光电跟踪技术篇1
关键词：太阳能；光伏电站；太阳辐射；mppt；控制方法
Doi：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.145
、0引言
太阳能是一种可再生的清洁能源，具有取之不尽，用之不竭的特点，随着不可再生能源的不断枯竭，太阳能得到人们更多的开发和利用，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。讨论太阳能利用技术及其发展趋势，对于太阳能的发展和利用起到重要作用。近年来，新能源在全球能源结构中的地位显著提升。[1]多种太阳能热利用方式的综合发展，将为世界节能减排以及煤油替代和能源消耗结构调整做出巨大贡献，将有非常巨大的发展空间。
1国内外光伏发电最大功率点跟踪技术的研究现状
光伏发电具有清洁、安全、无污染等优点，但目前，由于光伏发电系统成本高，其应用受到很大的影响。通过提高光伏转换效率，降低单位功率输出的成本，提高了使用寿命。
光伏发电功率预测技术和最大功率点跟踪技术已受到了全球的关注，最大功率点跟踪技术备受其国外学者的青睐。目前光伏发电最大功率点跟踪技术也已成为国内热门研究的技术之一。
2光伏发电最大功率点跟踪控制方法
2.1非自寻优的mppt控制方法
曲线拟合法[2]：由于需要测量温度和太阳光强度，增加了系统的复杂性，并且可以根据时间的推移改变光伏特性曲线。所以此方法并不广为所用。
2.2自寻优的mppt控制方法[3]
此类方法是目前研究比较广泛的控制方法，因为此类方法不直接检测外界环境的因素变化，而是依据直接检测到的光伏板阵列上的电压和电流来进行最大功率点的跟踪。
干扰观察法：该方法的优点是控制算法比较简单，对电量传感器的精度要求不高。其缺点是
a.总是在附近的最大功率点的光伏冲击操作，会产生一定量的功率损耗。
B.跟踪步长的设定难以兼顾跟踪精度和响应速度，并且有时会出现判断错误的现象[4]。
目前已有文献针对干扰观察法的缺点进行了研究改进，提出了多种改进的方法和对策。
3三种典型mppt方法的比较（见表1）
4mppt控制方法研究发展方向
（1）数学模型逐步优化、智能处理方法广泛应用。基于模糊逻辑和人工神经网络的mppt控制方法进行了介绍，虽然人工智能中有许多缺陷，但它仍然比在某些方面，人类的思维。
（2）多种控制方法的有机结合[5]。由于各种mppt方法有一些缺点和局限性，改善它必须支付实施难度和成本的价格，各种方法的有机结合，可以避免弱点，还可以充分发挥各种方法的优势。
5结语
本文介绍了光伏发电最大功率点跟踪技术的几种方法，并对其优缺点进行了剖析和对照。对目前在最大功率点跟踪技术领域存在的一些问题进行了讨论。如何将各种最大功率点跟踪控制方法有机结合，相互补充，使其能够更好的满足实际需要，是今后光伏阵列最大功率点跟踪控制研究的方向。
参考文献：
[1]易翔.光伏功率预测系统的研究与实现[D].北京工业大学，2013.
[2]卢静，翟海青，刘纯，王晓蓉.光伏发电功率预测统计方法研究[J].华东电力，2010（04）：563-567.
[3]杨蕾.太阳能光伏电站输出功率预测研究[D].兰州交通大学，2014.
光电跟踪技术篇2
项目介绍
目前我国已经成为全球第二大石油消费国和进口国，随着油价的上涨和环境污染的日趋严重，新能源的开发和利用已经成为我国经济和社会可持续发展的必然选择。在各种已知的新能源中，太阳能由于取之不尽，用之不竭，且不会产生任何污染，而受到人们的日益关注。
太阳能的应用大致可以分为两个方面：一个是光电方面的应用，就是通过太阳能电池直接将太阳光的光能转化为电能。这方面所遇到的困难是太阳能电池的造价太高，发电成本约为火电的十倍，由于成本过高而无法大规模推广应用。另一个是光热方面的应用，就是将太阳能直接转换为热水或热蒸气。这方面存在的问题是，由于太阳光的能量密度低，很难产生开水或100度以上的热蒸汽，除了家庭淋浴外，很难找到其他应用。根据联合国统计250度以下的用热占人类能源消耗总量的50%，而且主要是集中在100度以上。所以，要想为太阳能的光热应用找到广阔的市场，就必须提高太阳能的出水温度，使之可以达到250度。因此就必须对太阳能进行聚光跟踪，以提高太阳能的能量密度和太阳能的出水温度。
到目前为止，所有的聚光装置大致可以分为三类，塔式聚光装置、槽式聚光装置和盘式聚光装置。这三类装置都有一个共同的特点，都是通过转动反射镜来跟踪太阳的。每一面反射镜都需要一套独立的跟踪控制装置来跟踪太阳。由于这些装置要在室外运行，承受风雨的侵蚀，至少必须能够承受八级以上的大风。所以，要想使整个系统稳定运行数年，其机械支撑转动部分必须十分坚固。通常这样一套有使用价值的机械跟踪装置是相当昂贵的，再加上其他的配套系统，整个系统的造价十分高昂。而且随着使用年限的增加，不可避免地出现机械老化和风雨侵蚀、生锈等现象，这时系统的故障率将会直线上升、维修和保养工作将会消耗大量的人力物力，对生产者和使用者来讲都是难以承受的。
上述问题是这类通过转动聚光镜来跟踪太阳的技术方案中所固有的缺陷，很难通过单纯依靠提高机械系统的设计和制造水平加以根本解决。这也正是近百十年来太阳能聚光跟踪技术迟迟无法商业化的根本原因。要想解决这个问题，唯一的出路就是要彻底地改变这种通过转动聚光镜来跟踪太阳的传统技术路线。
北京交通大学王瑞峰博士所研究发明的“超大面积中高温太阳能聚光跟踪技术”，采用一种全新的聚光跟踪原理，从根本上突破了传统的技术路线，用两个电机和一个单板机实现了三项突破：
第一，突破了以往通过转动反射聚光镜来跟踪太阳的传统技术路线。将庞大而笨重的反射镜固定在地面上一年四季保持不动，所以不容易为风雨所损坏，可以终生免维护，而跟踪移动部件不仅重量轻，体积小，结构简单、牢固，安装方便，而且可以抵御十级以上的大风和数十年的风雨侵蚀，整个系统使用寿命可达20年以上。
第二，更为重要的是突破了以往一套控制装置只能控制一面反射镜的限制。该技术利用一套跟踪装置系统可以对数百面反射镜进行同时跟踪，将数百或数千平方米的太阳光聚集到光能转换部件上，从而数百倍地降低了聚光跟踪成本，使聚光跟踪技术的经济合理性得以实现。
第三，该技术用一个坚固框架的整体平移（平移距离在3米以内）代替了数百个反射镜的转动。将运动部件由几百个减少到几个，这样系统出现故障的可能性也相应地减少到原来的几百分之一，从而极大地提高了整个系统的运行稳定性，所以此类装置可以稳定运行20年，这对于生产者和使用者来讲都是可以接受的。
另外，这项技术聚光倍数高，可以达到50~100倍，光斑温度达700度，用于光热转换，可以产生开水和300~400度的热蒸气，能够满足工农业生产和生活中的绝大部分用热需求。如果用于光电转换，由于电池板的用量降低为原来的百分之一、二，从而大幅度地降低发电成本，科学计算表明，其发电成本与目前的火电成本相当。
技术专家点评
王志峰工学博士，中国科学院电工研究所研究员、博士生导师。是联合国国际可再生能源组织(iSpRe)核心成员、国际太阳能学会会员、国家“十一五”“863”计划重点项目“太阳能热发电技术及系统示范”总体组组长、国家“十五”“863”计划后续能源主题专家组成员(2001~2004)、上海交通大学兼职教授、国家建设部专家委员会委员，并兼任中国太阳能学会理事、中国工程物理学会理事、皇明太阳能集团首席顾问等许多相关社会职务。
现今能源的短缺已成为制约我国社会和经济发展的主要瓶颈，为了使我国经济能够保持长期稳定高速发展，就必须加强新能源的开发和利用。因此太阳能作为新能源中最重要的组成部分已成为国内和国际科技界的研究重点。
