RU2638564C1 - Способ экстремального регулирования выходной мощности фотоэлектрической батареи - Google Patents

Способ экстремального регулирования выходной мощности фотоэлектрической батареи Download PDF

Info

Publication number
RU2638564C1
RU2638564C1 RU2016137330A RU2016137330A RU2638564C1 RU 2638564 C1 RU2638564 C1 RU 2638564C1 RU 2016137330 A RU2016137330 A RU 2016137330A RU 2016137330 A RU2016137330 A RU 2016137330A RU 2638564 C1 RU2638564 C1 RU 2638564C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
currents
photoconverters
voltages
voltage
output
Prior art date
Application number
RU2016137330A
Other languages
English (en)
Inventor
Петр Александрович Тюков
Михаил Феликсович Ганзбург
Леонид Петрович Журков
Original Assignee
Акционерное общество "Авиационная электроника и коммуникационные системы" (АО "АВЭКС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Авиационная электроника и коммуникационные системы" (АО "АВЭКС") filed Critical Акционерное общество "Авиационная электроника и коммуникационные системы" (АО "АВЭКС")
Priority to RU2016137330A priority Critical patent/RU2638564C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2638564C1 publication Critical patent/RU2638564C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления режимом работы фотоэлектрической (солнечной) батареи с целью отбора максимальной мощности в изменяющихся внешних условиях. Технический результат - повышение эффективности экстремального регулирования за счет уменьшения отклонений поддерживаемой рабочей точки вольт-амперной характеристики фотоэлектрической батареи от оптимального положения. Способ экстремального регулирования выходной мощности фотоэлектрической батареи включает в себя установку и поддержание оптимальной рабочей точки вольт-амперной характеристики, соответствующей максимуму выходной мощности, путем пошагового изменения регулирующего воздействия на выходной ток или напряжение фотоэлектрической батареи в соответствии с изменением величины ее выходной мощности на каждом шаге регулирования, периодическое сканирование выходов группы из двух или более реперных фотопреобразователей одинаковыми линейно или ступенчато - линейно изменяющимися пилообразными токами, сдвинутыми по времени на величину, кратную заданному шагу временного сдвига, непрерывные измерения напряжений и токов каждого из реперных фотопреобразователей, на основании которых определяют текущие значения их выходных мощностей, усреднение токов или напряжений каждой пары смежных реперных фотопреобразователей, сканируемых пилообразными токами, сдвинутыми по времени на однократную величину заданного временного шага, запоминание усредненных значений токов или напряжений каждой пары смежных реперных фотопреобразователей в моменты равенства их выходных мощностей и формирование регулирующего воздействия на выходной ток или напряжение фотоэлектрической батареи путем масштабного преобразования запоминаемых усредненных значений токов или напряжений пар смежных реперных фотопреобразователей. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться для управления режимом работы фотоэлектрической (солнечной) батареи с целью отбора максимальной мощности в изменяющихся внешних условиях.
В частности, изобретение может использоваться для управления режимами работы солнечных батарей космических аппаратов.
Известны способы экстремального регулирования мощности, основанные на методе пошагового поиска экстремума (максимума выходной мощности) и управления режимом работы фотоэлектрической батареи (С.Б. Габбасова и др. Оценка эффективности применения экстремального регулирования мощности солнечных батарей на автоматических космических аппаратах. Автономная энергетика, журнал ОАО «НПП «Квант», №32, 2014, с. 13-18; Ю.А. Шиняков. Экстремальное регулирование мощности солнечных батарей автоматических космических аппаратов. Авиационная и ракетно-космическая техника, №1(12), 2007, с. 123-129).
Наиболее близким к заявляемому (прототипом) является способ, реализованный в экстремальном регуляторе мощности (патент RU 2168827, H02J 7/35), по которому установка и поддержание оптимальной рабочей точки вольт-амперной характеристики фотоэлектрической батареи осуществляется путем пошагового изменения регулирующего воздействия в соответствии с изменением величины ее выходной мощности на каждом шаге регулирования.
