），就可以计算该点在当前 时刻的太阳高度角和方位角，具体由以下二式可得：
[0040] sinhs=sinδ·8?ηΦ+ο〇8δ·cosΦ?cos〇
[0041 ]
[0042] 其中，Φ为当地的炜度。
[0043] 通过以上计算得到定日镜当前时刻所处位置的太阳高度角和方位角，可以通过光 学反射原理和几何对称原理计算定日镜的追日跟踪位置，从而控制定日镜的驱动执行机构 将定日镜转动正确的角度，实现定日镜的追日跟踪控制，具体计算过程如下：
[0044] 如图3所示，假设定日镜所处的位置为0点，太阳光入射光线向量为Α0,吸热器位 于Β点，镜面反射向量为0Β。
[0045] 以定日镜的位置0点为原点建立空间三维坐标系，其中东西为X轴（向东为正）， 南北为Υ轴（向南为正），天地为Ζ轴（向天为正）。
[0046] 0点坐标为（0, 0, 0)，以0为中心点，0点到聚光塔吸热器点Β的距离为半径R，建 立一个球面，BC垂直于0C，A点为任意时间太阳入射光与球面的交点，设坐标为（xa、ya、za)， F为A在面Χ0Υ上的投影点，其中A0为入射光，0B为反射光。
[0047] 由太阳高度角和方位角的定义和计算过程可知ZX0F为方位角0s、ZAOF为高度 角hs〇
[0048] 在空间上，AB取中点为E，E0为光线A0和0B平分线，并且E0与定日镜垂直。记 坐标B(xb、yb、zb)，在定日镜场设计时，定日镜的位置和聚光塔的位置是已知值，因此B点的 坐标值也是已知值。
[0049]
[0050] 由球面半径R的数值，根据三角函数关系可以求得A点的坐标。
[0051 ]E是AB的中点，由此可以求得E点的坐标。由于0E是垂直于定日镜镜面的法相向 量，因此通过向量0E可以得出定日镜当前的水平角度和旋转角度，从而得出传动执行机构 需要转动的角度，如图1。
[0052] 定日镜就地控制器跟踪算法的程序控制流程具体步骤如下。
[0053] 采用二维跟踪的驱动执行机构，由太阳的方位角和高度角两个自动跟踪信号分别 驱动两个步进电机。使用本发明公开的太阳位置算法通过定日镜就地控制器输入时间、地 点、环境参数和定日镜的信息就可以得到此刻太阳位置，再通过光学反射原理和几何对称 原理计算定日镜的追日跟踪位置，并与定日镜当前位置信息比较，得出定日镜需要转动的 角度，就地控制器发送指令给步进电机控制定日镜的转动，并通过位置编码器记录电机的 运行步数，取代角度传感器实现控制反馈，校正定日镜的跟踪误差。运行前输入定日镜所处 位置的经炜度则自动计算每一时刻太阳位置并转换成两个方向的电机运行步数。运行时综 合考虑驱动机构的启动惯性所需要的最短时间和保证控制精度所限制的最长时间两个因 素，设定一个合适的脉冲宽度。虽然每次动作的时间常数设定后恒定不变，但输出脉冲信 号周期变化，因而可获得自动跟踪太阳方位角的时序控制信号。定日镜控制系统采用就地 控制、集中控制和全自动控制三种模式，正常情况下系统以全自动控制方式运行，当设备出 现故障或调试时使用就地控制和集中控制，所有定日镜的动作都是由就地控制器编程实现 的，不需要操作人员的干预。若传动机构精度足够高，可以采用定时将跟踪算法自动复位的 方式进行归位操作，从而消除传动执行机构的累计误差。
【主权项】
1. 一种高效的定日镜追日跟踪方法，其特征在于： 首先，通过GPS定位得到定日镜所处位置的经炜度，计算定日镜所处位置在当前时刻 的太阳高度角1\和方位角θ s; 其次，通过光学反射原理和几何对称原理确定太阳至定日镜连线与定日镜至吸热器连 线夹角的平分线； 最后，通过该平分线得出定日镜当前的水平角度和旋转角度，从而控制定日镜的驱动 执行机构将定日镜转动正确的角度，实现定日镜的追日跟踪控制。2. 根据权利要求1所述的高效的定日镜追日跟踪方法，其特征在于：确定太阳至定日 镜连线与定日镜至吸热器连线夹角的平分线步骤如下： 第一步，设定日镜所处的位置为〇点，太阳光入射光线向量为A0,吸热器位于B点，镜 面反射向量为OB，以O点为原点建立空间三维坐标系，其中东西为X轴，向东为正，南北为Y 轴，向南为正，天地为Z轴，向天为正； 第二步，0点坐标为（0, 0, 0)，以0为中心点，以0点到B点的距离为半径R，建立一个 球面，A点为任意时间太阳入射光与球面的交点，设坐标为（xa、ya、za)，F点为A点在面XOY 平面上的投影点，其中AO为入射光路径，OB为反射光路径； 第三步，由太阳高度角和方位角的定义和计算过程可知Z XOF为方位角Θ s、Z AOF为 高度角hs;在空间上取AB中点为E，则EO即为入射光路径AO和反射光路径OB的平分线。3. 根据权利要求1所述的高效的定日镜追日跟踪方法，其特征在于：所述太阳高度角 1\和方位角θ s通过下式计算得到：其中，Φ为定日镜所处位置的炜度，δ为太阳赤炜角，ω为太阳自转的时角。4. 根据权利要求3所述的高效的定日镜追日跟踪方法，其特征在于：计算太阳赤炜角 S通过下式计算得到：其中，η是一年中的第几天； 太阳自转的时角ω = (12-Τ) X 15°，其中，T为当地真太阳时，具体计算公式为：其中，1。。31为当地的时间，J为定日镜所处的经度与当地时间的经度差，西半球为正号， 东半球为负号，Ts。为定日镜所所处位置与北京时差。5. 根据权利要求1所述的高效的定日镜追日跟踪方法，其特征在于：所述定日镜的驱 动执行机构为两个步进电机，步进电机工作过程中通过位置编码器记录步进电机的运行步 数，实现控制反馈，校正定日镜的跟踪误差。6. 根据权利要求1所述的高效的定日镜追日跟踪方法，其特征在于：控制驱动执行机 构运转过程中，采用定时复位程序定期对定日镜控制器进行归位操作来消除控制累积误 差。
【专利摘要】本发明提供一种高效的定日镜追日跟踪方法，通过计算定日镜所处位置在当前时刻的太阳高度角hs和方位角θs；采用简化的公式替代NREL公布的SPA太阳位置算法，实现太阳高度角和方位角的计算，通过光学反射原理和几何对称原理计算定日镜的追日跟踪位置，发送指令给步进电机控制定日镜的转动，实现定日镜的追日跟踪控制，太阳高度角和方位角的计算方法简单，计算效率高，易于编程实现，具有较高的实用性和可靠性。
【IPC分类】G05D3/12
【公开号】CN105425833
【申请号】CN201510967867
【发明人】仇韬, 孟晓伟, 毕建惠, 鲁齐, 申景军, 梁柏宏
【申请人】中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月21日