专利名称：太阳能电池阵列模拟器适应光伏逆变器的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳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，而使太阳能电池阵列模拟器与光伏逆变器运作的功率-电压曲线达到收敛的控制方法。
背景技术：
太阳能电池阵列可直接将太阳能转换为直流电源，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太阳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/CC/CP/CR Mode等的扰动方式，以下将以CR Mode扰动方式的光伏逆变器及CC Mode控制方式的直流电源供应器为例。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。如图所示，电压-电流曲线图中，Rl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Rl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的斜率大于太阳能电池阵列的电压-电流特性线10的斜率。假设A为工作起始点，当光伏逆变器由第一工作扰动曲线Rl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太阳能电池阵列的电压-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太阳能电池阵列的电压-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Rl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完成太阳能电池阵列模拟功能，进而在功率-电压座标系中模拟出收敛功率-电压曲线20。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。如图所示，电压-电流曲线图中，Rl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Rl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的斜率小于太阳能电池阵列的电压-电流特性线10的斜率。假设A为工作起始点，当光伏逆变器由第一工作扰动曲线Rl扰动至第二工作扰动曲线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太阳能电池阵列的电压-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太阳能电池阵列的电压-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Rl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太阳能电池阵列模拟而失效，进而在功率-电压座标系中，模拟出发散功率-电压曲线30。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太阳能电池阵列过程中，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，模拟会出现失效的问题。
发明内容
本发明所欲解决的技术问题与目的:有鉴于在上述现有技术中，普遍存在可能因为太阳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，模拟会出现失效的问题。缘此，本发明提供一种太阳能电池阵列模拟器适应光伏逆变器的控制方法，通过加入收敛因子的演算调整，而让太阳能电池阵列模拟器与光伏逆变器运作的功率-电压曲线收敛。本发明解决问题的技术手段:本发明为解决现有技术的问题所采用的必要技术手段是提供一种太阳能电池阵列模拟器适应一光伏逆变器的控制方法，该太阳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作起始电流。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。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逼近电压-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。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。本发明对照现有技术的功效:本发明提供一种太阳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，进而模拟出太阳能电池阵列于功率-电压曲线。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
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；图5显示本发明较佳实施例的太阳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I光伏逆变器2太阳能电池阵列模拟器21处理单元22撷取单元23判断单元24运算单元3负载10太阳能电池阵列的电压-电流特性线20收敛功率-电压曲线30发散功率-电压曲线40、40’电压-电流特性曲线50扰动曲线A工作起始点B第一修正点C第二修正点D第三修正点E第四修正点Rl第一工作扰动曲线
R2第二工作扰动曲线Voc开路电压Isc短路电流Vmp最大功率电压Imp最大功率电流Al、Al，电流差异值
具体实施例方式由于本发明所提供的太阳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。请一并参阅图5至图8A，图5显示本发明较佳实施例的太阳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。如图5所示，太阳能电池阵列模拟器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电性连结于太阳能电池阵列模拟器2。
本发明较佳实施例是利用太阳能电池阵列模拟器2来模拟太阳能电池阵列的电压-电流特性曲线，而光伏逆变器I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(CR Mode)扰动方式为例。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I1、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:步骤SlOl: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。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。步骤S103:在第二工作扰动曲线上撷取一第一修正点。步骤S104:在电压-电流特性曲线上撷取一第二修正点。步骤S105:在第二工作扰动曲线上撷取一第三修正点。步骤S106:在电压-电流特性曲线上撷取一第四修正点。步骤S107:判断第四修正点是否落于收敛区间外。步骤S108:撷取一收敛参数值与逼近电压-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。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。
步骤SllO:在第二工作扰动曲线上撷取第一修正点。步骤Slll: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。步骤S112:在第二工作扰动曲线上撷取一第三修正点。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。步骤SI 14: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。上述的功率-电压曲线演算方法中，步骤开始后，太阳能电池阵列模拟器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I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。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SlOl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。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Rl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(Maximum PowerPoint ；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Rl与第二工作扰动曲线R2之间定义为收敛区间(图未示)O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Rl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Ip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，由于太阳能电池阵列模拟器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％。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。撷取单元22撷取完第一修正点B后，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Ip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，由于太阳能电池阵列模拟器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，工作点会由第二修正点C演算至第三修正点D。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。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。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逼近电压-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Δ I且收敛因子定义为μ，即K* Δ I = μ，其中收敛参数值K是为小于I。运算单元24运算完收敛因子μ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Rl与电压-电流特性曲线40’的交会处撷取工作起始点Α，且工作起始点A具有工作起始电流Ii。撷取单元22撷取完工作起始点A后，随即进入步骤SllO在第二工作扰动曲线上撷取第一修正点。其中，由于太阳能电池阵列模拟器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％。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。撷取单元22撷取完第一修正点B后，随即进入步骤Slll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13。第三修正电流I3是由第一修正电流I1与收敛因子μ相加而产生，即I3= L+μ，由于电流差异值ΛΙ是逼近于电压-电流特性曲线40’，电流差异值ΛΙ是为负数使得μ为负数，因此I3经由运算单元24运算后会较I1小。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，由于太阳能电池阵列模拟器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。即因为是定电流模式控制方式，工作点会由第二修正点C演算至第三修正点D。撷取单元22撷取完第三修正点D后，随即进入步骤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。其中，撷取单元22在电压-电流座标系上撷取第四修正点E，而第四修正点E具有第三修正电压V3与一第四修正电流14。第四修正电流I4是由第二修正电流I2与收敛因子μ相加而产生，即I4= I2+μ，由于电流差异值Λ I是逼近于电压-电流特性曲线40’，电流差异值Al’是为正数使得μ为正数，因此I4经由运算单元24运算后会较I2大。撷取单元22撷取完第四修正点E后，随即进行步骤S107判断第四修正点是否落于收敛区间外。其中，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判断第四修正点是落于区间内的话，随即进行步骤S114在第四修正点落于收敛区间内时，撷取第三修正电压与第四修正电流，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是撷取第三修正电压V3与第四修正电流I4，藉以在功率-电压座标系上标记一收敛数据点。在标记完收敛数据点后，接着重复执行上述的功率-电压曲线演算方法并且标记多个收敛数据点后，即可模拟出收敛的功率-电压曲线而不会有发散的问题。值得一提的是，若第一次通过收敛因子运算仍无法演算出收敛的功率-电压曲线的话，是将收敛参数值调整变小，例如是0.8、0.5及0.3渐渐变小来演算使功率-电压曲线收敛。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种太阳能电池阵列模拟器适应一光伏逆变器的控制方法，该太阳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: (a)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； (b)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； (C)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； (d)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该第一修正电压与一第一修正电流； (e)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； (f)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； (g)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逼近该电压-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； (i)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； (j)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； (k)在该电压-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； (I)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所述的太阳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(η)，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，藉以在该太阳能电池阵列模拟器与该光伏逆变器运作的一功率-电压座标系上标记一收敛数据点。
3.根据权利要求2所述的太阳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所述的太阳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所述的太阳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所述的太阳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所述的太阳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， 该收敛参数值为小于I。
全文摘要
一种太阳能电池阵列模拟器适应光伏逆变器的控制方法，太阳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。
文档编号G01R31/26GK103199721SQ20121001200
公开日2013年7月10日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者蔡志明, 刘利伟, 黄俊渊, 胡国柱 申请人:致茂电子(苏州)有限公司