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塔式太阳能热发电系统是一种常见的大规模光热发电系统,其发电原理是通过多个跟踪太阳的定日镜将太阳光反射汇聚到接收器上,加热接收管道中的传热介质,产生高温蒸汽从而驱动汽轮机发电,这种基于太阳能的发电形式具有无污染的优点和可持续发展的前景。塔式太阳能发电系统主要由前端聚光集热子系统和后端发电子系统构成,其中,由定日镜场和接收器组成的聚光集热子系统,实现了太阳能到热能的转化,其工作状况直接决定了后续子系统的运行情况,对整个系统的性能具有较大的影响。因此,研究聚光集热子系统的聚光传热仿真和优化,对实际电站的设计及运行具有指导性价值和意义。本文从聚光集热子系统的建模和优化两方面开展研究工作,主要研究成果包括：(1)联合聚光子系统镜场模型和集热子系统接收器模型建立了聚光集热系统光热能量模型。基于蒙特卡洛光线追迹法获取接收器表面能流密度,建立了镜场聚光模型；基于柱状接收器的传热机理获取出口的熔盐温度,建立了接收器集热模型。为了提高模型计算效率,通过GPU(图形处理单元,Graphics Processing Unit)对模型计算进行了并行化加速。通过对比仿真结果与实际系统运行结果,验证了模型的正确性。(2)在光热能量模型的基础上,为了保证系统在接收器不产生过热损坏的情况下的高发电效率,建立了聚光集热子系统优化模型。采用约束优化方法,通过调节聚焦点分布,使得接收器在满足表面能量分布均匀约束的前提下,出口温度尽可能接近系统能够正常运行的最高温度,并利用序列二次规划算法(SQP)进行求解。仿真结果表明,优化得到的聚焦点位置可以在接收器表面能量均匀分布程度显著提升的同时使接收器出口熔盐温度达到最优。(3)针对SQP算法求解过程中收敛困难和求解时间长等问题,分别对复合形法和MBDFO (Model-Based Derivative-Free Optimization,基于模型的无梯度信息优化)算法进行改进用于优化求解。通过实验对比了两种优化算法,实验结果表明,两种算法都能处理算法难以收敛的问题,但是复合形法由于需要频繁求取目标函数,相对耗时,MBDFO算法解决了这个问题,在求解时间上有很大的缩减。