最大功率点跟踪转换器以及最大功率点跟踪方法

专利名称：最大功率点跟踪转换器以及最大功率点跟踪方法
技术领域：
示例性实施例涉及一种新能源及可再生能源存储系统的最大功率跟踪(MPPT， Maximum Power Tracking)MPPT 力夕去。
背景技术：
一般来讲，由于新能源以及可再生能源存储系统(比如太阳能电池或风力发电 厂)功率效率低，因此，功率提取器有必要控制ΜΡΡΤ，从而可从新能源及可再生能源提取最 大功率。

发明内容
本发明的示例性实施例提供了一种新能源及再生能源存储系统的改进的MPPT转 换器和改进的MPPT方法。本发明的示例性实施例还提供了如下所述的一种新能源及再生能源存储系统的 改进的MPPT转换器及改进的MPPT方法，所述MPPT转换器及MPPT方法通过使用新能源及 再生能源(比如太阳能电池)的电流斜率可进行快速准确的MPPT。本发明的示例性实施例还提供了如下所述的一种新能源及再生能源存储系统的 MPPT转换器及其MPPT方法，所述MPPT转换器及MPPT方法在新能源及再生能源(比如太阳 能电池)的电流斜率不在预定范围内时可将控制变量变化设置地相对大而可进行快速准 确的MPPT。本发明的示例性实施例还提供了如下所述的一种新能源及再生能源存储系统的 MPPT转换器及其MPPT方法，所述MPPT转换器及MPPT方法在新能源及再生能源(比如太阳 能电池)的电流斜率在预定范围内时可将控制变量变化设置地相对小而可进行快速准确 的 MPPT。根据本发明实施例的一方面，提供了一种新能源及再生能源存储系统的最大功率 点跟踪(MPPT)转换器，所述MPPT转换器跟踪最大功率，并从新能源及再生能源提取最大功 率以向DC链路提供最大功率。所述MPPT转换器包括ΜΡΡΤ控制器，与新能源及再生能源 的电流斜率成比例地改变用于最大功率点提取的控制变量；MPPT提取器，响应于MPPT控制 器的控制，从新能源及再生能源提取最大功率，并转换提取的最大功率。如果电流斜率不在 预定电流斜率范围内，则将控制变量变化被设置为大的值；如果电流斜率在预定电流斜率 范围内，则将控制变量变化设置为小的值。所述预定电流斜率范围可以是基于与预定最大功率点相应的电流斜率的大约 士 至大约士20%。所述预定电流斜率范围可以是基于与预定最大功率点相应的电流斜率的大约 士5%至大约士 10%。所述MPPT控制器可包括电流斜率范围设置单元，设置作为用于确定控制变量变 化的参考的预定电流斜率范围；电流斜率比较单元，将新能源及再生能源的预定电流斜率与电流斜率范围相比较；控制变量设置单元，当电流斜率在电流斜率范围内时，将控制变量 变化设置为小的值。 当电流斜率不在预定电流斜率范围内时，所述控制变量变化可被设置为大的值。所述MPPT控制器可包括功率计算单元，使用从新能源及再生能源提供的输入电 压和输入电流来计算当前功率；功率比较单元，将从功率计算单元提供的当前功率与预先 存储的功率相比较。控制变量设置单元使用从电流斜率比较单元和功率比较单元提供的输 出信号来设置控制变量。脉冲宽度调制(PWM)控制单元可被电连接到控制变量设置单元。栅极信号产生单 元可被电连接到PWM控制单元。所述MPPT提取器可被栅极信号产生单元提供的栅极信号 控制。MPPT提取器可以是非绝缘DC-DC转换器。MPPT提取器可以是绝缘DC-DC转换器。新能源及再生能源可以是从太阳能电池获得的能源。可通过提供一种新能源及再生能源存储系统的MPPT方法来实现上述和其他特征 和优点中的至少一个。所述方法包括感测从新能源及再生能源提供的输入电流和输入电 压；从输入电流计算电流斜率；确定计算的电流斜率是否在预定电流斜率范围内；当计算 的电流斜率在预定的电流斜率范围内时，将控制变量变化设置为相对小的值，其中，所述控 制变量变化被用于从新能源及再生能源的最大功率提取；当计算的电流斜率不在预定电流 斜率范围内时，将控制变量变设置为相对大的值。控制变量变化用于从新能源及再生能源 的最大功率提取。所述预定电流斜率范围可以是与预定最大功率点相应的电流斜率的大约士 至 大约士20%。所述预定电流斜率范围可以是与预定最大功率点相应的电流斜率的大约士5%至 大约士 10%。在将控制变量变化设置为相对大的值之后，所述方法还可包括确定当前感测的 电流值是否等于或大于与预定最大功率点相应的电流值。如果当前感测的电流值等于或大 于与预定最大功率点相应的电流值，则通过将控制变量变化与先前控制变量相加来设置当 前控制变量。如果当前感测的电流值小于与预定最大功率点相应的电流值，则通过从先前 控制变量减去控制变量变化来设置当前控制变量。在将控制变量变化设置为相对小的值之后，所述方法还可包括确定当前功率是 否等于或大于先前功率。