專利名稱：塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌跡的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能熱發(fā)電技術(shù)，具體地說，是涉及一種塔式太陽能熱發(fā) 電系統(tǒng)中使定日鏡自動跟蹤太陽軌跡的控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，對環(huán)境造成的危害日益突出，這個時 候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望能夠改變?nèi)祟惖哪茉唇Y(jié)構(gòu)，維 持長遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展。這之中太陽能以其獨(dú)有的優(yōu)勢而成為人們重視的焦點(diǎn)。 豐富的太陽輻射能是重要的能源，是取之不盡、用之不竭的、無污染、廉價、
人類能夠隨意利用的能源。太陽能每秒鐘到達(dá)地面的能量高達(dá)80萬千瓦，假 如把地球表面0.1 %的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率5%，每年發(fā)電量可達(dá)5.6x 1012 千瓦小時，相當(dāng)于目前全世界能耗的40倍。
據(jù)《1999白皮書，中國新能源與可再生能源》介紹，我國屬太陽能資源 豐富的國家之一，輻射總量在3340 8400MJ/平方米'年之間，中間值為 5852MJ/平方米 年，全國總面積2/3以上地區(qū)年日照時數(shù)大于2000小B寸， 陸地面積每年接受的太陽輻射能相當(dāng)于24000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約等于數(shù)萬個三 峽工程發(fā)電量的總和。開發(fā)和利用太陽能對中國經(jīng)濟(jì)社會走可持續(xù)發(fā)展之路 和保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及解決偏遠(yuǎn)地區(qū)無電人口和某些特殊用途都具有重大的戰(zhàn) 略意義
(1) 太陽能是人類社會未來能源的基石之一，是大量燃用的化石能源最 好的替代能源。
(2) 太陽資源豐富，是清潔干凈、無污染的可再生能源。(3)解決偏遠(yuǎn)地區(qū)無電人口和某些特殊用途。
太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，不耗用化石能源，無污染物排放，是與生態(tài)環(huán)境和 諧的清潔能源利用系統(tǒng)。目前槽式、塔式和碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)同樣受到 世界各國的重視，并正在積極開展工作。而塔式系統(tǒng)以其規(guī)模大、熱損耗小 和溫度高等特點(diǎn)己初步顯露出優(yōu)勢。
塔式太陽能熱電站(即塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng))主要由聚光系統(tǒng)，吸/ 換熱系統(tǒng)，儲熱系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)四部分組成，其中聚光系統(tǒng)的效率及其成本 很大程度上影響熱電站的性價比，是構(gòu)建太陽能熱電站中需要著重考慮的因 素。聚光系統(tǒng)主要由定日鏡和集熱器組成；定日鏡的作用是收集太陽輻射能 并將其匯聚到集熱器處，它由按一定方式排列的可繞雙軸跟蹤的定日鏡組成， 每個定日鏡通過繞軸轉(zhuǎn)動跟蹤太陽并將輻射到其表面的太陽能反射到塔頂集 熱器，完成聚光(即聚熱)的目的。
塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)采用光一熱一電轉(zhuǎn)化的工藝路線，即先將太陽能 轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化為電能。通過太陽能分級分段加熱，先采用普通 太陽能集熱器使水低段加熱，再由聚光式太陽能集熱器加熱至中溫，再由跟 蹤聚光式太陽能高溫加熱器加熱至高溫。由高溫蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā) 電，實(shí)現(xiàn)高效熱電轉(zhuǎn)換。能量轉(zhuǎn)換過程為太陽能一熱能一機(jī)械能一電 能。主要的工作過程是，通過多面定日鏡收集太陽能，集中反射到塔爐的頂 部的集熱器上，熱傳輸系統(tǒng)以良好的效率將集熱系統(tǒng)所收集的熱量通過熱交 換系統(tǒng)轉(zhuǎn)到儲熱介質(zhì)，再次通過熱交換將儲熱介質(zhì)的熱量傳給做功介質(zhì)，介 質(zhì)帶動汽輪機(jī)做功發(fā)電。
