TW201325013A - 太陽能無電池離網型換流器系統及其控制方法 - Google Patents

太陽能無電池離網型換流器系統及其控制方法 Download PDF

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Abstract

太陽能無電池離網型換流器系統包含一換流器及一控制器。該換流器係用以將一太陽能板提供的一直流電壓轉換成一交流電壓,該換流器具有一輸入端、一輸出端及一控制端,其中該輸入端係用以耦接該太陽能板,以接收該直流電壓,以及該輸出端係用以耦接一負載,以輸出該交流電壓;該控制器係耦接該控制端,於啟動時逐步增加該交流電壓,以使該直流電壓逐漸下降。當該直流電壓小於一直流電壓預定值時,該控制器停止增加該交流電壓。

Description

太陽能無電池離網型換流器系統及其控制方法
本發明係有關於一種太陽能無電池離網型換流器系統及其控制方法,尤指一種利用控制器控制換流器操作的太陽能無電池離網型換流器系統及其控制方法。
請參照第1圖,第1圖係為先前技術說明一太陽能換流器系統100的示意圖。如第1圖所示,換流器104耦接太陽能板102與一電池106,其中電池106係用以儲能。當太陽能板102產生的能量無法滿足負載108所需的耗能時,控制器110可控制電池106釋放儲能,以滿足負載108所需的耗能並維持換流器104繼續運作,也就是換流器104不被關機。
由於降低成本的緣故,太陽能換流器系統可能被要求不包含電池。因此,對於一太陽能換流器系統的設計者言,如何設計一個無電池且能夠穩定工作的太陽能換流器系統將是一重要的課題。
關於太陽能換流器的一些電路架構及基本原理可參考美國專利公開號20110089886、公開號20100264869及專利號7986539等專利文獻。
本發明的一實施例提供一種太陽能無電池離網型換流器系統。該太陽能無電池離網型換流器系統包含一換流器及一控制器。該換流器係用以將一太陽能板提供的一直流電壓轉換成一交流電壓,該換流器具有一輸入端、一輸出端及一控制端,其中該輸入端係用以耦接該太陽能板,以接收該直流電壓,以及該輸出端係用以耦接一負載,以輸出該交流電壓;該控制器係耦接該控制端,於啟動時逐步增加該交流電壓,以使該直流電壓逐漸下降,當該直流電壓小於一直流電壓預定值時,該控制器停止增加該交流電壓。
本發明的另一實施例提供一種太陽能無電池離網型換流器系統的控制方法,該太陽能無電池離網型換流器系統包含一換流器及一控制器,該換流器具有一輸入端、一輸出端及一控制端,該輸入端用以耦接一太陽能板,以接收一直流電壓,該輸出端用以耦接一負載,以輸出一交流電壓,且該控制器用以改變該交流電壓。該方法包含判斷該交流電壓是否小於一交流電壓目標值;當該交流電壓小於該交流電壓目標值時,判斷該直流電壓是否小於一直流電壓預定值;根據一判斷結果,執行一相對應動作。
本發明提供一種太陽能無電池離網型換流器系統及其控制方法。該太陽能無電池離網型換流器系統及該控制方法係利用一控制器控制一換流器供應給一負載的交流電壓,以使該換流器的輸入端的直流電壓逐步朝向一直流電壓預定值。因此,本發明不僅可降低該太陽能無電池離網型換流器系統的成本,確保該太陽能無電池離網型換流器系統不會忽然關機,以及提高該太陽能無電池離網型換流器系統的穩定度。
請參照第2圖和第3圖,第2圖係為本發明的一實施例說明一種太陽能無電池離網型換流器系統200的示意圖,第3圖係為說明太陽能無電池離網型換流器系統200輸出的直流電壓VDC與直流電流IDC的關係示意圖。如第2圖和第3圖所示,太陽能無電池離網型換流器系統200包含一換流器202及一控制器204。換流器202係用以將一太陽能板206提供的一直流電壓VDC轉換成一交流電壓VAC,換流器202具有一輸入端、一輸出端及一控制端,其中換流器202的輸入端係用以耦接太陽能板206,以接收直流電壓VDC,以及換流器202的輸出端係用以耦接一負載208,以輸出交流電壓VAC;控制器204係耦接換流器202的控制端,於太陽能無電池離網型換流器系統200啟動時逐步增加交流電壓VAC,以使直流電壓VDC從太陽能板206的開路電壓VOPEN(例如50V)逐漸下降,當直流電壓VDC小於一直流電壓預定值VL(例如40V)時,控制器204停止增加交流電壓VAC。最大功率輸出點(MPP)所對應的電壓值一般為為太陽能板206的開路電壓VOPEN的0.75倍。直流電壓預定值VL係設定在0.75-0.8倍的開路電壓VOPEN,也就是直流電壓預定值VL略大於最大功率輸出點(MPP)所對應的電壓值(VMPP)。
