一種定日鏡跟蹤誤差校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種用于塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的定日鏡跟蹤誤差校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]塔式太陽能熱發(fā)電站的工作原理是:通過定日鏡將太陽光集中反射到安裝在高塔上的吸熱器以產(chǎn)生高溫，利用高溫加熱工作介質(zhì)來發(fā)電。定日鏡的跟蹤精度關(guān)系到太陽能熱發(fā)電站的工作效率，因此提高定日鏡跟蹤精度是塔式太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域重要的研究課題。
[0003]從理論上根據(jù)定日鏡所處的位置、目標靶位置，結(jié)合天文公式可以精確計算出太陽所處的位置，計算精度非常高，可達到萬分之三度。然而在制造、安裝以及運行定日鏡的過程中，可能存在各種各樣的誤差，如:定日鏡的水平旋轉(zhuǎn)軸與水平面不垂直，俯仰旋轉(zhuǎn)軸與水平面不平行，定日鏡鏡面法線與俯仰旋轉(zhuǎn)軸不垂直等。在制造、安裝過程中，絕對的垂直和平行是做不到的，一般來說，精度要求越高，成本也就越高。
[0004]由于多種影響跟蹤精度的因素存在，定日鏡的跟蹤精度往往比較低，雖然不會偏離目標中心太遠，但也不能滿足發(fā)電的需要，因此需要有其它的提高跟蹤精度的方法。到目前為止，提高定日鏡跟蹤精度的方法有很多種，基本分為閉環(huán)控制和開環(huán)控制兩種。
[0005]在中國專利ZL200810025001.6《一種定日鏡跟蹤控制裝置及其控制方法》中，采用閉環(huán)相結(jié)合的方法，每一臺定日鏡配一只四象限太陽位置傳感器來校正跟蹤誤差。由于每一臺定日鏡都安裝了一臺四象限太陽位置傳感器，因此每一臺定日鏡都可以根據(jù)太陽位置傳感器的信號，隨時校正跟蹤誤差，跟蹤精度取決于傳動精度及太陽傳感器的靈敏度。但用這種閉環(huán)控制的方法成本比較高。
[0006]采用開環(huán)控制較為普遍，但是由于定日鏡在制造安裝過程中，不可避免地存在各種誤差，因此定日鏡在跟蹤太陽的過程中會存在不同程序的跟蹤誤差，為了減小跟蹤誤差，往往需要對定日鏡的制造、安裝提出較高的要求，這樣會大幅增加定日鏡的制造、安裝成本。為了降低制造、安裝成本，有一種做法是通過圖像采集與分析技術(shù)，獲得定日鏡光斑中心的實際位置，與目標位置進行比較，通過定期修正定日鏡的初始角度，從而獲得較好的跟蹤效果。由于這種誤差校正方法沒有找到定日鏡的誤差源，因此每隔一段時間，就需要重新獲取定日鏡的實際位置并與目標位置比較，獲得新的初始角度修正參數(shù)。這會額外增加工作流程，增加了成本，也容易產(chǎn)生誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的定日鏡跟蹤誤差校正方法流程復(fù)雜、成本高的缺陷，從而提供一種過程簡單、精度高的定日鏡跟蹤誤差校正方法。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種定日鏡跟蹤誤差校正方法，用于校正定日鏡的初始角度誤差與定日鏡立柱安裝誤差，該方法包括:
[0009]步驟I)、設(shè)定定日鏡跟蹤誤差檢測時間；
[0010]步驟2)、選擇待檢定日鏡；
[0011]步驟3)、在步驟I)所設(shè)定的某一定日鏡跟蹤誤差檢測時間內(nèi)對步驟2)所選擇的待檢定日鏡檢測并記錄初始角度誤差；該步驟包括:
[0012]步驟3-1)、驅(qū)動所選擇的定日鏡旋轉(zhuǎn)，當(dāng)該定日鏡的當(dāng)前角度與目標角度相等后，采集該定日鏡投射到目標靶白板上的光斑，計算該光斑質(zhì)量中心與白板幾何中心的位置偏差;
[0013]步驟3-2)、根據(jù)所述光斑質(zhì)量中心與目標靶白板幾何中心的位置偏差計算該定日鏡的偏差修正角度；
[0014]步驟3-3)、將所選擇的定日鏡的初始角度誤差與步驟3-2)得到的定日鏡的偏差修正角度相加，得到經(jīng)過校正的初始角度誤差；
[0015]步驟4)、根據(jù)步驟3)得到的新的定日鏡初始角度誤差調(diào)整選定定日鏡的旋轉(zhuǎn)角度，然后繼續(xù)調(diào)整定日鏡的角度，使得定日鏡的角度與目標角度相等；然后采集圖像，若檢測到的定日鏡光斑中心與光靶中心距離大于某一指定值，重新執(zhí)行步驟3)，直到定日鏡光斑中心與光靶中心距離小于某一指定值，最后記錄當(dāng)前與檢測定日鏡的跟蹤誤差有關(guān)的信息；
