一种太阳光热发电定日镜安装误差校正方法技术

技术编号:19856355 阅读:19 留言:0更新日期:2018-12-22 11:27
本发明专利技术涉及一种定日镜角度计算及安装误差矫正方法,过定日镜位置、聚光靶位位置、太阳位置在聚光时的三者角度关系,推算出定日镜水平方位角和俯仰角的实际角度,并通过一天内多个时间点调节聚光所得到的定日镜实际角度与理论角度的关系,推导计算定日镜安装初始位置与理论位置的关系式。初始安装的定日镜通过上述矫正过程计算出矫正关系式,定日镜就地控制柜工作时程序计算出聚光时理论定日镜角度后,由矫正关系式转换为实际角度并驱动电机执行,由定日镜角度闭环控制完成目标角度的调节。该方法实现方便快捷,对仪器设备依赖小,解决了由于定日镜的安装误差导致聚光控制误差难以消除的问题,提高聚光精度。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳光热发电定日镜安装误差校正方法
本专利技术属于太阳光热发电
,涉及一种太阳光热发电定日镜安装误差校正方法。
技术介绍
塔式光热电站的聚光系统主要由大量的双轴太阳跟踪镜面(定日镜)和聚光塔构成,系统工作时,定日镜将太阳光反射汇聚到聚光塔集热器中心,对集热器进行加热,集热器内导热介质升温与地面水系统进行热交换,产生蒸汽驱动汽轮发电机发电。塔式光热电站发电具有较高的工作温度和较高的发电效率,与槽式光热发电、菲涅尔式光热发电、蝶式光热发电形式相比具有更大的优势,但由于塔式光热发电占地面积广,需要将阳光汇聚到聚光塔的集热器,对每个定日镜都需要单独控制,定日镜距离远、控制精度要求高,对机械精度、安装精度、控制系统等都有很高的要求,实现成本较高。因此,塔式光热发电如果具备有效低廉的误差消除方法,将可提高控制精度、发电效率,降低电站投资成本,提高塔式光热发电的推广价值。
技术实现思路
针对现有技术的不足,本专利技术目的在于提供一种太阳光热发电定日镜安装误差校正方法,能够有效确定定日镜实际的位置,并通过误差矫正方法消除由于定日镜安装误差产生的聚光误差,实现太阳光经定日镜反射后的光斑精确位于靶位中心位置。为达到上述目的,本专利技术是采取如下技术方案予以实现的:一种太阳光热发电定日镜安装误差校正方法,包括以下步骤:通过定日镜位置、聚光塔集热器靶位位置、太阳位置在聚光时的三者角度关系,推算出定日镜水平方位角和俯仰角的实际角度,并通过一天内多个时间点调节聚光所得到的定日镜实际角度与理论角度的关系,推导计算定日镜安装初始位置与理论位置的矫正关系式;初始安装的定日镜通过矫正过程计算出矫正关系式,定日镜就地控制柜工作时程序计算出聚光时理论定日镜角度后,由矫正关系式转换为实际角度并驱动电机执行,由定日镜角度闭环控制完成目标角度的调节。作为本专利技术的进一步改进,所述的定日镜包括起到支持固定镜面作用的立柱、由电机驱动镜面在水平和俯仰两个方向上回转运动的回转机械和使得反射光斑汇聚在聚光塔集热器中心的镜面;所述的安装误差校正方法包括以下步骤:初始安装定日镜立柱及镜面,手动控制定日镜就地控制柜调节定日镜水平角度、俯仰角度,使得反射光斑准确对靶,反向计算定日镜对靶理论水平角度、俯仰角度,作为该时刻定日镜实际的水平角度、俯仰角度;定日镜就地控制柜通过标记的实际水平角度、俯仰角度为参考进行自动追日运行;保持定日镜就地控制柜处于自动跟踪模式,分别选取一天内多个时间点作为矫正点,在矫正点时刻加入水平偏移量、俯仰偏移量,使得光斑对准靶位中心,并使就地控制柜记录该矫正点定日镜实际水平角度、实际俯仰角度、理论水平角度、理论俯仰角度,以此记录多个矫正点数据;矫正点数据保存在定日镜就地控制柜系统内存中,系统运行误差矫正程序时调用矫正点数据,矫正程序通过记录的多组矫正点数据计算出矫正模型及矫正系数;定日镜就地控制柜正常运行时,投入误差修正模式,系统自动计算对靶时定日镜的理论水平角、俯仰角,通过矫正模型及矫正系统计算出定日镜对靶时实际的水平角、俯仰角,并通过执行机构进行调节定日镜角度。