BR112020007686A2 - balanced energy storage balance technology - Google Patents

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BR112020007686A2
BR112020007686A2 BR112020007686-4A BR112020007686A BR112020007686A2 BR 112020007686 A2 BR112020007686 A2 BR 112020007686A2 BR 112020007686 A BR112020007686 A BR 112020007686A BR 112020007686 A2 BR112020007686 A2 BR 112020007686A2
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BR112020007686-4A
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Wen Tien CHANG
Chang Horang LI
Zhen Hui LEE
Zheng Zhao GUO
Wen Tsung LO
Geoffrey Wen-Tai Shuy
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Lt Lighting (Taiwan) Corporation
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Abstract

A presente invenção refere-se a um sistema de armazenamento de energia que compreende um reservatório de energia e um controlador de sistema. O reservatório de energia é carregado por energia CC de uma fonte de energia CC durante descarga de energia CC para um conversor CC/CA. Um controlador de sistema regula a energia CC descarregada do reservatório de energia para o conversor CC/CA para quase equilibrar a quantidade de energia CC carregada no reservatório de energia. Como esse carregamento e descarregamento é quase equilibrado, o tamanho do reservatório de energia pode ser bem pequeno em relação à quantidade de carregamento e descarregamento. Isso é vantajoso onde o fluxo de carga e descarga é alto, como pode ser o caso se o reservatório de energia recebe carga de toda ou de uma porção substancial de uma central elétrica, tal como uma central elétrica solar. Com tal controlador o uso de um reservatório de energia se torna tecnicamente viável mesmo com esses grandes fluxos de corrente.The present invention relates to an energy storage system that comprises an energy reservoir and a system controller. The power reservoir is charged with DC power from a DC power source during discharge of DC power to a DC / AC converter. A system controller regulates the DC energy discharged from the energy reservoir to the DC / AC converter to almost balance the amount of DC energy charged in the energy reservoir. Since this loading and unloading is almost balanced, the size of the energy reservoir can be quite small in relation to the amount of loading and unloading. This is advantageous where the charge and discharge flow is high, as may be the case if the energy reservoir receives charge from all or a substantial portion of a power plant, such as a solar power plant. With such a controller the use of an energy reservoir becomes technically feasible even with these large current flows.

Description

“TECNOLOGIA DE EQUILÍBRIO DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA CONTROLADO""CONTROLLED ENERGY STORAGE BALANCE TECHNOLOGY" FUNDAMENTOBACKGROUND

[001] As centrais elétricas fotovoltaicas (PV) geram eletricidade convertendo energia solar em eletricidade. Essa eletricidade gerada é, então, fornecida a uma rede elétrica. A fonte de energia solar (isto é, os raios recebidos do sol) é caracterizada como tendo uma intensidade variável no tempo. Por conseguinte, os geradores elétricos fotovoltaicos em tais centrais elétricas PV incorporam um dispositivo de otimização de geração de potência (também conhecido como “otimizador”). Um tipo de otimizador é denominado “rastreador do ponto de máxima potência” (MPPT) (ou “dispositivo MPPT”), que rastreia uma tensão instantânea do ponto de produção de máxima potência (MPPP) que o dispositivo MPPT usa para controlar a operação da central elétrica PV. Essa prática é referida como “conformação MPPT cega” neste documento. O dispositivo MPPT é geralmente software ou firmware; e rastreia a tensão variável no tempo, resultando na produção de potência máxima da fonte de energia solar variável no tempo.[001] Photovoltaic power plants (PV) generate electricity by converting solar energy into electricity. This generated electricity is then supplied to an electrical grid. The source of solar energy (that is, the rays received from the sun) is characterized as having a varying intensity over time. Therefore, the photovoltaic electric generators in such PV power plants incorporate a power generation optimization device (also known as an “optimizer”). One type of optimizer is called a “maximum power point tracker” (MPPT) (or “MPPT device”), which tracks an instantaneous voltage from the maximum power production point (MPPP) that the MPPT device uses to control the operation of the PV power plant. This practice is referred to as “blind MPPT conformation” in this document. The MPPT device is usually software or firmware; and tracks time-varying voltage, resulting in maximum power output from the time-varying solar energy source.

[002] O objeto reivindicado aqui não se limita a modalidades que resolvem quaisquer desvantagens ou que operam apenas em ambientes como os descritos acima. Em vez disso, esta seção Fundamento é fornecido apenas para ilustrar uma área de tecnologia exemplificativa onde algumas modalidades descritas neste documento podem ser praticadas.[002] The object claimed here is not limited to modalities that solve any disadvantages or that operate only in environments such as those described above. Instead, this Foundation section is provided only to illustrate an area of exemplary technology where some modalities described in this document can be practiced.

BREVE SUMÁRIOBRIEF SUMMARY

[003] As modalidades descritas neste documento referem-se a um sistema de armazenamento de energia que compreende um reservatório de energia e um controlador de sistema. O reservatório de energia é carregado por energia CC de uma fonte de energia CC durante descarga de energia CC para um conversor CC/CA. Um controlador de sistema regula a energia CC descarregada do reservatório de energia para o conversor CC/CA para quase equilibrar a quantidade de energia CC carregada no reservatório de energia. Como esse carregamento e descarregamento é quase equilibrado, o tamanho do reservatório de energia pode ser bem pequeno em relação à quantidade de carregamento e descarregamento. Isso é vantajoso onde o fluxo de carga e descarga é alto, como pode ser o caso se o reservatório de energia recebe carga de toda ou de uma porção substancial de uma central elétrica, tal como uma central elétrica solar. Com tal controlador, o uso de um reservatório de energia se torna tecnicamente viável mesmo com esses grandes fluxos de corrente.[003] The modalities described in this document refer to an energy storage system that comprises an energy reservoir and a system controller. The power reservoir is charged with DC power from a DC power source during discharge of DC power to a DC / AC converter. A system controller regulates the DC energy discharged from the energy reservoir to the DC / AC converter to almost balance the amount of DC energy charged in the energy reservoir. Since this loading and unloading is almost balanced, the size of the energy reservoir can be quite small in relation to the amount of loading and unloading. This is advantageous where the charge and discharge flow is high, as may be the case if the energy reservoir receives charge from all or a substantial portion of a power plant, such as a solar power plant. With such a controller, the use of an energy reservoir becomes technically feasible even with these large current flows.

[004] O controlador de sistema compreende um componente de detecção, um componente de determinação e um componente de entrega, o componente de detecção é configurado para medir um nível de energia armazenada no reservatório de energia. O componente de determinação é configurado para usar o nível medido de energia armazenada do nível de energia para avaliar se um ajuste deve ser feito. O componente de entrega é configurado para codificar a instrução para realizar o ajuste em uma mensagem codificada quando o componente de determinação determina que o ajuste deve ser feito, e é também configurado para entregar a mensagem codificada ao conversor CC/CA.[004] The system controller comprises a detection component, a determination component and a delivery component, the detection component is configured to measure a level of energy stored in the energy reservoir. The determination component is configured to use the measured level of stored energy from the energy level to assess whether an adjustment should be made. The delivery component is configured to encode the instruction to perform the adjustment on a coded message when the determination component determines that the adjustment must be made, and is also configured to deliver the encoded message to the CC / AC converter.

[005] Este Sumário é fornecido para introduzir uma seleção de conceitos de forma simplificada, que são descritos mais adiante na Descrição Detalhada. Este Sumário não tem como objetivo identificar características chave ou características essenciais do objeto reivindicado, nem se destina a ser usado como auxílio na determinação do escopo do objeto reivindicado.[005] This Summary is provided to introduce a selection of concepts in a simplified way, which are described later in the Detailed Description. This Summary is not intended to identify key features or essential features of the claimed object, nor is it intended to be used as an aid in determining the scope of the claimed object.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[006] A fim de descrever a maneira pela qual as vantagens e recursos citados acima e outros podem ser obtidos, uma descrição mais particular de várias modalidades será fornecida por referência aos desenhos anexos. Entendendo que esses desenhos representam apenas modalidades de amostra e, portanto, não devem ser considerados limitantes do escopo da invenção, as modalidades serão descritas e explicadas com especificidade e detalhes adicionais através do uso dos desenhos anexos, nos quais:[006] In order to describe the way in which the above mentioned advantages and resources and others can be obtained, a more particular description of various modalities will be provided by reference to the accompanying drawings. Understanding that these drawings represent only sample modalities and, therefore, should not be considered limiting the scope of the invention, the modalities will be described and explained with specificity and additional details through the use of the attached drawings, in which:

[007] As Figuras 1A a 1C ilustram diagramas de blocos de várias centrais elétricas em que dispositivos de desacoplamento são usados em conjunto com um reservatório de energia;[007] Figures 1A to 1C illustrate block diagrams of several power plants in which decoupling devices are used in conjunction with an energy reservoir;

[008] A Figura 2A ilustra um diagrama de blocos de uma central elétrica que foi configurada em um experimento, e em que existem duas unidades de produção de potência CA que são configuradas de forma convencional, e com medidores de potência e energia que medem a saída de cada unidade de produção de potência;[008] Figure 2A illustrates a block diagram of a power plant that was configured in an experiment, and in which there are two AC power production units that are configured in a conventional way, and with power and energy meters that measure the output from each power production unit;

[009] A Figura 2B ilustra um diagrama de blocos da central elétrica da Figura 2A após modificação para incluir dispositivos de desacoplamento e um reservatório de energia, e que foi usado para verificar melhor saída de energia para a rede;[009] Figure 2B illustrates a block diagram of the power plant of Figure 2A after modification to include decoupling devices and an energy reservoir, and which was used to verify better energy output to the grid;

[010] A Figura 3 ilustra um diagrama de blocos de uma central elétrica em que existem dois canais de entrega de potência, um canal invocando o uso de um reservatório de energia, e um não invocando o uso do reservatório de energia;[010] Figure 3 illustrates a block diagram of a power plant in which there are two channels of power delivery, one channel invoking the use of an energy reservoir, and one not invoking the use of the energy reservoir;

[011] A Figura 4 ilustra um diagrama de blocos de uma central elétrica que representa uma modalidade mais ampla da Figura 3;[011] Figure 4 illustrates a block diagram of a power plant that represents a broader modality in Figure 3;

[012] A Figura 5 ilustra um diagrama de blocos de uma central elétrica em que potência é entregue através do uso de um reservatório de energia;[012] Figure 5 illustrates a block diagram of a power plant in which power is delivered through the use of an energy reservoir;

[013] A Figura 6 ilustra um diagrama de blocos de uma central elétrica que representa uma modalidade mais ampla da Figura 5;[013] Figure 6 illustrates a block diagram of a power plant that represents a broader modality in Figure 5;

[014] A Figura 7 ilustra um diagrama de blocos de uma central elétrica;[014] Figure 7 illustrates a block diagram of a power plant;

[015] A Figura 8 ilustra um diagrama de blocos de um controlador de Rastreamento de Ponto de Utilização de Energia Máxima (MEUPT) de acordo com os princípios descritos neste documento; e[015] Figure 8 illustrates a block diagram of a Maximum Energy Utilization Point Tracking (MEUPT) controller according to the principles described in this document; and

[016] A Figura 9 ilustra um diagrama de blocos do controlador MEUPT da[016] Figure 9 illustrates a block diagram of the MEUPT controller from

Figura 8 no contexto de uma central elétrica.Figure 8 in the context of a power plant.

DESCRIÇÃO DETALHADADETAILED DESCRIPTION

[017] As publicações de patente US2016/0036232 e US2017/0149250 A1 (cujo conteúdo é aqui incorporado por referência) divulgam que os sistemas de energia PV que praticam a conformação MPPT cega atingem quantidades subótimas de eletricidade fornecida à rede. Essas publicações de patente ensinam que, para extrair com eficiência a eletricidade para utilização de energia, deve-se combinar as características do dispositivo de extração de energia para extrair de maneira eficaz e eficiente a energia elétrica produzida. Além disso, esses pedidos de patente ensinam que os dispositivos relacionados também devem ser combinados para condicionar e/ou entregar a eletricidade extraída para utilização eficiente da energia.[017] Patent publications US2016 / 0036232 and US2017 / 0149250 A1 (whose content is incorporated by reference) disclose that PV power systems that practice blind MPPT conformation achieve suboptimal amounts of electricity supplied to the grid. These patent publications teach that, in order to efficiently extract electricity for energy use, the characteristics of the energy extraction device must be combined to effectively and efficiently extract the electrical energy produced. In addition, these patent applications teach that the related devices must also be combined to condition and / or deliver the extracted electricity for energy efficient use.

[018] Essas publicações de patentes enfatizam ainda mais o fato de que a eficiência de utilização de energia é inextricavelmente dependente da demanda de energia, além da produção de potência. Além disso, ensinam que, em qualquer sistema de energia, o consumo típico de potência não é necessariamente igual à produção de potência, mesmo quando cumprindo as leis de conservação de energia e carga.[018] These patent publications further emphasize the fact that energy use efficiency is inextricably dependent on energy demand, in addition to power production. Furthermore, they teach that, in any energy system, typical power consumption is not necessarily equal to power production, even when complying with energy and load conservation laws.

[019] No lugar de usar o dispositivo MPPT como o otimizador para centrais elétricas solares, as referidas publicações de patente propuseram usar um “rastreador de ponto de utilização de energia máxima”, ou o “dispositivo MEUPT” como a otimizador de central elétrica PV. Tal otimizador será referido como um “otimizador MEUPT” neste documento. De acordo com as publicações de patente referenciadas, o otimizador MEUPT é designado para capturar o que se refere como “energia excedente”, que se define como a energia elétrica que é produzida, mas não extraída e/ou entregue à rede elétrica para utilização. Tal definição de “energia excedente” é também usada neste documento.[019] Instead of using the MPPT device as the optimizer for solar power plants, the aforementioned patent publications proposed to use a “maximum energy usage point tracker”, or the “MEUPT device” as the PV power plant optimizer. . Such an optimizer will be referred to as a “MEUPT optimizer” in this document. According to the referenced patent publications, the MEUPT optimizer is designed to capture what is referred to as “surplus energy”, which is defined as the electrical energy that is produced, but not extracted and / or delivered to the grid for use. Such a definition of “surplus energy” is also used in this document.

[020] O otimizador MEUPT é também designado para temporariamente armazenar a energia excedente capturada dentro de um reservatório de energia; e, em seguida, preparar e entregar essa energia elétrica à rede elétrica para utilização. Dessa forma, a receita de vendas de eletricidade da central elétrica PV pode ser melhorada ao incorporar o otimizador MEUPT.[020] The MEUPT optimizer is also designed to temporarily store the excess energy captured within an energy reservoir; and then prepare and deliver that electricity to the grid for use. In this way, the electricity sales revenue of the PV power plant can be improved by incorporating the MEUPT optimizer.

Seção Um: Funcionalidade do otimizador MEUPTSection One: MEUPT optimizer functionality

[021] De acordo com os princípios descritos na US2016/0036232 e US2017/0149250 A1 (as “publicações de patente referenciadas”), o otimizador MEUPT de uma modalidade divulgada neste documento compreende um extrator de energia excedente, um reservatório de energia e um controlador MEUPT. O controlador MEUPT trabalha em conjunto com extratores de energia e conversores CC/CA. Os termos “potência” e “energia” (embora não exatamente os mesmos) são usados de forma intercambiável na técnica. Dessa forma, salvo de outra forma especificado, cada termo tem o mesmo significado.[021] In accordance with the principles described in US2016 / 0036232 and US2017 / 0149250 A1 (the “referenced patent publications”), the MEUPT optimizer of a modality disclosed in this document comprises an excess energy extractor, an energy reservoir and a MEUPT controller. The MEUPT controller works in conjunction with power extractors and DC / AC converters. The terms "power" and "energy" (although not exactly the same) are used interchangeably in the technique. Thus, unless otherwise specified, each term has the same meaning.

[022] Um extrator de energia extrai um trem de potência oscilante inicial da fonte de potência elétrica CC produzida. A cadeia de potência inicial extraída se adapta aos requisitos da rede elétrica CA da rede elétrica. Em outras palavras, a cadeia de potência inicial extraída tem uma tensão sinusoidal variável no tempo tendo uma tensão de pico que se adapta à faixa de tensão da rede elétrica. Além disso, a potência elétrica (que é proporcional ao quadrado da tensão) assume a forma (sin? (wt) ou cos? (wt)), que é sincronizada (com a mesma fase e mesma frequência) com a rede elétrica.[022] A power extractor extracts an initial oscillating power train from the produced DC electrical power source. The extracted initial power chain adapts to the AC mains requirements of the mains. In other words, the extracted initial power chain has a time-varying sinusoidal voltage having a peak voltage that adapts to the voltage range of the power grid. In addition, the electrical power (which is proportional to the square of the voltage) takes the form (sin? (Wt) or cos? (Wt)), which is synchronized (with the same phase and the same frequency) with the electrical network.

[023] Por outro lado, um extrator de energia excedente extrai um trem de potência oscilante remanescente que permanece da subtração do trem de potência oscilante inicial da potência CC produzida. Em outras palavras, esse trem de potência oscilante remanescente é um trem de potência oscilante remanescente que permanece após prover o trem de potência oscilante inicial à rede elétrica. O trem de potência oscilante remanescente tem um deslocamento de fase de 90º em comparação com o trem de potência oscilante inicial que foi provido à rede elétrica. Devido ao deslocamento de fase de 90º, esse trem de potência oscilante remanescente não pode ser imediatamente convertido em potência CA para fornecimento na mesma rede elétrica. Um reservatório de energia é, assim, usado para temporariamente armazenar a energia excedente do trem de potência oscilante remanescente. Após, a energia armazenada é fornecida a um conversor CC/CA; tal que a energia armazenada excedente possa ser convertida em potência CA, que é sincronizada (com a mesma fase e frequência com a mesma rede elétrica.[023] On the other hand, an excess energy extractor extracts a remaining oscillating power train that remains from the subtraction of the initial oscillating power train from the produced DC power. In other words, this remaining oscillating power train is a remaining oscillating power train that remains after providing the initial oscillating power train to the power grid. The remaining oscillating power train has a phase shift of 90º compared to the initial oscillating power train that was supplied to the power grid. Due to the 90º phase shift, this remaining oscillating power train cannot be immediately converted into AC power for supply to the same electrical network. An energy reservoir is thus used to temporarily store the surplus energy from the remaining oscillating power train. Afterwards, the stored energy is supplied to a DC / AC converter; such that the surplus stored energy can be converted into AC power, which is synchronized (with the same phase and frequency with the same electrical network.

