CN112882495A - 一种光伏发电系统角度调节方法 - Google Patents

Abstract

一种光伏发电系统角度调节方法属于太阳能光伏发电技术技术领域，尤其涉及一种光伏发电系统角度调节方法。本发明提供一种光伏发电系统角度调节方法。本发明采用以下步骤：起始时刻，光伏组件法线方向1超前太阳辐照方向a1，超前角度为θ_s1/2；在第1个调节周期t_s时间内，太阳辐照方向由方向a1逐渐转到方向b1，光伏组件法线方向与太阳辐照方向的夹角由θ_s1/2逐渐变为0，再由0逐渐变为θ_s1/2；在第1个调节周期t_s时间结束时刻，调节光伏组件旋转角度(θ_s1/2+θ_s2/2)，使光伏组件法线方向由位置1转至位置2，此时光伏组件法线方向2超前太阳辐照方向b1，超前角度为θ_s2/2。

Description

一种光伏发电系统角度调节方法

技术领域

本发明属于太阳能光伏发电技术技术领域，尤其涉及一种光伏发电系统角度调节方法。

背景技术

自动跟踪光伏发电系统可以提高光伏系统的发电效率，但跟踪方法还有待进一步的改进。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种光伏发电系统角度调节方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明采用以下步骤：

起始时刻，光伏组件法线方向1超前太阳辐照方向a1，超前角度为θ_s1/2；在第1个调节周期t_s时间内，太阳辐照方向由方向a1逐渐转到方向b1，光伏组件法线方向与太阳辐照方向的夹角由θ_s1/2逐渐变为0，再由0逐渐变为θ_s1/2；在第1个调节周期t_s时间结束时刻，调节光伏组件旋转角度(θ_s1/2+θ_s2/2)，使光伏组件法线方向由位置1转至位置2，此时光伏组件法线方向2超前太阳辐照方向b1，超前角度为θ_s2/2；然后开始进入下一个调节周期，上一个周期结束时刻太阳辐照方向b1就是下一个周期起始时刻太阳辐照方向a2；在第2个调节周期t_s时间内，太阳辐照方向由方向a2逐渐转到方向b2，在第2个调节周期t_s时间结束时刻，调节光伏组件旋转角度(θ_s2/2+θ_s3/2)，使光伏组件法线方向由位置2转至位置3，此时光伏组件法线方向3超前太阳辐照方向b2，超前角度为θ_s3/2；

在调节周期的起始时刻，光伏组件的法线方向超前太阳辐照方向的角度为θ_sn/2，在调节周期的结束时刻，光伏组件的法线方向滞后太阳辐照方向的角度为θ_sn/2。

作为一种优选方案，本发明在前半个调节周期0～t_s/2时间内太阳辐照方向与光伏组件法线方向的夹角θ_t与时间t的函数关系为：

在后半个调节周期t_s/2～t_s时间内太阳辐照方向与光伏组件法线方向的夹角θ_t与时间t的函数关系为：

在调节周期t_s时间内光伏组件法线方向与太阳辐照方向的平均夹角为：

作为另一种优选方案，本发明光伏组件发电量

P为光伏组件峰值功率，R_t为辐照强度随时间的变化函数，θ_s表示角度调节步长。

作为另一种优选方案，本发明所述

度，

小时，P＝10kWp。

作为另一种优选方案，本发明所述R_t＝r或R_t＝r+kt或R_t＝r-kt或R_t＝r+mcos(nt)或 R_t＝r+mcos(nt+c)或R_t＝r+msin(nt)或R_t＝r+msin(nt+c)。

作为另一种优选方案，本发明所述R_t＝r＝0.8kW/m²或R_t＝r+kt，r＝0.8kW/m²，k＝0.6或R_t＝r-kt， r＝0.8kW/m²，k＝0.6或R_t＝r+mcos(nt)，r＝0.8kW/m²，m＝0.2，n＝6π或R_t＝r+mcos(nt+c)，r＝0.8kW/m²， m＝0.2，n＝6π，c＝π或R_t＝r+msin(nt)，r＝0.8kW/m²，m＝0.2，n＝6π或R_t＝r+msin(nt+c)，r＝0.8kW/m²，m＝0.2，n＝6π，c＝π。

作为另一种优选方案，本发明将每个调节周期分为两个时间区，分别为光伏组件法线方向超前太阳辐照方向的时间区a和光伏组件法线方向滞后太阳辐照方向的时间区b；对这两个时间区光伏组件的发电量进行采集，根据两个时间区内光伏组件发电量的比例调整下次角度调节后光伏组件法线方向的位置，使下次调节后光伏组件法线方向向发电量较多的时间区偏移。

作为另一种优选方案，本发明在起始时刻，光伏组件法线方向1超前太阳辐照方向a1，超前角度为θ_s1a；在第1个调节周期t_s时间内，太阳辐照方向由方向a1逐渐转到方向b1，光伏组件法线方向与太阳辐照方向的夹角由超前角度θ_s1a逐渐变为0，再由0逐渐变为滞后角度θ_s1b；在第1个调节周期t_s时间结束时刻，调节光伏组件旋转角度(θ_s1b+θ_s2a)，使光伏组件法线方向由位置1转至位置2，此时光伏组件法线方向2 超前太阳辐照方向b1，超前角度为θ_s2a；然后开始进入下一个调节周期，上一个周期结束时刻太阳辐照方向b1就是下一个周期起始时刻太阳辐照方向a2；在第2个调节周期t_s时间内，太阳辐照方向由方向a2逐渐转到方向b2，光伏组件法线方向与太阳辐照方向的夹角由超前角度θ_s2a逐渐变为0，再由0逐渐变为滞后角度θ_s2b。