如果当前功率等于或大于先前功率，并且控制变量变化的方向等 于或大于0，则通过将控制变量变化与先前控制变量相加来设置当前控制变量。如果当前功 率等于或大于先前功率，并且控制变量变化的方向小于0，则通过从先前控制变量减去控制 变量变化来设置当前控制变量。在将控制变量变化设置为相对小的值之后，所述方法还可包括确定当前功率是 否等于或大于先前功率。如果当前功率小于先前功率，并且控制变量变化的方向等于或小 于0，则通过从先前控制变量减去控制变量变化来设置当前控制变量。如果当前功率小于先 前功率，并且控制变量变化的方向大于0，则通过将控制变量变化与先前控制变量相加来设 置当前控制变量。
新能源及再生能源可以是从太阳能电池获得的能源。


通过参考结合附图考虑的下面的详细描述，本发明的更完整的认识以及很多伴随 的优点将被更好地理解，这种认识和优点将更加显然，在附图中，相同的标号表示相同或相 似的部件，其中图1是示出根据本发明的原理被构造为实施例的新能源及再生能源存储系统的 框图；图2是示出根据本发明的原理被构造为实施例的新能源及再生能源存储系统的 MPPT转换器的框图；图3是示出根据本发明的原理被构造为实施例的图2的MPPT转换器的电路图；图4是示出根据本发明的原理被构造为另一实施例的图2的MPPT转换器的电路 图；图5A至图5C是分别示出关于太阳能电池的电流、电压和功率的特性曲线的曲线 图；图6A是示出根据本发明的原理被构造为实施例的根据电流斜率确定的控制变量 变化的曲线图；图6B是示出根据本发明的原理被构造为另一实施例的根据电流斜率确定的控制 变量变化的曲线图；图6C是示出根据本发明的原理被构造为另一实施例的根据电流斜率确定的控制 变量变化的曲线图；图7是示出根据本发明的原理被构造为实施例的新能源及再生能源存储系统的 MPPT方法的流程图。
具体实施例方式对于一个示例，可被用于从太阳能电池供电系统提取最大功率的最大功率点(作 为工作点)在很大程度上可根据太阳辐射和表面温度而变化，并且通过负载条件而被确 定。因此，为了从太阳能电池供电系统提取最大功率，需要控制工作点以跟踪最大功率点。 因为控制工作点跟踪最大功率的MPPT提取器直接影响太阳能电池供电系统的功率产生， 所以MPPT提取器非常重要。下面，将参照附图来详细描述本发明的优选实施例，从而本领域的技术人员容易 地实现本发明。这里，相同的标号表示具有相似结构和操作的相同部件。另外，当一部分被电连接 到另一部分时，所述一部分可直接连接到所述另一部分，或者可在所述一部分和所述另一 部分中间存在第三部分。图1是示出根据本发明的新能源及再生能源存储系统的框图。如图1所示，新能源及再生能源存储系统100包括新能源及再生能源110、最大功 率点跟踪(MPPT)转换器120、直流(DC)链路130、双向逆变器140、负载150、系统连接器 160、供电系统170、电池180、电池监控系统190、双向转换器200和集成控制器210。
新能源及再生能源110表示包括太阳、风、水、地热的能源。更详细地讲，新能源及 再生能源110可以是从太阳能电池、风力发电机及其等同物所获得的电功率。在下面的描 述中，从太阳能电池获得的电功率用作新能源及再生能源110。MPPT转换器120从新能源及再生能源110提取作为DC功率的最大功率，并将提 取的最大功率转换为另一电平的DC功率并将其输出。例如，太阳能电池的输出根据太阳辐 射和表面温度而非线性地改变。这种现象是太阳能电池的功率效率降低的主要因素。MPPT 转换器120允许太阳能电池的工作点总工作在最大功率点。工作点根据太阳能电池的太阳 辐射量及表面温度而非线性地改变。此外，提取的最大功率被转换为另一电平的DC功率， 然后被提供给DC链路130。DC链路130临时存储从MPPT转换器120提供的DC功率。DC链路130实质上可 以是大容量的电容器。因此，DC链路130通过从MPPT转换器120提供的DC功率中去除AC 分量来临时存储稳定的DC功率。此外，DC链路130稳定从双向逆变器140或者双向转换 器200提供的DC功率，然后临时存储DC功率。双向逆变器140将从DC链路130提供的DC功率转换为商用AC功率，并输出转换 的商用AC功率。实质上，双向逆变器140将新能源及再生能源110或电池180的DC电压转 换为家庭中使用的商用AC电压，然后输出转换的商用AC电压。另外，双向逆变器140将从 供电系统170提供的商用AC电压转换为DC功率，并将转换的DC功率提供为DC链路130。 当然，通过双向转换器200将DC链路130中存储的功率源提供给电池180。