目前太阳能的大规模利用仍然仅限于低温领域，即太阳能真空管热水器。但由于其出水温度低，除了家庭日常应用之外，很难找到其他的用武之地。为了能够使太阳能在工业领域得到大规模的应用，就必须提高太阳能的出水温度，使其达到100度以上。为此目的，必须借助太阳能聚光跟踪技术，这种技术在国际上已经有一百多年的研究历史了，类型大致可以分为三种：塔式聚光装置、槽式聚光装置和盘式聚光装置。但迄今为止，没有一种类型能够进行大规模的商业应用。究其原因，就是这类装置都需要通过转动反射镜来跟踪太阳，转动部件过于庞大、笨重，技术难度大、制造成本高，经济上往往得不偿失。
为了从根本上解决上述问题，北京交通大学王瑞峰博士发明了“超大面积中高温太阳能聚光跟踪技术”。该技术将庞大而笨重的反射镜固定在地上，一年四季保持不动。使跟踪移动部件不仅重量轻，体积小，并且结构简单、牢固，安装方便。更为重要的是该技术实现了利用一套跟踪装置对数百面反射镜的同时跟踪，从而极大地降低了系统的整体造价。并且，该技术的聚光倍数可以达到了50~100倍，能够产生300度左右的高温，满足了工农业生产中大部分的用热需求。
总之，该技术通过采用一种全新的聚光跟踪原理，成功地绕过了目前太阳能中高温领域中的诸多技术困难，不仅在技术上容易实施，而且制造成本低廉，具有很好的经济效益。该技术属于原始性创新，为太阳能中高温技术的发展铺平了道路。
市场专家点评
李俊峰研究员，国家发改委能源研究所副所长、学术委员会主任，是内蒙古自治区政府科技顾问，中国再生能源学会、中国沼气学会、国际风能理事会副理事长，国际21世纪可再生能源政策委员会副主席，中华人民共和国能源法起草专家。还曾担任国家“863”计划后续能源主题责任专家、国家“973”计划氢能主题顾问等职务。
太阳能是大自然赐予人类的清洁、可以永续利用的可再生能源。地球上现有的大多数矿物能和可再生能源，大都源于太阳能，通过不同形式转化而来。迄今为止，光热转换和光电转换是人类掌握的转换效率最高的太阳能工业化利用技术。光热转换可以达到50%以上，光电转换效率可以达到20%以上。但是，太阳能辐射到地面的能量密度较低，长期以来，人们在利用聚光装置富集太阳能，提高太阳能转换装置的利用率方面，进行了长期的尝试。但是，在精密跟踪仪器的设计、制造和系统装置的可靠稳定运行方面，遭遇了严峻的挑战，在可靠性和成本两者的博弈中，还没有找到和谐的统一，成为聚光太阳能装置利用的最大瓶颈。
该栏目推介的“超大面积中高温太阳能聚光跟踪技术”，通过改革传统装置，解决了太阳能聚光装置精密跟踪的传统的转动跟踪面临的所有移动部件都需要整体移动、一致跟踪的技术难题。将移动跟踪，变为固定跟踪；将单装置跟踪控制，改革为整体集中控制跟踪；将转动跟踪转变为平移跟踪，减少了转动部件。通过跟踪系统思想的革新，大大简化了跟踪系统的设计，并提高了跟踪系统的可靠性，从而大大降低了太阳能跟踪系统的应用成本和维护费用。
该项目技术是将机电一体化的思想用于太阳能精密跟踪，在实际应用中，电子系统的质量和抗干扰能力是其跟踪精度和可靠性的关键。如果获得成功，可以将低密度的太阳能富集为高密度的、低成本的太阳能，有利于太阳能高品位能源的开发利用，特别是用于光伏发电技术和太阳能高温热利用技术之后，使得太阳能发电、取暖和制冷廉价利用成为可能。其市场前景十分广阔。
投资专家点评
黄智勇北京大学mBa，上海联创投资管理有限公司投资经理。
上海联创专注于it、通讯、环保、能源、高附加值制造业、医疗健康等领域的投资，目前已投资了50多家企业，其中有14家企业成功在美国、香港、国内证券市场上市。
随着石油、煤炭等传统能源的价格日益高涨，储量越用越少，寻找新的可再生能源来替代已成为全球的一个重要课题。并且，传统能源在使用方面还带来各种对环境的污染，起用新的清洁能源对全球环境保护有着重要的意义。
太阳能作为具有取之不尽用之不竭、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源，是大自然赋予全人类的一笔宝贵财富，其独有的优势日渐成为人们重视的焦点。据专家预测，太阳每年向地球发射的能量相当于人类消耗能量的1200倍以上。因此，世界发达国家都投入了很多资源开发各种利用太阳能的技术，未来太阳能应用的市场潜力巨大。
但目前太阳能技术开发遇到了一定的困难，主要在太阳能的转换效率比较低，现在投入应用的转换率在15％左右。因此需要大面积的光伏电池才具有实用价值，导致造价很高。北京交通大学王瑞峰博士所研究发明的“超大面积中高温太阳能聚光跟踪技术”项目，不仅提高了系统的稳定性、易用性，而且在很大程度上降低了系统造价，大大地提高了太阳能利用效率。另外，该技术在利用太阳能转换成热能方面，能达到较高的温度，使得应用更广泛。
但该项目在产业化投资过程中还应注意以下几点：
1.作为研究成果产业化，要考虑产品的具体目标市场在什么地方？对该市场，市场规模有多大？产品的竞争优势与劣势如何？
2.要注意太阳能产业的最新研究动态。据报道，在美国的实验室已实现太阳能电池42.8%的转化率。一旦这些研究成果产业化，将对该项目的产品的市场产生重大影响。
3.要关注光伏电池成本的变化对该项目的影响。如果光伏电池解决了造价昂贵问题，对该项目的市场也会造成重大影响。
4.需要拥有一支优秀的团队。从我们的投资经验来看，经常发现一些大专院校和科研院所研究出好的产品，但市场做不好，主要是管理团队都是科研人员，对市场不熟悉。
随着我国人口增加、工业化和城镇化进程的加快，特别是重工业和交通运输的快速发展，能源需求量将大幅度上升，经济发展面临的能源约束矛盾和能源使用带来的环境污染问题更加突出。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源，在新世纪，许多国家政府已将太阳能资源开发利用作为国家可持续发展战略的重要内容之一。我国西部地区是世界上最大、地势较高的自然地理单元，也是世界上最丰富的太阳能资源地区之一，资源优势得天独厚。今年6月，国务院印发的国家发改委会同有关部门制定的《节能减排综合性工作方案》指出：“积极推进能源结构调整。大力发展可再生能源，抓紧制订出台可再生能源中长期规划，推进风能、太阳能、地热能、水电、沼气、生物质能利用以及可再生能源与建筑一体化的科研、开发和建设。”
光电跟踪技术篇3
关键词：太阳能电池；pLC；自动跟踪；光电传感器
中图分类号：tn710?34文献标识码：a文章编号：1004?373X（2013）21?0165?03
0引言
目前在太阳能发电利用中基本上都采用自动跟踪技术提高太阳能的利用率，跟踪技术分单轴跟踪和双轴跟踪，单轴跟踪系统比固定式系统能增加20%的功率输出，而双轴跟踪系统比固定式系统能增加40%的功率输出，双轴跟踪系统采用水平方向电机和俯仰方向电机来追踪太阳的方位角和高度角，从而可以实时精确追踪太阳的位置。
跟踪太阳的方法目前多采用光电跟踪方式，由光电传感器件根据入射光线的强弱变化产生反馈信号到计算机，计算机运行程序调整太阳能电池板的角度实现对太阳的跟踪。
基于高职院校光伏新能源专业学生的实训教学需要，设计了基于西门子S7?200pLC的太阳能电池自动跟踪实训系统和实训操作模式。
1系统构成
太阳能电池自动跟踪实训系统由追日装置和追日控制系统组成，追日装置如图1所示。该系统由太阳能电池方阵、模拟太阳光灯、追日跟踪光学传感器、双轴运动重型云台等构成。
追日控制系统由西门子S7?200pLC及低压电器组成，CpU型号：CpUi224XtCn，输入14个点，输出10个点，追日控制系统控制追日装置上的步进电机，步进电机带动同步带上的金属卤灯（模拟太阳）自东向西运动，模拟太阳在白天的运行轨迹。然后又自西向东运动，模拟太阳在夜间的运行轨迹。pLC通过太阳能电池板上的追日跟踪光学传感器采集模拟太阳的位置信息，光学传感器使用4个光电池组成桥式电路，外面有个滤光罩，没有一定光强，光学传感器没有输出。pLC根据光学传感器的位置信息进行分析判断，控制太阳能电池板下方的双轴运动云台执行追日的动作，使太阳能电池板始终正对着模拟太阳光源，以提高太阳能电池的发电效率，控制系统工作原理如图2所示。
