[發明專利]應用于槽式太陽能聚光器的平穩跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201510324640.2
• 申請日: 2015-06-12
• 公開（公告）號: CN104949357B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 宋哲;王志峰;原郭豐
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: F24J2/38
• 分類號: F24J2/38;F24J2/40
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種槽式太陽能熱發電的控制方法。

背景技術

近年來，隨著能源與環境問題的日益嚴重，使得可再生能源的研究與應用成為當今的一個熱點，而太陽能因其豐富性和持久性更是引起了人們的極大關注。

太陽能發電是一種開發和利用太陽能的重要途徑，其發電種類主要分為太陽能光伏發電和太陽能熱發電。在光伏技術尚未取得重大突破之前，太陽能熱發電較光伏發電在大規模應用中更具優勢。目前，常見的太陽能熱發電方式主要有塔式、槽式、蝶式和線性菲涅耳式等，其中只有槽式太陽能熱發電實現了商業化運行。為了使槽式太陽能聚光器最大效率的采集和利用陽光，在集熱過程中必須采用跟蹤控制裝置，使聚光器跟蹤太陽。

在傳統的跟蹤控制方法中，通常是根據跟蹤角度差值的大小，設置不同的跟蹤速度，以此來實現實際角度向目標角度的跟蹤控制。但該方法速度設定值有限，而且存在較大的速度階梯，導致跟蹤角度難以控制，跟蹤的平穩性較差。

發明內容

本發明的目的是克服傳統控制方式存在的不足，提出一種應用于槽式太陽能熱發電的控制方法，該方法可以提高槽式太陽能聚光器目標角度跟蹤的平穩性和跟蹤精度。

本發明跟蹤控制方法包括如下步驟：

(1)在太陽能熱發電系統啟動跟蹤信號有效時，進行槽式太陽能聚光器目標角度跟蹤控制；

(2)通過角度計算公式獲得跟蹤的目標角度θ，利用位置傳感器測得跟蹤的實際角度θ'，兩者相減得到角度差值△θ；

(3)根據角度差值△θ和角度差值的設定值△θ₀確定跟蹤控制方式，若△θ>△θ₀，則執行步驟(4)，若△θ≤△θ₀，則執行步驟(5)；

(4)控制器控制槽式太陽能聚光器的電機以恒定轉速v₀驅動槽式太陽能聚光器進行目標角度跟蹤，執行步驟(2)，直至角度差值△θ小于等于設定值△θ₀；

(5)采用兩點定標的控制方法，由時間瞬時值t計算出速度瞬時值v，并以此v值控制電機轉速，驅動聚光器進行目標角度跟蹤；

(6)重復步驟(2)至(5)，直至角度差值為零，電機停止。

與傳統跟蹤控制方法相比，本發明設定了跟蹤角度差值和計時時間，采用了兩點定標的控制方法，根據跟蹤角度差值的大小自動調節跟蹤速度，改變原有單一位置環的控制方式而加入速度環，實現雙閉環控制，消除了跟蹤過程中存在速度階梯，導致跟蹤角度難以控制，跟蹤精度不足的缺點，提高了跟蹤控制的平穩性。

根據角度差值的不同，本發明跟蹤控制有兩種工作狀態：當目標角度和實際角度的差值△θ大于設定值△θ₀時，控制器控制電機以恒定轉速v₀驅動聚光器跟蹤目標角度，聚光器的實際角度逐漸接近于目標角度，角度差值△θ逐漸接近于設定值△θ₀；當角度差值△θ小于等于設定值△θ₀時，定時器從設定時間t₀開始計時直到0為止，并周期性的輸出時間瞬時值t，控制器根據時間瞬時值t由速度計算公式v＝K₀·t計算出速度瞬時值v，并以此v值控制電機轉速，驅動聚光器跟蹤目標角度，直至速度瞬時值v為零，電機停止。其中，K₀是由恒定轉速v₀和設定時間t₀確定的比例常數，即K₀＝v₀/t₀。

本發明利用兩點定標的控制方法，根據時間瞬時值t，由線性計算公式確定速度瞬時值v，采用位置和速度雙閉環控制方式，分別實現跟蹤角度差值和跟蹤速度向零點的線性趨近。

為保證跟蹤效果并考慮跟蹤的平穩性，設定角度差值和計時時間的參考值，分別記為△θ₀和t₀；參考值需根據工程經驗和實際需要選取：參考值偏小，跟蹤的實時性較好，因而跟蹤效果較好，但系統頻繁啟停而且加速度較大，難免造成跟蹤的穩定性較差；參考值偏大，實際角度逐漸向目標角度接近，跟蹤的平穩性較好，但跟蹤過程相對較緩慢，跟蹤的實時性較差，跟蹤效果必然受到影響。

附圖說明

圖1是兩種控制方法的速度曲線對比圖；

圖2是聚光器平穩跟蹤示意圖；

圖3是跟蹤角度差值與跟蹤時間關系圖；

圖4是跟蹤速度與跟蹤時間關系圖；

圖5是本發明的跟蹤控制流程圖。

具體實施方式