專利名稱：隨氣象而變地電子化管理光伏電池的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏(photovoltaic)發(fā)電機(jī)的領(lǐng)域，尤其涉及集成了電子系統(tǒng)的光伏模塊；這種類型的模塊包括光伏發(fā)電機(jī)和電子化管理光伏電池的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在本身已知的方式中，光伏發(fā)電機(jī)(PVG)包括串聯(lián)和/或并聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)光伏(PV)電池(cell)。在無機(jī)材料的情況下,光伏電池主要包含在半導(dǎo)體材料的基礎(chǔ)上形成的(pn或pin結(jié))二極管。這種材料具有吸收光能的性質(zhì)，光能的很大一部分可以轉(zhuǎn)移給載流子(電子和空穴)。通過摻雜分別N型和P型的兩個(gè)區(qū)域一可能被非摻雜區(qū)(稱為“本征”和在Pin結(jié)中用“i”表示)分開一構(gòu)成(pn或pin結(jié))二極管使載流子可以因它們而分開，然后經(jīng)由光伏電池包含的電極收集起來。光伏電池可以供應(yīng)的最大電位差(開路電壓W和最大電流(短路電流Irc)是構(gòu)成整個(gè)電池的材料和這個(gè)電池周圍的狀況(包括通過光譜強(qiáng)度表示的照度、溫度等)兩者的函數(shù)。在有機(jī)材料的情況下，模型大為不同一進(jìn)一步涉及產(chǎn)生稱為激子(exciton)的電子-空穴對(duì)的施主和受主材料的概念。目的仍然相同將載流子分開以便加以收集并產(chǎn)生電流。圖I示意性地示出了光伏發(fā)電機(jī)(按照現(xiàn)有技術(shù))的例子。大多數(shù)光伏發(fā)電機(jī)包含至少一個(gè)面板，該面板本身包含串聯(lián)和/或并聯(lián)的光伏電池?？梢詫⒍嘟M電池串聯(lián)起來以 提高面板的總電壓；也可以將多組電池并聯(lián)起來以提高系統(tǒng)輸送的強(qiáng)度。同樣，可以按照應(yīng)用將多個(gè)面板串聯(lián)和/或并聯(lián)起來以增大發(fā)電機(jī)的電壓和/或安培數(shù)。圖I示出了包含兩個(gè)并聯(lián)分支的光伏發(fā)電機(jī)，每個(gè)分支包含三組電池2。為了保證光伏發(fā)電機(jī)的電安全，可以配備止回二極管3和旁路二極管4。止回二極管3與發(fā)電機(jī)的每個(gè)并聯(lián)分支串聯(lián)，以避免從負(fù)載或從發(fā)電機(jī)的其它分支到來的負(fù)電流流入電池中。旁路二極管4與電池組2反并聯(lián)。旁路二極管4使存在缺陷或遮擋問題的電池組2能夠被分開并解決熱點(diǎn)的問題。發(fā)電機(jī)的最大電壓對(duì)應(yīng)于包含的電池的電壓之和，發(fā)電機(jī)可以輸送的最大電流對(duì)應(yīng)于電池的最大電流之和。對(duì)于沒有負(fù)載的電池，即，對(duì)于零輸送電流(開路)，達(dá)到電池的最大電壓Vre，而當(dāng)其兩端被短路時(shí)，S卩，對(duì)于電池兩端上的零電壓，達(dá)到電池的最大電流Icc°最大值Vre和Icc取決于用于實(shí)現(xiàn)光伏電池的技術(shù)和材料。電流的最大值Icl;還十分依賴于電池的日照水平。因此，光伏電池存在非線性電流/電壓特性(IPV，Vpv)和最大功率點(diǎn)(MPP)與最佳電壓值V_和最佳電流值1_相對(duì)應(yīng)的功率特性。