Недостатки известных способов заключаются в том, что колебания текущего положения рабочей точки в окрестности точки экстремума, свойственные шаговому методу поиска, в принципе приводят к снижению мощности, отбираемой от фотоэлектрической батареи, пропорциональному длительности шага, т.е. периоду изменения регулирующего воздействия. Уменьшение указанного периода потребует увеличения быстродействия не только измерительных, но и силовых узлов экстремального регулятора мощности, которое при больших величинах выходной мощности батареи приведет к существенному усложнению аппаратуры.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, и его техническим результатом является повышение эффективности экстремального регулирования за счет уменьшения отклонений поддерживаемой рабочей точки вольт-амперной характеристики от оптимального положения.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе экстремального регулирования, включающем в себя установку и поддержание оптимальной рабочей точки вольт-амперной характеристики, соответствующей максимуму выходной мощности, путем пошагового изменения регулирующего воздействия на выходной ток или напряжение фотоэлектрической батареи в соответствии с изменением величины ее выходной мощности на каждом шаге регулирования, дополнительно осуществляют:
- периодическое сканирование выходов группы из двух или более реперных фотопреобразователей одинаковыми линейно или ступенчато - линейно изменяющимися пилообразными токами, сдвинутыми по времени на величину, кратную заданному шагу временного сдвига,
- непрерывные измерения напряжений и токов каждого из реперных фотопреобразователей, на основании которых определяют текущие значения их выходных мощностей,
- усреднение токов или напряжений каждой пары смежных реперных фотопреобразователей, сканируемых пилообразными токами, сдвинутыми по времени на однократную величину заданного временного шага,
- запоминание усредненных значений токов или напряжений каждой пары смежных реперных фотопреобразователей в моменты равенства их выходных мощностей и
- формирование регулирующего воздействия на выходной ток или напряжение фотоэлектрической батареи путем масштабного преобразования запоминаемых усредненных значений токов или напряжений пар смежных реперных фотопреобразователей.
Кроме того, осуществляют формирование регулирующего воздействия на выходной ток или напряжение фотоэлектрической батареи путем масштабного преобразования запоминаемых средних значений токов или напряжений пар смежных реперных фотопреобразователей с последующим усреднением преобразованных значений на временном интервале, кратном заданному шагу временного сдвига пилообразных сканирующих токов.
Под термином «реперные фотопреобразователи» понимаются такие, которые по собственным характеристикам и условиям функционирования (режимам освещенности, температурным, продолжительности эксплуатации и т.д.) идентичны фотопреобразователям, составляющим фотоэлектрическую батарею.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена временная диаграмма, иллюстрирующая заявляемый способ экстремального регулирования выходной мощности фотоэлектрической батареи для случая трех реперных фотопреобразователей.
На фиг. 1 обозначены: I1, I2, I3 - линейные (или ступенчато-линейные) пилообразные токи, сканирующие реперные фотопреобразователи; Imax - верхняя граница изменения токов I1,……I3; t1, (t1+ΔT), (t1+2ΔТ) - моменты запуска сканирующих токов I1, I2, I3 соответственно; ТП - период повторения сканирующих токов; ΔТ - заданный временной шаг (временной сдвиг между сканирующими токами смежных реперных фотопреобразователей); P1, Р2, Р3, - текущие значения выходных мощностей 1-го, 2-го и 3-го фотопреобразователей.
В моменты равенства текущих выходных мощностей смежных фотопреобразователей производится усреднение соответствующих значений токов - I1 (P1=Р2) и I2 (P1=Р2), I2 (Р2=Р3) и I3(Р2=Р3). Полученные усредненные значения токов запоминаются и далее используются для формирования регулирующего воздействия на выходной ток (или напряжение) фотоэлектрической батареи путем их масштабного преобразования.
Взаимно-однозначное соответствие между током и напряжением фотопреобразователя, определяемое его вольт-амперной характеристикой, позволяет использовать для формирования регулирующего воздействия также усредненные значения напряжений смежных фотопреобразователей в моменты равенства их выходных мощностей. При этом предпочтение целесообразно отдавать тем величинам (токам или напряжениям), которые являются однотипными с регулирующим воздействием, изменяющим режим фотоэлектрической батареи. Например, если режим батареи управляется силовым преобразователем, изменяющим ее выходной ток, то и для формирования регулирующего воздействия целесообразно использовать усредненные значения токов смежных фотопреобразователей.
Необходимость масштабирования запомненных усредненных значений токов (или напряжений) для формирования регулирующих воздействий обусловлена соотношениями между токами (напряжениями) точки экстремума для фотоэлектрической батареи в целом и точки экстремума реперного фотопреобразователя:
IБФ (Рmах БФ)=L⋅IР (Рmах РП) и UБФ (Рmах БФ)=М⋅UP (Рmах РП),
где IБФ (Рmах БФ) - значение выходного тока фотоэлектрической батареи, соответствующее максимуму ее выходной мощности;
IP (Рmах РП) - значение выходного тока реперного фотопреобразователя, соответствующее максимуму его выходной мощности;