负载150可以是使用商用AC电压的家庭或者工业设备。负载150从新能源及再 生能源110、电池180或供电系统170接收商用AC电压。系统连接器160将双向逆变器140与供电系统170连接。例如，系统连接器160 调节电压变化范围，抑制高频，并去除DC分量以将双向逆变器140的AC功率提供给供电系 统170，或者将供电系统170的AC功率提供给双向逆变器140。电力系统170是从电力公司或发电公司提供的AC供电系统。例如电力系统170 是包括电厂、变电站和电力传输线的广泛区域中的电连接。该电力系统170通常可被称作 电网。电池180可以为可充放电的蓄电池。例如，电池180可以是锂离子电池、锂聚合物 电池及其等同物，这并不限制电池的种类。电池监控系统190最优地保持和管理电池180的状态。例如，电池监控系统190 监控电池180的电压、电流和温度，并且当异常情况出现时警告用户。此外，电池监控系统 190计算电池180的荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)，执行电池(cell)平衡以允许每个 电池的电压或容量相等，并控制冷却扇(未示出)以防止电池180的过热。双向转换器200将来自新能源及再生能源110的DC功率转换为适合于电池180 的另一电平的DC功率。相反，双向转换器200将电池180的DC功率转换为适合于DC链路 130的另一电平的DC功率。双向转换器200可以是单一结构，或者可以是非绝缘型或者是 绝缘型。集成控制器210监控并控制MPPT转换器120、双向逆变器140、系统连接器160和 双向转换器200。此外，集成控制器210与电池监控系统190进行通信以进行监控。实质 上，集成控制器210感测MPPT转换器120、双向逆变器140、系统连接器160和双向转换器200中的每一个的电压、电流和温度，并控制MPPT转换器120、双向逆变器140、系统连接器 160和双向转换器200。此外，集成控制器210操作安装在负载150和系统连接器160之间 的断路器155。图2是示出根据本发明原理被构造为一个实施例的新能源及再生能源存储系统 的MPPT转换器的框图。如图2所示，新能源及再生能源存储系统的MPPT转换器120被安装在新能源及再 生能源110、DC链路130和双向转换器200之间。MPPT转换器120跟踪新能源及再生能源 110的作为DC功率的最大功率，并将跟踪的DC功率转换为另一电平的DC功率，然后将所述 另一电平的DC功率提供给DC链路130和双向转换器200。此外，MPPT转换器120包括最 大功率点跟踪控制器(MPPT控制器)121和最大功率点提取器(MPPT提取器)122。最大功率点跟踪控制器121实质上感测新能源及再生能源110的电压和电流。而 且，MPPT控制器121计算感测的电流的斜率(即，电流斜率)，并改变控制变量以提取与电 流的斜率成比例的最大功率。实质上，如果电流的斜率不在预定电流斜率范围内，则MPPT 控制器121将控制变量变化设置地相对大。另外，如果电流的斜率在预定电流斜率的范围 内，则MPPT控制器121实质上将控制变量变化设置地相对小。在本说明书和权利要求书中， 电流斜率表示电流变化除以相应时间变化的比。另外，在本说明书和权利要求书中，控制变 量变化表示控制变量的改变。更详细地讲，如果电流的斜率不在预定电流斜率范围内，则MPPT控制器121将控 制变量变化设置地相对大。因此，新能源及再生能源110的工作点可快速移动到最大功率 点附近。另外，如果电流的斜率在预定电流斜率范围内，则M PPT控制器121将控制变量变 化设置地相对小。因此，新能源及再生能源110的工作点可精确地移动到最大工作点。下 面将更详细地描述这些操作。MPPT提取器122响应于MPPT控制器121的控制信号从新能源及再生能源110提 取作为DC功率的最大功率，将提取的DC功率转换为另一电平的DC功率，并将该另一电平 的DC功率提供给DC链路130。所述MPPT提取器122可以是低成本的非绝缘DC-DC转换 器，或者是昂贵的绝缘DC-DC转换器，但这并不限制本发明中的MPPT 122的种类。图3是根据本发明原理被构造为示例性实施例的图2的MPPT转换器的电路图。如图3所示，MPPT控制器121包括功率计算单元121a、功率比较单元121b、电流 斜率范围设置单元121c、电流斜率比较单元121d、控制变量设置单元121e、脉冲宽度调制 (PWM)控制单元121f和栅极信号产生单元121g。当然，MPPT控制器121还可包括其他部 件，但是这里只示出了与本发明相关的部件。