CN106559028B - 双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置及控制方法，所述装置包括第一最大功率点追踪单元、第二最大功率点追踪单元和逆变主控单元。第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元分别自各自的太阳能板单元产生电能后通过软硬件组合而成的竞争机制，以分别成为第一从机与第二从机。逆变主控单元耦接并控制第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元，将太阳能电力转换为直流电以对电池充电，并将电池的电力或者太阳能电力转换为交流电以提供给负载。逆变主控单元对第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元进行冗余控制并根据负载大小和使用者设定的充电电流主导第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元的输出功率。

Description

双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置及控制方法

技术领域

本发明有关于一种离网型太阳能逆变器装置，且特别是一种具有两路最大功率点追踪的离网型太阳能逆变器装置及其控制方法。

背景技术

太阳能是绿色洁净能源的一种良好选择，当太阳能板要将吸收太阳光而产生的光伏能输出时，为了提升功率转换效率，往往需要使用最大功率点追踪技术。通常，一组太阳能板是对应一个最大功率点追踪设备，然而，在实务应用上，个别太阳能板的设置不同以及环境情况的差异，会造成的太阳能产出电功率的不同，各组的太阳能板需要对其各自的最大功率点进行追踪，使得使用者需要对每一组太阳能板配置一组对应且独立的最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)设备。当该组太阳能板所对应的最大功率点追踪设备损坏时，使用者需要采购新的设备，如此可能造成设备维护的不便，与太阳能集电系统的不稳定性。

发明内容

本发明实施例提供一种双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置及控制其方法，利用两路最大功率点追踪实现动态调整功率转换以及冗余(redundancy)功能。藉此，离网型太阳能逆变器装置可以应用于两组独立的太阳能板单元。

本发明实施例提供一种双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置，包括第一最大功率点追踪单元、第二最大功率点追踪单元以及逆变主控单元。第一最大功率点追踪单元用以耦接第一太阳能板单元以产生电能。第二最大功率点追踪单元用以耦接第二太阳能板单元以产生电能，其中第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元分别自第一太阳能板单元以及第二太阳能板单元产生电能后通过软硬件组合而成的竞争机制，以分别成为第一从机与第二从机。逆变主控单元耦接第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元，将第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元的电能转换为直流电，且利用此直流电对电池充电，并且将电池的电力或者第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元产生的电能转换为交流电以提供给负载。其中，逆变主控单元对第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元进行冗余控制。其中，逆变主控单元根据负载大小以及使用者所设定的充电电流，主导第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元的输出功率，以满足充电及负载的需求。

本发明实施例提供一种双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器的控制方法，包括以下步骤。首先，通过软硬件组合而成的竞争机制，第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元分别自第一太阳能板单元以及第二太阳能板单元产生电能后，分别成为第一从机与第二从机。然后，第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元分别进行最大功率点追踪。然后，逆变主控单元根据握手协议，掌握第一从机及第二从机的运作状况，从而对第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元进行冗余控制。再来，逆变主控单元根据负载大小以及使用者所设定的充电电流，主导第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元的输出功率，以满足充电及负载的需求。

综上所述，本发明实施例提供一种双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置及其控制方法，对于两个太阳能电力来源做最大功率点追踪，并且依据所述两个太阳能电力是否产出而进行冗余控制，以动态调整功率转换，藉此提高太阳能板对电池充电或对负载供电的效率。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅系用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。

附图说明

图1是本发明实施例提供的双路太阳能最大功率点追踪机制的架构图。

图2是本发明实施例提供的双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置的电路方块图。

图3是本发明实施例提供的双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置的细部电路方块图。

图4是本发明实施例提供的双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置的控制方法的流程图。

具体实施方式

〔双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置的实施例〕

太阳能集电装置区分为并网型与离网型，并网型可回送电力给电网，而离网型则不需回送电力给电网。本实施例的离网型太阳能逆变器装置是以双路太阳能最大功率点追踪机制实现。请参照图1，图1是本发明实施例提供的双路太阳能最大功率点追踪机制的架构图。此架构可以配合太阳能板的组配弹性，使得单一个离网型太阳能逆变器装置可以对应两组太阳能板，且运作不受限于任何一组太阳能板的供电与否。在实际应用时，因应气候环境条件变化，使得每一组太阳能板的供电情况并不相同，也就是功率转换大小并不相同。利用本实施例的双路太阳能最大功率点追踪机制的架构，本实施例的双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置可以实现功率转换的最大化，并且可以动态调整功率转换。