L - масштабирующий коэффициент, соответствующий количеству параллельно соединенных стрингов (цепочек последовательно соединенных фотопреобразователей, обеспечивающих формирование требуемого выходного напряжения) в фотоэлектрической батарее;
UБФ(Pmax БФ) - значение напряжения БФ, соответствующее максимуму ее выходной мощности;
UP (Рmах РП) - значение напряжения реперного фотопреобразователя, соответствующее максимуму его выходной мощности;
М - количество последовательно соединенных фотопреобразователей в стринге.
Полученное описанным образом регулирующее воздействие используется в качестве опорного сигнала для силового преобразователя, определяющего выходной ток (или напряжение) фотоэлектрической батареи. При этом значение опорного сигнала соответствует точке экстремума (максимума) выходной мощности фотоэлектрической батареи.
Правомерность описанного метода поиска точки экстремума дополнительно поясняется фиг. 2, на котором для иллюстрации представлены вольт-амперные и вольт-ваттные характеристики фотоэлектрической (солнечной) батареи: при надлежащем выборе временного шага ΔТ (не превышающим некоторую величину) вольт-ваттную характеристику батареи в соответствующей окрестности точки максимума (точка О на фиг. 2) можно с высокой степенью точности считать осесимметричной относительно линии абсциссы UСБопт=UБФ (Рmах)=const, а вольт-амперную - центральносимметричной относительно точки IСБ=IБФ (Рmах)=const.
Принимая во внимание небольшие значения выходных токов и напряжений реперных фотопреобразователей, частота сканирования их выходов может быть выбрана достаточно большой, что позволит существенно повысить скорость определения точки экстремума выходной мощности фотоэлектрической батареи в изменяющихся условиях и, как следствие, дополнительно повысить энергетическую эффективность системы электроснабжения, использующей экстремальное регулирование.
Для повышения надежности и стабильности характеристик аппаратуры, осуществляющей представленный метод поиска и поддержания экстремума (максимума) выходной мощности фотоэлектрической батареи, целесообразна ее реализация в цифровом виде с использованием там, где это необходимо, цифроаналогового и аналого-цифрового преобразований. В этом случае, помимо прочего, достигается максимальная точность и идентичность линейных (или ступенчато - линейных) пилообразных токов сканирования выходов реперных фотопреобразователей.
Усреднение получаемых значений регулирующего воздействия на временном интервале, кратном заданному шагу временного сдвига пилообразных сканирующих токов реперных фотопреобразователей, позволит минимизировать ошибки определения экстремума (максимума) выходной мощности фотоэлектрической батареи из-за возможных случайных аппаратурных сбоев.
На фиг. 3 представлен вариант структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ, для случая использования группы из трех реперных фотопреобразователей.
На фиг 3 обозначены: реперные фотопреобразователи 1, 2 и 3; измерители тока 4, 6 и 8, последовательно включенные в цепи генераторов сканирующих токов 5, 7 и 9 соответственно; измерители напряжений 10, 11 и 12 реперных фотопреобразователей; схемы усреднения сканирующих токов 13 и 14 в парах смежных фотопреобразователей 1, 2 и 2, 3 соответственно; вычислители выходной мощности 15, 17 и 19 реперных фотопреобразователей 1, 2 и 3; схемы сравнения 16 и 18 текущих значений выходных мощностей фотопреобразователей 1, 2 и 2, 3 соответственно; схемы запоминания 20 и 21 усредненных значений токов пар смежных реперных фотопреобразователей 1, 2 и 2, 3 соответственно; коммутатор 22 выходных сигналов схем запоминания 20 и 21, управляемый выходными сигналами схем сравнения 16 и 18; масштабный усилитель 23, выход регулирующего воздействия 24.
Также на фиг. 3 показано усредняющее устройство 25 регулирующего воздействия на временном интервале, кратном заданному шагу ΔT временного сдвига пилообразных сканирующих токов. Устройство 25, представленное на фиг. 3, выполнено в виде трансверсального фильтра с единичными весовыми коэффициентами (Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989, с. 24), включающего элементы задержки 26 на время заданного шага временного сдвига ΔТ и сумматор 27 с коэффициентом деления 1/(N+1) на выходе, где N - число элементов задержки 26. Выходной сигнал 28 устройства 25 представляет собой результат усреднения регулирующего воздействия 24 на интервале времени, равном (N+1)⋅ΔТ.
Для корректного выполнения устройством 25 возложенной на него функции необходимо, чтобы значение регулирующего воздействия 24 на его входе сохранялось неизменным в течение временного шага ΔТ, что обеспечивается схемотехническим исполнением коммутатора 22.
Важно отметить, что длительность интервала усреднения (N+1)⋅ΔТ не должна превышать минимального времени, за которое возможно существенное изменение условий функционирования фотоэлектрической батареи, в первую очередь, таких как уровень освещенности и температура.

