【正文】 以上零件的具體結(jié)構(gòu)請見相關(guān)圖紙。 外殼部分 光學(xué)器件若暴露在野外，易受灰塵、雨雪、露、霜的污染。 （ 2） 方案二 鏡 頭濾 光 片（ 或 遮 光 片 ） 圖 濾光片（或遮光片）安裝示意圖 太 陽 張 角遮 光 片遮 光 點 圖 遮光片原理示意圖 從方案一中我們可以發(fā)現(xiàn)， 本裝置與現(xiàn)有天空成像儀的不同點是：不需要采集全天空的圖像，所以相機是跟蹤太陽的軌跡運動的。此方案具有一定的可行性。 遮光裝置設(shè)計 對于這一問題的處理， WSC 采用覆蓋鏡頭視張角 ?180 的整條具有一定寬度的遮擋條帶，但不能自動遮光，只能采用手動進行（一般每周一次） [6]，這種方法較為原始。因此，本課題不必采用紅外測云技術(shù)，可以采用基于可見光的測量技術(shù)即可。然后，根據(jù)兩個電機反饋的當(dāng)前位置信息，判斷跟蹤機構(gòu)是否處于基準(zhǔn)位置。然后，分陰雨和晴朗或多云兩種情況， 當(dāng)為晴朗或多云時，調(diào)用太陽運動軌跡跟蹤子程序；當(dāng)陰雨天時直接跳過跟蹤子程序，不進行跟蹤，直到天氣好轉(zhuǎn)后再繼續(xù)跟蹤。系統(tǒng)開始工作時，首先判斷跟蹤機構(gòu)是否處于基準(zhǔn)位置，若偏離基準(zhǔn)位置，則驅(qū)動跟蹤機構(gòu)返回基準(zhǔn)位置。因此，必須采用真太陽時，以達到實際計算中的精度要求。因此，地平坐標(biāo)系與時角坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系可以以下公式表示： ???????????????????? ????????????KJIkji??????1000s inc o s0c o ss in???? (） 由公式 和 可以得出： ? ????????????????????? ???KJIS ????1000s i nc o s0c o ss i ns i nc o s,c o sc o s,s i n ????????? ? ? ? ?JI ?? ?????????? s i nc o sc o sc o ss i nc o sc o sc o ss i ns i n ????? K??? sincos? （ ） 由公式 和 可以得出： ?????? c osc osc oss ins ins in ?? （ ） ? ??? c ossinc ossin ? （ ） 式 和 為太陽高度角、太陽方位角的計算公式。 圖 太陽位置幾何計算模型 圖 為太陽位置計算幾何模型，圖中 XYZO 為以跟蹤裝置所在地為原點建立的地平坐標(biāo)系， I? ， J? ， K? 分別表示指向正上方 (天頂 Z 方向 )、正南 方 (X 方向 )、正東方 (Y 方向 )的單位 矢量，以單位矢量 S? 表示照射到跟蹤裝置所在地的光線。假定它以勻速運行，這個假想的太陽就稱為平太陽，其周日的持續(xù)時間稱為平太陽日，相應(yīng)的小時稱為平太陽時（又稱地方時）。方位角以正南方向為零，由南向東為負，由南向西為正，如太陽在正東，方位角為 ??90 ，在正西時方位角為 ?90 。跟蹤機構(gòu)的方位軸 垂直于地平面，俯仰軸與方位軸垂直。本裝置需要采用二維跟蹤。該光電流經(jīng)運放轉(zhuǎn)換放大后，作為偏差信號，用來控制跟蹤機構(gòu)做相應(yīng)的調(diào)整，使太陽能電池板對準(zhǔn)太陽垂直照射的方向。查閱鋁合金的資料，選用牌號為 4A01 的鋁合金。實際跟蹤中，對太陽的方位角和高度角的調(diào)整是需要一個很低的速度和較高的定位精度，可以選擇使用直流減速電機和步進電機，其中直流減速電機還需要編碼盤實現(xiàn)精確定位。 軸承所受的載荷大小、方向和性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。 高度角跟蹤機構(gòu)通過 1 組蝸輪蝸桿實現(xiàn)相機在豎直平面內(nèi)的傾角調(diào)整。蝸桿一端與電機輸出軸通過聯(lián)軸器連接，另一端通過軸承與蝸桿支承座相連，蝸桿支承座固定安裝在底座基板上。 機構(gòu)的運動簡圖如圖 所示。但是在本裝置中，單級齒輪傳動的傳動比不夠大，無法和高度角機構(gòu)中的蝸輪蝸桿傳動同步（方位角 機構(gòu)和高度角機構(gòu)的角速度相等）。所以這個機械跟蹤機構(gòu)要有兩個自由度，即一個水平方向轉(zhuǎn)動自由度 —— 方位角自由度和一個豎直方向轉(zhuǎn)動自由度 —— 高度角自由度。計算機首先通過圖像預(yù)處理模塊對采集到的圖像進行去噪和偽彩處理 [20]等預(yù)處理，然后通過閾值法 [13]進行云點識別，得到處理后的圖像。方位角跟蹤范圍為 0~180176。時間分辨率是超短期功率預(yù)測的重要參數(shù)，本裝置需要較高的時間分辨率，取 T=30s。 第三章主要介紹了機械跟蹤模塊設(shè)計。除此之外，裝置需要對太陽進行長時間的監(jiān)測，此時鏡頭長時間暴露在高強度光照下，容易出現(xiàn)損壞，所以還需要設(shè)置一個對太陽的遮光裝 置。 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 天空云層監(jiān)測裝置 主要有以下內(nèi)容： 機械系統(tǒng)部分 機械系統(tǒng)包括機械跟蹤模塊、成像模塊和鏡頭保護模塊。 國外類似的技術(shù)方案是 SLR20xx 激光測距系統(tǒng)。在進 行云識別時，白天和夜間采用了不同的算法，白天依靠可見光波段獲取圖像的紅藍對比閾值確定有云點。以上研究主要是對云高和云層厚度的研究，不能實現(xiàn)云層分布定位的測量。C 。但對低云和區(qū)域性云信息的描述可能不太理想 [7] 。計算機對采集到的圖像進行處理后，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對光伏發(fā)電功率進行超短期功率預(yù)測，得到功率預(yù)測信號，實現(xiàn)光伏發(fā)電的超短期功率預(yù)測。 （ 3） 天空云層監(jiān)測裝置的作用 天空云層監(jiān)測裝置是超短期功率預(yù)測的重要一環(huán)，它不同于地球同步衛(wèi)星拍攝的大范圍衛(wèi)星云圖，而是以地面觀測的方式，對當(dāng)?shù)貢夥l(fā)電有遮擋影響的低空云層，進行更精確地實時監(jiān)測和預(yù)估的裝置，能為超短期功率預(yù)測提供決策支持?jǐn)?shù)據(jù)。 （ 2） 光伏發(fā)電功率預(yù)測的重要性 因為光伏發(fā)電具有波動性和間歇性 [5] ，大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)運行可能對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行造成影響。 本文設(shè)計的 天空云層監(jiān)測裝置 能夠?qū)μ炜赵茍F進行實時監(jiān)測，為光伏發(fā)電超短期功率預(yù)測提供支持?jǐn)?shù)據(jù)。 