太阳能电池阵列模拟器适应光伏逆变器的控制方法1

1、(19)中民国家知识局*CN103199721A*(12)发明专利申请(10)申请(43)申请号日CN 1031997212013.07.10A(21)申请号201210012007.6(22)申请日2012.01.05(71)申请人致茂电子 ( 苏州 )地址 215011 江苏省苏州高新区竹园路 9-1号狮山工业园六号厂房(72)发明人胡国柱(74)专利机构同业知识11006人常大军(51).Cl.H02M 7/42 (2006.01)G01R 31/26 (2006.01)2亥7亥10亥(54) 发明名称能电池阵列模拟器适应光伏逆变器的控制方法(57) 摘要一种能电池阵列模拟器适应光伏逆变

2、器的控制方法能电池阵列模拟器是在电压- 电流座标系上具有电压- 电流特性曲线，且该光伏逆变器对应于电压 - 电流座标是具有多个扰动曲线，控制方法包含撷取收敛参数值与电流差异值并将其相乘产生收敛因子，接着在第一工作扰动曲线与电压 - 电流特性曲线的交点处撷取具有工作起始电流的工作起始点，接着在第二工作扰动曲线上撷取第一修正点，然后在电压 - 电流座标系上撷取第二修正点，之后在第二工作扰动曲线上撷取第三修正点，最后在电压 - 电流座标系上撷取第四修正点并且判断是否落于收敛区间外。CN 103199721 A权利要求书CN 103199721 A1/2 页1. 一种能电池阵列模拟器适应一光伏逆变器的

3、控制方法，该能电池阵列模拟器在一电压 - 电流座标系上具有一电压 - 电流特性曲线，且该光伏逆变器对应于该电压 - 电流座标系具有多个扰动曲线，其特征在于，该控制方法包含以下步骤 ：在该电压 - 电流座标系上，在该些扰动曲线中撷取一第一工作扰动曲线与一第二工作扰动曲线，并在该第一工作扰动曲线与该第二工作扰动曲线之间定义出一收敛区间 ；在该第一工作扰动曲线与该电压 - 电流特性曲线的交点处撷取一工作起始点，且该工作起始点具有一工作起始电流 ；在该第二工作扰动曲线上撷取一第一修正点，且该第一修正点具有该工作起始电流与一第一修正电压 ；在该电压 - 电流特性曲线上撷取一第二修正点，且该第二修正点具有

4、该第一修正电压与一第一修正电流 ；在该第二工作扰动曲线上撷取一第三修正点，且该第三修正点具有该第一修正电流与一第二修正电压 ；在该电压 - 电流特性曲线上撷取一第四修正点，且该第四修正点具有该第二修正电压与一第二修正电流 ；判断该第四修正点是否落于该收敛区间外 ；(h) 在该第四修正点落于该收敛区间外时，撷取一收敛参数值与性曲线的一电流差异值，并且将其相乘而产生一收敛因子 ；近该电压 - 电流特在该第一工作扰动曲线与该电压 - 电流特性曲线的交点处撷取该工作起始点，且该工作起始点具有该工作起始电流 ；在该第二工作扰动曲线上撷取该第一修正点，且该第一修正点具有该工作起始电流与该第一修正电压 ；在

5、该电压 - 电流座标系上撷取该第二修正点，且该第二修正点具有该第一修正电压与一第三修正电流，而该第三修正电流由该第一修正电流与该收敛因子相加而产生 ；在该第二工作扰动曲线上撷取一第三修正点，且该第三修正点具有该第三修正电流与一第三修正电压 ；以及在该电压 - 电流座标系上撷取一第四修正点，且该第四修正点具有该第三修正电压与一第四修正电流，而该第四修正电流由该第二修正电流与该收敛因子相加而产生。2. 根据权利要求 1 所述的能电池阵列模拟器适应一光伏逆变器的控制方法，其特征在于，还包含步骤 (n)，在该第四修正点落于该收敛区间内时，撷取该第二修正电压与该第二修正电流，藉以在该系上标记一收敛数据点

