CN102495640A - 太阳能发电站的定日镜校准方法及校准系统 - Google Patents

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CN102495640A CN2011104063294A CN201110406329A CN102495640A CN 102495640 A CN102495640 A CN 102495640A CN 2011104063294 A CN2011104063294 A CN 2011104063294A CN 201110406329 A CN201110406329 A CN 201110406329A CN 102495640 A CN102495640 A CN 102495640A
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Abstract

本发明公开了一种太阳能发电站的定日镜校准方法，其通过图像传感器的移动获得定日镜的反射光斑中心位置与接收器中心的偏差ei并控制定日镜转动到公称位置；将距离偏差ei与设定偏差值di比较判断定日镜的偏差大小，定日镜偏差小时，只需校准较少的校准误差即可；当定日镜的偏差较大，则校准较多的校准误差。本发明同时公开了一种应用上述校准方法的定日镜校准系统。本发明通过图像传感器组来确定定日镜的反射光斑中心位置，其校准动作快，机械误差小，校准精度提高。并且，本发明通过首先判断定日镜偏差大小的方式决定校准参数的方式进行校准，提高了校准效率和校准精度。

Description

太阳能发电站的定日镜校准方法及校准系统
技术领域
本发明属于太阳能发电领域，特别涉及一种太阳能发电站的定日镜校准方法及校准系统。
背景技术
中央塔式接收器发电站中，塔顶的接收器接受来自定日镜组反射的太阳光。接收器转换入射辐射能输出高压高温蒸汽，之后可送入涡轮机进行电力发电。定日镜一般安装于塔周围的地面。各定日镜具有刚性反射表面，可跟踪太阳，表面白天采用向阳方位，保持反射移动的太阳光至接收器。需要高度准确地跟踪太阳，减少接收器周围溢出的反射光。因此提供一种能够准确跟踪太阳实现较高效率且较小损耗的定日镜校准系统成为本领域人员亟需解决的技术问题。
为解决上述问题，现有的定日镜校准系统常用的校准方法为：通过图像传感器多次检测的定日镜反射太阳光的光斑空间位置，也就是光斑的中心位置，以及该对应的定日镜的旋转角度，此处的旋转角度是指定日镜的俯仰角
Figure BDA0000117731930000011
和/或平摇角ω，得出该定日镜所需校准的误差值。根据获得的误差值，更新定日镜在数据库中的参数，根据这些参数和接收器及太阳的位置，计算出定日镜将阳光反射在接收器上需旋转的角度，开始跟踪。但是，上述校准方法中，首先要确定需要校准的误差个数n，通过至少获得n/2个光斑中心位置以及定日镜的旋转角度信息才能进行校准。由于不能得知待校准的定日镜误差大小，为了精确校准，通常选取较多的校准误差进行校准，这样，就需要定日镜多次转动来获取多个光斑中心位置及定日镜的旋转角度信息，校准过程中定日镜多次轨迹转动引入了机械误差，校准精度降低。
例如，中国专利CN101918769A公开了一种中央塔式接收器太阳能发电厂中的定日镜定标和跟踪控制方法，其包括反射阳光至接收器的定日镜场、指向至少一定日镜子分组的摄像机。摄像机配置为可产生多个定日镜反射的阳光图像。该系统就是通过上述校准方法进行校准的。在校准过程中，确定光斑中心位置的过程如下：首先通过摄像机捕捉定日镜反射的光斑，此时定日镜处于起始配置，为了使摄像机找到定日镜的反射光斑中心位置，控制系统控制定日镜转动，最终使定日镜转动到摄像机捕捉到光斑中心位置为止，此时得到了一组光斑中心位置及定日镜旋转角度信息值；欲校准n个误差时，则需要经过至少n/2次上述过程得到n/2组光斑中心位置及定日镜旋转角度信息值再进行校准。其校准过程较复杂。另外，该校准系统需要通过定日镜的不断旋转使固定于定日镜场内的摄像机获得定日镜的反射光斑中心，图1所示为使用摄像机获得光斑中心样本时执行的定日镜转动的轨线图，定日镜的方位以两个旋转角控制，平摇角ω和俯仰角
Figure BDA0000117731930000012
。平摇角ω沿水平轴表示。俯仰角
Figure BDA0000117731930000013
