EP0090212A2 - Apparatus for automatically tracking the optimum working point of a D.C. voltage source - Google Patents

Apparatus for automatically tracking the optimum working point of a D.C. voltage source Download PDF

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EP0090212A2
EP0090212A2 EP83102274A EP83102274A EP0090212A2 EP 0090212 A2 EP0090212 A2 EP 0090212A2 EP 83102274 A EP83102274 A EP 83102274A EP 83102274 A EP83102274 A EP 83102274A EP 0090212 A2 EP0090212 A2 EP 0090212A2
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EP
European Patent Office
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setpoint
power
change
voltage source
voltage
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EP83102274A
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German (de)
French (fr)
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EP0090212B1 (en
EP0090212A3 (en
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Franz Dipl.-Ing. Assbeck
Volker Dipl.-Ing. Fleckenstein
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication of EP0090212A3 publication Critical patent/EP0090212A3/en
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    • 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
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/906—Solar cell systems

Definitions

  • the invention relates to a method for automatically setting the optimum operating point of a DC voltage source, in particular a solar generator, which has an internal resistance, and to a device for carrying out the method.
  • a setpoint is specified for an electrical state variable of the DC voltage source that determines the operating point of the solar generator, by means of which the power consumption of a controllable "power transmitter" connected downstream of the DC voltage source is controlled or regulated.
  • Such a DC voltage source can be, for example, an accumulator, a thermocouple, a fuel cell or, in particular, a solar generator.
  • a DC voltage source can be, for example, an accumulator, a thermocouple, a fuel cell or, in particular, a solar generator.
  • these DC voltage sources have in common that between their two electrical state variables (output voltage and output current) there is a certain physical relationship, which is usually described in the equivalent circuit diagram by an internal resistance.
  • the voltage converter is controlled or regulated in such a way that a specific output voltage of the DC voltage source is maintained, so that the current that can be drawn is fixed.
  • the voltage source has only a single electrical degree of freedom, which can be specified as the operating point of the voltage source or the adapter.
  • the power output of such a voltage source is given by a function of the corresponding degree of freedom, ie the operating point, which generally corresponds to a certain value which represents the optimal working point with regard to the utilization of the voltage source ("maximum power point", "MPP"), their maximum.
  • MPP maximum power point
  • DC loads e.g. the vehicle electrical system
  • the DC voltage transformer can also serve as a charge controller for an accumulator and a controllable inverter can be connected downstream of the accumulator, which, for example, feeds the busbar of an "island network", ie a remote group of consumers that is not fed by a "public supply network.”
  • a controllable inverter (generally: a controllable power transformer) is used to convert the primary energy absorbed by the DC voltage source into another electrical energy in a controllable manner, so AC consumers, such as feed pumps, can also be considered as consumers, which can serve for further energy conversion, for example the conveying work of a medium.
  • the control voltage is formed from the control deviation of the generator output voltage from a reference voltage, the reference voltage being supplied by an identically constructed but unloaded solar cell in order to take into account the influences of non-electrical environmental variables.
  • the influence of a change in the operating point as a result of the current flowing from the DC voltage source (also referred to as a "panel") with its falling characteristic cannot be adequately taken into account by the artificial reference voltage formed by the unloaded measuring cell.
  • scatter of specimens as a result of the manufacturing tolerances leads to incorrect settings of the working point.
  • the invention specifies a simple method and a simple device in order to automatically set the operating point to the optimum working point in each case or to readjust it in the event of changes in the state parameters of the panel.
  • the starting point is accordingly a DC voltage source, in particular a solar generator, which is followed by a controllable power transmitter for feeding a consumer.
  • the transmitter is controlled or regulated so that its power consumption, i.e. the electrical power output by the panel is maximum.
  • a state variable that determines the operating point of the panel i.e. the panel voltage or panel current
  • a corresponding setpoint is specified for a state variable that determines the operating point of the panel, i.e. the panel voltage or panel current.
  • An additional value in the sense of a disturbance variable is temporarily applied to this setpoint at certain time intervals and the differential change in the panel power caused thereby is recorded. After the connection of the additional value (removal of the disturbance variable), the setpoint is corrected, i.e.
  • this setpoint change being chosen to be the same as the sign of the additional value if a positive differential change in the panel power was determined during the connection, i.e. the time derivative of the measured power value caused by the activation is positive.
  • the direction of correction (the sign of the change in the setpoint) must be selected opposite the sign of the additional setpoint. So there is a setpoint correction that always leads to an operating point with higher panel performance until the MPP is exceeded. From then on, the further corrections cause the operating point to oscillate around the MPP.
  • the change AP of the panel power P itself is not evaluated, but rather its time derivative so that already Small amplitude disturbances are sufficient to make an exact qualitative statement about the increase or decrease of the panel performance.
  • the interference magnitude amplitudes can be chosen so low that they only cause a 1%, preferably less than 1 ⁇ change in the panel performance, so that they practically no longer interfere with the actual panel control.
  • the amount and sign of the additional setpoint are given the same and fixed for all connections.
  • the magnitude of the setpoint change itself can be a function of the respective, caused by the intrusion of the additional setpoint change of Panelleistun be determined g, whereby the operating point is first rapidly approximated to the MPP at large deviations between the maximum power point and the respective operating point.
  • the method can be carried out even more simply if the amount of the setpoint changes for all setpoint changes is given in the same and fixed manner, in particular the amount of the setpoint changes can be chosen to be smaller than the amount of the additional setpoint.
  • the change in the output panel power is preferably determined by differentially evaluating the steady state of the panel power before and after the additional setpoint is applied.
  • the actual power value (for example, slightly smoothed) that is in the stationary state is detected before a disturbance variable feed-in, immediately before the start of the disturbance variable feed-in into a memory, which places this temporarily stored actual value at the input of a differentiating element until, when the disturbance variable is applied, a steady-state actual power value is set, which then inputs the differentiating element instead of temporarily stored actual power value is switched on.
  • an unchangeable setpoint can be specified as soon as the power output falls below a set minimum value.
  • FIG. 1 shows the course of the current-voltage characteristic of a solar generator and the dependence of the panel power on the degree of freedom of the arrangement.
  • FIG. 2 shows a device for carrying out the method and
  • FIG. 3 shows the most important part of an evaluation circuit for detecting the partial power change.
  • FIG. 4 shows the control of the individual switching elements of the device.
  • the relationship between the output voltage U (panel voltage) of a solar generator and the current I drawn (panel current) is plotted in FIG. Furthermore, the solar power P, ie the product of the panel voltage and panel current, is shown.
  • the solar power P has a pronounced maximum P opt , to which the values U opt and I opt of the two electrical state variables U and I correspond on the U / I state diagram.
  • the diagrams shown which differ slightly even for different panels of the same type, are measured with an irradiation of 930 W / m 2 , an ambient temperature of 24 0 C and a panel temperature of 36 ° C. If these external, non-electrical parameters are changed, different diagrams result.
  • the optimum operating point which is given by U opt and I opt , is set automatically.
  • a solar generator 1 feeds a consumer 3 via an electrical power transformer 2.
  • the power transformer is designed as a DC controller and serves as a charge controller of a battery 3.
  • the terminal voltage of the battery changes only very slightly during a disturbance variable connection, so that the electrical power supplied to the battery and which is taken from the solar generator via the DC controller is practically proportional is the charging current of the battery, which can be measured on the measuring cell 4.
  • the input voltage of the battery is also used to supply the operating voltage for the control unit 6 of the DC chopper and the further control devices via a power supply unit 5.