圖2示出了具有最大功率點(diǎn)(在圖中用PPM標(biāo)識(shí))的光伏電池的電流/電壓(IPV，VPV)和功率/電壓(Ppv，Vpv)特性。類似地，光伏發(fā)電機(jī)存在非線性電流/電壓特性和具有最大功率點(diǎn)的功率特性。如果電池的一部分被遮擋了，或如果電池組的一個(gè)或多個(gè)電池有缺陷，則這個(gè)電池組的最大功率點(diǎn)MPP將發(fā)生位移。已知的做法是通過使用稱為最大功率跟蹤(MPPT)的搜索最大功率的命令優(yōu)化光伏發(fā)電機(jī)的運(yùn)行?？梢詫⑦@種類型的MPPT命令與一個(gè)或多個(gè)靜態(tài)轉(zhuǎn)換器(CS)相關(guān)聯(lián)，按照應(yīng)用，這種靜態(tài)轉(zhuǎn)換器(CS)可以是直流電/交流電(DC/AC)轉(zhuǎn)換器或直流電/直流電(DC/DC)轉(zhuǎn)換器。因此圖I示出了與發(fā)電機(jī)的輸出端連接和收集發(fā)電機(jī)的所有電池產(chǎn)生的電能以便將它輸送給負(fù)載的DC/AD靜態(tài)轉(zhuǎn)換器8。按照負(fù)載的要求，可以使轉(zhuǎn)換器增大或減小輸出電壓和/或使輸出電壓反向。因此圖I示出了與轉(zhuǎn)換器8相關(guān)聯(lián)的MPPT命令6。MPPT命令6被設(shè)計(jì)成控制轉(zhuǎn)換器8，以便獲得與對(duì)應(yīng)于功率特性的最大功率點(diǎn)的光伏發(fā)電機(jī)(PVG)的最佳電壓值V_相對(duì)應(yīng)的輸入電壓。最大功率點(diǎn)取決于隨時(shí)間可變的多個(gè)參數(shù)，尤其，出現(xiàn)的日照、電池的溫度或老化或處在工作狀態(tài)下的電池的數(shù)量。這樣，光伏發(fā)電機(jī)的輸出受某些電池的故障或遮擋的不利影響不太大。發(fā)電機(jī)的電輸出直接取決于每個(gè)光伏電池的狀態(tài)。光伏發(fā)電機(jī)輸送的功率將隨日照而變。尤其，不是一個(gè)而是兩個(gè)，三個(gè)或甚至更多個(gè)轉(zhuǎn)換器可以隨功率而變地使用。該方法在于使(電池或級(jí))轉(zhuǎn)換器的數(shù)量隨PVG產(chǎn)生的功率的變化而變化。事實(shí)上，為了管理相當(dāng)大的功率變化，使用單個(gè)轉(zhuǎn)換器未必是有利的，轉(zhuǎn) 換輸出受到不利影響。根據(jù)單級(jí)(single phase)構(gòu)成的功率轉(zhuǎn)換器(或單個(gè)轉(zhuǎn)換器)的輸出在PV功率供應(yīng)最大時(shí)減小，而包括三個(gè)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)具有與輸送的PV功率無關(guān)地保持幾乎恒定輸出的趨勢(shì)。這將導(dǎo)致傳輸更多能量到蓄電池(battery)。圖3示出了這種類型的裝置，其在PV電池的輸出端上包括三個(gè)CS (在這種情況下，是升壓(BOOST)轉(zhuǎn)換器)。這些轉(zhuǎn)換器與設(shè)備的峰功率(Ppeak)有關(guān)地隨著發(fā)電機(jī)功率的變化被致動(dòng)。在已知的方式中，當(dāng)PVG輸送的功率小于等于Ppeak的1/3時(shí)，使用一個(gè)CS ;當(dāng)PVG輸送的功率在Ppeak的1/3到2/3之間時(shí)，使用2個(gè)CS ;而當(dāng)PVG輸送的功率大于Ppeak的2/3時(shí)，使用3個(gè)CS。在氣象變化的情況下，所牽涉的轉(zhuǎn)換器的數(shù)量也因此變化，因?yàn)镻VG產(chǎn)生的功率將變化。這些變化在一天的過程中和在PVG的使用壽命內(nèi)可能發(fā)生許多次。