沿垂直轴表示。通过该轨迹图可以得出，该系统需要定日镜多次转动才能到达摄像机能够检测到光斑中心的位置。定日镜的反射光斑无法照射在接收器上，影响了发电效率，且定日镜的多次轨迹转动引入了机械误差，校准精度降低。另外在较大的发电厂中，数量庞大的定日镜的转动会消耗控制定日镜转动的校准电机的电能。又例如，美国专利US20100139644中，虽然校准时，定日镜的转动轨迹较CN101918769A有所简化，但为了获得定日镜反射光斑轮廓位置，仍需控制系统控制大量定日镜转动到摄像机能够扑捉到的位置；这样，定日镜的反射光斑无法照射在接收器上，影响了发电效率。而且，以上两种方案中，无论定日镜参数误差大小，定日镜均需旋转到多个位置，以获得多组用于校准所需数据，影响了发电效率。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有定日镜校准方法校准效率低、校准精度低的问题，进而提供一种根据误差大小确定校准误差个数的太阳能发电站的定日镜校准方法。
为解决上述技术问题，本发明公开一种太阳能发电站的定日镜校准系统的校准方法，其包括以下步骤：
a.控制单元控制定日镜转动，使所述定日镜的反射图像对准公称位置Gi；
b.图像传感器组采集定日镜的反射图像，所述控制单元根据所述图像传感器组采集的图像，确定所述定日镜的反射图像中心位置Li，并将反射图像中心位置Li与所述公称位置Gi进行比对，确定反射图像的中心位置Li与所述公称位置Gi的距离偏差ei及对应的定日镜；同时获得此时所述定日镜旋转角度；
c.重复i次步骤a-b，得到距离偏差值ei与设定偏差值di比较；当至少k组ei＞di时，其中1≤k≤i，校准所有参数的误差；否则，只需校准部分参数的误差；
d.控制单元根据校准参数个数m，旋转定日镜至少m/2次确定定日镜旋转的次数，并根据获得的光斑中心位置及定日镜的旋转角度，计算所需校准的误差。
步骤b所述的图像传感器组通过固定或者上下移动或者左右移动或者旋转移动的方式采集定日镜的反射图像。
步骤c中设定偏差值di＝nGiLi-1，其中GiLi-1为反射图像中心理想移动距离；0＜n≤1。
步骤c中设定偏差值di＝nLiLi-1，其中LiLi-1为反射图像中心实际移动距离；0＜n≤1。
步骤c中设定偏差值di为固定值。
步骤d中定日镜旋转的次数为至少m/2次。
步骤c中k为根据校准精度设定的预设值。
所述部分参数的误差为俯仰角误差及平摇角误差和/或定日镜中心位置误差。
步骤b中，由所述角度传感器的测量值或者控制单元的命令得到所述定日镜旋转角度。
本发明同时公开一种应用上述校准方法的太阳能发电站的定日镜校准系统，其包括接收器，所述接收器用于接收定日镜反射的太阳光；至少一个定日镜组成的定日镜场：其安装于所述接收器的周围；至少一个图像传感器组成的图像传感器组：用于采集定日镜的校准光源反射图像；以及上述校准方法的控制单元：用于处理图像传感器组获得的图像信息，并校准跟踪太阳的定日镜的参数同时控制定日镜转动；所述控制单元控制所述定日镜转动，使所述定日镜的反射光斑对准公称位置，所述图像传感器组采集所述定日镜反射光斑的图像，所述控制单元根据图像传感器组采集的图像信息，确定所述定日镜反射图像中心位置，将反射图像中心位置与所述公称位置进行比对，确定没有对准所述公称位置的定日镜，并对所述定日镜进行校准。
所述图像传感器组采集到的定日镜的反射图像为斑点，用于获得定日镜反射光斑的轮廓；所述图像传感器可移动地设置于所述定日镜场上，使定日镜的反射图像落入所述图像传感器组的采集范围。
所述图像传感器安装于位于所述接收器与所述定日镜场之间的安装支架上，所述图像传感器环绕所述接收器的周向设置且所述图像传感器的采集面面向所述定日镜设置，其沿所述安装支架上下移动。
所述图像传感器可移动地安装于位于所述接收器与所述定日镜场之间的安装支架上，所述图像传感器环绕所述接收器的周向且所述图像传感器采集面面向所述接收器设置，其沿所述安装支架上下移动。
所述图像传感器安装于旋转安装支架上，所述旋转安装支架可绕所述接收器的支撑塔转动，所述图像传感器组沿竖直方向设置且其采集面面向所述定日镜设置，其与所述旋转安装支架同时绕所述支撑架转动。
所述图像传感器可上下移动地安装于旋转安装支架上，所述图像传感器沿水平方向排列且其采集面面向所述接收器设置，所述旋转安装支架可绕所述接收器的支撑塔转动。