  • the aim of the control according to the invention is to determine the state variable U (in this case, the panel voltage) as the reference variable for the arrangement to the optimum operating point U opt regulate what happens by changing the pulse-pause ratio of the switch contained in the DC chopper 2.
  • the current flowing through the actuator 2 as the manipulated variable of the system is changed in such a way that it corresponds to the desired working point.
  • the device operates at an operating point which deviates from the optimum power point (maximum power point MPP), which is due to the voltage U o is given and is permanently set on an adjusting device 7a in the setpoint generator.
  • the arrangement can be operated in a controlled manner, but regulation can also be provided.
  • the control deviation between the setpoint value U o and an actual value for the panel voltage picked up by means of a corresponding measuring element 9 can be formed on a comparison element 8 in order to obtain the control variable of the control device 6 of the actuator 2.
  • a time step 10 now generates a disturbance variable (additional setpoint ßU ') which is temporarily applied as a surge voltage to the setpoint U o set on the setpoint generator, for example on the comparator 8. If the sign of the additional setpoint ⁇ U' is negative, it results in that in FIG shown case U 0 ⁇ U opt for a decrease in the panel power P emitted by the solar generator.
  • the sign of this power change ⁇ P ' which is given by the difference between the panel power P o given at the set operating point U 0 and the panel power caused by the disturbance variable connection ⁇ U', thus indicates the direction in which U 0 must be changed in order to come closer to U opt .
  • An evaluation circuit 11 the time derivative of the before and evaluates the panel power output during the feedforward control, therefore determines the change in the power output of the solar generator caused by the connection.
  • the setpoint value U o supplied by the setpoint generator is then changed.
  • the setpoint generator 7 advantageously contains an integrator 7b, to which two antiparallel Zener diodes are connected in parallel in order to limit the voltage.
  • the evaluation circuit 11 contains at its output a limit value indicator 12 which provides the sign of the power change in the form of a digital signal and inputs it into a memory, for example a flip-flop circuit 13.
  • the memory output is connected in such a way that a positive or negative voltage ⁇ U 0 (corresponding to an increase or decrease in the power) of a constant amount is provided in accordance with the stored signal.
  • the time stage 10 closes a switch 14 between the memory 13 and the integrator 7, so that the integrator is now briefly connected to the voltage provided by the memory as an input voltage with a sign corresponding to the sign of the differential power change.
  • the setpoint U 0 is thus changed by a constant, predetermined correction amount ⁇ U 0 after each connection.
  • ⁇ U 0 After a finite number of such correction steps, each consisting of a temporary activation of the additional setpoint ⁇ U 'and a then there is a permanent setpoint change by ⁇ U 0 , the maximum power point MPP is reached and with all further connections, the operating point can only oscillate slightly around this optimal working point.
  • the sign and amount of the additional setpoint value ⁇ U ' is fixed in the given case by the time step 10. Because of the very sensitive differential detection of the change in power, ⁇ U 'can be chosen such that the change in the output voltage U caused by the disturbance variable application is 1% to a maximum of 1% of the voltage U opt in the MPP.
  • the setpoint change ⁇ U 0 is determined by the closing time of the switch 14 and is advantageously chosen such that ⁇ U 0 is somewhat smaller than AU '.
  • the time stage 10 also controls a switching device consisting of two switches 16a and 16b within the evaluation circuit 11.
  • a current measuring element is sufficient for the evaluation circuit 11 to detect the power output of the DC voltage source, since the terminal voltage of the consumer, that is to say the battery input voltage, when open - And switching off the disturbance variable remains practically constant and a slow change in the terminal voltage dependent on the state of charge of the battery is of no importance for the differential power change.
  • current and voltage must be recorded and multiplied with one another in order to record the power or its differential change.
  • the switch 16a which is opened immediately before or at least when the additional setpoint starts to be connected, connects the measuring element 4 (or a downstream actual-value smoothing element 17 with a small time constant) to a memory, in which the memory before the activation measured value of the power output belonging to a steady state of the panel is stored. Even before the end of the connection, as soon as the arrangement has settled to a new stationary value belonging to U O + ⁇ U ', the switch 16 is closed again and the memory contains the new stationary measured value.
  • a differentiating element is connected downstream of the memory, wherein the memory and differentiating element can be combined to form a common differentiating device 18, which is shown in FIG. 3.
  • the memory and the switch interact in such a way that at the input of the differentiating element the respective power measured value before opening the switch, with the switch open the measured value measured and stored immediately before the disturbance variable is applied and after the switch is closed again the measured value, now U0 + ⁇ U ' belonging measured value are supplied. Since these measured values are obtained in steady-state conditions, the differentiator therefore only detects the disturbance-related change in the steady-state power P stat or its change ⁇ P stat , which is present as a voltage surge after the switch 16a is closed again and is differentiated. The differential change in the stationary power output of the DC voltage is therefore present at the output of the differentiating element 18.
  • the capacitor 31 connected upstream of an operational amplifier 30 acts as a memory which charges when the highly insulating switch 16 is closed in accordance with the input signal applied and retains this charge virtually unchanged until the switch 16 is closed again.
  • the operational amplifier 30 is designed via the capacitance 31 and the resistor 34 as a differentiator and via the RC circuit 33, 34 as additional smoothing.
  • the switch 16 b, the one Control signal Sl is controlled and actuated together with the switch 16a, prevents currents from flowing out of the differentiating device 17 into a downstream smoothing element 18 during the opening time of 16a.
  • This smoothing element 18 can consist, for example, of a passive low-pass filter and an active smoothing element and serve to smooth a superimposed AC component of the differentiator output voltage, which results from harmonics of the actual power value.
  • the limit value detector 12 already mentioned detects the sign of this (smoothed) change in power and leads, via the connection already described, by means of the elements 13 and 14 to readjusting the correction setpoint U corr or the setpoint U 0 by the voltage ⁇ U 0 .
  • a further limit value indicator 19 is provided, which checks the actual value of the output power for falling below a minimum value, closes a bypass switch 20 on the integrator 7 and thus disengages the means for adjusting the setpoint value U 0 as soon as the output power of the solar generator is so low that a perfect detection in the evaluation circuit 11 is no longer possible.
  • connection of the additional setpoint ⁇ U 'and readjustment of the setpoint takes place in work cycles which are specified by the time control circuit 10.
  • the duration of such a cycle can e.g. Amount to 2 seconds and are divided into 256 time steps by a corresponding oscillator with a downstream counter.
  • the oscillator 21 can be matched to the actuator cycle.
  • the Oszil lator pulses the addresses of a memory 22 are controlled in succession, in which the corresponding control pulses for the tracking control are stored for each time step.
  • FIG. 4 shows an example of the course of the corresponding control signals as a function of the time steps n.
  • the initially closed switching device 16a, 16b is opened (control signal S1) and immediately thereafter the additional setpoint value ⁇ U 'of the additive point 8 is applied (voltage S2). If the panel has settled to a steady state actual power value in accordance with the new voltage setpoint U 0 + ⁇ U ', the switching device 16 is closed, with the connection of ⁇ U' maintained. The input voltage of the differentiating element 17 thereby jumps to the new actual power value and a pulse arises at the differentiator output and the smoothing element 18, the sign of which is evaluated by the threshold value element 12.
  • the memory 13 is opened briefly with the control signal S3 and the pending output signal of the threshold value element 12 is stored for the duration of one cycle. Subsequently, the disturbance variable connection ⁇ U 'is ended and the correction of the setpoint Ukorr begins.
  • the output of the memory is given to the integrator 7b for a fixed correction time, the output voltage U corr of which changes by the voltage time area ⁇ U 0 associated with the signal S4.
  • the control of the DC chopper shown here primarily acts on the transmitted current via the pulse-pause control, the voltage being set according to the load resistance.
  • the control of the DC chopper shown here primarily acts on the transmitted current via the pulse-pause control, the voltage being set according to the load resistance.
  • other power converters can also be used.
  • the device thus makes it possible to track the working point to the optimum working point, all displacements of the optimal working point being taken into account automatically.