2控制过程
太阳能电池自动跟踪实训系统设计了两种操作模式，手动操作和自动操作。通过控制面板进行选择，如图3所示。
手动操作模式通过控制面板进行模拟光源、模拟太阳移动和追日跟踪等3个按钮的操作，自动操作模式下通过触摸屏进行模拟光源、模拟太阳移动、追日跟踪、手动操作云台等4按钮的操作，如图4所示。
步进电机从同步带右限位开关处带动同步带上的模拟光源（开灯）自东向西运动，模拟太阳日出、日落运行轨迹，碰到同步带左限位开关后（关灯）自西向东运动返回起点，追日跟踪在模拟光源（开灯）自东向西运动过程中动作。模拟光源移动流程如图5所示。
光学传感器在模拟光源（开灯）自东向西运动过程中不断检测，向pLC发出上、下、左、右四路检测信号，pLC控制云台双轴电机分别运动，从而控制云台的上、下、左、右运动，使太阳能电池板始终正对着模拟太阳光源。
跟据控制要求进行pLC输入输出端口分配见表1。
3软件设计
手动操作和自动操作模式的选择指令如图6所示。
正向脉冲输出指令如图7所示，反向脉冲输出指令和正向脉冲输出指令类似。
传感器信号输出指令如图8所示，计数器C1和C2是为了防止云台失控，在模拟光源没有移动状态下，云台可能会出现失控抖动的现象，原因是由于云台电机反映速度和探测器反映速度不一致，可能云台往一个方向运动过头，探测器信号又反转，导致云台抖动，这时靠自身程序无法走出死循环，需停机再启动。C1和C2分别计数云台电机连续向左或向下运动3次。
云台电机动作指令如图9所示，计时器t39、t40是设置当模拟碰到左限位开关后云台电机自动回到启始点。
4结论
该系统即可以训练高职院校光伏新能源专业的学生掌握太阳能电池自动跟踪系统的工作原理，也可应用于工程实际中，具有较高的实际应用价值。
参考文献
[1]刘华波.西门子S7?200pLC编程及应用案例精选[m].北京：机械工业出版社，2009.
[2]孙承志，徐智，张家海，等.西门子S7?200/300/400pLC基础与应用技术[m].北京：机械工业出版社，2009.
[3]王淑英.S7?200西门子pLC基础教程[m].北京：人民邮电出版社，2009.
[4]罗维平.基于pLC的太阳能电池板自动跟踪系统的研究[J].电子技术应用，2009，35（9）：138?140.
光电跟踪技术篇4
[关键词]动态测角误差、可编程动态靶标、光电经纬仪
中图分类号：tH761.1文献标识码：a文章编号：1009-914X（2016）03-0354-01
1、概述
检测光电经纬仪跟踪性能、动态精度和测角精度等技术指标的方法分为外场和室内两种检测方法。外场检测是将经纬仪运到靶场，在靶场测控网跟踪飞机、拍星等。获得飞行轨迹参数，同时用靶场的其它高精度设备进行跟踪测量统一目标，并以此为真值，与光电经纬仪获得的参数在同一坐标系下进行对比，从而标定出其跟踪精度和动态测角精度。可见，外场检测方法受到时间、场地、天气、运输等因素的限制，要消耗大量人力、物力，且实验周期长，组织协调困难，而且校飞目标很难达到设备设计的指标速度和加速度检测要求，所以外场检测方法有很多局限性和弊端。另外用靶场其它测量设备进行对比测量还存在多种误差源，很难给出高精度的真值，使得被检测光电经纬仪无法与其进行精度对比。
室内检测方法是指在实验室内用精度动态靶标模拟空间运动目标及其运动规律，对光电经纬仪跟踪性能和测角精度进行检测。可见室内检测方法可以在实验室内及时发现和解决光电经纬仪存在的技术问题，保证外场检测和应用中不会出现技术问题。如今，对光电经纬仪的总体性能，尤其是对其跟踪精度和测角精度指标的要求越来越高，所以用于检测光电经纬仪精度的动态测角误差精度也受到了高度的重视。
2、光电经纬仪发展情况简述
因为经纬仪的研究情况、技术指标和生产能力是一个国家在光学仪器领域和靶场光测设备领域中水平高低的重要衡量标准，所以存在相关技术封锁，尤其是有关检测方法的相关资料极少透露。
随着科技进步和靶场建设的需要，20世纪80年代研制的电影经纬仪开始加装可见光电视和红外电视系统，经纬仪从单一的对飞行目标跟踪、弹道测量，到现在对靶场各类飞行目标的目标特性、姿态、拦截、子母弹炸点解爆、子弹散落特性等性能的测量。近几年以来，由于可见光电视、红外电视图像可实时传输、实时提取目标脱靶量等优点，逐渐取代电影胶片成为光电经纬仪主光学系统的成像器件。
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所从1958年开始研制我国第一台150光学跟踪测量设备，到160、179、331、260、662等电影经纬仪以来，在电影经纬仪的研制生产中逐步建立了自己的静、动态检测方法。电影经纬仪检测架如图1.
随着科技进步和靶场建设的需要，20世纪80年代研制的电影经纬仪开始加装可见光电视和红外电视系统，到现在电视、红外已完全取代电影胶片作为图像测量和记录系统，经纬仪从单一的对飞行目标跟踪、初始段和载入段弹道测量，到现在对靶场各类飞行目标的目标特性、姿态、拦截、子母弹炸点解爆、子弹散落特性等性能的有效装置―旋转靶标，解决了光电经纬仪动态跟踪和捕获性能的室内检测问题，已经在同行和军方使用部门得到推广应用。利用该靶标已经检测了多种型号的光电经纬仪，直到现在还在检测跟踪性能方面继续发挥其作用。
3、电视、红外动态测角误差检测
随着摄影胶片被可视光电传感器件所取代，而用传统摄影动态误差检测方法，由于胶片与可视光电传感器件的曝光特性的不同，无法满足光电经纬仪在工作速度和工作加速度的条件下动态测角误差的检测。随着可编程动态靶标的研制成功可实现对电视、红外动态测角总误差的检测，可编程动态靶标与光电经纬仪空间关系图2。
用高精度测角仪标定出可编程动态靶标锥角b、半锥角a，根据球面三角定理，可编程动态靶标相对于光电经纬仪的方位角a、俯仰角e都随θ角的变化按公式改变：可得方位角a、俯仰角e值。
由此可得可编程动态靶标理论方位角a、俯仰角e值为：
可编程动态靶标和光电经纬仪数据采样同步，在相同的数据采样时刻能提供一个准确的空间角度值，可以为光电经纬仪提供理论真值。光电经纬仪电视、红外测量系统在以工作速度或工作加速度自动跟踪可编程动态靶标目标状态下，调整靶标转速满足电视、红外测量系统在65°高角时工作角速度和工作角加速度的要求。由计算机记录可编程动态靶标的绝对时间ti、编码器角度值，并依据公式（3）、（4）计算出可编程动态靶标相对光电经纬仪在t时刻的方位角ai和高低角ei位置信息；电视、红外测量系统对测量的目标进行实时数据记录（绝对时间ti、方位编码器a、高低编码器e、方位脱靶量Δai、高低脱靶量Δei），选取在65°高角时的一个正弦的测量周期，计算出电视、红外测量系统的测量合成脱靶量Δai′、Δei′：
同理可对记录的电视、红外视频图像进行视频判读，得到视频伴读的方位脱靶量Δai、高低脱靶量Δei，计算出电视、红外测量系统事后动态测角误差。
4、结束语
以上是在GD-280、GJ1208等光电经纬仪电视、红外动态精度检测实际应用效果良好，通过编程控制靶标转动，可以实现对主光学系统和不加分光器偏离经纬仪3轴旋转中心的电视、红外动态测角误差的检测。开展关键检测技术研究，用于光电经纬仪可见电视、红外电视室内动态测角误差检测，通过对动态测量误差室内性能评价，可作为准确的设计与研制适合靶场试验要求的光电经纬仪提供科学的实验数据，为光电经纬仪靶场弹道测量工作的可靠性做出较真实的评估。
参考文献：
[1]何照才、胡保安.光学测量系统.北京：国防工业出版社，2002.
