CN106026882B - 一种智慧型太阳跟踪器的群控系统 - Google Patents

一种智慧型太阳跟踪器的群控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智慧型太阳跟踪器的群控系统,包括由多组太阳能跟踪支架构成的太阳能跟踪器群,每组太阳能跟踪支架中有一个太阳能跟踪支架,其控制盒内设置有极值搜索器,其光伏电力输出单元独立运行,连接设置有直流转换器,直流转换器分别与直流负载、极值搜索器连接,形成最大功率的反馈。每组太阳能跟踪器都设置有环形控制总线接入功能,环形控制总线与每个太阳能跟踪支架的电机控制器连接,通过环形控制总线进行数据共享,同时,在环形控制总线上还设置有控制端,实现一台跟踪支架控制多台跟踪支架同步转动,从而得到太阳能跟踪器的最大输出功率,发挥太阳跟踪器提升光伏方阵性能的目的。可广泛应用于太阳能跟踪器领域。

Description

一种智慧型太阳跟踪器的群控系统
技术领域
[0001] 本发明属于太阳能新能源领域,尤其是涉及一种智慧型太阳跟踪器的群控系统。
背景技术
[0002] 在地球自转过程中,地表某固定地点的太阳能光伏发电系统受太阳环绕地球相对 运动而产生光照角度变化的影。
[0003] 常规的太阳跟踪器能够有效地保证太阳能电池板时刻正对太阳,使得发电效率达 到最佳状态。目前,世界上通用的太阳能跟踪器的工作原理需要根据安放点的经炜度等信 息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度,将一年中每个时刻的太阳位置存储到 PLC、单片机或电脑中,靠计算该固定地点每一时刻的太阳位置以实现跟踪。它是一类基于 天文信息计算阳光角度的太阳跟踪控制方法。然而,在阴天、多云、雾霾的天气情况下,太阳 直射光不再有优势,常常出现非太阳直射光产生了更高的辐照度。在这些天气情况下,同样 功率的太阳能电站,会出现固定式发电比跟踪太阳式的发电不相上下。甚至,固定式产生更 大的发电量。人们对基于天文信息计算阳光角度的太阳跟踪器产生质疑。此类控制原理不 适用所有地区或天气。
[0004] 类似地,采用阳光象限传感器的反馈式跟踪方式,也有明显弱点。例如:乌云遮挡 太阳,使得其他乌云的反射光强度大于太阳光。那么,采用阳光象限传感器的反馈式跟踪方 式就会跟踪乌云反射光。而这种现象不会持久,导致整体发电量水平没有上去,反而跟踪器 耗电量变大。类似地,此类控制原理不适用所有地区或天气。
[0005] 人们渴望发明出更智能的太阳跟踪器,它的控制目标是实现太阳能发电量最大 化,而不仅仅跟踪太阳或某束阳光,从而适应各种天气情况,如:晴天、阴天、雾霾天等等。而 且能够高效的运行,方便组装调试。
发明内容
[0006] 本发明的目的是针对现有太阳跟踪器的不足,提供一种智慧型太阳跟踪器的群控 系统,该系统以光伏方阵最大功率输出为目标以获得跟踪器的最优跟踪角度,并以此跟踪 角度作为调节的控制目标,然后把该角度传送到环形控制总线上以实现控制其它太阳能跟 踪器的跟踪角度的最优化调节。最大程度地发挥太阳跟踪器的工作效率,大幅度地提升了 传统太阳跟踪器的控制性能。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种智慧型太阳跟踪器的群控系 统,包括由多组太阳能跟踪支架构成的太阳能跟踪器群,设置在太阳能跟踪支架上的光伏 电池方阵,与光伏电池方阵电路连接的光伏电力输出单元,所述太阳能跟踪支架上设置有 控制光伏电池方阵转动的驱动源和控制盒,所述控制盒内设置有电机控制器;每组太阳能 跟踪支架中有一个太阳能跟踪支架的控制盒内还设置有极值搜索器,所述光伏电力输出单 元连接设置有直流转换器,直流转换器分别与直流负载、极值搜索器连接;还设置有环形控 制总线,环形控制总线与每个太阳能跟踪支架的电机控制器连接,在环形控制总线上还设 置有控制端;
