郑飞[1]2003年在《碟式太阳能热发电跟踪机构电路优化设计和实现》文中研究指明为找到一种价格低廉、跟踪精度高的太阳跟踪方法，本论文研究解决了用单片机实现聚光器太阳跟踪的问题。论文首先分析了聚光器太阳跟踪的特点。在综合考虑聚光器太阳跟踪特点的基础上，提出了利用单片机实现跟踪的策略，设计了相应的控制系统，并对其进行了仿真研究。根据控制系统的要求，课题选用了80C196KC单片机作为核心部件，根据单片机的特点和所需实现的功能，着重完成了单片机的外围硬件电路设计和相应的软件设计。论文详细介绍了硬件电路所需完成的功能，并对应介绍了电路设计。文中还详细介绍了软件设计的思想。论文完成了目标试验板的制作、软件编程和调试工作，并利用仿真器的逻辑分析功能分析了系统的运行参数和输出波形。分析和设计的结果表明，单片机可以满足太阳跟踪控制的要求。目标试验板的逻辑分析结果表明，单片机的输出与预期结果相同。
李斌[2]2013年在《碟式斯特林太阳能热发电系统中跟踪系统的研究》文中研究指明随着常规化石燃料（如石油、天然气、煤炭等）的不断开采与消耗，世界的能源形势日益严峻，而且使用这些化石燃料对我们的生存环境也造成了较大的破坏，所以开发绿色新能源就成为国际社会面临的巨大挑战。由于太阳能是一种清洁绿色能源，所以太阳能的使用可以有效减轻资源匮乏与环境污染的双重压力。而太阳能热发电技术的诞生，为人类利用太阳能奠定了较好的发展前景；目前太阳能热发电技术的发电效率仍然较低，因而提高其发电效率一直是国际研究领域的重要课题。为了提高太阳能热发电系统的发电效率，聚光器跟踪控制系统的研究必不可少。使用太阳跟踪系统可以有效增大发电系统聚光器的太阳辐射接受率，使发电机可以接收更多能量，因而极大提高了发电系统的发电效率。针对该研究需求，本论文对碟式斯特林太阳能热发电系统的跟踪系统进行了研究与设计。首先，本文对两种常用的太阳跟踪策略进行了研究，即闭环跟踪方式和开环跟踪方式。通过将两种跟踪策略的跟踪性能比较后，本论文决定采用两种跟踪方式相结合的混合跟踪方式。该跟踪方式不但克服了其他两种跟踪方法的缺点，而且可以较大提升跟踪系统的可靠性。其次，对太阳能热发电系统的发电原理以及聚光器聚光比计算进行了比较详细的理论研究。最后，论文从硬件部分和软件部分，对太阳自动跟踪系统进行了研究与设计。针对以往使用8位单片机为主控芯片的跟踪系统存在的一些问题，如响应慢、稳定性低等缺点，本文采用了STM32微处理器作为跟踪系统的主控芯片。该微处理器具有强大的处理功能，而且该芯片具有响应速度快、稳定性高、功耗低等特点。文中对跟踪系统的硬件与软件设计进行了详细介绍，其中硬件部分包括具有高精确性能的阳光传感器改进，可以显示跟踪状态参数的显示电路设计，以及可以实现较高机械转动精度的步进电机驱动电路设计。软件部分则以硬件部分为基础进行相应的设计，软件与硬件的合理搭配才能实现整个跟踪系统的正常运行。软件部分的设计介绍以软件流程图和主要驱动程序的形式进行说明。本文对碟式斯特林太阳能热发电技术进行了系统理论的研究，并且着重对它的自动跟踪系统做了细致的研究。本文论述的自动跟踪系统不但跟踪精度可达0.1°，而且可以适用于多种天气条件下的跟踪工作，有效提高了跟踪系统的工作效率和可靠性。
彭长清[3]2013年在《高精度碟式太阳能聚光器跟踪控制研究》文中认为精确的跟踪控制可大幅度提高太阳能聚光器的热接收率，进而提高太阳能发电系统的发电效率。聚光器跟踪控制系统的研究对碟式太阳能热发电系统高效、可靠、稳定工作有着至关重要的影响。本文围绕25KW碟式太阳能聚光器跟踪控制系统进行了深入的分析与设计研究。为了确保25KW碟式太阳能聚光器跟踪控制系统的跟踪精度，论文系统研究并确定采用以开环视日跟踪为主，结合闭环传感器跟踪进行误差补偿的混合跟踪控制方法；并通过对比多种太阳位置算法，确定在视日跟踪里采用跟踪精度能够达到0.0003°的SPA太阳位置算法。