CN102980313A - 太阳能塔式光热电站的定日镜误差校正系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能塔式光热电站的定日镜误差校正系统，包括定日镜镜场子系统、图像采集处理子系统和定日镜控制子系统；其中，定日镜镜场子系统包括集热器、纠偏板和定日镜装置；用于作为定日镜跟踪误差的目标靶的所述纠偏板安装在集热器附近；图像采集处理子系统包括相机和图像处理单元；定日镜控制子系统包括总控单元和定日镜控制单元，一个定日镜装置配置一个定日镜控制单元，一个总控单元控制至少一个定日镜控制单元。

Description

太阳能塔式光热电站的定日镜误差校正系统和方法

技术领域

本发明涉及光热发电领域，特别涉及太阳能塔式光热电站的定日镜误差校正系统和方法。

背景技术

太阳能光热发电技术(英文名Concentrating Solar Power，简称CSP)利用大面积的镜面将太阳辐射能量反射到集热器上，集热器将太阳辐射能转换成热能，并通过热力循环过程进行发电。作为太阳能大规模发电的重要方式，太阳能光热发电具有一系列明显优点。首先，其全生命周期的碳排放量非常低，根据国外研究仅有18g/kWh。另外，该技术在现有太阳能发电技术中成本最低，更易于迅速实现大规模产业化。此外，太阳能光热发电还具有非常强的与现有火电站及电网系统的相容性优势。

太阳能光热发电技术主要有以下四种：槽式聚光热发电、塔式聚光热发电、碟式聚光热发电和菲涅尔式聚光热发电。

塔式光热发电技术使用多面定日镜将吸收到的太阳光集中聚焦到吸热塔上的集热器，对传热工作介质加热进而发电。相比上述其他三种光热发电技术，塔式光热发电不需要长距离管道传输系统，热损减小，系统效率高，同时便于储存热量。塔式的工作介质可用空气、水或水蒸气以及熔盐等。

定日镜是塔式光热发电系统的重要组成部分，它至少包括支架、传动部分、控制部分和反射镜。为使太阳辐射能量集中于集热器的中心点，要求定日镜具备高反射率和高定日精度，并可在如沙漠、戈壁等复杂地理环境和酷热、严寒、大风等恶劣气候条件下工作。

从上述的定日镜工作原理可以得知，定日镜跟踪精度的高低，直接决定了定日镜的聚光效果的好坏，进而决定了集热器和集热器中传热工作介质的温度高低和热能大小，最后决定了太阳能电站发电能力的大小。所以，定日镜跟踪精度是影响太阳能电站发电能力的重要因素，也是制约塔式电站容量的关键因素。通过提高定日镜跟踪精度来提高聚光性能是塔式太阳能热发电领域重要的研究课题。

经过国内外几十年来大量的科学研究，定日镜跟踪精度有了很大的提高。例如，Ibrahim Reda在2004年中发表于太阳能杂志76期上的文章中提到了一种太阳公式，在一种定日镜跟踪方法中，使用该太阳公式并结合定日跟踪时的时间参数和吸热塔上集热器的经纬度、高度等位置参数，可以精确计算出定日镜当前应处的位置，此类定日镜跟踪方法所能得到的计算结果的精度可以非常高，达到万分之三度以内。但是在制造、安装以及运行定日镜的过程中，不可避免地存在各种各样的误差，如：定日镜的水平旋转轴应该与水平面垂直，俯仰旋转轴应该与水平面平行，然而制造安装过程中，绝对的垂直和平行是做不到的，并且精度要求越高，制造、安装的成本也就越高。由于多种影响跟踪精度的因素存在，采用现有定日镜跟踪方法所实现的定日镜的跟踪精度往往比较低，虽然不会偏离目标中心太远，但也不能满足发电的需要，因此需要有在定日镜跟踪出现误差之后能够纠正的系统和方法。

