高空飞艇地面温度观测实验研究

热分析模型是高空飞艇飞行控制模型的重要组成部分。为了构建正确的热分析模型,开展了高空实验艇地面温度观测实验。实验在地面进行,实验艇水平停放在外场实验场地上。实验中,在囊体外表面和内部气室内安装温度测试系统,用以观测飞艇在不同热环境条件下表面温度和内部气体温度在空间和时间上的分布规律。实验结果表明：① 太阳辐射具有明显的方向性,囊体上表面不同几何位置上所接收到的太阳辐射通量受太阳高度角的影响较大,而受太阳方位角的影响较小;② 地面长波辐射具有明显的漫射特性,囊体下表面对地面长波辐射的吸收几乎不受实验艇方向角和仰角变化的影响;③ 囊体表面和不纯净的氦气对太阳短波辐射的吸收比对地面长波辐射的吸收更强烈,从而在飞艇内部空间形成明显的径向温度梯度;④ 空气室的充放气过程对囊体表面温度和内部气体温度均产生显著的影响,充气过程会引起温度的上升,放气过程会引起温度的下降。     

平流层飞艇太阳能电池布设区域的计算与仿真

针对合理确定薄膜太阳能电池在平流层飞艇上的布设区域,由于能源供应可行性是取决于飞艇接收的太阳辐射量.为了满足电量的需要,设计了一种应用有限元分析前处理模块的数值计算方法.方法结合使用ansys和matlab软件建立系列数学和物理模型计算出艇上薄膜太阳能电池合理的布设区域.对示例飞艇进行了仿真计算,结果表明飞艇的飞行方向、滞空时间等优化飞行参数可使艇上薄膜太阳能电池合理确定布设区域.仿真结果为平流层飞艇薄膜太阳能电池布局规划提供了理论和计算依据.     

南京地区固定式安装太阳能电池板最佳倾角设计

对于固定安装的光伏电池板,其倾角的选择直接影响到所接收到的太阳辐射量,从而决定着太阳能利用系统的性能。本文在获得南京地区辐射资料的基础上,采用太阳辐射量气象学模型,针对任意方位角固定式安装的光伏电池板给出了最佳倾角的计算结果。该结果可为南京地区太阳能系统的设计与安装提供理论依据,并为相近地区太阳辐射量计算提供参考。     

平流层演示验证飞艇实时仿真平台设计

在平流层飞艇的设计和研究中,飞行仿真可以有效验汪飞艇的动力学模型、控制器设计,检验飞艇的操纵性、飞行稳定性。同时,实时仿真技术可以提高飞艇性能,缩短研制周期。为解决上述问题,提出通过搭建飞艇的实时仿真平台,实现飞行仿真和实时仿真技术的统一。针对上海交通大学"致远一号"平流层演示验证飞艇,使用xPC target搭建了飞艇的实时仿真平台,完成了利用Simulink软件的动力学建模和控制系统设计,同时利用Flightgear飞行模拟器为仿真系统设计开发了视景仿真系统。进行仿真的结果显示,系统较好的实现了飞艇从上升到返回全过程飞行任务,视景系统直观准确地显示了飞艇在仿真过程中的状态变化,并可以为后续研究工作提供了依据。     

平流层飞艇定点气动力计算与仿真分析

研究飞艇定点动力性能分析,关于平流层飞艇动力特性问题是影响系统稳定的关键。为使飞艇能正常工作,必须对气动特性进行精确地分析。根据平流层飞艇的定点飞行特点,考虑空气粘性因素,建立了平流层飞艇的湍流边界层方程,采用动量积分关系式方法,求解飞艇表面摩擦阻力,利用有限元分析软件ANSYS仿真,分析了飞艇的空气动力特性。仿真结果表明,空气黏性对飞艇运动的影响不可忽略,动量积分法可有效解决飞艇摩擦阻力的计算。     

飞艇飞行控制仿真系统设计

随着Matlab/Simulink开发平台在飞行控制研究中的大量应用,飞行控制仿真系统已成为飞行器飞行控制研究的重要手段。介绍了基于模型的飞艇飞行控制仿真系统的工作原理、硬件设计、软件设计,采用一体化设计思想,将仿真系统设计成根据需要可随意扩展的综合性仿真系统。该仿真系统利用Matlab/Simulink平台,搭建飞艇飞行控制相关的各运动及控制模型,在实时通信网络和虚拟视景工作站的支持下,能实现全数字仿真、半物理仿真、人-机交互仿真等实时仿真,可用于飞艇飞行控制系统的方案设计、研制、试验等全开发过程。     

高空太阳能飞艇方案/动力系统及气动设计

为提供一种可行的高空飞艇动力系统设计,对飞艇所受到的力、能源系统、飞艇重量进行了研究,并对不同动力布局的飞艇所受到的气动力进行了数值仿真。引入混合浮升气体以提升飞艇的单位升力,并考虑了过热对飞艇升力的影响;对能源系统采取恶劣条件作为飞艇的设计点,计算了冬至日时单位面积的太阳直接辐射量;采用能量平衡方法,对飞艇能源系统进行分析;应用以上方法初步确定了高空飞艇的基本参数。此外,建立了两种不同的动力布局模型,并对不同模型进行了气动数值仿真,得出不同布局对飞艇气动性能的影响,为设计提供了参考。     

