CN102067437A - 在能量产生系统中的集中式与分布式最大功率点追踪间作选择的方法与系统 - Google Patents

在能量产生系统中的集中式与分布式最大功率点追踪间作选择的方法与系统 Download PDF

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Abstract

提供一种在能量产生系统中的集中式与分布式最大功率点追踪间作选择的方法。该能量产生系统包含多数个能量产生装置，其各耦接至对应的局部转换器。各局部转换器包含用于对应的能量产生装置的局部控制器。该方法包含判定能量产生装置是否操作于准理想条件下。当能量产生装置系操作于准理想条件下时，将能量产生系统设于集中式最大功率点追踪(CMPPT)模式中，当能量产生装置并非操作于准理想条件下时，将能量产生系统设于分布式最大功率点追踪(DMPPT)模式中。

Description

在能量产生系统中的集中式与分布式最大功率点追踪间作选择的方法与系统
技术领域
揭示内容大致上是关于能量产生系统。更明确而言，揭示内容是关于用以在能量产生系统中的集中式及分布式最大功率点追踪之间作选择的方法及系统。
背景技术
相对于习知的非再生、会污染的能量来源(离如煤或是石油)而言，太阳能及风力提供可再生且不会污染的能量来源。因此，太阳能及风力已成为日益重要的可转换为电能的能量来源。对于太阳能而言，排列成数组的光伏打面板通常提供用以转换太阳能为电能的装置。类似的数组可用于收集风力或是其它自然的能量来源。
在操作光伏打数组时，通常使用最大功率点追踪(MPPT)以自动地判定应在何种电压或是电流操作该数组，以在特定温度及太阳辐射产生最大功率输出。尽管当数组在理想条件(亦即，对于数组中的各个面板有相同的辐射、温度及电性特征)时，对于整体数组而言，实施MPPT相当简单，但当有不匹配或是部份被遮蔽的情况下，对于整体数组的MPPT则更为复杂。在此情况中，因为不匹配的数组的多峰功率对电压特征的相对最佳条件，MPPT技术不能提供精确的结果。因此，该数组面板中仅有一些能理想地操作。因为对于包含数排面板的数组而言，最无效率的面板会决定整体面板的电流及效率，如此则造成产生功率的剧烈下降。
因此，某些光伏打系统对数组中的各面板提供一DC-DC转换器。各该DC-DC转换器执行MPPT以搜寻其的对应面板的最大功率点。然而，在此系统中的DC-DC转换器有可能被蒙蔽而选择局部最大点来操作其面板，而非选择面板的实际最大功率点。此外，在此系统中使用多个DC-DC转换器会造成操作转换器引起的电损失，如此则降低整体系统的效能。
附图说明
为了提供对揭示内容及其特征的更透彻的了解，参考伴随附图的以下说明，在附图中：
图1为根据揭示内容的一个实施例，显示可为集中式控制的能量产生系统；
图2为根据揭示内容的一个实施例，显示图1的局部转换器；
图3为根据揭示内容的一个实施例，显示图2的局部转换器的细部；
图4为根据揭示内容的一个实施例，显示在图2的局部转换器中实现最大功率点追踪(MPPT)的方法；
图5为根据揭示内容的一个实施例，显示包含一中央数组控制器的能量产生系统，该中央数组控制器能在能量产生系统中的集中式及分布式MPPT之间作选择；
图6为根据揭示内容的一个实施例，显示图5的数组被部份遮蔽的情形；
图7A-C为根据揭示内容的一个实施例，显示对应于图6的三个光伏打面板的电压对功率特性；
图8为根据揭示内容的一个实施例，显示用以在图5的能量产生系统的集中式及分布式MPPT之间作选择的方法；
图9为根据揭示内容的一个实施例，显示用以启动及停止局部转换器的系统；
图10为根据揭示内容的一个实施例，显示图9的系统的装置电压随着时间变异的范例；
图11为根据揭示内容的一个实施例，显示图9的启动器；及
图12为根据揭示内容的一个实施例，显示用以启动及停止图9的局部转换器的方法。
具体实施方式
在此专利文件中，以下将讨论的图1到12及用于说明本发明原理的各种实施例仅为说明性的，不应解释为限制本发明的范围。熟知本技艺者当可了解，本发明的原理可用于任何种类的适当设置的装置或是系统。
图1为根据揭示内容的一个实施例，显示能为集中式控制的能量产生系统100。能量产生系统100包含多数个能量产生装置(EGD)102，其各耦接至对应的一局部转换器104，并一起形成能量产生数组106。对于一特定实施例而言，如揭示内容所述，能量产生系统100可包含光伏打系统，且能量产生装置102可包含光伏打(PV)面板。然而，应了解，能量产生系统100可包含任何合适类型的能量产生系统，例如风力涡轮系统、燃料电池等。对于此等实施例而言，能量产生装置102可包含风力涡轮、燃料电池等。
所述的光伏打系统100包含中央数组控制器110，且亦可包含DC-AC转换器112或是其它合适的负载，以因应系统100操作为并联型系统的情况。然而，应了解，系统100可借由将数组106耦接至电池充电器或是其它合适的能量储存装置而非DC-AC转换器112，而操作为独立型系统。
数组106中的PV面板102系设置于串114中。对于所述实施例而言，数组106包含两个串114，各串114包含三个面板102。然而，应了解，数组106可包含任意合适数目的串114，且各串114可包含任意合适数目的面板102。且对于所述的实施例而言，各串114中的面板102设置为串联连接。因此，各个局部转换器104的输出电压仍然相近于其输入电压，而供给高电压至DC-AC转换器112的输入埠，对于某些实施例而言，其可操作在输入电压为150V到500V之间。因此，不需要以变压器为基础的转换器(例如在并联构造串中所使用者)，产生实现高效率及低成本的局部转换器104的能力。
各PV面板102能将太阳能转换为电能。各局部转换器104耦接至其所对应的面板102，且能重新塑造由面板103提供的输入的电压对电流关系，使面板102所产生的电能可为数组106的负载(未显示于图1中)利用。DC-AC转换器112耦接至数组106，且能将局部转换器104所产生的直流(DC)转换为用于负载的交流(AC)，负载可耦接至DC-AC转换器112。
最大功率点追踪(MPPT)自动判定面板102应操作的电压或是电流，以在特定温度及太阳辐射产生最大的功率输出。当数组在理想条件(亦即，对于数组中的各个面板有相同的辐射、温度及电性特征)时，对于整体数组而言，执行集中式MPPT相当简单。然而，当有例如不匹配或是部份被遮蔽的情形时，对于整体的数组106执行MPPT则更为复杂。在此情况中，因为不匹配的数组106的多峰功率对电压特性的相对最佳条件，MPPT技术不能提供精确的结果。因此，该数组106中仅有一些面板102能理想地操作，使得产生能量急遽下降。因此，为了解决此问题，各个局部转换器104可对其对应的面板102提供局部MPPT。在此方式中，不论在理想的或是不匹配或是被遮蔽的情况下，各个面板102皆可操作在其自有的最大能量点(MPP)。对于其中能量产生装置102包含风力涡轮的实施例而言，MPPT可用于调整风力涡轮的叶片间距。亦应了解，MPPT可用于最佳化包含其它种类的能量产生装置102的系统100。
中央数组控制器110耦接至数组106，且能与数组106透过有线连接(例如串联或是并联总线)或是无线连接通讯。中央数组控制器110可包含诊断模块120及/或控制模块125。诊断模块120能监控光伏打系统100，控制模块125能控制光伏打系统100。
诊断模块120能从数组106中的各个局部转换器104接收用于局部转换器104的局部转换器数据及用于局部转换器104对应的面板102的装置数据。此处所使用的「装置数据」表示面板102的输出电压、输出电流、温度、辐射、输出功率等。相似地，「局部转换器数据」表示局部转换器输出电压、局部转换器输出电流、局部转换器输出功率等。
诊断模块120亦能够在系统100上产生报告，且提供报告予操作者。举例而言，诊断模块120能够显示装置数据及局部转换器数据其中一些或是全部予操作者查看。此外，诊断模块120能够提供装置数据及局部转换器数据其中一些或是全部予控制模块125。诊断模块120亦能够以任何合适的方式分析数据，并提供分析结果予操作者及/或控制模块125。例如，诊断模块120能够根据任何合适的时限，例如每小时、每天、每星期、或是每个月，判定各个面板102的统计资料。
