本發(fā)明涉及太陽能熱發(fā)電，尤其涉及一種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是一種通過聚光裝置捕獲太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為熱能，再基于熱力循環(huán)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組輸出電能的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其核心環(huán)節(jié)包括光熱轉(zhuǎn)換、熱能傳遞、儲(chǔ)熱調(diào)控及熱電協(xié)同發(fā)電。當(dāng)前主流的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)普遍采用閉環(huán)控制策略，例如通過溫度反饋調(diào)節(jié)傳熱工質(zhì)流量、基于預(yù)測模型優(yōu)化儲(chǔ)熱裝置的充放熱時(shí)序，以及結(jié)合電網(wǎng)需求動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)電機(jī)組出力。
2、然而，現(xiàn)有技術(shù)在光熱轉(zhuǎn)換與電能輸出的動(dòng)態(tài)協(xié)同控制方面存在顯著不足：由于聚光強(qiáng)度受天氣條件瞬時(shí)波動(dòng)的影響，傳熱工質(zhì)的熱能輸入速率與發(fā)電機(jī)組的熱電轉(zhuǎn)換需求難以實(shí)時(shí)匹配，導(dǎo)致儲(chǔ)熱裝置頻繁處于非計(jì)劃性充放狀態(tài)。例如，在云層遮擋導(dǎo)致聚光強(qiáng)度驟降時(shí)，系統(tǒng)需快速切換至儲(chǔ)熱釋放模式以維持發(fā)電功率穩(wěn)定，但傳統(tǒng)控制方法依賴固定閾值觸發(fā)儲(chǔ)熱補(bǔ)償，無法根據(jù)實(shí)時(shí)聚光衰減梯度、儲(chǔ)熱介質(zhì)剩余容量及電網(wǎng)調(diào)頻需求動(dòng)態(tài)生成補(bǔ)償策略，造成儲(chǔ)熱裝置過早耗盡或過量釋放，進(jìn)而引發(fā)發(fā)電功率波動(dòng)甚至系統(tǒng)停機(jī)保護(hù)。這一動(dòng)態(tài)協(xié)同控制缺陷已成為限制太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)在復(fù)雜光照條件下實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
3、因此，有必要提出一種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，以解決上述問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供一種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)在光熱轉(zhuǎn)換與電能輸出的動(dòng)態(tài)協(xié)同控制方面存在不足的問題。
2、本發(fā)明提供一種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，包括：聚光裝置、吸熱器、儲(chǔ)熱裝置、發(fā)電機(jī)組及協(xié)同控制模塊；所述聚光裝置用于捕獲太陽輻射能并將其反射至吸熱器；所述吸熱器將接收的輻射能轉(zhuǎn)化為熱能并傳遞至傳熱工質(zhì)；所述儲(chǔ)熱裝置通過傳熱工質(zhì)回路與吸熱器及發(fā)電機(jī)組連接，用于存儲(chǔ)或釋放熱能；所述發(fā)電機(jī)組將熱能轉(zhuǎn)換為電能并輸出至電網(wǎng)；所述協(xié)同控制模塊包括：
3、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取單元，用于采集聚光裝置的光強(qiáng)波動(dòng)數(shù)據(jù)、儲(chǔ)熱裝置的剩余儲(chǔ)熱容量數(shù)據(jù)及電網(wǎng)的調(diào)頻需求數(shù)據(jù)；
4、補(bǔ)償策略生成單元，基于所述光強(qiáng)波動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算聚光衰減梯度，結(jié)合所述剩余儲(chǔ)熱容量數(shù)據(jù)及調(diào)頻需求數(shù)據(jù)生成動(dòng)態(tài)補(bǔ)償策略；
5、控制指令單元，根據(jù)所述動(dòng)態(tài)補(bǔ)償策略同步調(diào)節(jié)儲(chǔ)熱裝置的充放熱速率與發(fā)電機(jī)組的輸出功率，以實(shí)現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換與電能輸出的動(dòng)態(tài)匹配。
