时控型太阳能跟踪支架控制器的最大功率跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种时控型太阳能跟踪支架控制器的最大功率跟踪控制方法，在以天文算法为基础的太阳轨迹的基础上，即在时控的基础上，做最大功率搜索，找出最大功率点，并记录最大功率点位置与时控位置的偏差量，作为时控轨迹的校准量，经过校准量修正的时控轨迹即可使太阳能跟踪支架始终运行在最大功率位置。本发明专利技术能很好地满足高倍聚光的跟踪要求，实现高精度的跟踪目的，从而使支架可以非常精准地跟踪太阳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能跟踪控制的
，尤其是指一种基于最优控制的时控型太阳能跟踪支架控制器的最大功率跟踪控制方法。
技术介绍
高倍聚光太阳能发电系统是由发电模组、跟踪支架、逆变升压及通讯监控等部分组成，具有发电效率高、生产污染小、土地利用率高等优点，越来越受到人们的关注。双轴跟踪支架由立柱、网架、水平及俯仰方向的转动机构、控制器组成。高倍聚光模组安装于网架上，太阳位置分解为水平和俯仰两个角度，水平及俯仰转动机构在跟踪控制器的控制和驱动下带动高倍聚光模组在水平方向及俯仰方向上转动到太阳的位置并对准，太阳运动支架也跟随其运动并始终保持正对，使太阳光垂直照射在模组面上。高倍聚光太阳能的特点要求跟踪支架跟踪太阳须非常精准。目前，跟踪支架的控制方式有时控、光控两种方式。时控是按照支架所在的地理位置和时间按照天文算法计算出太阳位置并跟踪；光控通过光传感器感知太阳位置，支架在光传感器的引导下跟踪太阳。时控方式实现简单但受支架安装误差影响即使太阳位置计算准确也会存在跟踪误差。光控方式在日光比较好的情况下跟踪精确，但易受云层影响存在跟踪盲区。这两种方法都不能很好地满足高倍聚光的跟踪要求。最优控制理论是现代控制理论的核心，在许多情况下要求系统的某种性能为最优，这就要求人们对控制问题都必须从最优控制的角度去进行研究和设计。指导思想为：先择一个容许的控制律，使得被控对象按预定要求运行，并使某一性能指标达到最优值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种基于最优控制的时控型太阳能跟踪支架控制器的最大功率跟踪控制方法，能很好地满足高倍聚光的跟踪要求，实现高精度的跟踪目的，从而使支架可以非常精准地跟踪太阳。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：时控型太阳能跟踪支架控制器的最大功率跟踪控制方法，在以天文算法为基础的太阳轨迹的基础上，即在时控的基础上，做最大功率搜索，找出最大功率点，并记录最大功率点位置与时控位置的偏差量，作为时控轨迹的校准量，经过校准量修正的时控轨迹即可使太阳能跟踪支架始终运行在最大功率位置，其具体情况如下：太阳能跟踪支架总电流通过霍尔电流传感器转化成控制器可测量的电压信号输入到控制器的模拟量端口，然后平衡校准精度与校准次数，使控制器每到设定时间内做一次最大功率搜索，并把偏移量存储下来，根据跟踪需求，一天要存储相应数量的校准点，每个校准点包含高度和方位两个变量；而在进行最大功率搜索时，是采用优化的十字形搜索方法：先向一个方向运行太阳能跟踪支架，同时控制器对电流采样每秒进行多次，如果电流变大则记下最大电流和支架角度及时间，并随着支架运动更新迭代，直到四个方向都搜索完毕，太阳能跟踪支架运动到最大功率点处为止，此时记录下该点与天文算法太阳位置的偏差，作为校准量；其中，上述十字形搜索方法的优化点是：若控制器在一个方向上取得的采样电流连续变小，达到设定次数，则结束在该方向上的搜索，以达到快速搜索的目的。所述迭代计算如下：Xk+1＝Xk+dk式中，k为当前迭代次数，Xk为当前校准量，dk为偏差量，Xk+1为下一次的校准量；在第K次迭代时，从已知点出发，沿给定方向求最优。所述变量为带符号短整型数据，使用单片机内部EEPROM即可实现存储，不需要外加存储器。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：1、本专利技术方法实质上是一种时控加最大功率校准(即功时结合)的控制方式，在时控的基础上，通过对最大功率校准(操作相对简单)，可有效解决完全靠时控跟踪精度不够(主要由安装误差导致，这是无可避免的问题)的问题，实现高精度跟踪，对发电量有较显著的提升。2、采用本专利技术方法节省了安装光感的成本，节省了调试光感的成本，而无光感也不需要清洗维护，从而有利于降低生产成本。3、由于可以提高每一台光电设备的发电效率，对大型的光伏电站、光热系统可很大程度提高太阳能利用效率，为生产生活提供跟多更稳定的清洁能源。附图说明图1为优化的十字形搜索方法流程图。图2为33号测试支架最大功率校准运行的功率曲线图。图3为33号测试支架最大功率点校准修正后正常运行的功率曲线图。图4为2号绿源支架功率曲线图。图5为34号测试支架4.6日功率曲线图(当日发电量：86.7度)。图6为15号测试支架4.6日功率曲线图(当日发电量：88度)。图7为有云情况下最大功率电控校准功率曲线图。