塔式太阳能热发电系统采用大规模定日镜跟踪反射太阳光并汇聚到位于高塔顶端的接收器上,加热管道中的传热介质,传热介质将热量带入传统热循环中转化为电力输出。其中,由定日镜场和接收器组成的聚光集热子系统的建造成本占总成本比例高,镜场的光学效率和接收器的传热效率基本决定了整个系统的发电效率。因此,对聚光集热子系统的设计优化和操作优化对降低设备成本、提高发电效率和保证运行安全具有重要意义。本文针对聚光集热子系统的优化设计和聚焦策略进行研究,完成的主要工作如下:(1)针对大面积定日镜存在溢出损失较大的问题,提出了一种定日镜子镜倾斜的优化设计方法,采用最优抛物面定日镜子镜倾斜策略对定日镜面形进行优化以减小溢出损失,并提出了粒子群算法和基于二次拟合函数的信赖域直接搜索算法相结合的两阶段优化方法求解。基于西班牙PS10电站定日镜数据的仿真结果表明,优化后的定日镜溢出损失有效减少。(2)提出了一种接收器优化设计方法。该方法针对接收器换热过程,建立了热损失模型,并以孔腔式接收器的孔腔大小,换热面板大小等关键参数作为决策变量,提出了最小化接收器准度电成本的优化命题,采用基于智能蒙特卡洛采样的自适应粒子群算法快速求解。对PS10电站的仿真结果表明,优化后的电站平均发电成本得到了显著降低。(3)建立了定日镜场多目标点聚焦优化模型,最大化接收器上的总能量同时满足分布方差约束,并提出了一种快速求解方法。选取溢出损失较大的部分定日镜,预计算其聚焦于不同目标点时的成像分布,并将能量分布方差约束松弛为采样点能量密度差值约束,建立线性整数规划子问题。逐步增加接受调度的定日镜,求解一系列上述子问题直到满足能量分布方差约束。仿真结果表明该聚焦策略能够满足接收器上能量分布的方差要求,且求解迅速,满足实时调求。