所述定日镜场设置于所述接收器的一侧，所述图像传感器安装于位于所述接收器与所述定日镜场之间的平面安装支架上，所述图像传感器组沿水平或竖直方向排列，其沿所述平面安装支架上下或水平移动。
所述图像传感器组采集到的定日镜的反射图像为斑点，用于获得定日镜反射光斑的轮廓；所述图像传感器固定安装于定日镜场上，使定日镜的反射图像落入所述图像传感器组的采集范围。
所述图像传感器组安装于位于所述接收器与所述定日镜之间的固定支架上，所述图像传感器环绕所述接收器的周向设置且所述图像传感器的采集面面向所述定日镜设置，其沿所述接收器为中心上下布置数组。
图像传感器组固定安装于位于所述接收器与所述定日镜之间的固定安装支架上，所述固定安装支架环绕所述接收器的接收面下侧的支撑塔设置。
所述定日镜配置有两个旋转轴，所述定日镜绕所述旋转轴进行俯仰转动以及平摇转动；所述双旋转轴配有角度传感器，用于精确测定两个旋转轴转过的实际角度。
所述定日镜配置有两个旋转轴，所述定日镜分别绕两所述旋转轴进行俯仰转动；所述双旋转轴配有角度传感器，用于精确测定两个旋转轴转过的实际角度。
所述校准系统还包括视日跟踪传感器，其用于实时跟踪太阳位置。
所述校准系统还包括安装于所述图像传感器组移动轨道上的位置传感器，用于确定接收器以及图像传感器的位置。
所述校准光源为太阳光光源或人工光源。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明的定日镜校准方法通过判断定日镜的误差大小确定校准参数个数，再进行误差校准，这样，当误差较小时，只需定日镜旋转到较少个位置，获得较少组定日镜校准所需数据，相比于现有技术中通过人工选择校准参数个数后再进行误差校准，且均须获得多组用于校准所需数据的情况，本发明的校准效率高，同时校准精度高。
(2)本发明的定日镜校准系统直接通过图像传感器组来确定定日镜的反射光斑中心位置，其相比于现有技术中通过定日镜的不断转动使定日镜中心对准图像传感器，最终使图像传感器捕捉到光斑中心位置的方式，本发明的校准动作快，机械误差小，校准精度提高。
(3)另一方面，本发明的图像传感器可移动地设置于所述接收器的周向上，可以在所述控制单元控制所述定日镜，使所述定日镜的反射光斑试图对准所述接收器的时，根据图像传感器获得的光斑轮廓位置，确定反射光斑没对准接收器的定日镜。控制单元可以只对反射光斑没有照射到接收器上的定日镜进行校准。其余对准接收器上的定日镜可以继续正常工作。相比于现有技术中校准与发电分开的校准系统，本发明的太阳能发电站的效率更高。
(4)本发明的校准光源可以选用太阳光也可以选用人工光源，晴天时可以通过太阳光进行校准，阴天或者夜晚时选择人工光源同样实现定日镜的校准。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是现有技术中使用摄像机获得光斑中心样本时执行的定日镜转动的轨线图；
图2是实施例1中的定日镜校准系统的示意图；
图3是图像传感器移动时获得的光斑图；
图4是具有减光装置的图像传感器结构示意图；
图5是具有减光装置和遮光装置的图像传感器结构示意图；
图6是控制单元的信息流框图；
图7是实施例1中的反射光斑中心位置与公称位置关系图；
图8是实施例2的定日镜校准系统的示意图；
图9是安装人工光源的图像传感器结构示意图；
图10是实施例3的定日镜校准系统的示意图；
图11是实施例3中的反射光斑中心位置与公称位置关系图；
图12是实施例4的定日镜校准系统的示意图；
图13是实施例5的定日镜校准系统的示意图；
图14是实施例6的定日镜校准系统的示意图；
图15是实施例6的定日镜校准系统的俯视图；
图16是实施例7的定日镜校准系统的示意图；
图17是实施例8的定日镜校准系统的示意图；
图18是实施例9的定日镜校准系统的示意图。
图中附图标记表示为：
1-接收器  2-定日镜  3-图像传感器  4，4’-安装支架  5-减光装置  6-太阳光光源  7-人工光源  8，8’-旋转安装支架  9-支撑塔  10，10’-平面安装支架  11，11’-固定安装支架  12-视日跟踪传感器  13-光强传感器14，14’-电机  15-冷却装置  51-减光圆盘  52-遮光装置
具体实施方式
以下将结合附图，使用以下实施例对本发明进行进一步阐述。
实施例1
