[发明专利]一种快速定位太阳光斑的方法

说明书

发明领域

本发明一般涉及塔式太阳能热发电领域，具体涉及一种快速定位太阳光斑的方法。

背景技术

塔式太阳能发电系统包括放置在高塔(也可称接收塔)上的接收器、高塔周围地面上铺设的定日镜、计算机控制系统和跟踪传动机构。计算机控制系统控制定日镜自动跟踪太阳，并将太阳光线反射到位于接收塔顶部的接收器，使其中的介质沸腾，由此所产生的蒸汽驱动汽轮发电机发电。只有定日镜精确跟踪太阳位置的变化，才能保证太阳光斑能量准确聚集到接收器上，保证热发电系统具有较高的光热转换效率，进而保障热发电系统的工作效率。为了提高定日镜的追日精度，需将光斑定位于光斑成像装置，采集不同时刻的太阳光斑位置与定日镜角度数据以研究太阳光斑位置与定日镜角度之间的关系。然而由于定日镜制造和安装上存在误差，若按理论计算结果进行追日并不能将太阳光准确打到目标区域，因此需采用准确快速的方法将太阳光斑定位于目标区域。目前进行光斑定位的方法主要有两种：

一是美国专利US4564275及中国专利CN102116604所提到的，控制定日镜将太阳光反射至光斑成像装置上，然后利用摄像机采集光斑图像，通过图像处理技术测量实际光斑与光斑成像装置中央点的偏差，然后利用计算机修正定日镜单元参数，使其将光斑投射至光斑成像装置中心点。该种定位方法操作比较简单，成本低廉，但最大的问题在于定位效率太低，对于成千上万面镜子的定位显然不合适；

二是美国专利US20090107485所提到的，使用指向定日镜的摄像机获取定日镜指向样本，然后通过参数估计的方法得到定日镜的跟踪参数。该种定位方法的问题主要在于图像处理子系统复杂，光斑搜索时间长，效率较低。

因此亟需一种兼顾准确性与快捷性的太阳光斑定位方法。

发明内容

针对上述问题，本发明为了克服现有技术难题，在图像处理技术和算法上进行发明，提供了一种当太阳光斑脱离光斑成像装置时，使太阳光斑准确快速地定位到光斑成像装置的方法。

本发明还提供一种快速定位太阳光斑系统，以解决现有技术中准确性与快捷性不能兼顾的技术问题。

一种快速定位太阳光斑的方法，包括以下步骤：

A1：选择定日镜场的某一定日镜，判断选定的定日镜是否为首次定位，若是，则开始执行轮廓定位操作，否则直接进行步骤A2，其中，所述轮廓定位包括：在高度角和方位角构成的坐标系内，定日镜沿一曲线改变高度角和方位角，直至图像采集检测到光斑出现在光斑成像装置上，再进行采集光斑样本操作，作为替代方案，还可以通过探索性方法执行轮廓定位，而不使用螺旋模式，例如，可以将定日镜角度设定为目标区域附近的一系列随机角，直至光斑定位到光斑成像装置上；

A2：直接执行智能定位操作，所述智能定位操作包括利用相同时间间隔内理想情况下定日镜的理论角度变化值和实际情况下的角度变化值几乎一样的特性，采用理论角度变化值调整定日镜角度，将脱离目标区域的光斑再次定位于目标区域内，再进行采集光斑样本操作.具体来说，在某个时刻t₁，经定日镜反射的光斑位于目标区域内，此时定日镜的实际高度角和方位角分别为和θ₁₁，理论高度角和方位角分别为和θ₁₂。经过时间Δt到达t₂时刻，太阳光斑再次脱离目标区域，从定日镜角度变化量数据库中调出Δt时间段内理论角度变化量和Δθ，调整定日镜高度角和方位角至和θ₁₁+Δθ，将光斑准确地打到光斑成像装置上，利用图像采集装置采集光斑样本。

其后每一次太阳光斑定位都采用智能定位法，直至满足数据采集需要。

需要指出，t₂时刻定日镜传动机构收到定日镜控制单元发出的指令开始调整定日镜，经过时间Δt₀，即t₂+Δt₀时刻镜子调整到位。因此定日镜的角度调整量应为t₁时刻至t₂+Δt₀时刻的理论角度变化量，但考虑到定日镜传动机构执行效率高，调整速度快，Δt₀的大小可忽略不计，因此不考虑调整时间Δt₀对于定位准确度的影响。