一种定日镜跟踪误差校正方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能热发电领域，特别涉及一种用于塔式太阳能热发电系统中的定日镜跟踪误差校正方法。
【背景技术】
[0002]塔式太阳能热发电站的工作原理是:通过定日镜将太阳光集中反射到安装在高塔上的吸热器以产生高温，利用高温加热工作介质来发电。定日镜的跟踪精度关系到太阳能热发电站的工作效率，因此提高定日镜跟踪精度是塔式太阳能热发电领域重要的研究课题。
[0003]从理论上根据定日镜所处的位置、目标靶位置，结合天文公式可以精确计算出太阳所处的位置，计算精度非常高，可达到万分之三度。然而在制造、安装以及运行定日镜的过程中，可能存在各种各样的误差，如:定日镜的水平旋转轴与水平面不垂直，俯仰旋转轴与水平面不平行，定日镜镜面法线与俯仰旋转轴不垂直等。在制造、安装过程中，绝对的垂直和平行是做不到的，一般来说，精度要求越高，成本也就越高。
[0004]由于多种影响跟踪精度的因素存在，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，因此需要有其它的提高跟踪精度的方法。到目前为止，提高定日镜跟踪精度的方法有很多种，基本分为闭环控制和开环控制两种。
[0005]在中国专利ZL200810025001.6《一种定日镜跟踪控制装置及其控制方法》中，采用闭环相结合的方法，每一台定日镜配一只四象限太阳位置传感器来校正跟踪误差。由于每一台定日镜都安装了一台四象限太阳位置传感器，因此每一台定日镜都可以根据太阳位置传感器的信号，随时校正跟踪误差，跟踪精度取决于传动精度及太阳传感器的灵敏度。但用这种闭环控制的方法成本比较高。
[0006]采用开环控制较为普遍，但是由于定日镜在制造安装过程中，不可避免地存在各种误差，因此定日镜在跟踪太阳的过程中会存在不同程序的跟踪误差，为了减小跟踪误差，往往需要对定日镜的制造、安装提出较高的要求，这样会大幅增加定日镜的制造、安装成本。为了降低制造、安装成本，有一种做法是通过图像采集与分析技术，获得定日镜光斑中心的实际位置，与目标位置进行比较，通过定期修正定日镜的初始角度，从而获得较好的跟踪效果。由于这种误差校正方法没有找到定日镜的误差源，因此每隔一段时间，就需要重新获取定日镜的实际位置并与目标位置比较，获得新的初始角度修正参数。这会额外增加工作流程，增加了成本，也容易产生误差。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术中的定日镜跟踪误差校正方法流程复杂、成本高的缺陷，从而提供一种过程简单、精度高的定日镜跟踪误差校正方法。
[0008]为了实现上述目的，本发明提供了一种定日镜跟踪误差校正方法，用于校正定日镜的初始角度误差与定日镜立柱安装误差，该方法包括:
[0009]步骤I)、设定定日镜跟踪误差检测时间；
[0010]步骤2)、选择待检定日镜；
[0011]步骤3)、在步骤I)所设定的某一定日镜跟踪误差检测时间内对步骤2)所选择的待检定日镜检测并记录初始角度误差；该步骤包括:
[0012]步骤3-1)、驱动所选择的定日镜旋转，当该定日镜的当前角度与目标角度相等后，采集该定日镜投射到目标靶白板上的光斑，计算该光斑质量中心与白板几何中心的位置偏差;
[0013]步骤3-2)、根据所述光斑质量中心与目标靶白板几何中心的位置偏差计算该定日镜的偏差修正角度；
[0014]步骤3-3)、将所选择的定日镜的初始角度误差与步骤3-2)得到的定日镜的偏差修正角度相加，得到经过校正的初始角度误差；
[0015]步骤4)、根据步骤3)得到的新的定日镜初始角度误差调整选定定日镜的旋转角度，然后继续调整定日镜的角度，使得定日镜的角度与目标角度相等；然后采集图像，若检测到的定日镜光斑中心与光靶中心距离大于某一指定值，重新执行步骤3)，直到定日镜光斑中心与光靶中心距离小于某一指定值，最后记录当前与检测定日镜的跟踪误差有关的信息；