基于系统现有硬件结构，对系统进行了软件设计，主要包括系统主程序设计、初始化模块、太阳位置算法分析、手动和自动给定太阳位置值模块、运动执行模块以及上位机监控界面设计等。同时，论文基于软硬件设计对系统进行了实验室调试和现场调试。通过对系统的调试和现场测试数据的分析可知，虽然碟式太阳能热发电机械装置在聚光器跟踪控制系统的控制下能够基本实现对太阳位置的定位与跟踪，但精度、速度和稳定性等综合性能还需要进一步提高。针对聚光器跟踪控制系统跟踪精度不够高，在工作过程中可能出现响应速度慢、稳定性能不好、抗干扰能力差等缺点，论文利用自适应模糊PID控制算法对传感器跟踪进行偏差校正微调，并在SIMULINK环境下对聚光器跟踪控制系统自适应模糊PID控制器的动态响应特性进行了仿真分析。结果证明：系统的跟踪精度、响应速度、稳定性能、抗干扰能力等都得到了有效提高，为在实际应用中进一步提高系统的精度、速度和稳定性等提供了理论依据，同时突出了智能控制方法在碟式太阳能聚光器跟踪控制系统中的优势和使用价值。
周金生[4]2014年在《太阳能双轴跟踪碟式热发电控制系统的研究》文中提出能源是国民经济的命脉，与人民生活和人类的生存环境休戚相关，在社会可持续发展中起着举足轻重的作用。人类当前使用的能源主要来自煤炭、石油等多年储藏在地下的石化能源，按照目前的开发力度，几十年或许一百多年后，地球所储存的这些能源就将枯竭。因此，开发可再生能源已经成为当务之急。在可再生能源中，太阳能的热利用起着举足轻重的作用。其中，太阳能热发电还处于起步阶段，具有较大的发展潜力。本课题研究的碟式太阳能热发电系统，其相对于塔式和槽式两种热发电方式，有较高的光热转换效率。本文重点研究了碟式太阳能热发电系统的两个重要组成部分—双轴跟踪控制系统和气动发动机。首先，本文设计了基于TMS320F2812DSP为控制核心的太阳能热发电双轴跟踪控制系统。确定了太阳的运行规律，根据理论公式、当地的经纬度、当天的时间，计算出太阳的理论高度角和方位角，以此分析控制原理并确定采用混合跟踪方法。一级跟踪为视日运动轨迹跟踪，根据太阳运行的一般规律通过编码器反馈进行高度角和方位角的初始调节；二级跟踪为光电传感器校正跟踪，根据光敏传感器的电压偏差进行现场调节。其次，碟式太阳能热发电系统中的斯特林发动机的技术难度较大、成本较高，本课题采用气动发动机进行替代。因此对气动发动机的基本原理、工作循环以及输出功率进行了分析，为进一步研究气动发动机进行理论分析。然后，对跟踪系统进行了实验室模拟，以云台为基本架构，对两相电机特点及磁场进行了理论分析，对所用的变压器、变频器等器件进行了选型，控制器采用TMS320F2812DSP，完成了相应的外围电路设计，搭建了实验平台；软件设计方面，DSP为下位机，对其进行了总体跟踪策略的软件设计，并用上位机PC进行串行通信，通过LabVIEW完成对时间、高度角、方位角、传感器信号等信息的实时监控，最后进行了简单的调试试验。双轴跟踪系统的模拟实验平台的搭建和测试说明了本文设计的控制方案的可行性和有效性；对气动发动机的理论分析也为进一步研究气动发动机控制系统和相应的发电系统提供可靠的理论依据。两部分内容的研究和设计对进一步深入研究碟式太阳能热发电系统提供了参考。
刘巍, 王宗超[5]2009年在《碟式太阳能热发电系统》文中研究说明在研究了碟式太阳能热动力发电系统的发展状况、研究动态及应用前景的基础上,对碟式太阳能热动力发电系统进行了设计和分析.由于碟式太阳能热发电系统中太阳跟踪装置是一个重要的组成部分,设计了光电跟踪和视日运动轨迹跟踪相结合的跟踪方式.在跟踪策略上,晴天采用光电跟踪,阴天采用视日运动轨迹跟踪,实现了全方位、高度角、全天候的自动跟踪.试验结果表明,在各种天气状况下,跟踪器能够稳定工作,取得了满意的效果.通过对碟式太阳能热发电系统的分析和设计,提出了一种合理的、高效的太阳能利用方式.
