FR3050548A1 - MANAGEMENT OF A PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM BY A POWER CONDITIONING UNIT (PCU) CALCULATING THE MAXIMUM POWER POINT (MPPC) - Google Patents

MANAGEMENT OF A PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM BY A POWER CONDITIONING UNIT (PCU) CALCULATING THE MAXIMUM POWER POINT (MPPC) Download PDF

Info

Publication number
FR3050548A1
FR3050548A1 FR1670189A FR1670189A FR3050548A1 FR 3050548 A1 FR3050548 A1 FR 3050548A1 FR 1670189 A FR1670189 A FR 1670189A FR 1670189 A FR1670189 A FR 1670189A FR 3050548 A1 FR3050548 A1 FR 3050548A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
power
voltage
mpp
module
calculation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR1670189A
Other languages
French (fr)
Other versions
FR3050548B1 (en
Inventor
Antoine Capel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to FR1670189A priority Critical patent/FR3050548B1/en
Publication of FR3050548A1 publication Critical patent/FR3050548A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FR3050548B1 publication Critical patent/FR3050548B1/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • 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
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/613—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in parallel with the load as final control devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

La présente invention concerne une unité de conditionnement de puissance (1) qui gère un système de puissance constitué de n panneaux solaires identiques (2), une batterie (3) et un réseau d'utilisation (4). Cette unité est modulaire représentée en fig1 est composé de 2 types de régulateurs de puissance : un shunt non dissipatif (5) formé de n shunts, un par panneau, un chargeur-déchargeur de batterie bidirectionnel (6), c'est-à-dire un régulateur capable, à la fois de charger ou de décharger une batterie et un module de calcul (7). Ce module est capable de calculer le point de puissance maximal des panneaux solaires, appelé MPP, à l'ai de d'informations de courants et de tension, et de générer une tension de référence, image de la tension MPP, et de la transmettre aux régulateurs de puissance (8) pour qu'ils régulent la tension VMPP (9) qui est distribuée au réseau d'utilisation. Le calcul de la tension MPP par le module MPPC-uP (7) est le résultat d'un processus mathématique, résolvant un système de 3 équations à 3 inconnues. Ce calcul est rapide, quelques microsecondes, précis, et la tension MPP ne varie pas si les conditions d'illumination ne changent pas. Il permet un suivi constant de l'évolution des conditions d'exposition au soleil. Ce calcul implique de connaître 3 paramètres. L'un d'entre eux, le courant de court-circuit d'un panneau est immédiat : c'est le courant que fourni le panneau qui est courtcircuité par un module shunt, ici le module 1(10). La connaissance des 2 autres paramètres nécessite la mesure des coordonnées, courant et tension, d'un point M de la caractéristique électrique d'un panneau, en fonctionnement nominal et de 2 points en régime forcé (très forte puissance qui fait intervenir le déchargeur de batterie).The present invention relates to a power conditioning unit (1) which manages a power system consisting of n identical solar panels (2), a battery (3) and a utilization network (4). This unit is modular represented in fig1 is composed of 2 types of power regulators: a non-dissipative shunt (5) formed of n shunts, one per panel, a charger-discharger bidirectional battery (6), that is to say say a regulator capable of both charging or discharging a battery and a calculation module (7). This module is able to calculate the maximum power point of solar panels, called MPP, with current and voltage information, and generate a reference voltage, image of the MPP voltage, and transmit it the power regulators (8) for regulating the VMPP voltage (9) which is distributed to the utilization network. The calculation of the MPP voltage by the MPPC-uP (7) module is the result of a mathematical process, solving a system of 3 equations with 3 unknowns. This calculation is fast, a few microseconds, accurate, and the MPP voltage does not vary if the illumination conditions do not change. It allows a constant follow-up of the evolution of the conditions of exposure to the sun. This calculation involves knowing 3 parameters. One of them, the current of short-circuit of a panel is immediate: it is the current that provided the panel which is shortcircuit by a shunt module, here the module 1 (10). The knowledge of the other 2 parameters requires the measurement of the coordinates, current and voltage, of a point M of the electrical characteristic of a panel, in nominal operation and of 2 points in forced mode (very strong power which involves the discharger of drums).

Description

Gestion d’un système de puissance photovoltaïque par une unité de conditionnement de puissance (PCU) calculant le point de puissance maximale (MPPC) Références à des brevets précédents

Ce brevet est une évolution et une application d’un procédé ayant fait l’objet de brevets EP1400886A1, W02010/097093A1 et US2011/0082600A1 1. Description

La présente invention concerne une unité de conditionnement de puissance, le PCU-MPPC, pour la gestion d’un système de puissance photovoltaïque, impliquant des panneaux solaires, une batterie et un réseau d’utilisation. Cette invention s’applique à tous les applications utilisant un système de puissance à base de panneaux solaires. Ce système de puissance se caractérise par le fait : - qu’il est composé de plusieurs régulateurs de puissances : un régulateur de puissance modulaire de type shunt pour la gestion des panneaux solaires et un régulateur de puissance, bidirectionnel en courant, pour la charge et la décharge de la batterie. Cette unité distribue une tension continue régulée en permanence à un réseau d’utilisation, même lorsque les panneaux solaires ne peuvent plus assurer la puissance exigée (obscurité, pointes de puissance demandées par le réseau). Dans ces conditions extrêmes, la régulation est assurée par la batterie. -qu’il force les panneaux solaires à opérer à leur puissance maximale en permanence, en les faisant fonctionner à la tension de leur point de puissance maximum fiiPP). Cette tension MPP est également la tension régulée qui est distribuée au réseau d’utilisation. -que la tension MPP est calculée par un microprocesseur situé dans un module de calcul nommé MPPC-uP. Ce calcul est effectué à partir des mesures des courants et de tensions fournis par les panneaux solaires. -qu’une tension réduite, image de la tension calculée, est la tension de référence qui commande le fonctionnement des régulateurs de puissance, shunt et bidirectionnel. Ces derniers délivrent au réseau d’utilisation une tension régulée, d’amplitude MPP. 2. Etat de l’art L’état de l’art pour la gestion de panneaux solaires concerne un seul procédé appelé «Maximum Power Point Tracker » (MPPT). Ce procédé, inventé par la NASA en 1966 pour des applications spatiales, consiste à rechercher la tension MPP d’un réseau solaire en explorant la caractéristique électrique de ce réseau solaire. Pour cela le panneau solaire est connecté à un régulateur de puissance série qui régule la tension du réseau solaire. En mesurant le courant et la tension du panneau solaire, le régulateur a accès à la puissance fournie. En incrémentant cette tension, il est possible de déceler la tension MPP et de s’y maintenir en oscillant autour de sa valeur. Ce procédé n’a plus évolué depuis 1966, si ce n’est l’introduction de nouvelles technologies pour les régulateurs séries, d’algorithmes de « tracking » plus perfectionnés et de composants plus performants. Ce procédé est maintenant utilisé pour des applications terrestres dans le cadre du développement des énergies renouvelables. Ce système associe un réseau solaire (plusieurs panneaux solaires en parallèle) à un régulateur de puissance série, de technologie PWM, qui alimente, soit directement un réseau d’utilisation ou bien, envoie un courant de charge ïb à une batterie à la tension Vb, elle-même connectée au réseau d’utilisation. C’est le concept PCU-MPPT. Dans le premier cas, le réseau d’utilisation reçoit une tension non régulée. Dans le cas où le réseau est connecté à une batterie, la tension du réseau sera celle de la batterie. Le rendement énergétique de ce système est moins bon que le concept PCU-MPPC pour 2 raisons : le régulateur de puissance est de type série, c'est-à-dire qu’il prélève de la puissance pour fonctionner. La puissance transmise au réseau d’utilisation est fournie par la batterie qui prélève également de la puissance pour le transfert de charge à décharge. 3. Objectifs de l’invention

