DE4019710A1

DE4019710A1 - Verfahren zur steuerung eines zwischen einer alternativen energiequelle und einem verbraucher angeordneten anpassungsgeraetes

Info

Publication number: DE4019710A1
Application number: DE19904019710
Authority: DE
Inventors: Hendrik Ing Grad Schreutelkamp
Original assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1990-06-21
Filing date: 1990-06-21
Publication date: 1992-01-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines zwischen einer alternativen Energiequelle, vorzugsweise Solargenerator, und einem Verbraucher, vorzugsweise Batterie, angeordneten Anpassungsgerätes, vorzugsweise Stromrichter, wobei die Ausgangsspannung der Energiequelle immer in dem Punkt, in dem die Energiequelle ihre maximal mögliche Leistung abgibt (MPP=Maximal Power Point), gehalten wird.

Insbesondere bei sogenannten alternativen Energiequellen, wie Solargeneratoren oder Windkraftanlagen, wird eine maximal mögliche Leistungsabgabe (maximum power point) angestrebt. Die günstigste Ausnutzung besteht jeweils nur bei einer Ausgangsspannung, welche von der Auslegung der Energiegewinnungsanlage abhängt und sich mit den Umgebungsbedingungen ständig ändert. Bei Solargeneratoren können diese Änderungen in der Temperatur des Generators, der Sonneneinstrahlung, der Verschmutzung und gegebenenfalls in der Unterbrechung in Teilen der Anlage gesehen werden.

Um die höchstmögliche Leistung zu erzielen, ist es bekannt, zwischen dem Generator und der Belastung ein Anpassungsgerät zu schalten, welches sich in seinem Übertragungsfaktor bezüglich des Stromes und der Spannung steuern läßt. Derartige Geräte können z. B. DC-DC-Wandler (Chopper) sowie selbst- oder netzgeführte Wechselrichter sein. Auch eine Anpassung durch Reihen-Parallel-Schaltung der Belastung oder von Generatorgruppen ist möglich.

Aus der DE-OS 32 45 866 ist ein Verfahren zur selbsttätigen Regelung der von einer Energieerzeugungsanlage abgegebenen Leistung auf den höchstmöglichen Wert (MPP-Regelung) bekannt. Um Schwankungen in der Leistungsabgabe, hervorgerufen durch sich ändernde Umgebungsbedingungen, und damit Auswirkungen auf angeschlossene Verbraucher weitgehend zu vermeiden, wird ein Anpassungsgerät zwischen Erzeugungsanlage und Verbraucher so geregelt, daß aus Strom- und Spannungsschwankungen die bei dem höchsten und dem niedrigsten Spannungswert jeweils abgegebene Leistung ermittelt und gespeichert wird. Aus den Speicherwerten wird kontinuierlich eine Differenz gebildet, deren Betrag und Polarität die Größe und die Richtung des momentanen Ausgangspunktes vom maximalen Leistungspunkt angibt. Hieraus wird gleichzeitig ein Signal für die Führungsgröße für das Anpassungsgerät gebildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Steuerfunktion aufgrund einer Änderung von Umweltbedingungen, beispielsweise bei Einstrahlungsänderungen bei einem Solargenerator, nicht beeinträchtigt wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

a) durch eine Stromspannungsmessung wird die von der Energiequelle abgegebene Ist-Leistung (P_Ist) ermittelt und als Ausgangsleistung (P_Alt) festgesetzt,
b) mit einer um einen vorgegebenen Spannungswert (Step) erhöhten Ausgangsspannung der Energiequelle wird die weiter von der Energiequelle bereitgestellte Ist-Leistung (P_{Ist 1}) ermittelt und mit der vorher festgelegten Ausgangsleistung (P_Alt) verglichen,
c) Verfahrensschritt b wird mit schrittweise um vorgegebene Spannungswerte (Steps) erhöhten Ausgangsspannungen solange wiederholt, bis eine der jeweils ermittelten Ist-Leistungen (P_{Ist n}) die vorher festgesetzte Ausgangsleistung (P_Alt) übersteigt, und
d) übersteigt eine ermittelte Ist-Leistung (P_{Ist n}) die vorher festgesetzte Ausgangsleistung (P_{Alt, n-1}), so wird die erste festgesetzte Ausgangsspannung (P_Alt) der Energiequelle um die vorgegebenen Spannungswerte (Steps) geändert, die Anzahl der Spannungswerte auf 1 reduziert und die Ausgangsspannung der Energiequelle im Punkt maximal möglicher Leistung gehalten.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung können die Verfahrensschritte a) bis d) wiederholt werden. Hierdurch wird eine Abweichung der Ausgangsspannung der Energiequelle vom Punkt maximaler Leistung auf ein Minimum reduziert.

