光伏追踪控制器及其控制方法
【专利说明】光伏追踪控制器及其控制方法
[0001]
技术领域
[0002]被发明涉及光伏发电装置设计技术领域，尤其涉及一种光伏追踪控制器及其控制方法。
【背景技术】
[0003]光伏发电是一种具有广阔前景的绿色能源，在未来的供电系统中将占有重要的地位。光伏电池的输出功率与光照强度有关，并且光照强度在一定程度上制约着太阳能电池板的发电效率。为了提高效率，光伏发电系统通常会采用太阳追踪踪功能的控制器。
[0004]以往的追踪控制器，如专利CN200510043491.9，根据地球围绕太阳运转的基本规律及有关参数计算出安装地当日之真太阳时、赤纬角、日出日落时间并由此再根据跟踪运转的速度分别算出各时间间隔仰角与方位所需跟踪运行时间，然后根据算得的各时间间隔所需运行时间，控制仰角跟踪与方位跟踪运行直至日落。但是这种方式不能对光伏电池板的实际姿态和角度进行检测，无法发现追踪偏差，导致电量损失。
[0005]专利CN200610146201.8利用光传感器检测太阳位置，作为追踪控制的闭环检测元件。如果光伏电池板的姿态没有与太阳光入射光线呈直角，则光传感器的信号放大电路就会检测出来并以电信号表示。控制器根据这个电信号来驱动电机进行相应调整，直到光伏电池板表面与太阳光入射光线再次垂直。这种控制器的缺点是在多云天气时无法分辨出太阳位置，从而无法持续追踪太阳，导致电量损失。
[0006]专利CN201110428797.1、专利 CN201210296927.5、专利 CN201220738496.9 给出了时控和光控相结合的方案，晴天时用光控方案，即光传感器检测太阳位置并控制传动部件追踪太阳，多云天气时使用时控算法，即根据当地时间和经纬度计算太阳位置，控制传动部件继续追踪。缺点之一是没有给出时控和光控算法的切换条件，在晴间多云天气的临界点会出现两种算法频繁切换的混乱现象，影响系统稳定性和发电量；缺点之二是没有考虑光传感器出现故障时的处理方法，有可能会导致无法切换到时控算法而无法实现追踪功能，导致电量损失。
专利CN201310540917.6所述的控制器，包括获取光伏电池板的角度、光伏电池板的速度和当前时刻的太阳倾角，利用角度控制模块、速度控制模块和比例系数整定模块组成的三闭环控制结构，生成控制电机转动的指令。缺点是没有实现光伏电池板的防风保护，存在安全隐患。
[0007]上述各方案存在的无法检测光伏电池板姿态、无法分辨太阳位置、不同算法切换时出现抖动、可靠性和安全性较低的特点，都不利于系统稳定发电。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种平单轴光伏追踪控制器及其控制方法，可实现晴天、多云天气、大风天气三种工况下不同追踪算法之间平滑切换，准确测量光伏电池板与太阳入射光线的角度，提高追踪精度和控制系统的可靠性，实现光伏电池板防风安全保护，从而实现发电量最大化。
[0009]为了解决【背景技术】中所存在的问题，本发明控制器采用以下技术方案:它包括风速传感器、太阳位置及辐照强度传感器、电机驱动电流传感器、光伏电池板角度传感器、追踪运动极限位置传感器，电机驱动器、电机，控制器，光伏电池板支架、光伏电池板、追踪传动机构，所述风速传感器独立安装在高于光伏电池板的位置并通过信号线与控制器相连，太阳位置及辐照强度传感器安装在光伏电池板支架上并通过信号线与控制器相连，电机驱动电流传感器安装在电机驱动器的供电电路中并将通过信号线与控制器相连，光伏电池板角度传感器安装在光伏电池板支架上并通过信号线与控制器相连，追踪运动极限位置传感器有两个，分别安装在追踪传动机构运动范围的两个极限位置并均通过信号线与控制器相连，电机驱动器分别与控制器和电机相连，电机分别与电机驱动器和追踪传动机构相连，追踪传动机构一端连接电机、另一端连接光伏电池板支架，所述控制器通过通讯线路和通讯模块连接，通讯模块通过网络将控制器与上位机监控系统相连。
[0010]优选的，所述光伏电池板角度传感器采用倾角仪电位器。
[0011]优选的，所述控制器采用可编程逻辑控制器PLC或嵌入式控制器。
[0012]优选的，所述的追踪运动极限位置传感器为干结点式行程开关。
[0013]优选的，所述光伏电池板支架与追踪传动机构是平单轴追踪系统，也可以是立柱式固定倾角单轴追S示系统、双轴追S示系统中任一种。