尹丹[6]2012年在《槽式太阳能热发电装置跟踪控制系统研究》文中研究表明太阳跟踪装置是提高太阳能发电系统光能利用效率的主要方法，在太阳能发电中受到了广泛的应用。槽式太阳能跟踪系统的设计关键在于适应太阳光线变化的缓慢性、间歇性及环境天气的变化，做到跟踪的精确性与及时性。此外大型槽式太阳能发电厂要求能够对太阳聚光器单元的工作状态实时掌握。本文在分析国内外有关太阳能跟踪技术研究成果的基础上，采用光照传感器与时钟计算组合的方法得出太阳角度，并将间歇式的跟踪方法应用到系统跟踪程序的设计中，设计了基于PIC单片机的槽式太阳能跟踪控制系统，达到太阳跟踪系统的设计要求。受地球公转自转的影响，太阳运动规律表现为赤纬角与时角的变化。课题设计了跟踪太阳时角方向变化的槽式太阳能跟踪控制系统，通过光照传感器与时钟计算太阳位置结合的方法得出太阳位置，由控制器计算给出控制信号驱动伺服电机工作，经过机械液压系统驱动太阳聚光器跟踪太阳，并利用角位移传感器信号反馈形成闭环控制，有效地提高了跟踪系统的精确性与及时性，保证了槽式太阳能聚光器的集光效率。研究了槽式太阳跟踪系统结构，在MATLAB中建立了系统模型，仿真选取了数字PID控制参数。导出了基于时钟计算的太阳跟踪角的计算通式，提出了间歇性跟踪控制的方式与软件程序。利用MPLAB IDE单片机软件开发工具与PROTEL电子电路开发工具，设计了以PIC单片机为核心的控制器，实现了光照传感器与角位移传感器信号的采集、太阳角度计算、控制信号输出及与上位机的CAN总线数据通信。课题在四川省科技厅科技支撑计划项目（立项编号：2011GZ0216）的支持下，完成了槽式太阳能跟踪控制系统的仿真，完成了单片机系统的软硬件开发，制作了控制电路板，以及单片机系统与上位机的数据通信，完成了系统样机的开发制作。通过测试，分析了所设计槽式太阳能跟踪系统的性能，验证了系统的可行性。
邵磊[7]2014年在《碟式太阳能自动跟踪系统传动机构误差研究》文中研究说明太阳能集热发电是新能源利用的一种主要形式,其中碟式太阳能集热发电效率高、开发潜力大。碟式太阳能集热发电是点聚焦集热发电设备,其在工作时需要与设置配套的碟式太阳能自动跟踪系统来辅助完成太阳位置跟踪工作。碟式太阳能自动跟踪系统的跟踪精度会直接影响设备的发电效率,深入开展碟式太阳能自动跟踪系统精度方面的研究,具有重要意义。首先,由碟式太阳能自动跟踪系统出发,具体分析了引起误差的各种因素,包括控制系统误差、传动机构误差、其它部分误差等。由于碟式太阳能自动跟踪系统传动机构误差会随着传动类型的变化而变化,具有较强的研究可行性以及较大的优化空间,因此,文章以碟式太阳能自动跟踪系统传动机构为研究对象,进行深入研究。其次,在已有的1kW碟式太阳能自动跟踪系统工作平台的基础上,研究设备跟踪精度不高的原因,选择跟踪精度尽可能高的传动机构与其匹配。并根据传动机构特性推导高度角以及方位角方向的驱动方程,建立传动机构叁维模型。文章中高度角拟使用丝杠螺母传动机构,方位角拟使用双蜗杆单蜗轮传动机构。最后,利用ADAMS软件强大的仿真分析能力,对建立的碟式太阳能自动跟踪系统传动机构叁维模型进行运动学仿真和动力学仿真,并输出仿真数据；再依据仿真过程中得到的力学数据,使用ANSYS软件对传动机构进行结构力学分析及模态分析。综合两种软件的分析结果,得到所研究碟式太阳能自动跟踪系统传动机构的误差。