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Abstract

Solar generators, fuel cells and similar d-c voltage sources have a current-voltage characteristic, on which at one point ("maximum power point" MPP) the maximum power can be taken from the d-c voltage source. In an arrangement, in which a d-c voltage source feeds a consumer through a controllable power converter, the optimum operating point is automatically set by setting a reference value for the voltage or the current into the converter, and impressing a supplemental reference value temporarily thereon as a disturbance variable at certain time intervals. If due to the impression, the output power of the d-c voltage source increases, the reference value is adjusted in the direction of the supplemental reference value. If, on the other hand, the sign of the power change is negative, the reference value is changed opposite to the sign of the supplemental reference value. After a finite number of reference value changes, the instantaneous operating point is this brought to the optimum operating point. Since the sign of the power change is determined through evaluation of the derivative with respect to time of the actual power value, the amplitude of the disturbance variable can be chosen very small, so that the operation of the consumer is not impaired.

Description

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.The invention relates to a method for automatically setting the optimum operating point of a DC voltage source, in particular a solar generator, which has an internal resistance, and to a device for carrying out the method. In this case, a setpoint is specified for an electrical state variable of the DC voltage source that determines the operating point of the solar generator, by means of which the power consumption of a controllable "power transmitter" connected downstream of the DC voltage source is controlled or regulated.

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 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.Such a DC voltage source can be, for example, an accumulator, a thermocouple, a fuel cell or, in particular, a solar generator. Apart from the fact that the power emitted by these DC voltage sources depends on non-electrical parameters, such as the ambient temperature, the internal temperature, the state of charge in the case of accumulators or the irradiated power in the case of solar generators, these DC voltage sources have in common that between their two electrical state variables (output voltage and output current) there is a certain physical relationship, which is usually described in the equivalent circuit diagram by an internal resistance. Therefore, if electrical power is drawn from these DC voltage sources by a DC converter, a voltage converter or another matching converter, which is fed to a downstream load, then the maximum output voltage that can be achieved per se falls the more current is drawn via the voltage converter. Becomes conversely, the voltage converter is controlled or regulated in such a way that a specific output voltage of the DC voltage source is maintained, so that the current that can be drawn is fixed. The voltage source has only a single electrical degree of freedom, which can be specified as the operating point of the voltage source or the adapter. The power output of such a voltage source is given by a function of the corresponding degree of freedom, ie the operating point, which generally corresponds to a certain value which represents the optimal working point with regard to the utilization of the voltage source ("maximum power point", "MPP"), their maximum. Especially with voltage sources whose primary energy is free (e.g. solar energy) or practically free compared to the installation effort, it is desirable for optimal use of the system to run the system practically always at full load, i.e. to always work at the MPP, to the greatest possible extent to feed a lot of electrical energy from the DC voltage source into a load, for example an energy store.