[024] O controlador MEUPT mede o nível de energia do reservatório; estima a quantidade da energia no reservatório que pode ser extraída; e entrega essa informação ao conversor(es) CC/CA associado(s), tal que essa quantidade de energia possa ser extraída pelo(s) conversor(es) CC/CA. O(s) conversor(es) CC/CA, em seguida, extrai(em) a energia armazenada do reservatório para conversão em potência CA na forma de um trem de potência pulsante adequado e provê que potência CA à rede elétrica. As centrais elétricas PV podem, assim, prover quase toda a energia elétrica produzida à rede elétrica ao incorporar o otimizador MEUPT. Em contraste, sem o otimizador MEUPT, a central elétrica PV de acordo com as referidas publicações de patente pode apenas prover menos da metade da potência/energia produzida à rede elétrica.[024] The MEUPT controller measures the energy level of the reservoir; estimates the amount of energy in the reservoir that can be extracted; and delivers that information to the associated DC / AC converter (s), such that that amount of energy can be extracted by the DC / AC converter (s). The DC / AC converter (s) then extract (s) the stored energy from the reservoir for conversion to AC power in the form of a suitable pulsating power train and provide AC power to the mains. PV power plants can thus supply almost all the electrical energy produced to the power grid by incorporating the MEUPT optimizer. In contrast, without the MEUPT optimizer, the PV power plant according to the aforementioned patent publications can only supply less than half of the power / energy produced to the power grid.

Seção Dois: Melhorar central elétrica PV convencional com MEUPTSection Two: Improving conventional PV power plant with MEUPT

[025] Centrais elétricas solares são geralmente classificadas em termos de algum número de MegaWatts (MW). Convencionalmente, quando uma central elétrica solar é declarada classificada a x MW (onde x é algum número positivo), isso significa que a soma total da classificação de produção de potência CC de todas as cadeias solares é de x MW. Tais centrais elétricas solares convencionais também têm conversores CC/CA trifásicos com uma capacidade de conversão CC/CA total declarada pelo fabricante que não é superior a x MW. Esse princípio resume as operações das centrais elétricas convencionais de acordo com a prática MPPT convencional.[025] Solar power plants are generally classified in terms of some number of MegaWatts (MW). Conventionally, when a solar power plant is declared rated at x MW (where x is some positive number), this means that the sum total of the DC power production rating for all solar chains is x MW. Such conventional solar power plants also have three-phase DC / AC converters with a total DC / AC conversion capacity declared by the manufacturer that is not more than x MW. This principle summarizes the operations of conventional power plants according to conventional MPPT practice.

[026] Em outras palavras, a central elétrica PV convencional de classificação x MW consiste em cadeias de painéis solares PV de x MW, que convertem energia solar em eletricidade CC. A eletricidade CC gerada é, então, extraída e convertida por conversores CC/CA trifásicos em potência elétrica CA adequada que se adapta a todos os requisitos de potência CA de uma rede elétrica, e é, em seguida, provida à rede elétrica. Essa potência elétrica CA provida à rede elétrica é também referida neste documento como o “trem de potência oscilante inicial”. Recorda-se que a capacidade de conversão CC/CA total declarada pelo fabricante dos conversores CC/CA não é superior a x MW, que é a quantidade total da capacidade de geração CC dos painéis solares instalados declarada pela indústria de painéis solares.[026] In other words, the conventional x MW rated PV power plant consists of chains of x MW PV solar panels, which convert solar energy into DC electricity. The generated DC electricity is then extracted and converted by three-phase DC / AC converters into suitable AC electrical power that adapts to all the AC power requirements of an electrical network, and is then supplied to the electrical network. This AC electrical power supplied to the electrical network is also referred to in this document as the “initial oscillating power train”. It is recalled that the total DC / AC conversion capacity declared by the manufacturer of the DC / AC converters is not more than x MW, which is the total amount of DC generation capacity of the installed solar panels declared by the solar panel industry.

[027] De acordo com a descrição das referidas publicações de patente, US2016/0036232 e US2017/0149250 A1, existe um trem de potência oscilante remanescente que resulta ao subtrair o trem de potência oscilante inicial (extraído pelo extrator de energia) da potência CC total produzida pelas cadeias de painel solar. Em outras palavras, esse trem de potência é o trem de potência oscilante remanescente que tem uma diferença de fase de cerca de 90º do trem de potência oscilante inicial que foi extraído pelo extrator de energia e provido à rede elétrica.[027] According to the description of the referred patent publications, US2016 / 0036232 and US2017 / 0149250 A1, there is a remaining oscillating power train that results in subtracting the initial oscillating power train (extracted by the power extractor) from the DC power total produced by the solar panel chains. In other words, this power train is the remaining oscillating power train that has a phase difference of about 90º from the initial oscillating power train that was extracted by the power extractor and supplied to the power grid.

[028] Como o trem de potência oscilante remanescente é defasado cerca de 90º da rede elétrica, esse trem de potência oscilante remanescente não pode ser diretamente condicionado e convertido em potência CA e provido à mesma rede elétrica. De acordo com os princípios divulgados nas referidas publicações de patente, um reservatório de energia temporariamente armazena a energia contida nesse trem de potência oscilante remanescente defasado 90º (que quando armazenado representa a energia excedente). Após essa energia excedente ser armazenada no reservatório de energia, a energia excedente pode servir como a energia CC que pode ser fornecida a um conversor CC/CA. Esse energia excedente pode, então, ser convertida em uma potência CA que se adapta a todos os requisitos da rede elétrica (incluindo sincronização com a rede elétrica), tal que a potência CA resultante pode ser provida à mesma rede.[028] As the remaining oscillating power train is lagged by about 90º from the electrical network, this remaining oscillating power train cannot be directly conditioned and converted into AC power and supplied to the same electrical network. According to the principles disclosed in the aforementioned patent publications, an energy reservoir temporarily stores the energy contained in this remaining oscillating power train lagged 90º (which when stored represents the surplus energy). After that surplus energy is stored in the energy reservoir, the surplus energy can serve as the DC energy that can be supplied to a DC / AC converter. This surplus energy can then be converted into an AC power that adapts to all the requirements of the electrical network (including synchronization with the electrical network), such that the resulting AC power can be supplied to the same network.

Seção Três: Impedir fuga de energia do reservatório de energiaSection Three: Prevent energy leakage from the energy reservoir

[029] Antes de elaborar sobre a consideração do reservatório de energia projeto para o otimizador MEUPT, um importante assunto é primeiramente endereçado neste documento. Especificamente, as cadeias de painel solar podem ter uma resistência muito alta ao entardecer, mas a cadeia de painel solar pode conduzir corrente elétrica significativa em qualquer direção, quando o sol está forte ao meio- dia. Portanto, a energia elétrica armazenada no reservatório pode vazar e aquecer os painéis solares durante o dia. Por conseguinte, diodos de desacoplamento podem ser adicionados a cada cadeia de painel solar, tal que a energia elétrica possa fluir de cada cadeia de painéis solares para carregar o reservatório, mas a energia no reservatório não possa retornar o fluxo do reservatório para as cadeias de painel solar. Vários sistemas de reservatório de energia que realizam esse desacoplamento serão agora descritos com relação às Figuras 1A, 1Be 1C.[029] Before elaborating on the consideration of the project energy reservoir for the MEUPT optimizer, an important subject is first addressed in this document. Specifically, solar panel chains can have a very high resistance at dusk, but the solar panel chain can conduct significant electrical current in any direction, when the sun is strong at noon. Therefore, the electrical energy stored in the reservoir can leak and heat the solar panels during the day. Therefore, decoupling diodes can be added to each chain of solar panels, such that electrical energy can flow from each chain of solar panels to charge the reservoir, but the energy in the reservoir cannot return the flow from the reservoir to the chains. solar panel. Various energy reservoir systems that perform this decoupling will now be described with reference to Figures 1A, 1B and 1C.

Seção Quatro: Considerações de projeto para o reservatório de energiaSection Four: Design considerations for the energy reservoir

[030] A Figura 1A apresenta um diagrama de blocos que ilustra um reservatório de energia 1300A que é projetado para temporariamente armazenar a potência excedente resultante de um fluxo de potência produzido de um conjunto de cadeias solares 1100A subtraindo a potência extraída por um conversor CC/CA 1200A quando o conversor CC/CA 1200A converte aquela potência em potência CA. À potência CA é provida a uma rede elétrica CA 1600A através de um transformador 1500A. O reservatório 1300A recebe o trem de potência oscilante remanescente através de um conjunto de diodo de desacoplamento 1400A. Em um exemplo, esse reservatório de energia 1300A é projetado para temporariamente armazenar a energia excedente de uma central elétrica PV de 1 MW por 2 minutos.[030] Figure 1A shows a block diagram illustrating a 1300A energy reservoir that is designed to temporarily store the excess power resulting from a power flow produced from a set of 1100A solar chains by subtracting the power extracted by a DC / converter AC 1200A when the DC / AC 1200A converter converts that power into AC power. AC power is supplied to an AC 1600A mains via a 1500A transformer. The 1300A reservoir receives the remaining oscillating power train through a 1400A decoupling diode assembly. In one example, this 1300A energy reservoir is designed to temporarily store surplus energy from a 1 MW PV power plant for 2 minutes.

[031] Apenas como exemplo, suponha que a fonte de energia primária possa manter intensidade constante (e que a produção de energia das cadeias PV 1100A se mantém, de modo a permitir uma produção constante de potência do gerador de 1 MW) por 2 minutos. Para a análise a seguir, ambos os trens de potência oscilante inicial e remanescente têm as mesmas formas de repetição, mas com uma diferença de fase de 90 graus. Primeiramente, vamos examinar como o reservatório de energia pode ser projetado usando força bruta. Lembre-se de que o propósito do reservatório de energia é temporariamente armazenar energia excedente para que os conversores CC/CA possam posteriormente conversor essa energia armazenada.[031] Just as an example, suppose that the primary energy source can maintain constant intensity (and that the energy production of PV 1100A chains is maintained, in order to allow a constant production of generator power of 1 MW) for 2 minutes . For the following analysis, both the initial and remaining oscillating power trains have the same repetition forms, but with a 90 degree phase difference. First, let's examine how the energy reservoir can be designed using brute force. Remember that the purpose of the energy reservoir is to temporarily store surplus energy so that DC / AC converters can later convert that stored energy.

[032] Conforme discutido nas publicações de patente referenciadas, a proporção estimada da energia excedente para a energia elétrica CC produzida é superior a 0,5 para centrais elétricas PV convencionais típicas. Para análises, vamos supor que a central elétrica PV tenha cadeias de painel solar PV de 1 MW; e a potência CC seja convertida em potência CA para prover a uma rede de 50 hertz e potência CA trifásica com tensão de linha de 380 Vac. Nesse caso, o tempo de duração de um ciclo de potência é igual a cerca de 0,01 segundo e a corrente de fase total é de até[032] As discussed in the referenced patent publications, the estimated proportion of surplus energy to the produced DC electrical energy is greater than 0.5 for typical conventional PV power plants. For analysis, let's assume that the PV power plant has 1 MW PV solar panel chains; and the DC power is converted to AC power to supply a 50 hertz network and three-phase AC power with a 380 V line voltage. In this case, the duration of a power cycle is about 0.01 second and the total phase current is up to

1.000.000/(380/1,732), em que 1,732 é o valor da raiz quadrada de 3. Essa razão é a razão da tensão de pico para tensão de linha (tensão linha a fase, ou “tensão de fase”, em potência CA trifásica). Armazenar o associado de carga com a energia excedente em um ciclo de potência para essa estação de potência exigiria uma capacidade de carga equivalente de aproximadamente 8 V Faraday (05 * 0,01 *1,000,000 / (380 / 1,732), where 1,732 is the square root value of 3. This ratio is the ratio of peak voltage to line voltage (line-to-phase voltage, or “phase voltage”, in power Three-phase AC). Storing the load associate with the surplus energy in a power cycle for that power station would require an equivalent load capacity of approximately 8 V Faraday (05 * 0.01 *

1.000.000/(380/1,732)), em que “V” é a diferença de tensão d o reservatório projetado antes e após o carregamento.1,000,000 / (380 / 1,732)), where “V” is the voltage difference of the designed tank before and after loading.

[033] Para maximizar a utilização de energia dessa estação PV, em algumas modalidades, a tensão de operação do otimizador MEUPT deve estar dentro de 75% da tensão de produção de potência PV máxima. Em outras palavras, a faixa de tensão da produção de potência máxima de 75% é observada nas modalidades do otimizador MEUPT. Os dados |-V medidos indicam que tipicamente essa faixa é de cerca de 80 volts. Quando essa faixa de tensão é escolhida como a faixa de tensão de carregamento/descarregamento (isto é, V = 80 volts) para o reservatório de energia, a capacidade de carga de um reservatório de energia é de cerca de 0,1 Faradays por MW, por ciclo de potência (em que o ciclo de potência dura 0,01 segundo).[033] To maximize the energy utilization of this PV station, in some modalities, the operating voltage of the MEUPT optimizer must be within 75% of the maximum PV power production voltage. In other words, the voltage range of the maximum power output of 75% is observed in the MEUPT optimizer modes. The measured | -V data indicates that this range is typically around 80 volts. When this voltage range is chosen as the charging / discharging voltage range (ie, V = 80 volts) for the energy reservoir, the charging capacity of an energy reservoir is about 0.1 Faradays per MW , per power cycle (where the power cycle lasts 0.01 seconds).

[034] Se a consideração de projeto for armazenar essa quantidade máxima de energia excedente acumulando por dois (2) minutos, a capacidade de carga equivalente necessária é igual a 1200 Faradays (100 * 120 * 0,1) para a central elétrica PV de 1 MW. Essa capacidade de carga equivalente exigida é referida como a “capacidade total de carga máxima” e a quantidade de energia armazenada no reservatório associada é referida como a “capacidade total do reservatório de máxima energia” ou “energia excedente máxima total” neste documento.[034] If the design consideration is to store that maximum amount of excess energy accumulating for two (2) minutes, the equivalent load capacity required is equal to 1200 Faradays (100 * 120 * 0.1) for the PV power plant of 1 MW. This required equivalent load capacity is referred to as the “total maximum load capacity” and the amount of energy stored in the associated reservoir is referred to as the “total maximum energy reservoir capacity” or “total maximum excess energy” in this document.

[035] Caso fossem usados apenas capacitores de película fina para atender à capacidade de carga necessária, o conjunto de capacitores de película fina necessários para atingir a capacidade de carga seria proibitivamente grande em volume e muito oneroso. Dessa forma, não é prático projetar um reservatório de energia que consiste apenas em capacitores de película fina.[035] If only thin-film capacitors were used to meet the required charging capacity, the set of thin-film capacitors needed to achieve the charging capacity would be prohibitively large in volume and very expensive. Thus, it is not practical to design an energy reservoir that consists only of thin film capacitors.

[036] Como uma reviravolta no projeto de força bruta, é possível incorporar dispositivos Faraday (tais como baterias) no projeto para reduzir o volume e o tamanho. A análise cuidadosa dos inventores revela que a capacitância de carga necessária é de fato tecnicamente gerenciável para um reservatório de energia com capacitores de película fina e dispositivos Faraday. No entanto, o custo desse reservatório ainda é alto demais para ser benéfico, a menos que o preço da bateria possa reduzir pelo menos por um fator de 3, mantendo o mesmo desempenho.[036] As a turning point in brute force design, it is possible to incorporate Faraday devices (such as batteries) into the design to reduce volume and size. The inventors' careful analysis reveals that the required charge capacitance is in fact technically manageable for an energy reservoir with thin film capacitors and Faraday devices. However, the cost of this reservoir is still too high to be beneficial, unless the battery price can be reduced by at least a factor of 3, while maintaining the same performance.

[037] O uso de capacitores eletrolíticos pode reduzir substancialmente o custo de capital necessário. No entanto, isso aumentaria o custo de operação devido à vida relativamente curta de tais capacitores. Dessa forma, atualmente, o uso de capacitores eletrolíticos também não é prático. Portanto, a força bruta não alcança projetos economicamente benéficos com a capacidade total do reservatório de máxima energia necessária.[037] The use of electrolytic capacitors can substantially reduce the cost of capital required. However, this would increase the cost of operation due to the relatively short life of such capacitors. Thus, currently, the use of electrolytic capacitors is also not practical. Therefore, brute force does not reach economically beneficial projects with the total capacity of the reservoir of maximum energy required.

[038] Os princípios descritos neste documento usam os seguintes fatos observados pelos inventores para resolver esse problema: (1) A maioria dos conversores CC/CA existentes pode facilmente aumentar ou diminuir a potência em 3% em um segundo; e também os conversores CC/CA de 500 kW existentes podem facilmente aumentar ou diminuir mais de 10 kW em um segundo durante a operação.[038] The principles described in this document use the following facts observed by the inventors to solve this problem: (1) Most existing DC / AC converters can easily increase or decrease power by 3% in one second; and the existing 500 kW DC / AC converters can easily increase or decrease more than 10 kW in one second during operation.

