DE3212022A1 - Verfahren und vorrichtung zum selbsttaetigen einstellen des optimalen arbeitspunktes einer gleichspannungsquelle - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum selbsttaetigen einstellen des optimalen arbeitspunktes einer gleichspannungsquelle

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DE3212022A1
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Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unsere Zeichen:
Berlin und München VPA 82 P 3 1 Q 4 Qg
Verfahren und Vorrichtung zum selbsttätigen Einstellen des optimalen Arbeitspunktes einer Gleichspannungsquelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Einstellen des optimalen Arbeitspunktes einer mit einem Innenwiderstand behafteten Gleichspannungsquelle, insbesondere eines Solargenerators, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Dabei wird für eine den Arbeitspunkt des Solargenerators bestimmende elektrische Zustandsgröße der Gleichspannungsquelle ein Sollwert vorgegeben, mit dem die Leistungsaufnahme eines der Gleichspannungsquelle nachgeschalteten steuerbaren Leistungsübertragers gesteuert oder geregelt wird.
Eine derartige Gleichspannungsquelle kann z.B« ein Akkumulator, ein Thermoelement, eine Brennstoffzelle oder insbesondere ein Solargenerator sein. Abgesehen davon, daß die von diesen Gleichspannungsquellen abgegebene Leistung von nicht-elektrischen Parametern, wie der Umgebungstemperatur, der Innentemperatur, dem Ladezustand bei Akkumulatoren bzw. der eingestrahlten Leistung bei Solargeneratoren abhängig ist, ist diesen Gleichspannungsquellen gemeinsam, daß zwischen ihren beiden elektrischen Zustandsgrößen (Ausgangsspannung und Ausgangsstrom) ein bestimmter physikalischer Zusammenhang besteht, der im Ersatzschaltbild meist durch einen Innenwiderstand beschrieben wird. Wird daher durch einen Gleichstromsteller, einen Spannungswandler oder einen anderen Anpaßwandler diesen Gleichspannungsquellen elektrische Leistung entnommen, die einer nachgeschalteten Last zugeführt wird, so bricht die an sich erreichbare maximale Ausgangsspannung umso stärker ein, je mehr Strom über den Spannungswandler entnommen wird. Wird
KbI 2 Reh / 29. 3. 82
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umgekehrt der Spannungswandler so gesteuert oder geregelt, daß eine bestimmte Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle aufrecht erhalten wird, so ist damit der entnehmbare Strom festgelegt. Die Spannungsquelle besitzt nur einen einzigen elektrischen Freiheitsgrad, der als Arbeitspunkt der Spannungsquelle bzw. des Anpaßwandlers vorgegeben werden kann. Die Leistungsabgabe einer derartigen Spannungsquelle ist dabei durch eine Funktion des entsprechenden Freiheitsgrades, d.h. des Arbeitspunktes, gegeben, die im allgemeinen bei einem bestimmten Wert, der hinsichtlich der Ausnutzung der Spannungsquelle den optimalen Arbeitspunkt darstellt ("Maximum power point", "MPP"), ihr Maximum an. Vor allem bei Spannungsquellen, deren Primärenergie kostenlos (z.B. Solarenergie) oder im Vergleich zum Installationsaufwand praktisch kostenlos ist, ist es für eine optimale Ausnutzung der Anlage wünschenswert, die Anlage praktisch stets auf Vollast laufen zu lassen, d.h. stets beim MPP zu arbeiten, um möglichst viel elektrische Energie aus der Gleichspannungsquelle in eine Last, z.B. einen Energiespeicher, einzuspeisen.
Als Last kommen - in Verbindung mit einem Gleichstromsteller oder einem anderen Gleichspannungsübertrager Gleichstromverbraucher (z.B. das Bordnetz eines Fahrzeuges) infrage. Dabei kann der Gleichspannungsübertrager auch als Laderegler für einen Akkumulator dienen und dem Akkumulator ein steuerbarer Wechselrichter nachgeschaltet sein, der z.B. die Sammelschiene eines "Inselnetzes", d.h. einer abgelegenen, nicht von einem "öffentlichen Versorgungsnetz gespeisten Gruppe von Verbrauchern, speist. Wird anstelle eines Gleichspannungsübertragers ein steuerbarer Wechselrichter (allgemein: ein steuerbarer Leistungsübertrager) verwendet, um die von der Gleich-Spannungsquelle aufgenommene Primärenergie in eine andere elektrische Energie auf steuerbare Weise umzuwandeln, so
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kommen als Verbraucher auch Wechselstromverbraucher wie etwa Förderpumpen infrage, die zur weiteren Energieumwandlung, beispielsweise die Förderarbeit eines Mediums, dienen können.
