專利名稱：最大功率點跟蹤方法、光致電壓系統(tǒng)控制器、光致電壓系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種跟蹤光致電壓(photovoltaic)系統(tǒng)的最大功率點的方法，光致電壓系統(tǒng)包括具有控制器的電路，控制器對發(fā)往直流(DC)電壓轉換器的DC電壓加以控制， DC電壓轉換器用于對光致電壓系統(tǒng)的輸出電流進行轉換。本發(fā)明還涉及一種實現(xiàn)這種方法的光致電壓系統(tǒng)控制器。本發(fā)明還涉及一種包括這種光致電壓系統(tǒng)控制器的光致電壓系統(tǒng)。
背景技術：
出于多種原因，可再生能量產(chǎn)生受到越來越多的關注。首先，可再生能量被認為是基于化石燃料的能量產(chǎn)生的優(yōu)選備選方案，以便抗擊溫室氣體排放(例如，CO2),溫室氣體排放是造成全球氣候變化的原因。其次，關于化石燃料(具體地，石油)的供應，預計在可預見的將來就會用盡，必須找到備選能量供應以供將來生產(chǎn)。收獲太陽能是產(chǎn)生可再生能量的最有前途方式之一，這是由于這種在全球自由可用的能源是非常豐富的。在過去的20年，太陽能轉換越來越多地對全世界能量供應的產(chǎn)生做出貢獻。典型地，將太陽能轉換成熱或電，后者典型地由光致電壓電池(photovoltaic cell)陣列來實現(xiàn)。這種光致電壓系統(tǒng)所產(chǎn)生的能量典型的存儲在一個或多個電池中，以根據(jù)需要產(chǎn)生可用的電。公知的是，如果將負載直接連接至光致電壓系統(tǒng)的輸出，則該布置以并非最優(yōu)的效率工作。例如在圖1中說明了這一點，在圖1中，給定輻照強度下光致電壓系統(tǒng)的I-V曲線(實線)與這樣的負載(虛線)一起示出。系統(tǒng)的工作點由I-V曲線與負載曲線的交叉點來確定。在圖1中，工作點在較低功率點處，而不是在最大功率點(MPP)處，最大功率點是I-V曲線上的點，在該點處工作電壓與電流乘積(S卩，輸出功率)最大。出于該原因，光致電壓系統(tǒng)典型地包括光致電壓系統(tǒng)控制器，光致電壓系統(tǒng)控制器通過控制DC電壓-DC電壓轉換器的占空比，對與光致電壓電池相連的電路的負載或阻抗進行匹配，以確保光致電壓系統(tǒng)在最大功率點處工作，其中DC電壓-DC電壓轉換器將光致電壓電池所產(chǎn)生的直流電壓轉換成另一電壓。然而，這不是微不足道的應用，因為最大功率點不是先驗已知的，并且例如由于輻照強度(irradiation intensity)和/或溫度和/或部分遮蔽(partial shadowing)的變化，最大功率點會發(fā)生變化。為此，這樣的控制器典型地實現(xiàn)一些主動跟蹤光致電壓系統(tǒng)的最大功率點的算法?？梢栽?D.P Hohm 禾口 Μ· E. Ropp 的"Comparative Study of Maximum Power Point Tracking Algorithms，，in Progress in Photovoltaics :Research and Applications, Vol. 11(2003), pages 47-62中找到通常使用的算法的概述。最通常使用的算法包括干擾和觀察(Perturb and Observe) (P&0)，其中對光致電壓陣列的功率輸出進行監(jiān)控，并且根據(jù)所監(jiān)控的功率輸出，來調(diào)整光致電壓系統(tǒng)控制器的DC電壓-DC電壓轉換器的占空比(例如，脈寬)，以便將光致電壓陣列的工作電壓移至盡可能接近其最大功率點。P&Q算法的缺陷在于，P&Q算法到最大功率點的收斂會較慢，并且執(zhí)行算法期間最大功率點的偏移可以引起光致電壓系統(tǒng)的功率點圍繞最大功率點振蕩，或者甚至于偏離最大功率點。另一種通常使用的算法是遞增收斂(INC)算法，該算法監(jiān)視光致電壓系統(tǒng)的電導變化，以調(diào)整DC轉換器的占空比，這基于以下認識在最大功率點處，dP/dV(S卩，系統(tǒng)功率 P相對于其工作電壓V的差分)為零。盡管在快速改變輻照度的情況下INC算法與P&Q算法相比具有改進的性能，但是INC算法對噪聲和量化誤差敏感，這會導致系統(tǒng)工作點圍繞最大功率點振蕩。另一種用于MPP跟蹤的通常使用的算法是恒定電壓算法，該算法基于以下認識 對于光致電壓系統(tǒng)的不同I-V曲線，光致電壓電池陣列的最大電源電壓與開路電壓之間的比值或多或少是恒定的。