熱效率主要^決于集熱效率，熱交換效率，散熱損失和朗肯循環(huán)熱效率， 其中集熱效率和朗肯循環(huán)熱效率占主導(dǎo)因素。
綜上，無論從聚光系統(tǒng)的效率、集熱效率方面考慮，還是從整個電站的 成本角度考慮，在塔式太陽能熱電站中的核心部分，就是如何使定日鏡精確 地自動跟蹤太陽轉(zhuǎn)動，使輻射到其表面的太陽能量最大化?，F(xiàn)有技術(shù)中，都是把定日鏡運(yùn)動軌跡的運(yùn)算集中到智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者就地的PLC中，這樣的 控制方法，與本發(fā)明的智能性比起來是有局限的，完成的功能也是有局限的， 所以控制精度是很低的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌 跡的控制方法。本發(fā)明可以使定日鏡精確的全自動跟蹤太陽運(yùn)行軌跡，使輻 射到定日鏡表面的太陽能量最大化，提高聚光系統(tǒng)的聚熱效率。
上述目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。
塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌跡的控制方法，特點(diǎn)是采用 一個控制定日鏡運(yùn)動行程的DPU控制器、 一個與定日鏡連接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和一 個在DPU控制器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊轉(zhuǎn)換的DCS模件，使 定日鏡自動跟蹤太陽軌跡運(yùn)動。
上述塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌跡的控制方法中，所述 的控制定日鏡運(yùn)動行程的DPU控制器，是一個DCS系統(tǒng)的分布處理單元， 該單元根據(jù)給定的太陽角運(yùn)動公式和控制方式，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供定日鏡跟蹤 太陽軌跡運(yùn)動的設(shè)定值，并將定日鏡的實(shí)際位置值與設(shè)定值比較，根據(jù)比較 結(jié)果通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)使定日鏡運(yùn)動到精確的給定位置。
前述塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌跡的控制方法中，所述 的太陽角運(yùn)動公式，是可提供太陽隨著時間變化，太陽光照射到指定位置的 太陽高度角和太陽方位角的公式；所述的控制方式，是依據(jù)太陽在經(jīng)度和緯 度方向上運(yùn)動的高度角和方位角的設(shè)定值，通過設(shè)置兩個解耦的閉環(huán)控制回 路，將定日鏡跟蹤過程中的高度角和方位角的位置值，分別按照設(shè)定的經(jīng)度 函數(shù)X(t)和緯度函數(shù)丫(t)進(jìn)行比較，控制定日鏡的跟蹤運(yùn)動。
前述的塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌跡的控制方法中，所 述的太陽角運(yùn)動公式如下；太陽高度角(以水平為O度角)
sin(h〇)=sin( s ) Xsin(o)+cos( S ) Xcos(①)xcos(t)
太陽方位角(以正南為0度角)
cosA={sin(h0) Xsin(①)一sin S )/cos(h0) xcos(o)
其中
h0:太陽高度角； A:太陽方位角； S:太陽赤緯角；
S =23.45 X sin (360 X (284+n)/365)
n:積日， 一年中的天數(shù)，從1月1日到要計(jì)算日的天數(shù)，即計(jì)算曰的
曰期在當(dāng)年內(nèi)的順序號； O:地理緯度；
t-太陽時角，以正午時，t-0計(jì)算； 太陽對塔的計(jì)算
定義塔高為Z，鏡中心線高T1，塔到定日鏡的長度為X，塔到定曰鏡
的寬度距離為Y;
則有如下
定日鏡的高度角為H1; 定日鏡的方位角為Al;
TanHl=(Z-Tl)/X; TanA1=Y/X;
則
鏡子的實(shí)際緯度函數(shù)X(t) = (h〇+Hl)/2; 鏡子的實(shí)際經(jīng)度函數(shù)Y(t) = (A+Al)/2。
