CN110118527B - 一种bcs系统精度检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本申请涉及太阳能热发电技术领域,尤其涉及一种BCS系统精度检测方法及装置。
背景技术
在能源领域,太阳能作为一种清洁的可再生能源得到越来越多的应用,在太阳能发电领域,太阳能发电方式有光伏发电和热发电两种。随着科学技术的发展,特别是计算机控制技术的兴起,太阳能热发电技术是光伏发电技术之后的新兴太阳能利用技术。太阳能热发电是通过大量反射镜以聚焦的方式将太阳直射光的能量聚集起来,加热工质,产生高温高压的蒸汽,以蒸汽驱动汽轮机发电。
塔式太阳能热发电是采用大量的定向反射镜(定日镜)将太阳光聚集到一个装在塔顶的中央热交换器(吸热器)上,通过加热里面的流体推动涡轮转动来发电。其中,定日镜的镜面的聚光精度直接关系到光热转换的效率。通常使用BCS系统,计算定日镜投射光斑的中心位置来校验定日镜的投射精度。但BCS系统的自身的检测精度没有被评估。
发明内容
基于上述问题,本发明提出了一种BCS系统精度检测方法和装置,用于评估BCS系统的精度。
本发明的目的在于提供一种BCS系统精度检测方法,选取k个定日镜,针对每个定日镜进行如下操作,以确定BCS系统精度:
S1:使定日镜镜面依次形成m个不同大小的可反光镜面,太阳光经可反光镜面反射至
BCS白板形成光斑;
S2:分别获取所述S1中形成的每个光斑的中心坐标;
S3:选取可反光镜面的面积为最小时对应的光斑中心坐标为相应定日镜的基准光斑中
心坐标;
S4:分别计算所有光斑中心坐标与相应定日镜的基准光斑中心坐标的距离;
S5:将所述S4中计算的所有光斑中心坐标与相应定日镜的基准光斑中心坐标的距离进
行排序,得到样本序列S(D1,D2,…,Dn),其中,n=k*(m-1),D1≤D2≤…≤Dn;
0<p<1。
优选地,在所述S1中,所述使定日镜镜面形成m个不同大小的可反光镜面的方法具体为:
S11:使用一遮挡装置完全覆盖定日镜镜面,所述遮挡装置的中心设置有一可调节大小的通孔,由所述通孔可见的定日镜镜面即为可反光镜面;
S12:通过调节所述通孔大小,使定日镜镜面形成m个不同大小的可反光镜面。
优选地,在所述S2中,所述获取所述S1中形成的每个光斑的中心坐标的方法如下:
S21:使用图像采集器采集光斑图像;
S22:根据光斑图像,使用视觉技术识别光斑的轮廓;
S23:基于光斑的轮廓,计算光斑的中心在光斑图像中的坐标;
S24:将光斑的中心在光斑图像中的坐标转换为世界坐标。
优选地,在所述S24中,将光斑的中心在光斑图像中的坐标转换为世界坐标时,使用Tsai算法建立图像坐标系到世界坐标系的转换。
优选地,在所述S21中,所述图像采集器为网络相机。
优选地,在所述S21中,所述网络相机的视轴中心对准BCS白板的中心。
优选地,在所述S6中,p取0.9。
本发明还提供了一种BCS系统精度检测装置,包括遮挡装置、BCS白板、若干定日镜、网络照相机和计算机,其中:
所述遮挡装置覆盖设置于定日镜镜面上,所述遮挡装置中心设置有一可调节大小的通孔,通过调节所述通孔的大小,使定日镜镜面依次形成m个不同大小的可反光镜面;
所述BCS白板安装于吸热塔上,太阳光经所述可反光镜面反射至所述BCS白板形成光斑;
所述网络照相机的视轴中心对准所述BCS白板的中心,视野覆盖所述BCS白板,所述网络照相机与所述计算机电连接,并实时拍摄图片发送给所述计算机;
所述计算机分别与所有定日镜电连接,以控制定日镜跟踪太阳;所述计算机还根据所述网络照相机发送的图片确定BCS系统的精度。
优选地,所述遮挡装置为中心设置有一通孔的回字型多层结构,每层结构可向下折叠以调节所述通孔的大小。
优选地,所述遮挡装置的层数不小于10层。
与现有技术相比,本发明存在以下技术效果:
1、本发明实施例通过统计分析光斑中心偏离基准光斑中心的距离分布来评估BCS系统精度;
2.本发明实施例通过多层遮挡装置调节通孔大小获得不同大小的可反光镜面,进而获得多个不同大小的光斑并分析它们的关系,进一步确定BCS系统精度;
3.本发明实施例遮挡装置制作及操作简单。
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
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:
图1为本发明实施例BCS系统精度检测方法流程图;
图2为本发明实施例BCS系统精度检测装置整体示意图;
图3为本发明实施例遮挡装置结构示意图;
图4为本发明实施例安装了折叠装置的定日镜示意图;