該算法的缺陷在于由于MPP電壓取決于制造工藝、材料質量和其他因素，所以MPP電壓不始終為開路電壓的固定百分比，而由于MPP通常因例如輻照度、溫度和部分遮蔽的變化而頻繁改變，所以需要對開路電壓進行頻繁測量以便精確跟蹤MPP。在開路電壓測量期間，不能對光致電壓系統(tǒng)的電池進行充電，即，丟失了光致電壓電池陣列的功率輸出，從而降低了光致電壓系統(tǒng)的效率。Dl Ali M Bazzi禾口Sami H Karaki,"Simulation of a New Maximum Power Point Tracking Technique for Multiple Photovoltaic Arrays，，公開了一禾中針對在不同水平的輻照度和溫度下工作多個光致電壓陣列的兩級最大功率點跟蹤(MPPT)技術。第一級找到繞過(bypass)局部最大值的點并且將PV陣列的工作點移到全局MPP附近。第二級是找到準確全局最大值的普通MPPT技術。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尋求提供一種對光致電壓系統(tǒng)的最大功率點進行跟蹤的改進方法。本發(fā)明還尋求提供一種實現(xiàn)所述改進方法的光致電壓系統(tǒng)控制器。本發(fā)明還尋求提供一種包括這種光致電壓系統(tǒng)控制器的光致電壓系統(tǒng)。本發(fā)明還尋求提供一種用于實現(xiàn)本發(fā)明的改進方法的計算機程序產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種跟蹤光致電壓系統(tǒng)的最大功率點的方法，該光致電壓系統(tǒng)包括具有控制器的電路，控制器用于控制對光致電壓系統(tǒng)的輸出電流進行轉換的DC電壓-DC電壓轉換器，控制器還包括存儲器，所述方法包括在初始最大功率點處， 測量光致電壓系統(tǒng)電壓的第一值；將所述第一值存儲在所述存儲器中；對所述光致電壓系統(tǒng)的功率輸出水平進行周期性采樣，在檢測到所述功率輸出水平變化超過第一閾值時，從存儲器中讀取第一值，并調(diào)整DC電壓-DC電壓轉換器的占空比，直到電路電壓與所述第一值匹配為止；所述方法還包括在檢測到所述功率輸出水平變化超過第一閾值之后，對 DC-DC電壓轉換器的占空比進行微調(diào)以達到另一最大功率點。在該方法中，以兩步法來補償光致電壓陣列輸出功率的相對大的變化，這種變化指示照明水平變化，并且使光致電壓系統(tǒng)的工作點與光致電壓系統(tǒng)的MPP偏離得相對較遠，在兩步法中，先前建立的MPP的工作電壓用作基準電壓，以使光致電壓系統(tǒng)的工作點靠近光致電壓系統(tǒng)的調(diào)整后的MPP，此后使用微調(diào)步驟，例如使用P&0或INC算法來尋找調(diào)整后的MPP。對于光致電壓陣列的輸出功率的較小變化，可以跳過基準電壓施加步驟；換言之，可以僅使用微調(diào)算法來補償較小的工作點變化。本發(fā)明的這種MPP跟蹤方法具有以下優(yōu)點與P&Q和INC方法相比，對于光致電壓系統(tǒng)的照明條件(illumination condition) 的較大變化，可以更快速地收斂到調(diào)整的MPP，而與CV方法相比，可以實現(xiàn)改進的效率，這是因為對功率輸出變化的跟蹤不需要頻繁測量光致電壓系統(tǒng)的開路電壓。所述方法還包括在檢測到所述功率輸出水平的變化超過第一閾值時，確定光致電壓系統(tǒng)的實際值；以及將所述實際值與第一值相比較，其中，在實際值與第一值之間的差值超過另一閾值時，執(zhí)行以下步驟從存儲器中讀取第一值，以及調(diào)整DC電壓-DC電壓轉換器的占空比，直到電路電壓與所述第一值匹配的步驟。優(yōu)選地，檢測所述功率水平變化包括根據(jù)后續(xù)采樣之間的延遲來檢測所述變化。 換言之，通過確定光致電壓系統(tǒng)的差分功率輸出(dP/dt)，可以采用恒定電壓監(jiān)視方法，而無需頻繁測量開路電壓，從而限制了對光致電壓系統(tǒng)的電池充電的中斷。在實施例中，所述微調(diào)包括在所述調(diào)整步驟之后，跟蹤光致電壓系統(tǒng)的功率輸出；以及通過交替增大和減小DC電壓-DC電壓轉換器的占空比，來調(diào)整光致電壓系統(tǒng)的功率輸出，直到達到光致電壓系統(tǒng)的另一最大功率點為止。