目前，有一些专利和文献涉及了不同的定日镜定日跟踪误差校正系统和方法。其中，作为参考文献1的中国专利200810025001.6《一种定日镜跟踪控制装置及其控制方法》提到了一种采用开环与闭环相结合的误差校正方法。在该专利申请所述的误差校正方法中，每一台定日镜配备一个四象限太阳位置传感器，该传感器采用四块光电池，当太阳光略有偏移时，光电池的感光量和电信号输出量都会发生变化，从而可以精确地感知和计算出太阳的当前实际位置。该专利申请所述的系统由此可以根据太阳的当前实际位置随时校正定日镜的跟踪误差，精度取决于传动精度及太阳传感器的灵敏度。使用该系统可以得到较好的定日镜跟踪误差校正精度，但也存在比较明显的缺陷和不足：一是需要在每一台定日镜装置上都专门安装四象限太阳位置传感器，在实际建设的塔式电站系统中会需要成百上千台四象限太阳位置传感器，所以该类误差校正系统成本较高，不利于塔式电站的大规模建设和推广；二是该类误差校正系统需要随时对定日镜进行跟踪误差校正，增加了塔式电站对该系统的依赖程度，也加大了塔式电站的维护成本和工作量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术难以实现全自动检测并校正定日镜跟踪误差的缺点，提出了一种低成本、全自动、高精度的定日镜跟踪误差的校正方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种太阳能塔式光热电站的定日镜误差校正系统，包括定日镜镜场子系统1、图像采集处理子系统5和定日镜控制子系统8；其中，

所述定日镜镜场子系统1包括集热器2、纠偏板3和定日镜装置4；用于作为定日镜跟踪误差的目标靶的所述纠偏板3安装在所述集热器2附近；

所述图像采集处理子系统5包括相机6和图像处理单元7；所述相机6用于捕捉所述定日镜装置4聚焦到所述纠偏板3上的光斑，并进行成像，将成像所形成的图像传递给图像处理单元7，所述图像处理单元7对所述图像进行处理，得到所述光斑的重心相对于所述纠偏板3上某一点的坐标值；

所述的定日镜控制子系统8包括总控单元9和定日镜控制单元10，一个所述的定日镜装置4配置一个所述的定日镜控制单元10，一个总控单元9控制至少一个定日镜控制单元10；所述总控单元9从所述图像处理单元7得到所述光斑的重心相对于所述纠偏板3上某一点的坐标值，根据该坐标值计算出定日镜当前跟踪误差，并进行误差校正，进而计算出待检定日镜准确的当前角度；所述的定日镜控制单元10接收来自于所述总控单元9的定日镜跟踪指令，计算所在的定日镜装置4要旋转到的目标位置，并驱动和控制所在的定日镜装置4的旋转操作。

上述技术方案中，所述相机6为CCD相机。

上述技术方案中，所述纠偏板3上某一点为纠偏板3的中心点。

本发明还提供了一种在所述的太阳能塔式光热电站的定日镜误差校正系统上实现的定日镜误差校正方法，包括：

步骤1)、在一时间段内选择待检的定日镜4，并为所述待检的定日镜4设定目标位置；所述目标位置为所述纠偏板3上的某一点；

步骤2)、根据步骤1)中所设定的目标位置以及当前的太阳位置信息、时间信息计算所述待检定日镜4的目标角度；

步骤3)、驱动待检定日镜4的旋转，使得所述待检定日镜4的当前角度与步骤2)计算得到的目标角度相同；

步骤4)、采集待检定日镜4投射到所述纠偏板3上的光斑，计算所述光斑的质量中心与所述目标位置的位置偏差；

步骤5)、根据步骤4)计算得到的位置偏差计算待检定日镜4需要调整的角度值，即偏差修正角度；

步骤6)、将之前检测得到的跟踪偏差曲线所确定的定日镜跟踪偏差角度与所述定日镜的偏差修正角度相加，得到经过校核的定日镜跟踪偏差角度；

步骤7)、根据步骤6)得到的经过校核的定日镜跟踪偏差角度调整所述待检定日镜4的当前角度；

步骤8)、根据经过校核的跟踪偏差角度拟合出当前时间段的跟踪偏差曲线；

步骤9)、根据步骤8)得到的当前时间段的跟踪偏差曲线回归出定日镜立柱的偏差角度，进而使用所述定日镜立柱偏差角度修正所述待检定日镜的当前角度。

上述技术方案中，在所述的步骤4)中，在采集待检定日镜4投射到所述纠偏板3上的光斑后，还包括以下步骤：对跟踪误差是否过大进行判断，如果跟踪误差过大，重新执行步骤2)，否则计算所述光斑的质量中心与所述目标位置的位置偏差。