功率计算单元121a通过电流传感器12 从新能源及再生能源110接收输入电流 值，并通过电压传感器122b从新能源及再生能源110接收输入电压值。因此，功率计算单 元121a通过将输入电流值和输入电压值相乘来计算当前功率值。下面，电流、电压和功率 分别表示电流值、电压值和功率值。功率比较单元121b存储先前功率，并将先前功率与计算的当前功率进行比较，然 后计算它们的差。另外，当前斜率范围设置单元121c，例如，设置和存储基于与最大功率点相应的电流斜率的大约士 至大约士 10%的电流斜率范围。更优选地，电流斜率范围设置单元 121c设置和存储基于与最大功率点相应的电流斜率的大约士5%至大约士 10%的电流斜 率范围。当然，由用户执行电流斜率范围的设置。因此，可根据装置环境来改变电流斜率范 围。电流斜率比较单元121d计算通过电流传感器12 输入的电流的斜率，然后确定 计算的电流斜率是否在电流斜率范围设置单元121c中存储的电流斜率范围之内。例如， 电流斜率比较单元121d确定计算的电流斜率是否在基于与预定最大功率点相应的电流斜 率的大约士 至大约士20%的电流斜率范围内。对于另一示例，当前斜率比较单元121d 确定计算的电流斜率是否在基于与预定最大功率点相应的电流斜率的大约士5%至大约 士 10%的电流斜率范围内。控制变量设置单元121e使用从功率比较单元121b和电流斜率比较单元121d提 供的信号设置将被提供给PWM控制单元121f的控制变量。例如，如果电流斜率不在所述预 定范围内，则控制变量设置单元121e确定新能源及再生能源110的工作点远离最大功率 点，因此选择相对大的控制变量变化，然后将该相对大的控制变量变化输出到PWM控制单 元121f。对于另一示例，如果电流斜率在所述预定范围内，则控制变量设置单元121e确定 新能源及再生能源110的工作点接近最大功率点，因此选择相对小的控制变量变化，然后 将该相对小的控制变量变化输出到PWM控制单元121f。PWM控制单元12If将根据来自控制变量设置单元12Ie的控制变量确定的PWM信 号提供给栅极信号产生单元121g。这里，从控制变量设置单元121e提供的控制变量可以是 用于PWM控制的脉冲信号的占空比。也就是说，控制变量可以是输出的正弦波信号的振幅 与输入的载波信号的振幅的比。当然，输出电流传感器122c提供的输出电流I。ut被反馈到 PWM控制单元121f并对其进行控制。栅极信号产生单元121g将预定频率的栅极信号提供给在MPPT提取器122中配备 的开关晶体管Ql的栅极。另外，MPPT提取器122可以是低成本的非绝缘DC-DC转换器。例如，MPPT提取器 122包括第一电容器Cl、二极管D、第二电容器C2和开关晶体管Q1。第一电容器Cl并联至 新能源及再生能源110的正极和负极，并且具有与新能源及再生能源110的电压一样的电 势差。电感器L与第一电容器Cl串联并存储能量。二极管D与电感器L串联，并执行半波 整流。第二电容器C2与新能源及再生能源110并联，并去除AC分量。在开关晶体管Ql中， 其漏极连接至电感器L和二极管D之间的节点Ni，其源极连接至第一电容器Cl和第二电容 器C2之间的节点N2，其栅极连接至栅极信号产生单元121g。当然，对本领域的技术人员来 说，显然的是，除了上述电路装置之外还可包括其他电路装置，以提高最大功率提取效率。MPPT提取器122的开关晶体管Ql使用MPPT控制器121提供的具有预定频率的 信号(即，栅极信号产生单元121g的栅极信号)来导通或截止。因此，新能源及再生能源 110的能量通过电感器L、二极管D和第二电容C2被转换为另一电平的DC功率，然后转换 的DC功率被传送到DC链路130和双向转换器200。图4是示出根据本发明原理的被构造为另一示例性实施例的图2的MPPT转换器 的电路图。如图4所示，MPPT转换器220的MPPT提取器222可以是昂贵的绝缘DC-DC转换器。例如，MPPT提取器222包括电容器C、四个开关晶体管Ql至Q4、四个二极管Dl至D4、 变压器T和电感器L。电容器C并联至新能源及再生能源110的正极和负极，并且具有与 新能源及再生能源110的电压相同的电势差。所述四个开关晶体管Ql至Q4与电容器C并 联，使用具有预定频率的信号而导通或截止。所述四个二极管Dl至D4与电容器C并联以 执行波形整流。在变压器T中，其第一缠绕线圈nl连接至开关晶体管Ql至Q4，第二缠绕线 圈n2连接至四个二极管Dl至D4。电感器L与二极管Dl至D4串联。当然，对本领域的技 术人员显然的是，除了上述电路装置之外，还可包括其他电路装置，以提高最大功率提取效 率。