CN102508497A - 一种基于有限状态的单轴跟踪支架冗余控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于有限状态的光伏跟踪支架冗余控制方法。该方法根据跟踪精度和控制策略将跟踪支架划分为有限个状态（N个），每个状态对应一个固定的角度，控制器根据当地纬度、支架倾角并运用相应的天文公式计算出状态之间切换的时刻，从而控制支架采用间歇跟踪的方法完成跟踪。对应每个状态，控制器根据角度传感器是否故障采用闭环或开环的控制方式，实现即使在角度传感器故障的情况正常跟踪。整个控制方法使得支架在传感器故障条件下仍能正常工作，并且每时每刻运行在一个确定的状态，大大提高了控制的可靠性，具有广阔的发展前景。

Description

一种基于有限状态的单轴跟踪支架冗余控制方法

技术领域

本发明涉及一种光伏单轴跟踪支架冗余控制方法。

背景技术

随着我国光伏电站上网电价的确定，光伏发电的建设将进入一个高速发展时期。在电价已经确定的前提下，采用单轴跟踪系统是提高光伏电站投资商效益的一种有效途径。

光伏单轴跟踪支架通常配有角度传感器和带时钟芯片的控制器。常规的控制方法如下：控制器根据实时时钟芯片的时间、单轴跟踪支架的倾角计算出当前应跟踪到的理论角度，角度传感器测量出当前支架的实际角度，若两者的角度误差大于一定的值，则由控制器控制电气传动机构将单轴跟踪支架角度调节到当前应跟踪的理论角度。这种方法的缺点是一旦传感器故障则单轴跟踪支架就无法工作，造成发电量损失。由于角度传感器价格昂贵，为降低单轴跟踪支架的初始造价、提高光伏电站的效益，目前很多单轴跟踪支架生产厂家多采用电气或机械联动的方式，1个角度传感器作为若干个联动单轴支架的反馈，联动的支架上安装的光伏组件容量最多达250kWp，一旦传感器故障造成的发电量损失相当可观。并且，采用常规的控制方法，跟踪支架在每时每刻的运行状态不定，给系统调试带来了麻烦并给控制程序的可靠性带来了隐患。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于有限状态的光伏单轴跟踪支架的冗余控制方法，即使在角度传感器故障的情况下，控制器仍能控制跟踪支架正常跟踪太阳并提醒运行人员，以便在太阳落山后对角度传感器进行检修，并且支架在任何时刻运行在一个确定的状态下。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

根据设定的跟踪精度±Δ_θ及控制策略将光伏单轴跟踪支架的运行划分为N个有限个状态（状态1至状态N），每个状态由控制器控制单轴跟踪支架运行到一个固定的角度（状态1对应θ₁，…，状态N对应θ_n）；每天由控制器控制单轴跟踪支架由状态1切换至状态2，由状态2切换至状态3，…，直至由状态N-1切换至状态N，从而采用间歇跟踪的方法完成1天的跟踪。

控制器上电后，首先根据角度传感器反馈控制跟踪支架运行到状态N对应的角度θ_n，并将初始状态设为N；控制器由时钟芯片获得当前日期并依据单轴跟踪支架的倾角和当地的纬度利用天文公式计算得出当天支架理论应运行到（θ₁-Δ_θ）所对应的时刻t₁，若当前时间大于理论计算时间t₁，则切换至状态1。

进入状态1后，若角度传感器正常，控制器根据角度传感器反馈将单轴跟踪支架调节到状态1对应的固定角度θ₁，并记录电气传动机构调节所需的时间长度h₁；若角度传感器故障，控制器控制电气传动机构开环往状态1对应的角度θ₁方向跟踪运行h₁时长（h₁为前一天控制器记录的），使得支架的角度也能调节到接近θ₁的位置；控制器由时钟芯片获得当前日期并依据单轴跟踪支架的倾角和当地的纬度利用天文公式计算得出当天支架理论应运行到（θ₂-Δ_θ）所对应的时刻t₂，若当前时间大于理论计算时间t₂，则由状态1切换至状态2。

进入状态2后，控制器根据传感器是否故障分别用不同的方法（方法同上）将跟踪支架调节到状态2对应的固定角度θ₂；若当前时间大于理论计算时间t₃（t₃确定的方法同上），则由状态2切换至状态3。