上述技术方案中，在所述的步骤5)和步骤6)之间还包括以下步骤：

对步骤5)计算得到的偏差修正角度的大小进行判断，若所述偏差修正角度小于某一指定值则继续执行后续的步骤，否则，需要重新执行步骤2)。

上述技术方案中，在所述的步骤1)之前，还包括以下步骤：

采集环境信息，将所述环境信息与预设的环境条件进行比较，根据比较结果决定是否开始误差校正操作。

上述技术方案中，在所述的步骤1)中，根据定日镜在镜场中的位置或者根据定日镜做跟踪误差校正的时间间隔或者综合考虑时间与位置关系来选择待检的定日镜。

上述技术方案中，在所述的步骤4)中，计算所述光斑的质量中心与所述目标位置的位置偏差包括：

根据当前的太阳辐照度，设定一个图像背景灰度阈值；采集光斑图像后，从图像中找到所述纠偏板3上的特征标记点，通过特征标记点的位置计算出所述纠偏板3上的目标位置及图像中每个像素的大小，将图像上灰度值小于之前所设定的图像背景灰度阈值的像素点的灰度值清零，然后计算出基于像素灰度的光斑的质量中心相对于所述纠偏板3上的目标位置的位置偏差。

上述技术方案中，所述的步骤5)包括：

根据所述纠偏板上某一点的坐标、安装倾角、光斑质量中心与所述纠偏板上某一点的位置关系，计算出光斑质量中心的坐标，然后计算出以该坐标为目标位置的定日镜的实际角度，用这个实际角度值减去以所述纠偏板3上某一点为目标位置的目标角度，从而得到定日镜的偏差修正角度。

上述技术方案中，在所述的步骤6)中，所述之前检测得到的跟踪偏差曲线为与当前天最为接近的当前时间段的跟踪偏差曲线，若所述之前检测得到的跟踪偏差曲线不存在，采用当天前面一个或前面几个时间段检测得到的跟踪偏差角度当作校核前的跟踪偏差检测结果。

上述技术方案中，所述的步骤8)包括：选取当前时间段所记录的跟踪偏差角度与前后两个时间段所记录的跟踪偏差角度，以时间为X轴，跟踪偏差角度为Y轴，采用插值的方法拟合跟踪偏差曲线。

上述技术方案中，所述插值的方法包括分段线性插值法或二次多项式插值法。

上述技术方案中，在所述的步骤8)中，若当前时间段所记录的跟踪偏差角度或前一时间段所记录的跟踪偏差角度或后一时间段所记录的跟踪偏差角度不存在，将当前时间段或前一时间段所记录的跟踪偏差角度或后一时间段所记录的跟踪偏差角度作为当天的跟踪偏差角度。

本发明的优点在于：

1、本发明所述的定日镜跟踪误差校正系统，可以实现全自动无人值守运行。整个检测校正过程不需要人为干预，大为提高了塔式太阳能热电站的可维护性。

2、本发明使用定日镜立柱偏差角度作为误差校正参数之一，更真实地模拟了定日镜跟踪误差，具有更好的误差校正效果；并且不需要频繁地进行误差校正，减少了误差校正工作量。

3、本发明可以在定日镜运行一段时间之后会因为老化、磨损、故障等原因导致出现误差的情况下快速纠正误差，从而提高定日镜的跟踪精度，也延长了定日镜的使用寿命。

4、本发明在不影响电站正常运行的情况下，每隔一段时间选取一面或者一部分定日镜进行自动误差纠正，能够在定日镜出现显著影响聚光效能的情况之前，提前发现和纠正定日镜跟踪的精度降低现象，做到防微杜渐，尽量避免了因为定日镜跟踪误差会影响电站发电效能降低的情况。

5、本发明对于大规模电站来说，在现有的定日镜系统基础上，成本增加很少，但取得的效果非常明显，可谓事半功倍。

附图说明

图1是本发明的定日镜误差校正系统的结构示意图图；

图2是本发明的定日镜误差校正方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1为本发明所述的定日镜误差校正系统在一个实施例中的结构示意图。如图所示，该误差校正系统包括定日镜镜场子系统1、图像采集处理子系统5和定日镜控制子系统8。

