一种用于塔式太阳能热发电系统的镜场调度系统及方法

摘要

本发明公开了一种用于塔式太阳能热发电系统的镜场调度系统及方法，该系统包括：接收器、定日镜、光斑成像装置、光斑采集装置、图像处理装置及对定日镜单镜状态进行切换或调整实现对整体镜场调控的镜场控制系统；该方法包括：对镜场中已安装成功的定日镜进行校正；对校正完成后的定日镜进行校验，并判断校验通过与否，通过校验的定日镜则进行追日；未通过校验的定日镜需重新校正，若连续多次未通过校验则视为故障定日镜，追日中的定日镜需定期进行校验，以解决因长期运行带来的精度下降问题。本发明通过对定日镜进行科学合理的调度，在最大程度保证镜场追日效率的前提下完成定日镜的校正、校验和故障检测与诊断，保证镜场的安全、高效的运营。

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能热发电领域，尤其涉及一种用于塔式太阳能热发电系统的镜场调度系统及方法。

背景技术

塔式太阳能热发电系统利用实时跟踪太阳的定日镜将太阳光反射到塔架上的吸热器, 通过加热其内的吸热工质产生高温高压蒸汽驱动汽轮发电机组发电。

定日镜场是塔式太阳能热发电系统的重要组成部分，定日镜场通常由成千上万面定日镜组成。由于定日镜的跟踪精度受外界因素及自身机械结构变化的影响，并不能时时保持高精度，且随着时间的推移定日镜的跟踪精度会降低，因此需要对定日镜进行校正（校正，即利用光斑采集装置采集光斑成像装置上的太阳光斑样本，并通过图像处理算法等进行处理分析，进而不断减小跟踪误差的过程），并定期对定日镜进行校验（校验，即判断定日镜精度的过程），但由于定日镜数量较多且状态各异，校正、校验耗时且难以控制，因此，如何对镜场进行科学调度，在最大程度保证镜场聚光效率的前提下完成定日镜的校正、校验和故障检测和诊断成为亟需解决的难题。

传统的镜场调度方法无法完全自动化地对定日镜状态进行判定及更改，并有效检测故障定日镜，且由于其调度过程复杂繁琐、费时费力、可靠性低，对镜场运营效率造成一定影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于塔式太阳能热发电系统的镜场调度系统及方法，该系统及方法通过对定日镜进行科学合理的调度，在最大程度保证镜场追日效率的前提下完成定日镜的校正及校验，提高定日镜跟踪精度。

一种用于塔式太阳能热发电系统的镜场调度系统，包括： 

接收器，用于收集太阳光斑能量；

定日镜，用于反射太阳光到接收器上；

光斑成像装置，用于形成太阳光斑图像；

光斑采集装置，用于采集太阳光斑图像；

图像处理装置，用于处理光斑采集装置采集到的太阳光斑图像，由光斑成像装置形成太阳光斑图像之后，通过光斑采集装置采集所述太阳光斑图像，并将采集的太阳光斑图像传输至图像处理装置进行分析处理；

镜场控制系统，通过利用计算机等控制端对定日镜单镜状态进行切换或调整实现对整体镜场的调控；其中，单镜状态为追日、校正、校验、故障以及闲置状态中的一种状态，且每面定日镜任一时刻只能有一种状态，否则将造成系统紊乱。由于外界因素及机械结构变动等因素将影响定日镜的跟踪精度，因此定日镜状态将随着时间的推移而改变，即同一面定日镜不可能一直保持同一种状态，通过镜场控制系统可实现定日镜状态的切换。

一种用于塔式太阳能热发电系统的镜场调度方法，包括以下步骤：

步骤1:对镜场中已安装成功的定日镜进行校正，即光斑采集装置采集光斑成像装置上的太阳光斑样本，并利用图像处理装置对获得的太阳光斑图像进行分析处理，不断减小跟踪误差；

步骤2：对校正完成后的定日镜进行校验，并判断校验通过与否，通过校验的定日镜则进行追日；未通过校验的定日镜需重新校正，若连续多次未通过校验则视为故障定日镜；追日中的定日镜需定期进行校验，以解决因长期运行带来的精度下降问题；其中，定日镜必须先完成校正方可进行校验，通过校正和校验后方可进入追日状态，本方法通过引入单镜状态，实现自动控制切换单镜状态，从而控制整个镜场的运营；