(2) Como uma observação preliminar, uma usina elétrica PV de 1 MW típica inicia a produção de potência da potência zero todas as manhãs e raramente aumenta sua produção de potência mais rápido do que 10 kW/segundo em sua operação diária normal.(2) As a preliminary observation, a typical 1 MW PV power plant starts producing power from zero power every morning and rarely increases its power production faster than 10 kW / second in its normal daily operation.

(3) Uma central elétrica PV no nível MW (classificada superior a 1 MW) pode ocasionalmente sofrer uma taxa de aumento superior a 10 kW por segundo durante uma curta rajada de potência. No entanto, a energia contida nessa curto rajada (ou mesmo em rajadas maiores de 100 kW por segundo) é insignificante quando comparada com a energia diária total produzida em centrais elétricas no nível MW.(3) A PV power plant at the MW level (rated greater than 1 MW) may occasionally experience an increase rate greater than 10 kW per second during a short burst of power. However, the energy contained in that short burst (or even in bursts greater than 100 kW per second) is insignificant when compared to the total daily energy produced in power plants at the MW level.

[039] A partir desses três fatos, os inventores determinaram que (1) a geração de potência em cada uma das cadeias de painel solar começa do zero todas as manhãs; e (2) o gerador PV não gera potência total instantaneamente. Dessa forma, o trem de potência oscilante remanescente não aumenta para seu valor máximo instantaneamente. Em outras palavras, o trem de potência oscilante remanescente aumenta tipicamente muito mais suavemente do que a taxa de aceleração dos conversores CC/CA. Além disso, a quantidade de energia em qualquer rajada de aceleração não é um problema significativo na coleta de energia para centrais PV com classificação de 1 MW ou superior.[039] From these three facts, the inventors determined that (1) the power generation in each of the solar panel chains starts from scratch every morning; and (2) the PV generator does not generate full power instantly. This way, the remaining oscillating power train does not increase to its maximum value instantly. In other words, the remaining oscillating power train typically increases much more smoothly than the acceleration rate of DC / AC converters. In addition, the amount of energy in any burst of acceleration is not a significant problem in collecting energy for PV plants rated 1 MW or higher.

[040] Portanto, no lugar de projetar um reservatório de energia capaz de armazenar a quantidade total máxima de energia excedente, os princípios descritos neste documento sugerem projetar um reservatório para armazenar a quantidade de energia líquida igual (digamos, 2 minutos) à diferença entre a energia excedente inserida no reservatório, e a energia que o(s) conversor(es) CC/CA extraíram do reservatório. Essa quantidade de energia é referida como a “energia excedente diferencial máxima”, neste documento. Essa quantidade de energia excedente diferencial máxima é muito menor do que a energia excedente total máxima. É, assim mais fácil projetar tal reservatório de energia menor; que tem tecnologia gerenciável e também é econômico.[040] Therefore, instead of designing a reservoir of energy capable of storing the maximum total amount of surplus energy, the principles described in this document suggest designing a reservoir to store the amount of net energy equal (say, 2 minutes) to the difference between the excess energy inserted in the reservoir, and the energy that the DC / AC converter (s) extracted from the reservoir. This amount of energy is referred to as the “maximum differential excess energy” in this document. This amount of maximum differential surplus energy is much less than the maximum total surplus energy. It is thus easier to design such a smaller energy reservoir; which has manageable technology and is also economical.

[041] A Figura 1B apresentas um diagrama de blocos que simbolicamente ilustra um reservatório de energia 1300B que armazena potência excedente resultante de um fluxo de potência produzido de um conjunto de cadeias solares 1100B subtraindo a potência extraída por um conversor CC/CA 1201B. Ao mesmo tempo, outro conversor CC/CA 1202B é direcionado pelo controlador MEUPT 1310B para receber aproximadamente a mesma quantidade de energia CC do reservatório de energia 1300B (contendo a potência excedente). Ambos os conversores CC/CA 1201B e 1202B simultaneamente convertem a energia CC recebida em potência CA, e proveem aquela potência CA à mesma rede 1600B através do mesmo transformador 1500B. Ao fazer isso, a carga de armazenamento de energia líquida para o reservatório 1300B pode ser reduzida para uma capacidade muito pequena quando comparada com aquela do reservatório 1300A apresentado na Figura 1A.[041] Figure 1B presents a block diagram that symbolically illustrates a 1300B energy reservoir that stores surplus power resulting from a power flow produced from a set of 1100B solar chains by subtracting the power extracted by a 1201B DC / AC converter. At the same time, another 1202B DC / AC converter is driven by the MEUPT 1310B controller to receive approximately the same amount of DC energy from the 1300B energy reservoir (containing the surplus power). Both 1201B and 1202B DC / AC converters simultaneously convert the received DC power into AC power, and supply that AC power to the same 1600B network through the same 1500B transformer. In doing so, the net energy storage load for the 1300B reservoir can be reduced to a very small capacity when compared to that of the 1300A reservoir shown in Figure 1A.

[042] A Figura 1C apresenta uma configuração que é modificada da configuração apresentada na Figura 1B, mas tem aproximadamente o mesmo desempenho da configuração apresentada na Figura 1B. Como mostrado na Figura 1C, um reservatório de energia 1300C armazena o fluxo de potência CC produzido por cadeias solares PV 1100C através de um conjunto de diodo 1400C. Dois conversores CC/CA 1201C e 1202C são direcionados pelo controlador MEUPT 1310C para receber (no agregado) aproximadamente a mesma potência CC total do reservatório de energia 1300C em uma quantidade aproximadamente igual à energia CC inserida produzida pelas cadeias PV. Dessa forma, há apenas um equilíbrio de entrada de potência líquida muito pequena nas entradas e saídas do reservatório 1300C. Ambos 1201C e 1202C simultaneamente convertem a potência CC recebida em potência CA provida à mesma rede 1600B através do mesmo transformador 1500C.[042] Figure 1C shows a configuration that is modified from the configuration shown in Figure 1B, but has approximately the same performance as the configuration shown in Figure 1B. As shown in Figure 1C, a 1300C energy reservoir stores the DC power flow produced by PV 1100C solar chains through a 1400C diode array. Two 1201C and 1202C DC / AC converters are directed by the MEUPT 1310C controller to receive (in the aggregate) approximately the same total DC power from the 1300C energy reservoir in an amount approximately equal to the inserted DC energy produced by the PV chains. Thus, there is only a very small net power input balance at the 1300C reservoir inlets and outlets. Both 1201C and 1202C simultaneously convert the received DC power into AC power supplied to the same 1600B network via the same 1500C transformer.

[043] Em suma, como mostrado na Figura 1B (quando adequadamente desacoplado) o reservatório de potência pode extrair e armazenar a energia excedente na forma de um trem de potência oscilante remanescente que permanece após a potência CC produzida ser extraída por um extrator de energia (que pode ser embutido como um módulo do conversor CC/CA 1201B). O outro conversor CC/CA 1201B é designado para extrair uma quantidade aproximadamente igual de energia do reservatório de energia 1300B para reduzir a quantidade líquida de energia excedente armazenada no reservatório. Dessa forma, um reservatório relativamente pequeno é adequado.[043] In short, as shown in Figure 1B (when properly decoupled) the power reservoir can extract and store surplus energy in the form of a remaining oscillating power train that remains after the produced DC power is extracted by an energy extractor (which can be embedded as a 1201B DC / AC converter module). The other 1201B DC / AC converter is designed to draw an approximately equal amount of energy from the 1300B energy reservoir to reduce the net amount of excess energy stored in the reservoir. Thus, a relatively small reservoir is suitable.

[044] Ainda como mostrado na Figura 1C, (quando adequadamente desacoplado) o reservatório de energia 1300C pode receber toda a potência CC produzida das cadeias PV 1100C. Um trem de potência oscilante é, então, extraído pelos conversores CC/CA 1201C e 1202C, enquanto a energia excedente (a potência remanescente) é também implicitamente armazenada dentro do reservatório de energia 1300C na forma de um trem de potência oscilante remanescente defasado 90º. Como pode ser visto, essa energia excedente é também implicitamente extraída de forma automática e armazenada no reservatório 1300C.[044] Also as shown in Figure 1C, (when properly decoupled) the 1300C energy reservoir can receive all the DC power produced from the 1100C PV chains. An oscillating power train is then extracted by the DC / AC converters 1201C and 1202C, while the surplus energy (the remaining power) is also implicitly stored inside the 1300C energy reservoir in the form of an oscillating power train lagging 90º. As can be seen, this surplus energy is also implicitly extracted automatically and stored in the 1300C reservoir.

[045] Aplicando o projeto apresentado na Figura 1B (ou na Figura 1C), o reservatório de energia projetado pode servir como o reservatório de energia destinado a um otimizador MEUPT; que temporariamente armazena pequena quantidade de energia excedente líquida que é 90º fora de fase. A difícil tarefa de projeto de reservatório de energia é agora deslocada para a tarefa de projetar um controlador MEUPT adequado.[045] Applying the design shown in Figure 1B (or Figure 1C), the projected energy reservoir can serve as the energy reservoir for a MEUPT optimizer; which temporarily stores a small amount of net surplus energy that is 90º out of phase. The difficult task of designing the energy reservoir is now shifted to the task of designing a suitable MEUPT controller.

Seção 5: Funções necessárias do controlador MEUPTSection 5: Necessary functions of the MEUPT controller

[046] O controlador deve ser capaz de direcionar os conversores CC/CA associados para extrair consistentemente uma quantidade adequada de energia do reservatório que seja substancialmente igual à quantidade no carregamento de potência excedente no reservatório. Ao fazer isso, pode-se minimizar a quantidade líquida de armazenamento de energia no reservatório; e manter armazenamento de energia equilibrado adequado no reservatório para estabilizar a operação do sistema. Ao fazer isso, o reservatório de energia precisa apenas armazenar (ou fornecer) a diferença de energia entre a potência excedente de carga e a potência extraída pelo(s) conversor(es) CC/CA dentro de uma pequena duração de tempo.[046] The controller must be able to direct the associated DC / AC converters to consistently extract an adequate amount of energy from the reservoir that is substantially equal to the amount of excess power loading in the reservoir. By doing this, you can minimize the net amount of energy storage in the reservoir; and maintaining adequate balanced energy storage in the reservoir to stabilize the system's operation. In doing so, the energy reservoir only needs to store (or supply) the energy difference between the excess load power and the power extracted by the DC / AC converter (s) within a short time.

[047] Com um controlador apto, a diferença de energia pode ser projetada para ser gerenciavelmente pequena. A duração de tempo pode ser projetada para ser longa o suficiente para aumentar ou diminuir o(s) conversor(es) CC/CA na correspondência da energia excedente; e curta o suficiente para reduzir significativamente a capacidade do reservatório, enquanto mantém a operação do sistema estável. A capacidade estimada do reservatório pode, assim, reduzir para menos de 0,001 vezes a energia excedente total máxima. Essa capacidade é inferior a 2 Faradays por central elétrica PV de 1 MW; uma capacidade de carga gerenciável mesmo se usar capacitores de película fina. Um exemplo de um controlador MEUPT adequado será descrito com relação às seções Doze a Quatorze abaixo.[047] With a suitable controller, the power difference can be designed to be manageable small. The duration of time can be designed to be long enough to increase or decrease the DC / AC converter (s) in correspondence of the surplus energy; and short enough to significantly reduce reservoir capacity, while keeping system operation stable. The estimated capacity of the reservoir can therefore reduce to less than 0.001 times the maximum total surplus energy. This capacity is less than 2 Faradays per 1 MW PV power plant; manageable charging capacity even when using thin film capacitors. An example of a suitable MEUPT controller will be described with respect to sections Twelve to Fourteen below.

Seção Seis: Reservatório de energia combinado capacitor/bateriaSection Six: Capacitor / battery combined power reservoir

[048] Outra questão é que um bom capacitor de película fina pode durar de 10 a 15 anos mantendo ainda mais de 80% de sua capacitância original, enquanto uma boa bateria pode durar menos de 5 anos e ter aproximadamente 70% de sua capacidade de carga após esse tempo. Portanto, sugere-se um equilíbrio do projeto cuidadoso para otimizar os custos econômicos. Além disso, a quantidade de energia no reservatório deve ser grande o suficiente para estabilizar a operação o tempo todo. As simulações de projeto mostram que, com os preços atuais de baterias e capacitores de película fina, um projeto típico de reservatório de energia ideal de 20 anos para uma estação PV de 1 MW é um projeto com capacitores de película fina de 0,1 a 1 Faraday combinados com uma autonomia de bateria aproximada de 50 amperes por hora com uma tensão de operação adequada.[048] Another issue is that a good thin-film capacitor can last from 10 to 15 years while still maintaining more than 80% of its original capacitance, while a good battery can last less than 5 years and have approximately 70% of its capacity. charge after that time. Therefore, a careful design balance is suggested to optimize economic costs. In addition, the amount of energy in the reservoir must be large enough to stabilize the operation at all times. Project simulations show that, with current prices for thin-film batteries and capacitors, a typical 20-year ideal energy reservoir design for a 1 MW PV station is a project with 0.1 to 0.1 thin film capacitors. 1 Faraday combined with a battery life of approximately 50 amps per hour with an adequate operating voltage.

Seção Sete: Prevenir a aniquilação mútua de potência em cadeias PVSection Seven: Prevent mutual annihilation of power in PV chains

[049] Como descrito acima, a técnica de desacoplamento aplicada na Figura 1B e na Figura 1C permite que as cadeias de painéis solares carreguem o reservatório de energia; mas evita que a potência flua de volta do reservatório para as cadeias solares PV. Ao aplicar o conjunto de diodo de desacoplamento corretamente, essa técnica não apenas impede a fuga de energia do reservatório através das cadeias de painel solar PV, mas também pode evitar um fenômeno descoberto pelos inventores. Esse fenômeno é referido neste documento como o “fenômeno de aniquilação mútua de potência entre cadeias PV”, o “fenômeno de aniquilação mútua de potência” ou o “fenômeno de aniquilação de potência”,[049] As described above, the decoupling technique applied in Figure 1B and Figure 1C allows the chains of solar panels to charge the energy reservoir; but it prevents the power from flowing back from the reservoir to the solar PV chains. By applying the decoupling diode set correctly, this technique not only prevents energy from escaping from the reservoir through the PV solar panel chains, but it can also prevent a phenomenon discovered by the inventors. This phenomenon is referred to in this document as the “phenomenon of mutual annihilation of power between PV chains”, the “phenomenon of mutual annihilation of power” or the “phenomenon of annihilation of power”,

[050] Esse fenômeno ocorre quando cadeias PV conectadas em paralelo coletam a potência produzida. Esse fenômeno é especialmente pronunciado quando as cadeias PV conectadas em paralelo possuem características |-V muito diferentes, eficiências de conversão fotoelétricas e/ou tensões de produção de potência máxima.[050] This phenomenon occurs when PV chains connected in parallel collect the power produced. This phenomenon is especially pronounced when PV chains connected in parallel have very different | -V characteristics, photoelectric conversion efficiencies and / or maximum power production voltages.

[051] Por exemplo, quando menos do que todos os painéis solares em menos do que todas as cadeias têm projeções de sombras, as cadeias que estão dentro da sombra terão menor eficiência de conversão fotoelétrica do que aquelas que estão fora da sombra. Em outras palavras, essas cadeias solares teriam características |-V muito diferentes ainda que no mesmo momento do dia, devido a diferentes projeções de sombras. Quando essas cadeias solares estão se conectando em paralelo, as cadeias de alta eficiência podem descarregar parte de sua potência elétrica produzida para as cadeias solares de menor eficiência para interromper a produção de potência nas cadeias solares PV. Os inventores confirmaram esse fenômeno experimentalmente. Experimentos também mostram que esse fenômeno pode ser evitado quando cadeias solares PV são adequadamente desacopladas.[051] For example, when less than all solar panels in less than all chains have shadow projections, chains that are within the shadow will have less efficiency for photoelectric conversion than those that are outside the shadow. In other words, these solar chains would have very different | -V characteristics even at the same time of the day, due to different projections of shadows. When these solar chains are connecting in parallel, the high efficiency chains can discharge part of their electrical power produced to the less efficient solar chains to interrupt the production of power in the PV solar chains. The inventors confirmed this phenomenon experimentally. Experiments also show that this phenomenon can be prevented when solar PV chains are properly decoupled.

[052] Além disso, o fenômeno de aniquilação de potência também pode ocorrer quando as cadeias PV conectadas em paralelo têm tensões de produção de potência máxima muito diferentes. Por exemplo, suponha que existam duas cadeias de painel solar conectadas em paralelo - uma com 15 painéis solares em cadeia e outra com 19 painéis solares em cadeia. A potência gerada na cadeia com 19 painéis fluirá definitivamente através da cadeia com 15 painéis e ocorrerá o fenômeno de aniquilação de potência. Experimentos mostram que a potência recebida das duas cadeias conectadas em paralelo acima pode reduzir para menos da metade daquela produzida pela cadeia com 19 painéis isoladamente. Quando adequadamente desacopladas, a potência recebida das duas cadeias conectadas em paralelo acima pode recuperar cerca de 1,53 vezes o que é produzido pela cadeia com 19 painéis isoladamente. O experimento descrito acima mostra que (a) o fenômeno de aniquilação mútua de potência não existe; e (b) técnicas de desacoplamento apropriadas podem evitar o fenômeno.[052] In addition, the phenomenon of power annihilation can also occur when PV chains connected in parallel have very different maximum power production voltages. For example, suppose there are two solar panel chains connected in parallel - one with 15 chain solar panels and the other with 19 chain solar panels. The power generated in the 19-panel chain will definitely flow through the 15-panel chain and the phenomenon of power annihilation will occur. Experiments show that the power received from the two chains connected in parallel above can reduce to less than half that produced by the chain with 19 panels in isolation. When properly decoupled, the power received from the two chains connected in parallel above can recover about 1.53 times what is produced by the chain with 19 panels in isolation. The experiment described above shows that (a) the phenomenon of mutual annihilation of power does not exist; and (b) appropriate decoupling techniques can prevent the phenomenon.

