CN102156453A - 用于控制定日镜反射镜的方法、***和控制器 - Google Patents

用于控制定日镜反射镜的方法、***和控制器 Download PDF

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CN102156453A CN2010105920774A CN201010592077A CN102156453A CN 102156453 A CN102156453 A CN 102156453A CN 2010105920774 A CN2010105920774 A CN 2010105920774A CN 201010592077 A CN201010592077 A CN 201010592077A CN 102156453 A CN102156453 A CN 102156453A
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Abstract

分布式定日镜控制***(102)包括：中央控制器(104)，配置成计算多个系数供相对太阳的多个位置来定位至少一个反射镜(112)中使用；以及至少一个本地控制器(106)，经由网络(114)耦合到中央控制器，至少一个本地控制器还耦合到配置成使至少一个反射镜相对至少一个轴线移动的至少一个致动器(110)。至少一个本地控制器配置成经由网络接收来自中央控制器的多个系数，根据该多个系数来计算与太阳的多个位置对应的至少一个反射镜的多个位置，并且使至少一个致动器将至少一个反射镜相对至少一个轴线移动到多个所计算位置的每个。

Description

用于控制定日镜反射镜的方法、***和控制器
技术领域
一般来说，本文所述的实施例涉及分布式控制***，更具体来说，涉及在太阳能发电***中使用的分布式控制***。
背景技术
用于控制定日镜反射镜的至少一些已知***包括耦合到多个拍摄装置的控制器，拍摄装置产生从多个定日镜所反射的阳光的图像。图像由控制器用于估计定日镜参数以用于控制定日镜反射镜。
此外，至少一些已知定日镜运行自主控制功能，它使用从反射镜反射到目标传感器的光线来确定对于反射镜的位置必要的调整。
发明内容
在一个方面，提供一种用于控制太阳能发电***中的至少一个反射镜的方法。该方法包括：使用中央控制器根据太阳的一天循环和一年循环的至少一个来计算至少一个系数；以及将该系数存储在中央控制器的存储区中。该方法还包括由中央控制器经由网络将系数传送给至少一个本地控制器，使得响应接收到该系数，本地控制器根据该系数和内部时钟来计算反射镜的至少一个位置，并且使用致动器来控制反射镜到该位置的移动。
在另一个方面，提供一种包括中央控制器的分布式定日镜控制***，中央控制器配置成计算多个系数以用于相对太阳的多个位置定位至少一个反射镜。该***还包括经由网络耦合到中央控制器的至少一个本地控制器，其中本地控制器还耦合到至少一个致动器，其配置成使至少一个反射镜相对至少一个轴线(axis)移动。本地控制器配置成经由网络接收来自中央控制器的系数，根据该系数来计算与太阳的位置对应的反射镜的多个位置，并且引起致动器使反射镜相对于轴线移动到所计算位置的每个。
在另一个方面，提供一种太阳能发电***中使用的控制器，它包括配置成控制多个反射镜的移动的多个本地控制器。控制器包括存储区，它配置成存储多个系数以用于相对太阳的位置定位反射镜。控制器还包括处理器，它耦合到存储区，并且配置成根据太阳的位置和每个反射镜的相应地点(location)来计算系数。处理器还配置成经由网络将系数的多个子集传送给多个本地控制器的每个，其中每个子集对应于多个反射镜的至少一个反射镜。
附图说明
通过结合附图参照以下描述，可以更好地理解本文所述的实施例。
图1是示范太阳能发电***的示意框图。
图2是可与图1所示的太阳能发电***配合使用的示范定日镜控制***的示意框图。
图3是示出用于使用图2所示的定日镜控制***来控制多个反射镜的示范方法的流程图。
具体实施方式
在一些实施例中，术语“控制器”一般表示供计算环境中使用的任何装置或设备，包括服务器、工作站、个人计算机、膝上型计算机、例如可编程自动控制器(PAC)或可编程逻辑控制器(PLC)等专用控制器或者任何其它适当装置或设备。上述示例只是示范性的，因而并不是要以任何方式限制术语“控制器”的定义和/或含意。
