CN102420523A - 光伏功率转换器和闭环最大功率点追踪 - Google Patents

光伏功率转换器和闭环最大功率点追踪 Download PDF

Info

Publication number
CN102420523A
CN102420523A CN2011102235737A CN201110223573A CN102420523A CN 102420523 A CN102420523 A CN 102420523A CN 2011102235737 A CN2011102235737 A CN 2011102235737A CN 201110223573 A CN201110223573 A CN 201110223573A CN 102420523 A CN102420523 A CN 102420523A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power converter
controller
input
converter according
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011102235737A
Other languages
English (en)
Inventor
詹姆斯·西加马尼
扬西·F·博卡托
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Astec International Ltd
Original Assignee
Astec International Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Astec International Ltd filed Critical Astec International Ltd
Publication of CN102420523A publication Critical patent/CN102420523A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02016—Circuit arrangements of general character for the devices
    • H01L31/02019—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02021—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H02J2300/26—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin involving maximum power point tracking control for photovoltaic sources
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/40—Synchronising a generator for connection to a network or to another generator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

公开了用于光伏(PV)系统的功率转换器和最大功率点追踪技术。一种示例性的用于PV系统的功率转换器包括用于耦合到PV系统的输入、用于提供输出电压的输出、以及耦合在输入与输出之间的开关。该输入被配置成从PV系统接收输入电压(Vin)和输入电流(Iin)。功率转换器包括被配置成使用控制信号C控制开关的操作的控制器。C至少是输入电压、输入电流和变量(K)的函数。

