光伏發(fā)電自適應跟隨系統(tǒng)仿真范文

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1太陽運行軌跡

雖然一天中，太陽的位置在時刻變化，卻可以根據(jù)天體運行規(guī)律，實時計算出太陽相對地平坐標系的方位角和俯仰角[4]。通常，太陽相對地球某點的位置，可以由當?shù)氐木暥取⒃路莺蜁r間三個因素共同決定，我們通常以高度角h、方位角A、赤緯δ以及時角ω來表示太陽的位置信息。有了上述信息，根據(jù)球面三角形定理，即可以推導出各參數(shù)的計算公式，通過對太陽運行軌跡的確定，加速了光伏面板根據(jù)不同時刻的快速定位，以及確保在系統(tǒng)掉電、太陽光照不足的情況下能夠快速的復位。

2Delmia虛擬環(huán)境構(gòu)建

2.1Delmia簡介Delmia（DigitalEnterpriseLeanManufacturingInter⁃activeApplication，數(shù)字化企業(yè)精益制造交互式應用）軟件是法國Dassault（達索）公司開發(fā)的一款數(shù)字化的互動制造應用軟件[6]。能夠充分利用“數(shù)字樣機”的三維數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在三維基礎(chǔ)上的3D工藝規(guī)劃，并對零件的加工過程、產(chǎn)品的裝配過程、生產(chǎn)的規(guī)劃進行3D模擬并驗證，促進工藝應用水平的提高，實現(xiàn)真正的設(shè)計與工藝并行工程。

2.2Delmia環(huán)境下仿真設(shè)計仿真模型通常是利用系統(tǒng)的數(shù)學模型、不同對象間的邏輯關(guān)系，在假定的前提條件下，來完成對整個系統(tǒng)的預測[7]。高水準的仿真模型一旦建立，將能夠?qū)ο到y(tǒng)進行有效的驗證，不僅可以判斷不同因素的變化引起的系統(tǒng)反應，同時也可以對處于設(shè)計階段的系統(tǒng)，預測其在不同環(huán)境條件下的性能變化。本系統(tǒng)建立在Delmia虛擬環(huán)境下，通過模擬太陽的實際運行，完成對系統(tǒng)方位角和俯仰角的仿真分析，并且直觀地觀測光伏面板自適應跟隨情況是否符合邏輯規(guī)劃，進而提出系統(tǒng)的優(yōu)化方案，整個設(shè)計流程如圖2所示。

2.3三維數(shù)字化建模針對光伏發(fā)電自適應跟隨系統(tǒng)的仿真，需要對真實系統(tǒng)建立三維數(shù)學模型，利用數(shù)學模型完成對實體系統(tǒng)的替代[8]。首先，建立光伏發(fā)電系統(tǒng)的產(chǎn)品模型，它由光伏面板、伺服電機1和2，光強傳感器等單元構(gòu)成；其次，通過上述公式，計算出N個時刻的太陽高度值，輸入到軟件中作為插值點，利用freestyle功能進行空間自由曲線的插值，來完成對太陽真實估計的的逼近，并以等高線的形式將太陽真實軌跡縮小到合理大小，然而其相對旋轉(zhuǎn)角度保持不便，因此，只需要模擬出光伏面板相對縮小之后的太陽運行軌跡，就可以得出實際運行中光伏面板需要調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度；最后，根據(jù)太陽按照東升西落的模式，確定合理的仿真時間段，整個模擬系統(tǒng)如圖3所示。

2.4仿真驅(qū)動利用Delmia中的DPM模塊，來設(shè)置完成太陽運行軌跡的法則曲線，以及伺服電機1和2的跟隨規(guī)則，同時，當機構(gòu)在運行過程中，出現(xiàn)干涉、碰撞等問題，機構(gòu)停止運行，并顯示出相互干涉的零部件之間的的截面圖。通過Delmia機器語言完成對太陽運行軌跡設(shè)置如下。仿真驅(qū)動界面如圖4所示，可通過調(diào)節(jié)角度、線性步長、角度步長來完成對參數(shù)的調(diào)整。利用設(shè)置界面中的“激活傳感器”命令，可在線觀測速度、加速度、旋轉(zhuǎn)角度及時間的關(guān)系曲線圖，同時能夠?qū)⑦@些動態(tài)參數(shù)以excel表的形式輸出，提供給伺服電機作為優(yōu)化后的輸入數(shù)據(jù)。

2.5仿真結(jié)果分析通過對太陽運行軌跡的跟隨，擬合出動態(tài)跟隨曲線，如圖5所示，觀察可知，在不同時刻光伏面板的方位角和俯仰角速度既略有差異，又有速度相同時刻，電機運轉(zhuǎn)速度相對平穩(wěn)，且相對變化較小，模擬參數(shù)可提供給電機作為實際控制中電機的技術(shù)參數(shù)。

3程序

系統(tǒng)能否完成對光照的最大化利用，取決于電機的旋轉(zhuǎn)角度是否最優(yōu)[9]，通過仿真后的數(shù)據(jù)，得出方位角和俯仰角各時刻的旋轉(zhuǎn)角度和時間參數(shù)表，該參數(shù)作為作為實際控制中電機的角速度參數(shù)。

4結(jié)論與展望

光伏發(fā)電自適應跟隨系統(tǒng)的研究，涉及到控制算法、地區(qū)差異、季節(jié)更替及天氣變化等諸多因素的影響，因此是個復雜的系統(tǒng)工程。本文對該工程技術(shù)做了初步的探討和研究，并詳細介紹了仿真的整個過程，但仍有很多工作需要繼續(xù)探索和完善，歸納如下：（1）更加精確和便捷的算法，使得在虛擬環(huán)境中能夠完全模擬出太陽真實的運行軌跡，便利地切換出地球上不同地區(qū)、不同日期的的太陽運行軌跡，為面板快速的定位提供優(yōu)化的坐標參數(shù)。（2）在虛擬環(huán)境中，開發(fā)更為真實的傳感器，將傳感器與電機連接構(gòu)成反饋系統(tǒng)，真實的模擬出反饋環(huán)節(jié)對電機的調(diào)節(jié)情況，為虛擬環(huán)境下更好地優(yōu)化控制算法提供便利。（3）開發(fā)出太陽光照模塊，將該模塊嵌入仿真環(huán)境中，通過模擬不同天氣光照強度的變化，檢測跟隨系統(tǒng)的自適應跟隨性能。

作者：劉振永 孫建起 單位：石家莊學院