一种定日镜、镜场防风系统及运行方法与流程

本发明属于太阳能热发电领域的定日镜及镜场领域，尤其涉及一种定日镜、镜场防风系统及运行方法。

背景技术：

1、在经济不断发展的同时，环境问题日益受到关注，在碳达峰碳中和需求的背景下，可再生能源的利用受到普遍关注，特别是太阳能利用更受世人的重视。

2、太阳能热发电是当前太阳能利用的一种主要方式。当前太阳能热发电按照太阳能采集方式可划分为：(1)塔式太阳能热发电；(2)槽式太阳能热发电；(3)碟式太阳能热发电。

3、在太阳能热发电领域，塔式太阳能热发电因具有高光热转换效率，高聚焦温度，控制系统安装调试简单，散热损失少等优势，将成为下一个可商业化运营的新型能源技术。

4、在塔式太阳能热发电领域，定日镜为塔式太阳能热发电系统的一个重要组成部分。定日镜将太阳光反射到吸热塔塔顶的吸热器上，对吸热工质进行加热，从而将光能转化为热能，进而驱动汽轮机发电。

5、在塔式太阳能热发电领域，定日镜作为系统的集热器，其工作状态、安全性能直接影响发电系统的发电效率。在定日镜的工作过程中，难免会遇到大风天气，为保证定日镜的安全，在定日镜的设计中会对其工作风速进行明确的设定，当超过工作风速时，定日镜转至防风状态进行自我保护，而通常的防风姿态设计为放平姿态。事实上对于不同的风速、风向，放平姿态并不是最优的防风姿态，因而在极端大风情况下并不能保证定日镜的安全，此外，放平姿态相对于定日镜的工作角度而言角度跨度大，当大风出现时不能快速转到防风姿态，当大风情况改善后不能快速恢复到工作状态，对发电系统的安全性和效率都具有显著的影响。此外，定日镜在设计时，虽也针对其使用寿命进行了理论上的设计计算，但在实际工作过程中，定日镜面临的工作环境更加复杂和多变，定日镜的实际寿命情况难以通过直接的测量手段获得，难以掌握镜场的实时寿命情况，存在定日镜乃至镜场的寿命受外界环境影响无法达到预期寿命，而影响运营的风险。

技术实现思路

1、本发明的技术目的是提供一种定日镜、镜场防风系统及运行方法，以解决现有技术中定日镜防风姿态不合适带来的定日镜风载下破坏和对电站发电效率的影响，以及无法掌握定日镜寿命、镜场寿命情况下可能出现的风险情况。

2、为解决上述问题，本发明的技术方案为：

3、一种定日镜，包括：

4、定日镜本体，数据采集处理模块、计算控制单元；

5、数据采集处理模块用于测量并采集定日镜本体的反射面不同位置所承受的风压值和定日镜本体所处位置处的风速风向值；

6、计算控制单元分别与定日镜本体和数据采集处理模块信号连接，用于获取定日镜本体的当前姿态；同时，计算控制单元还用于接收数据采集处理模块测得的风压值和风速风向值，并根据风压值和风速风向值进行计算，得到使得定日镜本体的反射面承受的风压值达到最小时定日镜本体需要达到的目标姿态，并根据计算得到的目标姿态和定日镜本体的当前姿态，发送角度控制信号至定日镜本体进行姿态调整，以使定日镜本体转动至目标姿态。

7、进一步优选地，还包括数据存储库，数据存储库与计算控制单元信号连接，用于从计算控制单元接收并储存定日镜本体的姿态信息、在定日镜本体处于相应姿态下对应的风压值和风速风向值。

8、进一步优选地，还包括仿真单元，仿真单元与数据存储库信号连接，用于接收姿态信息、风压值和风速风向值仿真计算出定日镜本体的疲劳寿命数据，以对定日镜本体进行检测、维护以及防风策略优化。

9、其中，数据采集处理模块包括风压检测装置和风速风向检测装置；

10、风压检测装置用于采集定日镜本体的反射面不同位置所承受的风压值；风压检测装置包括压力传感器、压力信号采集装置和压力信号处理装置；

11、压力传感器安设于定日镜的反射面的背面，压力传感器用于进行风压测量；

12、压力信号采集装置与压力传感器信号连接，用于接收压力传感器的电信号，得到压力传感信号；

13、压力信号处理装置与压力信号采集装置信号连接，用于接收压力传感信号并剔除干扰信号进而转换为风压值；

14、风速风向检测装置设于定日镜本体附近，用于测量获取定日镜本体所处位置处的风速风向值。

15、进一步优选地，风压检测装置还用于对定日镜本体地自适应调整进行实时反馈。

16、一种镜场防风系统，包括

17、特征定日镜，特征定日镜如满足上述任意一项的定日镜；

18、普通定日镜，包括定日镜本体，计算控制单元和风速风向检测装置；

19、计算控制单元分别与定日镜本体、风速风向检测装置和特征定日镜信号连接，用于获取定日镜本体的当前姿态；同时，计算控制单元还用于接收临近特征定日镜的风压值以及定日镜本体与特征定日镜的相对位置关系，进而计算得到定日镜本体的反射面承受的风压值；

20、计算控制单元还用于接收临近风速风向检测装置的风速风向值以及定日镜本体与风速风向检测装置的相对位置关系，进而计算得到定日镜本体处的风速风向值；

21、并根据风压值和风速风向值进行计算，得到使得达到最小时定日镜本体需要达到的目标姿态，并根据计算得到的目标姿态和定日镜本体的当前姿态，发送角度控制信号至定日镜本体进行姿态调整，以使定日镜本体转动至目标姿态。

