随着能源和环境问题的日益严重，太阳能等新兴能源越来越受到关注。塔式太阳能发电是大型太阳能发电中最为经济的发电方式之一，其设计与运行优化对于降低成本、提高效率具有重要意义。为此，本项目对塔式太阳能热发电系统的建模与仿真、控制及操作优化等相关问题进行了研究。 由于聚光子系统为塔式太阳能热电系统提供所需的太阳能，是实现太阳能热发电的基础，同时在整个系统中投资成本高，因此聚光子系统仿真是本项目的首要研究工作。基于图形处理器（GPU）和CUDA计算平台，提出了几何投影法、光线追迹法以及两者相结合的技术来进行聚光仿真，实现了镜场光学效率和吸热器能流密度计算的并行加速，在保证精度的前提下显著提高了计算速度。同时提出了新的软影算法以及实时光线跟踪算法和反走样算法，为进一步地实现聚光子系统高效模拟提供了方法积累。 将吸热管沿轴向和径向进行空间离散化，提出了管状接收器的分段集总参数模型，能够反映能量分布对接收器系统的影响。针对单罐式蓄热系统，提出了蓄热系统的混杂动态系统模型。在上述子系统模型的基础上，提出了基于联立方程的整体模拟方法。对典型的以空气和熔融硝酸盐为传热工质的塔式太阳能热发电站在不同操作模式以及全工况的仿真结果能够反映系统特性，并且仿真速度快，为塔式太阳能热发电系统控制方案的设计及操作优化奠定了良好的基础。 由于太阳能的不稳定性，为了保证系统的平稳运行，提出了一种基于整数规划的镜场能量控制方法，可以在DNI变化时使镜场输出固定的能量值。另外，针对多层次结构模型的预测控制方法，提出了一种新的层次模型切换方法，可以改善控制系统动态控制品质，为塔式太阳能热电系统运行过程中由于DNI变化引起的工况变化时的控制问题提供了解决方案。 在对镜场效率进行高效模拟的基础上，提出了一种塔式太阳能热电系统的镜场优化设计方法。考虑市场电价，提出了基于联立方程模型的塔式太阳能热电系统运行优化策略。建立了一种镜场聚焦策略优化模型，在保证吸热器接收高能量的前提下，实现吸热器能流密度的均匀分布，有利于保障系统运行性能。进一步考虑了聚焦点变化使定日镜会带来额外的能量消耗以及调度周期的优化，提出了新的镜场调度优化方法，可以同时减少系统的能耗。 上述成果形成了一套塔式太阳能热电系统高效仿真及运行优化的理论体系和基础算法，可为塔式太阳能热电系统的实际建设和运行提供参考。 2100433B