優(yōu)選地，在該微調(diào)步驟中，增大DC電壓-DC電壓轉換器的占空比的步驟包括分多步來逐步增大DC電壓-DC電壓轉換器的占空比，每一步具有限定的步長；并且在每一步之后測量光致電壓系統(tǒng)的功率輸出，直到在倒數(shù)第二步之后測量的功率輸出超過在最后一步之后測量的功率輸出為止；減小DC電壓-DC電壓轉換器的占空比的步驟包括分多步來逐步減小DC電壓-DC電壓轉換器的占空比，每一步具有限定的步長；并且在每一步之后測量光致電壓系統(tǒng)的功率輸出，直到在倒數(shù)第二步之后測量的功率輸出超過在最后一步之后測量的功率輸出為止；以及在逐步增大或逐步減小所述占空比終止之后，減小限定的步長。由于DC電壓-DC電壓轉換器的占空比(例如，脈寬)的增大-減小-增大微調(diào)循環(huán)或者減小-增大-減小微調(diào)循環(huán)，以及循環(huán)之間步長的減小，引起到光致電壓系統(tǒng)的MPP 的快速收斂。在實施例中，占空比的交替增大和減小的總數(shù)是3，可以看出，三個循環(huán)(例如，增大-減小-增大，或減小-增大-減小)足以在MPP處收斂，尤其是在針對每個后續(xù)步驟序列而減小步長的情況下。在實施例中，在已經(jīng)確定調(diào)整的MPP之后，所述方法還包括在所述另一最大功率點處，測量電路電壓的第二值；以及將所述第二值存儲在所述存儲器中。該第二值可以用在下個MPP跟蹤步驟中，其中，該第二值可以提供比第一值更精確的估計，尤其是在功率輸出的變化均沿著相同方向的情況下。在另一實施例中，在所述調(diào)整步驟之后跟蹤光致電壓系統(tǒng)的功率輸出的步驟包括執(zhí)行雙點功率輸出測量，以確定光致電壓系統(tǒng)的差分功率輸出；如果所述差分功率輸出在第二閾值以下，則發(fā)起所述調(diào)整步驟。這具有以下優(yōu)點僅在光致電壓電池所暴露于的照明水平(illumination level)沒有呈現(xiàn)實質變化時，才執(zhí)行對DC電壓-DC電壓轉換器的占空比的微調(diào)，因此降低了光致電壓系統(tǒng)進入以下工作模式的風險在該功率模式下，功率點圍繞MPP而振蕩。所述方法還可以包括在所述微調(diào)期間，執(zhí)行雙點功率輸出測量，以確定光致電壓系統(tǒng)的差分功率輸出；以及在所述確定的差分功率輸出超過第三閾值時，重新開始所述微調(diào)。在該實施例中，如果在微調(diào)期間，檢測到對照明水平的變化加以指示的功率輸出的實質偏移，則中斷并重新開始微調(diào)過程。這防止由于照明水平的這種突然變化而導致MPP跟蹤與MPP偏離，其中，照明水平的這種突然變化使得MPP與其先前的位置偏離得較遠。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種光致電壓系統(tǒng)控制器，包括DC電壓-DC電壓轉換器，用于將來自光致電壓系統(tǒng)的直流電轉換成另一電流；以及控制器，用于控制DC電壓-DC電壓轉換器的占空比，其中，控制器包括存儲器和微處理器，微處理器具有用于實現(xiàn)本發(fā)明的MPP跟蹤方法的指令集合。這樣的指令可以是指令存儲器中的軟編碼形式的，用于控制DC電壓-DC電壓轉換器的占空比的控制器可以訪問該指令存儲器，或者這樣的指令可以是硬編碼形式的，例如，以微處理器的硬件功能形式提供的指令。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種包括本發(fā)明的光致電壓系統(tǒng)控制器的光致電壓系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括至少一個光致電壓電池，所述至少一個光致電壓電池具有以導電方式與DC電壓-DC電壓轉換器的輸入相耦合的輸出。這種光致電壓系統(tǒng)的優(yōu)點在于在變化的條件下以改進的方式跟蹤MPP，從而提高了光致電壓系統(tǒng)的效率。在實施例中，光致電壓系統(tǒng)還可以包括至少一個電池以存儲至少一個光致電壓電池所產(chǎn)生的電荷，所述至少一個電池具有以導電方式與DC電壓-DC電壓轉換器的輸出相耦合的輸入。在另一實施例中，光致電壓系統(tǒng)還包括用于感測至少一個光致電壓電池的功率輸出的傳感器，所述控制器響應于所述傳感器。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括程序代碼的計算機程序產(chǎn)品，程序代碼在計算機處理器上執(zhí)行時執(zhí)行本發(fā)明的方法步驟。可以使得這樣的計算機程序產(chǎn)品在任何適合的計算機可讀介質(例如，⑶-ROM、DVC、存儲棧(memory stack)、便攜式硬盤、網(wǎng)絡可訪問服務器等等)上可用。


