太陽能熱發(fā)電聚光系統(tǒng)的建模與控制策略研究

【摘要】：隨著國際油價(jià)不斷攀升和全球氣候不斷惡化,太陽能的開發(fā)和利用受到越來越多的關(guān)注和重視,新出臺(tái)的國家“十二五”規(guī)劃明確指出：太陽能熱發(fā)電將成為國家未來五年大力扶持與推廣的能源工程。塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)具有較高的聚焦溫度與集熱效率,是所有大規(guī)模熱發(fā)電技術(shù)中成本最低的一種方式。我國在這方面起步較晚,尚有很多關(guān)鍵問題亟待解決。本文對太陽運(yùn)動(dòng)規(guī)律、定日鏡聚光跟蹤控制、定日鏡光斑參照系統(tǒng)、定日鏡場優(yōu)化控制等方面進(jìn)行了研究,探索塔式太陽能聚光建模、控制及優(yōu)化技術(shù)。具體內(nèi)容如下： (1)太陽運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究 根據(jù)太陽運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),研究太陽運(yùn)動(dòng)模型,模擬了太陽運(yùn)動(dòng)軌跡在一天內(nèi)的變化情況,總結(jié)太陽角度在一天內(nèi)的變化規(guī)律。 (2)定日鏡聚光跟蹤模型建立與控制策略研究 建立了定日鏡高度角、方位角全跟蹤系統(tǒng)的幾何模型,完成了定日鏡聚光控制策略,仿真了一天內(nèi)定日鏡高度角、方位角的變化軌跡,分析定日鏡角度變化規(guī)律。 (3)定日鏡光斑參照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與定日鏡的參數(shù)估計(jì) 針對定日鏡開環(huán)控制的不足,基于光斑成像原理,建立光斑參照系統(tǒng)BCS (Beam Characterization System),提高了聚光系統(tǒng)的可靠性與精確性,并提出了一種基于非線性最小二乘法來實(shí)現(xiàn)參數(shù)估計(jì)的方法,建立定日鏡的聚光追日模型。 (4)大規(guī)模定日鏡場優(yōu)化控制策略的研究 研究了不同時(shí)間、不同位置對定日鏡反射光斑飄移軌跡的影響,總結(jié)光斑飄移規(guī)律,研究大規(guī)模定日鏡場中定日鏡控制周期的變化規(guī)律,設(shè)計(jì)定日鏡場優(yōu)化布局圖,提出了大規(guī)模定日鏡場優(yōu)化控制策略。 本文提出了塔式太陽能熱發(fā)電站中定日鏡的聚光追日模型、聚光控制策略、光斑參照系統(tǒng)及大規(guī)模定日鏡場優(yōu)化控制策略,仿真結(jié)果驗(yàn)證了上述研究正確合理、切實(shí)可行,為提高定日鏡的跟蹤精度及太陽能集熱效率,實(shí)現(xiàn)塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：塔式太陽能熱發(fā)電 定日鏡 聚光跟蹤 控制周期 優(yōu)化控制
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目錄5-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 研究背景8-9
• 1.1.1 能源現(xiàn)狀8
• 1.1.2 我國太陽能輻射資源現(xiàn)狀8-9
• 1.2 太陽能熱發(fā)電技術(shù)概述9
• 1.3 太陽能熱發(fā)電的主要方式9-12
• 1.3.1 塔式太陽能熱發(fā)電9-10
• 1.3.2 槽式太陽能熱發(fā)電10-11
• 1.3.3 碟式太陽能熱發(fā)電11-12
• 1.4 國內(nèi)外塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4.1 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu)14-15
• 1.6 本章小結(jié)15-16
• 第2章 太陽運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究16-27
• 2.1 太陽與地球的相對運(yùn)動(dòng)16-17
• 2.2 太陽位置定義及相關(guān)角度計(jì)算17-23
• 2.2.1 坐標(biāo)系的選取17-20
• 2.2.2 相關(guān)角度計(jì)算20-23
• 2.3 太陽位置計(jì)算及軟件實(shí)現(xiàn)23-24
• 2.4 太陽運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究24-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 聚光系統(tǒng)的建模與控制研究27-39
• 3.1 定日鏡的主要跟蹤方式27-28
• 3.1.1 視日軌跡跟蹤法27-28
• 3.1.2 光電傳感器跟蹤法28
• 3.1.3 視日軌跡與光電傳感器相結(jié)合的方法28
• 3.2 定日鏡聚光策略28-38
• 3.2.1 反射原理及旋轉(zhuǎn)矩陣原理29-31
• 3.2.2 定日鏡的角度定義31
• 3.2.3 定日鏡的聚光模型建立31-35
• 3.2.4 定日鏡追日仿真實(shí)驗(yàn)及分析35-38
• 3.3 本章小結(jié)38-39
• 第4章 基于光斑成像原理的定日鏡精確追日控制的研究39-51
• 4.1 BCS系統(tǒng)的建立39-41
• 4.2 基于非線性最小二乘法的定日鏡聚光模型41-44
• 4.2.1 系統(tǒng)辨識(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)41-43
• 4.2.2 模型的數(shù)據(jù)擬合及參數(shù)估計(jì)43-44
• 4.3 定日鏡光斑圖像處理算法44-48
• 4.3.1 數(shù)字圖像處理技術(shù)44-46
• 4.3.2 光斑圖像處理的算法設(shè)計(jì)46-47
• 4.3.3 仿真測試47-48
• 4.4 系統(tǒng)仿真測試48-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 第5章 定日鏡場的優(yōu)化控制策略51-61
• 5.1 引言51
• 5.2 控制周期對反射光斑特性影響的研究51-56
• 5.2.1 不同時(shí)刻,定日鏡反射光斑飄移特性研究52-54
• 5.2.2 不同位置,定日鏡反射光斑飄移特性研究54-56
• 5.3 全鏡場定日鏡優(yōu)化控制周期研究56-59
• 5.4 定日鏡場性能比較59-60
• 5.5 本章小結(jié)60-61
• 第6章 總結(jié)與展望61-63
• 6.1 本文總結(jié)61-62
• 6.2 研究展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果67-68
• 致謝68

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