TW201013359A - Method and system for providing local converters to provide maximum power point tracking in an energy generating system - Google Patents

Description

201013359 六、發明說明： [相關申請案] 本發明係有關於美國專利名爲“在能量產生系統中提 供中央控制的方法與系統”、“在能量產生系統中之集中式 與分散式最大功率點追蹤間之選擇方法與系統”及“作動與 停止能量產生系統的方法與系統”之申請案，這些均同時 申請。這些專利申請案均受讓給本案之受讓人。於各個申 ❹ 請案所揭示之標的係倂入作爲參考。 【發明所屬之技術領域】 本案大致關係於能量產生系統。更明確地說，本案有 ' 關於在能量產生系統中，提供局部轉換器以提供最大功率 - 點追蹤的方法與系統。 【先前技術】 Ο 與傳統非可延長、有污染性能量，例如煤或石油相比 ’太陽能與風能提供可延長、無污染的能源。因此，當能 源可以被轉換爲電力時，太陽能與風能變得愈來愈重要。 對於太陽能，安排呈陣列之光伏打面板典型提供一手段， 以將太陽能轉換爲電能。類似陣列可以實施爲收集來自風 或其他自然能源的能量。 在操作光伏打陣列時，最大功率點追蹤（MPPT )大 致被用以自動決定一電壓或電流，在該點陣列可以操作以 在特定溫度下產生最大功率輸出及陽光照射。雖然當該陣 -5- 201013359 列係操作於理想狀態（即在該陣列中的各個面板的相同照 射、溫度及電特性）及當有失配或部份遮蓋狀態時的整個 陣列之MPPT相當容易地執行，但該陣列的整體之MPPT 係更複雜。在此狀況下，由於失配陣列的多峰値功率至電 壓特徵的相對最佳，MPPT技術可能不會提供準確結果。 結果，在陣列中只有少數幾個面板可以被理想地操作。這 在功率產生中造成一劇烈下降，對於包含面板串流之陣列 ，在串流中之至少有效面板決定整個串流的該電流與效率 【發明內容及實施方式】 以下所討論之圖1至12與用以描述本發明原理的各 種實施例係作例示用途並非用以限制本發明的範圍。熟習 於本技藝者可以了解，本發明之原理可以以適當配置之裝 置或系統加以實施。 圖1爲能依據本案實施例中央控制之能量產生系統 1〇〇。能量產生系統100包含多數能量產生裝置（EGD) 102 ’各個耦接至對應局部轉換器1〇4，以一起形成能量產 生陣列1〇6。如同於本案中之一特定實施例中，能量產生 系統100可以包含光伏打系統及能量產生裝置102可以包 含光伏打面板。然而，可以了解的是，能量產生系統1〇0 可以包含其他任意適當類型之能量產生系統，例如風渦輪 系統、燃料電池系統等等。對於這些實施例，能量產生裝 置102可以包含風渦輪、燃料電池等等。 -6- 201013359 所示光伏打系統100包含一中央陣列控制器110並也 可以包含直流-交流轉換器112，或其他適當負載，用以在 系統100操作爲在線（on-grid)系統。然而，也可以了解 ’系統100也可以藉由將陣列106耦接至電池充電器或其 他適當能量系統裝置，而不是直流-交流充電器而操作爲 離線系統。 在陣列106中之PV面板102係被配置成串流1 14。 0 對於所示實施例，陣列1 06包含兩串流1 1 4，各個串流包 含三面板102。然而，可以了解的是，陣列106可以包含 任意數量之串流114，及各個串流114可以包含任意適當 數量之面板102。至於所示實施例，在各個串流114中之 " 面板102係被以串聯連接方式加以實施。結果，各個局部 - 轉換器1〇4的輸出電壓可以接近其輸入電壓，同時，供給 高壓至直流-交流轉換器112的輸入埠，這在部份實施例 中，可以以於150伏至500伏間之輸入電壓操作。因此， • 不需要如並聯架構串流所用之變壓器爲主之轉換器，因而 ，造成實施高效及低成本局部轉換器104。 各個PV面板102能將太陽能轉換爲電能。各個局部 轉換器104係耦接至其對應面板102並能重整爲面板102 所提供之輸入的電壓至電流關係，使得爲面板102所產生 之電能可以爲一負載（未示於圖1 )所用於陣列1 〇6。直 流-交流轉換器112係耦接至陣列106並能轉換爲局部轉 換器104所產生之直流（DC)爲用於負載之交流（AC) ，負載可以耦接至該直流-交流轉換器112。 201013359 最大功率點追蹤（MPPT)自動決定面板102在特定 溫度及太陽能照射下，應操作以產生最大功率輸出的電壓 或電流。當陣列1 〇6操作於理想狀況（即’在陣列1 〇6中 之各個面板102的相同輻射、溫度及電特性時）整個陣列 106的ΜΡΡΤ相當容易執行。然而，當有失配或當部份被 遮光狀況時，例如’用於陣列i〇6的ΜΡΡΤ整體而言是更 複雜。在此狀況下，MPPT技術可能由於失配陣列106的 多峰功率至電壓特性的相對最佳而不會提供準確結果。結 @ 果，在陣列106中只有少數面板102可以被理想操作，造 成在功率產生上的劇烈下降。因此，爲了解決此問題，各 個局部轉換器104能提供局部MPPT給其對應面板102。 以此方式，各個面板102可以在理想及失配或被遮光狀態 — 下，操作於其最大功率點（MPP )。對於能量產生裝置 - 102包含風渦輪機的實施例，MPPT可以用以調整該風渦 輪機的葉片的間距。可以了解的是，MPPT也可以用以最· 佳化系統100，其包含其他類型之能量產生裝置102。 ❹ 中央陣列控制器1 1 〇被耦接至陣列1 06並能透過有線 鏈結（例如串聯或並聯匯流排）或無線鏈結與陣列106相 通訊。中央陣列控制器1 1 0也可以包含診斷模組1 20及/ 或控制模組125。診斷模組120能監視光伏打系統1〇〇， 而控制模組1 2 5能控制光伏打系統1 0 0。 診斷模組120能自在陣列106中之各個局部轉換器 1〇4接收用於局部轉換器104的轉換器資料及用於局部轉 換器104對應面板102的裝置資料。如於此所用，“裝置 -8 - 201013359 資料”表示用於面板102的輸出電壓、輸出電流、溫度、 輻射、輸出功率及/或等等。同樣地，“局部轉換器資料”表 示局部轉換器輸出電壓、局部轉換輸出電流、局部轉換器 輸出功率及/或等等。 診斷模組120也可以產生系統10〇的報告並提供報告 給操作者。例如，診斷模組120可以顯示部份或全部之裝 置資料及局部轉換器資料給操作者。另外，診斷模組120 φ 可以提供部份或所有裝置資料及局部轉換器資料給控制模 組125。診斷模組120也可以以任意適當方式分析資料並 提供分析結果給操作者及/或控制模組1 2 5。例如，診斷模 組1 2 0可以根據任意適當時框，例如每小時、每日、每週 ' 、及每月，來決定各個面板102的統計。 — 診斷模組120可以提供故障監視給陣列1〇6。根據自 局部轉換器1 04接收的資料，診斷模組丨20可以指明一或 更多缺陷面板102’例如已故障、已誤動作、被遮光、污 參 損及/或等等面板102。當缺陷面板102需要替換、修理或 清洗時，診斷模組1 20可以通知操作者。 控制模組1 2 5可以藉由送出控制信號至一或更多局部 轉換器1 04而實際控制陣列1 0 6。例如，控制模組丨2 5可 以送出一避開控制信號給具有故障對應面板的特定局部轉 換器104。避開控制信號提示局部轉換器1〇4，以避開其 面板102，有效地將該面板102自陣列1〇6移除，以不影 響在相同串流1 1 4中之其他面板1 02的操作爲避開面板 102 ° -9- 201013359 另外，控制模組1 25也可以送出控制信號給一或更多 局部轉換器104’其將局部轉換器104指引，以調整其輸 出電壓或電流。爲了部份實施例，局部轉換器104的 MPPT功能可以被移至中央陣列控制器110。爲了這些實 施例，控制模組125也能校正各個面板1〇2的MPP並根 據該校正送出轉換比命令給各個局部轉換器104，以使得 各個面板1 02操作於其本身MPP，如於控制模組1 2 5所決 定。 ❿ 控制模組1 25也可以接收及作動來自操作者的指令。 例如，操作者可以指引控制模組1 25，該系統1 〇〇進行線 上或離線，及控制模組1 25可以藉由使系統1 〇〇爲線上或 取系統1 〇 〇爲離線加以作出反應。 - 因此，藉由實施中央陣列控制器110，光伏打系統 — 100以每面板爲基礎提供更佳的利用。同時，此系統100 藉由使不同來源可能混合，而增加彈性。中央陣列控制器 110同時也對整個系統100提供較佳保護及資料收集。 ❹ 圖2顯示依據本案實施例之局部轉換器2 04。局部轉 換器204可以表示圖1的局部轉換器104之一；然而，可 以了解的是，局部轉換器204可以以任意適當配置的能量 產生統加以實施，而不會脫離本案之範圍。另外，雖然所 示連接至能量產生裝置2 02被稱爲PV面板，但可以了解 是局部轉換器204也可以耦接至PV面板的單一格或在光 伏打陣列中之一次組面板，或至另一能量產生裝置202， 例如風渦輪機、燃料電池等等。 -10- 201013359 局部轉換器204包含一功率級206及一局部控 208，其可以更包含一MPPT模組210及一選用通訊 212。功率級206可以包含能接收來自PV面板202的 電壓及電流作爲輸入，並再整形輸入的電壓至電流關 以產生輸出電壓與電流。 局部控制器208的通訊介面212能在局部轉換器 與中央陣列控制器，例如圖1的中央陣列控制器1 1 〇 ❹ 供通訊通道。然而，對於局部轉換器204並未與中央 控制器通訊的實施例，通訊介面212可以被省略。 MPPT模組210能接收來自能量產生裝置202的 .電壓與電流作爲輸入，如果爲實施演算法所需，則由 — 級206輸出電壓與電流。根據這些輸出，MPPT模組 - 能提供信號以控制功率級206。以此方式，局部控 208的MPPT模組21 0能提供MPPT給PV面板202。 藉由提供MPPT，MPPT模組210保持對應面板 φ 作動於基本上固定操作點（即，固定電壓Vpan及電流 對應於面板202的最大功率點）。因此，對於一給定 太陽能照射，在穩態中，局部轉換器204的輸入功率 定（即Ppan = Vpan ·Ιρ3η)，因爲它對應於在面板202 對或絕對最大功率點。另外，局部轉換器204具有相 效率；因此，輸出功率大約等於輸入功率（即Put == )0 圖3顯示依據本案實施例之局部轉換器204的細 於此實施例中，功率級206係被實施爲單一電感器、 制器 介面 面板 係， 204 間提 陣列 面板 功率 210 制器 202 I p a η 固定 爲固 的相 對高 P p a η 節。 四開 -11 - 201013359 關同步降壓-升壓切換調整器、及MPPT模組210包含功 率級調整器302、ΜΡΡΤ控制區塊3 04、及兩類比至數位轉 換器（ADC ) 306 及 308。 306能縮放及量化類比面板電壓Vpan及類比面板電流 Ip an，以分別產生數位面板電壓與數位面板電流。雖然所 示及描述之面板電壓及面板電流，但可以了解的是，Vpan 可以稱爲任意適當能量產生裝置202之輸出裝置電壓及 Ipan可以稱爲能量產生裝置202的輸出裝置電流，該能量 產生裝置2 02係係如風渦輪機、燃料電池等等。