許多次的變化給部件，尤其轉(zhuǎn)換器的那些部件帶來影響，使設(shè)備老化。因此，需要減慢PVG的部件的老化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了電子化管理光伏發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括-并聯(lián)的多(n)個(gè)靜態(tài)轉(zhuǎn)換器(11，12，13)，每個(gè)轉(zhuǎn)換器(11，12，13)與所述發(fā)電機(jī)的至少一個(gè)光伏電池(10)電連接，-在滯后時(shí)間t之后，將產(chǎn)生的功率與閾值Pl，P2，.. .，Pn-I相比較，通過光伏功率的變化實(shí)現(xiàn)所連接轉(zhuǎn)換器的數(shù)量的變化。按照一個(gè)實(shí)施例,滯后時(shí)間t位于3與20分鐘之間,優(yōu)選的是在5與15分鐘之間。按照一個(gè)實(shí)施例，時(shí)間t的值取決于轉(zhuǎn)換器的部件的狀態(tài)。按照一個(gè)實(shí)施例，時(shí)間t的值取決于尤其按照發(fā)電機(jī)的安裝地點(diǎn)和季節(jié)選擇的氣象條件。按照系統(tǒng)中的CS旋轉(zhuǎn)的一個(gè)實(shí)施例，依次連接轉(zhuǎn)換器。按照CS旋轉(zhuǎn)的這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)可替代實(shí)施例，在應(yīng)用的轉(zhuǎn)換器的數(shù)量變化的情況下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器的旋轉(zhuǎn)。按照CS旋轉(zhuǎn)的這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)可替代實(shí)施例，轉(zhuǎn)換器的旋轉(zhuǎn)取決于轉(zhuǎn)換器的部件的狀態(tài)。本發(fā)明的主題也是包括如下的光伏發(fā)電機(jī)-至少一個(gè)光伏電池；-按照本發(fā)明的管理系統(tǒng)。本發(fā)明的主題也是控制光伏發(fā)電機(jī)的方法，該光伏發(fā)電機(jī)包括-至少一個(gè)光伏電池；-并聯(lián)的多(n)個(gè)靜態(tài)轉(zhuǎn)換器(11，12，13)，每個(gè)轉(zhuǎn)換器(11，12，13)與所述發(fā)電機(jī)的至少一個(gè)光伏電池(10)電連接；所述方法包括如下步驟 -確定所述至少一個(gè)光伏電池產(chǎn)生的功率并將其與峰功率相比較；-與閾值Pl,P2，…，Pn-I相比較；-當(dāng)測(cè)量的功率值位于Pi-I與Pi之間時(shí)，連接i個(gè)轉(zhuǎn)換器，或如果測(cè)量的功率值大于Pn-I，則連接所有轉(zhuǎn)換器；以及-如果仍然滿足連接條件，則在滯后時(shí)間t之后完成所述連接。按照一個(gè)實(shí)施例，所述方法包括按照時(shí)段(period)實(shí)現(xiàn)的如下步驟-確定所述至少一個(gè)光伏電池產(chǎn)生的功率并將其與峰功率相比較；-與閾值Pl相比較；(a)如果該值低于這個(gè)閾值Pl，則連接單個(gè)轉(zhuǎn)換器；(b)如果該值高于這個(gè)閾值P1，則與第二閾值P2相比較；(bl)如果該功率小于P2，則連接2個(gè)轉(zhuǎn)換器；(bll)然后與第一閾值Pl相比較，如果該功率值高于這個(gè)閾值，則該例程返回到步驟(b)，如果該值低于這個(gè)閾值P1，則使滯后時(shí)間t生效；(bl2)如果滯后時(shí)間已經(jīng)生效，則再次