所述的定日镜镜场子系统1包括集热器2、纠偏板3和定日镜装置4。所述的集热器2用来吸收定日镜反射的太阳辐射，使之转换为热能，并传递给集热器2中的传热工作介质。所述的纠偏板3是具有良好的朗伯特性的白色平板，用于作为检测定日镜跟踪误差的目标靶。在纠偏板3上可以设置特征标记点，以利于对图像的辨识。集热器2和纠偏板3都安装在镜场中的吸热塔上，纠偏板3安装在集热器2的附近，在本实施例中，纠偏板3位于集热器2的下方。在镜场中，有多台所述的定日镜装置4。在正常工作状态下，定日镜装置4将太阳光聚焦到集热器2上；在误差校正状态下，如图1所示，定日镜装置4将太阳光聚焦到纠偏板3上。

所述的图像采集处理子系统5包括CCD相机6和图像处理单元7。所述的CCD相机6用于捕捉定日镜装置4聚焦到纠偏板3上的光斑，并进行成像，将图像传递给图像处理单元7。所述的图像处理单元7通过对CCD相机6得到的光斑照片进行分析处理，得到光斑重心相对于纠偏板3中心点(也可以是其他某一特定点)的坐标值。其中，光斑重心是指光斑图像物体各部分所受重力的合力作用点。图像处理单元7并将该坐标值传给定日镜控制子系统8。作为一种优选实现方式，本实施例中采用CCD相机6来捕捉光斑，但在其他实施例中，也可采用其他类型的相机。

所述的定日镜控制子系统8包括总控单元9和定日镜控制单元10。所述的总控单元9用于控制和管理镜场中所有定日镜的误差校正，总控单元9从图像处理单元7得到定日镜聚焦的光斑重心坐标，进而计算出定日镜当前跟踪误差，并进行相应的误差校正。所述的定日镜控制单元10接收来自于总控单元9的定日镜跟踪指令，计算定日镜装置4要旋转到的目标位置，并驱动和控制定日镜装置4的旋转操作。如图1所示，总控单元9命令定日镜装置4将太阳光反射聚焦到纠偏板3中心点，定日镜控制单元10计算为了聚焦到纠偏板3中心点定日镜装置4要旋转到的目标位置，并驱动和控制相应旋转动作。在镜场中，只需要一台总控单元9，而每台定日镜装置4都需要配置一台定日镜控制单元10。

具有上述结构的定日镜误差校正系统的定日镜误差校正原理如下：

基于定日镜的跟踪偏差角度在短时间(如：半个小时)内变化较小，相邻几天(如：15天)同一时刻的跟踪偏差角度的变化不大的特性，将全天划分成几个时长相等的时间段。在每个时间段中都通过检测得到一个跟踪偏差角度，然后利用各个时间段的跟踪偏差角度来拟合出跟踪偏差曲线，接着利用跟踪偏差曲线回归出定日镜立柱的偏差角度，进而对定日镜的当前角度进行修正。定日镜在工作过程中，通过新检测到的跟踪偏差角度对之前拟合出的跟踪偏差曲线加以修正，从而提高定日镜的跟踪精度。

基于上述原理，下面对定日镜误差校正系统的工作方法做进一步的说明。

为了便于理解，在对本发明的方法做详细说明之前，首先对本发明中所涉及的相关概念做统一的陈述。

定日镜方位角：定日镜镜面法线在水平面上的投影与正南方向的夹角，偏东为正，偏西为负。

定日镜高度角：定日镜镜面法线与水平面的夹角。在后文中所提及的定日镜的当前角度、目标角度、初始角度、旋转角度、跟踪偏差角度、偏差修正角度都由方位角和高度角组成；此外，太阳光线的角度也由太阳光线的方位角和高度角组成。

定日镜的目标角度：定日镜希望调整到位的角度，包括定日镜镜面法线的目标方位角和目标高度角。它可通过由天文公式计算得到的太阳位置、定日镜旋转中心坐标以及纠偏板的中心坐标之间的位置关系计算得到。

定日镜的当前角度：当前时刻定日镜所处的角度，定日镜的当前角度包括三部分：定日镜的初始角度、定日镜的跟踪偏差角度以及定日镜的旋转角度。

定日镜的初始角度：定日镜的初始角度包括初始方位角和初始高度角，以初始方位角为例：定日镜在水平旋转方向上安装有一个初始位置传感器，当定日镜水平旋转至该传感器位置时，定日镜只能顺时针旋转而不能逆时针旋转(俯视)，此时定日镜法线所对应的方位角就被称作初始方位角。定日镜方位方向的旋转角度从这个位置开始计数。