Description

光伏功率转换器和闭环最大功率点追踪
技术领域
本公开内容涉及光伏功率转换器和闭环最大功率点追踪。
背景技术
本部分提供了不一定属于现有技术的、与本公开内容有关的背景信息。
光伏(PV)电池(通常还被称作太阳能电池)从光能生成电功率。可以单独地或以阵列耦合到一起地使用PV电池。PV电池具有如下工作点：在该点，PV电池输出的电流和电压的值将产生最大功率输出。该点通常被称作最大功率点(MPP)。特定电池的MPP根据PV电池正工作所处的条件而改变。例如，PV电池的辐射量、PV电池的温度等将影响MPP的位置。
在PV系统中使用各种最大功率点追踪(MPPT)技术，以通过连续追踪MPP而使PV阵列输出功率最大。一些已知的MPPT使用开环控制方法，诸如扰动观察法、增量电导法等。这些开环控制方法往往操作PV电池以在MPP附近振荡(通常不曾在扩展时间段内稳定于MPP处)。在一些示例中，当条件(例如，温度、辐射等)的改变是快速的时，一些已知开环控制方法会滑离MPP。
发明内容
本部分提供了本公开内容的总体概述，并且不是其全范围或其所有特征的综合公开内容。
根据本公开内容的一个方面，公开了一种用于光伏(PV)系统的功率转换器。该功率转换器包括用于耦合到PV系统的输入。该输入被配置成从PV系统接收输入电压(Vin)和输入电流(Iin)。功率转换器包括用于提供输出电压的输出和耦合在输入与输出之间的开关。功率转换器包括被配置成使用控制信号C控制开关的操作的控制器。C是至少输入电压、输出电压和变量(K)的函数。
根据另一个方面，用于光伏(PV)系统的功率转换器包括用于耦合到PV系统的输入。该输入被配置成从PV系统接收输入电压和输入电流。功率转换器包括用于将输出电压提供给负载的输出和耦合在输入与输出之间的开关。功率转换器包括被配置成控制开关的操作以在最大功率点操作PV系统的控制器。控制器至少根据输入电压、输出电压和变量最大功率设置点(K)来控制开关的操作。控制器还被配置成控制负载以控制功率转换器的输出电压。
下面描述了合并有这些方面的一个或更多个的功率转换器和PV系统的一些示例性实施例。根据以下的描述，其它方面和应用范围将变得明显。应理解，可以单独地或者与一个或更多个其它方面结合地实现本公开内容的各方面。还应理解，这里描述和具体示例被提供仅用于说明的目的，而非旨在限制本公开内容的范围。
附图说明
这里描述的附图仅用于说明选定实施例而非所有可能实现的目的，并非旨在限制本公开内容的范围。
图1是根据本公开内容的各方面的光伏系统的简化图。
图2是用于在图1的系统中使用的示例性PI控制器的基本表示。
图3是用于确定图1的系统的MPPT变量的电路的示例性框图。
图4是针对各水平辐射、在二十五摄氏度的电池温度下的薄膜PV电池的示例性IV曲线。
图5是根据本公开内容的方面的另一光伏系统的图。
图6是具有可调负载和负载控制块的图5的系统。
图7是使用平均电流模式控制的根据本公开内容的方面的另一光伏系统的图。
图8是根据本公开内容的方面的并网PV系统的块示意图。
图9是包括根据本公开内容的方面的非隔离并网逆变器的PV系统。
图10是根据本公开内容的方面的另一并网PV系统。
图11是根据本公开内容的各方面的具有平均电流模式控制的并网逆变器。
在附图的几个视图中，对应的附图标记表示对应的部件。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述示例性实施例。
提供了示例性实施例，使得本公开内容将是透彻的，并且将范围完全传达给本领域的技术人员。阐述了多个具体细节，诸如具体部件、装置和方法的示例，以提供对本公开内容的实施例的透彻理解。本领域的技术人员将清楚不一定使用具体细节，能够以许多不同形式来实施示例性实施例，以及不应被构造为限制本公开内容的范围。在一些示例性实施例中，没有详细描述公知的处理、公知的装置结构和公知的技术。
这里使用的术语仅用于描述具体示例性实施例的目的，而非旨在限制。如这里所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”还可以旨在包括复数形式，除非上下文另有清楚说明。术语“包括了”、“包括”、“包含”和“具有”是包括性的，并且因此指定提到的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，而不排除一个或更多个特征、整体、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组的存在或添加。这里描述的方法步骤、处理和操作不被构造为必须要求以讨论的或示出的特定顺序来执行，除非具体识别为执行顺序。还应理解，可以使用附加或替选步骤。
当认为元件或层“在”另一元件或层“上”，“接合到”、“连接到”或“耦合到”另一元件或层时，它可以直接在该另一元件或层上，直接接合到、连接到或耦合到该另一元件或层，或者可以存在介入元件或层。相比之下，当认为元件“直接在”另一元件或层“上”，“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层时，可以不存在介入元件或层。应以相似的方式解释用于描述元件之间的关系的其它词(例如，“在...之间”相对于“直接在...之间”，“邻近”相对于“直接邻近”等)。如这里使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项的一个或更多个的任何和所有组合。
