[发明专利]一种光热电站的聚光场控制系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及光热电站控制技术领域，特别是涉及一种光热电站的聚光场控制系统及其实现方法。

背景技术

随着煤、石油、天燃气等能源的日益枯竭，市场对清洁能源的需求量不断增大，太阳能光热发电越来越受到人们的重视。目前太阳能光热发电主要分为塔式、槽式、菲涅尔式。其发电基本原理是利用大规模阵列平面镜、抛物镜面、或碟形镜面等聚光镜面构成的聚光场来收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，由汽轮机带动发电机进行发电。

聚光场是光热电站的能量收集端，规模大、聚光镜数量多、投资成本高，是其主要特点。据现有项目信息，聚光场投资占到整个电站投资的48%以上。为保证聚光场高效工作，需要不断调整各个聚光镜的角度，使得聚光镜能把太阳辐射能最大化反射到集热装置上，这就需要借助自动控制系统对聚光镜面角度进行实时控制。在聚光场中，聚光场控制系统主要负责对整个光场的工作状态进行监视、对各个聚光镜的工作参数进行设置、对整个聚光场进行工作模式设定及安全连锁保护等控制管理。

现有技术中存在的问题：

1、现有光热电站聚光场控制系统通常针对镜场，由于镜场与吸热器关系十分密切，将镜场和吸热器控制系统分开，有较大的安全风险；

2、现有光热电站聚光场控制系统未形成整体网络系统，比如定日镜初始参数检测、长期运行校正等独立于控制网络，自动化程度低、检测效率低；

3、现有控制系统中使用的控制器件，如大规模的使用PLC、DCS控制器，价格昂贵，且资源浪费；

4、现有控制系统中使用的传感器，如大规模的使用编码器、磁条传感器等，价格昂贵，寿命短，安装维护困难，对环境耐受性较差；

5、现有控制系统中较多的使用集中控制方案，聚光场上位机运算负荷较重；

6、现有控制系统中网络结构层数较少，不利于组建大型聚光场控制网。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的聚光场控制系统存在的上述问题，提供了一种光热电站的聚光场控制系统及其实现方法，逐一进行解决。

本发明的技术方案如下:

本发明公开了一种光热电站的聚光场控制系统，其具体包括聚光镜、以及与该聚光镜对应的聚光镜控制器，聚光镜控制器连接聚光镜的转轴控制电机，多台聚光镜构成一簇，每个簇设置一个簇控制器，多个聚光镜簇构成一个组，每个组设置一个组控制器，多个聚光镜组构成一个岛，每个岛设置一个岛控制器；聚光场上位机连接多个岛控制器；由各层控制器负责计算本层的公共信息，并将本层数据打包压缩，逐层向上汇总至聚光场上位机。本发明提出的控制系统结构，采用了分层网络方案，各层可结合现场实际采用不同的网络协议，组网规模大，易于扩展，聚光镜数量规模易到达几十万面，设置多层网络结构的控制系统后，数据经过层层整理，能有效避免数据碎片对网络形成阻塞，提高了数据传输的可靠性与实时性，在控制系统各个部分分层采用适用于本层的控制硬件及网络介质，使得整个聚光场控制系统成本有效降低；簇控制器、组控制器、岛控制器使用提高了聚光场的自动化水平，降低了调试和维护的工作量。其中多个可以是3个、5个、10个甚至255个等等任意选择的多个，具体个数本领域的技术人员可以根据通信协议的不同以及需要进行灵活选择，在此不进行限定。

更进一步地，上述系统还包括角度检测传感器，所述角度检测传感器设置在聚光镜上，用于检测聚光镜镜面的俯仰角，并将俯仰角信号发送给聚光镜控制器，通过聚光镜控制器逐层向上汇总至聚光场上位机。以加速度传感器为核心的聚光镜俯仰角度检测传感器的大规模使用，能有效降低控制系统成本，例如传统的角度检测元件绝对值编码器成本为几千元，而本控制系统的角度传感器成本仅为几百元。

更进一步地，上述角度检测传感器中设置加热元件，所述加热元件在温度低于设定阈值时闭合。在传感器中设置加热元件，在严寒冬季可通过加热提高设备耐受性；同时易于安装维护。

更进一步地，上述系统还包括聚光镜初始参数检测仪，所述聚光镜初始参数检测仪用于在聚光镜投入正常工作前对其方位角、机械零点参数进行测量，并通过网络接口传至当前检测的聚光镜控制器，通过聚光镜控制器逐层向上汇总至聚光场上位机。大大提高了聚光场控制初始参数的检测效率。

更进一步地，上述还包括聚光镜运行参数校正仪，所述聚光镜运行参数校正仪用于在聚光镜长期运行后对其机械角度偏差参数进行测量，并通过网络接口传至当前检测的聚光镜控制器，通过聚光镜控制器逐层向上汇总至聚光场上位机。可在聚光场工作期间，对聚光镜进行参数校正，提高了校正效率。