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基于高精度系留式光源的定日镜校正系统研究

基于高精度系留式光源的定日镜校正系统研究

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作者：任亮西安理工大学

学位级别：硕士

定日镜作为塔式光聚热发电系统中聚光子系统的核心部件,聚光子系统作用是将太阳能通过定日镜反射至集热塔上。在塔式光聚热发电电站现场,聚光子系统的聚光效率与吸热器的安全运行决定着整个光热电场的发电效率。定日镜的聚光效率取决于... 详细信息

定日镜作为塔式光聚热发电系统中聚光子系统的核心部件,聚光子系统作用是将太阳能通过定日镜反射至集热塔上。在塔式光聚热发电电站现场,聚光子系统的聚光效率与吸热器的安全运行决定着整个光热电场的发电效率。定日镜的聚光效率取决于定日镜的跟踪精度,然而在光热电站之中定口镜存在各种跟踪误差导致定日镜的聚光效率低下。针对定日镜校正采用BCS校正法对于定日镜进行校正需要使用特定位置安装的相机获取标定板上的太阳光斑,该方法仅能在日间晴朗天气工作导致校正效率过低,定日镜中太阳影像位置可以评价校正定日镜的跟踪误差。本文基于此提出采用系留式人造光源在空中移动来代替太阳运动对存在误差的定日镜进行校正,具体实现方法为在吸热器下方安装工业相机,在夜间拍摄待校正定日镜及其镜面中反射的光源影像,通过图像处理获得系留光源影像相对于定日镜镜面中心的偏移量,建立校正误差最小二乘模型并通过计算获得跟踪误差参数,从而消除定日镜跟踪误差,进而提高定日镜的校正效率。本文具体研究内容如下:(1)建立了一套系留式光源硬件及其定位系统。设计了空中漂浮气球硬件装置、定位柱以及供电、定位装置;设计了 DC-DC降压模块对于系留光源及定位模块进行供电以降低供电线缆重量。并设计了 UWB装置组建三维无线定位系统确定悬浮于空中的系留光源位置信息,对于无线定位系统中不同基站配置方式下定位精度进行验证,最终通过实验验证入射光线的入射角度误差小于定日镜入射角度要求的0.1度。(2)通过分析确定造成定日镜跟踪误差的6个误差源并以系留光源作为入射光线,建立了定日镜跟踪校正最小二乘模型,从而确定了含有误差的定日镜跟踪控制角度公式。使用L-BFGS算法求解该最小二乘模型得到6个误差的具体数值,最终获得定日镜的跟踪控制角度,并将此角度下发至定日镜提高定日镜场的聚热效率。(3)使用UWB定位获得的系留光源位置信息作为入射光线验证了 MABLAB搭建的定日镜校正模型的正确性;并对于误差求解算法设计实验进行验证,实验结果表明该方法所求的定日镜跟踪误差求解精度满足系统要求。证明本文所采用的系留式光源定日镜跟踪误差校正可以有效提高定日镜校正效率。相比于其他校正方法本文所建立的定日镜校正系统优点在于可高效校正定目镜,传统定口镜校正方法如BCS法需要定日镜跟踪太阳运动轨迹获取一整天数据对于一面定日镜校正。此方法每天只能校正一面定日镜,而大型光热电站中定日镜的数量上万,对于如此数目庞大的定日镜数量,采用本文所述定日镜校正方法可以极大提高定日镜校正效率。

关键词：立柱式定日镜系留式光源 UWB三维无线定位跟踪误差校正

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定日镜聚光光斑质量图像分析及校正系统研究

定日镜聚光光斑质量图像分析及校正系统研究

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作者：李锦西安理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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

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