RU2308752C1 - Способ управления потреблением энергии солнечной батареи в режиме максимальной мощности - Google Patents
Способ управления потреблением энергии солнечной батареи в режиме максимальной мощности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2308752C1 RU2308752C1 RU2006109795/09A RU2006109795A RU2308752C1 RU 2308752 C1 RU2308752 C1 RU 2308752C1 RU 2006109795/09 A RU2006109795/09 A RU 2006109795/09A RU 2006109795 A RU2006109795 A RU 2006109795A RU 2308752 C1 RU2308752 C1 RU 2308752C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solar battery
- power
- output
- pulse
- key element
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Заявляемое техническое решение относится к преобразовательной технике и предназначено для управления потреблением энергии солнечной батареи в режиме максимальной мощности и может найти широкое применение в системах электропитания с ограниченными по мощности источниками энергии. Технический результат - повышение быстродействия и за счет этого расширение функциональных возможностей для работы при изменяющихся параметрах нагрузки или солнечной батареи. Элемент формирования монотонного характера изменения потребляемой мощности на входе импульсного преобразователя напряжения задает монотонный характер изменения тока (напряжения) солнечной батареи при коммутации ключевого элемента импульсного преобразователя напряжения, что позволяет отслеживать переход через максимум мощности солнечной батареи и переключать ключевой элемент импульсного преобразователя напряжения после смены знака полярности производной по времени сигнала, пропорционального текущему значению мощности солнечной батареи, с положительного на отрицательный. 4 ил.
Description
Заявляемое техническое решение относится к преобразовательной технике и предназначено для управления потреблением энергии солнечной батареи в режиме максимальной мощности и может найти широкое применение в системах электропитания с ограниченными по мощности источниками энергии.
Известен способ управления потреблением энергии солнечной батареи в режиме максимальной мощности посредством импульсного преобразователя напряжения, основанный на поддержании напряжения солнечной батареи на уровне расчетного оптимального значения [1].
Недостатком известного способа управления является низкая точность управления из-за сложности учета влияния многих параметров на значение оптимального напряжения солнечной батареи.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ управления потреблением энергии солнечной батареи в режиме максимальной мощности, основанный на измерении мощности, потребляемой от солнечной батареи, формировании сигнала, пропорционального среднему за период измерения значению мощности солнечной батареи, и пошаговом изменении скважности включения ключевых элементов импульсного преобразователя напряжения, подключенного к выводам солнечной батареи через элемент формирования монотонного характера изменения потребляемой мощности, при этом направление изменения скважности включения ключевых элементов меняют при уменьшении среднего за период измерения значения мощности солнечной батареи и не меняют при ее увеличении [2].
Известный способ управления обеспечивает эксплуатацию солнечной батареи в режиме максимальной мощности при работе на нагрузку с постоянным током потребления, либо с постоянным напряжением, либо с постоянным сопротивлением.
Недостатком известного способа управления является низкое быстродействие, так как длительность периода измерения среднего значения мощности солнечной батареи должна быть больше длительности переходного процесса от изменения скважности включения ключевых элементов, а длительность периода пошагового изменения скважности включения ключевых элементов должна быть больше длительности периода измерения. Поэтому при изменении параметров нагрузки или солнечной батареи со скоростью, превышающей скорость пошагового отслеживания, невозможно обеспечить эксплуатацию солнечной батареи в режиме максимальной мощности.
Цель технического решения - повышение быстродействия и за счет этого расширение функциональных возможностей для работы при изменяющихся параметрах нагрузки или солнечной батареи.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления потреблением энергии солнечной батареи в режиме максимальной мощности, основанном на измерении мощности потребляемой от солнечной батареи и управлении потреблением энергии посредством импульсного преобразователя напряжения, подключенного к выводам солнечной батареи через элемент формирования монотонного характера изменения потребляемой мощности, формируют сигнал, пропорциональный текущему значению мощности солнечной батареи, переключение ключевого элемента импульсного преобразователя напряжения осуществляют после смены знака полярности производной по времени сигнала, пропорционального текущему значению мощности солнечной батареи, с положительного на отрицательный.