前述塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌跡的控制方法中，所述 的與定日鏡連接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是一個可提供定日鏡的高度角和方位角的位置值和對定日鏡的高度角和方位角進(jìn)行控制的智能遠(yuǎn)程測控裝置，是RIO3000 智能遠(yuǎn)程系列產(chǎn)品，通過RS485接口通訊遠(yuǎn)程傳輸運(yùn)動指令和狀態(tài)值，液晶 顯示溫度、電源等狀態(tài)值和操作命令，還有就地手操的功能，它通過RS485 接口與DCS模件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
前述塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌跡的控制方法中，所述 的對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊轉(zhuǎn)換的DCS模件，是MODBUS轉(zhuǎn)CAN的協(xié)議轉(zhuǎn)換 模件。
前述塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌跡的控制方法中，所述 的MODBUS與CAN的協(xié)議轉(zhuǎn)換模件有兩個， 一個用于定日鏡緯度方向上控 制數(shù)據(jù)傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換， 一個用于定日鏡經(jīng)度方向上控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換。
前述塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌跡的控制方法中，還包 括采用一個操作員站計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)可與DPU控制器實(shí)時對時，從而自動 運(yùn)算并確定太陽運(yùn)行的方位；該計(jì)算機(jī)還可對定日鏡進(jìn)行手動控制。
本發(fā)明的有益效果如下
1) 本發(fā)明可以使定日鏡精確的全自動跟蹤太陽運(yùn)行軌跡，使輻射到定日 鏡表面的太陽能量最大化，提高聚光系統(tǒng)的聚熱效率。
2) 在本發(fā)明的基礎(chǔ)上，運(yùn)用DCS分散控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)同步控制全場 多面定日鏡自動跟蹤太陽運(yùn)行軌跡，大幅度提高電站的發(fā)電效率和降低電站 的運(yùn)營成本。
3) 采用智能遠(yuǎn)程測控裝置，通過硬接線方法與定日鏡的執(zhí)行元件連接， 通過通訊方法經(jīng)DCS模件與DPU控制器連接，接受DPU控制器的命令和向 DPU控制器傳輸定日鏡的現(xiàn)場數(shù)據(jù)；既可節(jié)約大量的控制電纜，又可以保證 控制的可靠性。通過智能遠(yuǎn)程測控裝置的人機(jī)界面，可以就地實(shí)現(xiàn)手動操作 和監(jiān)測。
4) 具有很強(qiáng)的保護(hù)功能指，可根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料設(shè)置各種保護(hù)狀態(tài)命令， 每當(dāng)天氣惡劣時，可一鍵命令，將定日鏡調(diào)制到預(yù)定的安全位置。5)塔式太陽能熱電站的核心部分是聚熱系統(tǒng)，而太陽能聚熱可以高達(dá) 2000多度，保護(hù)聚熱面不超熱非常重要，可以根據(jù)需要調(diào)整定日鏡場的輻射 強(qiáng)度，即通過調(diào)整投射到塔爐上的定日鏡的數(shù)量，從而保護(hù)吸熱器面的安全。


圖1用于定日鏡控制的DCS系統(tǒng)圖2智能遠(yuǎn)程測控裝置與DCS和定日鏡的連接示意圖3本發(fā)明閉環(huán)控制原理圖4鏡面反射光斑方位角度隨時間變化曲線圖5是鏡面方位運(yùn)動的位置反饋隨時間變化曲線圖6是鏡面反射光斑高度角度隨時間變化曲線圖7是鏡面高度運(yùn)動的位置反饋隨時間變化曲線圖8是鏡面反射光斑方位角度和方位位置反饋對比列表；
圖9是鏡面反射光斑高度角度和高度位置反饋對比列表。
具體實(shí)施方法
實(shí)施例。選擇一面定日鏡，定日鏡的傳動執(zhí)行元件選用的是施耐德LXM 智能伺服驅(qū)動器和施耐德BSH1402P32F1A的伺服電機(jī)，通過系統(tǒng)的 MODBUS轉(zhuǎn)CAN的協(xié)議轉(zhuǎn)換模件與系統(tǒng)的DPU控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，DPU 控制器根據(jù)太陽角運(yùn)動公式，計(jì)算鏡面實(shí)時反射太陽光至吸熱器需要運(yùn)動的 行程，再由伺服驅(qū)動器通過協(xié)議轉(zhuǎn)換模件反饋定日鏡行程位置值到DPU控制 器，形成閉環(huán)控制，完成定日鏡全自動精確跟蹤太陽軌跡并反射太陽光至塔 頂?shù)奈鼰崞?。如圖1所示，智能測控裝置4、操作員站5、 DPU控制器6和通 訊協(xié)議轉(zhuǎn)換模件7構(gòu)成了控制系統(tǒng)。智能遠(yuǎn)程測控裝置的連接如圖2所示， DCS系統(tǒng)1 (即DPU控制器6)經(jīng)智能遠(yuǎn)程測控裝置4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)3控制定日 鏡2動作。所述的太陽角運(yùn)動公式如下； 太陽高度角(以水平為O度角)-
