時控型太陽能跟蹤支架控制器的最大功率跟蹤控制方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種時控型太陽能跟蹤支架控制器的最大功率跟蹤控制方法，在以天文算法為基礎(chǔ)的太陽軌跡的基礎(chǔ)上，即在時控的基礎(chǔ)上，做最大功率搜索，找出最大功率點，并記錄最大功率點位置與時控位置的偏差量，作為時控軌跡的校準(zhǔn)量，經(jīng)過校準(zhǔn)量修正的時控軌跡即可使太陽能跟蹤支架始終運行在最大功率位置。本發(fā)明專利技術(shù)能很好地滿足高倍聚光的跟蹤要求，實現(xiàn)高精度的跟蹤目的，從而使支架可以非常精準(zhǔn)地跟蹤太陽。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及太陽能跟蹤控制的
，尤其是指一種基于最優(yōu)控制的時控型太陽能跟蹤支架控制器的最大功率跟蹤控制方法。
技術(shù)介紹
高倍聚光太陽能發(fā)電系統(tǒng)是由發(fā)電模組、跟蹤支架、逆變升壓及通訊監(jiān)控等部分組成，具有發(fā)電效率高、生產(chǎn)污染小、土地利用率高等優(yōu)點，越來越受到人們的關(guān)注。雙軸跟蹤支架由立柱、網(wǎng)架、水平及俯仰方向的轉(zhuǎn)動機構(gòu)、控制器組成。高倍聚光模組安裝于網(wǎng)架上，太陽位置分解為水平和俯仰兩個角度，水平及俯仰轉(zhuǎn)動機構(gòu)在跟蹤控制器的控制和驅(qū)動下帶動高倍聚光模組在水平方向及俯仰方向上轉(zhuǎn)動到太陽的位置并對準(zhǔn)，太陽運動支架也跟隨其運動并始終保持正對，使太陽光垂直照射在模組面上。高倍聚光太陽能的特點要求跟蹤支架跟蹤太陽須非常精準(zhǔn)。目前，跟蹤支架的控制方式有時控、光控兩種方式。時控是按照支架所在的地理位置和時間按照天文算法計算出太陽位置并跟蹤；光控通過光傳感器感知太陽位置，支架在光傳感器的引導(dǎo)下跟蹤太陽。時控方式實現(xiàn)簡單但受支架安裝誤差影響即使太陽位置計算準(zhǔn)確也會存在跟蹤誤差。光控方式在日光比較好的情況下跟蹤精確，但易受云層影響存在跟蹤盲區(qū)。這兩種方法都不能很好地滿足高倍聚光的跟蹤要求。最優(yōu)控制理論是現(xiàn)代控制理論的核心，在許多情況下要求系統(tǒng)的某種性能為最優(yōu)，這就要求人們對控制問題都必須從最優(yōu)控制的角度去進行研究和設(shè)計。指導(dǎo)思想為：先擇一個容許的控制律，使得被控對象按預(yù)定要求運行，并使某一性能指標(biāo)達到最優(yōu)值。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種基于最優(yōu)控制的時控型太陽能跟蹤支架控制器的最大功率跟蹤控制方法，能很好地滿足高倍聚光的跟蹤要求，實現(xiàn)高精度的跟蹤目的，從而使支架可以非常精準(zhǔn)地跟蹤太陽。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)所提供的技術(shù)方案為：時控型太陽能跟蹤支架控制器的最大功率跟蹤控制方法，在以天文算法為基礎(chǔ)的太陽軌跡的基礎(chǔ)上，即在時控的基礎(chǔ)上，做最大功率搜索，找出最大功率點，并記錄最大功率點位置與時控位置的偏差量，作為時控軌跡的校準(zhǔn)量，經(jīng)過校準(zhǔn)量修正的時控軌跡即可使太陽能跟蹤支架始終運行在最大功率位置，其具體情況如下：太陽能跟蹤支架總電流通過霍爾電流傳感器轉(zhuǎn)化成控制器可測量的電壓信號輸入到控制器的模擬量端口，然后平衡校準(zhǔn)精度與校準(zhǔn)次數(shù)，使控制器每到設(shè)定時間內(nèi)做一次最大功率搜索，并把偏移量存儲下來，根據(jù)跟蹤需求，一天要存儲相應(yīng)數(shù)量的校準(zhǔn)點，每個校準(zhǔn)點包含高度和方位兩個變量；而在進行最大功率搜索時，是采用優(yōu)化的十字形搜索方法：先向一個方向運行太陽能跟蹤支架，同時控制器對電流采樣每秒進行多次，如果電流變大則記下最大電流和支架角度及時間，并隨著支架運動更新迭代，直到四個方向都搜索完畢，太陽能跟蹤支架運動到最大功率點處為止，此時記錄下該點與天文算法太陽位置的偏差，作為校準(zhǔn)量；其中，上述十字形搜索方法的優(yōu)化點是：若控制器在一個方向上取得的采樣電流連續(xù)變小，達到設(shè)定次數(shù)，則結(jié)束在該方向上的搜索，以達到快速搜索的目的。