被耦接至 MPPT控制區塊304與通訊介面212的ADC 3 06也能提供 數位面板電壓及電流信號給MPPT控制區塊304與通訊介 面212。同樣地，ADC308也可能縮放及量化類比輸出電 壓及類比輸出電流，以分別產生數位輸出電壓及數位輸出 電流。也耦接至MPPT控制區塊3 04及通訊介面212的 ADC3 08也能提供數位輸出電壓及電流信號至MPPT控制 區塊 3 04與通訊介面 212。通訊介面 212能提供爲 ADC306所產生之數位面板電壓及電流信號及爲 ADC308 所產生之數位輸出電壓與電流信號至中央陣列控制器。 被耦接至功率級調整器3 02的MPPT控制區塊3 04係 能自ADC3 06接收數位面板電壓與電流，及自ADC3 0 8來 的數位輸出電壓與電流。根據至少部份之這些數位信號， MPPT控制區塊304能產生用於功率級調整器3 02的轉換 比命令。轉換比命令包含用於功率級調整器302的轉換比 ，以用於操作該功率級206。對於能根據數位面板電壓與 201013359 電流，而不是根據數位輸出電壓與電流產生轉換比命令的 MPPT控制區塊304之實施例，ADC3 08可以只提供數位 輸出電壓與電流至通訊介面212，而不是MPPT控制區塊 3 04 ° 對於一些實施例，功率級調整器302包含一降壓-升 壓模式控制邏輯及數位脈衝寬度調變器。此功率級調整器 302能根據爲MPPT控制區塊304所提供之轉換比，藉由 φ 產生脈寬調變（PWM )信號，而以不同模式操作功率級 206，MPPT控制區塊304可以校正用於功率級 206的 PWM信號的轉換比。 功率級調整器3 02係被耦接至功率級206並能根據來 ' 自MPPT控制區塊3 04的轉換比，來操作功率級206，及 - 藉由使用根據該轉換比所決定之工作週期與模式而操作功 率級206。對於功率級206被實施爲降壓-升壓轉換器的例 示實施例中，功率級206的可能模式可以包含降壓模式、 φ 升壓模、降壓·升壓模式、旁路模式及關閉模式。 對於此實施例，當轉換比CR在降壓-升壓範圍內，則 功率級調整器3 02能操作功率級206於降壓-升壓模式； 當CR低於降壓-升壓範圍時，則功率級206操作於降壓模 式；及當CR大於降壓-升壓範圍，則功率級206操作於升 壓模式。降壓-升壓範圍包含實質等於1的値。例如，對 於一特定實施例，降壓-升壓範圍可以包含0.95至1.05。 當功率級206於降壓模式時，如果CR低於最大降壓轉換 比CRbuek，max，則功率級調整器3 02能整個操作功率級206 -13- 201013359 呈降壓架構。同樣地，當功率級2 06於升壓模式，如果 CR大於最小升壓轉換比CRb()C)st，min，則功率級調整器302 能整個操作功率級206呈升壓架構。 最後，當轉換比大於CRbuek,max小於CRb()()St，min時， 功率級調整器3 02能交替地操作功率級206於降壓架構與 升壓架構中。在此時，功率級調整器3 02可以執行分時多 工，以交替於降壓架構與升壓架構之間。因此，當轉換比 接近CRbuek,max時，功率級調整器3 02可以較常操作功率 級206呈降壓架構，而較不常操作於升壓架構。同樣地， 當轉換比更接近CRb()(5St,min時，功率級調整器3 02可以較 常操作功率級206呈升壓架構，而較不常操作於降壓架構 。當轉換比接近於CRbu(：k，max與CRbc)()St,min的中點時，功 率級調整器302可以操作功率級206於降壓架構，也可操 作於升壓架構。例如，當功率級206於降壓-升壓模式時 ，功率級調整器302可以均勻地交替操作功率級206於降 壓架構或升壓架構中。 對於所示實施例，功率級206包含四開關31 Oa-d，及 電感L與電容C。對於一些實施例，開關310可以包含N-通道功率MOSFET。對於特定實施例，這些電晶體可以包 含鍺氮化物在矽上裝置。然而，可以了解的是，開關310 也可以適當地被實施，而不脫離本案之範圍。另外，功率 級206可以包含用以驅動開關3 1 0 (例如電晶體的閘極） 之一或更多驅動器（未示於圖3)。例如，爲一特定實施 例，第一驅動器可以耦接於功率級調整器3 02與電晶體 201013359 3 1〇a及310b之間，以驅動電晶體310a及310b之 同時，第二驅動器可以耦接於功率級調整器302與 310c及31〇d之間，以驅動電晶體310c及310d之 爲此實施例，爲功率級調整器3 02所產生之PWM 提供根據這些PWM信號給驅動個別電晶體310的 驅動器。 對於所示實施例，在操作功率級206中，功率 φ 器3 02能產生數位脈衝，以控制功率級206的開關 對於以下所述之實施例，開關3 1 0包含電晶體。對 架構，功率級調整器302關斷電晶體310c並導通 脈衝然後交替地導通及關斷電晶體310a及電晶體 ' 使得功率級206操作爲降壓調整器。對於此實施例 - 體310a的工作週期等於包含於爲MPPT控制區塊 產生之轉換比命令中之工作週期D。對於升壓模式 級調整器3 02導通電晶體310a及關斷電晶體310b 〇 然後交替地導通及關斷電晶體310c及電晶體310d 功率級206操作爲升壓調整器。此實施例中之電晶f 的工作週期等於1-D。 對於降壓-升壓模式，功率級調整器3 02如上 行於降壓與升壓架構間之分時多工。功率級調整器 生用於該降壓開關對的電晶體310a及310b與升壓 電晶體310c及310d的控制信號。用於電晶體310 作週期係固定於對應於CRbu(：k，max的工作週期，及 3 10C的工作週期係固定於對應於CRbust^in的工作 閘極， 電晶體 閘極。 信號被 閘極之 級調整 3 10° 於降壓 3 1 0d ° 3 10b， ，電晶 304所 ，功率 。脈衝 ，使得 1 310c 所述執 3 02產 開關對 a的工 電晶體 週期。 -15- 201013359 於一特定時間段中之降壓-架構與升壓-架構操作間之比率 係線性比例於D。 當輸出電壓接近面板電壓，功率級206係操作於降 壓-升壓模式。在此情況下，對於所示實施例，電感電流 漣波及由於電壓開關的應力係遠低於SEPIC及傳統降壓· 升壓轉換器者。同時，所示功率級206完成遠較傳統降 壓-升壓轉換器爲高之效率。 對於部份實施例，如以下配合圖4所詳述，MPPT控 制區塊304能操作於以下四模式之一模式：休眠、追蹤、 保持及旁路。當面板電壓低於預定主臨限電壓時，MPPT 控制區塊304可以操作於休眠模式。在休眠模式中， MPPT控制區塊304使得電晶體開關310a-d關斷。例如， 對於部份實施例，MPPT控制區塊3 04可以產生轉換比命 令，其當MPPT控制區塊304於休眠模式時，提示功率級 調整器3 02關斷電晶體31 Oa-d。因此，功率級206被置放 於關機模式及面板202被避開，有效地將面板202自其實 施之光伏打系統移開。 當面板電壓上升超出主臨限電壓時，MPPT控制區塊 3 04可以操作於追蹤模式。在此模式中，MPPT控制區塊 3 04可以執行面板202的最大功率點追蹤，以決定功率級 調整器302的最佳轉換比。在此模式中，取決於現行產生 之轉換比命令，功率級調整器3 02放置功率級206於降壓 模式、升壓模式或降壓-升壓模式之一。 另外，對於部份實施例，MPPT控制區塊304也可以 201013359 包含關閉暫存器，其可以爲系統的操作者或任意適當控制 程式，例如實施於中央陣列控制器中之控制程式所修改， 以強迫MPPT控制區塊304保持功率級206於關閉模式。 爲此實施例，MPPT控制區塊304並未開始操作於追蹤模 式，直到（i)面板電壓超出主臨限電壓，及（ii)關閉暫 存器表示MPPT控制區塊304可以將功率級206移出關閉 模式才開始操作於追蹤模式。 φ 當MPPT控制區塊304找出最佳轉換比，MPPT控制 區塊304可以操作於保持模式一預定時間段。在此模式中 ，MPPT控制區塊304可以持續提供功率級調整器302以 決定予以在追蹤模式中之最佳轉換比的相同轉換比。同時 ' 在此模式中，如同追蹤模式般，取決於在轉換比命令中提 - 供之最佳轉換比，功率級206被置放於降壓模式、升壓模 式或降壓-升壓模式中之一者。在經過該預定時間段之後 ，MPPT控制區塊304可以回復至追蹤模式，以確保最佳 參 轉換比未改變，或者，如果面板202的狀態改變可找出一 新的最佳轉換比。 如配合圖5至8更詳述如下，當各個在光伏打陣列中 之面板，例如面板202爲均勻照明及在面板202間沒有失 配，則一中央陣列控制器可以將MPPT控制區塊304及功 率級2 06置放於旁路模式。在旁路模式中，對於一些實施 例，電晶體310a及310d被導通及電晶體310b及310c被 關斷，使得面板電壓等於輸出電壓。對於其他實施例，則 一選用開關312可以包含在功率級206中，其能將輸入埠 -17- 201013359 耦接至輸出埠，以使得輸出電壓等於面板電壓 ，當MPPT並未被局部需要時，則局部轉換器 基本上由系統移開，藉以藉由降低有關於局部 的損失而使其效率最高並增加其壽命。 因此，如上所述，MPPT控制區塊304能 眠模式並使功率級206置於關閉模式，而使得 被避開。MPPT控制區塊304能操作於追蹤模 式。在這些任一模式中，MPPT控制區塊304 級206置放於降壓模式、升壓模式與降壓-升 。最後，MPPT控制區塊304可以操作於旁路 功率級2 0 6置放於旁路模式，這使得局部轉換 路同時允許面板2 02被直接耦接至陣列之其他 藉由以此方式操作局部轉換器204，包含1 面板串流的串流電流係與個別面板電流無關。 電流係爲串流電壓與總串流功率所設定。另外 板2 02可以持續操作於峰功率點，而不管在該 他面板的遮光狀態。 對於替代實施例，當MPPT控制區塊304 佳轉換比時，當最佳轉換比對應於用於功率条 壓-升壓模式時，MPPT控制區塊304可以操作 ，而不是保持模式。在降壓·升壓模式中，輸 面板電壓。因此，面板2 02可以藉由旁路局部 而增加效率，來接近其最大功率點。如同於先 例，MPPT控制區塊304可以週期地由旁路模 。以此方式 204可以被 轉換器204 夠操作於休 面板202能 式或保持模 能使得功率 壓模式之一 模式並使得 器204被旁 面板202。 面板202的 確實，串流 ，未遮光面 串流中之其 已找出一最 之206的降 於旁路模式 出電壓接近 轉換器204 前所述實施 式回復至追 201013359 蹤模式，以驗證最佳轉換比仍保持在降壓-升壓模式範圍 內。 對於一些實施例，不同於正常步階性變化，MPPT控 制區塊3 04也能逐漸地調整功率級調整器3 02的轉換比， 以避免在功率級206的電晶體、電感及電容上之應力。對 於一些實施例，MPPT控制區塊3 04能實施不同MPPT技 術，以調整面板電壓或電導，而不是轉換比。再者， φ MPPT控制區塊3 04能調整參考電壓，而不是動態輸入電 壓調整的轉換比。 另外，MPPT控制區塊304能完成相當快速及平順的 功率級206的關閉模式與其他模式間之轉換。MPPT控制 ' 區塊304可以包含非揮發記憶體，其能儲存先前最大功率