6、。能电池阵列模拟器与该光伏逆变器的率 - 电压座标3. 根据权利要求 2 所述的能电池阵列模拟器适应一光伏逆变器的控制方法，其特征在于，利用一处理单元以演算出该功率 - 电压曲线、该电压 - 电流曲线及该些扰动曲线。4. 根据权利要求 1 所述的能电池阵列模拟器适应一光伏逆变器的控制方法，其特征在于，利用一撷取单元撷取该第一工作扰动曲线、该第二工作扰动曲线、该起始工作点、该第一修正点、该第二修正点、该第三修正点、该第四修正点、该收敛参数值及该电流差异值。5. 根据权利要求 4 所述的能电池阵列模拟器适应一光伏逆变器的控制方法，其特2权利要求书CN 103199721 A2/2 页征在于，利用一

7、判断单元电性连结于该撷取单元以判断该第四修正点是否落于该收敛区间外。6. 根据权利要求 4 所述的能电池阵列模拟器适应一光伏逆变器的控制方法，其特征在于，利用一运算单元电性连结于该撷取单元以运算出该收敛因子、该第三修正电流及该第四修正电流。7. 根据权利要求 1 所述的征在于，该收敛参数值为小于 1。能电池阵列模拟器适应一光伏逆变器的控制方法，其特3说明书CN 103199721 A1/7 页能电池阵列模拟器适应光伏逆变器的控制方法技术领域0001本发明涉及一种能电池阵列模拟器适应光伏逆变器的控制方法，特别涉及一种通过收敛因子的演算，而使达到收敛的控制方法。能电池阵列模拟器与光伏逆变器的功率

8、- 电压曲线背景技术0002能电池阵列可直接将能转换为直流电源，若需将其转换为交流电来用以发电的话，须通过光伏逆变器来达成。然而，光伏逆变器具有不同的扰动特性，故不同的太阳能电池阵列需与适当的光伏逆变器匹配，才能达到最大功率效能，因而现今多以直流电源供应器来模拟能电池阵列的输出电压电流曲线，并且同时应用于光伏逆变器的最大功率追踪效能模拟。在这模拟演算的过程中，直流电源供应器一般皆采用 CV/CC Mode 控制方式，并且配合查表法达成对电压电流曲线的控制，但由于不同扰动特性的光伏逆变器会有不同的扰动控制方式，如 CV/C/ode 等的扰动方式，以下将以ode 扰动方式的光伏逆变器及 CC Mo

9、de 控制方式的直流电源供应器为例。0003请一并参阅图 1 及图 2，图 1 显示现有技术的电压- 电流曲线控制示意图，图 2 显示现有技术的功率 - 电压曲线收敛示意图。，电压 - 电流曲线图中，R1 为光伏逆变器( 图未示) 的第一工作扰动曲线、R2 为光伏逆变器的第二工作扰动曲线且A、B、C、D 及E 点为由第一工作扰动曲线 R1 扰动至第二工作扰动曲线 R2 时的工作点变化轨迹，其中，太阳能电池阵列( 图未示) 的电压- 电流特性线 10 取自最大功率追踪点的切线，且第二工作扰动曲线 R2 的斜率大于能电池阵列的电压 - 电流特性线 10 的斜率。0004假设A 为工作起始点，当光伏

10、逆变器由第一工作扰动曲线 R1 扰动至第二工作扰动曲线R2 时，由于直流电源供应器( 图未示) 为定电流模式(CC Mode) 控制方式，工作点会由工作起始点 A 移动至第一修正点 B，接着通过查表法控制演算法收敛于能电池阵列的电压- 电流特性线，因此工作点会由第一修正点B 移动至第二修正点C，同样的，由于直流电源供应器是为定电流模式控制方式，工作点会由第二修正点 C 移动至第三修正点 D，最后，通过查表法控制演算法收敛于能电池阵列的电压 - 电流特性线，因此工作点会由第三修正点D 移动至第四修正点E，进而收敛于第一工作扰动曲线R1 及第二工作扰动曲线R2 的区间内，使得直流电源供应器可以顺利