Claims (9)

1. Способ экстремального регулирования выходной мощности фотоэлектрической батареи, включающий в себя
- установку и поддержание оптимальной рабочей точки вольт-амперной характеристики, соответствующей максимуму выходной мощности, путем пошагового изменения регулирующего воздействия на выходной ток или напряжение фотоэлектрической батареи в соответствии с изменением величины ее выходной мощности на каждом шаге регулирования,
отличающийся тем, что дополнительно включает
- периодическое сканирование выходов группы из двух или более реперных фотопреобразователей одинаковыми линейно или ступенчато-линейно изменяющимися пилообразными токами, сдвинутыми по времени на величину, кратную заданному шагу временного сдвига,
- непрерывные измерения напряжений и токов каждого из реперных фотопреобразователей, на основании которых определяют текущие значения их выходных мощностей,
- усреднение токов или напряжений каждой пары смежных реперных фотопреобразователей, сканируемых пилообразными токами, сдвинутыми по времени на однократную величину заданного временного шага,
- запоминание усредненных значений токов или напряжений каждой пары смежных реперных фотопреобразователей в моменты равенства их выходных мощностей и
- формирование регулирующего воздействия на выходной ток или напряжение фотоэлектрической батареи путем масштабного преобразования запоминаемых усредненных значений токов или напряжений пар смежных реперных фотопреобразователей.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование регулирующего воздействия на выходной ток или напряжение фотоэлектрической батареи осуществляют путем масштабного преобразования запоминаемых средних значений токов или напряжений пар смежных реперных фотопреобразователей с последующим усреднением преобразованных значений на временном интервале, кратном заданному шагу временного сдвига пилообразных сканирующих токов.
RU2016137330A 2016-09-19 2016-09-19 Способ экстремального регулирования выходной мощности фотоэлектрической батареи RU2638564C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016137330A RU2638564C1 (ru) 2016-09-19 2016-09-19 Способ экстремального регулирования выходной мощности фотоэлектрической батареи

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016137330A RU2638564C1 (ru) 2016-09-19 2016-09-19 Способ экстремального регулирования выходной мощности фотоэлектрической батареи

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2638564C1 true RU2638564C1 (ru) 2017-12-14

Family

ID=60718793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016137330A RU2638564C1 (ru) 2016-09-19 2016-09-19 Способ экстремального регулирования выходной мощности фотоэлектрической батареи

