一种双轴交替式余量型变频逐日追踪方法技术

一种双轴交替式余量型变频逐日追踪方法，步骤是：1)通过查阅观测点所在经纬度、时区、时间，利用高精度的太阳位置计算方法确定观测点当地一天太阳的高度角h和方位角A；2)对追踪偏差效果测试条件下的光伏组件仿真光伏输出功率与偏差角的几何关系，以此确定追踪装置的容许偏差角β；3)根据香农采样定理，采样入射误差角φ即光线与光伏组件法线的夹角。当

A day by day tracking method of two axis alternating residual frequency conversion

【技术实现步骤摘要】
一种双轴交替式余量型变频逐日追踪方法
本专利技术属于太阳能光伏发电
，涉及一种双轴追踪装置逐日追踪的方法，尤其涉及交替式余量型变频率追踪的方法。
技术介绍
太阳能作为一种可再生的清洁能源具有其它能源无法比拟的优势，利用光伏技术发电已成为能源利用的潮流。在光伏发电系统中的追踪控制系统中，根据对太阳的跟踪方式不同，一般分为实时追踪、固定步长追踪与变频率追踪。考虑到实时追踪导致机械损耗极高且变频追踪算法不成熟的问题，目前较为常见的跟踪方式为固定步长追踪。但在设置步长大小时，步长过大将导致精度不够，步长过小将导致能耗浪费。再者，对于以容许偏差角β为控制量的双轴变频追踪中，大多为高度角与方位角的同步式跟踪，追踪能耗随各方向电机运动次数同步增加。因此，本专利技术提出了一种双轴交替式余量型变频率追踪方法。仿真结果发现，本专利技术的追踪方法相较于固定步长追踪运动次数下降12.5％，比传统变频率运动次数下降21.25％。由计算可知，实时追踪方法的能耗为本专利技术追踪方法的能耗的近20倍。由此可见本专利技术方法既能准确追踪，也能降低损耗，达到“节能、高效”的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有光伏发电量低、机械损耗大的缺点，提供一种双轴交替式余量型变频逐日追踪方法。该方法以视日运动轨迹模型为基础，太阳光线与光伏组件平面法线的夹角为被控量，容许偏差角β为衡量条件，通过判断各方向电机减小偏差效果，在留有一定余量的情况下使方向电机交替式运动。该方法不仅保证了采光量，还有效降低了追踪系统频率，从而使净发电量达到较高的值。为达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种双轴交替式余量型变频逐日追踪方法，包括以下步骤：(1)通过查阅观测点所在经纬度、时区、时间，利用高精度的太阳位置计算方法确定观测点当地一天太阳的高度角h和方位角A；(2)对追踪偏差效果测试条件下的光伏组件仿真光伏输出功率与偏差角的几何关系，以此确定追踪装置的容许偏差角β；(3)根据香农采样定理，采样入射误差角即光线与光伏组件法线的夹角。当时确定追踪装置此刻的追踪位置；(4)在电机等待动作时，预测两种减小偏差的效果，一是高度角电机不变方位角电机变化，二是高度角电机变化方位角电机不变，确定其中一方向电机的运动；(5)采用超前—滞后的方法进行逐日追踪。进一步优选，所述步骤(1)的具体过程为：首先通过时角坐标系向地平坐标系转换的方法求得太阳高度角h与太阳方位角A关于太阳赤纬角δ和太阳时角ω的表达式；其次查阅观测点所在经纬度、时区、时间信息；然后利用高精度方法计算太阳赤纬角δ和太阳时角ω；从而得到一种高精度的太阳位置。进一步优选，所述步骤(2)的具体过程为：选取某光伏组件在不同偏差角下的最大功率输出，通过归一化处理后得到偏差角与输出功率比的测试数据，进行曲线拟合，得到输出功率比不低于90％的极限偏差角为所述的容许偏差角β。进一步优选，在所述步骤(3)中，所述的香农采样定理，选取的极限采样频率需大于两倍的当日太阳运动最大变化速率下的最小采样频率，从而保证不失真；判断入射误差角与容许偏差角β的几何关系，当时，各方向电机均处于等待状态，当时，需确定该追踪装置的位置为基准点，并预测下一周期内各方向电机减小偏差的效果。进一步优选，在所述步骤(4)中，所述的预测各方向电机减小偏差的效果，确定其中一方向电机运动包括以下步骤：(4-1)设当前跟踪器法线所指太阳高度角与方位角分别为hn(t0)和An(t0)，下一周期开始时太阳高度角与方位角为hl(t0+ts)和Al(t0+ts)；当高度角电机变化，方位角电机不变，即hn(t0+ts)＝hl(t0+ts)，An(t0+ts)＝Al(t0)，计算偏差角R1；当高度角电机不变，方位角电机变化，即hn(t0+ts)＝hl(t0)，An(t0+ts)＝Al(t0+ts)，计算偏差角R2；(4-2)若R1≤R2，则确定水平方向旋转，跳转至步骤(5-1)；若R1>R2，则确定竖直方向旋转，跳转至步骤(5-2)。进一步优选，在所述步骤(5)中，所述的采用超前—滞后的方法逐日跟踪，具体包括以下步骤：(5-1)以时的采样点为基准点，对高度角电机hn继续变化而方位角电机An保持不变的N个周期内太阳光线与光伏组件平面法线的入射误差角度进行迭代计算判断；设P1为第n个采样点时入射误差角，P2为第n+1个采样点时入射误差角；当|P1|≤β,|P2|≤β时，各电机均保持不动作，直到|P1|≤β,|P2|>β时，执行高度角电机至入射误差角为P1时光伏组件平面法线所指向的高度角与方位角的位置；其中n＝2,3,4…n,n+1…N；(5-2)以时的采样点为基准点，对高度角电机hn保持不变而方位角电机An继续变化的N个周期内太阳光线与光伏组件平面法线的入射误差角度进行迭代计算判断；设Q1为第n个采样点时入射误差角，Q2为第n+1个采样点时入射误差角；当|Q1|≤β,|Q2|≤β时，各电机均保持不动作，直到|Q1|≤β,|Q2|>β时，执行方位角电机至入射误差角为Q1时光伏组件平面法线所指向的高度角与方位角的位置；其中n＝2,3,4…n,n+1…N；(5-3)运动结束后，跳转至步骤(3)。与现有技术相比，本专利技术包括以下优点和有益效果：1.本专利技术采用了以容许偏差角为衡量条件的跟踪，相比较于传统以固定步长为衡量条件的追踪，追踪的根本依据发生了主要变化。该方法使得光伏组件在保证了输出功率的条件下对太阳进行了有效跟踪。2.本专利技术在双轴追踪装置追踪时通过条件选择，只需某一方向电机的运动即可达到减小误差的目的，这样大大降低机械运动磨损。在观测日仿真结果中，同步式变频率追踪高度角电机和方位角电机各追踪40次，而利用本专利技术方法方位角电机仅运动23次。利用某一算例计算机械损耗，同步式追踪的能耗是交替式追踪能耗的1.27倍。3.本专利技术采用超前—滞后跟踪，在留有一个容许偏差角余量下使追踪装置在等待的过程中经历入射误差角由大变小再变大的过程。通过光能函数F＝Psint+P0可知，该追踪方式即可以使电机运动更接近视日运动轨迹，接受到更多太阳辐射能量。附图说明图1是本专利技术一种双轴交替式余量型变频逐日追踪方法的一种实施例的逐日追踪流程图。其中图1a为主流程图，图1b为确定某一方向电机运动的选择流程图，图1c为在进行逐日追踪的流程图。图2是本专利技术一实施例选取的某光伏组件在不同误差角度下最大输出功率比的测试数据拟合曲线图。图3是本专利技术一实施例求取太阳高度角、方位角的地平坐标系与时角坐标系转换示意图。图4是本专利技术一实施例在2018年6月21日(夏至日)10:30—12:30之间光伏组件对太阳的追踪仿真图。其中图4a为光伏组件对高度角追踪，图4b为光伏组件对方位角追踪。图5所示是本专利技术一实施例在2018年6月21日(夏至日)11:00—12:00之间光伏组件的高度角电机与方位角电机具体追踪角度变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双轴交替式余量型变频逐日追踪方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)通过查阅观测点所在经纬度、时区、时间，利用高精度的太阳位置计算方法确定观测点当地一天太阳的高度角h和方位角A；/n(2)对追踪偏差效果测试条件下的光伏组件仿真光伏输出功率与偏差角的几何关系，以此确定追踪装置的容许偏差角β；/n(3)根据香农采样定理，采样入射误差角

