CN114021333A - 一种槽式光热电站镜场出口温度的预测方法、系统及设备 - Google Patents

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CN114021333A CN202111277494.4A CN202111277494A CN114021333A CN 114021333 A CN114021333 A CN 114021333A CN 202111277494 A CN202111277494 A CN 202111277494A CN 114021333 A CN114021333 A CN 114021333A
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马茜溪
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李铭志
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Abstract

本发明提供的一种槽式光热电站镜场出口温度的预测方法、系统及设备，包括以下步骤：S101，获取预设时间段槽式光热电站的实际运行参数；S102，将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入预先建立的温度预测模型，以确定集热器光学效率实际值；S103，根据温度预测模型、集热器光学效率实际值以及待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值，确定槽式光热电站镜场出口温度预测值；本发明能够更准确地预测出镜面场的变化；槽式光热电站出口温度实现了对槽式光热电站未来镜场出口温度的准确预测，确保槽式光热电站安全可靠运行。

Description

一种槽式光热电站镜场出口温度的预测方法、系统及设备
技术领域
本发明属于电站自动化控制技术领域，尤其涉及一种槽式光热电站镜场出口温度的预测方法、系统及设备。
背景技术
目前，槽式镜场是槽式太阳能热电站的能量收集部分。槽式镜场主要包括几个平行的槽式电路。每个槽式回路主要由几个集热器组成。集热器主要包括集热器、接收器支架、集热管、反射器、跟踪控制系统等核心部件。槽式CSP使用抛物线聚光器将直接太阳辐射聚焦以加热集热管中的传热流体。常用的导热油为导热油，可加热至400℃，将导热油加热至高温状态。产生的蒸汽驱动汽轮机组发电。槽式光热电站镜场出口处导热油的温度也称为槽式光热电站镜场出口温度。
槽式光热电站镜场出口温度由太阳辐射强度、现场环境温度、风速、导热油流量等多种因素决定。槽式光热电站在发电过程中，由于上述因素，随时都会发生变化。如果不及时控制在集热管内流动的导热油流量，镜场出口处的温度就会过高，导致导热油裂化。相关设备损坏，严重时可能造成生产事故。为此，准确预测槽式光热电站镜场出口温度，及时调整导热油流量，对槽式光热电站的优化控制具有十分重要的意义。也成为本领域技术人员亟待解决的问题。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
集热管内流动的导热油流量如不及时进行控制，镜场出口温度过高会导致导热油裂解，对光热电站的相关设备造成损害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种槽式光热电站镜场出口温度的预测方法、系统及设备，解决了现有技术中存在的上述不足。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种槽式光热电站镜场出口温度的预测方法，包括以下步骤：
S101，获取预设时间段槽式光热电站的实际运行参数；
S102，将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入预先建立的温度预测模型，以确定集热器光学效率实际值；
S103，根据温度预测模型、集热器光学效率实际值以及待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值，确定槽式光热电站镜场出口温度预测值。
优选地，S101中，所述实际运行参数包括预设起始时刻的槽式回路入口温度、预设终止时刻的槽式回路出口实际温度、传热流体的平均温度以及预设起始至终止时刻的相关参数平均值；
所述预设起始至终止时刻的相关参数平均值包括传热流体质量流量平均值、传热流体比热容平均值、槽式回路集热面积平均值、集热器散热量平均值、连接集热器的管道散热量平均值和槽式回路的热熔平均值。
优选地，S102中，预先建立的温度预测模型的表达式：
Figure BDA0003329980060000021
其中，Tin为预设起始时刻的槽式回路入口温度；Tout为预设终止时刻的槽式回路出口实际温度；Tm为传热流体的平均温度；
Figure BDA0003329980060000022
为预设起始至终止时刻的传热流体质量流量平均值；cf为预设起始至终止时刻的传热流体比热容平均值；Aa为预设起始至终止时刻的槽式回路集热面积平均值；Qloss为预设起始至终止时刻的集热器散热量平均值；Qloss,pipe为预设起始至终止时刻的连接集热器的管道散热量平均值；Cloop为预设起始至终止时刻的槽式回路的热熔平均值；η为集热器光学效率实际值；Kθb(θ)为太阳直射辐射的入射角函数；Ge为太阳直射辐射强度；Tm＝(Tout+Tin)/2。
优选地，S103中，确定槽式光热电站镜场出口温度预测值，具体通过下式计算得到：
Figure BDA0003329980060000031
式中，Ge,cal为待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值；Tin,real为当前时刻的槽式回路入口温度。
一种槽式光热电站镜场出口温度的预测系统，包括：
采集模块，用于获取预设时间段槽式光热电站的实际运行参数；