如第2圖和第3圖所示,當太陽能無電池離網型換流器系統200啟動時,控制器204係由一交流電壓預定值(例如20V)開始逐步增加換流器202供應給負載208的交流電壓VAC,且控制器204控制換流器202供應給負載208的交流電壓VAC的增加量係為0.3V/次。但本發明並不受限於控制器204由20V開始逐步增加換流器202供應給負載208的交流電壓VAC,且亦不受限於控制器204控制換流器202供應給負載208的交流電壓VAC的增加量係為0.3V/次。如第3圖所示,因為控制器204控制換流器202的輸出端的交流電壓VAC逐步增加,所以換流器202的輸入端的直流電壓VDC會朝向直流電壓值VL逐步下降。當直流電壓VDC大於直流電壓預定值VL時,控制器204會繼續逐步增加換流器202供應給負載208的交流電壓VAC;當直流電壓VDC小於直流電壓預定值VL時,控制器204停止增加換流器202供應給負載208的交流電壓VAC,且控制器204控制換流器202輸出前一次或前兩次的交流電壓值。例如,交流電壓VAC的增加量設定為0.3V/次,直流電壓預定值VL設定為40V,當交流電壓VAC被提高至200.3V時,控制器204偵測到直流電壓VDC小於直流電壓預定值VL(40V)時,控制器204控制換流器202的輸出端的交流電壓VAC,使其回到前一次的交流電壓值(200V)或前兩次的交流電壓值(199.7V)。利用上述控制方法,可限制換流器202的輸出能量,不致於讓換流器202的輸出能量突然超過輸入的能量而造成換流器202關機。
另外,當太陽能板206所提供的能量於一段時間(例如3秒)無法滿足負載所消耗的能量時,直流電壓VDC會降至一特定值(例如18V),此時控制器204會關閉換流器202,並等待一段時間(例如一分鐘)後再重新啟動換流器202。
請參照第4圖、第2圖和第3圖,第4圖係為本發明的另一實施例說明一種太陽能無電池離網型換流器系統的控制方法之流程圖。第4圖之方法係利用第2圖的太陽能無電池離網型換流器系統200說明,詳細步驟如下:
步驟400:開始;
步驟402:判斷交流電壓VAC是否小於交流電壓目標值VT;如果是,執行步驟404;如果否,跳至步驟410;
步驟404:判斷直流電壓VDC是否小於直流電壓預定值VL;如果是,進行步驟408;如果否,執行步驟406;
步驟406:增加交流電壓VAC,跳回步驟402;
步驟408:停止增加交流電壓VAC,並使換流器202輸出前一次或前兩次交流電壓VAC的交流電壓值;
步驟410:結束。
在步驟402中,交流電壓目標值VT,可根據負載208的規格事先設定在110V或220V。在步驟406中,控制器204係由交流電壓預定值(例如20V)開始增加,增加量可設定在0.3V~0.8V之間。如第3圖所示,當輸出端的交流電壓VAC逐步增加時,輸入端的直流電壓VDC會朝向直流電壓預定值VL逐步下降。在步驟404中,當直流電壓VDC小於直流電壓預定值VL時,執行步驟408,此時控制器204停止增加交流電壓VAC的電壓值,並使換流器202輸出前一次或前兩次交流電壓VAC的交流電壓值。舉例說明,直流電壓預定值VL設定為40V,增加量係為0.3V/次,當交流電壓VAC被提高到200.3V時,假設直流電壓VDC為39.5V,由於直流電壓VDC(39.5V)小於直流電壓預定值VL(40V),執行步驟408,控制器204停止增加交流電壓VAC,且讓換流器202輸出前一次交流電壓VAC的交流電壓值(200V)或前兩次的的交流電壓值(199.7V)。
綜上所述,本發明所提供的太陽能無電池離網型換流器系統及其控制方法係利用控制器控制換流器供應給負載的交流電壓,以使換流器的輸入端的直流電壓朝向直流電壓預定值逐漸降低,直流電壓預定值略大於最大功率輸出點所對應的電壓值。因此,本發明可降低太陽能無電池離網型換流器系統的成本,確保太陽能無電池離網型換流器系統在沒有電池的狀態下,不會忽然關機,以及提高太陽能無電池離網型換流器的穩定度。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100...太陽能換流器系統
102、206...太陽能板
104、202...換流器
106...電池
108...負載
110、204...控制器
200...太陽能無電池離網型換流器系統
IDC...直流電流
MPP...最大功率輸出點
VDC...直流電壓
VAC...交流電壓
VOPEN...開路電壓
VL...直流電壓預定值
400至410...步驟
第1圖係為先前技術說明一太陽能換流器系統的示意圖。
第2圖係為本發明的一實施例說明一種太陽能無電池離網型換流器系統的示意圖。
第3圖係為說明太陽能無電池離網型換流器系統輸出的直流電壓與直流電流的關係示意圖。
第4圖係為本發明的另一實施例說明一種太陽能無電池離網型換流器系統的控制方法之流程圖。
200...太陽能無電池離網型換流器系統
202...換流器
204...控制器
206...太陽能板
VDC...直流電壓
VAC...交流電壓