在一些实施例中，术语“致动器”一般表示供移动和/或控制机构或设备中使用的任何机械装置，包括气动致动器、电动致动器、电动机、液压缸和线性致动器。上述示例只是示范性的，因而并不是要以任何方式限制术语“致动器”的定义和/或含意。
在一些实施例中，术语“网络”一般表示电信的任何介质，包括光纤、以太网、无线(例如IEEE 802.11)、电话线(例如
Figure BSA00000389101400031
)(
Figure BSA00000389101400032
是HomePNA，Inc.(San Ramon，California的注册商标)、电力线通信以及能够便于本文所述通信的任何其它介质或协议。上述示例只是示范性的，因而并不是要以任何方式限制术语“网络”的定义和/或含意。
在一些实施例中，术语“处理器”一般表示包括任何可编程***，其中包括***和微控制器、简化指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路以及能够运行本文所述功能的任何其它电路或处理器。上述示例只是示范性的，因而并不是要以任何方式限制术语“处理器”的定义和/或含意。
在一些实施例中，术语“存储区”一般表示任何计算机数据存储介质，包括随机存取存储器(RAM)模块、只读存储器(ROM)模块、基于磁盘的硬盘驱动器、固态硬盘驱动器、数据库以及能够存储本文所述信息的任何其它装置或设备。上述示例只是示范性的，因而并不是要以任何方式限制术语“存储区”的定义和/或含意。
在一些实施例中，术语“系数”一般表示特定对象(例如变量、向量或函数)的任何常数倍乘因子，它用于根据太阳的一个或多个已知位置和/或反射镜的地点来确定反射镜的一个或多个位置。包括一个或多个系数的示范表达式是一个或多个变量的多项式表达式。上述示例只是示范性的，因而并不是要以任何方式限制术语“系数”的定义和/或含意。
本文详细描述的是便于使用中央控制器和多个简化本地控制器更有效地控制反射镜场的方法、***和设备的示范实施例。包括具有对本地控制器的控制权的中央控制器的分布式***架构便于降低安装和维护成本，并且还便于从单个中心定位控制器提供校准功能，以便减小反射镜布置和控制的不准确性。
本文所述实施例的示范技术效果包括下列至少一个：(a)将一个或多个反射镜耦合到多个致动器；(b)将一个或多个致动器耦合到多个本地控制器之一；(c)经由网络将本地控制器耦合到中央控制器；(d)在中央控制器的存储区中存储与反射镜、致动器和/或本地控制器的每个相关的标识信息，并且存储与识别耦合到给定致动器的反射镜和/或识别耦合到给定本地控制器的致动器相关的关联信息；(e)将太阳跟踪信息存储在中央控制器的存储区中；(f)根据太阳跟踪数据使用中央控制器来计算多个系数并且以用于控制反射镜的移动；(g)根据由每个本地控制器所控制的反射镜的识别码将系数的相应子集传送给每个本地控制器；(h)根据系数使用本地控制器来计算每个相应反射镜的多个位置；以及(i)使用本地控制器来控制由相应致动器使反射镜到所计算位置的每个的移动，其中各反射镜将太阳能反射到期望收集点供生成电能使用，或者将太阳能变换成电能。
图1是包括分布式定日镜控制***102的示范太阳能发电***100的示意框图。在示范实施例中，控制***102包括中央控制器104、多个本地控制器106和多个定日镜108。各定日镜108包括致动器110以及耦合到致动器110的一个或多个反射镜112。每个本地控制器106还耦合到一个或多个致动器110。在示范实施例中，中央控制器104、本地控制器106和致动器110经由网络114耦合，以便于控制按照包括太阳的一天循环和一年循环的太阳的移动来控制反射镜112的移动。
在示范实施例中，发电***100还包括收集器116，它包括例如但不限于水或熔盐等介质。收集器116耦合成与热交换器118进行流体连通，热交换器118耦合成与涡轮机120、如汽轮机进行流体连通。反射镜112将太阳的能量聚焦到收集器116，它加热介质。介质通过热交换器118流通，以便加热水并且产生蒸汽。蒸汽驱动涡轮机120，它生成电力而经由配电网122来配电。在一个备选实施例中，涡轮机120直接耦合到负载(未示出)。