sin(h〇)=sin( 5 ) Xsin(①)+cos( 5 ) xcos(o) Xcos(t)
太陽方位角(以正南為0度角)
cosA=(sin(h0) Xsin(o)—sin 5 )/cos(h〇)Xcos(o) 其中
h〇:太陽高度角； A:太陽方位角； 5:太陽赤緯角；
S =23.45 X sin (360 X (284+n)/365)
n:積日， 一年中的天數(shù)，從1月1日到要計(jì)算日的天數(shù)，即計(jì)算曰的
日期在當(dāng)年內(nèi)的順序號； ①地理緯度；
t:太陽時角，以正午時，t-O計(jì)算； 太陽對塔的計(jì)算
定義塔高為Z，鏡中心線高T1，塔到定日鏡的長度為X，塔到定曰鏡
的寬度距離為Y;
則有如下
定日鏡的高度角為m;
定曰鏡的方位角為Al;
TanHl=(Z-Tl)/X; TanAl=Y/X;
則
鏡子的實(shí)際緯度函數(shù)x(t)=(h〇+m)/2;
鏡子的實(shí)際經(jīng)度函數(shù):Y(t)-( A+Al)/2。
施耐德LXM05A智能伺服驅(qū)動器，內(nèi)部帶有通訊功能和智能反饋功能，兼具有智能遠(yuǎn)程測控裝置的功能。有其通訊功能和智能反饋功能的專用智能 遠(yuǎn)程測控裝置，成本將會低于智能伺服驅(qū)動器，開發(fā)性、操作性、維護(hù)性均 要好于智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
伺服驅(qū)動器通過RS485接口與系統(tǒng)中的MODBUS轉(zhuǎn)CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換模 件相連接，通過MODBUS RTU協(xié)議進(jìn)行通訊數(shù)據(jù)的交互，協(xié)議轉(zhuǎn)換模件把 數(shù)據(jù)實(shí)時的傳遞給系統(tǒng)的DPU控制器，DPU控制器通過網(wǎng)關(guān)(HUB)與操作 員站計(jì)算機(jī)連接，操作員站計(jì)算機(jī)應(yīng)用MOXGRAF組態(tài)軟件結(jié)合太陽角運(yùn)動 公式和閉環(huán)控制原理(如圖3)編寫程序和人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。DPU控制器是 TCS3000系統(tǒng)的重要核心組件PN300B (采用主處理器Pentium400，內(nèi)存 128MB)。
在操作員站計(jì)算機(jī)上，通過RS232—RS485的轉(zhuǎn)換器把計(jì)算機(jī)和定日鏡 驅(qū)動器連接，通過MODBUS通訊接口手動調(diào)試，讓伺服驅(qū)動器驅(qū)動伺服電 機(jī)從而讓鏡面可以隨之運(yùn)動。
在操作員站計(jì)算機(jī)上，應(yīng)用MOXGRAF組態(tài)軟件編寫太陽角運(yùn)動公式的 程序，計(jì)算出定日鏡把反射光斑投射到吸熱器時定日鏡的實(shí)時位置，從而精 確的計(jì)算出把定日鏡運(yùn)動到正確位置時所需要發(fā)出的方向信號指令和運(yùn)動信 號指令。把程序下載到DPU控制器中，并且把定日鏡的驅(qū)動器和MODBUS 轉(zhuǎn)CAN的協(xié)議轉(zhuǎn)換模件相連接，此時系統(tǒng)控制定日鏡是開環(huán)控制，即使太 陽運(yùn)行軌跡公式再準(zhǔn)確，也不能避免定日鏡長時間運(yùn)行后的機(jī)械磨損以及傳 動執(zhí)行元件所造成的誤差。
將閉環(huán)控制算法加入到DPU控制器運(yùn)行的程序中去，設(shè)定值是太陽在經(jīng) 度和緯度方向上運(yùn)動的高度角和方位角的二維函數(shù)；反饋值是定日鏡運(yùn)動位 置的行程值。通過DPU運(yùn)算把定日鏡運(yùn)動的指令通過兩套MODBUS轉(zhuǎn)CAN 的協(xié)議轉(zhuǎn)換模件傳送給定日鏡的伺服驅(qū)動器， 一套傳送定日鏡水平方向上的 運(yùn)動指令， 一套傳送定日鏡垂直方向上的運(yùn)動指令。指令分為運(yùn)動的方向指 令和位置指令，以開關(guān)量和脈沖量的形式傳送。伺服驅(qū)動器接收伺服電機(jī)定日鏡實(shí)時運(yùn)行的位置信號，即電機(jī)轉(zhuǎn)動實(shí)際圈數(shù)，分別通過兩套MODBUS 轉(zhuǎn)CAN的協(xié)議轉(zhuǎn)換模件把定日鏡水平方向和垂直方向上運(yùn)動的位置信號反 饋傳送到DPU控制器，形成閉環(huán)控制。