作为另一种优选方案，本发明根据第1个周期内G_1a与G_1b的相对大小和比例关系，对第1周期展开角度计算，将超前时间区和滞后时间区内的发电量调整为相同情况下，计算得到一个角度调节值(由于太阳辐照变化的随机性，将发电量与角度的关系简化为线性比例关系进行计算)；根据该角度调节值和第1 周期超前时间区和滞后时间区角度的大小，对第2周期内光伏组件法线方向超前太阳辐照方向的角度进行计算，并得到调节光伏组件应旋转的角度。

作为另一种优选方案，本发明当第1周期内超前时间区的发电量大于滞后时间区的发电量时(G_1a> G_1b)，

G_1a-ΔG_ab＝G_1b+ΔG_ab

计算调节光伏组件应旋转的角度：

由θ_s2a+θ_s2b＝θ_s2得

所以

应旋转角度为

其次，本发明当第1周期内超前时间区的发电量小于滞后时间区的发电量时(G_1a<G_1b)，

G_1a+ΔG_ba＝G_1b-ΔG_ba

计算调节光伏组件应旋转的角度：

由θ_s2a+θ_s2b＝θ_s2得

所以

应旋转角度为

另外，本发明当第1周期内超前时间区的发电量等于滞后时间区的发电量时(G_1a＝G_1b)，计算调节光伏组件应旋转的角度：

由θ_s2a+θ_s2b＝θ_s2得

所以

应旋转角度为

本发明有益效果。

本发明光伏系统角度调节方法在跟踪周期内光伏组件法线方向与太阳辐照方向的平均夹角小，光伏组件产生的发电量大。光伏组件的发电量是由组件法线方向接收到的太阳辐照量决定的，在太阳辐照方向不垂直于光伏组件表面的情况下，将辐照量乘以太阳辐照方向与光伏组件法线方向夹角的余弦，换算出光伏组件法线方向的辐照量。这个夹角越小，光伏组件接收到的辐照量就越大，光伏组件产生的发电量越大。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本发明角度调节方法示意图。

图2是本发明角度调节方法下调节周期内夹角θ_t随时间变化的函数曲线。

图3是本发明连续两个调节周期光伏组件旋转角度示意图。

图4为本发明储能系统的电网过压调节装置的使用状态图。

图5为本发明储能系统的电网过压调节装置的CPU电路、电源转换电路图。

图6为本发明储能系统的电网过压调节装置的交流电压检测电路、液晶显示电路、按键电路图。

图7为本发明储能系统的电网过压调节装置的485通讯电路、EEPROM电路、日历时钟电路图。

图8为本发明储能系统的电网过压调节装置的继电器控制电路(U8起到锁存控制信号的作用，当CPU 收到干扰程序跑飞时，输出引脚D1、D2的信号不稳定，此时U8输出引脚KA1、KA2信号保持稳定不变，避免继电器产生误动)，A1、A2用于驱动继电器K1、K2，U9起到隔离的作用)和蓄电池检测电路中接收蓄电池信号的通信电路图(U10与图9的U11通信)。

图9为本发明储能系统的电网过压调节装置的蓄电池检测电路图。

图5～图7为主电路；图9与主电路分开，放在蓄电池附近，通过接插件J9连接蓄电池正负极，通过接插件J8与主电路接插件J7连接。

图10为本发明储能系统的电网过压调节装置的控制程序流程框图。

具体实施方式

如图1所示，图中点划线代表光伏组件法线方向，a1、a2、b1、b2处的箭头代表太阳辐照方向(a1、 a2表示各调节周期起始时刻太阳辐照方向，b1、b2表示各调节周期结束时刻太阳辐照方向)。在起始时刻，光伏组件法线方向1超前太阳辐照方向a1，超前角度为θ_s1/2。在第1个调节周期t_s时间内，太阳辐照方向由方向a1逐渐转到方向b1，光伏组件法线方向与太阳辐照方向的夹角由θ_s1/2逐渐变为0，再由0逐渐变为θ_s1/2。在第1个调节周期t_s时间结束时刻，调节光伏组件旋转角度(θ_s1/2+θ_s2/2)，使光伏组件法线方向由位置1转至位置2，此时光伏组件法线方向2超前太阳辐照方向b1，超前角度为θ_s2/2。然后开始进入下一个调节周期，上一个周期结束时刻太阳辐照方向b1就是下一个周期起始时刻太阳辐照方向a2。在第2个调节周期t_s时间内，太阳辐照方向由方向a2逐渐转到方向b2，在第2个调节周期t_s时间结束时刻，调节光伏组件旋转角度(θ_s2/2+θ_s3/2)，使光伏组件法线方向由位置2转至位置3，此时光伏组件法线方向3 超前太阳辐照方向b2，超前角度为θ_s3/2。此后每个周期光伏组件角度调节过程以此类推。

