本发明专利技术涉及一种定日镜姿态角的在线测量方法及系统。方法包括：在塔式太阳能热发电站的集热器上方设定位置周期性地向各方向发射激光信号；在定日镜的顶点接收所述激光信号，测量接收到的激光光斑的大小并记录接收到激光信号的时间；根据接收到激光信号的时间和所述激光信号的发射规律确定接收到的激光信号的方向；根据激光信号的接收位置和该激光信号的方向确定当前时刻定日镜的实际中心法线方向；根据定日镜的实际中心法线方向，确定定日镜当前的实际姿态角。本发明专利技术能够同时检测定日镜场多台定日镜跟日过程中的姿态角，计算定日镜的跟日误差，以保证定日镜场的有效工作，提高塔式太阳能热发电站的工作效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能热发电领域，尤其涉及一种定日镜姿态角的在线测量方法及系 统。
技术介绍
太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行 发电。其中塔式太阳能热发电站是利用众多的定日镜，将太阳热辐射反射到置于高塔顶部 的高温集热器上，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。在塔式太阳能热发电中，定日镜的跟日精度是比较关键的参数，只有定日镜的跟日精 度足够高，才能保证太阳光斑能量一直准确聚焦到集热器上，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。为了提高跟踪精度，当前采用的一种方法是，在长期观测的基础上建立每个定日 镜的误差模型，然后利用该模型对定日镜的跟踪误差进行预测修正。这种方法在一定程度 上可以改善定日镜的跟踪误差，但缺点是无法对时变的误差源(比如立柱的倾斜、由风载 引起的支架抖动等)产生的误差进行修正，而且为了建立误差模型需要对每一台定日镜的 聚光误差进行较长时间的观察和测量，既费时又费力。另外一旦定日镜的某个元件或者机 械结构发生变化，必须重新观测建立新的定日镜误差模型。当前采用的另一种方法是，利用CCD成像技术在线检测定日镜的聚光偏移方法。 这种方法是在集热器的四个角上对称安装四个CCD摄像头，利用CCD摄像头面向定日镜场 采集定日镜的图像，根据同一定日镜在对称位置的两个CCD的数字图像上的亮度差异来确 定定日镜相对于集热器中心的实际偏移。从理论上看，这种方法既不影响定日镜的跟日运 动，也不需要中断集热器的正常光热转换过程，可以达到在线测量的目的。但是，从实现角 度看，由于摄像头的视野受镜头限制，且镜场中各定日镜之间有一定的遮挡，安装在集热器 边缘的摄像头很难对镜场中的多个定日镜同时形成完整而又清晰的图像。另外根据定日 镜跟日反射理论，我们知道跟日过程中定日镜中心法线与集热器中心点是不在一条直线上 的，而且由于余弦效应的存在，定日镜反射形成的太阳光斑不是一个理想的圆，因此即使是 准确聚光于集热器中心点的定日镜在摄像头中成的像的亮度也是有差异的的(因为散射 光量不一样)。当定日镜聚光偏差较大时，因为摄像头安装在集热器边缘，会有一部分镜面 反射光进入相应的摄像镜头，但此时CCD摄像头会很容易进入饱和状态，CCD图像中的定日 镜轮廓很难界定。如果摄像头安装较远，则进入镜头的主要是散射光，图像中的定日镜框架 会较清晰，可是根据散射光量的差异来判断定日镜的聚光偏差是不准确的。可见利用CCD 摄像头对定日镜成像来测量定日镜的偏移也是有缺陷的。当前还有一种方法是，利用光电位置检测传感器来检测定日镜的中心反射光线方 向的方法。在定日镜前方安置一带聚焦功能的光电位置传感器，光电位置传感器的主轴与 定日镜中心和靶标中心的连线重合。定日镜中心反射光线经聚焦后形成一光点落在光电位 置传感器上，当光点落在传感器的中心时，定日镜的跟日误差为零，否则认为有偏差。根据光点在二维光电位置检测器上的坐标可以确定定日镜的中心反射光线的偏差，然后利用两 个方向的偏差值控制定日镜的两个转角。采用这种方法有一个前提条件，即定日镜的顶点 必须保持不变，也即定日镜顶点与旋转中心必须一致，否则光电位置传感器将无法感测到 中心位置反射光线。另外，由于光电位置传感器安置在定日镜前方一细长型的竿上，受到风 力和地面倾斜的影响，光电位置传感器的光学中心很难保持稳定，因此很难在野外应用。此外，上述利用太阳光强或者利用太阳光照明分布情况来进行太阳位置的跟踪测 量存在一个缺点，当天空中有云时，或者太阳被云部分遮挡时，测量系统的输出变得不稳 定，从而影响定日镜的正常工作。由于在线测量的困难，目前世界上的塔式太阳能热发电定 日镜基本都是工作在开环状态，限制了定日镜聚光精度的提高，而且定日镜的抗干扰能力 差，风力超过二级时开环定日镜的聚光性能会明显下降，集热器的光热转换效率降低，影响 太阳能热发电站的正常工作。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种定日镜姿态角的在线测量方法，能够在线 检测定日镜的跟日精度，从而保证太阳能热发电系统的工作效率。