图2是控制***102的示意框图。在示范实施例中，中央控制器104包括经由***总线206耦合的存储区204以及处理器202。处理器202根据太阳的已知的一天循环和一年循环来计算一个或多个系数，并且供控制反射镜112使用，以便优化跟踪太阳。存储区204存储例如但不限于表示太阳的已知一天和一年循环的数据等信息。此外，存储区204存储本地控制器106、致动器110和/或反射镜112的跟踪信息。例如，存储区204存储每个本地控制器106和每个致动器110的例如网络地址等的唯一标识符，以便于仅与期望本地控制器106和/或致动器110的通信。作为另一个示例，存储区204存储各反射镜112的唯一标识符和/或地点。系数至少部分基于各反射镜112的地点。存储区204还存储本地控制器106、致动器110和反射镜112之间的关联。例如，存储区204存储实现跟踪各反射镜112耦合到哪一个致动器110和/或各致动器110耦合到哪一个本地控制器106的关联。应当理解，中央控制器104可包括多个处理器202和/或多个存储区204。
此外，在示范实施例中，中央控制器104包括内部时钟208。内部时钟208可以是软件控制时钟，它由处理器202运行，例如连续运行或定期运行。备选地，内部时钟208可以是硬件控制时钟，它与例如全球定位***(GPS)卫星网络(未示出)等外部源同步。在示范实施例中，中央控制器104还包括网络接口210，它将中央控制器104耦合到网络114。处理器202经由网络接口210和网络114将多个系数传送给本地控制器106。在示范实施例中，中央控制器104通过单个计算机或服务器来体现。但是，在备选实施例中，中央控制器104可通过集群配置、重复配置或者任何其它适当配置来体现。
在示范实施例中，每个本地控制器106包括与中央控制器104实质相似的电气架构。具体来说，每个本地控制器106包括经由***总线216耦合的存储区214以及处理器212。处理器212计算应当由对应致动器110使每个关联反射镜112移动到的一个或多个位置。存储区214存储每个位置连同对应反射镜112和/或致动器110的标识符。应当理解，每个本地控制器106可包括多个处理器212和/或多个存储区214。此外，在示范实施例中，各本地控制器106包括内部时钟218，它配置成与内部时钟208同步，下面更详细描述。每个本地控制器106还包括网络接口220，它将本地控制器106耦合到网络114。此外，每个本地控制器106包括致动器接口222，它将本地控制器106耦合到一个或多个致动器110。致动器接口222可以是串行接口，例如但不限于RS-232接口、RS-423接口或RS-485接口。在一个备选实施例中，致动器接口222可以是网络接口，它便于本地控制器106与致动器110之间经由网络114的通信。在另一个备选实施例中，本地控制器106和致动器110直接耦合，而没有使用网络或特定协议。
在一些实施例中，致动器110包括网络接口224，它将致动器110耦合到网络114。在示范实施例中，各致动器110包括本地控制器接口226，它将致动器110耦合到本地控制器106。与致动器接口相似，本地控制器接口226可以是串行接口，例如但不限于RS-232接口、RS-423接口或RS-485接口。备选地，本地控制器接口226可以是网络接口，它便于致动器110与本地控制器106之间经由网络114的通信。在示范实施例中，各致动器110耦合到一个或多个反射镜112，并且配置成使每个反射镜112沿着和/或围绕一个或多个轴(axes)移动。
图3是示出用于使用例如控制***102等分布式定日镜控制***来控制例如一个或多个反射镜112等一个或多个反射镜(均如图2所示)的示范方法的流程图300。
在示范实施例中，一个或多个反射镜112耦合到(302)各致动器110(图2所示)。各反射镜112耦合到致动器110，以便于按照太阳的一天和/或一年循环沿着和/或围绕一个或多个轴的平移和/或旋转移动。一个或多个致动器110则耦合到(304)每个本地控制器106(图2所示)。在一些实施例中，致动器110和本地控制器106各耦合到网络114(图2所示)。备选地，致动器110使用串行连接耦合到本地控制器106。
