本發(fā)明屬于塔式太陽能熱發(fā)電
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種塔式太陽能熱發(fā)電追日分析系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有商業(yè)化運行塔式太陽能熱發(fā)電電站主要集中于西方發(fā)達國家，國內(nèi)尚無商業(yè)化光熱電站運行，也沒有系統(tǒng)的太陽軌跡和定日鏡姿態(tài)分析方法公開發(fā)表。在部分參考文獻中雖可見通過已有過去的實驗數(shù)據(jù)擬合推演未來的定日鏡姿態(tài)數(shù)據(jù)的方法，但每年每月每日每分每秒時刻定日鏡姿態(tài)都不盡相同；另有通過采用視覺伺服的閉環(huán)控制方法雖在部分文獻中提及，但具體實施步驟并未細化明確?，F(xiàn)有方法中，通過已有實驗數(shù)據(jù)擬合推演未來的定日鏡姿態(tài)數(shù)據(jù)的方法需要海量實驗數(shù)據(jù)作為依托，并且鏡場中成百上千臺定日鏡的姿態(tài)數(shù)據(jù)都互不相同，這樣帶來的工作量過于巨大。另外采用視覺伺服的閉環(huán)控制方法工程實現(xiàn)時所需軟硬件設(shè)備較多，這樣會大大增加定日鏡場建設(shè)成本，系統(tǒng)維護成本也相應(yīng)遞增，而采用本發(fā)明軟件能精確到某年某月某日某分某秒時刻的太陽軌跡和定日鏡姿態(tài)數(shù)據(jù)。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種塔式太陽能熱發(fā)電追日分析系統(tǒng)。一種塔式太陽能熱發(fā)電追日分析系統(tǒng)，包括太陽光線軌跡分析子模塊和定日鏡姿態(tài)分析子模塊，太陽光線軌跡分析子模塊包括如下步驟：根據(jù)具體日期計算儒略日、儒略歷書日、儒略世紀(jì)、儒略歷書世紀(jì)；計算日心坐標(biāo)地球經(jīng)度、緯度和半徑矢量；計算地心坐標(biāo)地球經(jīng)度和緯度；計算經(jīng)度和傾斜角章動；計算黃道實際傾斜角；計算校正偏差；計算太陽經(jīng)度；計算給定格林尼治時間平均恒星時；計算太陽赤經(jīng)；計算太陽赤緯；計算觀測點當(dāng)?shù)貢r間角；計算視日赤經(jīng)；計算視日時間角；計算太陽天頂角和高度角；計算太陽方位角；獲取觀測點時間和經(jīng)緯位置信息，計算獲得該觀測點的日出日落時間、該天任意時刻時段的太陽入射光線的方位角和高度角，這里，太陽入射光線高度角是指太陽直射光線與地平面間的夾角α，太陽方位角是指太陽直射光線在地平面上的投影線與地平面正北方向的夾角β，定日鏡姿態(tài)分析子模塊內(nèi)置太陽--定日鏡--吸熱塔三維動態(tài)反射模型，以地平面建立定日鏡理論模型，將正東方向定義為坐標(biāo)系X軸正方向，將正北方向定義為坐標(biāo)系Y軸正方向，將天頂方向定義Z軸正方向，XYZ坐標(biāo)系原點O點為接收塔與X-Y水平面交點，假設(shè)接收塔塔頂高度為h，定日鏡中心點坐標(biāo)為(x,y,0)，利用向量法獲取定日鏡方位角與高度角，定日鏡采用高度角-方位角的雙軸跟蹤方式，根據(jù)定日鏡高度軸和方向軸這兩個軸，確定定日鏡當(dāng)前此刻的姿態(tài)，其中參數(shù)定義如下：太陽入射光線法向量；太陽光線經(jīng)定日鏡反射到吸熱器塔頂目標(biāo)點向量；定日鏡鏡面的法向量，垂直于定日鏡鏡面；θ：定日鏡的高度角，定日鏡的鏡面與水平面之間的夾角；定日鏡的方位角，定日鏡鏡面法向量與Y軸(正北方向)的夾角為定日鏡的方位角，根據(jù)坐標(biāo)系定義，由太陽照射到定日鏡中心點B點，太陽光線入射單位向量為：s→=-cosα·sinβcosα·cosβsinα---(1)]]>塔頂?shù)淖鴺?biāo)為(0,0,h)，定日鏡中心B點坐標(biāo)為(x,y,0)，那么從定日鏡中心點反射到吸熱塔頂接收靶的方向單位向量為：r→=-xx2+y2+z2-yx2+y2+z2hx2+y2+z2---(2)]]>定日鏡的鏡面法線單位向量平分太陽入射光線單位向量和反射光線單位向量即：結(jié)合定日鏡與吸熱塔的方位布置情況，推導(dǎo)定日鏡的姿態(tài)高度角θ和方位角獲取觀測點時間、經(jīng)緯位置、定日鏡位置和吸熱塔位置信息后，結(jié)合太陽入射光線軌跡后，計算獲得該觀測點的該天任意時刻時段的定日鏡的方位角和高度角。本發(fā)明的塔式太陽能熱發(fā)電追日分析系統(tǒng)，根據(jù)時間地理位置信息利用太陽運動算法建立三維坐標(biāo)系計算太陽入射光的高度角和方位角，根據(jù)當(dāng)?shù)貢r鐘與氣象信息利用太陽運動算法計算出該地點時間的太陽光入射實時方向角與高度角，根據(jù)太陽入射光線的實時方位角和高度角、定日鏡和塔的位置排布，建立太陽光線與定日鏡和塔的反射模型，最后通過時控的方法獲取定日鏡方位角和高度角，實時調(diào)節(jié)鏡面的角度。本發(fā)明通過對太陽的運行規(guī)律進行歸納總結(jié)，并結(jié)合當(dāng)?shù)貢r間地理信息，分析太陽入射光線的實時方位角和高度角，進而結(jié)合太陽光線、定日鏡與吸熱塔的反射模型，完成定日鏡的時控姿態(tài)分析，使得鏡面始終將入射太陽光線反射到目標(biāo)吸熱塔塔頂，從而最大限度的利用太陽能。本發(fā)明應(yīng)用于塔式定日鏡場追日控制，具有任意時間(段)任意地點的太陽光線和定日鏡姿態(tài)計算分析能力，所有分析計算過程快速簡潔明了，并且經(jīng)過實驗設(shè)備驗證后，準(zhǔn)確率能達到99％以上，具有推廣應(yīng)用價值。附圖說明圖1本發(fā)明的太陽軌跡分析實施步驟流程圖。圖2本發(fā)明中太陽光線高度角方位角示意圖。圖3本發(fā)明中定日鏡運動過程分析圖。圖4本發(fā)明中定日鏡高度角方位角示意圖。圖5本發(fā)明中定日鏡吸熱塔相對位置示意圖。圖6本發(fā)明中定日鏡追日計算示意圖。圖7是本發(fā)明分析系統(tǒng)的組成模塊示意圖。具體實施方式本發(fā)明的塔式太陽能熱發(fā)電追日分析系統(tǒng)軟件主要分為兩大模塊：太陽光線軌跡分析(時刻/時段)子模塊和定日鏡姿態(tài)分析(時刻/時段)子模塊，系統(tǒng)能實現(xiàn)的主要功能包括：設(shè)定時刻太陽軌跡分析、設(shè)定時段太陽軌跡分析、設(shè)定時刻定日鏡姿態(tài)分析、設(shè)定時段定日鏡姿態(tài)分析。軟件開發(fā)環(huán)境為MATLABGUI，計算內(nèi)核采用M語言編程實現(xiàn)，并且所有計算結(jié)果均能以Excel表格記錄，人機交互界面與軟件內(nèi)核能穩(wěn)定協(xié)調(diào)運行。太陽光線軌跡分析(時刻/時段)子模塊內(nèi)置太陽運動算法，包括如下步驟：根據(jù)具體日期計算儒略日、儒略歷書日、儒略世紀(jì)、儒略歷書世紀(jì)；計算日心坐標(biāo)地球經(jīng)度、緯度和半徑矢量；計算地心坐標(biāo)地球經(jīng)度和緯度；計算經(jīng)度和傾斜角章動；計算黃道實際傾斜角；計算校正偏差；計算太陽經(jīng)度；計算給定格林尼治時間平均恒星時；計算太陽赤經(jīng)；計算太陽赤緯；計算觀測點當(dāng)?shù)貢r間角；計算視日赤經(jīng)；計算視日時間角；計算太陽天頂角和高度角；計算太陽方位角。具體實施步驟如圖1所示，算法程序采用M文件實現(xiàn)，通過GUI界面獲取觀測點時間和經(jīng)緯位置等信息后，經(jīng)過軟件內(nèi)置算法計算后能得知該觀測點的日出日落時間、該天任意時刻(時段)的太陽入射光線的方位角和高度角。