專利名稱：帶有太陽方位跟蹤裝置的沙漠地區(qū)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽方位跟蹤，尤其涉及一種帶有太陽方位跟蹤 裝置的沙漠地區(qū)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。
技術(shù)背景 隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，能源供應(yīng)形勢日趨緊張，無論是增加國內(nèi)能源供 應(yīng)還是利用國外資源，都面臨巨大壓力，能源需求的快速增長對資源的可供量、環(huán)境承擔(dān)能 力，以及國家能源安全都提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。2007年8月，《中國可再生能源中長期發(fā)展規(guī) 劃》(以下簡稱《規(guī)劃》)頒布實施，《規(guī)劃》致力于再生能源的利用，全力開發(fā)化石能源的替 代品。其中，太陽能具有儲量豐富、無需運輸、無污染三大優(yōu)點而廣受關(guān)注，《規(guī)劃》明確沙漠 并網(wǎng)發(fā)電為光伏發(fā)電的重點；但太陽能也有兩個缺點一是能量密度低；二是強(qiáng)度和方向 的不確定性，以及光照固有的間歇性。總之，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)較好，亟待解決的是成本 過高難題。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的發(fā)電量取決于太陽輻照度、太陽能電池板和逆變器的效率。商品 化電池板的轉(zhuǎn)化效率最高為15. 7% -19. 2%，現(xiàn)有技術(shù)條件下提高轉(zhuǎn)化率已非常困難；逆 變器變換效率高達(dá)90%以上，提升空間有限，采用太陽方位跟蹤技術(shù)獲取盡可能多的太陽 能是增加光伏系統(tǒng)發(fā)電量的有效途徑。目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用的太陽方位自動跟蹤主要有以下三種方法光電跟蹤， 天文跟蹤，光電結(jié)合天文跟蹤。光電跟蹤大多采用四象限光敏傳感器檢測太陽方位，控制跟 蹤裝置追蹤太陽，屬閉環(huán)控制；光電跟蹤精度高，但多云情況下會出現(xiàn)盲走，而且對光敏傳 感器的一致性、日常維護(hù)、信號處理的長期穩(wěn)定性等均提出近乎苛刻的要求。天文跟蹤根據(jù) 地球和太陽的相對運動規(guī)律，計算太陽運動軌跡進(jìn)行跟蹤，屬開環(huán)控制；天文跟蹤無需傳感 器，但存在累積誤差；考慮光伏發(fā)電裝置支承結(jié)構(gòu)的可靠性，采用地平坐標(biāo)(太陽高度角和 方位角)是天文跟蹤方法中公認(rèn)的主流方案。光電結(jié)合天文跟蹤則將光電和天文跟蹤結(jié)合 在一起，兩種方式互為補(bǔ)充。太陽方位自動跟蹤技術(shù)的代表性研究成果如下1.發(fā)明專利“大型防風(fēng)自動跟蹤太陽采光裝置”(專利號ZL02112553.8)，提出太 陽高度角和方位角的天文跟蹤方法。2.發(fā)明專利“太陽自動跟蹤電路”(申請?zhí)?00610116616.0)，提出采用光敏傳感
器的光電跟蹤方法。3.發(fā)明專利“一種用于光伏發(fā)電的太陽方位自動跟蹤方法及裝置”(申請?zhí)?200910152899. 8)，提出光電跟蹤和太陽運動軌跡跟蹤相結(jié)合的全天候二維太陽方位自動 跟蹤方法。4.發(fā)明專利“基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動跟蹤式光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)”(申請?zhí)?200910153384. χ)，提出采用獨立的光信號變送器獲取太陽光強(qiáng)度、太陽光角度數(shù)據(jù)，經(jīng) ZigBee網(wǎng)絡(luò)分發(fā)變送器跟蹤數(shù)據(jù)，ZigBee同時收集光伏發(fā)電裝置的工作參數(shù)，并經(jīng)GPRS網(wǎng) 絡(luò)遠(yuǎn)傳至監(jiān)控中心。[0009]上述有益探索的技術(shù)路線、方向是正確的，但仍存在改進(jìn)和進(jìn)一步完善的必要。首先，現(xiàn)有太陽方位跟蹤完全拘泥于跟蹤裝置本身，科學(xué)的系統(tǒng)工程設(shè)計理念缺 位；太陽方位跟蹤裝置僅是光伏發(fā)電系統(tǒng)的一個單元，遵循系統(tǒng)工程設(shè)計理念，理應(yīng)將跟 蹤裝置融入到光伏發(fā)電系統(tǒng)中進(jìn)行整體設(shè)計一系統(tǒng)中的各單元協(xié)同工作進(jìn)行太陽方位跟 蹤，得出更合理有效的解決案。其次，從光伏發(fā)電系統(tǒng)的全局審視現(xiàn)有光電跟蹤技術(shù)，顯然光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器 采集的太陽能電池板發(fā)電量作為跟蹤的直接依據(jù)更合理、更簡捷。比較各種光伏發(fā)電方式 的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，《規(guī)劃》將沙漠并網(wǎng)光伏發(fā)電作為發(fā)展的重點；沙漠環(huán)境中，現(xiàn)有光電 跟蹤技術(shù)的穩(wěn)定性與可靠性無法得到有效保證。理由如下保證四象限光敏傳感器的一致 性以及長期一致性絕非易事，且傳感器信號放大調(diào)理電路亦要求具有良好的一致性，技術(shù) 實現(xiàn)更難；沙漠地區(qū)的光敏傳感器正常工作需要消除沙塵遮蓋干擾，這在工程實施和運維 中幾無可能；因此，應(yīng)選擇追蹤裝置之外的太陽能電池板發(fā)電量作為跟蹤依據(jù)，同時根據(jù)發(fā) 電量的變化可解決長期困擾光電跟蹤技術(shù)的云層干擾難題。其三，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)大都處于無人值守、定期巡檢的模式下運行，所以網(wǎng)絡(luò)通 僅技術(shù)是光伏發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的必要條件；遠(yuǎn)程監(jiān)控中心擁有完備的儀器儀表、實時精 確的氣象資料、專業(yè)齊全訓(xùn)練有素的工程師，由遠(yuǎn)程監(jiān)控中心而非太陽方位跟蹤裝置決定 其工作模式(晴、陰、雨模式)，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)工程設(shè)計理念的科學(xué)性。晴天的太陽輻照對 發(fā)電量的貢獻(xiàn)具有舉足輕重的意義，但晴天的不同時段對發(fā)電量的貢獻(xiàn)相差懸殊，因此太 陽方位跟蹤在晴天模式下的不同時段應(yīng)區(qū)別對待、考慮粗細(xì)跟蹤精度。第四，GPRS屬2. 5G通信技術(shù)，國家工信部規(guī)劃中已列入限制發(fā)展，而且2. 5G的帶 寬，速率較低，費用偏高，因此使用TD-SCDMA 3G技術(shù)替代2. 5G是技術(shù)進(jìn)步的必然；同時并 網(wǎng)光伏發(fā)電運行中產(chǎn)生大量工況數(shù)據(jù)，全部通過公網(wǎng)實時上傳會導(dǎo)致通信費用劇增，根據(jù) 運維要求對工況數(shù)據(jù)分類，可采用實時在線上傳和巡檢離線采集匯總技術(shù)。最后，太陽方位自動跟蹤裝置的機(jī)械傳動副過多，如專利“太陽能光伏發(fā)電自動跟 蹤系統(tǒng)”(申請?zhí)?00910038907. 6)的低速直流電機(jī)帶動絲桿伸縮的傳動方案，專利“基于 地球太陽運行軌跡的單鏈條傳動同步跟蹤太陽光自動跟蹤裝置”(申請?zhí)?00910147931. 3) 的電機(jī)、直齒輪、鏈條、鏈輪等組成的傳動機(jī)構(gòu)；傳動副過多，對傳動機(jī)構(gòu)的可靠性及跟蹤精 度均造成負(fù)面影響。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種帶有太陽方位跟蹤裝置的沙 漠地區(qū)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。帶有太陽方位跟蹤裝置的沙漠地區(qū)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、 TD-SCDMA 3G公網(wǎng)和局部范圍的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)三部分；ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)由1至N個光 伏發(fā)電子系統(tǒng)的ZigBee節(jié)點與光伏發(fā)電主系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器組成，光伏發(fā)電主系統(tǒng) 的ZigBee協(xié)調(diào)器包括控制器主控模塊S3C2440、電能計量模塊ADE7169、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模 塊TA8435、TD-SCDMA無線模塊TDM330、ZigBee協(xié)調(diào)器通信模塊CC2430和無線USB模塊 CYWUSB6935，光伏發(fā)電子系統(tǒng)的ZigBee節(jié)點包括主控模塊S3C2440、ZigBee節(jié)點通信模塊 CC2430和電能計量模塊ADE7169，各光伏發(fā)電系統(tǒng)子系統(tǒng)借助局部范圍的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)交換信息；遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過Internet、運營商的GGSN網(wǎng)關(guān)與TD-SCDMA相連，GGSN網(wǎng) 關(guān)對Internet、TD-SCDMA數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換；TD-SCDMA經(jīng)光伏發(fā)電主系統(tǒng)的ZigBee/ TD-SCDMA網(wǎng)關(guān)接入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，光伏發(fā)電主系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器兼作ZigBee/TD-SCDMA 網(wǎng)關(guān)；光伏發(fā)電主系統(tǒng)的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為光伏陣列依次與并網(wǎng)變換器、電網(wǎng)相連，光 