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一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统与方法

阅读：570发布：2020-05-24

专利汇可以提供一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统与方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统与方法，其中，系统包括云分析预测单元、光伏板阵列和气象站，光伏板阵列包括若干均匀分布在定日镜镜场的光伏板，若干光伏板均与云分析预测单元电连接，将实时采集其所在的位置是否被云遮挡及遮挡程度的信息输送至云分析预测单元；气象站与云分析预测单元电连接，将实时测量的天气信息输送至云分析预测单元；云分析预测单元实时推算镜场中被云遮挡的区域，并预测镜场中未来被云遮挡区域的走向。当镜场出现被云遮挡的区域时，该系统可实时精确的检测出镜场中被云遮挡的区域，云移动的速度和方向，并预测镜场中未来被云遮挡区域的走向，为整个太阳能光热发电吸热器系统采取相应措施提供依据。，下面是一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统与方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统，其特征在于，包括：
云分析预测单元；
光伏板阵列，所述光伏板阵列包括若干均匀分布在定日镜镜场的光伏板，若干所述光伏板均与所述云分析预测单元电连接，所述光伏板用来实时采集其所在的位置是否被云遮挡及遮挡程度的信息，所述光伏板将此信息输送至所述云分析预测单元；
气象站，用来实时测量天气信息，所述气象站与所述云分析预测单元电连接，将实时测量的天气信息输送至所述云分析预测单元；
所述云分析预测单元实时推算镜场中被云遮挡的区域，并预测镜场中未来被云遮挡区域的走向。
2.如权利要求1所述的一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统，其特征在于，还包括显示装置，所述显示装置与所述云分析预测单元电连接，实时显示镜场中被云遮挡的区域，并显示镜场中未来被云遮挡区域的走向。
3.如权利要求1所述的一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统，其特征在于，若干所述光伏板均匀分布在所述镜场的若干定日镜上。
4.如权利要求3所述的一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统，其特征在于，所述光伏板设置在对应的定日镜的中心位置。
5.一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤一、数据采集
镜场中的定日镜正常追日，光伏板实时采集的其所在的位置是否被云遮挡及遮挡程度的信息输出至云分析预测单元，气象站将实时测量的气象信息输出至云分析预测单元；
步骤二、云遮挡镜场区域的判定
所述云分析预测单元通过每块光伏板的输出信息，分析确定该光伏板所在区域是否被云遮挡及遮挡的程度；
通过整个镜场的光伏板阵列可直接勾勒出镜场中被云遮挡区域的轮廓图；
步骤三、预测云的走向
对比前后时刻镜场被遮挡区域的轮廓图，计算出镜场各处云移动的速度和方向，预测未来镜场中被云遮挡区域的走向。
6.如权利要求5所述的一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测方法，其特征在于，在步骤二中，对光伏板前后时刻采集的信息求比值，若比值超过一定的阈值，则表明该光伏板所在的区域可能来云或云走。
7.如权利要求5所述的一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测方法，其特征在于，在步骤二中，提前将气象站测量的辐射值范围划分为不同区间，在每个区间内根据云的严重程度将光伏板前后时刻信息的比值划分不同等级，根据气象站的实时测量辐射值及实时计算的光伏板前后信息比值，可确定该时刻云遮挡的程度。
8.如权利要求5所述的一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测方法，其特征在于，在步骤二中，对某个光伏板和邻近区域光伏板的云遮挡判定结果对比，若邻近区域的光伏板云遮挡判断为无云，而该光伏板判定结果为有云，则表明该光伏板此时收集的可能为错误信息，不可信；相反的，若邻近区域的光伏板云遮挡也有判断为有云的，则表明该光伏板所在的区域的确处于云遮挡的状态。
9.如权利要求8所述的一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测方法，其特征在于，在步骤二中，整合整个镜场中的所有光伏板的判定结果，在二维空间中显示出来，即可清晰的勾勒出镜场被云遮挡的区域。
10.如权利要求5所述的一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测方法，其特征在于，在步骤三中，计算出被云遮挡区域的中心，公式如下：
其中，(xi,yi,Ei)表示位于镜场中某块被云遮挡的区域内(xi,yi)位置的光伏板判定被云遮挡的程度为Ei；
(xg,yg)表示镜场中被云遮挡区域的中心位置的坐标；
通过计算前后时刻镜场中某块光伏板被云遮挡的区域的中心坐标和采样间隔，即可确定该块云移动的速度和方向；
根据云移动的速度和方向即可预测未来一段时间内不同时刻镜场中可能被云遮挡的区域及云离开镜场的时间。
11.如权利要求5所述的一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测方法，其特征在于，还包括：
步骤四、信息显示
显示装置显示镜场被云遮挡的区域、云的移动方向和速度、在镜场中未来被云遮挡的走向。

