專利名稱：一種塔式太陽能熱發(fā)電站中的定日鏡場調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種塔式太陽能熱發(fā)電站中的定日鏡場調(diào)度方法，具體涉及一種采用開-閉環(huán)結(jié)合控制的定日鏡場調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
定日鏡場是由眾多定日鏡組成的定日鏡群，是塔式太陽能熱發(fā)電站的重要組成部分，用于將低密度的太陽輻射能收集并投射到指定位置的吸熱器內(nèi)，從而與吸熱器一起實現(xiàn)塔式電站的光熱轉(zhuǎn)換。定日鏡常見的跟蹤控制方式分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制和開-閉環(huán)結(jié)合控制三種， 目前，國外已建塔式電站基本都采用開環(huán)控制方式。開環(huán)控制(又叫程序控制)是根據(jù)太陽運(yùn)行規(guī)律、定日鏡位置(經(jīng)緯度)和吸熱器位置等參數(shù)及其幾何關(guān)系，通過程序計算定日鏡的控制方向和位置。此類控制的優(yōu)點是跟蹤快速、易于大型鏡場的集中監(jiān)控，缺點是定日鏡跟蹤過程中存在累積誤差，而且自身無法消除，較難校正。由于受累積誤差的影響，定日鏡跟蹤精度很難提高，并且隨著定日鏡的長期運(yùn)行，跟蹤精度不斷下降。閉環(huán)控制(又叫傳感器控制)是采用傳感器檢測或感知太陽光或吸熱器的位置，從而控制定日鏡執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動， 達(dá)到準(zhǔn)確聚集太陽光的效果。這類控制有效克服了開環(huán)控制有累積誤差的缺點，并且結(jié)構(gòu)簡單，跟蹤精度得到較大提高。但其缺點也顯而易見光電元件在較長時間段內(nèi)接收不到太陽光時，會導(dǎo)致跟蹤系統(tǒng)控制失效。開-閉環(huán)結(jié)合控制是定日鏡在開環(huán)控制和閉環(huán)控制之間選擇時機(jī)自動切換，從而結(jié)合了開環(huán)控制和閉環(huán)控制的優(yōu)點。開環(huán)使定日鏡快速定位，并能在陰云天實施跟蹤控制；閉環(huán)可實現(xiàn)定日鏡的精準(zhǔn)跟蹤，并消除累積誤差。塔式電站都具有大型的定日鏡場，以國際上已建成的塔式示范和商業(yè)電站為例 歐共體EURELI0S電站共有182臺32 m2定日鏡，鏡場總面積為6200 m2 ；西班牙PSlO電站有624臺121 m2定日鏡，鏡場總面積為75504 m2 ；美國Solar Two電站1擬6臺定日鏡，鏡場總面積為82980 m2 ；美國holar公司建造的電站有12000臺1 m2定日鏡，鏡場總面積達(dá) 12000 m2。這些大型的定日鏡場，如果所有定日鏡在跟蹤運(yùn)行時都對準(zhǔn)吸熱器中心點，當(dāng)太陽光照強(qiáng)度較高時，將造成吸熱器局部過熱、能流密度分布嚴(yán)重不均等問題，這不利于吸熱器的正常、穩(wěn)定工作，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致吸熱器燒毀。針對以上問題，美國Sandia National Laboratories國家實驗室研究報告 "A User' s Manual for DELS0L3 A Computer Code for Calculating the Optical Performance and Optimal System Design for Solar Thermal Central Receiver Plants”提出在吸熱器接收面上設(shè)置若干目標(biāo)點，將眾多定日鏡分別對準(zhǔn)不同目標(biāo)點，以達(dá)到吸熱器接收面能流密度均化的效果。文獻(xiàn)"Assessment of the Real-time Receiver Excess-Flux-Density Protection Software at Solar Two”(第八屆國際太陽能熱利用技術(shù)研討會論文集)介紹了美國Solar Two電站采用了靜態(tài)目標(biāo)處理系統(tǒng)SAPS (Matic Aim Processing System)和動態(tài)目標(biāo)處理系統(tǒng)DAPS (Dynamic Aim Processing System)來控制吸熱器上的能流分布。