Les objectifs de l’invention ont pour but d’obtenir les nouveautés suivantes : -Le réseau d’utilisation reçoit en permanence une tension régulée, limitée en courant, c'est-à-dire que l’unité de conditionnement a la capacité de limiter le courant qu’elle fournie si le réseau d’utilisation se met en court-circuit. -La puissance exigée par le réseau d’utilisation est délivrée soit par les panneaux solaires soit par la batterie si les panneaux ne peuvent la fournir. -Les panneaux solaires sont gérés par un régulateur de puissance shunt et la batterie est gérée par un régulateur de puissance bidirectionnel en courant. -Le calcul du MPP des panneaux solaires est le résultat d’un processus mathématique. La valeur du MPP est exacte, précise et fixe. Son calcul est réalisé dans un temps très court, quelques millisecondes, ce qui permet un suivi permanent de l’évolution du MPP, en cas de changements brusques des conditions d’illumination des panneaux. -Le rendement énergétique des régulateurs est proche de l’unité car le régulateur shunt est modulaire, de type S3R (Sequential Shunt Switching Regulator) et ne dissipe pas de puissance quand il est court-circuité. Il en est de même de celui du chargeur-déchargeur de batterie bidirectionnel qui différentie le mode charge du mode décharge. La batterie n’est pas sollicitée pour le transfert de puissance vers le réseau d’utilisation, en mode nominal. Elle le devient en régime forcé, pour de fortes puissances exceptionnelles.

4. Explication de l’invention : Le PCU-MPPC L’unité de conditionnement PCU-MPPC présente une topologie différente du concept PCU-MPPT dans la mesure où le réseau d’utilisation n’est pas connecté à la batterie mais reçoit une tension régulée, la tension MPP. La topologie du concept se caractérise par le fait : -qu’elle est modulaire. Le régulateur shunt se compose de n modules régulateurs shunt S3R identiques, un module par panneau solaire. Cette topologie est décrite en page 1, dans un exemple avec n=4 panneaux solaires. Les n panneaux solaires) ne sont plus montés en parallèle mais sont indépendants, tous connectés au réseau d’utilisation au travers d’une diode de puissance, partie de la cellule de puissance du module S3R. Le PCU-MPPC comprend n modules régulateurs shunt S3R, un régulateur chargeur-déchargeur de batterie bidirectionnel en courant batterie et un module de calcul du MPP, géré par un microprocesseur MPPC-uP. -le microprocesseur génère une tension de référence, la même pour tous les régulateurs, image de la tension MPP, calculée à partir des mesures des courants in en provenance des n panneaux solaires et de la tension délivrée au réseau d’utilisation. -la gestion de la batterie, c'est-à-dire les contrôles du courant de charge et de la tension de décharge, est assurée par le régulateur chargeur-déchargeur bidirectionnel.

4.1 Le régulateur shunt S3R C’est un régulateur shunt modulaire constitué de n modules identiques, soit un module par panneau solaire (14). Une application avec n=3 est donnée sur la fig2. Chaque module comprend une cellule de puissance et son circuit de commande. La cellule de puissance est composée, d’un interrupteur de puissance Qn( 1) monté en shunt entre le panneau solaire et la masse et d’une diode de puissance Dn (2) montée en série entre ce panneau solaire et un filtre de sortie Co (3), commun à tous les modules et relié au réseau d’utilisation Rc (4). Le circuit de contrôle est constitué d’un comparateur à hystérésis Gn (5) connecté à une unité centrale G(p)(6), commune à tous les modules, appelée ME A (Main Error Amplifier). Le MEA assure la régulation de la tension de sortie Vmpp du régulateur selon une tension de référence Vrmpp (7) fournie par le module de calcul MPPC.

Tous les comparateurs Gn comparent la tension de commande commune vc (8), générée par l’unité MEA, avec une tension de référence v„(9). Cette tension vn est différente pour chaque module. Une tension constante VK est fixée entre 2 modules consécutifs, de sorte que :

(4.1)

La commande unique vc est générée par l’amplificateur d’erreur central MEA (Main Error Amplifier) qui d’assuré la régulation de la tension de sortie Vmpp distribuée au réseau (10), en comparant une image de cette tension à une tension de référence Vrmpp, elle-même image de la tension MPP, générée par le module microprocesseur MPPC. Le régulateur shunt S3R se caractérise par le fait que : -selon l’évolution de la tension vc, la sortie du comparateur G„ est soit capable de faire conduire Q„, avec un statut numérique 7, soit le bloquer avec une tension nulle, avec un statut 0. Cette information est utilisée par le microprocesseur pour le calcul du MPP (11). La particularité du shunt modulaire S3R est que, sur les n modules qui le constituent, un seul assure la régulation de la tension Vmpp, avec un rapport cyclique D tel que 0 1) J, m autres sont actifs (statut 1) c'est-à-dire que les commutateurs Qi à Qm sont activés et court-circuitent les panneaux solaires auxquels ils sont connectés, et n-(m+l) autres sont inactifs c'est-à-dire que les commutateurs Qm+1 à Qn ne sont pas conducteurs (statut 0) et les panneaux solaires correspondant débitent un courant ÎGSn au réseau par les diodes Dn.

Si iosn (17) est le courant fourni par le panneau solaire n et io (13) est le courant exigé par le réseau d’utilisation Rc pour obtenir la tension Vmpp, le module shunt doit shunter, à chaque période T de fonctionnement du comparateur Gn, le panneau solaire avec l’interrupteur Qn, pendant une durée tc telle que :