[0016]步骤5)、在多个定日镜跟踪误差检测时间内得到选定的定日镜的初始角度误差后，利用这些初始角度误差回归计算该定日镜的固有初始角度误差和立柱倾斜角度误差。
[0017]上述技术方案中，所述的步骤I)包括:将一天划分为多个固定时长的时间段，在这些时间段各自选择一个检测时间点作为定日镜跟踪误差检测时间。
[0018]上述技术方案中，所述的步骤2)包括:依次判断辐照度是否大于或等于设定值，风速是否小于或等于设定值，如果上述条件都满足，从定日镜场的多个定日镜中选取与当前时间间隔最长的定日镜作为待检定日镜，并将待检定日镜的目标位置设定为目标靶的白板中心。
[0019]上述技术方案中，在所述的步骤3-1)中，所述计算该光斑质量中心与白板几何中心的位置偏差包括:根据当前的辐照度，设定一个图像背景灰度阀值；采集光斑图像后，从光斑图像中找到目标靶白板上的特征标记点，通过特征标记点的位置计算出目标靶白板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所述图像背景灰度阀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目标靶白板几何中心的位置偏差。
[0020]上述技术方案中，在所述的步骤3-2)中，所述的计算偏差修正角度包括:根据目标靶白板的中心坐标、安装倾角以及光斑质量中心与白板几何中心的位置偏差，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目标角度，用这个目标角度值减去以目标靶白板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。
[0021]上述技术方案中，在所述的步骤5)中，所述多个定日镜跟踪误差检测时间包括至少8个检测时间点；所述利用这些初始角度误差回归计算所选定日镜的固有初始角度误差和立柱倾斜角度误差包括:如果定日镜立柱安装没有偏差，在所述至少8个检测时间点计算得到的初始角度误差基本相等，此时用新测量的初始角度误差取代原来的固有初始角度误差，固有立柱倾斜角度误差的值不需要改变；若存在定日镜立柱安装偏差，则在至少8个检测时间点计算得到的初始角度误差的值会有较大差别，在某角度范围内按照精度要求回归计算出初始角度误差和立柱倾斜角度误差，即:求出该选定的定日镜的初始角度和立柱倾斜角度，使其在选定的检测时间点计算得到的定日镜反射光线与定日镜旋转中心连线的夹角的平方和最小。
[0022]本发明的优点在于:
[0023]本发明的方法根据定日镜在全天的跟踪情况，回归计算出两个不容易通过技术手段克服的误差源(四个变量)，将这几个变量代入定日镜目标位置计算公式，可以使得定日镜全年的跟踪精度都较高。
【附图说明】
[0024]图1是定日镜控制系统结构图；
[0025]图2是检测定日镜跟踪误差的白板的示意图；
[0026]图3是选择待检定日镜的流程图；
[0027]图4是定日镜校正过程的流程图；
[0028]图5是光斑采集处理的流程图。
【具体实施方式】
[0029]现结合附图对本发明作进一步的描述。
[0030]本领域技术人员经过分析后发现，定日镜跟踪过程中常见的误差包括:初始角度误差、定日镜立柱安装误差、目标位置的计算误差、水平旋转轴与俯仰旋转轴不垂直、定日镜镜面中心与旋转中心不重合、定日镜镜面法线与俯仰旋转轴不垂直，此外还包括一些随机误差，如风速风向的影响、定日镜镜面的重力变形。
[0031]由于误差源较多，给回归计算带来了很大的困难，例如:定日镜没有准确打到目标点，本领域技术人员通过水平和俯仰旋转定日镜就可以让它打到目标点，也可以通过倾斜立柱让它打到目标点，也可以转动镜面让它打到目标点，因此，通过对一天几个检测点的回归计算，往往不能得到一组理想的回归结果。
[0032]本申请的定日镜跟踪误差校正方法所涉及的误差源只包括定日镜立柱安装误差和初始角度误差，上述两种误差之外