[0008] 所述直流转换器通过直流负载获得光伏电池方阵当前位置时的最大输出功率,并 将该最大输出功率输送至极值搜索器,极值搜索器根据当前位置最大输出功率计算出光伏 电池方阵最大输出功率的角度的最佳值,并将该最佳值输送给该太阳能跟踪支架上的电机 控制机,电机控制器根据最佳值调节该太阳能跟踪支架上光伏电池方阵的角度,同时电机 控制器将最佳值输送至环形控制总线,环形控制总线将接收到的最佳值共享给同组的太阳 能跟踪支架上的电机控制器,从而控制同组其他太阳能跟踪支架同步转动。
[0009] 所述环形控制总线还接收来气象站的相关信息,并通过控制端分析处理后确定调 节指令,再通过环形控制总线将调节指令发送至每个太阳能跟踪支架的电机控制器,从而 控制每个太阳能跟踪支架转动。
[0010] 光伏电池方阵的底座依次与第一电机驱动系统和第二电机驱动系统机械联接。第 一电机驱动系统置于第二电机驱动系统之上,第二电机驱动系统置于立柱之上。高度角和 方位角反馈信号线与环形控制总线相连,其他太阳能跟踪支架上的电机控制器与环形控制 总线相连,环形控制总线与控制端(如电脑)相连。
[0011] 基于机械连接方式,太阳跟踪器有两个方向的自由度,是一个双轴运动系统。如果 在第一电机驱动系统或者第二电机驱动系统不工作,那么太阳跟踪器退化为一个单轴运动 系统。在双轴工作模式下,若第一电机驱动系统产生运动作用,太阳跟踪器的光伏方阵面板 能够在高度角方向旋转;若第二电机驱动系统产生运动作用,太阳跟踪器的光伏方阵面板 能够在方位角方向旋转。
[0012] 由上述运动结构的原理可知。一方面,若第一电机驱动系统接收到第一电机控制 电源线与信号线的驱动电流以及控制信号,则控制盒内置的电机控制器可以任意控制第一 电机驱动系统的旋转,进而控制光伏电池方阵在高度角方向旋转;同时,能够接收第一电机 控制电源线与信号线反馈回来的电机旋转角度或速度的信号;构成一套高度角的反馈控制 系统。另一方面,若第二电机驱动系统接收到第二电机控制电源线与信号线的驱动电流以 及控制信号,则控制盒内置的电机控制器可以任意控制第而电机驱动系统的旋转,进而控 制光伏电池方阵在方位角方向旋转;同时,能够接收第二电机控制电源线与信号线反馈回 来的电机旋转角度或速度的信号;构成一套方位角的反馈控制系统。
[0013] 因此,控制盒、第一电机驱动系统、第二电机驱动系统、第一电机控制电源线与信 号线、以及第二电机控制电源线与信号线构成一套常规的反馈控制系统,用于获得控制太 阳跟踪器的方位角和高度角,然后把所得的方位角和高度角通过总线传到环形控制总线 上,再通过控制端把得到的角度用于控制其它太阳能跟踪器,同时结合环形总线上的气象 信号,可以采用基于事件的控制策略,能够智能化,更优化管理太阳能跟踪器阵列,最大化 实现资源的有效的利用。