(4.2) -la sélection des modules actifs et inactifs se fait de manière automatique selon l’amplitude de la tension de commande vc(t) (1) du MEA. Celle-ci peut évoluer entre deux limites vcmin (2) et vcmax(3) comme indiqué sur la fig3. Chaque comparateur Gn reçoit la commande vc et la compare à sa tension de référence vn. L’amplitude du cycle d’hystérésis du module actif est réglée pour opérer entre les valeurs limites vm (4) et vm+1 (5) pour le canal m (6). Lorsque vc>vm le commutateur Qm est conducteur et sa porte est à l’état 7. Lorsque vc>vm+1 ce commutateur est inactif et sa porte est à l’état 0. Le module m qui assure la régulation de la tension Vmpp, voit son commutateur évolué dans ces deux états avec un rapport cyclique D (7) fixé par la boucle de régulation. -le module actif qui n’assure pas la régulation, fournit le courant de court-circuit iSc du panneau auquel il est connecté. Pour des raisons pratiques, le module qui fournit cette information est le module n=l. 4.2 Le chargeur-déchargeur de batterie bidirectionnel L’objectif du chargeur-déchargeur de batterie, bidirectionnel en courant, est de remplacer les régulateurs traditionnels, le chargeur de batterie (BCR) pour la gestion de la charge de la batterie et le déchargeur de batterie (BDR) pour fournir des appoints de puissance au réseau, par un régulateur unique (BCDR) capable d’effectuer les fonctions de ces deux régulateurs. Le régulateur chargeur-déchargeur bidirectionnel se caractérise par le fait que : -La transition entre ces deux fonctions se fait sans qu’apparaisse une discontinuité dans la circulation du courant entre la batterie et le bus de puissance. Cet objectif est atteint en utilisant, comme il est montré sur la fig 4, des interrupteurs de puissance bidirectionnels à faible dissipation, en l’occurrence des FET de puissance, Qj (l)et <2X2), connectés à une self de puissance L(3), placés entre le réseau à la tension V0 (4), la batterie à la tension Vb (5) et la masse de cette dernière. Un asservissement (6) permet de réguler la tension bus V0 et de gérer la charge de la batterie à partir des paramètres (16) V0, Vb, h et z5. Cet asservissement est un module PWM opérant en mode control en courant (MC,2) à une fréquence /=7/77. Une impulsion de largeur tc (7) est émise par ce module vers un driver de puissance. Celui-ci commande le FET Qu monté en série, par une impulsion de largeur tc (8) et commande le FET Q2, monté en shunt, par une impulsion complémentaire T-tc (9). Dans ce schéma de principe, les panneaux solaires sont représentés par une source de courant i (10) et le réseau par une résistance R0 (11) parcourue par un courant //12). La capacité C0 (13) contribue à la stabilité dynamique de l’asservissement. La tension V0 est la tension Vmpp. -Dans le fonctionnement du PCU-MPPC, le chargeur-déchargeur se comporte comme un module shunt S3R, c'est-à-dire qu’il est commandé par la même tension de commande vc (14) venant du MEA qui est comparé à une tension de référence vn (15) inférieure à la tension minimale v} qui régit le fonctionnement des n modules S3R. Il opère quand le module S3R du canal 7 devient inactif. -La régulation de la tension de sortie Vmpp du PCU est faite par le chargeur-déchargeur lorsque les modules S3R ne peuvent plus l’assurer, c'est-à-dire lorsque les n modules S3R sont inactifs (statut 0).

Cependant le chargeur-déchargeur fonctionne comme une source de courant constant ip pour la charge de la batterie lorsque la régulation du bus est faite par les modules S3R. L’amplitude de ce courant est réglée pour être égale à 7.5 iosn-

4.3 Le module de calcul MPPC

Ce module joue un rôle essentiel dans le système de puissance photovoltaïque car il calcule la tension du MPP du réseau solaire et envoie une image de cette tension, qui devient la tension de référence variable du MEA.

Dans F organisation du logiciel, chaque module S3R envoie au microprocesseur MPPC deux informations, l’amplitude du courant fo,, mesuré en sortie du panneau solaire et l’état du commutateur Q„, à F état 1 ou 0.

Le module de calcul se caractérise par le fait que : -Le calcul de la tension MPP est réalisé par le module MPPC en utilisant un logiciel effectuant des mesures et des calculs. Le calcul de la tension MPP se base sur l’équation de la caractéristique électrique i(v) du réseau solaire. Cette caractéristique correspond à, si îsa et vSa sont les coordonnées d’un point M de cette caractéristique :

(4.1)

La puissance Psa que fournitle réseau solaire est donnée par :

(4.2)

La puissance maximale doit vérifier la condition suivante:

(4.3)

La résolution de cette équation donne la tension vMPP. Cette opération est faite par un microprocesseur en quelques millisecondes. L’algorithme itératif utilisé est celui de Newton-Raphson. Pour résoudre cette équation, il faut connaître les paramètres: isc, îr et a. L’utilisation du PCU-MPPC va permettre de calculer ces 3 paramètres à l’aide de mesures de points courants de la caractéristique i(v). Un de ces paramètres, le courant de court-circuit isc, est immédiatement disponible car il correspond au courant mesuré sur un module S3R actif. Trois modes de fonctionnement sont programmés dans le logiciel. Ils concernent la phase de mise en service du PCU-MPPC, son fonctionnement en régime nominal et le cas où une forte puissance est demandée par le réseau d’utilisation. Selon le mode de fonctionnement, les mesures de 1 ou 2 points courants seront nécessaires. -Lors de la mise en service du PCU-MPPC, avec ou sans une charge nominale du réseau d’utilisation, les régulateurs ne sont pas en fonction. Dés que les n panneaux solaires sont connectés au PCU-MPPC, une tension v0 est présente en sortie de ce dernier et un courant i0 est délivré au réseau d’utilisation selon la configuration de la fig2. Les statuts de tous les interrupteurs de puissance Q„ sont au niveau 0 y compris les interrupteurs du régulateur de batterie. Le module MPPC lit la tension v0 et une image de cette tension est envoyée au MEA comme tension de référence. C’est le point M0 (3).

Le microprocesseur active alors tous les régulateurs et la tension v0 est régulée en sortie du PCU-MPPC. Selon l’exemple détaillé en fig 3, la régulation est assurée par le S3R du canal m. Les modules 7 à m-1 sont actifs, leurs interrupteurs sont au niveau 7, les modules m+1 à n sont inactifs (interrupteurs au niveau 0). Le S3R du canal 7 mesure le courant iSci du panneau solaire 7 et cette mesure est lue par le microprocesseur. Pour calculer les paramètres a et îr, un point supplémentaire est nécessaire, le point M\ obtenu en imposant la tension V/ =1.05 v0 (1). Le microprocesseur mesure le courant //(2). Nous avons la configuration de la fig 5.

On peut écrire :

(4.4)

Pour calculer les paramètres a, et îr il suffit de faire :

(4.5) soit (4.6) (4.7)

Comme tous les panneaux solaires sont identiques, le calcul du MPP du canal n sera également celui du réseau solaire. -Le fonctionnement nominal se caractérise en se que la régulation de la tension distribuée v0 est réalisée par les régulateurs S3R, avec le régulateur de batterie en mode charge à courant constant. Cela signifie qu’un certain nombre de modules S3R sont actifs, (les créneaux 7 à n-(m-l) par exemple court-circuitent leurs panneaux solaires), le module m assurant la régulation du bus et les m+1 à n autres modules étant inactifs. C’est le cas de la fig6. Les mesures du courant i„ du module n et de la tension bus v0 donnent le point MPP0 sur la caractéristique. C’est le point M0 (1 ). Lorsqu’une variation du courant i0 supérieure à x=+/~ 3% par exemple est détectée, la recherche d’un nouveau MPP est enclenchée. Si x>0 le microprocesseur demande une régulation du bus telle que Vj=1.05 V0. Si x>0 cette régulation se fera pour V]=0.95v0. Sur la nouvelle caractéristique i(v) le point représentatif de cette régulation sera Mj (2).