• 點狀態，例如轉換比或類似物。對於此實施例，當MPPT 控制區塊304被轉換至休眠狀態時，最大功率點狀態被儲 存於此非揮發記憶體。當MPPT控制區塊304隨後回到追 Φ 蹤模式時，所儲存之最大功率點狀態被用作爲啓始最大功 率點狀態。以此方式，於功率級206之關閉與其他模式間 之轉換時間可以顯著降低。 對於一些實施例中，MPPT控制區塊304也能提供局 部轉換器2 04的過功率及/或過電壓保護。因爲信號Vpan 及Ipan係經由ADC306前饋至MPPT控制區塊304，所以 ，MPPT控制區塊304試著抽取最大功率。如果在功率級 2〇6的輸出有開路狀態，則局部轉換器204的輸出電壓到 達最大値。因此，對於過功率保護，局部轉換器204的輸 -19- 201013359 出電流可以被使用作爲導通及關斷MPPT控制區塊304的 信號。對此實施例中，如果輸出電流下降變得太低，則轉 換比可以爲ΜΡΡΤ控制區塊304所設定，使得面板電壓大 約等於輸出電壓。 對於過電壓保護，ΜΡΡΤ控制區塊304可以具有對 ΜΡΡΤ控制區塊3 04不會超出的轉換比命令的最大轉換比 。因此，如果轉換比持續較高通過最大轉換比，貝Ij ΜΡΡΤ 控制區塊304限制轉換比至最大値。這確保輸出電壓將不 會增加超出對應最大値。最大轉換比的値可以爲固定式或 適應性的。例如，適應性轉換比限制可以藉由感應面板電 壓並依據功率級206的轉換比，計算對應於該轉換比的下 一規劃値的輸出電壓之評估値。 另外，對於所示實施例，功率級206包含選用單向開 口 314。當功率級206於關閉模式時，此選用開關314可 被包含以允許面板202被避開，藉以將該面板202自陣列 移除’同時’允許其他面板2 02持續操作。對於一特定實 施例’單向開關314可以包含一二極體。然而，可以了解 的是，單向開關314也可以包含任意其他適當類型之單向 開關’而不會脫離本案之範圍。 圖4顯示依據本案實施例之局部轉換器204中之實施 ΜΡΡΤ的方法400。方法400的實施例只作例示目的。方 法400的其他實施例也可以在不脫離本案範圍下加以實施 方法400開始於ΜΡΡΤ控制區塊304操作於休眠模式 201013359 (步驟401 )。例如，MPPT控制區塊3 04可以產生一轉 換比命令，以提示功率級調整器3 02關斷功率級206的電 晶體310a-d，藉以將功率級206置放於關閉模式及避開面 板 202。 在休眠模式之同時，MPPT控制區塊304監視面板電 壓Vpan，並比較該面板電壓與主臨限電壓Vth (步驟402 )。例如，ADC 3 06可以將面板電壓由類比信號轉換爲數 φ 位信號，並提供該數位面板電壓給MPPT控制區塊304， 其儲存與數位面板電壓比較用的主臨限電壓。 只要面板電壓低於主臨限電壓（步驟 402 )，則 MPPT控制區塊304持續操作於休眠模式。另外，如上所 ' 述，當關閉暫存器表示功率級206保持於關閉模式時， - MPPT控制區塊304可以保持於休眠模式。然而，一旦面 板電壓超出主臨限電壓（步驟402 )，貝MPPT控制區塊 3 04產生用以操作功率級206的轉換比命令，其包含啓始 參 轉換比（步驟403 )。例如，對於一實施例，MPPT控制 區塊3 04可以以轉換比1開始。或者，MPPT控制區塊 3 04也能儲存在前一追蹤模式中所決定的最佳轉換比。對 於此實施例，MPPT控制區塊3 04也可以啓始化該轉換比 以與先前決定最佳轉換比相同。同時，爲MPPT控制區塊 304所產生之轉換比命令係被提供給功率級調整器302’ 其使用啓始轉換比操作該功率級206。 在此點，MPPT控制區塊3 04監視面板電流Ipan及輸 出電流I〇ut，並將面板電流及輸出電壓與一臨限電流Ith比 -21 - 201013359 較（步驟404 )。例如，ADC3 06可以將來自類比信號的 面板電流轉換爲數位信號並提供該數位面板電流至MPPT 控制區塊304，以及，ADC3 08可以將輸出電流由類比信 號轉換爲數位信號並提供數位輸出電流至MPPT控制區塊 3 04，其儲存用於與數位面板電流與數位輸出電流比較的 臨限電流。只要至少這些電流Ipan及IQut保持低於臨限電 流（步驟404 )，則MPPT控制區塊3 04持續監視電流位 準。然而，一旦這些電流都超出臨限電流（步驟404) ， φ 則MPPT控制區塊3 04開始操作於追蹤模式，這包含啓始 地設定追蹤變數T爲1並啓始一計數（步驟406 )。 雖然未示於圖4的方法400中，但可以了解的是， MPPT控制區塊304也可以在追蹤模式中仍持續監視面板 - 電壓，並比較面板電壓與低於主臨限電壓的次臨限電壓。 - 如果面板電壓下降低於此次臨限電壓，則Μ P P T控制區塊 304可以回復至休眠模式。藉由使用低於主臨限電壓之次 臨限電壓，MPPT控制區塊304被提供有雜訊免疫力，以 ❹ 防止MPPT控制區塊304被經常切換於休眠與追蹤模式之 間。 在設定追蹤變數的値與啓始計數後，MPPT控制區塊 304計算用於面板202啓始功率（步驟408 )。例如， ADC3 06可以提供數位面板電流及面板電壓信號（Ipan及 Vpan)至MPPT控制區塊304，其然後將這些信號乘在一 起，以決定該裝置（或面板）功率的啓始値（Ipan · vpan -22- 201013359 在計算啓始功率後，MPPT控制區塊304於第一方向 中修改轉換比，並產生包含該修改轉換比的轉換比命令（ 步驟410)。例如，對於一些實施例，ΜΡΡΤ控制區塊304 可以增加轉換比。對於其他實施例，ΜΡΡΤ控制區塊304 可以降低轉換比。在給系統時間穩定後，ΜΡΡΤ控制區塊 304然後計算面板202的現行功率（步驟412)。例如， ADC306可以提供數位面板電流與面板電壓信號至ΜΡΡΤ φ 控制區塊304，其然後將這些信號相乘在一起，以決定該 面板功率的現行値。 ΜΡΡΤ控制區塊304然後比較現行計算功率與前一計 算功率，該前一計算功率開始時爲啓始功率（步驟414) ' 。如果現行功率大於前一功率（步驟4 1 4 )，則ΜΡΡΤ控 - 制區塊304以相同於先前修正的方向修改轉換比並產生更 新之轉換比命令（步驟4 1 6 )。對於部份實施例，轉換比 係被以相同大小之增量被修改成更高或更低。對於其他實 ❿ 施例，轉換比可以以線性或非線性增量被修改變高或變低 ，以最佳化系統反應。例如，如果轉換比遠離最佳値，則 對於部份系統，則想要於啓始時使用較大增量，隨後當接 近最佳値時，則以較小增量。 ΜΡΡΤ控制區塊3 04也決定是否追蹤變數Τ等於1， 表示轉換比以與先前計算相同的方向加以修改，如同其在 先前計算前之計算所修改者（步驟418)。因此，當Τ等 於1時，面板功率以相同方向隨著轉換比的先修正而增加 。在此時，在給定系統時間穩定後，ΜΡΡΤ控制區塊304 -23- 201013359 再次計算面板202的現行功率（步驟412 )並將之與前一 功率作比較（步驟414 )。然而，如果MPPT控制區塊 3 04決定T不等於1，則表示轉換比以與先前計算相反方 向修改（步驟418)，該先前計算係修改以用於在先前計 算前之計算，MPPT控制區塊3 04設定T爲1及增量該計 數（步驟420 )。 MPPT控制區塊304然後決定是否該計數超出一計數 臨限Cth (步驟422 )。如果計數臨限並未爲計數的現行値 所超過（步驟422 )，則在給系統時間穩定後，MPPT控 制區塊304再次計算用於面板202的現行功率（步驟412 )並將之與前一功率比較（步驟414)，以決定該面板功 率爲正增加或正減少。 如果MPPT控制區塊304決定現行功率大於前一功率 (步驟414 )，則MPPT控制區塊304以與先前修改相反 的方向修改該轉換比，並產生更新之轉換比命令（步驟 42 4) 。MPPT控制區塊304也決定是否追蹤變數T等於2 ，表示轉換比係被以與在先前計算前的計算所修改的先前 計算相反的方向加以修改（步驟426 )。在此時，在給系 統時間穩定後，MPPT控制區塊304再次計算面板202的 現行功率（步驟412)並將之與前一功率比較（步驟414 )° 然而，如果MPPT控制區塊3 04決定T不等於2 ’表 示轉換比以與先前計算前之計算的修改之先前計算相同的 方向修改（步驟426) ，MPPT控制區塊304設定T爲2 201013359 並增量該計數（步驟428) 。MPPT控制區塊304然後如 上所述決定是否該計數超出該計數臨限Cth (步驟422 )。 如果計數並未超出計數臨限（步驟422 )，表示轉換 比已經交替地於第一方向或第二方向中修改多於計數臨限 之次數，該MPPT控制區塊304已找出最佳轉換比，其對 應於面板202的最大功率點，及MPPT控制區塊304開始 操作於保持模式（步驟430 )。 φ 當於保持模式中，MPPT控制區塊304可以設定一計 時器並重新啓始該計數（步驟432 )。當計時器時間到（ 步驟434 )’則MPPT控制區塊304可以回復至追蹤模式 (步驟436)並計算現行功率（步驟412)，以與MPPT ' 控制區塊3 04先前在追蹤模式中計算得之最後功率作比較 - (步驟414 )。以此方式，MPPT控制區塊304可以確保 最佳轉換比未改變或者如果面板2 02的狀態改變，則可以 找出不同最佳轉換比。 ❹ 雖然圖4顯示追蹤能量轉換裝置2 02的最大功率點的 方法400之例子，但仍可以對此方法400進行各種變化。 例如’雖然方法400參考光伏打面板加以描述，但方法 4 00也可以實施於其他能量產生裝置202，例如風渦輪機 、燃料電池等等。再者，雖然方法400係參考圖3的 MPPT控制區塊3 04加以描述，但可以了解的是，方法 4 00可以以任何適配置的MPPT控制區塊加以實施，而不 會脫離本案之範圍。另外，對於一些實施例，如果MPPT 控制區塊3 04決定最佳轉換比對應於功率級206的降壓- -25- 201013359 升壓模式’則MPPT控制區塊304可以操作於休眠模式， 而不是在步驟430中之保持模式。對於這些實施例，於休 眠模式中，計時器時間到後的時間量可以與保持模式中之 計時器有關的時間量相同或不同。同時，雖然所示爲一連 串的步驟，但方法400中之步驟可以重疊，以平行方式發 生，發生多數次、或以不同順序發生。 圖5顯示包含多數能量產生裝置502及中央陣列控制 器510，其能依據本案實施例於能量產生系統500的集中 式及分散式ΜΡΡΤ間作選擇。於所述實施例中，能量產生 系統稱爲光伏打系統500，其包含一陣列之光伏打面板 502，各個面板耦接至對應局部轉換器504。 各個局部轉換器504包含功率級506及局部控制器 5 08。另外，對於一些實施例，各個局部轉換器504可以 經由選用內部開關，例如開關312而加以旁路。當旁路時 ，局部轉換器5 04的輸出電壓基本上等於其輸入電壓。以 此方式，有關於局部轉換器504的操作損失可以被最小化 或甚至當局部轉換器5 04不必要時被免除。 除了中央陣列控制器5 1 0外，系統5 00的例示實施例 也可以包含一轉換級512、柵514及資料匯流排516。中 央陣列控制器510包含一診斷模組520、控制模組525及 選用轉換級（CS)最佳化器530。另外，所示實施例在轉 換級512中設有總體控制器540。然而，將了解的是，總 體控制器540可以實施於中央陣列控制器510中，而不是 轉換級512中。同時，CS最佳化器530也可以實施於轉 201013359 換級512中，而不是中央陣列控制器510中。 對於部份實施例，面板502及局部轉換器504可以代 表圖1中之面板102及局部轉換器1〇4與/或圖2或3中 之面板202與局部轉換器204，中央陣列控制器510可以 代表圖1之中央陣列控制器1 1 0，及/或轉換級5 1 2可以代 表圖1的DC-AC轉換器112。另外，診斷模組520及控制 模組525可以分別代表圖1之診斷模組120及控制模組 φ 125。然而，可以了解的系統500的元件可以以任意適當 方式加以實施。轉換級5 12可以包含DC-AC轉換器、電 池充電器或其他能量儲存裝置，或任意其他適當元件。柵 5 14可以包含任意適當負載，其能根據爲光伏打系統500 ' 所產生之能量加以操作。 * 各個局部控制器5 0 8能透過資料匯流排5 1 6或者透過 無線鏈結提供用於對應面板5 02的裝置資料及局部轉換器 資料給中央陣列控制器5 1 0。根據此資料，診斷模組520 Ο 能決定是否面板502正操作於準理想狀態，即面板502未 失配並基本上與其他發出相同量的光。在此情形下，診斷 模組5 20能提示控制模組525以置放系統500於集中式 MPPT ( CMPPT )模式中。爲了完成如此，控制模組525 能在資料匯流排5 1 6上送出一去能信號給各個局部控制器 5〇8，以藉由操作局部轉換器504於旁路模式，而去能局 部轉換器504。控制模組525也能送出致能信號給總體控 制器5 4 0。 在旁路模式中，局部控制器5 08不再執行MPPT ’及 -27- 201013359 功率級506的輸出基本上等於來自面板502的面板電壓。 因此，有關於操作局部轉換器504的損失被最小化及系統 500的效率被最大化。當局部轉換器504被操作於旁路模

