专利名称：用于塔式太阳能热电站的定日镜分区控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种分区控制系统，特别涉及用于塔式太阳能热电站的定日镜分区控制系统。
背景技术：
太阳能热发电技术(英文名Concentrating Solar Power,简称CSP)利用大面积的镜面将太阳辐射能量反射到集热器上，集热器将太阳辐射能转换成热能，并通过热カ循环过程进行发电。作为太阳能大規模发电的重要方式，太阳能热发电具有一系列明显优点。首先，其全生命周期的碳排放量非常低，根据国外研究仅有18g/kWh。另外，该技术在现有太阳能发电技术中成本最低，更易于迅速实现大規模产业化。此外，太阳能热发电还具有非常强的与现有火电站及电网系统的相容性优势。太阳能热发电技术主要有以下四种槽式太阳能热发电、塔式太阳能热发电、碟式太阳能热发电和菲涅尔式太阳能热发电。塔式太阳能热发电系统采用多个平面反射镜来会聚太阳光，这些平面反射镜称为定日镜。许多定日镜分布在塔的周围，组成庞大的定日镜场，同时把太阳光反射到接收器上，接收器安装在高塔上，其聚光面积非常大，也可以把它看成一个庞大的成像聚光太阳能集热器，所以塔式太阳能集热装置聚光比很高，接收器工作温度可以达千度以上。相比上述其他三种光热发电技术，塔式太阳能热发电不需要长距离管道传输系统，热能损失减小，系统效率高，同时便于储存热量。塔式的工作介质可用空气、水或水蒸气以及熔盐等。定日镜装置是塔式太阳能热发电技术的重要部件，由定日镜镜面、驱动装置、控制模块和支架等结构组成，用于将太阳光反射聚焦到吸热塔的集热器上。为使太阳辐射能量集中于集热器上的中心点，要求定日镜具备高反射率和高定日精度，这需要有定日镜控制系统实现对定日镜的定日跟踪进行高精度的监测和控制。例如，申请号为200920149305. 3、名称为《一种定日镜自动控制系统》的中国专利申请中公开了ー种定日镜自动控制系统，包括上位机和与之相连并通过其控制的PLC可编程序控制器，控制定日镜在俯仰方向和方位方向上进行双轴转动及移动。目前，在建或已建的大規模塔式太阳能热发电电站的发电能力均已达到10丽级以上。比如，2009年投入使用的西班牙PS20电站具有20MW的发电能力，装备1，255台定日镜，每一台定日镜的镜面面积达120平方米。而美国在建的世界上最大塔式电站ISEGS设计装机容量高达392MW，占地14. 6平方公里，将安装多达173,000台定日镜，将阳光聚焦到一个大约137米高的太阳能塔上。在这些大規模塔式电站中，要精确控制每台定日镜，需要对每台定日镜的跟踪状态和数据进行大量的实时通信和计算，例如每台定日镜的定日跟踪状态、目标点位置、电机故障信息等实时信息。只有同时实现对这些数量众多的定日镜的精确控制，保证整个系统的实时性和精确性，才能确保塔式电站的长时间稳定运行，这就对定日镜控制系统提出了很高的要求。但相应的，这也会推高定日镜控制系统的成本。
同时，大規模塔式电站的镜场设计和布置也日趋复杂，某些塔式电站甚至会采用多塔结构，也要求有支持类似复杂结构的定日镜控制系统。在保证定日镜控制系统基本功能得以实现的基础上，如何降低成本已经成为光热发电领域一个迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对目前塔式光热电站定日镜跟踪控制技术的ー些不足之处，提供一种低成本、可靠、高效的塔式光热电站定日镜分区控制系统。为了实现上述目的，本发明提供一种用于塔式太阳能热电站的定日镜分区控制系统，用于对塔式太阳能热电站的镜场中的定日镜装置5进行分区控制，包括主控机1、区控机3以及定日镜控制器4;其中，所述的主控机I用于控制和管理镜场中所有的定日镜装置5 ；所述的区控机3至少有一台，每一台区控机3根据所述的主控机I所发出的控制命令控制所在分区下所有的定日镜控制器4 ；所述的定日镜控制器4至少有一台，每台定日镜装置5配置一台定日镜控制器4，定日镜控制器4根据所述的区控机3所发出的控制命令控制定日镜装置5。上述技术方案中，还包括数据存储2 ;所述的数据存储2用于记录和存储有关定日镜装置5的数据信息。