Le microprocesseur dispose des coordonnées des points M0 et Mi ainsi que de la valeur du courant de court-circuit isci mesurée sur le canal 7. Le calcul des paramètres a et iR se font à partir de (4.4) et (4.5) et donnent :

(4.8) (4.9)

Comme tous les panneaux solaires sont identiques, le calcul du MPP du canal n est également celui de l’ensemble du réseau solaire. -La puissance crête a lieu lorsque le réseau d’utilisation demande une puissance supérieure à celle qui est disponible sur le réseau solaire à son MPP. Cela se traduit par le fait que tous les modules S3R sont inactifs. Seul le régulateur de batterie bidirectionnel est actif et régule le bus. Cette régulation peut se faire soit en mode chargeur, la batterie se charge avec un courant variable fourni par le réseau solaire et régule la tension du bus à MPP, soit en mode déchargeur et la batterie fournit l’excédent de courant que ne peut plus fournir le réseau solaire à son MPP. Le réseau d’utilisation absorbe la totalité du courant du réseau solaire à son MPP plus l’excédent fourni par la batterie.

Dans ces conditions, le courant de court-circuit n’est plus disponible sur l’ensemble des canaux S3R. Deux cas peuvent se produire : -Le changement de MPP, toujours détecté par une variation du courant i0 pour la tension v0, fait intervenir une régulation du bus uniquement par le régulateur bidirectionnel, en mode chargeur ou déchargeur de batterie. Dans ce cas il y a un transitoire entre mode nominal et mode crête. -Le changement de MPP ne fait intervenir que le régulateur bidirectionnel. Le transitoire est en mode crête.

Lorsque le courant de court-circuit n’est pas disponible, le calcul des trois paramètres isc, a et îr fait appel à la résolution d’un système de trois équations à trois inconnues et nécessite la connaissance de trois points de la caractéristique i(v). En se référant à la fig7, il apparaît que les mesures de deux points, Mi (1) et M2 (2), sont suffisantes car le point M0 (3) est immédiatement disponible. En effet, la mesure du courant z0 (qui a déclenché la recherche d’un nouvel MPP), s’est faite à la tension v0, c’est-à-dire à la tension MPP0, contrôlée par le régulateur bidirectionnel.

On peut écrire :

(4.10)

Dans ces équations, le paramètre isc représente le courant de court-circuit du réseau solaire et les points M0, Μi et M2 sont sur la caractéristique du réseau solaire. A partir de (4.10), on établit la relation suivante :

(4.11)

puis (4.12)

Finalement

(4.13)

Les autres paramètres s’en déduisent

(4.14) (4.15) -Lors d’un changement de MPP impliquant un transitoire où le fonctionnement passe du mode crête au mode nominal, le calcul des paramètres isc, et et îr va dépendre du nombre de modules S3R inactifs. Pour avoir accès au paramètre isc, le module S3R de rang n ne doit pas être actif et la régulation doit donc être faite par le canal n-1. Si c’est le cas, le scénario de calcul décrit pour le fonctionnement en mode nominal s’applique et les paramètres a et îr sont donnés par les relations (4.8) et (4.9). Si ce n’est pas le cas, ce transitoire doit être considéré comme un changement de MPP en mode crête et les paramètres sont donnés par les relations (4.13), (4.14) et (4.15). -En conclusion, le calcul des paramètres isc, a et Ir met en œuvre, au maximum, les mesures de deux points courants de la caractéristique i(v) du réseau solaire, les points Mi et M2 car le paramètre isc est immédiatement disponible, fourni par le module shunt S3R actif, en l’occurrence le module n=l. Ce calcul se résume à la mesure d’un seul point Mi en mode nominal, mode le plus fréquent, car la recherche d’un nouveau MPP est déclenchée à partir d’un point courant connu de la caractéristique i(v), le point M0.

Management of a photovoltaic power system by a power conditioning unit (PCU) calculating the maximum power point (MPPC) References to previous patents

This patent is an evolution and an application of a process which has been the subject of patents EP1400886A1, WO2010 / 097093A1 and US2011 / 0082600A1.

The present invention relates to a power conditioning unit, the PCU-MPPC, for managing a photovoltaic power system, involving solar panels, a battery and a network of use. This invention is applicable to all applications using a power system based on solar panels. This power system is characterized by the fact that: - it is composed of several power regulators: a shunt type modular power regulator for the management of solar panels and a bidirectional power regulator for the load and the discharge of the battery. This unit distributes a continuously regulated DC voltage to a utility network, even when the solar panels can no longer provide the required power (darkness, power peaks demanded by the network). In these extreme conditions, the regulation is ensured by the battery. - that it forces the solar panels to operate at their maximum power permanently, by making them operate at the voltage of their maximum power point fiiPP). This MPP voltage is also the regulated voltage that is distributed to the utilization network. the MPP voltage is calculated by a microprocessor located in a calculation module named MPPC-uP. This calculation is made from measurements of the currents and voltages provided by the solar panels. a reduced voltage, image of the calculated voltage, is the reference voltage which controls the operation of the shunt and bidirectional power regulators. These deliver to the network of use a regulated voltage, of amplitude MPP. 2. State of the art The state of the art for the management of solar panels concerns a single process called "Maximum Power Point Tracker" (MPPT). This process, invented by NASA in 1966 for space applications, consists in finding the MPP voltage of a solar network by exploring the electrical characteristic of this solar network. For this the solar panel is connected to a series power regulator which regulates the voltage of the solar network. By measuring the current and voltage of the solar panel, the regulator has access to the power supplied. By incrementing this voltage, it is possible to detect the MPP voltage and to maintain it by oscillating around its value. This process has not changed since 1966, except for the introduction of new technologies for series controllers, more advanced tracking algorithms and more efficient components. This process is now used for terrestrial applications in the development of renewable energies. This system associates a solar network (several solar panels in parallel) with a PWM technology, a series power regulator, which directly supplies a network of use or sends a charge current Ib to a battery at voltage Vb. , itself connected to the network of use. This is the PCU-MPPT concept. In the first case, the utilization network receives an unregulated voltage. In the case where the network is connected to a battery, the network voltage will be that of the battery. The energy efficiency of this system is worse than the PCU-MPPC concept for two reasons: the power regulator is of the serial type, that is, it draws power to operate. The power transmitted to the utilization network is provided by the battery which also draws power for the discharge charge transfer. 3. Objectives of the invention

The objectives of the invention are to obtain the following new features: -The utilization network permanently receives a regulated voltage, limited in current, that is to say that the conditioning unit has the ability to limit the current that it provides if the network of use is short-circuited. -The power required by the network of use is delivered either by the solar panels or by the battery if the panels can not provide it. -The solar panels are managed by a shunt power regulator and the battery is managed by a bidirectional power regulator in current. -The MPP calculation of solar panels is the result of a mathematical process. The value of the MPP is accurate, precise and fixed. Its computation is carried out in a very short time, a few milliseconds, which allows a permanent follow-up of the evolution of the MPP, in case of abrupt changes of the conditions of illumination of the panels. -The energy efficiency of the regulators is close to unity because the shunt regulator is modular, type S3R (Sequential Shunt Switching Regulator) and does not dissipate power when it is short-circuited. The same is true of the bidirectional battery charger-discharger which differentiates the charge mode from the discharge mode. The battery is not requested for the transfer of power to the network of use, in nominal mode. It becomes forced, for strong exceptional powers.