[0014] 本发明采用了第二套反馈控制系统。第二套反馈控制系统是一套由控制盒、功率 反馈信号线、直流转换器、光伏电力输出单元、光伏电池方阵组成的电力反馈控制系统。基 本工作原理为,光伏电池方阵产生的电力信号(如:电流、电压、功率)通过光伏电力输出单 元输送到直流转换器;通过直流负载的作用,能够使得直流转换器获得当前角度下光伏电 池方阵的最大功率点输出,通过功率反馈信号线反馈到控制盒。由控制盒内置的极值搜索 器搜索到理想的方位角和高度角的参考量。并把此参考量反馈到控制盒的电机控制器,给 电机控制器提供了方位角和高度角的理想参考量,该参考量通过反馈控制线传到环形控制 总线上,通过控制端来调整相关参数,从而搜索太阳能发电的最大功率点。本设计采用环网 方式,使获得的方位角和高度角数据共享于环网数据总线,方便控制更多的太阳能跟踪器, 同时,还有气象站信息数据输入到环网数据总线上,能够基于事件切换控制,这样便可以在 环形控制总线上控制多个电机控制器,提高该带有极值搜索器的电机控制器的最大化使用 率,使得太阳能跟踪器能够更优化,更高效,更智慧跟踪太阳以获得最大功率输出,获得最 大发电效益。
[0015] 因此,本发明所述智慧型太阳跟踪器的群控系统,是一类通过调整太阳跟踪器的 方位角和高度角,搜索光伏电池方阵的最大功率输出点。结合数学表达式:
[0016] p* ⑴=maxe(t) ,4>(t) {Ρ (Θ ⑴,Φ ⑴,t)}
[0017]式中,P*⑴为最大反馈功率,
[0018] Θ (t)为光伏电池方阵在t时段的方位角;
[0019] 为光伏电池方阵在t时段的高度角;
[0020] t代表时间点;
[0021] 反馈功率是方位角度和高度角度的乘法函数,该输出函数通过当前角度下的最大 输出功率,不断调整Θ (t)和的值,得到一个反馈功率极值;通过反馈功率来判断调整方 位角度和高度角度如何一步步逼近最佳角度,找到最大功率输出点,完成一次未知乘法函 数搜索极值的自适应控制过程。
[0022] 在技术上,可采用线搜索迭代方法来实现极值搜索控制
[0023]
Figure CN106026882BD00061
[0024] 式中:
Figure CN106026882BD00062
代表功率输出搜索方向,其中
Figure CN106026882BD00063
为功率的梯度值,β (k)代表搜索步长,式中角度的迭代过程的调整量是由功率输出搜索方向和搜索步长的乘 积来确定。
[0025] 智慧型太阳跟踪器的群控系统框图有两套控制回路。第一套控制回路,反馈了太 阳跟踪器的高度角和方位角两个变量。控制器基于这些反馈变量可以判断太阳跟踪器实际 的高度角和方位角。然后,比较方位角和高度角的参考值,给出正确的控制指令。第二套控 制回路,反馈了置于太阳跟踪器面板上的光伏方阵的电力信号,如:功率(有反馈的电流、电 压的乘积计算)。通过极值搜索器判断高度角和方位角的最佳值,并反馈给控制器,用于比 较真实的方位角和高度角,由控制器给出正确的控制指令。因此,在两套控制回路的共同作 用下,太阳跟踪器通过调节方位角、高度角搜索到光伏方阵的最大输出功率,从而发挥太阳 跟踪器提升光伏方阵性能的目的。
[0026] 陈述本发明所述基本控制原理与基于阳光象限检测基本控制原理的太阳跟踪器 的区别如下。
[0027] 传统基于天文计算原理的太阳跟踪器控制目标将面板朝向阳光最大强度的地方。 若阳光强度有偏差,方位角和高度角朝光弱的象限移动,最终达到四象限的平衡,面板朝向 了阳光最强方向。它是一类反馈控制系统。但是,它与本发明的反馈原理不同。它的反馈原 理是基于阳光象限传感器四象限阳光是否平衡来判断是否面板指向最大阳光方向,用公式 表达
[0028] (Θ (k+1),Φ (k+1)) τ= (Θ (k),Φ (k)) T+sign (quadrant) β
