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逐日系统分析与设计

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摘要：根据当前逐日控制系统的跟踪方式存在的不足，设计了一种将视日运动轨迹跟踪和光电跟踪方式相结合的跟踪方式，采用PLC作为主控制器，完成光电跟踪主程序、控制脉冲程序、测角信号程序和数据处理等程序的编写。通过与偏差控制、PID控制的对比，证明了模糊控制策略更加适用于逐日控制系统，且跟踪误差较小，系统稳定性好，为智能控制在逐日系统应用奠定了良好的实际应用基础。

关键词：超前矫正数学建模光电跟踪逐日系统

1逐日系统发展状况

1992年推出了太阳灶自动跟踪系统,1994年《太阳能》杂志介绍了单轴液压自动跟踪器，完成了单向跟踪，国家气象局计量站在1990年研制了FST型全自动太阳跟踪器，成功应用于太阳辐射观测。2019年3月5日，我国首例11联动追日光伏阵列，在随州广水市只店镇徐店村投入运行。湖北晶星科技股份有限公司研发的这套追日系统，让光伏发电板像向日葵一样追着太阳旋转,实时保持最佳角度，将太阳能转化利用最人化。2014年，段宝岩院士团队提出了一种基于球面线聚焦原理的聚光方案一OMEGA创新空间太阳能电站方案。这个方案相较美国必威体育精装版的ALPHA方案，在系统质量相同的情况下发电能力可提高24%，已作为我国未来建设空间太阳能电站的备选方案。空间太阳能电站可将在太空中收集的太阳能转换为电能，再以无线能量方式传回地面，最后转换成直流电送入普通电网，大大提高太阳能利用率。

2超前矫正算法的现状

超前校正是指通过相位超前效应达到增大相位裕量和频带宽度的目的，使瞬态响应得到显著改善，但对提高稳态精度作用不大，它用于稳态精度已经满足，噪声信号较小，但瞬态品质不能满足要求的系统。

超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性。-般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。

3逐日系统的结构分析

光伏电池受光的照射便产生电流。这个电流随着光强的增加而增大，当接受的光强度一定时，可以将光伏电池看作恒流电源。目前使用的光伏电池可看作P-N结型二极管,因为在光的照射下产生正向偏压，所以在P-N结为理想状态的情况下，可根据图1表示的等，效电路来考虑。

??但是在实际的光伏电池中，由于电池表面和背面的电极和接触，以及材料本身具有一定的电阻率，流经负载的电流经过它们时，必然引起损耗，在等效电路中可将它们的总效果用一个串联电阻R来表示;同时，由于电池边沿的漏电，在电池的微裂痕、划痕等处形成的金属桥漏电等，使一部分本该通过负载的电流短路，这种作用可用一个并联电阻R来等效表示。

图1系统闭环控制图

加入调节器前，若系统稳态速度误差系数，确定伺服放大器值，分析系统的阶跃响应时域特性，绘制系统的Bode图，分析其频域性能。

通过图2-1可求出,因为，根据稳态误差Kv,确定开环增益K值，此系统为I型系统，单位斜坡的稳态误差为Ess=1/Ka=1/100,所以求出K=-0.01，则。

4超前矫正算法的确定

为满足γ48°，校正装置提供的最大超前相角为φm=φ2-φ1+(5°~10°)=48-86.3+7=-31.3°。

计算超前校正网络的衰减系数α，根据sinφm=（1-α）/(1+α)，可得α=3.2，可保证φm=-31.3°。

根据超前角φm确定对应的幅值，进而确定Wm，即L(Wm)=-20lg(1/)=5Db,由未校正的伯德图可确定Wm=0.573，作为校正后开环传递函数的增益交界频率。

根据Wm=1/(T)求得T=0.97。

根据Gc=α（Ts+1）/(αTs+1)，即求出，α=3.2为校正装置造成的幅值衰减，将其抵消。

即校正后的系统开环传递函数为：。

图2系统调节结果

5结论

本课程设计采用超前校正算法校正系统的稳定性、快速性、准确性，通过计算超调量、相位裕量和增益裕量。由于可持续发展的要求及对能源需求的日益增长，逐日系统应用迅速发展，人们对逐日系统的认识与研究正在逐步加深。本文通过研究超前校正的特性，设计了独立逐日的自动跟踪系统，克服了太阳能发电投入过高的瓶颈,所以对于我国西部太阳能资源丰富，而且电网又难以到达的贫困偏远地区，有很强的适用性,这将使逐日系统的应用前景更加广阔。

参考文献：

[1]肖玉华.离网型风光互补发电系统的研究与设计[D],武汉理工大学，2010.

[2]韩巍.多能源互补的多功能能源系统及其集成机理[D],中国科学院研究生院，2006.

[3]曹雪.中国太阳能光伏发电产业的现状问题与对策研究[J],中国高新技术企业，2009(23)：76-78.

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