所述迭代計算如下：Xk+1＝Xk+dk式中，k為當(dāng)前迭代次數(shù)，Xk為當(dāng)前校準(zhǔn)量，dk為偏差量，Xk+1為下一次的校準(zhǔn)量；在第K次迭代時，從已知點出發(fā)，沿給定方向求最優(yōu)。所述變量為帶符號短整型數(shù)據(jù)，使用單片機內(nèi)部EEPROM即可實現(xiàn)存儲，不需要外加存儲器。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：1、本專利技術(shù)方法實質(zhì)上是一種時控加最大功率校準(zhǔn)(即功時結(jié)合)的控制方式，在時控的基礎(chǔ)上，通過對最大功率校準(zhǔn)(操作相對簡單)，可有效解決完全靠時控跟蹤精度不夠(主要由安裝誤差導(dǎo)致，這是無可避免的問題)的問題，實現(xiàn)高精度跟蹤，對發(fā)電量有較顯著的提升。2、采用本專利技術(shù)方法節(jié)省了安裝光感的成本，節(jié)省了調(diào)試光感的成本，而無光感也不需要清洗維護，從而有利于降低生產(chǎn)成本。3、由于可以提高每一臺光電設(shè)備的發(fā)電效率，對大型的光伏電站、光熱系統(tǒng)可很大程度提高太陽能利用效率，為生產(chǎn)生活提供跟多更穩(wěn)定的清潔能源。附圖說明圖1為優(yōu)化的十字形搜索方法流程圖。圖2為33號測試支架最大功率校準(zhǔn)運行的功率曲線圖。圖3為33號測試支架最大功率點校準(zhǔn)修正后正常運行的功率曲線圖。圖4為2號綠源支架功率曲線圖。圖5為34號測試支架4.6日功率曲線圖(當(dāng)日發(fā)電量：86.7度)。圖6為15號測試支架4.6日功率曲線圖(當(dāng)日發(fā)電量：88度)。圖7為有云情況下最大功率電控校準(zhǔn)功率曲線圖。圖8為青海明陽基地3#(功時結(jié)合)、4#(光時結(jié)合)支架發(fā)電量對比圖。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例對本專利技術(shù)做進一步的說明。本實施例所述的時控型太陽能跟蹤支架控制器的最大功率跟蹤控制方法，其基本思路是：以高精度天文算法為基礎(chǔ)的太陽軌跡的基礎(chǔ)上(即在時控的基礎(chǔ)上)，做最大功率搜索，找出最大功率點，并記錄最大功率點位置與時控位置的偏差量，作為時控軌跡的校準(zhǔn)量，經(jīng)過校準(zhǔn)量修正的時控軌跡即可使太陽能跟蹤支架始終運行在最大功率位置。其具體情況如下：太陽能跟蹤支架總電流通過霍爾電流傳感器轉(zhuǎn)化成控制器可測量的電壓信號輸入到控制器的模擬量端口。平衡校準(zhǔn)精度與校準(zhǔn)次數(shù)，控制器每10分鐘(10分鐘是對校準(zhǔn)精度與校準(zhǔn)次數(shù)的平衡選擇)做一次最大功率搜索，并把偏移量存儲下來，一天最多可存儲20個小時120個校準(zhǔn)點，可滿足跟蹤需要。每個校準(zhǔn)點包含高度和方位兩個變量，每個變量為2字節(jié)的帶符號短整型數(shù)據(jù)，即每個時間點存儲字節(jié)共4個字節(jié)，120個校準(zhǔn)點共480個字節(jié)。使用單片機內(nèi)部EEPROM即可實現(xiàn)存儲，不需要外加存儲器，節(jié)約成本。在進行最大功率搜索時，以最優(yōu)控制為理論指導(dǎo)，以擾動觀測法為實現(xiàn)手段，如圖1所示，采用優(yōu)化的十字形搜索方法：先向一個方向運行太陽能跟蹤支架，同時控制器對電流采樣每秒5次，如果電流變大則記下最大電流和支架角度及時間，并隨著支架運動更新迭代，直到四個方向都搜索完畢，太陽能跟蹤支架運動到最大功率點處為止，此時記錄下該點與天文算法太陽位置的偏差，作為校準(zhǔn)量。其中，上述十字形搜索方法的優(yōu)化點是：若控制器在一個方向上連續(xù)10次電流變小，則結(jié)束在該方向上的搜索，以達到快速搜索的目的。