Способ экстремального регулирования мощности, потребляемой от источника питания постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК G05F1/66 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания.

Известен способ питания нагрузок , в котором осуществляется регулирование мощности источника питания путем перераспределения энергии между нагрузкой и аккумуляторной батареей.

Недостатком способа является заведомо неполное использование максимальной мощности источника в те моменты времени, когда мощность, потребляемая нагрузкой, достигает незначительной величины.

Известен способ экстремального регулирования мощности, в котором режим экс- тремальногорегулирования

осуществляется после подбора соответствующим образом параметров датчика мощности и настройки их на максимум потребляемой от источника питания мощности.

Недостатком данного способа является необходимость перенастройки параметров датчика мощности с изменением параметров источника питания при условии необхо Ч|

4 О

GJ VI

димости получения от него максимальной мощности. Кроме того, необходимо также определять величину изменения параметров датчика мощности для каждого конкретного состояния источника питания.

Наиболее близким к изобретению является способ экстремального регулирования мощности, потребляемой от источника питания постоянного тока, основанный на определении производной мощности, выявлении и поддержании нулевого уровня производной, соответствующего максимальному значению мощности.

Недостатком этого способа является низкое быстродействие, обусловленное большими затратами времени нахождения точки экстремума, так как при этом осуществляется пошаговый выход источника электропитания в точку экстремума мощности, причем очередной шаг к указанной точке выполняется после определения знака производной мгновенного значения мощности источника. Устройствам т реализующим данный способ присуща также недостаточная помехоустойчивость из-за того, что в случае возникновения помех по мощности (току, напряжению источника питания) вследствие наводок и т.д. возникнут локальные экстремумы мгновенного значения мощности и, следовательно, сбои в работе этих устройств. Эти сбои приведут к еще большему уменьшению быстродействия и увеличению потерь энергии при выходе в точку экстремума.

Цель изобретения -уменьшение времени нахождения экстремума.

Указанная цель достигается тем, что фиксируют параметры, характеризующие условия эксплуатации источника питания, с учетом зафиксированных параметров по математическому описанию вольт-амперной характеристики источника питания рассчитывают и без промежуточных приближений устанавливают величину тока, соответствующую нулевому уровню производной мощности, а поддержание данного уровня осуществляют путем стабилизации выставленного тока с использованием его контрольных измерений. В случае применений источника питания постоянного тока в виде солнечной батареи, в качестве фиксируемых параметров условий эксплуатации выбирают температуру и освещенность.

Нахождение экстремума мощности с использованием информации об условиях эксплуатации источника питания и его математической модели с последующим уточнением максимума мощности, начиная с

указанной точки, позволяет уменьшить время нахождения экстремума.

Способ состоит в следующем. Предварительно выбирают математическую модель, т.е. математическое описание вольт-амперной характеристики (ВАХ) источника питания постоянного тока, например, солнечной батареи (СБ), исходя из требований заданной точности вычисления,

0 возможности учета изменения параметров ВАХ при различных освещенностях, температуре СБ и в процессе деградации ее элек- трофизических характеристик и др. требований. Эти операции производятся на

5 этапе подготовки к реализации способа. Далее непосредственно перед применением экстремального регулирования измеряют параметры условий эксплуатации источника питания. Например, для СБ измеряют ее

0 температуру и освещенность. Полученные данные используют в качестве исходных данных в уравнениях, описываемых ВАХ СБ для математического определения величины тока, при которой потребляемая от СБ

5 мощность максимальна. Такие операции с помощью вычислительных средств легко реализуются и с достаточной степенью точности. Исходя из рассчитанной величины тока (плотности тока) формируют управляющие

0 сигналы на регулирующие элементы, сразу выводящие потребляемую от СБ мощность в точку экстремума. Начиная с этой точки производят контрольное измерение максимальной мощности по величине производ5 ной ее изменения с целью устранения возможных незначительных уходов рассчитанной точки максимума мощности от фактической с последующим поддержанием значения этой мощности. Указанные опера0 ции необходимо применять каждый раз при значительных изменениях температуры и освещенности СБ.

Таким образом, используя математическую модель СБ, в которой учитываются ре5 альные условия эксплуатации солнечных батарей (основными из них являются: температура, освещенность) и данные об этих реальных условиях эксплуатации, возможно с большим чем у прототипа быстродействием

0 выходить в точку экстремума мощности. При этом, исключение пошагового выхода в указанную точку позволяет также повысить помехоустойчивость устройств, реализующих предлагаемый способ, исключив возмож5 ность реагирования на локальные экстремумы мгновенного значения мощности из-за воздействия помех по цепям питай i и наводок. Возможные в прототипе сбои при реагировании на локальные экстремумы приведут к дополнительным потерям электроэнергии и времени при выходе в точку глобального экстремума мощности.

На фиг.1 изображена схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 - диаграмма, поясняющая его работу.