6、進(jìn)一步地，所述補(bǔ)償策略生成單元通過動(dòng)態(tài)權(quán)重模型融合聚光衰減梯度、剩余儲(chǔ)熱容量及調(diào)頻需求，其中：所述動(dòng)態(tài)權(quán)重模型根據(jù)實(shí)時(shí)聚光衰減梯度調(diào)整儲(chǔ)熱補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)，當(dāng)所述聚光衰減梯度超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)，優(yōu)先基于剩余儲(chǔ)熱容量生成補(bǔ)償量；當(dāng)電網(wǎng)調(diào)頻需求包含功率爬坡率約束時(shí)，動(dòng)態(tài)降低儲(chǔ)熱裝置的補(bǔ)償速率以匹配發(fā)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)裕度。
7、進(jìn)一步地，所述補(bǔ)償策略生成單元還包括模糊控制規(guī)則庫，用于根據(jù)光強(qiáng)波動(dòng)等級(jí)劃分補(bǔ)償策略的觸發(fā)條件：
8、當(dāng)光強(qiáng)波動(dòng)等級(jí)為一級(jí)時(shí)，采用儲(chǔ)熱裝置與發(fā)電機(jī)組的聯(lián)合補(bǔ)償模式；
9、當(dāng)光強(qiáng)波動(dòng)等級(jí)為二級(jí)時(shí)，限制儲(chǔ)熱裝置的補(bǔ)償量并啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組的功率平滑算法；所述光強(qiáng)波動(dòng)等級(jí)根據(jù)聚光衰減梯度的時(shí)間導(dǎo)數(shù)及持續(xù)時(shí)間綜合判定。
10、進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)熱裝置包括至少兩個(gè)獨(dú)立儲(chǔ)熱單元，所述控制指令單元根據(jù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償策略切換儲(chǔ)熱單元的充放熱模式：
11、在云層遮擋導(dǎo)致聚光強(qiáng)度驟降時(shí)，優(yōu)先釋放高導(dǎo)熱率儲(chǔ)熱單元的熱能以快速響應(yīng)功率補(bǔ)償需求；在聚光強(qiáng)度恢復(fù)時(shí)，將低導(dǎo)熱率儲(chǔ)熱單元切換為充熱模式以延長儲(chǔ)熱時(shí)長。
12、進(jìn)一步地，所述發(fā)電機(jī)組包括熱電轉(zhuǎn)換效率反饋單元，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測汽輪機(jī)入口工質(zhì)溫度與發(fā)電功率的映射關(guān)系；所述控制指令單元根據(jù)所述映射關(guān)系調(diào)整發(fā)電機(jī)組的輸出功率設(shè)定值，使得光熱轉(zhuǎn)換效率與電網(wǎng)調(diào)頻需求之間的偏差最小化。
13、進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)熱裝置還包括儲(chǔ)熱介質(zhì)溫度監(jiān)測單元，用于實(shí)時(shí)獲取儲(chǔ)熱介質(zhì)軸向溫度分布；所述控制指令單元根據(jù)所述軸向溫度分布動(dòng)態(tài)調(diào)整充放熱速率，使得儲(chǔ)熱介質(zhì)的熱應(yīng)力不超過預(yù)設(shè)安全閾值。
14、進(jìn)一步地，所述協(xié)同控制模塊還包括通信單元，用于通過5g或光纖傳輸所述光強(qiáng)波動(dòng)數(shù)據(jù)、剩余儲(chǔ)熱容量數(shù)據(jù)及調(diào)頻需求數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)傳輸延遲小于50ms。
15、進(jìn)一步地，所述協(xié)同控制模塊與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)通信連接，用于接收實(shí)時(shí)電價(jià)信號(hào)并優(yōu)化動(dòng)態(tài)補(bǔ)償策略的經(jīng)濟(jì)性權(quán)重系數(shù)。
16、本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明通過協(xié)同控制模塊對(duì)聚光強(qiáng)度波動(dòng)、儲(chǔ)熱容量動(dòng)態(tài)及電網(wǎng)調(diào)頻需求的實(shí)時(shí)融合分析，建立基于光熱轉(zhuǎn)換與電能輸出耦合特性的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，使儲(chǔ)熱裝置的熱能釋放速率與發(fā)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)需求實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)匹配，有效解決傳統(tǒng)控制方法中因天氣突變導(dǎo)致的儲(chǔ)熱非計(jì)劃性充放問題。在聚光強(qiáng)度突變場景下，系統(tǒng)通過動(dòng)態(tài)預(yù)測儲(chǔ)熱補(bǔ)償需求并同步調(diào)控傳熱工質(zhì)流量與發(fā)電機(jī)組出力，顯著提升光熱-電能轉(zhuǎn)換鏈路的響應(yīng)速度與穩(wěn)定性，避免因儲(chǔ)熱過早耗盡或過量釋放引發(fā)的功率振蕩及停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，結(jié)合儲(chǔ)熱介質(zhì)熱應(yīng)力分布與電網(wǎng)調(diào)頻需求的閉環(huán)控制，優(yōu)化儲(chǔ)熱單元的利用率與壽命周期，降低系統(tǒng)因頻繁充放熱造成的能量損耗與維護(hù)成本。本發(fā)明從動(dòng)態(tài)協(xié)同控制維度系統(tǒng)性提升太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)在復(fù)雜光照條件下的運(yùn)行魯棒性與能量轉(zhuǎn)換效率。