[053] Em outro experimento, uma usina PV foi organizada para ter duas unidades de produção de potência; cada unidade consiste em 85 painéis solares do mesmo fabricante e modelo. Cada uma das duas unidades de produto de potência foi configurada com cinco (5) cadeias PV conectadas em paralelo para coletar a energia CC produzida. Duas cadeias PV foram configuradas com 15 painéis conectados em série, duas cadeias com 17 painéis conectados em série e outra cadeia com 21 painéis conectados em série. Quando essas tensões de produção de potência máxima das cadeias são medidas separadamente ao meio-dia com céu limpo, as tensões de produção de potência máxima variaram de 420 volts como a mais baixa a 610 volts na mais alta. Dessa forma, essas cadeias solares PV conectadas em paralelo têm tensões de produção de potência máxima muito diferentes sob o mesmo céu claro.[053] In another experiment, a PV plant was organized to have two power production units; each unit consists of 85 solar panels of the same manufacturer and model. Each of the two power product units was configured with five (5) PV chains connected in parallel to collect the produced DC energy. Two PV chains were configured with 15 panels connected in series, two chains with 17 panels connected in series and another chain with 21 panels connected in series. When these maximum power production voltages of the chains are measured separately at noon with clear skies, the maximum power production voltages ranged from 420 volts as the lowest to 610 volts at the highest. Thus, these PV solar chains connected in parallel have very different maximum power production voltages under the same clear sky.

[054] Cada uma das unidades de produção de potência converte a potência CC coletada através de um conversor CC/CA diferente em potência CA. Para medir energia e potência produzida em cada unidade de produção, um medidor de quilowatt- hora e um medidor de watts foram conectados à saída CA de cada um dos conversores CC/CA de cada unidade de produção. Essas unidades foram, então, conectadas a um transformador para prover a potência CA a uma rede. Com 72 leituras idênticas dos dois medidores de potência em um período de 36 dias, e com leituras idênticas dos dois medidores de quilowatt-hora no final do período de 36 dias, é confirmado que todos os elementos nessas duas unidades de produção de potência (incluindo os dois conjuntos de medidores) eram substancialmente idênticos.[054] Each of the power production units converts the collected DC power through a different DC / AC converter to AC power. To measure energy and power produced in each production unit, a kilowatt-hour meter and a watt meter were connected to the AC output of each of the production unit's DC / AC converters. These units were then connected to a transformer to supply AC power to a network. With 72 identical readings from the two power meters over a 36-day period, and with identical readings from the two kilowatt-hour meters at the end of the 36-day period, it is confirmed that all elements in these two power production units (including the two sets of meters) were substantially identical.

[055] Uma unidade de produção de potência foi, então, modificada para ser configurada com 4 cadeias de 21 painéis (e 1 painel não em uso); enquanto a outra unidade de produção de potência permaneceu inalterada nas 5 cadeias descritas acima. A produção de potência medida da unidade de produção de potência modificada era tipicamente maior que 4,1 vezes à da outra unidade de produção de potência ao meio-dia e céu limpo. Em seguida, foram medidos sessenta (60) dias de energia acumulada provida, que foi derivada das leituras dos dois medidores de quilowatt-hora. A unidade de produção de potência modificada forneceu energia à rede de 3,38 vezes à da unidade de produção de potência não modificada. Os experimentos acima demonstraram clara e definitivamente que o fenômeno de aniquilação de potência mútua realmente existe em cadeias PV conectadas em paralelo; especialmente com cadeias tendo características |-V muito diferentes ou tensões de potência máxima muito diferentes.[055] A power production unit was then modified to be configured with 4 chains of 21 panels (and 1 panel not in use); while the other power production unit remained unchanged in the 5 chains described above. The measured power output of the modified power output unit was typically greater than 4.1 times that of the other power output unit at noon and clear skies. Then, sixty (60) days of accumulated energy provided were measured, which was derived from the readings of the two kilowatt-hour meters. The modified power production unit supplied power to the grid 3.38 times that of the unmodified power production unit. The above experiments clearly and definitively demonstrated that the phenomenon of mutual power annihilation does exist in PV chains connected in parallel; especially with chains having very different | -V characteristics or very different maximum power voltages.

[056] Para concluir, técnica adequada de desacoplamento de acordo com o princípio descrito neste documento pode evitar a fuga de energia do reservatório de energia através de cadeias solares; e também pode evitar o fenômeno de aniquilação de potência mútua descoberto entre cadeias PV.[056] To conclude, an appropriate decoupling technique according to the principle described in this document can prevent energy leakage from the energy reservoir through solar chains; and it can also avoid the phenomenon of mutual power annihilation discovered between PV chains.

Seção Oito: Experimentos que comprovam a existência de energia excedenteSection Eight: Experiments that prove surplus energy

[057] Antes de descrever os projetos do otimizador MEUPT, esta seção descreve experimentos para definitivamente provar a existência de energia excedente em tais centrais elétricas PV; o que é previsto pelas publicações de patente referenciadas, US2016/0036232 e US2017/0149250 A1. Para reiterar, as referidas publicações de patente definem energia excedente como a energia elétrica produzida, mas não extraída e/ou utilizada antes de ser transformada em calor. Especificamente, em uma central elétrica PV, “energia excedente” inclui energia elétrica remanescente que existe após a energia CC produzida ser extraída e convertida em potência CA por conversores CC/CA trifásicos. Um otimizador MEUPT pode ser designado para capture/utilizar essa energia elétrica remanescente, a energia excedente. O que segue descreve as configurações experimentais e as execuções etapa a etapa dos experimentos.[057] Before describing the MEUPT optimizer designs, this section describes experiments to definitively prove the existence of surplus energy in such PV power plants; which is provided for by the referenced patent publications, US2016 / 0036232 and US2017 / 0149250 A1. To reiterate, said patent publications define surplus energy as the electrical energy produced, but not extracted and / or used before being transformed into heat. Specifically, in a PV power plant, "surplus energy" includes remaining electrical energy that exists after the produced DC energy is extracted and converted into AC power by three-phase DC / AC converters. A MEUPT optimizer can be designed to capture / use that remaining electrical energy, the surplus energy. The following describes the experimental configurations and step-by-step experiments.

[058] A Figura 2A apresentas a configuração inicial de uma central elétrica PV 2000A compreendendo 2 unidades de produção de potência CA 2100A e 2200A. Cada uma das unidades de produção de potência CA 2100A e 2200A pratica conformação MPPT cega; e provê potência CA trifásica à rede elétrica 2600A. À unidade de produção de potência CA 2100A consiste em um gerador de potência CC 2110A e um conversor CC/CA (15 kW) trifásico 2130A. A unidade de produção de potência CA 2200A consiste em um gerador de potência CC 2220A e um conversor CC/CA (15 kW) trifásico 2230A. O gerador de potência 2110A utiliza 2 cadeias PV conectadas em paralelo 2111A e 2112A para gerar eletricidade CC. O gerador de potência 2220A utiliza outras 2 cadeias solares conectadas em paralelo 2221A e 2222A para gerar eletricidade CC. Cada uma das 4 cadeias PV consiste em 25 painéis solares conectados em série; cada painel capaz de produzir 250W de potência ao meio dia e com céu claro.[058] Figure 2A shows the initial configuration of a PV 2000A power plant comprising 2 AC power production units 2100A and 2200A. Each of the AC 2100A and 2200A power production units practices blind MPPT conformation; and provides three-phase AC power to the 2600A mains. The AC 2100A power production unit consists of a 2110A DC power generator and a three-phase 2130A DC / AC converter (15 kW). The 2200A AC power production unit consists of a 2220A DC power generator and a three-phase 2230A DC / AC converter (15 kW). The 2110A power generator uses 2 PV chains connected in parallel 2111A and 2112A to generate DC electricity. The 2220A power generator uses two other solar chains connected in parallel 2221A and 2222A to generate DC electricity. Each of the 4 PV chains consists of 25 solar panels connected in series; each panel capable of producing 250W of power at noon and with clear skies.

[059] O gerador de potência CC 2110A fornece potência CC ao conversor CC/CA trifásico 2130A; e o gerador de potência CC 2220A fornece potência CC ao conversor CC/CA trifásico 2230A. Esses dois conversores 2130A e 2230A, em seguida, convertem a potência CC fornecida em potência CA trifásica. No experimento, a potência de saída CA das unidades de produção de potência 2100A e 2200A foi medida por dois medidores de watts CA trifásicos (em kW) 2351A e 2352A, respectivamente. A produção de energia CA (em kW"*hora) dessas duas unidades de produção de potência 2100A e 2200A foi também medida por dois medidores de kW- hora 2361A e 2362A, respectivamente. A potência CA trifásica produzida foi, em seguida, provida à rede 2600A através do transformador 2500A. A central elétrica PV foi operada; e a produção de energia das duas unidades de produção de potência CA 2100A e 2200A foi medida for 7 dias.[059] The DC power generator 2110A supplies DC power to the three-phase DC / AC converter 2130A; and the 2220A DC power generator supplies DC power to the 2230A three-phase DC / AC converter. These two converters 2130A and 2230A then convert the supplied DC power into three-phase AC power. In the experiment, the AC output power of the 2100A and 2200A power production units was measured by two three-phase AC watts meters (in kW) 2351A and 2352A, respectively. The AC power production (in kW "* hour) of these two power production units 2100A and 2200A was also measured by two 2361A and 2362A kW-hour meters, respectively. The three-phase AC power produced was then supplied to the 2600A network through transformer 2500A The PV power plant was operated, and the energy production of the two AC power production units 2100A and 2200A was measured for 7 days.

[060] As leituras dos dois medidores de kW-hora apresentaram valores iguais todos os dias durante esse período de tempo. Isso provê alta confiança que todos os elementos dessas duas unidades de produção de potência 2100A e 2200A (incluindo os dois conjuntos de instrumentos para medição) são substancialmente idênticos. Após essa etapa, uma das duas unidades de produção de potência CA 2200A foi mantida inalterada, enquanto a outra unidade de produção de potência CA 2100A foi modificada com uma configuração diferente 2100B como mostrado no lado esquerdo da Figura 2B.[060] The readings on the two kW-hour meters showed equal values every day during that time. This provides high confidence that all elements of these two 2100A and 2200A power production units (including the two sets of measuring instruments) are substantially identical. After this step, one of the two AC power production units 2200A was left unchanged, while the other AC power production unit 2100A was modified with a different configuration 2100B as shown on the left side of Figure 2B.

[061] A unidade de produção de potência 2200B da Figura 2B é a unidade de produção de potência 2200A da Figura 2A não modificada. Ainda, os elementos[061] The 2200B power production unit in Figure 2B is the unmodified 2200A power production unit in Figure 2B. Yet, the elements

2351B, 2361B, 2352B, 2362B, 2500B, 2600B da Figura 2B são os mesmos que os elementos 2351A, 2361A, 2352A, 2362A, 2500A, 2600A, respectivamente, da Figura 2A. Além disso, embora a configuração da unidade de produção de potência 2100B seja diferente na Figura 2B da unidade de produção de potência 2100A da Figura 2A, alguns dos elementos da unidade de produção de potência 2100B da Figura 2B são os mesmos que aqueles que são incluídos dentro da unidade de produção de potência 2100A da Figura 2A. Por exemplo, as cadeias PV 2111B e 2112B da Figura 2 são as mesmas que as cadeias PV 2111A e 2112A, respectivamente, da Figura 2A. Da mesma forma, o conversor CC/CA 2130B da Figura 2B é o mesmo que o conversor CC/CA 2130A da Figura 2A.2351B, 2361B, 2352B, 2362B, 2500B, 2600B of Figure 2B are the same as elements 2351A, 2361A, 2352A, 2362A, 2500A, 2600A, respectively, of Figure 2A. In addition, although the configuration of the 2100B power production unit is different in Figure 2B from the 2100A power production unit in Figure 2A, some of the elements of the 2100B power production unit in Figure 2B are the same as those that are included inside the 2100A power production unit of Figure 2A. For example, the PV chains 2111B and 2112B of Figure 2 are the same as the PV chains 2111A and 2112A, respectively, of Figure 2A. Likewise, the DC / AC converter 2130B in Figure 2B is the same as the DC / AC converter 2130A in Figure 2A.

[062] As seguintes seis (6) etapas descrevem como a unidade de produção de potência 2100A foi modificada na configuração de 2100B, e é descrita com relação ao lado esquerdo na Figura 2B. A etapa 1 foi adicionar um conjunto de diodos de desacoplamento 2311B entre as cadeias solares 2111B e 2112B e o conversor CC/CA trifásico 2130B, que está praticando a conformação MPPT cega. A etapa 2 foi adicionar um reservatório de energia 2410B na configuração. A etapa 3 foi conectar o reservatório de energia 2410B aos terminais CC do conversor CC/CA 2130B através de outro conjunto de diodos de desacoplamento 2312B e através de um comutador SW!1. A etapa 4 foi adicionar outro conversor CC/CA trifásico 2130S (20 kW) na configuração, cujo conversor 21308 foi operado de acordo com a direção de um controlador MEUPT projetado 2420B. A etapa 5 foi conectar o conversor CC/CA 21308 ao reservatório de energia 2410B através de outro conjunto de diodos de desacoplamento 2313B e através de um comutador SW2. A etapa 6 foi conectar os terminais de saída do conversor 21308 ao conjunto de instrumento de medição de potência e energia 2351B e 2361B através de um comutador SW3. Note que o referido “conjunto de diodo de desacoplamento” podem ser aqueles diodos que são denominados “diodos de bloqueio” na técnica. Note também que comutadores SW1,[062] The following six (6) steps describe how the 2100A power production unit was modified in the 2100B configuration, and is described with respect to the left side in Figure 2B. Step 1 was to add a set of decoupling diodes 2311B between solar chains 2111B and 2112B and the three-phase DC / AC converter 2130B, which is practicing the blind MPPT conformation. Step 2 was to add a 2410B power reservoir to the configuration. Step 3 was to connect the power reservoir 2410B to the DC terminals of the DC / AC converter 2130B through another set of decoupling diodes 2312B and through a SW! 1 switch. Step 4 was to add another 2130S three-phase DC / AC converter (20 kW) in the configuration, whose converter 21308 was operated according to the direction of a MEUPT controller designed 2420B. Step 5 was to connect the DC / AC converter 21308 to the 2410B power reservoir through another set of decoupling diodes 2313B and via a SW2 switch. Step 6 was to connect the output terminals of the 21308 converter to the 2351B and 2361B power and energy measuring instrument set via a SW3 switch. Note that said "decoupling diode set" can be those diodes that are called "blocking diodes" in the art. Also note that switches SW1,

SW?2 e SW3 são adicionados como mostrado na Figura 1B, tal que os dispositivos relevantes possam ser introduzidos a (ou removidos de) os experimentos em um tempo apropriado nas etapas de execução experimentais projetadas descritas abaixo.SW? 2 and SW3 are added as shown in Figure 1B, such that the relevant devices can be introduced to (or removed from) the experiments at an appropriate time in the projected experimental execution steps described below.

[063] A primeira noite após a modificação acima ser feita; o SW1 foi ligado enquanto os comutadores SW2 e SW3 foram desligados. Os conversores 2130B e 2230B começaram a rodar cedo na manhã seguinte. Os medidores de potência 2351B e 2352B medindo as duas saídas das unidades de produção de potência 2100B e 2200B apresentaram a mesma leitura. O reservatório 2410B também iniciou o carregamento como indicado pela medição da alta tensão terminal do reservatório 2410B. O sistema foi operado como descrito durante todo o primeiro dia. A energia medida provida das duas unidades de produção de potência 2100B e 2200B eram iguais; como mostrado nas leituras dos medidores de kW-hora 2361B e 2362B. Essa etapa experimental demonstrou que os conjuntos de diodo de desacoplamento adicionados 2311B e o reservatório 2410B não alteraram as produções de potência e energia da unidade de produção de potência 2100B.[063] The first night after the above modification is made; SW1 was turned on while switches SW2 and SW3 were turned off. The 2130B and 2230B converters started running early the next morning. The power meters 2351B and 2352B measuring the two outputs of the power production units 2100B and 2200B presented the same reading. The 2410B reservoir also started charging as indicated by measuring the high terminal voltage of the 2410B reservoir. The system was operated as described throughout the first day. The measured energy provided by the two power production units 2100B and 2200B were the same; as shown in the 2361B and 2362B kW-hour meter readings. This experimental step demonstrated that the added decoupling diode sets 2311B and reservoir 2410B did not alter the power and energy output of the 2100B power production unit.

