TWI452796B - 太陽能換流器系統及其控制方法 - Google Patents

太陽能換流器系統及其控制方法 Download PDF

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Description

太陽能換流器系統及其控制方法
本發明係有關於一種太陽能換流器系統及其控制方法，尤指一種可利用控制器控制換流器的輸出功率，以提升太陽能換流器系統的效率、降低太陽能換流器系統的諧波失真以及延長太陽能換流器系統中換流器的使用壽命的太陽能換流器系統及其控制方法。
一般說來，當換流器輸出的功率較低時(例如低於換流器的最大輸出功率的30%)，太陽能換流器系統的效率與諧波失真都會比較差。在具有多換流器的太陽能換流器系統中，因為太陽能換流器系統的總輸出功率會平均分配至每一換流器(亦即每一換流器輸出的功率相同)，所以每一換流器輸出的功率更低，導致太陽能換流器系統的效率更差與諧波失真更嚴重。此領域技術可參考美國專利US7893346及US8013472。
因此，在具有多換流器的太陽能換流器系統中，因為每一換流器輸出相同的功率，所以具有多換流器的太陽能換流器系統的效率與諧波失真通常較具有單一換流器的太陽能換流器系統差。
本發明的一實施例提供一種太陽能換流器系統的控制方法，該太陽能換流器系統包含一第一換流器、一第二換流器及一控制器，該第一換流器及該第二換流器並聯一市電網路，該控制器係用以選擇性地控制由該第一換流器及該第二換流器輪流輸出一總輸出功率或由該第一換流器及第二換流器同時輸出該總輸出功率。該控制方法包含計算該第一換流器及該第二換流器的該總輸出功率；判斷該總輸出功率是否小於一臨界值；根據一判斷結果，執行一相對應的動作。
本發明的另一實施例提供一種太陽能換流器系統。該太陽能換流器系統包含一第一換流器、一第二換流器及一控制器。該第一換流器具有一第一輸入端，及一第一輸出端，其中該第一輸入端耦接一太陽能板；該第二換流器具有一第二輸入端，及一第二輸出端，其中該第二輸入端係耦接該太陽能板，且該第一輸出端及該第二輸出端並聯於一市電網路；該控制器係耦接該第一換流器及該第二換流器，其中該控制器係用以選擇性地控制由該第一換流器及該第一換流器輪流輸出一總輸出功率或由該第一換流器及該第二換流器同時輸出該總輸出功率。
本發明提供一種太陽能換流器系統及其控制方法。該太陽能換流器系統及該控制方法係利用一控制器計算該太陽能換流器系統的總輸出功率，以及判斷該太陽能換流器系統的總輸出功率是否小於一臨界值。然後，當該太陽能換流器系統的總輸出功率小於該臨界值時，該控制器控制一第一換流器與一第二換流器輪流輸出該太陽能換流器系統的總輸出功率；當該太陽能換流器系統的總輸出功率大於該臨界值時，該控制器控制該第一換流器及該第二換流器同時輸出該太陽能換流器系統的總輸出功率，且該第一換流器及該第二換流器係輪流輸出該第一換流器之最大輸出功率。因此，因為一太陽能換流器系統的效率與諧波失真係由輸出較大功率的換流器所決定，所以相較於先前技術，本發明所提供的太陽能換流器系統具有較佳的效率與較低的諧波失真。另外，因為當該太陽能換流器系統的總輸出功率大於該臨界值時，該第一換流器及該第二換流器係輪流輸出該第一換流器之最大輸出功率，所以本發明所提供的太陽能換流器系統具有較長的使用壽命。
請參照第1圖，第1圖係為本發明的一實施例說明太陽能換流器系統100的示意圖。太陽能換流器系統100包含一第一換流器102、一第二換流器104及一控制器106，其中第一換流器102與第二換流器104相同。在本發明的另一實施例中，第一換流器102與第二換流器104亦可不同。但本發明並不受限於太陽能換流器系統100僅包含第一換流器102與第二換流器104，亦即太陽能換流器系統100可包含至少二換流器。第一換流器102具有一第一輸入端，及一第一輸出端，其中第一輸入端係耦接一太陽能板108；第二換流器104具有一第二輸入端，及一第二輸出端，其中第二輸入端係耦接太陽能板108。如第1圖所示，第一換流器102的第一輸出端及第二換流器104的第二輸出端係共同透過一感應器110並聯於一市電網路112，其中感應器110係用以感應第一換流器102與第二換流器104轉換太陽能板108的直流電壓VDC所產生的一交流電流IAC及一交流電壓VAC。