參照附圖通過非限制示例更詳細描述本發(fā)明的實施例，在附圖中圖1示出了光致電壓系統(tǒng)的IV曲線，所述光致電壓系統(tǒng)具有與該光致電壓系統(tǒng)的輸出直接耦合的負載；圖2示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的光致電壓(PV)系統(tǒng)；圖3示意性示出了本發(fā)明的MPP跟蹤方法的實施例的一個方面；圖4示意性示出了本發(fā)明的MPP跟蹤方法的實施例的另一方面；以及圖5示出了本發(fā)明方法的實施例的流程圖。
具體實施例方式應當理解，附圖僅是示意性的，并未按比例繪制。還應當理解的是貫穿附圖相同的附圖標記用于指示相同或類似的部件。圖2示出了典型的PV系統(tǒng)100，PV系統(tǒng)100包括由PV電池112組成的陣列110，陣列110經(jīng)由充電單元120耦接至電池130，充電單元120包括DC電壓-DC電壓轉換器126， 由控制器124來控制DC電壓-DC電壓轉換器126的占空比，控制器124響應于一個或多個傳感器122，一個或多個傳感器122被布置為測量一個或多個PV電池112的輸出功率和輸出電壓?？梢砸匀魏芜m合的方式來控制DC電壓-DC電壓轉換器126的占空比，例如，通過
7脈寬調(diào)制來控制DC電壓-DC電壓轉換器126的占空比。這樣的技術實質上是公知的，并因此為了簡要起見不進一步討論。太陽能充電器120和電池130表示由陣列110感測到的負載140，如先前利用圖 1說明的，負載140管理陣列110的I-V曲線的工作點。通過改變DC電壓-DC電壓轉換器 1 的占空比，可以改變負載的阻抗，使得可以將負載特性和I-V曲線調(diào)諧為在MPP處交叉。 在恒定占空比處，負載140的阻抗是恒定的，使得根據(jù)歐姆定律(V = I*R)，陣列110的I-V 特性的變化引起陣列110的工作電壓的變化，陣列110的工作電壓的變化典型地使陣列110 的工作點偏離調(diào)整后的MPP。利用圖3更詳細說明這一點，其中PV系統(tǒng)100首先呈現(xiàn)如I-V曲線A所示出的I-V 特性，通過適當控制DC電壓-DC電壓轉換器126的占空比，DC電壓-DC電壓轉換器126被配置為在MPP (A)處工作。PV系統(tǒng)100的I-V特性例如可以由于照明條件的改變而改變，從而使PV系統(tǒng)100采用IV曲線B所示的I-V特性。這使PV系統(tǒng)100的工作點從MPP (A)移至點300，點300相對遠離MPP(B)(即，PV系統(tǒng)100的改變的I-V特性的最大功率點)，使得PV系統(tǒng)100現(xiàn)在在非最佳效率條件下工作。重要的是盡可能限制效率的損耗。為此，重要的是控制器1 能夠快速調(diào)整DC電壓-DC電壓轉換器126的占空比，使得PV系統(tǒng)100的工作點向著MPP(B)偏移。通過配置控制器1 執(zhí)行本發(fā)明的方法的實施例，來實現(xiàn)這一點。通常，本發(fā)明的方法在PV電壓跟蹤中使用差分功率或偏差來限定要采用的動作的動機。換言之，傳感器122中的至少一些被配置為測量PV陣列110的功率輸出，其中控制器1 被配置為確定dP/dt，即，兩個無擾功率測量之間的差分功率。在本發(fā)明的上下文中， 無擾功率測量是PV系統(tǒng)的用戶定義設置相對于先前測量沒有改變的測量。在實施例中，控制器IM計算在這兩個測量中所測量的功率輸出之間的差值，并且用該差值除以兩個測量之間的時間延遲，以確定差分功率。本發(fā)明基于以下認識針對相對小的dP/dt值，修改后的基于P&Q的跟蹤算法能夠足以快速收斂到偏移的MPP值，這是由于PV系統(tǒng)100的實際工作電壓仍相對接近PV系統(tǒng) 100的調(diào)整后的I-V曲線的MPP的工作電壓；而對于較大dP/dt值，應用新穎且有創(chuàng)造性的兩步法，其中，在第一步，將PV系統(tǒng)100的工作電壓引至期望位于MPP處的工作電壓附近的值，其后，上述跟蹤算法可以用于對工作電壓進行微調(diào)以達到MPP電壓。這可以通過以下操作來實現(xiàn)測量初始MPP電壓MPP(A)并且將其存儲在微控制器 124的存儲器中，在檢測到dP/dt值超過預定閾值時，恢復初始MPP電壓，其中所述預定閾值指示了由于輻照強度級別變化而引起的I-V特性變化。在圖3中示出了這一點，圖3示出了不同的I-V曲線A和B以及它們相應的開路電壓Vopen(A)和Vopen(B)和相應的MPP MPP (A)和MPP (B)，工作電壓從點300偏移到點310，點300是I-V曲線(B)上針對MPP (A)處 DC電壓-DC電壓轉換器126的占空比值的有效工作電壓，點310是I-V曲線⑶上MPP㈧ 的工作電壓。