(10)申请公布号 (43)申请公布日 2013.05.08C N 103092157 A (21)申请号 201210590027.1
(22)申请日 2012.12.26
G05B 19/418(2006.01)
G05D 3/12(2006.01)
(71)申请人首航节能光热技术股份有限公司
地址301800 天津市宝坻区九园工业区兴安
道北侧振工路西侧3幢
(72)发明人姚志豪
罗田唯
(54)发明名称
(57)摘要
本发明涉及一种定日镜控制系统，包括定日
镜装置、分控制器、主控制器以及上位机；其中，
定日镜装置有多个，每一个定日镜装置配备有一
个独立的分控制器，主控制器至少有一个，每一个
主控制器能够控制多个分控制器；上位机与主控
制器相连；上位机生成控制命令并将控制命令发
送到主控制器；主控制器根据控制命令生成控制
指令，并将控制指令发送到分控制器；分控制器
根据控制指令对定日镜装置进行驱动控制与跟
踪。本发明显著减少了定日镜控制器数量，从而极
大地降低了塔式光热电站投入成本。
(51)Int.Cl.
权利要求书2页 说明书5页 附图3页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书5页 附图3页(10)申请公布号CN 103092157 A
*CN103092157A*
1.一种定日镜控制系统，其特征在于，包括定日镜装置(1)、分控制器(2)、主控制器(3)以及上位机(4)；其中，
所述的定日镜装置(1)有多个，每一个定日镜装置(1)配备有一个独立的分控制器(2)，所述的主控制器(3)至少有一个，每一个主控制器(3)能够控制多个分控制器(2)；所述的上位机(4)与所述的主控制器(3)相连；
所述的上位机(4)生成控制命令并将所述控制命令发送到所述的主控制器(3)；
所述的主控制器(3)根据控制命令生成控制指令，并将所述控制指令发送到所述的分控制器(2)；
所述的分控制器(2)根据所述控制指令对所述定日镜装置(1)进行驱动控制与跟踪。
2.根据权利要求1所述的定日镜控制系统，其特征在于，还包括用于记录定日镜的数据信息的数据库模块(5)，所述数据库模块(5)连接到所述的上位机(4)。
3.根据权利要求1或2所述的定日镜控制系统，其特征在于，所述的定日镜装置(1)包括定日镜支架(8)、定日镜镜面(6)、定日镜驱动装置(7)；其中，所述的定日镜镜面(6)以一定的倾斜角度安装在所述的定日镜支架(8)上，所述的定日镜支架(8)固定安装在地面上；在所述定日镜支架(8)上安装有所述的定日镜驱动装置(7)。
4.根据权利要求3所述的定日镜控制系统，其特征在于，所述的定日镜驱动装置(7)包括水平电机(11)、俯仰电机(13)、水平限位开关(9)、俯仰限位开关(10)、水平旋转编码器(14)和俯仰旋转编码器(15)；所述的
水平电机(11)用于驱动定日镜在水平方向转动；所述的俯仰电机(13)用于驱动定日镜在俯仰方向转动；所述的水平限位开关(9)用于定日镜水平转动的行程控制和限位保护；所述的俯仰限位开关(10)用于定日镜俯仰转动的行程控制和限位保护；所述的水平旋转编码器(14)用于测量定日镜水平转动的方向和转速；所述的俯仰旋转编码器(15)用于测量定日镜俯仰转动的方向和转速。
5.根据权利要求3所述的定日镜控制系统，其特征在于，所述的分控制器(2)包括分控单元(12)，所述分控单元(12)直接控制所述定日镜驱动装置(7)中的水平电机(11)、俯仰电机(13)、水平限位开关(9)、俯仰限位开关(10)、水平旋转编码器(14)和俯仰旋转编码器(15)，向这些装置下发命令，并接收它们的上传信号。