4. Explanation of the invention: The PCU-MPPC The PCU-MPPC conditioning unit presents a topology different from the PCU-MPPT concept insofar as the utilization network is not connected to the battery but receives a voltage regulated, the MPP voltage. The topology of the concept is characterized by the fact that it is modular. The shunt controller consists of n identical S3R shunt controller modules, one module per solar panel. This topology is described on page 1, in an example with n = 4 solar panels. The n solar panels) are no longer connected in parallel but are independent, all connected to the network of use through a power diode, part of the power cell of the S3R module. The PCU-MPPC consists of n S3R shunt controller modules, a battery-powered two-way battery charger-discharger controller and a MPP compute module, managed by a MPPC-uP microprocessor. the microprocessor generates a reference voltage, the same for all the regulators, image of the voltage MPP, calculated from the measurements of the currents in from the solar panels and the voltage delivered to the utilization network. the battery management, that is to say the control of the charging current and the discharge voltage, is ensured by the bidirectional charger-discharger controller.

4.1 Shunt controller S3R This is a modular shunt regulator consisting of n identical modules, one module per solar panel (14). An application with n = 3 is given in fig2. Each module comprises a power cell and its control circuit. The power cell is composed of a power switch Qn (1) shunted between the solar panel and ground and a power diode Dn (2) connected in series between this solar panel and an output filter. Co (3), common to all modules and connected to the network of use Rc (4). The control circuit consists of a hysteresis comparator Gn (5) connected to a central unit G (p) (6), common to all the modules, called ME A (Main Error Amplifier). The MEA regulates the regulator output voltage Vmpp according to a reference voltage Vrmpp (7) supplied by the calculation module MPPC.

All the comparators Gn compare the common control voltage vc (8), generated by the MEA unit, with a reference voltage v "(9). This voltage vn is different for each module. A constant voltage VK is set between 2 consecutive modules, so that:

(4.1)

The single command vc is generated by the central error amplifier MEA (Main Error Amplifier) which ensures the regulation of the output voltage Vmpp distributed to the network (10), by comparing an image of this voltage with a voltage of Vrmpp reference, itself image of the MPP voltage, generated by the MPPC microprocessor module. The shunt regulator S3R is characterized by the fact that: - according to the evolution of the voltage vc, the output of the comparator G "is either capable of driving Q", with a digital status 7, or blocking it with a zero voltage, with a status 0. This information is used by the microprocessor for calculating the MPP (11). The peculiarity of the modular shunt S3R is that, on the n modules which constitute it, only one ensures the regulation of the voltage Vmpp, with a duty cycle D such that 0 1) J, m others are active (status 1) it is that is, the switches Qi to Qm are activated and short-circuit the solar panels to which they are connected, and n- (m + 1) others are inactive ie the switches Qm + 1 to Qn are not conductive (status 0) and the corresponding solar panels transmit a current ÎGSn to the network by the diodes Dn.

If iosn (17) is the current supplied by the solar panel n and io (13) is the current required by the utilization network Rc to obtain the voltage Vmpp, the shunt module must shunt, at each period of operation of the comparator Gn, the solar panel with the switch Qn, for a duration tc such that:

(4.2) - the selection of the active and inactive modules is done automatically according to the amplitude of the control voltage vc (t) (1) of the MEA. It can evolve between two limits vcmin (2) and vcmax (3) as shown in fig3. Each comparator Gn receives the command vc and compares it with its reference voltage vn. The amplitude of the hysteresis cycle of the active module is set to operate between the limit values vm (4) and vm + 1 (5) for the channel m (6). When vc> vm the switch Qm is conducting and its door is in the state 7. When vc> vm + 1 this switch is inactive and its door is in state 0. The module m which regulates the voltage Vmpp , sees its switch evolved in these two states with a duty cycle D (7) fixed by the control loop. the active module which does not regulate, supplies the short circuit current iSc of the panel to which it is connected. For practical reasons, the module providing this information is the n = 1 module. 4.2 The Bi-Directional Battery Charger The Bi-Directional battery charger-discharger is intended to replace the traditional regulators, the battery charger (BCR) for battery charge management and the battery charger. (BDR) to provide power to the network, by a single regulator (BCDR) capable of performing the functions of these two regulators. The bidirectional charger-discharger controller is characterized by the fact that: - The transition between these two functions is done without appearing a discontinuity in the flow of current between the battery and the power bus. This objective is achieved by using, as shown in FIG. 4, low dissipation bidirectional power switches, in this case power FETs, Qj (1) and <2X2), connected to a power reactor L (3), placed between the network at the voltage V0 (4), the battery at the voltage Vb (5) and the mass of the latter. A control (6) is used to regulate the bus voltage V0 and to manage the charge of the battery from the parameters (16) V0, Vb, h and z5. This servocontrol is a PWM module operating in current control mode (MC, 2) at a frequency / = 7/77. A pulse of width tc (7) is emitted by this module to a power driver. This controls the series-connected FET Qu by a pulse width tc (8) and controls the FET Q2, shunt-mounted, by a complementary pulse T-tc (9). In this schematic diagram, the solar panels are represented by a current source i (10) and the network by a resistor R0 (11) traversed by a current // 12). The capacity C0 (13) contributes to the dynamic stability of the servocontrol. The voltage V0 is the voltage Vmpp. In the operation of the PCU-MPPC, the charger-unloader behaves like a shunt module S3R, that is to say that it is controlled by the same control voltage vc (14) coming from the MEA which is compared to a reference voltage vn (15) lower than the minimum voltage v} which governs the operation of the n modules S3R. It operates when the S3R module of channel 7 becomes inactive. -The control of the PCU Vmpp output voltage is made by the charger-unloader when the S3R modules can not ensure it, that is to say when the n S3R modules are inactive (status 0).

However the charger-discharger operates as a constant current source ip for the battery charging when bus regulation is done by the S3R modules. The amplitude of this current is set to be equal to 7.5 iosn-

4.3 The MPPC calculation module

This module plays an essential role in the photovoltaic power system because it calculates the voltage of the solar array MPP and sends an image of this voltage, which becomes the variable reference voltage of the MEA.

In the software organization, each module S3R sends the microprocessor MPPC two pieces of information, the amplitude of the current f 0 measured at the output of the solar panel and the state of the switch Q "at F state 1 or 0.

