高精度太阳能塔式定日镜场及智能控制试验平台

太阳能作为最重要的可再生能源之一，具有总量大、分布广泛、无污染等特点，我国陆地太阳能资源折算成标准煤约为17000亿吨。

太阳能利用主要包括光电转换、光热转换和光化学转换。

光热转换：利用跟踪系统和透镜或者反射镜将太阳能聚集到一个小光束，将收集的光能转变为热能用作常规发电厂的热源。太阳能热发电技术是指将太阳能转换成热能，通过热工转换过程从而实现发电的系统。相比光伏发电，太阳能热发电技术具有发电平稳、可蓄能的优点。

太阳能热发电技术包括塔式太阳能热发电系统、槽式太阳能热发电系统、碟式太阳能热发电系统和线性菲涅尔式太阳能热发电系统，其中塔式太阳能热发电系统由定日镜场、跟踪系统、吸热器、溶盐储罐、换热器及发电系统组成。

1. 试验平台组成

高精度太阳能塔式定日镜场及智能控制试验平台如图所示。

图 1 高精度太阳能塔式定日镜场及智能控制试验平台

该平台装有100面定日镜，单面定日镜面积为20m²，镜场聚焦热功率最大可达1MW以上，其中镜场系统主要包括：定日镜反射镜、定日镜支撑结构、定日镜驱动结构、定日镜驱动电机、定日镜立柱、镜场控制系统、校正系统。

图 2 定日镜

2. 试验平台设计指标

每个定日镜按一定方式排列组成定日镜镜群，通过双轴转动跟踪太阳，将太阳辐射能反射并汇聚到光热塔吸热器上，以达到对太阳辐射能的收集目的。

图 3 定日镜镜场聚光调整

3. 试验平台的功能

（1）定日镜智能控制功能

每面定日镜配置一台定日镜控制器，负责该定日镜的运动控制，并将定日镜状态通过通讯方式传递到上位机镜场控制系统上。镜场中的每个定日镜都在镜场控制系统的统一控制下运行，上位机镜场控制系统可收集各个定日镜的运行信息，分析并输出至运行操作人员的计算机上。

镜场控制系统还可以接收操作人员的指令，发出模块指令到各个定日镜。定日镜可以实现在初始化模式、自检模式、预备模式、追日模式、校正模式、清洗模式、关场模式及安全模式等操作模式下，完成追日功能、回零功能、水平和方位两轴转动功能、可靠自锁功能及自检功能。

（2）镜场高精度校正功能

由于定日镜的制造、安装过程中不可避免的存在一定的误差，在跟踪追日前需要对每一面定日镜进行校正。完成校正后，定日镜便可准确的将太阳辐射能反射至吸热器。

相机校正方案使用相机替代白板，测量全天不同时刻的跟踪偏差，以此作为定日镜校正样本，标定定日镜偏移模型，从而达到纠偏校正的目的。相机校正方案在吸热器附近安装1个校正相机。

图 4 相机校正方案系统示意图

在正常运营阶段，通过周期性对镜场中定日镜进行体检，可及时找到使用期间因土地沉降、大风等外因导致定日镜姿态参数发生变化的定日镜，自动进行重新校正，从而达到定日镜跟踪准确度始终维持在较高水平的目的。

（3）安全防护功能

平台的安全防护功能主要通过镜场控制系统实现，镜场控制系统具有硬件/软件上的安全措施，保证聚光焦点在集热塔上的吸热光孔处，避免聚光焦点对周围环境造成影响。

硬件方面：定日镜就地控制器的控制程序和组态参数断电不会丢失，支持编码器输入，具有两路电动执行机构控制接口，具有定日镜基准位置DI接口，具备必要的通讯接口，可在线更新程序等功能。故硬件故障时，不影响镜场中其他定日镜控制器。

软件方面：镜场运行人员操作镜场控制系统，在控制室可以配置、监测整个镜场中每一个定日镜的实时状态，结合相应的现场反馈信息，通过网络与上位机控制系统软件向间接相连的每一个定日镜控制器发送控制指令。