图5为本发明实施例BCS白板形成的光斑示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明提供的一种BCS系统精度检测方法和装置进行详细的描述,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。
本申请公开了一种BCS系统精度检测方法,在进行检测前,选择面型较好的k个定日镜,测量确定k个定日镜的三维坐标,且k个定日镜可通过计算机控制,实时跟踪太阳;BCS白板安装于吸热塔上,BCS的尺寸大于定日镜形成的最大光斑的大小,BCS白板的四个角有标记物,且标记物的三维坐标已经测量确定;网络相机可安装在相机塔上或地面上,对准BCS白板拍摄,并将图像数据实时传输给计算机,计算机通过计算机视觉技术识别光斑的中心。
请参考图1,针对每个定日镜进行如下操作,以确定BCS系统精度:
S1:使定日镜镜面依次形成m个不同大小的可反光镜面,太阳光经可反光镜面反射至BCS白板形成光斑;
作为一种实施例,在S1中,所述使定日镜镜面形成m个不同大小的可反光镜面的方法具体为:
S11:使用一遮挡装置完全覆盖定日镜镜面,所述遮挡装置的中心设置有一可调节大小的通孔,由所述通孔可见的定日镜镜面即为可反光镜面;
S12:通过调节所述通孔大小,使定日镜镜面形成m个不同大小的可反光镜面。
具体地,针对一个定日镜进行测量时,使用夹子将遮挡装置的四个角固定在定日镜的四个角上,使得遮挡装置与镜面完全重合,通孔位于定日镜镜面中心,太阳光通过通孔经定日镜镜面反射到白板中心位置,形成呈椭圆形的光斑;不断调节增大通孔的大小,使定日镜镜面依次形成m个不同大小的可反光镜面,并在BCS白板上相应形成m个光斑。
在此需要注意的是,需要保证在尽量短的时间内完成对k个定日镜的测量,以尽可能减小太阳位置变化及定日镜追日精度影响引入的误差。
S2:分别获取所述S1中形成的每个光斑的中心坐标;
作为一种实施例,在所述S2中,所述获取所述S1中形成的每个光斑的中心坐标的方法如下:
S21:使用图像采集器采集光斑图像;
S22:根据光斑图像,使用视觉技术识别光斑的轮廓;
S23:基于光斑的轮廓,计算光斑的中心在光斑图像中的坐标;
S24:将光斑的中心在光斑图像中的坐标转换为世界坐标。
作为一种实施例,在所述S21中,所述图像采集器为网络相机,网络相机的视轴中心对准BCS白板的中心。
作为一种实施例,在所述S24中,将光斑的中心在光斑图像中的坐标转换为世界坐标时,使用Tsai算法建立图像坐标系到世界坐标系的转换。
具体地,网络相机实时拍摄BCS白板图像并发送到计算机,结合BCS白板标记物在图像中的位置建立图像坐标到世界坐标的转换关系,本实施例中,使用Tsai算法建立图像坐标系到世界坐标系的转换,涉及如下四个计算方程:
方程1:世界坐标系与相机坐标系的转换关系
其中,点Q在世界坐标系统中的坐标为(xw,yw,zw),在相机坐标系中的坐标为(xc,yc,zc),R为旋转矩阵,T为平移矩阵;
方程2:相机坐标系与焦平面坐标系的转换关系
其中,(xu,yu)为点Q在相机焦平面的成像坐标,f是摄像机镜头焦距;
方程3:Tsai算法相机畸变模型
方程4:焦平面坐标系与图像坐标系的转换关系
其中,Nx,Ny分别是焦平面上横向、纵向单位长度的像素数,(u0,v0)是焦平面坐标系的原点在图像坐标系中的像素坐标,Sx一般在1左右。
记每个光斑中心在图像中的坐标为P0,P1,...,Pn,n=k*(m-1),基于Tsai算法建立的图像坐标系到世界坐标系的转换关系,将每个光斑中心的图像坐标转换为世界坐标P′0,P′1,...,P′n,n=k*(m-1);
S3:选取可反光镜面的面积为最小时对应的光斑中心坐标为相应定日镜的基准光斑中心坐标;
S4:分别计算所有光斑中心坐标与相应定日镜的基准光斑中心坐标的距离,记为D'0,D′1,...,D'n,n=k*(m-1);
S5:将所述S4中计算的所有光斑中心坐标与相应定日镜的基准光斑中心坐标的距离进行排序,得到样本序列S(D1,D2,…,Dn),其中,n=k*(m-1),D1≤D2≤…≤Dn;
作为一种实施例,在所述S6中,p取0.9。
请参考图2,本发明还公开了一种BCS系统精度检测装置,包括遮挡装置1、BCS白板3、若干定日镜2、网络照相机6和计算机5,其中:
请参考图3和图4,所述遮挡装置1覆盖设置于定日,2镜面上,所述遮挡装置1中心设置有一可调节大小的通孔,通过调节所述通孔的大小,使定日镜2镜面依次形成m个不同大小的可反光镜面;
请参考图5,所述BCS白板3安装于吸热塔上,太阳光经所述可反光镜面反射至所述BCS白板3形成光斑4;
