光伏发电自适应跟随系统仿真范文

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1太阳运行轨迹

虽然一天中，太阳的位置在时刻变化，却可以根据天体运行规律，实时计算出太阳相对地平坐标系的方位角和俯仰角[4]。通常，太阳相对地球某点的位置，可以由当地的纬度、月份和时间三个因素共同决定，我们通常以高度角h、方位角A、赤纬δ以及时角ω来表示太阳的位置信息。有了上述信息，根据球面三角形定理，即可以推导出各参数的计算公式，通过对太阳运行轨迹的确定，加速了光伏面板根据不同时刻的快速定位，以及确保在系统掉电、太阳光照不足的情况下能够快速的复位。

2Delmia虚拟环境构建

2.1Delmia简介Delmia（DigitalEnterpriseLeanManufacturingInter⁃activeApplication，数字化企业精益制造交互式应用）软件是法国Dassault（达索）公司开发的一款数字化的互动制造应用软件[6]。能够充分利用“数字样机”的三维数据，实现在三维基础上的3D工艺规划，并对零件的加工过程、产品的装配过程、生产的规划进行3D模拟并验证，促进工艺应用水平的提高，实现真正的设计与工艺并行工程。

2.2Delmia环境下仿真设计仿真模型通常是利用系统的数学模型、不同对象间的逻辑关系，在假定的前提条件下，来完成对整个系统的预测[7]。高水准的仿真模型一旦建立，将能够对系统进行有效的验证，不仅可以判断不同因素的变化引起的系统反应，同时也可以对处于设计阶段的系统，预测其在不同环境条件下的性能变化。本系统建立在Delmia虚拟环境下，通过模拟太阳的实际运行，完成对系统方位角和俯仰角的仿真分析，并且直观地观测光伏面板自适应跟随情况是否符合逻辑规划，进而提出系统的优化方案，整个设计流程如图2所示。

2.3三维数字化建模针对光伏发电自适应跟随系统的仿真，需要对真实系统建立三维数学模型，利用数学模型完成对实体系统的替代[8]。首先，建立光伏发电系统的产品模型，它由光伏面板、伺服电机1和2，光强传感器等单元构成；其次，通过上述公式，计算出N个时刻的太阳高度值，输入到软件中作为插值点，利用freestyle功能进行空间自由曲线的插值，来完成对太阳真实估计的的逼近，并以等高线的形式将太阳真实轨迹缩小到合理大小，然而其相对旋转角度保持不便，因此，只需要模拟出光伏面板相对缩小之后的太阳运行轨迹，就可以得出实际运行中光伏面板需要调节的旋转角度；最后，根据太阳按照东升西落的模式，确定合理的仿真时间段，整个模拟系统如图3所示。

2.4仿真驱动利用Delmia中的DPM模块，来设置完成太阳运行轨迹的法则曲线，以及伺服电机1和2的跟随规则，同时，当机构在运行过程中，出现干涉、碰撞等问题，机构停止运行，并显示出相互干涉的零部件之间的的截面图。通过Delmia机器语言完成对太阳运行轨迹设置如下。仿真驱动界面如图4所示，可通过调节角度、线性步长、角度步长来完成对参数的调整。利用设置界面中的“激活传感器”命令，可在线观测速度、加速度、旋转角度及时间的关系曲线图，同时能够将这些动态参数以excel表的形式输出，提供给伺服电机作为优化后的输入数据。

2.5仿真结果分析通过对太阳运行轨迹的跟随，拟合出动态跟随曲线，如图5所示，观察可知，在不同时刻光伏面板的方位角和俯仰角速度既略有差异，又有速度相同时刻，电机运转速度相对平稳，且相对变化较小，模拟参数可提供给电机作为实际控制中电机的技术参数。

3程序

系统能否完成对光照的最大化利用，取决于电机的旋转角度是否最优[9]，通过仿真后的数据，得出方位角和俯仰角各时刻的旋转角度和时间参数表，该参数作为作为实际控制中电机的角速度参数。

4结论与展望

光伏发电自适应跟随系统的研究，涉及到控制算法、地区差异、季节更替及天气变化等诸多因素的影响，因此是个复杂的系统工程。本文对该工程技术做了初步的探讨和研究，并详细介绍了仿真的整个过程，但仍有很多工作需要继续探索和完善，归纳如下：（1）更加精确和便捷的算法，使得在虚拟环境中能够完全模拟出太阳真实的运行轨迹，便利地切换出地球上不同地区、不同日期的的太阳运行轨迹，为面板快速的定位提供优化的坐标参数。（2）在虚拟环境中，开发更为真实的传感器，将传感器与电机连接构成反馈系统，真实的模拟出反馈环节对电机的调节情况，为虚拟环境下更好地优化控制算法提供便利。（3）开发出太阳光照模块，将该模块嵌入仿真环境中，通过模拟不同天气光照强度的变化，检测跟随系统的自适应跟随性能。

作者：刘振永 孙建起 单位：石家庄学院