這種變化可以通過以下操作來實現(xiàn)利用微控制器1 調(diào)整DC轉換器126的占空比，而同時監(jiān)視PV系統(tǒng)100的工作電壓，直到工作電壓達到微控制器124的存儲器中所存儲的值為止。這是基于以下認識對于輻照強度級別變化所引起的I-V特性變化，MPP隨工作電壓的變化相對小，使得將PV系統(tǒng)100引至可在輻照強度級別變化之前應用的I-V特性的MPP工作電壓(S卩，MPP(A))確保了通過恢復MPP的該先前值而達到的調(diào)整后的工作電壓接近MPP工作電壓的預期新值，使得在第二步驟中可以使用諸如P&Q算法之類的跟蹤算法快速收斂到新的MPP( BP, MPP(B))，這是由于如果跟蹤過程的開始點位于期望結束點(即， MPP (B))附近，則已知這樣的算法能夠如此快速的收斂。在這一點，應當注意，PV陣列輻照強度級別變化所引起的I-V特性變化典型地比 PV系統(tǒng)100的工作溫度變化所引起的變化更大。因此，通過適當選擇與所確定的dP/dt值相比較的閾值，能夠在I-V特性變化受輻照強度級別支配時，僅調(diào)用兩步MPP跟蹤(two-step MMP tracking)算法?，F(xiàn)在利用圖4給出本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例的更詳細說明，圖4示出了該優(yōu)選實施例的流程圖。方法400開始于步驟402，在步驟402之后，方法前進至步驟404，在步驟 404中，檢查是否在預定時間窗內(nèi)已經(jīng)執(zhí)行了 I-V曲線的全掃描。在全掃描中，負載可以從零變化到無窮大，以從短路電流到開路電壓跟蹤PV平面 (panel) IV曲線，以便重新確定最大功率點。在本發(fā)明的實施例中，可以通過以下操作來實現(xiàn)這一點在DC電壓-DC電壓轉換器126的全范圍內(nèi)，即，從DC電壓-DC電壓轉換器1 的最小到最大可行占空比值，掃描DC電壓-DC電壓轉換器1 的占空比。需要這樣的全掃描來補償系統(tǒng)漂移以及確定初始MPP和配置DC電壓-DC電壓轉換器126的占空比，使得PV系統(tǒng)100在MPP工作點下工作。在步驟412中執(zhí)行全掃描，在步驟412中，在確定MPP之后，測量PV系統(tǒng)100的工作電壓，并且將其存儲在控制器124的存儲器中。如果已經(jīng)執(zhí)行了最新全掃描，則該方法前進至步驟406。一旦以這種方式對PV系統(tǒng)100進行了校準，方法就可以前進至步驟414，在步驟 414中，使用修改后的P&Q跟蹤算法來微調(diào)PV系統(tǒng)100的工作點，稍后將更詳細進行說明修改后的P&Q跟蹤算法。在該階段，如果修改后的跟蹤步驟414已經(jīng)成功完成，則MPP跟蹤方法進入休眠狀態(tài)(dormant state)，在休眠狀態(tài)中，假定PV系統(tǒng)在MPP下工作，直到dP/ dt (即，系統(tǒng)的差分功率輸出)的變化超過閾值為止，如在步驟406和416中所指示的。為此，控制器1 所執(zhí)行的方法利用一個或多個傳感器122周期性地確定PV陣列110的輸出功率。應當注意，在實施例中，控制器IM對dP/dt的確定也發(fā)生在修改后的跟蹤步驟 414的執(zhí)行期間。這一點通過步驟418來反映，在步驟418中，檢查在檢測到dP/dt變得不可忽略但卻沒有超過閾值(例如，0 < dP/dt <閾值)時，修改后的跟蹤步驟414是否成功完成。如果否，則方法返回至步驟414，以從頭重新開始修改后的跟蹤步驟414。這具有以下優(yōu)點在PV陣列110的工作條件較小變化時，例如，工作溫度變化，防止基于P&Q的跟蹤算法圍繞PV系統(tǒng)100的實際MPP振蕩或者與PV系統(tǒng)100的實際MPP偏離。在實施例中，在完成修改后的跟蹤步驟414并且在步驟418中確定修改后的跟蹤步驟414已經(jīng)使得PV系統(tǒng)100鎖定(latch)到其實際MPP上時，可以在步驟420中檢查實際MPP工作電壓與控制器的存儲器中存儲的MPP工作電壓之間的差值是否超過閾值。這一點是有用的，因為如上所述，在PV陣列110的照明條件劇烈變化的情況下，MPP工作電壓的值呈現(xiàn)相對小的變化。因此，檢測到比先前確定的MPP工作電壓與在步驟420中測量的工作電壓之間的預期差值大的差值表明例如，由于系統(tǒng)漂移，或者由于修改后的跟蹤步驟414 鎖定到PV系統(tǒng)100的實際I-V曲線的偽峰值，PV系統(tǒng)100工作在次優(yōu)條件下。