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 Gleichspannungsquelle aufgenommene Primärenergie in eine andere elektrische Energie auf steuerbare Weise umzuwandeln, so kommen als Verbraucher auch Wechselstromverbraucher wie etwa Förderpumpen infrage, die zur weiteren Energieumwandlung, beispielsweise die Förderarbeit eines Mediums, dienen können.In connection with a DC power controller or another DC voltage transformer, DC loads (e.g. the vehicle electrical system) can be considered as loads. The DC voltage transformer can also serve as a charge controller for an accumulator and a controllable inverter can be connected downstream of the accumulator, which, for example, feeds the busbar of an "island network", ie a remote group of consumers that is not fed by a "public supply network." Instead of a DC voltage transformer a controllable inverter (generally: a controllable power transformer) is used to convert the primary energy absorbed by the DC voltage source into another electrical energy in a controllable manner, so AC consumers, such as feed pumps, can also be considered as consumers, which can serve for further energy conversion, for example the conveying work of a medium.

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 Stellspannung 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 UmweltgröBen zu berücksichtigen. Der Einfluß einer Arbeitspunktver- änderung 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.From DE-OS 29 03 559 it is already known to control the power consumption of a load by means of a DC voltage converter connected to a solar generator, the DC voltage converter being supplied with a control voltage by which the output voltage of the solar generator is controlled at the optimum voltage value belonging to the optimum operating point shall be. Accordingly, the control voltage is formed from the control deviation of the generator output voltage from a reference voltage, the reference voltage being supplied by an identically constructed but unloaded solar cell in order to take into account the influences of non-electrical environmental variables. However, the influence of a change in the operating point as a result of the current flowing from the DC voltage source (also referred to as a "panel") with its falling characteristic cannot be adequately taken into account by the artificial reference voltage formed by the unloaded measuring cell. Furthermore, scatter of specimens as a result of the manufacturing tolerances leads to incorrect settings of the working point.

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.In the case of the known device, it is also no longer possible to find the optimum working point in the event of partial shading or contamination of the solar generator or the unloaded measuring cell which supplies the reference voltage.

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.The invention specifies a simple method and a simple device in order to automatically set the operating point to the optimum working point in each case or to readjust it in the event of changes in the state parameters of the panel.

Dies gelingt durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Ausgangspunkt ist demnach eine Gleichspannungsquelle, 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 Sollwertänderung 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.This is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1. The starting point is accordingly a DC voltage source, in particular a solar generator, which is followed by a controllable power transmitter for feeding a consumer. The transmitter is controlled or regulated so that its power consumption, i.e. the electrical power output by the panel is maximum. For this purpose, for a state variable that determines the operating point of the panel, i.e. the panel voltage or panel current, a corresponding setpoint is specified. An additional value in the sense of a disturbance variable is temporarily applied to this setpoint at certain time intervals and the differential change in the panel power caused thereby is recorded. After the connection of the additional value (removal of the disturbance variable), the setpoint is corrected, i.e. permanently changed, the sign of this setpoint change being chosen to be the same as the sign of the additional value if a positive differential change in the panel power was determined during the connection, i.e. the time derivative of the measured power value caused by the activation is positive. However, if the activation of the additional setpoint has resulted in a negative differential change in the panel power output, the direction of correction (the sign of the change in the setpoint) must be selected opposite the sign of the additional setpoint. So there is a setpoint correction that always leads to an operating point with higher panel performance until the MPP is exceeded. From then on, the further corrections cause the operating point to oscillate around the MPP.

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 AP der Panelleistung P selbst ausgewertet, sondern deren zeitliche Ableitung

Figure imgb0001
, so daß bereits kleine Störgrößenamplituden genügen, um eine exakte qualitative Aussage über Zu- oder Abnahme der Panelleistung zu machen.The smaller the correction steps and the disturbance variable amplitude (additional setpoint) can be, the smaller the fluctuations caused by these oscillations. According to the invention, the change AP of the panel power P itself is not evaluated, but rather its time derivative
Figure imgb0001
 so that already Small amplitude disturbances are sufficient to make an exact qualitative statement about the increase or decrease of the panel performance.

Die Störgrößenamplituden können dabei so gering gewählt werden, daß sie nur noch 1 %, vorzugsweise weniger als 1 ‰ Änderung in der Panelleistung bewirken, also die eigentliche Panelregelung praktisch nicht mehr stören.The interference magnitude amplitudes can be chosen so low that they only cause a 1%, preferably less than 1 ‰ change in the panel performance, so that they practically no longer interfere with the actual panel control.

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 Zuverlässig= keit erfaßbar.If, on the other hand, the actual power values were compared with each other before and during the feedforward control, the differences of these actual power values would no longer be detectable with the desired reliability given the accuracy of the usual measuring and evaluation devices.

Bei einer besonders einfachen Vorrichtung werden Betrag und Vorzeichen des Zusatzsollwertes für alle Aufschaltungen gleich und fest vorgegeben. Der Betrag der Sollwertänderung 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.In a particularly simple device, the amount and sign of the additional setpoint are given the same and fixed for all connections. The magnitude of the setpoint change itself can be a function of the respective, caused by the intrusion of the additional setpoint change of Panelleistun be determined g, whereby the operating point is first rapidly approximated to the MPP at large deviations between the maximum power point and the respective operating point. However, the method can be carried out even more simply if the amount of the setpoint changes for all setpoint changes is given in the same and fixed manner, in particular the amount of the setpoint changes can be chosen to be smaller than the amount of the additional setpoint.

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 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 ΔP am Eingang des Differenziergliedes, das selbst bei sehr kleinem ΔP ein großes Ausgangssignal d d P/dt erzeugt.The change in the output panel power is preferably determined by differentially evaluating the steady state of the panel power before and after the additional setpoint is applied. To do this, the actual power value (for example, slightly smoothed) that is in the stationary state is detected before a disturbance variable feed-in, immediately before the start of the disturbance variable feed-in into a memory, which places this temporarily stored actual value at the input of a differentiating element until, when the disturbance variable is applied, a steady-state actual power value is set, which then inputs the differentiating element instead of temporarily stored actual power value is switched on. This creates a sudden change in ΔP at the input of the differentiator, which produces a large output signal dd P / dt even with a very small ΔP.