图2所示为太阳能发电站的定日镜校准系统，其包括一个安装于支撑塔9上的接收器1，所述接收器1接收定日镜2反射的太阳光以直接产生蒸汽或电；所述接收器1距地面的高度保证所述定日镜场中的定日镜2均能反射到所述接收器1上。
还包括安装于所述接收器的周围的定日镜场；所述定日镜场包括至少一个定日镜2；所述定日镜2配置有两个旋转轴，所述定日镜2绕所述旋转轴进行俯仰转动，平摇转动；所述双旋转轴配有角度传感器，用于精确测定两个旋转轴转过的实际俯仰角度
Figure BDA0000117731930000051
以及平摇角度ω。所述定日镜2通过调整镜面方位以跟踪移动的太阳，以使得太阳光被持续反射至接收器1上。
以及用于捕捉校准光源照射在定日镜2上的反射光斑的图像传感器组，所述图像传感器组包括至少一个图像传感器3。所述图像传感器3的图像采集范围大于所述定日镜场的反射误差范围，其采集待校准定日镜的图像。本实施例中的校准光源为太阳光光源6，所述图像传感器3为安装于位于所述接收器1与所述定日镜场之间的安装支架4上的摄像机，所述图像传感器3环绕所述接收器1的周向设置，其沿安装支架4上下移动。
由于图像传感器组需通过定日镜2与接收器1之间，大量定日镜的反射光斑会照射在图像传感器组上，能量极高，需减光程度很高的减光设备。因此本实施例中，所述图像传感器组配置有用于减弱光强的减光装置5；减光装置5为光的反射装置和光的吸收装置的组合，用于保护图像传感器组不受强光影响。当图像传感器组移动到接收器1周边而不在接收器1上时，照射在图像传感器组上的光斑极具减少，过高的反射率会导致图像传感器组捕捉不到定日镜的图像，所以此时减光程度需极具减小，因此，本实施例中，需要提供减光程度可变，且变化范围较大的设备。如图4所示，所述减光装置5包括一个减光圆盘51，其设置于所述图像传感器3前面，沿圆周方向均分为6块，每块的减光率不同，当图像传感器3移动至接收器1的正前方位置处时，光强传感器13检测到光强较强，控制电机14将该减光圆盘51转动到减光率高的一块，当图像传感器3位于接收器1上部或下部位置时，光强传感器13检测到光强较弱，控制电机14将该减光圆盘51转动到减光率低的一块。
更优选的，在所述减光圆盘51前还可以设置一个与减光圆盘51同轴的遮光装置52，如图5所示。所述遮光装置52设置一个通光孔，允许所有太阳光通过，其他部分遮蔽所有阳光。工作时，通过电机14’带动该遮光装置52连续旋转，与减光圆盘51异步，当通光孔与图像传感器对准时，图像传感器完成采集。该遮光装置52可以减小曝光时间，进一步减小强光对图像传感器的影响。
所述图像传感器组还配置有冷却装置15，所述冷却装置为风冷或水冷装置，该冷却装置用于避免经过接收器处的图像传感器受热辐射而损坏。
所述校准系统还包括视日跟踪传感器12，其用于实时跟踪太阳位置获得太阳光线向量。
所述校准系统还包括安装于所述图像传感器组移动轨道上的位置传感器，用于确定接收器以及图像传感器的位置。
该校准系统还包括控制单元，如图6所示，所述控制单元接受图像传感器组采集的定日镜图像信息，位置传感器采集的图像传感器3位置信息，视日跟踪传感器12采集到的太阳光位置信息，以及角度传感器采集的定日镜2旋转角度信息；并控制图像传感器3的移动以及定日镜2的转动。在所述控制单元控制所述定日镜2转动，使所述定日镜的反射光斑对准接收器时，所述图像传感器组3采集所述定日镜反射光斑的图像，所述控制单元根据图像传感器组采集的图像信息，确定所述定日镜2反射的光斑中心位置，将光斑中心位置与所述接收器1的位置进行比对，确定反射光斑没有对准所述接收器1的定日镜2，并对没有对准接收器1的定日镜2进行校准。
所述控制单元是通过图像传感器组的连续移动获得所述定日镜反射的光斑中心位置。当串行图像传感器组用时30t从导轨的一端匀速运动到另一端后，可以得到图3所示的二维图，它反映整个时间段内能捕捉到反射光斑的图像传感器的情况。依据此图便可推出反射光斑中心的空间位置，即光斑图的形心位置。
所述校准系统通过安装于定日镜旋转轴上的角度传感器获得定日镜的旋转角，也就是通过俯仰角
Figure BDA0000117731930000061
平摇角ω信息，进而得出该定日镜所需校准的误差值。其中，定日镜的俯仰角
Figure BDA0000117731930000062
为定日镜绕与水平面平行的轴的旋转角度，定日镜的平摇角ω为定日镜绕与水平面垂直的轴的旋转角度。
定日镜需要校准的误差包括：俯仰角及平摇角(