虽然这里可以使用术语第一、第二、第三等来描述各元件、部件、区域、层和/或部，但是这些元件、部件、区域、层和/或部不应局限于这些术语。这些术语可仅用于将一个元件、部件、区域、层或部与另一区域、层或部相区别。这里所使用的诸如“第一”、“第二”的术语和其它数字术语并不表示次序或顺序，除非上下文清楚地指出。因此，在不背离示例性实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部可被称作第二元件、部件、区域、层或部。
根据本公开内容的方面，通过找出最大功率点(MPP)和使用闭环控制算法将光伏(PV)电池的输出电压调节到MPP来完成最大功率点追踪(MPPT)。
该方法可以包括通过调整从PV电池得到的电流来调节PV电池输出电压。
可以连续地或定期地确定MPP。例如，可以在触发事件发生之后再确定MPP。触发事件可以是经过定义的时间段、发生特定改变等。可以触发事件的改变包括例如PV电池的输出电压、输出电流、输出功率等超出阈值的改变。
PV电池输出电压的闭环控制可以使得PV电池输出甚至在辐射快速改变期间能够停留在MPP的附近。例如，当辐射增加时，MPP通常将转移到更高输出电流。PV电池在给定输出电压下还将生成更大的电流。PV电池输出电压的闭环调节可以从PV电池自动获得更大的电流以防止PV电池输出电压上升。最终，MPPT算法将PV电池输出电压调整到新MPP。
图1是实现本公开内容的方面的系统100的简化图。光伏阵列将输入电压和输入电流提供给功率转换器的输入。功率转换器包括用于将输出电压提供给负载的输出。功率转换器包括耦合在输入与输出之间的开关Q1。控制器被配置成使用控制信号C控制开关Q1的操作。C是输入电压、输入电流和变量K的函数。
功率转换器可以是任何类型的功率转换器，包括例如降压转换器、升压转换器等。功率转换器可以包括未示出的一个或更多个电感器、电容器、二极管等。通过功率转换器的平均电流以及由此从PV阵列得到的平均电流通常是与开关Q1的占空比成比例的。
通过闭环控制系统来控制开关Q1的占空比。通过从控制信号C减去固定参考电压Vref_mpp来生成该环的误差信号。误差信号被馈送到PI控制器，PI控制器控制提供给开关Q1的PWM信号以将误差信号减小到约零。图2是用于在系统100中使用的示例性PI控制器的基本表示。F2和F3是定标因子，并且可以是相同的或不同的。对于正误差信号，PI控制器将缓慢增加PWM控制器的占空比，直到误差信号为约零。相反地，对于负误差信号，PI控制器将缓慢减小PWM信号，直到误差信号为约零。因此，闭环将使控制信号C等于参考电压Vref_mpp。替选地，控制器可以控制开关的频率而非占空比。在这样的边界导电模式中，将可以根据输入/输出比和负载来改变开关的频率。
控制信号C是PV阵列电压Vin、变量K、以及较小程度上的PV阵列电流Iin的函数。变量K是MPPT变量。在各实施例中，控制信号C被表示为C＝(Vin*A)^α*((Vin*A)^β+δ*Iin*B)*K，其中，A和B是定标因子，α≥1，β≥1，0≤δ≤1。可以基于PV电池或PV阵列的特性来选择α、β和δ的值。例如，不同的值除了用于薄膜PV电池之外，可以用于晶体PV电池。对于给定的K，较高的δ将产生较高的C，并且因此，将得到较高的输入电流并导致较低的稳定状态输入电压。对于任何具体实施例，在功率转换器的工作期间这些值与A和B一起将是固定值。因此，虽然K保持为恒定的，但是至转换器的输入电流或输入电压的改变将改变C的幅度。因此，控制器将以上述的方式调整开关Q1的操作，以使得误差信号为约零，并且因此使输入电压返回到期望水平。
由此还知道，K的改变将产生输入电压Vin的改变，因为需要新的输入电压Vin以满足C＝Vref_mpp。因此，K的改变会改变闭环的设置点。
在图1所示的电路中，当PV阵列生成的功率增加时，输入电流Iin将自动增加，这是因为闭环将自动调整开关Q1的切换以调节输入电压Vin。以这种方式，系统100通常将追踪PV电池的MPP的改变。因为控制信号C是输入电压Vin和输入电流Iin的函数，所以与C仅是Vin的函数的情况相比，系统100可以更准确地追踪MPP的移动。
因为K用作控制环的设置点，所以控制器可以通过改变K的值来扰动输入电压Vin和输入电流Iin。然后控制器可以观测PV电池传输的功率(例如，输入电压乘以输入电流)，以判定新的K是否提供比旧的K更大或更小的功率。控制器将选择产生更高功率的K并继续使得该K进入闭环。替选地或额外地，除了扰动观察法之外的MPPT算法可以被用于确定K。
在图3中示出了用于确定K的值的一个示例。使用低通滤波器来对输入电压(Vin)和输入电流(Iin)进行滤波，并且以120Hz速率进行采样。F4是定标因子。通过采用以12Hz间隔获得的两个采样之间的差来计算品质dP和dl。基于如下给出的条件来增加或减小K：
条件   K
(dP＞0&dl＜0)或(dP＜0&dl＞＝0) 减小
(dP＞0&dl＞0)或(dP＜0&dl＜0) 增加
以这种方式，MPPT变量K使得系统能够追踪PV阵列的最大功率点作为MPP漂移。MPP会由于PV阵列的辐射、温度的改变等而漂移。注意，根据PV电池的散热程度，辐射的改变还会导致温度的改变，这是因为PV电池将吸收一些辐射作为热量。温度的改变通常导致MPP的改变。
MPPT算法可以连续地运行，并由此连续地更新MPPT变量K，或者可以定期地运行和更新K的值。定期地更新变量K会是更有效率的，因为假定MPP未移动，系统100将度过在MPP处工作的空转时段。相比之下，当寻求MPP时，MPPT算法可以扰动输入电压Vin并移离MPP。因此，如果MPP在一个时间段内是相对恒定的，则连续改变K找出MPP会导致系统100在MPP附近振荡，而不在任何扩展时间段内稳定于MPP。