光电跟踪技术篇5
论文摘要:通信技术的发展引领着社会生活的进步。本文主要探讨了高新技术在有线通信系统和光通信系统中的应用。
从20世纪90年代初以来,全球向信息密集的工作方式和生活方式的转变,推动了通信技术的发展。然而,在当今经济技术知识爆炸的时代,随着行业及社会对信息需求的不断增长和应用的不断深化,只有实现通信系统在技术科技方面不断更新,加快通信系统向网络化、服务化、体系化与融合化方向的演进,才能突显通信系统在社会生活领域支撑引领的作用和地位,创造更好的发展空间。本文笔者结合工作实践,主要探讨了现代高新技术在有线通信系统和光通信系统中的应用。
1、分数阶Fourier变换技术在有线通信系统中的应用
有线通信是利用电线或者光缆作为通讯传导的通信形式,它通过对现有各类网络进行技术改造,与下一代新建网络互通和融合,成为现代通信系统的重要支柱。然而,在有线通信信道中存在各种噪声,如果不对其进行处理则会使误码率增加。因此,要消除不理想信道和噪声对信号的影响,必须应用新技术。分数阶Fourier变换(FRFt)的通信技术原理是以线性调频信号(chirp)作为调制信号,利用线性调频信号在分数阶里变换域的能量聚焦特性,通过接收机进行路径分集接收抑制有线通信信道多途效应所产生的码间干扰,从而提高系统的抗噪声干扰和频率选择性衰减的能力。具体应用程序如下:
1.1信号检测与参数估计
分数阶Fourier变换作为一种新型的线性时频工具,其实质是信号在时间轴上逆时针旋转任意角度到U轴上的表示(U轴被称为分数阶Fourier(FRF)域),而该核是U域上的一组正交的chirp基,这就是分数阶Fourier变换的chirp基分解特性。所以,在适当的分数阶Fourier域中,一个chirp信号将表现一个冲击函数,即分数阶Fourier变换过程中,某个分数阶Fourier域对应的chirp信号具有很好的能量聚焦性,而这种能量聚焦性对chirp信号的监测和估计具有很好的作用。因此,在信号检测与参数估计中,我们的基本思路是以旋转角口为变量进行扫描,求出观测信号所有阶次的分数阶Fourier变换,于是形成信号能量在由分数阶域U和分数阶次p组成的二维参数平面上的分布。然后,我们按域值在在此平面上进行二维搜索,找出最大峰值位置。并根据最大峰值坐标可以检测出chirp信号,并估计出峰值所对应的分数阶次p和分数阶域坐标,估计出信号的参数。
1.2分集接收
分集接收是利用信号和信道的性质,将接收到的多径信号分离成互不相关的多路信号,然后将多径衰落信道分散的能量更有效的接收起来,处理之后进行判决,从而达到抗衰落的目的。本文采用分集合并技术,即取出那些幅度明显大于噪声背景的多径分量,对它们进行延时相加,使之在某一时刻对齐并按一定的准则合并,提高多径分集的效果。在通信系统中,RaKe接收机由n个并行相关器和个合并器组成,每个相关器与发射信号的一个多径分量匹配。在n个相关器前增加时移单元,就可在时间上将所有分量对齐,从而采用相同的本地参考信号。然后,相关器组的输出送给合并器,将合并器输出的判决变量送到检测器进行判决。最后,根据接收机使用的不同合并方法,在选择性合并方式下,在多支路接收信号中,选取信噪比最高的的支路信号作为输出信号。
1.3峰值输出
信噪比系数呈现出一个典型的振荡特性,且振荡频率与振荡幅度与时频面的旋转角度和输入信号相关。因此在采用分数阶Fourier变换技术的实际使用中,在进行近似计算处理时需要特别注意,必须对近似处理带来的误差进行评估。
2、atp系统在光通信系统中的应用
随着科技发展的日新月异,自由激光空间光通信已经成为现代通信技术发展的新热点。但从技术实现方面来讲,由于激光通信具有信号光束窄、发散角小这样的特点,从而导致apt(acquisitionpointingtracking)捕获、跟踪、瞄准相距较远的运动体上的较窄信号光束相当困难。atp系统是由粗跟踪和精跟踪单元构成的复合跟踪系统,其主要功能是在粗跟踪单元实现初始的捕获和跟踪,并将信标光引入精跟踪的视场范围内,然后精跟踪单元实现更高带宽的跟瞄,再将信标光稳定在可通信的视场之内,为最终空间站光通信系统工程实现奠定了一定的技术基础。
2.1粗跟踪单元
粗瞄准单元由一个安装在精密光机组件上的收发天线,万向支架驱动电机以及粗跟踪探测器(CCD)组成,主要作用是捕获目标和完成对目标的粗跟踪。在捕获阶段,粗瞄准机构接收由上位机根据已知的卫星运动轨迹或星历表给出的命令信号,将望远镜定位到对方通信终端的方向上。为确保入射的信标光在精跟瞄控制系统的动态范围内,必须根据粗跟踪探测器给出的目标脱靶量来控制万向支架上的望远镜,使它的跟踪精度必须保证系统的光轴处于精跟踪探测器视场内,从而把信标光引入精跟踪探测器的视场内。
2.2精跟踪单元
精跟踪单元的跟踪精度将决定整个系统的跟踪精度,它要求带宽非常高,带宽越高,对干扰的抑制能力就越强,从而可加快系统的反应速度,加强跟踪精度。因此,设计一个高带宽高精度的精跟踪环是整个atp系统的关键所在。在这一单元我们可采用高帧频、高灵敏度、具有跳跃式读出模式的面阵电荷耦合器件(CCD)传感器。它基于深埋沟道移位寄存器技术,可以获得非常高的读出速率、非常低的噪声和非常高的动态范围。通过由捕获探测器(CCD)和定位探测器(opin)组成探测接收单元转换,CCD完成捕获与粗跟踪,并将接收光引导至opin上,在opin中进行误差信号的检测,从而提高信标光捕捉精度。
2.3控制单元
将捕捉的信号经放大、整形和a/D变换处理后,在计算机中按一定的数据分配流程将信号输入。然后通过计算机给出的速度控制信号和加速度控制信号,又经数据分配接口送入D/a转换与处理网络,使伺服电机按要求转动并带动天线转动机构分别在水平和俯仰两个方位转动,以调整天线的位置,达到自动捕获、跟踪、瞄准的目的。
3、结语
通信技术的发展促进了社会生活的进步,在未来通信技术的研究上,应不断探索、创新,追求高新技术在通信系统中的应用。
参考文献
光电跟踪技术篇6
关键词：影视特效；电视广告；特效应用
中图分类号：J916文献标识码：a文章编号：2095-4115（2013）09-21-2
影视特效与电视广告相结合的发展方式催生了影视广告，影视广告是一种新的广告形式，为电视广告的发展开辟了一条新的道路。
一、色彩应用
在各种电视广告中色彩是其中的一个极其重要的视觉元素，对于刻画角色的情感、营造环境的氛围、增强剧情画面的丰富，创造广告的欣赏价值等都起到了非常重要的作用。色彩的准确运用能够让观众领略色彩本身的魅力，与此同时极富情感的颜色能够感染观众，好的电视广告最重要的是能够吸引观众眼球并打动观众。
电视广告中的色彩特效的使用主要是在色彩匹配和色彩校正两个方面，在电视广告的拍摄中，常常会由于各种不确定的环境因素或者人为因素导致广告画面色彩值无法匹配统一。电视广告中的特效应用时，往往需要多镜头以及多素材的合成，在电视广告的后期特效制作过程中，多镜头以及多素材的合成难免会出现色彩无法匹配统一的问题，这时就必须对于每种素材进行色彩调整，以确保电视广告整体色彩的连贯统一。色彩的校正主要是对于同一电视广告中色调的调整，分为客观技术和主观艺术上两方面的色彩校正，客观技术方面的色彩校正主要是针对电视广告拍摄时所产生的色彩偏差、曝光不准确以及色彩失真等技术问题。主观艺术上的色彩校正主要是考虑观众的心理特点以及电视广告的艺术性，进而对色彩进行人性化和艺术化的调整。
二、光效应用
光效的运用是电视广告后期制作中的重要组成部分，电视广告追求能在最短的时间内追逐观众的眼球，光效具有的视觉冲击力，能够迅速吸引观众的注意力。目前各种影视广告中光效运用较为广泛，在电视广告中有针对性的利用光效突出所要表达的主体，往往能达到广告的宣传目的。光效是影视特效中不可或缺的重要部分，光效应用的好坏将直接影响画面的观赏性。
三、抠像应用
“抠像”一词源于早期的电视制作，英文称作“Key”，通俗的解释就是将画面的前景素材与背景素材进行分开拍摄，然后重新整理叠加，从而合成一个完整的素材。抠像技术的应用可以产生意想不到的艺术效果，在此后的影视作品中，抠像技术得到了广泛应用。在早期的电视影像制作中，抠像需要严格的条件以及价格高昂的设备，随着科学技术的发展，目前抠像所需要的条件已经不成问题，在现代的影视作品中，抠像技术的应用随处可见。