上述技术方案中，所述的主控机I包括定日镜跟踪控制模块、定日镜管理模块、分区管理模块和系统管理模块等；其中，所述的定日镜跟踪控制模块用于控制定日镜装置5的对日跟踪，能够支持自动控制和手动控制；所述的定日镜管理模块用于对定日镜装置5进行单独管理，包括时间同步、将定日镜装置5归位以及清洗定日镜装置5在内的维护操作；所述的分区管理模块用于对定日镜分区进行管理，能够同时对ー个分区内的所有定日镜装置5进行统一管理；所述的系统管理模块用于对系统信息和用户权限在内的系统操作进行管理。上述技术方案中，所述的区控机3包括定日镜跟踪控制模块、定日镜管理模块；其中，所述的定日镜跟踪控制模块存储有所在分区内所有的定日镜装置5的包括经纬度地理參数、集热器目标位置在内跟踪參数，根据太阳运行的天文公式实时计算定日镜装置5的运行結果，将相应的控制命令发送给所述的定日镜控制器4，再由所述的定日镜控制器4控制定日镜装置5完成定日跟踪动作；所述的定日镜管理模块用于对区控机3所在分区内的定日镜装置5进行统一管理。上述技术方案中，所述的定日镜控制器4包括就地控制模块、网络通信接ロ、控制芯片；其中，所述的就地控制模块用于直接对定日镜装置5进行手动控制；所述的网络通信接ロ用干与所述区控机3进行通信；
所述的控制芯片用于接收来自区控机3的控制命令，控制定日镜装置5来实现定日镜的驱动和跟踪。上述技术方案中，位置相近并且跟踪參数一致的多台定日镜装置5组成ー个分区，由一台区控机3控制，便于进行统ー管理。上述技术方案中，在以塔式太阳能热电站中的吸热塔为圆心的半径方向上处于同一列且水平方向控制參数一致的多个定日镜装置5组成ー个分区。上述技术方案中，在以塔式太阳能热电站中的吸热塔为圆心的同心圆圆弧上处于同一行且俯仰方向上的控制參数一致的多个定日镜装置5组成ー个分区。本发明的优点在于本发明采用主控和区控的多层控制结构，由定日镜及相关软硬件构成ー个有机整体，能够实现对多达几千面定日镜的高精度跟踪控制和管理，经实际测试，高效、稳定、可靠、使用方便，为实现大規模电站建设积累了宝贵的技术基础。另外，本发明能够灵活地适应拥有任意数量定日镜的镜场控制以及单塔多塔光场结构，给定日镜控制、定日镜网络拓扑和光场设计带来很好的弾性。
图1是本发明的定日镜分区控制系统在ー个实施例中的结构示意图；图2是ー个实施例中按扇形布局分区的单塔镜场示意图；图3是ー个实施例中的主控机控制流程图。
图面说明I主控机2数据存储 3区控机4定日镜控制器5定日镜装置6吸热塔7定日镜单元 8 一列定日镜单元
具体实施例方式现结合附图对本发明进行详细描述。图1为本发明所述的塔式电站定日镜分区控制系统在ー个实施例中的结构示意图。该分区控制系统用于对塔式电站的定日镜镜场中的各个定日镜进行控制。如图所示，该分区控制系统包括主控机1、区控机3、数据存储模块2以及定日镜控制器4，其中，所述的主控机I有一台，用于控制和管理镜场中所有的定日镜装置5;所述定日镜镜场中的所有定日镜被分为若干个分区，一台区控机3用于对其中ー个分区中的定日镜控制器4进行控制；所述定日镜控制器4用于控制定日镜装置5，每台定日镜装置5配置一台定日镜控制器4 ；所述的数据存储模块2用于存储与所有的定日镜装置5有关的数据。所述的主控机I连接到各个区控机3上，而所述的区控机3则连接到本分区内的各个定日镜装置5上所配置的定日镜控制器4。所述的数据存储模块2直接与主控机I连接。下面对分区控制系统中的各个模块做进ー步的说明。主控机I用于控制和管理镜场中所有的定日镜装置5。主控机I包括定日镜跟踪控制模块、定日镜管理模块、分区管理模块和系统管理模块等。其中，所述的定日镜跟踪控制模块用于控制定日镜装置5的定日跟踪，用户可以使用主控机I命令镜场中所有的或者指定的一台到多台定日镜装置5开始跟踪或者结束跟踪，用户也可以对某一台定日镜装置5进行远程手动控制。通常，定日镜跟踪控制模块是以分区跟踪控制的形式来进行控制的，即定日镜跟踪控制模块通过区控机3，使得某ー个分区的定日镜装置5同时开始跟踪或结束跟踪，并且在跟踪过程中拥有同样的目标位置和拥有某些相同的跟踪參数。所述的定日镜管理模块用于对定日镜装置5进行除定日跟踪之外的日常管理，包括时间同步、将定日镜装置5归位以及清洗定日镜装置5在内的维护操作等。所述的分区管理模块用于对区控机3控制下的ー个分区的定日镜装置5进行统一管理，例如，能同时同步ー个分区下所有定日镜装置5的当前时间。所述的系统管理模块对系统信息和用户权限等系统操作进行管理。区控机3用于控制和管理区控机3所在分区内所有的定日镜装置5。