一種塔式太陽能發電系統定日鏡校準系統及校準方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能發電系統領域，特別涉及一種塔式太陽能發電系統定日鏡校準系統及校準方法。
【背景技術】
[0002]太陽能作為一種清潔的可再生能源得到越來越多的應用，尤其是光熱發電技術是繼光伏發電技術以后的新興太陽能利用技術。在幾種光熱發電技術中，塔式太陽能熱發電是采用大量的定日鏡將太陽光聚集到設置在吸熱塔頂的吸熱器上，加熱工質，產生蒸汽，推動汽輪機帶動發電機發電。其中，定日鏡追日運動和校準是塔式太陽能熱發電的關鍵技術之一，整個定日鏡場由成千上萬面定日鏡組成，每面定日鏡都由一個定日鏡控制器控制，進行獨立、分散控制。然而，由于定日鏡數量龐大，造成現有的定日鏡校準系統成本高昂，且校準動作較慢。

【發明內容】

[0003]本發明針對現有技術存在的上述不足，提供了一種塔式太陽能發電系統定日鏡校準系統。本發明通過以下技術方案實現:
[0004]一種塔式太陽能發電系統定日鏡校準系統，包括:
[0005]至少一個定日鏡，用于反射由校準光源發出的光線；
[0006]至少一個能量接收器，用于接收定日鏡反射的光線；
[0007]至少一個圖像傳感器，采集至少一個定日鏡的反射光斑圖像；
[0008]第一控制單元，連接每一定日鏡，用以控制定日鏡的驅動電機按照預定路徑轉動，使定日鏡的反射光斑落入圖像傳感器的采集范圍內；
[0009]第二控制單元，連接圖像傳感器以及第一控制單元，根據圖像傳感器獲得的反射光斑圖像，協調第一控制單元微調定日鏡的姿態，使反射光斑位于定日鏡的指定位置，并記錄定日鏡此時的姿態信息，根據定日鏡的位置以及姿態信息計算所需校準的運動模型參數。
[0010]較佳的，第二控制單元協調第一控制單元微調定日鏡的姿態包括:
[0011]控制定日鏡方位軸、高度軸以一定的步長回轉動作；方位軸、高度軸的動作歷程Sd由包括采樣歷程時間T、采樣精度誤差限ε、全場定日鏡間相互協調運營優化因子δ在內的因素確定的采樣目標函數J = f(T，ε, δ，...)來確定，即SdS使得目標函數J最優的一個取值。
[0012]較佳的，圖像傳感器為固定安裝姿態或可變安裝姿態。
[0013]較佳的，校準光源為太陽光或人工光源。
[0014]較佳的，圖像傳感器設置于具有隔熱、防水、反光功能的防護機構內，并且，防護機構的至少一個側面上設置有透光鏡，用于圖像傳感器采集定日鏡的反射光斑。
[0015]較佳的，透光鏡為吸收型或反射型光減弱透光鏡。
[0016]較佳的，第一控制單元與第二控制單元的時間同步。
[0017]本發明另提供一種塔式太陽能發電系統定日鏡校準方法，根據上述塔式太陽能發電系統定日鏡校準系統，執行步驟:
[0018]S1、第一控制單元控制定日鏡的驅動電機按照預定路徑轉動，使定日鏡的反射光斑落入圖像傳感器的采集范圍內；
[0019]S2、圖像傳感器采集反射光斑圖像；
[0020]S3、第二控制單元根據圖像傳感器獲得的反射光斑圖像，協調述第一控制單元微調定日鏡的姿態，使反射光斑位于定日鏡的指定位置，并記錄定日鏡此時的姿態信息；
[0021 ] S4、根據定日鏡需要校準的模型參數的個數n，重復步驟SI至S3至少n/2次，獲得n/2個采樣樣本；
[0022]S5、第二控制單元根據定日鏡的位置以及姿態信息計算所需校準的運動模型參數，并保存至描述不同定日鏡運動模型的數據庫中，由已經獲得所需校準運動模型參數的定日鏡，同時根據太陽能發電系統所處的地理位置，能量接收器的位置，系統運營時間，太陽角度，即可計算整個太陽能發電場中每個定日鏡在任何時刻將反射目標位置設置為能量接收器表面時的姿態，從而實現對定日鏡的校準。