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.Because e.g. If the lighting intensity of a solar generator is low, a setpoint change only leads to correspondingly smaller, difficult to evaluate changes in the panel power, an unchangeable setpoint can be specified as soon as the power output falls below a set minimum value.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in den Unteransprüchen angegeben. Anhand von vier Figuren und einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert.An advantageous device for performing the method is specified in the subclaims. The invention is explained in more detail with reference to four figures and an exemplary embodiment.

Figur 1 zeigt den Verlauf der Strom-Spannungskennlinie eines Solargenerators sowie die Abhängigkeit der Panelleistung von dem Freiheitsgrad der Anordnung. In Figur 2 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und in Figur 3 der wichtigste Teil einer Auswerteschaltung zum Erfassen der stionären Leistungsänderung dargestellt, Figur 4 zeigt die Ansteuerung der einzelnen Schaltglieder der Vorrichtung.Figure 1 shows the course of the current-voltage characteristic of a solar generator and the dependence of the panel power on the degree of freedom of the arrangement. FIG. 2 shows a device for carrying out the method and FIG. 3 shows the most important part of an evaluation circuit for detecting the partial power change. FIG. 4 shows the control of the individual switching elements of the device.

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 Popt auf, dem auf dem U/I-Zustandsdiagramm die Werte Uopt und Iopt 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/m2, 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 Uopt und Iopt gegeben ist, selbsttätig eingestellt.The relationship between the output voltage U (panel voltage) of a solar generator and the current I drawn (panel current) is plotted in FIG. Furthermore, the solar power P, ie the product of the panel voltage and panel current, is shown. The solar power P has a pronounced maximum P opt , to which the values U opt and I opt of the two electrical state variables U and I correspond on the U / I state diagram. The diagrams shown, which differ slightly even for different panels of the same type, are measured with an irradiation of 930 W / m 2 , an ambient temperature of 24 0 C and a panel temperature of 36 ° C. If these external, non-electrical parameters are changed, different diagrams result. With the invention, the optimum operating point, which is given by U opt and I opt , is set automatically.

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 4 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.In the following, the case is considered that, according to FIG. 2, a solar generator 1 feeds a consumer 3 via an electrical power transformer 2. In the given case, the power transformer is designed as a DC controller and serves as a charge controller of a battery 3. The terminal voltage of the battery changes only very slightly during a disturbance variable connection, so that the electrical power supplied to the battery and which is taken from the solar generator via the DC controller is practically proportional is the charging current of the battery, which can be measured on the measuring cell 4. The input voltage of the battery is also used to supply the operating voltage for the control unit 6 of the DC chopper and the further control devices via a power supply unit 5.

Ziel der erfindungsgemäßen Regelung ist es, die Zustandsgröße U(in diesem Fall also die Panelspannung) als Führungsgröße der Anordnung auf den optimalen Arbeitspunkt Uopt einzuregeln, was durch Veränderung des Puls-Pausen-Verhältnisses des im Gleichstromsteller 2 enthaltenen Schalters geschieht. Dadurch wird der über den Steller 2 fließende Strom als Stellgröße des Systems so verändert, wie es dem angestrebten Arbeitspunkt entspricht.The aim of the control according to the invention is to determine the state variable U (in this case, the panel voltage) as the reference variable for the arrangement to the optimum operating point U opt regulate what happens by changing the pulse-pause ratio of the switch contained in the DC chopper 2. As a result, the current flowing through the actuator 2 as the manipulated variable of the system is changed in such a way that it corresponds to the desired working point.

Vorteilhaft liefert der Sollwertbildner einen Grund-Sollwert U o, und einen Korrektursollwert Ukorr, die zu dem Sollwert U0 = U o + Ukorr zusammengesetzt werden.The setpoint generator advantageously provides a basic setpoint U o , and a correction setpoint U corr , which corresponds to the setpoint U 0 = U o + U corr are put together.

Es sei zunächst angenommen, daß die Vorrichtung bei einem vom optimalen Arbeitspunkt (maximum power point MPP) abweichenden Arbeitspunkt arbeitet, der durch die Spannung U o 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 Uo 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.It is initially assumed that the device operates at an operating point which deviates from the optimum power point (maximum power point MPP), which is due to the voltage U o is given and is permanently set on an adjusting device 7a in the setpoint generator. The arrangement can be operated in a controlled manner, but regulation can also be provided. For example, the control deviation between the setpoint value U o and an actual value for the panel voltage picked up by means of a corresponding measuring element 9 can be formed on a comparison element 8 in order to obtain the control variable of the control device 6 of the actuator 2.

Eine Zeitstufe 10 erzeugt nun eine Störgröße (Zusatzsollwert ßU'), die als Störspannungsstoß dem am Sollwertbildner eingestellten Sollwert Uo vorübergehend aufgeschaltet wird, z.B. am Vergleichsglied 8. Ist das Vorzeichen des Zusatzsollwertes Δ U' negativ, so führt es in dem in Figur 1 gezeigten Fall U0 < Uopt zu einer Abnahme der von Solargenerator abgegebenen Panelleistung P. Das Vorzeichen dieser Leistungsänderung ΔP', die durch die Differenz der zum eingestellten Arbeitspunkt U0 gegebenen Panelleistung Po und der durch die StörgrößenAufschaltung ΔU' bewirkten Panelleistung gegeben ist, zeigt somit an, in welcher Richtung U0 verändert werden muß, um zu einer Annäherung an Uopt zu kommen. Eine Auswerteschaltung 11, die die zeitliche Ableitung der vor und während der Störgrößenaufschaltung abgegebenen Panelleistung auswertet, stellt daher die durch die Aufschaltung hervorgerufene Änderung der Leistungsabgabe des Solargenerators fest.A time step 10 now generates a disturbance variable (additional setpoint ßU ') which is temporarily applied as a surge voltage to the setpoint U o set on the setpoint generator, for example on the comparator 8.If the sign of the additional setpoint Δ U' is negative, it results in that in FIG shown case U 0 <U opt for a decrease in the panel power P emitted by the solar generator. The sign of this power change ΔP ', which is given by the difference between the panel power P o given at the set operating point U 0 and the panel power caused by the disturbance variable connection ΔU', thus indicates the direction in which U 0 must be changed in order to come closer to U opt . An evaluation circuit 11, the time derivative of the before and evaluates the panel power output during the feedforward control, therefore determines the change in the power output of the solar generator caused by the connection.