另外，市電網路112具有一交流頻率(例如50Hz或60Hz)與一交流電壓(例如110V或220V)。控制器106係耦接第一換流器102、第二換流器104與感應器110，用以根據交流電流IAC及交流電壓VAC，計算太陽能換流器系統100的總輸出功率，且用以選擇性地控制由第一換流器102及第二換流器104輪流輸出太陽能換流器系統100的總輸出功率或由第一換流器102和第二換流器104同時輸出太陽能換流器系統100的總輸出功率。
當太陽能換流器系統100的總輸出功率小於一臨界值(亦即第一換流器102的最大輸出功率)時，控制器106控制第一換流器102與第二換流器104輪流輸出太陽能換流器系統100的總輸出功率；當太陽能換流器系統100的總輸出功率大於臨界值時，控制器106控制第一換流器102及第二換流器104同時輸出太陽能換流器系統100的總輸出功率，且第一換流器102及第二換流器104係輪流輸出第一換流器102之最大輸出功率。因此，當太陽能換流器系統100的總輸出功率大於臨界值且第一換流器102的輸出功率為第一換流器102之最大輸出功率時，第二換流器104的輸出功率係為太陽能換流器系統100的總輸出功率減去第一換流器102之最大輸出功率；當太陽能換流器系統100的總輸出功率大於臨界值且第二換流器104的輸出功率為第一換流器102之最大輸出功率時，第一換流器102的輸出功率係為太陽能換流器系統100的總輸出功率減去第一換流器102之最大輸出功率。
例如，第一換流器102的最大輸出功率是為120W。當太陽能換流器系統100的總輸出功率是為110W時，因為太陽能換流器系統100的總輸出功率(110W)小於臨界值(120W)時，所以控制器106控制第一換流器102與第二換流器104輪流輸出太陽能換流器系統100的總輸出功率(110W)；當太陽能換流器系統100的總輸出功率是為130W時，因為太陽能換流器系統100的總輸出功率(130W)大於臨界值(120W)時，所以控制器106控制第一換流器102及第二換流器104同時輸出太陽能換流器系統100的總輸出功率(130W)，且第一換流器102及第二換流器104係輪流輸出第一換流器102之最大輸出功率(120W)。因此，當太陽能換流器系統100的總輸出功率(130W)大於臨界值(120W)且第一換流器102的輸出功率為第一換流器102之最大輸出功率(120W)時，第二換流器104的輸出功率係為太陽能換流器系統100的總輸出功率(130W)減去第一換流器102之最大輸出功率(120W)，亦即第二換流器104的輸出功率係為10W。當太陽能換流器系統100的總輸出功率(130W)大於臨界值(120W)且第二換流器104的輸出功率為第一換流器102之最大輸出功率(120W)時，第一換流器102的輸出功率係為太陽能換流器系統100的總輸出功率(130W)減去第一換流器102之最大輸出功率(120W)，亦即第一換流器102的輸出功率係為10W。
另外，在本發明的另一實施例中，太陽能換流器系統100另包含感應器110。
請參照第2圖，第2圖係為本發明的另一實施例說明太陽能換流器系統200的示意圖。太陽能換流器系統200和太陽能換流器系統100的差別在於控制器106包含一計數器1062，其中計數器1062係用以計數一特定時間內太陽能換流器系統200的總輸出功率大於臨界值(120W)之次數。當特定時間內太陽能換流器系統200的總輸出功率大於臨界值(120W)之次數沒有超過N時，控制器106控制第一換流器102與第二換流器104輪流輸出太陽能換流器系統200的總輸出功率；當特定時間內太陽能換流器系統200的總輸出功率大於臨界值(120W)之次數超過N時，控制器106控制第一換流器102及第二換流器104同時輸出太陽能換流器系統200的總輸出功率，且第一換流器102及第二換流器104係輪流輸出第一換流器102之最大輸出功率(120W)。因此，當第一換流器102的輸出功率為第一換流器102之最大輸出功率(120W)時，第二換流器104的輸出功率係為太陽能換流器系統100的總輸出功率減去第一換流器102之最大輸出功率(120W)；當第二換流器104的輸出功率為第一換流器102之最大輸出功率(120W)時，第一換流器102的輸出功率係為太陽能換流器系統100的總輸出功率減去第一換流器102之最大輸出功率(120W)。另外，在本發明的另一實施例中，太陽能換流器系統200另包含感應器110。另外，太陽能換流器系統200的其餘操作原理皆和太陽能換流器系統100相同，在此不再贅述。
