一種光熱電站的聚光場(chǎng)控制系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光熱電站控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種光熱電站的聚光場(chǎng)控制系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著煤、石油、天燃?xì)獾饶茉吹娜找婵萁?，市?chǎng)對(duì)清潔能源的需求量不斷增大，太陽(yáng)能光熱發(fā)電越來(lái)越受到人們的重視。目前太陽(yáng)能光熱發(fā)電主要分為塔式、槽式、菲涅爾式。其發(fā)電基本原理是利用大規(guī)模陣列平面鏡、拋物鏡面、或碟形鏡面等聚光鏡面構(gòu)成的聚光場(chǎng)來(lái)收集太陽(yáng)熱能，通過(guò)換熱裝置提供蒸汽，由汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。
[0003]聚光場(chǎng)是光熱電站的能量收集端，規(guī)模大、聚光鏡數(shù)量多、投資成本高，是其主要特點(diǎn)。據(jù)現(xiàn)有項(xiàng)目信息，聚光場(chǎng)投資占到整個(gè)電站投資的48%以上。為保證聚光場(chǎng)高效工作，需要不斷調(diào)整各個(gè)聚光鏡的角度，使得聚光鏡能把太陽(yáng)輻射能最大化反射到集熱裝置上，這就需要借助自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)聚光鏡面角度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。在聚光場(chǎng)中，聚光場(chǎng)控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)光場(chǎng)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、對(duì)各個(gè)聚光鏡的工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、對(duì)整個(gè)聚光場(chǎng)進(jìn)行工作模式設(shè)定及安全連鎖保護(hù)等控制管理。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題:
1、現(xiàn)有光熱電站聚光場(chǎng)控制系統(tǒng)通常針對(duì)鏡場(chǎng)，由于鏡場(chǎng)與吸熱器關(guān)系十分密切，將鏡場(chǎng)和吸熱器控制系統(tǒng)分開(kāi)，有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)；
2、現(xiàn)有光熱電站聚光場(chǎng)控制系統(tǒng)未形成整體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，比如定日鏡初始參數(shù)檢測(cè)、長(zhǎng)期運(yùn)行校正等獨(dú)立于控制網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)化程度低、檢測(cè)效率低；
3、現(xiàn)有控制系統(tǒng)中使用的控制器件，如大規(guī)模的使用PLC、DCS控制器，價(jià)格昂貴，且資源浪費(fèi)；
4、現(xiàn)有控制系統(tǒng)中使用的傳感器，如大規(guī)模的使用編碼器、磁條傳感器等，價(jià)格昂貴，壽命短，安裝維護(hù)困難，對(duì)環(huán)境耐受性較差；
5、現(xiàn)有控制系統(tǒng)中較多的使用集中控制方案，聚光場(chǎng)上位機(jī)運(yùn)算負(fù)荷較重；
6、現(xiàn)有控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層數(shù)較少，不利于組建大型聚光場(chǎng)控制網(wǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的聚光場(chǎng)控制系統(tǒng)存在的上述問(wèn)題，提供了一種光熱電站的聚光場(chǎng)控制系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，逐一進(jìn)行解決。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明公開(kāi)了一種光熱電站的聚光場(chǎng)控制系統(tǒng)，其具體包括聚光鏡、以及與該聚光鏡對(duì)應(yīng)的聚光鏡控制器，聚光鏡控制器連接聚光鏡的轉(zhuǎn)軸控制電機(jī)，多臺(tái)聚光鏡構(gòu)成一簇，每個(gè)簇設(shè)置一個(gè)簇控制器，多個(gè)聚光鏡簇構(gòu)成一個(gè)組，每個(gè)組設(shè)置一個(gè)組控制器，多個(gè)聚光鏡組構(gòu)成一個(gè)島，每個(gè)島設(shè)置一個(gè)島控制器；聚光場(chǎng)上位機(jī)連接多個(gè)島控制器；由各層控制器負(fù)責(zé)計(jì)算本層的公共信息，并將本層數(shù)據(jù)打包壓縮，逐層向上匯總至聚光場(chǎng)上位機(jī)。