一种定日镜自动聚焦纠偏方法、装置及系统与流程

本发明涉及塔式太阳能热发电技术领域，特别是涉及一种定日镜自动聚焦纠偏方法、装置及系统。

背景技术

塔式太阳能热发电系统也称塔式聚光型太阳能热发电系统，它是在空旷的地面上建立一高大的中央吸热塔，塔顶上安装固定一个吸热器，塔的周围安装一定数量的定日镜，通过定日镜将太阳直射光聚集到塔顶的吸热器的腔体内产生高温，再将通过吸热器的工质加热并产生高温蒸汽，推动汽轮机进行发电，即塔式太阳能热发电是利用众多的平面反射阵列，将太阳直射辐射反射到置于高塔顶部的太阳吸热器上，加热工质产生过热蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电，从而将太阳能转换为电能，其中，定日镜数目越多，则其聚光比越大，吸热器的集热温度也就越高。

定日镜将太阳直射光反射至吸热器的过程称为追日，其中，定日镜的安装位置在安装完成后保持不变，在工作时是通过其镜面的转动来完成对太阳直射光的反射；在工作过程中，定日镜能够通过光电跟踪等方式来跟踪太阳的位置。在定日镜初次安装完成时，需要对每个定日镜进行调试。传统的调试方式是：在吸热器下部安装一个或多个测试板(一般为白色，也称为白板)，也有将吸热器下部塔体涂白作为测试板的，然后在定日镜场(地面)安装一个或多个电子摄像机(电子照相机)，在调试时，将某一面定日镜按照控制系统计算将太阳直射光反射到测试板上，理论上应该反射到测试板中心位置，实际上由于定日镜加工制造、安装等因素造成的偏差，该定日镜反射到测试板上的测试光斑中心位置一般会偏离测试板的中心，计算机控制系统根据偏差值，计算出该定日镜的聚焦修正值，然后进行修正，将测试光斑中心位置调整到测试板中心，通过这种方式确定该定日镜运行时(聚焦到吸热器时)所需的聚焦修正值(也就是纠偏)。

传统的定日镜调试方式是一个测试板和一台电子摄像机在某一时刻只能调试一面定日镜，对于商业化的塔式太阳能热发电站，往往会有成千上万面定日镜，而对于由成千上万面定日镜组成的镜场初次将调试将占用大量时间。另外，在定日镜运行一段时间后，其聚焦偏差也会发生变化，需要再次进行调试，但是对于由成千上万面定日镜组成的镜场经常做聚焦纠偏是不太可能的，这样定日镜聚焦精度就会受影响，这就导致在实际运行时，吸热器往往会发生局部表面温度很高，其他部位表面温度又很低的现象。这种现象的出现，如果得不到有效控制，一方面，可能会发生吸热器吸热涂层损坏，甚至吸热器烧坏；另一方面，可能造成有很多定日镜因吸热器某部位温度过高，而不能再聚焦到吸热器，减少了电站的热量输入，也就减少了发电量；这两种情况都会产生经济损失，影响电站经济效益。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种定日镜自动聚焦纠偏方法，以及与该方法相对应的装置及系统，该方法可以同时对多面定日镜进行聚焦纠偏工作，提高了工作效率。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种定日镜自动聚焦纠偏方法，所述方法包括：

向多面定日镜发送聚焦测试指令，以使多面所述定日镜根据所述聚焦测试指令调整反射角度，从而进入聚焦测试状态；

向多台图像采集装置发送图像采集指令，以使所述图像采集装置分别采集多面所述定日镜的图像；

接收多台所述图像采集装置采集的图像；

根据至少一张图像确定每面所述定日镜的位置，以及根据识别出的每面所述定日镜的位置、每张所述图像中相应所述定日镜的反射光的强度和采集到所述相应定日镜反射光的图像采集装置的位置计算相应所述定日镜的测试光斑中心位置；