6.根据权利要求1或2所述的定日镜控制系统，其特征在于，所述主控制器(3)包括跟踪参数计算模块(17)、控制模块(18)、上位通信模块(19)以及定日镜通信模块(20)；其中，所述的跟踪参数计算模块(17)用于根据太阳位置的天文公式，代入当前的地理参数和位置参数，计算出所控制的定日镜装置(1)跟踪太阳所需要的水平和俯仰双轴驱动参数；所述的控制模块(18)用于根据所述跟踪参数计算模块(17)的计算结果和所述上位机(4)所发出的控制命令，为所控制的定日镜装置(1)生成控制指令，将所生成的控制指令发送到对应的分控制器(2)，由所述分控制器(2)实现对定日镜装置(1)的驱动和跟踪；所述的上位通信模块(19)用于实现所述主控制器(3)与上位机(4)之间的网络通信；所述的定日镜通信模块(20)用于实现所述主控制器(3)与多台分控制器(2)之间的串口通信。
7.根据权利要求6所述的定日镜控制系统，其特征在于，所述主控制器(3)还包括就地控制模块(16)，所述的就地控制模块(16)用于对某一台定日镜装置(1)进行手动控制。
8.根据权利要求1或2所述的定日镜控制系统，其特征在于，一个主控制器(3)控制10-20个分控制器(2)。
9.根据权利要求1或2所述的定日镜控制系统，其特征在于，所述的主控制器(3)采用DSP芯片实现。
10.根据权利要求1或2所述的定日镜控制系统，其特征在于，所述的分控制器(2)采用单片机实现。
一种定日镜控制系统
技术领域
[0001] 本发明涉及太阳能热发电领域，特别涉及一种用于塔式热发电技术的低成本的定日镜控制系统。 背景技术
[0002] 太阳能光热发电技术(英文名Concentrating Solar Power，简称CSP)利用聚光器将太阳辐射能量反射到集热器上，集热器将太阳辐射能转换成热能，并通过热力循环过程进行发电。作为太阳能大规模发电的重要方式，太阳能光热发电具有一系列明显优点。首先，其全生命周期的碳排放量非常低，根据
国外研究仅有18g/kWh。其次，该技术在现有太阳能发电技术中成本最低，更易于迅速实现大规模产业化。最后，太阳能光热发电还具有非常强的与现有火电站及电网系统的相容性优势。
[0003] 太阳能光热发电技术主要有以下四种：槽式聚光热发电、塔式聚光热发电、碟式聚光热发电和菲涅尔式聚光热发电。
[0004] 塔式光热发电技术使用多面定日镜将吸收到的太阳光集中聚焦到吸热塔上的集热器，对传热工作介质加热进而发电。相比上述其他三种光热发电技术，塔式光热发电不需要长距离管道传输系统，热能损失减小，系统效率高，同时便于储存热量。塔式的工作介质可用空气、水或水蒸气以及熔盐等。
[0005] 定日镜是塔式光热发电系统的重要组成部分，它至少包括支架、传动部分、控制部分和反射镜。为使太阳辐射能量集中于集热器的中心点，要求定日镜具备高反射率和高定日精度，并可在如沙漠、戈壁等复杂地理环境和酷热、严寒、大风等恶劣气候条件下工作。[0006] 目前，在建或已建成的大规模塔式光热电站通常采用传统的大尺寸定日镜方案，每台定日镜的镜面面积可达100平方米以上。例如，建于西班牙塞维利亚的PS20太阳能电站，发电能力为20MW，使用了1255面定日镜，每台定日镜镜面面积为120平方米。如此大尺寸的定日镜存在聚光效率较低、设计和生产工艺复杂、生产成本较高、安装和维护工作难度很大以及防风能力较差等缺点和不足，不利于降低塔式光热电站的投入成本。
[0007] 使用镜面面积为10平米左右的小尺寸定日镜能够非常明显地解决大尺寸定日镜的上述问题，显著
地降低定日镜装置成本，但小尺寸定日镜方案会使得定日镜数量10倍以上地增加，相应地，由于每台定日镜都配置一台定日镜控制器，也会同等倍数地增加定日镜控制器的数量，从而增加了定日镜控制系统的成本和复杂度，在一定程度上抵消了使用小尺寸定日镜方案带来的好处。
