CN208985003U - 一种快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置，涉及塔式太阳能热发电技术领域，能够快速筛选出镜场中哪些定日镜跟踪准确性较差需要进行误差校正，从而极大地提高现有的定日镜跟踪误差校正系统的效率，缩短全场的校正时间，最大限度地提高镜场效率；该装置包括光源、定日镜、镜场控制系统、图像采集和处理单元，所述光源、所述定日镜、所述图像采集和处理单元依次光反射连接；所述镜场控制系统与所述定日镜控制连接，所述镜场控制系统与所述图像采集和处理单元可通信的连接。本实用新型提供的技术方案适用于定日镜跟踪准确性检测的过程中。

Description

一种快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置

【技术领域】

本实用新型涉及塔式太阳能热发电技术领域，尤其涉及一种快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置。

【背景技术】

随着石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，太阳能热发电作为太阳能利用的一个重要分支，被认为是未来能源市场中最有前途的发电方式之一。塔式太阳能热发电作为太阳能热发电的一种模式，其基本形式是利用数量众多的独立跟踪太阳的定日镜组成定日镜场，将太阳辐射反射至位于吸热塔顶端的吸热器上，加热工质，然后通过热交换产生蒸汽，推动汽轮机进行发电。

定日镜作为塔式太阳能热发电站的核心部件，其跟踪精度直接影响到镜场的聚光效率，进而影响到整个电站的效率。然而在定日镜的制造、安装和调试的过程中总会引入各种各样的误差，主要包括立柱倾斜、驱动齿隙、整体面形调整误差、方位和俯仰轴参考位置误差等。同时还有一些其它的随机误差，包括风载、编码器分辨率误差等。上述误差因素的耦合叠加会导致定日镜最终的跟踪准确度偏离设计值，因而在实际的镜场调试和运行过程中需要对定日镜的跟踪准确度进行校正。

传统的校验方法如下：在吸热塔上安装白色光靶，镜场控制系统将光靶的几何中心点设定为所校正的定日镜的跟踪目标点，从而控制该定日镜将太阳光反射到白色光靶上。利用安装在镜场中的相机采集光靶上的光斑图像，通过图像处理得到实际的光斑中心。然后由太阳位置、定日镜坐标、目标点坐标、和实际的光斑中心即可计算得到定日镜理论的和实际的方位俯仰角度，从而得到定日镜的跟踪误差。得到跟踪误差后有多种方法进行定日镜误差校正：如中国专利200910244113.5和中国专利201210589981.9中所述，由多个时刻的跟踪偏差数据通过插值拟合得到定日镜的跟踪偏差曲线，从而修正定日镜的跟踪角度；如中国专利201310663872.1中所述，通过多个时刻的跟踪偏差数据回归计算误差模型中的误差参数；如中国专利201110263334.4中所述，给定日镜的跟踪目标点设置运行轨迹，从而实现定日镜精度的动态校验。

传统校验方法的主要缺陷是吸热塔上可以进行误差校正的白色光靶数量有限，一般商业化电站中光靶的数量最多为4块，每块光靶同一时刻只允许1面定日镜进行误差校正，而镜场中定日镜的数量成千上万面，因而校正周期很长，镜场全部定日镜校正一遍耗时可能长达几个月甚至一两年，校验结果的时效性变差，从而严重影响镜场的聚光效率。实际上定日镜的跟踪误差是多种因素的耦合的结果，个体之间的差异性很大，有相当一部分定日镜的跟踪误差很小，不需要校正。但传统的校验方法对整个镜场进行无差别的周期性的校正，严重浪费了校正资源，降低了校正效率。因此在实际的电站运行中急需一种高效、快捷的定日镜误差筛选方法，能够快速地筛选出哪些定日镜需要进行误差校正，从而有选择性的进行误差校正，提高校正效率。

【发明内容】

有鉴于此，本实用新型提供了一种快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置，所述装置能够快速筛选出镜场中哪些定日镜跟踪准确性较差需要进行误差校正，而哪些定日镜跟踪准确性良好不需要进行误差校正，从而极大地提高现有的定日镜跟踪误差校正系统的效率，缩短全场的校正时间，最大限度地提高镜场效率。