11、完成座标系中模拟出收敛功率 - 电压曲线 20。能电池阵列模拟功能，进而在功率 - 电压0005请一并参阅图 3 及图 4，图 3 显示现有技术的电压- 电流曲线控制示意图，图 4 显示现有技术的功率 - 电压曲线发散示意图。，电压 - 电流曲线图中，R1 为光伏逆变器的第一工作扰动曲线、R2 为光伏逆变器的第二工作扰动曲线，且 A、B、C、D 及 E 点为由第一工作扰动曲线 R1 扰动至第二工作扰动曲线 R2 时的工作点变化轨迹，其中能电池阵列的电压电流特性线 10 取自最大功率追踪点的切线，且第二工作扰动曲线 R2 的斜率小于能电池阵列的电压 - 电流特性线 10 的斜率。0006假设A

12、为工作起始点，当光伏逆变器由第一工作扰动曲线 R1 扰动至第二工作扰动4说明书CN 103199721 A2/7 页曲线 R2 时，由于直流电源供应器为定电流模式控制方式，工作点会由 A 点移动至B 点，接着通过查表法控制演算法收敛于能电池阵列的电压 - 电流特性线，因此工作点会由 B 点移动至C 点，同样的，由于直流电源供应器为定电流模式控制方式，工作点会由C 点移动至D点，然而，在通过查表法控制演算法收敛于能电池阵列的电压 - 电流特性线后，其工作点会由 D 点移动至 E 点，进而无法收敛于第一工作扰动曲线 R1 及第二工作扰动曲线 R2 的区间内，因此会使直流电源供应器无法完成压座标系中

13、，模拟出发散功率 - 电压曲线 30。能电池阵列模拟而失效，进而在功率 - 电0007综合以上所述，相信举凡在所属技术领域中具有通常知识者应不难理解现有技术中，在直流电源供应器模拟能电池阵列过程中，有可能因为不同的电压 - 电流特性线的斜率，而使得在功率 - 电压座标系的功率 - 电压曲线中，模拟会出现失效。发明内容0008本发明所欲解决的技术问题与目的 ：0009有鉴于在上述现有技术中，普遍存在可能因为能电池阵列不同的电压电流曲线的斜率，而使得在功率 - 电压座标系的功率 - 电压曲线中，模拟会出现失效。0010缘此，本发明提供一种加入收敛因子的演算调整，而让线收敛。0011本发明解决问题的

14、技术0012本发明为解决现有技术能电池阵列模拟器适应光伏逆变器的控制方法，通过能电池阵列模拟器与光伏逆变器的功率 - 电压曲：所采用的必要技术是提供一种能电池阵列模拟器适应一光伏逆变器的控制方法，该能电池阵列模拟器是在一电压 - 电流座标系上具有一电压 - 电流特性曲线，且该光伏逆变器对应于该电压 - 电流座标系具有多个扰动曲线，该控制方法包含以下步骤 ：首先在电压 - 电流座标系上，在该些扰动曲线中撷取一第一工作扰动曲线与一第二工作扰动曲线，并在第一工作扰动曲线与第二工作扰动曲线之间定义出一收敛区间，接着在第一工作扰动曲线与电压 - 电流特性曲线的交点处撷取一工作起始点，且工作起始点具有一工

15、作起始电流。0013 之后在第二工作扰动曲线上撷取一第一修正点，且第一修正点具有工作起始电流与一第一修正电压，然后在电压 - 电流特性曲线上撷取一第二修正点，且第二修正点具有第一修正电压与一第一修正电流，之后在第二工作扰动曲线上撷取一第三修正点，且第三修正点具有第一修正电流与一第二修正电压，接着在电压 - 电流特性曲线上撷取一第四修正点，且第四修正点具有第二修正电压与一第二修正电流，之后判断第四修正点是否落于收敛区间外。0014然后在第四修正点落于收敛区间外时，撷取一收敛参数值与近电压 - 电流特性曲线的一电流差异值，并且将其相乘而产生一收敛因子，接着在第一工作扰动曲线与电压 - 电流特性曲线

16、的交点处撷取工作起始点，且工作起始点具有工作起始电流，然后在第二工作扰动曲线上撷取第一修正点，且第一修正点具有工作起始电流与第一修正电压，而后在电压 - 电流座标系上撷取第二修正点，且第二修正点具有第一修正电压与一第三修正电流，而第三修正电流是由第一修正电流与收敛因子相加而产生。0015 接着在第二工作扰动曲线上撷取一第三修正点，且第三修正点具有第三修正电5说明书CN 103199721 A3/7 页流与一第三修正电压，最后在电压 - 电流座标系上撷取一第四修正点，且第四修正点具有第三修正电压与一第四修正电流，而第四修正电流是由第二修正电流与收敛因子相加而产生。0016 本发明对照现有技术的功