本發(fā)明提出的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用了分層網(wǎng)絡(luò)方案，各層可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，組網(wǎng)規(guī)模大，易于擴(kuò)展，聚光鏡數(shù)量規(guī)模易到達(dá)幾十萬(wàn)面，設(shè)置多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)后，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)層層整理，能有效避免數(shù)據(jù)碎片對(duì)網(wǎng)絡(luò)形成阻塞，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c實(shí)時(shí)性，在控制系統(tǒng)各個(gè)部分分層采用適用于本層的控制硬件及網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，使得整個(gè)聚光場(chǎng)控制系統(tǒng)成本有效降低；簇控制器、組控制器、島控制器使用提高了聚光場(chǎng)的自動(dòng)化水平，降低了調(diào)試和維護(hù)的工作量。其中多個(gè)可以是3個(gè)、5個(gè)、10個(gè)甚至255個(gè)等等任意選擇的多個(gè)，具體個(gè)數(shù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)通信協(xié)議的不同以及需要進(jìn)行靈活選擇，在此不進(jìn)行限定。
[0007]更進(jìn)一步地，上述系統(tǒng)還包括角度檢測(cè)傳感器，所述角度檢測(cè)傳感器設(shè)置在聚光鏡上，用于檢測(cè)聚光鏡鏡面的俯仰角，并將俯仰角信號(hào)發(fā)送給聚光鏡控制器，通過(guò)聚光鏡控制器逐層向上匯總至聚光場(chǎng)上位機(jī)。以加速度傳感器為核心的聚光鏡俯仰角度檢測(cè)傳感器的大規(guī)模使用，能有效降低控制系統(tǒng)成本，例如傳統(tǒng)的角度檢測(cè)元件絕對(duì)值編碼器成本為幾千元，而本控制系統(tǒng)的角度傳感器成本僅為幾百元。
[0008]更進(jìn)一步地，上述角度檢測(cè)傳感器中設(shè)置加熱元件，所述加熱元件在溫度低于設(shè)定閾值時(shí)閉合。在傳感器中設(shè)置加熱元件，在嚴(yán)寒冬季可通過(guò)加熱提高設(shè)備耐受性；同時(shí)易于安裝維護(hù)。
[0009]更進(jìn)一步地，上述系統(tǒng)還包括聚光鏡初始參數(shù)檢測(cè)儀，所述聚光鏡初始參數(shù)檢測(cè)儀用于在聚光鏡投入正常工作前對(duì)其方位角、機(jī)械零點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口傳至當(dāng)前檢測(cè)的聚光鏡控制器，通過(guò)聚光鏡控制器逐層向上匯總至聚光場(chǎng)上位機(jī)。大大提高了聚光場(chǎng)控制初始參數(shù)的檢測(cè)效率。
[0010]更進(jìn)一步地，上述還包括聚光鏡運(yùn)行參數(shù)校正儀，所述聚光鏡運(yùn)行參數(shù)校正儀用于在聚光鏡長(zhǎng)期運(yùn)行后對(duì)其機(jī)械角度偏差參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口傳至當(dāng)前檢測(cè)的聚光鏡控制器，通過(guò)聚光鏡控制器逐層向上匯總至聚光場(chǎng)上位機(jī)?？稍诰酃鈭?chǎng)工作期間，對(duì)聚光鏡進(jìn)行參數(shù)校正，提高了校正效率。
[0011]更進(jìn)一步地，上述還包括氣象儀，所述氣象儀用于檢測(cè)氣象，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口傳至聚光場(chǎng)上位機(jī)。不需要鋪設(shè)專用電纜到聚光場(chǎng)上位機(jī)，聯(lián)網(wǎng)方便，降低了控制系統(tǒng)成本。
[0012]更進(jìn)一步地，上述系統(tǒng)還包括云層監(jiān)測(cè)儀，所述云層監(jiān)測(cè)儀用于監(jiān)測(cè)云層，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口傳至聚光場(chǎng)上位機(jī)。能及時(shí)有效的將云層信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)內(nèi)作為聚光場(chǎng)的前饋控制信號(hào)，極大的提高了系統(tǒng)的安全性。
[0013]更進(jìn)一步地，上述系統(tǒng)還包括電站DCS，所述聚光場(chǎng)上位機(jī)與電站DCS之間采用通訊連接，聚光場(chǎng)上位機(jī)服從電站DCS的調(diào)度，所述電站DCS管理調(diào)度聚光場(chǎng)系統(tǒng)、吸熱系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、汽輪機(jī)系統(tǒng)以及發(fā)電系統(tǒng)在內(nèi)的電站系統(tǒng)。避免聚光場(chǎng)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間因?yàn)槿狈νㄓ嵟c控制調(diào)度管理而導(dǎo)致設(shè)備故障。
[0014]更進(jìn)一步地，上述簇控制器與聚光鏡控制器之間采用通訊方式連接，通訊協(xié)議為CAN、ModBus等總線協(xié)議。組控制器采用單片機(jī)或PLC，組控制器與簇控制器采用通訊方式連接；島控制器采用PLC或DCS，島控制器與組控制器采用通訊方式連接，通信介質(zhì)采用光纖；聚光場(chǎng)上位機(jī)與島控制器采用通訊方式連接，通信介質(zhì)為雙絞線、同軸電纜或光纖。根據(jù)需要靈活選擇不同的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸方式。
[0015]本發(fā)明還公開(kāi)了一種光熱電站的聚光場(chǎng)控制實(shí)現(xiàn)方法，其具體包括以下的步驟:步驟一、將多臺(tái)聚光鏡設(shè)置成一簇，每個(gè)簇設(shè)置一個(gè)簇控制器，多個(gè)聚光鏡簇設(shè)置成一個(gè)組，每個(gè)組設(shè)置一個(gè)組控制器，多個(gè)聚光鏡組設(shè)置成一個(gè)島，每個(gè)島設(shè)置一個(gè)島控制器；聚光場(chǎng)上位機(jī)連接多個(gè)島控制器；步驟二、由各層控制器負(fù)責(zé)計(jì)算本層的公共信息，并將本層數(shù)據(jù)打包壓縮，逐層向上匯總至聚光場(chǎng)上位機(jī)。