Aus der DE-OS 29 03 559 ist es bereits bekannt, die Leistungsaufnahme einer Last mittels eines an einen Solargenerator angeschlossenen Gleichspannungswandlers zu steuern, wobei dem Gleichspannungswandler eine Stellspan nung zugeführt wird, durch die die Ausgangsspannung des Solargenerators auf dem zum optimalen Arbeitspunkt gehörigen optimalen Spannungswert gesteuert werden soll. Dementsprechend wird die Stellspannung aus der Regelabweichung der Generatorausgangsspannung von einer Referenzspannung gebildet, wobei die Referenzspannung von einer baugleichen, aber unbelasteten Solarzelle geliefert wird, um die Einflüsse nicht-elektrischer Umweltgrößen zu berücksichtigen. Der Einfluß einer Arbeitspunktveränderung infolge des aus der (auch als "Panel" bezeichneten) Gleichspannungsquelle fließenden Stromes mit seiner abfallenden Kennlinie kann durch die künstliche, durch die unbelastete Meßzelle gebildete Referenzspannung jedoch nicht ausreichend berücksichtigt werden. Ferner führen Exemplarstreuungen infolge der Fertigungstoleranzen zu Fehleinstellungen des Arbeitspunktes.
Bei der bekannten Vorrichtung ist außerdem bei einer teilweisen Abschattung oder Verschmutzung des Solargenerators oder der die Referenzspannung liefernden unbelasteten Meßzelle das Auffinden des optimalen Arbeitspunktes überhaupt nicht mehr möglich.
Die Erfindung gibt ein einfaches Verfahren und eine einfache Vorrichtung an, um den Arbeitspunkt jeweils auf den optimalen Arbeitspunkt selbsttätig einzustellen bzw. bei Änderungen der Zustandsparameter des Panels nachzustellen.
ozizuzz
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Dies gelingt durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Ausgangspunkt ist demnach eine Gleich spannungsquelle, insbesondere ein Solargenerator,der ein steuerbarer Leistungsüberträger zur Speisung eines Verbrauchers nachgeschaltet ist. Der Übertrager wird so gesteuert oder geregelt, daß seine Leistungsaufnahme, d.h. die vom Panel abgegebene elektrische Leistung, maximal ist. Hierzu wird für eine den Arbeitspunkt des Panels bestimmende Zustandsgröße, d.h. die Panelspannung oder den Panelstrom, ein entsprechender Sollwert vorgegeben. Diesem Sollwert wird in bestimmten Zeitabständen ein Zusatzwert im Sinn einer Störgröße vorübergehend aufgeschaltet und die dadurch hervorgerufene differentielle Änderung der Panelleistung wird erfaßt. Nach beendeter Aufschaltung des Zusatzwertes (Wegnahme der Störgröße) wird der Sollwert korrigiert, d.h. bleibend geändert, wobei das Vorzeichen dieser Sol!wertänderung gleich dem Vorzeichen des Zusatzwertes gewählt wird, wenn während der Aufschaltung eine positive differentielle Änderung der Panelleistung festgestellt wurde, d.h. die durch die Aufschaltung hervorgerufene zeitliche Ableitung des Leistungsmeßwertes positiv ist. Hat die Aufschaltung des Zusatzsollwertes jedoch zu einer negativen differentiellen Änderung der abgegebenen Panelleistung geführt, so ist der Korrektursinn (das Vorzeichen der Sollwertänderung) entgegengesetzt dem Vorzeichen des Zusatzsollwertes zu wählen. Es erfolgt also eine Sollwertkorrektur, die stets zu einem Arbeitspunkt mit höherer Panelleistung führt, bis der MPP überschritten ist. Von da ab bewirken die weiteren Korrekturen, daß der Arbeitspunkt um den MPP pendelt. Die durch diese Pendelungen bedingten Schwankungen können umso geringer gehalten werden, je kleiner die Korrekturschritte und die Störgrößenamplitude (Zusatzsollwert) gewählt werden können. Gemäß der Erfindung wird nicht die Änderung ΔΡ der Panelleistung P selbst ausgewertet, sondern deren zeitliche Ableitung -rr, so daß bereits
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kleine Störgrößenamplituden genügen, um eine exakte qualitative Aussage über Zu- oder Abnahme der Panelleistung zu machen.