[0029] 式中,角度的迭代过程的调整量是由象限差值符号和搜索步长的乘积来确定。相 比较而言,本发明的控制目标是对最优控制角度的极值搜索,反馈信号是实时功率输出,控 制目标是光伏方阵的最优控制角的输出。
[0030] 因此,本发明与传统的开环或闭环控制系统有本质上的区别。事实上,本发明比传 统的开环或闭环控制系统有优势。
[0031] 首先,假设太阳光入射方向就是产生光伏方阵功率最大输出所需的太阳跟踪器面 板朝向,那么本发明调整太阳跟踪器角度的目标与基于天文计算原理的太阳跟踪器控制目 标一致。虽然二者采用了不同的控制原理,但是二者达到的效果相同,都搜索到最佳方位角 和高度角,使得光伏方阵输出最大功率。在这种假设条件下,本发明所述智慧型跟踪器与基 于天文计算原理的太阳跟踪器性能基本一致。
[0032] 其次,假设阳光最强方向就是产生光伏方阵功率最大输出所需的太阳跟踪器面板 朝向,那么本发明调整太阳跟踪器角度的目标与基于阳光象限检测原理的太阳跟踪器控制 目标一致。虽然二者采用了不同的控制原理,但是二者达到的效果相同,都搜索到最佳方位 角和高度角,使得光伏方阵输出最大功率。在这种假设条件下,本发明所述智慧型跟踪器与 基于阳光象限检测原理的太阳跟踪器性能基本一致。
[0033] 再次,假设太阳光入射方向或者阳光最强方向(二者有可能不同,如:乌云反射光 往往大于被遮挡的太阳直射光)不是产生光伏方阵功率最大输出所需的太阳跟踪器面板朝 向,那么本发明调整太阳跟踪器角度的目标就比传统的太阳跟踪器有明显优势,产生更大 的发电量,性能最佳。
[0034] 综上所述,本发明所述智慧型跟踪器基本原理不但能够在常规条件下达到传统太 阳跟踪器提升光伏发电效率的指标,而且能够在光漫反射、光源不明显的情况下确保光伏 发电效率的提升,比传统太阳跟踪器有明显优势。能够基于事件控制,能够有效利用获得的 有效的方位角和高度角,达到节约成本,即通过同组一个跟踪器的计算得到高度角和方位 角的最佳值,再通过环形控制总线与同组其他跟踪器进行数据共享,控制同组其他跟踪支 架同步转动,起到一控多的目的。此外,多组跟踪器的数据均在环形控制总线上共享,提供 大数据分析,更好的管理整个跟踪器群。因此,本发明所述太阳跟踪器的群控系统,更智能 化、更优化、现代化的智慧太阳跟踪器群控系统,能够在不同环境条件下提高光伏电站的电 力输出效率,具有通用性,同时,环形控制总线基于事件控制,可成片控制整个跟踪器群中 每个跟踪支架的转动,方便,高效,可以大面积的推广应用,具有很好的实用价值。
[0035] 以下将结合附图和实施例,对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
[0036] 图1为本发明的不意图。
[0037] 图2为本发明的控制原理框图。
具体实施方式
[0038] 实施例,如图1所示,一种智慧型太阳跟踪器的群控系统,包括由多组太阳能跟踪 支架构成的太阳能跟踪器群,设置在太阳能跟踪支架上的光伏电池方阵5,与光伏电池方阵 5电路连接的光伏电力输出单元4,所述太阳能跟踪支架上设置有控制光伏电池方阵5转动 的驱动源和控制盒13,所述控制盒13内设置有电机控制器19;每组太阳能跟踪支架中有一 个太阳能跟踪支架的控制盒13内还设置有极值搜索器20,所述光伏电力输出单元4连接设 置有直流转换器1,直流转换器1分别与直流负载2、极值搜索器20连接;还设置有环形控制 总线17,环形控制总线17与每个太阳能跟踪支架的电机控制器19连接,在环形控制总线17 上还设置有控制端18;