定日镜的旋转角度：定日镜的一次完整的旋转动作中从起始位置旋转到终止位置所经历的角度。

定日镜的跟踪偏差角度：如果没有立柱倾斜等定日镜跟踪误差源的存在，之前提到的定日镜的当前角度是定日镜的初始角度与定日镜旋转角度的和，在这种情况下，定日镜的当前角度与目标角度相等时，定日镜的光斑中心应该与目标靶的中心重合。然而由于定日镜立柱倾斜等诸多因素的影响，这两个中心往往是不重合的，因此本发明引入了跟踪偏差角度的概念，跟踪偏差角度是指当定日镜的当前角度只包括初始角度与旋转角度两项时，定日镜的当前角度与定日镜的目标角度相等时，若使定日镜的光斑中心与目标靶的中心重合，定日镜还需要旋转的角度。

定日镜偏差修正角度：由于定日镜在安装、运行和维护期间可能会出现多次造成跟踪偏差的情况，也由于之前收集的定日镜跟踪偏差的数据可能并不全备，即使本发明中的系统已经对定日镜的定日跟踪误差进行校正，仍有可能会出现新的跟踪偏差现象，这个新的跟踪偏差角度称为定日镜偏差修正角度。

跟踪偏差曲线：用于描述跟踪偏差角度的曲线。跟踪偏差曲线在理论上是连续平滑的，并且具有相邻几天的跟踪偏差曲线是基本重合的特点。误差数据累积一年后，对全年的定日镜的跟踪偏差角度数据进行分析处理、曲线拟合及插值计算，可以得到一年当中任意一天更为精确的跟踪偏差曲线。保存这些偏差曲线的特征点的数据，可供下一年调整定日镜时使用。本发明中，特征点的数据指的是设定的每个时间段中点时刻的跟踪偏差角度。

以上是对定日镜误差校正方法中所要涉及到的相关概念的说明。

基于前文所提到的定日镜跟踪误差校正系统，在另一个实施例中，如图2所示，本发明的定日镜跟踪误差校正方法包括以下步骤：

步骤101、在一时间段内选择待检的定日镜，将待检定日镜的目标位置设定为纠偏板的几何中心(或纠偏板上的其他某一特定点)。

在塔式太阳能热发电站的镜场中包含有数量众多的定日镜，从中选择某一台定日镜做跟踪误差校正。从数量众多的定日镜中如何选择用于做跟踪误差校正的定日镜有多种实现方法，如按照定日镜在镜场中的位置逐个选择，或者按照定日镜做跟踪误差校正的时间间隔的长短进行选择，或者综合考虑时间与位置关系进行选择。在本实施例中，采用了按照定日镜做跟踪误差校正的时间间隔的长短进行选择的方式。具体的说，选择一台当前时间距离上次跟踪误差检测时间间隔最长的一台定日镜作为待检的定日镜，如果有多台定日镜的时间间隔相同，可在这些时间间隔相同的定日镜中任意选择一台。

本步骤的操作可由总控单元9实现。

步骤102、根据步骤101中所设定的待检定日镜的目标位置和当前太阳位置、时间等信息计算出待检定日镜的目标角度。本步骤中如何由待检定日镜的目标位置计算目标角度为本领域技术人员的公知常识，因此不在此处重复。

步骤103、通过定日镜控制单元10驱动待检定日镜4旋转，使得待检定日镜4的当前角度与目标角度相等。

步骤104、图像处理单元7通过CCD相机6采集待检定日镜4投射到纠偏板3上的光斑，计算出此光斑的质量中心与纠偏板3几何中心的位置偏差。

在本实施例中，计算光斑的质量中心与纠偏板3几何中心位置偏差的偏差量的过程如下：根据当前的太阳辐照度，设定一个图像背景灰度阈值；采集光斑图像后，从图像中找到纠偏板3上的特征标记点，通过特征标记点的位置计算出纠偏板3几何中心位置及图像中每个像素的大小，将图像上灰度值小于之前所设定的图像背景灰度阈值的像素点的灰度值清零，然后就可以计算出基于像素灰度的光斑的质量中心相对于纠偏板3几何中心的位置偏差。在其他实施例中，也可采用现有技术中其他可行的计算方法。

