一种定日镜清洗过程中的定日镜最优防撞角度计算方法与流程

1.本发明涉及太阳能热发电技术领域，尤其涉及一种定日镜清洗过程中的定日镜最优防撞角度计算方法。


背景技术：

2.大力发展可再生清洁能源，逐步代替传统化石能源已经是世界各国的共识。风力发电、光伏发电是目前发展较为成熟的清洁能源发电形式，但它们都受自然天气影响较大，发电出力不稳定。随着风力发电、光伏发电在电网中所占的比例逐年增加，具备储能调峰能力的能源形式急需发展。光热发电由于储能系统的存在，可以实现24小时的连续、稳定、可调度的电力输出，被认为是最具潜力代替火电承担基础负荷的可再生能源，具备调峰能力。
3.光热发电的主要技术路线有塔式、槽式、蝶式、菲涅尔式等，其中塔式光热发电是目前主流的技术路线。塔式太阳能热发电是通过大量的定日镜反射太阳光到吸热器，加热吸热器内的工质到较高温度，再用加热后的工质加热给水产生蒸汽，推动汽轮机来发电。其中，定日镜镜面的清洁度影响定日镜的反射效率，也直接影响到光热电站的发电量。
4.为提高土地利用率，节省土地面积，一般在设计塔式太阳能电站时，定日镜排布相对密集，不满足定日镜自由转动情形下，镜面清洗车仍能安全通过的条件。目前在清洗时的定日镜控制方法多数为将待清洗的定日镜队列及其周边相邻的定日镜队列均转动至某一固定清洗姿态并锁定，待镜面清洗车清洗完成整个定日镜队列的清洗后，待清洗队列及周边相邻队列才被解锁，且清洗姿态与追日姿态相差的角度较大，在两种姿态切换也会浪费大量时间。这样的清洗方法在电站运营发电期间，会使得大量的定日镜处于清洗锁定状态，无法将太阳光反射至吸热器，导致镜场能量大量损失。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种定日镜清洗过程中的定日镜最优防撞角度计算方法。
6.本发明所提供的一种定日镜清洗过程中的定日镜最优防撞角度计算方法，包括以下步骤：
7.步骤s1：获取塔式光热电站定日镜镜场中每一台定日镜的位置坐标，并获取所述定日镜的形状尺寸信息和定日镜清洗设备的尺寸信息；
8.步骤s2：获取所述定日镜清洗设备在所述定日镜镜场中的位置坐标，并计算所述定日镜清洗设备的清洗任务和清洗路线；
9.步骤s3：沿所述清洗路线间隔设置若干个特征点；
10.步骤s4：计算所述定日镜清洗设备位于每一所述特征点时，所述特征点周边与所述定日镜清洗设备存在碰撞风险的定日镜列表；
11.步骤s5：所述定日镜清洗设备沿所述清洗路线执行所述清洗任务时，所述定日镜清洗设备每到达一个所述特征点，获取所述存在碰撞风险的定日镜列表的实时角度，并根
据所述定日镜的实时角度和与所述定日镜清洗设备的相对位置关系，运用角度搜索方法计算所述定日镜的最优防撞角度。
12.优选地，所述定日镜清洗设备是镜面跨越式定日镜清洗设备。
13.优选地，所述定日镜清洗设备是在镜行间通行的定日镜清洗设备。
14.优选地，所述步骤s3中，相邻两特征点的距离小于等于所述清洗路线上相邻定日镜间的距离。
15.优选地，所述步骤s4中，计算周边存在碰撞风险的定日镜列表采用平面投影的外接圆相交法，包括以下步骤：
16.步骤s41：计算所述定日镜清洗设备位于所述第一特征点处时在水平面上的投影，并计算其外接圆半径r；
17.步骤s42：计算所述光热电站定日镜镜场中每一面定日镜在其水平角等于0度时在水平面上的投影，并计算其外接圆半径r1、r2
……
rn；
18.步骤s43：计算所述第一特征点到所述光热电站定日镜镜场中每一面定日镜的距离l1、l2
……
ln；
19.步骤s44：满足lk《r+rk的定日镜，视为所述第一特征点附近存在碰撞风险的定日镜，其中k＝1、2
……
n；
20.步骤s45：重复所述步骤s41-s44，计算所述清洗路线上每一所述特征点附近存在碰撞风险的定日镜。
21.优选地，所述平面投影的外接圆相交法是一种偏重计算速度的粗筛选算法。
22.优选地，所述步骤s5中，所述角度搜索方法是所述定日镜清洗设备沿所述清洗路线行进过程，每到达一所述特征点，包括如下步骤：