诊断模块120亦能够对数组106提供错误监控。根据从局部转换器104所接收的数据，诊断模块120可辨识一个或更多个具有瑕疵的面板102，例如失败的面板102、失效的面板102、被遮蔽的面板102、脏污的面板102等。当应更换、修复、或是清洁具有瑕疵的面板102时，诊断模块120亦可通知操作者。
控制模块125能够借由传送控制信号至一个或更多个局部转换器104而实际控制数组106。例如，控制模块125可传送绕行控制信号至对应的面板102失效的特定局部转换器104。绕行控制信号使局部转换器104绕过其的面板102，有效地自数组106移去面板102而不会影响在相同串114中的其它面板102(如同被绕过的面板102)的操作。
此外，控制模块125能够传送控制信号至一个或更多个局部转换器104，其引导局部转换器104调整其输出电压或是电流。对于某些实施例而言，局部转换器104的MPPT功能可移至中央数组控制器110。对于该等实施例而言，控制模块125亦可校准各个面板102的MPP，及根据校准而传送转换比例命令至各个局部转换器104，以使各个面板102操作于其自有的MPP，如控制模块125所判定者。
控制模块125亦可自操作者接收指令并启动指令。例如，操作者可引导控制模块125系统100为并联型或是独立型，且控制模块125可借由将系统100设为并联型或是将该系统100独立而响应操作者。
因此，借由利用中央数组控制器110，光伏打系统100以每个面板为基础可提供更佳的利用。且，系统100借由可混合不同来源而增加弹性。中央数组控制器110亦对整个系统100提供较佳的保护及数据收集。
图2为根据揭示内容的一个实施例，显示局部转换器204。局部转换器204可表示图1中的局部转换器104其中的一个，然而，应了解，局部转换器204能在不脱离揭示内容的范围中，以任何合适的方式设于能量产生系统中。此外，尽管所示者为耦接至称为PV面板的能量产生装置202，应了解，局部转换器204可耦接至PV面板的单一电池或是光伏打数组的面板子组合，或是耦接至另一能量产生装置202，例如风力涡轮、燃料电池等。
局部转换器204包含功率级206及局部控制器208，其更包含MPPT模块210及选用的通讯接口212。功率级206可包含DC-DC转换器，其能从PV面板202接收面板电压及电流做为输入，并重新塑造输入的电压对电流关系，以产生输出电压及电流。
局部控制器208的通讯接口212能提供局部转换器204及中央数组控制器(例如图1中的中央数组控制器110)之间的通讯信道。然而，对于局部转换器204不与中央数组控制器通讯的实施例而言，可以省略通讯接口212。
MPPT模块210能从面板202接收面板电压及电流作为输入，且若所使用的算法有需要，可从功率级206接收输出电压及电流。根据该等输入，MPPT模块210能提供信号以控制功率级206。在此方式中，局部控制器208的MPPT模块210能对于PV面板202提供MPPT。
借由提供MPPT，MPPT模块210将对应的面板202保持于作用在实质上固定的操作点(亦即，对应于面板202的最大功率点的固定电压Vpan及电流Ipan)。因此，对于给定的固定太阳辐射而言，在稳定状态中，若局部转换器204对应于面板202的相对或是绝对最大功率点，则局部转换器204的输入功率是固定的(亦即，Ppan＝Vpan·Ipan)。此外，局部转换器204具有相对高的效能，因此，输出功率几乎等于输入功率(亦即，Pout≒Ppan)。
图3为根据揭示内容的一个实施例，显示局部转换器204的细部。对于此实施例而言，功率级206实现为单一电感、四开关同步升降切换调节器，且MPPT模块210包含功率级调节器302、MPPT控制区块304、及两个模拟到数字转换器(ADC)306及308。
ADC 306能够缩放及量子化模拟面板电压Vpan及模拟面板电流Ipan，以分别产生数字面板电压及数字面板电流。应了解，尽管所述为面板电压及面板电流，对于任何合适的能量产生装置202(例如风力涡轮、燃料电池等)而言，Vpan可为输出装置电压且Ipan可为输出装置电流。耦接至MPPT控制区块304及通讯接口212的ADC 306亦能够提供数字面板电压及电流至MPPT控制区块304及通讯接口212。相似地，ADC 308能够缩放及量子化模拟输出电压及模拟输出电流，以分别产生数字输出电压及数字输出电流。亦耦接至MPPT控制区块304及通讯接口212的ADC 308能提供数字输出电压及电流信号至MPPT控制区块304及通讯接口212。通讯接口212能提供ADC 306所产生的数字面板电压及电流信号及ADC 308所产生的数字输出电压及电流信号至中央数组控制器。
耦接至功率级调节器302的MPPT控制区块304能从ADC 306接收数字面板电压及电流，并从ADC 308接收数字输出电压及电流。根据该等数字信号其中至少一些。MPPT控制区块304能产生用于功率级调节器302的转换比例命令。转换比例命令包含用于功率级调节器302的转换比例，以在操作功率级206时使用。对于其中MPPT控制区块304能根据数字面板电压及电流(而非根据数字输出电压及电流)而产生转换命令的实施例而言，ADC 308仅提供数字输出电压及电流至通讯接口212，而不会至MPPT控制区块304。
对于某些实施例而言，功率级调节器302包含升降模式控制逻辑及数字脉冲宽度调节器。此功率级调节器302能借由根据MPPT控制区块304所提供的转换比例产生脉冲宽度调变(PWM)信号，而在不同模式中操作功率级206，MPPT控制区块304可校准用于功率级206的PWM信号的转换比例。
功率级调节器302耦接至功率级206，且能借由使用工作周期及一模式来操作功率级206，而根据MPPT控制区块304所产生的转换比例操作功率级206，工作周期及一模式系根据转换比例而判定。对于其中功率级206实现为升降转换器的实施例而言，功率级206的可能模式包含降级模式、升级模式、升降模式、旁通模式及停止模式。
对于此实施例而言，当转换比例CR落在升降范围内时，功率级调节器302能在升降模式中操作功率级206；当转换比例CR小于升降范围时，功率级调节器302能在降级模式中操作功率级206；当转换比例CR大于升降范围时，功率级调节器302能在升级模式中操作功率级206。升降范围包含实质上等于1的值。例如，对于一特定实施例而言，升降范围包含0.95到1.05。当功率级206为降级模式时，若CR小于最大降级转换比例CRbuck，max，功率级调节器302能完全以降级构造操作功率级206。相似地，若CR大于最小升级转换比例CRboost，min，功率级调节器302能完全以升级构造操作功率级206。
最后，当转换比例大于CRbuck，max且小于CRboost，min时，功率级调节器302能交替地在降级构成及升级构成中操作功率级206。在此情况中，功率级调节器302可实施分时多任务，以在降级构成及升级构成之间交替。因此，当转换比例较接近CRbuck，max时，功率级调节器302在降级构成中操作功率级206较在升级构成中操作功率级206为频繁。相似地，当转换比例较接近CRboost，min时，功率级调节器302在升级构成中操作功率级206较在降级构成中操作功率级206为频繁。当转换比例靠近CRbuck，max及CRboost，min之间的中间点时，功率级调节器302在降级构成中操作功率级206与在升级构成中操作功率级206的频率不相上下。例如，当功率级206为在升降模式中时，功率级调节器302可平均地在降级构成及升级构成中交替操作功率级206。
对于所述实施例而言，功率级206包含四个开关310a-d，及电感L及电容C。对于某些实施例而言，开关310可包含N-通道功率MOSFET。对于一特定实施例而言，该等晶体管可包含硅上的氮化镓装置。然而，应了解者为，在不脱离揭示内容范围之内，开关310可为其它适合的方式实现。此外，功率级206可包含一个或更多个驱动器(未显示于图3中)，以驱动开关310(例如晶体管的闸极)。例如，对于一特定实施例而言，第一驱动器可耦接至功率级调节器302与晶体管310a及310b之间，以驱动晶体管310a及310b的闸极，第二驱动器可耦接至功率级调节器302与晶体管310c及310d之间，以驱动晶体管310c及310d的闸极。对此实施例而言，功率级调节器302所产生的PWM信号供应至驱动器，根据该等信号，分别驱动其个别的晶体管310的闸极。