[064] Os comutadores SW1, SW2 e SW3 foram ativados na noite após o primeiro dia de operação (segunda noite). Os conversores 2130B e 2230B começaram a funcionar no início da manhã (segundo dia), enquanto o conversor 2130S começou a funcionar com um nível de conversão de potência mais baixo cerca de 15 minutos após os conversores 2130B e 2230B começarem a funcionar. Após, o conversor 2130 aumentou seu nível de potência de conversão a cada 2 minutos; que é consistente com o projeto do controlador e o incremento do nível de energia do reservatório. À leitura do medidor de potência 2351B (para a unidade 2100B) atingiu cerca de duas vezes a leitura do medidor de potência 2352B (para a unidade 2200B) durante todo o dia - até quase o pôr do sol. A energia fornecida pelas duas unidades de produção de potência 2100B e 2200B ao final do segundo dia foi derivada das leituras dos dois medidores de kW-hora. O resultado mostrou que a energia fornecida pela unidade de produção de potência modificada 2100B foi mais que o dobro da energia fornecida pela unidade de produção de potência não modificada 2200B. Pelos seis seguintes dias consecutivos, os comutadores SW1, SW2 e SW3 permaneceram ligados, e a energia fornecida pela unidade de produção de potência modificada 2100B foi consistentemente mais do que o dobro da unidade de produção de potência 2200B por dia.[064] Switches SW1, SW2 and SW3 were activated the night after the first day of operation (second night). The 2130B and 2230B converters started running early in the morning (second day), while the 2130S converter started running at a lower power conversion level about 15 minutes after the 2130B and 2230B converters started. Afterwards, the 2130 converter increased its conversion power level every 2 minutes; which is consistent with the controller design and the increase in the energy level of the reservoir. The 2351B power meter reading (for the 2100B unit) reached about twice the 2352B power meter reading (for the 2200B unit) throughout the day - until almost sunset. The energy supplied by the two power production units 2100B and 2200B at the end of the second day was derived from the readings from the two kW-hour meters. The result showed that the energy supplied by the 2100B modified power production unit was more than double the energy supplied by the 2200B unmodified power production unit. For the next six consecutive days, switches SW1, SW2 and SW3 remained on, and the power supplied by the 2100B modified power production unit was consistently more than double the 2200B power production unit per day.

[065] Na noite seguinte, os comutadores SW2 e SW3 foram desligados. À energia medida fornecida pelas unidades de produção de potência 2100B e 2200B retornou ao mesmo nível pelos cinco dias consecutivos seguintes durante os quais os comutadores SW2 e SW3 permaneceram desligados. Na noite seguinte, os comutadores SW2 e SW3 foram ligados novamente. A produção de energia medida da unidade de produção de potência 2100B tornou-se novamente mais do que o dobro daquela da unidade de produção de potência 2200B por dia pelos cinco dias seguintes consecutivos com os comutadores SW2 e SW3 permanecendo ligados.[065] The following night, switches SW2 and SW3 were turned off. The metered power supplied by the 2100B and 2200B power production units returned to the same level for the next five consecutive days during which switches SW2 and SW3 remained off. The following night, switches SW2 and SW3 were turned on again. The measured power output of the 2100B power production unit has again become more than double that of the 2200B power production unit per day for the next five consecutive days with switches SW2 and SW3 remaining on.

[066] Como descrito acima, a execução etapa a etapa desses experimentos definitivamente comprova a existência da referida energia excedente na central elétrica PV como as publicações de patente referenciadas (US2016/0036232 e US2017/0149250 A1) previram. Especificamente na central elétrica PV quando a energia CC produzida é extraída por um conversor CC/CA trifásico, energia remanescente ainda existe. O otimizador MEUPT pode capturar e utilizar essa energia excedente para aumentar a eletricidade provida à rede elétrica.[066] As described above, the step-by-step execution of these experiments definitely proves the existence of said surplus energy in the PV power plant as the referenced patent publications (US2016 / 0036232 and US2017 / 0149250 A1) predicted. Specifically in the PV power plant when the DC power produced is extracted by a three-phase DC / AC converter, the remaining energy still exists. The MEUPT optimizer can capture and use this surplus energy to increase the electricity supplied to the grid.

Seção Nove: Configurações do otimizador MEUPT projetadoSection Nine: Projected MEUPT Optimizer Settings

[067] A unidade de geração de potência modificada 2100B (conforme descrito acima e apresentado na Figura 2B) pode servir como um exemplo de uma unidade de geração de potência PV incorporando um otimizador MEUPT. Nesse caso, o otimizador MEUPT compreende três conjuntos de diodo de desacoplamento 2311B, 2312B e 2313B; um reservatório 2140B, e um controlador MEUPT 2320B. Observe que o conjunto de diodo de desacoplamento é referido como o “dispositivo de desacoplamento”, doravante.[067] The 2100B modified power generation unit (as described above and shown in Figure 2B) can serve as an example of a PV power generation unit incorporating a MEUPT optimizer. In this case, the MEUPT optimizer comprises three decoupling diode sets 2311B, 2312B and 2313B; a 2140B reservoir, and a MEUPT 2320B controller. Note that the decoupling diode assembly is referred to as the “decoupling device” hereinafter.

[068] As conexões dos módulos de otimizador MEUPT são apresentadas na Figura 2B e descritas acima. Note que a energia excedente é passivamente extraída pelo reservatório de energia 2410B nesta modalidade. Outro extrator de potência é incluído como um módulo no inversor CC/CA trifásico 21308, que extrai a energia excedente que é armazenada no reservatório 2410B. O nível de conversão de potência CA do conversor 21308 é regulado pelo controlador MEUPT 2320B, tal que as cargas de potência no reservatório de energia 2410B sejam aproximadamente equilibradas com a potência descarregada do reservatório de energia 2410B. Portanto, a potência “líquida” carregada no reservatório dentro de um período pode ser tão pequena quanto desejado. Cargas de potência líquida menores têm o benefício de permitir um menor reservatório de energia 2410B, à custa de controle mais rigoroso pelo controlador MEUPT 2320B.[068] The connections for the MEUPT optimizer modules are shown in Figure 2B and described above. Note that the surplus energy is passively extracted by the 2410B energy reservoir in this mode. Another power extractor is included as a module in the 21308 three-phase DC / AC inverter, which extracts the excess energy that is stored in the 2410B reservoir. The AC power conversion level of the 21308 converter is regulated by the MEUPT 2320B controller, such that the power loads in the 2410B power tank are approximately balanced with the power discharged from the 2410B power tank. Therefore, the “net” power charged to the reservoir within a period can be as small as desired. Smaller net power loads have the benefit of allowing a smaller 2410B energy reservoir, at the expense of tighter control by the MEUPT 2320B controller.

[069] Outro modalidade é apresentada na Figura 3. Esse modalidade ilustra uma configuração da central elétrica PV 3000 incorporando um otimizador MEUPT que compreende apenas uma unidade de produção de potência CA 3100 que utiliza painéis solares de 500 kW 3110 para converter potência solar em potência elétrica CC. Em outras palavras, a unidade de produção de potência CA 3100 consiste em um gerador de potência CC 3110 e um conversor CC/CA trifásico (500 kW) 3130. O gerador de potência 3110 utiliza 80 cadeias solares conectadas em paralelo para gerar eletricidade CC. Cada uma das 80 cadeias solares consiste em 25 painéis solares conectados em série; cada painel é declarado ter capacidade de produção de potência CC de 250W ao meio-dia e com céu claro. Note que esse gerador CC 3110 é referido como um gerador de potência elétrica de 500 kW (80* 25* 250 W = 500 kW); e essa central elétrica PV é referida como uma central elétrica PV de 500 kW.[069] Another modality is shown in Figure 3. This modality illustrates a configuration of the PV 3000 power plant incorporating a MEUPT optimizer that comprises only an AC 3100 power production unit that uses 500 kW 3110 solar panels to convert solar power into power DC electrical. In other words, the AC 3100 power generation unit consists of a 3110 DC power generator and a 3130 three-phase DC / AC converter (500 kW) 3130. The 3110 power generator uses 80 solar chains connected in parallel to generate DC electricity. Each of the 80 solar chains consists of 25 solar panels connected in series; each panel is declared to have a 250W DC power production capacity at noon and with clear skies. Note that this DC 3110 generator is referred to as a 500 kW electrical power generator (80 * 25 * 250 W = 500 kW); and this PV power plant is referred to as a 500 kW PV power plant.

[070] Como mostrado na Figura 3, o gerador de potência 3110 fornece potência CC a um conversor CC/CA trifásico 3130 (com 500 kW declarados) através de um dispositivo de desacoplamento 3311. O gerador 3110 também fornece potência CC ao reservatório de energia 3410 através do dispositivo de desacoplamento 3312, e serve como uma fonte de energia CC que carrega o reservatório de energia 3410. Portanto, a energia excedente é passivamente extraída pelo reservatório 3410. O reservatório 3410, em seguida, fornece (ou descarrega) potência CC para outro conversor CC/CA trifásico 3130S (com 500 kW declarados) através do dispositivo de desacoplamento 3313. O conversor 3130 opera como um otimizador MPPT, enquanto o conversor 3130S opera como um controlador MEUPT. Os conversores 3130 e 31308 convertem a potência CC separadamente fornecida em potência CA trifásica e entregam à rede elétrica 3600 através do mesmo transformador 3500.[070] As shown in Figure 3, the 3110 power generator supplies DC power to a three-phase 3130 DC / AC converter (with 500 kW declared) through a 3311 decoupling device. The 3110 generator also provides DC power to the power reservoir 3410 via decoupling device 3312, and serves as a DC power source that charges the 3410 energy reservoir. Therefore, excess energy is passively extracted by the 3410 reservoir. The 3410 reservoir then supplies (or discharges) DC power. to another 3130S three-phase DC / AC converter (with 500 kW declared) via the 3313 decoupling device. The 3130 converter operates as an MPPT optimizer, while the 3130S converter operates as a MEUPT controller. The 3130 and 31308 converters convert the DC power supplied separately into three-phase AC power and deliver it to the 3600 mains through the same 3500 transformer.

[071] Observe que os conversores CC/CA usados nas descrições acima podem ser categorizados em dois tipos; quais sejam, um tipo que recebe sua potência CC diretamente das cadeias solares PV, e outro tipo que recebe sua potência CC do reservatório de energia. Quando a distinção de tipo de conversor é necessária na divulgação e na descrição detalhada a seguir, o que recebe a potência CC de cadeias solares PV é também referido como o “conversor CC/CA PS”; enquanto o outro que recebe a potência CC do reservatório de energia é também referido como o “conversor CC/CA ER” neste documento. Quando a distinção é necessária nos casos que usam conversores CC/CA trifásicos nesta divulgação, os conversores serão também categorizados e referidos neste documento como “conversor CC/CA trifásico PS” e “conversor CC/CA trifásico ER”, respectivamente.[071] Note that the DC / AC converters used in the descriptions above can be categorized into two types; that is, one type that receives its DC power directly from the solar PV chains, and another type that receives its DC power from the energy reservoir. When the distinction of converter type is necessary in the disclosure and in the detailed description below, what receives the DC power from PV solar chains is also referred to as the “DC / AC converter PS”; while the other that receives the DC power from the energy reservoir is also referred to as the “DC / AC converter ER” in this document. When the distinction is necessary in the cases that use three-phase DC / AC converters in this disclosure, the converters will also be categorized and referred to in this document as “three-phase DC / AC converter PS” and “three-phase DC / AC converter ER”, respectively.

[072] Para reiterar em um nível mais amplo; como mostra a configuração apresentada na Figura 4, esse otimizador MEUPT provê serviço de otimização a uma central elétrica PV de x MW que adequadamente dispôs cadeias de painel solar com classificação de capacidade de geração de potência de x MW. A potência CC produzida é extraída por um “conversor CC/CA trifásico PS" de y MW declarado pelo fabricante 4130 através de um dispositivo de desacoplamento 4311. A potência remanescente é carregada em um reservatório de energia 4410 através de outro dispositivo de desacoplamento 4312; assim, extraindo e armazenando a energia excedente. A energia excedente armazenada é, em seguida, convertida por outro “conversor CC/CA trifásico ER" de z MW declarado pelo fabricante 41308 através de outro dispositivo de desacoplamento. Um dos conversores 4130 é regulado por um otimizador MPPT enquanto o outro conversor 41308 é regulado por um controlador MEUPT. Ambos os conversores convertem quantidade adequada de potência CC em potência CA trifásica; e fornecem a potência CA trifásica à rede elétrica 4600 através do mesmo transformador 4500. Observe que x = y = z = 0,5 nesta configuração.[072] To reiterate at a broader level; as shown in the configuration shown in Figure 4, this MEUPT optimizer provides an optimization service to a PV power plant of x MW that adequately disposed solar panel chains with a power generation capacity rating of x MW. The produced DC power is extracted by a "three-phase PS / DC converter PS" of y MW declared by the manufacturer 4130 through a 4311 decoupling device. The remaining power is charged to a 4410 energy reservoir through another 4312 decoupling device; thus, extracting and storing the surplus energy.The stored surplus energy is then converted by another “MW three-phase DC / AC converter ER” declared by the manufacturer 41308 through another decoupling device. One of the 4130 converters is regulated by an MPPT optimizer while the other 41308 converter is regulated by a MEUPT controller. Both converters convert an adequate amount of DC power into three-phase AC power; and supply three-phase AC power to the 4600 mains through the same 4500 transformer. Note that x = y = z = 0.5 in this configuration.

[073] A Figura 5 apresentou outra modalidade de incorporação de um otimizador MEUPT em uma central elétrica PV grande. A central elétrica é equipada com cadeias de painel solar de 0,5 MW classificado 5110 e dois conversores CC/CA trifásicos de 500 kW declarados 5130 e 51308. Esta modalidade ilustra outra configuração para o otimizador MEUPT. Pode-se pensar na central elétrica PV 5000 compreendendo uma unidade de produção de potência CA (doravante referida também como “unidade de produção de potência CA 5100”). A unidade de produção de potência CA 5100 consiste em um gerador de potência CC 5110 que é composto por painéis solares de 500 kW classificados, e dois conversores CC/CA trifásicos (cada um declarado como 500 kW) 5130 e 51308. O gerador de potência 5110 utiliza 80 cadeias solares conectadas em paralelo que geram eletricidade CC. Cada uma das 80 cadeias solares consiste em 25 painéis solares conectados em série; cada painel solar classificado para ter capacidade de produção de potência de 250W. O reservatório de energia 5410 recebe a potência elétrica CC do gerador 5110 através de um dispositivo de desacoplamento 5311. Os dois conversores CC/CA trifásicos 5130 e 51308 recebem potência CC do reservatório 5410 através de dois dispositivos de desacoplamento separados incluindo o dispositivo de desacoplamento 5312 para o conversor 5130, e o dispositivo de desacoplamento 5313 para o conversor 51308. Conversores 5130 e 51308 são regulados pelo controlador MEUPT para extrair a quantidade apropriada de potência do reservatório 5410, e converter a potência CC em potência CA trifásica para prover à rede elétrica 5600 através do transformador[073] Figure 5 presented another way of incorporating a MEUPT optimizer in a large PV power plant. The power plant is equipped with 0.5 MW classified 5110 solar panel chains and two 500 kW three-phase DC / AC converters declared 5130 and 51308. This modality illustrates another configuration for the MEUPT optimizer. One can think of the PV 5000 power plant comprising an AC power production unit (hereinafter also referred to as “AC power production unit 5100”). The 5100 AC power production unit consists of a 5110 DC power generator that is comprised of classified 500 kW solar panels, and two three-phase DC / AC converters (each declared as 500 kW) 5130 and 51308. The power generator 5110 uses 80 solar chains connected in parallel that generate DC electricity. Each of the 80 solar chains consists of 25 solar panels connected in series; each solar panel classified to have a power production capacity of 250W. The 5410 power reservoir receives the DC electrical power from the 5110 generator via a 5311 decoupling device. The two 5130 and 51308 three-phase DC / AC converters receive DC power from the 5410 reservoir via two separate decoupling devices including the 5312 decoupling device for the 5130 converter, and the 5313 decoupling device for the 51308 converter. 5130 and 51308 converters are regulated by the MEUPT controller to extract the appropriate amount of power from the 5410 reservoir, and convert the DC power into three-phase AC power to supply the grid 5600 through the transformer

5500.5500.

[074] Para elaborar de forma mais ampla sobre a configuração apresentada na Figura 5: o otimizador MEUPT provê serviço de otimização a uma central elétrica PV de x MW. Essa central elétrica PV tem uma unidade de produção de potência CA com cadeias de painel solar tendo uma capacidade de geração de potência CC classificada total de x MW. O gerador CC carrega um reservatório de energia através de um dispositivo de desacoplamento. O reservatório de energia fornece eletricidade CC a dois conversores CC/CA trifásicos através de dois conjuntos separados de dispositivos de desacoplamento. A capacidade de conversão total declarada pelo fabricante dos dois “conversores CC/CA trifásicos ER" é z1 +22 = z MW. Os dois conversores são regulados por um controlador MEUPT para converter uma quantidade apropriada de potência CC em potência CA trifásica. A eletricidade produzida pelos dois conversores é provida a uma rede elétrica através do mesmo transformador. A configuração descrita acima é redesenhada e apresentada na Figura[074] To elaborate more broadly on the configuration shown in Figure 5: the MEUPT optimizer provides optimization service to a PV power plant of x MW. This PV power plant has an AC power production unit with solar panel chains having a total rated DC power generation capacity of x MW. The DC generator charges a reservoir of energy through a decoupling device. The power reservoir supplies DC electricity to two three-phase DC / AC converters through two separate sets of decoupling devices. The total conversion capacity declared by the manufacturer of the two "ER three-phase DC / AC converters" is z1 +22 = z MW. Both converters are regulated by a MEUPT controller to convert an appropriate amount of DC power to three-phase AC power. produced by the two converters is supplied to an electrical network through the same transformer. The configuration described above is redesigned and shown in Figure

6. Observe que x = 0,5, y = O, z =1 nesta configuração.6. Note that x = 0.5, y = O, z = 1 in this configuration.

[075] Esta descrição irá agora comparar as duas configurações apresentadas nas Figuras 4 e 6. Na configuração apresentada na Figura 4, o gerador CC fornece potência CC a um “conversor CC/CA trifásico PS” com capacidade declarada pelo fabricante de y MW; e carrega a potência remanescente a um reservatório de energia. Na Figura 4, o reservatório de energia fornece potência CC a um “conversor CC/CA trifásico ER" com capacidade declarada pelo fabricante de z MW. Sem nenhum “conversor CC/CA trifásico PS” na configuração apresentada na Figura 6 (isto é, y=0), toda a potência CC gerada é carregada em um reservatório de energia através de um dispositivo de desacoplamento; e o reservatório de energia fornece eletricidade CC em dois “conversores CC/CA trifásicos ER” através de dois conjuntos separados de dispositivo de desacoplamento. Portanto, x = y =z = 0,5 na configuração da Figura 3; enquanto x = 0.5, y = 0, z =1 na configuração da Figura 6. Em uma modalidade adicional da Figura 6, não há reservatório de energia 6410. Em vez disso, as cadeias solares 6110 proveem potência CC aos conversores 6130 através de dispositivo de desacoplamento 6311.[075] This description will now compare the two configurations shown in Figures 4 and 6. In the configuration shown in Figure 4, the DC generator supplies DC power to a “three-phase DC / AC converter PS” with capacity declared by the manufacturer of y MW; and charges the remaining power to an energy reservoir. In Figure 4, the power reservoir supplies DC power to an “ER three-phase DC / AC converter” with capacity declared by the manufacturer of z MW. Without any “PS three-phase DC / AC converter” in the configuration shown in Figure 6 (that is, y = 0), all the generated DC power is charged to a power reservoir via an uncoupling device, and the power reservoir supplies DC electricity to two “three-phase DC / AC converters ER” via two separate sets of Therefore, x = y = z = 0.5 in the configuration of Figure 3, while x = 0.5, y = 0, z = 1 in the configuration of Figure 6. In an additional embodiment of Figure 6, there is no energy reservoir 6410. Instead, the 6110 solar chains provide DC power to the 6130 converters through a 6311 decoupling device.

