專利名稱：塔式太陽能電站定日鏡場監控系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于太陽能發電監控領域，具體涉及電站中定日鏡場的監控系統。
背景技術：
塔式太陽能熱發電站也稱作中心吸熱器式太陽能熱發電站，是一種大型的太陽能發電系統。這種電站是將吸熱器(單側受光或四周受光)置于接收塔的頂部，定日鏡場(定日鏡陣列)根據吸熱器類型，排列在接收塔的四周或一側。定日鏡通過監控系統自動跟蹤太陽，將太陽光精確聚焦到吸熱器窗口內。太陽輻射能加熱吸熱器內工作介質產生高溫工質，驅動汽輪機組或者燃氣輪機組發電。塔式太陽能熱發電站具有規模大、熱損耗小、聚光比大、溫度高等特點，其技術可行性和經濟可行性均優于碟式系統和槽式系統，是太陽能熱發電系統中發電成本最低的一種。在塔式太陽能熱發電站中，定日鏡數量眾多，例如美國Solar One電站中有40 m2 定日鏡1 818臺；Solar Two電站共有定日鏡1擬6臺，其中40 m2定日鏡1 818臺，95 m2 定日鏡108臺；歐共體的EURELI0S電站的鏡場共有182臺32 m2定日鏡；西班牙PSlO電站有624臺121 m2大型定日鏡；Solar Tres電站中共有96 m2定日鏡2 493臺。這些大型鏡場中的每臺定日鏡，都有大量的跟蹤數據和運行狀態需要與監控計算機實時通訊，如監控計算機實時發送定日鏡的控制命令和跟蹤目標值，而定日鏡返回當前的運行狀態、絕對位置、跟蹤點信息、電機工作狀態、故障信息等實時數據。對于定日鏡場監控系統而言，如何保障數據傳輸的實時性、快速性，以及定日鏡場的光功率控制和優化調度，直接影響到定日鏡的安全運行、跟蹤精度，以及整個鏡場的聚光效率和電站的發電效率。目前，現有的定日鏡場監控系統忽略了定日鏡的故障報錯功能，并且對整個鏡場的數據通訊的實時性和快速性未予充分考慮，從而導致系統監控網絡龐大復雜、維護不便、 通訊故障頻發，以及出現故障后無法精確排查和定位。另外，定日鏡場監控系統需要對鏡場光功率進行實時控制，這也是目前監控系統所欠缺的。
發明內容本實用新型克服了現有監控系統中的不足，充分考慮定日鏡場運行的實時性和快速性要求以及鏡場的調度功能，設計了一種應用于塔式太陽能電站的定日鏡場監控系統。為了達到上述目的，本實用新型提供了一種塔式太陽能電站定日鏡場監控系統， 包括廠站控制單元和至少一個現地控制單元。現地控制單元包括定日鏡控制器和DCS子系統，定日鏡控制器通過現場總線與DCS子系統相連；各現地控制單元的DCS子系統分別通過工業以太網與廠站控制單元相連。上述現場總線為RS232、RS485、RS422、CANbus或 ProfiBus0其中，廠站控制單元包括監控計算機(操作員站)、工程師站、故障報警工作站、氣象站、實時數據服務器和定日鏡光斑采集服務器。[0009]各現地控制單元分別通過其DCS子系統與廠站控制單元的監控計算機相連。工程師站與整個太陽能電站其他各控制部分相連。廠站控制單元還包括連入上述工業以太網的視頻服務器、WEB服務器和GPS對時
直ο現地控制單元還包括備用電源。本實用新型相比現有技術具有以下優點1、采用現地控制單元和廠站控制單元進行現地級、廠站級兩級控制。當定日鏡處于現地控制時，只接收現地單元發布的控制和調度命令，廠站級只能采集、監視來自現地控制單元的運行信息和數據，不能直接對現地控制單元進行遠程控制和操作，由此保證了現地控制的優先性。2、通過故障報警工作站負責定日鏡的故障判斷和故障處理措施提示。同時利用定日鏡光斑采集服務器采集吸熱器接收面上的定日鏡光斑情況，進行吸熱器能流密度分析、 定日鏡光斑形狀校準和跟蹤精度測量。3、利用TOB服務器實現定日鏡場運行信息的遠程查詢，包括狀態監測趨勢的圖形化顯示，并生成相關分析報告和報表。同時采用GPS對時裝置為廠站控制單元提供串行時鐘信息，并為現地控制單元提供對時信號。