The calculation module is characterized by the fact that: The calculation of the MPP voltage is carried out by the MPPC module using software performing measurements and calculations. The calculation of the MPP voltage is based on the equation of the electrical characteristic i (v) of the solar array. This characteristic corresponds to if si and vSa are the coordinates of a point M of this characteristic:

(4.1)

The power Psa that the solar network provides is given by:

(4.2)

The maximum power must check the following condition:

(4.3)

The resolution of this equation gives the voltage vMPP. This operation is done by a microprocessor in milliseconds. The iterative algorithm used is that of Newton-Raphson. To solve this equation, one must know the parameters: isc, îr and a. The use of the PCU-MPPC will make it possible to calculate these 3 parameters by means of current point measurements of the characteristic i (v). One of these parameters, the short-circuit current isc, is immediately available because it corresponds to the current measured on an active S3R module. Three operating modes are programmed in the software. They concern the commissioning phase of the PCU-MPPC, its operation in nominal mode and the case where a high power is requested by the network of use. Depending on the mode of operation, measurements of 1 or 2 current points will be necessary. -When commissioning the PCU-MPPC, with or without a nominal load of the network of use, the regulators are not in function. As soon as the n solar panels are connected to the PCU-MPPC, a voltage v0 is present at the output of the latter and a current i0 is delivered to the utilization network according to the configuration of fig2. The statuses of all Q "power switches are at level 0 including the battery regulator switches. The MPPC module reads the voltage v0 and an image of this voltage is sent to the MEA as the reference voltage. This is the point M0 (3).

The microprocessor then activates all the regulators and the voltage v0 is regulated at the output of the PCU-MPPC. According to the example detailed in FIG. 3, the regulation is provided by the S3R of the channel m. The modules 7 to m-1 are active, their switches are at level 7, the modules m + 1 to n are inactive (switches at level 0). The S3R of channel 7 measures the iSci current of the solar panel 7 and this measurement is read by the microprocessor. To calculate the parameters a and r, an additional point is necessary, the point M \ obtained by imposing the voltage V / = 1.05 v0 (1). The microprocessor measures the current // (2). We have the configuration of fig 5.

We can write :

(4.4)

To calculate the parameters a, and it is enough to do:

(4.5) either (4.6) (4.7)

As all solar panels are identical, the calculation of MPP channel n will also be that of the solar network. -The nominal operation is characterized in that the regulation of the distributed voltage v0 is carried out by the regulators S3R, with the regulator of battery in charge mode with constant current. This means that a certain number of S3R modules are active, (the slots 7 to n- (ml) for example short circuit their solar panels), the module m ensuring the regulation of the bus and the m + 1 to n other modules being inactive. This is the case of fig6. The measurements of the current i "of the module n and of the bus voltage v0 give the point MPP0 on the characteristic. This is the point M0 (1). When a variation of the current i0 greater than x = + / ~ 3% for example is detected, the search for a new MPP is triggered. If x> 0 the microprocessor requests a bus regulation such that Vj = 1.05 V0. If x> 0 this regulation will be for V] = 0.95v0. On the new characteristic i (v) the representative point of this regulation will be Mj (2).

The microprocessor has the coordinates of the points M0 and Mi and the value of the short-circuit current isci measured on the channel 7. The calculation of the parameters a and iR are made from (4.4) and (4.5) and give:

(4.8) (4.9)

As all solar panels are identical, the calculation of the MPP channel n is also that of the entire solar network. Peak power occurs when the utilization network requires more power than is available on the solar network at its MPP. This results in the fact that all S3R modules are inactive. Only the bidirectional battery regulator is active and controls the bus. This regulation can be done either in charger mode, the battery charges with a variable current supplied by the solar network and regulates the bus voltage to MPP, or in unloader mode and the battery provides the excess power that can no longer provide the solar network to its MPP. The utilization network absorbs all of the solar grid current at its MPP plus the excess provided by the battery.

Under these conditions, the short-circuit current is no longer available on all the S3R channels. Two cases can occur: - The change of MPP, always detected by a variation of the current i0 for the voltage v0, involves a regulation of the bus only by the bidirectional regulator, in charger or discharger mode. In this case there is a transient between nominal mode and peak mode. -The change of MPP involves only the bidirectional controller. The transient is in peak mode.

When the short-circuit current is not available, the calculation of the three parameters isc, a and lr involves the resolution of a system of three equations with three unknowns and requires the knowledge of three points of characteristic i ( v). Referring to Fig. 7, it appears that the two-point measurements, Mi (1) and M2 (2), are sufficient because the point M0 (3) is immediately available. Indeed, the measurement of the current z0 (which triggered the search for a new MPP), was done at the voltage v0, that is to say the voltage MPP0, controlled by the bidirectional controller.

We can write :

(4.10)

In these equations, the isc parameter represents the short circuit current of the solar network and the points M0, Μi and M2 are on the characteristic of the solar network. From (4.10), we establish the following relation:

(4.11)

then (4.12)

Finally

(4.13)

The other parameters are deduced

(4.14) (4.15) -When a MPP change involving a transient where operation changes from peak mode to nominal mode, the calculation of the isc, and and r parameters will depend on the number of inactive S3R modules. To access the parameter isc, the module S3R of rank n must not be active and the regulation must be done by the channel n-1. If this is the case, the calculation scenario described for the nominal mode operation is applied and the parameters a and ir are given by the relations (4.8) and (4.9). If this is not the case, this transient should be considered as a peak mode MPP change and the parameters are given by the relationships (4.13), (4.14) and (4.15). -In conclusion, the calculation of the parameters isc, a and Ir implements, at most, the measurements of two current points of the characteristic i (v) of the solar network, the points Mi and M2 because the parameter isc is immediately available, provided by the active shunt module S3R, in this case the module n = 1. This calculation comes down to the measurement of a single point Mi in the nominal mode, the most frequent mode, since the search for a new MPP is triggered from a known current point of the characteristic i (v), the point M0.

Claims (1)

