СПОСОБ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ ОТ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ Российский патент 2015 года по МПК G05F1/613 G05F1/67 H02M3/137 

Описание патента на изобретение RU2550360C1

Заявляемое техническое решение относится к автоматическому управлению и предназначено для обеспечения отбора максимальной мощности от солнечной батареи. Описанный способ может найти широкое применение в преобразователях постоянного тока с нелинейными параметрами. В качестве источника таких преобразователей могут использоваться альтернативные источники энергии, например солнечные батареи.

Известны преобразователи повышающего типа, содержащие дроссель, ключевой элемент, диод и конденсатор фильтра, в которых при замкнутом ключевом элементе ток от источника питания протекает через дроссель, запасая в нем энергию, диод при этом блокирует нагрузку и конденсатор фильтра от ключевого элемента, ток в нагрузку в этот промежуток времени поступает только от конденсатора фильтра, далее, когда ключевой элемент закрывается, ЭДС самоиндукции дросселя суммируется с входным напряжением источника питания и энергия тока дросселя отдается в нагрузку и конденсатор фильтра [1].

Известные способы регулирования выходного напряжения таких преобразователей основаны на коммутации ключевого элемента с коэффициентом заполнения, эквивалентным управляющему сигналу D, равному разнице между выходным напряжением преобразователя и напряжением задания. Для формирования управляющего сигнала известны способы управления, основанные на поиске локального максимума [2].

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ питания нагрузки от солнечной батареи, заключающийся в том, что используют преобразователь повышающего типа, в котором коммутацию ключевых элементов осуществляют синхронизирующим и управляющим сигналами, измеряют выходной ток преобразователя и ток источника питания, формируют сигнал ошибки x равным разнице между выходным сигналом и сигналом задания, отличающийся тем, что формируют сигнал развертки Yp пропорциональным разнице пилообразного сигнала с амплитудой, равной сигналу тока источника питания, и сигнала, равного выходному току преобразователя, при этом коммутацию ключевых элементов осуществляют в соответствии с законом управления вида

где x=Uвых-Uоп - сигнал ошибки, Uвых - выходной сигнал; Uоп - сигнал задания; km - коэффициент передачи сигнала развертки; tp=T{t/T} - временная координата для формирования сигнала развертки; tk - момент коммутации ключевого элемента, определяемый наименьшим по модулю отрицательным корнем уравнения F=0 при управлении модуляцией переднего фронта импульса тока источника питания и наименьшим положительным корнем уравнения F=0 при управлении модуляцией заднего фронта импульса тока источника питания [3].

Недостаток известного способа заключается в том, что он не осуществляет работу системы в точке максимальной мощности при изменяющихся условиях эксплуатации преобразователя и не может определить момент достижения регулятором точки максимальной мощности. Вместо этого регулятор формирует управляющий сигнал в соответствии с выбранным напряжением задания. Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.

Задача предлагаемого изобретения состоит в повышении количества энергии, отбираемой от солнечной батареи.

Технический результат состоит в поддержании работы системы в точке максимальной мощности, а также снижении потерь, возникающих в преобразователе при колебании рабочей точки системы вокруг точки максимальной мощности.

Технический результат достигается тем, что в способе питания нагрузки от солнечной батареи используют преобразователь повышающего типа, в котором коммутацию ключевых элементов осуществляют синхронизирующим и управляющим сигналами, измеряют мгновенную выходную мощность преобразователя и формируют управляющий сигнал D, эквивалентный коэффициенту заполнения силового ключа в соответствии с законом управления вида:

где

D-1 - амплитуда управляющего сигнала в предыдущий момент времени;

ΔD - шаг амплитуды управляющего сигнала;

ΔР - изменение мгновенной мощности за рабочий период.

εР - относительная величина диапазона нечувствительности.

Р - мгновенное значение мощности на выходе преобразователя;

ε - коэффициент, характеризующий величину диапазона нечувствительности.