[0016]通過(guò)采用以上的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果包括:
1、本發(fā)明提出的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用了分層網(wǎng)絡(luò)方案，各層可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，組網(wǎng)規(guī)模大，易于擴(kuò)展，聚光鏡數(shù)量規(guī)模易到達(dá)幾十萬(wàn)面；
2、設(shè)置多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)后，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)層層整理，能有效避免數(shù)據(jù)碎片對(duì)網(wǎng)絡(luò)形成阻塞，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c實(shí)時(shí)性；
3、在控制系統(tǒng)各個(gè)部分分層采用適用于本層的控制硬件及網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，使得整個(gè)聚光場(chǎng)控制系統(tǒng)成本有效降低；
4、簇控制器、組控制器、島控制器的使用提高了聚光場(chǎng)的自動(dòng)化水平，降低了調(diào)試和維護(hù)的工作量；
5、以加速度傳感器為核心的聚光鏡俯仰角度檢測(cè)傳感器的大規(guī)模使用，能有效降低控制系統(tǒng)成本，例如傳統(tǒng)的角度檢測(cè)元件絕對(duì)值編碼器成本為幾千元，而本控制系統(tǒng)的角度傳感器成本僅為幾百元；同時(shí)在傳感器中含有加熱元件，在嚴(yán)寒冬季可通過(guò)加熱提高設(shè)備耐受性；同時(shí)易于安裝維護(hù)；
6、本發(fā)明采用了聚光鏡初始參數(shù)標(biāo)定儀，大大提高了聚光場(chǎng)控制初始參數(shù)的檢測(cè)效率;
7、本發(fā)明采用了聚光鏡運(yùn)行參數(shù)校正儀，可在聚光場(chǎng)工作期間，對(duì)聚光鏡進(jìn)行參數(shù)校正，提尚了fe正效率；
8、本發(fā)明采用了云層監(jiān)測(cè)儀監(jiān)視電站上空云層信息，能及時(shí)有效的將云層信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)內(nèi)作為聚光場(chǎng)的前饋控制信號(hào)，極大的提高了系統(tǒng)的安全性；
9、氣象儀、云層監(jiān)測(cè)儀、聚光鏡初始參數(shù)檢測(cè)儀、聚光鏡運(yùn)行參數(shù)校正儀通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就近接入控制系統(tǒng)，不需要鋪設(shè)專用電纜到聚光場(chǎng)上位機(jī)，聯(lián)網(wǎng)方便，降低了控制系統(tǒng)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的光熱電站的聚光場(chǎng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為電站DCS(分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫(xiě)(Distributed Control System)，在自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng))，2為聚光場(chǎng)上位機(jī)，3為島控制器，4為組控制器，5為簇控制器，6為聚光鏡控制器，7為聚光鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0019]隨著光熱發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展和電站容量增加，聚光場(chǎng)中聚光鏡規(guī)模逐漸擴(kuò)大，一個(gè)聚光鏡場(chǎng)的聚光鏡數(shù)量可以達(dá)到數(shù)萬(wàn)面甚至幾十萬(wàn)面，例如，在美國(guó)的新月沙丘塔式電站中，用到了 10347面聚光鏡，在美國(guó)的伊萬(wàn)帕塔式電站中，聚光鏡數(shù)量高達(dá)175000面。對(duì)于每臺(tái)聚光鏡而言，在不同時(shí)刻都有著獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)軌跡與參數(shù)，需要一個(gè)“大腦”進(jìn)行控制；同時(shí)每臺(tái)聚光鏡的通信數(shù)據(jù)約為幾十個(gè)字節(jié)，通信數(shù)據(jù)量小，這些數(shù)據(jù)需要時(shí)刻上傳至聚光鏡場(chǎng)上位機(jī)，因此導(dǎo)致聚光鏡場(chǎng)通訊接入點(diǎn)數(shù)量大，數(shù)據(jù)碎片多。如果給每臺(tái)聚光鏡配備一臺(tái)獨(dú)立的高性能控制器，這將使得聚光場(chǎng)成本急劇上升。
[0020]針對(duì)此，本發(fā)明提出了一種分層結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，由各層控制器負(fù)責(zé)計(jì)算本層的公共信息，并將本層數(shù)據(jù)打包壓縮，逐層向上匯總至聚光場(chǎng)上位機(jī)。
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