清晨太陽上升到一定高度的時候，定日鏡啟動，通過本發(fā)明的控制方法， 定日鏡全自動跟蹤太陽運(yùn)行，當(dāng)全天運(yùn)行后，太陽下降到一定的高度時，定 日鏡停止繼續(xù)跟蹤太陽運(yùn)行，并且調(diào)整運(yùn)行方位，運(yùn)行到定日鏡保護(hù)位置， 避免鏡面受到損害。
當(dāng)定日鏡運(yùn)行時，把太陽輻射到鏡面的光能反射到塔頂?shù)奈鼰崞魃?，?以看到鏡面反射的光斑被投射到吸熱器上。普通的控制方法由于不能精確的 跟蹤太陽運(yùn)行軌跡，在吸熱器上是看不到鏡面投射的光斑的；本發(fā)明的控制 方法可以精確的讓定日鏡跟蹤太陽運(yùn)行軌跡，實(shí)時的將光斑投射到吸熱器上。
當(dāng)啟動系統(tǒng)讓定日鏡全自動跟蹤太陽軌跡運(yùn)行后，在操作員站計(jì)算機(jī)上， 通過HMI人機(jī)界面手動調(diào)整定日鏡位置，把光斑打偏，使之不能被投射到吸 熱器上，此時定日鏡能夠根據(jù)DPU控制器運(yùn)算的公式以及反饋值自動找到正 確運(yùn)行位置，并把光斑重新投射到吸熱器上。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，人為的調(diào)整定曰鏡 的位置，測試定日鏡可以根據(jù)閉環(huán)控制，自動找到跟蹤的正確位置。在實(shí)際 工作中，有可能非人為的發(fā)生定日鏡脫離軌道，位置偏移的狀況，只有閉環(huán) 控制才能精確的將定日鏡自動的帶回到正確運(yùn)行的軌道上。
根據(jù)多次定日鏡自動跟蹤太陽軌跡、反射光斑至吸熱器的試驗(yàn)，形成了 可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及曲線。
系統(tǒng)全自動閉環(huán)跟蹤太陽軌跡，反射光斑至吸熱器，記錄由公式計(jì)算定 日鏡與吸熱器的方位角和高度角以及伺服驅(qū)動器反饋的位置信號的對比數(shù) 據(jù)，如圖8，圖9。
Zin——鏡面反射光斑方位角度(單位度)
Zout——鏡面方位運(yùn)動的位置反饋，由伺服驅(qū)動器根據(jù)電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)累 計(jì)得出(單位:usr/10000)Hin——鏡面反射光斑高度角度(單位度)
Hout——鏡面高度運(yùn)動的位置反饋，由伺服驅(qū)動器根據(jù)電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)累
計(jì)得出(單位usr/10000)
對數(shù)據(jù)表l的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線分析可以得出以下數(shù)據(jù)圖，如圖4，圖5。 對數(shù)據(jù)表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線分析可以得出以下數(shù)據(jù)圖，如圖6，圖7。 從數(shù)據(jù)中可以看出，本發(fā)明精確的完成了定日鏡全自動跟蹤太陽運(yùn)行軌
跡，并把輻射到鏡面的光能反射到吸熱器上。這種精確性是其他控制方法無
法達(dá)到的。
并且完成定日鏡全場的控制、協(xié)調(diào)、保護(hù)，即當(dāng)大風(fēng)、冰雹、雨雪等惡 劣天氣，以及其他未可知狀況發(fā)生導(dǎo)致定日鏡不能正常工作時，所需要采取 的協(xié)調(diào)和保護(hù)措施。
權(quán)利要求
1、塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌跡的控制方法，其特征在于，是采用一個控制定日鏡運(yùn)動行程的DPU控制器、一個與定日鏡連接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和一個在DPU控制器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊轉(zhuǎn)換的DCS模件，使定日鏡自動跟蹤太陽軌跡運(yùn)動。