在调节周期的起始时刻，光伏组件的法线方向超前太阳辐照方向的角度为θ_sn/2(θ_sn为角度调节步长， n代表第n个调节周期中的角度调节步长)，在调节周期的结束时刻，光伏组件的法线方向滞后太阳辐照方向的角度为θ_sn/2。调节周期内夹角θ_t随时间变化的函数曲线如图2所示。

在前半个调节周期0～t_s/2时间内太阳辐照方向与光伏组件法线方向的夹角θ_t与时间t的函数关系为：

在后半个调节周期t_s/2～t_s时间内太阳辐照方向与光伏组件法线方向的夹角θ_t与时间t的函数关系为：

在调节周期t_s时间内光伏组件法线方向与太阳辐照方向的平均夹角为：

在调节周期t_s时间内光伏组件法线方向与太阳辐照方向的平均夹角为θ_sn/4。

光伏组件发电量G＝P×R×T

式中G为光伏组件发电量(单位kW·h)，P为光伏组件峰值功率(单位kWp)，R为光伏组件接收到的太阳辐照强度(单位kW/m²)，T为时间(单位h)。

其中：

R＝R_t×COSθ_t

式中θ_t为太阳辐照方向与光伏组件法线方向的夹角随时间变化的函数(单位°)；R_t为辐照强度随时间的变化函数(单位kW/m²)。

调节周期t_s为1/3小时(20分钟)，角度调节步长θ_s为5度，光伏组件总功率P为10kWp。发电量计算如下。

前半个周期内(时间t变化区间由0时刻至1/6小时)光伏组件法线方向与太阳辐照方向夹角由2.5 度逐渐减小至0度，θ_t与时间t的函数关系为：

后半个周期内(时间t变化区间由1/6小时至1/3小时)光伏组件法线方向与太阳辐照方向夹角由0 度逐渐增加至2.5度，θ_t与时间t的函数关系为：

超短期(可为15分钟～4小时)内辐照强度函数随时间变化情况包括：1辐照强度不变；2辐照强度单调递增；3辐照强度单调递减；4辐照强度先减后增；5辐照强度先增后减；6辐照强度先增再减再增； 7辐照强度先减再增再减。

下面以7个辐照强度变化函数代表上述7种变化情况，计算采用本发明光伏系统角度调节方法的光伏组件发电量：

(1)辐照强度不变

R_t＝r

式中r＝0.8kW/m²；

(2)辐照强度单调递增

R_t＝r+kt

式中r＝0.8kW/m²，k＝0.6；

(3)辐照强度单调递减

R_t＝r-kt

式中r＝0.8kW/m²，k＝0.6；

(4)辐照强度先减后增

R_t＝r+mcos(nt)

式中r＝0.8kW/m²，m＝0.2，n＝6π；

(5)辐照强度先增后减

R_t＝r+mcos(nt+c)

式中r＝0.8kW/m²，m＝0.2，n＝6π，c＝π；

(6)辐照强度先增再减再增

R_t＝r+msin(nt)

式中r＝0.8kW/m²，m＝0.2，n＝6π；

(7)辐照强度先减再增再减

R_t＝r+msin(nt+c)

式中r＝0.8kW/m²，m＝0.2，n＝6π，c＝π；

本发明在调节周期内光伏组件法线方向与太阳辐照方向的平均夹角小，光伏组件产生的发电量大。

每次调节中光伏组件旋转角度为(θ_s1/2+θ_s2/2)(如图1所示)，使光伏组件法线方向保持在该调节周期对应角度调节步长1/2的位置。

每次调节的终点位置不固定为角度调节步长1/2的位置。将每个调节周期分为两个时间区，分别为光伏组件法线方向超前太阳辐照方向的时间区a和光伏组件法线方向滞后太阳辐照方向的时间区b。对这两个时间区光伏组件的发电量进行采集，根据两个时间区内光伏组件发电量的比例调整下次角度调节后光伏组件法线方向的位置，使下次调节后光伏组件法线方向向发电量较多的时间区偏移。

如图3所示，图中为连续两个调节周期光伏组件旋转角度示意图。调节周期长度t_s，两个调节周期角度调节步长分别为θ_s1和θ_s12，图中数字1、2分别表示这两个调节周期中光伏组件法线方向，a1、a2表示两个调节周期起始时刻太阳辐照方向，b1、b2表示两个调节周期结束时刻太阳辐照方向。θ_s1a和θ_s2a分别为这两个调节周期起始时刻光伏组件法线方向超前太阳辐照方向的角度，θ_s1b和θ_s2b分别为这两个调节周期结束时刻光伏组件法线方向滞后太阳辐照方向的角度。

在起始时刻，光伏组件法线方向1超前太阳辐照方向a1，超前角度为θ_s1a。在第1个调节周期t_s时间内，太阳辐照方向由方向a1逐渐转到方向b1，光伏组件法线方向与太阳辐照方向的夹角由超前角度θ_s1a逐渐变为0，再由0逐渐变为滞后角度θ_s1b。在第1个调节周期t_s时间结束时刻，调节光伏组件旋转角度 (θ_s1b+θ_s2a)，使光伏组件法线方向由位置1转至位置2，此时光伏组件法线方向2超前太阳辐照方向b1，超前角度为θ_s2a。然后开始进入下一个调节周期，上一个周期结束时刻太阳辐照方向b1就是下一个周期起始时刻太阳辐照方向a2。在第2个调节周期t_s时间内，太阳辐照方向由方向a2逐渐转到方向b2，光伏组件法线方向与太阳辐照方向的夹角由超前角度θ_s2a逐渐变为0，再由0逐渐变为滞后角度θ_s2b。