式時，總體控制器540能對該陣列之面板502執行CMPPT 〇 診斷模組520也能決定部份之5 02可以被遮光或失配 (即，部份面板502相較於陣列之其他面板502具有不同 特徵）。在此情形下，診斷模組520能提示控制模組525 置放系統500於分散式MPPT(DMPPT)模式。爲了完成 如此，控制模組5 2 5能透過資料匯流排5 1 6送出一致能信 號至每一局部控制器5 08，以藉由允許局部轉換器504正 常操作’而致能局部轉換器504。控制模組525也能送出 去能信號給總體控制器5 4 0。 當部份之面板5 02被遮光時，診斷模組520也能決定 部份之面板502可以被部份遮光。在此狀態中，除了提示 控制模組525以置放系統500於DMPPT模式外，診斷模 組520也能執行系統500的全診斷掃描，以確保用於部份 遮光面板5 02的局部控制器508正尋找其實際最大功率點 而不是局部最大値。對於能量產生裝置502包含風渦輪機 的實施例，診斷模組5 2 0可能決定部份的風渦輪機由於改 變風態樣、山丘或其他擋風結構、或其他擋風狀態，而被 “遮光”。 光伏打系統500的部份遮光狀況係如圖6及7A-C所 例示。圖6顯示在部份遮光狀態下的光伏打陣列6〇〇。圖 201013359 7A-C爲圖表700、705及710，顯示對應於圖6的三個光 伏打面板之電壓對功率特性。 所示陣列600包含三串流610之光伏打面板。在串流 610c中之三個面板係被標示爲面板A、面板B及面板C。 可以了解的是，三個面板可以代表圖5的面板502或在任 意其他適當配置光伏打系統中的面板。部份面板係爲遮蔽 區620所完全或部份覆蓋。 ❻ 在所示例子中，面板A爲全照明’而面板B爲部份遮 光及面板C爲遮蔽區62 0所全遮光。在圖7A中之圖表 700的電壓至功率特徵對應於面板A、在圖7B中之圖表 705的電壓至功率特徵對應於面板B、在圖7C中之圖表 ' 710的電壓至功率特徵對應於面板C。 • 因此，如於圖表705所示，部份遮光面板B具有與其 實質最大功率點725不同的局部最大値720。中央陣列控 制器510的診斷模組5 20能決定面板B爲部份遮光並執行 # 全診斷掃描以確保面板B正爲局部控制器508所操作於與 局部最大値720相對之實際最大功率點725。操作於局部 最大功率點（例如點720)，而不是實際最大功率點（例 如點725 )的面板502係被稱爲“低效能”面板502。 對於部份實施例，診斷模組520可以如下指明部份遮 光的面板502。首先，診斷模組520假設面板1、…、N爲 在具有相等特徵的考量陣列中之次組面板502，並假設 Ppan . i爲屬於該組[1，...，N]的第i個面板5 02的輸出功 率。貝(]， -29- 201013359 ^jon.max ^ ^pan.i — ^ραη,τύη i 其中 Ppan，max爲最佳執行面板502的輸出功率及 Ppan,min爲最差執行面板502的輸出功率。 診斷模組520同時也藉由以下公式界定變數0 :