圖1為本實用新型定日鏡場監控系統網絡結構圖。圖中，1-現地控制單元，2-廠站控制單元，201-監控計算機，202-工程師站， 203-故障報警工作站，204-氣象站，205-實時數據服務器，206-定日鏡光斑采集服務器， 207-視頻服務器，208-WEB服務器，209-GPS對時裝置，3-路由器，4-遠程用戶。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型塔式太陽能電站定日鏡場監控系統進行詳細說明。塔式太陽能電站定日鏡場監控系統，包括現地控制單元1和廠站控制單元2，其監控網絡結構如圖1所示。由于定日鏡臺數眾多，為方便分組集中監控，將鏡場每#臺定日鏡劃分為一組(共I組)，每組中DCS子系統和該組定日鏡控制器通過現場總線連接構成現地控制單元1，各現地控制單元1再通過工業以太網與廠站控制單元2相連。定日鏡控制器配置相應操作面板，包括“現地/遠程”控制切換開關、“快速檔/低速檔”切換開關、應急按鈕(用于特殊情況的定日鏡應急處理)、限位開關、電機控制按鈕，并留有與DCS子系統通信的現場總線接口。現地控制單元1和廠站控制單元2控制方式的優先級依次為現地級、廠站級。“現地/遠程”切換控制中，當開關位于“現地”位置時，現地控制單元只接收通過現地操作開關、按鈕等發布的控制及調度命令；此時廠站級只能采集、監視來自現地控制單元的運行信息和數據，不能直接對現地控制單元進行遠程控制和操作。定日鏡控制器實時接收控制命令和跟蹤目標值數據，驅動定日鏡到達跟蹤位置， 并將定日鏡的運行狀態、絕對位置、跟蹤點信息、各電機工作狀態、故障信息等實時返回至廠站控制單元。現地控制單元配有備用電源，當鏡場發生電力中斷時，由備用電源將定日鏡
4撤離至安全位置。廠站控制單元2包括監控計算機(操作員站)201、工程師站202、故障報警工作站 203、氣象站204、實時數據服務器205、定日鏡光斑采集服務器206、視頻服務器207、TOB服務器208、GPS對時裝置209。廠站控制單元2的各組成部分均通過工業以太網相連。廠站控制單元2具有以下功能控制功能監控計算機201根據太陽能運行規律、定日鏡場經緯度、所處時區、與吸熱器位置幾何關系等參數實時計算每臺定日鏡的跟蹤目標值，將控制命令和控制數據發送至現地控制單元1。控制命令包括等待點跟蹤、調試靶跟蹤、接收靶跟蹤、返回初始點命令、返回清洗點命令。另外，監控計算機根據氣象站204實時采集電站的氣象數據(包括風速、風向、氣溫、氣壓、濕度、太陽輻射度DNI、能見度)控制定日鏡到合理姿態。如遇8級大風狀況，則將定日鏡收起放平保護，減少風荷載。調度功能工程師站202協調電站其他控制部分和監測吸熱器運行狀態，計算鏡場所需光功率，根據鏡場分布狀況對定日鏡進行合理調度。如遇吸熱器過熱等緊急故障，給出定日鏡的撤離順序和數量。監視功能監控計算機201根據鏡場布置實時顯示每臺定日鏡的運行狀態，運行狀態主要包括處于初始點、處于清洗點、等待點跟蹤、調試靶跟蹤、接收靶跟蹤、故障、運行調試中。監控界面中可查詢和瀏覽各定日鏡在鏡場中的坐標位置、運行狀態、歷史控制操作、過程歷史數據等。