反而，当控制器定期地更新K的值时，控制器可以等待例如5秒、10秒等的定义的时间段、动态可调的时间段，或者可以等待触发事件。可以基于例如先前K的历史来动态地调节K的更新之间的空转时间。例如，如果最后三个确定的K值相同，则可以扩展空转时段。如果最后三个确定的K值不同，则可以缩短或完全跳过空转时段，直到K稳定下来。其它触发事件可以包括例如输入电压、输入电流等达到定义阈值的改变。
图4示出了针对各辐射水平，在二十五摄氏度的电池温度下的薄膜PV电池的示例性IV曲线。迹线102是200瓦特每平方米(W/m2)的辐射的IV曲线，迹线104是400W/m2的辐射的IV曲线，迹线106是600W/m2的辐射的IV曲线，迹线108是800W/m2的辐射的IV曲线，迹线110是1000W/m2的辐射的IV曲线。在点112，200W/m2下的MPP是约37伏特和0.8安培。在点114，1000W/m2辐射下的MPP是约32.5伏特和4.2安培。
通过举例的方式，假定系统100包括串联连接的十个薄膜PV电池(每个产生图4所示的IV曲线)。在1000W/m2辐射下，MPP是325V，而在200W/m2辐射下，MPP是370V。对Vref_mpp赋值2.5V，A等于4.55*10-3，B等于0.43，δ等于1，并且α和β等于2。如果辐射是1000W/m2，则使得C等于Vref_mpp的K的值是0.286。如果K不改变，则当辐射改变到200W/m2时，C将在Vin为约367V(即，接近370V)时等于Vref_mpp。因此，即使不改变K，该示例性系统也将提供非常良好的MPP追踪。另外，以上述方式改变K可以导致更准确地追踪MPP。
图5示出了另一示例性系统200。PV阵列通过降压功率转换器被耦合到负载。功率转换器包括开关Q1、MPPT控制块、以及降压控制块。降压控制块和MPPT控制块可以是分开的控制器或者单个控制器的部分。
降压控制块利用由其PWM块生成的开关驱动信号来驱动开关Q1。通过从求和器E_MPP接收误差信号的PI控制器PI_mpp来馈送给PWM块。求和器E_MPP将控制信号C与固定参考Vref_mpp进行比较。在工作中，开关Q1的接通时间随着控制信号C增大而增加。
MPPT控制块生成控制信号C，控制信号C是PV阵列电压Vin、MPPT变量K、以及较小程度上的PV阵列电流Iin的函数。在本示例中，C＝Vin*Vin*K。因此，对于给定的K，由于求和器E_MPP、PI控制器PI_mpp、PWM块、开关Q1和MPPT控制块的闭环，功率转换器将调节输入功率(Vin*Iin)。在本示例中，未调节输出电压Vout，并且根据通过负载的输出电流而改变。
通过例如像扰动观察法、增量电导法等的MPPT算法增加和减小MPPT变量K。PV阵列电压将追踪由于上述闭环控制而引起的K的改变。
在替选实施例中，通过C＝Vin^2*(Vin^2+0.05*In)*K给出控制信号C。
如图6所示，系统200可以具有可调负载阻抗。在这样的实施例中，可以通过使用例如图6所示的负载控制块调整负载阻抗来调节功率转换器输出电压Vo。F1和F5是定标因子，并且可以相同或不同。图6中的“负载”表示通过以下级的受控的电流，其例如可以是具有或不具有隔离的逆变器。负载控制块包括调节负载以使得从PV阵列得到的功率最大的求和器E_LOAD和PI控制器PI_load。
图7中示出了另一示例性系统300。系统300包括将功率提供给降压转换器的PV阵列。系统300由控制器来控制，控制器包括MPPT控制块、降压控制块和负载控制块。降压转换器被耦合以对负载提供电力。
附接到图7中的降压转换器的负载表示通过以下级的受控的电流，其可以例如是具有或不具有隔离的逆变器。负载控制块调节负载以使得从PV阵列得到的功率最大。
通常，系统300使用闭环控制以通过调整负载阻抗来调节输出电压(即，提供给负载的电压)。输出电压的设置点是固定的。通过调整开关Q1的占空比来(闭环)调节输出电流。输出电流设置点取决于至降压转换器的输入电压、至降压转换器的输入电流、以及通过MPPT算法设置的MPP变量K。通过调整输出电流(即，通过调整开关Q1的占空比)来闭环调节输入电压(即，PV阵列输出电压)。输入电压设置点取决于MPP变量K。
在系统300中，使用平均电流模式控制技术来实现降压转换器的控制。替选地，可以有效地使用诸如电压模式控制、峰值电流模式控制等的其它控制方法。
降压控制具有两种操作模式。在第一模式中，通过调整开关Q1的接通时间来调节输出电压Vo。该模式被称作启动模式。在第二模式中，通过下述的负载控制块来调节输出电压Vo。该模式被称作操作模式。
在启动模式中，求和器E_BUCK将定标输出电压Vo与固定参考Vref进行比较，并且误差被送入PI控制器PI_Vo，其输出设置降压电感器电流参考B。在该模式中，使MPPT失效，并且输入到乘法器MUL的信号A等于1。因此，乘法器MUL输出是B，将其与电感器电流IL进行比较。该误差信号被送入PI控制器PI_IL，PI控制器PI_IL进而通过PWM块来控制降压的占空比。以这种方式，降压控制调节输出电压Vo。
在操作模式中，当使MPPT激活时，求和器E_mpp计算Vref_mpp与C之间的误差，并驱动PI控制器PI_mpp。PI_mpp的输出通过乘法器MUL改变电感器电流参考B。在该模式中，B是饱和的并由此是恒定的。然而，信号A基于C与Vref_mpp之间的差而保持可变。因此，信号A以及间接的C仍控制电感器电流。结果，在它处于启动模式中时Vo将不会跟随Vref。在PI_IL之后的限制器保证当Vo达到定义最大值时，通过限制PWM占空比，Vo将不会超过指定最大电压。选择Vref_mpp的值使得给定预期MPP电压和电流范围时可以通过改变K的值而使C的值等于Vref_mpp。