两个最大功率点追踪单元MPPT1、MPPT2和逆变器(Inverter)10以通信接口彼此连接，例如是串行通信接口(SCI)。以串行通信接口(SCI)为例，最大功率点追踪单元MPPT1、MPPT2的发送信号端TXD和接收信号端RXD一并接至逆变器10的发送信号端TXD和接收信号端RXD，也就是逆变器10和最大功率点追踪单元MPPT1、MPPT2彼此通过串行通信接口来交互信息。逆变器10是作为主机(master)以向最大功率点追踪单元MPPT1、MPPT2发命令，并实时收取最大功率点追踪单元MPPT1、MPPT2的回馈信息。两个最大功率点追踪单元MPPT1、MPPT2均为从机(slave)，并同时接收逆变器10发出的命令并判断该命令的对象，作为该命令对象的最大功率点追踪单元(MPPT1或MPPT2)立即做出回馈，将回馈信息及发送给逆变器10。

此外，最大功率点追踪单元MPPT1、MPPT2通过软硬件组合而成的竞争机制，产生自身的实体地址，即自动分配为第一从机(first slave)与第二从机(second slave)，进行信息交换。所谓的软硬件竞争机制，主要是在各个从机上预设一个的公共参考点。从机产生电源后，通过软件的方式观测公共参考点的状态；定义最早接触公共参考点的从机为第一从机，第二接触公共参考点的从机为第二从机。

请参照图2，图2是本发明实施例提供的双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置的电路方块图。双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置1包括第一最大功率点追踪单元11、第二最大功率点追踪单元12、逆变主控单元12以及设定单元14。逆变主控单元12耦接第一最大功率点追踪单元11、第二最大功率点追踪单元12以及设定单元14。依照图1的架构，最大功率点追踪单元11、最大功率点追踪单元12分别对应图1的最大功率点追踪单元MPPT1与最大功率点追踪单元MPPT2。逆变主控单元13对应于逆变器10。

第一最大功率点追踪单元11用以耦接第一太阳能板单元A1以产生电能PV1。第二最大功率点追踪单元11用以耦接第二太阳能板单元A2以产生电能PV2。第一太阳能板单元A1以及第二太阳能板单元A2是彼此独立的太阳能发电单元。其中，如前所述，第一最大功率点追踪单元11与第二最大功率点追踪单元12分别自第一太阳能板单元A1以及第二太阳能板单元A2产生电能后通过软硬件组合而成的竞争机制，以分别成为第一从机与第二从机。逆变主控单元13将第一最大功率点追踪单元11与第二最大功率点追踪单元12的电能转换为直流电PW1，且利用此直流电PW1对电池2充电，并且将电池2的电力或者第一最大功率点追踪单元11与第二最大功率点追踪单元12产生的电能转换为交流电PW2以提供给负载3。其中，逆变主控单元13对第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元进行冗余控制。逆变主控单元13也根据负载大小以及使用者通过设定单元14所设定的充电电流，主导第一最大功率点追踪单元11与第二最大功率点追踪单元12的输出功率，以满足充电及负载的需求。

接着，请参照图3，图3是本发明实施例提供的离网型太阳能逆变器装置的细部电路方块图。双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置1包括最大功率点追踪单元11、最大功率点追踪单元12、逆变主控单元13、显示模块108、功能键109，以及外部设定输入端口(105、106、107)及其控制电路(106a、107a)。显示模块108、功能键109，以及外部设定输入端口(105、106、107)是属于图2的设定单元14的各种实现方式。例如，显示模块108(如液晶显示模块)与功能键109，可将其设计为控制面板，使用者也可以直接在控制面板操作此双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置1的各种功能与参数控制。而关于外部设定输入端口(105、106、107)及其控制电路(106a、107a)，将于后续另外说明。