這里，太陽入射光線高度角是指太陽直射光線與地平面間的夾角α，太陽方位角是指太陽直射光線在地平面上的投影線與地平面正北方向的夾角β，如圖2太陽光線高度角方位角所示。定日鏡姿態(tài)分析(時刻/時段)子模塊內(nèi)置太陽--定日鏡--吸熱塔三維動態(tài)反射模型，如圖2為本發(fā)明中建立的定日鏡自動跟蹤系統(tǒng)空間建模示意圖，以地平面建立定日鏡理論模型，將正東方向定義為坐標(biāo)系X軸正方向，將正北方向定義為坐標(biāo)系Y軸正方向，將天頂方向定義Z軸正方向(符合坐標(biāo)系定義右手定則)，XYZ坐標(biāo)系原點O點為接收塔與X-Y水平面交點，假設(shè)接收塔塔頂高度為h，定日鏡中心點坐標(biāo)為(x,y,0)，可以利用向量法獲取定日鏡方位角與高度角。本發(fā)明中定日鏡采用高度角-方位角的雙軸跟蹤方式，根據(jù)定日鏡高度軸和方向軸這兩個軸，可以確定定日鏡當(dāng)前此刻的姿態(tài)，如圖2所示為定日鏡運動過程分析圖，為了簡述方便，對其中參數(shù)定義如下：太陽入射光線法向量；太陽光線經(jīng)定日鏡反射到吸熱器塔頂目標(biāo)點向量；定日鏡鏡面的法向量，垂直于定日鏡鏡面；θ：定日鏡的高度角，定日鏡的鏡面與水平面之間的夾角；定日鏡的方位角，定日鏡鏡面法向量與Y軸(正北方向)的夾角為定日鏡的方位角。定日鏡的姿態(tài)由高度角θ和方位角唯一確定，根據(jù)光學(xué)對稱原理，為了保證定日鏡能將反射光線準(zhǔn)確的投射到吸熱器塔頂目標(biāo)點上，根據(jù)計算好的太陽運動軌跡和定日鏡當(dāng)前位置，只需確定定日鏡的鏡面法向量即可完成追日。根據(jù)坐標(biāo)系定義，由太陽照射到定日鏡中心點B點，太陽光線入射單位向量為：s→=-cosα·sinβcosα·cosβsinα---(1)]]>塔頂?shù)淖鴺?biāo)為(0,0,h)，定日鏡中心B點坐標(biāo)為(x,y,0)，那么從定日鏡中心點反射到吸熱塔頂接收靶的方向單位向量為：r→=-xx2+y2+z2-yx2+y2+z2hx2+y2+z2---(2)]]>因為太陽入射光線經(jīng)過定日鏡實時反射到吸熱塔接收靶上，那么定日鏡的法線單位向量平分太陽入射光線單位向量和反射光線單位向量即：利用上述推導(dǎo)公式，并結(jié)合定日鏡與吸熱塔的方位布置情況，可推導(dǎo)定日鏡的姿態(tài)高度角θ和方位角本軟件定日鏡姿態(tài)分析(時刻/時段)子模塊算法程序利用上述推導(dǎo)公式采用M文件實現(xiàn)，通過GUI界面獲取觀測點時間、經(jīng)緯位置、定日鏡位置和吸熱塔位置等信息后，結(jié)合太陽入射光線軌跡后，經(jīng)過軟件內(nèi)置算法計算后能得知該觀測點的該天任意時刻(時段)的定日鏡的方位角和高度角。本發(fā)明將太陽軌跡算法進行歸納總結(jié)，集成在軟件內(nèi)核中，通過GUI界面輸入時間地理信息，能分析任意時間(段)任意地點的太陽光線入射角與方位角，進而通過內(nèi)置的三維立體建模方法獲取太陽--定日鏡--吸熱塔之間的陽光反射模型，通過GUI界面輸入定日鏡與吸熱塔位置信息，能推算出任意時間(段)的定日鏡姿態(tài)。軟件的所有分析計算過程快速簡潔明了，無需繁雜的過往實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，更不需要增加大量成本購置視覺伺服系統(tǒng)。所推算數(shù)據(jù)經(jīng)過位于東經(jīng)121°23’47”/北緯31°00’20”搭建了定日鏡追日實驗裝置驗證后，準(zhǔn)確率可達到99％以上，可以推廣應(yīng)用于塔式定日鏡場追日控制。當(dāng)前第1頁1 2 3