Сущность технического решения заключается в том, что элемент формирования монотонного характера изменения потребляемой мощности на входе импульсного преобразователя напряжения задает монотонный характер изменения тока (напряжения) солнечной батареи при коммутации ключевого элемента импульсного преобразователя напряжения, что позволяет отслеживать переход через максимум мощности солнечной батареи и переключать ключевой элемент импульсного преобразователя напряжения после смены знака полярности производной по времени сигнала, пропорционального текущему значению мощности солнечной батареи, с положительного на отрицательный.
На фиг.1 приведена схема устройства, реализующего предложенный способ управления, на фиг.2 - схема системы электропитания, обеспечивающая эксплуатацию солнечной батареи в режиме максимальной мощности, на фиг.3 - схема силовой части импульсного преобразователя напряжения (а - понижающего, б - повышающего, в - понижающе-повышающего) с элементом формирования монотонного характера изменения мощности на входе, на фиг.4 - вольт-амперная и вольт-ватная характеристики солнечной батареи.
Устройство, реализующее предложенный способ управления (фиг.1), содержит измеритель мощности 1, формирователь знака полярности производной по времени 2, генератор импульсов 3, счетчик импульсов 4, Т-триггер 5. Вход напряжения измерителя мощности 1 соединен с выводом «U» устройства, токовый вход измерителя мощности 1 соединен с выводом «I» устройства, выход измерителя мощности 1 соединен с входом формирователя знака полярности производной по времени 2, счетный вход счетчика импульсов 4 соединен с генератором импульсов 3, инверсный вход сброса в нулевое состояние счетчика импульсов 4 соединен с выходом формирователя знака полярности производной по времени 2, выход счетчика импульсов 4 соединен с входом Т-триггера 5, выход Т-триггера 5 соединен с выводом «F» устройства.
Потребление энергии солнечной батареи в режиме максимальной мощности обеспечивает система электропитания (фиг.2), состоящая из солнечной батареи 6, устройства 7, реализующего предложенный способ управления, импульсного преобразователя напряжения 8, конденсатора выходного фильтра 9 и нагрузки 10. Солнечная батарея 6, конденсатор выходного фильтра 9 и нагрузка 10 имеют по два силовых вывода, первый силовой вывод солнечной батареи 6 соединен с шиной «С» системы электропитания, первый силовой вывод конденсатора выходного фильтра 9 и нагрузки 10 соединены с шиной «H» системы электропитания, второй силовой вывод солнечной батареи 6, конденсатора выходного фильтра 9 и нагрузки 10 соединены с общей шиной «М» системы электропитания. Импульсный преобразователь напряжения 8 имеет три силовых вывода «U», «Н», «М» и вывод управления «F», силовой вывод «U» импульсного преобразователя напряжения 8 соединен с шиной «С» системы электропитания, силовой вывод «Н» импульсного преобразователя напряжения 8 соединен с шиной «H» системы электропитания, силовой вывод «М» импульсного преобразователя напряжения 8 соединен с общей шиной «М» системы электропитания, вывод управления «F» импульсного преобразователя напряжения 8 соединен с выводом «F» устройства 7, вывод «U» устройства 7 соединен с шиной «С» системы электропитания, вывод «I» устройства 7 соединен с выходом датчика тока 11, включенного в силовую цепь солнечной батареи 6.
Тип импульсного преобразователя напряжения 8 - понижающий, повышающий или понижающе-повышающий - зависит от соотношения параметров солнечной батареи 6 и нагрузки 9.