Revendications Revendication 1 : Le PCU-MPPC est une unité de puissance, qui se caractérise par le fait qu’elle est connectée à deux sources d’énergie, une constituée de panneaux solaires l’autre, une batterie pour le stockage de l’énergie, et enfin un réseau électrique d’utilisation. Cette unité est constituée de régulateurs de puissance, de type shunt pour la gestion des panneaux solaires, d’un régulateur de puissance bidirectionnel, de type série pour la gestion de la batterie et d’un module de calcul, en l’occurrence un microprocesseur pour le calcul du MPP des panneaux solaires. Cette unité de puissance distribue une tension v0 continue, régulée, de valeur MPP, non stop, à un réseau d’utilisation constitué d’appareillages électriques. Le PCU-MPPC a la particularité de polariser les panneaux solaires à leur maximum de puissance (MPP) et de également de gérer la durée de vie de la batterie en agissant sur sa charge et sa décharge. Revendication 2 : Le PCU-MPPC est une unité de puissance selon la revendication précédente caractérisée en ce que : Les régulateurs de puissance pour la gestion des panneaux solaires sont constitués de plusieurs cellules de puissance identiques. Si n est le nombre de ces cellules, celles-ci sont de topologie shunt non dissipatif modulaire, connue sous le sigle de S3R (Sequential Switching Shunt Regulator). Elles sont connectées à n panneaux solaires, tous identiques. La fréquence de fonctionnement de ces cellules est variable. Le régulateur bidirectionnel, pour la gestion de la charge et la décharge de la batterie, fonctionne en PWM (Puise Width Modulator) à une fréquence fixe. Le filtre de sortie est commun à tous ces régulateurs. Il est constitué d’un assemblage, en parallèle, de condensateurs de fortes capacités pour emmagasiner l’énergie nécessaire à la régulation, mais également de faibles capacités, pour obtenir une bonne dynamique (résistance parasite très faible) de la régulation de la tension continue distribuée v0. Un module de contrôle assure le fonctionnement de tous les régulateurs ainsi que la régulation de la tension distribuée v0 et la gestion de la batterie. Le module de calcul, appelé MPPC, permet de calculer, à l’aide d’un microprocesseur recevant les données nécessaires, le calcul du point de fonctionnement MPP du réseau solaire et de piloter le module de contrôle. Revendication 3 : L’unité de puissance selon les revendications précédentes se caractérise par le fait que la régulation de la tension v0 fournie au réseau d’utilisation est assurée par un seul module S3R ou par le régulateur bidirectionnel obéissant au module de contrôle, lui-même piloté par le module de calcul. Tous les autres circuits de puissance ne contribuent pas à la régulation et ne génèrent pas de pertes énergétiques. Cette tension v0 est celle du MPP du réseau solaire, calculé par le microprocesseur. Revendication 4 : L’unité de puissance selon les revendications précédentes se caractérise par le fait que, tous les panneaux solaires ainsi que les modules S3R associés étant identiques, le MPP du réseau solaire est donc le même que celui de chaque panneau solaire. Le calcul du MPP se fera en utilisant la cellule de puissance S3R de rang n (ou n-l si n est en panne etc..). Revendication 5 : L’unité de puissance selon les revendications précédentes se caractérise par le fait que chaque cellule de puissance shunt S3R est équipée d’un senseur de courant qui mesure en permanence le courant fourni par le panneau solaire qui lui est associé. Si m est le rang de cette cellule, le courant mesuré est im. L’état, ON ou OFF, soit 1 ou 0 en numérique, de l’interrupteur de puissance m de cette cellule de puissance est également mesuré. Ces deux informations sont envoyées au module de calcul MPPC. Le microprocesseur reçoit ces deux informations de toutes les cellules de puissance shunt S3R et calcule la tension MPP qui pilotera le module de contrôle. Revendication 6 : L’unité de puissance selon les revendications précédentes se caractérise par le fait que le calcul de la tension MPP se déduit des équations de la caractéristique électrique i(v) du réseau solaire, soit :Claim 1: The PCU-MPPC is a power unit, which is characterized by being connected to two power sources, one consisting of solar panels and the other, a battery for energy storage , and finally an electricity network of use. This unit consists of power regulators, shunt type for the management of solar panels, a bidirectional power regulator, serial type for the management of the battery and a calculation module, in this case a microprocessor for the calculation of the MPP of the solar panels. This power unit distributes a continuous, regulated v0 voltage of non-stop MPP value to a utilization network consisting of electrical equipment. The PCU-MPPC has the particularity of polarizing the solar panels to their maximum power (MPP) and also to manage the life of the battery by acting on its charge and discharge. Claim 2: The PCU-MPPC is a power unit according to the preceding claim characterized in that: The power regulators for the management of solar panels consist of several identical power cells. If n is the number of these cells, they are of modular non-dissipative shunt topology, known under the acronym of S3R (Sequential Switching Shunt Regulator). They are connected to n solar panels, all identical. The operating frequency of these cells is variable. The bidirectional controller, for load management and battery discharge, operates in PWM (Pulse Width Modulator) at a fixed frequency. The output filter is common to all these regulators. It consists of an assembly, in parallel, capacitors of high capacity to store the energy required for regulation, but also low capacity, to obtain a good dynamic (very low parasitic resistance) of the DC voltage regulation distributed v0. A control module ensures the operation of all the regulators as well as the regulation of the distributed voltage v0 and the management of the battery. The calculation module, called MPPC, makes it possible to calculate, using a microprocessor receiving the necessary data, the calculation of the MPP operating point of the solar network and to control the control module. Claim 3: The power unit according to the preceding claims is characterized in that the regulation of the voltage v0 supplied to the utilization network is provided by a single module S3R or by the bidirectional controller obeying the control module, itself even controlled by the calculation module. All other power circuits do not contribute to regulation and do not generate energy losses. This voltage v0 is that of the MPP of the solar network, calculated by the microprocessor. Claim 4: The power unit according to the preceding claims is characterized in that, all the solar panels and the associated S3R modules being identical, the MPP of the solar array is therefore the same as that of each solar panel. The calculation of the MPP will be done using the power cell S3R of rank n (or n-1 if n is in fault etc ..). Claim 5: The power unit according to the preceding claims is characterized in that each shunt power cell S3R is equipped with a current sensor which continuously measures the current supplied by the solar panel associated therewith. If m is the rank of this cell, the measured current is im. The state, ON or OFF, 1 or 0 in digital, of the power switch m of this power cell is also measured. These two pieces of information are sent to the MPPC calculation module. The microprocessor receives these two pieces of information from all shunt power cells S3R and calculates the voltage MPP which will drive the control module. Claim 6: The power unit according to the preceding claims is characterized in that the calculation of the voltage MPP is deduced from the equations of the electrical characteristic i (v) of the solar array, namely: La puissance PSA que fournit le réseau solaire est donnée par :The PSA power provided by the solar grid is given by: La puissance maximale doit vérifier la condition suivante:The maximum power must check the following condition: La résolution de cette équation donne la tension vMpp- Cette opération est faite par un microprocesseur en quelques millisecondes. L’algorithme itératif utilisé est celui de Newton-Raphson (par exemple). Pour résoudre cette équation, il faut connaître: isc, h et a. Revendication 7 : L’unité de puissance selon les revendications précédentes se caractérise par le fait que le calcul d’un nouvel MPP a lieu chaque fois que le courant débité i0 par un panneau non court-circuité par un S3R (en général celui de rang n ou n-1 si défaillance du canal n) subit une variation de x% (par exemple 3%). Si v0 est la tension du MPP avant la variation de courant, l’unité de puissance PCU-MPPC va alors réguler une tension vj=1.05 v0 si x<0 ou vi 0.95 v0 si x>0. Sur la nouvelle caractéristique i(v) le point représentatif de cette régulation sera Mjfvjjj). Le paramètre isc sera le courant débité par un panneau solaire court-circuité par un module S3R, plus particulièrement celui de rang 1 (ou rang supérieur si défaillance de ce canal). Les autres paramètres sont :The resolution of this equation gives the voltage vMpp- This operation is done by a microprocessor in milliseconds. The iterative algorithm used is that of Newton-Raphson (for example). To solve this equation, one must know: isc, h and a. Claim 7: The power unit according to the preceding claims is characterized in that the calculation of a new MPP takes place whenever the current output i0 by a non-shorted panel by an S3R (generally that of rank n or n-1 if failure of the channel n) undergoes a variation of x% (for example 3%). If v0 is the voltage of the MPP before the current variation, the power unit PCU-MPPC will then regulate a voltage vj = 1.05 v0 if x <0 or vi 0.95 v0 if x> 0. On the new characteristic i (v) the representative point of this regulation will be Mjfvjjj). The isc parameter will be the current delivered by a solar panel short-circuited by an S3R module, more particularly that of rank 1 (or higher rank if this channel fails). The other parameters are: Revendication 8 : L’unité de puissance selon les revendications précédentes se caractérise par le Élit que, lors de sa mise sous tension, sans l’activation des régulateurs, le calcul du premier MPP nécessite la mesure du courant i0 débité par un panneau solaire et de la tension de sortie v0, en principe le module n, ce qui constitue le point Mo. L’activation des régulateurs avec une tension vj = 1.05v0 va permettre de mesurer le courant ij débité le panneau non court-circuité par un module S3R (en principe celui de rang n), ce qui constitue le point Mj. Le courant iSc est mesuré en sortie d’un panneau court-circuité par un module S3R, en principe le module de rang 1. Le calcul du MPP est fait avec :Claim 8: The power unit according to the preceding claims is characterized by Elit that, when energized, without the activation of the regulators, the calculation of the first MPP requires the measurement of the current i0 discharged by a solar panel and of the output voltage v0, in principle the module n, which constitutes the point Mo. The activation of the regulators with a voltage vj = 1.05v0 will make it possible to measure the current ij discharged the panel not short-circuited by a module S3R (in principle that of rank n), which constitutes the point Mj. The current iSc is measured at the output of a short-circuited panel by an S3R module, in principle the rank 1 module. The calculation of the MPP is done with: Revendication 9 : L’unité de puissance selon les revendications précédentes se caractérise par le fait que, lors d’un fonctionnement à forte puissance, la régulation n’est faite que par le régulateur bidirectionnel. Le calcul d’un nouvel MPP fait appel aux mesures de deux points Mj et M2 de la caractéristique i(v) du réseau solaire. Si io est le courant fourni par le panneau solaire du module S3R de rang n, à la tension v0, c'est-à-dire les coordonnées du point Mo, les deux points Mi et M2 seront choisis de sorte que vj=0.95v0 et v2=1.05vo. Alors :Claim 9: The power unit according to the preceding claims is characterized in that during high power operation the regulation is only performed by the bidirectional controller. The calculation of a new MPP uses measurements of two points Mj and M2 of the characteristic i (v) of the solar array. If io is the current supplied by the solar panel of the module S3R of rank n, at the voltage v0, that is to say the coordinates of the point Mo, the two points Mi and M2 will be chosen so that vj = 0.95v0 and v2 = 1.05vo. So : Revendication 10 : L’unité de puissance selon les revendications précédentes se caractérise par le fait que, lors d’un transitoire passant du mode forte puissance vers le mode nominal, la revendication 9 s’applique sauf si le S3R de rang n reste inactif (état 0 de son interrupteur). Si ce n’est pas le cas, la revendication 7 s’applique.Claim 10: The power unit according to the preceding claims is characterized in that during a transient from high power mode to nominal mode, claim 9 applies unless the S3R of rank n remains inactive ( state 0 of its switch). If this is not the case, claim 7 applies.
FR1670189A 2016-04-22 2016-04-22 MANAGEMENT OF A PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM BY A POWER CONDITIONING UNIT (PCU) CALCULATING THE MAXIMUM POWER POINT (MPPC) Expired - Fee Related FR3050548B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1670189A FR3050548B1 (en) 2016-04-22 2016-04-22 MANAGEMENT OF A PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM BY A POWER CONDITIONING UNIT (PCU) CALCULATING THE MAXIMUM POWER POINT (MPPC)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1670189 2016-04-22
FR1670189A FR3050548B1 (en) 2016-04-22 2016-04-22 MANAGEMENT OF A PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM BY A POWER CONDITIONING UNIT (PCU) CALCULATING THE MAXIMUM POWER POINT (MPPC)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3050548A1 true FR3050548A1 (en) 2017-10-27
FR3050548B1 FR3050548B1 (en) 2018-10-19

