碟式斯特林太阳能光热发电装置中的光追踪控制系统研究

发布时间：2017-06-13 23:08

  本文关键词：碟式斯特林太阳能光热发电装置中的光追踪控制系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当前中国环境污染问题日益严重,火力发电带来的酸雨、雾霾等污染问题正日益受到民众的关注。因此,太阳能作为清洁能源的典型代表有着广阔的应用前景,目前我国太阳能发电领域以太阳能光伏发电技术和太阳能光热发电技术为主。自动光追踪控制系统作为光热发电装置的重要组成部分,其稳定性、追踪精度均直接影响着光热发电装置的日照利用率,进而影响发电效率和运行成本。论文以应用于25kW碟式斯特林光热发电装置的光追踪控制系统为主要研究对象,进行了深入的理论分析,开展了系统软硬件设计工作,并将该光追踪控制系统应用于25kW碟式斯特林光热发电装置上进行了实验测试分析,验证了设计的可行性。论文主要研究工作包括:(1)分析了光追踪控制系统在国内外光热发电装置中的研究现状与发展趋势,论述了光追踪控制系统研究的重要意义,针对当前国内在光热发电领域光追踪控制系统设计中存在的问题,提出了本论文的研究目标与研究内容;(2)对两种常用的光追踪控制策略即视日追踪和闭环追踪进行详细的理论分析,结合实际应用,最终确定了将视日追踪和闭环追踪两种追踪策略结合起来的混合追踪模式;(3)基于实际应用需求,提出了以基于Jean Meeus天文算法的视日追踪控制为主,结合闭环反馈信号修正误差的主体控制算法,并设计了相应的上位机控制软件。针对系统运行过程中可能出现的不稳定、响应速度慢等问题,在两种追踪模式的控制算法设计中均结合了自适应PI控制算法;(4)提出了系统硬件测试平台的整体设计方案。结合系统软件,详细地介绍了各硬件模块在系统整体控制流程中的功能及设计思路;(5)完成了基于硬件测试平台的系统调试与仿真,并在秦皇岛北戴河光热发电研究基地,将系统应用于大型碟式斯特林光热发电设备,开展了实地运行测试。论文通过将系统的测试结果与国外同类先进设备进行对比,结果表明:本论文所设计的光追踪控制系统可以成功应用于25kW碟式斯特林光热发电装置,并能够有效地实现对太阳光的定位和追踪,运行效果稳定可靠,稳定工作时的追踪精度在0.5°左右,满足应用需求,具有较高的实际工程应用价值。
【关键词】：太阳能 碟式光热发电 光追踪控制系统 视日追踪 闭环追踪
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TM615
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-22
• 1.1 课题研究背景及意义8-14
• 1.1.1 中国能源现状及发展趋势8-9
• 1.1.2 太阳能发电现状9-10
• 1.1.3 太阳能光热发电系统10-13
• 1.1.4 光追踪控制系统13-14
• 1.2 国内外光追踪控制系统的研究现状14-18
• 1.2.1 国内光追踪控制系统的研究现状14-16
• 1.2.2 国外光追踪控制系统的研究现状16-18
• 1.3 论文研究目的及主要研究内容18-20
• 1.3.1 研究目的及技术路线18-19
• 1.3.2 论文主要研究内容19-20
• 1.4 本章小结20-22
• 2 光追踪控制方法研究及系统总体设计22-34
• 2.1 开环光追踪控制模式22-27
• 2.1.1 天文规律及太阳方位确定的基本原理22-27
• 2.1.2 高精度太阳方位算法介绍27
• 2.2 闭环光追踪控制模式27-32
• 2.3 光追踪系统控制策略制定及总体架构设计32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 3 光追踪控制系统的算法设计34-48
• 3.1 光追踪控制系统的主体控制算法设计34-35
• 3.2 视日追踪算法设计35-39
• 3.3 闭环光追踪控制算法设计39-43
• 3.4 系统整体电路硬件控制方法设计43-46
• 3.5 本章小结46-48
• 4 硬件测试平台的设计与实现48-58
• 4.1 硬件测试平台的主体架构设计48-49
• 4.2 中心控制器模块的设计与实现49-50
• 4.3 运动控制模块的设计与实现50-53
• 4.4 传感器模块的设计与实现53-57
• 4.4.1 GPS模块53-54
• 4.4.2 日照强度传感器模块54-55
• 4.4.3 风速雨量传感器模块55-56
• 4.4.4 热电偶传感器模块56
• 4.4.5 RTC模块56-57
• 4.5 人机交互模块的设计与实现57
• 4.6 本章小结57-58
• 5 光追踪控制系统的现场测试58-74
• 5.1 基于硬件测试平台的光追踪控制系统测试实验58-59
• 5.2 基于碟式斯特林大型热发电设备的控制系统现场测试实验59-72
• 5.2.1 实验条件59-65
• 5.2.2 实验过程65-69
• 5.2.3 实验数据分析69-72
• 5.3 本章小结72-74
• 6 总结与展望74-76
• 6.1 论文工作总结74-75
• 6.2 后续研究工作展望75-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-82
• 附录82-84
• A 作者在攻读学位期间的主要研究成果82-83
• B 太阳轨迹曲线83-84
• C 发动机功率曲线84

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本文编号：447848