22、其中，特征定日镜分散布置于镜场内，任意相邻的三个特征定日镜形成形状为闭合三角形的监测区域，各个监测区域的面积相近；普通定日镜均匀分布于监测区域内；

23、通过普通定日镜分别与其所在的监测区域的三个特征定日镜相对位置，以及各特征定日镜的风压值，进而计算得到普通定日镜的风压值；

24、风速风向检测装置为风速风向仪，分散布置于镜场内，用于获取所处位置的风速风向值，经计算以获取普通定日镜处的风速风向值；

25、其中，通过普通定日镜与其附近三个风速风向仪的相对位置，以及各风速风向仪的风速风向值，进而计算得到普通定日镜的风速风向值。

26、一种镜场的防风方法，应用于如上述的镜场防风系统，包括如下步骤

27、s101：监测获取不同位置的特征定日镜、普通定日镜的风压值；

28、通过特征定日镜的风压检测装置获取其风压值；

29、通过接收与普通定日镜临近的特征定日镜的风压值，以及普通定日镜的定日镜本体与特征定日镜的相对位置关系，进而计算得到定日镜本体的反射面承受的风压值；

30、通过布置在镜场中不同位置的风速风向仪，监测镜场中的风速风向值；

31、通过特征定日镜的风速风向检测装置获取其风速风向值；

32、通过接收与普通定日镜临近的风速风向检测装置的风速风向值以及普通定日镜的定日镜本体与风速风向检测装置的相对位置关系，进而计算得到定日镜本体处的风速风向值；

33、s102：当任一位置的特征定日镜或普通定日镜所测得的风压值超过预设阈值时，启动避风模式，根据风压值和风速风向值进行计算以将特征定日镜或普通定日镜调整至最佳避风姿态。

34、其中，步骤s102中，普通定日镜的风压值计算具体为

35、a1：选取普通定日镜周边临近的三面特征定日镜；其中，三面特征定日镜构成闭合三角形的监测区域，普通定日镜位于监测区域内；

36、a2：根据三面特征定日镜的风压值和位置关系，计算得到普通定日镜的风压值，计算公式如下

37、

38、其中，三面特征定日镜的顶点坐标为p0,p1,p2，三面特征定日镜相对应的风压值为v0,v1,v2，普通定日镜的顶点坐标为p，a为p0,p1,p2所构成闭合三角形的面积，a0为p1,p0,p所构成小三角形区域的面积，a1为p2,p0,p所构成小三角形区域的面积，a2为p1,p2,p所构成小三角形区域的面积；

39、a3：选取普通定日镜临近的三个风速风向仪；其中，三个风速风向仪构成闭合三角形区域，普通定日镜位于闭合三角形区域内；

40、a4：根据三个风速风向仪的风速值、风向角和位置关系，计算得到普通定日镜的风速风向值，计算公式如下

41、

42、

43、其中，三个风速风向仪的顶点坐标为d0,d1,d2，三个风速风向仪相对应的风速值分别为u0,u1,u2，风向角分别为θ0,θ1,θ2，c为闭合三角形区域d0,d1,d2的面积，c0为d1,d0,p所构成小三角形区域的面积，c1为d0,d2,p所构成小三角形区域的面积，c2为d1,d2,p所构成小三角形区域的面积，u为普通定日镜的风速值，θ为普通定日镜的风向角。

44、一种镜场的运行寿命预测方法，应用于如上述的镜场防风系统，包括如下步骤

45、s201：获取特征定日镜运行过程中的姿态信息、风压值和风速风向值仿真计算出特征定日镜的疲劳寿命数据；

46、s202：利用镜场中不同位置的特征定日镜的疲劳寿命仿真数据，和特征定日镜与其周边的普通定日镜位置关系、镜场中不同位置的风速风向值，通过插值计算得到普通定日镜的疲劳寿命数据；

47、s203：根据特征定日镜和普通定日镜的疲劳寿命数据，以进行防风策略调整。

48、其中，所述步骤s202具体为

49、b1：选取普通定日镜临近的三面特征定日镜；其中，三面特征定日镜构成闭合三角形区域，普通定日镜位于闭合三角形区域内；

50、b2：根据三面特征定日镜的疲劳寿命数据和位置关系，计算得到普通定日镜的疲劳寿命数据，计算公式如下

51、

52、其中，三面特征定日镜的顶点坐标为q0,q1,q2，三面特征定日镜相对应的疲劳寿命数据为s0,s1,s2，普通定日镜的顶点坐标为p，b为q0,q1,q2所构成闭合三角形区域的面积，b0为q0,q1,p所构成小三角形区域的面积，b1为q2,q0,p所构成小三角形区域的面积，b2为q1,q2,p所构成小三角形区域的面积。

53、本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

54、1、本发明可实时掌握镜场中不同位置定日镜所承受的风载情况，可根据实时风载情况确定定日镜的工作状态，相对于现有技术(通过风速风向仪实测数据来决定定日镜工作状态)来说，对定日镜的控制更加精准。

55、2、本发明可以掌握镜场中不同位置定日镜的实时风载情况，进而可根据不同区域的情况分别控制，避免了现有技术大风时全镜场转至统一避风角度，导致运行风险和资源浪费。

56、3、本发明可以掌握镜场中不同位置定日镜的疲劳寿命情况，进而可根据电站运营年限要求，在实际运营中制定维修计划，亦可综合考虑维修成本和对发电量影响，按照经济性最优的方式开展镜场运营。