将每个所述测试光斑中心位置与理论光斑中心位置进行对比得到每面所述定日镜的偏差量，从而使每面所述定日镜根据所述偏差量进行纠偏。

可选地或优选地，所述向多台图像采集装置发送图像采集指令，还包括：

向指定定日镜发送转动指令，以使至少一台所述图像采集装置能够采集到所述指定定日镜的反射光。

可选地或优选地，所述根据至少一张图像确定每面所述定日镜的位置，包括：

根据采集到的具有所述指定定日镜的反射光的图像以及所述指定定日镜的位置，确定其他所述定日镜的位置。

可选地或优选地，所述根据至少一张图像确定每面所述定日镜的位置，包括：

将所述图像与预设有定日镜位置的图像进行对比，以得出每面所述定日镜的位置。

可选地或优选地，所述根据识别出的每面所述定日镜的位置、每张所述图像中相应所述定日镜的反射光的强度和采集到所述相应定日镜反射光的图像采集装置的位置计算相应所述定日镜的测试光斑中心位置，包括：

当所述图像中相应所述定日镜的反射光强度不小于预设反射光强度时，则判定拍摄所述图像的图像采集装置位于测试光斑区域中，并计算所述测试光斑区域中图像采集装置组成的区域的中心位置，以得到所述测试光斑中心位置。

可选地或优选地，如果所述测试光斑区域中图像采集装置组成的区域外围的图像采集装置采集到的图像中均包含有所述相应定日镜的位置，则计算所述测试光斑区域中图像采集装置组成的区域的中心位置；

否则，则向所述指定定日镜下发转动指令，以使所述测试光斑区域中图像采集装置组成的区域外围的图像采集装置采集到的图像中均包含有所述相应定日镜的位置。

可选地或优选地，所述测试光斑区域中的图像采集装置的数量至少为三台。

可选地或优选地，每面所述定日镜的所述理论光斑的位置中的图像采集装置都能够采集到相应所述定日镜的完整图像。

可选地或优选地，所述聚焦测试指令为定时发送或主动选择发送。

第二方面，本发明提供了一种定日镜自动聚焦纠偏装置，包括：

聚焦测试指令发送模块，用于向多面定日镜发送聚焦测试指令，以使多面所述定日镜根据所述聚焦测试指令调整反射角度，从而进入聚焦测试状态；

图像采集指令发送模块；用于向多台图像采集装置发送图像采集指令，以分别采集多面所述定日镜的图像；

图像接收模块，用于接收多台所述图像采集装置采集的图像；

数据处理模块，用于根据至少一张图像确定每面所述定日镜的位置，以及根据识别出的每面所述定日镜的位置、每张所述图像中相应所述定日镜的反射光的强度和采集到所述相应定日镜反射光的图像采集装置的位置计算相应所述定日镜的测试光斑中心位置；

所述数据处理模块还用于将每个所述测试光斑中心位置与理论光斑中心位置进行对比得到每面所述定日镜的偏差量，从而使每面所述定日镜根据所述偏差量进行纠偏。

第三方面，本发明提供了一种定日镜自动聚焦纠偏系统，适用于塔式太阳能热发电站，包括：

多面定日镜；

多个图像采集装置，用于采集多面所述定日镜的图像，均匀间隔布置于所述塔式太阳能热发电站中吸热塔上，且位于所述吸热塔上吸热器的上部或下部；

控制器，用于向所述定日镜和所述图像采集装置下发控制指令，接收所述图像采集装置采集的图像，根据至少一张图像确定每面所述定日镜的位置，以及根据识别出的每面所述定日镜的位置、每张所述图像中相应所述定日镜的反射光的强度和采集到所述相应定日镜反射光的图像采集装置的位置计算相应所述定日镜的测试光斑中心位置，并将每个所述测试光斑中心位置与理论光斑中心位置进行对比，从而得到每面所述定日镜的偏差量以使每面所述定日镜根据所述偏差量进行纠偏。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比至少具有以下有益效果：

通过该方法可以同时对多面定日镜进行聚焦纠偏工作，节省了调试时间，提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的定日镜自动聚焦纠偏方法可实现于其中的系统架构图；

图2是本发明实施例提供的定日镜自动聚焦纠偏方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的定日镜自动聚焦纠偏装置的结构示意图；

图4是本发明实施例中图像采集装置采集的图像示意图；

图5是本发明实施例中测试光斑位置与理论光斑位置对比图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种定日镜自动纠偏方法，该方法可以但不限于用于塔式太阳能热发电站，其中，塔式太阳能热发电站包括定日镜、吸热塔和吸热器，其中吸热器设置于吸热塔上，定日镜反射太阳光到吸热器上，以加热吸热器。所述的定日镜在安装完成时需要进行调试，但由于定日镜数量较多，用传统的调试方法进行调试，需要消耗大量的时间，调试效率低下；此外在定日镜运行一段时间后，其聚焦偏差也会发生变化，需要再次进行调试，同样由于定日镜数量较多，经常做聚焦纠偏是不太可能的，这样定日镜聚焦精度就会受影响。