При значениях оптимального напряжения солнечной батареи 6 выше требуемого напряжения на нагрузке 10, либо оптимального тока солнечной батареи 6 ниже тока нагрузки 10, либо сопротивления нагрузки 10 ниже отношения оптимального напряжения солнечной батареи 6 к оптимальному току солнечной батареи 6 в качестве импульсного преобразователя напряжения 8 используется импульсный преобразователь напряжения понижающего типа (фиг.3а), содержащий ключевой элемент 12, дроссель 13, диод 14 и конденсатор 15. Первый вывод конденсатора 15 и первый силовой вывод ключевого элемента 12 соединены с выводом «U» импульсного преобразователя напряжения понижающего типа, второй вывод конденсатора 15 и второй вывод диода 14 соединены с выводом «М» импульсного преобразователя напряжения понижающего типа, второй вывод дросселя 13 соединен с выводом «H» импульсного преобразователя напряжения понижающего типа, второй силовой вывод ключевого элемента 12, первый вывод диода 14 и первый вывод дросселя 13 соединены между собой, управляющий вывод ключевого элемента 12 соединен с выводом «F» импульсного преобразователя напряжения понижающего типа.
При значениях оптимального напряжения солнечной батареи 6 ниже требуемого напряжения на нагрузке 10, либо оптимального тока солнечной батареи 6 выше тока нагрузки 10, либо сопротивления нагрузки 10 выше отношения оптимального напряжения солнечной батареи 6 к оптимальному току солнечной батареи 6 в качестве импульсного преобразователя напряжения 8 используется импульсный преобразователь напряжения повышающего типа (фиг.3б), содержащий ключевой элемент 16, дроссель 13 и диод 17. Первый вывод дросселя 13 соединен с выводом «U» импульсного преобразователя напряжения повышающего типа, второй силовой вывод ключевого элемента 16 соединен с выводом «М» импульсного преобразователя напряжения повышающего типа, второй вывод диода 17 соединен с выводом «H» импульсного преобразователя напряжения повышающего типа, второй вывод дросселя 13, первый вывод диода 17 и первый силовой вывод ключевого элемента 16 соединены между собой, управляющий вывод ключевого элемента 16 соединен с выводом «F» импульсного преобразователя напряжения повышающего типа.
При значениях оптимального напряжения солнечной батареи 6 как выше, так и ниже требуемого напряжения на нагрузке 10, либо оптимального тока солнечной батареи 6 как ниже, так и выше тока нагрузки 10, либо сопротивления нагрузки 10 как ниже, так и выше отношения оптимального напряжения солнечной батареи 6 к оптимальному току солнечной батареи 6 в качестве импульсного преобразователя напряжения 8 используется импульсный преобразователь напряжения понижающе-повышающего типа (фиг.3в), содержащий два ключевых элемента 12 и 16, дроссель 13, конденсатор 15 и два диода 14 и 17. Первый вывод конденсатора 15 и первый силовой вывод ключевого элемента 12 соединены с выводом «U» импульсного преобразователя напряжения понижающе-повышающего типа, второй вывод конденсатора 15, второй вывод диода 14 и второй силовой вывод ключевого элемента 16 соединены с выводом «М» импульсного преобразователя напряжения понижающе-повышающего типа, второй вывод диода 17 соединен с выводом «Н» импульсного преобразователя напряжения понижающе-повышающего типа, второй вывод дросселя 13, первый вывод диода 17 и первый силовой вывод ключевого элемента 16 соединены между собой, второй силовой вывод ключевого элемента 12, первый вывод диода 14 и первый вывод дросселя 13 соединены между собой, управляющий вывод ключевых элементов 12 и 16 соединены с выводом «F» импульсного преобразователя напряжения понижающего типа.
