塔式太阳能热发电站追日系统控制设计

摘要

由于不可再生能源被人类过度地开发并消耗，导致地球气候环境越来越差，许多物种因此灭绝，能源也即将面临枯竭。因此，可再生能源越来越受到全世界的青睐。而塔式太阳能热发电技术就属于可再生能源中的佼佼者，具有储能无限、运行温度高、集热效率高等优点，被广泛认定为解决当前危机的最有效的方法之一。本文对塔式太阳能追日系统进行了着重研究，重点工作内容概括如下： 首先，了解太阳能发电的特点及优势，对常见的三种太阳能热发电方式进行了对比。阐述太阳的运动规律，对太阳和地球之间的运动关系有了较深的认识，进而提出了两种确定太阳位置的坐标系并在对比后进行择优选择。本文在现有的较为常见的两种跟踪方式的基础上，提出了一种新的程序跟踪与传感器跟踪相结合的跟踪方案。 其次，对所设计的追日系统的硬件组成进行了介绍以及选型，包括控制器、电机及检测反馈模块等。针对传统绝对值编码器作为反馈的局限性，本文提出了一种基于重力加速度传感器的反馈设计方案。同时，定日镜能否精准稳定可靠地完成程序要求的动作，可靠的硬件系统是基础，合理的软件框架和控制算法也十分关键。本章定日镜追日系统中的软件设计和算法流程，其中包括太阳位置主程序块、手动模式、快速模式等模块算法。 再次，在第二章对坐标系选取的基础上，根据相关天文学和数学算法建立了太阳高度角和方位角的计算模型，将太阳的实时位置用两个角度精准地表达出来。在确定了太阳的位置后根据相关光学原理与数学工具建立了定日镜运动模型，设计了一种计算定日镜高度角和方位角的算法，从而使反射光线可以时刻打到吸热器中心点上。 最后，为了验证所设计的追日系统是否能够正常运行，本文以Matlab2015a为仿真平台，运用本文提出的控制算法对太阳的高度角和方位角、太阳的日出日落时间、镜场的开场时间以及定日镜高度角和方位角进行模拟仿真以及分析。仿真结果证实了本文设计的控制策略的可行性。

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