对于所述的实施例而言，在操作功率级206中，功率级调节器302能产生数字脉冲，以控制功率级206的开关310。对于下述实施例而言，开关包含晶体管。对于降级构成而言，功率级调节器302关闭晶体管310c并开启晶体管310d。然后，脉冲交替地开启及关闭晶体管310a及晶体管310b，使功率级206操作为降级调节器。对此实施例而言，晶体管310a的工作周期等于工作周期D，其系包含于MPPT控制区块304所产生的转换比例命令中。对于升级模式而言，功率级调节器302开启晶体管310a及关闭晶体管310b。脉冲交替地开启及关闭晶体管310c及晶体管310d，以使功率级206操作为升级调节器。对此实施例而言，晶体管310的工作周期等于1-D。
对于升降模式而言，功率级调节器302在降级及升级构成的间执行分时多任务，如上所述。功率级调节器302产生用于晶体管310a及310b的降级开关对的控制信号，及用于晶体管310c及310d的升级开关对的控制信号。晶体管310a的工作周期固定于对应CRbuck，max的工作周期，晶体管310c的工作周期固定于对应CRboost，min的工作周期。经过一段指定时间期间的降级构成及升级构成操作之间的比例为与D呈线性比例。
当输出电压接近面板电压时，功率级206系操作于升降模式中。在此情况中，对于所述实施例而言，电感电流涟波及电压切换造成的应力远小于SEPIC及习知的升降转换器所具有者。且，相较于习知的升降转换器，所述的功率级206可达到更高的效能。
对于某些实施例而言，如以下将与图4一同详细叙述者，MPPT控制区块304能操作在以下四个模式其中的一个：休眠模式、追踪模式、保持模式、及旁通模式。当面板电压少于预定的初级临限电压时，MPPT控制区块304可操作于休眠模式中。在休眠模式中，MPPT控制区块304使晶体管310a-d关闭。例如，对于某些实施例而言，当MPPT控制区块304为休眠模式时，MPPT控制区块304能产生转换比例命令，其促使功率级调节器302关闭晶体管310a-d。因此，功率级206系在停止模式，且面板202被绕过，如此则能有效地避免从使用面板202的光伏打系统中的面板202。
当面板电压升高到高于初级临限电压时，MPPT控制区块304操作于追踪模式。在此模式中，MPPT控制区块304对面板202执行最大功率点追踪，以判定功率级调节器302的最佳转换比例。且在此模式中，功率级调节器302会取决于目前产生的转换比例命令，而将功率级206置于降级模式、升级模式、或是升降模式中。
此外，对于某些实施例而言，MPPT控制区块304亦可包含停止缓存器，其可借由系统的操作者或是任何合适的控制程序(例如设于中央数组控制器中的控制程序)修改，以强制MPPT控制区块304保持功率级206为停止模式。对于此实施例而言，除非(i)面板电压超出初级临限电压，及(ii)停止缓存器表示MPPT控制区块304会将功率级206移出停止模式，否则MPPT控制区块304不会开始操作于追踪模式中。
当MPPT控制区块304找出最佳转换比例时，MPPT控制区块304可操作于保持模式一段预定期间的时间。在此模式中，MPPT控制区块304可继续提供与在追踪模式中被判定为最佳转换比例相同的转换比例予功率级调节器302。且在此模式中，如在追踪模式中，功率级206系取决于转换比例命令所提供的最佳转换比例，而处于降级模式、升级模式、或是升降模式中。在经过预定期间的时间之后，MPPT控制区块304可恢复为追踪模式，以确保最佳的转换比例不会改变，或是若面板202的条件改变，可找出新的最佳转换比例。
如连同图5-8的以下更详尽的说明，当光伏打数组中的各个面板(例如面板202)被均匀照亮，且面板202之间没有不匹配时，中央数组控制器可设置MPPT控制区块304与功率级206为旁通模式。在旁通模式中，对于某些实施例而言，晶体管310a及310d为开启，晶体管310b及310c为关闭，以使面板电压等于输出电压。对于其它实施例而言，功率级206可包含选用的开关312，功率级206可耦接输入埠至输出端口，以使输出电压等于面板电压。在此方式中，当不需要局部MPPT时，实质上可自系统移除局部转换器204，借此借由减少有关局部转换器204的损失，而最大化效能，并增加寿命。
因此，如上述，MPPT控制区块304能操作于休眠模式中，且将功率级206置于绕过面板202的停止模式中。MPPT控制区块304亦能操作于追踪模式或是保持模式。不论在何种模式中，MPPT控制区块304能将功率级206置于降级模式、升级模式、及升降模式其中一个模式中。最后，MPPT控制区块304能操作于旁通模式中，且将功率级206置于旁通模式中，在旁通模式中，会绕过局部转换器204，容许面板202直接耦接至数组中的其它面板202。
借由以此种方式操作局部转换器204，包含面板202的该排面板的串电流与个别的面板电流无关。反之，是借由串电压及总串功率来设定串电流。此外，没有被遮蔽的面板202可继续操作于最高功率点，不用考虑串中的其它面板的部份被遮蔽的条件。
对于一替换性实施例而言，当MPPT控制区块304找出最佳转换比例时，当该最佳转换比例对应于功率级206的升降模式时，MPPT控制区块304可不操作于保持模式而是操作于旁通模式中。在升降模式中，输出电压接近面板电压。因此，面板202可借由绕过局部转换器204而操作于接近其最大功率点，如此则增加效能。如前述的实施例，MPPT控制区块304定期地自旁通模式恢复为追踪模式，以验证最佳转换比例是否落于升降模式范围之内。
对于某些实施例而言，MPPT控制区块304能逐渐调整用于功率级调节器302的转换比例，而非一般的阶梯式变化，以避免加诸于功率级206的晶体管、电感、及电容的应力。对于某些实施例而言，MPPT控制区块304能实现不同的MPPT技术，以调整面板电压或是传导率，而非调整转换比例。此外，MPPT控制区块304可调整参考电压，而非调整转换比例，以用于动态的输入电压调节。
此外，MPPT控制区块304可致能功率级206的停止模式及其它模式之间的相对快速及顺畅的转换。MPPT控制区块304可包含非挥发性内存，其能储存先前的最大功率点状态，例如转换比例等。对于此实施例而言，当MPPT控制区块304转换到休眠模式时，最大功率点状态系储存于此非挥发性内存中。当MPPT控制区块304其后回归到追踪模式时，所储存的最大功率点状态可用作为初始的最大功率点状态。在此方式中，对功率级206而言，停止及其它模式之间的转换时间可明显减少。
对于某些实施例而言，MPPT控制区块304亦能对局部转换器204提供过功率且/或过电压保护。因为信号Vpan及Ipan经由ADC 306前向馈入MPPT控制区块304，MPPT控制方块304尝试撷取最大功率。若功率级206输出为开路电路，则局部转换器204的输出电压达到最大值。因此，对于过功率保护而言，局部转换器204的输出电流可用作为开启及关闭MPPT控制区块304的信号。对此实施例而言，若输出电流下降到太低，则可由MPPT控制区块304设定转换比例，以使面板电压几乎等于输出电压。
对于过电压保护而言，MPPT控制区块304可对转换比例命令具有MPPT控制区块304不会超过的最大转换比例。因此，若转换比例持续高于最大转换比例，则MPPT控制区块304将转换比例限制于最大值。如此则能确保输出电压不会增加到超过对应的最大值。最大转换比例的值可为固定性的或是适应性的。举例而言，可借由感应面板电压及根据功率级206的转换比例来计算对应于转换比例的次一程序化值的输出电压的估计值，而达成适应性的转换比例限制。
此外，对于所述的实施例而言，功率级206包含选用的单向开关314。当功率级206为在停止模式中时，可包含选用的开关314以容许面板202被绕过，借此从数组移除面板202，并容许其它面板202继续操作。对于特定的实施例而言，单向开关314可包含二极管。然而，应了解，在不脱离揭示内容的范围之内，单向开关314可包含任何其它合适类型的单向开关。
图4为根据揭示内容的一个实施例，显示在局部转换器204中实现MPPT的方法400。方法400的实施例仅为说明性。可在不脱离揭示内容的范围之内，实现方法400的其它实施例。