与主控机I类似，区控机3包括定日镜跟踪控制模块、定日镜管理模块等。其中，所述的定日镜跟踪控制模块存储有所在分区内所有的定日镜装置5的经纬度地理參数、集热器目标位置等跟踪參数，再根据太阳运行的天文公式实时计算定日镜装置5的运行結果，将相应的控制命令发送给定日镜控制器4，再由定日镜控制器4控制定日镜装置5完成定日跟踪动作。将该功能放在区控机3上实现的好处在于分担了主控机I的计算量，也降少了网络通信量，不会形成系统瓶颈；而且每个区控机3可以有不同的集热器目标位置，能灵活适应塔式电站镜场的单塔或多塔等多种不同结构。所述的定日镜管理模块用于对区控机3所在分区内定日镜装置5进行统一管理。定日镜控制器4用于直接控制定日镜装置5实现定日跟踪。定日镜控制器4包括就地控制模块、网络通信接ロ、控制芯片。其中，所述的就地控制模块用于直接对定日镜装置5进行手动控制；所述的网络通信接ロ用干与区控机3进行通信；所述的控制芯片用于接收来自区控机3的控制命令，控制定日镜装置5来实现定日镜的驱动和跟踪。数据存储模块2所存储的与所有的定日镜装置5有关的数据包括定日镜的工作状态和操作记录。这些数据能用于统计一段时间内定日镜的工作情況，比如定日镜的有效エ作时间，为镜场管理提供信息支持。在其他实施例中，所述分区控制系统也可不包含所述数据存储模块。所述分区控制系统主要用于对定日镜装置5进行控制，为了便于理解，下面对定日镜装置5做进ー步说明。定日镜装置5用于实现定日跟踪。在本实施例中，定日镜装置5采用水平和俯仰双轴跟踪太阳的方式。所述定日跟踪过程是通过定日镜装置5上的驱动机构实现的。定日镜装置5的驱动机构包括水平电机和俯仰电机。其中，所述的水平电机用于驱动定日镜装置5在水平方向进行运动，所述的俯仰电机用于驱动定日镜装置5在俯仰方向进行运动，从而使定日镜装置5具备精确的水平和俯仰姿态以跟踪太阳。具有上述功能的定日镜装置5的实现为本领域技术人员所公知，不在此处做进ー步的说明。在分区控制系统中，如何对镜场中的定日镜进行分区会对定日镜控制的效果、效率产生影响。下面结合不同的情况说明如何对镜场进行分区，从而使得本发明所述的分区控制系统适应不同的镜场布置。在设计和建设塔式光热电站定日镜镜场时，以吸热塔为圆心，镜场中定日镜可以采用扇形布局分区方式或者同心圆布局分区方式。
如图2所示，在一个实施例中，单塔镜场采用扇形布局分区方式，即每一列定日镜纵向排列，布置在以吸热塔6为圆心的半径上。如图所示，7为一台定日镜控制器4和一台定日镜装置5的组合，简称为定日镜单元；8为一列这样的定日镜单元，共有8个；该列定日镜单元7在位置上相近，并且在水平方向上的控制參数一致，可以将它们分为一区，由一台区控机3控制，便于进行统ー管理。在另ー个单塔镜场的实施例中，同心圆布局分区方式的情况与扇形布局分区方式相反，每一行定日镜単元7横向排列，布置在以吸热塔6为圆心的同心圆圆弧上。类似地，该行定日镜単元7在位置上相近，并且在俯仰方向上的控制參数一致，可以将它们分为一区，由一台区控机3控制，便于进行统ー管理。在一个多塔镜场的实施例中，镜场内有多个吸热塔6,姆个吸热塔6配置多台定日镜单元7，定日镜単元7将太阳光发射聚焦到所在吸热塔6的集热器上。在这种情况下，可以将ー个吸热塔6下的所有定日镜単元7分为一区或多区，同一区中的定日镜単元7从属于同一吸热塔6，一个区中的定日镜単元7由一台区控机3控制，便于进行统ー管理。以上是对本发明的定日镜分区控制系统的描述，下面结合该系统，以工作命令为例，说明分区控制系统的主要控制流程。工作命令是指控制定日镜装置5进入跟踪太阳状态并将太阳光聚焦到吸热塔6的集热器上的命令。如图3所示，本发明所述的分区控制系统能帮助用户实现使用主控机I控制ー个分区的定日镜装置5进行工作。步骤101、用户在主控机I上可以选择某ー个分区，按下工作按钮；主控机I发送工作命令到所选择分区的区控机3 ；步骤102、区控机3接收到工作命令后，先计算出该分区下所有定日镜装置5的目标位置，再将目标位置和工作命令发送到定日镜控制器4 ；步骤103、定日镜控制器4先使用接收到的目标位置计算出定日镜装置5需要的水平和俯仰运动參数，再发送相应的运动命令到定日镜装置5上的水平电机和俯仰电机；步骤104、定日镜装置5按命令跟踪太阳和实现聚焦。