前言

工質為水或水蒸氣的槽式太陽能直接蒸汽發電（DSG）系統是當今槽式太陽能熱發電系統的發展方向。優化槽式DSG系統性能，提高其運行控制的穩定性是槽式DSG技術的研究方向。建立DSG槽式集熱器和槽式DSG系統的數學模型，研究其運行機理、控制方法和策略，是實現上述研究目標的基礎，而國內外針對槽式DSG系統建模與控制所做的研究還非常有限。

本書以DSG槽式集熱器和槽式DSG系統為研究對象，對其進行了機理分析、數學建模、實驗對比、特性分析，并對再循環模式槽式DSG系統的工質參數制定了控制方案。

本書共分10章。第1章對槽式系統基本概念、發展現狀和方向，以及相關技術的研究現狀進行了綜述。第2章介紹了太陽輻射的相關知識。第3章介紹了太陽能光學設計原理以及太陽輻射的透過、吸收和反射現象。第4章介紹了槽式聚光集熱器表面的直射輻射強度及光學效率模型。第5章建立了DSG槽式集熱器傳熱與水動力耦合穩態模型,在模型求解中采用了太陽輻射熱能、工質焓值和工質壓力耦合判定，對管內換熱系數、蒸汽含汽率、壓降、流體溫度以及管壁溫度等參數進行耦合求解的方法，提高了計算結果的精度；揭示了4種主要影響因素對DSG槽式集熱器出口參數的影響規律，為槽式DSG系統設計提供了理論依據。第6章建立了DSG槽式集熱器的非線性分布參數動態模型和移動云遮工況的云遮始末時間模型，其中集熱器動態模型的傳熱系數和摩擦系數采用了實時計算值，提高了模型的精度；解決了DSG槽式集熱器非線性集總參數模型不能模擬局部云遮、移動云遮等實際太陽直射輻射變化工況的問題；揭示了5種主要影響因素對DSG槽式集熱器的主要工質參數的影響規律。第7章建立了直通模式槽式DSG系統集熱場非線性分布參數模型，該模型由DSG槽式集熱器非線性分布參數模型以及噴水減溫器非線性集總參數模型組成；揭示了直通模式槽式DSG系統集熱場工質參數的穩態和動態變化規律；提出了直通模式槽式DSG系統正常工作時直射輻射強度、工質流量、入口工質溫度、入口工質壓力的選擇范圍；揭示了直射輻射強度擾動位置對工質參數的影響規律；給出了集熱場出口蒸汽溫度的傳遞函數。第8章建立了再循環模式槽式DSG系統集熱場非線性分布參數模型，該模型由DSG槽式集熱器非線性分布參數模型、汽水分離器非線性集總參數模型以及噴水減溫器非線性集總參數模型組成，揭示了再循環模式槽式DSG系統集熱場工質參數的穩態和動態變化規律；提出了再循環模式槽式DSG系統正常工作時直射輻射強度、工質流量、入口工質溫度、入口工質壓力的選擇范圍；揭示了直射輻射強度擾動位置對工質參數的影響規律；給出了集熱場出口蒸汽溫度和汽水分離器水位的傳遞函數。第9章對再循環模式槽式DSG系統控制方案進行了研究,提出了再循環模式槽式DSG系統的全廠運行控制策略；利用本書仿真得到的傳遞函數，分別采用抗積分飽和PI控制方案和多模型切換廣義預測控制策略對汽水分離器水位和出口蒸汽溫度進行了控制；對比發現，多模型切換廣義預測控制策略可使被控參數快速平滑地跟蹤設定值，并有效地解決了變工況可能導致的模型失配問題。第10章對全書做出總結和展望。

在本書編寫過程中，江蘇省陳星鶯副省長，東南大學張耀明院士、沈炯教授、金保昇教授，河海大學劉德有教授、許昌教授在各個方面對作者給予了大力支持，在此對各位師長表示衷心的感謝。東南大學張耀明院士和河海大學劉德有教授審閱了全部書稿，為本書的完成做出了重要貢獻，在此特致敬意。

在本書完稿之際，對書末所附參考文獻的作者也致以衷心的感謝。

由于作者學識有限，本書編寫時間又很倉促，書中難免有疏漏及錯誤，殷切希望讀者批評指正。

作者

2017年8月

于河海大學能源與電氣學院