本步骤中存在一种例外的情况：如果定日镜装置4的跟踪误差过大，就有可能出现部分光斑溢出到纠偏板3以外的情况，也就是说，纠偏板3上的光斑并不是一个完整图形，从纠偏板3上检测到的光斑中心并不是实际的光斑中心。因此，作为一种优选实现方式，在本步骤中，还应当对是否存在跟踪误差过大的情况进行判断。相关的判断方法为：纠偏板3边缘上的特征标记点是否处于光斑成像内部，或者特征标记点与光斑成像内部某点在横坐标或纵坐标上是否相等(例如，如果是纠偏板3上方边缘上的特征标记点，则使用纵坐标)，如果结果为是，则存在跟踪误差过大的情况，此时需要重新执行步骤102。

步骤105、总控单元9依据步骤104所得到的位置偏差计算出待检定日镜4需要调整的角度值，该角度值被称为定日镜的偏差修正角度。

在本实施例中，将光斑中心与纠偏板中心的位置偏移量转换为偏差修正角度的过程如下：根据纠偏板的中心坐标、安装倾角、光斑质量中心与纠偏板几何中心的位置关系，计算出光斑质量中心的坐标，然后计算出以该坐标为目标位置的定日镜的实际角度，用这个实际角度值减去以纠偏板3的几何中心为目标位置的目标角度，从而得到定日镜的偏差修正角度。在其他实施例中，计算偏差修正角度也可采用现有技术中的其他可行的方法。

作为一种优选实现方式，对本步骤中计算得到的偏差修正角度的大小进行判断，如果偏差修正角度小于某一指定值(如：0.5毫弧度)，则继续执行后续的步骤，否则，需要重新执行步骤102。这样做能够避免跟踪误差过大的情况，提高跟踪误差校正的精度。

步骤106、将之前检测得到的最新的跟踪偏差曲线所确定的定日镜跟踪偏差角度与所述定日镜的偏差修正角度相加，从而得到经过校核的新的定日镜跟踪偏差角度。

本步骤中所述及的之前检测得到的跟踪偏差曲线由之前检测得到的定日镜跟踪偏差角度拟合而成。在本步骤中经过校核所得到的新的定日镜跟踪偏差角度亦可作为后续步骤中用于拟合跟踪偏差曲线所需要的检测数据。在之后的步骤中，会对如何拟合跟踪偏差曲线做进一步的说明。

本步骤中还存在这样一种情况，定日镜是第一天运行，此时尚未存在之前检测得到的跟踪偏差曲线。针对这种情况，可采用当天前面一个或前面几个时间段检测得到的跟踪偏差角度当作该时间段的校核前的跟踪偏差检测结果，将这一跟踪偏差角度与之前计算得到的偏差修正角度相加，得到经过校核的新的定日镜跟踪偏差角度。

步骤107、根据跟踪偏差角度调整待检定日镜4的当前角度。

待检的定日镜装置4的当前角度由定日镜装置4的初始角度、定日镜装置4的跟踪偏差角度以及定日镜装置4的旋转角度三部分构成，定日镜装置4的跟踪偏差角度的变化引起了定日镜装置4当前角度的变化，因此需要对待检定日镜4的当前角度进行调整。调整后的定日镜装置4的当前角度与目标角度不再相等，此时定日镜控制单元10驱动定日镜装置4旋转，使调整后的定日镜装置4的当前角度再次等于目标角度，即通过调整定日镜装置4的旋转角度使调整后的定日镜装置4的当前角度与定日镜的目标角度相等。此时光斑重心应该与纠偏板3的几何中心重合。

步骤108、根据跟踪偏差角度拟合当前时间段的跟踪偏差曲线。

由于定日镜在跟踪过程中存在立柱倾斜等诸多误差源，因此，在相隔一定的时间后需要利用新检测到的定日镜的跟踪偏差角度重新拟合跟踪偏差曲线，新拟合的跟踪偏差曲线较原有的跟踪偏差曲线更为准确，使得定日镜可以更为准确地跟踪太阳。

在不考虑风速风向等外界因素影响时，跟踪偏差曲线是连续光滑的。因此，在本实施例中，选取当前时间段所记录的跟踪偏差角度与前后两个时间段所记录的跟踪偏差角度，以时间为X轴，跟踪偏差角度为Y轴，采用分段线性插值来拟合跟踪偏差曲线。在其他实施例中，拟合跟踪偏差曲线的方法也可以采用二次多项式插值的方法。