伏陣列依次與步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊相連，并網(wǎng)變換器與電能計量模塊相連，主控模 塊分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、并網(wǎng)變換器、電能計量模塊、電網(wǎng)、ZigBee協(xié)調(diào)器通信模塊、無 線USB模塊、TD-SCDMA通信模塊相連，并經(jīng)TD-SCDMA通信模塊接入TD-SCDMA公網(wǎng)；光伏發(fā) 電子系統(tǒng)的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為光伏陣列依次與并網(wǎng)變換器、電網(wǎng)相連，光伏陣列依次與 步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊相連，并網(wǎng)變換器與電能計量模塊相連，主控模塊分別與步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動模塊、并網(wǎng)變換器、電能計量模塊、電網(wǎng)、ZigBee節(jié)點通信模塊相連。 本實用新型與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是1)有別于現(xiàn)有的天文結(jié)合光電的太陽方位跟蹤方法，本實用新型基于系統(tǒng)工程設(shè) 計理念一協(xié)同系統(tǒng)的各單元實施太陽方位跟蹤，提出天文結(jié)合光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的跟 蹤方法，即從光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制器提取發(fā)電量參數(shù)作為跟蹤依據(jù)，消除了沙漠環(huán)境中光 電跟蹤這一故障源，同時解決了長期困擾光電跟蹤技術(shù)的云層干擾難題；既降低了成本和 運維要求，又提高了系統(tǒng)的可靠性和跟蹤精度。2)由擁有完備的儀器儀表、實時精確的氣象資料、訓(xùn)練有素專家的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心， 而非本地的太陽方位跟蹤裝置設(shè)定其晴、陰、雨工作模式，以及晴天工作模式下的粗細(xì)跟蹤 精度；突破了把跟蹤裝置從光伏發(fā)電系統(tǒng)割裂出來單獨設(shè)計的傳統(tǒng)思路，簡化了沙漠環(huán)境 中太陽方位跟蹤裝置的功能，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性和跟蹤精度。3)光伏發(fā)電子系統(tǒng)間通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，采用定時喚醒的間歇工作 方式，節(jié)約電能；ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器兼做ZigBee/TD-SCDMA網(wǎng)關(guān)；通過TD-SCDMA 3G公網(wǎng) 與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行通信，增加了數(shù)據(jù)寬帶和傳輸速率，降低了通信費用。4)光伏發(fā)電系統(tǒng)工況數(shù)據(jù)按運維要求分類，或經(jīng)TD-SCDMA公網(wǎng)實時上傳，或暫存 協(xié)調(diào)器在巡檢時離線采集；采用TD-SCDMA公網(wǎng)實時在線上傳與離線本地巡檢無線USB采集 工況數(shù)據(jù)的策略，滿足運維要求的同時減少了工況數(shù)據(jù)采集費用。5)跟蹤裝置的機(jī)械傳動采用步進(jìn)電機(jī)，減少了太陽方位跟蹤裝置的機(jī)械傳動副； 步進(jìn)電機(jī)中引入步距角細(xì)分技術(shù)，滿足了天文跟蹤以及晴天工作模式下粗細(xì)跟蹤的不同精 度要求；使系統(tǒng)的可靠性和跟蹤精度再次得到提升。

圖1是帶有太陽方位跟蹤裝置的沙漠地區(qū)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)圖；圖2是本實用新型的光伏發(fā)電主系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本實用新型的光伏發(fā)電主系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器流程圖；圖4是本實用新型的光伏發(fā)電子系統(tǒng)的ZigBee節(jié)點結(jié)構(gòu)框圖；圖5是本實用新型的ZigBee模塊內(nèi)部功能實現(xiàn)電路圖；圖6是沙漠地區(qū)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽方位跟蹤方法流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，帶有太陽方位跟蹤裝置的沙漠地區(qū)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程監(jiān)控 中心、TD-SCDMA 3G公網(wǎng)和局部范圍的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)三部分；ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)由1至N 