方法400以MPPT控制区块304操作在休眠模式中作为开始(步骤401)。例如，MPPT控制区块304可产生转换比例命令，以促使功率级调节器302关闭功率级206的晶体管310a-d，借此将功率级206置于停止模式，且绕过面板202。
当在休眠模式中时，MPPT控制区块304监控面板电压Vpan，并比较面板电压与初级临限电压Vth(步骤402)。例如，ADC 306可将面板电压从模拟信号转换为数字信号，并将数字面板电压提供至MPPT控制区块304，其储存有初级临限电压，以与数字面板电压作比较。
只要面板电压保持在初级临限电压之下(步骤402)，MPPT控制区块304就持续操作于休眠模式中。此外，如上述，当停止缓存器表示功率级206保持为停止模式时，MPPT控制区块304保持于休眠模式中。然而，一旦面板电压超出初级临限电压(步骤402)，MPPT控制区块304产生用以操作功率级206的转换比例命令，转换比例命令包含初始的转换比例(步骤403)。例如，对于一实施例而言，MPPT控制区块304以转换比例1作为开始。或者，MPPT控制区块304能储存在先前的追踪模式中所判定的最佳转换比例。对于此实施例而言，MPPT控制区块304可将转换比例初始化为与先前判定的最佳转换比例相同。且，MPPT控制区块304所产生的转换比例命令供应至功率级调节器302，其使用初始转换比例操作功率级206。
此时，MPPT控制区块304监控面板电流Ipan及输出电流Iout，并比较面板电流及输出电流与临限电流Ith(步骤404)。例如，ADC 306可将面板电流从模拟信号转换为数字信号，并将数字面板电流供应至MPPT控制区块304，ADC 308可将输出电流从模拟信号转换为数字信号，且供应数字输出电流至MPPT控制区块304，其储存用以与数字面板电流及数字输出电流作比较的临限电流。只要电流Ipan及Iout其中至少一个仍维持低于临限电流(步骤404)，MPPT控制区块304就会持续监控电流位准。然而，一旦该等电流皆超出临限电流(步骤404)，则MPPT控制区块304开始操作于追踪模式中，其包含初始化设定追踪变量T为1，且初始化一计数器(步骤406)。
尽管未示于图4的方法400中，应了解，在追踪模式中时，MPPT控制区块304可继续监控面板电压，及比较面板电压与少于初级临限电压的次级临限电压。若面板电压减少到低于次级临限电压，则MPPT控制区块304恢复为休眠模式。借由使用少于初级临限电压的次级临限电压，MPPT控制区块304对噪声免疫，如此则能避免MPPT控制区块304经常在休眠及追踪模式之间切换。
在设定追踪变量的值及初始化计数器之后，MPPT控制区块304计算面板202的初始功率(步骤408)。例如，ADC 306可提供数字面板电流及面板电压信号(Ipan及Vpan)至MPPT控制区块304，其后，MPPT控制区块304将此等信号相乘，以判定装置(或是面板)功率(Ipan·Vpan)的初始值。
在计算初始功率之后，MPPT控制区块304以第一方向修改转换比例，并产生包含修改过的转换比例的转换比例命令(步骤410)。例如，对于某些实施例而言，MPPT控制区块304可增加转换比例。对于其它实施例而言，MPPT控制区块304可减少转换比例。在经过一段时间使系统稳定之后，MPPT控制区块304计算面板202的目前功率(步骤412)。举例而言，ADC 306可提供数字面板电流及面板电压信号至MPPT控制区块304，其后，MPPT控制区块304将此等信号相乘，以判定面板功率的目前值。
然后，MPPT控制区块304比较现在计算的功率与先前计算的功率，其为初始功率(步骤414)。若目前功率大于先前功率(步骤414)，则MPPT控制区块304以与先前修改的相同方向修改转换比例，并产生更新的转换比例命令(步骤416)。对于某些实施例而言，以等量增加将转换比例修改得更高或是更低。对于其它实施例而言，转换比例能以线性或是非线性增量而修改得更高或是更低，以最佳化系统响应。例如，对于某些系统而言，若转换比例与最佳值差距甚大，则随着愈益靠近最佳值，较佳者为先使用较大的增量，然后再使用较小的增量。
MPPT控制区块304亦判定追踪变量T是否等于1，表示因为转换比例在先前计算之前已经改变过，转换比例以与先前计算相同的方向改变(步骤418)。因此，当T等于1时，面板功率增加，其与转换比例的先前改变是相同方向。在此情况中，在给系统一段时间使其稳定之后，MPPT控制区块304再次计算面板202的目前功率(步骤412)，并比较目前功率与先前功率(步骤414)。然而，若MPPT控制区块304判定T不等于1，表示因为转换比例在先前计算之前已经改变过，转换比例以与先前计算相反的方向改变(步骤418)，则MPPT控制区块304设定T为1，并增加计数器(步骤420)。
然后，MPPT控制区块304判定计数器是否超出计数器临限值Cth(步骤422)。若目前计数器的值未超出计数器临限值(步骤422)，在给系统一段时间使其稳定之后，MPPT控制区块304再次计算面板202的目前功率(步骤412)，并比较目前功率与先前功率(步骤414)，以判定面板功率是增加中或是减少中。
若MPPT控制区块304判定目前功率并未大于先前功率(步骤414)，则MPPT控制区块304以与先前修改相反的方向修改转换比例，并产生更新的转换比例命令(步骤424)。MPPT控制区块304亦判定追踪变量T是否等于2，T若等于2则表示因为转换比例在先前计算之前已经改变过，以与先前计算相反的方向修改转换比例(步骤426)。在此情况中，在给系统一段时间使其稳定之后，MPPT控制区块304再次计算面板202的目前功率(步骤412)，并比较目前功率与先前功率(步骤414)。
然而，若MPPT控制区块304判定T不等于2，表示因为转换比例在先前计算之前已经改变过，以与先前计算相同的方向修改转换比例(步骤426)，则MPPT控制区块设定T为2，并增加计数器(步骤428)。然后MPPT控制区块304判定计数器是否超出计数器临限值Cth(步骤422)，如上述。
若计数器未超出计数器临限值(步骤422)，表示转换比例在第一方向及第二方向中已交替地改变数次，此次数大于计数器临限值，MPPT控制区块304找出对应于面板202的最大功率点的最佳转换比例，且MPPT控制区块304开始操作于保持模式(步骤430)。
在保持模式中时，MPPT控制区块304可设定定时器并重新初始化计数器(步骤432)。当定时器届期(步骤434)，MPPT控制区块304可恢复为追踪模式(步骤436)，并计算目前功率(步骤412)，以比较目前功率与MPPT控制区块304在追踪模式中最后计算的功率(步骤414)。以此方式，MPPT控制区块304可确保不会改变最佳转换比例，或当面板202的条件改变时，可找出不同的最佳转换比例。
尽管图4显示用于追踪能量产生装置202的最大功率点的方法400的范例，但可对方法400作出各种变更。例如，尽管系参考光伏打面板而描述方法400，但方法400可用于其它能量产生装置202，例如风力涡轮、燃料电池等。更进一步，尽管系参照图3的MPPT控制区块304而描述方法400，但应了解，在不脱离揭示内容的范围之内，方法400可用于任何合适地设置的MPPT控制区块。此外，对于某些实施例而言，在步骤430中，若MPPT控制区块304判定最佳转换比例相当于功率级206的升降模式，MPPT控制区块304可操作于休眠模式而非保持模式。对于该等实施例而言，休眠模式之后，定时器届期的时间与保持模式的定时器的时间可以相同或是不同。且，尽管系以一连串的步骤显示，但方法400中的步骤可以重迭、平行发生、发生多次、或是以不同顺序发生。
图5为根据揭示内容的一个实施例，显示能量产生系统500，能量产生系统500包含多数个能量产生装置502及中央数组控制器510，中央数组控制器510能对于能量产生系统100选择集中式或是分布式MPPT。对所述的实施例而言，能量产生系统指的是光伏打系统500，光伏打系统500包含光伏打面板502组成的数组，光伏打面板502各耦接至一对应的局部转换器504。