In Abhängigkeit von dem Vorzeichen der von der Auswerteschaltung festgestellten Leistungsänderung wird dann der vom Sollwertbildner gelieferte Sollwert Uo 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 Leistungsänderung 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 ΔU0 (entsprechend einer Zunahme oder Abnahme der Leistung) konstanten Betrages bereitgestellt ist. Nach Beendigung der Aufschaltung des Zusatzsollwertes AU' schließt die Zeitstufe 10 einen Schalter 14 zwischen den Speicher 13 und dem Integrator 7, so daß nun dem Integrator kurzfristig die vom Speicher bereitgestellte Spannung als Eingangsspannung mit einem dem Vorzeichen der differentiellen Leistungsänderung entsprechenden Vorzeichen aufgeschaltet ist. Der Integrator summiert diese kurzfristigen Spannungsstöße ΔU0, so daß die Integratorausgangsspannung Ukorr = ΣΔU0 als Korrekturgröße des Grund-Sollwerts U 0entsprechend nachgeführt wird.Depending on the sign of the change in performance determined by the evaluation circuit, the setpoint value U o supplied by the setpoint generator is then changed. For this purpose, the setpoint generator 7 advantageously contains an integrator 7b, to which two antiparallel Zener diodes are connected in parallel in order to limit the voltage. To readjust the setpoint value, it can be provided that the evaluation circuit 11 contains at its output a limit value indicator 12 which provides the sign of the power change in the form of a digital signal and inputs it into a memory, for example a flip-flop circuit 13. The memory output is connected in such a way that a positive or negative voltage ΔU 0 (corresponding to an increase or decrease in the power) of a constant amount is provided in accordance with the stored signal. After completion of the connection of the additional setpoint AU ', the time stage 10 closes a switch 14 between the memory 13 and the integrator 7, so that the integrator is now briefly connected to the voltage provided by the memory as an input voltage with a sign corresponding to the sign of the differential power change. The integrator sums these short-term voltage surges ΔU 0 , so that the integrator output voltage U corr = ΣΔU 0 is corrected accordingly as a correction quantity of the basic setpoint value U 0.

Der Sollwert U0 wird somit nach jeder Aufschaltung um einen konstanten, fest vorgegebenen Korrekturbetrag ΔU0 geändert. Nach einer endlichen Zahl von derartigen Korrekturschritten, die jeweils aus einer vorübergehenden Aufschaltung des Zusatzsollwertes ΔU' und einer anschließenden bleibenden Sollwertänderung um ΔU0 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.The setpoint U 0 is thus changed by a constant, predetermined correction amount ΔU 0 after each connection. After a finite number of such correction steps, each consisting of a temporary activation of the additional setpoint ΔU 'and a then there is a permanent setpoint change by ΔU 0 , the maximum power point MPP is reached and with all further connections, the operating point can only oscillate slightly around this optimal working point.

Vorzeichen und Betrag des Zusatzsollwertes ΔU' ist im gegebenen Fall durch die Zeitstufe 10 fest vorgegeben. Wegen der sehr empfindlichen differentiellen Erfassung der Leistungsänderung kann ΔU' so gewählt werden, daß die durch die Störgrößenaufschaltung bedingte Änderung der Ausgangsspannung U 1 %o bis maximal 1 % der Spannung Uopt im MPP beträgt. Die Sollwertänderung Δ U0 ist durch die Schließzeit des Schalters 14 festgelegt und wird vorteilhaft so gewählt, daß ΔU0 etwas kleiner als A U' ist.The sign and amount of the additional setpoint value ΔU 'is fixed in the given case by the time step 10. Because of the very sensitive differential detection of the change in power, ΔU 'can be chosen such that the change in the output voltage U caused by the disturbance variable application is 1% to a maximum of 1% of the voltage U opt in the MPP. The setpoint change Δ U 0 is determined by the closing time of the switch 14 and is advantageously chosen such that ΔU 0 is somewhat smaller than AU '.

Die Zeitstufe 10 steuert ferner eine aus zwei Schaltern 16a 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.The time stage 10 also controls a switching device consisting of two switches 16a and 16b within the evaluation circuit 11. In the given case, a current measuring element is sufficient for the evaluation circuit 11 to detect the power output of the DC voltage source, since the terminal voltage of the consumer, that is to say the battery input voltage, when open - And switching off the disturbance variable remains practically constant and a slow change in the terminal voltage dependent on the state of charge of the battery is of no importance for the differential power change. In other cases, current and voltage must be recorded and multiplied with one another in order to record the power or its differential change.

Der Schalter 16a, der unmittelbar vor oder wenigstens mit Beginn der Aufschaltung des Zusatzsollwertes geöffnet wird, verbindet das Meßglied 4 (bzw. ein nachgeschaltetes Istwert-Glättungsglied 17 mit kleiner Zeitkonstante) mit einem Speicher, in dem dann der vor der Aufschaltung 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 UO+ΔU' 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.The switch 16a, which is opened immediately before or at least when the additional setpoint starts to be connected, connects the measuring element 4 (or a downstream actual-value smoothing element 17 with a small time constant) to a memory, in which the memory before the activation measured value of the power output belonging to a steady state of the panel is stored. Even before the end of the connection, as soon as the arrangement has settled to a new stationary value belonging to U O + ΔU ', the switch 16 is closed again and the memory contains the new stationary measured value. A differentiating element is connected downstream of the memory, wherein the memory and differentiating element can be combined to form a common differentiating device 18, which is shown in FIG. 3.