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌跡 的控制方法，其特征在于所述的控制定日鏡運(yùn)動行程的DPU控制器，是一 個DCS系統(tǒng)的分布處理單元，該單元根據(jù)給定的太陽角運(yùn)動公式和控制方 式，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供定日鏡跟蹤太陽軌跡運(yùn)動的設(shè)定值，并將定日鏡的實(shí)際 位置值與設(shè)定值比較，根據(jù)比較結(jié)果通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)使定日鏡運(yùn)動到精確的給 定位置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌跡 的控制方法，其特征在于所述的太陽角運(yùn)動公式，是可提供太陽隨著時間 變化，太陽光照射到指定位置的太陽高度角和太陽方位角的公式；所述的控 制方式，是依據(jù)太陽在經(jīng)度和緯度方向上運(yùn)動的高度角和方位角的設(shè)定值， 通過設(shè)置兩個解耦的閉環(huán)控制回路，將定日鏡跟蹤過程中的高度角和方位角 的位置值，分別按照設(shè)定的緯度函數(shù)X(t)和經(jīng)度函數(shù)丫(t)進(jìn)行比較，控制定 日鏡的跟蹤。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌跡 的控制方法，其特征在于所述的太陽角運(yùn)"公式如下；太陽高度角(以水平為0度角)sin(h0)=sin(s) Xsin(①)+cos( S ) Xcos(o) Xcos(t)太陽方位角(以正南為0度角)cosA=(sin(h0) Xsin(①)一sin S )/cos(h〇)Xcos(①)其中h0:太陽高度角； A:太陽方位角； S:太陽赤緯角；S =23.45 X sin (360 X (284+n)/365)n:積日， 一年中的天數(shù)，從l月1日到要計(jì)算日的天數(shù)，即計(jì)算日的曰期在當(dāng)年內(nèi)的順序號；地理緯度； T:太陽時角，以正午時，T-O計(jì)算； 太陽對塔的計(jì)算-定義塔高為Z，鏡中心線高T1，塔到定日鏡的長度為X，塔到定曰鏡的寬度距離為丫；則有如下定曰鏡的高度角為Hl; 定日鏡的方位角為Al;Tanm=(Z-Tl)/X; TanAl=Y/X;則鏡子的實(shí)際緯度函數(shù):X(t) = (h〇+Hl)/2; 鏡子的實(shí)際經(jīng)度函數(shù)Y(t) = (A+Al)/2。
5、根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌跡的控制方法，其特征在于，所述的與定日鏡連接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是 一個可提供定日鏡的高度角和方位角的位置值和對定日鏡的高度角和方位角 進(jìn)行控制的智能遠(yuǎn)程測控裝置。
6、根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動 跟蹤太陽軌跡的控制方法，其特征在于，所述的對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊轉(zhuǎn)換的DCS模件，是MODBUS與CAN的協(xié)議轉(zhuǎn)換模件。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌跡 的控制方法，其特征在于，所述的MODBUS與CAN的協(xié)議轉(zhuǎn)換模件有兩個， 一個用于定日鏡水平方向上控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換， 一個用于定日鏡垂直方向 上控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的塔式太陽能熱發(fā)電中定日 鏡自動跟蹤太陽軌跡的控制方法，其特征在于還包括采用一個操作員站計(jì) 算機(jī)，該計(jì)算機(jī)可與DPU控制器實(shí)時對時，自動確定太陽運(yùn)行的方位；該計(jì) 算機(jī)還可對定日鏡進(jìn)行手動控制。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種塔式太陽能熱發(fā)電中定日鏡自動跟蹤太陽軌跡的控制方法，它是采用一個控制定日鏡運(yùn)動行程的DPU控制器、一個與定日鏡連接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和一個在DPU控制器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊轉(zhuǎn)換的DCS模件，使定日鏡自動跟蹤太陽軌跡運(yùn)動；它可以使定日鏡精確的全自動跟蹤太陽運(yùn)行軌跡，使輻射到定日鏡表面的太陽能量最大化，提高聚光系統(tǒng)的聚熱效率，大幅度提高電站的發(fā)電效率和降低電站的運(yùn)營成本。
文檔編號F24J2/38GK101614444SQ200810115370
公開日2009年12月30日 申請日期2008年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月23日
發(fā)明者靜 徐, 李和平, 章素華, 陳玉年, 湘 黃 申請人:中國華電工程(集團(tuán))有限公司