17、效 ：0017本发明提供一种能电池阵列模拟器适应光伏逆变器的控制方法，由于当其演算发散时，即撷取收敛参数值与电流差异值，并且将其相乘而产生收敛因子，通过加入收敛因子的演算调整，可让功率 - 电压曲线渐渐地收敛，进而模拟出压曲线。能电池阵列于功率- 电以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但对本发明的限定。0018附图说明图 1 显示现有技术的电压 - 电流曲线控制示意图 ；图 2 显示现有技术的功率 - 电压曲线收敛示意图 ；图 3 显示现有技术的电压 - 电流曲线控制示意图 ；图 4 显示现有技术的功率 - 电压曲线发散示意图 ；00190020002100220023图 ；0024

18、002500260027002800290030003100320033003400350036003700380039004000410042004300440045图 5 显示本发明较佳实施例的能电池阵列模拟器及光伏逆变器的方框示意图 6 及图 6A 显示本发明较佳实施例的功率 - 电压曲线演算方法流程图 ；图 7 显示本发明较佳实施例的电压 - 电流特性曲线及扰动曲线示意图 ；图 8 及图 8A 显示本发明较佳实施例的功率 - 电压曲线演算方法示意图。其中，附图标记1221222324310203040、4050A B C D E R1光伏逆变器能电池阵列模拟器处理单元撷取单元判断单元运

19、算单元负载能电池阵列的电压 - 电流特性线收敛功率 - 电压曲线发散功率 - 电压曲线电压 - 电流特性曲线扰动曲线 工作起始点第一修正点第二修正点第三修正点第四修正点第一工作扰动曲线6说明书CN 103199721 A4/7 页0046R20047Voc0048Isc0049Vmp0050Imp0051I、I第二工作扰动曲线开路电压短路电流最大功率电压最大功率电流电流差异值具体实施方式0052由于本发明所提供的能电池阵列模拟器适应光伏逆变器的控制方法，可广泛运用于各种演算仪器及量测仪器等，其组合实施方式不胜枚举，故在此不再一一赘述，仅列举其中一个较佳实施例来加以具体说明。0053请一并参阅图

20、 5 至图 8A，图 5 显示本发明较佳实施例的能电池阵列模拟器及光伏逆变器的方框示意图，图 6 及图 6A 显示本发明较佳实施例的功率- 电压曲线演算方法流程图，图7 显示本发明较佳实施例的电压- 电流特性曲线及扰动曲线示意图，图8 及图8A显示本发明较佳实施例的功率 - 电压曲线演算方法示意图。0054如图 5 所示能电池阵列模拟器 2 包含一处理单元 21、一撷取单元 22、一判断单元 23 及一运算单元 24。撷取单元 22 电性连结于处理单元 21，判断单元 23 电性连结于撷取单元 22，运算单元 24 电性连结于判断单元 23，且负载 3 电性连结于能电池阵列模拟器 2。0055

21、本发明较佳实施例是利用能电池阵列模拟器 2 来模拟能电池阵列的电压- 电流特性曲线，而光伏逆变器 1 具有多个扰动曲线 50( 图中仅标示一个)。其中，以下将以定电流模式 (CC Mode) 控制方式及定电阻模式 (ode) 扰动方式为例。0056 另外，为了使本较佳实施例较为清楚，以下将工作起始电流定义为 Ii、第一修正电压定义为V1、第一修正电流定义为I1、第二修正电压定义为V2、第二修正电流定义为I2、第三修正电压定义为 V3、第三修正电流定义为 I3 且第四修正电流定义为 I4，而功率 - 电压曲线演算方法如后 ：0057 步骤 S101 ：在该些扰动曲线中撷取一第一工作扰动曲线与一第