[076] Agora, o único problema de projeto restante para o otimizador MEUPT é identificar a relação ideal de correspondência de potência entre os parâmetros que representam a capacidade classificada de cadeias solares e dos conversores. Especificamente, a tarefa é identificar a relação entre o valor de x, y e z na situação ideal. Como lembrete, o valor da soma y + z não é superior ao valor x em uma central elétrica PV convencional como descrito na Seção Dois.[076] Now, the only remaining design problem for the MEUPT optimizer is to identify the ideal power matching relationship between the parameters that represent the rated capacity of solar chains and converters. Specifically, the task is to identify the relationship between the value of x, y and z in the ideal situation. As a reminder, the sum value y + z is not greater than the value x in a conventional PV power plant as described in Section Two.

[077] Observe também que o valor x é designado para o valor MW de capacidade de produção de potência CC classificada das cadeias PV; o valor y é designado para o valor de MW total de capacidade declarada pelo fabricante do “conversor CC/CA trifásico PS” que converte a energia CC fornecida pelas cadeias PV; enquanto o valor z é designado para o valor total de MW de capacidade declarado pelo fabricante do “conversor CC/CA trifásico ER" que converte a energia CC fornecida pelo reservatório de energia.[077] Also note that the x value is assigned to the MW value of the production capacity of classified DC power of the PV chains; the y-value is assigned to the total MW value of the capacity declared by the manufacturer of the "three-phase DC / AC converter PS" which converts the DC energy supplied by the PV chains; while the z value is assigned to the total value of MW of capacity declared by the manufacturer of the "ER three-phase DC / AC converter" which converts the DC energy supplied by the energy reservoir.

[078] Por exemplo, na Figura 6, x é igual a 0,5, a capacidade PV total declarada pelo de 0,5 MW; y é igual a O que significa que nenhum “conversor CC/CA trifásico PS” está instalado; z é igual a 1, que significa que a capacidade declarada pelo fabricante total de 1 MW dos dois “conversores CC/CA trifásicos ER“ é incorporada para receber potência CC do reservatório de energia e converter a energia CC em potência CA trifásica. Observe que o valor de y + z não é inferior a 2 vezes o valor de x nas duas configurações descritas acima. O termo “capacidade” é também referido como a “classificação de potência” do dispositivo; e é intercambiável doravante, a menos que indicado de outra forma.[078] For example, in Figure 6, x is equal to 0.5, the total PV capacity declared by that of 0.5 MW; y is equal to Which means that no “three-phase DC / AC converter PS” is installed; z is equal to 1, which means that the capacity declared by the total manufacturer of 1 MW of the two “three-phase DC / AC converters ER” is incorporated to receive DC power from the energy reservoir and convert the DC energy into three-phase AC power. Note that the value of y + z is not less than 2 times the value of x in the two configurations described above. The term "capacity" is also referred to as the "power rating" of the device; and is henceforth interchangeable, unless otherwise indicated.

Seção Dez: A relação ideal de correspondência de potência.Section Ten: The ideal power matching ratio.

[079] Devido a diferentes disciplinas (indústrias), a definição da classificação de potência para painéis solares é diferente daquela dos conversores CC/CA. À classificação de potência dos painéis solares é definida como a potência CC máxima que um painel solar pode produzir ao meio-dia com céu claro. A indústria de fabricação de painéis solares utiliza um tipo predeterminado de lâmpada de iluminação (chamada neste documento de “lâmpada padrão”) para simular céu claro; e o meio-dia é simulado por um fluxo de luz iluminante perpendicularmente através da superfície penal solar. Portanto, o fabricante declarou que a capacidade de produção de potência pode ser muito próxima da capacidade real do gerador CC. Os experimentos realizados pelos inventores também confirmam a afirmação acima. A capacidade total de geração de potência CC de cadeias solares PV é, portanto, considerada credível; e o título “capacidade declarada pelo fabricante” é omitido neste documento ao descrever a classificação de potência das cadeias solares. Por outro lado, a indústria de fabricação de conversor CC/CA define a classificação de potência dos conversores CC/CA de acordo com a convenção da indústria de rede elétrica, referida como a “convenção de rede elétrica” neste documento. A convenção e a definição da capacidade do conversor CC/CA são elaboradas a seguir.[079] Due to different disciplines (industries), the definition of the power rating for solar panels is different from that of DC / AC converters. The power rating of solar panels is defined as the maximum DC power that a solar panel can produce at noon with clear skies. The solar panel manufacturing industry uses a predetermined type of lighting lamp (referred to in this document as a “standard lamp”) to simulate clear skies; and midday is simulated by a flow of illuminating light perpendicularly across the penal solar surface. Therefore, the manufacturer stated that the power production capacity can be very close to the actual capacity of the DC generator. The experiments carried out by the inventors also confirm the above statement. The total capacity for generating DC power from PV solar chains is therefore considered credible; and the title “capacity declared by the manufacturer” is omitted in this document when describing the power rating of the solar chains. On the other hand, the DC / AC converter manufacturing industry defines the power rating of DC / AC converters according to the electrical industry convention, referred to as the “electrical network convention” in this document. The convention and definition of the capacity of the DC / AC converter are elaborated below.

[080] A indústria de rede elétrica CA aplica uma convenção (referida como convenção de rede elétrica) para garantir que a rede elétrica CA trifásica construída possa atender à capacidade de entrega de potência declarada. A rede elétrica CA trifásica consiste em 3 ou 4 linhas de potência que podem fornecer funções sinusoidais variáveis de tensão e corrente em cada par de linhas de potência como uma fase. À convenção de rede elétrica define a tensão declarada na especificação como a tensão máxima “padrão” para as linhas de potência suportarem (referida como a “tensão de linha”). Da mesma forma, a corrente máxima especificada declarada na especificação é a corrente máxima para as linhas de potência transportarem (referida como a “corrente máxima de fase”). Quando um dispositivo é fabricado para se adaptar à convenção de rede elétrica, a tensão declarada na especificação do dispositivo é a tensão máxima que todos os componentes relacionados devem suportar. Da mesma forma, a corrente máxima declarada na especificação é a capacidade máxima de transporte de corrente para todos os componentes relacionados de uma fase, conectando-se a um par de linhas de potência. As funções variáveis de tempo da tensão e corrente do dispositivo também precisam estar em conformidade com a função sinusoidal da fase cada na rede elétrica CA.[080] The AC power industry applies a convention (referred to as the power grid convention) to ensure that the built three-phase AC power grid can meet the declared power delivery capacity. The three-phase AC mains consists of 3 or 4 power lines that can provide variable sinusoidal functions of voltage and current in each pair of power lines as a phase. The mains convention defines the voltage declared in the specification as the maximum "standard" voltage for the power lines to withstand (referred to as the "line voltage"). Likewise, the maximum specified current stated in the specification is the maximum current for the power lines to carry (referred to as the “maximum phase current”). When a device is manufactured to conform to the mains convention, the voltage stated in the device specification is the maximum voltage that all related components must withstand. Likewise, the maximum current stated in the specification is the maximum current carrying capacity for all related components of a phase, connecting to a pair of power lines. The time-varying functions of the voltage and current of the device must also conform to the sinusoidal function of the phase each in the AC mains.

[081] Para reiterar, a tensão especificada de um conversor CC/CA trifásico é definida como a tensão de linha da potência trifásica; a corrente máxima especificada é definida como a capacidade máxima de transporte de corrente do par de linhas de potência para cada fase; e a potência máxima especificada é definida como a soma total da capacidade máxima de potência que as três fases podem suportar. Em outras palavras, ao se adaptar à convenção da rede elétrica, as linhas de potência de cada fase e os dispositivos de potência conectados devem ser capazes de transmitir um terço (1/38) da potência máxima especificada, para declarar de outra maneira, a “classificação de potência declarada pelo fabricante” do conversor CC/CA trifásico é 3* U*|, em que U é a tensão de fase e | é a corrente de fase. Cada par de linhas de potência é capaz de fornecer U * | de potência, ou 1/3 da “classificação de potência declarada pelo fabricante”; e cada módulo conectado ao par de linha de potência também é necessário para transportar ou entregar 1/3 da classificação de potência especificada declarada, ao se adaptar à convenção de rede elétrica.[081] To reiterate, the specified voltage of a three-phase DC / AC converter is defined as the line voltage of the three-phase power; the maximum current specified is defined as the maximum current carrying capacity of the power line pair for each phase; and the maximum power specified is defined as the sum total of the maximum power capacity that the three phases can support. In other words, when adapting to the power grid convention, the power lines for each phase and the connected power devices must be able to transmit one third (1/38) of the specified maximum power, to state otherwise, the “Power rating declared by the manufacturer” of the three-phase DC / AC converter is 3 * U * |, where U is the phase voltage and | is the phase current. Each pair of power lines is capable of providing U * | power, or 1/3 of the “power rating declared by the manufacturer”; and each module connected to the power line pair is also required to transport or deliver 1/3 of the specified specified power rating, when adapting to the mains convention.

[082] Por exemplo, considere um conversor CC/CA trifásico especificando “tensão CA = 315 VCA; corrente máxima = 916 ampêres; e a saída de potência máxima = 500 kW" como exemplo. A especificação “tensão CA = 315 VCA" deve ser lida como: “a tensão de linha de saída desse conversor é de 315 volts”. Ou, quando o trifásico é equilibrado, a tensão de fase U de cada fase é U = 315/1,732 = 181,9 volts (em que 1,732 é a raiz quadrada de 3 que é a razão entre a tensão da linha e a tensão de fase). A “corrente máxima = 916 ampeêres” especificada deve ser lida como que as linhas de potência e todos os componentes em cada fase são indicados para garantir a capacidade de carga atual de | = 916 ampêres. A “saída de potência máxima = 500 kW" especificada deve ser entendida como a capacidade máxima de conversão e entrega de potência de todos os componentes de cada fase de conversão CC/CA = U *|=181,9* 916 = 500/3 KW; e a capacidade máxima total de conversão e entrega de potência dos módulos relacionados na fase de conversão 3 é a soma de cada fase, 3 *U*1=3*181,9* 916 = 500 kW, que é a “classificação de potência declarada pelo fabricante” = 3 * U * | ao se adaptar à convenção de rede elétrica declarada no parágrafo anterior.[082] For example, consider a three-phase DC / AC converter specifying “AC voltage = 315 VAC; maximum current = 916 amps; and the maximum power output = 500 kW "as an example. The specification" AC voltage = 315 VAC "should be read as:" the output line voltage of this converter is 315 volts ". Or, when the three-phase is balanced, the phase U voltage of each phase is U = 315 / 1.732 = 181.9 volts (where 1.732 is the square root of 3 which is the ratio of the line voltage to the line voltage). phase). The specified “maximum current = 916 amps” should be read as that the power lines and all components in each phase are indicated to guarantee the current load capacity of | = 916 amps. The "maximum power output = 500 kW" specified must be understood as the maximum capacity for conversion and power delivery of all components of each DC / AC conversion phase = U * | = 181.9 * 916 = 500/3 KW; and the maximum total conversion capacity and power delivery of the modules listed in conversion phase 3 is the sum of each phase, 3 * U * 1 = 3 * 181.9 * 916 = 500 kW, which is the “rating of power declared by the manufacturer ”= 3 * U * | when adapting to the power grid convention declared in the previous paragraph.

[083] As três fases em um conversor CC/CA trifásico são estritamente correlacionadas para ter diferenças de fase de 120º. Em outras palavras, um par de linhas de potência (fase) entrega potência variável no tempo de U * | sin? (wt); enquanto a segunda fase entrega potência variável no tempo de U * | sin? (wt + 120º); e a terceira fase entre potência variável no tempo de U * | sin? (wt — 120º). Cada par de linhas de potência das três fases entrega três trens de potência CA oscilante relacionados a cada outro com uma correlação estrita. Observe que a capacidade de conversão de potência, P(t), não é igual à “classificação de potência declarada pelo fabricante”. A capacidade de conversão de potência, P(t), é expressa em função do tempo e derivada de acordo com as restrições de potência CA trifásica definidas.[083] The three phases in a three-phase DC / AC converter are strictly correlated to have 120º phase differences. In other words, a pair of power lines (phase) delivers variable power at the time of U * | sin? (wt); while the second phase delivers variable power at U * time | sin? (wt + 120º); and the third phase between variable power at U * time | sin? (wt - 120º). Each pair of power lines from the three phases delivers three oscillating AC power trains related to each other with strict correlation. Note that the power conversion capacity, P (t), is not equal to the “power rating declared by the manufacturer”. The power conversion capacity, P (t), is expressed as a function of time and derived according to the defined three-phase AC power restrictions.

[084] Em outras palavras, a capacidade de conversão de potência CC/CA, P(t), é derivada da soma das saídas de potência variável no tempo das 3 fases; com uma diferença de fase estritamente correlacionada de 120º; e com formas de onda de potência que estão em conformidade com as oscilações sinusoidais quadradas de sin?[084] In other words, the DC / AC power conversion capacity, P (t), is derived from the sum of the variable power outputs over the time of the 3 phases; with a strictly correlated phase difference of 120º; and with power waveforms that conform to the square sinusoidal oscillations of sin?

(wt) ou cos? (wt); e sincronizadas com a rede elétrica (mesma fase e frequência) que força a frequência angular w a ser constante.(wt) or cos? (wt); and synchronized with the electrical network (same phase and frequency) that forces the angular frequency w to be constant.

[085] Agora, vamos derivar a capacidade de conversão de potência variável no tempo, P(t), do conversor CC/CA trifásico. A capacidade de conversão de potência de um conversor CC/CA trifásico em função do tempo é P(t) = U * | * (sin? (wt) + sin? (twt + 120º) + sin? (wt — 120º)). Como definido acima, U é a tensão de fase, lé a corrente de fase, e w é a frequência angular constante da rede elétrica. Ainda, pode ser mostrado que sin? (wwt +120º) + sin? (wt — 120º) = cos? (wt) + 1/2. Portanto, a capacidade de conversão de potência, P(t), de um conversor CC/CA trifásico em função do tempo é P(t) = U* I* (sin? (wt) + sin? (wt +120º) + sin? (wt — 120º)) = U* |* (sin? (wt) + cos? (wt) + 1/2) = U* I* (1 + 1/2) = 3/2(U*]).[085] Now, we will derive the time-varying power conversion capacity, P (t), from the three-phase DC / AC converter. The power conversion capacity of a three-phase DC / AC converter as a function of time is P (t) = U * | * (sin? (wt) + sin? (twt + 120º) + sin? (wt - 120º)). As defined above, U is the phase voltage, l is the phase current, and w is the constant angular frequency of the power grid. Still, it can be shown that sin? (wwt + 120º) + sin? (wt - 120º) = cos? (wt) + 1/2. Therefore, the power conversion capacity, P (t), of a three-phase DC / AC converter as a function of time is P (t) = U * I * (sin? (Wt) + sin? (Wt + 120º) + sin? (wt - 120º)) = U * | * (sin? (wt) + cos? (wt) + 1/2) = U * I * (1 + 1/2) = 3/2 (U *] ).

[086] Em outras palavras, a soma total desses três trens de potência pulsante correlacionados nas três fases é uma constante. Em outras palavras, a soma total de entrega de potência desses três pares de linhas de potência é uma constante. Ou a soma total dos três módulos relacionados às três fases é uma constante. No entanto, essa constante é apenas igual à metade (1/2) da “capacidade de potência declarada”. Essa é a relação entre a capacidade de conversão de potência e a “capacidade de potência declarada” definida de um conversor CC/CA trifásico quando em conformidade com a convenção de rede elétrica.[086] In other words, the sum total of these three pulsed power trains correlated in the three phases is a constant. In other words, the sum total of power delivery for these three pairs of power lines is a constant. Or the sum total of the three modules related to the three phases is a constant. However, this constant is only equal to half (1/2) of the “declared power capacity”. This is the relationship between the power conversion capacity and the defined “declared power capacity” of a three-phase DC / AC converter when in compliance with the electrical grid convention.