G_1a为第1周期光伏组件法线方向超前太阳辐照方向时间内光伏组件的发电量，G_1b为第1周期光伏组件法线方向滞后太阳辐照方向时间内光伏组件的发电量，K_1ab为第1周期G_1a与G_1b的比值，K_1ba为第1 周期G_1b与G_1a的比值，△G_ab为第1周期内超前时间区向滞后时间区的发电量调节值，△G_ba为第1周期内滞后时间区向超前时间区的发电量调节值，△θ_1ab为第1周期内超前时间区向滞后时间区的角度调节值，△θ_1ba为第1周期内滞后时间区向超前时间区的角度调节值。

根据第1个周期内G_1a与G_1b的相对大小和比例关系，对第1周期展开角度计算，将超前时间区和滞后时间区内的发电量调整为相同情况下，计算得到一个角度调节值(由于太阳辐照变化的随机性，将发电量与角度的关系简化为线性比例关系进行计算)。根据该角度调节值和第1周期超前时间区和滞后时间区角度的大小，对第2周期内光伏组件法线方向超前太阳辐照方向的角度进行计算，并得到调节光伏组件应旋转的角度。当光伏组件法线方向处在该周期角度区间1/2的位置时，如果超前时间区与滞后时间区的太阳能辐照量不等时，光伏组件法线方向如果向太阳能辐照量更大的时间区间偏移，在相同调节周期内，光伏组件产生更多的发电量。采用该优选调节方法后，每次调节后光伏组件法线方向不是固定处在下一周期角度区间1/2的位置，而是根据上一周期内超前时间区和滞后时间区内光伏组件发电量的比例(也就是光伏组件接收到的太阳能辐照量的比例)进行动态调整，使光伏组件法线位置向光伏组件发电量较高的时间区偏移，这种调节可获得更多的发电量。

(1)当第1周期内超前时间区的发电量大于滞后时间区的发电量时(G_1a>G_1b)，

G_1a-ΔG_ab＝G_1b+ΔG_ab

计算调节光伏组件应旋转的角度：

由θ_s2a+θ_s2b＝θ_s2得

所以

应旋转角度为

(2)当第1周期内超前时间区的发电量小于滞后时间区的发电量时(G_1a<G_1b)，

G_1a+ΔG_ba＝G_1b-ΔG_ba

计算调节光伏组件应旋转的角度：

由θ_s2a+θ_s2b＝θ_s2得

所以

应旋转角度为

(3)当第1周期内超前时间区的发电量等于滞后时间区的发电量时(G_1a＝G_1b)，计算调节光伏组件应旋转的角度：

由θ_s2a+θ_s2b＝θ_s2得

所以

应旋转角度为

本发明光伏发电系统角度调节方法可应用于储能系统中光伏阵列的自动跟踪光伏发电系统。储能系统的电网过压调节装置包括继电器控制电路、485通讯电路、交流电压检测电路、蓄电池检测电路、液晶显示电路、按键电路、EEPROM电路和CPU电路，CPU电路的信号传输端口与485通讯电路的信号传输端口相连，交流电压检测电路的检测信号输出端口与CPU电路的检测信号输入端口相连，蓄电池检测电路的检测信号输出端口与CPU电路的检测信号输入端口相连，液晶显示电路的显示信号输入端口与CPU电路的显示信号输出端口相连，按键电路的控制信号输出端口与CPU电路的控制信号输入端口相连， EEPROM电路的信号传输端口与CPU电路的信号传输端口相连，继电器控制电路的控制信号输入端口与CPU电路的控制信号输出端口相连。

液晶显示电路和按键电路可用于设置检测周期、逆变器输出功率阈值T1、蓄电池内阻阈值T2、蓄电池组上限电压T3、蓄电池组下限电压T4初始参数，并显示日期和时间、蓄电池电压和内阻工作状态值。

所述继电器控制电路的控制信号输出端口通过光耦隔离接场效应管放大电路的控制信号输入端口。继电器控制电路由CPU输出控制信号，经过光耦隔离及场效应管放大电路后，直接驱动控制系统中的继电器。

所述交流电压检测电路的检测信号输入端口与霍尔电压互感器的检测信号输出端口相连。交流电压检测电路通过霍尔电压互感器采集并网点处的交流电压值，将交流电压值转为0～5V直流电压信号，通过 CPU内部AD转换模块进行数据采集。

所述CPU电路的报警信号输出端口与报警电路的报警信号输入端口相连。

所述蓄电池检测电路采用Sentinal 2-HV传感器。蓄电池检测电路采用LEM公司的Sentinal 2-HV传感器在线检测各单体蓄电池的电压和内部阻抗，将传感器输出的S-BUS串行通信总线信号通过U11、U12、 U13及外围电路构成的调理电路转换为RS-232信号，再通过U10及外围电路将RS-232信号转为TTL电平信号送入CPU。