Figure BDA0000117731930000063
ω0)，两旋转轴的非垂直度η0，定日镜镜面中心o的的空间位置(x，y，z)，以及定日镜自身坐标系相对全局坐标系的三个欧拉转角(α0，β0，γ0)。在其他的实施例中，还可以引入更多的误差参数，以提高校准精度。
其中，定日镜的俯仰角
Figure BDA0000117731930000064
为定日镜绕与水平面平行的轴的旋转角度，定日镜的平摇角ω为定日镜绕与水平面垂直的轴的旋转角度，定日镜的中心位置为定日镜的镜面中心的位置坐标(x，y，z)，旋转轴非垂直度误差η0为两旋转轴实际夹角值。欧拉转角(α0，β0，γ0)为定日镜自身坐标系相对于全局坐标系的三个坐标轴的偏角。
该太阳能发电站的定日镜校准系统的校准方法包括以下步骤：
a.控制单元控制所述定日镜转动，使所述定日镜的反射光斑对准公称位置G1；
b.图像传感器组由接收器上侧至接收器下侧移动一次，采集定日镜的反射光斑，所述控制单元根据所述图像传感器组采集的光斑，确定所述定日镜反射的光斑中心位置，并将光斑中心位置L1与公称位置G1进行比对，确定未对准接收器的光斑的中心位置L1与公称位置G1的距离偏差e1及对应的定日镜；并通过所述角度传感器的测量值得到所述定日镜旋转角度；
c.控制单元根据此时反射光斑中心位置L1以及公称位置G2与定日镜镜面中心的注册位置a2，计算出旋转到公称位置G2所需的一组调整角度，控制单元控制所述定日镜完成旋转；
d.图像传感器组由接收器下侧至接收器上侧移动一次，采集定日镜的反射光斑，所述控制单元根据所述图像传感器组采集的光斑，确定所述定日镜反射的光斑中心位置L2；
e.控制单元计算此时光斑中心位置L2与此时公称位置G2新的距离偏差e2；此时，设定偏差值d2＝nG2L1，其中G2L1为反射图像中心理想移动距离；0＜n≤1；
f.根据e2与d2相比，当e2＜d2时，此时的定日镜偏差较小，只需校准俯仰角及平摇角误差，通过已经获得的光斑中心位置及定日镜旋转角度信息，根据误差校准公式计算所需校准的误差值；当e2＞d2时，此时定日镜偏差较大，根据校准误差的个数9，旋转定日镜至少5次，图像传感器组运动，获得相应的光斑中心位置以及定日镜旋转角度，根据误差校准公式计算所需校准的误差值；将校准的误差值存储至所述控制单元。
其中，上述误差校准公式为：
Figure BDA0000117731930000065
其中，ω为定日镜绕旋转轴旋转的平摇角；
为定日镜绕旋转轴旋转的俯仰角；
Figure BDA0000117731930000072
为与水平面垂直的单位向量；
Figure BDA0000117731930000073
为太阳光光线向量；
k为光斑中心位置坐标；
o为定日镜镜面中心位置坐标。
其中，在只需校准俯仰角误差
Figure BDA0000117731930000074
及平摇角误差ω0时，欧拉转角(α0，β0，γ0)的误差值、定日镜镜面中心o的空间位置(x，y，z)的误差值以及两旋转轴的非垂直度η0误差值调用控制单元中的存储值。
步骤c中，光斑中心和注册定日镜镜面中心的向量a1及此时太阳光向量b之间的平分线定义为此时的定日镜镜面法向量c1；公称位置G2和注册定日镜镜面中心的向量a2及此时太阳光向量b之间的平分线为定义为“对准”接收器中心后的镜面法向量c2；两个法向量c1与c2对应的角度差即为定日镜需要转动的角度。
步骤b与步骤c中的公称位置G1，G2为控制单元根据现有定日镜参数，控制定日镜旋转，试图使定日镜光斑到达的一个预定位置。其中公称位置G1与G2位置可以相同，也可以不同。本实施例中，公称位置G1与G2不同，如图7所示。
根据校准精度要求，设定偏差值d2还可以选取为nL2L1或者nG2L1其中较小的值，其中L2L1为反射图像中心实际移动距离；G2L1为反射图像中心理想移动距离；0＜n≤1。
实施例2
图8所示为本实施例的定日镜校准系统，该校准系统与实施例1中的校准系统的不同在于：
本实施例中的校准光源为人工光源7。所述人工光源7设置于所述接收器1上。作为另一种可以实施的方式，该人工光源还可以设置在可移动的图像传感器3上，如图9所示。这样，即使大量定日镜将反射光斑集中照射在图像传感器组上，总能量相对太阳光做校准光源的情况会低很多。无需上述减光程度变化范围很大的减光设备。
实施例3
图10为本实施例中的校准系统，其与实施例1的校准系统基本一致，其区别点在于：