23.步骤s51：获取所述到达特征点附近存在碰撞风险的定日镜，并读取所述定日镜的水平角和方位角；
24.步骤s52：根据所述水平角和方位角，计算所述定日镜的平面投影；
25.步骤s53：判断所述定日镜平面投影与所述定日镜清洗设备平面投影是否相交：若判断结果为不相交，则所述定日镜的当前水平角和方位角即为所述最优防撞角度；若判断结果为相交，则执行步骤s54；
26.步骤s54：以一定角度步长，搜索方位角和水平角，搜索方向为：增加方位角、减少方位角和增加水平角，直至所述定日镜平面投影与所述定日镜清洗设备平面投影不相交，记录多个搜索方向分别搜索的多个角度差，所述定日镜最优规避路径为所述角度差最小的搜索路径；
27.步骤s55：重复步骤s52至s54，计算出每一所述特征点附近存在碰撞风险的定日镜的所述最优防撞角度。
28.优选地，判断所述定日镜平面投影与所述定日镜清洗设备平面投影是否相交，是通过判断所述定日镜平面投影与所述定日镜清洗设备平面投影是否存在两两相交的边实现的。
29.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
30.本发明所提供的一种定日镜清洗过程中的定日镜最优防撞角度计算方法，应用于塔式光热电站中，定日镜在清洗状态和追日状态间的调整时间将大幅降低，能够将定日镜
清洗对定日镜追日的影响降到最低，并有效提高清洗效率。根据定日镜的实时角度和清洗车的实时位置判断定日镜开始转角的时刻，避免不必要的清洗锁定，尽可能多地让定日镜保持追日运营状态；待清洗定日镜周边相邻的定日镜不以固定姿态锁定，而根据其实时角度计算一个最优防撞角度，使周边定日镜在保证清洗车安全通过的前提下，能够以最快速度恢复至追日运营状态。
附图说明
31.图1为本发明实施例的技术方案流程图；
32.图2为本发明实施例的特征点设置示意图；
33.图3为本发明实施例的存在碰撞风险定日镜计算示意图；
34.图4为本发明实施例的最优防撞角度计算方法流程图；
35.图5为本发明实施例的最优防撞角度搜索方法示意图。
具体实施方式
36.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.如图1所示，本发明提供的定日镜清洗过程中的定日镜最优防撞角度计算方法，包括以下步骤：
38.步骤s1：获取塔式光热电站定日镜镜场中每一台定日镜的位置坐标，并获取定日镜的形状尺寸信息和定日镜清洗设备的形状尺寸信息；
39.步骤s2：获取定日镜清洗设备在定日镜镜场中的位置坐标，并计算定日镜清洗设备的清洗任务和清洗路线；
40.步骤s3：沿清洗路线每隔一段距离均匀设置若干个特征点，该特征点不是真实存在的点，而是为了将清洗路线分割为多段而虚拟设置的点；
41.步骤s4：计算定日镜清洗设备位于每一特征点时，特征点周边与定日镜清洗设备存在碰撞风险的定日镜列表；
42.步骤s5：定日镜清洗设备沿清洗路线执行清洗任务时，每到达一个特征点，获取该特征点周边存在碰撞风险的定日镜列表的实时角度，并根据定日镜的实时角度和与定日镜清洗设备的相对位置关系，运用角度搜索方法计算每一台定日镜的最优防撞角度。
43.本领域技术人员可以理解，所述最优防撞角度的定义为：满足清洗车通过条件下，与定日镜当前实时角度差角最小的姿态角度。定日镜或定日镜清洗设备若为复杂多边形，为简化计算，可将其近似看做规则图形。
44.一种实施例中，定日镜清洗设备是镜面跨越式定日镜清洗设备，即定日镜清洗设备横跨在待清洗定日镜的上方，对待清洗定日镜进行清洗。
45.一种实施例中，定日镜清洗设备是在镜行间通行的定日镜清洗设备。
46.特征点的设置如图2所示。图2所展示的是一种较为常见的塔式光热电站镜场设计方式，即矩形定日镜、矩形清洗车、圆弧形清洗路线。特征点的设置需满足相邻两特征点的
距离小于等于所述清洗路线上相邻定日镜间的距离，定日镜清洗设备在相邻两特征点之间的行进路线可近似认为是直线。