Die Störgrößenamplituden können dabei so gering gewählt werden, daß sie nur noch i %t vorzugsweise weniger als 1 %o Änderung in der Panelleistung bewirken, also die eigentliche Panelregelung praktisch nicht mehr stören.
Würde man andererseits die Leistungsistwerte selbst vor und während der Störgrößenaufschaltung miteinander vergleichen, so wären bei der Genauigkeit der üblichen Meß- und Auswerteeinrichtungen die Differenzen dieser Leistungsistwerte nicht mehr mit der gewünschten Zuverlässigkeit erfaßbar.
Bei einer besonders einfachen Vorrichtung werden Betrag und Vorzeichen des Zusatzsollwertes für alle Aufschaltungen gleich und fest vorgegeben. Der Betrag der SoIl-Wertänderung selbst kann in Abhängigkeit von der jeweiligen, durch die Aufschaltung des Zusatzsollwerts bedingten Änderung der Panelleistung bestimmt werden, wodurch bei großen Abweichungen zwischen dem maximum power point und dem jeweiligen Arbeitspunkt der Arbeitspunkt zunächst rasch an den MPP angenähert wird. Das Verfahren läßt sich aber noch einfacher durchführen, wenn der Betrag der Sollwertänderungen für alle Sollwertänderungen gleich und fest vorgegeben wird, insbesondere kann der Betrag der Sollwertänderungen kleiner als der Betrag des Zusatzsollwertes gewählt werden.
Bevorzugt wird die Änderung der abgegebenen Panelleistung durch differentielles Auswerten der eingeschwungenen Zustände der Panelleistung vor und nach Aufschalten des Zusatzsollwertes festgestellt. Hierzu kann der (beispielsweise geringfügig geglättete) Leistungsistwert, der im
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stationären Zustand vor einer Störgrößenaufschaltung erfaßt wird, unmittelbar vor Beginn der Störgrößenaufschaltung in einen Speicher gegeben werden, der diesen zwischengespeicherten Istwert solange an den Eingang eines Differenziergliedes legt, bis sich bei aufgeschalteter Störgröße wieder ein stationärer Leistungsistwert einstellt, der dann dem Eingang des Differenziergliedes anstelle des zwischengespeicherten Leistungsistwertes aufgeschaltet wird. Dadurch entsteht eine sprunghafte Änderung 4 P am Eingang des Differenziergliedes, das selbst bei sehr kleinem 4P ein großes Ausgangssignal d Δ P/dt erzeugt.
Da z.B. bei geringer Beleuchtungsintensität eines Solargenerators eine Sollwertänderung nur noch zu entsprechend kleineren, schwer auswertbaren Änderungen der Panelleistung führt, kann ein unveränderlicher Sollwert vorgegeben werden, sobald die Leistungsabgabe einen eingestellten Minimalwert unterschreitet.
20
Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in den Unteransprüchen angegeben. Anhand von vier Figuren und einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert.
Figur i zeigt den Verlauf der Strom-Spannungskennlinie eines Solargenerators sowie die Abhängigkeit der Panelleistung von dem Freiheitsgrad der Anordnung. In Figur ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und in Figur 3 der wichtigste Teil einer Auswerteschaltung zum Erfassen der stionären Leistungsänderung dargestellt, Figur h zeigt die Ansteuerung der einzelnen Schaltglieder der Vorrichtung.