在示范实施例中，每个本地控制器106经由网络114耦合到(306)中央控制器104(图2所示)。标识信息和/或关联跟踪信息则存储(308)在存储区204(图2所示)中。标识信息包括但不限于每个本地控制器106、每个致动器110和每个反射镜112的唯一标识符。跟踪信息包括但不限于各致动器110和与其耦合的一个或多个反射镜112之间和/或每个本地控制器106和与其耦合的一个或多个致动器110之间的关联。太阳跟踪信息则存储(310)在存储区204中。太阳跟踪信息包括但不限于基于太阳的已知一天和/或一年循环的太阳的多个位置。
在示范实施例中，中央控制器104根据所存储的太阳跟踪信息和所存储的各反射镜112的地点来计算(312)一个或多个系数以用于控制反射镜112的移动。更具体来说，处理器202(图2所示)根据所存储的太阳跟踪信息和每个反射镜112的地点(存储区204中所存储的)来计算各反射镜112的系数。此外，处理器202计算系数供预定义时间段期间、例如期间适当太阳光可用于收集太阳能的白天时段期间使用。由于因太阳的一天和一年循环引起的白天时长的自然变化，预定义时间段可随时间段而有所不同。在示范实施例中，处理器202计算第一时间段、例如当发电***100(图1所示)正发电时的白天时段的第一集合期间的系数。然后，中央控制器104将系数存储在存储区204中。更具体来说，处理器202将各反射镜112的系数的子集存储在存储区204中。
在示范实施例中，中央控制器104经由网络114将系数传送给每个本地控制器106。更具体来说，处理器202确定每个本地控制器106的例如网络地址等唯一标识符，并且确定哪些反射镜112由每个本地控制器106来控制。然后，处理器202向关联本地控制器106传送与各反射镜112关联的系数的相应子集。在示范实施例中，处理器202在第二时间段中传送系数，第二时间段紧接第一时间段，例如在发电***100没有发电或者本地控制器106原本会处于空闲时的夜间时段。
每个本地控制器106接收系数的一个或多个子集，并且将系数的各子集存储在存储区214(图2所示)中。然后，每个本地控制器106计算(316)每个对应反射镜112的一个或多个位置，并且将每个对应反射镜112的位置存储在存储区214中。更具体来说，对于每个本地控制器106，处理器212(图2所示)接收系数的一个或多个子集以及将各子集与对应反射镜112关联的标识符。处理器212将系数存储在存储区214中。根据所存储的系数子集，处理器212计算对于优化到反射镜表面(未示出)的太阳光入射角以便将最大量的太阳能反射到收集器116(图1所示)的每个对应反射镜112所需的位置。在示范实施例中，处理器212在第三时间段中收集位置，第三时间段紧接第二时间段，例如白天时段的第二集合。
然后，每个本地控制器106使用对应致动器110来控制(318)每个关联反射镜到每个所存储位置的移动。更具体来说，处理器212检索每个关联反射镜112的每个所存储位置，并且使对应致动器110控制反射镜112沿着和/或围绕一个或多个轴的移动，以便到达所存储位置。
在一些实施例中，每个本地控制器106控制致动器110，使得致动器110操纵反射镜112至储备位置(stow position)。具体来说，在一些实施例中，中央控制器104检测例如风力事件等环境条件，并且将储备命令传送给每个本地控制器106。中央控制器104可将储备命令传送给每个本地控制器106，或者选择本地控制器106(根据例如相应反射镜112的地点)。
在一些实施例中，中央控制器104将时间同步信号传送给每个本地控制器106。更具体来说，内部时钟208(图2所示)确定当前时间，并且处理器202经由网络114将时间同步信号传送给一个或多个本地控制器106。响应接收到时间同步信号，每个本地控制器106重置或同步内部时钟218(图2所示)。中央控制器104可将时间同步信号传送给所有本地控制器106或者选择本地控制器106。
此外，在一些实施例中，中央控制器104承担来自对应本地控制器106的一个或多个致动器110的控制。当致动器110经由网络接口224(图2所示)耦合到网络114时，中央控制器104可直接与致动器110进行通信。备选地，中央控制器104可经由本地控制器106与致动器110进行通信。在这类实施例中，中央控制器104运行校准过程，以便确保反射镜112的位置准确性和/或致动器110的位置准确性。