所述CPU电路的信号传输端口与日历时钟电路的信号传输端口相连。日历时钟电路可为CPU提供实时日期和时间值，为系统发生各种状态的变化提供精确时间。

所述蓄电池检测电路的检测信号输出端口通过通信电路与CPU电路的检测信号输入端口相连。

所述继电器控制电路的电源端口、485通讯电路的电源端口、交流电压检测电路的电源端口、蓄电池检测电路的电源端口、液晶显示电路的电源端口、按键电路的电源端口、EEPROM电路的电源端口、CPU 电路的电源端口分别与电源转换电路的电能输出端口相连。电源转换电路将供电源由24V变为5V，并起到隔离和滤波的作用。

所述CPU电路采用PIC18F6621芯片U1，U1的1～38脚分别与D1、D2、RELAY、TX2、RX2、ROL5、 RESET、ROL4、GND、+5V、ROL3、ROL2、ROL1、CL5、CL4、CL3、CL2、CL1、+5V、GND、+5V 基准、GND、VOLTAGE、LED-1、GND、+5V、TM-IO、TM-CLK、TM-RST、T/R、TX1、RX1、BUZZ、 SCL、SDA、WP、PGD、+5V对应相连，U1的39脚分别与晶振X1一端、电容C2一端相连，C2另一端分别与地、电容C3一端相连，C3另一端分别与X1另一端、U1的40脚相连，U1的41～46脚分别与GND、 PGC、LCD#CS3、LCD#CS2、LCD#CS1、LED-2相连，U1的49～63脚分别与FD7～FD1、GND、+5V、 FD0、LCD#BLA、LCD#RST、LCD#E、LCD#WR、LCD#RS对应相连；+5V分别与电阻R1一端、二极管D1阴极相连，R1另一端分别与电容C1一端、电阻R2一端、D1阳极相连，C1另一端接地，R2另一端分别与RESET、接插件J1的1脚相连，J1的2～6脚分别与+5V、GND、PGD、PGC、+5V对应相连。

所述X1采用22.1184MHz/50PPM晶振，C2和C3采用18pF，R1采用10K电阻，D1采用1N4148二极管，C1采用0.1uF电容，R2采用1K电阻。

所述电源转换电路包括接插件J2，J2的2脚分别与24V、二极管D2阳极相连，D2阴极分别与电容 E1正极、B2405S芯片P1的1脚相连，P1的2脚分别与E1负极、电阻R3一端、EARTH、J2的1脚相连， R3另一端分别与P1的3脚、电容E2负极、GND、电容E3负极相连，电容E3正极分别与+5V、电感L1 一端相连，L1另一端分别与E2正极、P1的4脚相连。

所述D2采用IN4004二极管，E1采用220uF/50V电容，R3采用10M/0.5W电阻，E2采用4.7uF/50V 电容，E3采用100uF/16V电容，L1采用100uH电容。

所述交流电压检测电路包括HNV025A芯片U2，U2的1脚通过电阻R4接接插件J3的2脚，U2的2 脚接J3的1脚，U2的3、4脚分别与-15V、+15V对应相连，U2的5脚分别与电阻R5一端、电阻R6一端相连，R5另一端接地，R6另一端分别与LM324芯片CA1的2脚、电阻R7一端相连，CA1的3脚分别与电阻R8一端、电阻R9一端相连，R8另一端分别与R9另一端、地相连，CA1的4脚接+15V，CA1 的11脚接-15V，CA1的1脚分别与R7另一端、R10一端相连，R10另一端分别与电阻R11一端、CA1 的6脚相连，CA1的5脚分别与电阻R12一端、电阻R13一端相连，R12另一端分别与地、R13另一端相连，CA1的7脚分别与R11另一端、CA1的10脚相连，CA1的9脚分别与CA1的8脚、电阻R14一端相连，R14另一端分别与电容C4一端、电阻R15一端相连，C4另一端接地，R15另一端分别与稳压管 D3阴极、二极管D4阴极、VOLTAGE相连，D3阳极分别与D4阳极、地相连；接插件J4的1、2、3脚分别与+15V、-15V、地对应相连。

所述R4采用27k/5W电阻，R5采用200电阻，R6、R7、R8、R9采用30K电阻，R10、R11、R12、 R13采用15K电阻，R14、R15采用200K电阻，C4采用0.1uF电容，D3采用1N4733A稳压管，D4采用 1N4148二极管。

MAX6350芯片U3的2脚分别与+15V、电容C5一端相连，C5另一端分别与地、U3的4脚相连，U3 的6脚接+5V基准；

所述按键电路包括排阻RA1的1～6脚分别与+5V、CL1～CL5脚对应相连；

RL1通过电阻R16接ROL1；RL2通过电阻R17接ROL2；RL3通过电阻R18接ROL3；RL4通过电阻R19接ROL4；RL5通过电阻R20接ROL5；

接插件J5的1～10脚分别与CL1～CL5、RL1～RL5对应相连。

所述C5采用0.1uF电容，R16～R20采用33电阻，RA1采用排阻2K*5。

所述液晶显示电路采用LM19264D芯片U4，U4的1脚接GND，U4的2脚分别与+5V、电阻R21一端相连，R21另一端分别与电阻R22一端、VO、U4的3脚相连，U4的4～20脚分别与LCD#RS、LCD#WR、 LCD#E、FD0～FD7、LCD#CS1、LCD#RST、LCD#CS2、LCD#CS3、R22另一端、NPN三极管Q1发射极对应相连，Q1的集电极分别与+5V、电阻R23一端相连，R23另一端分别与LCD#BLA、电阻R24一端相连，R24另一端接Q1的基极。