一方面，本实用新型提供一种快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置，包括光源、定日镜、镜场控制系统、图像采集和处理单元，所述光源、所述定日镜、所述图像采集和处理单元依次光反射连接；所述镜场控制系统与所述定日镜控制连接，所述镜场控制系统与所述图像采集和处理单元可通信的连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述图像采集和处理单元设置在吸热塔上。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述图像采集和处理单元的数量可以是一台或者多台。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述图像采集和处理单元包括相机、相机姿态调整装置和计算机，所述相机与所述相机姿态调整装置连接，所述计算机与所述相机连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述相机包括CCD探测器和镜头，所述CCD探测器分别与所述镜头和所述计算机连接。

与现有技术相比，本实用新型可以获得包括以下技术效果：能够快速筛选出镜场中哪些定日镜跟踪准确性良好不需要进行误差校正，而哪些定日镜跟踪准确性较差需要进行误差校正，避免对全部定日镜进行无差别校正造成的资源浪费，从而极大地提高现有的定日镜跟踪误差校正系统的效率，缩短全场的校正时间，最大限度地提高镜场效率；该装置测量速度快，检测精度较高，而且测试是在晚上进行，不会影响电站的正常运行。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图。

图1是本实用新型一个实施例提供的快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置的原理示意图；

图2是本实用新型一个实施例提供的快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置的图像采集和处理单元的结构示意图；

图3是本实用新型一个实施例提供的快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置在测量过程中所采集的典型的定日镜场图像的示意图。

其中：

月亮-1，定日镜-2，图像采集和处理单元-3，吸热塔-4，镜场控制系统-5，CCD探测器-6，镜头-7，云台-8，三脚架-9，计算机-10，跟踪准确性良好的定日镜图像-11，跟踪准确性较差的定日镜图像-12，跟踪准确性介于良好和较差之间的定日镜图像-13。

【具体实施方式】

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

图1是本实用新型一个实施例提供的快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置的原理示意图。如图1所示，一种快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置，包括光源、定日镜场单元以及图像采集和处理单元3。光源、定日镜场单元、图像采集和处理单元3依次光反射连接。依次光反射连接具体为光源发出的光经定日镜场单元反射后至图像采集和处理单元3的位置，由图像采集和处理单元接收。

光源是模拟月光的光源，模拟光源位置或运行轨迹须已知，且优选与月亮相同；也可使用月光。

所述的定日镜场单元包括吸热塔4、若干定日镜2和镜场控制系统 5；所述的吸热塔4为混泥土结构塔或者钢结构塔，位于镜场的中心或者边缘处；所述的定日镜2为玻璃反射镜，数量可能为成千上万面，布置在吸热塔4的周围，能够将太阳光反射到吸热塔4的吸热器处；所述的镜场控制系统5与每面定日镜2电连接或通信连接，用于控制定日镜2动作以改变其姿态，使定日镜2能将太阳光或月光反射到吸热器或图像采集和处理单元3的位置上。所述的图像采集和处理单元3安装在吸热塔4的顶部，其位置坐标提前由全站仪或者GPS坐标测量设备测定。需要说明的是图像采集和处理单元3并不一定设置再吸热塔的顶部，也可以设置在其他位置，只要通过调整定日镜2的姿态能够将光源1的光反射到图像采集和处理单元3即可，并且需提前测定该位置的坐标。但需要注意的是，该位置不宜离吸热器太近，防止白天镜场工作时，强光烧坏设备。

在有足够的隔热保护装置时，也可将图像采集和处理单元3设置在吸热塔的吸热器处或其附近，隔热保护装置可以保护图像采集和处理单元3不会因日光和吸热器的热度而损伤。因月亮和太阳轨迹相似，将图像采集和处理单元3设置在吸热塔的吸热器处或其附近时反射很方便，这样可以保证定日镜2在正常工作的状态下进行跟踪准确性的检测，检测出的跟踪准确性差的定日镜可在其原有姿态的基础上直接进行调整，降低调整难度。

图像采集和处理单元3的数量可以是一台或者多台。

图2是本实用新型一个实施例提供的检测装置的图像采集和处理单元的结构示意图。如图2所示，图像采集和处理单元3包括相机、相机姿态调整装置和计算机10，相机姿态调整装置包括云台8、三脚架9，相机可活动的安装在云台8上，可以很方便的调整其姿态，云台对相机的调整结构已经应用较普遍，最常见的是监控设备的角度旋转和控制，这里不再赘述；云台8可拆卸的安装在三脚架9上；所述的三脚架9安装在吸热塔4上，用于支撑云台及相机；计算机10与相机电连接，用来接收和处理相机拍摄的定日镜2反射月光的图像，包括将图像与预设的阈值图像进行匹配，判断对应的定日镜2的跟踪准确性是否优良、是否需要进行跟踪误差校正。镜场控制系统5与图像采集和处理单元3可通信的连接，通信方式多样，包括电连接、无线连接、波连接等，甚至于包括人为传达信息并设置的通信方式，使镜场控制系统5得到图像采集和处理单元3判断出的需要调整的定日镜的信息，依据此信息对需要校正的定日镜进行跟踪误差校正。相机包括CCD探测器6和镜头7，CCD探测器6 分别与镜头7和计算机10电连接。

