CN117452977B - 风光发电机的跟踪驱动器的控制方法及风光发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风光发电技术领域，尤其涉及一种风光发电机的跟踪驱动器的控制方法及风光发电机，包括如下步骤：通过控制器识别当前风速，当该当前风速大于设定风速时，关闭偏航磁阻电机，风光发电机通过风力发电，当该当前风速小于设定风速时，开启偏航磁阻电机；通过控制器识别当前时间，进而控制器根据当前时间发送给偏航磁阻电机调控指令；偏航磁阻电机根据调控指令调控转子的初始位置，调节对应光伏阵列的跟踪校准区的起始位置，调节光伏阵列的步距角；控制器控制偏航磁阻电机和机械摩擦副工作，以控制光伏阵列旋转，光伏阵列通过光能发电。本发明一种风光发电机的跟踪驱动器的控制方法，提高了跟踪驱动器的自动调节效果，提高了发电效率。

Description

风光发电机的跟踪驱动器的控制方法及风光发电机

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种风光发电机的跟踪驱动器的控制方法及风光发电机。

背景技术

传统的光伏发电和风力发电装置分别安装在不同机座上，各自独立控制发电运行，且风光发电机一般只能根据人力操作更改风力发电或者光伏发电，风光发电机无法根据环境的变化进行自动调节，风光发电机在切换两种发电模式时，光伏阵列的位置也只能人为的进行调节，光伏阵列的调节效率较低，风光发电机的发电效率较低。

发明内容

本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种风光发电机的跟踪驱动器的控制方法，提高了跟踪驱动器的自动调节效果，提高了发电效率。

本发明提供一种风光发电机的跟踪驱动器的控制方法，所述跟踪驱动器包括偏航磁阻电机、机械摩擦副以及控制器，偏航磁阻电机具有转子和定子，包括如下步骤：

通过所述控制器识别当前风速，当所述当前风速大于设定风速时，关闭所述偏航磁阻电机，所述风光发电机驱动风力机进行风力发电，当所述当前风速小于所述设定风速时，所述跟踪驱动器开启所述偏航磁阻电机；

通过所述控制器识别当前时间，进而所述控制器根据所述当前时间发送给所述偏航磁阻电机调控指令；

所述偏航磁阻电机根据所述调控指令调控所述转子的初始位置，调节对应光伏阵列的跟踪校准区的起始位置，调节所述光伏阵列的步距角；

所述控制器控制所述偏航磁阻电机和所述机械摩擦副工作，以控制所述光伏阵列旋转，所述光伏阵列通过光能发电。

本发明风光发电机的跟踪驱动器的控制方法的进一步改进在于，所述定子上缠绕有线圈绕组，

基于所述偏航磁阻电机根据所述调控指令调控所述转子的初始位置时，

将其中一个所述定子的线圈绕组对应的磁极中心线的位置作为定位点，进而按照设定方向依次逐一接通线圈绕组的电源，且当下一个线圈绕组接通电源时上一个线圈绕组的电源断开，

当所述定子的线圈绕组接通电源后，测量所述线圈绕组的电感并观测所述转子，当所述转子发生转动，即断开对应线圈绕组的电源，根据所述电感确定转子的当前位置；

根据所述转子的当前位置调控所述转子转动至起始位置。

本发明风光发电机的跟踪驱动器的控制方法的进一步改进在于，还包括：

基于根据所述电感确定转子的位置时，

比对每一所述线圈绕组的电感，确定对应电感的最大值的线圈绕组，识别对应所述电感的最大值的线圈绕组与对应定位点线圈绕组的夹角，以确定转子的位置。

本发明风光发电机的跟踪驱动器的控制方法的进一步改进在于，基于接通下一线圈绕组的电源前，将对应所述定位点的定子调整至线圈绕组的磁极中心线与午时光线呈90°处。

本发明风光发电机的跟踪驱动器的控制方法的进一步改进在于，

基于调节对应所述光伏阵列的跟踪校准区的起始位置时，

确定所述偏航磁阻电机的步进角，其中，/>表示步进角，/>表示定子相数，/>表示转子极数，所述偏航磁阻电机的定子极数/>、转子极数/>以及定子相数/>之间的关系为/>，且/>；