[087] Lembre-se de que, como anteriormente descrito, a “classificação de potência declarada pelo fabricante” ou a referida “capacidade de potência declarada pelo fabricante” de um conversor CC/CA trifásico é 3 * U * |, quando em conformidade com a convenção de rede elétrica. Comparando com a capacidade de conversão de potência derivada acima, P(t) = 3/2 (U * |); fica claro que a capacidade de conversão de potência CC/CA derivada de um conversor CC/CA trifásico é apenas metade da “capacidade de potência declarada pelo fabricante”.[087] Remember that, as previously described, the “power rating declared by the manufacturer” or the “power capacity declared by the manufacturer” of a three-phase DC / AC converter is 3 * U * |, when in compliance with the power grid convention. Comparing with the power conversion capacity derived above, P (t) = 3/2 (U * |); it is clear that the DC / AC power conversion capacity derived from a three-phase DC / AC converter is only half of the “power capacity declared by the manufacturer”.

[088] Como exemplo, considere novamente o conversor CC/CA trifásico descrito acima; que especifica “tensão CA = 315 VCA; corrente máxima de fase = 916 amperes; e a saída de potência máxima = 500 kW". Na realidade, a capacidade de conversão de potência CC/CA desse conversor CC/CA trifásico é de apenas 250 kW. Para derivar a conclusão acima, primeiro confirmamos que a potência máxima declarada, 500 kW, é realmente igual a 3 * U* |, onde U é a tensão de fase derivada da tensão de linha especificada, e | é a corrente máxima declarada; a capacidade de conversão de potência desse conversor é igual a 3/2* U * | = 250 kW.[088] As an example, consider again the three-phase DC / AC converter described above; which specifies “AC voltage = 315 VAC; maximum phase current = 916 amps; and the maximum power output = 500 kW ". In reality, the DC / AC power conversion capacity of this three-phase DC / AC converter is only 250 kW. To derive the above conclusion, we first confirm that the declared maximum power, 500 kW, is actually equal to 3 * U * |, where U is the phase voltage derived from the specified line voltage, and | is the maximum declared current; the power conversion capacity of this converter is equal to 3/2 * U * | = 250 kW.

[089] A relação ideal de correspondência de potência para os parâmetros x, y e z (conforme definido) é que o valor de (y + z) não deve ser menor que 2x. Onde a central elétrica PV relacionada é composta por cadeias solares PV de x MW; com os “conversores CC/CA trifásicos PS" tendo total “capacidade de potência declarada pelo fabricante" de y MW; e com os “conversores CC/CA trifásicos ER" tendo total “capacidade de potência declarada pelo fabricante” de z MW. Os “conversores CC/CA trifásicos PS" e os “conversores CC/CA trifásicos ER" podem ser operados por um ou mais controladores MPPT, ou por um ou mais controladores MEUPT. Para praticar a otimização MEUPT, é preferível operar todos os conversores CC/CA por controlador(es) MEUPT.[089] The ideal power correspondence ratio for parameters x, y and z (as defined) is that the value of (y + z) should not be less than 2x. Where the related PV power plant is made up of x MW MW solar PV chains; with the three-phase "DC / AC converters PS" having total "power capacity declared by the manufacturer" of y MW; and with “ER three-phase DC / AC converters" having total “manufacturer declared power capacity” of z MW. “PS three-phase DC / AC converters” and “ER three-phase DC / AC converters” can be operated by one or more MPPT controllers, or by one or more MEUPT controllers To practice MEUPT optimization, it is preferable to operate all DC / AC converters per MEUPT controller (s).

Seção Onze: ResumosSection Eleven: Abstracts

[090] A Figura 7 ilustra de forma abstrata a configuração de uma central elétrica solar PV 7000. A central elétrica compreende painéis solares de x MW no total dispostos em cadeias solares 7100. A potência CC gerada nas cadeias solares 7100 provê entrada de potência CC a um grupo de conversores CC/CA trifásicos 7301 através de um dispositivo de desacoplamento 7201; e carrega a potência excedente em um reservatório 7400 através de um dispositivo de desacoplamento 7202. O reservatório de energia 7400 provê entrada de potência CC a um grupo de conversores CC/CA trifásicos 7302 através de um dispositivo de desacoplamento[090] Figure 7 illustrates in an abstract form the configuration of a PV 7000 solar power plant. The power plant comprises solar panels of x MW in total arranged in 7100 solar chains. The DC power generated in the 7100 solar chains provides DC power input. to a group of three-phase DC / AC converters 7301 via a decoupling device 7201; and loads excess power into a 7400 reservoir via a 7202 decoupling device. The 7400 energy reservoir provides DC power input to a group of three-phase DC / AC converters 7302 via an uncoupling device

7203. Ambos os conversores CC/CA trifásicos 7301 e 7302 proveem a potência CA trifásica convertida a uma rede elétrica 7600 através de um transformador 7500. À “capacidade declarada pelo fabricante” total dos conversores 7301 é de yY MW. À “capacidade declarada pelo fabricante” total dos conversores 7302 é de z MW. O valor da soma (y + z) não é inferior ao valor de 2x. Lembre-se de que, ao usar uma configuração similar para descrever uma central elétrica PV convencional como descrito na Seção Dois, o valor de (y + z) não é superior ao valor de x. Portanto, quando um projeto com valor de (y + z) é maior do que x ou mesmo melhor 1,1 vezes x; isso significa que parte da energia excedente pode ser capturada para aumentar a energia elétrica provida à rede elétrica.7203. Both 7301 and 7302 three-phase DC / AC converters provide three-phase AC power converted to a 7600 mains through a 7500 transformer. The total “capacity declared by the manufacturer” of the 7301 converters is yY MW. The total “capacity declared by the manufacturer” of the 7302 converters is z MW. The sum value (y + z) is not less than 2x. Remember that when using a similar configuration to describe a conventional PV power plant as described in Section Two, the value of (y + z) is not greater than the value of x. Therefore, when a project with a value of (y + z) is greater than x or even better 1.1 times x; this means that part of the surplus energy can be captured to increase the electricity supplied to the grid.

[091] Os conversores 7301 e 7302 podem ser todos operados pelo(s) controlador(es) MEUPT descrito(s) acima. Em algumas modalidades, alguns, um ou mesmo nenhum dos conversores são operados por um controlador MEUPT. Além disso, em some modalidades, um ou alguns dos dispositivos de desacoplamento 7201, 7202 e 7203 podem ser omitidos na configuração. As cadeias solares PV 7100 proveem entrada de potência CC aos conversores 7301. Portanto, são referidas como os “conversores PS” neste documento. O reservatório de energia 7400 provê entrada de potência CC aos conversores 7302. Portanto, são referidos como os “conversores ER” neste documento. Os termos “classificação de potência declarada pelo fabricante” total e “capacidade de potência declarada pelo fabricante” total devem ser abreviados como a “potência declarada” neste documento.[091] Converters 7301 and 7302 can all be operated by the MEUPT controller (s) described above. In some modalities, some, one or even none of the converters are operated by a MEUPT controller. In addition, in some embodiments, one or some of the decoupling devices 7201, 7202 and 7203 can be omitted in the configuration. The PV 7100 solar chains provide DC power input to the 7301 converters. Therefore, they are referred to as the “PS converters” in this document. The 7400 power reservoir provides DC power input to the 7302 converters. Therefore, they are referred to as the “ER converters” in this document. The terms "total power rating declared by the manufacturer" and "total power capacity declared by the manufacturer" must be abbreviated as the "declared power" in this document.

[092] Para reiterar a descrição da configuração apresentada na Figura 7: uma central elétrica PV 7000 compreende cadeias solares de x MW 7100 como gerador de potência CC. O gerador de potência CC 7100 provê entrada aos “conversores PS” 7301 com “potência declarada” de y MW, através do dispositivo de desacoplamento 7201; e carrega a potência remanescente ao reservatório 7400 através de outro dispositivo de desacoplamento 7202. O reservatório 7400 provê entrada aos “conversores ER” 7302 com “potência declarada” de z MW através do dispositivo de desacoplamento 7203. Todos os conversores CC/CA trifásicos 7301 e 7302 proveem a potência CA trifásica convertida à rede elétrica 7600 através de um transformador[092] To reiterate the description of the configuration shown in Figure 7: a PV 7000 power plant comprises x MW 7100 solar chains as a DC power generator. The DC 7100 power generator provides input to the 7301 “PS converters” with “declared power” of y MW, through the 7201 decoupling device; and loads the remaining power to the 7400 reservoir through another 7202 decoupling device. The 7400 reservoir provides input to the “ER converters” 7302 with “declared power” of z MW via the 7203 decoupling device. All three-phase DC / AC converters 7301 and 7302 provide the three-phase AC power converted to the 7600 mains through a transformer

7500. Em algumas modalidades, o valor de (y + z) não é inferior ao valor de 2x. No entanto, quando o valor de (y + z) é maior do que o valor de x, o projeto pode receber um benefício parcial para aumentar a venda de energia elétrica à rede elétrica.7500. In some embodiments, the value of (y + z) is not less than the value of 2x. However, when the value of (y + z) is greater than the value of x, the project may receive a partial benefit to increase the sale of electricity to the grid.

[093] Um otimizador MEUPT de acordo com os princípios descritos neste documento pode atender uma pequena central elétrica PV ou uma grande central elétrica PV compreendendo uma ou mais unidades de produção de potência CA. Além disso, com o dispositivo de desacoplamento apropriadamente projetado, fuga de energia do reservatório de energia através das cadeias solares PV pode ser evitada. Além disso, com o dispositivo de desacoplamento apropriadamente projetado, o fenômeno de “aniquilação de potência mútua” descoberto pode ser evitado. Ainda, o reservatório de energia pode ser usado para receber apenas a energia excedente após a extração de energia do “conversor PS” ou para receber toda a energia CC produzida antes de qualquer extração. Finalmente, o otimizador MEUPT pode também prover serviço para a central elétrica PV equipada com um conversor(es) CC/CA de fase única.[093] A MEUPT optimizer according to the principles described in this document can serve a small PV power plant or a large PV power plant comprising one or more AC power production units. In addition, with the properly designed decoupling device, energy leakage from the energy reservoir through the solar PV chains can be prevented. In addition, with the properly designed decoupling device, the phenomenon of “mutual power annihilation” discovered can be avoided. Furthermore, the energy reservoir can be used to receive only the surplus energy after the energy extraction from the “PS converter” or to receive all the DC energy produced before any extraction. Finally, the MEUPT optimizer can also provide service for the PV power plant equipped with a single phase DC / AC converter (s).

Seção Doze: Restrições de projeto do controlador MEUPTSection Twelve: MEUPT controller design constraints

[094] A Figura 8 ilustra um controlador MEUPT 8000 (também referido como um “controlador de sistema”) que representa um exemplo do controlador MEUPT 2320B da Figura 2B. O controlador MEUPT 8000 é composto por 3 componentes executáveis: um componente de detecção 8100, um componente de determinação 8200 e um componente de entrega 8300.[094] Figure 8 illustrates a MEUPT 8000 controller (also referred to as a “system controller”) that represents an example of the MEUPT 2320B controller in Figure 2B. The MEUPT 8000 controller consists of 3 executable components: an 8100 detection component, an 8200 determination component and an 8300 delivery component.

[095] O componente de detecção 8100 mede o nível de energia armazenada em um reservatório 8400. Um exemplo do reservatório é o reservatório 2410B da Figura 2B, o reservatório de energia 3410 da Figura 3, o reservatório de energia 4410 da Figura 4, o reservatório de energia 5410 da Figura 5, o reservatório de energia[095] The detection component 8100 measures the level of energy stored in an 8400 reservoir. An example of the reservoir is reservoir 2410B in Figure 2B, the energy reservoir 3410 in Figure 3, the energy reservoir 4410 in Figure 4, the 5410 power reservoir in Figure 5, the power reservoir

6410 da Figura 6, e o reservatório de energia 7410 da Figura 7.6410 of Figure 6, and the 7410 power reservoir of Figure 7.

[096] Um componente de determinação 8200 determina o nível de extração de potência apropriado para quase equilibrar a carga provida a e descarregada do reservatório de energia 8400.[096] A determination component 8200 determines the appropriate power extraction level to almost balance the load supplied to and discharged from the 8400 energy reservoir.

[097] Um componente de entrega 8300 entrega uma mensagem codificada de do nível de extração de potência apropriado determinado acima para o(s) conversor(es) CC/CA excedente(s) 8500. Os conversores interpretam a mensagem codificada, e obedecem à mensagem codificada, tal que o(s) conversor(s) possa(m) continuamente operar no nível de potência direcionado para quase equilibrar a energia no carregamento. Um exemplo dos conversores 8500 que extraem do reservatório 8400 são os conversores 21308 da Figura 2B, os conversores 31308 da Figura 3, os conversores 41308 da Figura 4, os conversores 51308 da Figura 5, os conversores 61308 da Figura 6, os conversores 7302 da Figura 3.[097] An 8300 delivery component delivers an encoded message from the appropriate power extraction level determined above to the exceeding 8500 DC / AC converter (s). The converters interpret the encoded message, and obey the coded message, such that the converter (s) can (s) continuously operate at the directed power level to almost balance the energy in the load. An example of the 8500 converters that extract from the 8400 reservoir are converters 21308 in Figure 2B, converters 31308 in Figure 3, converters 41308 in Figure 4, converters 51308 in Figure 5, converters 61308 in Figure 6, converters 7302 in Figure 3.

[098] Para derivar o otimizador benéfico econômico MEUPT, o projeto do controlador MEUPT leva em consideração os seguintes parâmetros e variáveis, (1) a capacidade do reservatório de energia 8400; (2) a velocidade de subida/descida dos conversores CC/CA 8500; (3) as características |-V das cadeias solares; (4) o clima no local usina elétrica PV; e (5) a capacidade do controlador MEUPT de trabalhar com o conversor CC/CA excedente para minimizar a diferença entre (ou equilibrar) a quantidade de carga fornecida ao reservatório de energia, e uma quantidade de carga extraída do reservatório de energia. Um projeto direto pode ser apenas derivado ao aplicar um controlador personalizado para cada central elétrica PV, levando em consideração esses parâmetros e variáveis.[098] To derive the MEUPT economic beneficial optimizer, the MEUPT controller design takes into account the following parameters and variables, (1) the capacity of the 8400 energy reservoir; (2) the up / down speed of the 8500 DC / AC converters; (3) the | -V characteristics of the solar chains; (4) the climate at the PV power plant site; and (5) the MEUPT controller's ability to work with the surplus DC / AC converter to minimize the difference between (or balance) the amount of charge supplied to the energy reservoir, and the amount of charge extracted from the energy reservoir. A direct design can only be derived by applying a custom controller to each PV power plant, taking these parameters and variables into account.

Seção Treze: os projetos de controlador MEUPTSection Thirteen: MEUPT controller designs

[099] É impraticável personalizar um controlador MEUPT para cada central elétrica PV que deve usar um controlador MEUPT. Por outro lado, é muito difícil buscar um projeto direto para o controlador MEUPT requerido; especialmente quando controladores de projeto personalizado não são permitidos. No entanto, uma tensão terminal do reservatório de energia pode ser vista como uma medida que é influenciada por cada um dos 5 parâmetros e variáveis. Portanto, as 5 restrições de projeto acima podem ser divididas em duas partes quando a tensão terminal do reservatório de energia MEUPT é escolhida como parâmetro determinante.[099] It is impractical to customize a MEUPT controller for each PV power plant that must use a MEUPT controller. On the other hand, it is very difficult to find a direct project for the required MEUPT controller; especially when custom design controllers are not allowed. However, a terminal voltage of the energy reservoir can be seen as a measure that is influenced by each of the 5 parameters and variables. Therefore, the 5 design restrictions above can be divided into two parts when the terminal voltage of the MEUPT energy reservoir is chosen as the determining parameter.

[0100] Ao comparar a tensão terminal medida com um conjunto de “intervalos de tensão padrão” específicos de sítio; ficou claro para os inventores que o nível de extração e conversão de potência atualmente em execução pelo sistema pode ser quantificado uma vez que o nível de extração de potência é (1) muito baixo, (2) muito alto ou (3) exato. Portanto, a tarefa de projeto do controlador MEUPT pode ser desacoplar em 1) um controlador industrial comum, mais 2) uma tabela de “intervalos de tensão padrão” específica de sítio construída sob medida (referida neste documento como a “tabela de intervalos de tensão”).[0100] When comparing the measured terminal voltage with a set of site-specific “standard voltage ranges”; it was clear to the inventors that the level of power extraction and conversion currently being performed by the system can be quantified since the level of power extraction is (1) very low, (2) very high or (3) exact. Therefore, the design task of the MEUPT controller can be to decouple in 1) a common industrial controller, plus 2) a bespoke site-specific “standard voltage range” table (referred to in this document as the “voltage range table ”).

[0101]Uma vez que uma tabela de intervalos de tensão específicos de sítio é construída para uma central elétrica PV; a tabela de intervalos de tensão pode trabalhar em conjunto com um controlador industrial para realizar as funções necessárias do controlador MEUPT. O controlador industrial é, então, composto por um componente de detecção, um componente de determinação e um componente de entrega, como também ilustrado na Figura 8. Entretanto, nesse caso, o componente de detecção 8100 mede a tensão terminal do reservatório de energia 8400. O componente de determinação 8200 compara a tensão medida com a tabela de intervalos de tensão; e determina a quantidade de extração de potência adequado para quase equilibrar a energia em carregamento. Um componente de entrega 8300 novamente entrega a mensagem codificada do nível de extração de potência adequado determinado acima para o(s) conversor(es) CC/CA excedente(s); tal que O(s) conversor(s) possam continuamente operar no nível de potência direcionado para quase equilibrar a carga de entrada e saída do reservatório de energia 8400.[0101] Since a table of site-specific voltage ranges is built for a PV power plant; the voltage range table can work in conjunction with an industrial controller to perform the necessary functions of the MEUPT controller. The industrial controller is then composed of a detection component, a determination component and a delivery component, as also illustrated in Figure 8. However, in this case, the detection component 8100 measures the terminal voltage of the 8400 energy reservoir. The determination component 8200 compares the measured voltage with the voltage range table; and determines the amount of power extraction suitable to almost balance the energy in charging. An 8300 delivery component again delivers the encoded message of the appropriate power draw level determined above to the surplus DC / AC converter (s); such that The converter (s) can continuously operate at the directed power level to almost balance the incoming and outgoing loads from the 8400 energy reservoir.