所述图像传感器所述图像传感器3安装于旋转安装支架8上，所述旋转安装支架8可绕所述接收器1的支撑塔9转动，所述图像传感器组沿竖直方向设置，其与所述旋转安装支架8同时绕所述支撑塔9转动。所述控制单元通过图像传感器组的转动获得所述定日镜反射的光斑中心位置。
所述定日镜配置有两个与水平面平行的旋转轴X轴、Y轴，所述定日镜分别绕两所述旋转轴进行俯仰转动；所述两个旋转轴分别配有角度传感器，用于精确测定两个旋转轴转过的俯仰角度。
如图11所示，该定日镜校准系统的校准方法包括以下步骤：
a.控制单元控制所述定日镜转动，使所述定日镜的反射光斑对准接收器；
b.图像传感器组绕所述支撑塔9旋转一次，采集定日镜的反射图像，所述控制单元根据所述图像传感器组采集的图像，确定所述定日镜反射的光斑中心位置，并将光斑中心位置L1与公称位置G1进行比对，确定未对准接收器的光斑的中心位置L1与公称位置G1之间的距离偏差e1及对应的定日镜；并通过所述角度传感器的测量值或者控制单元的命令得到所述定日镜旋转角度；
c.控制单元根据反射光斑中心位置L1以及公称位置G2与定日镜镜面中心的注册位置a2，计算出旋转到公称位置G2所需的一组调整角度，控制系统控制所述定日镜完成旋转；
d.图像传感器组绕所述支撑塔9再次旋转，采集定日镜的反射图像，所述控制单元根据所述图像传感器组采集的图像，确定所述定日镜反射的光斑中心位置L2；
e.控制单元计算此时光斑中心位置L2与公称位置G2新的距离偏差e2，此时，设定偏差值d2＝nG2L1，其中G2L1为反射图像中心理想移动距离；0＜n≤1；
f.控制单元根据反射光斑中心位置L2以及公称位置G3与定日镜镜面中心的注册位置a3，计算出旋转到公称位置G3所需的一组调整角度，控制系统控制所述定日镜完成旋转；
g.图像传感器组绕所述支撑塔9再次旋转，采集定日镜的反射图像，所述控制单元根据所述图像传感器组采集的图像，确定所述定日镜反射的光斑中心位置L3；
h.控制单元计算此时光斑中心位置L3与公称位置G3新的距离偏差e3，此时，设定偏差值d3＝nG3L2，其中G3L2为反射图像中心理想移动距离；0＜n≤1；
i.根据e2与d2以及e3与d2相比，当e2＜d2以及e3＜d3时，只需校准俯仰角、平摇角误差、定日镜中心位置误差，通过已经获得的光斑中心位置及定日镜旋转角度信息可以计算获得；当e2＞d2或者e3＞d3时，校准全部误差，根据校准误差的个数9，旋转定日镜至少5次，图像传感器组运动，获得相应的光斑中心位置以及定日镜旋转角度，计算所需更新的误差值。
本实施例中，公称位置G1，G2，G3相同。上述误差校准公式为：
Figure BDA0000117731930000081
其中，
Figure BDA0000117731930000082
为定日镜绕X轴旋转的俯仰角；
Figure BDA0000117731930000083
为定日镜绕Y轴旋转的俯仰角；
为与水平面垂直的单位向量；
Figure BDA0000117731930000085
为太阳光光线向量；
k为光斑中心位置坐标；
o为定日镜镜面中心位置坐标。
实施例4
图12为本实施例中的校准系统，其与实施例1的校准系统基本一致，其区别点在于：本实施例中的定日镜场位于所述接收器1其中的一侧地面上，所述图像传感器3安装于位于所述定日镜场与接收器1之间的平面安装支架10上，所述图像传感器组沿水平方向排列，其沿所述平面安装支架10上下移动。
本实施例中，所述图像传感器组的移动方式为以一定时间间隔的间歇性移动，这种移动方式可以在所述图像传感器组停下来时获得定日镜场反射光斑，其成像质量高。同时，间歇性移动可以方便地调整减光装置的减光率。
本实施例中定日镜的校准方法与实施例1中的校准方法一致。
实施例5
图13为本实施例的定日镜校准系统，其与实施例1的校准系统基本一致，其区别点在于：所述图像传感器组以固定的方式安装于位于所述接收器1与所述定日镜之间的固定支架11上。其采集的范围覆盖了所述定日镜2的反射误差范围。这样，所述图像传感器组即可以直接采集定日镜2的反射轮廓。
本实施例中定日镜的校准方法与实施例1中的校准方法基本一致，区别在于图像传感器组直接采集定日镜图像不需要移动。
实施例6
图14为本实施例的定日镜校准系统，其与实施例1的校准系统基本一致，其区别点在于：