-J - νρΑ 82 P 3 1 0 4 DE
In Figur 1 ist der Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung U (Panelspannung) eines Solargenerators und dem entnommenen Strom I (Panelstrom) aufgetragen. Ferner ist die Solarleistung P, d.h. das Produkt aus Panelspannung und Panelstrom, gezeigt. Die Solarleistung P weist ein ausgeprägtes Maximum Pn . auf, dem auf dem U/I-Zustandsdiagramm die Werte U , und IQD+ der beiden elektrischen Zustandsgrößen U und I entsprechen. Die gezeigten Diagramme, die selbst für verschiedene Panels des gleichen Types noch etwas voneinander abweichen, sind bei einer Einstrahlung von 930 W/m , einer Umgebungstemperatur von 240C und einer Paneltemperatur von 36 C gemessen. Werden diese äußeren, nicht-elektrischen Parameter verändert, so ergeben sich andere Diagramme. Mit der Erfindung wird jeweils der optimale Arbeitspunkt, der durch U + und I . gegeben ist, selbsttätig eingestellt.
Im folgenden wird der Fall betrachtet, daß gemäß Fig. 2 ein Solargenerator 1 über einen elektrischen Leistungsübertrager 2 einen Verbraucher 3 speist. Im gegebenen Fall ist der Leistungsübertrager als Gleichstromsteller ausgebildet und dient als Laderegler einer Batterie 3· Die Klemmenspannung der Batterie ändert sich während einer Störgrößenaufschaltung nur ganz geringfügig, so daß die der Batterie zugeführte elektrische Leistung, die über den Gleichstromsteller dem Solargenerator entnommen wird, praktisch proportional dem Ladestrom der Batterie ist, welcher an der Meßzelle k gemessen werden kann. Die Eingangsspannung der Batterie dient ferner dazu, über ein Netzgerät 5 die Betriebsspannung für das Steuergerät 6 des Gleichstromstellers sowie die weiteren Regeleinrichtungen zu liefern.
Ziel der erfindungsgemäßen Regelung ist es, die Zustands größe U(in diesem Fall also die Panelspannung) als Führungsgröße der Anordnung auf den optimalen Arbeitspunkt
-jgf- VPA 82 P 3 1 O 4 DE
U , einzuregeln, was durch Veränderung des Puls-Pausen-Verhältnisses des im Gleichstromsteller 2 enthaltenen Schalters geschieht. Dadurch wird der über den Steller fließende Strom als Stellgröße des Systems so verändert, wie es dem angestrebten Arbeitspunkt entspricht.
Vorteilhaft liefert der Sollwertbildner einen Grund-Sollwert U und einen Korrektursollwert U1 , die zu ο _^ Korr
dem Sollwert U = U + U. zusammengesetzt werden.
Es sei zunächst angenommen, daß die Vorrichtung bei einem vom optimalen Arbeitspunkt (maximum power point MPP) abweichenden Arbeitspunkt arbeitet, der durch die Spannung Ü gegeben und an einer Einstelleinrichtung 7a im Sollwertbildner fest eingestellt ist. Die Anordnung kann gesteuert betrieben werden, es kann aber auch eine Regelung vorgesehen sein. So kann z.B. an einem Vergleichsglied 8 die Regelabweichung zwischen dem Sollwert U und einem mittels eines entsprechenden Meßgliedes 9 abgegriffenen Istwertes für die Panelspannung gebildet werden, um die Steuergröße der Steuereinrichtung 6 des Stellers 2 zu erhalten.
Eine Zeitstufe 10 erzeugt nun eine Störgröße (Zusatzsollwert Δυ')» die als Störspannungsstoß dem am Sollwertbildner eingestellten Sollwert U vorübergehend aufgeschaltet wird, z.B. am Vergleichsglied 8. Ist das Vorzeichen des Zusatzsollwertes A U1 negativ, so führt es in dem in Figur 1 gezeigten Fall UQ <UQ . zu einer Abnahme der von Solargenerator abgegebenen Panelleistung P.