此双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置1具有多个连接端口，包括太阳能输入端口101a、101b、连接电池2的连接端口102，连接负载3的负载连接端口103与连接电网4的电网输入端口104。太阳能输入端口101a、101b与连接电池2的电池连接端口102都具有两个端子POS+、NEG-，以导通直流电。负载连接端口103与电网输入端口104则可各自具有三个端子，以导通交流电。负载连接端口103的三个端子为OP-L、OP-N、OP-G。电网输入端口104的三个端子为IP-L、IP-N、IP-G，用于接收电网的交流电PW3，电网输入端口104通过开关134耦接交直流双向转换模块132。外部设定输入端口(105、106、107)耦接中央控制器133，提供外部设定信号，以控制双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置1，关于外部设定输入端口(105、106、107)将于后续说明。

最大功率点追踪单元11、12各自具有微控制器(MCU)111、121。并且，最大功率点追踪单元11具有太阳能输入端口101a，对来自太阳能输入端口101a的电力进行最大功率点追踪以产生电能PV1。最大功率点追踪单元12具有太阳能输入端口101b，对来自太阳能输入端口101b的电力进行最大功率点追踪以产生电能PV2。

接着，说明最大功率点追踪单元11、12的异常处理与工作。当最大功率点追踪单元11、12其中任一个出现异常，另一个最大功率点追踪单元则仍能正常与逆变器10通信，并执行正常的工作。当最大功率点追踪单元11、12同时出现失效(loss)或失去电力(poweroff)，则逆变主控单元13通过判断与最大功率点追踪单元11、12的通信状态，将状况判断为太阳能电力失去(PV loss)。

最大功率点追踪单元11、12可依据下数的两种特定条件进行工作。条件(一)，仅最大功率点追踪单元11、12其中之一有电(供电)：自身配置为第一从机，且与逆变主控单元13建立通信。由逆变主控单元13发送相关信息给最大功率点追踪单元开启正常充电模式(对电池2充电)。并且，逆变主控单元可以间隔时间(如两秒)反复检查最大功率点追踪单元的状态。条件(二)，最大功率点追踪单元11、12两者皆供电：通过竞争机制，产生第一从机与第二从机，先启动(产生电能)的最大功率点追踪单元是第一从机，后启动者则成为第二从机，逆变主控单元13通过串行通信接口(SCI)分时与最大功率点追踪单元11、12建立通信，逆变主控单元13发送相关信息给最大功率点追踪单元11对电池2充电，逆变主控单元13发送相关信息给最大功率点追踪单元12对电池2充电。

换句话说，最大功率点追踪单元11或12在有接入太阳能量之后，可以对太阳能进行最大功率点追踪，并且最大功率点追踪单元11、12是冗余的设计，当其中一个最大功率点追踪单元损坏或失效，不会影响另一个最大功率点追踪单元的正常通信与工作。并且，逆变主控单元13会随时根据第一从机与第二从机的供电能力，搭配充电电流的设定(使用者所设定)，适时调整充电及负载功率。

接着，进一步说明逆变主控单元13。逆变主控单元包括直流转换模块(DC/DCmodule)131、交直流向转换模块(AC/DC or DC/AC bi-directional module)132、中央控制器133与开关134。直流转换模块131耦接最大功率点追踪单元11、最大功率点追踪单元12与电池13。交直流双向转换模块132耦接于直流转换模块131与负载3之间。中央控制器133耦接直流转换模块131、交直流双向转换模块132，且利用串行通信接口(SCI)耦接最大功率点追踪单元11、12，以控制直流转换模块131、交直流双向转换模块132与最大功率点追踪单元11、12。

对于直流转换模块131而言，其接收最大功率点追踪单元11、12输出的电能或者是电池2的电力，并将其转送至交直流双向转换模块132。或者，直流转换模块131将来自交直流双向转换模块132的电力(电网的交流电PW3转换成直流电后的电力)传送至电池2。详细的说，中央控制器133产生控制信号RPP、ON/OFF以控制直流转换模块131，直流转换模块131则回馈工作信号OVP、NTC给中央控制器133。中央控制器133可以是微控制器(MCU)或中央处理器(CPU)。直流转换模块131可以是常见的升压转换器、降压转换器或升降压转换器，并且一般而言前述的控制信号与回馈的工作信号属于所属技术领域的习知技术，不再赘述。