[0039] 所述直流转换器1通过直流负载2获得光伏电池方阵5当前位置时的最大输出功 率,并将该最大输出功率输送至极值搜索器20,极值搜索器20根据当前位置最大输出功率 计算出光伏电池方阵5最大输出功率的角度的最佳值,并将该最佳值输送给该太阳能跟踪 支架上的电机控制机19,电机控制器19根据最佳值调节该太阳能跟踪支架上光伏电池方阵 5的角度,同时电机控制器19将最佳值输送至环形控制总线17,环形控制总线17将接收到的 最佳值共享给同组的太阳能跟踪支架上的电机控制器19,从而控制同组其他太阳能跟踪支 架同步转动。该环形控制总线17实现了多组跟踪支架的数据共享,方便数据分析和处理。
[0040] 所述环形控制总线17还接收来气象站的相关信息,并通过控制端18分析处理后确 定调节指令,再通过环形控制总线17将调节指令发送至每个太阳能跟踪支架的电机控制器 19,从而控制每个太阳能跟踪支架转动。
[0041] 所述太阳跟踪器的基本控制电路拓扑结构与基本机械安装结构描述如下。直流负 载2与直流转换器1相连,直流转换器1分别与功率反馈信号线14和光伏电力输出单元4相 连、第一电机控制电源线与信号线8、第二电机控制电源线与信号线9等电路连接。控制盒13 固定在机械式立柱10上,并通过机械式安装机构11固定在地面安装基础12上面。直流转换 器1与光伏电力输出单元4与功率反馈信号线14电路连接。光伏电池方阵5与光伏电力输出 单元4电路连接。光伏电池方阵5的底座依次与第一电机驱动系统6和第二电机驱动系统7机 械联接。第一电机驱动系统6置于第二电机驱动系统7之上,第二电机驱动系统7置于立柱10 之上,高度角和方位角反馈信号线15与控制总线17相连,分跟踪器16与控制总线相连,控制 总线与控制端18相连,控制端18可以是电脑等信息处理设备。
[0042] 基于机械连接方式,太阳跟踪器有两个方向的自由度,是一个双轴运动系统。如果 在第一电机驱动系统6或者第二电机驱动系统7不工作,那么太阳跟踪器退化为一个单轴运 动系统。在双轴工作模式下,若第一电机驱动系统6产生运动作用,太阳跟踪器的光伏方阵 面板能够在高度角方向旋转;若第二电机驱动系统7产生运动作用,太阳跟踪器的光伏方阵 面板能够在方位角方向旋转。
[0043] 由上述运动结构的原理可知。一方面,若第一电机驱动系统6接收到第一电机控制 电源线与信号线8的驱动电流以及控制信号,则控制盒13内置的电机控制器19可以任意控 制第一电机驱动系统6的旋转,进而控制太阳跟踪器的光伏电池方阵5在高度角方向旋转; 同时,能够接收第一电机控制电源线与信号线8反馈回来的电机旋转角度或速度的信号;构 成一套高度角的反馈控制系统。另一方面,若第二电机驱动系统7接收到第二电机控制电源 线与信号线9的驱动电流以及控制信号,则控制盒13内置的电机控制器19可以任意控制第 二电机驱动系统7的旋转,进而控制太阳跟踪器的光伏电池方阵5在方位角方向旋转;同时, 能够接收第二电机控制电源线与信号线9反馈回来的电机旋转角度或速度的信号;构成一 套方位角的反馈控制系统。
[0044] 因此,控制盒13、第一电机驱动系统6、第二电机驱动系统7、第一电机控制电源线 与信号线8、以及第二电机控制电源线与信号线9构成一套常规的反馈控制系统,用于控制 太阳跟踪器的方位角和高度角。