沿同一旋转方向驱动所述偏航磁阻电机旋转且所述偏航磁阻电机每次旋转一个所述步进角，在所述偏航磁阻电机旋转过程中记录所述光伏阵列的开路电压，并判断所述开路电压的最大值，所述开路电压的最大值对应的所述偏航磁阻电机旋转的角度位置作为起始位置。

本发明风光发电机的跟踪驱动器的控制方法的进一步改进在于，所述偏航磁阻电机具有机械阻尼，

基于所述光伏阵列的跟踪校准区的起始位置后，

所述控制器识别当前风速，所述控制器根据所述当前风速和机械阻尼，控制所述机械摩擦副提供电磁阻尼或者所述偏航磁阻电机断电设定时间；

所述偏航磁阻电机沿设定方向依次按照一个步进角的角度范围旋转，并测所述光伏阵列对应一个所述步进角的范围内的发电量最大值位置，

判断对应所述发电量最大值的光伏阵列位置是否对应二分之一步进角的位置，

如果判断结果为否，则所述光伏阵列按照每分钟转动0.25°进行调节，使得每一次所述光伏阵列旋转二分之一步进角时的发电量为一个步进角内的发电量最大值。

本发明风光发电机的跟踪驱动器的控制方法的进一步改进在于，所述设定风速为大于或等于，所述偏航磁阻电机基于机械阻尼提供电磁阻尼，所述偏航磁阻电机和所述光伏阵列之间设置有光伏支架和导流板，

基于所述光伏阵列通过风力发电时，

当≤/>时，关闭所述偏航磁阻电机，其中Mj表示机械阻尼力矩，Me表示电磁阻尼力矩，Mw表示导流板产生的偏航转矩。

本发明风光发电机的跟踪驱动器的控制方法的进一步改进在于，基于通过所述控制器识别当前风速前，

所述偏航磁阻电机驱动所述光伏阵列旋转，所述控制器识别所述光伏阵列与光线的对应情况，当所述控制器识别到所述光伏阵列未对应到光线时，判定为阴天或夜间，则所述控制器控制所述风光发电机通过风力发电。

一种风光发电机，用以执行如上所述的控制方法，包括：

旋转固定机构，所述旋转固定机构固定于地面，所述跟踪驱动器固定于所述旋转固定机构的顶部；

支架，所述支架驱动连接于所述跟踪驱动器；

导流板，所述导流板固定连接于所述支架的顶端且位于水平面内；

光伏支架底座，所述光伏支架底座固定于所述导流板的顶部，所述光伏支架底座的顶面呈倾斜的斜面；

光伏阵列，所述光伏阵列安装于所述斜面；

风力机，所述风力机设置于所述支架和所述导流板之间。

本发明风光发电机能够根据时间自动调节光伏阵列与阳光的角度，提高光伏阵列的发电效率，同时能够自动控制调节偏航磁阻电机的转子和定子的相对位置，使得光能和电能达到最大转化率，提高了对光能的利用效率，通过识别风速，能够自动根据环境切换发电模式，避免风力较大时破坏跟踪驱动器和光伏阵列，提高了跟踪驱动器和光伏阵列的使用寿命。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明风光发电机的示意图一。

图2是本发明风光发电机的示意图二。

图3是图1中H-H处的剖视图。

图4是跟踪驱动器调节跟踪校准区的示意图。

附图标记：

1、旋转固定机构；2、跟踪驱动器；21、定子；22、线圈绕组；23、转子；24、控制器；25、上位机；3、法兰盘；4、支架；5、导流板；6、光伏支架底座；7、光伏阵列；8、风力机；9、风力发电机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1和图2描述本发明的一种风光发电机的跟踪驱动器的控制方法，跟踪驱动器2包括偏航磁阻电机、机械摩擦副以及控制器24，偏航磁阻电机具有转子23和定子21，跟踪驱动器2用以驱动光伏阵列7旋转，包括如下步骤：