负载控制块控制降压转换器的负载电流。通过求和器E_load将输出电压Vo与固定参考Vref1进行比较以生成误差信号。PI控制器PI_load处理误差，并通过根据Vo是否大于/小于Vref1来增加/减小负载而调节Vo。如果Vref1被选择为低于Vref，则通过PI_load调节Vo将使PI_Vo的输出如上所述饱和。例如，如果Vref1＝2.5V对应于400V输出，Vref＝2.6V然后将对应于416V。在Vo大于400V的任何时间，PI_load将反作用并增加负载，直到使Vo返回到400V。当Vo被调节为400V时，E_buck将具有恒定的+ve误差，这将驱使PI_Vo饱和。在启动期间，Vo被调节为416V，最初Vref1被设为2.6V并且缓慢减小到2.5V以开始对负载的软启动。
MPPT控制块增加/减小K，直到输入功率(Vin乘以Iin)达到MPP。MPPT控制块将C的值提供给降压控制块，降压控制块通过将C与固定参考Vref_mpp进行比较而增加/减小输出电压Vo。
如上所述，在启动期间，使PI控制器PI_mpp和PI_load失效，并且信号A被设为1。测量作为PV阵列输出电压的输入电压，并且假定实际定标输入电压的Iin＝0和Vin＝0.85的情况下可以估计K的初始值。因此，初始K可被设为K＝Vref_mpp/(0.85*Vin)4。通过使用测量的Vin的0.85来计算初始K，这是因为PV电池的MPP电压通常是开路电压的85％。当使MPPT激活时，将从该初始值开始K的增加/减小。这将导致高于Vref_mpp的初始计算的C值。Vref被缓慢增加到需要的水平，例如2.6V，以实现软启动。一旦Vo被调节到416V，使PI_mpp和PI_load激活，并且信号A将跟随PI_mpp的输出。因为Vo大于2.5V的Vref1，所以负载将会增加，直到Vo等于400V。在启动期间，仅当输入电压恒定(这指示稳定状态条件)时改变K值。随着负载增加，输入电压将开始降落，直到计算的值C变得等于Vref_mpp，并且输入电压将被调节到该水平，直到K值再次改变。将在K增加/减小的情况之间调节输入电压。K将会增加/减小，如关于MPPT控制块操作所说明的，直到达到MPP。
在快速辐射改变期间，系统300在适当方向上自动调整负载，而不需要响应于由于辐射改变引起的输入电压的改变而改变k。例如，如果辐射增加，则输入电压将会增加。这将导致C的增加值，其效果是通过增加电感器电流来增加输出电压。PI_load将增加负载来调节输出电压。
在一些实施例中，对于系统300而言，5-10秒的恒定辐射足以将K赋值给MPP值。一旦K在MPP处，负载将跟随辐射的改变(如上所讨论的)。因为板温度的改变还将改变MPP，所以可以针对温度的改变来调整K。由于PV板的温度的改变是缓慢的，所以存在很多时间来响应于缓慢改变的MPP调整K。
图8是并网PV系统400的块示意图，其中，来自PV阵列的功率被转换成交流电并被提供给公用设施。
以上系统中使用的预调节器可以是将PV阵列电压转换成适于隔离系统中的隔离级的水平或转换成适于非隔离系统中的逆变器的水平的降压转换器、升压转换器、或降压-升压转换器。可以在系统400中使用上文和下文中描述的控制技术和MPPT追踪技术中的任何一个。
图9是包括非隔离并网逆变器的PV系统500。该系统包括耦合在PV阵列与逆变器块之间的降压转换器。利用平均电流模式控制技术来控制逆变器。PLL被用于生成与电网电压同步的正弦电流参考。来自负载控制块的命令与电流参考相乘以调整到电网的电流。系统500的其余操作与上面说明的相同。
图10是根据本公开内容的另一PV系统600。系统600包括从PV输入直接操作的非隔离并网逆变器。PLL的输出电压B与MPPT控制器输出A相乘以设置输出电流参考。当K为零时，C将为零并由此输出电流将为零。增加C超出Vref_mpp将增加输出电流。K搜索块将连续调整C，直到达到MPP。Vref_mpp被选择为使得在考虑预期温度和辐射改变的所有预期MPP条件的情况下可以使C的值等于Vref_mpp。系统600的其余操作与上面说明的相同。
图11中示出了包括利用平均电流模式控制的并网逆变器的MPPT控制的系统700。如在电压模式控制中提到的那样，使用来自MPPT控制块的控制信号C。在启动期间，使用K＝Vref1/Vin4来计算K值，其中Vin是PV阵列的开路电压。K缓慢增加到计算的K值以实现软启动。在这一点，降压转换器的输出电压将对应于参考电压Vref1。此时，可以使用K搜索算法来增加/减小K的值。K的值的增加将生成E_load的正误差，由于输出电压的定标值将高于Vref1。因此，逆变器负载将增加。相反地，K的减小值将生成E_load的负误差，并且逆变器负载将减小。该增加/减小将继续，直到达到MPP为止。
可以在任何适合的应用中使用上述的系统和方法。例如，在一些实施例中，该系统是微逆变器/转换器、太阳能电池充电器、具有PV输入的独立逆变器等。
可以在单个控制器中或在分开的控制器中实现以上讨论的控制器和控制块。控制器可以是模拟控制器、数字控制器、和/或模拟和数字控制器的组合。能够以多种方式(包括例如硬件、软件等)来实现以上讨论的各控制块。
为了说明和描述的目的，提供了实施例的以上描述。其目的并不是穷尽或限制本公开内容。具体实施例的各元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下是可互换的，并且即使没有具体示出或描述也可以被用于选定的实施例中。还能够以许多方式来改变它们。这样的改变不被认为背离本公开内容，并且所有这样的修改旨在包括在本公开内容的范围之内。

