光伏發(fā)電自適應(yīng)跟隨系統(tǒng)仿真范文

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1太陽(yáng)運(yùn)行軌跡

雖然一天中，太陽(yáng)的位置在時(shí)刻變化，卻可以根據(jù)天體運(yùn)行規(guī)律，實(shí)時(shí)計(jì)算出太陽(yáng)相對(duì)地平坐標(biāo)系的方位角和俯仰角[4]。通常，太陽(yáng)相對(duì)地球某點(diǎn)的位置，可以由當(dāng)?shù)氐木暥取⒃路莺蜁r(shí)間三個(gè)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(shí)角ω來(lái)表示太陽(yáng)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(dǎo)出各參數(shù)的計(jì)算公式，通過(guò)對(duì)太陽(yáng)運(yùn)行軌跡的確定，加速了光伏面板根據(jù)不同時(shí)刻的快速定位，以及確保在系統(tǒng)掉電、太陽(yáng)光照不足的情況下能夠快速的復(fù)位。

2Delmia虛擬環(huán)境構(gòu)建

2.1Delmia簡(jiǎn)介Delmia（DigitalEnterpriseLeanManufacturingInter⁃activeApplication，數(shù)字化企業(yè)精益制造交互式應(yīng)用）軟件是法國(guó)Dassault（達(dá)索）公司開(kāi)發(fā)的一款數(shù)字化的互動(dòng)制造應(yīng)用軟件[6]。能夠充分利用“數(shù)字樣機(jī)”的三維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在三維基礎(chǔ)上的3D工藝規(guī)劃，并對(duì)零件的加工過(guò)程、產(chǎn)品的裝配過(guò)程、生產(chǎn)的規(guī)劃進(jìn)行3D模擬并驗(yàn)證，促進(jìn)工藝應(yīng)用水平的提高，實(shí)現(xiàn)真正的設(shè)計(jì)與工藝并行工程。

2.2Delmia環(huán)境下仿真設(shè)計(jì)仿真模型通常是利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、不同對(duì)象間的邏輯關(guān)系，在假定的前提條件下，來(lái)完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)[7]。高水準(zhǔn)的仿真模型一旦建立，將能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行有效的驗(yàn)證，不僅可以判斷不同因素的變化引起的系統(tǒng)反應(yīng)，同時(shí)也可以對(duì)處于設(shè)計(jì)階段的系統(tǒng)，預(yù)測(cè)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(guò)模擬太陽(yáng)的實(shí)際運(yùn)行，完成對(duì)系統(tǒng)方位角和俯仰角的仿真分析，并且直觀地觀測(cè)光伏面板自適應(yīng)跟隨情況是否符合邏輯規(guī)劃，進(jìn)而提出系統(tǒng)的優(yōu)化方案，整個(gè)設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

2.3三維數(shù)字化建模針對(duì)光伏發(fā)電自適應(yīng)跟隨系統(tǒng)的仿真，需要對(duì)真實(shí)系統(tǒng)建立三維數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)學(xué)模型完成對(duì)實(shí)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(jī)1和2，光強(qiáng)傳感器等單元構(gòu)成；其次，通過(guò)上述公式，計(jì)算出N個(gè)時(shí)刻的太陽(yáng)高度值，輸入到軟件中作為插值點(diǎn)，利用freestyle功能進(jìn)行空間自由曲線的插值，來(lái)完成對(duì)太陽(yáng)真實(shí)估計(jì)的的逼近，并以等高線的形式將太陽(yáng)真實(shí)軌跡縮小到合理大小，然而其相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度保持不便，因此，只需要模擬出光伏面板相對(duì)縮小之后的太陽(yáng)運(yùn)行軌跡，就可以得出實(shí)際運(yùn)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(yáng)按照東升西落的模式，確定合理的仿真時(shí)間段，整個(gè)模擬系統(tǒng)如圖3所示。

2.4仿真驅(qū)動(dòng)利用Delmia中的DPM模塊，來(lái)設(shè)置完成太陽(yáng)運(yùn)行軌跡的法則曲線，以及伺服電機(jī)1和2的跟隨規(guī)則，同時(shí)，當(dāng)機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)干涉、碰撞等問(wèn)題，機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行，并顯示出相互干涉的零部件之間的的截面圖。通過(guò)Delmia機(jī)器語(yǔ)言完成對(duì)太陽(yáng)運(yùn)行軌跡設(shè)置如下。仿真驅(qū)動(dòng)界面如圖4所示，可通過(guò)調(diào)節(jié)角度、線性步長(zhǎng)、角度步長(zhǎng)來(lái)完成對(duì)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(cè)速度、加速度、旋轉(zhuǎn)角度及時(shí)間的關(guān)系曲線圖，同時(shí)能夠?qū)⑦@些動(dòng)態(tài)參數(shù)以excel表的形式輸出，提供給伺服電機(jī)作為優(yōu)化后的輸入數(shù)據(jù)。

2.5仿真結(jié)果分析通過(guò)對(duì)太陽(yáng)運(yùn)行軌跡的跟隨，擬合出動(dòng)態(tài)跟隨曲線，如圖5所示，觀察可知，在不同時(shí)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(shí)刻，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度相對(duì)平穩(wěn)，且相對(duì)變化較小，模擬參數(shù)可提供給電機(jī)作為實(shí)際控制中電機(jī)的技術(shù)參數(shù)。

3程序

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

4結(jié)論與展望

光伏發(fā)電自適應(yīng)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(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本文對(duì)該工程技術(shù)做了初步的探討和研究，并詳細(xì)介紹了仿真的整個(gè)過(guò)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(yáng)真實(shí)的運(yùn)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(yáng)運(yùn)行軌跡，為面板快速的定位提供優(yōu)化的坐標(biāo)參數(shù)。（2）在虛擬環(huán)境中，開(kāi)發(fā)更為真實(shí)的傳感器，將傳感器與電機(jī)連接構(gòu)成反饋系統(tǒng)，真實(shí)的模擬出反饋環(huán)節(jié)對(duì)電機(jī)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(kāi)發(fā)出太陽(yáng)光照模塊，將該模塊嵌入仿真環(huán)境中，通過(guò)模擬不同天氣光照強(qiáng)度的變化，檢測(cè)跟隨系統(tǒng)的自適應(yīng)跟隨性能。

作者：劉振永 孫建起 單位：石家莊學(xué)院