一种塔式太阳能热发电站中的定日镜场调度方法技术

本发明专利技术公开了一种塔式太阳能热发电站中的定日镜场调度方法，该方法采用开-闭环结合控制方式，开环控制通过太阳运行规律、定日镜所处经纬度、定日镜和吸热器位置几何关系实时计算定日镜的控制方向和位置；闭环控制先通过闭环传感器确定各定日镜应对应的目标位置，再根据闭环传感器反馈的定日镜实时角度值进行定日镜的精准跟踪，从而对定日镜场的能流密度进行均化调度。本发明专利技术使定日镜场的能流密度投射达到了自动均化调度，有效克服了开环控制中存在较大跟踪误差导致的能流密度均化效果不佳以及无法自身修正的缺点，且实现简单，便于操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，具体涉及一种采用开-闭环结合控制的定日镜场调度方法。
技术介绍
定日镜场是由众多定日镜组成的定日镜群，是塔式太阳能热发电站的重要组成部分，用于将低密度的太阳辐射能收集并投射到指定位置的吸热器内，从而与吸热器一起实现塔式电站的光热转换。定日镜常见的跟踪控制方式分为开环控制、闭环控制和开-闭环结合控制三种， 目前，国外已建塔式电站基本都采用开环控制方式。开环控制(又叫程序控制)是根据太阳运行规律、定日镜位置(经纬度)和吸热器位置等参数及其几何关系，通过程序计算定日镜的控制方向和位置。此类控制的优点是跟踪快速、易于大型镜场的集中监控，缺点是定日镜跟踪过程中存在累积误差，而且自身无法消除，较难校正。由于受累积误差的影响，定日镜跟踪精度很难提高，并且随着定日镜的长期运行，跟踪精度不断下降。闭环控制(又叫传感器控制)是采用传感器检测或感知太阳光或吸热器的位置，从而控制定日镜执行机构运动， 达到准确聚集太阳光的效果。这类控制有效克服了开环控制有累积误差的缺点，并且结构简单，跟踪精度得到较大提高。但其缺点也显而易见光电元件在较长时间段内接收不到太阳光时，会导致跟踪系统控制失效。开-闭环结合控制是定日镜在开环控制和闭环控制之间选择时机自动切换，从而结合了开环控制和闭环控制的优点。开环使定日镜快速定位，并能在阴云天实施跟踪控制；闭环可实现定日镜的精准跟踪，并消除累积误差。塔式电站都具有大型的定日镜场，以国际上已建成的塔式示范和商业电站为例 欧共体EURELI0S电站共有182台32 m2定日镜，镜场总面积为6200 m2 ；西班牙PSlO电站有624台121 m2定日镜，镜场总面积为75504 m2 ；美国Solar Two电站1拟6台定日镜，镜场总面积为82980 m2 ；美国holar公司建造的电站有12000台1 m2定日镜，镜场总面积达 12000 m2。这些大型的定日镜场，如果所有定日镜在跟踪运行时都对准吸热器中心点，当太阳光照强度较高时，将造成吸热器局部过热、能流密度分布严重不均等问题，这不利于吸热器的正常、稳定工作，严重时甚至导致吸热器烧毁。针对以上问题，美国Sandia National Laboratories国家实验室研究报告 "A User' s Manual for DELS0L3 A Computer Code for Calculating the Optical Performance and Optimal System Design for Solar Thermal Central Receiver Plants”提出在吸热器接收面上设置若干目标点，将众多定日镜分别对准不同目标点，以达到吸热器接收面能流密度均化的效果。文献"Assessment of the Real-time Receiver Excess-Flux-Density Protection Software at Solar Two”(第八届国际太阳能热利用技术研讨会论文集)介绍了美国Solar Two电站采用了静态目标处理系统SAPS (Matic Aim Processing System)和动态目标处理系统DAPS (Dynamic Aim Processing System)来控制吸热器上的能流分布。SAPS用于计算每台定日镜的相对偏移量，DAPS则用来处理吸热器的输入、输出温度，并计算出吸热器表面的能流密度分布。根据熔盐的焓参数，DAPS可以估算出吸热面上各个节点处的温度，再根据熔盐的流速获得各节点处的最大能流密度值凡将实际的能流密度值/与Z^比较，如果某节点处的能流密度值f>F，则找出投射到该点处的所有定日镜中产生能流密度最大的，将其移除，直至吸热器上的能流密度分布降到安全范围以内。