作为本专利技术的进一步改进,定日镜实际水平角度、俯仰角度需要通过推算定位,具体步骤为:通过就地手动控制定日镜水平角度和俯仰角度进行聚光,当光斑对准聚光塔靶位中心时,系统计算该时刻准确聚光时定日镜理论水平角、俯仰角定位值,同时记录该时刻定日镜水平、俯仰角相对位置,通过定日镜相对位置和定位值差值,可推算出定日镜实际水平角、俯仰角,定日镜就地控制柜在自动运行时,将通过推算的定位角度进行自动跟踪。作为本专利技术的进一步改进,定日镜安装误差矫正采集一天内上午、中午、下午的多个时间点聚光时定日镜的水平角度和俯仰角度的理论参数、实际参数,将定日镜就地控制柜调整至自动跟踪模式,在矫正点时刻,进行手动调节,使得光斑精确对准聚光塔靶位中心,记录该时刻定日镜实际水平角度、实际俯仰角度、理论水平角度、理论俯仰角度,以此记录多个矫正时刻点数据。作为本专利技术的进一步改进,矫正模型及矫正系数的计算步骤如下:以理论定日镜中心位置O为原点,空间正东方向为X轴,空间正南方向为Y轴,空间天顶方向为Z轴,以BE为聚光塔,B点为聚光塔集热器中心位置,以B点到O点距离为半径、O为球心作参考球面,其中A点为太阳光入射到定日镜与参考球面的交点,根据太阳的高度角和方位角可知A点坐标;取AB中点C,其中AO为入射光线、OB为反射光线,当定日镜理论位置使得反射光斑对准集热器中心时,CO为理论定日镜镜面法线;由于定日镜安装存在误差,实际定日镜中心位置为O’,由于聚光塔中心B、太阳光线入射位置A在坐标系内是确定的,故定日镜处于实际位置将太阳光反射至聚光塔中心B点,AO’为入射光线,O’B为反射光线,故CO’为实际定日镜镜面法线;以日地空间正东为X正向,正南为Y正向,天顶为Z正向,理论定日镜中心O为原点建立坐标系O-XYZ,假设定日镜安装后,定日镜中心为O’,以实际定日镜中心O’为原点,镜面向东为X’轴,镜面向南为Y’轴,垂直镜面天顶方向为Z’轴建立坐标系O'-X'Y'Z';上述两坐标系的误差通过三轴旋转和坐标轴平移消除,记坐标系O-XYZ,经过绕X轴旋转θx,绕Y轴旋转θy,绕Z轴旋转θz,θ为旋转系数;沿X轴平移Δx,沿Y轴平移Δy,沿Z轴平移Δz,与坐标系O'-X'Y'Z'重合,则表示为:即实际镜面安装零位坐标系O-X'Y'Z',经过天体三维坐标O-XYZ系三轴旋转获得,其中R为旋转矩阵,[ΔX,ΔY,ΔZ]T是平移矩阵;假设定日镜立柱的安装导致了定日镜安装的误差,其中O点位理论定日镜镜面中心,O'为实际安装定日镜镜面中心,分别以O和O'建立坐标系;任意时刻当太阳光经定日镜反射聚光至靶位中心B点时,为理论法线向量,太阳入射光线反射光线定日镜实际法线向量为其中C点是AB的中点,理解为理论法线向量与理论镜面垂直,实际法线向量与实际镜面垂直;通过对C点在两个坐标系中的坐标转换关系可反推两个坐标系的误差关系,即求得旋转矩阵R。作为本专利技术的进一步改进,对靶时定日镜的理论水平角、俯仰角的计算步骤如下:设C点在天体坐标系O-XYZ中的坐标是(X、Y、Z),在镜面零位坐标系O'-X'Y'Z'中的坐标是(X'、Y'、Z'),则C点在两坐标系的坐标有如下关系:其中R=R(θx)R(θy)R(θz),λ为比例因子,[ΔX,ΔY,ΔZ]T为平移矩阵;定日镜系统矫正时,取多个时间点进行手动对靶采集矫正点,使得反射光斑对准靶位中心,记录这多个时刻的理论镜面姿态和实际镜面姿态,即求得四组C点坐标:将上述多组C点参数代入式(2),得方程组,即可求得所有未知数;定日镜就地控制系统在实际运行时,由算法计算出镜面理论法线值,即C点坐标(X,Y,Z),通过关系:求得(X',Y',Z')即可求得实际镜面法线向量,即求得实际定日镜的方位角、高度角,即为实际镜面引入安装误差后的实际执行角度。与现有技术相比,本专利技术具有以下优点:本专利技术通过定日镜位置、聚光靶位位置、太阳位置在聚光时的三者角度关系,推算出定日镜水平方位角和俯仰角的实际角度,进而推导计算定日镜安装初始位置与理论位置的关系式。