在电视广告中这应用抠像特效能够增强画面的感染力，提高观众对电视广告的兴趣，直至今天抠像技术已经可以根据拍摄的需要选择多层的前景与背景。目前来说抠像软件大致分为两种模式即节点模式和层模式，节点模式将需要的各个画面元素作为节点，并且按照一定的关系进行连接，最终实现合成效果。层模式则是将画面前后素材标识为不同图层，在各图层整理分析后按照所需的顺序再进行合并，两种模式各有其优点，节点模式软件适合处理较为复杂的抠像，而层模式软件操作简单。
四、追踪应用
在影视作品中绝大多数的特效镜头，在后期的制作中都要进行跟踪，在国外被称作matchmove，我们也可以称之为运动匹配。影视制作后期跟踪可分为二维跟踪和三维跟踪。二维跟踪的应用更加广泛，也更具有典型意义，其又可以分为点跟踪和面跟踪两个方面。点跟踪的方法出现较，直到今天依然广泛应用于各种合成软件中。面跟踪是新兴起一种技术，通过跟踪的数量巨大的像素，提高追踪的精度。面跟踪能记录更多的透视信息，能够更好的进行追踪，其局限性是速度较慢。
五、虚拟场景应用
无论是影视制作还是广告制作，虚拟场景的应用必不可少，虚拟场景系统来源于虚拟演播室，在影视制作中往往需要现实中不存在或者无法模拟的场景来达到作品所要表达的效果。虚拟场景节省了大量的资源，并且能够构造出极为逼真的场景氛围。虚拟布景系统的场景采用的是前期合成的方式，相对于实时渲染来说要求条件更低。在虚拟场景中光线跟踪、三维物体的细节处理以及反走样等镜头特效比实时渲染的效果更为优秀，抠像效果也能很好的满足影视画面的需要。利用虚拟场景更能让广告制作人充分发挥想象力，电视广告正需要虚拟场景的广泛应用。
计算机三维图形技术被广泛应用于许多方面，三维图形技术能够在计算机中真实再现现实世界中的各种事物的形象，从而能够有效吸引人们的关注。虚拟技术在电视广告中的应用催生了虚拟广告技术，在不中断节目和扰乱观众视线的前提下，将广告融入到视频中。虚拟场景作为影视特效中应用极为广泛的特效技术之一，在提升广告品味和提高广告质量方面发挥了重要作用。虚拟场景技术的发展正在不断成熟，充分利用这一技术能够帮助电视广告业解决一系列问题。
六、结束语：
面对现代生活快节奏的特点，影视特效与电视广告相结合的道路是一条创新之路，这条路还很漫长，但前途一片光明。
参考文献：
[1]汪淼.影视广告制作[m].北京：化学工业出版社，2012，（05）.
[2]崔银河.影视广告编导与制作[m].北京：中国传媒大学出版社，2011，（06）.
光电跟踪技术篇7
【关键词】光电跟踪测量系统；传感器；融合跟踪
theDesignandRealizationofmultiplesensorsFusiontrackingforthephotoelectricaltheodolite
（troops91351，Qiaotie-ying，YangHai-qing）
abstract：thoughdesignthemultiplesensorframeandfusiontrackingarithmetic，thispaperdesignedandrealizationofmultiplesensorsfusiontrackingforthephotoelectricaltheodolite.aphotoelectricaltheodoliteisdesignedwhichisbemakedupofthevisiblelightmeasurement，theinfraredmeasurementandthelasermeasurement，thesinglestationlocationmeasurementfunctionisrealizedforthedifferentenvironmentalcontexts.
Keywords：photoelectricaltheodolite；sensor；Fusiontracking
1.引言
目前，光电测量技术得到了极大的发展，其中可见光测量技术、红外测量技术和激光测距技术日益成熟，多种型号多种功能的光电跟踪测量系统在不同的军用民用领域得到了广泛应用。如果在一套光电测量系统中，做到取长补短，综合可见光、红外光等多种测量技术融合跟踪，并形成单站定位能力，将大大提高光电跟踪测量系统的功能，在各种应用领域发挥更大作用。
2.多传感器结构设计
2.1传感器的特点与功能
为实现近、远程目标的捕获跟踪和单站定位能力，选择测量电视系统、变焦距捕获电视系统、中波红外测量系统、长波红外测量系统和激光测距系统，集成安装在同一套光电跟踪测量系统上。
测量电视焦距较长，主要完成对目标的高精度测量，兼顾对目标的捕获和跟踪；变焦距捕获电视焦距变化范围大，可实现对近距离目标的捕获、跟踪，采用广播级的3CCD彩色相机，图像具有良好的质量；中波红外系统主要实现低能见度时对目标的捕获、跟踪和测量；长波红外系统可在夜间实现对目标的捕获、跟踪和测量，同时也可分辨目标的轮廓；激光测距系统实现对目标距离的测定，实现光电跟踪测量系统单站定位的功能。
2.2总体布局与结构
光电跟踪测量系统中的经纬仪配备的传感器较多，总体布局与设计的原则是最大限度的集中于主视轴周围，以减少各传感器间轴系误差对总测角精度的影响。图中测量电视系统位于中心主视轴，捕获电视和激光测距系统在测量电视上方，中波红外系统和长波红外系统位于测量电视下方。结构如图所示。
2.3垂直轴系结构设计
2.3.1功能和组成
由于垂直轴系形成跟踪架的方位轴线，实现方位角测量、跟踪驱动、角速度反馈功能，所以，垂直轴系精度将直接影响水平轴系和跟踪架精度，对经纬仪总体精度起着决定性作用。
光电跟踪测量系统垂直轴系主要由12个部分组成，分别为：转台、垂直轴、导电环、编码器、导电环联接件、电控箱、方位力矩电机、径向轴承、止推轴承、基座、起落部件、承载圈。
2.3.2垂直轴系结构设计特点
止推轴承采用上、下轴承环分离，径向三排滚珠均布在两轴承环之间的结构；
径向轴承环之间装有精密加工而成的优质轴承钢滚柱，采用适当的过盈配合，过盈范围0.004mm～0.006mm；
散装结构具有传动刚度好，承载能力大和旋转精度高等优点；
基座、转台采用高强度铸铁并配以足够的加强筋铸成，保证了轴承环的刚度和良好的支撑刚度及稳定性，有利于达到垂直轴系的精度要求。保证了机械的扭转刚度和较高的机械谐振频率。
2.4水平轴系结构设计
2.4.1功能和组成
水平轴系形成跟踪架的俯仰轴线，实现对目标的俯仰角测量、跟踪驱动、角度反馈、角度限位、手动机动切换等功能。在水平轴系统上安装有主光学系统、红外光学系统等光学传感器。在垂直轴、水平轴力矩电机的驱动下，实现对目标的跟踪，由各角度编码器分别输出方位和高低角度测量数据。
水平轴系包括左立柱、右立柱、四通、左轴、右轴、止推轴承、径向轴承、俯仰编码器、俯仰力矩电机、停档机构、手动-电动切换机构等。安装在垂直轴的转台上，跟随转台左方位旋转，四通与左轴、右轴连接在一起，支撑在左立柱和右立柱上。
2.4.2水平轴系结构设计特点
转台、底座、承载圈的材料皆选用Ht-300灰口铸铁，即高强度、低应力铸铁，可铸成薄壁结构、形状复杂的零件。铸件的残余变形和翘曲变形小，表面光洁，消振性能好，抗压强度大。经铸态时效、精加工前时效，硬度为HB≥240，sb=300n/mm2，弹性模数：e0=14000～15000kg/mm2，剪切模数：G=5600kg/mm2；
采用9Cr18结构合金钢，经稳定化处理后，尺寸稳定性好。淬火硬度：HRC59～60。强度高、承载能力强，“三防”性能好；
f900的轴承环及钢球均采用Gcr15Simn轴承钢，经淬火处理硬度：HRC58～60。强度高、承载能力强、稳定性好、耐磨性好；
所有标准件都进行染黑，硅油封闭，镀铬、镀镍磷等“三防表面处理；
仪器外表面进行机械加工，达到减轻重量、漆层牢固、外形美观。
3.融合跟踪算法
融合跟踪是利用多传感器数据源的信息进行融合处理，以实现对目标轨迹的精确预测，从而保证在数据源遇到干扰的情况下依然能对目标进行稳定跟踪。融合处理过程主要有时间同步和量纲对准、数据关联以及状态估计。
3.1时间同步和量纲对准
系统接收电视处理器等多传感器数据源后，首先对各传感器数据进行量纲统一，统一基准为编码器码值。此外由于各传感器的工作频率及处理时间不同，观测的数据存在时间差，在融合前进行时间对齐。考虑到编码器的采样频率最高，其它传感器的观测数据同步到该时间基准上来，同步方法采用卡尔曼滤波器的预测方程和误差协方差矩阵。