[0102] Em uma modalidade, o componente de detecção 8100 do controlador MEUPT 8000 mede a tensão terminal do reservatório de energia excedente 8400 em tempo real. Mesmo assim, o componente de determinação 8200 ainda pode realizar a comparação (da tensão medida em relação à tabela de interface de tensão) de cada intervalo de tempo designado. Essa comparação pode resultar em uma de três situações: (1) Se a comparação da tensão medida e da tabela de intervalos de tensão indica que o nível de potência é muito baixo, o controlador 8000 pode solicitar (através do componente de entrega 8300) que o conversor CC/CA trifásico 8500 aumente em um o nível de extração e conversão de potência para o próximo intervalo de tempo designado; (2) Se a comparação da tensão medida e da tabela de intervalos de tensão indica que o nível de potência é muito alto, o controlador 8000 pode solicitar (através do componente de entrega 8300) que o conversor CC/CA trifásico 8500 reduza em um o nível de extração e conversão de potência para o próximo intervalo de tempo designado; (3) Se a comparação da tensão medida e da tabela de intervalos de tensão indica que o nível de potência é exato, o controlador 8000 pode solicitar o conversor CC/CA trifásico 8500 para permanecer no mesmo nível de extração de potência para o próximo intervalo de tempo designado, pelo menos até a próxima ocorrência da comparação.[0102] In one embodiment, the ME00T 8000 controller 8100 detection component measures the terminal voltage of the 8400 surplus energy reservoir in real time. Even so, the determination component 8200 can still perform the comparison (of the measured voltage against the voltage interface table) for each designated time interval. This comparison can result in one of three situations: (1) If the comparison of the measured voltage and the voltage range table indicates that the power level is too low, the 8000 controller can request (via delivery component 8300) that the 8500 three-phase DC / AC converter increases the power extraction and conversion level by one for the next designated time interval; (2) If the comparison of the measured voltage and the voltage range table indicates that the power level is too high, the 8000 controller can request (via delivery component 8300) that the 8500 three-phase DC / AC converter reduce by one the power extraction and conversion level for the next designated time interval; (3) If the comparison of the measured voltage and the voltage range table indicates that the power level is accurate, the 8000 controller can request the 8500 three-phase DC / AC converter to remain at the same power draw level for the next interval of designated time, at least until the next occurrence of the comparison.

[0103] Quando níveis de ajuste de extração/conversão de potência do conversor CC/CA são pequenos o suficiente, o projeto acima pode trabalhar para todos os tipos de capacidade de reservatório de potência; para todos os tipos de velocidade de velocidade de subida/descida do conversor CC/CA; para todos os tipos de características |-V das cadeias solares; e para todos os climas do sítio PV. Portanto, é importante que o controlador possa direcionar pequenas etapas de ajuste para o conversor CC/CA trifásico que extrai potência do reservatório de energia.[0103] When power extraction / conversion adjustment levels of the DC / AC converter are small enough, the above project can work for all types of power reservoir capacity; for all types of up / down speed of the DC / AC converter; for all types of characteristics | -V of the solar chains; and for all climates of the PV site. Therefore, it is important that the controller can direct small adjustment steps to the three-phase DC / AC converter that draws power from the energy reservoir.

[0104] Conversores CC/CA trifásicos centralizados convencionais típicos podem operar em etapas de ajuste muito pequenas quando direcionados. No entanto, o canal de comunicação equipado, referido como a “caixa de conexão seca” na técnica (e assim referido neste documento), normalmente possui apenas canais de comunicação de 6 bits por meio de mensagens ópticas. Para comandar mais de 6 níveis de extração de potência através da caixa de conexão seca, uma técnica de codificação e decodificação é empregada. Essa técnica permite transmitir até 26 = 64 mensagens para comandar os níveis de extração de potência. Com até 64 níveis de extração de potência de ajuste, o equilíbrio líquido necessário próximo de zero na energia de entrada e na energia de saída do reservatório pode ser alcançado tecnicamente.[0104] Typical conventional centralized three-phase DC / AC converters can operate in very small adjustment steps when directed. However, the equipped communication channel, referred to as the “dry connection box” in the art (and so referred to in this document), usually has only 6-bit communication channels via optical messages. To control more than 6 levels of power extraction through the dry connection box, an encoding and decoding technique is employed. This technique allows to transmit up to 26 = 64 messages to control the power extraction levels. With up to 64 levels of adjustment power extraction, the necessary net balance close to zero in the incoming and outgoing reservoir energy can be achieved technically.

Seção Quatorze: central elétrica PV incorporando otimizador MEUPTSection Fourteen: PV power plant incorporating MEUPT optimizer

[0105] Como mostrado na Figura 9, uma central elétrica PV 9000 incorpora um otimizador MEUPT 9200 que consiste em um controlador MEUPT 9210. O controlador MEUPT 9200 compreende 3 componentes executáveis; quais sejam, um componente de detecção 9211 para medir a tensão terminal do reservatório de energia excedente 9400; um componente de determinação 9212 para comparar a tensão medida com a tabela de intervalo de tensão da central PV; e um componente de entrega 9213 para notificar o conversor CC/CA trifásico 4502 para inicializar, para suspender ou para permanecer o mesmo através do componente de entrega 4213. Os componentes 9211, 9212 e 9213 da Figura 9 são exemplos dos componentes 8100, 8200 e 8300, respectivamente da Figura 8. O reservatório de energia 9400 da Figura 9 é um exemplo do reservatório de energia 8400 da Figura 8. Os conversores 9502 são exemplos dos conversores 8500 da Figura 8.[0105] As shown in Figure 9, a PV 9000 power plant incorporates a MEUPT 9200 optimizer that consists of a MEUPT 9210 controller. The MEUPT 9200 controller comprises 3 executable components; that is, a 9211 detection component to measure the terminal voltage of the 9400 surplus energy reservoir; a determination component 9212 for comparing the measured voltage with the PV range voltage range table; and a delivery component 9213 for notifying the three-phase CC / AC converter 4502 to initialize, suspend or remain the same via delivery component 4213. Components 9211, 9212 and 9213 of Figure 9 are examples of components 8100, 8200 and 8300, respectively from Figure 8. The energy reservoir 9400 in Figure 9 is an example of the energy reservoir 8400 in Figure 8. The 9502 converters are examples of the 8500 converters in Figure 8.

[0106]A central elétrica PV 9000 também compreende cadeias solares PV[0106] The PV 9000 power plant also comprises solar PV chains

9100. As cadeias solares 9100 convertem energia solar em eletricidade; e entregam a potência CC gerada ao reservatório de energia excedente 9400 através do dispositivo de desacoplamento 9320. O conversor CC/CA trifásico 9502 recebe entrada de potência CC do reservatório de energia excedente 9400 através do dispositivo de desacoplamento 9330. As cadeias solares 9100 da Figura 9 são coletivamente uma fonte de energia CC para carregar o reservatório de energia, e são exemplos das cadeias solares 2111A e 2111B da Figura 2B, da cadeia solar 3110 da Figura 3, da cadeia solar 4110 da Figura 4, da cadeia solar 5110 da Figura 5, da cadeia solar 6110 da Figura 6, e da cadeia solar 7110 da Figura 7. O dispositivo de desacoplamento 9320 da Figura 9 é um exemplo do dispositivo de desacoplamento 2312B da Figura 2B, dispositivo de desacoplamento 3312 da Figura 3, dispositivo de desacoplamento 4312 da Figura 4, dispositivo de desacoplamento 5311 da Figura 5, dispositivo de desacoplamento 6311 da Figura 6, e dispositivo de desacoplamento 7202 da Figura 7. O dispositivo de desacoplamento 9330 da Figura 9 é um exemplo do dispositivo de desacoplamento 2313B da Figura 2B, dispositivo de desacoplamento 3313 da Figura 3, dispositivo de desacoplamento 4313 da Figura 4, dispositivo de desacoplamento 5313 da Figura 5, dispositivo de desacoplamento 6313 da Figura 6, e dispositivo de desacoplamento 7203 da Figura 7.9100. The 9100 solar chains convert solar energy into electricity; and deliver the DC power generated to the 9400 surplus energy reservoir through the 9320 decoupling device. The three-phase DC / AC converter 9502 receives DC power input from the 9400 surplus energy reservoir through the 9330 decoupling device. The solar chains 9100 in Figure 9 are collectively a DC power source for charging the energy reservoir, and are examples of solar chains 2111A and 2111B in Figure 2B, solar chain 3110 in Figure 3, solar chain 4110 in Figure 4, solar chain 5110 in Figure 5, solar chain 6110 of Figure 6, and solar chain 7110 of Figure 7. Decoupling device 9320 of Figure 9 is an example of decoupling device 2312B of Figure 2B, decoupling device 3312 of Figure 3, decoupling device 4312 of Figure 4, decoupling device 5311 of Figure 5, decoupling device 6311 of Figure 6, and decoupling device 7202 of Figure 7. The decoupling device uncoupling 9330 of Figure 9 is an example of uncoupling device 2313B of Figure 2B, uncoupling device 3313 of Figure 3, uncoupling device 4313 of Figure 4, uncoupling device 5313 of Figure 5, uncoupling device 6313 of Figure 6, and decoupling device 7203 of Figure 7.

[0107] Como indicado acima, o controlador MEUPT 9210 direciona o conversor CC/CA trifásico 9502 para extrair quantidade apropriada de energia do reservatório de energia 9400 para equilibrar o carregamento de energia de entrada das cadeias solares 9100; que resultou em um carregamento ou extração de energia quase zero no reservatório 9400. Dessa forma, um reservatório de energia pequeno 9400 é adequado para a estação PV. A potência CA convertida do conversor CC/CA é provida à rede elétrica de conexão 9700 através do transformador 9600.[0107] As indicated above, the MEUPT 9210 controller directs the 9502 three-phase DC / AC converter to extract the appropriate amount of energy from the 9400 energy reservoir to balance the incoming energy loading of the 9100 solar chains; which resulted in an almost zero energy loading or extraction in the 9400 reservoir. Thus, a small 9400 energy reservoir is suitable for the PV station. The converted AC power of the DC / AC converter is supplied to the 9700 mains through the 9600 transformer.

[0108] Conforme usado neste documento, o termo “componente executável” é usado com relação às Figuras 8 e 9. O termo “componente executável” é o nome para uma estrutura que é bem entendida por um versado na técnica no campo de computação como sendo uma estrutura que pode ser software, hardware, firmware ou uma combinação dos mesmos. Por exemplo, quando implementado em software, um versado na técnica entenderia que a estrutura de um componente executável pode incluir objetos, rotinas, métodos de software que podem ser executados no sistema de computação, se esse componente executável existir na cadeia de um sistema de computação, se o componente executável existir em meio de armazenamento legível por computador.[0108] As used in this document, the term “executable component” is used in connection with Figures 8 and 9. The term “executable component” is the name for a structure that is well understood by one skilled in the field of computing as being a structure that can be software, hardware, firmware or a combination of them. For example, when implemented in software, one skilled in the art would understand that the structure of an executable component can include objects, routines, software methods that can be executed in the computing system, if that executable component exists in the chain of a computing system. , if the executable component exists on a computer-readable storage medium.

[0109] Nesse caso, um versado na técnica reconhecerá que a estrutura do componente executável existe em um meio legível por computador, de modo que, quando interpretado por um ou mais processadores de um sistema de computação (por exemplo, por um segmento do processador), o sistema de computação é levado a realizar uma função. Essa estrutura pode ser legível por computador diretamente pelos processadores (como é o caso se o componente executável fosse binário). Alternativamente, a estrutura pode ser estruturada para ser interpretável e/ou compilada (se em um único estágio ou em vários estágios), de modo a gerar um binário que seja diretamente interpretável pelos processadores. Esse entendimento de estruturas exemplificativas de um componente executável está bem dentro do entendimento de um versado na técnica da computação ao usar o termo “componente executável”.[0109] In this case, one skilled in the art will recognize that the structure of the executable component exists in a computer-readable medium, so that when interpreted by one or more processors in a computing system (for example, by a segment of the processor ), the computing system is made to perform a function. This structure can be computer readable directly by the processors (as is the case if the executable component were binary). Alternatively, the structure can be structured to be interpretable and / or compiled (whether in a single stage or in several stages), in order to generate a binary that is directly interpretable by the processors. This understanding of exemplary structures of an executable component is well within the understanding of one skilled in computing technique when using the term "executable component".

[0110]O termo “componente executável” também é bem entendido por um versado comum como incluindo estruturas que são implementadas exclusivamente ou quase exclusivamente em firmware ou hardware, tal como dentro de um arranjo de portas programável em campo (FPGA), um circuito integrado de aplicação específica (ASIC) ou qualquer outro circuito especializado. Por conseguinte, o termo “componente executável” é um termo para uma estrutura que é bem entendida pelos versados na técnica de computação, se implementado em software, hardware ou uma combinação.[0110] The term "executable component" is also well understood by a common verse as including structures that are implemented exclusively or almost exclusively in firmware or hardware, such as within a field programmable port arrangement (FPGA), an integrated circuit specific application (ASIC) or any other specialized circuit. Therefore, the term "executable component" is a term for a structure that is well understood by those skilled in computing, whether implemented in software, hardware or a combination.

[0111]A presente invenção pode ser incorporada em outras formas específicas sem afastar de seu espírito ou características essenciais.[0111] The present invention can be incorporated in other specific forms without departing from its spirit or essential characteristics.

As modalidades descritas devem ser consideradas em todos os aspectos apenas ilustrativas e não restritivas.The described modalities must be considered in all aspects only illustrative and not restrictive.

O escopo da invenção é, portanto, indicado pelas reivindicações anexas e não pela descrição anterior.The scope of the invention is therefore indicated by the appended claims and not by the previous description.

Todas as alterações que estão dentro do significado e intervalo de equivalência das reivindicações devem ser englobadas por seu escopo.Any changes that fall within the meaning and equivalence range of the claims must be encompassed by their scope.

Claims (8)

REIVINDICAÇÕES 1. Sistema de armazenamento de energia, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um reservatório de energia que é carregado por energia CC de uma fonte de energia CC durante descarga de energia CC para um conversor CC/CA; um controlador de sistema para regular a energia CC descarregada do reservatório de energia para o conversor CC/CA para quase equilibrar a quantidade de energia CC carregada no reservatório de energia, o controlador de sistema compreendendo: um componente de detecção configurado para medir um nível de energia armazenada no reservatório de energia; um componente de determinação configurado para usar o nível medido de energia armazenada do nível de energia para avaliar se um ajuste deve ser feito; e um componente de entrega configurado para codificar a instrução para realizar o ajuste em uma mensagem codificada quando o componente de determinação determina que o ajuste deve ser feito, e também configurado para entregar a mensagem codificada ao conversor CC/CA.1. Energy storage system, FEATURED by the fact that it comprises: an energy reservoir that is charged by DC energy from a DC energy source during DC energy discharge to a DC / AC converter; a system controller to regulate the dc energy discharged from the energy reservoir to the dc / ac converter to almost balance the amount of dc energy charged in the energy reservoir, the system controller comprising: a detection component configured to measure a level of energy stored in the energy reservoir; a determination component configured to use the measured level of stored energy from the energy level to assess whether an adjustment should be made; and a delivery component configured to encode the instruction to perform the adjustment on a coded message when the determination component determines that the adjustment must be made, and also configured to deliver the encoded message to the CC / AC converter. 2. Sistema de armazenamento de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente de detecção mede o nível de energia armazenada medindo uma tensão terminal do reservatório de energia.2. Energy storage system, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the detection component measures the level of stored energy by measuring a terminal voltage of the energy reservoir. 3. Sistema de armazenamento de energia, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a medição da tensão terminal do reservatório de energia ocorre em tempo real.3. Energy storage system, according to claim 2, CHARACTERIZED by the fact that the measurement of the terminal voltage of the energy reservoir occurs in real time. 4. Sistema de armazenamento de energia, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente de determinação é configurado para realizar a avaliação de se um ajuste deve ser feito em uma base periódica com um intervalo de tempo designado.4. Energy storage system, according to claim 3, CHARACTERIZED by the fact that the determination component is configured to perform the assessment of whether an adjustment should be made on a periodic basis with a designated time interval. 5. Sistema de armazenamento de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente de determinação é configurado para realizar a avaliação de se um ajuste deve ser feito em uma base periódica com um intervalo de tempo designado.5. Energy storage system, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the determination component is configured to perform the assessment of whether an adjustment should be made on a periodic basis with a designated time interval. 6. Sistema de armazenamento de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente de entrega é configurado para entregar a mensagem codificada ao conversor CC/CA através de uma caixa de conexão seca.6. Energy storage system, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the delivery component is configured to deliver the encoded message to the DC / AC converter via a dry connection box. 7. Sistema de armazenamento de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente de entrega é configurado para entregar uma respectiva mensagem codificada a cada um de uma pluralidade de conversores CC/CA incluindo o conversor CC/CA.7. Energy storage system, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the delivery component is configured to deliver a respective coded message to each of a plurality of DC / AC converters including the DC / AC converter. 8. Sistema de armazenamento de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente de entrega é configurado para entregar a respectiva mensagem codificada ao pelo menos um da pluralidade de conversores CC/CA através de uma caixa de conexão seca.8. Energy storage system, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the delivery component is configured to deliver the respective coded message to at least one of the plurality of DC / AC converters through a dry connection box .
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