與第一閾值Pl相比較，如果該功率值高于這個(gè)閾值，則該例程在滯后時(shí)間復(fù)位之后返回到步驟(b)，如果該值低于這個(gè)閾值P1，則確定滯后時(shí)間時(shí)段是否到期(expire)，如果不是，則重新開始與值Pl相比較；(bl3)當(dāng)滯后時(shí)間時(shí)段已經(jīng)到期時(shí)，該例程接著返回到步驟(a)；(b2)如果該功率大于P2，則連接3個(gè)轉(zhuǎn)換器；(b21)然后與第二閾值P2相比較，如果該功率值高于這個(gè)閾值，則該例程返回到步驟(b2)，如果該值低于這個(gè)閾值P2，則使滯后時(shí)間t生效；(b22)如果滯后時(shí)間已經(jīng)生效，則再次與第二閾值P2相比較，如果該功率值高于這個(gè)閾值，則該例程在滯后時(shí)間復(fù)位之后返回到步驟(b2)，如果該值低于這個(gè)閾值P2，則確定滯后時(shí)間時(shí)段是否到期，如果不是，則重新開始與值P2相比較；(b23)當(dāng)滯后時(shí)間時(shí)段已經(jīng)到期時(shí)，該例程接著返回到步驟(a)或步驟(b)；-對(duì)于n個(gè)轉(zhuǎn)換器，如果有必要，重復(fù)這些步驟。按照CS旋轉(zhuǎn)的一個(gè)實(shí)施例，在按照本發(fā)明的方法中-當(dāng)所有轉(zhuǎn)換器都未連接時(shí)，在連接其它轉(zhuǎn)換器期間不再連接第i轉(zhuǎn)換器。按照CS旋轉(zhuǎn)的這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)可替代實(shí)施例，該方法包括如下步驟-連接至少一個(gè)第一轉(zhuǎn)換器；-連接更多數(shù)量轉(zhuǎn)換器；
-然后，在連接更少數(shù)量轉(zhuǎn)換器的情況下，不連接所述第一轉(zhuǎn)換器。按照CS旋轉(zhuǎn)的這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)可替代實(shí)施例，在該方法中，當(dāng)測(cè)量的功率值在閾值Pi-I與Pi之間變化時(shí)，執(zhí)行使轉(zhuǎn)換器旋轉(zhuǎn)的步驟。按照CS旋轉(zhuǎn)的這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)可替代實(shí)施例，該方法包括如下步驟-確定每個(gè)轉(zhuǎn)換器的使用持續(xù)時(shí)間和/或使用次數(shù)；
-連接轉(zhuǎn)換器，以便在給定時(shí)段內(nèi)所述轉(zhuǎn)換器的使用持續(xù)時(shí)間和/或使用次數(shù)差不多相等。本發(fā)明的方法尤其適用于按照本發(fā)明的發(fā)電機(jī)。


在附圖中-圖I(已經(jīng)描述過)示出了現(xiàn)有技術(shù)的光伏發(fā)電機(jī)的圖；-圖2(已經(jīng)描述過)示出了光伏電池的理論電流/電壓和功率特性；-圖3示出了包括多個(gè)轉(zhuǎn)換器(這里，BOOST型的3個(gè)靜態(tài)轉(zhuǎn)換器CS)的PVG的圖；-圖4示出了作為一天的時(shí)間的函數(shù)應(yīng)用的CS的功率和數(shù)量的變化；-圖5示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的算法；-圖6a和6b示出了應(yīng)用了本發(fā)明和指出了應(yīng)用的CS的數(shù)量的作為該天的時(shí)間的函數(shù)的功率曲線的兩個(gè)區(qū)域的放大圖；-圖7示出了PV功率(Ppv)作為時(shí)間的函數(shù)的光伏產(chǎn)生分布(profile)的例子；-圖8示出了模擬功率分布；圖9a和9b示出了在沒有和有本發(fā)明的算法的情況下Pin和Pwt的值；以及-圖10示出了使用的測(cè)量設(shè)備。