计算模块，用于将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入预先建立的温度预测模型，以确定集热器光学效率实际值；
预测模块，用于根据温度预测模型、集热器光学效率实际值以及待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值，确定槽式光热电站镜场出口温度预测值。
优选地，还包括：建模模块，用于预先建立温度预测模型。
一种槽式光热电站镜场出口温度的预测设备，包括处理器、以及能够在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如任一项所述方法的步骤。
优选地，所述处理器还连接有用于存储适于所述处理器加载并执行的多条指令的存储器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种槽式光热电站镜场出口温度的预测系统及方法，将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入温度预测模型，以确定集热器光学效率实际值；该方法能够更准确地预测出镜面场的变化；槽式光热电站出口温度实现了对槽式光热电站未来镜场出口温度的准确预测，确保槽式光热电站安全可靠运行。
附图说明
图1是系统模块图；
图2是方法流程图；
图3是太阳直射辐射DNI分布图；
图4是出口温度预测值与实测值的对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，如图1所示，本发明提供了一种槽式光热电站镜场出口温度的预测系统，包括：
采集模块，获取预设时间段槽式光热电站的实际运行参数；
计算模块，将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入预先建立的温度预测模型，以确定集热器光学效率实际值；
预测模块，根据温度预测模型、集热器光学效率实际值以及待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值，确定槽式光热电站镜场出口温度预测值；
建模模块，用于预先建立及存储温度预测模型。
如图2所示，本发明提供一种槽式光热电站镜场出口温度的预测方法，包括：
S101，获取预设时间段槽式光热电站的实际运行参数；
S102，将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入预先建立的温度预测模型，以确定集热器光学效率实际值；
S103，根据温度预测模型、集热器光学效率实际值以及待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值，确定槽式光热电站镜场出口温度预测值。
在本发明一优先实施例中，将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入温度预测模型，以确定集热器光学效率实际值，包括：
将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入如下式的温度预测模型：
Figure BDA0003329980060000051
式中，实际运行参数包括：预设起始时刻的槽式回路入口温度Tin、预设终止时刻的槽式回路出口实际温度Tout、传热流体的平均温度Tm以及预设起始至终止时刻的相关参数平均值；所述预设起始至终止时刻的相关参数平均值包括传热流体质量流量平均值
Figure BDA0003329980060000053
传热流体比热容平均值cf、槽式回路集热面积平均值Aa、集热器散热量平均值Qloss、连接集热器的管道散热量平均值Qloss,pipe和槽式回路的热熔平均值Cloop；
η为集热器光学效率实际值；Kθb(θ)为太阳直射辐射的入射角函数；Ge为太阳直射辐射强度；Tm＝(Tout+Tin)/2。
根据所述温度预测模型计算集热器光学效率实际值η。
所述Qloss按下式计算：
Figure BDA0003329980060000052
式中，θ为预设起始至终止时刻的太阳直射辐射入射角平均值；IAM为入射角修正系数；Vw为预设起始至终止时刻的环境风速平均值；A0～A6为集热管散热量的计算系数；Ta为预设起始至终止时刻的环境温度平均值。
A0＝0.357、A1＝0.0524、A2＝-2.96×10-4、A3＝1.126×10-6、A4＝1.068×10-8、A5＝-0.0224、A6＝0.002012，或者：
A0＝0.801、A1＝0.0494、A2＝-2.92×10-4、A3＝1.13×10-6、A4＝1.524×10-8、A5＝-0.34、A6＝0.0025。
所述IAM按下式计算：
Figure BDA0003329980060000061
所述Kθb(θ)按下式计算：
Figure BDA0003329980060000062
式中，f为集热器焦距；L为集热器的长度。
所述Qloss,pipe按下式计算：
Figure BDA0003329980060000063
式中，L0为连接集热器的管道包裹保温材料后的外径；Di为连接集热器的管道内径；λ为保温材料的热导率；α为连接集热器的管道表面传热系数；T′a1为预设起始至终止时刻的连接集热器的管道外表面温度平均值；T′a2为预设起始至终止时刻的环境温度平均值。
根据温度预测模型、集热器光学效率实际值以及待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值，确定槽式光热电站镜场出口温度预测值，具体方法包括：
将集热器光学效率实际值代入温度预测模型中；
通过温度预测模型计算槽式光热电站镜场出口温度预测值Tout,cal，如下式：
Figure BDA0003329980060000064
式中，Ge,cal为待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值；Tin,real为当前时刻的槽式回路入口温度。