個光伏發(fā)電子系統(tǒng)的ZigBee節(jié)點與光伏發(fā)電主系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器組成，光伏發(fā)電主系 統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器包括控制器主控模塊S3C2440、電能計量模塊ADE7169、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動 模塊TA8435、TD-SCDMA無線模塊TDM330、ZigBee協(xié)調(diào)器通信模塊CC2430和無線USB模 塊CYWUSB6935，光伏發(fā)電子系統(tǒng)的ZigBee節(jié)點包括主控模塊S3C2440、ZigBee節(jié)點通信模 塊CC2430和電能計量模塊ADE7169，各光伏發(fā)電系統(tǒng)子系統(tǒng)借助局部范圍的ZigBee無線 網(wǎng)絡(luò)交換信息；遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過Internet、運營商的GGSN網(wǎng)關(guān)與TD-SCDMA相連，GGSN 網(wǎng)關(guān)對Internet、TD-SCDMA數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換；TD-SCDMA經(jīng)光伏發(fā)電主系統(tǒng)的ZigBee/ TD-SCDMA網(wǎng)關(guān)接入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，光伏發(fā)電主系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器兼作ZigBee/TD-SCDMA 網(wǎng)關(guān)；光伏發(fā)電主系統(tǒng)的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為光伏陣列依次與并網(wǎng)變換器、電網(wǎng)相連，光 伏陣列依次與步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊相連，并網(wǎng)變換器與電能計量模塊相連，主控模 塊分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、并網(wǎng)變換器、電能計量模塊、電網(wǎng)、ZigBee協(xié)調(diào)器通信模塊、無 線USB模塊、TD-SCDMA通信模塊相連，并經(jīng)TD-SCDMA通信模塊接入TD-SCDMA公網(wǎng)；光伏發(fā) 電子系統(tǒng)的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為光伏陣列依次與并網(wǎng)變換器、電網(wǎng)相連，光伏陣列依次與 步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊相連，并網(wǎng)變換器與電能計量模塊相連，主控模塊分別與步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動模塊、并網(wǎng)變換器、電能計量模塊、電網(wǎng)、ZigBee節(jié)點通信模塊相連。如圖2所示，所述的光伏發(fā)電主系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器包括控制器主控模塊 S3C2440、電能計量模塊ADE7169、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊TA8435、TD-SCDMA無線模塊TDM330、 ZigBee協(xié)調(diào)器通信模塊CC2430和無線USB模塊CYWUSB6935 ；TD-SCDMA無線模塊TDM330通 過USB接口與控制器主控模塊S3C2440的USB接口模塊相連，USB接口模塊的引腳1接+5V 電壓，引腳1依次與電容Cl、地相連，引腳4、5、6接地，引腳2依次與電阻R1、電阻R3、地相 連，引腳3依次與電阻R2、電阻R4、地相連，主控模塊核心板S3C2440的第P12、m 1引腳分別 與電阻Rl和R3的中間點、電阻R2和R4的中間點相連；主控模塊核心板S3C2440的第K9、 P9、U13、L9引腳分別與ZigBee協(xié)調(diào)器通信模塊CC2430的第13、14、15、16引腳相連；主控模 塊核心板S3C2440的第H16、N9、E3、R11、K10、L11、T9引腳分別與無線USB模塊CYWUSB6935 的第14、21、22、23、24、25、33引腳相接；主控模塊核心板S3C2440的第T10、J10、K14引腳分 別與電能計量模塊ADE7169的第5、8、36引腳相連；主控模塊核心板S3C2440的第K2、K3、 J7、K5、K6分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊TA8435的第5、6、7、8、9引腳相連。S3C2440分別通過串口 SPIO和SPIl與CC2430、CYWUSB6935接收/發(fā)送數(shù)據(jù)，其引 腳U13、E3作為GPIO端口，當(dāng)引腳U13置低時，CC2430芯片SPI從機(jī)信號有效，ZigBee模塊 激活；當(dāng)引腳E3置低時，CYWUSB6935芯片SPI從機(jī)信號有效，無線USB模塊激活。