Система электропитания (фиг.2) обеспечивает потребление энергии солнечной батареи 6 в режиме максимальной мощности следующим образом. При включении ключевого элемента импульсного преобразователя напряжения 8 происходит монотонное увеличение тока солнечной батареи I6 и монотонное уменьшение ее напряжения U6 в соответствии с вольт-амперной характеристикой солнечной батареи 6 (фиг.4). При использовании импульсного преобразователя напряжения понижающего типа (фиг.3а) или импульсного преобразователя напряжения понижающе-повышающего типа (фиг.3в) элементом формирования монотонного характера изменения напряжения U6 является конденсатор 15, а при использовании импульсного преобразователя напряжения повышающего типа (фиг.3б) элементом формирования монотонного характера изменения тока I6 является дроссель 13. Если при этом мощность Р6, выдаваемая солнечной батареей 6, растет, значит растет и сигнал U1 на выходе измерителя мощности 1 (фиг.1), на выходе формирователя знака полярности производной по времени 2 формируется сигнал U2 высокого уровня, который сбрасывает счетчик импульсов 4 в нулевое состояние. После увеличения тока солнечной батареи 6 выше оптимального I6>Iопт и соответственно уменьшения напряжения солнечной батареи 6 ниже оптимального U6<Uопт происходит уменьшение мощности, выдаваемой солнечной батареей P6, и сигнала U1 на выходе измерителя мощности 1, на выходе формирователя знака полярности производной по времени 2 формируется сигнал U2 низкого уровня, который отменяет сброс в нулевое состояние счетчика импульсов 4, разрешая счет импульсов генератора импульсов 3, при заполнении счетчика импульсов 4 на его выходе формируется сигнал переноса, который переключает состояние Т-триггера 5, соответственно выходной сигнал «F» Т-триггера 5 отключает ключевой элемент импульсного преобразователя напряжения 8, при этом ток I6 солнечной батареи 6 уменьшается, а ее напряжение U6 увеличивается. Мощность P6, выдаваемая солнечной батареей 6, растет, соответственно на выходе формирователя знака полярности производной по времени 2 формируется сигнал U2 высокого уровня, который сбрасывает счетчик импульсов 4 в нулевое состояние. После уменьшения тока солнечной батареи 6 ниже оптимального I6<Iопт и соответственно увеличения напряжения U6 солнечной батареи 6 выше оптимального U6>Uопт происходит уменьшение мощности Р6, выдаваемой солнечной батарей 6. На выходе формирователя знака полярности производной по времени 2 формируется сигнал U2 низкого уровня, который отменяет сброс в нулевое состояние счетчика импульсов 4, разрешая счет импульсов генератора импульсов 3, при заполнении счетчика импульсов 4 на его выходе формируется сигнал переноса, который переключает состояние Т-триггера 5, соответственно выходной сигнал «F» Т-триггера 15 включает ключевой элемент импульсного преобразователя напряжения 8 и т.д.
Емкость счетчика импульсов 4 определяет длительность задержки на переключение ключевого элемента импульсного преобразователя напряжения 8 после перехода значения тока и напряжения солнечной батареи 6 через оптимальное. Эта задержка необходима для ограничения частоты переключения ключевого элемента импульсного преобразователя 8.
Таким образом, в системе электропитания с предлагаемым способом управления потреблением энергии солнечной батареи в режиме максимальной мощности переключение ключевого элемента импульсного преобразователя напряжения 8 происходит после перехода значения выдаваемой мощности солнечной батареи 6 через максимум, что обеспечивает поддержание режима максимальной мощности солнечной батареи 6 при любых параметрах солнечной батареи 6 и нагрузки 9.
Литература
1. Поляков С.А., Ракова Л.Н., Чернышев А.И., Эльман В.О. Зонный принцип управления режимами комплексов автоматики и стабилизации систем электроснабжения // Системы автономного электроснабжения и электромеханические устройства. Т.1 Аппаратура управления и преобразования энергии. - Сб. научных трудов НПО «Полюс». Томск. 1992. С.65-70.
2. Шиняков Ю.А., Гордеев К.Г., Черданцев С.П., Обрусник П.В. Варианты построения экстремальных шаговых регуляторов мощности солнечных батарей // Труды ВНИИЭМ. Электромеханические устройства космических аппаратов. М., 1997. Т.97. С.83-92.