【技术特征摘要】
1.一种双轴交替式余量型变频逐日追踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过查阅观测点所在经纬度、时区、时间，利用高精度的太阳位置计算方法确定观测点当地一天太阳的高度角h和方位角A；
(2)对追踪偏差效果测试条件下的光伏组件仿真光伏输出功率与偏差角的几何关系，以此确定追踪装置的容许偏差角β；
(3)根据香农采样定理，采样入射误差角即光线与光伏组件法线的夹角；当时确定追踪装置此刻的追踪位置；
(4)在电机等待动作时，预测两种减小偏差的效果，一是高度角电机不变方位角电机变化，二是高度角电机变化方位角电机不变，确定其中一方向电机的运动；
(5)采用超前—滞后的方法进行逐日追踪。


2.根据权利要求1所述的一种双轴交替式余量型变频逐日追踪方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体过程为：
首先通过时角坐标系向地平坐标系转换的方法求得太阳高度角h与太阳方位角A关于太阳赤纬角δ和太阳时角ω的表达式；其次查阅观测点所在经纬度、时区、时间信息；然后利用高精度方法计算太阳赤纬角δ和太阳时角ω；从而得到一种高精度的太阳位置。


3.根据权利要求1所述的一种双轴交替式余量型变频逐日追踪方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体过程为：
选取某光伏组件在不同偏差角下的最大功率输出，通过归一化处理后得到偏差角与输出功率比的测试数据，进行曲线拟合，得到输出功率比不低于90％的极限偏差角为所述的容许偏差角β。


4.根据权利要求1所述的一种双轴交替式余量型变频逐日追踪方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，所述的香农采样定理，选取的极限采样频率需大于两倍的当日太阳运动最大变化速率下的最小采样频率，从而保证不失真；判断入射误差角与容许偏差角β的几何关系，当时，各方向电机均处于等待状态，当时，需确定该追踪装置的位置为基准点，并预测下一周期内各方向电机减小偏差的效果。


5.根据权利要求1所述的一种双轴交替式余量型变频逐日追踪方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜文刚，丁晔，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32