使用MPPT控制器222提供的具有预定频率的信号(即栅极信号产生单元221g的 栅极信号)，MPPT提取器222的开关晶体管Ql至Q4导通或截止。因此，新能源及再生能源 110的能量通过电感器L和二极管D被转换为另一电平的DC功率，然后转换的DC功率被再 次传送到DC链路130和双向转换器200。图5A至图5C是分别示出关于太阳能电池的电流、电压和功率的特性曲线的曲线 图。如图5A所示，X轴表示按秒(s或sec)测量的时间，Y轴表示从太阳能电池输出的 按安培㈧测量的电流。当太阳能电池工作时，首先输出预定值的电流(大约15A)，但是太 阳能电池的输出电流随着时间流逝逐渐减小。也就是说，当过去大约0. 15秒时，太阳能电 池的输出电流减小；当过去大约0. 27秒时，太阳能电池的输出电流变成大约OA。另外，在图5A中，Si、S2和S3表示电流斜率。在本说明书和权利要求书中，电流 斜率表示电流变化除以相应时间变化的比。这里，电流斜率Sl主要位于基于预定电流斜率
IsI范围的曲线的左边。电流斜率S2主要位于预定电流斜率IisI范围内。电流斜率S3主 要位于基于预定电流斜率IisI范围的曲线的右边。当然，si、s2和S3的电流斜率角按Si、 S2和S3的顺序增加。而且，如图5A所示，If表示与最大功率点相应的电流，电流斜率Ils 范围是在最大功率点附近设置的值。如图5B所示，X轴表示按秒(S)测量的时间，Y轴表示从太阳能电池输出的按伏特 (V)测量的电压。当太阳能电池工作时，太阳能电池的输出电压随着时间流逝而逐渐增力口。 也就是说，在太阳能电池中，初始输出电压是0V，在过去大约0. 21秒之后，输出电压变成大 约250V。另外，即使在过去0. 21秒之后，输出电压继续增加。如图5C所示，X轴表示按秒(S)测量的时间，Y轴表示作为电流和电压的乘积的按 千瓦特(Kwh)测量的功率。当太阳能电池工作时，太阳能电池的功率随着时间流逝而逐渐 增加，并且当电流经过最大功率点It时，太阳能电池的功率减小。也就是说，在太阳能电池 中，初始输出电压是OKwh，在过去大约0. 21秒之后，输出功率变成大约3100Kwh。另外，在 过去大约0. 21秒之后，输出功率不断减小。根据太阳能电池的上述特性，可以得知，太阳能电池的工作点需要对应于最大功 率点。尤其是，可以得知，在预定电流斜率的区间提取不到所述最大功率点。因此，本发明需要提前设置与最大功率点相应的电流斜率范围。也就是说，本发明 设置与预定最大功率点相应的大约士 至大约士20%的电流斜率范围。更优选地，本发 明设置基于与预定最大功率点相应的电流斜率的大约士5%至大约士 10%的电流斜率范 围。另外，本发明定义与最大功率点相应的电流值为If。
如上所述，如果电流斜率不在预定电流斜率|IS|范围(例如，图5A至图5C中的X 轴的0. 19秒至0. 22秒的区间，或者电流斜率S2的相邻区间)内，则本发明通过将控制变 量变化设置为相对大来允许新能源及再生能源的工作点快速达到最大功率点附近以便于 最大功率点提取。另外，如上所述，如果电流斜率在预定电流斜率|IS|范围(例如，图5A至图5C中 的X轴的0. 19秒至0. 22秒的区间，或者电流斜率S2的相邻区间)内，则本发明通过将控 制变量变化设置为相对小来允许新能源及再生能源的工作点准确达到最大功率点附近以 便于最大功率点提取。图6A至图6C是示出根据电流斜率的控制变量变化的曲线。在图6A至图6C中，X轴是电流斜率，Y轴是控制变量变化。这里，控制变量变化 (即0至10)只是用于理解本发明的一个示例，此外，其数字值不会限制本发明。如图6A所示，作为根据本发明的原理的实施例，控制变量变化可被设置为两个 值。例如，当电流斜率在Sl或S3的范围内时，选择相对大的控制变量变化C_High (例如 10)；当电流斜率在S2的范围内时，选择相对小的控制变量变化C_Low(例如2)。实质上， 在最大功率点附近选择该小的控制变量变化。例如，可在基于最大功率点的电流斜率的大 约士5%至大约士 10%的电流斜率范围内选择相对小的控制变量变化C_Low。如图6B所示，作为根据本发明原理的另一实施例，控制变量变化可被设置为步进 形式值。例如，当电流斜率在Sl或S3范围内时，选择相对大的控制变量变化C_High (例如 10)；当电流斜率在Sl和S2之间或者在S2和S3之间时，选择相对中间的控制变量变化C_ mid (例如6)，当电流斜率在S2的范围内时，选择相对小的控制变量变化C_Low (例如2)。实 质上，在最大功率点附近选择该最小的控制变量变化C_Low。例如，在基于最大功率点的电 流斜率的大约士5%至大约士 10%的电流斜率范围内选择相对小的控制变量变化C_Low。