[发明专利]应用于槽式太阳能聚光器的平稳跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种槽式太阳能热发电的控制方法。

背景技术

近年来，随着能源与环境问题的日益严重，使得可再生能源的研究与应用成为当今的一个热点，而太阳能因其丰富性和持久性更是引起了人们的极大关注。

太阳能发电是一种开发和利用太阳能的重要途径，其发电种类主要分为太阳能光伏发电和太阳能热发电。在光伏技术尚未取得重大突破之前，太阳能热发电较光伏发电在大规模应用中更具优势。目前，常见的太阳能热发电方式主要有塔式、槽式、蝶式和线性菲涅耳式等，其中只有槽式太阳能热发电实现了商业化运行。为了使槽式太阳能聚光器最大效率的采集和利用阳光，在集热过程中必须采用跟踪控制装置，使聚光器跟踪太阳。

在传统的跟踪控制方法中，通常是根据跟踪角度差值的大小，设置不同的跟踪速度，以此来实现实际角度向目标角度的跟踪控制。但该方法速度设定值有限，而且存在较大的速度阶梯，导致跟踪角度难以控制，跟踪的平稳性较差。

发明内容

本发明的目的是克服传统控制方式存在的不足，提出一种应用于槽式太阳能热发电的控制方法，该方法可以提高槽式太阳能聚光器目标角度跟踪的平稳性和跟踪精度。

本发明跟踪控制方法包括如下步骤：

(1)在太阳能热发电系统启动跟踪信号有效时，进行槽式太阳能聚光器目标角度跟踪控制；

(2)通过角度计算公式获得跟踪的目标角度θ，利用位置传感器测得跟踪的实际角度θ'，两者相减得到角度差值△θ；

(3)根据角度差值△θ和角度差值的设定值△θ₀确定跟踪控制方式，若△θ>△θ₀，则执行步骤(4)，若△θ≤△θ₀，则执行步骤(5)；

(4)控制器控制槽式太阳能聚光器的电机以恒定转速v₀驱动槽式太阳能聚光器进行目标角度跟踪，执行步骤(2)，直至角度差值△θ小于等于设定值△θ₀；

(5)采用两点定标的控制方法，由时间瞬时值t计算出速度瞬时值v，并以此v值控制电机转速，驱动聚光器进行目标角度跟踪；

(6)重复步骤(2)至(5)，直至角度差值为零，电机停止。

与传统跟踪控制方法相比，本发明设定了跟踪角度差值和计时时间，采用了两点定标的控制方法，根据跟踪角度差值的大小自动调节跟踪速度，改变原有单一位置环的控制方式而加入速度环，实现双闭环控制，消除了跟踪过程中存在速度阶梯，导致跟踪角度难以控制，跟踪精度不足的缺点，提高了跟踪控制的平稳性。

根据角度差值的不同，本发明跟踪控制有两种工作状态：当目标角度和实际角度的差值△θ大于设定值△θ₀时，控制器控制电机以恒定转速v₀驱动聚光器跟踪目标角度，聚光器的实际角度逐渐接近于目标角度，角度差值△θ逐渐接近于设定值△θ₀；当角度差值△θ小于等于设定值△θ₀时，定时器从设定时间t₀开始计时直到0为止，并周期性的输出时间瞬时值t，控制器根据时间瞬时值t由速度计算公式v＝K₀·t计算出速度瞬时值v，并以此v值控制电机转速，驱动聚光器跟踪目标角度，直至速度瞬时值v为零，电机停止。其中，K₀是由恒定转速v₀和设定时间t₀确定的比例常数，即K₀＝v₀/t₀。

本发明利用两点定标的控制方法，根据时间瞬时值t，由线性计算公式确定速度瞬时值v，采用位置和速度双闭环控制方式，分别实现跟踪角度差值和跟踪速度向零点的线性趋近。

为保证跟踪效果并考虑跟踪的平稳性，设定角度差值和计时时间的参考值，分别记为△θ₀和t₀；参考值需根据工程经验和实际需要选取：参考值偏小，跟踪的实时性较好，因而跟踪效果较好，但系统频繁启停而且加速度较大，难免造成跟踪的稳定性较差；参考值偏大，实际角度逐渐向目标角度接近，跟踪的平稳性较好，但跟踪过程相对较缓慢，跟踪的实时性较差，跟踪效果必然受到影响。

附图说明

图1是两种控制方法的速度曲线对比图；

图2是聚光器平稳跟踪示意图；

图3是跟踪角度差值与跟踪时间关系图；

图4是跟踪速度与跟踪时间关系图；

图5是本发明的跟踪控制流程图。

具体实施方式