可以通過在步驟424中執(zhí)行對PV系統(tǒng)100的I-V特性的部分掃描來校正這一點， 以將PV系統(tǒng)的工作點引至PV系統(tǒng)的實際MPP附近，此后，可以重復修改后的MPP跟蹤(即， 步驟414)，以鎖定到實際MPP上。典型地，通過在較小范圍上改變占空比，在全PV電壓范圍的預定子范圍(例如，從12V到19V)中執(zhí)行部分掃描。這比全掃描更快，因此引起更低的 PV功率損耗。另一方面，如果在步驟418和420完成之后，判定在步驟414中執(zhí)行的修改后的跟蹤算法已經(jīng)鎖定到PV系統(tǒng)100的MPP上，則方法可以前進至步驟422，在步驟422中，將鎖定的MPP的測量電壓存儲在控制器124的存儲器中。可以通過蓋寫先前存儲的MPP電壓， 或者通過將鎖定的MPP電壓添加至存儲器，來實現(xiàn)這一點。后者具有以下優(yōu)點dP/dt度量的符合可以用于判定要從存儲器中檢索哪個MPP值。例如，控制器IM可以跟蹤其存儲器中存儲的最新MPP電壓值，在dP/dt度量超過閾值(該閾值指示PV陣列110的照明水平的增大)時，可以檢查其存儲器中是否有更大值的MPP電壓可用，并判定恢復該值而不是最近存儲的MPP電壓值，這是由于預期該更大的 MPP電壓值提供對PV系統(tǒng)110的改變的MPP電壓的更精確估計。類似地，在dP/dt度量超過閾值(該閾值指示PV陣列110的照明水平的減小)時，控制器1 可以檢查其存儲器中是否有更小值的MPP電壓可用，并判定恢復該值而不是最近存儲的MPP電壓值，這是由于可以預期該更小的MPP電壓值提供對PV系統(tǒng)110的改變的MPP電壓的更精確估計。如上所述，一旦PV系統(tǒng)100鎖定到其MPP，就在步驟406中周期性檢查dP/dt是否超過預定義的閾值，因為這指示PV系統(tǒng)的工作點已經(jīng)從其MPP移開。如果確定的dP/ dt沒有超過閾值，則可以假定PV系統(tǒng)100仍在其MPP下工作，使得該方法可以返回至步驟 404，以檢查最后執(zhí)行的全掃描是否仍然是最新的，該檢查的結果使得方法前進至步驟412 或 406。然而，如果在步驟406中確定dP/dt的絕對值超過預定義的閾值，則需要調(diào)整DC 電壓-DC電壓轉換器126的占空比，以將PV系統(tǒng)100的工作點引回至其MPP。如上所述， 對于PV系統(tǒng)100的輸出功率的相對小的變化，可以通過重新激活步驟414中的MPP跟蹤算法來實現(xiàn)這一點，而對于PV系統(tǒng)100的輸出功率的較大變化，恢復兩步重新校準(two-step recalibration)方法，在兩步驟重新校準方法中，工作電壓與PV系統(tǒng)100的最后已知的 MPP相對應，此后，方法可以前進至步驟414，以使用跟蹤算法來微調(diào)PV系統(tǒng)100的工作電壓。為此，可以在步驟408中檢查PV系統(tǒng)100的實際工作電壓與控制器120的存儲器中存儲的MPP電壓之間的差值是否超過預定義的閾值。如果該差值足夠小，則這指示PV系統(tǒng)100的當前工作點仍在其當前MPP的附近，使得方法400可以立即前進至步驟414。然而，該差值相對較大(即，超過預定義的閾值)，則工作點實質上已經(jīng)偏移，使得可以通過以下操作來實現(xiàn)到當前MPP的較快收斂在前進至步驟414或者返回至步驟412之前，先通過在步驟410中適當調(diào)整DC電壓-DC電壓轉換器126的占空比，來恢復最后已知的MPP的工作電壓。返回至步驟412是優(yōu)選的，因為這便于檢測PV系統(tǒng)100的工作條件的其他變化， PV系統(tǒng)100的工作條件的其他變化可以在步驟410中MPP電壓的恢復期間發(fā)生。應當理解，從方法400省略步驟408，在這種情況下，可以將步驟406修改為將 dP/dt的預定值與兩個閾值Tl和T2相比較，其中Tl < T2。Tl指示例如由于溫度變化而引起的工作條件的變化，而Tl指示例如由于照明強度(illumination intensity)變化而引起的工作條件的變化。在該實施例中，存在三種可能的情況(a) dP/dt ( Tl —方法前進至步驟 404 ；(b) Tl < dP/dt ^ T2 —方法前進至步驟414 ；以及(c)T2 < dP/dt —方法前進至步驟 410?，F(xiàn)在利用圖5更詳細地說明方法400的步驟414中執(zhí)行的跟蹤算法的實施例的非限制示例。在該示例中，對P&Q跟蹤算法的修改版本進行描述，然而應當理解其他適合的算法(例如，基于INC的算法)也是可行的。