Das Vorzeichen dieser Leistungsänderung AP'» die durch die Differenz der zum eingestellten Arbeitspunkt UQ gegebenen Panelleistung PQ und der durch die Störgrößen-Auf schaltung Δυ' bewirkten Panelleistung gegeben ist, zeigt somit an, in welcher Richtung UQ verändert werden muß, um zu einer Annäherung an U . zu kommen. Eine Auswerteschaltung 11, die die zeitliche Ableitung der vor
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-X - VPA 82 P 3 1 0 4 DE
und während der Störgrößenaufschaltung abgegebenen Panelleistung auswertet, stellt daher die durch die Aufschaltung hervorgerufene Änderung der Leistungsabgabe des Solargenerators fest.
In Abhängigkeit von dem Vorzeichen der von der Auswerteschaltung festgestellten Leistungsänderung wird dann der vom Sollwertbildner gelieferte Sollwert UQ verändert. Zu diesem Zweck enthält der Sollwertbildner 7 vorteilhaft einen Integrator 7b, dem zur Spannungsbegrenzung zwei antiparallele Zenerdioden parallel geschaltet sind. Zum Nachstellen des Sollwertes kann vorgesehen sein, daß die Auswerteschaltung 11 an ihrem Ausgang einen Grenzwertmelder 12 enthält, der das Vorzeichen der Leistungsände- rung in Form eines digitalen Signals liefert und in einen Speicher, z.B. eine Flip-Flop-Schaltung 13» eingibt. Der Speicherausgang ist so beschaltet, daß entsprechend dem gespeicherten Signal eine positive oder negative Spannung Au„ (entsprechend einer Zunahme oder Abnahme der Leistung) konstanten Betrages bereitgestellt ist. Nach Beendigung der Aufschaltung des Zusatzsollwertes ^U1 schließt die Zeitstufe 10 einen Schalter I^ zwischen den Speicher 13 und dem Integrator 7, so daß nun dem Integrator kurzfristig die vom Speicher bereitgestellte Spannung als Eingangs spannung mit einem dem Vorzeichen der differentiellen Leistungsänderung entsprechenden Vorzeichen aufgeschaltet ist. Der Integrator summiert diese kurzfristigen Spannungsstöße Δυο, so daß die Integratorausgangsspannung U, = Σ. ÄUq als Korrekturgröße des Grund-Sollwerts üQ entsprechend nachgeführt wird.
Der Sollwert UQ wird somit nach jeder Aufschaltung um einen konstanten, fest vorgegebenen Korrekturbetrag Δυη geändert. Nach einer endlichen Zahl von derartigen Korrekturschritten, die jeweils aus einer vorübergehenden Aufschaltung des Zusatzsollwertes Δυ' und einer
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- yr - VPA 82 P 3 1 O 4 DE
anschließenden bleibenden Sollwertänderung um AuQ bestehen, wird damit der Maximum Power Point MPP erreicht und bei allen weiteren Aufschaltungen kann der Arbeitspunkt nur noch geringfügig um diesen optimalen Arbeitspunkt pendeln.
Vorzeichen und Betrag des Zusatzsollwertes Δϋ· ist im gegebenen Fall durch die Zeitstufe 10 fest vorgegeben. Wegen der sehr empfindlichen differentiellen Erfassung der Leistungsänderung kann AU' so gewählt werden, daß die durch die Störgrößenaufschaltung bedingte Änderung der Ausgangsspannung U 1 %o bis maximal 1 % der Spannung U . im MPP beträgt. Die Sollwertänderung AUQ ist durch die Schließzeit des Schalters Ik festgelegt und wird vorteilhaft so gewählt, daß AVQ etwas kleiner als AU' ist.
Die Zeitstufe 10 steuert ferner eine aus zwei Schaltern l6a und 16bbestehende Schaltvorrichtung innerhalb der Auswerteschaltung 11. Im gegebenen Fall ist für die Auswerteschaltung 11 ein Strommeßglied zur Erfassung der Leistungsabgabe der Gleichspannungsquelle ausreichend, da die Klemmenspannung des Verbrauchers, also die Batterie-Eingangsspannung, bei Auf- und Abschalten der Störgröße praktisch konstant bleibt und eine vom Ladezustand der Batterie abhängige langsame Änderung der Klemmenspannung für die differentielle Leistungsänderung ohne Bedeutung ist. In anderen Fällen muß zur Erfassung der Leistung bzw. deren differentieller Änderung Strom und Spannung erfaßt und miteinander multipliziert werden.