在圖4，6a，6b，7，8，9a和9b中，閾值Pl和P2在傳統(tǒng)方式中分別在峰功率Ppeak的1/3和2/3上，在這種情況下，28和56W。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了電子化管理包含多個(gè)(電池或級(jí))轉(zhuǎn)換器的光伏發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)換器可以是與光伏電池連接的通常三個(gè)DC/AC或DC/DC轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器與至少一個(gè)光伏電池電連接，以便收集這個(gè)電池產(chǎn)生的能量并將其傳送給負(fù)載。術(shù)語“負(fù)載”指的是旨在使用光伏發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量的電應(yīng)用。如下的描述針對(duì)3個(gè)轉(zhuǎn)換器給出，但應(yīng)該明白，本發(fā)明可同樣應(yīng)用于更多數(shù)量。CS是下面用于指示(在這種情況下，靜態(tài))轉(zhuǎn)換器的縮寫。在傳統(tǒng)方式中，這些轉(zhuǎn)換器通過稱為MPPT的命令控制。例如，這個(gè)最大功率點(diǎn)跟蹤命令MPPT可以實(shí)現(xiàn)識(shí)別電壓變化對(duì)發(fā)電機(jī)輸送的功率的影響以及使電壓沿著識(shí)別為功率增大的方向漂移的算法。因此，這種類型算法在于針對(duì)第一電壓測(cè)量發(fā)電機(jī)輸送的功率，以及在某個(gè)時(shí)間之后，施加高于第一電壓的第二電壓，然后測(cè)量或估計(jì)相應(yīng)功率。在與第二電壓相對(duì)應(yīng)的功率高于與第一電壓相對(duì)應(yīng)的功率的情況下，該算法的下一個(gè)步驟是施加甚至更高的第三電壓。在相反情況下，應(yīng)用的第三電壓低于第一電壓。因此，逐漸地，該系統(tǒng)可以不斷適應(yīng)光伏發(fā)電機(jī)端子上的電壓，以便盡可能接近地近似在最大功率點(diǎn)上。應(yīng)該明白，對(duì)于MPPT命令，也可以實(shí)現(xiàn)其它算法。
圖3示出了這種類型的系統(tǒng)，該P(yáng)VG包括與CS 11，12，13(B00ST 1，2和3)和MPPT命令單元14連接的光伏單元10，CS的輸出端與蓄電池15連接。應(yīng)用的CS的數(shù)量是朝CS發(fā)送的功率的函數(shù)。在已知方式中，按照閾值的檢測(cè)改變?cè)摂?shù)量。在3個(gè)CS的情況下，現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)換器數(shù)量變化的兩個(gè)預(yù)定閾值。作為MPPT管理系統(tǒng)測(cè)量的功率，S卩，小于l/3Ppeak，在1/3與2/3Ppeak之間，和大于2/3Ppeak的函數(shù)，該管理系統(tǒng)然后應(yīng)用一個(gè)，兩個(gè)或三個(gè)轉(zhuǎn)換器。如果有必要，可以使用其它閾值。氣象條件當(dāng)然決定產(chǎn)生的功率的水平。當(dāng)太陽被厚厚的云層遮住時(shí)，日照大幅減少，產(chǎn)生的功率下降，導(dǎo)致從3個(gè)CS切換到I個(gè)CS的系統(tǒng)變化。對(duì)于相反的變化，發(fā)生相反的情況。