一种云运动矢量测量装置及方法与流程

本发明涉及气象监测设备技术领域，具体地说是涉及一种云运动矢量测量装置及方法。

背景技术：

光伏发电输出功率受太阳辐射周期及各种气象因素随机变化的影响，具有明显的周期性、随机性与不确定性特点，导致所发电量不稳定；适时控制并调节光伏发电量在电网中的比例，成为光伏电站并入现有电网的主要难题，这就需要进行光伏发电系统输出功率预测。太阳地面辐照度作为光伏电站输出功率的主要影响因素之一，它的不确定性直接导致光伏发电输出功率的随机性和波动性。云作为影响太阳地面辐照度的主要气象因素，其生消和移动变化是地面辐照度不确定的根本原因之一，因此构建云运动矢量测量系统对光伏发电功率预测与电网调度具有重要意义。但现有技术并无能够准确测量云运动矢量的测量系统。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出一种云运动矢量测量装置及方法，能够测出云运动矢量的速度和方向，为光伏发电系统输出功率预测提供依据，本发明具有硬件结构简单、成本低、所测云运动矢量信息及时准确可靠的特点。

技术方案：本发明提出一种云运动矢量测量装置，包括一个中心光照传感器、多个外层光照传感器和信息处理电路；

所述多个外层光照传感器与中心光照传感器布置在相同光照条件的一个水平平面上；所述多个外层光照传感器均匀布置在一个半圆弧上；所述半圆弧的圆心与中心光照传感器重合；

所述信息处理电路接收外层光照传感器以及中心光照传感器的辐照度信号；

云运动时，云遮挡阳光形成的阴影区域移动经过中心光照传感器及多个外层光照传感器，使中心光照传感器及多个外层光照传感器的辐照度产生变化；所述信息处理电路记录中心光照传感器辐照度变化时刻，以及记录每个外层光照传感器辐照度变化时刻；分别计算每个外层光照传感器辐照度变化时刻与中心光照传感器辐照度变化时刻的时间间隔；

当一个外层光照传感器辐照度变化时刻与中心光照传感器辐照度变化时刻的时间间隔最大时，则如果所述时间间隔最大的外层光照传感器的辐照度变化时刻早于中心光照传感器的辐照度变化时刻，云运动方向是由时间间隔最大的外层光照传感器朝向中心光照传感器；如果时间间隔最大的外层光照传感器的辐照度变化时刻晚于中心光照传感器的辐照度变化时刻，云运动方向是由中心光照传感器朝向时间间隔最大的外层光照传感器；云运动速度v是

v＝r/tmax

r是半圆弧的半径，tmax是时间间隔最大的外层光照传感器辐照度变化时刻与中心光照传感器辐照度变化时刻的时间间隔。

进一步，还包括一个中心信息传输电路和多个外层信息传输电路；所述中心信息传输电路获取中心光照传感器的辐照度信号，并传输至信息处理电路；每个外层信息传输电路对应获取一个外层光照传感器的辐照度信号，并传输至信息处理电路。

进一步，所述中心信息传输电路及多个外层信息传输电路均以微控制器cc2530为控制核心；所述信息处理电路以微控制器stm32f103zet6为控制核心。

一种云运动矢量测量方法，设置一个中心光照传感器、多个外层光照传感器和信息处理电路；

所述多个外层光照传感器与中心光照传感器布置在相同光照条件的一个水平平面上；所述多个外层光照传感器均匀布置在一个半圆弧上；所述半圆弧的圆心与中心光照传感器重合；

所述信息处理电路接收外层光照传感器以及中心光照传感器的辐照度信号；

云运动时，云遮挡阳光形成的阴影区域移动经过中心光照传感器及多个外层光照传感器，使中心光照传感器及多个外层光照传感器的辐照度产生变化；所述信息处理电路记录中心光照传感器辐照度变化时刻，以及记录每个外层光照传感器辐照度变化时刻；分别计算每个外层光照传感器辐照度变化时刻与中心光照传感器辐照度变化时刻的时间间隔；

当一个外层光照传感器辐照度变化时刻与中心光照传感器辐照度变化时刻的时间间隔最大时，则如果所述时间间隔最大的外层光照传感器的辐照度变化时刻早于中心光照传感器的辐照度变化时刻，云运动方向是由时间间隔最大的外层光照传感器朝向中心光照传感器；如果时间间隔最大的外层光照传感器的辐照度变化时刻晚于中心光照传感器的辐照度变化时刻，云运动方向是由中心光照传感器朝向时间间隔最大的外层光照传感器；云运动速度v是

v＝r/tmax

r是半圆弧的半径，tmax是时间间隔最大的外层光照传感器辐照度变化时刻与中心光照传感器辐照度变化时刻的时间间隔。

进一步，还设置一个中心信息传输电路和多个外层信息传输电路；所述中心信息传输电路获取中心光照传感器的辐照度信号，并传输至信息处理电路；每个外层信息传输电路对应获取一个外层光照传感器的辐照度信号，并传输至信息处理电路。