各个局部转换器504包含一功率级506及一局部控制器508。此外，对于某些实施例而言，可经由选用的内部开关(例如开关312)绕过各个局部转换器504。被绕过时，局部转换器504的输出电压实质上等于其输入电压。以此方式，有关局部转换器504的操作的损失可被最小化甚至被消除(当不需要局部转换器504时)。
除了中央数组控制器510之外，系统500的实施例亦包含转换级512、方格514、及数据总线516。中央数组控制器510包含一诊断模块520、一控制模块525及一选用的转换级(CS)最佳化器530。此外，所述的实施例对转换级512设置全域控制器540。然而，应了解，全域控制器540可设于中央数组控制器510中，而非设于转换级512中。且，CS最佳化器530可设于转换级512中，而非设于中央数组控制器510中。
对于某些实施例而言，面板502及局部转换器504代表图1的面板102及局部转换器104且/或代表图2或3的面板202及局部转换器204，中央数组控制器510可代表图1的中央数组控制器110，且/或转换级512可代表图1的DC-AC转换器112。此外，诊断模块520及控制模块525可分别代表图1的诊断模块120及控制模块125。然而，应了解，系统500的构件能以任何合适的方式实现。转换级512可包含DC-AC转换器、电池充电器、或其它能量储存装置，或任何其它合适的构件。方格514可包含能够根据光伏打系统500产生的能量而操作的任何合适的负载。
各个局部控制器508能经由数据总线516或者经由无线连接，提供对应的面板装置的数据及局部转换器数据予中央数组控制器510。根据该数据，诊断模块520能判定面板502是否操作在准理想的条件下，亦即，面板502不会不匹配，且被实质上均匀地照亮。在此情况中，诊断模块520能促使控制模块525将系统500置于集中式MPPT(CMPPT)模式中。为了要完成此种状态，控制模块525能经由数据总线516传送停止信号至各个局部控制器508，以借由操作局部转换器504于旁通模式中，停止局部转换器504。控制模块525亦能传送致能信号至全域控制器540。
在旁通模式中，局部控制器508不再实施MPPT，且功率级506的输出电压实质上等于面板502的面板电压。因此，可以最小化有关于操作局部转换器504的损失，并能最大化系统500的效能。当局部转换器504为操作在旁通模式中时，全域控制器540能对面板502组成的数组实施CMPPT。
诊断模块520亦能判定某些面板502是否被遮蔽或是不匹配(亦即，与数组中的其它面板502相比，某些面板502具有不同特征)。在此情况中，诊断模块520能促使控制模块525将系统500置于分布式MPPT(DMPPT)模式中。为了要完成此状态，控制模块525能经由数据总线516传送致能信号至各个局部控制器508，以借由容许局部转换器504的正规操作，而致能局部转换器504。控制模块525亦能传送停止信号至全域控制器540。
当某些面板502被遮蔽时，诊断模块520亦能判定某些被遮蔽的面板502为部份被遮蔽。在此情况中，除了促使控制模块525将系统500置于DMPPT模式之外，诊断模块410亦能对系统500实施完全诊断扫描，以确保部份被遮蔽的面板502的局部控制器508可找到真正的最大功率点，而非局部最大值。对于其中能量产生装置502包含风力涡轮的实施例而言，诊断模块520能判定是否因为改变风力图案、丘陵、或是其它阻挡风的构造，或是其它影响风力条件而造成某些风力涡轮「被遮蔽」。
在图6及7A-C中说明光伏打系统500被部份遮蔽的情况。图6显示在部份被遮蔽的情况下的光伏打数组600。图7A-C为显示对应于图6的三个光伏打面板的电压对功率特性的图700、705、及710。
所述的数组具有三个设有光伏打面板的串610。在串610c中的三个面板被标示为面板A、面板B、及面板C。应了解者为，此等面板可代表图5的面板502或是在其它任何合适地设置的光伏打系统中的面板。某些面板被遮蔽区域620完全覆盖或是部份覆盖。
在所述的范例中，面板A被完全照亮，而面板B被遮蔽区域620部份遮蔽，面板C被遮蔽区域620完全遮蔽。图7A中的图700中的电压对功率特性对应于面板A，图7B中的图705的电压对功率特性对应于面板B，且图7C中的图710的电压对功率特性对应于面板C。
因此，如图705所示，被部份遮蔽的面板B具有与实际最大功率点725不同的局部最大值720。中央数组控制器510的诊断模块520能判定面板B被部份遮蔽，并实施完全诊断扫描，以确保面板B是为其局部控制器508在其实际最大功率点725操作，而非局部最大点720。取代操作在实际最大功率点(例如点725)，而操作在局部最大功率点(例如点720)的面板502被称为「不足实施」的面板502。
对于一特定实施例而言，诊断模块520可如下辨识被部份遮蔽的面板502。首先，诊断模块520假设面板1、…、N为所考虑数组中的面板502的子组合，其具有相同的特性，并假设Ppan，i为属于组合[1、…、N]的第i个面板502的输出功率。因此，
Ppan，max≥Ppan，i≥Ppan，min，
其中Ppan，max为最佳实施面板502的输出功率，Ppan，min为最差实施面板502的输出功率。
诊断模块520亦借由下式定义一变量ψi：
Figure BPA00001278885300181
第i个面板502全部或是部份被遮蔽的机率可由下式表示：
Figure BPA00001278885300182
其中，k为少于或是等于1的常数。接着是：
ρmin≤ρi ≤ρmax，
其中， ρ min = k ( P pan max - P pan max ) P pan max = 0 且 ρ max = k ( P pan max - P pan min ) P pan max .
诊断模块520亦定义ρDMPPT为机率函数ρmax的最小值，使DMPPT为必须。因此，若ρmax大于ρDMPPT，则会致能DMPPT。此外，将ρdiag定义为机率函数ρmax的最小值，以使诊断函数为必须，其系用以判定未操作于MPP的被部份遮蔽的任何面板502。因此，若ρmax大于ρdiag，则诊断模块520将面板502辨识为被部份遮蔽，且会对于辨识出的面板502实施扫描。
对于相对很小的面板502的不匹配而言，诊断模块520依然可致能DMPPT，但对于更大的不匹配，诊断模块520亦能实施完全诊断扫描。就本身而言，ρDMPPT的值通常小于ρdiag的值。
因此，对于某些实施例而言，当ρmax＜ρDMPPT时，诊断模块520能判定系统500应操作于CMPPT模式，当ρDMPPT＜ρmax＜ρdiag时，系统500应操作于DMPPT模式中，且当ρmax＞ρdiag时，系统500应连同完全诊断扫描操作于DMPPT模式中。
对于该等实施例而言，全诊断扫描可包含对于ρj＞ρdiag的各面板j的电压对功率特性的完整扫描。诊断模块520可个别地根据中央数组控制器510所给定的时序而扫描各面板502的特性。在此方式中，转换级512可持续正常地操作。
当系统500操作于DMPPT模式中时，CS最佳化器530能最佳化转换级512的操作点。对于一实施例而言，转换级512的操作点可设定为常数。然而，对于使用CS最佳化器530的实施例而言，可借由CS最佳化器530最佳化转换级512的操作点。
对于一特定实施例而言，CS最佳化器530能如下述判定转换级512的最佳化操作点。对于第i个功率级506而言，将其工作周期定义为Di，并将其转换比例定义为M(Di)。功率级506设计成具有标称转换比例M0。因此，尽可能地接近于M0而操作功率级506能够提供较高的效率，减少压力，并减少输出电压饱和的可能性。对于包含阶式升降转换器的功率级506而言，M0可为1。
因此，最佳化的原理可定义如下：
Σ i = 1 N M ( D i ) N = M 0
则，
Σ i = 1 N M ( D i ) = Σ i = 1 N I pan , i I out , i η i ≈ 1 I LOAD Σ i = 1 N I pan , i
其中，Ipan，i是第i个功率级506的输入电流，Iout，i是第i个功率级506的输出电流，ηi是第i个功率级506的效率，ILOAD是转换级512的输入电流。因此，最佳化的原理可重新撰写如下：
I LOAD = Σ i = 1 N I pan i N M 0 .
