一种用于光热发电的太阳能追踪控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于光热发电的太阳能追踪控制系统及方法，用于太阳能自动跟踪光热发电装置中东西方向调整电机和南北方向调整电机的控制，所述的追踪控制系统包括：主控制单元：该单元根据当前光强大小判定是否启动跟踪控制；视日运动轨迹跟踪粗调单元：该单元根据当前时间计算出太阳的空间位置，进而控制东西方向调整电机和南北方向调整电机至设定位置；传感器追踪精调单元：该单元根据光强大小对反射镜支架进行精确调节，直至反射镜对准太阳；所述的视日运动轨迹跟踪粗调单元和传感器追踪精调单元均连接主控制单元。与现有技术相比，本发明专利技术将视日运动轨迹跟踪粗调和传感器追踪精调相结合，提高跟踪速度的同时提高跟踪精度。

Solar tracking control system and method for photothermal power generation

The invention relates to a method for thermal power generation solar tracking control system and method for controlling solar automatic tracking adjustment motor thermal power generation device that adjust the direction of motor and the north-south direction, including the tracking control of the system: the main control unit: the unit according to the current intensity to determine whether to start depending on the trajectory tracking control; coarse tracking unit: the unit according to the current time to calculate the space position of the sun, and then control the east-west direction adjustment of the motor and north-south direction adjustment of the motor to the set position; sensors to track fine adjustment unit: the unit based on the mirror bracket intensity is accurately adjusted until the mirror at the sun; the solar trajectory coarse tracking unit and sensor tracking adjustment units are connected the main control unit. Compared with the existing technology, the method combines the tracking of the diurnal motion track with the coarse harmonic sensor to track the fine phase modulation, thus improving the tracking speed and improving the tracking accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种用于光热发电的太阳能追踪控制系统及方法
本专利技术涉及一种太阳能追踪控制系统及方法，尤其是涉及一种用于光热发电的太阳能追踪控制系统及方法。
技术介绍