Claims (19)

1.一种用于光伏PV系统的功率转换器，所述功率转换器包括：
用于耦合到所述PV系统的输入，所述输入被配置成从所述PV系统接收输入电压(Vin)和输入电流(Iin)；
用于提供输出电压的输出；
耦合在所述输入与所述输出之间的开关；以及
控制器，被配置成使用控制信号C来控制所述开关的操作，C是至少所述输入电压、所述输入电流和变量K的函数。
2.根据权利要求1所述的功率转换器，其中，所述控制器被配置成使用最大功率点追踪MPPT算法来确定K的值。
3.根据权利要求2所述的功率转换器，其中，所述MPPT算法是扰动观察算法。
4.根据权利要求2所述的功率转换器，其中，所述MPPT算法是增量电导算法。
5.根据权利要求2所述的功率转换器，其中，
C＝(Vin*A)α*((Vin*A)β+δ*Iin*B)*K，
其中，A和B是定标因子，α≥1，β≥1，0≤δ≤1。
6.根据权利要求5所述的功率转换器，其中，A＝B＝1，以及α＝β＝2。
7.根据权利要求2所述的功率转换器，其中，所述控制器被配置成基本连续地再确定所述K的值。
8.根据权利要求2所述的功率转换器，其中，所述控制器被配置成响应于触发事件来再确定所述K的值。
9.根据权利要求8所述的功率转换器，其中，所述触发事件是在所述K的值最后确定之后经过基本固定的时间段。
10.根据权利要求8所述的功率转换器，其中，所述触发事件是所述输入电压或输入电流的大于阈值的幅度改变。
11.根据权利要求1所述的功率转换器，其中，所述控制器被配置成不监测所述输出电压。
12.根据权利要求1所述的功率转换器，其中，所述控制器还被配置成监测所述输出电压。
13.根据权利要求12所述的功率转换器，其中，所述控制器被配置成响应于C和所述输出电压来控制所述开关。
14.根据权利要求12所述的功率转换器，其中，所述控制器还被配置成控制耦合到所述输出的负载以控制所述输出电压的幅度。
15.一种PV系统，包括至少一个PV电池和权利要求1所述的功率转换器。
16.一种用于光伏PV系统的功率转换器，所述功率转换器包括：
用于耦合到所述PV系统的输入，所述输入被配置成从所述PV系统接收输入电压和输入电流；
用于将输出电压提供给负载的输出；
耦合在所述输入与所述输出之间的开关；以及
控制器，被配置成控制所述开关的操作以在最大功率点处操作所述PV系统，所述控制器至少根据所述输入电压、所述输入电流和变量最大功率设置点(K)来控制所述开关的操作，所述控制器还被配置成控制所述负载以控制所述功率转换器的所述输出电压。
17.根据权利要求16所述的功率转换器，其中，所述控制器还被配置成定期地确定K的值。
18.根据权利要求17所述的功率转换器，其中，所述控制器被配置成在所述K的值的最后确定后经过了定义的时间段之后确定所述K的值。
19.根据权利要求17所述的功率转换器，其中，所述控制器被配置成在触发事件发生之后确定所述K的值。
CN2011102235737A 2010-09-28 2011-08-01 光伏功率转换器和闭环最大功率点追踪 Pending CN102420523A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/892,646 US20120075898A1 (en) 2010-09-28 2010-09-28 Photovoltaic Power Converters and Closed Loop Maximum Power Point Tracking
US12/892,646 2010-09-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102420523A true CN102420523A (zh) 2012-04-18