請參照第1圖、第2圖和第3圖，第3圖係為說明係為本發明的另一實施例說明一種太陽能換流器系統的控制方法的流程圖。第3圖的方法係利用第1圖的太陽能換流器系統100說明，詳細步驟如下：
步驟300：開始；
步驟302：感應器110感應第一換流器102的第一輸出端及第二換流器104的第二輸出端的一交流電流IAC及一交流電壓VAC；
步驟304：控制器106根據交流電流IAC及交流電壓VAC，計算太陽能換流器系統100的總輸出功率；
步驟306：控制器106判斷太陽能換流器系統100的總輸出功率是否小於臨界值；如果是，進行步驟308；如果否，進行步驟310；
步驟308：控制器106控制第一換流器102及第二換流器104輪流輸出太陽能換流器系統100的總輸出功率，跳回步驟306；
步驟310：控制器106控制第一換流器102及第二換流器104同時輸出太陽能換流器系統100的總輸出功率，跳回步驟306。
在步驟306中，臨界值是為第一換流器102的最大輸出功率。在步驟308中，當太陽能換流器系統100的總輸出功率小於臨界值時，控制器106控制第一換流器102及第二換流器104輪流輸出太陽能換流器系統100的總輸出功率總輸出功率。例如第一換流器102的最大輸出功率是為120W。當太陽能換流器系統100的總輸出功率是為110W時，因為太陽能換流器系統100的總輸出功率(110W)小於臨界值(120W)時，所以控制器106控制第一換流器102及第二換流器104輪流輸出太陽能換流器系統100的總輸出功率(110W)。在步驟310中，當太陽能換流器系統100的總輸出功率大於臨界值時，控制器106控制第一換流器102及第二換流器104同時輸出太陽能換流器系統100的總輸出功率，且第一換流器102及第二換流器104係輪流輸出第一換流器102之最大輸出功率。當第一換流器102的輸出功率為第一換流器102之最大輸出功率，第二換流器104的輸出功率係為太陽能換流器系統100的總輸出功率減去第一換流器102之最大輸出功率；第二換流器104的輸出功率為第一換流器102之最大輸出功率時，第一換流器102的輸出功率係為太陽能換流器系統100的總輸出功率減去第一換流器102之最大輸出功率。例如當太陽能換流器系統100的總輸出功率是為130W時，因為太陽能換流器系統100的總輸出功率(130W)大於臨界值(120W)時，所以控制器106控制第一換流器102及第二換流器104同時輸出太陽能換流器系統100的總輸出功率(130W)。因此，當第一換流器102的輸出功率為第一換流器102之最大輸出功率(120W)，第二換流器104的輸出功率係為太陽能換流器系統100的總輸出功率(130W)減去第一換流器102之最大輸出功率(120W)，亦即第二換流器104的輸出功率係為10W。當第二換流器104的輸出功率為第一換流器102之最大輸出功率(120W)時，第一換流器102的輸出功率係為太陽能換流器系統100的總輸出功率(130W)減去第一換流器102之最大輸出功率(120W)，亦即第一換流器102的輸出功率係為10W。