以上详细描述供控制太阳能发电***的反射镜位置中使用的方法、***和设备的示范实施例。方法、***和设备并不局限于本文所述的具体实施例，而是可单独且独立于本文所述的其它操作和/或部件来使用方法的操作和/或***和设备的部件。此外，所述操作和/或部件也可在其它方法、***和/或设备中定义或者与其结合使用，而并不局限于仅采用本文所述的方法、***和设备来实施。
例如本文所述的控制器包括至少一个处理器或处理单元以及***存储器。控制器通常具有至少某种形式的计算机可读介质。作为示例而不是限制，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括通过任何方法或技术实现的、用于存储例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者采用例如载波或其它传输机制等调制数据信号的其它数据，并且包括任何信息传递介质。本领域的技术人员熟悉调制数据信号，它具有的特性的一个或多个按照以便对信号中的信息进行编码的方式来设置或改变。以上任一个的组合也包含在计算机可读介质的范围之内。
虽然结合示范的分布式定日镜控制***环境来描述本发明，但是本发明的实施例对于许多其它通用或专用控制***环境或配置是可操作的。分布式定日镜控制***环境不是要提出关于本发明的任何方面的使用或功能性的范围的任何限制。此外，分布式定日镜控制***环境不应当被解释为具有与示范操作环境中所图示的部件的任一个或组合相关的任何相关性或要求。可适合与本文所述实施例配合使用的众所周知的分布式定日镜控制***、环境和/或配置的示例包括但不限于个人计算机、服务器计算机、手持或膝上型装置、多处理器***、基于微处理器的***、机顶盒、可编程消费者电子器件、移动电话、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括上述***或装置的任一个的分布式计算环境等等。
实施例可通过在由一个或多个计算机或其它装置所运行的例如程序部件或模块等的计算机可执行指令的一般上下文中描述。本发明的方面可采用部件或模块的任何数量和组织来实现。例如，实施例并不局限于附图所示以及本文所述的具体计算机可执行指令或者具体部件或模块。备选实施例可包括具有比本文所示和所述的更多或更少功能性的不同计算机可执行指令或部件。
本文所示和所述的实施例中的操作的运行或执行顺序不是必需的，除非另加说明。也就是说，操作可按任何顺序来执行，除非另加说明，并且实施例可包括附加的或者比本文所公开的更少的操作。例如，考虑了在另一个操作之前、同时或之后运行或执行特定操作落入所述实施例的范围之内。
在介绍本发明或其实施例的方面的元件时，限定词“一”、“该”和“所述”意在表示存在元件的一个或多个。术语“包含”、“包括”和“具有”意在包括在内，并且表示可能存在与列示元件不同的附加元件。
本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本发明，并且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或***，以及执行任何结合方法。本发明的专利范围由权利要求书来限定，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这类其它示例具有与权利要求书的文字语言完全相同的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求书的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则它们意在处于权利要求书的范围之内。
部件列表
100    太阳能发电***        120    涡轮机
102    控制***。            122    配电网络
104    中央控制器            202    处理器
106    本地控制器            204    存储区
108    多个定日镜            206    ***总线
110    致动器                208    内部时钟
112    反射镜                210    网络接口
114    网络                  212    处理器
116    收集器                214    存储区