所述R21采用51K电阻，R22采用6K电阻，Q1采用9014三极管，R23、R24采用1K电阻。

所述485通讯电路包括SP485芯片U5，U5的1脚接RX1，U5的2、3脚接T/R，U5的4脚接TX1， U5的5脚接地，U5的6脚分别与电阻R26一端、电阻R27一端相连，R26另一端分别与U5的7脚、电阻R25一端相连，R25另一端分别与485B、电阻R28一端相连，电阻R28另一端分别与R27另一端、485A 相连；U5的8脚分别与+5V、电容C6一端相连，C6另一端接地；接插件J6的1～5脚分别与485A、485B、 K1、K2、地对应相连。

所述R26采用120/0.25W电阻，R25和R27采用20/0.25W电阻，R28采用1M电阻，C6采用0.1uF 电容。

所述报警电路包括NPN三极管Q2、PNP三极管Q3、PNP三极管Q4，Q2的基极通过电阻R29接BUZZ， Q2的集电极接+5V，Q2的发射极接蜂鸣器BZ1正极，BZ1负极接地；

Q3的基极通过电阻R30接LED-1，Q3的集电极接地，Q3的发射极接发光二极管LED1阴极，LED1 阳极通过电阻R31接+5V；

Q4的基极通过电阻R32接LED-2，Q4的集电极接地，Q4的发射极接发光二极管LED2阴极，LED2阳极通过电阻R33接+5V。

当并网点电压未发生超压时，绿色二极管发光，红色二极管熄灭。当并网点电压发生超压，储能系统开始对蓄电池组充电时，红色二极管发光，绿色二极管熄灭，蜂鸣器每隔1分钟响1次，实现声光报警功能。

所述R29采用820电阻，Q2采用9014三极管，Q3、Q4采用9012三极管，R30、R32采用20电阻， LED1采用LED_RED，LED2采用LED_GREEN，R31和R33采用820。

所述EEPROM电路采用AT24C128芯片U6，U6的1、2、3、4接地，U6的5脚分别与SDA、电阻 R35一端相连，R35另一端分别与电阻R34一端、+5V、电容C7一端、U6的8脚相连，C7另一端接地， U6的7脚接WP，U6的6脚分别与SCL、R34另一端相连。

所述C7采用0.1uF电容，R34和R35采用4.7K电阻。

所述日历时钟电路采用HT1380芯片U7，U7的2脚分别与晶振X2一端、电容C9一端相连，C9另一端分别与地、电容C10一端相连，C10另一端分别与X2另一端、U7的3脚相连，U7的4脚接地，U7 的5、6、7分别与TM-RST、TM-IO、TM-CLK对应相连，U7的8脚分别与二极管D5阴极、电容C8一端、二极管D6阴极相连，D5阳极接电池B1正极，B1负极接地，C8另一端接地，D6阳极接+5V。

所述C9、C10采用8pF电容，X2采用32.768KHz/5PPM晶振，B1采用BATTERY CR2032，D5采用 1N4148二极管，C8采用0.1uF电容，D6采用1N4148二极管。

所述继电器控制电路包括74HC373芯片U8、TLP521-4芯片U9、IRF9530管A1、IRF9530管A2， U8的4、7、1、11、10、20、6、5脚分别与D1、D2、GND、RELAY、GND、+5V、KA2、KA1对应相连；

U9的1脚通过电阻R37分别与+5V、电阻R36一端相连，R36另一端接U9的3脚，U9的2脚接KA1， U9的4脚接KA2，U9的13脚分别与EARTH、U9的15脚相连，U9的14脚分别与KM2、电阻R39一端相连，R39另一端分别与电阻R38一端、24V相连，R38另一端分别与KM1、U9的16脚相连；

A1的G极分别与电阻R40一端、肖特基二极管D7阳极相连，R40另一端接KM1，D7阴极分别与 A1的S极、24V相连，A1的D极分别与K1、二极管D8阴极相连，D8阳极接地；

A2的G极分别与电阻R41一端、肖特基二极管D9阳极相连，R41另一端接KM2，D9阴极分别与 A2的S极、24V相连，A2的D极分别与K2、二极管D10阴极相连，D10阳极接地。

所述R36、R37采用360电阻，R38、R39采用10K电阻，R40、R41采用20K电阻，D7、D9采用 4.3V肖特基二极管，D8、D10采用1N4007二极管。

所述通信电路采用ICL232芯片U10，U10的11、12脚分别与TX2、RX2对应相连，U10的16脚分别与+5V、电容E4正极相连，U10的1脚接电容E5正极，E5负极接U10的3脚，U10的2脚接电容E6 正极，E6负极分别与E4负极、电容E7负极、地、U10的15脚相连，U10的6脚接E7负极，U10的5 脚接电容E8的负极，E8的正极接U10的4脚，U10的13、14脚分别与RS232-RX、RS232-TX对应相连；接插件J7的1～4脚分别与+5V、GND、RS232-TX、RS232-RX对应相连。