SAPS用于計算每臺定日鏡的相對偏移量，DAPS則用來處理吸熱器的輸入、輸出溫度，并計算出吸熱器表面的能流密度分布。根據(jù)熔鹽的焓參數(shù)，DAPS可以估算出吸熱面上各個節(jié)點處的溫度，再根據(jù)熔鹽的流速獲得各節(jié)點處的最大能流密度值凡將實際的能流密度值/與Z^比較，如果某節(jié)點處的能流密度值f>F，則找出投射到該點處的所有定日鏡中產(chǎn)生能流密度最大的，將其移除，直至吸熱器上的能流密度分布降到安全范圍以內(nèi)。文獻(xiàn)“Heuristic Knowledge-based Heliostat Field Control for the Optimization of the Temperature Distribution in a Volumetric Receiver，，(Solar Energy 1999 年第66期)介紹了西班牙CESA-I電站的能流密度控制方法，其通過控制吸熱器上最高溫度和最低溫度的偏差值，來控制能流密度分布。它將所有定日鏡分成5組，分別投射到吸熱器接收面上按一定規(guī)則分布的5個目標(biāo)點上，通過分布在吸熱器背面的熱電偶測得各目標(biāo)點處的實時溫度，將“高溫”與“低溫”的差值同系統(tǒng)中設(shè)定的溫度閥值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果確定某一臺或幾臺定日鏡的目標(biāo)點位置。盡管以上開環(huán)控制方式的定日鏡場都建立了各自的調(diào)度方法，但針對開-閉環(huán)結(jié)合控制方式的定日鏡場，卻沒有調(diào)度方法的相關(guān)專利公開。而對于以上已公開的調(diào)度方法仍存在以下問題定日鏡開環(huán)控制存在較大跟蹤誤差，從而導(dǎo)致能流密度均化調(diào)度效果不佳且自身無法修正；監(jiān)控計算機(jī)觀察和計算吸熱器接收面能流密度分布狀況，并實時計算定日鏡的移動方位和距離，可能造成在光斑移動路徑上產(chǎn)生新的過熱點或?qū)е抡`操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種能有效控制定日鏡場產(chǎn)生的能流密度均勻化、應(yīng)用于開-閉環(huán)控制的定日鏡場調(diào)度方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種塔式太陽能熱發(fā)電站中的定日鏡場調(diào)度方法，該方法采用開-閉環(huán)結(jié)合控制方式，開環(huán)控制通過太陽運(yùn)行規(guī)律、定日鏡所處經(jīng)緯度、 定日鏡和吸熱器位置幾何關(guān)系實時計算定日鏡的控制方向和位置；閉環(huán)控制先通過閉環(huán)傳感器確定各定日鏡應(yīng)對應(yīng)的目標(biāo)位置，再根據(jù)閉環(huán)傳感器反饋的定日鏡實時角度值進(jìn)行定日鏡的精準(zhǔn)跟蹤，從而對定日鏡場的能流密度進(jìn)行均化調(diào)度；所述各定日鏡應(yīng)對應(yīng)的目標(biāo)位置的確定方法為在所述太陽能熱發(fā)電站中的吸熱器接收面設(shè)定若干目標(biāo)點，根據(jù)多目標(biāo)點均化調(diào)整原則和多目標(biāo)點均化算法，使每個目標(biāo)點選定對應(yīng)的定日鏡群，從而確定各定日鏡應(yīng)對應(yīng)的目標(biāo)位置。對本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于吸熱器接收面設(shè)定的若干目標(biāo)點中，處于中心位置或接近中心位置的目標(biāo)點對應(yīng)的定日鏡群為反射光斑大的定日鏡；其余目標(biāo)點對應(yīng)的定日鏡群采用多目標(biāo)點均化算法進(jìn)行選定，并保證所有的光斑都落在接收面內(nèi)。多目標(biāo)點均化算法的數(shù)學(xué)模型由下式表示