基于Plib的飞艇飞行视景仿真设计

由于飞艇体积大、密度小,受附加惯性力显著,其动力学特性与常规飞行器有较大不同。所以。为了直观全面地了解飞艇的飞行特点,对飞艇进行飞行视景仿真是必要的。为此首先介绍了视景仿真开发工具Plib和仿真系统总体框架,然后,应用机理分析方法建立了飞艇运动模型。在此基础上,调用Plib的类方法创建三维仿真环境,重点研究了天空海洋绘制、模型导入、视点变换、图形用户界面资源及键盘鼠标响应控制等关键技术。最后应用该系统对飞艇纵侧向扰动运动进行了仿真,展现了飞艇受扰后的飞行状态和各种运动模态的变化过程,结果表明该仿真系统真实感强,实时性好,可以为飞艇的后续研制工作提供参考和帮助。     

基于S3C4510B的飞艇自主飞行控制平台

飞艇因其独特的飞行性能和良好的效费比得到了广泛的关注,是极具发展前景的一种飞行器.本文首先简要叙述了飞艇的优点、国内外发展现状以及飞艇结构与工作原理,再重点对飞艇控制系统的平台设计进行研究,其中包括飞艇控制系统的硬件结构设计以及飞艇控制系统平台的软件设计,最终实现了S3C4510B与各模块的数据传输.     

基于STM32的太阳能电池板智能追光控制系统设计

为了提高太阳能的发电效率,本文设计了一款基于STM32的太阳能电池板追光控制系统。系统采用双轴跟踪方式和模糊 PID控制算法,实时地调整光伏电池阵的姿态,保证太阳能电池板随时与阳光入射角垂直,使电池板接收太阳辐射能量的效率最高。系统通过多传感器模块实时采集光强度、温度、风速、湿度等环境参数,根据季节、天气和风速等环境的气象状况,智能地切换到不同的跟踪模式,"智慧"地跟踪太阳方位,在大风天气等存在安全隐患的情况下,系统停止追踪。     

Intelligent sun-tracking system based on multiple photodiode sensors for maximisation of photovoltaic energy production

To maximise the energy collected by a given photovoltaic system (PVS), it is important to track the position of the sun so that the PV panels are exposed to the maximum global radiation at any given time. Thus, it is useful to determine the direction of the maximum global radiation, which does not correspond with the condition of orthogonality between the plane of the array and the beam component of the solar radiation. Thus, it is worthwhile to investigate a low-cost solar radiation sensing system that can determine this direction. The proposed system consists of a structure of nine photodiodes (FDs); a suitable analysis of the output signals calculates the azimuth and solar height angles, which are related to the direction of maximum solar irradiance. This paper reports the development of hardware (HW) and software (SW) for a prototype system, which is called SoliSector. Outdoor experimental results regarding testing and calibration of the proposed system are also reported.     

基于多层小波分解的日前太阳辐照度预测研究

由于太阳辐照度的随机波动特性,大型光伏发电并网会给电力系统的运行带来极大困难,光伏发电功率的预测是解决此问题的关键措施之一.提出了一种基于多层小波分解的太阳辐照度预测方法,首先,根据天气状态将每日的辐照度曲线划分为不同的波动模式;然后针对不同天气下的波动模式分别建立预测模型,使用多层小波分解后的数据预测第二天连续24小时的辐照度值;最后建立基于数据驱动的融合模型,将不同天气模式下的辐照度多层小波分解预测值进行融合,以获得最终的辐照度预测结果.仿真结果表明辐照度预测结果精度与小波分解层数和天气模式高度相关,且所提算法能够有效提高短期辐照度预测精度.     

基于PLC的太阳能电池板自动跟踪系统的研究

研究了基于可编程逻辑控制器(PLC)的太阳能电池板自动跟踪系统。该系统有效地提高了太阳能的利用率和光伏发电系统的效率,降低了光伏并网发电的成本,具有理论研究意义和应用推广价值。     

A sliding mode control and artificial neural network based MPPT for a direct grid‐connected photovoltaic source

A robust sliding mode controller for a grid‐connected photovoltaic source is proposed in this paper. The objective of the presented control scheme is to force both the output voltage of the photovoltaic PV source and the power factor at the inverter output to follow a certain trajectory reference. The main idea is to apply the robust sliding mode controller directly to the nonlinear state model of the system composed of the PV source and the inverter with its input and output filters. In order to operate the PV system at the maximum power point and to satisfy the environmental factors, such as solar irradiance and temperature, we included a rigorous maximum power point tracker based on an artificial neural network. Simulation results are presented to illustrate the performance of the proposed control scheme. In addition, we show that the grid current satisfies the harmonic limits of the IEEE standard for interconnecting distributed energy sources with electric power systems.     