所述E4～E8采用0.1uF电容。

所述蓄电池检测电路包括B0505芯片P2、Sentinel 2-HV芯片JP1、Sentinel 2-HV芯片JP2、ICL232 芯片U11、TIL117芯片U12和TIL117芯片U13，P2的2脚分别与电感L2一端、电容C13一端相连，L2 另一端分别与电容C12一端、电容C11一端、+5V相连，C11另一端分别与地、C12另一端、C13另一端、 P2的1脚相连，P2的3脚分别与电容C14一端、电容C15一端、电容E9负极、S-GND、电容E10负极相连，E10正极分别与VCC5V、E9正极、C15另一端、电感L3一端相连，L3另一端分别与P2的4脚、 C14另一端相连；

接插件J8的1～4脚分别与+5V、GND、RS232-TX、RS232-RX对应相连；

U11的11、12脚分别与DOUT、DIN对应相连，U11的16脚分别与+5V、电容E11正极相连，U11 的1脚接电容E12正极，E12负极接U11的3脚，U11的2脚接电容E13正极，E13负极分别与E11负极、电容E14负极、地、U11的15脚相连，U11的6脚接E14负极，U11的5脚接电容E15的负极，E15的正极接U11的4脚，U11的13、14脚分别与RS232-RX、RS232-TX对应相连；

JP1的1脚分别与S-TXD、JP2的1脚相连，JP1的2脚分别与JP1的4脚、JP2的2脚、JP2的4脚、 S-GND相连，JP1的3脚分别与S-RXD、JP2的3脚相连，JP1的5脚分别与JP1的6脚、BAT1-N相连， JP1的7脚分别与JP1的8脚、BAT1-P相连，JP2的5脚分别与JP2的6脚、BAT2-N相连，JP2的7脚分别与JP2的8脚、BAT2-P相连；

接插件J9的1～4脚分别与BAT1-P、BAT1-N、BAT2-P、BAT2-N对应相连；

U12的4脚分别与DOUT、电阻R42一端相连，R42另一端接+5V，U12的3脚接地，U12的1脚接 TLV2472芯片CA2的1脚，CA2的8脚接VCC5V，CA2的4脚分别与S-GND、电阻R44一端相连，R44 另一端分别与CA2的3脚、电阻R45一端相连，R45另一端接VCC5V，CA2的2脚分别与电阻R46一端、电容C16一端、电阻R47一端相连，R47另一端接S-TXD，R46另一端分别与电阻R43一端、电容C16 另一端、S-GND相连，R43另一端接U12的2脚；

U13的1脚接DIN，U13的2脚通过电阻R48接地，U13的4脚接VCC5V，U13的3脚分别与S-RXD、电阻R49一端相连，R49另一端接S-GND。

所述C11采用22uF，C12采用100nF，L2采用4.7uH，C13采用100nF，C14采用100nF，L3采用4.7uH， C15采用0.1uF，E9采用100uF，E10采用220uF，E11～E15采用0.1uF电容，R42、R43采用1K电阻， R44采用4.3K电阻，R45采用680电阻，R46采用1K电阻，C16采用680pF，R47采用2.4K电阻，R48 采用470电阻，R49采用1K电阻。

本发明蓄电池检测电路具有信号隔离功能(图9中U12和U13及外围电路)，蓄电池检测电路与CPU 电路之间是通过RS-232电平信号通信(通过U10和U11及外围电路实现)，通信距离可达15米，蓄电池检测电路可单独安装在蓄电池组附近。

本发明的电源和地分为3组，第1组是24V和EARTH，为电压转换电路和驱动继电器线圈供电；第 2组是+5V,+15V,-15V,GND(图中最多的三横线表示的地)，这是为主控制电路板供电用的；第3组是VCC5V 和S-GND(图中用倒三角表示的地)，这是为蓄电池检测电路供电的地。这3种电源是相互隔离的。

安装使用时，将光伏并网逆变器的485通讯口用屏蔽双绞线与本发明过压调节系统的485通讯电路接口相连；将储能系统(图4中光伏并网发电与储能系统构成充放电回路，从电网将交流电能转换为直流电能，通过蓄电池组存储起来，还可以将存储起来的电能输送到并网逆变器的直流输入端，通过并网逆变器输送给电网。继电器K1控制储能系统是否从电网吸收电能为蓄电池组充电，稳压直流开关电源将电网的交流电整流为直流电，充放电控制器对蓄电池组的充电和放电，直流升压器将充放电控制器输出的电压较低的直流电提升至并网逆变器直流输入端需要的电压较高的直流电，继电器K2控制储能系统是否向并网逆变器输入端输送电能。光伏并网逆变器可选用科华数据股份有限公司产品，型号为SPI4000-B2。继电器 K1可选用德力西电气有限公司生产的固态继电器，型号为CDG1-1DA/25A。稳压直流开关电源可选用杭州煌洋电子有限公司的产品，型号为HYJ-3000E。充放电控制器可选用北京汇能精电科技股份有限公司生产的产品，型号为VS6048AU。蓄电池组可选用4块江苏华富蓄电池有限公司生产的型号为6-GFM-50的免维护铅酸蓄电池，每块电池电压12V、容量50Ah，将4块串联使用后形成电压48V、容量50Ah的蓄电池组。直流升压器可选用苏州亿光达电子有限公司生产的产品，型号为S2000-48/280。继电器K2可选用德力西电气有限公司生产的固态继电器，型号为CDG1-1DD/25A)中继电器K1和K2的输入控制端口与本发明过压调节系统的继电器控制电路输出控制端口相连；交流电网电压信号的输出端口与交流电压检测电路的取样输入端口相连；蓄电池组中各单体蓄电池的正、负极与蓄电池检测电路的输入端口相连；液晶显示电路的信号传输端口与CPU电路的信号传输端口相连；按键电路的控制信号输入端口与外部键盘的控制信号输出端口相连。