Claims (11)

  1. 一種太陽能無電池離網型換流器系統,包含:一換流器,用以將一太陽能板提供的一直流電壓轉換成一交流電壓,該換流器具有一輸入端、一輸出端及一控制端,其中該輸入端係用以耦接該太陽能板,以接收該直流電壓,以及該輸出端係用以耦接一負載,以輸出該交流電壓;及一控制器,耦接該控制端,於啟動時逐步增加該交流電壓,以使該直流電壓逐漸下降,當該直流電壓小於一直流電壓預定值時,該控制器停止增加該交流電壓。
  2. 如請求項1所述之太陽能無電池離網型換流器系統,其中該直流電壓預定值係為該太陽能板的開路電壓的0.75倍-0.8倍
  3. 如請求項1所述之太陽能無電池離網型換流器系統,其中當該直流電壓小於一預定值時,該控制器關閉該換流器。
  4. 一種太陽能無電池離網型換流器系統的控制方法,該太陽能無電池離網型換流器系統包含一換流器及一控制器,該換流器具有一輸入端、一輸出端及一控制端,該輸入端用以耦接一太陽能板,以接收一直流電壓,該輸出端用以耦接一負載,以輸出一交流電壓,且該控制器用以改變該交流電壓,該控制方法包含:判斷該交流電壓是否小於一交流電壓目標值;當該交流電壓小於該交流電壓目標值時,判斷該直流電壓是否小於一直流電壓預定值;及根據一判斷結果,執行一相對應動作。
  5. 如請求項4所述之控制方法,其中根據該判斷結果,執行該相對應動作包含:當該直流電壓大於該直流電壓預定值時,增加該交流電壓;及判斷該交流電壓是否小於該交流電壓目標值。
  6. 如請求項4所述之控制方法,其中根據該判斷結果,執行該相對應動作包含:停止增加該交流電壓。
  7. 如請求項6所述之控制方法,另包含:該控制器使該換流器輸出前一次或前兩次的該交流電壓的交流電壓值。
  8. 如請求項4所述之控制方法,其中該直流電壓預定值係為該太陽能板的開路電壓的0.75倍-0.8倍。
  9. 如請求項4所述之控制方法,另包含:當該直流電壓小於一特定值時,該控制器關閉該換流器。
  10. 如請求項9所述之控制方法,另包含:經過一預定時間後,該控制器再次啟動該換流器。
  11. 如請求項4所述之控制方法,該交流電壓的增加幅度為0.3V~0.8V/次。
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