另外，在本發明的另一實施例(請參照第2圖)中，在步驟306中，太陽能換流器系統200的控制器106係判斷計數器1062計數一特定時間內太陽能換流器系統200的總輸出功率大於臨界值(120W)之次數是否超過N。當特定時間內太陽能換流器系統200的總輸出功率大於臨界值(120W)之次數沒有超過N時，控制器106控制第一換流器102與第二換流器104輪流輸出太陽能換流器系統200的總輸出功率；當特定時間內太陽能換流器系統200的總輸出功率大於臨界值(120W)之次數超過N時，控制器106控制由第一換流器102及第二換流器104同時輸出太陽能換流器系統200的總輸出功率，且第一換流器102及第二換流器104係輪流輸出第一換流器102之最大輸出功率(120W)。因此，當第一換流器102的輸出功率為第一換流器102之最大輸出功率(120W)時，第二換流器104的輸出功率係為太陽能換流器系統100的總輸出功率減去第一換流器102之最大輸出功率(120W)；當第二換流器104的輸出功率為第一換流器102之最大輸出功率(120W)時，第一換流器102的輸出功率係為太陽能換流器系統100的總輸出功率減去第一換流器102之最大輸出功率(120W)。
綜上所述，本發明所提供的太陽能換流器系統及其控制方法係利用控制器計算太陽能換流器系統的總輸出功率，以及判斷太陽能換流器系統的總輸出功率是否小於臨界值。然後，當太陽能換流器系統的總輸出功率小於臨界值時，控制器控制第一換流器與第二換流器輪流輸出太陽能換流器系統的總輸出功率；當太陽能換流器系統的總輸出功率大於臨界值時，控制器控制第一換流器及第二換流器同時輸出太陽能換流器系統的總輸出功率，且第一換流器及第二換流器係輪流輸出第一換流器之最大輸出功率。因此，因為太陽能換流器系統的效率與諧波失真係由輸出較大功率的換流器所決定，所以相較於先前技術，本發明所提供的太陽能換流器系統具有較佳的效率與較低的諧波失真。另外，因為當太陽能換流器系統的總輸出功率大於臨界值時，第一換流器及第二換流器係輪流輸出第一換流器之最大輸出功率，所以本發明所提供的太陽能換流器系統具有較長的使用壽命。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、200．．．太陽能換流器系統
102．．．第一換流器
104．．．第二換流器
106．．．控制器
108．．．太陽能板
110．．．感應器
112．．．市電網路
1062．．．計數器
IAC．．．交流電流
VAC．．．交流電壓
VDC．．．直流電壓
300-310．．．步驟
第1圖係為本發明的一實施例說明太陽能換流器系統的示意圖。
第2圖係為本發明的另一實施例說明太陽能換流器系統的示意圖。
第3圖係為說明係為本發明的另一實施例說明一種太陽能換流器系統的控制方法的流程圖。
100．．．太陽能換流器系統
102．．．第一換流器
104．．．第二換流器
106．．．控制器
108．．．太陽能板
110．．．感應器
112．．．市電網路
IAC．．．交流電流
VAC．．．交流電壓
VDC．．．直流電壓

Claims (11)

  1. 一種太陽能換流器系統的控制方法，該太陽能換流器系統包含一第一換流器、一第二換流器及一控制器，該第一換流器及該第二換流器並聯一市電網路，該控制器係用以選擇性地控制由該第一換流器及該第二換流器輪流輸出一總輸出功率或由該第一換流器及第二換流器同時輸出該總輸出功率，該控制方法包含：計算該第一換流器及該第二換流器的該總輸出功率；判斷該總輸出功率是否小於一臨界值；及當該總輸出功率小於該臨界值時，該控制器控制由該第一換流器及該第二換流器輪流輸出該總輸出功率。
  2. 一種太陽能換流器系統的控制方法，該太陽能換流器系統包含一第一換流器、一第二換流器及一控制器，該第一換流器及該第二換流器並聯一市電網路，該控制器係用以選擇性地控制由該第一換流器及該第二換流器輪流輸出一總輸出功率或由該第一換流器及第二換流器同時輸出該總輸出功率，該控制方法包含：計算該第一換流器及該第二換流器的該總輸出功率；判斷該總輸出功率是否小於一臨界值；及當該總輸出功率大於該臨界值時，該控制器控制由該第一換流器及該第二換流器同時輸出該總輸出功率，且該第一換流 器及該第二換流器輪流輸出該第一換流器之最大輸出功率。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該控制器控制由該第一換流器及該第二換流器同時輸出該總輸出功率，且該第一換流器及該第二換流器輪流輸出該第一換流器之最大輸出功率，係為當該第一換流器輸出該第一換流器之最大輸出功率時，該第二換流器的輸出功率為該總輸出功率減去該第一換流器之最大輸出功率。