所提出的跟蹤算法基于在PV系統(tǒng)100的I-V曲線上，沿著相反方向的跟蹤操作 (tracking run)的交替模式。換言之，在初始跟蹤操作中，DC電壓-DC電壓轉換器126的占空比沿著一個方向系統(tǒng)地變化，例如，系統(tǒng)的增大或系統(tǒng)地減小，而下一個跟蹤操作沿著反方向進行。每個跟蹤操作包括多個具有預定步長的步，其中，在每一步之后傳感器122確定PV陣列110的輸出功率，控制器IM將最近測量的輸出功率(Pa。t)與先前執(zhí)行的步之后采樣的輸出功率(PartJ相比較。當Pa。t < Pact-!時終止跟蹤運行，此后沿著反方向發(fā)起下個跟蹤操作。在實施例中，下個跟蹤操作的步長相對于最后執(zhí)行的跟蹤操作的補償而減小。在本發(fā)明的上下文中，步長是DC電壓-DC電壓轉換器126的占空比(例如，脈寬)的變化量。 通過以系統(tǒng)方式減小步長，例如，在每個跟蹤操作之后使步長減半，可以實現(xiàn)向MPP的快速收斂。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)三個跟蹤操作就足以將PV系統(tǒng)100鎖定至其實際MPP。在另一實施例中，可以基于Part與Pac^1之間的差值的幅度，在單個跟蹤操作內(nèi)調(diào)整步長，其中，如果該差值變得更小，則減小步長，使得可以實現(xiàn)向MPP的更快收斂。上述跟蹤算法的有利方面在于，初始跟蹤操作的方向與PV系統(tǒng)100的實際工作點位于MPP的哪一側無關。在圖5中說明了這一點，在圖5中，三操作(three-rim)跟蹤算法導致如圖5的左邊所示，從具有比MPP小的值的開始工作電壓向MPP的收斂，以及如圖5的右邊所示，從具有比MPP大的值的開始工作電壓向MPP的收斂，其中，該三操作(three-run) 跟蹤算法實現(xiàn)了 DC電壓-DC電壓轉換器1 的占空比的系統(tǒng)減小(1)、系統(tǒng)增大(2)以及系統(tǒng)減小(3)的交替模式。應當理解，盡管未明確示出，但是利用以DC電壓-DC電壓轉換器1 的占空比的系統(tǒng)增大為開始的跟蹤算法(例如，增大-減小-增大算法)，也可以實現(xiàn)相同的結果。其他跟蹤操作也可以添加至該算法。應當注意，上述實施例示出而非限制本發(fā)明，在不背離所附權利要求的范圍的前提下，本領域技術人員將能夠設計出許多備選實施例。在權利要求中，括號之間的任何附圖標記不應構成對權利要求的限制。詞語“包括”并不排除權利要求所列的元件或步驟以外的其他元件或步驟的存在。元件之前的詞語“一”不排除多個這種元件的存在?？梢岳冒ㄈ舾刹煌挠布韺崿F(xiàn)本發(fā)明。在列舉了若干裝置的設備權利要求中，這些裝置中的若干裝置可以由同一項硬件來實現(xiàn)。在互不相同的從屬權利要求中闡述特定措施并不表示不能有利地使用這些措施的組合。
權利要求
1.一種跟蹤光致電壓系統(tǒng)(100)的最大功率點MPP的方法000)，所述光致電壓系統(tǒng) (100)包括具有控制器(124)的電路(120)，控制器(124)用于控制對光致電壓系統(tǒng)的輸出電流進行轉換的DC電壓-DC電壓轉換器(1 )，控制器還包括存儲器，所述方法包括在初始最大功率點處，測量(412)光致電壓系統(tǒng)工作電壓的第一值；將所述第一值存儲在所述存儲器中；對所述光致電壓系統(tǒng)的功率輸出水平進行周期性采樣G06)，在檢測到所述功率輸出水平的變化超過第一閾值時，確定(408)光致電壓系統(tǒng)工作電壓的實際值，并且將所述實際值與所述第一值相比較，以及在所述實際值與所述第一值之間的差值超過另一閾值的條件下從所述存儲器中讀取所述第一值，以及調(diào)整G10)DC電壓-DC電壓轉換器的占空比，直到光致電壓系統(tǒng)工作電壓與所述第一值匹配為止；所述方法還包括在檢測到所述功率輸出水平的變化超過所述第一閾值時，對DC-DC 電壓轉換器的占空比進行微調(diào)G14)以達到另一最大功率點。
