定日镜场的无线控制网络的构建与研究

摘要

随着我国经济的高速增长，环境污染与资源短缺正日益加剧。太阳能作为一种可再生清洁新能源，国内对其关注度也在逐渐加强。塔式太阳能热发电是所有大规模热发电技术中成本最低的一种方式，而塔式太阳能热发电系统中定日镜场的投资约占总投资的50％。我国在这方面研究起步较晚，尚有很多关键问题需要解决。本文对太阳运动规律、定日镜聚光跟踪控制、定日镜场无线网络的构建、定日镜场无线控制网络的优化、定日镜无线控制系统的总体设计等方面进行了研究。具体内容如下:
　　(1)定日镜场无线网络的构建
　　在塔式矩形聚光镜场的基础上通过分析正六边形、正四边形网格部署的优缺点，选择了正六边形部署方案。同时还提出一种可应用于塔式热发电站镜场的多信道主从树形无线通信方法，以实现定日镜场中大规模、高密度无线通信。
　　(2)定日镜场无线控制网络的优化
　　通过研究定日镜反射光斑漂移规律，总结出大规模定日镜场中定日镜控制周期的变化规律并对矩形定日镜场进行优化设计。通过分析大型定日镜的无线控制网络的通信性能，提出一种适用于大规模定日镜场的无线控制网络的优化控制策略，并对分区多周期控制策略在大规模定日镜场中的适用性进行了分析。
　　(3)无线定日镜控制系统总体设计与实现
　　通过分析定日镜无线控制系统的性能需求，设计出整体的硬件和软件。最后根据非线性最小二乘法对无线定日镜控制系统的误差参数进行估计，从而实现定日镜的无线校正，使得定日镜能够高精度运行。
　　本文通过仿真和测试验证上述研究的正确性和可行性，为深入研究塔式太阳能热电技术，提高定日镜跟踪精度以及太阳能集热效率，提供理论基础。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题的研究背景与意义

1．2太阳能发电的主要方式

1．2．1太阳能光伏发电

1．2．2太阳能光热发电

1．3塔式国内外研究现状

1．3．1塔式太阳能热发电系统的国内外研究现状

1．3．2定日镜技术和控制系统的发展现状

1．4本文主要研究内容与论文结构

第2章镜场运行特性的研究和无线控制方案的确定

2．1引言

2．2太阳运动轨迹建模

2．3定日镜运动规律建模与分析

2．3．1定日镜跟踪控制方式

2．3．2定日镜追日模型的建立

2．4定日镜场的运行特性分析

2．5无线控制方案的确定

2．5．1无线通信技术的选择

2．5．2 ZigBee网络部署可行性和可靠性分析

2．5．3无线定日镜系统的运行模式

2．5．4无线定日镜控制策略

2．6小结

第3章塔式太阳能热发电镜场的无线网络构建

3．1引言

3．2聚光镜场的设计

3．3塔式镜场的无线节点部署方法

3．3．1无线网络拓扑结构选择

3．3．2网络能耗分析

3．4无线通信设计

3．5仿真实验结果及其分析

3．6小结

第4章无线定日镜场控制周期的研究

4．1引言

4．2无线定日镜场光斑动态漂移模型的建立

4．3控制周期对光斑漂移特性的研究

4．3．1单个定日镜反射光斑漂移特性的研究

4．3．2全镜场反射光斑动态漂移特性的研究

4．4最优控制周期的研究

4．5无线定日镜场控制策略

4．6小结

第5章无线定日镜控制系统总体设计与实现

5．1引言

5．2定日镜无线控制硬件系统

5．2．1姿态角度传感器

5．2．2 ZigBee通信模块

5．2．3电机驱动模块

5．2．4数据处理模块

5．3控制系统软件设计

5．4无线定日镜系统性能测试

5．4．1 ZigBee模块通信性能测试

5．4．2电机控制模块性能测试

5．4．3整体系统测试

5．5定日镜无线控制参数校正

5．6小结

第6章总结与展望

6．1本文总结

6．2研究展望

参考文献

在读期间发表的学术成果及参与项目

致谢