[0045] 本发明采用了第二套反馈控制系统。第二套反馈控制系统是一套由控制盒13、功 率反馈信号线14、直流转换器1、光伏电力输出单元4、光伏电池方阵5组成的电力反馈控制 系统。基本工作原理为,光伏电池方阵5产生的电力信号(如:电流、电压、功率)通过光伏电 力输出单元4输送到直流转换器1;由于直流负载2的作用,能够使得直流转换器1控制器获 得当前角度下的最大功率点输出,通过功率反馈信号线14反馈到控制盒13。由控制盒13内 置的极值搜索器20搜索到理想的方位角和高度角的参考量。并把此参考量反馈到控制盒13 的电机控制器19,给电机控制器19提供了方位角和高度角的理想参考量,该参考量通过反 馈控制线15传到环形控制总线17上,通过控制端来调整相关参数,从而搜索太阳能发电的 最大功率点。本设计采用环网方式,使获得的方位角和高度角数据共享于环网数据总线,可 以通过一个太阳能跟踪器上的极值搜索器20获得的角度理想参考量,方便控制更多的太阳 能跟踪器,同时,还有气象站信息数据输入到环网数据总线上,能够基于事件切换控制,这 样便可以在环形控制总线上控制多个太阳能跟踪器,提高带有极值搜索器20的太阳能跟踪 器的最大化使用率,使得太阳能跟踪器能够更优化,更高效,更智慧跟踪太阳以获得最大功 率输出,获得最大发电效益。图中
Figure CN106026882BD00091
:为各点漫反射的辐照度。
[0046] 因此,本发明所述智慧型太阳跟踪器的群控系统,是一类通过调整太阳跟踪器的 方位角和高度角,搜索光伏电池方阵的最大功率输出点。结合数学表达式:
[0047] P* ⑴=maxe (t),φ (t) {Ρ (Θ ⑴,φ ⑴,t)}
[0048] 式中,Pit)为最大反馈功率,
[0049] Θ (t)为光伏电池方阵在t时段的方位角;
[0050] 为光伏电池方阵在t时段的高度角;
[0051] t代表时间点;
[0052] 反馈功率是方位角度和高度角度的乘法函数,该输出函数通过当前角度下的最大 输出功率,不断调整θ (t)和0(Χ)的值,得到一个反馈功率极值;通过反馈功率来判断调整 方位角度和高度角度如何一步步逼近最佳角度,找到最大功率输出点,完成一次未知乘法 函数搜索极值的自适应控制过程。
[0053] 在技术上,可采用线搜索迭代方法来实现极值搜索控制
[0054]
Figure CN106026882BD00092
[0055] 式中:
Figure CN106026882BD00093
代表功率输出搜索方向,其中
Figure CN106026882BD00094
为功率的梯度值,iKk) 代表搜索步长,式中角度的迭代过程的调整量是由功率输出搜索方向和搜索步长的乘积来 确定。
[0056] 结合图2做进一步说明,图2是智慧型太阳跟踪器的群控系统框图。该框图有两套 控制回路。第一套控制回路,反馈了太阳跟踪器的高度角和方位角两个变量。控制器基于这 些反馈变量可以判断太阳跟踪器实际的高度角和方位角。然后,比较方位角和高度角的参 考值,给出正确的控制指令。第二套控制回路,反馈了置于太阳跟踪器面板上的光伏方阵的 电力信号电压和电流信号,然后通过直流转换器获得功率输出,功率信号通过极值搜索器 判断高度角和方位角的最佳值,并反馈给电机控制器,用于比较真实的方位角和高度角,由 电机控制器给出最优的控制指令数据。此外,获得最优的数据后便可结合基于事件的切换 控制以输出正确的最优的控制数据,并且可将该数据用于多个太阳能跟踪器,以达到数据 的最优化最大化有效的利用。其中事件控制包括:风雨雪极端天气对于跟踪器的保护,阴影 条件下的智能调节等等。因此,在两套控制回路的共同作用下,结合事件的控制,太阳跟踪 器通过调节方位角、高度角搜索到光伏方阵的最大输出功率,从而发挥太阳跟踪器提升光 伏方阵性能的目的。