其中

所述镜场中的已安装成功的定日镜根据其使用情况分为两类：使用中定日镜和闲置定日镜，使用中定日镜指处于校正、校验、追日或故障状态的定日镜，闲置定日镜指无故障但不进行追日、校正或校验的定日镜；

镜场中定日镜单镜状态包括校正、校验、追日、故障以及闲置状态，通过对定日镜单镜状态进行切换或调整实现对整体镜场的调控，且每面定日镜任一时刻只能处于一种状态。

 其中校验通过指定日镜精度符合要求，校验不通过指定日镜精度不符合要求。

处于校正、校验、追日和闲置状态的定日镜因各种原因发生故障时，状态切换至故障状态。定日镜故障根据故障类型分为两类：一是因外部因素引发的故障，二是因定日镜自身机械结构引起的故障和因连续多次校验未通过而判断为故障。因故障类型一而引发故障的定日镜排除故障后可根据实际需要恢复到故障前状态，因故障类型二引发故障的定日镜排除故障后定日镜状态由故障状态切换为校正状态。

所述使用中的定日镜和闲置状态的定日镜设置为根据实际情况互相切换。

根据镜场中定日镜的不同状态，将定日镜状态归类总结为五个状态列表：

校正列表，待校正的使用中定日镜集合；

校验列表，校正完成后还未校验的使用中定日镜集合；

追日列表，可进行追日的使用中定日镜集合；

故障列表，不能使用的故障定日镜集合；

闲置列表，不使用的无故障定日镜集合；

镜场中的定日镜由以上五个列表所包含的定日镜组成，且每面定日镜任一时刻只能处于一个列表。

对于每面无故障定日镜，一旦加入镜场，则必须进行校正，为保证镜场系统的稳定性，故障定日镜待排除故障后方可进行校正、校验或追日。同时对每面定日镜，在校正，校验通过后，方可进入追日状态。

定日镜在完成校正后，进行校验，定日镜状态由校正状态切换为校验状态，由校正列表进入校验列表；或

定日镜在完成校正后，根据实际情况切换为闲置状态，由校正列表进入闲置列表；

定日镜在校验未通过时，进行重新校正，状态由校验状态切换为校正状态，由校验列表进入校正列表；或

定日镜在校验未通过时，根据实际情况切换为闲置状态，由校验列表进入闲置列表；

定日镜在连续多次校验未通过后，视为故障，状态由校验状态切换为故障状态，由校验列表进入故障列表。

校正列表和校验列表中定日镜数目较多时，可制定校正优先级和校验优先级。对于校验列表的定日镜，根据状态可将其分为两类：追日过程中的定期校验定日镜和完成校正的定日镜。由于追日过程中校验定日镜若不进行校验则继续进入追日状态，而完成校正的定日镜若不进行校验则始终为校正状态，因此为了充分利用镜场能量，优先考虑对完成校正的定日镜进行校验，并根据其校正完成时间制定校验优先级，即校正完成时间较早的定日镜可优先进行校验，以尽可能早地实现追日；对于追日中的定期校验定日镜，根据其校验时间制定优先级，即根据距离上次校验的间隔时间及校验精度决定校验的优先次序，校验间隔时间长，精度低的定日镜优先级高。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明提供的调度方法根据定日镜状态、资源可利用情况对镜场进行控制、调度，实现镜场高度自动化运营，克服了传统调度方法的主观性和局限性，提高了镜场调度效率及可靠性； 

（2）对追日中的定日镜定期校验，能从一定程度上解决由于外部因素及机械结构等影响因素造成的定日镜跟踪精度不断下降的问题，保证了定日镜的跟踪精度；

（3）通过对校验列表和校正列表中的定日镜制定优先级，实现尽可能地使得较多的定日镜处于追日状态，从而提高镜场运营效率及资源利用率；

（4）通过本调度方法能有效地检测故障定日镜，方便检修人员对故障定日镜进行及时检修。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明实施例塔式太阳能热发电镜场调度系统示意图；