22、二工作扰动曲线，并在第一工作扰动曲线与第二工作扰动曲线之间定义出一收敛区间。0058 步骤 S102 ：在第一工作扰动曲线与电压 - 电流特性曲线的交点处撷取一工作起始点。0059步骤 S103 ：在第二工作扰动曲线上撷取一第一修正点。 0060步骤 S104 ：在电压 - 电流特性曲线上撷取一第二修正点。 0061步骤 S105 ：在第二工作扰动曲线上撷取一第三修正点。 0062步骤 S106 ：在电压 - 电流特性曲线上撷取一第四修正点。0063步骤 S107 ：判断第四修正点是否落于收敛区间外。0064步骤 S108 ：撷取一收敛参数值与将其相乘而产生一收敛因子。近电压 - 电流特性曲线

23、的一电流差异值，并且0065步骤 S109 ：在第一工作扰动曲线与电压 - 电流特性曲线的交点处撷取工作起始点。7说明书CN 103199721 A5/7 页0066步骤 S110 ：在第二工作扰动曲线上撷取第一修正点。0067步骤 S111 ：在电压 - 电流座标系上撷取第二修正点，并且通过收敛因子运算修正电流。0068步骤 S112 ：在第二工作扰动曲线上撷取一第三修正点。0069步骤 S113 ：在电压 - 电流座标系上撷取一第四修正点，并且通过收敛因子运算修正电流。0070步骤 S114 ：撷取第四修正点的修正电压与修正电流，藉以在功率 - 电压座标系上标记一收敛数据点。0071上述的

24、功率- 电压曲线演算方法中，步骤开始后能电池阵列模拟器 2 模拟太阳能电池阵列的电压- 电流特性曲线 40，光伏逆变器 1 具有多个扰动曲线 50( 图中仅标示一个)，处理单元 21 即于电压- 电流座标系上产生如图 7 所示的电压- 电流特性曲线 40 及扰动曲线 50 示意图，并且开始演算后续步骤，其中，电压 - 电流特性曲线 40 包含开路电压 (Voc)、短路电流 (Isc)、最大功率电压 (Vmp) 及最大功率电流 (Imp) 四项参数。0072 在产生电压- 电流特性曲线 40 及扰动曲线 50 后，随即进入步骤 S101 在该些扰动曲线中撷取一第一工作扰动曲线与一第二工作扰动曲线

25、，并在第一工作扰动曲线与第二工作扰动曲线之间定义出一收敛区间。其中，撷取单元22 在电压- 电流座标系上，于该些扰动曲线 50( 图中仅标示一个) 中，撷取出如图 8 所示的一第一工作扰动曲线 R1 与一第二工作扰动曲线 R2，此外，撷取单元 22 于电压 - 电流特性曲线 40 的最大功率点 (umerPo；MPP) 中，撷取该点的切线并且产生电压 - 电流特性曲线 40。其中，在本发明的较佳实施例中，是将第一工作扰动曲线 R1 与第二工作扰动曲线 R2 之间定义为收敛区间 ( 图未示 )。0073 撷取单元 22 撷取完以后，随即进入步骤 S102 在第一工作扰动曲线与电压 - 电流特性曲

26、线的交点处撷取一工作起始点。其中，撷取单元 22 于第一工作扰动曲线 R1 与电压 - 电流特性曲线 40交会处撷取一工作起始点 A，而工作起始点 A 具有工作起始电流 Ii。0074 撷取单元 22 撷取完工作起始点 A 后，随即进入步骤 S103 在第二工作扰动曲线上撷取一第一修正点。其中，由于能电池阵列模拟器 2 是为定电流模式控制方式，因此撷取单元22 会于第二工作扰动曲线R2 上撷取一第一修正点B，而第一修正点B 具有工作起始电流Ii 与一第一修正电压V1。即因为是定电流模式控制方式，工作点会由工作起始点 A 演算至第一修正点 B。0075 撷取单元 22 撷取完第一修正点 B 后，