说明书全文

一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统与方法

技术领域

[0001] 本发明涉及塔式太阳能热发电领域，特别涉及一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统与方法。

背景技术

[0002] 在经济不断发展的同时，能源日趋短缺，传统的不可再生能源日益枯竭，经济发展越来越受制于能源的开发利用，可再生能源的利用受到普遍关注，特别是太阳能利用更受世人的重视。

[0003] 太阳能热发电是当前太阳能利用的一种主要方式。当前太阳能热发电按照太阳能采集方式可划分为(1)塔式太阳能热发电；(2)槽式太阳能热发电；(3)碟式太阳能热发电。

[0004] 在太阳能热发电领域，塔式太阳能热发电因具有高光热转换效率，高聚焦温度，控制系统安装调试简单，散热损失少等优势，将成为下一个可商业化运营的新型能源技术。

[0005] 在塔式太阳能发电领域中，如图1所示，采用大量的定日镜将太阳光聚集到吸热塔上的吸热器，加热工质，产生高温高压蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。其中大量定日镜组成的定日镜场，是塔式太阳能光热发电系统的重要组成部分，用于将分散的太阳辐射收集并投射到吸热器上，从而实现塔式太阳能电站的光热转换，进而启动汽轮机发电。

[0006] 目前，国际上已建成的商业化塔式光热电站占地面积比较大，如Gemasolar项目占地195公顷，Crescent Dunes项目占地647.5公顷，Ivanpah SEGS项目占地1416公顷。由于占地面积大，镜场会高概率的出现局部区域被云遮挡的情况，导致集热器受光面温度剧烈变化，来云时集热器表面局部的温度降低，云走后集热器表面的温度会升高，对集热器的寿命产生严重影响，甚至会损坏集热器。

[0007] 因此，为了避免大规模镜场因部分区域被云遮挡影响甚至损坏塔式光热电站的吸热系统，需要开发一套高精度的云检测系统与方法，对镜场的遮挡情况进行高精度的检测与预测，从而指导镜场的安全运行。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于提供一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统与方法，当镜场出现被云遮挡的区域时，该系统可实时精确的检测出镜场中被云遮挡的区域，云移动的速度和方向，并预测镜场中未来被云遮挡区域的走向，为整个太阳能光热发电吸热器系统采取相应措施提供依据。

[0009] 为了解决上述问题，本发明提供了一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统，包括：

[0010] 云分析预测单元；

[0011] 光伏板阵列，所述光伏板阵列包括若干均匀分布在定日镜镜场的光伏板，若干所述光伏板均与所述云分析预测单元电连接，所述光伏板用来实时采集其所在的位置是否被云遮挡及遮挡程度的信息，所述光伏板将此信息输送至所述云分析预测单元；

[0012] 气象站，用来实时测量天气信息，所述气象站与所述云分析预测单元电连接，将实时测量的天气信息输送至所述云分析预测单元；

[0013] 所述云分析预测单元实时推算镜场中被云遮挡的区域，并预测镜场中未来被云遮挡区域的走向。

[0014] 较佳的，还包括显示装置，所述显示装置与所述云分析预测单元电连接，实时显示镜场中被云遮挡的区域，并显示镜场中未来被云遮挡区域的走向。

[0015] 较佳的，若干所述光伏板均匀分布在所述镜场的若干定日镜上。

[0016] 较佳的，所述光伏板设置在对应的定日镜的中心位置。

[0017] 一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测方法，包括以下几个步骤：

[0018] 步骤一、数据采集

[0019] 镜场中的定日镜正常追日，光伏板实时采集的其所在的位置是否被云遮挡及遮挡程度的信息输出至云分析预测单元，气象站将实时测量的气象信息输出至云分析预测单元；

[0020] 步骤二、云遮挡镜场区域的判定

[0021] 所述云分析预测单元通过每块光伏板的输出信息，分析确定该光伏板所在区域是否被云遮挡及遮挡的程度；

[0022] 通过整个镜场的光伏板阵列可直接勾勒出镜场中被云遮挡区域的轮廓图；

[0023] 步骤三、预测云的走向

[0024] 对比前后时刻镜场被遮挡区域的轮廓图，计算出镜场各处云移动的速度和方向，预测未来镜场中被云遮挡区域的走向。

[0025] 较佳的，在步骤二中，对光伏板前后时刻采集的信息求比值，若比值超过一定的阈值，则表明该光伏板所在的区域可能来云或云走。

[0026] 较佳的，在步骤二中，提前将气象站测量的辐射值范围划分为不同区间，在每个区间内根据云的严重程度将光伏板前后时刻信息的比值划分不同等级，根据气象站的实时测量辐射值及实时计算的光伏板前后信息比值，可确定该时刻云遮挡的程度。