如图6C所示，根据本发明原理的另一实施例，控制变量变化可被设置成斜率形式 值。例如，当电流斜率在S2的范围内时，选择相对小的控制变量变化C_Low(例如2)。而 且，如果电流斜率达到Sl至S3(即，不在S2内)，则逐渐选择较大的控制变量变化。当然， 当电流斜率是Sl或S3时，选择相对大的控制变量变化C_High (例如10)。图7是示出根据本发明另一实施例的新能源及再生能源存储系统的MPPT方法的 流程图。如图7所示，新能源及再生能源存储系统的MPPT方法包括在操作Si，感测电流 和电压；在操作S2，计算电流斜率；在操作S3，将计算的测量的电流的斜率与预定电流斜率 范围相比较；在操作S4，当测量的电流的斜率不在预定电流斜率范围内时，选择相对大的 控制变量变化；在操作S5，将最大功率点的电流与当前电流相比较；在操作S6和S7，使用 相对大的控制变量变化增加或减小控制变量。另外，本发明还包括在操作S8,当在操作S3之后，测量的电流的斜率在预定电流 斜率范围内时，选择相对小的控制变量变化；在操作S9，比较当前功率和先前功率；在操作 SlO和S11，确定控制变量变化的方向；在操作S12和S13，使用相对小的控制变量变化增加 或减小控制变量。在操作Sl感测电流和电压的过程中，电流传感器12 和电压传感器122b感测从 新能源及再生能源110供应的输入电流Iin和输入电压vin。
在操作S2计算电流斜率的过程中，电流斜率比较单元121d使用电流传感器12 感测的电流来计算电流斜率Is。然而，这个操作并不限制本发明。也就是说，还可包括另外 的电流斜率计算单元。在操作S3将计算的测量的电流的斜率与预定电流斜率范围相比较的过程中，确 定计算的电流斜率Is是否在预定电流斜率范围IisI内。这里，所述预定电流斜率范围I IsI可以是与预定最大功率点相应的电流斜率的大 约士 至大约士20%。更优选地，所述预定电流斜率范围IlsI可以是与预定最大功率点 相应的电流斜率的大约士5%至大约士 10%。提前设置电流斜率范围IIsI的原因在于可 在该范围内快速准确地找到最大功率点。也就是说，当电流斜率范围IisI被设置为小于大 约士 至大约士 10%时，MPPT转换器可能找不到最大功率点。也就是说，例如在图5A至 图5C中，由于工作点以相对大的控制变量变化移动，因此，使用最大功率点作为中心，工作 点从左向右移动或者从右向左移动。另外，当电流斜率范围IIsI超过大约士 10%或大约 士 20%时，MPPT转换器可需要花长时间来找到最大功率点。也就是说，例如在图5A至图5C 中，由于工作点在远离最大功率点的距离以相对小的控制变量变化移动，工作点到达最大 功率点将需要花长时间。而且，如果计算的电流斜率Is在预定电流斜率范围IlsI中，则执行用于选择相对 大的控制变量变化c_high的操作S4。也就是说，控制变量变化△ C被确定为等于C_high。在用于将最大功率点的电流与当前电流进行比较的操作S5，将在预定最大功率点 的电流If与当前感测的电流I。进行比较。根据比较结果，如果当前感测的电流I。等于或大于在预定最大功率点的电流If， 使用相对大的控制变量变化c_high来执行用于增加当前控制变量的操作S6。也就是说，通 过将控制变量变化Δ C与先前控制变量Cp相加来设置当前控制变量C。。相反，根据比较结果，如果当前感测的电流I。小于在预定最大功率点的电流If，使 用相对大的控制变量变化c_high来执行用于减小当前控制变量的操作S7。也就是说，通过 从先前控制变量Cp减去控制变量变化Δ C来设置当前控制变量C。。在用于确定计算的电流的斜率范围的操作S3，如果确定计算的电流斜率Is在预定 电流斜率范围IIsI内，则执行操作S8。例如，如果计算的电流斜率Is在与预定最大功率点 相应的电流斜率If的大约士 1 %至大约士 20 %内，或者如果计算的电流斜率Is在与预定最 大功率点相应的电流斜率If的大约士5%至大约士 10%内，则执行用于选择相对小的控制 变量的操作S8。也就是说，确定控制变量变化AC等于C_low。接下来，执行用于将当前功率与先前功率进行比较的操作S9。也就是说，功率计算 单元121a使用电流传感器12 和电压传感器122b感测的信息来计算当前功率P。。此外， 存储先前功率Pp的值的功率比较单元121b将当前功率P。与先前功率Pp进行比较。如果确定当前功率P。大于先前功率Pp，则执行用于确定控制变量变化的方向D的 操作S10。在本说明书和权利要求书中，控制变量变化的方向D表示通过从当前控制变量减 去先前控制变量获得的值。假定在功率比较单元121b中存储控制变量变化的方向D。也就 是说，可在另外的存储器中存储先前功率Pp和控制变量变化的方向D。