研究结果显示,该碟式太阳能自动跟踪系统传动机构的跟踪轨迹与太阳运行轨迹趋势相符,传动机构主驱动件运行稳定,满足设备工作要求；同时,该传动机构由运动学产生的误差为±0.0030°,由结构力学产生的误差为±0.0060°,故传动机构总体跟踪误差约为±0.0090°；由结构力学仿真结果可知,零部件受力形变量远小于材料许用形变量,传动机构安全可靠。总而言之,丝杠螺母传动机构与蜗轮蜗杆传动机构既可以自锁,又具有较高的传动精度。该研究为提高碟式太阳能自动跟踪系统传动机构的精度奠定了一定的理论基础,同时,提出了碟式太阳能自动跟踪系统精度研究方面的不足,为后续研究提供了方向。特别是风载对于碟式太阳能自动跟踪系统精度的影响,此项研究虽有一定的困难,但意义十分重大。
左笑尘[8]2014年在《基于日光定向反射原理的定日镜系统的研制》文中指出太阳能作为可再生能源以及清洁能源,其开发应用越来越受到人类的重视,但是现今对太阳能的利用仍存在一些问题:如何提高太阳能利用效率,如何降低太阳能发电成本,如何降低太阳能系统自身功耗。本文旨在研究出一种低成本,低功耗的定日镜系统,用以辅助光伏系统、光热系统等提高太阳能利用效率,降低成本。本课题提出了一种新型的跟踪思想-日光定向反射原理,依据此原理设计了一种新型的定日镜系统,围绕该系统,本文开展了以下工作:(1)开展了太阳能定日镜技术的需求分析,通过对叁种主要太阳能利用技术(太阳能供暖系统、太阳能光伏发电系统、太阳能光热发电系统)的调研和分析,阐述了定日镜技术对提高太阳能利用效率、控制成本的重要作用。(2)介绍了日光定向反射原理;并依据此跟踪原理分别从跟踪、光路、控制叁个方面对定日镜系统进行了相关参数的需求分析,设计了定日镜系统的初步结构模型;依据此结构的力学仿真分析与模态分析结果以及光斑模拟情况最终完成了系统的优化设计。(3)根据优化后的结构设计模型,对系统各部分器件和实现方案进行了选择,研制出了一套包含跟踪系统、光路系统和控制系统的定日镜系统。(4)设计并研制了一套适用于室内实验的性能测试系统,对定日镜系统的跟踪特性进行了简单的功能验证,对其抖动性进行了简单的测试说明。(5)设计并研制了一套适用于外场实验的性能测试系统,对定日镜系统性能开展了以下几方面的测试并完成了测试结果的分析:①阈值对系统性能影响的测试;②休息时间对系统性能影响的测试;③光斑影响因素的测试;④系统耗能情况的测试。
刘贤群[9]2012年在《碟式太阳能热发电装置跟踪控制系统设计与研究》文中研究表明太阳能热发电装置跟踪控制系统是太阳能热发电系统的重要组成部分，良好的跟踪控制性能是保证太阳能发电效率的关键之一。本文以25KW碟式太阳能跟踪控制系统为研究对象开展相关理论研究并进行实际系统设计。主要研究内容及结论如下：首先分析了25KW碟式太阳能发电装置整体结构，探讨了方位角和高度角两个传动系统的载荷特性。为了分析太阳能跟踪系统动力学与控制特性，建立了包括驱动电机电磁转矩方程、机电运动方程以及传动轴动力学方程在内的机电耦合动力学模型，同时构建了以叁相异步电动机转子磁场定向矢量控制为基础，采用电流反馈、速度反馈、位置反馈叁闭环控制模型。在此基础上，在SIMULINK环境下建立了系统数值仿真模型并进行了较为详细的系统响应特性和控制特性分析。然后，对国内外太阳能跟踪装置设计模式进行了对比研究，选取可编程逻辑控制器PLC（型号：FX3U-48MT-ES-A）作为基本控制核心并设计了系统相关控制电路,包括电源模块、信号检测模块、显示模块和跟踪控制模块等。最后，结合硬件电路设计，编写了相关控制程序并进行实验研究。结果表明，设计的显示模块、自动跟踪、手动跟踪以及过载报警等模块能够良好地工作，满足跟踪控制要求，证明了本方案的可行性与有效性。