Family

ID=45870510

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011102235737A Pending CN102420523A (zh) 2010-09-28 2011-08-01 光伏功率转换器和闭环最大功率点追踪

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20120075898A1 (zh)
CN (1) CN102420523A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103516198A (zh) * 2012-06-22 2014-01-15 日立空调·家用电器株式会社 太阳光发电系统
CN103856133A (zh) * 2012-11-28 2014-06-11 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于控制比例积分器的方法和系统
CN104052319A (zh) * 2013-03-14 2014-09-17 欧姆龙株式会社 控制装置及其方法、功率调节器、分散型电源系统、程序
CN104521121A (zh) * 2012-05-30 2015-04-15 雅达电子国际有限公司 用于电源转换器的控制电路
CN105659182A (zh) * 2013-10-21 2016-06-08 首尔大学校产学协力团 没有电力变换器的能量供给回路及利用此的电子装置

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2011090210A1 (ja) * 2010-01-25 2013-05-23 三洋電機株式会社 電力変換装置、系統連系装置及び系統連系システム
TWI426693B (zh) * 2011-12-01 2014-02-11 Richtek Technology Corp 切換式電源供應器及其控制電路與控制方法
JP2012173773A (ja) * 2011-02-17 2012-09-10 Toshiba Corp 電力変換装置
EP2684060A4 (en) * 2011-03-09 2015-06-03 Solantro Semiconductor Corp MONITORING THE MAXIMUM POWER POINT OF A PHOTOVOLTAIC SYSTEM
GB2489468A (en) * 2011-03-29 2012-10-03 Sony Corp Grid tied inverter having DC-DC current fed push-pull converter
US8885373B1 (en) * 2012-03-07 2014-11-11 Power-One Italy S.pA. Earth leakage current control for a multi-level grounded inverter
US9397611B2 (en) * 2012-03-27 2016-07-19 Sunpower Corporation Photovoltaic systems with local maximum power point tracking prevention and methods for operating same
DE102012210207A1 (de) * 2012-06-18 2013-12-19 Ge Energy Power Conversion Gmbh Verfahren und eine Vorrichtung zum Einspeisen von elektrischer Leistung in ein elektrisches Energieversorgungsnetz
CN102809980B (zh) * 2012-07-31 2014-01-22 东南大学 基于高效自适应扰动观察法的最大功率跟踪方法
US9141123B2 (en) * 2012-10-16 2015-09-22 Volterra Semiconductor LLC Maximum power point tracking controllers and associated systems and methods
DE112012007201T5 (de) * 2012-10-16 2015-08-27 Volterra Semiconductor Corporation Maximum Power Point Tracking Controller und zugeordnete Systeme und Methoden
US8952715B2 (en) 2012-11-14 2015-02-10 Stratasense LLC Wireless current-voltage tracer with uninterrupted bypass system and method
EP2977848B1 (en) * 2014-07-23 2018-02-14 DET International Holding Limited Impedance compensation
US20160181797A1 (en) * 2014-12-17 2016-06-23 The Boeing Company Solar array simulation using common power supplies
CN104571257B (zh) * 2015-01-20 2016-06-29 扬州大学 一种正弦扰动的光伏mppt非线性控制方法
US9606564B2 (en) * 2015-04-06 2017-03-28 Cree, Inc. Hybrid analog and digital power converter controller
GB201513549D0 (en) * 2015-07-31 2015-09-16 Siemens Ag Inverter
WO2018234485A1 (en) * 2017-06-22 2018-12-27 E-Peas S.A. INTEGRATED POWER MANAGEMENT CIRCUIT WITH OPTIMAL POWER POINT EVALUATION
KR102518182B1 (ko) * 2018-02-14 2023-04-07 현대자동차주식회사 친환경 차량용 컨버터 제어장치 및 방법
US20210218261A1 (en) * 2020-01-10 2021-07-15 Optivolt Labs, Inc. System and method for solar charging of portable electronic devices
CN112532063A (zh) * 2020-10-27 2021-03-19 北京空间飞行器总体设计部 一种适用于野外无人值守站的太阳电池阵功率调节装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5801519A (en) * 1996-06-21 1998-09-01 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Self-excited power minimizer/maximizer for switching power converters and switching motor drive applications
US6111767A (en) * 1998-06-22 2000-08-29 Heliotronics, Inc. Inverter integrated instrumentation having a current-voltage curve tracer
US20030066555A1 (en) * 2000-12-04 2003-04-10 Hui Ron Shu Yuen Maximum power tracking technique for solar panels
US7319313B2 (en) * 2005-08-10 2008-01-15 Xantrex Technology, Inc. Photovoltaic DC-to-AC power converter and control method
US7768155B2 (en) * 2008-10-10 2010-08-03 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for improved burst mode during power conversion