如果预先存储的控制变量变化的方向D等于或大于0，则执行用于通过将相对小 的控制变量变化C_low与先前控制变量相加来计算当前控制变量的操作S12。也就是说，通过将控制变量变化Δ C与先前控制变量Cp相加来设置当前控制变量Ce。这里，控制变量变 化AC等于C_low。相反，如果预先存储的控制变量变化的方向D小于0，则执行用于通过从先前控制 变量减去相对小的控制变量变化C_low来计算当前控制变量的操作S13。也就是说，通过从 先前控制变量Cp减去控制变量变化Δ C来设置当前控制变量Ce。同样，控制变量变化AC 等于C_low。另外，如果确定当前功率Pc小于先前功率Pp，则以相同的方式来执行用于确定控 制变量变化的方向D的操作Sl 1。如果预先存储的控制变量变化的方向D等于或小于0，则执行用于通过从先前控 制变量减去相对小的控制变量变化C_low计算当前控制变量的操作S13。也就是说，通过从 先前控制变量Cp减去控制变量变化Δ C来设置当前控制变量Ce。这里，控制变量变化AC 等于C_low。相反，如果预先存储的控制变量变化的方向D大于0，则执行用于通过将相对小的 控制变量变化C_low与先前控制变量相加来计算当前控制变量的操作S12。也就是说，通过 将控制变量变化Δ C与先前控制变量Cp相加来设置当前控制变量Ce。这里，控制变量变化 Δ C 等于 C_low。接下来，在操作S14，先前功率Pp被当前功率Pc所替代，并被存储，在操作S15，通 过从当前控制变量Cc减去先前控制变量Cp来确定控制变量变化的方向D，并将其存储。在 本说明书和权利要求书中，控制变量变化的方向D表示通过从当前控制变量Cc减去先前控 制变量Cp获得的值。然后，在操作S16，先前控制变量Cp被确定为等于当前控制变量Ce， 最后被存储。如这里所提到的，控制变量变化的方向和控制变量可被存储在另外的存储器 中。另外，根据本发明在图6A中描述被划分为相对大的值C_high和相对小的值C_low 的控制变量变化，但是，这并不限制本发明。例如，本发明可按可如图6B所示的步进形式或 图6C所示的斜率形式来划分控制变量变化，从而可跟踪最大功率点。根据本发明的实施例，提供了如下所述的一种新能源及再生能源存储系统的MPPT 转换器及其MPPT方法，所述MPPT转换器及MPPT方法通过在MPPT中使用新能源及再生能 源(比如太阳能电池)的电流斜率可进行快速准确的MPPT。根据本发明的实施例，提供了如下所述的一种新能源及再生能源存储系统的MPPT 转换器及其MPPT方法，所述MPPT转换器及MPPT方法在新能源及再生能源(比如太阳能 电池)的电流斜率不在预定范围内时可将控制变量变化设置地相对大来进行快速准确的 MPPT0根据本发明的实施例，提供了如下所述的一种新能源及再生能源存储系统的MPPT 转换器及其MPPT方法，所述MPPT转换器及MPPT方法在新能源及再生能源(比如太阳能电 池)的电流斜率在预定范围内时可将控制变量变化设置地相对小来进行快速准确的MPPT。这里已经公开示例性实施例，尽管采用了特定术语，但是这些术语只被用作并解 释为普通和描述的意义，而不是为了限制。因此，本领域的技术人员应该理解，在不脱离由 权利要求所阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。
权利要求
1.一种新能源及再生能源存储系统的最大功率点跟踪MPPT转换器，所述MPPT转换器 跟踪最大功率，并从新能源及再生能源提取最大功率以向DC链路提供最大功率，所述MPPT 转换器包括MPPT控制器，与新能源及再生能源的电流斜率成比例地改变用于最大功率点提取的控 制变量，其中，当电流斜率不在预定电流斜率范围内时，将控制变量变化设置为大的值，当 电流斜率在预定电流斜率范围内时，将控制变量变化设置为小的值；MPPT提取器，响应于MPPT控制器的控制，从新能源及再生能源提取最大功率，并转换 提取的最大功率。
2.如权利要求1所述的MPPT转换器，其中，所述预定电流斜率范围是基于与预定最大 功率点相应的电流斜率的大约士 至大约士20%。
3.如权利要求1所述的MPPT转换器，其中，所述预定电流斜率范围是基于与预定最大 功率点相应的电流斜率的大约士5%至大约士 10%。
4.如权利要求1所述的MPPT转换器，其中，所述MPPT控制器包括电流斜率范围设置单元，设置作为用于确定控制变量变化的参考的预定电流斜率范围；电流斜率比较单元，将新能源及再生能源的电流斜率与预定电流斜率范围相比较； 控制变量设置单元，当电流斜率在预定电流斜率范围内时，将控制变量变化设置为小 的值。