Speicher und Schalter wirken so zusammen, daß am Eingang des Differenziergliedes vor dem Öffnen des Schalters der jeweilige Leistungsmeßwert, bei geöffnetem Schalter der z unmittelbar vor der Störgrößenaufschaltung gemessene und abgespeicherte Meßwert und nach dem Schließen des Schalters wieder der gemessene, jetzt zu U0 + ΔU' gehörende Meßwert zugeführt sind. Da diese Meßwerte jeweils bei eingeschwungenen Zuständen gewonnen sind, erfaßt das Differenzierglied also nur die störgrößenbedingte Änderung der stationären Leistung Pstat bzw. deren Änderung Δ Pstat, die nach dem erneuten Schließen des Schalters 16a als Spannungsstoß anliegt und differenziert wird. Am Ausgang des Differenziergliedes 18 liegt also die differentielle Änderung der stationären Leistungsabgabe der Gleichspannung an.The memory and the switch interact in such a way that at the input of the differentiating element the respective power measured value before opening the switch, with the switch open the measured value measured and stored immediately before the disturbance variable is applied and after the switch is closed again the measured value, now U0 + ΔU ' belonging measured value are supplied. Since these measured values are obtained in steady-state conditions, the differentiator therefore only detects the disturbance-related change in the steady-state power P stat or its change Δ P stat , which is present as a voltage surge after the switch 16a is closed again and is differentiated. The differential change in the stationary power output of the DC voltage is therefore present at the output of the differentiating element 18.

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 34 als Differenzierer und über die RC-Beschaltung 33, 34 als zusätzliche Glättung ausgelegt. Der Schalter 16 b, der über ein Steuersignal Sl gemeinsam mit dem Schalter 16a 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.According to FIG. 3, the capacitor 31 connected upstream of an operational amplifier 30 acts as a memory which charges when the highly insulating switch 16 is closed in accordance with the input signal applied and retains this charge virtually unchanged until the switch 16 is closed again. The operational amplifier 30 is designed via the capacitance 31 and the resistor 34 as a differentiator and via the RC circuit 33, 34 as additional smoothing. The switch 16 b, the one Control signal Sl is controlled and actuated together with the switch 16a, prevents currents from flowing out of the differentiating device 17 into a downstream smoothing element 18 during the opening time of 16a. This smoothing element 18 can consist, for example, of a passive low-pass filter and an active smoothing element and serve to smooth a superimposed AC component of the differentiator output voltage, which results from harmonics of the actual power value.

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 Ukorr bzw. des Sollwertes U0 um die Spannung ΔU0.The limit value detector 12 already mentioned detects the sign of this (smoothed) change in power and leads, via the connection already described, by means of the elements 13 and 14 to readjusting the correction setpoint U corr or the setpoint U 0 by the voltage ΔU 0 .

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 U0 außer Eingriff bringt, sobald die abgegebene Leistung des Solargenerators so gering ist, daß eine einwandfreie Erfassung in der Auswerteschaltung 11 nicht mehr möglich ist.Furthermore, a further limit value indicator 19 is provided, which checks the actual value of the output power for falling below a minimum value, closes a bypass switch 20 on the integrator 7 and thus disengages the means for adjusting the setpoint value U 0 as soon as the output power of the solar generator is so low that a perfect detection in the evaluation circuit 11 is no longer possible.

Das Wechselspiel zwischen Aufschaltung des Zusatzsollwertes ΔU' 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.The interplay between connection of the additional setpoint ΔU 'and readjustment of the setpoint takes place in work cycles which are specified by the time control circuit 10. The duration of such a cycle can e.g. Amount to 2 seconds and are divided into 256 time steps by a corresponding oscillator with a downstream counter.

Sind Störungen der Leistungserfassung durch den Arbeitstakt des Stellers 2 zu befürchten, so kann der Oszillator 21 auf den Stellertakt abgestimmt werden. Mit den Oszillatorimpulsen 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 n.If there is a risk of disturbances in the power acquisition due to the operating cycle of the actuator 2, the oscillator 21 can be matched to the actuator cycle. With the Oszil lator pulses the addresses of a memory 22 are controlled in succession, in which the corresponding control pulses for the tracking control are stored for each time step. FIG. 4 shows an example of the course of the corresponding control signals as a function of the time steps n.

Bei Beginn eines Zyklus' wird die zunächst geschlossene Schalteinrichtung 16a, 16b geöffnet (Steuersignal S1) und unmittelbar darauf der Zusatzsollwert ΔU' der Additbnsstelle 8 aufgeschaltet (Spannung S2). Ist das Panel entsprechend dem neuen Spannungssollwert U0+ΔU' auf einen stationären Leistungsistwert eingeschwungen, wird - bei beibehaltener Aufschaltung von ΔU' - die Schalteinrichtung 16 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 Zyklus' gespeichert. Anschließend wird die Störgrößenaufschaltung ΔU' beendet und es beginnt die Korrektur des Sollwertes Ukorr. Dazu wird für eine fest vorgegebene Korrekturzeit der Ausgang des Speichers auf den Integrator 7b gegeben, dessen Ausgangsspannung Ukorr sich dadurch um die zum Signal S4 gehörende Spannungszeitfläche ΔU0 ändert.At the beginning of a cycle, the initially closed switching device 16a, 16b is opened (control signal S1) and immediately thereafter the additional setpoint value ΔU 'of the additive point 8 is applied (voltage S2). If the panel has settled to a steady state actual power value in accordance with the new voltage setpoint U 0 + ΔU ', the switching device 16 is closed, with the connection of ΔU' maintained. The input voltage of the differentiating element 17 thereby jumps to the new actual power value and a pulse arises at the differentiator output and the smoothing element 18, the sign of which is evaluated by the threshold value element 12. When the voltage of the smoothing element has increased approximately to its maximum value, the memory 13 is opened briefly with the control signal S3 and the pending output signal of the threshold value element 12 is stored for the duration of one cycle. Subsequently, the disturbance variable connection ΔU 'is ended and the correction of the setpoint Ukorr begins. For this purpose, the output of the memory is given to the integrator 7b for a fixed correction time, the output voltage U corr of which changes by the voltage time area ΔU 0 associated with the signal S4.

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.The control of the DC chopper shown here primarily acts on the transmitted current via the pulse-pause control, the voltage being set according to the load resistance. Of course, other power converters can also be used.

Die Vorrichtung ermöglicht es somit, den Arbeitspunkt jeweils auf den optimalen Arbeitspunkt nachzuführen, wobei alle Verschiebungen des optimalen Arbeitspunktes selbsttätig berücksichtigt werden.The device thus makes it possible to track the working point to the optimum working point, all displacements of the optimal working point being taken into account automatically.

