定日镜聚光光斑质量图像分析及校正系统研究

作     者：李锦 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵跃

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0802[工学-机械工程] 

主      题：塔式光热发电系统 定日镜 聚光光斑 光学质量 跟踪精度 跟踪误差校正 

摘      要：塔式光聚热发电系统中,定日镜是最核心的部件。在聚光发电过程中,定日镜的聚光效率至关重要,其直接影响吸热器的集热效率,进而影响整个发电系统的发电效率。而定日镜的光学质量、跟踪精度是定日镜聚光效率提升的关键指标,因此如何评价和提升这两项指标在整个发电系统中具有重大的研究意义。定日镜面形误差影响定日镜的光学质量,定日镜跟踪误差影响定日镜的跟踪精度,而这两个误差影响因素可以通过定日镜聚光光斑来反映:光斑的形态反映定日镜面形误差;光斑的位置反映定日镜跟踪误差。因此本文设计一种基于定日镜聚光光斑的评价及校正系统,评价定日镜的光学质量和跟踪精度并对定日镜的跟踪误差进行校正。本文具体的研究工作如下:（1）提出定日镜聚光光斑静态光学质量测试方案。采用图像处理的手段对实测的定日镜聚光光斑形态进行拟合,获得其参数并与理论仿真结果进行对比,以此来评价定日镜的光学质量。（2）提出定日镜动态跟踪精度测试方案。采用概率统计分析手段对一组等时间间隔的光斑质心位置进行分析,计算水平和垂直方向的跟踪偏差角,以此评估定日镜动态跟踪精度特性。（3）提出定日镜跟踪误差的校正方案,提升定日镜动态跟踪精度。根据定日镜动态几何跟踪误差源,建立定日镜动态几何跟踪误差模型,推导得出含有定日镜动态几何跟踪误差的跟踪角度计算公式,对跟踪角度计算公式中未知跟踪误差建立最小二乘数学模型并对其进行求解,得到准确的误差角度计算公式,从而校正跟踪误差。本文所提出的定日镜静态光斑质量和动态跟踪精度测试方案具有简单、精确且高效的优点,在塔式光聚热发电系统中具有一定的实用价值。定日镜跟踪误差的校正方案,能够有效校正定日镜的跟踪误差。通过实验仿真及真实测量数据的验证,此校正方案满足系统的跟踪精度,能够应用于实际现场,可以很大程度提高塔式光聚热发电系统的聚光发电效率。