[實(shí)用新型]提高定日鏡自動(dòng)跟蹤太陽軌跡精度的控制裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820108772.7
• 申請日: 2008-06-23
• 公開（公告）號: CN201242302Y
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 章素華;邵文遠(yuǎn);李和平;徐靜;韓永
• 申請（專利權(quán)）人: 中國華電工程(集團(tuán))有限公司
• 主分類號: F24J2/38
• 分類號: F24J2/38;F24J2/07;G05D3/20;G05B19/418
• 代理公司: 北京天平專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 孫 剛

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及太陽能熱發(fā)電技術(shù)，具體地說，是涉及一種塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中提高定日鏡自動(dòng)跟蹤太陽軌跡控制精度的控制裝置。

背景技術(shù)

塔式太陽能熱電站(即塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng))主要由聚光系統(tǒng)，吸/換熱系統(tǒng)，儲熱系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)四部分組成，其中聚光系統(tǒng)的效率及其成本很大程度上影響熱電站的性價(jià)比，是構(gòu)建太陽能熱電站中需要著重考慮的因素。聚光系統(tǒng)主要由定日鏡和吸熱器組成；定日鏡的作用是收集太陽輻射能并將其匯聚到吸熱器處，它由按一定方式排列的可繞雙軸跟蹤的定日鏡組成，每個(gè)定日鏡通過繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤太陽并將輻射到其表面的太陽能反射到塔頂集熱器，完成聚光(即聚熱)的目的。

塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)采用光—熱—電轉(zhuǎn)化的工藝路線，即先將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化為電能。通過太陽能分級分段加熱，先采用普通太陽能集熱器使水低段加熱，再由聚光式太陽能集熱器加熱至中溫，再由跟蹤聚光式太陽能高溫加熱器加熱至高溫。由高溫蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)高效熱電轉(zhuǎn)換。能量轉(zhuǎn)換過程為：太陽能→熱能→機(jī)械能→電能。主要的工作過程是，通過多面定日鏡收集太陽能，集中反射到塔爐的頂部的吸熱器上，熱傳輸系統(tǒng)以良好的效率將集熱系統(tǒng)所收集的熱量通過熱交換系統(tǒng)轉(zhuǎn)到儲熱介質(zhì)，再次通過熱交換將儲熱介質(zhì)的熱量傳給做功介質(zhì)，介質(zhì)帶動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電。

因此，無論從聚光系統(tǒng)的效率、集熱效率方面考慮，還是從整個(gè)電站的成本角度考慮，在塔式太陽能熱電站中的核心部分，就是如何使定日鏡精確的自動(dòng)跟蹤太陽轉(zhuǎn)動(dòng)，使輻射到其表面的太陽能量最大化。

為了實(shí)現(xiàn)塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動(dòng)跟蹤太陽軌跡的精確控制，申請人研發(fā)了塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動(dòng)跟蹤太陽軌跡的控制方法。該方法采用一個(gè)控制定日鏡運(yùn)動(dòng)行程的DPU控制器、一個(gè)與定日鏡連接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和一個(gè)在DPU控制器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊轉(zhuǎn)換的DCS模件，使定日鏡自動(dòng)跟蹤太陽軌跡運(yùn)動(dòng)。其中：控制定日鏡運(yùn)動(dòng)行程的DPU控制器，是一個(gè)DCS系統(tǒng)的分布處理單元，該單元根據(jù)給定的太陽角運(yùn)動(dòng)公式和控制方式，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供定日鏡跟蹤太陽軌跡運(yùn)動(dòng)的設(shè)定值，并將定日鏡的實(shí)際位置值與設(shè)定值比較，根據(jù)比較結(jié)果通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)使定日鏡運(yùn)動(dòng)到精確的給定位置；太陽角運(yùn)動(dòng)公式，是可提供太陽隨著時(shí)間變化，太陽光照射到指定位置的太陽高度角和太陽方位角的公式；控制方式，是依據(jù)太陽在經(jīng)度和緯度方向上運(yùn)動(dòng)的高度角和方位角的設(shè)定值，通過設(shè)置兩個(gè)解耦的閉環(huán)控制回路，將定日鏡跟蹤過程中的高度角和方位角的位置值，分別按照設(shè)定的經(jīng)度函數(shù)X(t)和緯度函數(shù)Y(t)進(jìn)行比較，控制定日鏡的跟蹤。所速的與定日鏡連接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是一個(gè)可提供定日鏡的高度角和方位角的位置值和對定日鏡的高度角和方位角進(jìn)行控制的智能遠(yuǎn)程測控裝置；對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊轉(zhuǎn)換的DCS模件，是MODBUS與CAN的協(xié)議轉(zhuǎn)換模件，MODBUS與CAN的協(xié)議轉(zhuǎn)換模件有兩個(gè)，一個(gè)用于定日鏡緯度方向上控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換，一個(gè)用于定日鏡經(jīng)度方向上控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換；還包括采用一個(gè)操作員站計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)可與DPU控制器實(shí)時(shí)對時(shí)，從而自動(dòng)確定太陽運(yùn)行的方位；該計(jì)算機(jī)還可對定日鏡進(jìn)行手動(dòng)控制。這個(gè)控制方案解決了塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動(dòng)精確跟蹤太陽軌跡的問題。但是，在這個(gè)技術(shù)方案中，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行元件的精度要求比較高，執(zhí)行元件精度比較差或使用一段時(shí)間后精度降低，都會(huì)影響控制精度；另外，定日鏡本身齒輪箱使用一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生齒隙過大等不可控因素，也會(huì)導(dǎo)致定日鏡跟蹤出現(xiàn)偏差。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可以提高定日鏡自動(dòng)跟蹤太陽軌跡精度的控制裝置。本實(shí)用新型通過圖像識別系統(tǒng)，可以在出現(xiàn)執(zhí)行元件精度降低、定日鏡本身齒輪箱使用一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生齒隙過大等不可控因素時(shí)，糾正定日鏡自動(dòng)跟蹤太陽軌跡控制中出現(xiàn)的偏差。

為解決上述技術(shù)問題，采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：提高定日鏡自動(dòng)跟蹤太陽軌跡精度的控制裝置。該裝置的構(gòu)成包括攝像機(jī)、DPU控制器、操作員站計(jì)算機(jī)和MODBUS轉(zhuǎn)CAN的協(xié)議轉(zhuǎn)換模件，攝像機(jī)安裝在吸熱器的前方并與操作員站計(jì)算機(jī)連接；DPU控制器與操作員站計(jì)算機(jī)連接，并且DPU控制器通過MODBUS轉(zhuǎn)CAN的協(xié)議轉(zhuǎn)換模件與定日鏡的傳動(dòng)執(zhí)行元件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；MODBUS轉(zhuǎn)CAN的協(xié)議轉(zhuǎn)換模件與定日鏡的傳動(dòng)執(zhí)行元件相連接。

上述的提高定日鏡自動(dòng)跟蹤太陽軌跡精度的控制裝置中，攝像機(jī)可以安裝在定日鏡(2)上，或者是安裝在吸熱器上，也可以安裝在吸熱器塔上。