[0027] 较佳的，在步骤二中，对某个光伏板和邻近区域光伏板的云遮挡判定结果对比，若邻近区域的光伏板云遮挡判断为无云，而该光伏板判定结果为有云，则表明该光伏板此时收集的可能为错误信息，不可信；相反的，若邻近区域的光伏板云遮挡也有判断为有云的，则表明该光伏板所在的区域的确处于云遮挡的状态。

[0028] 较佳的，在步骤二中，整合整个镜场中的所有光伏板的判定结果，在二维空间中显示出来，即可清晰的勾勒出镜场被云遮挡的区域。

[0029] 较佳的，在步骤三中，计算出被云遮挡区域的中心，公式如下：

[0030]

[0031] 其中，(xi,yi,Ei)表示位于镜场中某块被云遮挡的区域内(xi,yi)位置的光伏板判定被云遮挡的程度为Ei；

[0032] (xg,yg)表示镜场中被云遮挡区域的中心位置的坐标；

[0033] 通过计算前后时刻镜场中某块光伏板被云遮挡的区域的中心坐标和采样间隔，即可确定该块云移动的速度和方向；

[0034] 根据云移动的速度和方向即可预测未来一段时间内不同时刻镜场中可能被云遮挡的区域及云离开镜场的时间。

[0035] 较佳的，还包括：

[0036] 步骤四、信息显示

[0037] 显示装置显示镜场被云遮挡的区域、云的移动方向和速度、在镜场中未来被云遮挡的走向。

[0038] 与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

[0039] 1、本发明是一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统与方法，通过光伏板阵列实时的监测云对镜场区域的影响，原理简单且易实现，能够准确的反映出镜场被云遮挡的情况，为塔式光热电站吸热系统的运行控制提供依据。

[0040] 2、本发明是一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统与方法，直接从接收端的变化监测镜场云的分布，相对于传统的间接云监测系统，监测结果更加有效准确。

[0041] 当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明

[0042] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

[0043] 图1为塔式太阳能热发电系统的结构简图；

[0044] 图2为本发明实施的基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统的结构示意图；

[0045] 图3为本发明实施例装有光伏板的定日镜示意图；

[0046] 图4为本发明实施的基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测方法的流程图；

[0047] 图5为本发明实施的某时刻光伏板阵列判定是否被云遮挡的结果示意图。

具体实施方式

[0048] 以下将结合图2至图5对本发明提供的一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统与方法进行详细的描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。

[0049] 本发明提供的一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统与方法主要用于塔式太阳能热发电系统中对天气的监测和预警，通过对整个镜场中布置光伏板，形成光伏板阵列，实时监测光伏板的信息变化的方式获得整个镜场被云遮挡的区域和程度信息，在该基础上通过进一步的推算，预测未来镜场中被云遮挡区域的走向。

[0050] 请参考图2，一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测系统，包括：

[0051] 光伏板阵列，所述光伏板阵列包括若干均匀分布在定日镜镜场1的光伏板1b，所述光伏板1b用来实时采集其所在的位置是否被云遮挡及遮挡程度的信息；

[0052] 光伏板1b可以设置在定日镜上，也可以不设置在定日镜上，单独布置，本发明不做限制，本实施例以光伏板1b设置在定日镜上为例加以详细说明。在本实施例中，定日镜的镜面由若干镜体1a组成，相邻的两镜体1a之间有间隙，光伏板1b可直接安装在镜体上，也可以安装在间隙内。为了有效减少光伏板被周围定日镜遮挡的可能性和提高测量数据信息的有效性，光伏板1b设置在对应的定日镜的中心位置。

[0053] 在本实施例中，并不局限于定日镜镜场的每面定日镜上均安装光伏板1b，实际操作过程中可根据精度要求自由配置，只要保证均匀的分布在镜场中即可。

[0054] 气象站2，用来实时测量天气信息；

[0055] 云分析预测单元3，所述云分析预测单元3分别与所述光伏板1b和气象站2电连接，光伏板1b实时采集的其所在的位置是否被云遮挡及遮挡程度的信息和气象站2实时测量的天气信息均输送至云分析预测单元3，云分析预测单元3实时推算镜场中被云遮挡的区域，并预测未来镜场中被云遮挡区域的走向；

