1.5 本书主要研究内容与成果

槽式太阳能热发电系统的发展方向是工质为水/水蒸气的槽式DSG系统。优化再循环模式和直通模式的集热场性能，提高其运行控制的稳定性是槽式DSG技术的研究方向。建立DSG槽式集热器和槽式DSG系统的数学模型，研究其运行机理、控制方法和策略，是实现上述研究目标的基础。而国内外针对槽式DSG系统建模与控制所做的研究还非常有限。

本书依据槽式系统的研究方向，针对目前DSG槽式集热器和槽式DSG系统集热场模型精确度不高、控制方案达不到预想控制效果的研究现状，从DSG槽式集热器、直通模式槽式DSG系统集热场、再循环模式槽式DSG系统集热场的工作机理以及工作特点出发，建立能较准确描述其热工特性的传热和水动力耦合（Heat-transfer and Hydrodynamic Coupling,HHC）稳态模型和非线性分布参数动态模型，并利用所建模型对其稳态特性和动态特性进行仿真分析，并在此基础上探讨再循环模式槽式DSG系统的控制策略及控制方案。具体包括以下几个方面：

（1）以典型DSG槽式集热器为研究对象，针对国内外现有DSG槽式集热器稳态模型不够精确的现状，基于热力学第一定律，根据DSG槽式集热器的传热特性和水动力特性，选择合适的参数模型，建立DSG槽式集热器HHC稳态模型。并运用Fortran语言编制计算程序，在求解中采用太阳辐射热能、工质焓值和工质压力耦合判定方法，对管内流体换热系数、蒸汽含汽率、压降、流体温度以及管壁温度等参数进行耦合求解，提高所得DSG槽式集热器管路沿线及出口处工质参数计算结果的精度，并对DSG槽式集热器的稳态特性进行仿真分析。利用实验数据对比和仿真分析，验证该模型的正确性和精确性。揭示在直射辐射强度、工质流量、入口工质温度、入口工质压力变化时，DSG槽式集热器出口参数的变化规律。

（2）以典型DSG槽式集热器为研究对象，针对DSG槽式集热器长度很长，其能量来源——太阳辐射沿集热器管线方向分布不稳定、不均匀的特点，利用质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程、能量平衡方程、流体流动和传热半经验关系式、水/水蒸气热动力学特性状态关系式等方程，采用实时的传热系数和摩擦系数，沿时间方向和管长方向建立DSG槽式集热器的非线性分布参数动态模型。建立适用于移动云遮工况的云遮始末时间模型。利用上述模型解决DSG槽式集热器非线性集总参数模型不能模拟局部云遮、移动云遮等实际直射辐射强度变化工况的问题。并对全集热器范围内直射辐射强度、局部集热器范围内直射辐射强度、给水流量、给水温度等扰动时出口分别为热水、两相流、过热蒸汽的DSG槽式集热器以及移动云遮情况下出口为过热蒸汽的DSG槽式集热器的主要参数进行动态仿真及特性分析，验证模型的正确性。揭示直射辐射强度、工质流量、入口工质温度等变化时，DSG槽式集热器主要工质参数的动态变化规律。

（3）以直通模式槽式DSG系统集热场为研究对象，建立直通模式槽式DSG系统集热场非线性分布参数模型。该模型由DSG槽式集热器非线性分布参数模型以及喷水减温器非线性集总参数模型组成。利用仿真分析验证该模型的正确性。揭示在直射辐射强度、工质流量、入口工质温度、入口工质压力变化时，直通模式槽式DSG系统集热场出口参数的变化规律。揭示全集热器范围内直射辐射强度、局部集热器范围内直射辐射强度、给水流量、喷水量等扰动时直通模式槽式DSG系统集热场工质参数的动态变化规律。揭示直射辐射强度 扰动位置对其集热场工质参数的影响。在动态仿真的基础上，给出给水流量、喷水量变化时，集热场出口蒸汽温度的传递函数。

（4）以再循环模式槽式DSG系统集热场为研究对象，建立再循环模式槽式DSG系统集热场非线性分布参数模型，该模型由DSG槽式集热器非线性分布参数模型、汽水分离器非线性集总参数模型以及喷水减温器非线性集总参数模型组成。利用实验数据对比和仿真分析，验证该模型的正确性。揭示在直射辐射强度、工质流量、入口工质温度、入口工质压力变化时，再循环模式槽式DSG系统集热场出口参数的变化规律。揭示在全集热器范围内直射辐射强度、局部集热器范围内直射辐射强度、给水量、喷水量等等变化时，再循环模式槽式DSG系统集热场工质参数的动态变化规律。揭示直射辐射强度、扰动位置对其集热场工质参数的影响。在动态仿真的基础上，给出给水流量变化时，集热场汽水分离器水位的传递函数；以及喷水减温器喷水量变化时，集热场出口蒸汽温度的传递函数。

（5）对再循环模式槽式DSG系统控制方案进行研究。提出再循环模式槽式DSG系统全厂运行控制策略。以汽水分离器水位为控制对象，利用仿真得到的汽水分离器水位传递函数，采用抗积分饱和PI控制方案对其进行控制。提出多模型切换广义预测控制策略，并以再循环模式槽式DSG系统出口蒸汽温度为例，分别利用仿真得到的集热场出口蒸汽温度传递函数和文献测量模型验证该策略的可行性和有效性。

本书研究思路及具体的研究技术路线如图1.14所示。

图1.14 技术路线图