对于交直流双向转换模块132而言，其将来自太阳能的电力(PV1、PV2)或者电池2的电力转送至负载3。或者，交直流双向转换模块132将来自电网4的交流电PW3转换成直流电力后提供给直流转换模块131，用于对电池2充电。详细的说，中央控制器133产生控制信号PWM、ON/OFF以控制交直流双向转换模块132，交直流双向转换模块132则回馈工作信号OCP、OVP、NTC给中央控制器133。交直流双向转换模块132及其控制信号与回馈的工作信号是属于所属技术领域的习知技术，不再赘述。

开关134受控于中央控制器133以将太阳能(PV1、PV2)或者电池2的电力传送给负载3，或者将电网4的电力转送给负载(若没有太阳能电力或者电池2没电时)。

接着，说明可让使用者控制双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置1各项参数的外部设定输入端口。外部设定输入端口例如是图3中的干接点105、连接端口106与卡插槽107。连接端口106如通用串行总线(USB)或RS232连接端口，以让接口106a(USB/COM)可转送外部控制信号给中央控制器133。另外，做为外部设定输入端口的卡插槽107藉由简单网络管理协议(SNMP，Simple Network Management Protocol)模块107a耦接中央控制器133，可设定、监控及管理此离网型太阳能逆变器装置1的硬件，当SNMP/WEB硬件管理卡插入卡槽107后，再将联机及网络设定完成，使用者即可远程用WEB接口操控此双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置1，功能包含状态监控及设定，异常状态通知等。

〔离网型太阳能逆变器装置的控制方法的实施例〕

请同时参照图3与图4，图4是本发明实施例提供的双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置的控制方法的流程图。首先，在步骤S310中，通过软硬件组合而成的竞争机制，第一最大功率点追踪单元(11)与第二最大功率点追踪单元(12)自太阳能板产生电能(PV1、PV2)后，分别成为第一从机与第二从机。然后，在步骤S320中，第一最大功率点追踪单元(11)与第二最大功率点追踪单元(12)分别进行最大功率点追踪。接着，在步骤S330中，逆变主控单元(13)根据握手协议，掌握第一从机及第二从机的运作状况，从而对第一最大功率点追踪单元(11)与第二最大功率点追踪单元(12)进行冗余控制。上述握手协议可通过串行通信接口(SCI)进行。然后，在步骤S340中，逆变主控单元(13)根据负载大小以及使用者所设定的充电电流，主导第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元的输出功率，以满足充电及负载的需求。其中，当第一太阳能电力(PV1)与第二太阳能电力(PV2)未产生时，逆变主控单元(13)则将电池(2)的电力转换为交流电(PW2)以对负载(3)供电，详细的电力转换过程已于前面实施例提及，不再赘述。

另外，除了上述步骤，在双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置(1)有接电网(4)的情况下，此方法还包括，逆变主控单元(13)将电网(4)的交流电(PW3)转送至负载(3)(成为交流电(PW2))，以对负载(3)供电。

另外，在双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置(1)有接电网(4)的情况下，此方法更可包括，当第一太阳能电力(PV1)与第二太阳能电力(PV2)未产生时，逆变主控单元(13)将电网(4)的交流电(PW3)转换为直流电(PW1)以对电池(2)充电。

除了上述步骤，此方法还包括以下步骤，使用者通过外部设定信号控制直流电的功率。外部设定信号的输入方式与来源已于前面实施例提及，不再赘述。

〔实施例的可能功效〕

综上所述，本发明实施例所提供的双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置及其控制方法，对于两个太阳能电力来源做最大功率点追踪，并且依据所述两个太阳能电力是否产出而进行冗余控制，以动态调整功率转换，藉此提高太阳能板对电池充电或对负载供电的效率。另外，依据所使用的两个最大功率点追踪单元的供电情况，可以提供负载分享(或平衡)的功能，藉此控制对于电池或负载的直流电供电功率。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