[0057] 传统基于天文计算原理的太阳跟踪器控制目标是将面板朝向太阳光的入射方向。 常规而言,太阳光方向根据当地天文地理信息计算而定。因此,方位角和高度角的参考值是 计算得来的信息,而不是控制系统反馈回来的信息,是一个开环控制过程,用数学公式描述 如下:
[0058] (Θ (k),Φ (k)) T= (0r ⑴,Φ r (t)) τ
[0059] 式中,方位角度和高度角度由天文地理公式计算得出。而本发明是基于功率反馈 的极值搜索控制系统。
[0060] 传统基于天文计算原理的太阳跟踪器控制目标将面板朝向阳光最大强度的地方。 若阳光强度有偏差,方位角和高度角朝光弱的象限移动,最终达到四象限的平衡,面板朝向 了阳光最强方向。它是一类反馈控制系统。它的反馈原理是基于阳光象限传感器四象限阳 光是否平衡来判断是否面板指向最大阳光方向,用公式表达
[0061] (Θ (k+Ι) , Φ (k+1)) τ= (Θ (k) , Φ (k)) T+sign (quadrant) β
[0062] 式中,角度的迭代过程的调整量是由象限差值符号和搜索步长的乘积来确定。相 比较而言,本发明的控制目标是对最大功率点的极值搜索,反馈信号是实时功率输出,控制 目标是光伏方阵的最大功率输出。它与本发明的反馈原理不同。
[0063] 因此,本发明与传统的开环或闭环控制系统有本质上的区别。事实上,本发明比传 统的开环或闭环控制系统有优势。
[0064] 首先,假设太阳光入射方向就是产生光伏方阵功率最大输出所需的太阳跟踪器面 板朝向,那么本发明调整太阳跟踪器角度的目标与基于天文计算原理的太阳跟踪器控制目 标一致。虽然二者采用了不同的控制原理,但是二者达到的效果相同,都搜索到最佳方位角 和高度角,使得光伏方阵输出最大功率。在这种假设条件下,本发明所述智慧型跟踪器与基 于天文计算原理的太阳跟踪器性能基本一致。
[0065] 其次,假设阳光最强方向就是产生光伏方阵功率最大输出所需的太阳跟踪器面板 朝向,那么本发明调整太阳跟踪器角度的目标与基于阳光象限检测原理的太阳跟踪器控制 目标一致。虽然二者采用了不同的控制原理,但是二者达到的效果相同,都搜索到最佳方位 角和高度角,使得光伏方阵输出最大功率。在这种假设条件下,本发明所述智慧型跟踪器与 基于阳光象限检测原理的太阳跟踪器性能基本一致。
[0066] 再次,假设太阳光入射方向或者阳光最强方向(二者有可能不同,如:乌云反射光 往往大于被遮挡的太阳直射光)不是产生光伏方阵功率最大输出所需的太阳跟踪器面板朝 向,那么本发明调整太阳跟踪器角度的目标就比传统的太阳跟踪器有明显优势,产生更大 的发电量,性能最佳。
[0067]综上所述,本发明所述智慧型跟踪器基本原理不但能够在常规条件下达到传统太 阳跟踪器提升光伏发电效率的指标,而且能够在光漫反射、光源不明显的情况下确保光伏 发电效率的提升,比传统太阳跟踪器有明显优势。能够基于事件控制,能够有效利用获得的 有效的方位角和高度角,达到节约成本,即一控制多的方式实现。因此,本发明所述太阳跟 踪器,更智能化、更优化、现代化的智慧的独立的控制器,能够在不同环境条件下提高光伏 电站的电力输出效率,具有通用性,基于事件控制,可以推广应用,具有很好的实用价值。

Claims (5)