计算出聚光时理论定日镜角度后,由矫正关系式转换为实际角度并驱动电机执行,由定日镜角度闭环控制完成目标角度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳光热发电定日镜安装误差校正方法,其特征在于,包括以下步骤:通过定日镜位置、聚光塔集热器靶位位置、太阳位置在聚光时的三者角度关系,推算出定日镜水平方位角和俯仰角的实际角度,并通过一天内多个时间点调节聚光所得到的定日镜实际角度与理论角度的关系,推导计算定日镜安装初始位置与理论位置的矫正关系式;初始安装的定日镜通过矫正过程计算出矫正关系式,定日镜就地控制柜工作时程序计算出聚光时理论定日镜角度后,由矫正关系式转换为实际角度并驱动电机执行,由定日镜角度闭环控制完成目标角度的调节。

【技术特征摘要】
1.一种太阳光热发电定日镜安装误差校正方法,其特征在于,包括以下步骤:通过定日镜位置、聚光塔集热器靶位位置、太阳位置在聚光时的三者角度关系,推算出定日镜水平方位角和俯仰角的实际角度,并通过一天内多个时间点调节聚光所得到的定日镜实际角度与理论角度的关系,推导计算定日镜安装初始位置与理论位置的矫正关系式;初始安装的定日镜通过矫正过程计算出矫正关系式,定日镜就地控制柜工作时程序计算出聚光时理论定日镜角度后,由矫正关系式转换为实际角度并驱动电机执行,由定日镜角度闭环控制完成目标角度的调节。2.根据权利要求1所述的一种太阳光热发电定日镜安装误差校正方法,其特征在于,具体包括以下步骤:初始安装定日镜立柱及镜面,手动控制定日镜就地控制柜调节定日镜水平角度、俯仰角度,使得反射光斑准确对靶,反向计算定日镜对靶理论水平角度、俯仰角度,作为该时刻定日镜实际的水平角度、俯仰角度;定日镜就地控制柜通过标记的实际水平角度、俯仰角度为参考进行自动追日运行;保持定日镜就地控制柜处于自动跟踪模式,分别选取一天内多个时间点作为矫正点,在矫正点时刻加入水平偏移量、俯仰偏移量,使得光斑对准靶位中心,并使就地控制柜记录该矫正点定日镜实际水平角度、实际俯仰角度、理论水平角度、理论俯仰角度,以此记录多个矫正点数据;矫正点数据保存在定日镜就地控制柜系统内存中,系统运行误差矫正程序时调用矫正点数据,矫正程序通过记录的多组矫正点数据计算出矫正模型及矫正系数;定日镜就地控制柜正常运行时,投入误差修正模式,系统自动计算对靶时定日镜的理论水平角、俯仰角,通过矫正模型及矫正系统计算出定日镜对靶时实际的水平角、俯仰角,并通过执行机构进行调节定日镜角度。3.根据权利要求2所述的一种太阳光热发电定日镜安装误差校正方法,其特征在于,定日镜实际水平角度、俯仰角度需要通过推算定位,具体步骤为:通过就地手动控制定日镜水平角度和俯仰角度进行聚光,当光斑对准聚光塔靶位中心时,系统计算该时刻准确聚光时定日镜理论水平角、俯仰角定位值,同时记录该时刻定日镜水平、俯仰角相对位置,通过定日镜相对位置和定位值差值,可推算出定日镜实际水平角、俯仰角,定日镜就地控制柜在自动运行时,将通过推算的定位角度进行自动跟踪。4.根据权利要求2所述的一种太阳光热发电定日镜角度计算及安装误差矫正方法,其特征在于,定日镜安装误差矫正采集一天内上午、中午、下午的多个时间点聚光时定日镜的水平角度和俯仰角度的理论参数、实际参数,将定日镜就地控制柜调整至自动跟踪模式,在矫正点时刻,进行手动调节,使得光斑精确对准聚光塔靶位中心,记录该时刻定日镜实际水平角度、实际俯仰角度、理论水平角度、理论俯仰角度,以此记录多个矫正时刻点数据。5.根据权利要求2所述的一种太阳光热发电定日镜角度计算及安装误差矫正方法,其特征在于,矫正模型及矫正系数的计算步骤如下:以理论定日镜中心位置O为原点...

【专利技术属性】
技术研发人员:仇韬吴敏军
申请(专利权)人:中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司江阴江凌新能源科技有限公司
类型:发明
国别省市:陕西,61

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