【符号说明】

MPPT1、MPPT2、11、12：最大功率点追踪单元

10：逆变器

1：双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置

2：电池

3：负载

4：电网

SCI：串行通信接口

A1：第一太阳能板单元

A2：第二太阳能板单元

111、121：微控制器

101a、101b：太阳能输入端口

102：连接端口

13：逆变主控单元

14：设定单元

131：直流转换模块

132：交直流双向转换模块

133：中央控制器

134：开关

103：负载连接端口

104：电网连接端口

105：干接点

106：连接端口

107：卡插槽

106a：接口

107a：简单网络管理协议模块

108：显示模块

109：功能键

PV1、PV2：太阳能电力

PW1：直流电

PW2、PW3：交流电

RPP、ON/OFF、PWM：控制信号

OCP、OVP、NTC：工作信号

POS+、NEG-、OP-L、OP-N、OP-G、IP-L、IP-N、IP-G：端子

S310、S320、S330、S340：步骤流程。

Claims (9)

1.一种双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置，其特征在于，包括：

一第一最大功率点追踪单元，用以耦接一第一太阳能板单元以产生电能；

一第二最大功率点追踪单元，用以耦接一第二太阳能板单元以产生电能，其中该第一最大功率点追踪单元和该第二最大功率点追踪单元分别自该第一太阳能板单元以及该第二太阳能板单元产生电能后通过软硬件组合而成的竞争机制，以分别成为一第一从机与一第二从机；

一逆变主控单元，耦接该第一最大功率点追踪单元和该第二最大功率点追踪单元，该逆变主控单元将该第一最大功率点追踪单元和该第二最大功率点追踪单元产生的电能转换为一直流电，且利用该直流电对一电池充电，并且将该电池的电力或者该第一最大功率点追踪单元和该第二最大功率点追踪单元产生的电能转换为一交流电以提供给一负载；其中，该逆变主控单元对该第一最大功率点追踪单元和该第二最大功率点追踪单元进行冗余控制；以及

一电网输入端口，接收一电网的一交流电，该电网输入端口耦接该逆变主控单元；

其中，该逆变主控单元根据该负载大小以及使用者所设定的一充电电流，主导第一最大功率点追踪单元和第二最大功率点追踪单元的输出功率；

其中，该逆变主控单元将该电网输入端口所接收到的该交流电转换成该直流电，以对该电池充电。

2.根据权利要求1所述的双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置，其中该逆变主控单元包括：

一直流转换模块，耦接该第一最大功率点追踪单元、该第二最大功率点追踪单元以及该电池；

一交直流双向转换模块，耦接于该直流转换模块与该负载之间；以及

一中央控制器，耦接该直流转换模块与该交直流双向转换模块，控制该直流转换模块与该交直流双向转换模块。

3.根据权利要求2所述的双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置，其中该直流转换模块与该交直流双向转换模块将该电池的电力转换为该交流电，以对该负载供电。

4.根据权利要求2所述的双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置，还包括：

一外部设定输入端口，耦接该中央控制器，提供一外部设定信号，以控制该双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置。

5.根据权利要求1所述的双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器装置，其中该逆变主控单元通过串行通信接口控制该第一最大功率点追踪单元以及该第二最大功率点追踪单元。

6.一种双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器的控制方法，其特征在于，包括：

通过软硬件组合而成的竞争机制，一第一最大功率点追踪单元和一第二最大功率点追踪单元分别自一第一太阳能板单元以及一第二太阳能板单元产生电能后，分别成为一第一从机与一第二从机；

该第一最大功率点追踪单元和该第二最大功率点追踪单元分别进行最大功率点追踪；

逆变主控单元根据握手协议，掌握该第一从机及该第二从机的运作状况，从而判断该第一最大功率点追踪单元和该第二最大功率点追踪单元是否输出电能，以对该第一最大功率点追踪单元和该第二最大功率点追踪单元进行冗余控制；以及

该逆变主控单元根据一负载大小以及使用者所设定的一充电电流，主导该第一最大功率点追踪单元和该第二最大功率点追踪单元的输出功率。

7.根据权利要求6所述的双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器的控制方法，还包括：

当该第一太阳能电力与该第二太阳能电力未产生时，该逆变主控单元将一电网的交流电转换为直流电，以对一电池充电。

8.根据权利要求6所述的双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器的控制方法，还包括：

该逆变主控单元将一电网的交流电转送至该负载，以对该负载供电。

9.根据权利要求6所述的双路最大功率点追踪离网型太阳能逆变器的控制方法，还包括：

使用者通过一外部设定信号设定直流电的功率。