塔式太阳能定日镜聚光成像策略的研究和控制系统设计

《塔式太阳能定日镜聚光成像策略的研究和控制系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要太阳能热发电技术是2l世纪解决环境污染和能源危机的有效途径之一。太阳能热发电主要有槽式、碟式和塔式三种方式。其中，塔式太阳能热发电是大型太阳能发电中最为经济的发电形式。国外关于太阳能热发电的研究早在20世纪70年代已经开展，并已取得很多研究成果，而我国在太阳能热发电领域的相关研究起步较晚。目前，如何实现大规模定日镜高精度跟踪和控制，已经成为阻碍塔式太阳能技术在我国应用的核心问题。本文从定日镜聚光策略、光斑成像建模和系统控制三个方面，对塔式太阳能定目镜控制系统进行了研究和探索。主要工作如下：(1)太阳运动模型的研究。根据太阳运动的特点，基于几何光学理论，建立了太阳三维运动

2、模型，并通过仿真实现了太阳方位的精确计算。同时，设计了一套太阳方位的自动测量装置。(2)定日镜聚光模型和控制策略的研究。基于机械动力学，运用欧拉旋转矩阵理论建立了双轴、三维的定日镜聚光运动模型，提出了定日镜聚光控制策略，并进行了仿真和实验验证及误差分析。此外，还进一步分析了定日镜聚光角度与太阳方位的变化规律。(3)定日镜光斑成像模型的建立与研究。提出了一种定日镜光斑成像模型建立的方法，仿真模拟了不同时间、不同方位定日镜反射光斑的成像规律。并进行了实验验证。(4)大规模定日镜控制系统的设计。提出了定日镜分布式调度的集群控‘‘制方法、基于精确时间同步的分时通信机制和模块化系统集

3、成方案。仿真和实验结果表明，本文提出的塔式太阳能定日镜模型、聚光控制策略和光斑成像建模方法切实可行、跟踪精度较好；设计的控制系统具有可实现、结构简单、可靠性强等特点，能很好的适用于大规模定日镜控制。为深入研究塔式太阳能热发电技术，实现大规模定日镜的高精度、高效率跟踪控制奠定了良好的基础。关键词：塔式太阳能热发电。定日镜，聚光策略，光斑成像建模．控制系统nABSTRACTConcentratingSolarPower(CSP)technologyisoneoftheeffectivewaystosolveenvironmentalpollutionandecologicald

4、estructionproblemsinthe21stcentury．CSPtechnologiesexistinthreecommonforms，namelyparabolictrough，dishStirlingsandsolarpowertower,inwhichsolarpowertoweristhemosteconomicalform．TheresearchesofCSPtechnologiesabroardstartedinthe1970’Sandhavemademanyachievements．However,therelativeresearchesinth

5、eCSPfieldstartedlateinChina．Inthesolarpowertowersystem，toachievethehigh-precisioncontrolofthemassheliostatsisakeyproblemrestrictingitsapplicationinChina．Thisworkmainlyfocusesontheresearchesofconcentratingstrategy,imagingsimulationanddesigningofthecontrolsystemintermsofthemassheliostatscont

6、rolforthesolarpowertowertechnologyandmakesexplorationsasfollows．First，thesolarmotionmodelisestablishedbasedongeometricopticstheories．Asunpositioningalgorithmisdesignedandfulfilledthroughsimulations．Thisworkalsodesignedanautomaticapparatusformeasuringthesunposition．‘Second，thisworkachievesh

7、eliostatsmodelingforthesolarpowertowertechnology．BasedonthedynamicsofmachineryandEuleriananglesmatrixtheories，anidealtwo-axisheliostatmodelwhichisathree—dimensionalmotionsystemisbuilt．Thenproposedasolarconcentratingalgorithmfortheheliostats．Throughsimulationsa