在本发明一实施例中，所述采集模块获取预设时间段槽式光热电站的实际运行参数，包括：
预设起始时刻的槽式回路入口温度Tin、预设终止时刻的槽式回路出口实际温度Tout、传热流体的平均温度Tm以及预设起始至终止时刻的相关参数平均值；所述预设起始至终止时刻的相关参数平均值包括传热流体质量流量平均值
Figure BDA0003329980060000073
传热流体比热容平均值cf、槽式回路集热面积平均值Aa、集热器散热量平均值Qloss、连接集热器的管道散热量平均值Qloss,pipe和槽式回路的热熔平均值Cloop
所述建模模块，用于构建如下式的温度预测模型：
Figure BDA0003329980060000071
式中，η为集热器光学效率实际值；Kθb(θ)为太阳直射辐射的入射角函数；Ge为太阳直射辐射强度；Tm＝(Tout+Tin)/2。
所述计算模块，用于将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入温度预测模型并计算集热器光学效率实际值。
所述预测模块用于，将集热器光学效率实际值代入温度预测模型中；
通过温度预测模型计算槽式光热电站镜场出口温度预测值Tout,cal，如下式：
Figure BDA0003329980060000072
式中，Ge,cal为待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值；Tin,real为当前时刻的槽式回路入口温度。
在本发明一实施例中，集热管内流动的导热油流量如不及时进行控制，镜场出口温度过高会导致导热油裂解，对光热电站的相关设备造成损害。
图3是本发明实施例提供的槽式光热电站镜场出口温度的预测方法及系统的太阳直射辐射DNI分布图；
图4是本发明实施例提供的槽式光热电站镜场出口温度的预测方法及系统的的出口温度预测值与实测值的对比图。
实验表明，本发明的预测方法和系统与现有技术中以最小方差求出估计的光效率，然后根据该值预测后续回路出口温度的方法相比，本发明的预测方法和系统能够更准确地预测出镜面场的变化。槽式光热电站出口温度实现了对槽式光热电站未来镜场出口温度的准确预测，确保槽式光热电站安全可靠运行。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种槽式光热电站镜场出口温度的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101，获取预设时间段槽式光热电站的实际运行参数；
S102，将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入预先建立的温度预测模型，以确定集热器光学效率实际值；
S103，根据温度预测模型、集热器光学效率实际值以及待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值，确定槽式光热电站镜场出口温度预测值。
2.根据权利要求1所述的一种槽式光热电站镜场出口温度的预测方法，其特征在于，S101中，所述实际运行参数包括预设起始时刻的槽式回路入口温度、预设终止时刻的槽式回路出口实际温度、传热流体的平均温度以及预设起始至终止时刻的相关参数平均值；
所述预设起始至终止时刻的相关参数平均值包括传热流体质量流量平均值、传热流体比热容平均值、槽式回路集热面积平均值、集热器散热量平均值、连接集热器的管道散热量平均值和槽式回路的热熔平均值。
3.根据权利要求1所述的一种槽式光热电站镜场出口温度的预测方法，其特征在于，S102中，预先建立的温度预测模型的表达式：
Figure FDA0003329980050000011
其中，Tin为预设起始时刻的槽式回路入口温度；Tout为预设终止时刻的槽式回路出口实际温度；Tm为传热流体的平均温度；
Figure FDA0003329980050000012
为预设起始至终止时刻的传热流体质量流量平均值；cf为预设起始至终止时刻的传热流体比热容平均值；Aa为预设起始至终止时刻的槽式回路集热面积平均值；Qloss为预设起始至终止时刻的集热器散热量平均值；Qloss,pipe为预设起始至终止时刻的连接集热器的管道散热量平均值；Cloop为预设起始至终止时刻的槽式回路的热熔平均值；η为集热器光学效率实际值；Kθb(θ)为太阳直射辐射的入射角函数；Ge为太阳直射辐射强度；Tm＝(Tout+Tin)/2。
4.根据权利要求1所述的一种槽式光热电站镜场出口温度的预测方法，其特征在于，S103中，确定槽式光热电站镜场出口温度预测值，具体通过下式计算得到：
Figure FDA0003329980050000021
式中，Ge,cal为待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值；Tin,real为当前时刻的槽式回路入口温度。
5.一种槽式光热电站镜场出口温度的预测系统，其特征在于，包括：
采集模块，用于获取预设时间段槽式光热电站的实际运行参数；
计算模块，用于将所述预设时间段槽式光热电站的实际运行参数代入预先建立的温度预测模型，以确定集热器光学效率实际值；
预测模块，用于根据温度预测模型、集热器光学效率实际值以及待预测时间段的太阳直射辐射强度预测值，确定槽式光热电站镜场出口温度预测值。
6.根据权利要求1所述的一种槽式光热电站镜场出口温度的预测系统，其特征在于，还包括：建模模块，用于预先建立温度预测模型。
7.一种槽式光热电站镜场出口温度的预测设备，包括处理器、以及能够在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4中任一项所述方法的步骤。
8.根据权利要求7所述的一种槽式光热电站镜场出口温度的预测设备，其特征在于，所述处理器还连接有用于存储适于所述处理器加载并执行的多条指令的存储器。
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