基于DGPS-SINS组合导航系统的定日镜清洗机器人设计

针对国内外现有塔式太阳能热发电站中定日镜清洗存在的运维成本高、清洗效率低、影响镜场利用率等突出问题,开发了一款基于DGP-SINS组合导航系统的定日镜清洗机器人,并对组合导航系统进行了研究:首先,建立了机器人地面导航系统坐标系,推导了WGS-84坐标系到当地导航系统坐标系的转换方程;其次,针对机器人运动学模型开发了基于扩展Kalman滤波的状态估算法,对激光雷达数据聚类算法和模板匹配算法进行开发,对立柱和障碍物进行区分,在此基础上利用已知精确坐标的立柱信息,完成机器人局部环境下的定位和建图,有效提高了导航系统精度和稳定性;最后,基于模型机器人对设计的系统和算法进行了测试和仿真研究,测试结果验证了系统和算法的有效性,能够满足镜场环境下对定日镜的清洗需求。本文的成果还可应用于槽式、碟式太阳能热发电站及光伏发电系统等的聚光器的自动清洗系统或其他具有类似应用背景的领域或场景。     

基于XGB算法及全天空成像仪图像的超短期DNI预测

吸热器是塔式太阳能热发电站的核心设备,但云层短时间的遮挡和离开会使吸热器接收的太阳直接辐射(DNI)发生随机波动,造成吸热器表面受热发生剧烈变化,会影响塔式太阳能热发电站的安全运行.本文提出了一种基于极值梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGB)算法及全天空成像仪图像的超短期DNI预测方法....     

定日镜清洗过程中镜面振动的仿真分析

针对定日镜清洗过程中引起的镜面振动问题,本文提出了一套对定日镜清洗过程中镜面状态进行仿真的方案,以实际清洗过程中定日镜的受力状态为依据,利用有限元分析软件ANSYS Workbench中的模态分析法和瞬态动力学仿真模块,对定日镜清洗过程中其镜面在受力状态下的变形量进行了仿真计算.     

塔式太阳能热发电系统设计软件的开发

基于大量理论知识和实践经验,浙江中控太阳能技术有限公司自主开发了一款更加符合中国经济性评价特点的设计软件——SPD1000软件,根据塔式太阳能热发电系统设计流程搭建了软件整体框架,结合蒙特卡罗光线追迹法、有限元分析等理论实现了软件各子系统模型;并以装机容量50 MW的塔式太阳能热发电站为例,将SPD1000软件与SAM软件的仿真结果进行了对比,验证了SPD1000软件设计结果的可靠性。     

基于云层图像的塔式太阳能热发电能量预测方法

提出一种应用于塔式太阳能热发电系统的云层图像识别与运动检测方法,动态预测云层移动对系统热发电能量的影响。该方法利用小波维纳滤波对工业相机实时采集的天空图像进行降噪处理,基于Lab空间边缘检测算法识别天空图像中的云层,结合CSIFT匹配特征点计算得到云层运动速度和方向,并通过云层、太阳、镜场间的相对位置关系实时分析和预测系统热发电能量受云层运动的影响。实验结果表明,该方法的预测实时性和准确性均满足要求,具有较高的工程应用价值。     

基于FPGA的控制系统高速总线的设计与实现

为了提高控制系统的通信速度和效率,研究高速总线的系统架构,设计并实现具有高实时性,高吞吐率,易扩展等特点的基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的控制系统高速总线(LHSB),物理层采用多点低压差分信号(M-LVDS)标准,实现256 Mbps的高速串行通信,数据链路层通过实时的链路状态维护实现多路径优化选择的网络冗余,保证通信可靠性的同时使带宽的利用率最大化.通过Xilinx XC3S400A FPGA对设计方案进行实现和实际测试,结果表明,高速总线与当前主流的控制系统总线相比,通信速度和实时性能有了明显的提升,并最大程度的满足上层应用的需要.     

三角槽道低 Reynolds 数脉动流与柔性壁耦合特性研究

以水为工质对三角槽道低 Reynolds 数脉动流与柔性壁耦合特性进行了实验研究。通过传热与流动实验,分析了脉动频率(W)、脉动振幅(A)、柔性壁特性对脉动流传热及流动的影响。同时,通过可视化实验,研究了柔性壁与脉动流之间的响应特性,解析了柔性壁形变与振频对脉动流传热及流动的作用机制及分离贡献。研究结果表明,柔性流道脉动流可以实现强化传热与流动减阻双重效果,但强化传热效果相对较弱(传热效率提升0~50%),适用于以减阻为主要目的的换热场合;柔性壁减阻与削弱强化传热效率,源于柔性壁形变造成时均流通截面积增大(流体流速下降)、W与A的增大减弱脉动能量;W的增加将使得柔性壁振动对脉动流强化传热效率的削减逐步趋于主导地位,而A的增加将使得柔性壁变形对脉动流强化传热效率的削减逐步趋于主导地位;脉动流阻力的削减主要来自于柔性壁的变形(D₁>70%),而柔性壁振频对于脉动流能量耗散的抑制作用较为次要。     

基于二维激光雷达的定日镜清洗车导航避障系统的研究

针对国内外现有塔式太阳能热发电站中存在的无法全自动化清洗定日镜的问题，提出了一种基于二维激光雷达的定日镜清洗车导航避障系统，该系统由清洗车导航系统和激光雷达系统结合而成，利用激光雷达来测量前方定日镜的姿态，从而为清洗车导航系统提供避障保护，以实现清洗车对定日镜的全自动化清洗。首先，建立了地面导航系统坐标系，推导了WGS84坐标系到当地导航系统椭球坐标系的转换方程；其次，分别建立了定日镜、清洗车、激光雷达的运动学模型，并将清洗车和定日镜分别置于多种姿态，截取激光雷达的检测数据，使用检测数据标定激光雷达的安装位置，即激光雷达相对于车辆中心的坐标和安装倾角；最后，对定日镜清洗车导航避障系统进行实际测试，使用标定参数来检测前方定日镜的姿态，实现定日镜的全自动化清洗，当该导航避障系统反馈前方定日镜为异常姿态时，制动清洗车。该导航避障系统还可应用于与自动清洗系统相关的类似应用场景。     

135 MWe塔式太阳能热发电站全生命周期碳排放研究

以中国西北地区135 MW_e塔式太阳能热发电站(太阳直接辐射量为2015 kWh/m²，年均光电效率为14.9%，储热时长为11.2 h，全生命周期为25年)为研究对象，基于全生命周期评估方法，通过研究边界定义、清单统计，计算得到该电站全生命周期4个阶段的度电碳排放量，并对结果进行分析。结果显示：1)该塔式太阳能热发电站的全生命周期度电碳排放量为22.7 gCO_2e/kWh，处于国内外同类电站度电碳排放量(22～35 gCO_2e/kWh)的低位水平，折合到单位镜场面积的度电碳排放量为1.56×10^-5 gCO_2e/(kWh?m²)。2)在该塔式太阳能热发电站全生命周期4个阶段中，设备、材料制造阶段的度电碳排放量最高(占比约为87.4%)，运营维护阶段次之(占比约为7.2%)，废弃处置阶段位列第3(占比约为3.3%)，建设安装阶段最低(占比约为2.1%)。3)当新增的百兆瓦级塔式太阳能热发电站发电量替代全国火力发电发电量的1%～20%时...