所述图像传感器3为安装于位于所述接收器1与所述定日镜场之间的安装支架4上的摄像机。如图15所示，所述图像传感器组分为a，b，c，d4组，4组图像传感器环绕所述接收器1的周向设置，且所述图像传感器3的采集面面向所述接收器1设置，4组图像传感器分别沿安装支架4上下移动。a，b，c，d四组传感器分别对应3、4、1、2四个区域内的定日镜。通过4个图像传感器组的分别移动对四个区域内的定日镜进行校准。图像传感器移动时，通过所述接收器1上的图像传感器由于受到接收器1的遮挡，不能采集到照射到接收器1上的定日镜的光斑，图像传感器3只能采集到没有照射到接收器1上的定日镜反射光斑。
该定日镜校准系统中1区域的定日镜的校准方法包括以下步骤：
a.控制单元控制所述1区域定日镜转动，使所述定日镜的反射光斑对准接收器；
b.图像传感器c组由接收器上部至接收器下部第一次移动，采集定日镜的反射光斑，所述控制单元根据所述图像传感器c组采集的光斑，确定所述定日镜反射的光斑中心位置L1，并将光斑中心位置L1与公称位置G1进行比对，确定未对准接收器的光斑的中心位置与公称位置偏差e1及对应的定日镜；并通过所述角度传感器的测量值或者控制单元的命令得到所述定日镜旋转角度；
c.控制单元根据此时反射图像中心位置L1以及公称位置G2与定日镜镜面中心的注册位置a2，计算出旋转到公称位置G2所需的一组角度，控制系统控制所述定日镜完成旋转；
d.图像传感器c组由接收器下侧至接收器上侧移动一次，采集1区域定日镜的反射光斑，所述控制单元根据所述图像传感器组采集的光斑，确定所述定日镜反射的光斑中心位置L2；
e.控制单元计算此时光斑中心位置L2与公称位置G2新的距离偏差e2，此时，设定偏差值d2为固定设定值0.2m；
f.根据e2与d2以及e3与d2相比，当e2＜d2时，此时的定日镜偏差较小，只需定日镜中心位置误差，通过已经获得的光斑中心位置及定日镜旋转角度信息可以计算获得；当e2＞d2时，此时定日镜偏差较大，根据校准误差的个数9，旋转定日镜6次，图像传感器组运动，获得相应的光斑中心位置以及定日镜旋转角度，计算所需更新的误差值。
2，3，4区域的定日镜分别通过以上方式进行校准。上述误差校准公式为：
其中，ω为定日镜绕旋转轴旋转的平摇角；
Figure BDA0000117731930000101
为定日镜绕旋转轴旋转的俯仰角；
Figure BDA0000117731930000102
为与水平面垂直的单位向量；
Figure BDA0000117731930000103
为太阳光光线向量；
k为光斑中心位置坐标；
o为定日镜镜面中心位置坐标。
步骤a中，当所述图像传感器3采集的光斑为部分光斑时，控制单元首先根据已经获得的部分光斑轮廓，计算面积值A；推算出对应的定日镜，然后根据定日镜的注册位置计算反射光斑的面积A0值，得出剩余光斑面积值为A0-A，通过矩形的方式补足剩余光斑轮廓。最终计算出部分光斑轮廓与补足面积相加图形的几何形心，所述控制单元控制所述定日镜旋转，使定日镜转动到整个光斑落在可以被图像传感器组捕捉到的位置。
为提高校准精度，还可以重复更多次步骤a-b，得到更多组的光斑中心位置及定日镜俯仰角及平摇角度数值，根据多组数据，通过误差校准公式计算所需校准的误差值。
实施例7
图16所示为本实施例的定日镜校准系统，该校准系统与实施例1中的校准系统的不同在于：图像传感器组固定安装于位于所述接收器1与所述定日镜之间的固定安装支架11’上，所述固定安装支架11’环绕所述接收器1的接收面下侧的支撑塔9设置。本实施例中，图像传感器沿纵向以及横向均布排列。
本实施例中定日镜的校准方法与实施例1中的校准方法基本一致，区别在于图像传感器组直接采集定日镜图像不需要移动。
实施例8
图17为本实施例中的定日镜校准系统，其与实施例1的校准系统基本一致，其区别点在于：所述图像传感器3可上下移动地安装于旋转安装支架8’上，所述图像传感器3沿水平方向排列且其采集面面向所述接收器1设置，所述旋转安装支架8’可绕所述接收器的支撑塔9转动。所述控制单元通过图像传感器组的上下移动以及转动获得所述定日镜反射的光斑中心位置。
所述定日镜配置有两个与水平面平行的旋转轴X轴、Y轴，所述定日镜分别绕两所述旋转轴进行俯仰转动；所述两个旋转轴分别配有角度传感器，用于精确测定两个旋转轴转过的俯仰角度。
本实施例中定日镜的校准方法与实施例3中的校准方法一致。
实施例9