浅谈分布式光伏发电

分布式光伏发电作为新型能源,在未来发展具有很广阔的前景。文章结合目前分布式光伏发电实际发展情况,介绍了光伏发电原理、光伏电源对配电网的影响及系统保护配置等,并具体介绍了分布式发电并网调度管理的运行步骤。     

积灰条件下光伏阵列最优倾角问题研究

在光伏发电系统设计中,安装倾角的选择对光伏发电效率具有重要影响.针对太阳能光伏阵列常见的表层积灰现象,改变传统的只考虑最大辐射量的倾角确定方法,提出了综合考虑表层积灰情况下的最优发电倾角计算方法,使倾角的确定更加合理与完善.建立了积灰辐射量统一发电模型,并基于Matlab对模型进行了仿真验证.以福建某光伏电站为例,搭建实验平台,通过相关数据的检验与预测,得到了光伏电池板的综合最优倾角.实验结果证明该模型所确定的倾角比传统模型可以得到更大的发电量,提高了光伏利用效率.     

具有谐波补偿功能的光伏并网逆变器控制策略研究

随着高新能源技术的发展,光伏并网发电在通过逆变器并网时往往会产生大量的不同谐波,并因此消耗大量的电能。接入电网的光伏并网逆变器中存在大量的负载,这将使整体电网质量下降。针对此问题,论文提出一种具有谐波补偿功能的光伏并网逆变器控制方法,通过谐波补偿装置采集电网中的谐波含量,并基于MPPT算法对所采集的谐波进行分析、计算,根据所计算出的分析结果补偿谐波。该技术方案在三相电和单相电情况下均可正常使用。通过在实验室Matlab/Simulink环境下建立系统拓扑构架进行试验,电网中的电流谐波含量大大降低,从而消除了电网谐波对负载光伏并网逆变器的影响,因此,仿真结果验证了理论分析,该技术方案具有一定的实用价值和科研价值。     

A novel MPPT algorithm based on optimized artificial neural network by using FPSOGSA for standalone photovoltaic energy systems

Maximum power point tracking (MPPT) algorithms are used to maximize the output power of the photovoltaic (PV) panel under different temperature and irradiance conditions in photovoltaic energy sources (PVES). In this paper, a novel MPPT method based on optimized artificial neural network by using hybrid particle swarm optimization and gravitational search algorithm based on fuzzy logic (FPSOGSA) is proposed to track the operation of the PV panel in maximum power point (MPP). The performance of the proposed MPPT approach is tested by doing the simulation and experimental studies under different environmental conditions. The proposed method is compared with the conventional perturb and observation (P&O) method for standalone PVES. The results of the comparison the obtained from the simulation and experimental studies demonstrate that the proposed MPPT method provides the reduction oscillations around the MPP and the increased maximum power yield of the PV system in the steady state.

     

并网光伏逆变器鲁棒分数阶滑模控制设计

本文设计了一款基于扰动观测器的鲁棒分数阶滑模控制(POFO–SMC)来实现光伏逆变器的最大功率跟踪(MPPT).首先,将光伏逆变器的非线性、参数不确定性以及未建模动态聚合成一个扰动,并通过扰动观测器对其进行在线估计.随后,采用分数阶滑模控制(FOSMC)对该扰动估计进行实时完全补偿,从而实现不同工况下全局一致的控制性能.同时,POFO–SMC采用扰动实时估计而非传统滑模控制(SMC)中所使用的扰动上限值进行补偿,因此可有效解决传统SMC过于保守的缺点,使得控制成本更为合理.最后,POFO–SMC无需精确的系统模型,仅需测量光伏逆变器的q轴电流和直流侧电压,因此易于硬件实现.本文进行了两个算例的研究,即光照强度变化和电网电压跌落.仿真结果表明,与传统PI控制、反馈线性化控制(FLC)、SMC和FOSMC相比,POFO–SMC在各类工况下均具有最好的动态特性及最高的鲁棒性.基于dSpace的硬件在环实验(HIL)验证了其硬件可行性.     

考虑电网调峰需求的工业园区主动配电系统调度学习优化

本文针对含光伏(Photovoltaic, PV)、全钒液流电池(Vanadium redox battery, VRB)储能装置与多类型柔性负荷的工业园区主动配电系统, 研究在考虑源荷随机性情况下该系统的动态经济调度问题. 首先, 将PV出力、多类型负荷需求和电网调峰需求的随机动态变化近似描述为连续马尔科夫过程, 并根据系统内VRB的充放电特性对储能系统进行建模; 然后, 以各决策时刻下PV出力、负荷需求、调峰需求以及储能荷电状态(State of charge, SOC)的离散等级为状态, 以储能充放电及多类型柔性负荷调整方案为行动, 在系统功率平衡等相关约束下, 以应对电网调峰需求和提高系统经济运行水平为目标, 将工业园区主动配电网系统动态经济调度优化问题建立成随机动态规划模型; 最后, 引入强化学习方法进行策略求解. 算例仿真结果表明所得策略可有效提高系统经济运行效益, 并在一定程度上满足电网调峰需求.