通过控制器24识别当前风速，当该当前风速大于设定风速时，关闭偏航磁阻电机，风光发电机通过风力发电，当该当前风速小于设定风速时，开启偏航磁阻电机；

通过控制器24识别当前时间，进而控制器24根据当前时间发送给偏航磁阻电机调控指令；

偏航磁阻电机根据调控指令调控转子的初始位置，调节对应光伏阵列7的跟踪校准区的起始位置，调节光伏阵列7的步距角；

控制器24控制偏航磁阻电机和机械摩擦副工作，以控制光伏阵列7旋转，光伏阵列7通过光能发电。

本发明风光发电机的跟踪驱动器的控制方法的一种较佳实施案例中，定子21上缠绕有线圈绕组22，

基于偏航磁阻电机根据调控指令调控转子的初始位置时，

将其中一个定子21的线圈绕组对应的磁极中心线的位置作为定位点，进而按照设定方向依次逐一接通线圈绕组的电源，且当下一个线圈绕组接通电源时上一个线圈绕组的电源断开，

当定子21的线圈绕组接通电源后，测量线圈绕组的电感并观测转子，当转子发生转动，即断开对应线圈绕组的电源，根据电感确定转子的当前位置；

根据转子的当前位置调控转子转动至起始位置。

进一步地，还包括：

基于根据电感确定转子23的位置时，

比对每一线圈绕组的电感，确定对应电感的最大值的线圈绕组，识别对应电感的最大值的线圈绕组与对应定位点线圈绕组的夹角，以确定转子的位置。

进一步地，基于接通下一线圈绕组的电源前，将对应定位点的定子21调整至线圈绕组的磁极中心线与午时光线呈90°处。

进一步地，

基于调节对应光伏阵列7的跟踪校准区的起始位置时，

确定偏航磁阻电机的步进角，其中，/>表示步进角，/>表示定子相数，/>表示转子极数，偏航磁阻电机的定子极数/>、转子极数/>以及定子相数/>之间的关系为/>，且/>；

沿同一旋转方向驱动偏航磁阻电机旋转且偏航磁阻电机每次旋转一个步进角，在偏航磁阻电机旋转过程中记录光伏阵列7的开路电压，并判断开路电压的最大值，开路电压的最大值对应的偏航磁阻电机旋转的角度位置作为起始位置。

较佳地，如图3所示，定子相数有12相，分别为A₁、A₂、B₁、B₂、C₁、C₂、D₁、D₂、E₁、E₂、F₁、F₂。

较佳地，如表1所示，不同的偏航磁阻电机具有不同的步进角，使用人员可以根据偏航磁阻电机具体地步进角数值调节偏航磁阻电机的起始位置。

表1偏航磁阻电机的步进角

较佳地，该方法使得旋转式风光发电机能够自调节到指定的最佳发电状态，提高了风光发电机的发电率。

进一步地，如图4所示，偏航磁阻电机具有机械阻尼，

基于光伏阵列7的跟踪校准区的起始位置后，

控制器24识别当前风速，控制器24根据当前风速和机械阻尼，控制偏航磁阻电机提供电磁阻尼或者偏航磁阻电机断电设定时间；

偏航磁阻电机沿设定方向依次按照一个步进角的角度范围旋转，并测光伏阵列7对应一个步进角的范围内的发电量最大值位置，

判断对应发电量最大值的光伏阵列7位置是否对应二分之一步进角的位置，

如果判断结果为否，则光伏阵列7按照每分钟转动0.25°进行调节，使得每一次光伏阵列7旋转二分之一步进角时的发电量为一个步进角内的发电量最大值。

较佳地，如图4所示，G1为跟踪校准区，G2为偏航磁阻电机旋转至120°150°时的跟踪区，在对应步进角为6°的偏航磁阻电机中，跟踪校准区约为15°，其中折线的峰值位置为光伏跟踪驱动器2的供电区间，谷值位置为光伏跟踪驱动器2提供电磁阻尼的位置。