[0056] 显示装置4，所述显示装置4与所述云分析预测单元3电连接，实时显示镜场1中被云遮挡的区域，并预测未来镜场1中被云遮挡区域的走向。

[0057] 请参考图2和图3，云层在装有光伏板1b的定日镜镜场1产生阴影，造成镜场1被云遮挡的区域5，会造成镜场1被云遮挡的区域5内的每个光伏板1b可采集到相应的被遮挡的信息，并将此信息输出至云分析预测单元3，云分析预测单元3通过对该信息与气象站2的天气信息综合分析可确定光伏板1b所在的位置处是否被云遮挡及遮挡的程度。

[0058] 并且，云分析预测单元3通过对光伏板1b输出信息的判断，可准确的勾勒出镜场被云遮挡的区域5，并将该结果在显示装置4中显示出来。

[0059] 请参考图4，一种基于光伏板的塔式光热电站镜场云监测方法，包括以下几个步骤：

[0060] 步骤一、数据采集

[0061] 镜场中的定日镜正常追日，光伏板实时采集的其所在的位置是否被云遮挡及遮挡程度的信息输出至云分析预测单元，气象站将实时测量的气象数据输出至云分析预测单元；

[0062] 在本步骤一中，光伏板依附于定日镜之上，因此，光伏板实时采集的是对应定日镜上是否被云遮挡和如果被遮挡则遮挡程度的信息。

[0063] 步骤二、云遮挡镜场区域的判定

[0064] 所述云分析预测单元通过每块光伏板的输出信息，分析确定该光伏板所在区域是否被云遮挡及遮挡的程度；

[0065] 通过整个镜场的光伏板阵列可直接勾勒出镜场中被云遮挡区域的轮廓图；

[0066] 具体的处理过程：

[0067] 1、光伏板前后时刻信息求比值：对光伏板前后时刻采集的信息求比值，具体为后一时刻的值除以前一时刻的值，若比值超过一定的阈值，则表明该光伏板所在的区域可能来云或云走，一般情况下，当比值大于超过1的阈值时，表明此时正处于云走的状态；当比值小于低于1的阈值时，表明此时正处于来云的状态；

[0068] 2、判定云遮挡的程度：提前将气象站测量的辐射值范围划分为不同区间，在每个区间内根据云的严重程度将光伏板前后时刻信息的比值划分不同等级，根据气象站的实时测量辐射值及实时计算的光伏板前后信息比值，可确定该时刻云遮挡的程度；

[0069] 3、判定结果的有效性检测：对某个光伏板和邻近区域光伏板的云遮挡判定结果对比，若邻近区域的光伏板云遮挡判断为无云，而该光伏板判定结果为有云，则表明该光伏板此时收集的可能为错误信息，不可信；相反的，若邻近区域的光伏板云遮挡也有判断为有云的，则表明该光伏板所在的区域的确处于云遮挡的状态；

[0070] 4、勾勒镜场云遮挡的区域：整合整个镜场中的所有光伏板的判定结果，在二维空间中显示出来，即可清晰的勾勒出镜场被云遮挡的区域，请参考图5，在图中，等于0表示该光伏板所在区域未被遮挡，大于0表示该光伏板所在区域被云遮挡，其值越大，表明遮挡的越严重。

[0071] 步骤三、预测云的走向

[0072] 对比前后时刻镜场被遮挡区域的轮廓图，计算出云移动的速度和方向，预测云在镜场中的走向，具体的处理过程：

[0073] 1、计算云遮挡区域中心

[0074] 图5中表明了某一时刻镜场中不同位置被云遮挡的程度，用如下公式可以计算出被云遮挡区域的中心：

[0075]

[0076] 其中，(xi,yi,Ei)表示位于镜场中某块被云遮挡的区域内(xi,yi)位置的光伏板判定被云遮挡的程度为Ei；

[0077] (xg,yg)表示镜场中被云遮挡区域的中心位置的坐标。

[0078] 2、计算云移动的速度和方向

[0079] 通过计算前后时刻镜场中某块光伏板上被云遮挡的区域的中心坐标和采样间隔，即可确定该块云移动的速度和方向。

[0080] 3、预测云的走向；

[0081] 根据云移动的速度和方向即可预测未来一段时间内不同时刻镜场中可能被云遮挡的区域及云离开镜场的时间。

[0082] 步骤四、信息显示

[0083] 显示装置显示镜场被云遮挡的区域、遮挡的等级、云的移动方向和速度、在镜场中未来被云遮挡的走向。

[0084] 以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

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