图8为青海明阳基地3#(功时结合)、4#(光时结合)支架发电量对比图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明。本实施例所述的时控型太阳能跟踪支架控制器的最大功率跟踪控制方法，其基本思路是：以高精度天文算法为基础的太阳轨迹的基础上(即在时控的基础上)，做最大功率搜索，找出最大功率点，并记录最大功率点位置与时控位置的偏差量，作为时控轨迹的校准量，经过校准量修正的时控轨迹即可使太阳能跟踪支架始终运行在最大功率位置。其具体情况如下：太阳能跟踪支架总电流通过霍尔电流传感器转化成控制器可测量的电压信号输入到控制器的模拟量端口。平衡校准精度与校准次数，控制器每10分钟(10分钟是对校准精度与校准次数的平衡选择)做一次最大功率搜索，并把偏移量存储下来，一天最多可存储20个小时120个校准点，可满足跟踪需要。每个校准点包含高度和方位两个变量，每个变量为2字节的带符号短整型数据，即每个时间点存储字节共4个字节，120个校准点共480个字节。使用单片机内部EEPROM即可实现存储，不需要外加存储器，节约成本。在进行最大功率搜索时，以最优控制为理论指导，以扰动观测法为实现手段，如图1所示，采用优化的十字形搜索方法：先向一个方向运行太阳能跟踪支架，同时控制器对电流采样每秒5次，如果电流变大则记下最大电流和支架角度及时间，并随着支架运动更新迭代，直到四个方向都搜索完毕，太阳能跟踪支架运动到最大功率点处为止，此时记录下该点与天文算法太阳位置的偏差，作为校准量。其中，上述十字形搜索方法的优化点是：若控制器在一个方向上连续10次电流变小，则结束在该方向上的搜索，以达到快速搜索的目的。采用数学规划法求最大功率的迭代计算如下：Xk+1＝Xk+dk式中，k为当前迭代次数，Xk为当前校准量，dk为偏差量，Xk+1为下一次的校准量；在第K次迭代时，从已知点出发，沿给定方向求最优。参见图2至图4所示曲线，通过分析太阳能跟踪支架的功率曲线，说明调试的过程和跟踪效果：绿源2号在发电量方面属于比较好的一台(实际与理论发电量的比值大于1)，具有参考性。通过功率曲线可以看到，最大功率搜索过程毛刺小，对发电干扰少，电量损失也少。正常跟踪后功率曲线平滑，与带光感的绿源支架功率曲线一致。考虑到33号支架有两块模组需要调整，功率值比2号绿源支架略低属于正常。通常太阳能跟踪支架在做MPPT搜索时会产生发电量损失，以现实当时2.1日为例：在做MPPT搜索时功率下降平均为0.4KW，MPPT的时间小于60秒，则一次MPPT带来的发电量损失为0.4KW*60S/2/3600＝0.0033KWH。假设每天最多做12个小时的最大功率追踪每小时6次，则最大的发电量损失为0.0033*12*6＝0.24KWH。参见图5和图6所示曲线，通过图5、图6比较看到：34号支架在最大功率搜索+时控的方式控制下，所发电为86.7度，15号本文档来自技高网...

【技术保护点】
时控型太阳能跟踪支架控制器的最大功率跟踪控制方法，其特征在于：在以天文算法为基础的太阳轨迹的基础上，即在时控的基础上，做最大功率搜索，找出最大功率点，并记录最大功率点位置与时控位置的偏差量，作为时控轨迹的校准量，经过校准量修正的时控轨迹即可使太阳能跟踪支架始终运行在最大功率位置，其具体情况如下：太阳能跟踪支架总电流通过霍尔电流传感器转化成控制器可测量的电压信号输入到控制器的模拟量端口，然后平衡校准精度与校准次数，使控制器每到设定时间内做一次最大功率搜索，并把偏移量存储下来，根据跟踪需求，一天要存储相应数量的校准点，每个校准点包含高度和方位两个变量；而在进行最大功率搜索时，是采用优化的十字形搜索方法：先向一个方向运行太阳能跟踪支架，同时控制器对电流采样每秒进行多次，如果电流变大则记下最大电流和支架角度及时间，并随着支架运动更新迭代，直到四个方向都搜索完毕，太阳能跟踪支架运动到最大功率点处为止，此时记录下该点与天文算法太阳位置的偏差，作为校准量；其中，上述十字形搜索方法的优化点是：若控制器在一个方向上取得的采样电流连续变小，达到设定次数，则结束在该方向上的搜索，以达到快速搜索的目的。

【技术特征摘要】
1.时控型太阳能跟踪支架控制器的最大功率跟踪控制方法，其特征在于：在以天文算法为基础的太阳轨迹的基础上，即在时控的基础上，做最大功率搜索，找出最大功率点，并记录最大功率点位置与时控位置的偏差量，作为时控轨迹的校准量，经过校准量修正的时控轨迹即可使太阳能跟踪支架始终运行在最大功率位置，其具体情况如下：太阳能跟踪支架总电流通过霍尔电流传感器转化成控制器可测量的电压信号输入到控制器的模拟量端口，然后平衡校准精度与校准次数，使控制器每到设定时间内做一次最大功率搜索，并把偏移量存储下来，根据跟踪需求，一天要存储相应数量的校准点，每个校准点包含高度和方位两个变量；而在进行最大功率搜索时，是采用优化的十字形搜索方法：先向一个方向运行太阳能跟踪支架，同时控制器对电流采样每秒进行多次，如果电流变大则记下最大电流和支架角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王士莹，任飞，
申请(专利权)人：瑞德兴阳新能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44