图2为本发明实施例定日镜状态切换示意图；

图3为本发明实施例镜场使用中定日镜调度流程示意图；

图4为本发明实施例的校验流程图；

图5为本发明实施例的校正流程图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步详细解释。

如图1所示，一种用于塔式太阳能热发电系统的镜场调度系统，包括： 

光斑成像装置1，用于形成太阳光斑图像；

光斑采集装置2，用于采集光斑成像装置1上的光斑图像； 

定日镜3，用于反射太阳光到接收器6上；

图像处理装置4，用来处理光斑采集装置2采集到的太阳光斑图像；

镜场控制系统5，通过利用计算机等控制端对定日镜单镜状态进行切换或调整实现对整体镜场的调控；其中，单镜状态为追日、校正、校验、故障以及闲置状态中的一种状态，且每面定日镜任一时刻只能有一种状态。由于外部环境和内在特性变化等因素将影响定日镜的跟踪精度，因此定日镜状态将随着时间的推移而改变，即同一面定日镜不可能一直保持同一种状态，通过镜场控制系统5可实现定日镜状态的切换。

接收器6，用于收集太阳光斑能量。

太阳光经定日镜3反射后在光斑成像装置1上形成太阳光斑图像，光斑采集装置2采集该太阳光斑图像，并将图像传输至图像处理装置4，图像处理装置4对获得的太阳光斑图像进行分析处理，不断减小定日镜3的跟踪误差，实现精确追日，保证接收器6有效收集光斑能量。

一种用于塔式太阳能热发电系统的镜场调度方法，包括下列步骤：

步骤1:对镜场中已安装成功的定日镜3进行校正，即光斑采集装置2采集光斑成像装置1上的太阳光斑样本，并利用图像处理装置4通过图像处理进行分析，进而不断减小跟踪误差。

步骤2：对校正完成后的定日镜进行校验，并判断校验通过与否，通过校验的定日镜则进行追日；未通过校验的定日镜需重新校正，若连续多次未通过校验则视为故障定日镜；追日中的定日镜需定期进行校验，以解决因长期运营带来的精度下降问题，其中，定日镜必须先完成校正方可进行校验，通过校正和校验后方可进入追日状态;

其中

镜场中的已安装成功的定日镜根据其使用情况分为两类：使用中定日镜和闲置定日镜，使用中定日镜指处于校正、校验、追日或故障状态的定日镜，闲置定日镜指无故障但不进行追日、校正或校验的定日镜；

镜场中定日镜单镜状态包括校正、校验、追日、故障以及闲置状态，通过对定日镜单镜状态进行切换或调整实现对整体镜场的调控，且每面定日镜任一时刻只能处于一种状态。

其中校验通过指定日镜精度符合要求，校验不通过则为精度不符合要求。

为保证追日精度，通过定日镜状态的切换及列表实时更新实现对镜场的整体调度。根据镜场中不同定日镜的不同状态，将定日镜状态归类总结为五个状态列表：

校正列表，待校正的使用中定日镜集合；

校验列表，校正完成后还未校验的使用中定日镜集合；

追日列表，可进行追日的使用中定日镜集合；

故障列表，不能使用的故障定日镜集合；

闲置列表，不使用的无故障定日镜集合。

镜场中的定日镜由以上五个列表所包含的定日镜组成，且每面定日镜任一时刻只能处于一个列表。

 图2所示为定日镜状态切换示意图。镜场中单镜有5种状态：校正，校验，追日，故障及闲置。校正状态的定日镜处于校正列表中，校验状态的定日镜处于校验列表中，追日状态的定日镜处于追日列表中，故障状态的定日镜处于故障列表中，未使用无故障的定日镜则处于闲置状态。如图，五种状态可相互切换，使用中的定日镜完成校正后，可由校正切换为校验状态。追日中的定日镜由于需定期体检，状态也可由追日切换为校验。当校验未通过时，状态可切换为校正和故障状态（根据连续校验不通过次数决定切换为校正状态还是故障状态，如连续校验不通过2次则切换为故障状态）。校验通过后，可由校验状态切换为追日状态。非故障状态下的定日镜也可因各种原因随时发生故障，因此，校正、校验、追日和闲置状态的定日镜发生故障时均可切换为故障状态。排除故障后的定日镜则根据实际故障类型及故障前状态由故障状态切换为校正、校验、追日或闲置状态。其中，定日镜故障类型分为两类，一是因供电设备断电等外部因素引发的故障，二是因定日镜自身机械结构引起的故障和因连续多次校验未通过而判断为故障。因类型一引发故障的定日镜在排除故障后可根据实际需要恢复到故障前状态，因类型二判断为故障的定日镜排除故障后由故障状态切换为校正状态。使用中定日镜的状态相互切换均可自动实现，而根据实际所需，镜场中使用中的定日镜，均可由任一状态切换为闲置状态，同时闲置状态的定日镜根据实际需求也可加入使用，并依据定日镜自身信息决定切换为校正、校验、追日或故障状态。通过定日镜状态的切换，实时更新，便可对整个镜场进行调度。