现阶段跟踪太阳的方式主要分为传感器跟踪和视日运动轨迹跟踪。传感器跟踪主要控制过程是：通过光敏传感器采集太阳的光强信号及其偏差信号与槽式光热发电太阳能集热装置水平与垂直方向的位置偏差信号，再将其反馈给数据处理器与控制器，经过数据的处理与放大，发出驱动信号，经过驱动电路控制步进电机的转动，经过减速机构缓慢调整角度，减小偏差，高精度的传感器跟踪系统受光学系统的限制，在太阳光线偏离传感器基准轴线一定角度后就无法跟踪。而视日运动轨迹跟踪则是将太阳位置受时间、季节、所在地区经纬度等因素综合考虑。视日运动轨迹跟踪是根据某处地理位置、时间等利用已有数据，算法，计算出当前太阳位置，并根据计算结果驱动聚光器向目标点运动。视日运动轨迹跟踪算法复杂，现场控制器需要实时进行大量的计算，因此，就要求现场控制器具很高的数据处理能力以及较大的数据存储空间，除此之外，视日运动轨迹跟踪还需要两个运动轴的高精度角度传感器作为本地定位检测，其跟踪系统成本较高。视日运动轨迹跟踪方法的控制系统是采用开环控制方法，由于跟踪装置结构不稳定性导致跟踪存在累积误差，需要定期校正；在跟踪过程中，系统自身无法对机构的传动误差、地基及天体运行轨道的变化产生的误差进行修正，跟踪精度会随着时间的推移而降低，因此也需要定期校正。如图1所示为太阳能自动跟踪光热发电装置的结构示意图，该系统包括支座1、支柱2、反射镜支架3、销轴4、减速箱体5、主轴6、丝杆7、横支架8、南北方向调整电机9、减速器10和铰链11，主轴6通过轴承安装在减速箱体5上，主轴6的下端固定在支座1上，支柱2的下端固定在减速箱体5上，支柱2的上端通过销轴4与反射镜支架3，用于光热发电的反射镜固定在反射镜支架3上。支柱2上还水平连接有一个横支架8，横支架8端部铰接一个减速器10，减速器10中设有蜗杆，蜗杆与南北方向调整电机9相连，蜗杆与设在减速器中的蜗轮啮合，蜗轮中心设有螺孔与丝杆7连接配合，丝杆7的一端通过铰链11与反射镜支架3连接。减速箱体5内安装有由东西方向调整电机等构成的传动机构。减速箱体5中的东西方向调整电机通过带动齿轮转动，并带动减速箱体5、反射镜支架3沿水平水平方向转动，完成东西方向的跟踪。南北方向调整电机9通过蜗轮蜗杆、丝杆螺孔机构带动反射镜支架3支架沿垂直方向转动，完成南北方向的跟踪。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于光热发电的太阳能追踪控制系统及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于光热发电的太阳能追踪控制系统，用于太阳能自动跟踪光热发电装置中东西方向调整电机和南北方向调整电机的控制，所述的追踪控制系统包括：主控制单元：该单元根据当前光强大小判定是否启动跟踪控制；视日运动轨迹跟踪粗调单元：该单元根据当前时间计算出太阳的空间位置，进而控制东西方向调整电机和南北方向调整电机至设定位置；传感器追踪精调单元：该单元根据光强大小对反射镜支架进行精确调节，直至反射镜对准太阳；所述的视日运动轨迹跟踪粗调单元和传感器追踪精调单元均连接主控制单元。所述的主控制单元包括第一光敏电阻、电压检测电路和光电转换控制电路，所述的电压检测电路连接第一光敏电阻并检测第一光敏电阻电压，所述的电压检测电路连接至光电转换控制电路，当第一光敏电阻电压小于设定值时光电转换控制电路输出高电压启动跟踪控制，否则不启动跟踪控制。所述的光电转换控制电路包括LM339，包括LM339正输入端连接所述的电压检测电路，LM339负输入端通过可调电阻W1接地，LM339负输入端还通过电阻R21连接5V电源，LM339输出端通过电阻R22连接三极管Q1基级，三极管Q1发射极接地，三极管Q1集电极通过电阻R23连接5V电源，三极管Q1集电极形成跟踪控制启动控制端。所述的视日运动轨迹跟踪粗调单元包括实时时钟、存储器、太阳空间位置获取子单元和粗调控制子单元，所述的存储器用于存储太阳高度角方位角数表，该数表是太阳高度角和方位角随天数与小时数变化的二维变量，所述的实时时钟用于获取当前时间，太阳空间位置获取子单元根据当前时间在太阳高度角方位角数表中寻找对应的太阳高度角和方位角，粗调控制子单元根据获取的太阳高度角和方位角计算东西方向调整电机和南北方向调整电机的旋转角度并控制相应电机运动。所述的传感器追踪精调单元包括传感器检测子单元和精调控制子单元，所述的传感器检测子单元检测当前光强并发送至精调控制子单元，精调控制子单元对检测的光强进行处理获取东西方向调整电机和南北方向调整电机的旋转角度并控制相应电机运动。所述的传感器检测子单元包括第二光敏电阻和光强电压转换电路，所述的第二光敏电阻设有4个，4个第二光敏电阻对称分布在反射镜四条边处，所述的光强电压转换电路包括电源、分压电阻，所述4个第二光敏电阻分别对应连接一个分压电阻形成4条电压支路，所述的4条电压支路并联连接并连接电源，每条电压支路中第二光敏电阻和分压电阻连接点为光强电压转换测量点，所述的光强电压转换测量点连接至精调控制子单元。所述的精调控制子单元包括2组光强电压比较电路和光强控制处理器，分别为东西方向光强电压比较电路和南北方向光强电压比较电路，东西方向光强电压比较电路输入端连接反射镜上位于东西方向的2条边上的第二光敏电阻所对应的光强电压转换测量点，对应地，南北方向光强电压比较电路输入端连接反射镜上位于南北方向的2条边上的第二光敏电阻所对应的光强电压转换测量点，2组光强电压比较电路输出端均连接光强控制处理器，光强控制处理器分别根据东西方向和南北方向的光强大小控制东西方向调整电机和南北方向调整电机的控制运动直至2组光强电压比较电路输出为0。