进一步地，如图1和图2所示，设定风速为大于或等于，偏航磁阻电机基于机械阻尼提供电磁阻尼，偏航磁阻电机和光伏阵列7之间设置有光伏支架和导流板，

基于光伏阵列7通过风力发电时，

当≤/>时，其中Mj表示机械阻尼力矩，Me表示电磁阻尼力矩，Mw表示导流板产生的偏航转矩，关闭偏航磁阻电机。

进一步地，基于通过控制器24识别当前风速前，

偏航磁阻电机驱动光伏阵列7旋转，控制器24识别光伏阵列7与光线的对应情况，当控制器24识别到光伏阵列7未对应到光线时，判定为阴天或夜间，则控制器24控制风光发电机通过风力发电。

较佳地，光伏阵列7遇到强风时,如风速为,导流板在风力作用下会朝风阻最小方向偏转，其导流板受力大小为：

其中表示导流板所受到的阻力，/>表示空气密度，/>表示风的速度，/>表示导流板的阻力系数。/>表示导流板面积，/>表示风与导流板迎风面的夹角。

如图所示，当风吹过导流板时，导流板会产生偏转力矩，趋向于风阻最小，偏转力矩大小为：=/>

风光发电机除了预置机械阻尼外，还通过偏航磁阻电机提供电磁阻尼，在某相磁阻最小位置，通过控制该相绕组电流，就可控制使电机保持静止态的阻尼力矩，

静止态阻尼力矩大小为：

可知，通过控制相电流就可以控制静止态力矩。

当风速过高时，如设定其中某个值为过高风速，通过上述两个表达式，可计算获得/>和/>，当/>时，可释放电磁阻尼，使光伏阵列7处于自由偏航状态，风阻最小，避免被风吹坏。

一种风光发电机，如图1和图2所示，用以执行如上的控制方法，包括：

旋转固定机构1，旋转固定机构1固定于地面，跟踪驱动器2固定于旋转固定机构1的顶部；

支架4，支架4驱动连接于跟踪驱动器2；

导流板5，导流板5固定连接于支架4的顶端且位于水平面内；

光伏支架底座6，光伏支架底座6固定于导流板5的顶部，光伏支架底座6的顶面呈倾斜的斜面；

光伏阵列7，光伏阵列7安装于斜面；

风力发电机9，风力发电机9设置于支架4和导流板5之间。

较佳地，支架4和跟踪驱动器2之间通过法兰盘3连接。

进一步地，跟踪驱动器2还设置有上位机25，控制器24和上位机25连接。

本发明风光发电机能够根据时间自动调节光伏阵列与阳光的角度，提高光伏阵列的发电效率，同时能够自动控制调节偏航磁阻电机的转子和定子21的相对位置，使得光能和电能达到最大转化率，提高了对光能的利用效率，通过识别风速，能够自动根据环境切换发电模式，避免风力较大时破坏跟踪驱动器和光伏阵列，提高了跟踪驱动器和光伏阵列的使用寿命。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种风光发电机的跟踪驱动器的控制方法，其特征在于，所述跟踪驱动器包括偏航磁阻电机、机械摩擦副以及控制器，偏航磁阻电机具有转子和定子，所述定子上缠绕有线圈绕组，所述偏航磁阻电机具有机械阻尼，包括如下步骤：

所述偏航磁阻电机驱动光伏阵列旋转，所述控制器识别所述光伏阵列与光线的对应情况，当所述控制器识别到所述光伏阵列未对应到光线时，判定为阴天或夜间，则所述控制器控制所述风光发电机通过风力发电；

通过所述控制器识别当前风速，当所述当前风速大于设定风速时，关闭所述偏航磁阻电机，所述风光发电机控制风力机进行风力发电，当所述当前风速小于所述设定风速时，所述跟踪驱动器开启所述偏航磁阻电机；