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管參照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种用于塔式太阳能热电站的定日镜分区控制系统，其特征在于，用于对塔式太阳能热电站的镜场中的定日镜装置(5)进行分区控制，包括主控机(I)、区控机(3)以及定日镜控制器⑷；其中， 所述的主控机(I)用于控制和管理镜场中所有的定日镜装置(5)； 所述的区控机(3)至少有一台，每一台区控机(3)根据所述的主控机(I)所发出的控制命令控制所在分区下所有的定日镜控制器(4)； 所述的定日镜控制器(4)至少有一台，每台定日镜装置(5)配置一台定日镜控制器(4)，定日镜控制器(4)根据所述的区控机(3)所发出的控制命令控制定日镜装置(5)。
2.根据权利要求1所述的用于塔式太阳能热电站的定日镜分区控制系统，其特征在于，还包括数据存储(2);所述的数据存储(2)用于记录和存储有关定日镜装置(5)的数据信息。
3.根据权利要求1或2所述的用于塔式太阳能热电站的定日镜分区控制系统，其特征在于，所述的主控机(I)包括定日镜跟踪控制模块、定日镜管理模块、分区管理模块和系统管理模块等；其中， 所述的定日镜跟踪控制模块用于控制定日镜装置(5)的对日跟踪，能够支持自动控制和手动控制； 所述的定日镜管理模块用于对定日镜装置(5)进行单独管理，包括时间同步、将定日镜装置(5)归位以及清洗定日镜装置(5)在内的维护操作； 所述的分区管理模块用于对定日镜分区进行管理，能够同时对一个分区内的所有定日镜装置(5)进行统一管理； 所述的系统管理模块用于对系统信息和用户权限在内的系统操作进行管理。
4.根据权利要求1或2所述的用于塔式太阳能热电站的定日镜分区控制系统，其特征在于，所述的区控机(3)包括定日镜跟踪控制模块、定日镜管理模块；其中， 所述的定日镜跟踪控制模块存储有所在分区内所有的定日镜装置(5)的包括经纬度地理参数、集热器目标位置在内跟踪参数，根据太阳运行的天文公式实时计算定日镜装置(5)的运行结果，将相应的控制命令发送给所述的定日镜控制器(4)，再由所述的定日镜控制器(4)控制定日镜装置(5)完成定日跟踪动作； 所述的定日镜管理模块用于对区控机(3)所在分区内的定日镜装置(5)进行统一管理。
5.根据权利要求1或2所述的用于塔式太阳能热电站的定日镜分区控制系统，其特征在于，所述的定日镜控制器(4)包括就地控制模块、网络通信接口、控制芯片；其中， 所述的就地控制模块用于直接对定日镜装置(5)进行手动控制； 所述的网络通信接口用于与所述区控机(3)进行通信； 所述的控制芯片用于接收来自区控机(3)的控制命令，控制定日镜装置(5)来实现定日镜的驱动和跟踪。
6.根据权利要求1或2所述的用于塔式太阳能热电站的定日镜分区控制系统，其特征在于，位置相近并且跟踪参数一致的多台定日镜装置(5)组成一个分区，由一台区控机(3)控制，便于进行统一管理。
7.根据权利要求6所述的用于塔式太阳能热电站的定日镜分区控制系统，其特征在于，在以塔式太阳能热电站中的吸热塔为圆心的半径方向上处于同一列且水平方向控制参数一致的多个定日镜装置(5)组成一个分区。
8.根据权利要求6所述的用于塔式太阳能热电站的定日镜分区控制系统，其特征在于，在以塔式太阳能热电站中的吸热塔为圆心的同心圆圆弧上处于同一行且俯仰方向上的控制参数一致的多个定日镜装置(5)组成一个分区。
全文摘要
本发明公开了一种用于塔式太阳能热电站的定日镜分区控制系统，用于对塔式太阳能热电站的镜场中的定日镜装置进行分区控制，包括主控机、区控机以及定日镜控制器；其中，主控机用于控制和管理镜场中所有的定日镜装置；区控机至少有一台，每一台区控机根据主控机所发出的控制命令控制所在分区下所有的定日镜控制器；定日镜控制器至少有一台，每台定日镜装置配置一台定日镜控制器，定日镜控制器根据区控机所发出的控制命令控制定日镜装置。本发明提供了一种用于对大规模塔式电站镜场中数量众多的定日镜进行实时控制的控制系统，结构灵活，可靠性高，有利于塔式电站的推广与应用。
文档编号G05B19/418GK103019220SQ20121058998
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者姚志豪, 罗田唯 申请人:首航节能光热技术股份有限公司