光伏发电自动跟踪步进电机控制及系统降耗方法研究

【摘要】：随着地球上有限化石能源的不断地开采与利用，人类实践面临的最大问题——能源危机已经摆在人们眼前。同时大量碳化合物被化石燃料释放出来，长期以来导致了全球气温变暖、严重破坏了自然生态环境，人类的生存和发展受到严重影响。开发和利用新型无污染能源被全世界各个国家提上日程。因此，开发利用好新型绿色循环性能源被认为是关系到人类生存发展的重要研究课题。对这种取之不尽、用之不竭的太阳能新能源的开发和应用具有非常广阔的发展前景和深远的研究意义。 二十世纪初到现在，对太阳能利用的最大作用是用光伏发电技术转化为电能。其中光伏发电技术的重要的关键环节是利用太阳光能采集和电能转换来实现的，对太阳能的利用非常有价值的是提高这些技术环节的效率。但是，由于天气环境的复杂变化，太阳光强度的随意性、光照的发散性等特点，使太阳能转化为电能非常地困难。目前大多数太阳能发电是采用固定式的跟踪系统，无法随着太阳的运行而进行转变，所以电能转化率相对较低。从理论上看，采用太阳能单轴混合式跟踪技术，相对于固定跟踪太阳能电能转化率可提升35%左右。 本文进行研究的太阳能跟踪控制系统，就是在保证光电池功率稳定（不增加）的前提条件下，通过减少步进电机启动步数，在一定程度上降低太阳能跟踪系统的能耗，进而增加了太阳能转化为电能的量，降低了太阳能发电系统的生产成本。其中跟踪控制系统主要采用的是单轴控制主被动混合式跟踪系统。这里控制结构采用东西方向跟踪太阳，电机驱动采用五相混合式步进电机，达到太阳光线与电池板接收板互相垂直的目的。 采用光敏电阻作为采集光信号的传感器并将光信号通过检测电路转化为可测量的电压信号，这是跟踪系统的重要组成部分。电压信号经过转换将脉冲信号发出给控制系统步进电机。本文对五相混合式步进电机在太阳能跟踪系统中的运行进行了分析，得出稳定状态下，单步运行的数学模型和仿真结果。结果证明减少启动步数可以达到降低能耗的作用。 【关键词】：太阳跟踪 模糊控制 步进电机 能耗
【学位授予单位】：渤海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM383.6
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 课题研究的背景及意义11-13
• 1.2 太阳能利用在国内外的发展现状13-15
• 1.3 影响我国太阳能利用的突出问题15-17
• 1.4 论文主要内容17-19
• 2 太阳能跟踪的控制方式及策略19-26
• 2.1 主动式太阳能跟踪19-22
• 2.2 被动式太阳能跟踪22-23
• 2.3 主动式和被动式相结合太阳能跟踪23-24
• 2.4 太阳能跟踪控制方案的分析与设计24-25
• 2.5 本章总结25-26
• 3 太阳辐射能量分析26-32
• 3.1 太阳与地球间的位置关系26-28
• 3.2 太阳运行轨迹的规律28-29
• 3.3 太阳能跟踪的相关角度计算29-30
• 3.4 本章总结30-32
• 4 太阳能跟踪电机模糊控制32-40
• 4.1 光电传感器32-34
• 4.2 光电感测系统构成及工作原理34-36
• 4.3 模糊 PID 控制器的构成36-38
• 4.4 模糊 PID 控制仿真结果及分析38-39
• 4.5 本章总结39-40
• 5 太阳能跟踪系统中步进电机单步运行40-53
• 5.1 五相混合式步进电机的优点40-41
• 5.2 五相混合式步进电机的基本结构41-42
• 5.3 五相混合式步进单步运行数学模型42-44
• 5.4 五相混合式步进电机单步运行仿真44-50
• 5.5 太阳能跟踪系统中步进电机主要能耗50-52
• 5.6 本章总结52-53
• 6 总结与展望53-55
• 参考文献55-58
• 致谢58-59
• 攻读硕士期间发表的论文59-60

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