假定在时刻得到第个电视传感器在时刻的脱靶量，则将时刻的编码器值与脱靶量相加后得到带有观测误差的目标位置值，利用卡尔曼滤波方程求该时刻目标状态的滤波估计后，则目标状态估计的同步方程：
协方差的同步方程：
根据上述两式得到和后，即可根据加权航迹融合算法，忽略各传感器之间的互协方差，得到目标的融合轨迹：
3.2数据关联与状态估计
数据关联就是判断观测点迹是航迹上的真点迹还是噪声造成的假点迹。如果是真点迹则更新目标的航迹，如果是假点迹则予以剔除。假定电视传感器时刻得到的点迹为真点迹，则根据卡尔曼滤波方程可得到时刻的目标滤波点迹，经过一个电视采样周期后，电视传感器得到时刻的目标点迹。判断该时刻点迹是否为真点迹的具体做法是，利用卡尔曼预测方程得到时刻的目标预测点迹，然后以该预测点迹为中心，设置一关联门，若目标点迹落在关联门内，则认为是真点迹，否则认为是假点迹。以选取矩形关联门为例，此时判定准则为：
式中：——测量的标准差，
——卡尔曼滤波器预测标准差，
——门限系数。
状态估计采用卡尔曼滤波器，假定目标运动状态方程形式：
观测方程：
这时目标状态的最优估计为：
其中，表示在时刻预测时刻状态值，即卡尔曼一步预测方程，增益的求解是递归进行。事先假定目标运动特性以及系统噪声、测量噪声的统计特性。
4.结论
本文设计了一种多种传感器光电跟踪测量系统，实现了多传感器综合设计安装和数据融合跟踪功能。将多个电视脱靶量数据与编码器数据合成出目标的运动轨迹，用于引导设备跟踪，不仅使光电跟踪测量系统具备了各种环境和背景下的跟踪测量能力，而且在某一传感器测量脱靶量数据出现暂时性的错误情形下依然能保持目标的稳定跟踪，提高了系统跟踪的稳定性。
参考文献
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光电跟踪技术篇8
关键词：分布式电源；最大功率跟踪；负载功率跟踪；分层控制
中图分类号：tn401?34文献标识码：a文章编号：1004?373X（2017）14?0162?05
abstract：aimingatsomeproblems，suchaspoorreal?timeperformanceandthecomplexityofthepowertrackingformicrogrid，ahierarchicalcontrolstrategyforloadpowertrackingandmaximumpowerpointtracking（mppt）ofeachdistributedpowersupplyformicrogridsystemisproposedinthispaper.Basedonthemodelofwind，lightstoragesystemincludingwindpowergeneration，pVgenerationandbattery，thempptbasedontheperturbationobservationmethodisusedforpowersupplylayertoachievemaximumefficiencyofmppt.theloadpowertrackingbasedondirectpowercontrol（DpC）isadoptedforthepowerdistributionlayertoensuresystempowerbalance.theresearchresultsindicatethat，ifthebothstrategiescomeintoplay，theworkloadofthecontrolmodulecanbereducedandthesystemresponsetimecanbeshortened.anyhow，themethodoptimizedthetrackingstrategyofthetraditionalmicrogrid.
Keywords：distributedpowersupply；maximumpowerpointtracking；loadpowertracking；hierarchicalcontrol
近年来关于微电网的研究越来越集中在控制策略方面，尤其是关于微电网功率平衡控制成为了研究热点。文献[1]提出了一种基于DC/DC占空比控制的负载功率跟踪，这种算法使得风光子系统的负载功率跟踪分别进行，计算量大，要求控制策略具有良好的实时性。文献[2]提出了一种功率限值控制策略，保证系统的可靠运行，这种方式控制简单但可靠性不高，误差较大，反应速度不灵敏。文献[3]中提出了一种投切负荷的自动紧急控制策略，这种方式通过改变功率需求的方式实现供需平衡，以破坏部分用户的用电可靠性来保证系统整体的可靠性。文献[4]中提出了一种针对微电网不同的运行状况选择mppt策略与负载功率跟踪策略的运行与否，这种方式带来了系统工作量增加及控制策略复杂化的问题。本文在采用扰动观察法实现光伏子系统与风电子系统的最大功率跟踪控制的基础上，通过对逆变器的直接功率控制实现负载功率跟踪，在避免控制策略冗杂的前提下改善了上述三种控制策略存在的计算量大、实时性要求高、控制误差较大、可靠性不够与反应灵敏度较低的问题。
1微电网建模
本文利用matlab/Simulink软件实现含风光储的微电网建模。其中光伏子系统依据光伏电池的数学特性建立等效模型[5?7]；风电子系统采用Simulink/SimpowerSystems中叶轮模块模拟风速与输出转矩间的关系，通过转矩拖动永磁同步电机构成变速恒频风力发电系统；蓄电池子系统采用Simulink中的铅酸蓄电池模型，并根据负载用电能力与微电源的容量关系，设置蓄电池参数。风光互补系统的能量传输采用双向DC/DC和双输入Buck?Boost型DC/DC变换器，实现系统智能储能的目的，可以有效保护电池，提高电池的利用效率，稳定输出电能[8]。微电网系统建模整体结构如图1所示。
2能量流动的协调控制
按照气象条件的变化，风光互补发电系统主要有风光储供能、风光供能、风储供能、光储供能、风电供能、光伏供能、蓄电池供能7种工作状态。由于气象条件的不确定性，微电网系统的工作状态需要不断根据风力发电机输出功率、光伏电池输出功率之和与负载消耗功率间的关系确定[9?10]。为了避免控制策略的复杂性，本文提出将风光储互补的微电网运行状态设定为风机与光伏电池一直工作在最大功率跟踪模式下，但在电能提供给负载前针对DC/aC逆变器采用负载功率跟踪控制，以此在最大化各个分布式电源效率的基础上保证整个系统的功率平衡。
2.1光伏发电的最大功率跟踪控制
本文采用扰动观察法实现光伏系统的mppt跟踪控制，其控制思想是以微小的电压波动不断扰动太阳能电池的输出电压，通过采样电路获得和，分别计算扰动前、后太阳能电池的输出功率，并进行比较。若扰动后太阳能电池的输出功率增加，说明此前的_动能够提高太阳能电池的输出功率，下一次则在相同的方向施加扰动；反之，若扰动后太阳能电池的输出功率减少，则说明扰动不利于增加太阳能电池的输出功率，下一次则往相反的方向扰动[11?12]。其控制流程图如图2所示。
2.2风力发电的最大功率跟踪控制
本文采用的风力发电mppt亦为扰动观察法，控制思想与光伏mppt相似。以一定的转速扰动值进行扰动，然后观察风力发电机的输出功率pt变化情况，如果风电机组输出功率增加，那么保持扰动方向不变；反之，将转速的扰动反向[13?14]。控制流程图如图3所示。
2.3交流负载功率跟踪控制方法
当分布式电源的输出功率大于系统所能消耗的功率时，为了保持系统功率平衡，需要对供能系统进行负载功率跟踪控制。针对目前山区牧区居民用电主要是交流负载的现象，本文负载功率跟踪主要研究DC/aC逆变器采用直接功率控制（DpC），通过改变逆变器输出电压幅值实现交流负载功率控制[15]。图4为静止坐标系中三相电压型逆变器向量形式的等效电路[16]。图4中，为逆变器输入电压矢量，为逆变器输出电压矢量，为交流电流矢量，L为进线电抗器电感值，R为线路电阻。等效电路满足的电压平衡方程式为：
由式（7）可知，功率的变化率由微电网侧瞬时电压、瞬时电流、进线电抗器电感量以及逆变器交流侧的输出电压决定。一个采样周期内微电网电压和电流为常数，进线电抗器的电感值也为常数，因此此时功率的变化率只由逆变器交流侧的输出电压决定。根据这一特点参考文献[16]提出了一种基于电压空间和扇区分布图的逆变器输出功率调节方法，如图5所示。
根据式（7）可得到单位功率因数稳态运行时，在各个扇区中，不同电压空间矢量对有功功率、无功功率变化的影响，如图6、图7所示。