Устройство содержит солнечную батарею 1, которая через ключевой транзистор 2 и LCD-фильтр, состоящий из замыкающего диода 3, дросселя 4 и конденсатора 5, подсоединена к нагрузке 6. На панелях сол- нечной батареи 1 размещены датчик 7 температуры и датчик 8 освещенности, выходные сигналы которых подаются на первый вход счетно-решающего устройства 9, на второй вход которого подаются сигна- лы по напряжению солнечной батареи 1 и по ее выходному току, снимаемому с токового шунта 10. Эти же сигналы по напряжению и выходному току солнечной батареи 1 подаются на входы умножителя 11. Выход умножителя 11 соединен с входом буфера 12 памяти, выход которого в свою очередь соединен с входом сравнивающего устройства 13. На первый вход устройства 14 управленияподсоединен выход сравнивающего устройства 13, а на второй вход - выход анализатора 14 знака изменения тока, вход которого подсоединен к выходу токового шунта 10. На входы широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 16 подаются сигналы с выходов устройства 14 управления и счетно-решающего устройства 9, а выход ШИМ 16 соединен с входом ключевого транзистора 2.

Устройство работает следующим обра- зом.

В счетно-решающее устройство 9 при его установке записывается математическое описание волы-амперной характеристики солнечной батареи 1. В указанном математическом описании ВАХ учитываются условия эксплуатации СБ 1 - температура и освещенность. При включении устройства в работу на основании информации с датчиков 7,8 температуры и освещенности в счет- но-решающем устройстве производится расчет величины тока (плотности тока), при котором потребляемая от СБ 1 мощность максимальна. Далее на основании информации об этой величине тока счетно-реша- ющее устройство формирует управляющий сигнал на ШИМ 16 сразу задающий такую частоту переключений транзистора 2, что ток через него равен расчетному, например, току (з (фиг.2} для максимума потребляемой от СБ 1 мощности. После этого, используя информацию о напряжении СБ 1, снимаемую с ее выходов, и о токе, снимаемую с токового шунта 10 с какой-то заданной периодичностью, в умножитель 11 получают

фактическую потребляемую мощность СБ 1. При первом замере указанной мощности (в точке 3 на фиг.2) информацию о ее величине записывают в первый регистр (на схеме не показан) буфера 12 памяти, а при втором замере (в точке 4 на фиг.2) эту информацию записывают на второй регистр (на схеме не показан) буфера 12 памяти. Далее в сравнивающем устройстве 13 происходит сравнение информации первого, и второго регистров буфера 12 памяти. Очевидно, что в точке 4 (фиг.2) величина мощности больше, чем в точке 3. Одновременно с этим в анализаторе 15 знака изменения тока происходит сравнение знака изменения тока на предыдущем и настоящем шаге измерения мощности. И если знаки изменения тока не изменились (ток нарастал: до з, от з до Ц), а также, учитывая, что мощность в точке 4 больше чем в точке 3 устройство 14 управления вырабатывает сигнал на увеличение тока нагрузки до значения iy, а информация в буфере 12 памяти переписывается с первого регистра на второй. Далее описанный процесс повторяется, но так как в точке 5 мощность СБ 1 меньше чем в точке 4, а знак изменения тока от 1$. до J5 тот же, что и от Ij до 14, то устройство 14 управления вырабатывает сигнал на уменьшение тока, т.е. на увеличение мощности. Далее процесс повторяется. В результате этого мощность солнечной батареи 1 будет удерживаться между точками 3 и 5 в области одного шага поиска от точки максимума мощности.

Таким образом, предлагаемое устройство, реализующее способ экстремального регулирования мощности, потребляемой от источника питания постоянного тока позволяет уменьшить время нахождения точки экстремума из-за исключения-последовательного движения от точки 0 к точке 1, от точки 1 к точке 2 (фиг.2) и т.д. и повысить помехозащищенность путем непосредственного выхода в рассчитанную точку, например точку 3 экстремума мощности. Формула изобретения 1. Способ экстремального регулирования мощности, потребляемой от источника питания постоянного тока, основанный на определении производной мощности, выявлении и поддержании нулевого уровня производной, соответствующего максимальному значению мощности, отличающий- с я тем, что, с целью уменьшения времени нахождения экстремума, фиксируют параметры, характеризующие условия эксплуатации источника питания, с учетом зафиксированных параметров по математическому описанию вольт-амперной характеристики источника питания рассчитывают и

без промежуточных приближений устанавливают величину тока, соответствующую нулевому уровню производной мощности, а поддержание данного уровня осуществляют путем стабилизации выставленного тока с использованием его контрольных измерений.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что в случае применения источника питания постоянного тока в виде солнечной батареи в качестве фиксируемых параметров условий эксплуатации выбирают температуру и освещенность.

Использование : в источниках вторичного электропитания с небольшим временем нахождения экстремума. Сущность изобретения: первоначально фиксируют параметры, характеризующие условия эксплуатации источника питания постоянного тока (в случае использования солнечной батареи - температуру и освещенность). Далее с учетом зафиксированных параметров по математическому описанию вольт-амперной характеристики источника питания определяют производную мощность, рассчитывают и без промежуточных приближений устанавливают величину тока, соответствующую нулевому уровню производной, который, в свою очередь, соответствует максимальному значению мощности. Нулевой уровень производной поддерживают путем стабилизации выставленного тока с использованием его контрольных измерений. Практическая реализация способа производится с помощью импульсного регулятора напряжения, в состав которого дополнительно введен счетно-решающий узел. 1 з.п. ф-лы. 2 ил. w Ё

Редактор Н.Химчук

It h lff lsi

Фиг. 2

Составитель М.Антипов

Техред М.МоргенталКорректор З.Салко

Фиг.1