在上述实施例中，当前时间段或前后两个时间段都记录有跟踪偏差角度。但在其他实施例中，也具有当天在当前时间段或前后两个时间段中没有跟踪偏差角度的检测结果的情况，此时，可将当前时间段或前后两个时间段在前一天或前几天检测得到的跟踪偏差角度作为当天的跟踪偏差角度。如果当前时间段或前后两个时间段没有检测结果，并且定日镜是第一天运行，就用当天前面一个或前面几个时间段检测得到的跟踪偏差角度当作该时间段的跟踪偏差检测结果。跟踪偏差角度的缺省检测时刻是某一时间段的中点时刻，缺省的跟踪偏差角度是零度。

步骤109、得到当前时间段的跟踪偏差曲线后，就可以根据这条曲线回归出定日镜立柱的偏差角度，并使用立柱偏差角度来修正定日镜当前角度，根据“当前角度＝初始角度+旋转角度+立柱偏差角度”的公式来修正定日镜当前角度，从而达到比较高的跟踪精度。

以上是对一个实施例中所实现的本发明方法的描述。在另一实施例中，由于在本发明中，要实现跟踪误差校正需要由定日镜将太阳光投射到纠偏板上，因此，开始所述的跟踪误差校正过程应当满足一定的外部条件，如太阳光照的大小、风速等。作为一个优选实现方式，在步骤101之前，还包括如下步骤：采集镜场中风速、太阳辐照信号等外部环境信息，将这些环境信息与预先设定的环境条件进行比较，从而对镜场当前的环境条件进行判断，只有在满足相应的环境条件后才开始选择待检定日镜的操作。在本实施例中，所述的预先设定的环境条件包括：太阳辐照信号为300瓦/平方米，风速大小为3米/秒。在其他实施例中，上述数值也可根据需要变化。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (14)

1.一种太阳能塔式光热电站的定日镜误差校正系统，其特征在于，包括定日镜镜场子系统(1)、图像采集处理子系统(5)和定日镜控制子系统(8)；其中，

所述定日镜镜场子系统(1)包括集热器(2)、纠偏板(3)和定日镜装置(4)；用于作为定日镜跟踪误差的目标靶的所述纠偏板(3)安装在所述集热器(2)附近；

所述图像采集处理子系统(5)包括相机(6)和图像处理单元(7)；所述相机(6)用于捕捉所述定日镜装置(4)聚焦到所述纠偏板(3)上的光斑，并进行成像，将成像所形成的图像传递给图像处理单元(7)，所述图像处理单元(7)对所述图像进行处理，得到所述光斑的重心相对于所述纠偏板(3)上某一点的坐标值；

所述的定日镜控制子系统(8)包括总控单元(9)和定日镜控制单元(10)，一个所述的定日镜装置(4)配置一个所述的定日镜控制单元(10)，一个总控单元(9)控制至少一个定日镜控制单元(10)；所述总控单元(9)从所述图像处理单元(7)得到所述光斑的重心相对于所述纠偏板(3)上某一点的坐标值，根据该坐标值计算出定日镜当前跟踪误差，并进行误差校正，进而计算出待检定日镜准确的当前角度；所述的定日镜控制单元(10)接收来自于所述总控单元(9)的定日镜跟踪指令，计算所在的定日镜装置(4)要旋转到的目标位置，并驱动和控制所在的定日镜装置(4)的旋转操作。