47.计算周边存在碰撞风险的定日镜列表采用平面投影的外接圆相交法，参考图3，本领域的技术人员应当知悉，图3仅画出了部分清洗路线区域及部分定日镜，以图3为例，该方法包含以下步骤：
48.步骤s41：计算定日镜清洗设备位于特征点p4处时在水平面上的投影，并计算其外接圆半径r；
49.步骤s42：计算塔式光热电站定日镜镜场中每一面定日镜在其水平角等于0度放平时在水平面上的投影，并计算其外接圆半径r1、r2
……
rn；
50.步骤s43：计算p4特征点到塔式光热电站定日镜镜场中每一面定日镜的距离l1、l2
……
ln；
51.步骤s44：满足lk《r+rk的定日镜，视为p4特征点附近存在碰撞风险的定日镜，其中k＝1、2
……
n，在图3中，满足这一条件的定日镜为h1、h2、h3、h4；
52.步骤s45：重复上述步骤s41-s44，计算所述清洗路线上每一特征点附近存在碰撞风险的定日镜。
53.平面投影的外接圆相交法是一种偏重计算速度的粗筛选算法。由于塔式光热电站一般规模较大，其镜场由成千上万的定日镜组成，平面投影外接圆相交法其目的在于从整个镜场中快速筛选出本次清洗任务执行过程中存在碰撞风险的定日镜，以缩小后续最优防碰撞角度的计算量。通过此方法步骤，后续算法关注的区域从整个镜场缩小到清洗路线附近的定日镜群组。
54.定日镜清洗设备沿清洗路线行进过程，每到达一特征点，执行以下步骤，参考图4：
55.步骤s51：获取到达特征点附近存在碰撞风险的定日镜，并读取定日镜的水平角和方位角；
56.步骤s52：根据水平角和方位角，计算定日镜的平面投影；
57.步骤s53：判断定日镜平面投影与定日镜清洗设备平面投影是否相交：若判断结果为不相交，则所述定日镜的当前水平角和方位角即为所述最优防撞角度；若判断结果为相交，则执行步骤s54；
58.步骤s54：以一定角度步长sp，搜索方位角和水平角，搜索方向为：增加方位角、减少方位角和增加水平角，直至定日镜平面投影与定日镜清洗设备平面投影不相交，记录所述三种搜索方向分别搜索的角度差a1,a2,a3，该套定日镜最优规避路径为角度差最小的搜索路径；
59.图5以某一面定日镜为例详细展示了角度搜索算法详细计算方法。如图5所示，投影0为根据该面定日镜实时角度(方位角az0，水平角at0)绘制的平面投影，在该姿态下，定日镜与清洗设备有碰撞风险。为寻找最优防撞角度，计算机对定日镜转角进行模拟：定日镜方位角以一定步长sp增加，即顺时针转动，每增加一个步长sp，判断一次在该角度姿态下是否相交，直至判断结果为不相交。参考图3，该面定日镜顺时针旋转至姿态1时，该定日镜既不会与清洗设备发生碰撞，也不会干扰清洗设备的前进路线，此姿态下定日镜的角度为(az1,at0)；同理，定日镜方位角以一定步长sp减小，即逆时针转动，同样可以找到一个姿态2满足上述要求，此姿态下定日镜的角度为(az2,at0)；定日镜水平角以一定步长sp增加直
至满足上述要求，此姿态下的定日镜角度为(az0,at3)。
60.三种搜索方向分别搜索的角度差a1,a2,a3分别为a1＝az1-az0；a2＝az0-az2；a3＝at3-at0；比较三者大小，该套定日镜最优规避路径为角度差最小的搜索路径；
61.步骤s55：重复步骤s52-s54，为每一所述特征点附近存在碰撞风险的定日镜计算所述最优防撞角度。
62.由于本发明适用的实施例中，不存在清洗设备平面投影和定日镜平面投影互相包含的情形，因此判断两投影是否相交仅需判断两投影的每条边是否存在两两相交。
63.需要注意的是，在计算清洗设备投影时，需在清洗设备的前进方向留一定距离余量，以保证计算得的定日镜最优防撞角度不会干扰清洗设备的前进路线。
64.在定日镜清洗设备前进的过程中，可提前若干个特征点开始模拟计算之后若干个特征点周边定日镜的最优防撞角度，并预估转角所需时间提前对定日镜下发转角命令，以确保清洗设备到达时定日镜已经转角完成，减少清洗设备等待时间，提高清洗效率。
65.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。