所述设定风速为大于或等于，所述偏航磁阻电机基于机械阻尼提供电磁阻尼，所述偏航磁阻电机和所述光伏阵列之间设置有光伏支架和导流板，

基于所述风光发电机通过风力发电时，

当≤/>时，关闭所述偏航磁阻电机，其中Mj表示机械阻尼力矩，Me表示电磁阻尼力矩，Mw表示导流板产生的偏航转矩；

风光发电机的导流板在自然状态下受力大小为：

其中表示导流板所受到的阻力，/>表示空气密度，/>表示风的速度，/>表示导流板的阻力系数，/>表示导流板面积，/>表示风与导流板迎风面的夹角；

当风吹过导流板时，导流板会产生偏转力矩，趋向于风阻最小，偏转力矩大小为：

=/>

其中，表示导流板的偏转力矩；

风光发电机中具有预置机械阻尼以及偏航磁阻电机提供的电磁阻尼，偏航磁阻电机保持静止态的阻尼力矩大小为：

其中，表示偏航磁阻电机保持静止态的阻尼力矩；

当风速超过设定风速值时，计算获得和/>，当/>时，所述跟踪驱动器控制所述偏航磁阻电机释放电磁阻尼；

通过所述控制器识别当前时间，进而所述控制器根据所述当前时间发送给所述偏航磁阻电机调控指令；

所述偏航磁阻电机根据所述调控指令调控所述转子的初始位置，调节对应光伏阵列的跟踪校准区的起始位置，调节所述光伏阵列的步距角；所述控制器控制所述偏航磁阻电机和所述机械摩擦副工作，以控制所述光伏阵列旋转，所述光伏阵列通过光能发电；

基于所述偏航磁阻电机根据所述调控指令调控所述转子的初始位置时，

将其中一个所述定子的线圈绕组对应的磁极中心线的位置作为定位点，进而按照设定方向依次逐一接通线圈绕组的电源，且当下一个线圈绕组接通电源时上一个线圈绕组的电源断开，

当所述定子的线圈绕组接通电源后，测量所述线圈绕组的电感并观测所述转子，当所述转子发生转动，即断开对应线圈绕组的电源，根据所述电感确定转子的当前位置；

根据所述转子的当前位置调控所述转子转动至起始位置；

基于根据所述电感确定转子的位置时，

比对每一所述线圈绕组的电感，确定对应电感的最大值的线圈绕组，识别对应所述电感的最大值的线圈绕组与对应定位点线圈绕组的夹角，以确定转子的位置；

基于接通下一线圈绕组的电源前，将对应所述定位点的定子调整至线圈绕组的磁极中心线与午时光线呈90°处；

基于调节对应所述光伏阵列的跟踪校准区的起始位置时，

确定所述偏航磁阻电机的步进角，其中，/>表示步进角，/>表示定子相数，/>表示转子极数，所述偏航磁阻电机的定子极数/>、转子极数/>以及定子相数/>之间的关系为/>，且/>；

沿同一旋转方向驱动所述偏航磁阻电机旋转且所述偏航磁阻电机每次旋转一个所述步进角，在所述偏航磁阻电机旋转过程中记录所述光伏阵列的开路电压，并判断所述开路电压的最大值，所述开路电压的最大值对应的所述偏航磁阻电机旋转的角度位置作为起始位置；

所述控制器识别当前风速，所述控制器根据所述当前风速和机械阻尼，控制所述偏航磁阻电机提供电磁阻尼或者所述偏航磁阻电机断电设定时间；

所述偏航磁阻电机沿设定方向依次按照一个步进角的角度范围旋转，并测所述光伏阵列对应一个所述步进角的范围内的发电量最大值位置，

判断对应所述发电量最大值的光伏阵列位置是否对应二分之一步进角的位置，

如果判断结果为否，则所述光伏阵列按照每分钟转动0.25°进行调节，使得每一次所述光伏阵列旋转二分之一步进角时的发电量为一个步进角内的发电量最大值。