同上，控制器控制跟踪支架依次运行到状态3、状态4、…直至状态N，支架在状态N对应的固定角度θ_n进入夜间，并等待第二天新一轮跟踪。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)           即使在传感器故障的情况下，支架仍能正常跟踪，提高了系统的可靠性；

(2)           将跟踪支架划分为有限个状态，跟踪支架任何时候只能处在其中一个状态，并按规定的顺序进行状态切换，提高了控制软件可靠性，并给系统的调试、维护带来了方便。

附图说明

图1是基于有限状态的光伏跟踪支架冗余控制方法的控制流程图。

图2是单轴跟踪系统图。

图中1.光伏方阵， 2.支架前立柱， 3.旋转轴， 4.支架后立柱， 5.电动推杆， 6.角度传感器， 7.连接电缆， 8.控制器， 9.时钟芯片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。

在图2中，光伏方阵（1）固定在由支架前立柱（2）和支架后立柱（4）支撑的旋转轴（3）上；电动推杆（5）由控制器（8）控制进行伸缩从而推动光伏方阵（1）围绕旋转轴（3）旋转；角度传感器（6）以及电动推杆（5）通过连接电缆（7）与控制器（8）相连。

光伏方阵（1）旋转的角度范围为-45°~45°，跟踪精度±5°，根据本发明的跟踪方法，将跟踪支架划分为11个状态，状态1至状态11分别对应支架处于-45°、-35°、-25°、-15°、-5°、5°、15°、25°、35°、45°和0°。

控制器（8）初始上电时，根据角度传感器（6）反馈控制电动推杆（5）将光伏方阵（1）旋转到状态11对应的0°，并将初始状态置位状态11。

根据当地纬度和跟踪支架的倾角可以计算当天跟踪太阳到-50°、-40°、-30°、-20°、-10°、0°、10°、20°、30°、40°、0°所对应的时间t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆、t₇、t₈、t₉、t₁₀和t₁₁。

控制器（8）根据时钟芯片（9）获得当前时间t；若t＞t₁，控制器进入状态1。

控制器进入状态1后，判断角度传感器（6）是否故障，若没有发生故障，则根据角度传感器（6）的反馈控制电动推杆（5）调节支架到状态1对应的角度-45°，并记录调节时间h₁；若发生故障，则控制器报警，控制器开环控制电动推杆（5）调节h₁时长（h₁为上一天记录的），将支架调节到接近-45°。

控制器（8）根据时钟芯片（9）获得当前时间t；若t＞t₂，控制器进入状态2。

控制器进入状态2后，根据传感器是否故障用同样地方法将支架调节到-35°或接近-35°。

根据同样地判断条件，支架陆续由状态2切换到状态3，…直至由状态10切换到状态11，支架的跟踪角由初始的状态11对应的0°间歇跟踪至：状态1对应的-45°、状态2对应的-35°、状态3对应的-25°、状态4对应的-15°、状态5对应的-5°、状态6对应的5°、状态7对应的15°、状态8对应的25°、状态9对应的35°、状态10对应的45°以及状态11对应的0°，并以状态11对应的0°角度入夜，从而结束一天的跟踪，通过间歇跟踪实现了跟踪精度基本不超过±5°。在整个跟踪过程中，支架所处的状态一定是给定的有限个状态之一，即使角度传感器（6）发生故障也能正常跟踪。

Claims (2)

1.一种光伏跟踪支架冗余控制方法，其特征是：根据跟踪精度和控制策略将跟踪支架划分为有限个状态（状态1至状态N，N为整数），每个状态下控制器控制支架运行到一个固定的角度，控制器初始上电后运行到一个初始的状态，之后控制器每天控制支架按照天文计算时间从状态N切换到状态1、从状态1切换到状态2，…，直至状态N-1切换到状态N从而按照间歇跟踪的方法完成一天的跟踪。

2.根据权利要求书1所述的一种光伏跟踪支架冗余控制方法，其特征是：跟踪支架由状态M-1切换至状态M（M为1至N中的任何一个整数，当M为1时状态M-1即为状态N）后，若角度传感器正常，则控制器根据角度传感器的反馈控制支架运行到该状态对应的角度θ_M，并记录电动执行机构运行的时间h_M ；若角度传感器故障，则根据上一次记录的h_M，控制器开环控制电动执行机构运行时长h_M，将跟踪支架运行到接近θ_M的位置，从而保证角度传感器故障下跟踪支架的正常运行。

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