图5～图7中Ui（i=1，2，…，6）表示空间电压矢量，θi（i=1，2，…，12）表示扇区分布。由图5可以看出在扇区1时，电压矢量和的作用会使得dp/dt保持为大于0，即逆变器输出有功功率保持为增加，若此时需要无功功率降低，即保持小于0，可以选择电压矢量，，，根据最小开关损耗原则，选择电压矢量。同理，对12个扇区可能出现的对有功功率、无功功率变化的需求进行分析后可以得到如表1所示的开关表。
按表1所示对逆变器桥臂进行选通，即可实现直接功率控制。
2.4蓄电池的充放电控制
本文中的蓄电池在系统中的主要作用是作为补充电源，削峰填谷、改善电能质量，因此蓄电池的充放电控制需根据系统功率流向进行判断。设光伏电池输出功率为、风力发电输出功率为、负载需求功率为、蓄电池可以接受的充电功率为，则蓄电池的充放电控制可设置为表2所示的工作状态。
3仿真分析
根据上述的能量控制策略在Simulink软件中建立仿真电路。建模过程中，光伏与风电分别采用不同流程的最大功率跟踪控制，即光伏与风电的最大功率跟踪独立进行。负载功率跟踪则是在对光伏、风电、蓄电池的直流电压进行代数和后统一控制以_到避免系统过功率的目的。设置微电网光伏电池工作温度为25℃，输入光照强度变化趋势如图8所示，设置微电网风力发电机输入风速按图9所示趋势变化。采用扰动观察法实现最大功率跟踪控制、直接功率控制实现负载功率控制，得到微电网系统运行结果如图10～图12所示。
分析仿真结果可知：图10中光伏阵列实际输出功率与图8输入光照强度的变化趋势基本一致，说明光伏子系统处于最大功率跟踪控制状态。由图9与图11可知风电子系统输出功率变化趋势与输入风速变化基本一致，同理可得风电子系统处于最大功率跟踪控制状态。由图10可知系统实现光伏mppt的时间约为0.12s，而传统的mppt与负载功率跟踪同时工作的模式，mppt响应时间0.4s左右，相比之下分层控制提高了系统响应速度。mppt稳定作用后输出功率具有较良好的精度。但在初始阶段由于分布式电源启动，输出电压、电流无法立刻达到该输入量下的最大效率值，需要一段爬升期。
由图11可知系统实现风力发电mppt的时间约为0.11s，表明系统具有响应速度较快，但由于风电mppt通过调节转速控制输出功率，此种方式惯性较大，造成调节过程中时滞性较明显，误差较大。初始阶段的误差原因也由分布式电源启动造成。由图12可知系统输出功率输出量及其变化趋势能够满足负载功率需求，说明配电层处于负载功率跟踪控制状态。图12中系统输出功率在0.4～0.8s阶段出现的下滑趋势是由于波动量的存在使得系统输出功率在采样点出现高于负载功率需求的情况，直接功率控制就将调节输出电压来降低输出功率以达到供需平衡。
4结论
本文基于matlab仿真平台，建立了含光伏电池数学模型、分布式电源mppt控制模型、分布式电源逆变器控制模型和电池储能系统模型的微电网系统，在验证模型准确性的基础上，研究了含风光储的微电网功率跟踪控制策略。本文所建的微电网模型可用于微电网运行控制策略的运行分析，构建的微电网mppt与负载功率跟踪策略可用于实际微电网系统，提出的mppt与DpC分层控制的策略可以避免传统控制策略为保证系统功率平衡而在mppt与负载功率跟踪模式间频繁切换的问题，提高了控制策略对功率动态平衡的响应速度。
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光电跟踪技术篇9
关键词：光伏列阵；跟踪控制技术
中图分类号：tm615文献标识码：a文章编号：1674-7712（2014）12-0000-01
太阳能不仅是一种可再生能源，同时也是一种无污染且无噪声的能源，符合我国提出的绿色发展的要求，近年来已经成为国内外能源研究人士的研究热点。光伏阵列的输出功率直接受到光照强度以及环境和温度的影响，想要保证太阳能电池最大功率输出，就必须要融入点跟踪电路。本文将对光伏列阵最大功率点跟踪控制技术进行分析，提出具体的控制方式。
一、光伏阵列
光伏阵列在电流方面的函数可以记做，上述公式当中，i是输出电流，is是短路电流，短路电流取决于日照强度。io表示光伏阵列反向饱和方面的电流，而q是电荷的常数，U是光伏阵列整体输出电压，a为pn结系数，公式中的K为常数，t属于绝对温度范畴而Rs属于串联电阻，最后的Rsh属于并联电阻[1]。每一个光伏阵列当中都会存在最大功率点，相关工作人员为了从根本上提升光伏阵列的实际使用效率，将功率输出最大化，就必须要在光伏阵列以及负载当中融入mppt电路。
二、扰动观察发
本文所研究的扰动观察法属于mppt体系当中比较常见的一种控制方式，通过控制占空比的方式来控制整体输电的电压，如果实际占空比的比例有所增加，那么输出的电压就会有所提升，在这种时候进行输出电流进行检查，并且计算器输出功率，就可以将最后的计算值与占空比增加之前的数值进行比较，比较二者之间的差异。如果从比较结果中发现输出功率有所增加，那么就需要继续对占空比进行提升，直至输出功率呈现出下降的趋势方可停止，如果结果相反，可以使用减少占空比的方式平衡二者数值。在扰动观察法使用过程当中，必须要注意步长的选取[2]。不仅要考虑到光伏阵列的动态影像速度，同时也要考虑到光伏阵列在常规情况之下的控制精确度。如果扰动步长比较大，那么对外界的环境影响也会加快，在最大功率点周围位置会存在功率震荡。如果扰动步长比较小，那么震荡就会适当的减少，但是这种情况下的光伏阵列影响能力也会有所下降。光伏阵列通常情况下是可以满足阳光变化下动态响应的，如果光照强度保持稳定，那么整体的输出功率会产生比较明显的波动[3]。
三、快速mppt控制法
想要从根本上提升光伏阵列整体的跟踪速度，并且有效减少最大功率位置产生的功率震荡，就需要从改进步长这一角度进行处理。如果光伏阵列的温度保持平衡，那么输出特性曲线当中功率最大点就会排列在固定电压值的周围，通过这一现象我们可以确定最大功率点的电压与光伏阵列在输出电压这方面的关系是一定的[4]。若在实际工作过程当中，光伏阵列输出电压与最大功率点二者的实际电压值相差比较多，就代表了光伏阵列工作点距离实际的最大功率点还是比较远的，在这种情况下我们就可以使用大步长。若在实际工作过程当中，光伏阵列输出的电压以及最大功率点，二者相差的电压值比较小，那么就需要根据实际情况选择比较小的步长，通过上述方式可以有效的减少功率震荡程度，使用mppt对其进行控制的主要原理就是这一等式。该公式当中，Um属于最大功率点位置上所对对应的一个相似性电压，我们从这一公式中可以分析出，不论光伏阵列这一环节最大功率存在于点的左面还是点的右面，越靠近最大功率点，d数值则越小，反之越大。
四、神经网络法
所谓的神经网络控制法，就是神经网络视角下的一种mppt控制技术，这是一种比较新颖的信息处理方式，在神经网络结构当中主要包含了输入层、隐含层以及输出层等，每一层当中神经元的具体数量都是由需要解决问题的复杂程度来决定的。这种技术在光伏阵列中应用的时候，输入的信号可以选择光伏阵列阐述当中的开路电压或者是短路电压，也可以根据外界的实际环境输入光照强度以及温度。这部分数据在输入过后，可以通过优化，编程输出电压或者是占空比信号[5]。神经网络当中的所有节点都会存在权重增益量，只有使用合适的权重才可以保证函数之间的相互转化，进而提升光伏阵列工作点的准确性。想要保证光伏阵列最大工作效率，就必须通过神经网络对权重进行训练，训练过程即是想其中输入大量样本数据，因为光伏的样本数据存在一定的差异性，所以在不同工程当中需要制定针对性训练方式才能保证工作点的准确性。因为这这一网络不仅能够保证输入样本的完全匹配性，而且可以保证内插与外插输入模式的匹配，这种功能一般的查表功能是做不到的，这也是神经网络法被人们记住与使用的主要原因。
五、结束语
随着我国经济的不断发展以及人们生活水平的不断提高，对电能的需求量也在不断增大。目前很多偏远地区的用电还受到限制，并且许多能源属于不可再生能源，储量正在不断减少。想要保证经济及社会的稳定发展，就必须要在短时间内找出替代能源来满足能源的使用需求。本文从神经网络法、快速mppt控制法、扰动观察发、光伏阵列这四个方面，对光伏列阵最大功率点跟踪控制技术进行了分析，旨在提升光伏列阵最大功率点跟踪控制技术的技术水平。
参考文献：
[1]戴欣平，马广，杨晓红.太阳能发电变频器驱动系统的最大功率追踪控制法[J].中国电机工程学报，2013（08）：95-99.