1. 一种智慧型太阳跟踪器的群控系统,包括由多组太阳能跟踪支架构成的太阳能跟踪 器群,设置在太阳能跟踪支架上的光伏电池方阵(5),与光伏电池方阵(5)电路连接的光伏 电力输出单元⑷,所述太阳能跟踪支架上设置有控制光伏电池方阵⑸转动的驱动源和控 制盒(13),所述控制盒(13)内设置有电机控制器(19);其特征在于:每组太阳能跟踪支架中 有一个太阳能跟踪支架的控制盒(13)内还设置有极值搜索器(20),所述光伏电力输出单元 ⑷连接设置有直流转换器(1),直流转换器⑴分别与直流负载(2)、极值搜索器(20)连接; 还设置有环形控制总线(17),环形控制总线(17)与每个太阳能跟踪支架的电机控制器(19) 连接,在环形控制总线(17)上还设置有控制端(18); 所述直流转换器(1)通过直流负载(2)获得光伏电池方阵(5)当前位置时的最大输出功 率,并将该最大输出功率输送至极值搜索器(20),极值搜索器(20)根据当前位置最大输出 功率计算出光伏电池方阵(5)最大输出功率的角度的最佳值,并将该最佳值输送给该太阳 能跟踪支架上的电机控制机(19),电机控制器(19)根据最佳值调节该太阳能跟踪支架上光 伏电池方阵⑸的角度,同时电机控制器(19)将最佳值输送至环形控制总线(17),环形控制 总线(17)将接收到的最佳值共享给同组的太阳能跟踪支架上的电机控制器(19),从而控制 同组其他太阳能跟踪支架同步转动。
2. 如权利要求1所述的智慧型太阳跟踪器的群控系统,其特征在于:所述环形控制总线 (17)还接收来气象站的相关信息,并通过控制端(18)分析处理后确定调节指令,再通过环 形控制总线(17)将调节指令发送至每个太阳能跟踪支架的电机控制器(19),从而控制每个 太阳能跟踪支架转动。
3. 如权利要求1所述的智慧型太阳跟踪器的群控系统,其特征在于:所述驱动源包括控 制光伏电池方阵⑸高度角方向旋转的第一电机驱动系统(6)和控制光伏电池方阵⑸方位 角方向旋转的第二电机驱动系统(7);所述极值搜索器(20)根据接收到的最大输出功率计 算出光伏电池方阵(5)高度角和方位角的最佳值。
4. 如权利要求1至3任意一项所述的智慧型太阳跟踪器的群控系统,其特征在于:所述 极值搜索器(20)的计算公式如下:
Figure CN106026882BC00021
式中,⑴为最大反馈功率, Θ⑴为光伏电池方阵在t时段的方位角;
Figure CN106026882BC00022
为光伏电池方阵在t时段的高度角; t代表时间点; 反馈功率是方位角度和高度角度的乘法函数,该输出函数通过当前角度下的最大输出 功率,不断调整Θ (t)和
Figure CN106026882BC00023
的值,得到一个反馈功率极值;通过反馈功率来判断调整方位角 度和高度角度如何一步步逼近最佳角度,找到最大功率输出点,完成一次未知乘法函数搜 索极值的自适应控制过程。
5. 如权利要求4所述的智慧型太阳跟踪器的群控系统,其特征在于:采用线搜索迭代方 法来实现极值搜索控制,从而获得一组Θ (t)和
Figure CN106026882BC00024
,公式如下:
Figure CN106026882BC00025
式中:
Figure CN106026882BC00031
代表功率输出搜索方向,其中
Figure CN106026882BC00032
为功率的梯度值,β⑹代表 搜索步长,式中角度的迭代过程的调整量是由功率输出搜索方向和搜索步长的乘积来确 定。
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