2.根据权利要求1所述的太阳能塔式光热电站的定日镜误差校正系统，其特征在于，所述相机(6)为CCD相机。

3.根据权利要求1所述的太阳能塔式光热电站的定日镜误差校正系统，其特征在于，所述纠偏板(3)上某一点为纠偏板(3)的中心点。

4.一种在权利要求1-3之一所述的太阳能塔式光热电站的定日镜误差校正系统上实现的定日镜误差校正方法，包括：

步骤1)、在一时间段内选择待检的定日镜(4)，并为所述待检的定日镜(4)设定目标位置；所述目标位置为所述纠偏板(3)上的某一点；

步骤2)、根据步骤1)中所设定的目标位置以及当前的太阳位置信息、时间信息计算所述待检定日镜(4)的目标角度；

步骤3)、驱动待检定日镜(4)的旋转，使得所述待检定日镜(4)的当前角度与步骤2)计算得到的目标角度相同；

步骤4)、采集待检定日镜(4)投射到所述纠偏板(3)上的光斑，计算所述光斑的质量中心与所述目标位置的位置偏差；

步骤5)、根据步骤4)计算得到的位置偏差计算待检定日镜(4)需要调整的角度值，即偏差修正角度；

步骤6)、将之前检测得到的跟踪偏差曲线所确定的定日镜跟踪偏差角度与所述定日镜的偏差修正角度相加，得到经过校核的定日镜跟踪偏差角度；

步骤7)、根据步骤6)得到的经过校核的定日镜跟踪偏差角度调整所述待检定日镜(4)的当前角度；

步骤8)、根据经过校核的跟踪偏差角度拟合出当前时间段的跟踪偏差曲线；

步骤9)、根据步骤8)得到的当前时间段的跟踪偏差曲线回归出定日镜立柱的偏差角度，进而使用所述定日镜立柱偏差角度修正所述待检定日镜的当前角度。

5.根据权利要求4所述的定日镜误差校正方法，其特征在于，在所述的步骤4)中，在采集待检定日镜(4)投射到所述纠偏板(3)上的光斑后，还包括以下步骤：对跟踪误差是否过大进行判断，如果跟踪误差过大，重新执行步骤2)，否则计算所述光斑的质量中心与所述目标位置的位置偏差。

6.根据权利要求4或5所述的定日镜误差校正方法，其特征在于，在所述的步骤5)和步骤6)之间还包括以下步骤：

对步骤5)计算得到的偏差修正角度的大小进行判断，若所述偏差修正角度小于某一指定值则继续执行后续的步骤，否则，需要重新执行步骤2)。

7.根据权利要求4或5或6所述的定日镜误差校正方法，其特征在于，在所述的步骤1)之前，还包括以下步骤：

采集环境信息，将所述环境信息与预设的环境条件进行比较，根据比较结果决定是否开始误差校正操作。

8.根据权利要求4或5或6或7所述的定日镜误差校正方法，其特征在于，在所述的步骤1)中，根据定日镜在镜场中的位置或者根据定日镜做跟踪误差校正的时间间隔或者综合考虑时间与位置关系来选择待检的定日镜。

9.根据权利要求4或5或6或7所述的定日镜误差校正方法，其特征在于，在所述的步骤4)中，计算所述光斑的质量中心与所述目标位置的位置偏差包括：

根据当前的太阳辐照度，设定一个图像背景灰度阈值；采集光斑图像后，从图像中找到所述纠偏板(3)上的特征标记点，通过特征标记点的位置计算出所述纠偏板(3)上的目标位置及图像中每个像素的大小，将图像上灰度值小于之前所设定的图像背景灰度阈值的像素点的灰度值清零，然后计算出基于像素灰度的光斑的质量中心相对于所述纠偏板(3)上的目标位置的位置偏差。

10.根据权利要求4或5或6或7所述的定日镜误差校正方法，其特征在于，所述的步骤5)包括：

根据所述纠偏板上某一点的坐标、安装倾角、光斑质量中心与所述纠偏板上某一点的位置关系，计算出光斑质量中心的坐标，然后计算出以该坐标为目标位置的定日镜的实际角度，用这个实际角度值减去以所述纠偏板(3)上某一点为目标位置的目标角度，从而得到定日镜的偏差修正角度。

11.根据权利要求4或5或6或7所述的定日镜误差校正方法，其特征在于，在所述的步骤6)中，所述之前检测得到的跟踪偏差曲线为与当前天最为接近的当前时间段的跟踪偏差曲线，若所述之前检测得到的跟踪偏差曲线不存在，采用当天前面一个或前面几个时间段检测得到的跟踪偏差角度当作校核前的跟踪偏差检测结果。

12.根据权利要求4或5或6或7所述的定日镜误差校正方法，其特征在于，所述的步骤8)包括：选取当前时间段所记录的跟踪偏差角度与前后两个时间段所记录的跟踪偏差角度，以时间为X轴，跟踪偏差角度为Y轴，采用插值的方法拟合跟踪偏差曲线。

13.根据权利要求12所述的定日镜误差校正方法，其特征在于，所述插值的方法包括分段线性插值法或二次多项式插值法。

14.根据权利要求12所述的定日镜误差校正方法，其特征在于，在所述的步骤8)中，若当前时间段所记录的跟踪偏差角度或前一时间段所记录的跟踪偏差角度或后一时间段所记录的跟踪偏差角度不存在，将当前时间段或前一时间段所记录的跟踪偏差角度或后一时间段所记录的跟踪偏差角度作为当天的跟踪偏差角度。

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