采用數(shù)學(xué)規(guī)劃法求最大功率的迭代計算如下：Xk+1＝Xk+dk式中，k為當(dāng)前迭代次數(shù)，Xk為當(dāng)前校準(zhǔn)量，dk為偏差量，Xk+1為下一次的校準(zhǔn)量；在第K次迭代時，從已知點出發(fā)，沿給定方向求最優(yōu)。參見圖2至圖4所示曲線，通過分析太陽能跟蹤支架的功率曲線，說明調(diào)試的過程和跟蹤效果：綠源2號在發(fā)電量方面屬于比較好的一臺(實際與理論發(fā)電量的比值大于1)，具有參考性。通過功率曲線可以看到，最大功率搜索過程毛刺小，對發(fā)電干擾少，電量損失也少。正常跟蹤后功率曲線平滑，與帶光感的綠源支架功率曲線一致。考慮到33號支架有兩塊模組需要調(diào)整，功率值比2號綠源支架略低屬于正常。通常太陽能跟蹤支架在做MPPT搜索時會產(chǎn)生發(fā)電量損失，以現(xiàn)實當(dāng)時2.1日為例：在做MPPT搜索時功率下降平均為0.4KW，MPPT的時間小于60秒，則一次MPPT帶來的發(fā)電量損失為0.4KW*60S/2/3600＝0.0033KWH。假設(shè)每天最多做12個小時的最大功率追蹤每小時6次，則最大的發(fā)電量損失為0.0033*12*6＝0.24KWH。參見圖5和圖6所示曲線，通過圖5、圖6比較看到：34號支架在最大功率搜索+時控的方式控制下，所發(fā)電為86.7度，15號本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
時控型太陽能跟蹤支架控制器的最大功率跟蹤控制方法，其特征在于：在以天文算法為基礎(chǔ)的太陽軌跡的基礎(chǔ)上，即在時控的基礎(chǔ)上，做最大功率搜索，找出最大功率點，并記錄最大功率點位置與時控位置的偏差量，作為時控軌跡的校準(zhǔn)量，經(jīng)過校準(zhǔn)量修正的時控軌跡即可使太陽能跟蹤支架始終運行在最大功率位置，其具體情況如下：太陽能跟蹤支架總電流通過霍爾電流傳感器轉(zhuǎn)化成控制器可測量的電壓信號輸入到控制器的模擬量端口，然后平衡校準(zhǔn)精度與校準(zhǔn)次數(shù)，使控制器每到設(shè)定時間內(nèi)做一次最大功率搜索，并把偏移量存儲下來，根據(jù)跟蹤需求，一天要存儲相應(yīng)數(shù)量的校準(zhǔn)點，每個校準(zhǔn)點包含高度和方位兩個變量；而在進行最大功率搜索時，是采用優(yōu)化的十字形搜索方法：先向一個方向運行太陽能跟蹤支架，同時控制器對電流采樣每秒進行多次，如果電流變大則記下最大電流和支架角度及時間，并隨著支架運動更新迭代，直到四個方向都搜索完畢，太陽能跟蹤支架運動到最大功率點處為止，此時記錄下該點與天文算法太陽位置的偏差，作為校準(zhǔn)量；其中，上述十字形搜索方法的優(yōu)化點是：若控制器在一個方向上取得的采樣電流連續(xù)變小，達到設(shè)定次數(shù)，則結(jié)束在該方向上的搜索，以達到快速搜索的目的。

【技術(shù)特征摘要】
1.時控型太陽能跟蹤支架控制器的最大功率跟蹤控制方法，其特征在于：在以天文算法為基礎(chǔ)的太陽軌跡的基礎(chǔ)上，即在時控的基礎(chǔ)上，做最大功率搜索，找出最大功率點，并記錄最大功率點位置與時控位置的偏差量，作為時控軌跡的校準(zhǔn)量，經(jīng)過校準(zhǔn)量修正的時控軌跡即可使太陽能跟蹤支架始終運行在最大功率位置，其具體情況如下：太陽能跟蹤支架總電流通過霍爾電流傳感器轉(zhuǎn)化成控制器可測量的電壓信號輸入到控制器的模擬量端口，然后平衡校準(zhǔn)精度與校準(zhǔn)次數(shù)，使控制器每到設(shè)定時間內(nèi)做一次最大功率搜索，并把偏移量存儲下來，根據(jù)跟蹤需求，一天要存儲相應(yīng)數(shù)量的校準(zhǔn)點，每個校準(zhǔn)點包含高度和方位兩個變量；而在進行最大功率搜索時，是采用優(yōu)化的十字形搜索方法：先向一個方向運行太陽能跟蹤支架，同時控制器對電流采樣每秒進行多次，如果電流變大則記下最大電流和支架角度...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王士瑩，任飛，
申請(專利權(quán))人：瑞德興陽新能源技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44