第i個面板5 02爲全或部份遮光的或然率可以被表示 如下：

其中k爲小於等於1的常數。然後，其遵循

Plain — Pi — Pn 其中

Anm

及 Pmax _

診斷模組520同時界定p DMPPT成爲或然率函數pma, 的最小値，使得需要DMPPT。因此，如果p max大於p DMPPT，則DMPPT被致能。另外，p diag被界定爲或然率 函數P max的最小値，使得需要診斷功能，以決定是否任 意可能爲部份遮光的面板502正操作於其MPP。因此，如 -30- 201013359 果P max大於p dug，則診斷模組520將指明可能爲部份遮 光的面板5 02並將對這些指明之面板5〇2執行掃描。 診斷模組520能致能在面板502間之相當小數量的失 配的DMPPT ’但對於較大失配，診斷模組520也能執行 全診斷掃描。因此’ PDMPPT的値通常小於/Odiag。 因此’ ίί於部份實施例’當pmax<PDMPPT時，診斷 模組 520也能決定系統 500應在 CMPPT模式，當p φ DMPPT<p max<p diag時，系統500應在DMPPT模式，及當 P max> )〇 diag時，系統500應在DMPPT模式，並具有全診 斷掃描。 對於三實施例，全診斷掃可以包含對於Pi>p diag，各 ' 個面板j的電壓至功率特徵的完整掃描。診斷模組520也 - 可以根據爲中央陣列控制器5 1 0所給定之計時，個別掃描 各個此等面板5 02的特徵。在此方法中，轉換級512可以 持續正常操作。 〇 當系統500操作於DMPPT模式時，CS最佳化器530 能最佳化轉換級512的操作點。對於一實施例，轉換級 512的操作點可以被設定爲常數値。然而，對於實施有CS 最佳化器5 3 0的實施例，轉換級512的操作點可以爲CS 最佳化器53 0所最佳化。 對於一特定實施例’ CS最佳化器53 0可以能決定轉 換級5 1 2的最佳操作點，如以下所述。對於第i個功率級 506，工作週期被界定爲Di及其轉換比被定義爲M(Di)。 功率級5 0 6被設計爲具有的標稱轉換比。因此，將功 -31 - 201013359 率級506儘可能操作接M〇提供較高效率、降低了應力及 降低輸出電壓飽和的可能性。對於包含升壓-降壓轉換器 的功率級506，M〇可以爲1。 因此，最佳化原理可以被定義爲： Σ^(Α) Μ_ Ν 則 /=i ί=ι

1 liOAD Ν pan,i

其中Ipan，i爲第i個功率級506的輸入電流，UutJ爲 · 第i個功率級506的輸出電流，7? i爲第i個功率級506的 效率，及Iload 爲轉換級512的輸入電流。結果，最佳化 原理可以重寫爲： ®