CS最佳化器530可借由在转换级512的输入端口使用标准电流模式控制技术而达成最佳化，使转换级512的输入电流设定为ILOAD。
图8为根据揭示内容的一个实施例，显示对于能量产生系统500选择集中式MPPT或分布式MPPT的方法800。方法800的实施例仅为说明性。可在不脱离揭示内容的范围内实现方法800的其它实施例。
方法800以诊断模块520设定定时器作为开始(步骤802)。诊断模块520可使用定时器以循环方式而触发方法800的初始化。然后，诊断模块520分析系统500中的能量产生装置，例如面板502(步骤804)。例如，对于某些实施例而言，诊断模块520可借由计算各个面板502的面板功率Ppan而分析面板502，然后根据Ppan的该等计算值判定数个其它值，如以上有关图5所述。举例而言，诊断模块520可判定计算值Ppan的最大值及最小值(分别为Ppan，max及Ppan，min)，接着使用该等最大值及最小值以计算各面板502被完全遮蔽或是被部份遮蔽的机率(ρ)。诊断模块520亦可判定所计算的机率的最大值ρmax。
在分析面板502(步骤804)之后，诊断模块520可判定光伏打系统500是否操作于准理想的条件下(步骤806)。例如，对于某些实施例而言，诊断模块520可将计算出的面板502被遮蔽的机率的最大值(ρmax)及预定DMPP(ρDMPPT)予以比较。若ρmax小于，ρDMPPT，则面板502的最大输出功率及最小输出功率够接近，因此，可将面板502之间的不匹配视为极小，且系统500可视为操作于准理想条件下。若ρ-max不小于ρDMPPT，则面板502的最大输出功率及最小输出功率相差够大，使得面板502之间的不匹配不能视为极小，且系统500视为没有在准理想条件下操作。
若诊断模块520判定系统500没有操作于准理想条件下(步骤806)，则控制模块525致能局部控制器508(步骤808)，并停止全域控制器540(步骤810)，借此将系统500设于DMPPT模式中。因此，在此情况中，局部控制器508对各个面板502实施MPPT。
因为是对于面板502之间具有相对很小不匹配情况而使用DMPPT模式，则即使当被遮蔽的面板502的机率为低(但不是极低)时，诊断模块520可判定系统500为没有操作于准理想条件下。因此，在进入DMPPT模式之后，诊断模块520判定被遮蔽的面板502的机率是否为高(步骤812)。例如，诊断模块520可将面板502被遮蔽的最大机率(ρmax)及预定的诊断临限值(ρdiag)予以比较。若ρmax大于ρdiag，则面板502的最大输出功率及最小输出功率相差够大，使面板502之间的不匹配的机率视为相对的下极高，因此，至少一个面板502被遮蔽的机率很高。
若面板502被遮蔽的机率很高(步骤812)，则诊断模块520对于有可能被遮蔽的任何一个面板502实施全特性扫描(步骤814)。例如，诊断模块520可借由对于各个面板502比较面板被遮蔽的机率(ρ)与诊断临限值(ρdiag)，而辨识出可能被遮蔽的面板502。若特定面板的ρ大于ρdiag，则特定面板502的输出功率与系统500中的一面板502的最大输出功率相差够大，则特定面板502至少被部份遮蔽的机率相对很高。
在实施完全特性扫描时，诊断模块520可根据中央数组控制器510所提供的时序，对于有可能被遮蔽的各个面板502个别地实施电压对功率特性扫描。在此方式中，转换级512可继续在扫描期间正常地操作。
若在实施任何完全特性扫描的期间中，诊断模块520判定任一面板502为不足实施(即，操作于局部最大功率点(MPP)，例如局部MPP 720，而非实际的MPP，例如MPP725)，则控制模块525可对于该等不足实施的面板502提供校正(步骤816)。
在此时，或是若面板502被遮蔽的机率不高(步骤812)，诊断模块520判定定时器是否届期(步骤818)，表示方法800必须再次被初始化。一旦定时器届期(步骤818)，诊断模块520即重设定时器(步骤820)，并开始再次分析面板502(步骤804)。
若诊断模块520判定系统500操作于准理想条件下(步骤806)，则控制模块525停止局部控制器508(步骤822)并致能全域控制器540(步骤824)，借此将系统500设于CMPPT模式中。因此，在此情况中，全域控制器540对整个系统500实施MPPT。
且在此时，诊断模块520判定定时器是否届期(步骤818)，表示方法800必须再次被初始化。一旦定时器届期(步骤818)，诊断模块520即重设定时器(步骤820)，并开始再次分析面板502(步骤804)。
尽管图8已显示在集中式及分布式MPPT之间作选择的方法800的范例，但可对于方法800作出各种变更。例如，尽管系配合光伏打系统而描述方法800，但方法800仍可用于其它能量产生系统500，例如风力涡轮系统、燃料电池系统。更进一步，尽管系配合图5的系统500而描述方法800，应了解，在不脱离揭示内容的范围之内，方法800可用于任何合适地设置的能量产生系统。此外，尽管所示者为一连串步骤，但方法800中的步骤可重迭、平行发生、发生多次或是以不同顺序发生。
图9为根据揭示内容的一个实施例，显示用以在能量产生系统中启动及停止一局部转换器904的局部控制器908的系统900。系统900包含能量产生装置902(被称为光伏打面板902)，及局部转换器904。局部转换器904包含功率级906、局部控制器908及启动器910。
局部转换器904可表示图1中的局部转换器104、图2或3中的局部转换器204其中的一个，且/或图5的局部转换器504其中的一个，然而，应了解，在不脱离揭示内容的范围之内，局部转换器904可实现在任何合适设置能量产生系统中。因此，应了解，系统900可串联耦接且/或是并联耦接至其它类似的系统900，以形成能量产生数组。
对于所述实施例而言，启动器910系耦接于面板902及局部控制器908之间。对于某些实施例而言，启动器910能根据面板902的输出电压而启动及停止局部控制器908。当面板902的输出电压太低时，启动器910能提供实质上为零的供给电压至局部控制器908，借此关闭局部控制器908。当面板902的输出电压较高时，启动器910能提供非零的供给电压至局部控制器908，以使局部控制器908为运作。
应了解，除了提供供给电压至局部控制器908之外，启动器910能以任何合适的方式启动及停止局部控制器908。例如，对于一替换性实施例而言，启动器910可设定局部控制器908的一个或更多个接脚，以启动及停止局部控制器908。对于另一替换性实施例而言，启动器910能将第一个预定值写入局部控制器908中的第一个缓存器，以启动局部控制器908，并将第二个预定值(根据特定实施手段而可与第一个预定值相同或是不同)写入局部控制器908中的第一个缓存器或是第二个缓存器，以停止局部控制器908。
因此，系统900不使用电池或是外部电源就能使局部转换器904自发性操作。当太阳辐射够高时，输出面板电压Vpan增加到使启动器910开始产生非零的供给电压VCC的位准。此时，局部控制器908且/或中央数组控制器(未显示于图9中)可开始实施启动程序，例如缓存器的初始化，面板902之间的初步电压比较，模拟到数字转换器校准，频率同步或是频率插入，功率级906的同步启动等。相似地，在停止系统900之前，可实施停止程序，例如在单独应用情况中，与备份单元的同步化，与功率级906的同步停止等。在该等停止程序期间中，启动器910仍能保持本身为启动的。
此外，对于某些实施例而言，启动器910能够对局部转换器904提供过功率保护。如上述与图3相关的说明，为局部控制器208的一部份的MPPT控制区块304可提供过功率保护。然而，作为包含启动器910的系统的替换性实施例，反而是启动器910能提供此种保护功能。因此，对于此替换性实施例而言，若输出电流下降到太低，则启动器910可能会关闭局部控制器908的MPPT功能，使面板电压Vpan几乎等于输出电压Vout。
图10为根据揭示内容的一个实施例，显示系统900的装置电压随着时间而改变的图920。对于光伏打面板902而言，在太阳辐射位准在启动器910的电压启动位准(Vt-on)附近震荡的情况中，使用相同的电压启动位准作为电压停止位准(Vt-off)会产生不想要的系统900多次启动及停止。因此，如图920所示，使用较低的电压停止位准，以避免此种现象。借由使用较低的电压停止位准，系统900可维持一致的启动，直到太阳辐射位准充分下降使得面板电压下降到低于电压启动位准为止。因此，可避免频繁的启动及停止，而对系统900提供噪声免疫。
对于某些实施例而言，在面板电压超出使局部控制器908启动的电压启动位准之后，若面板电压下降至低于电压启动位准，则局部控制器908开始停止程序，以能够比面板电压持续下降到低于电压停止位准时更快速地停止。此外，对于某些实施例而言，在到达电压停止位准之前，在某些情况中，局部控制器908能关闭启动器910及其本身。
图11为根据揭示内容的一个实施例，显示启动器910。对此实施例而言，启动器910包含电源930、多数个电阻R1、R2、R3及二极管D。电阻R1及R2串联耦接至电源930的输入节点(IN)及地面之间。二极管及电阻R3串联耦接至电源930的输出节点(OUT)及节点940之间，电阻器R1及R2在节点940耦接。此外，电源930的停止节点(SD)亦耦接至节点940。
电源930能在输入节点接收面板电压Vpan，并在输出节点产生对于局部控制器908的供应电压VCC。若电源930的控制电路所判定的停止节点的电压位准超出规定的电压V0，则电源930的停止节点致能电源930的操作，且若停止节点的电压位准下降到低于规定的电压V0，则停止节点停止电源930的操作。
当电源930关闭时，二极管不会导通，且停止节点的电压以下式表示：
V SD , t - on = V pan R 2 R 1 + R 2 .