2.根據(jù)權利要求1或2所述的方法G00)，其中，檢測(406)功率水平的變化包括根據(jù)后續(xù)采樣之間的延遲來檢測所述變化。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法G00)，其中，所述微調(diào)(414)包括在所述調(diào)整步驟之后，跟蹤光致電壓系統(tǒng)的功率輸出；以及通過交替地增大和減小DC電壓-DC電壓轉換器的占空比，來調(diào)整光致電壓系統(tǒng)的功率輸出，直到達到光致電壓系統(tǒng)的另一最大功率點為止。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法000)，還包括在所述另一最大功率點處，測量(420)光致電壓系統(tǒng)工作電壓的第二值；以及通過蓋寫所述第一值或者通過將所述第二值添加至所述存儲器，來將所述第二值存儲 (422)在所述存儲器中。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的方法G00)，其中增大DC電壓-DC電壓轉換器的占空比的步驟包括分多步來逐步增大DC電壓-DC電壓轉換器的占空比，每一步具有限定的步長；并且在每一步之后測量光致電壓系統(tǒng)的功率輸出，直到在倒數(shù)第二步之后測量的功率輸出超過在最后一步之后測量的功率輸出為止；減小DC電壓-DC電壓轉換器的占空比的步驟包括分多步來逐步減小DC電壓-DC電壓轉換器的占空比，每一步具有限定的步長；并且在每一步之后測量光致電壓系統(tǒng)的功率輸出，直到在倒數(shù)第二步之后測量的功率輸出超過在最后一步之后測量的功率輸出為止; 以及在所述占空比的逐步增大或逐步減小終止之后，減小所述限定的步長。
6.根據(jù)權利要求3-5中任一項所述的方法G00)，其中，占空比的交替增大和減小的總次數(shù)是3。
7.根據(jù)權利要求3-6中任一項所述的方法000)，其中，在所述調(diào)整步驟之后跟蹤光致電壓系統(tǒng)的功率輸出的步驟(414)包括執(zhí)行兩點功率輸出測量，以確定光致電壓系統(tǒng)的差分功率輸出；以及 2如果所述差分功率輸出在第二閾值以下，則發(fā)起所述調(diào)整步驟。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法000)，還包括在所述微調(diào)期間，執(zhí)行(416)兩點功率輸出測量，以確定光致電壓系統(tǒng)的差分功率輸出；以及在所確定的差分功率輸出超過第三閾值時重新開始所述微調(diào)。
9.一種光致電壓系統(tǒng)控制器(120)，包括DC電壓-DC電壓轉換器(1 )，用于將來自光致電壓系統(tǒng)的直流電流轉換成另一電流；以及控制器(IM)，用于控制DC電壓-DC電壓轉換器的占空比，其中，控制器包括存儲器和微處理器，具有用于實現(xiàn)權利要求1-8中任一項所述的方法的指令集合。
10.一種光致電壓系統(tǒng)(100)，包括權利要求9所述的光致電壓系統(tǒng)控制器(120)，所述系統(tǒng)還包括至少一個光致電壓電池(112)，所述至少一個光致電壓電池(112)具有以導電方式與DC電壓-DC電壓轉換器(126)的輸入相耦合的輸出。
11.根據(jù)權利要求10所述的光致電壓系統(tǒng)(100)，還包括至少一個電池(130)，具有以導電方式與DC電壓-DC電壓轉換器(126)的輸出相耦合的輸入。
12.根據(jù)權利要求10或11所述的光致電壓系統(tǒng)(100)，還包括傳感器(122)，用于感測至少一個光致電壓電池(112)的功率輸出，控制器(124)響應于所述傳感器(122)。
13.—種包括程序代碼的計算機程序產(chǎn)品，程序代碼在計算機處理器上執(zhí)行時執(zhí)行權利要求1-8中任一項所述的方法G00)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種跟蹤PV系統(tǒng)的最大功率點的方法，PV系統(tǒng)包括具有控制器的電路，控制器用于控制對PV系統(tǒng)的輸出電流進行轉換的DC電壓-DC電壓轉換器，控制器還包括存儲器，方法包括在初始最大功率點處測量PV系統(tǒng)電壓的第一值；將第一值存儲在存儲器中；對PV系統(tǒng)的功率輸出水平進行周期性采樣，在檢測到功率輸出水平變化超過第一閾值時，從存儲器中讀取第一值，并調(diào)整DC電壓-DC電壓轉換器的占空比，直到電路電壓與第一值匹配；方法還包括在檢測到功率輸出水平變化超過第一閾值之后，對DC-DC電壓轉換器的占空比進行微調(diào)以達到另一最大功率點。這種方法能夠提取PV系統(tǒng)的最大功率輸出。本發(fā)明還公開了實現(xiàn)該方法的PV系統(tǒng)控制器和包括這種控制器的PV系統(tǒng)。
文檔編號H02N6/00GK102354247SQ201110140668
公開日2012年2月15日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權日2010年5月28日
發(fā)明者姆凱什·奈爾, 巴塔賴雅·巴特, 納蓋瓦盧·莫蒂 申請人:Nxp股份有限公司