Der Schalter l6a, der unmittelbar vor oder wenigstens mit Beginn der Aufschaltung des Zusatzsollwertes geöffnet wird, verbindet das Meßglied h (bzw. ein nachgeschaltetes Istwert-Glättungsglied 17 mit kleiner Zeitkonstante) mit einem Speicher, in dem dann der vor der Aufschaltung
(S - μ - VPA 82 P 3 1 0 h DE
gemessene, zu einem eingeschwungenen Zustand des Panels gehörende Wert der Leistungsabgabe gespeichert ist. Noch vor dem Ende der Aufschaltung wird, sobald die Anordnung auf einen neuen, zu UQ+ Δϋτ gehörenden stationären Wert eingeschwungen ist, der Schalter 16 wieder geschlossen und der Speicher enthält den neuen stationären Meßwert. Dem Speicher ist ein Differenzierglied nachgeschaltet, wobei Speicher und Differenzierglied zu einer gemeinsamen Differenziereinrichtung 18, die in Fig. 3 dargestellt ist, zusammengefaßt sein können.
Speicher und Schalter wirken so zusammen, daß am Eingang des Differenziergliedes vor dem Öffnen des Schalters der jeweilige Leistungsmeßwert, bei geöffnetem Schalter der unmittelbar vor der Störgrößenaufschaltung gemessene und abgespeicherte Meßwert und nach dem Schließen des Schalters wieder der gemessene, jetzt zu ÜQ + Δ U1 gehörende Meßwert zugeführt sind. Da diese Meßwerte jeweils bei eingeschwungenen Zuständen gewonnen sind, erlaßt das Differenzierglied also nur die störgrößenbedingte Änderung der stationären Leistung P , . bzw. deren Änderung
^P , ,, die nach dem erneuten Schließen des Schalters l6a als Spannungsstoß anliegt und differenziert wird. Am Ausgang des Differenziergliedes 18 liegt also die differentielle Änderung der stationären Leistungsabgabe der Gleichspannung an.
Gemäß Figur 3 wirkt der einem Operationsverstärker 30 vorgeschaltete Kondensator 31 als Speicher, der sich beim Schließen des hochisolierenden Schalters 16 entsprechend dem angelegten Eingangssignal auflädt und diese Ladung praktisch unverändert bis zum Wiederschließen des Schalters 16 beibehält. Der Operationsverstärker 30 ist über die Kapazität 31 und den Widerstand 3^ als Differenzierer und über die RC-Beschaltung 33, 3^ als zusätzliche Glättung ausgelegt. Der Schalter 16 b, der über ein
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Steuersignal Sl gemeinsam mit dem Schalter I6a angesteuert und betätigt wird, verhindert, daß während der Öffnungszeit von 16a Ströme aus der Differenziereinrichtung 17 in ein nachgeschaltetes Glättungsglied 18 fließen. Dieses Glättungsglied 18 kann z.B. aus einem passiven Tiefpaß und einem aktiven Glättungsglied bestehen und dazu dienen, einen überlagerten Wechselspannungsanteil der Differenziererausgangsspannung, der von Oberschwingungen des Leistungsistwertes herrührt, zu glätten.
Der bereits erwähnte Grenzwertmelder 12 erfaßt das Vorzeichen dieser (geglätteten) Leistungsänderung und führt über die bereits beschriebene Aufschaltung mittels der Elemente 13 und 14 zum Nachstellen des Korrektur-Sollwertes U. bzw. des Sollwertes UQ um die Spannung &UQ.
Ferner ist ein weiterer Grenzwertmelder 19 vorgesehen, der den Istwert der abgegebenen Leistung auf Unterschreiten eines Minimalwertes überprüft, einen Überbrückungsschalter 20 am Integrator 7 schließt und damit die Mittel zum Nachstellen des Sollwertes UQ außer Eingriff bringt, sobald die abgegebene Leistung des Solargenerators so gering ist, daß eine einwandfreie Erfassung in der Auswerteschaltung 11 nicht mehr möglich ist.