本发明实施例提供的定日镜自动纠偏方法，至少为解决上述课题的一部分而提出。该自动纠偏方法可以实现于图1中所示的系统100，系统100包括控制器101、定日镜102和图像采集装置103。控制器101可以用于向定日镜102和图像采集装置103下发控制指令，接收图像采集装置103拍摄的图像，此外其还可以用于对接收的图像进行处理分析(详见下文描述)，并得出每面定日镜102的偏差量，从而控制每面定日镜102根据其计算得出的偏差量进行聚焦纠偏，应当理解的是，该控制器101可以是本地局域网内的控制器，也可以是广域网内的控制器；图像采集装置103固定设置于吸热塔104上且位于吸热器105的下方，此外，图像采集装置103为多个，均匀间隔布置在吸热塔104上，可以是矩阵式排布，应当理解的是，图像采集装置103也可以设置在吸热器105上方，在本实施例中，多个图像采集装置103组合构成了传统调试方式中的白板(测试板)，为了防止定日镜102的反射光损伤图像采集装置103，在每台图像采集装置103上还设置有滤光镜或滤光涂层。本实施例中的图像采集装置103可以但不限于是摄像机或相机。

本实施例中，理论光斑：是基于控制系统根据测试时刻的太阳位置、电站经纬度和海拔高度、测试板上理论测试光斑中位置、定日镜位置、原有的纠偏参数(如有)等计算出来的定日镜方位数据，按照该数据该定日镜理论上应该将太阳直射光反射到测试版上形成的光斑。测试光斑：是在测试时，定日镜按照控制系统给定的方位数据，将太阳直射光反射到测试板上时实际形成的光斑。

应当理解是，在不同的实施例中，系统中的硬件设备可以视情况增加、减少或替换，图1所示出的系统结构并不构成对本发明保护范围的限定。

下面，以系统100中的控制器101为执行主体并结合图2，介绍本发明实施例提供的定日镜自动聚焦纠偏方法。

图2是根据本公开的实施例的定日镜自动聚焦纠偏方法方法200的流程图，方法200具体包括如下步骤：

s201：向多面定日镜发送聚焦测试指令，以使多面所述定日镜根据所述聚焦测试指令调整反射角度，从而进入聚焦测试状态。

具体的，当定日镜安装完毕并进入调试阶段时，可以通过控制器向多面定日镜下发聚焦测试的指令，每面定日镜在接收到该指令后，即主动转动以调整其反射的角度，角度调整完毕后，定日镜即将反射的太阳光照射到多个图像采集装置组成的测试区域，此时，定日镜即进入聚焦测试状态。

s202：向多台图像采集装置发送图像采集指令，以使所述图像采集装置分别采集多面所述定日镜的图像。

具体的，在定日镜调试阶段，可以通过控制器向多台图像采集装置发送图像采集指令，每台图像采集装置在接收采集图像的指令后，即对定日场中的定日镜进行拍摄，并将拍摄的图像传输至控制器中，从而供控制器分析处理。

应当理解的是，s201和s202可以同时进行，也可以分批次进行，它们间的顺序只是为叙述方便而定，具体的可根据实际进行调换，它们在方法200中的顺序并不构成对本发明保护范围的限定。

s203：接收多台所述图像采集装置采集的图像。

具体的，在图像采集装置采集带定日镜的图像后，其就会将图像传输至控制器，从而使得控制器能够接收到，并进一步的处理分析。

s204：根据至少一张图像确定每面所述定日镜的位置，以及根据识别出的每面所述定日镜的位置、每张所述图像中相应所述定日镜的反射光的强度和采集到所述相应定日镜反射光的图像采集装置的位置计算相应所述定日镜的测试光斑中心位置。

