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专利号: 202310869627X
申请人: 南京师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种光伏发电追光系统的无传感控制方法,其特征在于,将光伏追光控制系统并联安装在太阳能光伏板和双轴追踪支架之间,追光控制系统根据实时采集的光伏发电组件最大功率信号和太阳能光伏板高度角、方位角信号计算出光伏板所需转向的正确角度,从而实现光伏发电无传感追光控制;其中,建立光伏发电无传感追光控制策略的步骤如下:S1、建立光伏板与太阳光线夹角数学模型,用于表征光伏板与太阳光线之间的直接关系;具体为:将光伏板和所处水平面之间的夹角定义为光伏板的高度角β,将光伏板的垂直法线在水平面上的投影与正南纬线之间的夹角定义为光伏板的方向角γn,太阳入射光线与光伏板法线之间的夹角定义为太阳入射角i;OP矢量为经过原点的光伏板的法线,在地平坐标系下,由矢量代数得到向量OP的方向余弦为:其中 分别为向量OP对于x轴、y轴、z轴的方向余弦;

设光伏板上太阳辐射的高度角为α,方位角为γ,则其方向余弦:

其中 分别为太阳辐射对于x轴、y轴、z轴的方向余弦;

由矢量代数运算 得到太阳入射角i为:

cosi=sinβcosαcos(γ‑γn)+cosβcosα;

S2、建立光伏板高度角β、方位角γn与光伏组件最大输出功率Pmppt之间的数学解析方程,利用离散法计算最大输出功率曲线分别针对高度角β和方位角γn的斜率;具体为:在光伏电池直接输出的功率曲线中,经过MPPT计算输出此时刻追光系统的最大输出功率Pmppt,追光系统最大输出功率Pmppt通过有界连续函数数学表示为:Pmppt=f(β,γn),

当光伏板的高度和方位角达到最佳跟踪角度时,即光伏板位于最佳的跟踪位置时,从数学角度出发,有以下条件:其中βT、γnT代表光伏板位于最佳跟踪位置时的高度角、方位角,

即得到最大功率的全微分:

其中Δβ和Δγn分别是高度角和方位角的偏差;在最佳的跟踪位置,即得到最大输出功率的偏差:最大输出功率的两个斜率定义为:

其中M1和M2分别是相对于高度角和方位角的最大输出功率斜率;

S3、建立基于光伏板初始位置的无传感追光控制策略,不断调节光伏板高度角β和方位角γn,满足光伏板法线与太阳入射光夹角最小,使当前时刻的输出功率保持在最大值;具体为:建立基于光伏板初始位置的无传感追光控制策略具体如下:验证当光伏板到达理想的跟踪位置时,最大输出功率斜率M1和M2均变为零,最大输出功率、高度角和方位角的偏差由MPPT控制器计算为离散形式:其中,Pmppt(k‑1)、β(k‑1)、和γn(k‑1)分别是MPPT控制器中模数转换期间最大输出功率、高度角和方位角的第k‑1组数据;Pmppt(k)、β(k)、和γn(k)分别是MPPT控制器中模数转换期间最大输出功率、高度角和方位角的第k组数据;

将定义的斜率M1和M2基于第k组数据表示为:

其中,Pmppt(k+1)、β(k+1)、和γn(k+1)分别是MPPT控制器中模数转换期间最大输出功率、高度角和方位角的第k+1组数据;

无传感追光控制策略的具体追踪流程如下:

A、根据光伏发电所在地理位置选择黎明时的初始高度角和方位角,使光伏板初步转向地平线上黎明时太阳升起的点,在k=1时,高度角和方位角的初始角度分别为β(1)=β1和γn(1)=γn1;与这些初始角度相关联的追光系统最大输出功率Pmppt由MPPT控制器计算为Pmppt=Vmppt(1)Imppt(1),其中Vmppt(1)和Imppt(1)分别为第一次采集的最大功率点电压和电流;

B、追踪光伏板的高度角β,在此角度下获得的光伏电池功率输出曲线经MPPT控制器计算得到追光系统最大功率Pmppt,接着计算斜率M1,对照判定条件增加或减少β,不断迭代调节,得到此时刻下的最佳高度角βT;保存βT为下一步计算方位角γ的设定值,不断重复上述流程B,并通过步进电机调整光伏板方位角和高度角,得到最佳方位角γT,此时太阳入射角为0°,太阳直射光伏板,光伏电池输出最大功率。

2.根据权利要求1所述光伏发电追光系统的无传感控制方法,其特征在于:在步骤S3中,通过调整光伏组件的方位角和高度角,结合MPPT的输出结果,持续地求出追光系统位置变化下的最大功率,通过比较MPPT输出功率斜率M1和M2找到当前时刻下追光系统的最大输出功率,以及最佳的高度角和方位角。

3.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至2中任一项所述方法的步骤。

4.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至2中任一项所述方法的步骤。