如图10所示，本发明过压调节系统开始工作时，首先设置检测周期、逆变器输出功率阈值T1(T1为逆变器额定输出功率与充放电控制器额定输出功率的差值)、蓄电池内阻阈值T2、蓄电池组上限电压T3、蓄电池组下限电压T4初始参数，并使继电器K1和K2保持常开状态，然后采集交流电压值U。

如果U>265V，则进入程序支路1，判断各块蓄电池内阻是否大于T2，如果大于T2，则液晶显示屏显示有个别蓄电池内阻过大，需要更换，并给出需要更换的蓄电池的序号，然后进入检测周期等待。如果不大于T2，则继续判断蓄电池组电压是否小于T3，如果小于T3，则断开K1，停止充电，并进入检测周期等待；如果大于T3，则闭合K1，开始对蓄电池组充电。继续采集交流电压值U，如果U>250V，则重复程序支路1的循环；如果U<250V，则断开K1，停止充电，并进入检测周期等待。

如果U<265V，则进入程序支路2。继续判断U是否小于240V，如果U>240V，则断开K2，停止放电，进入检测周期等待。如果U<240V，采集逆变器输出功率值，如果逆变器输出功率大于阈值T1，则断开K2，停止放电，进入检测周期等待。如果逆变器输出功率小于阈值T1，判断蓄电池组电压是否大于T4，如果不大于T4，则断开K2，停止放电，进入检测周期等待；如果大于T4，则闭合K2，蓄电池组开始放电，并重复程序支路2的循环。

系统每经过检测周期等待时间结束后重复上述循环程序执行步骤进行过压调节。

当并网点电压超过一定阈值时，启动储能系统作为配电网负载，吸收光伏系统发出的部分电能，将并网点电压拉低。当并网点电压低于一定阈值时将储能系统存储的电能通过并网逆变器送入电网。既防止了局部电网超压，又减少了光伏发电功率的浪费。

本发明通过交流电压检测电路可检测并网点电压，储能系统作为负荷进行调压，并将存储的电能在适当情况重新送入电网。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光伏发电系统角度调节方法，其特征在于采用以下步骤：

在起始时刻，光伏组件法线方向1超前太阳辐照方向a1，超前角度为θ_s1a；在第1个调节周期t_s时间内，太阳辐照方向由方向a1逐渐转到方向b1，光伏组件法线方向与太阳辐照方向的夹角由超前角度θ_s1a逐渐变为0，再由0逐渐变为滞后角度θ_s1b；在第1个调节周期t_s时间结束时刻，调节光伏组件旋转角度(θ_s1b+θ_s2a)，使光伏组件法线方向由位置1转至位置2，此时光伏组件法线方向2超前太阳辐照方向b1，超前角度为θ_s2a；然后开始进入下一个调节周期，上一个周期结束时刻太阳辐照方向b1就是下一个周期起始时刻太阳辐照方向a2；在第2个调节周期t_s时间内，太阳辐照方向由方向a2逐渐转到方向b2，光伏组件法线方向与太阳辐照方向的夹角由超前角度θ_s2a逐渐变为0，再由0逐渐变为滞后角度θ_s2b。

2.根据权利要求1所述一种光伏发电系统角度调节方法，其特征在于根据第1个周期内G_1a与G_1b的相对大小和比例关系，对第1周期展开角度计算，将超前时间区和滞后时间区内的发电量调整为相同情况下，计算得到一个角度调节值(由于太阳辐照变化的随机性，将发电量与角度的关系简化为线性比例关系进行计算)；根据该角度调节值和第1周期超前时间区和滞后时间区角度的大小，对第2周期内光伏组件法线方向超前太阳辐照方向的角度进行计算，并得到调节光伏组件应旋转的角度。

3.根据权利要求1所述一种光伏发电系统角度调节方法，其特征在于当第1周期内超前时间区的发电量大于滞后时间区的发电量时(G_1a>G_1b)，

G_1a-ΔG_ab＝G_1b+ΔG_ab

计算调节光伏组件应旋转的角度：

由θ_s2a+θ_s2b＝θ_s2得

所以

应旋转角度为

4.根据权利要求1所述一种光伏发电系统角度调节方法，其特征在于当第1周期内超前时间区的发电量小于滞后时间区的发电量时(G_1a<G_1b)，

G_1a+ΔG_ba＝G_1b-ΔG_ba

计算调节光伏组件应旋转的角度：

由θ_s2a+θ_s2b＝θ_s2得

所以

应旋转角度为

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