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104521121A (zh) * 2012-05-30 2015-04-15 雅达电子国际有限公司 用于电源转换器的控制电路
CN104521121B (zh) * 2012-05-30 2017-06-30 雅达电子国际有限公司 用于电源转换器的控制电路
CN103516198A (zh) * 2012-06-22 2014-01-15 日立空调·家用电器株式会社 太阳光发电系统
CN103516198B (zh) * 2012-06-22 2017-03-15 日立空调·家用电器株式会社 太阳光发电系统
CN103856133A (zh) * 2012-11-28 2014-06-11 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于控制比例积分器的方法和系统
CN103856133B (zh) * 2012-11-28 2017-12-05 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于控制比例积分器的方法和系统
CN104052319A (zh) * 2013-03-14 2014-09-17 欧姆龙株式会社 控制装置及其方法、功率调节器、分散型电源系统、程序
CN105659182A (zh) * 2013-10-21 2016-06-08 首尔大学校产学协力团 没有电力变换器的能量供给回路及利用此的电子装置
CN105659182B (zh) * 2013-10-21 2019-07-05 首尔大学校产学协力团 没有电力变换器的能量供给回路及利用此的电子装置
US10379568B2 (en) 2013-10-21 2019-08-13 Seoul National University R&Db Foundation Energy supply circuit without power converter and electronic device using same

Also Published As

Publication number Publication date
US20120075898A1 (en) 2012-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102420523A (zh) 光伏功率转换器和闭环最大功率点追踪
US8279644B2 (en) Method and system for providing maximum power point tracking in an energy generating system
US8139382B2 (en) System and method for integrating local maximum power point tracking into an energy generating system having centralized maximum power point tracking
Liu et al. Advanced algorithm for MPPT control of photovoltaic systems
US9077206B2 (en) Method and system for activating and deactivating an energy generating system
JP5503745B2 (ja) 太陽光発電システム、太陽光発電システムに用いる制御装置、並びに、制御方法およびそのプログラム
CN104713176B (zh) 光伏空调系统及其控制方法
US7158395B2 (en) Method and apparatus for tracking maximum power point for inverters, for example, in photovoltaic applications
CN108599136B (zh) 一种直流微电网光伏系统的模式切换方法
WO2005112551A2 (en) Method for compensating for partial shade in photovoltaic power system
CN101800474A (zh) 开关型调节器控制器及其混合模式控制方法
CN102480133A (zh) 用于光伏直流输入源的电力系统
CN114142525A (zh) 一种双模式优化控制的光伏发电系统
Makeen et al. Controllable electric vehicle fast charging approach based on multi-stage charging current methodology
CN104184396A (zh) 光伏供电系统及其控制方法
CN113746131B (zh) 逆变器并联系统及其零馈网控制方法
JP2006101581A (ja) 系統連系インバータ
JP2013236435A (ja) 昇降圧ｄｃ／ｄｃコンバータ
Ma et al. Improved asynchronous voltage regulation strategy of non-inverting Buck-Boost converter for renewable energy integration
Murdianto et al. Robustness analysis of PID controller bidirectional SEPIC/Zeta for energy management in DC nanogrid isolated system
JP6106568B2 (ja) 電力変換装置
CN107069924B (zh) 一种共用铝电极的太阳能电池-超级电容器件的充放电电路及其控制方法
Malkawi et al. Control of the power electronics interface of a PV source in a smart residential DC nanogrid
WO2020105031A1 (en) A dc pullup system for optimizing solar string power generation systems
CN110932313A (zh) 一种光伏空气源热泵控制方法及光伏空气源热泵系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120418