具体的，在控制器接收到图像采集装置发送的图像后，即对图像进行分析处理，在该过程中，首先，控制器根据至少一张图像来确定每面定日镜的位置，在此过程中可以通过以下两种方式来实现：第一种方式、可以在调试时先用至少一台图像采集装置拍摄发电站中的所有定日镜，然后对图像中的每面定日镜进行编号，并储存于控制器中，这样使每面定日镜都有一个唯一的标识，在每面定日镜安装完成后，其整体处于空间中的位置基本是不变的，因此在进入调试状态时，可以将图像采集装置采集到的图像与存储有定日镜唯一标识的图像进行对比，即可确定出每面定日镜的位置；第二种方式、当调试时，控制器中未存储有包含定日镜唯一标识的图像时，可以在s202步骤中，另外通过控制器向指定的一面定日镜发送转动指令，直到至少一台图像采集装置采集到指定的定日镜的反射光为止，由于该指定的定日镜的位置是确定的，而其他定日镜相对它的位置也是确定的，此时即可通过对图像进行分析得出其他定日镜的位置，具体的，如图4所示，控制器控制定日镜401转动，此时1号图像采集装置采集到定日镜401的反射光图像a了，然后控制器对该图像a进行分析，得出图像a中其他定日镜(如定日镜402)的位置，而2号图像采集装置采集的图像b中未包含有定日镜401，但其包含有定日镜402，此时控制器则可以通过分析图像b得出图像b中的其他定日镜的位置(如定日镜403)，以此类推，即可得出所有定日镜的位置；当图像b中包含有定日镜401时，其则可以根据定日镜401的位置推算出图像b中其他定日镜的位置。应当理解的是，对于如何确定每面定日镜的方法有很多种，在此就不在一一赘述。

当确定了每面定日镜的位置后，控制器将根据每面定日镜的位置、每张包含有该定日镜的反射光的强度的图像以及采集到所述相应定日镜反射光的图像采集装置的位置进行分析计算，从而得出该定日镜的测试光斑中心位置。具体的，在图像采集过程中，不同位置的图像采集装置可能采集到的同一台定日镜的反射光强度不一样，为了更好的区别图像采集装置是否真正采集到了定日镜的反射光，可以预设一个反射光强度值，当图像采集装置拍摄的图像中相应定日镜的反射光强度不小于预设反射光强度时，则判定拍摄该图像的图像采集装置拍摄到了相应的定日镜反射光，同时判定其位于测试光斑区域中，通过计算测试光斑区域中图像采集装置组成的区域的中心位置，此过程中可以将图像采集装置组成的区域中的最靠外的多个相邻图像采集装置的位置依次进行连线，从而形成一个闭合的图形，完后再计算这个图形的中心位置，即可得出测试光斑中心位置，也就是，此时图像采集装置组成的区域中心位置即为测试光斑中心位置。如图5所示，为便于区分不同的图像采集装置，在该图中采用不同的编号对不同的图像采集装置进行区分，测试光斑区域501’中有5台图像采集装置采集的图像中的相应定日镜的反射光强度不小于预设反射光强度，此时，这5台图像采集装置组成的区域的中心位置即为图像采集装置59所在的位置，此时的测试光斑中心位置即为图像采集装置59所在的位置。

在一些实施例中，如果测试光斑区域中图像采集装置组成的区域外围的图像采集装置采集到的图像中均包含有相应定日镜的位置，则此时测试光斑区域中图像采集装置组成的区域即为完整的测试光斑区域，直接计算该测试光斑区域中图像采集装置组成的区域的中心位置，即可得出测试光斑中心位置；否则，控制器则向指定定日镜下发转动指令，通过指定定日镜的旋转使测试光斑区域中图像采集装置组成的区域外围的图像采集装置采集到的图像中均包含有相应定日镜的位置。如图5所示，为便于区分不同的图像采集装置，在该图中采用不同的编号对不同的图像采集装置进行区分，定日镜a的测试光斑区域501’中有五台图像采集装置，将这五台图像采集装置组成的区域的最靠外的多个相邻图像采集装置的位置依次进行连线，连线后形成的闭合区域的外围的图像采集装置包括：图像采集装置51、图像采集装置52、图像采集装置53、图像采集装置54、图像采集装置55、图像采集装置56、图像采集装置57和图像采集装置58；如果图像采集装置51、图像采集装置52、图像采集装置53、图像采集装置54、图像采集装置55、图像采集装置56、图像采集装置57和图像采集装置58各自采集到的图像中均包含有定日镜a的位置，则判定此时的测试光斑区域501’中图像采集装置组成的区域即为完整的测试光斑区域,如果其中一台或多台图像采集装置采集到的图像中没有包含定日镜a的位置，那么此时的测试光斑即是不完整的，此时为了测量的精准性，控制器则向定日镜a发送转动的指令，直到测试光斑区域501’中图像采集装置组成的区域外围的图像采集装置均能够采集到包含定日镜a位置的图像，然后再计算测试光斑区域501’的中心位置。再次参考图5，测试光斑区域502’，该区域中只有三台图像采集装置采集到了定日镜b的反射光，这三台图像采集装置组成的区域外围只有该区域的上侧和左侧的图像采集装置能够采集到定日镜b的图像，该区域的下侧和右侧没有图像采集装置(即不能采集到定日镜b的图像)，此时，控制器则向定日镜b发送旋转的指令，从而使其测试光斑区域502’转移到测试光斑区域502”处(这时即可满足上述条件)，这时在计算测试光斑区域502”的中心位置即可。应当理解的是，上述提及的外围的图像采集装置，可以但不限于是与测试光斑区域中靠外的图像采集装置相邻的图像采集装置。