S3C2440 通過引腳RXD、電能計量模塊ADE7169通過TXD引腳進(jìn)行串口通信，S3C2440的引腳TlO使 能電能計量模塊，電能計量模塊的引腳8觸發(fā)S3C2440產(chǎn)生中斷。S3C2440的GPIO引腳K2、 K5、K6分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊ΤΑ8435的引腳5、8、9相連，控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和工作方 式，S3C2440的T0UT3引腳Κ3和T0UT2引腳J7分別與ΤΑ8435的引腳6、7相連，PWM控制步 進(jìn)電機(jī)脈沖輸入。ZigBee協(xié)調(diào)器查詢接收光伏發(fā)電子系統(tǒng)的ZigBee節(jié)點上傳的工況參數(shù)、同時兼作ZigBee/TD-SCDMA網(wǎng)關(guān)，轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心下傳的太陽方位跟蹤控制命令；ZigBee 協(xié)調(diào)器對光伏發(fā)電系統(tǒng)工況數(shù)據(jù)按運維要求分類，通過TD-SCDMA無線模塊TDM330接入 TD-SCDMA，實時遠(yuǎn)傳光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要工況參數(shù)，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過Internet與運營商 的GGSN網(wǎng)關(guān)相連，在線接收光伏發(fā)電系統(tǒng)上傳的重要工況參數(shù)；一般工況參數(shù)巡檢員手持 無線USB采集器通過無線USB模塊CYWUSB6935、定時進(jìn)行現(xiàn)場采集，采用離線方式匯總至遠(yuǎn) 程監(jiān)測中心。電能計量部分不僅要計量由逆變器轉(zhuǎn)換后的電能量和諧波量等，而且還要通過采集各種傳感器的信息來監(jiān)測太陽輻照量、太陽電池板溫度、太陽電池陣列電壓、蓄電池電壓、 太陽電池陣列電流、蓄電池電流，是一個功能完善的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。電能計量模塊采用美國模 器件公司的ADE7169作為電能計量芯片，該電能計量芯片自帶DSP和增強(qiáng)型8052MCU，將ADI 公司成熟的電能測量內(nèi)核與微處理器、片內(nèi)閃存、LCD驅(qū)動、實時時鐘和智能電池管理電路結(jié) 合。電壓傳感器采集的電壓信號，經(jīng)濾波后通過49腳和50腳送入ADE7169，同樣通過電流傳 感器獲得電流信號經(jīng)濾波后送入ADE7169的52腳和53腳，進(jìn)行有功功率、無功功率和視在功 率的電能計算，以及電壓有效值(RMS)和電流有效值RMS的測量。如圖3所示，圖中上電后待對ZigBee模塊、TD-SCDMA模塊、無線USB模塊和步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動模塊TA8435初始化完成，主控模塊接收遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)送的工作模式和粗細(xì)跟 蹤參數(shù)，并向光伏發(fā)電子系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的跟蹤命令，隨后主控模塊接收并存儲光 伏發(fā)電子系統(tǒng)上傳的工況參數(shù)，對工況數(shù)據(jù)按運維要求分類，重要工況參數(shù)經(jīng)TD-SCDMA實 時上傳，非重要參數(shù)暫存ZigBee協(xié)調(diào)器由巡檢員巡檢時離線采集；工況參數(shù)處理完成再返 回至接收遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)送的工作模式和粗細(xì)跟蹤參數(shù)步驟。重要工況參數(shù)包括步進(jìn)電機(jī) 異常電壓、電流值，光伏陣列溫度值，按運維要求的統(tǒng)計發(fā)電量值(如每小時發(fā)電量等)，控 制器自檢時發(fā)現(xiàn)的故障信息等。如圖4所示，所述的光伏發(fā)電子系統(tǒng)的ZigBee節(jié)點包括控制器主控模塊S3C2440、 ZigBee節(jié)點通信模塊CC2430、電能計量模塊ADE7169和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊TA8435 ；電壓傳 感器采集電壓信號經(jīng)濾波后與ADE7169的第49、50引腳相連，電流傳感器獲得電流信號經(jīng) 濾波后與ADE7169的第52、53引腳相連，電能計量模塊ADE7169內(nèi)的DSP和增強(qiáng)型8052MCU 相連，ADE7169的第5、8、36引腳分別與主控模塊核心板S3C2440的第T10、J10、K14引腳相 連；主控模塊核心板S3C2440的第K2、K3、J7、K5、K6分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊TA8435的 第5、6、7、8、9引腳相連；主控模塊核心板S3C2440的第K9、P9、U13、L9引腳分別與ZigBee 模塊CC2430的第13、14、15、16引腳相連，ZigBee節(jié)點通信模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)處理模塊和射頻 模塊相連；電能值由ADE7169經(jīng)串口發(fā)送至S3C2440，S3C2440通過SPI將所有工況參數(shù)經(jīng) CC2430射頻模塊發(fā)送至ZigBee協(xié)調(diào)器。