На чертеже (фиг.1) представлена функциональная схема системы преобразования, реализующей предлагаемый способ управления. Система, выполненная согласно предложенному способу управления, содержит источник питания (солнечную батарею) 1, повышающий преобразователь 2, описанный в известном способе регулирования, блок управления 3, формирующий управляющий сигнал D. Выходная шина источника питания 1 соединена с входом преобразователя 2. Преобразователь 2 содержит дроссель, ключевой элемент, диод, конденсатор фильтра, а также блок широтно-импульсной модуляции, на вход которого поступает сигнал D, формируемый блоком управления 3. Напряжение с выхода преобразователя подается на нагрузку. Данные о мгновенной мощности передаются в блок управления 3 для формирования управляющего сигнала согласно полученным данным.

Пример осуществления предлагаемого способа управления представлен на фиг.2. Система работает во одном из двух режимов: "режиме повышения сигнала "или "режиме понижения сигнала". Вначале управляющий сигнал D имеет начальное значение D0, а система находится в одном из режимов. Затем управляющий сигнал D изменяют на небольшое значение: D=D+AD. Затем после задержки ts, определяемой частотой дискретизации, измеряют изменение мощности ΔР, обусловленное изменением положения рабочей точки системы. Если изменение мощности положительное, тогда изменения напряжения в том же направлении будут сдвигать рабочую точку ближе к точке максимальной мощности и выбранный режим не изменяется. Как только изменение напряжения приводит к снижению мощности (ΔР<0), система изменяет выбранный режим. В случае, когда изменения в мощности незначительны (ΔР<εР), изменения сигнала не происходит и система остается в равновесии, до изменения внешних параметров, таким образом обеспечивается устойчивость системы в точке максимальной мощности. При превышении порогового значения εР возобновляется поиск новой точки максимальной мощности.

Таким образом, предложенный способ управления позволяет обеспечить работу преобразователя в точке максимальной мощности при изменяющихся параметрах эксплуатации и отсутствии колебаний в выбранной окрестности точки максимальной мощности, обеспечивая устойчивость установившегося режима.

Анализ аналогов показывает, что предлагаемое решение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень», а моделирование процесса подтверждает его промышленную применимость.

Список литературы

[1] Семенов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов. М.: Солон-Р., 2001.

[2] М.Е. Ropp D.P. Hohm. Comparative study of maximum power point tracking algorithms. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 2003.

[3] СПОСОБ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ ОТ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ. Патент на изобретение №2279705, G05F 1/613, опубл. 10.07.2006.

Похожие патенты RU2550360C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ ОТ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ 2004
  • Чернышев Александр Иванович
  • Казанцев Юрий Михайлович
  • Лекарев Анатолий Федорович
  • Поляков Сергей Александрович
RU2279705C2
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЕМ ЭНЕРГИИ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ В РЕЖИМЕ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ 2006
  • Казанцев Юрий Михайлович
  • Шиняков Юрий Александрович
  • Лекарев Анатолий Федорович
  • Гордеев Константин Георгиевич
  • Эльман Виктор Олегович
  • Черданцев Сергей Петрович
RU2308752C1
АВТОНОМНЫЙ СОГЛАСОВАННЫЙ ИНВЕРТОР С КВАЗИРЕЗОНАНСНОЙ КОММУТАЦИЕЙ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМ СОГЛАСОВАННЫМ ИНВЕРТОРОМ С КВАЗИРЕЗОНАНСНОЙ КОММУТАЦИЕЙ 2009
  • Силкин Евгений Михайлович
RU2398346C1
Способ экстремального регулирования мощности, потребляемой от источника питания постоянного тока 1990
  • Гаев Александр Викторович
  • Антипов Михаил Александрович
  • Белов Александр Владимирович
SU1746371A1
УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ НА ОСНОВЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАНЕЛЕЙ 2023
  • Кушнерёв Дмитрий Николаевич
  • Кушнерёва Ирина Александровна
RU2811080C1
ОДНОФАЗНЫЙ КОМПЕНСАТОР ПАССИВНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ МГНОВЕННОЙ МОЩНОСТИ 2003
  • Боровиков М.А.
  • Петрова М.В.
RU2249896C2
ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С ИНДУКТИВНО-ЕМКОСТНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ 2016
  • Осипов Александр Владимирович
  • Шиняков Юрий Александрович
  • Черная Мария Михайловна
RU2634612C2
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОРОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЭТОГО СПОСОБА 2003
  • Кашканов В.В.
RU2249123C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКОМ ТОКА В ИМИТАТОРЕ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ 2020
  • Пчельников Виктор Алексеевич
  • Рекутов Олег Геннадьевич
  • Бубнов Олег Викторович
  • Иванов Валентин Львович
  • Юдинцев Антон Геннадьевич
RU2742379C1
ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ 2005
  • Чернышев Александр Иванович
  • Казанцев Юрий Михайлович
  • Лекарев Анатолий Федорович
  • Поляков Сергей Александрович
RU2309519C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 550 360 C1