由于月亮1发出的月光与太阳光有相近的发散角，而辐照强度却比太阳光低很多。因而采用所述的图像采集和处理单元3拍摄定日镜2反射的月光图像，既可以模拟太阳光的情况，又不会因为能流太强而烧坏采集设备。依据天文算法，实时计算月亮的轨迹，将所述的镜场控制系统5的追日算法换成追月算法，在定日镜跟踪算法的参数输入表中，将实时的太阳光入射的方位角和高度角数据替换成实时的月光入射的方位角和高度角数据，控制每面定日镜2的姿态，将月光反射到所述的图像采集和处理单元3的位置处。

图3是本实用新型一个实施例提供的定日镜检测装置在测量过程中所采集的典型的定日镜场图像的示意图。如图3中跟踪准确性良好的定日镜图像11所示，如果定日镜2的跟踪准确性良好，则能够将月光反射到图像采集和处理单元3处，则由所述的图像采集和处理单元3采集的该定日镜2的图像是明亮的。如果定日镜2跟踪准确性较差，则不能够将月光反射到图像采集和处理单元3处，则由图像采集和处理单元3 采集的该定日镜2的图像是灰暗的，如图3中跟踪准确性较差的定日镜图像12所示。如果定日镜2跟踪准确性介于良好和较差之间，则定日镜2的镜面有部分区域能够将月光反射到图像采集和处理单元3处，则由图像采集和处理单元3采集的该定日镜2的图像是部分明亮部分灰暗，如图3中跟踪准确性介于良好和较差之间的定日镜图像13所示。

通过图像处理和图像匹配，就可以快速定性地筛选出镜场中哪些定日镜跟踪准确性差，需要进行误差校正，就可以在白天运用传统的校正方法有选择性的对这些定日镜进行误差校正，从而极大地提高校正效率。

本实用新型的检测装置的工作过程如下：在晴朗的夜晚，月光强度较强的条件下，启动镜场控制系统5；依据天文算法，实时计算月亮1 的轨迹，将镜场控制系统5的追日算法换成追月算法，控制每面定日镜 2的姿态，将月光反射到图像采集和处理单元3的位置处；由图像采集和处理单元3采集定日镜场的图像。由于不同跟踪准确度的定日镜2，其图像的明暗程度会不一样，跟踪准确性好的定日镜图像是明亮的，跟踪准确性较差的定日镜图像是灰暗的。故通过图像采集和处理单元3的图像处理功能和图像匹配功能，就可以快速定性地筛选出镜场中哪些定日镜的跟踪准确性较差，需要进行误差校正。从而可以在白天运用传统的校正方法对这些定日镜进行有选择性的误差校正，进而极大地提高校正效率。

以上对本申请实施例所提供的一种快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (6)

1.一种快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置，其特征在于：包括光源、定日镜、镜场控制系统、图像采集和处理单元，所述光源、所述定日镜、所述图像采集和处理单元依次光反射连接；所述镜场控制系统与所述定日镜控制连接，所述镜场控制系统与所述图像采集和处理单元可通信的连接。

2.根据权利要求1所述的快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置，其特征在于，所述定日镜将月光反射到所述图像采集和处理单元。

3.根据权利要求1所述的快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置，其特征在于，所述图像采集和处理单元设置在吸热塔上。

4.根据权利要求1所述的快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置，其特征在于，所述图像采集和处理单元的数量可以是一台或者多台。

5.根据权利要求1-4任一所述的快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置，其特征在于，所述图像采集和处理单元包括相机、相机姿态调整装置和计算机，所述相机与所述相机姿态调整装置连接，所述计算机与所述相机连接。

6.根据权利要求5所述的快速定性检测定日镜跟踪准确性的装置，其特征在于，所述相机包括CCD探测器和镜头，所述CCD探测器分别与所述镜头和所述计算机连接。