NMq * CS最佳化器530可以藉由在轉換級512的輸入埠， 使用標準電流模式控制技術完成此最佳化，使得轉換級 5 12的輸入電流被設定爲Uoad。 圖8顯示依據本案實施例之能量產生系統5 00的集中 -32- 201013359 式及分散式MPPT間選擇的方法800»方法800的實 係只作例示目的。方法8 0 0的其他實施例可以在不脫 案的範圍下加以實施。 方法800以診斷模組520設定一計時器開始（ 802)。該計時器可以爲診斷模組52〇所使用以根據 生基礎，觸發方法800的啓始。診斷模組52〇然後分 量產生裝置，例如在能量產生系統500中之面板502 φ 驟804 )。例如，於一些實施例，診斷模組52〇可以 計算每一面板5 02的面板功率Ppan然後根據所計算Ρρ 値，決定其他値的數量，來分析面板502，這些將如 合圖5所詳述。例如，診斷模組520可以決定計算ρρ 的最大値及最小値（分別爲Ppan，max及Ppan min )，然 - 使用這些最大及最小値，以計算每一面板502之面板 爲全或部份遮光的或然率（ρ )。診斷模組520也可 定所計算或然率最大値（p max )。 參 在分析面板5〇2(步驟8〇4)後，診斷模組520 然後決定是否光伏打系統500正操作於準理想狀態（ 806)。例如’對於一些實施例’診斷模組520可以 面板502被遮光的計算或然率的最大値（p max )與 DMPPT 臨限（/0 DMPPT)。如果 P max 小於 /0 DMPPT， 板502的最大輸出功率及最小輸出功率係足夠接近， 板502間之失配的或然率可以被認爲極端低，及系統 可以被認爲操作於準理想狀態。同樣地，如果p max 於p dmppt時，則面板502的最大輸出功率與最小輸 施例 離本 步驟 再發 析能 (步 藉由 an的 前配 an値 後， 502 以決 可以 步驟 比較 預定 則面 在面 500 不小 出功 -33- 201013359 率隔得夠開，在面板502間之失配的或然率可能不被認爲 極端低，及系統500可以被認爲未操作於準理想狀態。 如果診斷模組520決定系統500未操作於準理想狀態 (步驟806 )時’控制模組5 25致能局部控制器5 08 (步 驟808 )及去能總體控制器540 (步驟810)，藉以放置系 統500於DMPPT模式。因此，在此狀態下，局部控制器 508執行各個面板502的MPPT。 因爲DMPPT模式被用於在面板502間之甚至相當小 失配中，所以診斷模組520可以決定系統500並未操作於 準理想狀態，即使遮光面板502的或然率仍被爲低（雖然 未被認爲極端低）。因此，在入DMPPT模式後，診斷模 組520決定是否遮光面板502的或然率爲高（步驟812) 。例如，診斷模組520可以比較被遮光面板5 02的最大或 然率（p max)與預定診斷臨限値（P diag)。如果max大 於Pdiag，則面板502的最大功率輸出與最小輸出功率係 隔得夠開，在面板5 02間之失配或然率可以被認爲相對高 ，因此，至少一遮光面板502的或然率爲高。 如果有一高或然率之遮光面板5 02 (步驟812)，則 診斷模組5 20執行任意可能遮光面板502的全特徵掃描（ 步驟814)。例如，診斷模組520可以藉由比較各個面板 502的面板502被遮光的或然率（p )與診斷臨限（pdiM )，來指明可能被遮光面板5 02。如果特定面板502的p 大於p dug，則該特定面板502的輸出功率係與爲在系統 5 00中之面板5 02所提供的最大輸出功率隔得足夠開，其 201013359 或然率係相當地高，及特定面板502係至少部 在執行全特徵掃描時，診斷模組520可以 陣列控制器5 1 0所提供的計時，個別執行每一 板502電壓至功率特徵的掃描。以此方式，轉 以持續在掃描時正常操作。 如果在執行任意全特徵掃描時，診斷模組 任意面板5 02爲低效能（即操作於局部最大功 φ )(例如局部MPP720 )，而不是實際MPP (傷 ))’則控制模組5 2 5可以對這些低效能面板 正（步驟8 1 6 )。 在此點’或如果沒有高或然率的遮光面板 ' 步驟812 )，診斷模組520決定是否計時器時 - 818) ’表示方法800予以再次被啓始。一旦 到（步驟8 1 8 )，則診斷模組520重設該計 8 20 )並開始再次分析面板502 (步驟804 )。 Φ 如果診斷模組520決定系統500正操作於 (步驟806 ) ’則控制模組525去能局部控制 驟8 22 )並致能總體控制器540 (步驟824 )， 統500於CMPPT模式。因此，在此狀態中， 540對整個系統500執行MPPT。 在此點，診斷模組5 20決定是否計時器時 818)，表示方法 800予以再次啓始。一旦計 (步驟818 )，則診斷模組520重設計時器（ ，並再次開始分析面板5 0 2。 份遮光。 根據爲中央 可能遮光面 換級5 1 2可 520決定有 '率點（MPP 町如MPP725 502提供校 面板502 ( 間到（步驟 計時器時間 時器（步驟 準理想狀態 器508 (步 藉以置放系 總體控制器 間到（步驟 時器時間到 步驟820 ) -35- 201013359 雖然圖8顯示用以在集中式及分散式MPPT間選擇之 方法800的例子，但可以對此方法8〇〇完成各種變化。例 如’雖然方法800被參考光伏打系統加以描述，但方法 800可以實施用於其他能量產生系統500，例如風渦輪機 系統、燃料電池系統等等。再者，雖然方法800係參考圖 5的系統500加以描述，但可以了解的是，方法800也可 以以任意適當配置之能量產生系統實施，而不會脫離本案 之範圍。另外，雖然所示爲一連串的步驟，但在方法800 中之步驟可以重疊，平行發生、發生多數次、或發生於不 同順序。 圖9顯示依據本案實施例之用以作動及停止在能量產 生系統中之局部轉換器9 04的局部控制器908的系統900 。系統900包含被稱爲光伏打面板902之能量產生裝置 902，以及局部轉換器904。局部轉換器904包含功率級 906、局部控制器908、及啓動器910。 局部轉換器904可以表示爲圖1的局部轉換器104之 一、圖2或圖3的局部轉換器2 04，及/或圖5的局部轉換 器5 04之一；然而，可以了解的是，局部轉換器904可以 實施爲任意適當配置之能量產生系統，而不脫離開本案之 範圍。因此，可以了解的是系統900可以串聯及/或並聯 耦接至其他類似系統900，以形成能量產生陣列。 對於所示實施例，啓動器910被耦接於面板902與局 部控制器908之間。對於部份實施例，啓動器9 1 0能根據 面板902的輸出電壓，作動及停止局部控制器908。當面 201013359 板902的輸出電壓太低時，啓動器910可能可以提供基本 上爲零的供給電壓給局部控制器908，藉以關閉該局部控 制器908。當面板902的輸出電壓爲高時，啓動器910可 能可以提供非零供給電壓給局部控制器908，使得局部控 制器908爲作動。 可以了解的是’啓動器910可能可以提供供給電壓至 局部控制器908以外之任意適當方式作動及停止局部控制 參 器908。例如’於一替代方式中，啓動器910可能可以設 定局控制器908的一或更多接腳，以作動或停止局部控制 器908。對於另一替代方式，啓動器910可能可以將第一 預定値寫入至局部控制器908的第一暫存器，以作動該局 ' 部控制器908並將第二預定値（其可以根據特定實施法， - 而與第一預定値相同或不同）寫至在局部控制器908中之 第一暫存器或第二暫存器，以停止該局部控制器908。 因此，系統900提供局部轉換器904的自主操作，而 # 不必使用電池或外部電源。當太陽照射夠時，輸出面板電 壓Vpan增加至使啓動器910開始產生非零供給電壓Vcc。 在此點，局部控制器908及/或中央陣列控制器（未示於 圖9 )可以開始執行作動程序，例如暫存器的啓始、面板 902間之初步電壓比較、類比至數位轉換器校正、時鐘同 步或內插、功率級906的同步作動及/或其他類似物。同 樣地，在停止系統900之前，停止程序可以被執行，例如 在單獨應用中，與備用單元的同步、功率級906的同步停 止及/或其他類似物。在這些停止程序中，啓動器910能 -37- 201013359 保持本身作動。 另外，對於一些實施例，啓動器9 1 0可以能提供局部 轉換器9 04的過功率保護。如有關於圖3的描述，爲局部 控制器208的一部份之MPPT控制區塊304可以提供過功 率保護。然而，對於包含啓動器910的系統之另一替代方 式，啓動器910也可以替代以提供此保護。因此，對於此 替代方式，如果輸出電流下降太多，啓動器910可以關閉 掉局部控制器908的MPPT功能，使得面板電壓Vpan大約 等於輸出電壓V。"。 圖10爲一圖表920，顯示依據本案實施例之系統9 00 的裝置電壓隨著時間變化例。對於光伏打面板面板902, 在太陽能照射位準振盪於啓動器910的電壓作動位準（Vt_ π)附近的情況下，使用與電壓停止位準（Vhff)相同的 電壓作動位準將產生不想要的多數作動及停止系統900。 因此，如於圖表920所示，較低電壓停止位準可以被使用 以防止此情況。藉由使用較低電壓停止位準，系統900可 能保持經常性作動，直到太陽照射位準降低足夠低，使得 面板電壓落入略低於電壓作動位準的一位準。結果，避免 經常性作動及停止，提供系統900的雜訊免疫。 對於部份實施例，在面板電壓超出電壓作動位準，造 成局部控制器908的作動，如果面板電壓下降爲低於電壓 作動位準，則局部控制器90 8可以開始停止程序，以在如 果面板電壓持續下降至較電壓停止位準爲低的位準時，能 更快速地停止。另外，對於一些實施例，局部控制器908 201013359 也能關閉啓動器910，因此，本身，在電壓停止位準到達 特定狀況。 圖11顯示依據本案實施例之啓動器910。對於此實施 例，啓動器910包含電源93 0、多數暫存器Rl、R2及R3 、及二極體D。