图18为本实施例中的校准系统，其与实施例1的校准系统基本一致，其区别点在于：所述图像传感器组为3组，其包括安装于所述定日镜场内安装支架4上的两组图像传感器，其沿所述安装支架4上下移动。还包括一组安装于平面安装支架10上的图像传感器，所述平面安装支架10位于所述接收器1的支撑塔9上，所述图像传感器沿水平方向排列，其随所述平面安装支架10上下移动。本实施例中，三组图像传感器可以对定日镜场内不同区域的图像传感器进行校准。本实施例中定日镜的校准方法与实施例1中的校准方法一致。
本实施例中，所述图像传感器组的移动方式为以一定时间间隔的间歇性移动，这种移动方式可以在所述图像传感器组停下来时获得定日镜场反射光斑，其成像质量高。同时，间歇性移动可以方便地调整减光装置的减光率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种太阳能发电站的定日镜校准系统的校准方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.控制单元控制定日镜转动，使所述定日镜的反射图像对准公称位置Gi；
b.图像传感器组采集定日镜的反射图像，所述控制单元根据所述图像传感器组采集的图像，确定所述定日镜的反射图像中心位置Li，并将反射图像中心位置Li与所述公称位置Gi进行比对，确定反射图像的中心位置Li与所述公称位置Gi的距离偏差ei及对应的定日镜；同时获得此时所述定日镜旋转角度；
c.重复i次步骤a-b，得到距离偏差值ei与设定偏差值di比较；当至少k组ei＞di时，其中1≤k≤i，校准所有参数的误差；否则，只需校准部分参数的误差；
d.控制单元根据校准参数个数m，确定定日镜旋转的次数，并根据获得的光斑中心位置及定日镜的旋转角度，计算所需校准的误差。
2.根据权利要求1的太阳能发电站的定日镜校准方法，其特征在于：
步骤b所述的图像传感器组通过固定或者上下移动或者左右移动或者旋转移动的方式采集定日镜的反射图像。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能发电站的定日镜校准方法，其特征在于：
步骤c中设定偏差值di＝nGiLi-1，其中GiLi-1为反射图像中心理想移动距离；0＜n≤1。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能发电站的定日镜校准方法，其特征在于：
步骤c中设定偏差值di＝n LiLi-1，其中LiLi-1为反射图像中心实际移动距离；0＜n≤1。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能发电站的定日镜校准方法，其特征在于：
步骤c中设定偏差值di为固定值。
6.根据权利要求1-5任一所述的太阳能发电站的定日镜校准方法，其特征在于：
步骤d中定日镜旋转的次数为至少m/2次。
7.根据权利要求1-6任一所述的太阳能发电站的定日镜校准方法，其特征在于：
步骤c中k为根据校准精度设定的预设值。
8.根据权利要求1-7任一所述的太阳能发电站的定日镜校准方法，其特征在于：
所述部分参数的误差为俯仰角误差及平摇角误差和/或定日镜中心位置误差。
9.根据权利要求1-8任一所述的太阳能发电站的定日镜校准方法，其特征在于：
步骤b中，由所述角度传感器的测量值或者控制单元的命令得到所述定日镜旋转角度。
10.一种应用权利要求1-9任一所述校准方法的太阳能发电站的定日镜校准系统，其特征在于：其包括接收器(1)，所述接收器(1)用于接收定日镜反射的太阳光；
至少一个定日镜(2)组成的定日镜场：其安装于所述接收器的周围；
至少一个图像传感器(3)组成的图像传感器组：用于采集定日镜的校准光源反射图像；
以及采用权利要求1-9任一所述校准方法的控制单元：用于处理图像传感器组获得的图像信息，并校准跟踪太阳的定日镜的参数同时控制定日镜转动；
所述控制单元控制所述定日镜(2)转动，使所述定日镜(2)的反射光斑对准公称位置，所述图像传感器组(3)采集所述定日镜反射光斑的图像，所述控制单元根据图像传感器组采集的图像信息，确定所述定日镜(2)反射图像中心位置，将反射图像中心位置与所述公称位置进行比对，确定没有对准所述公称位置的定日镜(2)，并对所述定日镜(2)进行校准。
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