过关系型数据库(6)加载与镜场设计一致的配置文件，包括吸热器物理信息(7)、仿真吸热点配置数据(8)，初始化内部的仿真吸热点单元(2)，被初始化的仿真吸热点单元(2)随即完成内部统计输出功率所需的数据结构的初始化工作。
-在仿真吸热器系统(1)内所有仿真吸热点单元(2)初始化完成后，仿真吸热器系统(1)通知分布式计算调度系统(4)，分布式计算调度系统随即从关系型数据库(6)中加载镜场配置中所有定日镜配置信息(9)，并按照定日镜区组关系，将定日镜配置信息(9)发送给各分布式计算节点(5)；
-分布式计算节点(5)收到定日镜配置信息后，初始化运行于其内部的仿真定日镜单元(3)，并在完成所有仿真定日镜单元(3)初始化后，通知分布式计算调度系统(4)；在所有分布式计算节点(5)初始化完成后，在分布式计算调度系统(4)输入计算的开始时间，启动分布式计算装置正式运行；
-正式运行期间，由分布式计算调度系统(4)在每个计算步进周期时，通过向分布式计算节点(5)发送步进时间报文(10)来驱动整个分布式计算装置的数据计算。
5.根据权利要求4所述光热发电镜场功率测算的分布式计算方法，其特征在于：
所述的吸热器物理信息(7)包括光热镜场设计时规约的吸热塔高度、吸热器中心高度、吸热器设备高度、吸热器设备周长以及吸热管分布信息；
所述的仿真吸热点配置数据(8)包括吸热点横向分布数量、吸热点纵向分布数量。
6.根据权利要求4所述光热发电镜场功率测算的分布式计算方法，其特征在于：所述的定日镜配置信息(9)包括光热镜场设计时每面定日镜的初始角度、位置、高度以及机械特性。
7.根据权利要求4所述光热发电镜场功率测算的分布式计算方法，其特征在于：所述的步进时间报文(10)指在正式计算运行时，每个步进周期开始时，由分布式计算调度系统(4)向每个分布式计算节点(5)发送的，包含当前计算时间信息的指令型报文。
8.根据权利要求4所述光热发电镜场功率测算的分布式计算方法，其特征在于：在每个步进周期内，由仿真定日镜单元(3)生成仿真定日镜功率数据(11)；所述的仿真定日镜功率数据(11)指在每个步进周期内，由仿真定日镜单元(3)在进行物理计算后，被自身定日镜投射面积涵盖的，每个仿真吸热点(2)所接收到的功率输出数据。
9.根据权利要求4所述光热发电镜场功率测算的分布式计算方法，其特征在于：在每个步进周期内，由仿真吸热点单元(2)生成仿真吸热点功率数据(12)；所述的仿真吸热点功率数据(12)指在每个步进周期内，由各仿真吸热点单元(2)进行统计的，所有相关的仿真定日镜功率数据(12)的统计结果，包含按光热镜场设计时的各区、各环、各定日镜的功率统计数据。
10.根据权利要求4所述光热发电镜场功率测算的分布式计算方法，其特征在于：在每个步进周期内，仿真吸热器系统(1)生成镜场功率数据(13)供外部系统调用，镜场功率数据(13)指在每个步进周期内，基于所有仿真吸热点功率数据(12)的统计结果，其中包含按光热镜场设计时的各区、各环、各定日镜的功率统计数据及总功率统计数据。
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