进一步，所述中心信息传输电路及多个外层信息传输电路均以微控制器cc2530为控制核心；所述信息处理电路以微控制器stm32f103zet6为控制核心。

有益效果：本发明中多个外层光照传感器均匀布置在一个半圆弧上；所述半圆弧的圆心与中心光照传感器重合，计算每个外层光照传感器辐照度变化时刻与中心光照传感器辐照度变化时刻的时间间隔，判断云运动矢量的速度和方向，为光伏发电系统输出功率预测提供依据，本发明具有硬件结构简单、成本低、所测云运动矢量信息及时准确可靠的特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为中心光照传感器及多个外层光照传感器由处于光照区域转换为处于阴影区域的示意图；

图3为中心光照传感器及多个外层光照传感器由处于阴影区域转换为处于光照区域的示意图；

图4为两个相邻外层光照传感器对应的圆心角与云运动矢量测量精度关系示意图。

具体实施方式

如图1，本发明提出一种云运动矢量测量装置，包括一个中心光照传感器1、七个外层光照传感器2和信息处理电路3。

所述七个外层光照传感器2与中心光照传感器1布置在相同光照条件的一个水平平面上；所述多个外层光照传感器2均匀布置在一个半圆弧上；所述半圆弧的圆心与中心光照传感器1重合。两个相邻外层光照传感器2对应的圆心角为30°。

本发明还包括一个中心信息传输电路4和多个外层信息传输电路5；所述中心信息传输电路4获取中心光照传感器1的辐照度信号，并通过无线方式传输至信息处理电路3；每个外层信息传输电路5对应获取一个外层光照传感器2的辐照度信号，并传输至信息处理电路3。

所述中心信息传输电路4及多个外层信息传输电路5均以微控制器cc2530为控制核心；所述信息处理电路3以微控制器stm32f103zet6为控制核心。

云运动时，云遮挡阳光形成的阴影区域6移动经过中心光照传感器1及多个外层光照传感器2，阴影区域6的边界601经过中心光照传感器1及多个外层光照传感器2时，使中心光照传感器1及多个外层光照传感器2的辐照度产生变化；包括如图2所示的情况，中心光照传感器1及多个外层光照传感器2处于光照区域，阴影区域6移动至中心光照传感器1及多个外层光照传感器2，中心光照传感器1及多个外层光照传感器2的辐照度依次降低；还包括如图3所示的情况，中心光照传感器1及多个外层光照传感器2处于阴影区域6下，阴影区域6移动至中心光照传感器1及多个外层光照传感器2的外部区域，中心光照传感器1及多个外层光照传感器2的辐照度依次升高。

所述信息处理电路3记录中心光照传感器1辐照度变化时刻，以及记录每个外层光照传感器2辐照度变化时刻；分别计算每个外层光照传感器2辐照度变化时刻与中心光照传感器1辐照度变化时刻的时间间隔。

当一个外层光照传感器2辐照度变化时刻与中心光照传感器1辐照度变化时刻的时间间隔最大时，则如果所述时间间隔最大的外层光照传感器2的辐照度变化时刻早于中心光照传感器1的辐照度变化时刻，云运动方向是由时间间隔最大的外层光照传感器2朝向中心光照传感器1；如果时间间隔最大的外层光照传感器2的辐照度变化时刻晚于中心光照传感器1的辐照度变化时刻，云运动方向是由中心光照传感器1朝向时间间隔最大的外层光照传感器2；云运动速度v是

v＝r/tmax

r是半圆弧的半径，tmax是时间间隔最大的外层光照传感器2辐照度变化时刻与中心光照传感器1辐照度变化时刻的时间间隔。

如图4，传感器数量和测量精度之间存在一定的关系。两个相邻外层光照传感器2对应的圆心角为α，则云运动矢量测量方向d1与实际方向d2误差值θ为0至α/2，速度误差比例e为0至1-cosθ；

本实施例采用七个外层光照传感器2，云运动矢量方向误差值为0至30°/2＝15°，云运动矢量的速度误差比例为1-cos15°＝3.4％。

外层光照传感器2的数量越多，云运动矢量的方向和速度测量越精确。