所述网络照相机6的视轴中心对准所述BCS白板3的中心,视野覆盖所述BCS白板3,所述网络照相机6与所述计算机5电连接,并实时拍摄图片发送给所述计算机5;
所述计算机5分别与所有定日镜2电连接,以控制定日镜2跟踪太阳;所述计算机5还根据所述网络照相机6发送的图片进行如下处理以确定BCS系统的精度:
分别获取图片中每个光斑4的中心坐标;
选取可反光镜面的面积为最小时对应的光斑中心坐标为相应定日镜的基准光斑中心坐标;
分别计算所有光斑中心坐标与相应定日镜的基准光斑中心坐标的距离;
将所有光斑中心坐标与相应定日镜的基准光斑中心坐标的距离进行排序,得到样本序列S(D1,D2,…,Dn),其中,n=k*(m-1),D1≤D2≤…≤Dn;
作为一种实施例,所述遮挡装置1为中心设置有一通孔的回字型多层结构,每层结构可向下折叠以调节所述通孔的大小。
其中,遮挡装置1采用超轻型材料,且有一定的刚性,将其安装在定日镜2上时,其重力导致的定日镜形变可以忽略;遮挡装置1的一侧粘连可折叠,每层结构可向下折叠,实现调节通孔的大小,提高了通过遮挡装置1调节通孔大小的可操作性;同时,遮挡装置1还可沿中心线折叠,方便携带及储存。
作为一种实施例,所述遮挡装置1的层数不小于10层。
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。
Claims (10)
1.一种BCS系统精度检测方法,其特征在于,选取k个定日镜,进行如下操作,以确定BCS系统精度:
S1:使用一遮挡装置完全覆盖定日镜镜面,所述遮挡装置的中心设置有一可调节大小的通孔,通过调节所述通孔的大小,使每个定日镜镜面依次形成m个不同大小的可反光镜面,太阳光通过所述通孔经可反光镜面反射至BCS白板形成光斑;
S2:分别获取所述S1中形成的每个光斑的中心坐标;
S3:选取可反光镜面的面积为最小时对应的光斑中心坐标为相应定日镜的基准光斑中心坐标;
S4:分别计算所有光斑中心坐标与相应定日镜的基准光斑中心坐标的距离;
S5:将所述S4中计算的所有光斑中心坐标与相应定日镜的基准光斑中心坐标的距离进行排序,得到样本序列S(D1,D2,…,Dn),其中,n=k*(m-1),D1≤D2≤…≤Dn;
2.根据权利要求1所述的BCS系统精度检测方法,其特征在于,在所述S1中,所述使定日镜镜面依次形成m个不同大小的可反光镜面的方法具体为:
S11:使用一遮挡装置完全覆盖定日镜镜面,所述遮挡装置的中心设置有一可调节大小的通孔,由所述通孔可见的定日镜镜面为可反光镜面;
S12:通过调节所述通孔大小,使定日镜镜面依次形成m个不同大小的可反光镜面。
3.根据权利要求1所述的BCS系统精度检测方法,其特征在于,在所述S2中,所述获取所述S1中形成的每个光斑的中心坐标的方法如下:
S21:使用图像采集器采集光斑图像;
S22:根据光斑图像,使用视觉技术识别光斑的轮廓;
S23:基于光斑的轮廓,计算光斑的中心在光斑图像中的坐标;
S24:将光斑的中心在光斑图像中的坐标转换为世界坐标。
4.根据权利要求3所述的BCS系统精度检测方法,其特征在于,在所述S24中,将光斑的中心在光斑图像中的坐标转换为世界坐标时,使用Tsai算法建立图像坐标系到世界坐标系的转换。
5.根据权利要求3所述的BCS系统精度检测方法,其特征在于,在所述S21中,所述图像采集器为网络相机。
6.根据权利要求5所述的BCS系统精度检测方法,其特征在于,在所述S21中,所述网络相机的视轴中心对准BCS白板的中心。
7.根据权利要求1所述的BCS系统精度检测方法,其特征在于,在所述S6中,p取0.9。
8.一种BCS系统精度检测装置,其特征在于,包括遮挡装置、BCS白板、若干定日镜、网络照相机和计算机,其中:
所述遮挡装置覆盖设置于定日镜镜面上,所述遮挡装置中心设置有一可调节大小的通孔,通过调节所述通孔的大小,使定日镜镜面依次形成m个不同大小的可反光镜面;
所述BCS白板安装于吸热塔上,太阳光经所述可反光镜面反射至所述BCS白板形成光斑;
所述网络照相机的视轴中心对准所述BCS白板的中心,视野覆盖所述BCS白板,所述网络照相机与所述计算机电连接,并实时拍摄图片发送给所述计算机;
所述计算机分别与所有定日镜电连接,以控制定日镜跟踪太阳;所述计算机还根据所述网络照相机发送的图片确定BCS系统的精度。
9.根据权利要求8所述的BCS系统精度检测装置,其特征在于,所述遮挡装置为中心设置有一通孔的回字型多层结构,每层结构可向下折叠以调节所述通孔的大小。
10.根据权利要求9所述的BCS系统精度检测装置,其特征在于,所述遮挡装置的层数不小于10层。
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