丁婷婷[10]2013年在《塔式太阳能热发电镜场的优化与仿真研究》文中研究说明随着国际油价不断攀升和全球气候不断恶化,太阳能的开发和利用受到越来越多的关注和重视,太阳能热发电是大规模开发利用太阳能的一个重要途径。在大规模太阳能热发电站中,塔式聚光发电有其它聚光发电不可比拟的优点,因此塔式太阳能热发电形式是利用太阳能实现大容量并网发电的首选。而我国在这方面起步比较晚,尚处于研发和示范阶段,成本太高始终是制约中国塔式太阳能发展的首要问题。本文从聚光镜场布置、聚光镜场光能量调度、土地利用率叁个方面,对塔式太阳能热发电系统聚光镜场进行了研究、分析和探索,具体工作如下：(1)太阳运动规律的研究根据太阳运动的特点,分别建立了地平坐标系和矢量坐标系下太阳的运动模型,仿真计算了太阳轨迹在一天内的变化情况,并总结太阳高度角和方位角在一天内的变化规律。(2)聚光镜场的设计与余弦效率分布的理论分析基于放射状栅格法,设计了放射状交错排列的圆形聚光镜场。通过建立余弦效率计算模型,分别对太阳入射角和余弦效率进行了仿真计算,总结太阳入射角在一天内的变化趋势,得到最佳和最低余弦效率分布区域。进一步研究了接收塔的高度对平均余弦效率的影响。(3)聚光镜场的调度优化研究结合定日镜的反射率、余弦效率和大气透射率等因素,建立聚光镜场调度的数学模型,并将该调度模型转换为0-1背包问题进行描述。针对该问题,采用贪婪算法、以及将此算法分别与微粒群算法和遗传算法相结合进行求解,得到各时刻系统最佳时,需投入运行的定日镜数量和分布,并提出了分时段调度策略。(4)新型定日镜的最大土地利用率研究通过考虑相邻定日镜之间的机械碰撞以及聚光镜场中的遮挡损失,建立了不同形状定日镜的土地利用率模型,并从计算结果中得出不同形状定日镜分别在不考虑与考虑遮挡损失两种情况下所获得的最大土地利用率,以及满足最大土地利用率的定日镜尺寸。本文提出了优化塔式太阳能热发电系统中聚光镜场的方法,为降低系统发电成本,提高系统聚光效率,实现塔式太阳能热发电技术提供理论依据。
参考文献：
[1]. 碟式太阳能热发电跟踪机构电路优化设计和实现[D]. 郑飞. 中国科学院研究生院（电工研究所）. 2003
[2]. 碟式斯特林太阳能热发电系统中跟踪系统的研究[D]. 李斌. 陕西科技大学. 2013
[3]. 高精度碟式太阳能聚光器跟踪控制研究[D]. 彭长清. 湖南科技大学. 2013
[4]. 太阳能双轴跟踪碟式热发电控制系统的研究[D]. 周金生. 内蒙古科技大学. 2014
[5]. 碟式太阳能热发电系统[J]. 刘巍, 王宗超. 重庆工学院学报(自然科学版). 2009
[6]. 槽式太阳能热发电装置跟踪控制系统研究[D]. 尹丹. 哈尔滨工业大学. 2012
[7]. 碟式太阳能自动跟踪系统传动机构误差研究[D]. 邵磊. 兰州理工大学. 2014
[8]. 基于日光定向反射原理的定日镜系统的研制[D]. 左笑尘. 电子科技大学. 2014
[9]. 碟式太阳能热发电装置跟踪控制系统设计与研究[D]. 刘贤群. 湖南科技大学. 2012
[10]. 塔式太阳能热发电镜场的优化与仿真研究[D]. 丁婷婷. 南京师范大学. 2013
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