Von besonderem Vorteil ist, daß durch die automatische Änderung der Spannungswerte (Steps) die Steuerung sich selbsttätig an das Anpassungsgerät anpaßt. Dieses gilt auch für die Dynamik des Anpassungsgerätes, so daß Schwingungen zwischen Steuerung und Stellglied ausgeschlossen sind.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß ein Überschreiten der vorgegebenen Spannungswerte (Steps) als Fehler ausgewertet wird. Durch Überwachung der Grenzen der Spannungswerte (Steps) wird eine selbstständige Fehlerfindung durchgeführt.

Eine Weiterbildung der Erfindung geht dahin, daß in schnellen Zyklen festgestellt wird, ob sich die Ausgangsspannung der Energiequelle ändert, und daß im Falle einer Änderung der Steuerungsvorgang so lange unterbrochen wird, bis das aus Energiequelle, Anpassungsgerät und Verbraucher bestehende System wieder stabil ist. Hierdurch wird vorteilhafterweise der Einfluß von externen Einflüssen auf das Ergebnis vermieden.

Die einzige Figur zeigt einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem die mit Bezugszeichen versehenen Kästen folgende Bedeutungen haben:

1. MPPC START
2. SETZE, U_OUT = U_START STEP=1
3. MESSE I
4. I GR 0
5. MESSE U,I U X I = P_IST
6. P_IST = P_ALT
7. SETZE U _OU STEP = U _OUT
8. WARTE T1
9. P_IST < P_ALT
10. SETZE U _OU 2 STEP = U _OUT
11. WARTE T 2
12. STEP<STEP,M
13. FEHLER
14. SETZE STEP-0 = STEP
15. STEP < 2
16. SETZE STEP -1 = STEP
17. SETZE P_IST = P_ALT
18. P _ALT< P_MIN
19. RESET T_AUS
20. START T _AUS
21. T_AUS ENDE
22. WR AUSSCHALTEN

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines zwischen einer alternativen Energiequelle, vorzugsweise Solargenerator, und einem Verbraucher, vorzugsweise Batterie, angeordneten Anpassungsgerätes, vorzugsweise Stromrichter, wobei die Ausgangsspannung der Energiequelle immer in dem Punkt, in dem die Energiequelle ihre maximal mögliche Leistung abgibt (MPP=Maximal Power Point), gehalten wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) durch eine Stromspannungsmessung wird die von der Energiequelle abgegebene Ist-Leistung (P_IST) ermittelt und als Ausgangsleistung (P_Alt) festgesetzt,
b) mit einer um einen vorgegebenen Spannungswert (Step) erhöhten Ausgangsspannung der Energiequelle wird die weitere von der Energiequelle bereitgestellte Ist-Leistung (P_IST)₁ ermittelt und mit der vorher festgelegten Ausgangsleistung (P_Alt) verglichen,
c) Verfahrensschritt b wird mit schrittweise um vorgegebene Spannungswerte (Steps) erhöhten Ausgangsspannungen solange wiederholt, bis eine der jeweils ermittelten Ist-Leistungen (P_{Ist n}) die vorher festgesetzte Ausgangsleistung P_Alt übersteigt, und
übersteigt eine ermittelte Ist-Leistung (P_{Ist N}) die vorher festgesetzte Ausgangsleistung (P_{Alt, n-1}), so wird die erste festgesetzte Ausgangsspannung (P_Alt) der Energiequelle um die vorgegebenen Spannungswerte (Steps) geändert, die Anzahl der Spannungswerte auf 1 reduziert und die Ausgangsspannung der Energiequelle im Punkt maximal möglicher Leistung gehalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte a bis d wiederholt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überschreiten der vorgegebenen Spannungswerte (Steps) als Fehler ausgewertet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in schnellen Zyklen festgestellt wird, ob sich die Ausgangsspannung der Energiequelle ändert, und daß im Falle einer Änderung der Steuervorgang solange unterbrochen wird, bis das aus Energiequelle, Anpassungsgerät und Verbraucher bestehende System wieder stabil ist.