[0014]本发明还提供了一种光伏追踪控制方法，其包括以下步骤:
步骤1:获取当前风速、光伏电池板角度、时间、太阳位置与辐照强度、电机驱动电流、追踪运动极限位置状态，作为实时状态信息输入到控制器；
步骤2:如果处于追踪运动极限位置触发状态，则执行步骤8，否则执行步骤3 ；
步骤3:根据当前风速和光伏电池板角度，判断是否需要将电池板进行打平，实现防风保护，如果风速超过设定值，则满足打平防风动作启动条件，则根据当前光伏电池板角度距离水平角度的偏差，生成电机旋转到水平位置指令，执行步骤9，否则执行步骤4 ；
步骤4:根据当前时间，判断是白天还是夜间，如果是夜间则执行步骤5，如果是白天则判断辐照强度，如果辐照强度没有超过最低设定值，则执行步骤5，否则执行步骤6 ；
步骤5:根据当前光伏电池板角度距离竖直角度的偏差，生成电机旋转指令，执行步骤
9 ；
步骤6:如果太阳辐照强度没有超过中等设定值，根据光伏电池板角度与水平角度的偏差，生成电机旋转到水平位置指令，执行步骤9，否则执行步骤7 ；
步骤7:根据当前时间计算太阳位置，与光伏电池板的角度进行比较，判断是否需要追踪太阳:角度偏差小于追踪动作启动设定值，返回步骤1，角度偏差大于等于追踪动作启动设定值，生成电机旋转追踪指令，执行步骤9 ;
步骤8:停止执行追踪动作，通过通讯网络向集中式控制器报错；
步骤9:电机驱动器根据执行指令对电机进行驱动操作，如果电机驱动电流大于设定值，则执行步骤8，否则，返回步骤I。
[0015]本发明提高了光伏电池板追踪太阳的角度精度，提高了恶劣条件下的安全性，提高了可靠性和稳定性，进而提高了光伏电池板的发电量。
【附图说明】
[0016]图1为本发明各功能模块连接示意图；
图2是光伏追踪控制方法流程图。
[0017]实施方式
如图1所示，本发明提供的光伏追踪控制器包括风速传感器、太阳位置及辐照强度传感器、电机驱动电流传感器、光伏电池板角度传感器、追踪运动极限位置传感器，电机驱动器、电机，控制器，光伏电池板支架、光伏电池板、追踪传动机构，各个组成部分的连接关系是:
所述的风速传感器独立安装在高于光伏电池板的位置，这样可以减少电池板阻挡对风速测量精度的干扰，并且通过信号线与控制器相连，风速传感器用于测量电站现场的风速并将测量得到的风速值发送到控制器，作为是否将光伏电池板打平以完成防风动作的输入条件，如果所测量的风速值大于设定值，比如17米每秒，则控制器将发出光伏电池板防风动作指令，让所有电池板运动到平行于底面的角度，最大限度地保护光伏电池板和支架免受平行于地面的大风的破坏。
[0018]所述的太阳位置及辐照强度传感器安装在光伏电池板支架上，随光伏电池板一起进行太阳位置追踪动作，并且通过信号线与控制器相连，并将检测到的太阳位置及辐照强度数值转换为电信号传递给控制器。太阳位置及辐照强度传感器的主要功能是检测太阳的位置、次要功能是检测太阳辐射强度，采用多组光敏二极管电路，通过输出电阻的变化来反映阴影遮挡面积的变化，从而判断传感器所在的姿态与实际太阳位置的差异，光敏二极管，还能够随着太阳辐射强度的变化而使电阻发生变化，这些电信号送到控制器中进行放大和运算处理，作为是否调整追踪动作的输入条件。
[0019]电机驱动电流传感器直接串联安装在电机驱动器的供电电路中，通过霍尔元件所感应的磁场强度来判断驱动电流是否超过设定值。如果超过设定值，表明电机的驱动阻力过大，光伏电池板的旋转运动可能遇到了阻力，如果继续旋转，不但有可能烧毁电机，还有可能使光伏电池板或传动支架遭到破坏，将驱动电流超载信号传递给控制器，作为是否执行电机超载保护动作的输入条件。
[0020]所述的光伏电池板角度传感器安装在光伏电池板支架上，并且通过信号线与控制器相连，角度传感器用于测量光伏电池板的角度并转换为电信号发送至控制器。由于角度传感器安装在追踪支架上并且与光伏电池板一起进行太阳位置追踪动作，因此角度传感器通过测量追踪支架的角度，获得光伏电池板的角度，在本实施例中，角度传感器采用倾角仪电位器，通过判断电位器输出的电压，就可以知道电位器的转动位置，因为不同电压对应不同的角度值，并以此作为判断光伏电池板角度是否正确的输入条件。
[0021]所述的追踪运动极限位置传感器有两个，分别安装在追踪传动机构运动范围的两