電阻R1與R2被串聯耦接於電源93 0的輸 入節點（IN )與接地之間。二極體及電阻R3係串聯耦接 於電源930的輸出節點（OUT)與電阻R1與R2耦接在一 0 起的節點940之間。另外，電源930的關閉節點（SD)也 能耦接至節點940。 電源930也能在輸入節點接收面板電壓Vpan並在輸出 節點’產生給局部控制器90 8的供給電壓Vee。如果在關 ' 閉節點的電壓位準爲電源93 0的控制電路所決定爲超出指 - 定電壓V 〇 ’則電源9 3 0的關閉節點致能電源9 3 0的操作 ，如果在關閉節點的電壓位準落在指定電壓V 〇下，則去 能電源930的操作。 參 當電源930被關閉時，二極體未導通及在關閉節點的 電壓被決定爲： = ^pan 馬 * 當電壓VsD，t-〇n超出値V〇時’二極體開始導通及在關 閉節點的電壓變成： -39- 201013359 jj ^ Λ 〆 其中Vd爲二極體壓降及 *卜TT7 。當電壓vsD t 〇ff 下降低於v〇時’電源93〇被關斷。因此，導通及關斷電 壓臨限根據爲電阻R丨、R2及R3所提供的電阻値加以決 定。 圖12顯示依據本案實施例作動與停止局部轉換器904 的方法1 200。方法12〇〇只作例示用。方法ι2〇〇的其他實 施例可以在未脫離本案之範圍加以實施。 · 力 '法1 2 00開始操作於開路狀態的能量產生裝置，或 面板902(步驟12 02 )。在此狀況下，因爲爲面板902所 輸出之面板電壓輸出太低，所以啓動器910並未作動局部 控制器908。啓動器91〇監視此面板電壓（Vpan)，直到 - 其超出電壓作動位準（Vt.on )(步驟1 204 )。 - 一旦啓動器910決定面板電壓超出電壓作動位準（步 驟1204) ’則啓動器910開始藉由導通局部控制器908而 作動局部轉換器9 04 (步驟12 06 )。例如，啓動器910可 ❹ 以藉由產生用於局部控制器908的非零供給電壓V。。，而 開始作動局部轉換器904。對於其他實施例，啓動器910 可以藉由設定局部控制器908的一或更多接腳，或藉由將 第一預定値寫入局部控制器908中之第一暫存器，而開始 作動局部轉換器904。局部控制器908及/或中央陣列控制 器然後執行局部轉換器904的作動程序（步驟1 208 )。例 如，作動程序可以包含暫存器的啓始、在面板902間之初 步電壓比較、類比至數位轉換器校正、時鐘同步或內插、 -40- 201013359 一包含功率級906的串流面板的同步作動，及/或其類似 物。 局部控制器908作動具有預定轉換比的功率級906 ( 步驟1 2 1 0 )，直到在串流中之其他功率級9〇6爲作動爲止 (步驟1212)。一旦在該串流中之各個面板9 02具有操作 功率級906 (步驟1212 )，則局部控制器908將面板電流 (Ipan )與作動電流位準（Imin )作比較（步驟1214 )。 Φ 如果面板電流大於作動電流位準（步驟1 2 1 4 )，則局部控 制器908開始正常操作（步驟1216 )。因此，局部控制器 908開始執行功率級906的MPPT。 以此方式，所有在能量產生系統中之局部控制器908 ' 的作動可以自動同步化。另外，如果在光伏打系統中只有 —次組的面板902產生足夠高的電壓以造成爲啓動器910 的作動，例如開關3 1 4的單向開關可以包含在各個功率級 906中，以允許其餘面板902被操作。 ❷ 局部控制器908持續將面板電流與作動電流位準作比 較（步驟1218)。如果面板電流低於作動電流位準（步驟 1218)，局部控制器908設定停止計時器（步驟1220 )。 局部控制器908然後回復以預定轉換比操作功率級906 ( 步驟1 222 )。局部控制器908及/或中央陣列控制器然後 執行局部轉換器9〇4的停止程序（步驟1 224 )。例如，當 單獨應用時，停止程序可以包含具有備用單元的同步化、 功率級906的同步停止及/或類似物。 局部控制器90 8然後決定是否停止計時器時間到否（ -41 - 201013359 步驟1226)。這允許面板電流的時間增加超出作動電流位 準。因此，局部控制器908準備停止，但等待以確保停止 應被實際執行。 因此，只有停止計時器未時間到（步驟1 226 )，則局 部控制器908比較面板電流與作動電流位準（步驟1 228 ) 。如果面板電流持續保持低於作動停止位準（步驟1 228 ) ，則局部控制器908持續等待停止計時器時間到（步驟 1226 )。如果面板電流變成大於作動電流位準（步驟1228 )，則在停止計時器時間到之前（步驟1 226 )，局部控制 器908再次藉由執行功率級906的MPPT，而正常地操作 (步驟 1216 )。 然而，如果停止計時器未時間到（步驟1226 )同時面 板電流低於作動電流位準（步驟1 22 8 )，則局部控制器 908關斷功率級906及局部控制器908，及面板902再次 操作於開路狀態（步驟1230 )。對於部份實施例，啓動器 910可以藉由產生零供給電壓Vee給局部控制器908，而 完成局部轉換器904的停止。對於其他實施例，啓動器 910可以藉由設定局部控制器908的一或更多接腳或藉由 將第二預定値寫入至局部控制器908的第一暫存器或第二 暫存器，而完成局部轉換器9 04的停止。在此點，啓動器 910 —旦再次監視面板電壓，直到其超出電壓作動位準爲 止（步驟1 204 )，再啓動該作動程序。 雖然圖12顯示用以作動及停止局部轉換器904的方 法1 200的例子，但仍可對此方法1 200作出各種改變。例 201013359 如’雖然方法1 200係參考光伏打面板加以描述，但方法 1 2 00可以實施用於其他能量產生裝置902，例如風渦輪機 、燃料電池或類似物。再者，雖然方法1200係參考圖9 的局部控制器908與啓動器9 1 0加以描述，但可以了解的 是’局部控制器90 8及啓動器910可以在不脫離本案之範 圍下’以任意適當配置能量產生系統實施。同時，雖然所 不爲一連串步驟，但方法1200中之步驟可以重疊、平行 0 發生、發生多數次、或以不同順序發生。 雖然上述說明係針對特定實施例，但可以了解的是， 部份所述之元件、系統與方法可以應用至一次單元、單一 單一、一面板（即一單元陣列）、一面板陣列及/或一系 ' 統的面板陣列。例如，雖然上述局部轉換器各個相關於一 - 面板，但類似系統也可以以在一面板中之各個單元或各個 串流面板之局部轉換器加以實施。另外，部份所述元件、 系統與方法可以應用至光伏打裝置以外之能量產生系統， φ 例如風渦輪機、燃料電池或類似物。 對某些已經於此專利文件中所用之字及片語的定義進 行說明可能係較佳的。用詞“耦接”及其衍生表示在兩或更 多元件間之直接與間接通訊，而不管這些元件是彼此實際 接觸否。用詞“發射”、“接收”及“通訊”及其衍生包含直接 與間接通訊。用詞“包含”及“包括”及其衍生表示沒有限制 之包含。用詞“或”爲包含性，表示及/或。用詞“各個”表示 指明項的至少次組的每一個。用詞“有關”或“與之相關”與 其衍生可以表示包含’包含在其中、互連、包括、包含在 -43- 201013359 內、連接或耦接、通訊、配合、內插、並聯排列、結合、 具有、具有一特性等等。 雖然本案已經描述某些實施例及大致相關方法，但這 些實施例與方法之替代及互換將可以爲本技藝者所知。因 此，例示實施例的上述說明並未定義或侷限本案。其他變 化、替代及變更也可以在不脫離以下申請專利範圍所界定 之本案之精神與範圍下加以完成。 【圖式簡單說明】 爲了對本案與其特性之更完整了解，配合以附圖來進 行以下之說明。 圖1爲依據本案實施例的能中央控制之能量產生系統 » 圖2爲依據本案實施例之圖1的局部轉換器； 圖3爲依據本案實施例之圖2的局部轉換器的細節； 圖4爲在依據本案實施例之圖2的局部轉換器中實施 最大功率點追蹤（MPPT )的方法； 圖5爲包含依據本案實施例之能在能量產生系統之集 中式與分散式MPPT間作選擇之中央陣列控制器的能量產 生系統； 圖ό爲依據本案實施例之部份被遮光狀態下之圖5的 陣列； 圖7A-C爲對應於圖6的三個光伏打面板之電壓至功 率特徵； -44- 201013359 圖8爲依據本案實施例之圖5的能量產生系統的集中 式與分散式MPPT間作選擇的方法； 圖9爲依據本案實施例之能量產生系統中之局部轉換 器的局部控制器的作動與停止之系統： 圖10爲依據本案實施例之圖9系統的裝置電壓變化 隨著時間的裝置電壓變化例； 圖11爲依據本案實施例之圖9的啓動器；及 φ 圖12爲依據本案實施例之圖9的局部轉換器的作動 與停止的方法。 【主要元件符號說明】 ' 1〇〇 :光伏打系統 - 1 02a-f : PV 面板 104a-f ’·局部轉換器 1 0 6 :陣列 〇 11 0 :中央陣列控制器 112 :直流-交流轉換器 114a-b :串流 120 :診斷模組 1 2 5 :控制模組 2〇2 :能量產生裝置 204 :局部轉換器 2 0 6 :功率級 2 0 8 :本地控制器 -45- 201013359 2 1 0 : Μ P P T 模組 212 :通訊介面 3 0 2 :功率級調整器 3 04 : ΜΡΡΤ控制區塊 306:類比至數位轉換器 308:類比至數位轉換器 3 10a-d :開關 3 1 4 :單向開關 500 :光伏打系統 502a-d:光伏打面板 504a-d:局部轉換器 5 08a-d :局部控制器 5 1 0 :中央陣列控制器 5 1 2 :轉換級 5 14 ··柵 5 1 6 :資料匯流排 520 :診斷模組 5 2 5 :控制模組 5 3 0 :轉換級最佳化器 540 :總體控制器 6 0 0 :陣歹！J 610a-c:串流 6 2 0 :遮蔽區 900 :系統 -46- 201013359 902 :面板 904 :局部轉換器 906 :功率級 908 :局部控制器 910 :啓動器 930 :電源 9 4 0 :節點 ❿