发明内容
[0008] 本发明的目的在于克服现有的定日镜控制系统结构复杂，成本高的缺陷，从而提供一种成本低廉，性能可靠的定日镜控制系统。
[0009] 为了实现上述目的，本发明提供了一种定日镜控制系统，包括定日镜装置1、分控制器2、主控制器3以及上位机4；其中，
[0010] 所述的定日镜装置1有多个，每一个定日镜装置1配备有一个独立的分控制器2，所述的主控制器3至少有一个，每一个主控制器3能够控制多个分控制器2；所述的上位机4与所述的主控制器3相连；
[0011] 所述的上位机4生成控制命令并将所述控制命令发送到所述的主控制器3；[0012] 所述的主控制器3根据控制命令生成控制指令，并将所述控制指令发送到所述的分控制器2；
[0013] 所述的分控制器2根据所述控制指令对所述定日镜装置1进行驱动控制与跟踪。[0014] 上述技术方案中，还包括用于记录定日镜的数据信息的数据库模块5，所述数据库模块5连接到所述的上位机4。
[0015] 上述技术方案中，所述的定日镜装置1包括定日镜支架8、定日镜镜面6、定日镜驱动装置7；其中，所述的定日镜镜面6以一定的倾斜角度安装在所述的定日镜支架8上，所述的定日镜支架8固定安装在地面上；在所述定日镜支架8上安装有所述的定日镜驱动装置7。
[0016] 上述技术方案中，所述的定日镜驱动装置7包括水平电机11、俯仰电机13、水平限位开关9、俯仰限位开关10、水平旋转编码器14和俯仰旋转编码器15；所述的水平电机11用于驱动定日镜在水平方向转动；所述的俯仰电机13用于驱动定日镜在俯仰方向转动；所述的水平限位开关9用于定日镜水平转动的行程控制和限位保护；所述的俯仰限位开关10用于定日镜俯仰转动的行程控制和限位保护；所述的水平旋转编码器14用于测量定日镜水平转动的方向和转速；所述的俯仰旋转编码器15用于测量定日镜俯仰转动的方向和转速。
[0017] 上述技术方案中，所述的分控制器2包括分控单元12，所述分控单元12直接控制所述定日镜驱动装置7中的水平电机11、俯仰电机13、水平限位开关9、俯仰限位开关10、水平旋转编码器14和俯仰旋转编码器15，向这些装置下发命令，并接收它们的上传信号。[0018] 上述技术方案中，所述主控制器3包括跟踪参数计算模块17、控制模块18、上位通信模块19以及定日镜通信模块20；其中，所述的跟踪参数计算模块17用于根据太阳位置的天文公式，代入当前的地理参数和位置参数，计算出所控制的定日镜装置1跟踪太阳所需要的水平和俯仰双轴驱动参数；所述的控制模块18用于根据所述跟踪参数计算模块17的计算结果和所述上位机4所发出的控制命令，为所控制的定日镜装置1生成控制指令，将所生成的控
制指令发送到对应的分控制器2，由所述分控制器2实现对定日镜装置1的驱动和跟踪；所述的上位通信模块19用于实现所述主控制器3与上位机4之间的网络通信；所述的定日镜通信模块20用于实现所述主控制器3与多台分控制器2之间的串口通信。[0019] 上述技术方案中，所述主控制器3还包括就地控制模块16，所述的就地控制模块16用于对某一台定日镜装置1进行手动控制。
[0020] 上述技术方案中，一个主控制器3控制10-20个分控制器2。
[0021] 上述技术方案中，所述的主控制器3采用DSP芯片实现。
[0022] 上述技术方案中，所述的分控制器2采用单片机实现。
[0023] 本发明的优点在于：
[0024] 本发明显著减少了定日镜控制器数量，从而极大地降低了塔式光热电站投入成本。
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