權(quán)利要求
1.一種塔式太陽能熱發(fā)電站中的定日鏡場調(diào)度方法，其特征在于所述定日鏡場調(diào)度方法采用開-閉環(huán)結(jié)合控制方式，開環(huán)控制通過太陽運(yùn)行規(guī)律、定日鏡所處經(jīng)緯度、定日鏡和吸熱器位置幾何關(guān)系實時計算定日鏡的控制方向和位置；閉環(huán)控制先通過閉環(huán)傳感器確定各定日鏡應(yīng)對應(yīng)的目標(biāo)位置，再根據(jù)閉環(huán)傳感器反饋的定日鏡實時角度值進(jìn)行定日鏡的精準(zhǔn)跟蹤，從而對定日鏡場的能流密度進(jìn)行均化調(diào)度；所述各定日鏡應(yīng)對應(yīng)的目標(biāo)位置的確定方法為在所述太陽能熱發(fā)電站中的吸熱器接收面設(shè)定若干目標(biāo)點，根據(jù)多目標(biāo)點均化調(diào)整原則和多目標(biāo)點均化算法，使每個目標(biāo)點選定對應(yīng)的定日鏡群，從而確定各定日鏡應(yīng)對應(yīng)的目標(biāo)位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定日鏡場調(diào)度方法，其特征在于所述吸熱器接收面設(shè)定的若干目標(biāo)點中，處于中心位置或接近中心位置的目標(biāo)點對應(yīng)的定日鏡群為反射光斑大的定日鏡；其余目標(biāo)點對應(yīng)的定日鏡群采用多目標(biāo)點均化算法進(jìn)行選定，并保證所有的光斑都落在吸熱器接收面內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的定日鏡場調(diào)度方法，其特征在于所述多目標(biāo)點均化算法的數(shù)學(xué)模型由下式表示
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的定日鏡場調(diào)度方法，其特征在于所述閉環(huán)傳感器為光電元件；所述閉環(huán)傳感器可安裝于對應(yīng)的定日鏡反射鏡前方、反射鏡邊、反射鏡后方或相對于反射鏡側(cè)面懸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的定日鏡場調(diào)度方法，其特征在于所述閉環(huán)傳感器為光電池傳感器、照相機(jī)或成像儀。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的定日鏡場調(diào)度方法，其特征在于所述吸熱器接收面上設(shè)定的目標(biāo)點包括中心目標(biāo)點和分布在中心目標(biāo)點周圍的目標(biāo)點；所述周圍目標(biāo)點連接后呈三邊形或多邊形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種塔式太陽能熱發(fā)電站中的定日鏡場調(diào)度方法，該方法采用開-閉環(huán)結(jié)合控制方式，開環(huán)控制通過太陽運(yùn)行規(guī)律、定日鏡所處經(jīng)緯度、定日鏡和吸熱器位置幾何關(guān)系實時計算定日鏡的控制方向和位置；閉環(huán)控制先通過閉環(huán)傳感器確定各定日鏡應(yīng)對應(yīng)的目標(biāo)位置，再根據(jù)閉環(huán)傳感器反饋的定日鏡實時角度值進(jìn)行定日鏡的精準(zhǔn)跟蹤，從而對定日鏡場的能流密度進(jìn)行均化調(diào)度。本發(fā)明使定日鏡場的能流密度投射達(dá)到了自動均化調(diào)度，有效克服了開環(huán)控制中存在較大跟蹤誤差導(dǎo)致的能流密度均化效果不佳以及無法自身修正的缺點，且實現(xiàn)簡單，便于操作。
文檔編號G05D3/12GK102331793SQ20111020230
公開日2012年1月25日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者劉德有, 劉進(jìn)波, 郭鐵錚 申請人:南京科遠(yuǎn)自動化集團(tuán)股份有限公司