图3为镜场使用中定日镜调度流程示意图。该示意图列出了镜场运营时每面使用中定日镜状态切换的自动化流程。每面新安装待使用定日镜加入镜场后必须进行校正，进入校正列表，该列表中的定日镜状态只能为校正。校正列表中的定日镜在完成校正后，进入校验列表，状态为校验。校验列表中的定日镜未通过校验，则重新校正，进入校正列表；校验通过后，则进入追日列表，状态为追日。校验列表中的定日镜，若连续多次未通过校验，则进入故障列表，实现校验状态与故障状态的转换。结合图2定义的故障类型，因类型一而引发故障的定日镜在排除故障后可根据实际需要恢复到故障前状态，完成校正但还未校验的则进入校验列表，未完成校正和完成校验但校验精度不符合要求的则进入校正列表，通过校验的则进入追日列表；因类型二引发的故障定日镜则直接进入校正列表，定日镜状态由故障切换为校正状态。通过本发明所提供的调度流程，引入单镜状态，可实现定日镜状态的相互切换及列表实时更新。

图4所示为校验流程图。进行校验时，待校验的定日镜有两个来源：追日列表中定期校验的定日镜和校验列表中完成校正的定日镜。由于校验设备等硬件条件的限制，当前调度周期内并不能完成所有待校验定日镜的校验工作，因此，两类待校验定日镜应根据优先级进行校验。追日列表中部分定日镜进行校验时，另一部分定日镜仍处于追日状态。其中，

（1）校验列表，完成校正但尚未进行校验的定日镜，由于该列表中的定日镜只能处于校验状态，对该列表中的定日镜进行校验时，由于硬件设备等因素的限制（校验限制条件），需对定日镜进行判断，若满足校验条件，根据优先级则将定日镜加入校验列表，为校验状态。若不满足则将该定日镜保持为校正状态。其中校验优先级的判断根据为校正完成的先后次序，校正完成时间较早的定日镜可优先进行校验，以尽可能早地实现追日。

（2）追日列表中定期校验定日镜由于已通过校验，因此可置于追日状态或校验状态。为避免长时间连续追日造成定日镜精度降低，对于待进行校验的定日镜，可根据距离上次校验的间隔及校验精度时间决定校验的优先次序，校验间隔时间长，精度低的定日镜优先级高。由于校验设备等因素的限制，部分校验优先级较低的定日镜并不能在当天进行校验，则该部分定日镜继续追日。

追日列表中符合校验条件的定日镜根据优先级将追日状态切换至校验状态，校验列表中满足校验条件的定日镜也置于校验状态，并实时更新校验列表，再依据校验结果决定是否切换回追日状态。若通过校验，则从校验切换至追日状态，若不满足则根据校验情况进入故障列表或进入校正列表并设为校正状态；校验列表中其他不满足校验条件的定日镜处于校验状态，故障列表中的定日镜依然处于故障状态。

图5为校正流程示意图，校正列表中的定日镜主要有四个来源：

（1）排除故障的部分定日镜，主要包括因定日镜内部结构引起故障的定日镜和因外部因素引起故障但在故障前为校正状态的定日镜，在进行校正时，若定日镜满足校正条件（主要指硬件，设备等限制条件），则加入校正列表进行校正。

（2）新安装待使用定日镜，其判断处理流程同排除故障后需校正的定日镜一致； 

（3）校验未通过的定日镜，其已完成校正，但精度仍不合要求，该部分定日镜的处理流程同新安装待使用定日镜一致； 

（4）校正过程中的定日镜，指的是光斑采集装置2已开始采集光斑样本，但样本数量尚未达到要求，即校正尚未结束。该部分定日镜也要根据校正条件进行判断，若满足校正条件，则可继续校正。

由于硬件，装备，天气等种种因素的制约，校正列表中的定日镜当天或短期内无法全部完成校正，为使尽可能多的定日镜尽快校正完成进行追日，优先考虑对（4）所述定日镜进行校正，而（1）、（2）、（3）所述定日镜的优先级相同。

校正列表中的定日镜处于校正状态；追日列表中的定日镜始终处于追日状态；故障列表中的定日镜依然处于故障状态。

 通过上述方法实时动态更新各列表，可实现对整体镜场的合理调度，实现镜场的高效运营。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。