  4. 如請求項2所述之方法，其中該控制器控制由該第一換流器及該第二換流器同時輸出該總輸出功率，且該第一換流器及該第二換流器輪流輸出該第一換流器之最大輸出功率，係為當該第二換流器輸出該第一換流器之最大輸出功率時，該第一換流器的輸出功率為該總輸出功率減去該第一換流器之最大輸出功率。
  5. 如請求項1或2所述之方法，其中該第一換流器的第一輸出端及該第二換流器的第二輸出端係耦接於一感應器，其中計算該第一換流器及該第二換流器的該總輸出功率包含：該感應器感應該第一輸出端及該第二輸出端的一交流電流及一交流電壓；及該控制器根據該交流電流及該交流電壓計算該總輸出功率。
  6. 一種太陽能換流器系統的控制方法，該太陽能換流器系統包含一第一換流器、一第二換流器及一控制器，其中該控制器包含一計數器，其中該第一換流器及該第二換流器並聯一市電網路，且該控制器係用以選擇性地控制由該第一換流器及該第二換流器輪流輸出一總輸出功率或由該第一換流器及第二換流器同時輸出該總輸出功率，該控制方法包含：計算該第一換流器及該第二換流器的該總輸出功率；判斷該總輸出功率是否小於一臨界值；及當一特定時間內該總輸出功率大於該臨界值之次數大於N時，該控制器控制由該第一換流器及該第二換流器同時輸出該總輸出功率，且該第一換流器及該第二換流器輪流輸出該第一換流器之最大輸出功率，其中當該第一換流器輸出該第一換流器之最大輸出功率時，該第二換流器的輸出功率為該總輸出功率減去該第一換流器之最大輸出功率；當該第二換流器輸出該第一換流器之最大輸出功率時，該第一換流器的輸出功率為該總輸出功率減去該第一換流器之最大輸出功率。
  7. 一種太陽能換流器系統，包含：一第一換流器，具有一第一輸入端，及一第一輸出端，其中該第一輸入端耦接一太陽能板；一第二換流器，具有一第二輸入端，及一第二輸出端，其中該 第二輸入端係耦接該太陽能板，且該第一輸出端及該第二輸出端並聯於一市電網路；及一控制器，耦接該第一換流器及該第二換流器，其中當該總輸出功率小於一臨界值時，該控制器控制由該第一換流器及該第二換流器輪流輸出一總輸出功率；當該總輸出功率大於該臨界值時，該控制器控制由該第一換流器及該第二換流器同時輸出該總輸出功率，且該第一換流器及該第二換流器係輪流輸出該第一換流器之最大輸出功率。
  8. 如請求項7所述之太陽能換流器系統，其中該控制器控制由該第一換流器及該第二換流器同時輸出該總輸出功率，且該第一換流器及該第二換流器係輪流輸出該第一換流器之最大輸出功率，係為當該第一換流器輸出該第一換流器之最大輸出功率時，該第二換流器的輸出功率為該總輸出功率減去該第一換流器之最大輸出功率。
  9. 如請求項7所述之太陽能換流器系統，其中該控制器控制由該第一換流器及該第二換流器同時輸出該總輸出功率，且該第一換流器及該第二換流器係輪流輸出該第一換流器之最大輸出功率，係為當該第二換流器輸出該第一換流器之最大輸出功率時，該第一換流器的輸出功率為該總輸出功率減去該第一換流器之最大輸出功率。
  10. 如請求項7所述之太陽能換流器系統，其中該第一換流器的第一輸出端及該第二換流器的第二輸出端係耦接於一感應器；該感應器係用以感應該第一輸出端及該第二輸出端的一交流電流及一交流電壓，及該控制器係根據該電流值及該電壓值計算該總輸出功率。
  11. 一種太陽能換流器系統，包含：一第一換流器，具有一第一輸入端，及一第一輸出端，其中該第一輸入端耦接一太陽能板；一第二換流器，具有一第二輸入端，及一第二輸出端，其中該第二輸入端係耦接該太陽能板，且該第一輸出端及該第二輸出端並聯於一市電網路；及一控制器，耦接該第一換流器及該第二換流器，其中該控制器包含一計數器，當一特定時間內一總輸出功率大於一臨界值之次數大於N時，該控制器控制由該第一換流器及該第二換流器同時輸出該總輸出功率，且該第一換流器及該第二換流器輪流輸出該第一換流器之最大輸出功率，其中當該第一換流器輸出該第一換流器之最大輸出功率時，該第二換流器的輸出功率為該總輸出功率減去該第一換流器之最大輸出功率；當該第二換流器輸出該第一換流器之最大輸出功率時，該第一換流器的輸出功率為該總輸出功率減去該第一換流器之最大輸出功率。
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