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Claims (1)

1. 201013359 七、申請專利範圍： 1. 一種使用耦接至能量產生裝置之局部降壓-升壓轉換 器以提供該能量產生裝置的最大功率點追蹤的方法，該方 法包含操作於追蹤模式，操作於該追蹤模式包含： 根據前一最佳轉換比，啓始用於該降壓-升壓轉換器 的轉換比； 計算相關聯於該啓始轉換比的裝置功率； 重覆修改該轉換比並計算相關聯於各個該修改轉換比 的裝置功率；及 根據該計算裝置功率，指明用於該降壓-升壓轉換器 的現行最佳轉換比，該現行最佳轉換比對應於該降壓-升 壓轉換器的降壓模式、升壓模式及降壓-升壓模式之一。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含儲存用 於該降壓-升壓轉換器的該現行最佳轉換比。 3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含當裝置 電壓低於主臨限電壓時，操作於休眠模式。 4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，更包含當該裝 置電壓超出該主臨限電壓時，由該休眠模式切換至該追蹤 模式。 5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，更包含當該裝 置電壓下降低於次臨限電壓時，由該追蹤模式回復至該休 眠模式，該次臨限電壓係低於該主臨限電壓。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含當指明 用於該降壓-升壓轉換器的該現行最佳轉換比時： -48- 201013359 由該追蹤模式切換至保持模式，持續一指定時間段； 及 在經過該指定時間段後，由該保持模式回復至該追蹤 模式。 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含當指明 用於該降壓-升壓轉換器的該現行最佳轉換比時： 決定是否該現行最佳轉換比對應於用於該降壓-升壓 0 轉換器的該降壓-升壓模式； 當該現行最佳轉換比對應於該降壓-升壓模式時，由 該追蹤模式切換至旁路模式，持續第一指定時間段並在經 過該第一指定時間段後，由該旁路模式回復至該追蹤模式 ' ;及 - 當該現行最佳轉換比並未對應於該降壓-升壓模式時 ，由該追蹤模式切換至保持模式持續第二指定時間段並在 經過該第二指定時間段後，由該保持模式回復至該追蹤模 ❹ 式。 8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，該能量產生裝 置包含光伏打面板。 9·—種提供最大功率點追蹤（MPPT)給在能量產生陣 列中之各個多數能量產生裝置的系統，包含有以下用於各 個能量產生裝置： 能自該能量產生裝置接收裝置電壓及裝置電流並根據 該裝置電壓與該裝置電流產生輸出電壓與輸出電流的功$ 級；及 -49- 201013359 耦接至該功率級的局部轉換器，該局部轉換器包含： MPPT模組，能藉由以下而操作於追蹤模式：（i )根據前一最佳轉換比，啓始用於該功率級的轉換比 ，（Π)計算相關聯於該啓始轉換比的裝置功率，（ iii)重覆地修改該轉換比與計算相關聯於各個該等修 改轉換比的裝置功率，及（iv)根據該等計算裝置功 率，指明用於該功率級的現行最佳轉換比，及 通訊介面，耦接至該MPPT模組並能提供該裝置 @ 電壓、裝置電流、輸出電壓與輸出電流給該陣列的中 央陣列控制器。 10.如申請專利範圍第9項所述之系統，該MPPT模組 更能儲存用於該功率級的該現行最佳轉換比。 - 1 1.如申請專利範圍第9項所述之系統，該MPPT模組 _ 更能當該裝置電壓低於主臨限電壓時，操作於休眠模式及 當該裝置電壓超出該主臨限電壓時，由該休眠模式切換至 該追蹤模式。 @ 12. 如申請專利範圍第11項所述之系統，該MPPT模 式更能當該裝置電壓下降低於次臨限電壓時，由該追蹤模 式回復至該休眠模式，該次臨限電壓低於該主臨限電壓。 13. 如申請專利範圍第9項所述之系統，當用於該功 率級的該現行最佳轉換比被指明時，該MPPT模式更能： 由該追蹤模式切換至保持模式，持續一指定時間段； 及 在經過該指定時間段後，由該保持模式回復至該追蹤 -50- 201013359 模式。 14.如申請專利範圍第9項所述之系統，該現行最佳 轉換比對應於該功率級的降壓模式、升壓模式及降壓-升 壓模式之一，當用於該功率級的該現行最佳轉換比被指明 時，該MPPT模組更能： 決定是否該現行最佳轉換比對應於該功率級的該降 壓-升壓模式； ❹ 當該現行最佳轉換比對應於該降壓-升壓模式時，由 該追蹤模式切換至旁路模式持續一第一指定時間段並在經 過該第一指定時間段後，由該旁路模式回復至該追蹤模式 :及 ' 當該現行最佳轉換比並未對應於該降壓-升壓模式時 - ，由該追蹤模式切換至保持模式持續一第二指定時間段並 在經過該第二指定時間段後，由該保持模式回復至該追蹤 模式。 〇 15.如申請專利範圍第9項所述之系統，該能量產生 裝置包含光伏打面板。 16.—種提供最大功率點追蹤（MPPT)給在能量產生 陣列中之各個多數能量產生裝置的系統，包含有以下用於 各個能量產生裝置： 單一電感、四開關同步降壓-升壓切換調整器，能自 該能量產生裝置接收裝置電壓與裝置電流並根據該裝置電 壓及該裝置電流產生輸出電壓與輸出電流；及 MPPT模組，耦接至該切換調整器並能接收該裝置電 -51 - 201013359 壓與該裝置電流，該MPPT模組包含： ΜΡΡΤ控制區塊，能根據該裝置電壓與該裝置電 流產生一轉換比，及 功率級調整器，耦接至該ΜΡΡΤ控制區塊並能根 據該轉換比，選擇該切換調整器的一模式並將該切換 調整器操作於該所選擇模式。 17.如申請專利範圍第16項所述之系統，該功率級調 整器包含降壓-升壓模式控制邏輯及數位脈衝寬度調變器 Λ ，及該ΜΡΡΤ模組更包含耦接至該ΜΡΡΤ控制區塊的第一 類比至數位轉換器（ADC )並能將該裝置電壓由類比裝置 電壓轉換爲數位裝置電壓及將裝置電流由類比裝置電流轉 換爲數位裝置電流，其中該ΜΡΡΤ控制區塊能根據該數位 - 裝置電壓與該數位裝置電流產生該轉換比，及其中該功率 t 級調整器能藉由根據該轉換比，產生用於該切換調整器的 脈衝寬度調變信號，而將該切換調整器操作於該所選擇模 式。 ❿ 1 8 .如申請專利範圍第 1 7項所述之系統，其中該 ΜΡΡΤ模組更包含第二ADC，能將該輸出電壓由類比輸出 電壓轉換爲數位輸出電壓及將該輸出電流由類比輸出電流 轉換爲數位輸出電流，該系統更包含一通訊介面，耦接至 該ΜΡΡΤ模組並能提供該數位裝置電壓、該數位裝置電流 、該數位輸出電壓與該數位輸出電流給用於該陣列的中央 陣列控制器。 1 9 .如申請專利範圍第1 6項所述之系統，其中該切換 -52- 201013359 調整器包含：第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體、第 四電晶體、電感及電容，該第一及第二電晶體串聯耦接， 該第三及第四電晶體串聯耦接’該電感耦接至該第一與第 二電晶體間之第一節點及該第三與第四電晶體間之第二節 點，及該電容並聯耦接該第三與第四電晶體。 2 0.如申請專利範圍第19項所述之系統，該功率級調 整器能（i)藉由根據該轉換比，關斷該第三電晶體、導 φ 通該第四電晶體、及交替地導通該第一及第二電晶體，而 操作該切換調整器於一降壓架構；（Π)藉由根據該轉換 比，導通該第一電晶體、關斷該第二電晶體、及交替地導 通該三及第四電晶體，而操作該切換調整器於一升壓架構 ' :及（iii)根據該轉換比，藉由在該降壓架構與該升壓架 - 構間執行一分時多工，而交替地操作該切換調整器於該降 壓架構與該升壓架構。 21. 如申請專利範圍第20項所述之系統，該功率級調 ❹ 整器更能（i)藉由關斷該第一、第二、第三及第四電晶 體，而操作該切換調整器於關閉模式及（Π)藉由導通該 第一與第四電晶體與關斷該第二與第三電晶體，而操作該 切換調整器於旁路模式。 22. 如申請專利範圍第16項所述之系統，該MPPT控 制區塊能藉由操作於追蹤模式而產生該轉換比，操作於該 追蹤模式包含（i)根據前一最佳轉換比，啓始用於該切 換調整器的轉換比，（ii)計算相關聯於該啓始轉換比的 裝置功率，（iii)重覆地修改該轉換比與計算相關聯於各 -53- 201013359 個該等修改轉換比的裝置功率，及（iv)根據該等計算裝 置功率，指明用於該切換調整器的現行最佳轉換比，該現 行最佳轉換比包含由該MPPT控制區塊所產生的該轉換比 〇 23.如申請專利範圍第16項所述之系統’該能量產生 裝置包含光伏打面板。

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