Claims (1)
- Способ управления потреблением энергии солнечной батареи в режиме максимальной мощности, основанный на измерении потребляемой от солнечной батареи мощности и управлении потреблением энергии посредством импульсного преобразователя напряжения, подключенного к выводам солнечной батареи через элемент формирования монотонного характера изменения мощности, отличающийся тем, что переключение ключевого элемента импульсного преобразователя напряжения осуществляют после смены знака полярности производной по времени сигнала, пропорционального текущему значению потребляемой от солнечной батареи мощности, с положительного на отрицательный.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006109795/09A RU2308752C1 (ru) | 2006-03-27 | 2006-03-27 | Способ управления потреблением энергии солнечной батареи в режиме максимальной мощности |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006109795/09A RU2308752C1 (ru) | 2006-03-27 | 2006-03-27 | Способ управления потреблением энергии солнечной батареи в режиме максимальной мощности |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2308752C1 true RU2308752C1 (ru) | 2007-10-20 |
Family
ID=38925434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006109795/09A RU2308752C1 (ru) | 2006-03-27 | 2006-03-27 | Способ управления потреблением энергии солнечной батареи в режиме максимальной мощности |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2308752C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2666123C1 (ru) * | 2016-12-12 | 2018-09-10 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Использующая энергию солнца система генерирования энергии |
-
2006
- 2006-03-27 RU RU2006109795/09A patent/RU2308752C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2666123C1 (ru) * | 2016-12-12 | 2018-09-10 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Использующая энергию солнца система генерирования энергии |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102427294B (zh) | 一种开关型调节器的恒定时间控制电路以及应用其的开关型调节器 | |
| CN103683908A (zh) | 开关电源控制电路、开关电源及其控制方法 | |
| TW200415454A (en) | Closed loop diode emulator for DC-DC converter | |
| CN103580000A (zh) | 开关电源输出过压保护方法及电路及带该电路的开关电源 | |
| JP2002199614A (ja) | 太陽光電力充電装置 | |
| KR20080016633A (ko) | Ｄｃ/ｄｃ 컨버터 | |
| CN104467427A (zh) | 一种用于四管Buck-Boost变换器的开关控制电路及控制方法 | |
| CN102810984A (zh) | 一种开关电源电路 | |
| CN102655371A (zh) | 开关电源的双脉冲跨周期调制方法及其装置 | |
| CN103326546A (zh) | 固定关断时间峰值电流型脉冲序列控制方法及其装置 | |
| CN104734502B (zh) | 一种dc‑dc变换器轻载高效实现电路 | |
| CN103414342A (zh) | 动态电压调节开关变换器的定频恒定通断时间控制方法 | |
| CN103269159A (zh) | 一种电压模控制dc-dc模式自动转换电路 | |
| CN102324846B (zh) | 用于电流模式控制的开关电源的数控分段斜坡补偿电路 | |
| CN105162325B (zh) | 基于参考电压比较振荡器的脉冲频率调制电路 | |
| CN103236790B (zh) | 连续工作模式开关电源的半滞环脉冲序列控制方法及其装置 | |
| RU2308752C1 (ru) | Способ управления потреблением энергии солнечной батареи в режиме максимальной мощности | |
| CN203261226U (zh) | 连续工作模式开关电源的半滞环脉冲序列控制装置 | |
| CN110830008B (zh) | 一种电压波形产生装置 | |
| CN102931832A (zh) | 脉宽调制型可调阻容电路及其调节方法 | |
| CN202384988U (zh) | 一种开关电源电路 | |
| CN203933397U (zh) | 连续工作模式开关电源的多谷值电流型脉冲序列控制装置 | |
| CN204794694U (zh) | 一种输出电压控制电路及具有该电路的电源 | |
| CN203135721U (zh) | 开关变换器双缘脉冲频率调制c型控制装置 | |
| CN203135696U (zh) | 开关变换器双缘脉冲频率调制v2c型控制装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090328 |