如圖5所示，ZigBee模塊內(nèi)部功能實現(xiàn)電路的CC2430集成芯片的引腳20、7、47、 41相連后與數(shù)字電路電源DVDD 3. 3V、電容C411、電容C71的一端相連，電容C411及電容 C71的另一端接地；引腳42與電容C421的一端相連，電容C421的另一端接地；引腳10與 電容C678的一端、電阻R406、按鍵Sl的一端相連，電容C678及按鍵Sl的另一端接地，電阻 R406的另一端與數(shù)字電路電源DVDD 3. 3V相連；引腳23與數(shù)字電路電源DVDD 3.3V及電 容C231的一端相連，電容C231的另一端接地；引腳24與模擬電路電源VCC1. 8及電容C241 的一端相連，電容C241的另一端接地；引腳26與電阻R261的一端相連，電阻R261的另一端接地；引腳22與電阻R221的一端相連，電阻R221的另一端接地；引腳19與晶振Xl及電 容C191的一端相連，晶振Xl的另一端與引腳21及電容C121的一端相連，電容C191及電 容C121的另一端均接地；引腳44與晶振X2及電容C441的一端相連，晶振X2的另一端與 引腳43及電容C431的一端相連，電容C441及電容C431的另一端均接地；引腳34與電感 L2及電感L5的一端相連，電感L4及電感Ll的一端和電感L5的另一端相連，引腳33與電 感Ll的另一端相連，引腳32與電感L2及電感L4的另一端相連，電感L3的一端與電容C63 的一端相連，電容C63的另一端與天線ANTl相連；引腳25、27、28、29、30、31、35、36、37、38、 39,40與模擬電路電源乂01.8、電容(11、電容(101、電容0371的一端相連，電容C11、電容 C101、電容C371的另一端接地。如圖6所示，沙漠地區(qū)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽方位跟蹤方法包括如下步驟1)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心設(shè)定沙漠地區(qū)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽方位跟蹤裝置的晴、陰、 雨工作模式，以及晴天工作模式下的粗細(xì)跟蹤精度，并通過Internet、GGSN、TD-SCDMA、光伏 發(fā)電主系統(tǒng)的ZigBee/TD-SCDMA網(wǎng)關(guān)傳送至ZigBee網(wǎng)絡(luò)；兼作ZigBee/TD-SCDMA網(wǎng)關(guān)的 ZigBee協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心設(shè)定的跟蹤工作模式和跟蹤精度，光伏發(fā)電主系統(tǒng)和光伏 發(fā)電子系統(tǒng)根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心設(shè)定的跟蹤工作模式和跟蹤精度運行，ZigBee協(xié)調(diào)器由光伏 發(fā)電主系統(tǒng)主控模塊和ZigBee協(xié)調(diào)器通信模塊組成；2)雨天工作模式下沙漠地區(qū)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽方位跟蹤裝置停止跟蹤，光 伏陣列轉(zhuǎn)至設(shè)定的太陽高度角和方位角，其中太陽方位角采用前一天太陽方位角，太陽高 度角采用如下計算公式H = 90° -| μ+/-β式中，μ是當(dāng)?shù)氐乩砭暥?；β是太陽直射點地理緯度；3)陰天工作模式下沙漠地區(qū)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽方位跟蹤裝置采用天文跟 蹤，晴天工作模式下沙漠地區(qū)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽方位跟蹤裝置采用天文跟蹤和光 伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的跟蹤，確定光伏陣列的太陽高度角和方位角，跟蹤的起始、終止時間 由遠(yuǎn)程監(jiān)控中心設(shè)定；光伏發(fā)電主系統(tǒng)和光伏發(fā)電子系統(tǒng)的控制器經(jīng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊 ΤΑ8435、輸出高度角和方位角對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)角位移所需的電脈沖信號；其中采用天文跟蹤根據(jù)地球和太陽的相對運動規(guī)律，確定光伏陣列的太陽高度 角和方位角，步進(jìn)電機(jī)跟蹤精度選用缺省步距角，天文跟蹤地平坐標(biāo)的計算公式如下