[0023]較佳的，第二控制單元協調第一控制單元微調定日鏡的姿態包括:
[0024]控制定日鏡方位軸、高度軸以一定的步長回轉動作；方位軸、高度軸的動作歷程Sd由包括采樣歷程時間T、采樣精度誤差限ε、全場定日鏡間相互協調運營優化因子δ在內的因素確定的采樣目標函數J = f(T，ε, δ，...)來確定，即SdS使得目標函數J最優的一個取值。
[0025]較佳的，第一控制單元與第二控制單元的時間同步。
[0026]本發明通過對圖像傳感器捕獲圖像進行實時分析確定出定日鏡與光斑相對位置關系及對應的定日鏡姿態信息，結合圖像傳感器絕對位置信息、太陽角度對定日鏡運動模型進行校準，其校準精度高、系統誤差小、校準速度快、系統運行成本低。
【附圖說明】
[0027]圖1所示的是本發明校準系統的結構示意圖；
[0028]圖2所示的是本發明圖像傳感器的側視圖；
[0029]圖3所示的是本發明圖像傳感器的正視圖；
[0030]圖4所示的是本發明校準系統的物理連接示意圖；
[0031]圖5所示的是本發明圖像采集過程中定日鏡的狀態轉移示意圖；
[0032]圖6所示的是本發明定日鏡在一狀態下圖像傳感器捕獲的光斑與定日鏡的相對位置示意圖；
[0033]圖7所示的是本發明第一控制單元的工作流程圖；
[0034]圖8所示的是本發明第二控制單元的工作流程圖。
[0035]
【具體實施方式】
[0036]以下將結合本發明的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本發明的一部分實例，并不是全部的實例，基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
[0037]為了便于對本發明實施例的理解，下面將結合附圖以具體實施例為例作進一步的解釋說明，且各個實施例不構成對本發明實施例的限定。
[0038]圖1所示為太陽能發電站的定日鏡校準系統，其包括一個安裝于基礎塔架2上的能量接收器1，能量接收器I接收定日鏡4反射的太陽光；能量接收器I具有合適的高度保證所述的定日鏡4反射的太陽光均勻分布在能量接收器I上，以加熱能量接收器I內部的工質(如水或熔鹽)。
[0039]太陽能發電站的定日鏡校準系統還應包括安裝于能量接收器I周圍的定日鏡場；定日鏡場包括至少一個定日鏡4 ;定日鏡4配置有兩個旋轉軸，分別為高度軸和方位軸，定日鏡4繞分別繞兩個旋轉軸進行高度角和方位角的調整；為適應大規模鏡場節約成本的需求，旋轉軸可不配置角度傳感器，通過激勵步進電機運動一定數量的電壓脈沖達到對旋轉軸轉角精確控制的目的，或者通過直流電機的霍爾單元或光柵編碼器或其他合適的角度敏感元件達到旋轉軸轉角精確控制的目的。
[0040]定日鏡通過調整鏡面姿態(方位角、高度角)以開環或者閉環方式跟蹤一天中太陽軌跡的變化，使得太陽光被連續反射至接收器I表面。
[0041]本實施例中至少一個定日鏡4安裝在能量接收器I的一側，在另一個實施例中，定日鏡可以安裝在接收器周圍任意合適的位置。
[0042]在圖1所示的實施例中，圖像傳感器501安裝在能量接收器I附近或者不加限定地布置于定日鏡鏡場的任何區域，以使圖像傳感器可以檢測到至少一面定日鏡的反射光斑。
[0043]在圖1所示的實施例中，圖像傳感器安裝于塔架2或位于塔架頂端的能量接收器I上；在另一實施例中，圖像傳感器可獨立安裝于固定支撐結構上(圖中未示出)，并且固定支撐結構可以任意合適的數量分布在鏡場任意合適的位置，此處的固定支撐結構在鏡場中的位置不同于塔架2的位置，固定支撐結構具有合適的高度使得所有圖像傳感器的視野51可以配合完成對全鏡場所有定日鏡有效覆蓋。
[0044]在圖2、圖3所示的實施例中，圖像傳感器5