Claims (10)

1. 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 Sollwert vorgegeben, mit dem die Leistungsaufnahme eines der Gleichspannungsquelle nachgeschalteten steuerbaren Energieübertragers gesteuert oder geregelt wird,
gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale: b) dem Sollwert (U0) wird in bestimmten Zeitabständen ein Zusatzsollwert (Störgröße ΔU') vorübergehend aufgeschaltet, c) die durch diese Aufschaltung hervorgerufene differentielle Änderung der abgegebenen Leistung der Gleichspannungsquelle wird erfaßt (Meßglied 4, Differenzierglied 17) und d) nach beendeter Aufschaltung des Zusatzsollwertes wird der Sollwert (U0) 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. 1. Method for automatically setting the optimum operating point of a DC voltage source with an internal resistance, in particular a solar generator, with the following feature: a) for an electrical state variable which determines the operating point of the DC voltage source, a setpoint is specified with which the power consumption of a controllable energy transformer connected downstream of the DC voltage source is controlled or regulated,
characterized by the following additional features: b) an additional setpoint (disturbance variable ΔU ') is temporarily applied to the setpoint (U 0 ) at certain time intervals, c) the differential change in the output power of the DC voltage source caused by this connection is detected (measuring element 4, differentiating element 17) and d) after the activation of the additional setpoint has ended, the setpoint (U 0 ) is changed, the sign of the change in the setpoint if the positive differential change in the output power determined is equal to the sign of the additional setpoint, opposite the sign of the additional setpoint if the negative differential change in power is determined. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß Betrag und Vorzeichen des Zusatzsollwertes für alle Aufschaltungen gleich und fest vorgegeben wird.2. The method according to claim 1, character- ized in that the amount and sign of the additional setpoint is the same and fixed for all intrusions. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Betrag der Sollwertänderung höchstens gleich dem Betrag des Zusatzsollwertes gewählt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the amount of the setpoint change is chosen to be at most equal to the amount of the additional setpoint. 4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Betrag der Sollwertänderung für alle Sollwertänderungen gleich und fest vorgegeben wird.4. The method according to claim 2 and 3, characterized in that the amount of the setpoint change is the same and fixed for all setpoint changes. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da- durch gekennzeichnet , daß unterhalb einer minimalen Leistungsabgabe ein unveränderlicher Sollwert vorgegeben wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an unchangeable setpoint is specified below a minimum power output. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da- durch gekennzeichnet , daß die Änderung der Leistungsabgabe durch differentielles Auswerten der eingeschwungenen Zustände der Gleichspannungsquelle vor und während der Aufschaltung des Zusatzsollwertes festgestellt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the change in power output is determined by differentially evaluating the steady state of the DC voltage source before and during the connection of the additional setpoint. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch a) eine Gleichspannungsquelle (1), einen nachgeschalteten steuerbaren Energieübertrager (2) und eine Steuereinrichtung (6) für den Energieübertrager, der ein Sollwert (U0) für eine elektrische Zustandsgröße der Gleichspannungsquelle als Führungsgröße vorgegeben ist, b) einen Sollwertbildner (7, 7a) zur Bildung des Sollwertes (U0), c) eine Zeitstufe (10) zum Erzeugen eines dem Sollwertbildner vorübergehend aufgeschalteten Ausgangssignals (ΔU', Additionsstelle 8), das während der Aufschaltdauer eine Änderung des Sollwertes um einen Zusatzsollwert ( ΔU') hervorruft, d) eine Auswerteschaltung (11), die die zeitliche Ablei- tung der sich durch die Aufschaltung ändernden Leistungsabgabe ("differentielle Leistungsänderung") der Gleichspannungsquelle feststellt, und e) Mittel (13, 14) zum Nachstellen des vom Sollwertbildner gelieferten Sollwertes in Abhängigkeit von dem Vorzeichen der von der Auswerteschaltung (11) festgestellten differentiellen Leistungsänderung. 7. Device for performing the method according to one of claims 1 to 6, characterized by a) a DC voltage source (1), a downstream controllable energy transfer device (2) and a control device (6) for the energy transfer device, which has a setpoint value (U 0 ) for an electrical state variable DC voltage source is specified as a reference variable, b) a setpoint generator (7, 7a) for forming the setpoint (U 0 ), c) a time stage (10) for generating an output signal (ΔU ', addition point 8) which is temporarily connected to the setpoint generator and which causes a change in the setpoint by an additional setpoint (ΔU') during the activation period, d) an evaluation circuit (11) which determines the time derivative of the power output ("differential power change") of the DC voltage source that changes due to the connection, and e) means (13, 14) for adjusting the setpoint value supplied by the setpoint generator depending on the sign of the differential power change determined by the evaluation circuit (11). 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge- kennzeichnet, 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.8. The device according to claim 7, characterized in that the evaluation circuit contains a limit indicator (19) which disengages the means for adjusting the setpoint (switch 20) when the power output falls below a minimum value. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Auswerteschaltung (11) ein Meßglied (4) 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 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.9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the evaluation circuit (11) has a measuring element (4) for a size corresponding to the output power, that the measuring element via a to be opened at the beginning of the connection and before the end of the connection to be closed switch (16) is connected to a memory (31, Figure 3), and that the A differentiator (30, 32, FIG. 3) is connected downstream, the input of which is supplied with the stationary power measurement measured by the measuring element before opening the switch, the stored value when the switch is open and the stationary power measured value measured by closing the switch. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da-durch gekennzeichnet , daß der Sollwertbildner den Sollwert (U0) als Summe eines Grund-Sollwertes (U 0) und eines Korrektur-Sollwertes (Ukorr) bildet 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.10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the setpoint generator the setpoint (U 0 ) as the sum of a basic setpoint ( U 0 ) and a correction setpoint (U corr ) and to form the basic setpoint an adjusting device (7a) and to form the correction setpoint contains an integrator (7b), which has a predetermined input voltage with a short time after each connection of the additional setpoint the sign corresponding to the sign of the differential power change is applied.
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