權(quán)利要求一種帶有太陽方位跟蹤裝置的沙漠地區(qū)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于包括遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、TD SCDMA 3G公網(wǎng)和局部范圍的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)三部分；ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)由1至N個光伏發(fā)電子系統(tǒng)的ZigBee節(jié)點與光伏發(fā)電主系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器組成，光伏發(fā)電主系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器包括控制器主控模塊S3C2440、電能計量模塊ADE7169、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊TA8435、TD SCDMA無線模塊TDM330、ZigBee協(xié)調(diào)器通信模塊CC2430和無線USB模塊CYWUSB6935，光伏發(fā)電子系統(tǒng)的ZigBee節(jié)點包括主控模塊S3C2440、ZigBee節(jié)點通信模塊CC2430和電能計量模塊ADE7169，各光伏發(fā)電系統(tǒng)子系統(tǒng)借助局部范圍的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)交換信息；遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過Internet、運營商的GGSN網(wǎng)關(guān)與TD SCDMA相連，GGSN網(wǎng)關(guān)對Internet、TD SCDMA數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換；TD SCDMA經(jīng)光伏發(fā)電主系統(tǒng)的ZigBee/TD SCDMA網(wǎng)關(guān)接入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，光伏發(fā)電主系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器兼作ZigBee/TD SCDMA網(wǎng)關(guān)；光伏發(fā)電主系統(tǒng)的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為光伏陣列依次與并網(wǎng)變換器、電網(wǎng)相連，光伏陣列依次與步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊相連，并網(wǎng)變換器與電能計量模塊相連，主控模塊分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、并網(wǎng)變換器、電能計量模塊、電網(wǎng)、ZigBee協(xié)調(diào)器通信模塊、無線USB模塊、TD SCDMA通信模塊相連，并經(jīng)TD SCDMA通信模塊接入TD SCDMA公網(wǎng)；光伏發(fā)電子系統(tǒng)的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為光伏陣列依次與并網(wǎng)變換器、電網(wǎng)相連，光伏陣列依次與步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊相連，并網(wǎng)變換器與電能計量模塊相連，主控模塊分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、并網(wǎng)變換器、電能計量模塊、電網(wǎng)、ZigBee節(jié)點通信模塊相連。
專利摘要本實用新型公開了一種帶有太陽方位跟蹤裝置的沙漠地區(qū)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)包括局部范圍的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)、TD-SCDMA公網(wǎng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心三部分。ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)由1至N個光伏發(fā)電子系統(tǒng)的ZigBee節(jié)點與光伏發(fā)電主系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器組成，ZigBee協(xié)調(diào)器兼作ZigBee/TD-SCDMA網(wǎng)關(guān)；發(fā)電系統(tǒng)的工況數(shù)據(jù)按運維要求分類，或經(jīng)TD-SCDMA實時上傳，或暫存協(xié)調(diào)器巡檢員巡檢時離線采集；遠(yuǎn)程監(jiān)控中心設(shè)定跟蹤裝置的晴、陰、雨工作模式和晴天模式下的粗細(xì)跟蹤精度，太陽方位跟蹤裝置采用天文跟蹤和光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的跟蹤；太陽方位跟蹤裝置的機(jī)械傳動則采用步進(jìn)電機(jī)及步距角細(xì)分技術(shù)。本實用新型將跟蹤裝置融入光伏發(fā)電系統(tǒng)整體考慮，提升了系統(tǒng)的可靠性和跟蹤精度、降低了運維費用。
文檔編號G05D3/12GK201774274SQ20102050863
公開日2011年3月23日 申請日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者何姍, 葉建鋒, 吳明光, 徐曉忻, 王慧芬 申請人:浙江大學(xué)