5.如权利要求4所述的MPPT转换器，其中，当电流斜率不在预定电流斜率范围内时，所 述控制变量变化被设置为大的值。
6.如权利要求4所述的MPPT转换器，其中，所述MPPT控制器包括功率计算单元，使用从新能源及再生能源提供的输入电压和输入电流来计算当前功率；功率比较单元，将从功率计算单元提供的当前功率与预先存储的功率相比较； 其中，控制变量设置单元使用从电流斜率比较单元和功率比较单元提供的输出信号来 设置控制变量。
7.如权利要求4所述的MPPT转换器，其中，MPPT控制器包括 脉冲宽度调制PWM控制单元，电连接到控制变量设置单元； 栅极信号产生单元，电连接到PWM控制单元；MPPT提取器被栅极信号产生单元提供的栅极信号控制。
8.如权利要求1所述的MPPT转换器，其中，MPPT提取器是非绝缘DC-DC转换器。
9.如权利要求1所述的MPPT转换器，其中，MPPT提取器是绝缘DC-DC转换器。
10.如权利要求1所述的MPPT转换器，其中，新能源及再生能源是从太阳能电池获得的 能源。
11.一种新能源及再生能源存储系统的最大功率点跟踪MPPT方法，所述方法包括 感测从新能源及再生能源提供的输入电流和输入电压；从输入电流计算电流斜率；确定计算的电流斜率是否在预定电流斜率范围内；当计算的电流斜率在预定的电流斜率范围内时，将控制变量变化设置为相对小的值，其中，所述控制变量变化被用于从新能源及再生能源的最大功率提取；当计算的电流斜率 不在预定电流斜率范围内时，将控制变量变设置为相对大的值。
12.如权利要求11所述的MPPT方法，其中，所述预定电流斜率范围是与预定最大功率 点相应的电流斜率的大约士 至大约士20%。
13.如权利要求11所述的MPPT方法，其中，所述预定电流斜率范围是与预定最大功率 点相应的电流斜率的大约士5%至大约士 10%。
14.如权利要求11所述的MPPT方法，其中，在将控制变量变化设置为相对大的值之后， 还包括确定当前感测的电流值是否等于或大于与预定最大功率点相应的电流值； 如果当前感测的电流值等于或大于与预定最大功率点相应的电流值，则通过将控制变 量变化与先前控制变量相加来设置当前控制变量。
15.如权利要求11所述的MPPT方法，其中，在将控制变量变化设置为相对大的值之后， 还包括确定当前感测的电流值是否等于或大于与预定最大功率点相应的电流值； 如果当前感测的电流值小于与预定最大功率点相应的电流值，则通过从先前控制变量 减去控制变量变化来设置当前控制变量。
16.如权利要求11所述的MPPT方法，在将控制变量变化设置为相对小的值之后，还包括确定当前功率是否等于或大于先前功率；如果当前功率等于或大于先前功率，并且控制变量变化的方向等于或大于0，则通过将 控制变量变化与先前控制变量相加来设置当前控制变量。
17.如权利要求11所述的MPPT方法，在将控制变量变化设置为相对小的值之后，还包括确定当前功率是否等于或大于先前功率；如果当前功率等于或大于先前功率，并且控制变量变化的方向小于0，则通过从先前控 制变量减去控制变量变化来设置当前控制变量。
18.如权利要求11所述的MPPT方法，在将控制变量变化设置为相对小的值之后，还包括确定当前功率是否等于或大于先前功率；如果当前功率小于先前功率，并且控制变量变化的方向等于或小于0，则通过从先前控 制变量减去控制变量变化来设置当前控制变量。
19.如权利要求11所述的MPPT方法，在将控制变量变化设置为相对小的值之后，还包括确定当前功率是否等于或大于先前功率；如果当前功率小于先前功率，并且控制变量变化的方向大于0，则通过将控制变量变化 与先前控制变量相加来设置当前控制变量。
20.如权利要求11所述的MPPT方法，其中，新能源及再生能源是从太阳能电池获得的 能源。
全文摘要
提供了一种最大功率点跟踪转换器以及最大功率点跟踪方法。一种新能源及再生能源存储系统的最大功率点跟踪(MPPT)转换器，所述MPPT转换器跟踪最大功率，并从新能源及再生能源提取最大功率以向DC链路提供最大功率。所述MPPT转换器包括MPPT控制器，与新能源及再生能源的电流斜率成比例地改变用于最大功率点提取的控制变量；MPPT提取器，响应于MPPT控制器的控制，从新能源及再生能源提取最大功率，并转换提取的最大功率。如果电流斜率不在预定电流斜率范围内，则将控制变量变化设置为大的值。如果电流斜率在预定电流斜率范围内，则将控制变量变化设置为小的值。
文档编号H02M3/335GK102088244SQ20101057914
公开日2011年6月8日 申请日期2010年12月3日 优先权日2009年12月4日
发明者赵诚俊 申请人:三星Sdi株式会社