文献“Heuristic Knowledge-based Heliostat Field Control for the Optimization of the Temperature Distribution in a Volumetric Receiver，，(Solar Energy 1999 年第66期)介绍了西班牙CESA-I电站的能流密度控制方法，其通过控制吸热器上最高温度和最低温度的偏差值，来控制能流密度分布。它将所有定日镜分成5组，分别投射到吸热器接收面上按一定规则分布的5个目标点上，通过分布在吸热器背面的热电偶测得各目标点处的实时温度，将“高温”与“低温”的差值同系统中设定的温度阀值进行比较，根据比较结果确定某一台或几台定日镜的目标点位置。尽管以上开环控制方式的定日镜场都建立了各自的调度方法，但针对开-闭环结合控制方式的定日镜场，却没有调度方法的相关专利公开。而对于以上已公开的调度方法仍存在以下问题定日镜开环控制存在较大跟踪误差，从而导致能流密度均化调度效果不佳且自身无法修正；监控计算机观察和计算吸热器接收面能流密度分布状况，并实时计算定日镜的移动方位和距离，可能造成在光斑移动路径上产生新的过热点或导致误操作。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能有效控制定日镜场产生的能流密度均勻化、应用于开-闭环控制的定日镜场调度方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了，该方法采用开-闭环结合控制方式，开环控制通过太阳运行规律、定日镜所处经纬度、 定日镜和吸热器位置几何关系实时计算定日镜的控制方向和位置；闭环控制先通过闭环传感器确定各定日镜应对应的目标位置，再根据闭环传感器反馈的定日镜实时角度值进行定日镜的精准跟踪，从而对定日镜场的能流密度进行均化调度；所述各定日镜应对应的目标位置的确定方法为在所述太阳能热发电站中的吸热器接收面设定若干目标点，根据多目标点均化调整原则和多目标点均化算法，使每个目标点选定对应的定日镜群，从而确定各定日镜应对应的目标位置。对本专利技术的进一步改进在于吸热器接收面设定的若干目标点中，处于中心位置或接近中心位置的目标点对应的定日镜群为反射光斑大的定日镜；其余目标点对应的定日镜群采用多目标点均化算法进行选定，并保证所有的光斑都落在接收面内。多目标点均化算法的数学模型由下式表示权利要求1.，其特征在于所述定日镜场调度方法采用开-闭环结合控制方式，开环控制通过太阳运行规律、定日镜所处经纬度、定日镜和吸热器位置几何关系实时计算定日镜的控制方向和位置；闭环控制先通过闭环传感器确定各定日镜应对应的目标位置，再根据闭环传感器反馈的定日镜实时角度值进行定日镜的精准跟踪，从而对定日镜场的能流密度进行均化调度；所述各定日镜应对应的目标位置的确定方法为在所述太阳能热发电站中的吸热器接收面设定若干目标点，根据多目标点均化调整原则和多目标点均化算法，使每个目标点选定对应的定日镜群，从而确定各定日镜应对应的目标位置。2.根据权利要求1所述的定日镜场调度方法，其特征在于所述吸热器接收面设定的若干目标点中，处于中心位置或接近中心位置的目标点对应的定日镜群为反射光斑大的定日镜；其余目标点对应的定日镜群采用多目标点均化算法进行选定，并保证所有的光斑都落在吸热器接收面内。3.根据权利要求1或2所述的定日镜场调度方法，其特征在于所述多目标点均化算法的数学模型由下式表示4.根据权利要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种塔式太阳能热发电站中的定日镜场调度方法，其特征在于：所述定日镜场调度方法采用开－闭环结合控制方式，开环控制通过太阳运行规律、定日镜所处经纬度、定日镜和吸热器位置几何关系实时计算定日镜的控制方向和位置；闭环控制先通过闭环传感器确定各定日镜应对应的目标位置，再根据闭环传感器反馈的定日镜实时角度值进行定日镜的精准跟踪，从而对定日镜场的能流密度进行均化调度；所述各定日镜应对应的目标位置的确定方法为：在所述太阳能热发电站中的吸热器接收面设定若干目标点，根据多目标点均化调整原则和多目标点均化算法，使每个目标点选定对应的定日镜群，从而确定各定日镜应对应的目标位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭铁铮，刘进波，刘德有，
申请(专利权)人：南京科远自动化集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：84