Das Wechselspiel zwischen Aufschaltung des Zusatzsollwertes Au* und Nachstellen des Sollwertes geschieht in Arbeitszyklen, die von der Zeitsteuerschaltung 10 vorgegeben werden. Die Dauer eines derartigen Zyklus kann z.B. 2 Sekunden betragen und durch einen entsprechenden Oszillator mit nachgeschaltetem Zähler in 256 Zeitschritte unterteilt werden.
Sind Störungen der Leistungserfassung durch den Arbeitstakt des Stellers 2 zu befürchten, so kann der Oszillator 21 auf den Stellertakt abgestimmt werden. Mit den Oszil-
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latorimpulsen werden nacheinander die Adressen eines Speichers 22 angesteuert, in dem für jeden Zeitschritt die entsprechenden Ansteuerimpulse für die Nachführregelung abgespeichert sind. Figur 4 zeigt einen beispielhaften Verlauf der entsprechenden Steuersignale in Abhängigkeit von den Zeitschritten η.
Bei Beginn eines Zyklus' wird die zunächst geschlossene Schalteinrichtung i6a, i6b geöffnet (Steuersignal Sl) und unmittelbar darauf der Zusatzsollwert ÄUf der Additfonsstelle 8 aufgeschaltet (Spannung S2). Ist das Panel entsprechend dem neuen Spannungssollwert U0+ Au1 auf einen stationären Leistungsistwert eingeschwungen, wird - bei beibehaltener Aufschaltung von ^U' - die Schalteinrichtung i6 geschlossen. Die Eingangsspannung des Differenziergliedes 17 springt dadurch auf den neuen Leistungsistwert und es entsteht ein Impuls am Differenziererausgang und dem Glättungsglied 18, dessen Vorzeichen vom Schwellwertglied 12 ausgewertet ist. Wenn die Spannung des Glättungsgliedes etwa auf ihren Höchstwert angewachsen ist, wird mit dem Steuersignal S3 der Speicher 13 kurzzeitig geöffnet und das anstehende Ausgangssignal des Schwellwertgliedes 12 für die Dauer eines Zyklus1 gespeichert. Anschließend wird die StÖrgrößenaufschaltung /^U1 beendet und es beginnt die Korrektur des Sollwertes U, . Dazu wird für eine fest vorgegebene Korrekturzeit der Ausgang des Speichers auf den Integrator 7b gegeben, dessen Ausgangsspannung U, sich dadurch um die zum Signal S4 gehörende Spannungszeitfläche Au0 ändert.
Die hier gezeigte Steuerung des Gleichstromstellers wirkt über die Puls-Pause-Steuerung primär auf den übertragenen Strom, wobei sich die Spannung entsprechend dem Lastwiderstand einstellt. Selbstverständlich können auch andere Leistungswandler verwendet werden.
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Die Vorrichtung ermöglicht es somit, den Arbeitspunkt jeweils auf den optimalen Arbeitspunkt nachzuführen, wobei alle Verschiebungen des optimalen Arbeitspunktes selbsttätig berücksichtigt werden.

Claims (10)

  1. VPA 82 P3 1 04DE
    Patentansprüche
    Verfahren zum selbsttätigen Einstellen des optimalen
    Arbeitspunktes einer mit einem Innenwiderstand behafteten Gleichspannungsquelle, insbesondere eines Solargenerators, mit dem folgenden Merkmal:
    a) für eine den Arbeitspunkt der Gleichspannungsquelle bestimmende elektrische Zustandsgröße wird ein SoIlwert vorgegeben, mit dem die Leistungsaufnahme eines der Gleichspannungsquelle nachgeschalteten steuerbaren Energieübertragers gesteuert oder geregelt wird,
    gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:
    b) dem Sollwert (üQ) wird in bestimmten Zeitabständen ein Zusatzsollwert (Störgröße Δϋ') vorübergehend aufgeschaltet,
    c) die durch diese Aufschaltung hervorgerufene differentielle Änderung der abgegebenen Leistung der Gleich-Spannungsquelle wird erfaßt (Meßglied h, Differenzierglied 17) und
    d) nach beendeter Aufschaltung des Zusatzsollwertes wird
    der Sollwert (üQ) geändert, wobei das Vorzeichen der Sollwertänderung bei festgestellter positiver differentieller Änderung der abgegebenen Leistung gleich dem Vorzeichen des Zusatzsollwertes, bei festgestellter negativer differentieller Leistungsänderung entgegengesetzt dem Vorzeichen des Zusatzsollwertes gewählt ist.