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2638564C1 (ru)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4101253A1 (de) * 1991-01-17 1992-07-23 Telefunken Systemtechnik Verfahren zur optimalen solargeneratorarbeitspunktsteuerung
RU2101831C1 (ru) * 1995-11-27 1998-01-10 Государственное научно-производственное предприятие "Полюс" Система электропитания с экстремальным регулированием мощности фотоэлектрической батареи
JPH1146457A (ja) * 1997-07-25 1999-02-16 Tdk Corp 太陽電池を利用した充電装置
RU2168827C1 (ru) * 2000-02-08 2001-06-10 ФГУП Научно-производственный центр "Полюс" Экстремальный регулятор мощности солнечной батареи
WO2008018250A1 (fr) * 2006-08-11 2008-02-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Système de génération d'électricité photovoltaïque solaire, véhicule, procédé de commande de système de génération d'électricité photovoltaïque solaire, et support d'enregistrement lisible par ordinateur doté d'un programme pour amener l'ord
CN101821858A (zh) * 2007-10-12 2010-09-01 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 太阳能电池组件的可控转变设备
RU2414037C1 (ru) * 2009-11-16 2011-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) Автономная фотоэлектрическая система электропитания
US20130181655A1 (en) * 2010-10-07 2013-07-18 Sony Corporation Power control device, power control method, and feed system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4101253A1 (de) * 1991-01-17 1992-07-23 Telefunken Systemtechnik Verfahren zur optimalen solargeneratorarbeitspunktsteuerung
RU2101831C1 (ru) * 1995-11-27 1998-01-10 Государственное научно-производственное предприятие "Полюс" Система электропитания с экстремальным регулированием мощности фотоэлектрической батареи
JPH1146457A (ja) * 1997-07-25 1999-02-16 Tdk Corp 太陽電池を利用した充電装置
RU2168827C1 (ru) * 2000-02-08 2001-06-10 ФГУП Научно-производственный центр "Полюс" Экстремальный регулятор мощности солнечной батареи
WO2008018250A1 (fr) * 2006-08-11 2008-02-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Système de génération d'électricité photovoltaïque solaire, véhicule, procédé de commande de système de génération d'électricité photovoltaïque solaire, et support d'enregistrement lisible par ordinateur doté d'un programme pour amener l'ord
CN101821858A (zh) * 2007-10-12 2010-09-01 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 太阳能电池组件的可控转变设备
RU2414037C1 (ru) * 2009-11-16 2011-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) Автономная фотоэлектрическая система электропитания
US20130181655A1 (en) * 2010-10-07 2013-07-18 Sony Corporation Power control device, power control method, and feed system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bendib et al. A survey of the most used MPPT methods: Conventional and advanced algorithms applied for photovoltaic systems
Bounechba et al. Comparison of perturb & observe and fuzzy logic in maximum power point tracker for PV systems
Ngan et al. A study of maximum power point tracking algorithms for stand-alone photovoltaic systems
Paz et al. Zero oscillation and irradiance slope tracking for photovoltaic MPPT
Bayod-Rújula et al. A novel MPPT method for PV systems with irradiance measurement
Adly et al. Maximum power point tracker for a PV cell using a fuzzy agent adapted by the fractional open circuit voltage technique
Belkaid et al. A comprehensive study of different photovoltaic peak power tracking methods
Arora et al. Comparison of ANN and ANFIS based MPPT Controller for grid connected PV systems
Anoop et al. A novel maximum power point tracking method based on particle swarm optimization combined with one cycle control
Ahmed et al. A fast MPPT technique based on IV curve characteristics under partial shading
Ahmed et al. MPPT Control for Photovoltaic System using hybrid method under variant weather condition
Harjai et al. Study of maximum power point tracking (MPPT) techniques in a solar photovoltaic array
Al-Majidi et al. A modified P&O-MPPT based on pythagorean theorem and CV-MPPT for PV Systems
Gaur et al. Maximum power point tracking algorithms for photovoltaic applications: A comparative study
Faifer et al. Iterative model-based Maximum Power Point Tracker for photovoltaic panels
Cristaldi et al. A new approach to maximum power point tracking for photovoltaic panels
RU2638564C1 (ru) Способ экстремального регулирования выходной мощности фотоэлектрической батареи
Ashique et al. An adaptive P&O MPPT using a sectionalized piece-wise linear PV curve
KR100542156B1 (ko) 최대전력추적 태양광 발전시스템
Kapić et al. An efficient MPPT algorithm for PV modules under partial shading and sudden change in irradiance
KR101385692B1 (ko) 태양광 모듈의 최대전력점 추종장치 및 그 방법
Shah et al. A novel algorithm for global peak power point tracking in partially shaded grid-connected PV system
Gautam et al. Fuzzy logic based MPPT Technique for Photo-Voltaic energy conversion system
Ding et al. Improved global maximum power point tracking method based on voltage interval for PV array under partially shaded conditions
Almi et al. A novel adaptive variable step size P&O MPPT algorithm