[發(fā)明專利]一種結(jié)合云層預測的槽式光熱電站監(jiān)控系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2016-06-30
• 公開（公告）號: CN107561994A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王湘艷;朱凌志;陳寧;張磊;姚志豪;張亞南;趙亮;于若英;趙大偉;施濤;鄭小江;李曉龍;孫辰軍;魏明磊;何云
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電力科學研究院;國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)河北省電力公司;首航節(jié)能光熱技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: G05B19/048
• 分類號: G05B19/048
• 代理公司: 北京安博達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11271
• 代理人: 徐國文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電站自動化控制領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)合云層預測的槽式光熱電站監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)

槽式光熱發(fā)電采用拋物面形聚光器聚焦太陽直射輻射加熱集熱管內(nèi)的吸熱介質(zhì)，常用的吸熱介質(zhì)為導熱油，最高可升溫到400℃。多組聚光器組成槽式鏡場，將大量的導熱油加熱到高溫狀態(tài)，用于產(chǎn)生蒸汽帶動汽輪機組發(fā)電。

在槽式光熱電站中，系統(tǒng)運行的基本目標是使槽式鏡場出口導熱油溫度達到設(shè)計溫度，而鏡場出口導熱油溫度受多種因素決定：太陽輻射強度、現(xiàn)場環(huán)境溫度、風速、鏡場管道熱慣性、鏡場入口導熱油溫度和導熱油流量等。整個槽式光熱電站有多種運行模式：除正常運行模式外，還有啟動開機、云遮工況、夜間待機、緊急停機等模式，多模式間的切換需根據(jù)多個輸入條件，由一個全廠的控制系統(tǒng)進行綜合判斷，而不能依靠運行人員對復雜工況做出正確的選擇。

塔式光熱發(fā)電是在很大面積的場地上裝有許多臺大型太陽能反射鏡，通常稱為定日鏡，每臺都各自配有跟蹤機構(gòu)準確的將太陽光反射集中到一個高塔頂部的接受器上。接受器上的聚光倍率可超過1000倍。在這里把吸收的太陽光能轉(zhuǎn)化成熱能，再將熱能傳給工質(zhì)，經(jīng)過蓄熱環(huán)節(jié)，再輸入熱動力機，膨脹做工，帶動發(fā)電機，最后以電能的形式輸出。

相比塔式電站，槽式電站由于導熱油流過整個鏡場，系統(tǒng)熱慣性大，當有云層遮擋時，電站運行工況不會像塔式電站立即發(fā)生劇烈變化，而是緩慢地響應(yīng)這種變化。為應(yīng)對這種情況，全廠的控制系統(tǒng)應(yīng)當能夠綜合分析熱慣性和氣象因素對整個電站系統(tǒng)的影響，確定合適的導熱油流量。現(xiàn)有的[CN 103513295 B]和[CN 102915040 B]號中國專利技術(shù)，主要用在塔式電站上和光伏電站上，監(jiān)測并預測云層，因此需要提供一種技術(shù)方案滿足槽式電站的需要。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種結(jié)合云層預測的槽式光熱電站監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠應(yīng)用于大型槽式光熱電站，實時監(jiān)視云層和電站運行工況，對光熱電站進行就地遠程操作、控制和維護，優(yōu)化光熱電站運行邏輯，對光熱電站運行狀態(tài)進行診斷和評估，接受調(diào)度部門控制指令，實現(xiàn)對光熱電站的監(jiān)視、控制和管理，確保光熱電站的安全、可靠運行，是槽式光熱電站不可缺少的重要組成部分。

實現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為：

一種結(jié)合云層預測的槽式光熱電站監(jiān)控系統(tǒng)，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括：全天空成像單元、云層預測單元、氣象站和電站控制單元；所述電站控制單元與所述氣象站、所述云層預測單元和槽式光熱電站相連；所述云層預測單元還與全天空成像單元相連。

優(yōu)選的，所述全天空成像單元通過CCD相機組實時監(jiān)測槽式鏡場上空的云層，分析判斷云層的數(shù)目、位置、形狀和高度。

進一步的，所述CCD相機組包括至少兩臺CCD相機；

所述CCD相機上包括超廣角鏡頭和普通鏡頭，且所述超廣角鏡頭的超廣角視角可接近、達到或超過180°。

進一步的，圖像處理裝置接收相機拍攝到的天空圖像，根據(jù)圖像間的匹配關(guān)系，每個相機匹配所對應(yīng)的同一片云層，對完成匹配的云層計算云高，包括：同一時刻下，太陽在兩個相同的且主光軸平行的相機中成像位置相同，通過平移兩幅圖片中的太陽中心位置重合于同一點來等效相機主光軸平行，保持云層位置和太陽相對位置不變，結(jié)合云層在不同相機中的位置，并根據(jù)雙目視覺三維測距原理計算云層高度。

進一步的，云團數(shù)目及位置辨識裝置應(yīng)用腐蝕和膨脹算法進行天空圖像內(nèi)云團數(shù)目提取識別，根據(jù)天空成像區(qū)域范圍和云層高度，映射各云團在地球經(jīng)緯網(wǎng)中的位置信息。

優(yōu)選的，所述云層預測單元根據(jù)所觀測到云層的各項參數(shù)和氣象站搜集的氣象參數(shù)，計算云層投影的運動方向、速度，預測云層的形狀變化，及其對槽式鏡場遮擋片區(qū)、面積、預計停留時間。

優(yōu)選的，所述氣象站用于收集槽式光熱電站正常運行所需的各類氣象參數(shù)。

優(yōu)選的，所述電站控制單元在云層陰影進入/離開槽式鏡場前，對中控室發(fā)出預警信號，采用自動或手動模式調(diào)節(jié)受云層影響片區(qū)的主控閥門，降低/增加相應(yīng)區(qū)域內(nèi)集熱管內(nèi)流體流量，并通過設(shè)置在鏡場管道出口的溫度監(jiān)測儀表反饋流體溫度數(shù)據(jù)，實時調(diào)整閥門開度。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果：

1)本發(fā)明提供的槽式光熱電站監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對槽式光熱電站一體化集成監(jiān)視、控制和管理，集成了云層預測單元，避免由于云層遮擋太陽輻照引起的電站運行波動，確保槽式光熱電站的安全、可靠運行。