考虑到至少三点才能确定一个平面，因此，测试光斑区域中的图像采集装置的数量应当均不小于三台，具体，可根据实际情况进行选择。

应当理解的是，在调试时，会预先设定定日镜的理论光斑区域，这个理论光斑区域中图像采集装置越多，则测量的越精确，理论上，测试光斑位置中的图像采集装置应当与理论光斑位置中的图像采集装置数量相同或接近。

s205：将每个所述测试光斑中心位置与理论光斑中心位置进行对比得到每个所述定日镜的偏差量，从而使每个所述定日镜根据所述偏差量进行纠偏。

当控制器计算出每个定日镜的测试光斑中心位置后，其即将每个测试光斑中心位置与理论光斑中心位置进行对比计算，从而得到每个定日镜的偏差量，然后控制器即可根据该偏差量对定日镜进行聚焦纠偏。

如图5所示，测试光斑501’的中心位置与理论光斑501的中心位置的偏差量是(δx，δy)，相应的定日镜即按照该偏差量进行聚焦纠偏即可。

应当理解的是，每个定日镜的理论光斑中心均是预先设定的，其可以是一成不变的，也可以变化的，当变化时，可以根据时间的不同，来设定理论光斑的中心。此外，在图像采集装置的布置中，最好保证每个定日镜的理论光斑的位置中的图像采集装置都能够采集到相应定日镜的完整图像。

此外，在使用本实施例中的方法时，可以通过控制器定时向定日镜发送聚焦测试的指令，以完成定日镜工作过程中的聚焦纠偏。如可以设定每隔4个小时(或n天时间)，控制器即向定日镜发送一次聚焦测试的指令，这样就可以实现了在定日镜工作过程中能够对定日镜进行聚焦纠偏，从而减少因定日镜在运行过程中出现聚焦偏差而损伤吸热器的现象。另外，工作人员也可以根据实际情况主动选择何时进行聚焦纠偏工作。

本发明实施例还提供了一用于实现上文所述方法200的一种定日镜自动聚焦纠偏装置，如图3所示，装置300包括：

聚焦测试指令发送模块301，用于向多面定日镜发送聚焦测试指令，以使多面所述定日镜根据所述聚焦测试指令调整反射角度，从而进入聚焦测试状态；

图像采集指令发送模块302；用于向多台图像采集装置发送图像采集指令，以分别采集多面所述定日镜的图像；

图像接收模块303，用于接收多台所述图像采集装置采集的图像；

数据处理模块304，用于根据至少一张图像确定每面所述定日镜的位置，以及根据识别出的每面所述定日镜的位置、每张所述图像中相应所述定日镜的反射光的强度和采集到所述相应定日镜反射光的图像采集装置的位置计算相应所述定日镜的测试光斑中心位置；

所述数据处理模块还用于将每个所述测试光斑中心位置与理论光斑中心位置进行对比得到每面所述定日镜的偏差量，从而使每面所述定日镜根据所述偏差量进行纠偏。

以上各模块所执行的步骤与上文方法200实施例中的各步骤一一对应，具体的实现可参考方法200实施例中的描述。

以上对本发明所提供的定日镜自动聚焦纠偏方法、装置及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。