另外，系統可調用實時數據服務器205利用圖表、圖像等形式對歷史數據進行直觀顯示，例如可查看單臺定日鏡一整天的跟蹤趨勢圖，從而觀察跟蹤效果。數據采集與存儲功能實時數據服務器205將定日鏡場的實時運行數據進行采集和存儲，以便后期離線處理和查詢，為定日鏡的故障判斷和數據分析提供依據。故障報警功能根據定日鏡場返回數據狀況和網絡通信狀況，故障報警工作站 203判斷定日鏡是否出現故障、或是否出現網絡故障，并給出故障排查和處理措施。光斑采集與誤差校正功能定日鏡光斑采集服務器206拍攝吸熱器接收面光斑情況，對于光斑不規則、未形成近似圓形光斑情況，則對定日鏡反射面進行校準。另外，對于長期運行的定日鏡，由于安裝精度和機械強度等因素造成的跟蹤精度下降情況，通過光斑采集進行定日鏡的跟蹤誤差校正。視頻采集與遠程查詢功能視頻服務器207定時拍攝定日鏡場的跟蹤視頻，WEB服務器208通過路由器3連入因特網，遠程用戶4可通過TOB服務器208實現定日鏡場運行信息的遠程查詢，包括狀態監測趨勢的圖形化顯示，并生成相關分析報告和報表。GPS對時裝置209為廠站控制單元2提供串行時鐘信息，并為現地控制單元1提供對時信號。
權利要求1.塔式太陽能電站定日鏡場監控系統，其特征在于包括廠站控制單元和至少一個現地控制單元；所述現地控制單元包括定日鏡控制器和DCS子系統；所述定日鏡控制器通過現場總線與DCS子系統相連；所述各現地控制單元的DCS子系統分別通過工業以太網與廠站控制單元相連。
2.根據權利要求1所述的塔式太陽能電站定日鏡場監控系統，其特征在于所述廠站控制單元包括通過工業以太網相互連接的監控計算機、工程師站、故障報警工作站、氣象站、實時數據服務器和定日鏡光斑采集服務器。
3.根據權利要求2所述的塔式太陽能電站定日鏡場監控系統，其特征在于所述各現地控制單元分別通過其DCS子系統與廠站控制單元的監控計算機相連。
4.根據權利要求書2所述的塔式太陽能電站定日鏡場監控系統，其特征在于所述廠站控制單元還包括視頻服務器；所述視頻服務器接入所述工業以太網。
5.根據權利要求2所述的塔式太陽能電站定日鏡場監控系統，其特征在于所述廠站控制單元還包括WEB服務器；所述TOB服務器接入所述工業以太網。
6.根據權利要求2所述的塔式太陽能電站定日鏡場監控系統，其特征在于所述廠站控制單元還包括GPS對時裝置；所述GPS對時裝置接入所述工業以太網。
7.根據權利要求2所述的塔式太陽能電站定日鏡場監控系統，其特征在于所述工程師站與所述太陽能電站其他各控制部分相連。
8.根據權利要求1或2所述的塔式太陽能電站定日鏡場監控系統，其特征在于所述現場總線為 RS232、RS485、RS422、CANbus 或 ProfiBus。
9.根據權利要求1或2所述的塔式太陽能電站定日鏡場監控系統，其特征在于所述現地控制單元還包括備用電源。
專利摘要本實用新型公開了一種塔式太陽能電站定日鏡場監控系統，包括廠站控制單元和至少一個現地控制單元。現地控制單元包括定日鏡控制器和DCS子系統，定日鏡控制器通過現場總線與DCS子系統相連；各現地控制單元的DCS子系統分別通過工業以太網與廠站控制單元相連。該塔式太陽能電站定日鏡場監控系統充分考慮定日鏡場監控的特殊性，具有功能豐富、工作可靠、網絡結構簡單、通訊快速等優點。
文檔編號H04N7/18GK202261650SQ20112042365
公開日2012年5月30日 申請日期2011年11月1日 優先權日2011年11月1日
發明者劉國耀, 劉德有, 劉進波, 郭鐵錚 申請人:南京科遠自動化集團股份有限公司