一种用于光热发电的太阳能追踪控制方法，该方法包括如下步骤：(1)判断光强是否超过阈值，若是则执行步骤(2)，否则继续执行步骤(1)；(2)根据当前时间计算出太阳的空间位置，进而控制东西方向调整电机和南北方向调整电机运动进行粗调，使反射镜对着太阳位置；(3)获取反射镜四条边出的光强大小，将位于东西方向的2条边作为东西光强检测组，位于南北方向的2条边作为南北光强检测组；(4)对东西光强检测组检测的东侧光强和西侧光强进行对比并控制东西方向调整电机运动直至东侧光强和西侧光强相等，同时对南北光强检测组检测的南侧光强和北侧光强进行对比并控制南北方向调整电机运动直至南侧光强和北侧光强相等，返回步骤(1)。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术将视日运动轨迹跟踪粗调和传感器追踪精调相结合，提高跟踪速度的同时提高跟踪精度；(2)本专利技术视日运动轨迹跟踪粗调采用了简化的数学算法，通过查表的方式快速获取太阳高度角和方位角，减少计算，可以用成本较低的控制器代替昂贵的控制器，除此之外，系统电路相对简单，结构紧凑，硬件成本较低，因此，可以节约生产成本；(3)本专利技术设置在进行光强检测并跟踪调节时设置4个第二光敏电阻，从而通过对应两侧的光强差值来调整反射镜的在东西方向以及南北方向的倾斜角度，这种方式既可以克服单一的传感器跟踪存在的跟踪范围窄，以及粗跟踪不稳定的问题，又可以避免了视日运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光热发电的太阳能追踪控制系统，用于太阳能自动跟踪光热发电装置中东西方向调整电机和南北方向调整电机的控制，其特征在于，所述的追踪控制系统包括：主控制单元：该单元根据当前光强大小判定是否启动跟踪控制；视日运动轨迹跟踪粗调单元：该单元根据当前时间计算出太阳的空间位置，进而控制东西方向调整电机和南北方向调整电机至设定位置；传感器追踪精调单元：该单元根据光强大小对反射镜支架进行精确调节，直至反射镜对准太阳；所述的视日运动轨迹跟踪粗调单元和传感器追踪精调单元均连接主控制单元。

【技术特征摘要】
1.一种用于光热发电的太阳能追踪控制系统，用于太阳能自动跟踪光热发电装置中东西方向调整电机和南北方向调整电机的控制，其特征在于，所述的追踪控制系统包括：主控制单元：该单元根据当前光强大小判定是否启动跟踪控制；视日运动轨迹跟踪粗调单元：该单元根据当前时间计算出太阳的空间位置，进而控制东西方向调整电机和南北方向调整电机至设定位置；传感器追踪精调单元：该单元根据光强大小对反射镜支架进行精确调节，直至反射镜对准太阳；所述的视日运动轨迹跟踪粗调单元和传感器追踪精调单元均连接主控制单元。2.根据权利要求1所述的一种用于光热发电的太阳能追踪控制系统，其特征在于，所述的主控制单元包括第一光敏电阻、电压检测电路和光电转换控制电路，所述的电压检测电路连接第一光敏电阻并检测第一光敏电阻电压，所述的电压检测电路连接至光电转换控制电路，当第一光敏电阻电压小于设定值时光电转换控制电路输出高电压启动跟踪控制，否则不启动跟踪控制。3.根据权利要求1所述的一种用于光热发电的太阳能追踪控制系统，其特征在于，所述的光电转换控制电路包括LM339，包括LM339正输入端连接所述的电压检测电路，LM339负输入端通过可调电阻W1接地，LM339负输入端还通过电阻R21连接5V电源，LM339输出端通过电阻R22连接三极管Q1基级，三极管Q1发射极接地，三极管Q1集电极通过电阻R23连接5V电源，三极管Q1集电极形成跟踪控制启动控制端。4.根据权利要求1所述的一种用于光热发电的太阳能追踪控制系统，其特征在于，所述的视日运动轨迹跟踪粗调单元包括实时时钟、存储器、太阳空间位置获取子单元和粗调控制子单元，所述的存储器用于存储太阳高度角方位角数表，该数表是太阳高度角和方位角随天数与小时数变化的二维变量，所述的实时时钟用于获取当前时间，太阳空间位置获取子单元根据当前时间在太阳高度角方位角数表中寻找对应的太阳高度角和方位角，粗调控制子单元根据获取的太阳高度角和方位角计算东西方向调整电机和南北方向调整电机的旋转角度并控制相应电机运动。5.根据权利要求1所述的一种用于光热发电的太阳能追踪控制系统，其特征在于，所述的传感器追踪精调单元包括传感器检测子单元和精调控...

【专利技术属性】
技术研发人员：茅大均，张伟，代宪亚，付轩熠，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31