現(xiàn)有的天空成像儀無法應(yīng)用于光伏發(fā)電的超短期功率預(yù)測。本文設(shè)計了一種天空云層監(jiān)測裝置，解決了這一問題。 關(guān)鍵詞： 光伏 功率預(yù)測 天空成像儀 云層監(jiān)測 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） II Abstract Due to the shortage of energy, photovoltaic(PV) power generation is widely used in the world. The prediction for the PV power, especially the super shortterm power prediction, can provide necessary data for the electric power work, users connected to the PV power generation system, electric equipment, etc. In this paper, we design an equipment, which can realtime monitor and forecast the clouds having an influence on the PV power generation. The existing sky imager cannot be used in shortterm power forecasting. In this paper, we design a sky cloud monitoring device to solve the problem. The device consists of a mechanical system and a control system. The mechanical system is the main part of the design. It mainly consists of a twodegree of freedom mechanical tracking module, imaging module and lens protection module. The control system is based on the design of tracking algorithm. It includes the calculation analysis and the flow chart of the algorithm. In this paper, the design of mechanical tracking module has two degrees of freedom, namely, horizontal and vertical direction of rotational degrees of freedo m. The mechanical structure of the equipment is driven by two stepper motors to track the solar elevation angle and orientation angle. By adopting sun motion trajectory tracking strategy, the position of the sun in daytime is calculated by controller in accordance with related formula and parameters. Then the elevation angle and orientation angle are converted into corresponding pulses which will be sending to servo driver. And the servo motor tracks the sun in real time. The sky cloud monitoring device can realtime monitor of the clouds and provide supporting data for super shortterm power prediction. Keywords： photovoltaic power prediction, the sky imager, the cloud monitoring 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 目錄 摘要 .................................................................................................................................. I Abstract ............................................................................................................................II 第一章 緒論 .................................................................................................................... 3 研究背景、目的和意義 ....................................................................................... 3 研究背景 ................................................................................................... 3 研究的目的和意義 ..................................................................................... 4 研究現(xiàn)狀分析 ..................................................................................................... 4 本文主要研究內(nèi)容 .............................................................................................. 5 機械系統(tǒng)部分 ............................................................................................ 6 控制系統(tǒng)部分 ...........................