太阳能热发电聚光系统的建模与控制策略研究

【摘要】：随着国际油价不断攀升和全球气候不断恶化,太阳能的开发和利用受到越来越多的关注和重视,新出台的国家“十二五”规划明确指出：太阳能热发电将成为国家未来五年大力扶持与推广的能源工程。塔式太阳能热发电技术具有较高的聚焦温度与集热效率,是所有大规模热发电技术中成本最低的一种方式。我国在这方面起步较晚,尚有很多关键问题亟待解决。本文对太阳运动规律、定日镜聚光跟踪控制、定日镜光斑参照系统、定日镜场优化控制等方面进行了研究,探索塔式太阳能聚光建模、控制及优化技术。具体内容如下： (1)太阳运动规律的研究 根据太阳运动的特点,研究太阳运动模型,模拟了太阳运动轨迹在一天内的变化情况,总结太阳角度在一天内的变化规律。 (2)定日镜聚光跟踪模型建立与控制策略研究 建立了定日镜高度角、方位角全跟踪系统的几何模型,完成了定日镜聚光控制策略,仿真了一天内定日镜高度角、方位角的变化轨迹,分析定日镜角度变化规律。 (3)定日镜光斑参照系统的设计与定日镜的参数估计 针对定日镜开环控制的不足,基于光斑成像原理,建立光斑参照系统BCS (Beam Characterization System),提高了聚光系统的可靠性与精确性,并提出了一种基于非线性最小二乘法来实现参数估计的方法,建立定日镜的聚光追日模型。 (4)大规模定日镜场优化控制策略的研究 研究了不同时间、不同位置对定日镜反射光斑飘移轨迹的影响,总结光斑飘移规律,研究大规模定日镜场中定日镜控制周期的变化规律,设计定日镜场优化布局图,提出了大规模定日镜场优化控制策略。 本文提出了塔式太阳能热发电站中定日镜的聚光追日模型、聚光控制策略、光斑参照系统及大规模定日镜场优化控制策略,仿真结果验证了上述研究正确合理、切实可行,为提高定日镜的跟踪精度及太阳能集热效率,实现塔式太阳能热发电技术提供理论基础。 【关键词】：塔式太阳能热发电 定日镜 聚光跟踪 控制周期 优化控制
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 研究背景8-9
• 1.1.1 能源现状8
• 1.1.2 我国太阳能辐射资源现状8-9
• 1.2 太阳能热发电技术概述9
• 1.3 太阳能热发电的主要方式9-12
• 1.3.1 塔式太阳能热发电9-10
• 1.3.2 槽式太阳能热发电10-11
• 1.3.3 碟式太阳能热发电11-12
• 1.4 国内外塔式太阳能热发电系统的研究现状12-14
• 1.4.1 国外研究现状12-13
• 1.4.2 国内研究现状13-14
• 1.5 本文的主要研究内容与论文结构14-15
• 1.6 本章小结15-16
• 第2章 太阳运动规律研究16-27
• 2.1 太阳与地球的相对运动16-17
• 2.2 太阳位置定义及相关角度计算17-23
• 2.2.1 坐标系的选取17-20
• 2.2.2 相关角度计算20-23
• 2.3 太阳位置计算及软件实现23-24
• 2.4 太阳运动规律研究24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 聚光系统的建模与控制研究27-39
• 3.1 定日镜的主要跟踪方式27-28
• 3.1.1 视日轨迹跟踪法27-28
• 3.1.2 光电传感器跟踪法28
• 3.1.3 视日轨迹与光电传感器相结合的方法28
• 3.2 定日镜聚光策略28-38
• 3.2.1 反射原理及旋转矩阵原理29-31
• 3.2.2 定日镜的角度定义31
• 3.2.3 定日镜的聚光模型建立31-35
• 3.2.4 定日镜追日仿真实验及分析35-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第4章 基于光斑成像原理的定日镜精确追日控制的研究39-51
• 4.1 BCS系统的建立39-41
• 4.2 基于非线性最小二乘法的定日镜聚光模型41-44
• 4.2.1 系统辨识的基础知识41-43
• 4.2.2 模型的数据拟合及参数估计43-44
• 4.3 定日镜光斑图像处理算法44-48
• 4.3.1 数字图像处理技术44-46
• 4.3.2 光斑图像处理的算法设计46-47
• 4.3.3 仿真测试47-48
• 4.4 系统仿真测试48-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 定日镜场的优化控制策略51-61
• 5.1 引言51
• 5.2 控制周期对反射光斑特性影响的研究51-56
• 5.2.1 不同时刻,定日镜反射光斑飘移特性研究52-54
• 5.2.2 不同位置,定日镜反射光斑飘移特性研究54-56
• 5.3 全镜场定日镜优化控制周期研究56-59
• 5.4 定日镜场性能比较59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第6章 总结与展望61-63
• 6.1 本文总结61-62
• 6.2 研究展望62-63
• 参考文献63-67
• 在读期间发表的学术论文及研究成果67-68
• 致谢68

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