[2]吴理博，赵争鸣，刘建政.单级式光伏并网逆变系统最大功率点跟踪算法稳定性分析[J].中国电机工程学报，2011（06）：73-77.
光电跟踪技术篇10
关键词：光伏发电并网；跟踪技术；发展；探讨
前言
21世纪是一个全新的时代，科学技术不断发展，经济社会不断进步。但是在新的发展时期人类社会也面临着不可再生资源不断减少的局面，能源危机是我们必须面对的问题。为了解决能源问题，开发新能源是非常有效的途径，尤其是一些可再生资源，具体包括风能、水能和太阳能等等。现阶段，太阳能越来越受到人们的青睐，这主要是因为太阳能属于清洁能源，对环境无影响，以及不用担心能源耗尽的问题。如何合理的利用太阳能资源是人们关注的焦点问题，目前光伏发电是一种利用太阳能资源的主要方式。本文以光伏发电为研究对象，首先对国内外光伏发电的发展现状进行了综述，接下来探讨了光伏发电最大功率点跟踪技术的发展现状，最后论述了光伏并网对电网的影响和解决方案。
1光伏发电国内外发展现状与前景
1.1国内
上世纪七十年代我国开始关注光伏发电问题，迎来了光伏发电的起步期。此后，大量的学者投入了光伏发电的研究中，我国政府也十分支持光伏发电在我国的发展，光伏发电在我国迅速迎来了飞速发展的时期。经过一段时间的发展，我国已经构建了七座发电量大于二十千瓦的光伏发电站，三个大型光伏并网发电站，这三个并网发电站的构建是我国新能源行业里程碑式的存在。
我国光能资源丰富，人口众多，对电能的需要量也很大，光伏发电是非常值得在我国推广的。有关专业人员表示光伏发电在中国的市场前景广阔，研究光伏发电具有十分重要的现实意义。
1.2国外
美国是最早开始关注太阳能和光伏发电的国家之一，二十世纪末之前，美国在光伏发电领域一直处于龙头老大的位置。进入21世纪以来，美国的领先地位逐渐被日本和欧洲所取代。日本十分重视对太阳能资源的利用，这主要和日本的国情有关，众所周知日本是一个资源匮乏的国家。
总的说来，光伏发电正受到全世界的广泛关注：太阳电池组件容量不断提高，但是单价却不断的减少；太阳电池组件的工作时间不断增加；光伏电站的数量不断增加等等。
2光伏发电最大功率点跟踪技术发展现状
光伏发电的最大功率点跟踪技术是光伏发电中的关键技术，比较常见的光伏发电的最大功率点跟踪技术有恒定电压法、扰动观测法、导纳增量法等等，下面分别具体介绍一下：
2.1恒定电压法
可以影响光伏阵列输出功率的因素有温度和辐照度，其中影响比较大的因素是辐照度。相关研究发现在辐照度变化时，和光伏阵列最大输出功率相对的输出电压不会产生太大的波动，所以可以得出这样的结论：最大输出功率和恒定电压是一一对应的关系。恒定电压法的劣势是没有考虑温度因素对光伏阵列输出功率的影响。
2.2扰动观测法
扰动观测法的主要思想就是将小范围的电压波动加载到光伏阵列中，然后观测输出功率的变化情况，进而明确最佳的方向并找出最佳的电压值。扰动观测法的优势就是操作简单，结果准确度高；劣势是需要持续不停的加入扰动。
2.3导纳增量法
导纳增量法的思想是：根据光伏阵列p-V曲线的特点，可以发现在功率最大值点，功率对电压的倒数等于0。观察输出电导的变化量，一旦变化量出现小于零的值，此时说明该点就是最大功率点。导纳增量法的优势就是跟踪性能良好，结果准确度高；劣势是操作复杂，需要性能好的微处理器的支持。
3光伏并网对电网的影响及解决方案
3.1孤岛效应
所谓孤岛效应指的是当电力系统因为某些原因而不能运行时，使用者一端的光伏并网发电系统可以结合附件的负荷构成一个自给自足的供电系统。孤岛效应会将维修人员至于危险中，还会给整个电力系统带来危害。解决孤岛效应的有效措施是主动式和被动式保护。光伏系统中应该融入防孤岛效应保护措施，有效的方式孤岛效应的出现。
3.2谐波污染
光伏并网在正常工作时需要许多电子设备的支持，从而出现很多干扰谐波。造成谐波污染。现阶段，解决谐波污染的方法有实时检测技术、谐波电流补偿、使用四桥逆变器等等。
3.3无功补偿问题
光伏并网逆变器在运行中会出现无功补偿问题，现阶段，解决谐无功补偿问题的方法有设置无功补偿装置、通过检测无功电流确定补偿电流值等等。
3.4电压闪变
辐照度是影响电压闪变的关键因素，而电压闪变可以影响电能的质量。具体来讲，辐照度对电压闪的影响随着辐照度该变量的增加而变大。
4并网逆变器
4.1光伏发电系统对逆变器的要求
光伏发电系统对逆变器的要求主要有五个，分别是：第一，全自动开启和关闭；第二，具有良好的最大功率点跟踪功能；第三，必须可以保证电能质量能够达标；第四，有效的避免出现孤岛效应；第五，容量、电压等可以达到要求的标准，可以有效的抵制外界的干扰。
4.2逆变器拓扑结构的发展
随着时代的发展，逆变器拓扑结构也在不断的更新和发展，最开始的拓扑结构是单级的，后来逐渐变成了多级拓扑结构。近年来，又出现了无变压器结构、电网频率变压器绝缘结构和高频变压器绝缘结构。逆变器拓扑结构对整个光伏系统是非常重要的，随着光伏系统的不断发展，开发多模式逆变器成为了人们关注的问题。
5结论
太阳能资源是一种清洁的可再生能源，如何开发太阳能资源以及如何充分利用太阳能资源是人们十分关注的问题。本文以光伏系统为研究对象，探讨了光伏系统中的最大功率点跟踪技术，论述了光伏并网对电网的影响，以及如何解决这种影响，希望可以为研究光伏电网、构建光伏电站提供一定的参考。
参考文献
[1]艾欣，韩晓男，孙英云.光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望[J].现代电力，2013，01：1-7.
[2]肖华锋.光伏发电高效利用的关键技术研究[D].南京航空航天大学，2010.