为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种定日镜姿态角的在线测量方法，包括以 下步骤(a)在塔式太阳能热发电站的集热器上方设定位置周期性地向各方向发射使用一 定频率的激光信号；(b)在定日镜的顶点接收所述激光信号，测量接收到的激光光斑的大小并记录接 收到激光信号的时间；(C)根据接收到激光信号的时间和所述激光信号的发射规律确定接收到的激光信 号的方向；(d)根据激光信号的接收位置和该激光信号的方向确定当前时刻定日镜的实际中 心法线方向；(e)根据定日镜的实际中心法线方向，确定定日镜当前的实际姿态角。进一步地，上述方法还可具有以下特点，还包括(f)，根据定日镜的实际中心法线 方向，利用定日镜反射聚光的理论模型计算定日镜反射光斑中心偏离集热器中心的数值， 即定日镜的聚光误差。为解决上述技术问题，本专利技术还提出了一种定日镜姿态角的在线测量系统定日镜 姿态角的在线测量系统，包括激光扫描装置，其位于塔式太阳能热发电站的集热器上方设定位置，用于周期性 地向各方向发射一定频率的激光信号；光电检测装置，其位于定日镜的顶点，用于接收所述激光信号，测量接收到的激光 光斑的大小并记录接收到激光信号的时间；微处理器，用于根据接收到激光信号的时间和所述激光信号的发射规律确定接收 到的激光信号的方向，再根据激光信号的接收位置和该激光信号的方向确定当前时刻定日 镜的实际中心法线方向，然后根据定日镜的实际中心法线方向，确定定日镜当前的实际姿 态角。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述微处理器还用于，根据定日镜的实际 中心法线方向，利用定日镜反射聚光的理论模型计算定日镜反射光斑中心偏离集热器中心 的数值，即定日镜的聚光误差。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述激光扫描装置按照设定规律在一个 三维空间内均勻、勻速地扫描。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述激光器为带聚焦准直系统的激光器。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述激光扫描装置由一个两维旋转运动 控制系统和与其相互连接的激光器构成。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述激光扫描装置由顺次相连的半导体 激光器、光学聚焦系统和转镜扫描系统构成。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述激光扫描装置由相互连接的半导体 激光器和声光调制模块构成。进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述光电检测装置包括二维光敏器件、信 号接收电路、解调电路、信号放大电路、模数转换电路和单片机电路。本专利技术能够同时检测定日镜场多台定日镜跟日过程中的跟日误差，保证定日镜场 的有效工作，提高塔式太阳能热发电站的工作效率。附图说明图1为定日镜姿态角测量示意图；图2为两旋转轴定日镜示意图；图3为定日镜姿态激光扫描测量系统结构图；图4为两个转镜构成的激光扫描系统。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并 非用于限定本专利技术的范围。本专利技术定日镜姿态角的在线测量方法包括步骤101，在塔式太阳能热发电站的集热器上方设定位置周期性地向各方向发射 一定频率的激光信号；可以在聚光塔的顶部即集热器上方固定本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种定日镜姿态角的在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：（ａ）在塔式太阳能热发电站的集热器上方设定位置周期性地向各方向发射一定频率的激光信号；（ｂ）在定日镜的顶点接收所述激光信号，测量接收到的激光光斑的大小并记录接收到激光信号的时间；（ｃ）根据接收到激光信号的时间和所述激光信号的发射规律确定接收到的激光信号的方向；（ｄ）根据激光信号的接收位置和该激光信号的方向确定当前时刻定日镜的实际中心法线方向；（ｅ）根据定日镜的实际中心法线方向，确定定日镜当前的实际姿态角。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：许芬，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：11
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