    VPA 82 P 3 1 O ^ DE
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Betrag und Vorzeichen des Zusatzsollwertes für alle Aufschaltungen gleich und fest vorgegeben wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Betrag der Sollwertänderung höchstens gleich dem Betrag des Zusatzsollwertes gewählt wird.
  4. k. Verfahren nach Anspruch 2 und 3» dadurch gekennzeichnet , daß der Betrag der Sollwertänderung für alle Sollwertänderungen gleich und fest vorgegeben wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis k, d a -
    durch gekennzeichnet, daß unterhalb einer minimalen Leistungsabgabe ein unveränderlicher Sollwert vorgegeben wird.
    20
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Leistungsabgabe durch differentielles Auswerten der eingeschwungenen Zustände der Gleichspannungsquelle vor und während der Aufschaltung des Zusatzsollwertes festgestellt wird.
  7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche i bis 6, gekennzeichnet durch
    a) eine Gleichspannungsquelle (l), einen nachgeschalteten steuerbaren Energieübertrager (2) und eine Steuereinrichtung (6) für den Energieübertrager, der ein SoIlwert (U^.) für eine elektrische Zustandsgröße der
    - yr - VPA 82 P 3 1 01^ DE
    Gleichspannungsquelle als Führungsgröße vorgegeben ist,
    b) einen Sollwertbildner (7, 7a) zur Bildung des SoIlwertes (UQ),
    c) eine Zeitstufe (lO) zum Erzeugen eines dem Sollwertbildner vorübergehend aufgeschalteten Ausgangssignals (^U1, Additionsstelle 8 ), das während der Aufschaltdauer eine Änderung des Sollwertes um einen Zusatzsollwert ( Δ JJ') hervorruft,
    d) eine Auswerteschaltung (ll), die die zeitliche Ableitung der sich durch die Aufschaltung ändernden Leistungsabgabe ("differentielle Leistungsänderung") der Gleichspannungsquelle feststellt, und
    e) Mittel (13, IA) zum Nachstellen des vom Sollwertbildner gelieferten Sollwertes in Abhängigkeit von dem Vorzeichen der von der Auswerteschaltung (ll) festgestellten differentiellen Leistungsänderung.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Auswerteschaltung einen Grenzwertmelder (19) enthält, der die Mittel zum Nachstellen des Sollwertes außer Eingriff bringt (Schalter 20), wenn ein Minimalwert der Leistungsabgabe unterschritten ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Auswerteschaltung (ll) ein Meßglied (h) für eine der abgegebenen Leistung entsprechende Größe aufweist, daß das Meßglied über einen mit dem Beginn der Aufschaltung zu öffnenden und vor dem Ende der Aufschaltung zu schließenden Schalter (16) mit einem Speicher (31» Figur 3) verbunden ist, und daß dem
    OZIZUZ.Z.
    - VPA 82 P 3 1 (HQE
    Speicher ein Differenzierglied (30, 32, Figur 3) nachgeschaltet ist, dessen Eingang vor dem Öffnen des Schalters der vom Meßglied gemessene, stationäre Leistungsmeßwert, bei geöffnetem Schalter der abgespeicherte Wert und nach Schließen des Schalters wieder der vom Meßglied gemessene stationäre Leistungsmeßwert zugeführt ist.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß der SoIlwertbildner den Sollwert (UQ) als Summe eines Grund-Sollwertes (Un) und eines Korrektur-Sollwertes (U1 Λ ) bildet υ Korr
    und zur Bildung des Grund-Sollwertes eine Einstelleinrichtung (7a) und zur Bildung des Korrektur-Sollwertes einen Integrator (7b) enthält, dem nach jeder Aufschaltung des Zusatzsollwertes kurzzeitig eine vorgegebene Eingangsspannung mit einem dem Vorzeichen der differentiellen Leistungsänderung entsprechenden Vorzeichen aufgeschaltet ist.
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