27、即进入步骤 S104 在电压 - 电流特性曲线上撷取一第二修正点。其中，由于欲控制演算法收敛于电压 - 电流特性曲线 40，因此撷取单元 22 会于电压 - 电流特性曲线 40上撷取一第二修正点 C，而第二修正点 C 具有第一修正电压 V1 与一第一修正电流 I1。0076 撷取单元 22 撷取完第二修正点 C 后，即进入步骤 S105 在第二工作扰动曲线上撷取一第三修正点。其中，由于能电池阵列模拟器 2 是为定电流模式控制方式，因此撷取单元22 会于第二工作扰动曲线R2 上撷取一第三修正点D，而第三修正点D 具有第一修正电流I1 与一第二修正电压V2。即因为是定电流模式控制方式，工作点会由第

28、二修正点 C 演算至第三修正点 D。0077 撷取单元 22 撷取完第三修正点 D 后，即进入步骤 S106 在电压 - 电流特性曲线上8说明书CN 103199721 A6/7 页撷取一第四修正点。其中，由于欲控制演算法收敛于电压 - 电流特性曲线 40，因此撷取单元 22 会于电压 - 电流特性曲线 40上撷取一第四修正点 E，而第四修正点 E 具有第二修正电压 V2 与一第二修正电流 I2。0078 撷取单元 22 撷取完第四修正点 E 后，即进入步骤 S107 判断第四修正点是否落于收敛区间外。其中，判断单元 23 即判断第四修正点是否落于收敛区间外。若判断单元 23判断第四修正点E

29、是落于收敛区间内时，则进行步骤 S114 撷取第四修正点的修正电压与修正电流，藉以在功率 - 电压座标系上标记一收敛数据点。其中，撷取单元 22 是撷取第二修正电压 V2 与第二修正电流 I2，藉以在功率 - 电压座标系上标记一收敛数据点。0079 请一并参阅图 5 至图 7 及图 8A，图 8A 显示本发明较佳实施例的收敛功率- 电压曲线演算方法示意图。若判断单元 23 判断第四修正点E 是落于收敛区间外的话，随即进入步骤 S108 撷取一收敛参数值与 近电压- 电流特性曲线的一电流差异值，并且将其相乘而产生一收敛因子。其中，撷取单元 22 撷取一收敛参数值与一电流差异值后，而运算单元 24

30、 即将收敛参数值与电流差异值相乘而产生收敛因子。另外，为了使本较佳实施例较为清楚，以下将收敛参数值定义为K、电流差异值定义为 I 且收敛因子定义为，即 K*I ，其中收敛参数值 K 是为小于 1。0080 运算单元 24 运算完收敛因子 后，处理单元 21 即开始演算后续步骤，随即进入步骤 S109 在第一工作扰动曲线与电压- 电流特性曲线的交点处撷取工作起始点。其中，撷取单元 22 在电压 - 电流座标系上，于第一工作扰动曲线 R1 与电压 - 电流特性曲线 40的交会处撷取工作起始点 A，且工作起始点 A 具有工作起始电流 Ii。0081 撷取单元 22 撷取完工作起始点 A 后，随即进入

31、步骤 S110 在第二工作扰动曲线上撷取第一修正点。其中，由于能电池阵列模拟器 2 是为定电流模式控制方式，因此撷取单元22 会于第二工作扰动曲线R2 上撷取一第一修正点B，而第一修正点B 具有工作起始电流Ii 与一第一修正电压V1。即因为是定电流模式控制方式，工作点会由工作起始点 A 演算至第一修正点 B。0082 撷取单元 22 撷取完第一修正点 B 后，随即进入步骤 S111 在电压 - 电流座标系上撷取第二修正点，并且通过收敛因子运算修正电流。其中，撷取单元 22 在电压 - 电流座标系上撷取第二修正点 C，而第二修正点 C 具有第一修正电压 V1 与一第三修正电流 I3。第三修正电流I3 是由第一修正电流I1 与收敛因子 相加而产生，即 I3 I1+，由于电流差异值I 是 近于电压- 电流特性曲线 40，电流差异值 I 是为负数使得 为负数，因此 I3经由运算单元 24 运算后会较 I1 小。0083 撷取单元 22 撷取完第二修正点 C 后，随即进入步骤 S112 在第二工作扰动曲线上撷取一第三修正点。其中，由于能电池阵列模拟器 2 是为定电流模式控制方式，因此撷取单元22 会于第二工作扰动曲线R2 上撷取一第三修正点D，而第三修正点D 具有第三修正电流I3 与一第三修正电压V3。即因为是