当电压VSDt-on超出值V0时，二极管开始导通，且停止节点的电压变成：
V SD , t - off = V pan R 2 / / R 3 R 1 + R 2 / / R 3 + ( V cc - V d ) R 1 / / R 2 R 3 + R 1 / / R 2 ,
其中，Vd为二极管压降，且
Figure BPA00001278885300243
当电压VSD，t-off下降到低于V0时，电源930被关闭。因此可根据电阻R1、R2及R3的电阻值判定开启及关闭电压临限值。
图12为根据揭示内容的一个实施例，显示用以启动及停止局部转换器904的方法1200。方法1200的实施例仅为说明性。可在不脱离揭示内容的范围内实现方法1200的其它实施例。
方法1200以能量产生装置或是面板902操作于开路条件作为开始(步骤1202)。在此条件中，因为面板902输出的面板电压太低，所以启动器910并未启动局部转换器908。启动器910监控面板电压(Vpan)直到面板电压超出电压启动位准(Vt-on)为止(步骤1204)。
一旦启动器910判定面板电压已超出电压启动位准(步骤1204)，则启动器910借由开启局部控制器908开始启动局部转换器904(步骤1206)。例如，启动器910可借由对于局部控制器908产生非零的供给电压VCC，而开始启动局部转换器904。对其他实施例而言，启动器910可借由设定局部控制器908的一个或更多个接脚，或是借由将第一个预定值写入局部控制器908的第一个缓存器中，而开始启动局部转换器904。然后局部控制器908及/或中央数组控制器对局部转换器904实施启动程序(步骤1208)。例如，启动程序可包含缓存器的初始化，面板902之间的初步电压比较，模拟到数字转换器校准，频率同步化或是插入，包含功率级906的一连串面板的同步启动等。
局部控制器908以预定的转换比例操作功率级906(步骤1210)，直到操作串中的其它功率级906为止(步骤1212)。一旦串中的各个面板902具有一操作中的功率级906(步骤1212)，局部控制器908将面板电流(Ipan)及启动电流位准(Imin)予以比较(步骤1214)。若面板电流大于启动电流位准(步骤1214)，则局部控制器908开始正常地操作(步骤1216)。因此，局部控制器908开始对于功率级906实施MPPT。
在此方式中，可自动同步化能量产生系统中的全部局部控制器908的启动。此外，若仅有光伏打系统中的面板902的子组合产生高得足以启动该启动器910的电压，则可在各功率级906中包含单向开关(例如开关314)，以容许操作其余的面板902。
局部控制器908持续比较面板电流与启动电流位准(步骤1218)。若面板电流少于启动电流位准(步骤1218)，则局部控制器908设定一停止定时器(步骤1220)。然后，局部控制器908重新以预定的转换比例操作功率级906(步骤1222)。然后局部控制器908及/或是中央数组控制器对于局部转换器904实施停止程序(步骤1224)。例如，停止程序可包含在单独应用的情况中，与备份单元的同步化，与功率级906的同步停止等。
然后局部控制器908判定停止定时器是否届期(步骤1226)。如此则容许面板电流上升到超过启动电流位准的时间。因此，局部控制器908为停止预作准备，但等待以确保应实际执行停止。
因此，只要停止定时器尚未届期(步骤1226)，局部控制器908仍会将面板电流与启动电流位准予以比较(步骤1228)。若面板电流持续保持在少于启动电流位准(步骤1228)，则局部控制器908继续等待停止定时器届期(步骤1226)。若在定时器届期(步骤1226)之前，面板电流变成大于启动电流位准(步骤1228)，则局部控制器908借由对功率级906实施MPPT而能再次正常地操作(步骤1216)。
然而，若在面板电流少于启动电流位准时(步骤1228)，停止定时器届期(步骤1226)，则局部控制器908关闭功率级906及局部控制器908，且再次在开路条件的下操作面板902(步骤1230)。对于某些实施例而言，启动器910可借由产生零供应电压VCC予局部控制器908而完成局部转换器904的停止。对于其它实施例而言，启动器910可借由设定局部控制器908的一个或更多个接脚，或是借由将第二个预定值写入局部控制器908中的第一个缓存器或是第二个缓存器，而完成局部转换器904的停止。在此时，启动器910再次监控面板电压，直到面板电压超出电压启动位准为止(步骤1204)，重新初始化启动处理。
尽管图12显示者为用以启动及停止局部转换器904的方法1200的范例，但可对方法1200作出各种变更。例如，尽管系以光伏打面板来说明方法1200，但方法1200可用于其它能量产生装置902，例如风力涡轮、燃料电池等。更进一步，尽管系参照图9的局部控制器908及启动器910来说明方法1200，应了解，在不脱离揭示内容的范围内，局部控制器908及启动器910可用于任何合适地配置的能量产生系统。且，尽管如图所示者为一连串的步骤，但方法1200中的步骤可以重迭，平行发生，发生多次，或是以不同顺序发生。
尽管上述说明系参照特定实施例，但应了解者为，所述的某些构件、系统及方法可用于水平电泳槽(sub-cell)、单一电池、面板(亦即，电池数组)、面板数组及/或是面板数组组成的系统。举例而言，尽管上述的局部转换器各连接于一面板，但相似的系统可实施为一局部转换器连接于面板中的各个电池，或是一局部转换器连接于各排面板。此外，上述的某些构件、系统及方法可用于除了光伏打装置之外的其它能量产生装置，例如风力涡轮、燃料电池等。
有益者为提出用于此份专利文件中的某些字词及词组的定义。「耦接」的术语及其衍生物指的是两个或更多个构件之间的直接或是间接通讯，无论该等构件是否为彼此实际接触。「传送」、「接收」、及「通讯」的术语及其衍生物包含直接及间接通讯。「包括」及「包含」的术语及其衍生物表示包含但不限于。「或是」的术语是包含性的，表示及/或是。「各个」的术语表示所指的项目中的至少一个子组合的其中每一个。「相关于」及「与其相关」的词组及其衍生物表示用以包含、包含在内、与之互联、包含、包含在内、连接至或连接于、耦接至或耦接于、与其通讯、与其协同合作、插入、并列、接近于、接合至或接合于、具有、具有某种特性等。
尽管已利用特定实施例及相关的方法说明揭示内容，但熟知本技艺者当可轻易了解对此等实施例及方法的代换及组合。因此，上述例示性实施例的说明并不是用以界定或是限制揭示内容。可在不脱离揭示内容的精神及范围内，其它变更、取代、及轮替亦有可能，如后附的权利要求范围所定义。

Claims (46)

1.一种在能量产生系统中的集中式与分布式最大功率点追踪间作选择的方法，该能量产生系统包含多数个能量产生装置，各该等能量产生装置耦接至一对应的局部转换器，各个该局部转换器包含用于该对应的能量产生装置的一局部控制器，该方法包含：
判定该等能量产生装置是否操作于准理想条件下；
当该等能量产生装置操作于准理想条件下时，将该能量产生系统设于一集中式最大功率点追踪(CMPPT)模式中；及
当该等能量产生装置并非操作于准理想条件下时，将该能量产生系统设于一分布式最大功率点追踪(DMPPT)模式中。
2.如权利要求1所述的方法，将该系统设于该CMPPT模式中包含去能该等局部控制器及致能一全域控制器。
3.如权利要求1所述的方法，将该系统设于该DMPPT模式中包含致能该等局部控制器及去能一全域控制器。
4.如权利要求1所述的，更包含当该系统为在该DMPPT模式中时，判定至少一个该等能量产生装置被遮蔽的机率是否高于一预定临限值。
5.如权利要求4所述的方法，更包含当判定至少一个该等能量产生装置被遮蔽的该机率高于该预定临限值时：
辨识至少一个有可能被遮蔽的能量产生装置；及
对各个被辨识为有可能被遮蔽的能量产生装置执行一完整特性扫描。
6.如权利要求5所述的方法，更包含：
根据该完整特性扫描辨识至少一个表现不足的能量产生装置；及
对各个被辨识为表现不足的能量产生装置提供一校正。
7.如权利要求1所述的方法，判定该等能量产生装置是否操作于准理想条件下包含：
对各个该能量产生装置而言，根据相关联于各该等能量产生装置的一输出功率值，计算该能量产生装置被遮蔽的一机率；
辨识该计算出的机率的一最大值；
比较该计算出的机率的该最大值与一DMPPT临限值；及
当该计算出的机率的该最大值少于该DMPPT临限值时，判定该等能量产生装置为操作于准理想条件下。
8.如权利要求7所述的方法，更包含当该系统为在该DMPPT模式中时，比较该计算出的机率的该最大值与一诊断临限值。