[0016]步驟5)、在多個定日鏡跟蹤誤差檢測時間內(nèi)得到選定的定日鏡的初始角度誤差后，利用這些初始角度誤差回歸計算該定日鏡的固有初始角度誤差和立柱傾斜角度誤差。
[0017]上述技術(shù)方案中，所述的步驟I)包括:將一天劃分為多個固定時長的時間段，在這些時間段各自選擇一個檢測時間點作為定日鏡跟蹤誤差檢測時間。
[0018]上述技術(shù)方案中，所述的步驟2)包括:依次判斷輻照度是否大于或等于設(shè)定值，風(fēng)速是否小于或等于設(shè)定值，如果上述條件都滿足，從定日鏡場的多個定日鏡中選取與當(dāng)前時間間隔最長的定日鏡作為待檢定日鏡，并將待檢定日鏡的目標位置設(shè)定為目標靶的白板中心。
[0019]上述技術(shù)方案中，在所述的步驟3-1)中，所述計算該光斑質(zhì)量中心與白板幾何中心的位置偏差包括:根據(jù)當(dāng)前的輻照度，設(shè)定一個圖像背景灰度閥值；采集光斑圖像后，從光斑圖像中找到目標靶白板上的特征標記點，通過特征標記點的位置計算出目標靶白板幾何中心位置及圖像中每個像素的大小；將圖像上灰度值小于所述圖像背景灰度閥值的像素點的灰度值清零，然后計算出基于像素灰度的光斑的質(zhì)量中心相對于目標靶白板幾何中心的位置偏差。
[0020]上述技術(shù)方案中，在所述的步驟3-2)中，所述的計算偏差修正角度包括:根據(jù)目標靶白板的中心坐標、安裝傾角以及光斑質(zhì)量中心與白板幾何中心的位置偏差，計算出光斑質(zhì)量中心的坐標，然后計算出以該坐標為目標位置的定日鏡的目標角度，用這個目標角度值減去以目標靶白板幾何中心為目標位置的目標角度，從而得到定日鏡的偏差修正角度。
[0021]上述技術(shù)方案中，在所述的步驟5)中，所述多個定日鏡跟蹤誤差檢測時間包括至少8個檢測時間點；所述利用這些初始角度誤差回歸計算所選定日鏡的固有初始角度誤差和立柱傾斜角度誤差包括:如果定日鏡立柱安裝沒有偏差，在所述至少8個檢測時間點計算得到的初始角度誤差基本相等，此時用新測量的初始角度誤差取代原來的固有初始角度誤差，固有立柱傾斜角度誤差的值不需要改變；若存在定日鏡立柱安裝偏差，則在至少8個檢測時間點計算得到的初始角度誤差的值會有較大差別，在某角度范圍內(nèi)按照精度要求回歸計算出初始角度誤差和立柱傾斜角度誤差，即:求出該選定的定日鏡的初始角度和立柱傾斜角度，使其在選定的檢測時間點計算得到的定日鏡反射光線與定日鏡旋轉(zhuǎn)中心連線的夾角的平方和最小。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0023]本發(fā)明的方法根據(jù)定日鏡在全天的跟蹤情況，回歸計算出兩個不容易通過技術(shù)手段克服的誤差源(四個變量)，將這幾個變量代入定日鏡目標位置計算公式，可以使得定日鏡全年的跟蹤精度都較高。
【附圖說明】
[0024]圖1是定日鏡控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖2是檢測定日鏡跟蹤誤差的白板的示意圖；
[0026]圖3是選擇待檢定日鏡的流程圖；
[0027]圖4是定日鏡校正過程的流程圖；
[0028]圖5是光斑采集處理的流程圖。
【具體實施方式】
[0029]現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
[0030]本領(lǐng)域技術(shù)人員經(jīng)過分析后發(fā)現(xiàn)，定日鏡跟蹤過程中常見的誤差包括:初始角度誤差、定日鏡立柱安裝誤差、目標位置的計算誤差、水平旋轉(zhuǎn)軸與俯仰旋轉(zhuǎn)軸不垂直、定日鏡鏡面中心與旋轉(zhuǎn)中心不重合、定日鏡鏡面法線與俯仰旋轉(zhuǎn)軸不垂直，此外還包括一些隨機誤差，如風(fēng)速風(fēng)向的影響、定日鏡鏡面的重力變形。
[0031]由于誤差源較多，給回歸計算帶來了很大的困難，例如:定日鏡沒有準確打到目標點，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過水平和俯仰旋轉(zhuǎn)定日鏡就可以讓它打到目標點，也可以通過傾斜立柱讓它打到目標點，也可以轉(zhuǎn)動鏡面讓它打到目標點，因此，通過對一天幾個檢測點的回歸計算，往往不能得到一組理想的回歸結(jié)果。
[0032]本申請的定日鏡跟蹤誤差校正方法所涉及的誤差源只包括定日鏡立柱安裝誤差和初始角度誤差，上述兩種誤差之外