Реферат патента 2015 года СПОСОБ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ ОТ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях постоянного тока с нелинейными параметрами в альтернативных источниках энергии. Технический результат - повышение количества энергии, отбираемой от солнечной батареи, В способе питания нагрузки от солнечной батареи использован преобразователь повышающего типа, в котором коммутацию ключевых элементов осуществляют синхронизирующим и управляющим сигналами, измеряют выходную характеристику преобразователя и формируют управляющий сигнал, эквивалентный коэффициенту заполнения силового ключа. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 550 360 C1

Способ питания нагрузки от солнечной батареи, заключающийся в том, что используют преобразователь повышающего типа, в котором коммутацию ключевых элементов осуществляют синхронизирующим и управляющим сигналами, измеряют выходную характеристику преобразователя и формируют управляющий сигнал, отличающийся тем, что измеряют мгновенную выходную мощность преобразователя и формируют управляющий сигнал D, эквивалентный коэффициенту заполнения силового ключа в соответствии с законом управления вида:
D = D 1 + Δ D ;                                                  (6)
Δ D = { Δ D , Δ P < ε P Δ D , Δ P ε P ,                                   (7)
где
D-1 - амплитуда управляющего сигнала в предыдущий момент времени;
ΔD - шаг амплитуды управляющего сигнала;
ΔР - изменение мгновенной мощности за рабочий период;
εP - относительная величина диапазона нечувствительности.
ε P = P ε                                                       (8)
Р - мгновенное значение мощности на выходе преобразователя;
ε - коэффициент, характеризующий величину диапазона нечувствительности.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2550360C1

СПОСОБ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ ОТ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ 2004
  • Чернышев Александр Иванович
  • Казанцев Юрий Михайлович
  • Лекарев Анатолий Федорович
  • Поляков Сергей Александрович
RU2279705C2
RU 2004128060 А, 10.03.2006
СПОСОБ ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРА ОТ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА 2011
  • Зосимов Александр Васильевич
  • Лунин Валерий Васильевич
  • Савилов Сергей Вячеславович
  • Юрчук Александр Борисович
RU2479091C1
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОТБОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ОТ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ 1999
  • Чернилевский Игорь Константинович
  • Гнатенко Павел Феодосиевич
RU2195754C2
КАМЕРА СБОРНАЯ ОДНОСТОРОННЕГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ 1999
  • Гуков А.П.
  • Разгуляев В.Н.
  • Трифонов Ю.И.
  • Шестопалов В.И.
  • Якунин Э.Н.
RU2189097C2
DE 4101253 A1, 23.07.1992
US 20120081088A1, 05.04.2012
ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА 2006
  • Альбрехт Антон
RU2402835C2
WO 2011139023 A3, 01.03.2012

RU 2 550 360 C1

Авторы

Титов Владимир Георгиевич

Пученкин Артем Викторович

Даты

2015-05-10Публикация

2013-12-03Подача