1.一種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括：聚光裝置、吸熱器、儲(chǔ)熱裝置、發(fā)電機(jī)組及協(xié)同控制模塊；所述聚光裝置用于捕獲太陽輻射能并將其反射至吸熱器；所述吸熱器將接收的輻射能轉(zhuǎn)化為熱能并傳遞至傳熱工質(zhì)；所述儲(chǔ)熱裝置通過傳熱工質(zhì)回路與吸熱器及發(fā)電機(jī)組連接，用于存儲(chǔ)或釋放熱能；所述發(fā)電機(jī)組將熱能轉(zhuǎn)換為電能并輸出至電網(wǎng)；所述協(xié)同控制模塊包括：
2.如權(quán)利要求1所述的一種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述補(bǔ)償策略生成單元通過動(dòng)態(tài)權(quán)重模型融合聚光衰減梯度、剩余儲(chǔ)熱容量及調(diào)頻需求，其中：所述動(dòng)態(tài)權(quán)重模型根據(jù)實(shí)時(shí)聚光衰減梯度調(diào)整儲(chǔ)熱補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)，當(dāng)所述聚光衰減梯度超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)，優(yōu)先基于剩余儲(chǔ)熱容量生成補(bǔ)償量；當(dāng)電網(wǎng)調(diào)頻需求包含功率爬坡率約束時(shí)，動(dòng)態(tài)降低儲(chǔ)熱裝置的補(bǔ)償速率以匹配發(fā)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)裕度。
3.如權(quán)利要求1所述的一種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述補(bǔ)償策略生成單元還包括模糊控制規(guī)則庫，用于根據(jù)光強(qiáng)波動(dòng)等級(jí)劃分補(bǔ)償策略的觸發(fā)條件：
4.如權(quán)利要求1所述的一種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)熱裝置包括至少兩個(gè)獨(dú)立儲(chǔ)熱單元，所述控制指令單元根據(jù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償策略切換儲(chǔ)熱單元的充放熱模式：
5.如權(quán)利要求1所述的一種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)組包括熱電轉(zhuǎn)換效率反饋單元，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測汽輪機(jī)入口工質(zhì)溫度與發(fā)電功率的映射關(guān)系；所述控制指令單元根據(jù)所述映射關(guān)系調(diào)整發(fā)電機(jī)組的輸出功率設(shè)定值，使得光熱轉(zhuǎn)換效率與電網(wǎng)調(diào)頻需求之間的偏差最小化。
6.如權(quán)利要求1所述的一種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)熱裝置還包括儲(chǔ)熱介質(zhì)溫度監(jiān)測單元，用于實(shí)時(shí)獲取儲(chǔ)熱介質(zhì)軸向溫度分布；所述控制指令單元根據(jù)所述軸向溫度分布動(dòng)態(tài)調(diào)整充放熱速率，使得儲(chǔ)熱介質(zhì)的熱應(yīng)力不超過預(yù)設(shè)安全閾值。
7.如權(quán)利要求1所述的一種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述協(xié)同控制模塊還包括通信單元，用于通過5g或光纖傳輸所述光強(qiáng)波動(dòng)數(shù)據(jù)、剩余儲(chǔ)熱容量數(shù)據(jù)及調(diào)頻需求數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)傳輸延遲小于50ms。
8.如權(quán)利要求1所述的一種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述協(xié)同控制模塊與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)通信連接，用于接收實(shí)時(shí)電價(jià)信號(hào)并優(yōu)化動(dòng)態(tài)補(bǔ)償策略的經(jīng)濟(jì)性權(quán)重系數(shù)。