118    热交换器              216    ***总线
222    致动器接口            218    内部时钟
224    网络接口              220    网络接口
226    本地控制器接口        300    流程图
302    将一个或多个反射镜耦合到致动器
304    将一个或多个致动器耦合到本地控制器
306    将多个本地控制器耦合到中央控制器
308    将标识信息和/或关联信息存储在中央控制器存储区中
310    将太阳跟踪信息存储在中央控制器存储区中
312    计算多个系数以用于控制反射镜的移动
314    经由网络将系数传送给每个本地控制器
316    根据系数来计算每个反射镜的多个位置
318    使用对应致动器来控制各反射镜到各位置的移动

Claims (10)

1.一种分布式定日镜控制***(102)，包括：
中央控制器(104)，配置成计算多个系数以用于相对太阳的多个位置来定位至少一个反射镜(112)；以及
至少一个本地控制器(106)，经由网络(114)耦合到所述中央控制器，所述至少一个本地控制器还耦合到至少一个致动器(110)，其配置成使所述至少一个反射镜相对至少一个轴线移动，
所述至少一个本地控制器配置成：
经由所述网络从所述中央控制器接收所述多个系数；
根据所述多个系数来计算与太阳的多个位置对应的所述至少一个反射镜的多个位置；以及
使所述至少一个致动器将所述至少一个反射镜相对所述至少一个轴线移动到多个所计算位置的每个。
2.如权利要求1所述的分布式定日镜控制***(102)，其中，所述中央控制器(104)配置成：
在第一时间段中计算所述多个系数；以及
在与所述第一时间段不同的第二时间段中传送所述多个系数。
3.如权利要求2所述的分布式定日镜控制***(102)，其中，所述至少一个本地控制器(106)配置成：
在所述第二时间段中接收所述多个系数；以及
计算所述至少一个反射镜(112)的多个位置，并且在与所述第一时间段和所述第二时间段不同的第三时间段中使所述至少一个致动器(110)移动所述至少一个反射镜。
4.如权利要求1所述的分布式定日镜控制***(102)，其中，所述至少一个本地控制器(106)配置成根据内部时钟(208)来计算所述至少一个反射镜(112)的多个位置。
5.如权利要求4所述的分布式定日镜控制***(102)，其中，所述中央控制器(104)还配置成将时间同步信号传送给所述至少一个本地控制器(106)，并且所述至少一个本地控制器还配置成根据所述时间同步信号来同步所述内部时钟(208)。
6.如权利要求1所述的分布式定日镜控制***(102)，其中，所述至少一个本地控制器(106)还配置成使所述至少一个致动器(110)将所述至少一个反射镜(112)移至储备位置。
7.如权利要求6所述的分布式定日镜控制***(102)，其中，所述中央控制器(104)还配置成检测环境条件，并且经由所述网络(114)将储备命令传送给所述至少一个本地控制器(106)。
8.如权利要求1所述的分布式定日镜控制***(102)，其中，所述中央控制器(104)还配置成承担对所述至少一个致动器(110)的控制，并且使用所述至少一个致动器和所述至少一个反射镜(112)来执行校准过程。
9.如权利要求1所述的分布式定日镜控制***(102)，其中，所述至少一个本地控制器(106)包括多个本地控制器，所述多个本地控制器的每个本地控制器耦合到相应多个致动器(110)，用于控制相应反射镜(112)。
10.一种供太阳能发电***(100)中使用的控制器，该***包括配置成控制多个反射镜(112)的移动的多个本地控制器(106)，所述控制器包括：
存储区(204)，配置成存储多个系数以用于相对太阳的位置来定位所述多个反射镜；以及
耦合到所述存储区的处理器(212)，所述处理器配置成：
根据太阳的位置和所述多个反射镜的每个反射镜的相应地点来计算所述多个系数；以及
经由网络(114)将所述多个系数的多个子集传送给多个本地控制器的每个本地控制器，所述多个子集的每个子集对应于所述多个反射镜的至少一个反射镜。
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