9.如权利要求8所述的方法，更包含当该计算出的机率的该最大值大于该诊断临限值时，(i)将各该等具有该能量产生装置被遮蔽的一计算出的机率大于该诊断临限值的能量产生装置辨识为一有可能被遮蔽的能量产生装置，及(ii)对于各个该被辨识为有可能被遮蔽的能量产生装置执行一完整特性扫描。
10.如权利要求9所述的方法，更包含(i)根据该完整特性扫描辨识至少一个表现不足的能量产生装置，及(ii)对各个该被辨识为表现不足的能量产生装置提供一校正。
11.如权利要求1所述的方法，该等能量产生装置包含光伏打面板。
12.一种在能量产生系统中的集中式与分布式最大功率点追踪间作选择的方法，该能量产生系统包含多数个能量产生装置，各该等能量产生装置耦接至一对应的局部转换器，各个该局部转换器包含用于该对应的能量产生装置的一局部控制器，该方法包含：
计算各该等能量产生装置的一输出功率值；
对各个该能量产生装置而言，根据该等能量产生装置的该等输出功率值计算该能量产生装置被遮蔽的一机率；
辨识该计算出的机率的一最大值；
比较该计算出的机率的该最大值与一分布式最大功率点追踪(DMPPT)临限值；
当该计算出的机率的该最大值少于该DMPPT临限值时，将该能量产生系统设于一集中式最大功率点追踪(CMPPT)模式中；及
当该计算出的机率的该最大值等于或是大于该DMPPT临限值时，将该能量产生系统设于一DMPPT模式中。
13.如权利要求12所述的方法，更包含当该系统为设于该DMPPT模式中时，判定至少一个该等能量产生装置被遮蔽的一机率是否高于一预定临限值。
14.如权利要求13所述的方法，判定至少一个该等能量产生装置被遮蔽的该机率是否高于该预定临限值包含比较该计算出的机率的该最大值与一诊断临限值。
15.如权利要求14所述的方法，更包含当该计算出的机率的该最大值大于该诊断临限值时，(i)将各该等具有能量产生装置被遮蔽的一计算出的机率大于该诊断临限值的能量产生装置辨识为一有可能被遮蔽的能量产生装置，(ii)对各个该被辨识为有可能被遮蔽的能量产生装置执行一完整特性扫描，(iii)根据该完整特性扫描辨识至少一个表现不足的能量产生装置，及(iv)对各个该被辨识为表现不足的能量产生装置提供一校正。
16.如权利要求12所述的方法，该等能量产生装置包含光伏打面板。
17.一种中央数组控制器，能在能量产生系统的集中式与分布式最大功率点追踪之间作选择，该能量产生系统包含多数个能量产生装置，各该等能量产生装置耦接至一对应的局部转换器，各个该局部转换器包含用于该对应的能量产生装置的一局部控制器，该中央数组控制器包含：
一诊断模块，能判定该等能量产生装置是否操作于准理想条件下；及
一控制模块，当该等能量产生装置操作于准理想条件下时，能将该能量产生系统设于一集中式最大功率点追踪(CMPPT)模式中，及当该等能量产生装置并非操作于准理想条件下时，将该能量产生系统设于一分布式最大功率点追踪(DMPPT)模式中。
18.如权利要求17所述的中央数组控制器，该控制模块借由去能该等局部控制器并致能一全域控制器而能将该系统设于该CMPPT模式中。
19.如权利要求17所述的中央数组控制器，该控制模块借由致能该等局部控制器及去能一全域控制器而能将该系统设于该DMPPT模式中。
20.如权利要求17所述的中央数组控制器，当该系统为于该DMPPT模式中时，该诊断模块能更进一步判定至少一个该等能量产生装置被遮蔽的一机率是否高于一预定临限值。
21.如权利要求20所述的的中央数组控制器，当判定至少一个该等能量产生装置被遮蔽的该机率高于该预定临限值时，该诊断模块能更进一步(i)辨识至少一个有可能被遮蔽的能量产生装置，及(ii)对各个该被辨识为有可能被遮蔽的能量产生装置执行一完整特性扫描。
22.如权利要求21所述的中央数组控制器，该诊断模块能更进一步(i)根据该完整特性扫描辨识至少一个表现不足的能量产生装置，及(ii)对各个该被辨识为表现不足的能量产生装置提供一校正。
23.如权利要求17所述的中央数组控制器，该等能量产生装置包含光伏打面板。
24.一种在能量产生数组中启动多数个能量产生装置其中的一个的局部转换器的方法，该局部转换器包含一功率级及一局部控制器，该方法包含：
比较该能量产生装置的一装置电压与一电压启动位准；及
当该装置电压超出该电压启动位准时，自动启动该局部转换器。
25.如权利要求24所述的方法，自动启动该局部转换器包含产生用于该局部控制器的一非零供应电压。
26.如权利要求24所述的方法，自动启动该局部转换器包含设定该局部控制器的至少一个接脚。
27.如权利要求24所述的方法，自动启动该局部转换器包含将一预定值写入该局部控制器中的一缓存器。
28.如权利要求24所述的方法，自动启动该局部转换器包含执行该局部转换器的启动程序，该启动程序包含缓存器初始化、频率同步化、在该数组中的该等能量产生装置的至少一子组合的电压比较、及该数组中的该等能量产生装置的至少一子组合的同步启动其中至少一个。
29.如权利要求24所述的方法，包含于一串能量产生装置中的该能量产生装置自动启动该局部转换器包含：以一预定转换比例操作该功率级，直到一功率级在该串中的各个该能量产生装置中为操作中的为止。
30.如权利要求24所述的方法，自动启动该局部转换器包含：
比较该能量产生装置的一装置电流与一启动电流位准；及
当该装置电流超出该启动电流位准时，利用该局部控制器对该能量产生装置执行最大功率点追踪。
31.如权利要求30所述的方法，更包含当该装置电流下降到低于该启动电流位准时，借由监控该装置电流一段指定时间期间，自动停止该局部转换器，及当该装置电流保持低于该启动电流位准达该段指定时间期间时，完成该局部转换器的停止。
32.如权利要求24所述的方法，该等能量产生装置包含光伏打面板。
33.一种在能量产生数组中停止多数个能量产生装置其中的一个的局部转换器的方法，该局部转换器包含一功率级及一局部控制器，该方法包含：
将该能量产生装置的一装置电流与一启动电流位准予以比较；及
当该装置电流下降到低于该启动电流位准时，自动停止该局部转换器。
34.如权利要求33所述的方法，自动停止该局部转换器包含产生用于该局部控制器的一零供应电压。
35.如权利要求33所述的方法，自动停止该局部转换器包含设定该局部控制器的至少一个接脚。
36.如权利要求33所述的方法，自动停止该局部转换器包含将一预定值写入该局部控制器中的一缓存器。
37.如权利要求33所述的方法，自动停止该局部转换器包含实施该局部转换器的停止程序，该停止程序包含与一备份单元的同步、及该数组中的该等能量产生装置的至少一子组合的同步停止其中至少一个。
38.如权利要求33所述的方法，自动停止该局部转换器包含：
监控该装置电流一段指定时间期间；及
当该装置电流维持低于该启动电流位准达该指定时间期间时，完成该局部转换器的停止。
39.如权利要求33所述的方法，该等能量产生装置包含光伏打面板。
40.一种启动及停止能量产生数组中的多数个能量产生装置其中一个的局部转换器的系统，包含：
一局部控制器，能对该能量产生装置执行最大功率点追踪，及能开启及关闭该局部转换器的一功率级；及
一启动器，耦接至该局部控制器，该启动器能自动启动及停止该局部控制器。
41.如权利要求40所述的系统，该启动器包含一电源，能产生用于该局部控制器的一供应电压。
42.如权利要求41所述的系统，当该能量产生装置的一装置电压超出一电压启动位准时，该启动器能借由利用该电源产生一非零供应电压而自动启动该局部控制器。
43.如权利要求42所述的系统，当该能量产生装置的一装置电流下降到低于一启动电流位准时，该启动器能借由利用该电源产生一零供应电压而自动停止该局部控制器。
44.如权利要求41所述的系统，该电源包含一停止节点，当该停止节点的一电压位准大于一指定电压时，该电源能产生一非零供应电压，且当该停止节点的该电压位准小于或是等于该指定电压时，该电源能产生一零供应电压。
45.如权利要求44所述的系统，该电源更包含一输入节点及一输出节点，该启动器更包含一第一电阻、一第二电阻、一第三电阻及一二极管，该第一及第二电阻串连耦接于该输入节点与一地端之间，该第三电阻及该二极管串联耦接于该输出节点与一节点之间，该第一及第二电阻在该节点相耦接，且该停止节点耦接至该第一及第二电阻相耦接的该节点。
46.如权利要求40所述的系统，该等能量产生装置包含光伏打面板。
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