Family

ID=60019933

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1670189A Expired - Fee Related FR3050548B1 (en) 2016-04-22 2016-04-22 MANAGEMENT OF A PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM BY A POWER CONDITIONING UNIT (PCU) CALCULATING THE MAXIMUM POWER POINT (MPPC)

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR3050548B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010130273A1 (en) * 2009-05-12 2010-11-18 Mppc Technology Device to extract maximum power from a solar array and process to carry it out

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010130273A1 (en) * 2009-05-12 2010-11-18 Mppc Technology Device to extract maximum power from a solar array and process to carry it out

Also Published As

Publication number Publication date
FR3050548B1 (en) 2018-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2844890A1 (en) CONDITIONING CIRCUIT FOR POWER SOURCE AT MAXIMUM POINT OF POWER, SOLAR GENERATOR, AND CONDITIONING METHOD
EP0895146B1 (en) Operating point control device of an electrical energy generator, especially of a solar generator
EP2351188B1 (en) Direct current uninterruptible power supply device for a data-processing system with at least one processor
EP2532069B1 (en) Charge equalization system for batteries
EP2532068B1 (en) Charge equalization system for batteries
EP2532070B1 (en) Equalization system for accumulator batteries
WO2010070621A1 (en) Electronic management system for photovoltaic cells
EP2510415B1 (en) Electronic control system with adaptive thresholds for photovoltaic cells
FR2972304A1 (en) BATTERY WITH INDIVIDUAL MANAGEMENT OF CELLS
FR2910141A1 (en) Electric energy generating system for e.g. Rosetta space probe, has regulator regulating transconductances of direct voltage intermediate and supplementary converters so as to maximize power generated by photovoltaic solar generators
FR2916099A1 (en) METHOD FOR CHARGING A BATTERY OF AN AUTONOMOUS SYSTEM
FR2884804A1 (en) Emergency electrical source device for e.g. electric aircraft, has storage unit for generating power spikes absorbed by fluctuating load, where loading of storage unit is managed by harmonic filtering
FR2961035A1 (en) MATRIX CONNECTION DEVICE FOR PHOTOVOLTAIC PANELS AND / OR WIND TURBINES
WO2014072246A1 (en) Method for controlling a multi-terminal vsc-hvdc network
EP2963611B1 (en) Method for controlling electric power supplied to a power grid by at least two sources of electrical energy and associated electrical system
WO2015107563A1 (en) Power generation system for power generation device harnessing natural energy, and dc power supply combination device having reverse-current blocking device and no power loss used in said power generation system
US10063090B2 (en) Solar power generation device and control method of solar power generation device
EP2237387B1 (en) Stromversorgungssystem und Ladungssteuerungsverfahren für elektrochemische Generatoren
FR3002706A1 (en) CURRENT REGULATION AND BALANCING DEVICE FOR DC / DC CONVERTERS
FR3050548A1 (en) MANAGEMENT OF A PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM BY A POWER CONDITIONING UNIT (PCU) CALCULATING THE MAXIMUM POWER POINT (MPPC)
EP2400643A1 (en) Method of controlling a multiphase interleaving ZVS DC-DC converter
FR3006512A1 (en) POWER MANAGEMENT CIRCUIT OF AN AUTONOMOUS SENSOR
WO2018202353A1 (en) Optimizing shared-bus photovoltaic chains
CH707569A2 (en) Device for controlling power transmitted by power source e.g. lithium-ion-battery for charging cell phone, has feedback terminal connected with terminal of amplifier, where voltage at feedback terminal is equal to reference voltage
WO2023080149A1 (en) Operating voltage estimation device and operating voltage estimation method

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20180223

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

ST Notification of lapse

Effective date: 20211205