在圖4中尤其通過例子給出了這些變化。圖4示出了作為一天的時(shí)間的函數(shù)應(yīng)用的CS的產(chǎn)生功率和數(shù)量。在使用這種具有多個(gè)CS和CS的數(shù)量適應(yīng)光伏應(yīng)用的配置時(shí)，可以注意到，對(duì)于運(yùn)行受到干擾的那些時(shí)間，如圖4所示，設(shè)備常常迅速地改變轉(zhuǎn)換器的數(shù)量以跟隨氣候的變化和因此光伏功率的變化。這些快速和許多次改變將對(duì)構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換器
的電子部件的使用壽命和可靠性造成負(fù)面影響。本發(fā)明基于功率穩(wěn)定時(shí)間(或滯后時(shí)間H的使用。只有在這個(gè)滯后時(shí)間到期之后才授權(quán)改變CS的數(shù)量。因此，在包括振蕩的階段，不考慮迅速改變，使CS的數(shù)量保持原樣。這個(gè)穩(wěn)定時(shí)間t隨系統(tǒng)而變。通常可以是3分鐘到20分鐘的數(shù)量級(jí)，例如，位于5分鐘與15分鐘之間。在圖5中示出實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定時(shí)間t的一種可能算法。起點(diǎn)是具有給定功率的狀態(tài)。在第一種情況下，確定PV功率Ppv (對(duì)于CS，對(duì)應(yīng)于Pin)。如果這個(gè)功率Ppv低于第一閾值Pl (取為，例如，等于1/3)，則對(duì)邏輯問題的回答是“否”，應(yīng)用單個(gè)CS ;該例程返回到開頭。如果這個(gè)功率Ppv高于第一閾值，則對(duì)邏輯問題的回答是“是”;然后該過程轉(zhuǎn)移到該例程的第二步驟。在這個(gè)第二步驟期間，與第二閾值P2 (取為，例如，等于2/3)相比較。如果這個(gè)功率Ppv低于第二閾值P2諏為，例如，等于2/3)，則對(duì)邏輯問題的回答是“否”，應(yīng)用兩個(gè)CS;該例程然后按照第一分支繼續(xù)。按照這個(gè)第一分支，下一個(gè)邏輯問題是再次與第一閾值Pl相比較。如果功率Ppv高于第一閾值P1，則對(duì)邏輯問題的回答是“否”，該例程返回到第二步驟的開頭。如果回答是“是”，則使滯后時(shí)間生效。按照現(xiàn)有技術(shù)，該回答必然導(dǎo)致轉(zhuǎn)變成I個(gè)CS。在本發(fā)明中，不會(huì)發(fā)生這種轉(zhuǎn)變，而是使滯后時(shí)間生效。不時(shí)地，按照定義的時(shí)段，再次測(cè)量功率Ppv的值，并將其與第一閾值Pl相比較，如果該值較高，則對(duì)邏輯問題的回答是“否”，該例程返回到第二步驟的開頭需要2個(gè)CS然后2個(gè)CS再一次奏效的條件。在這種情況下，將滯后時(shí)間復(fù)位。因此，很顯然，等待的事實(shí)使2種狀態(tài)之間的雙向轉(zhuǎn)變得到避免，因此就系統(tǒng)部件疲勞而言是有益的。如果在比較期間，該值低于閾值P1，則該例程轉(zhuǎn)移到下一個(gè)邏輯問題。下一個(gè)邏輯問題是滯后時(shí)間到期的問題。-如果答復(fù)是否定的，則該例程返回到前面與閾值Pl相比較的邏輯問題。因此，如果在滯后時(shí)間t的時(shí)段內(nèi)，功率值Ppv高于第一閾值P1，則該系統(tǒng)認(rèn)為數(shù)量事實(shí)上是2個(gè)CS，該系統(tǒng)返回到第二步驟的邏輯問題。-如果答復(fù)是肯定的，則意味著滯后時(shí)間已經(jīng)到期，將滯后時(shí)間復(fù)位，該例程切換到I個(gè)CS,并完全重新啟動(dòng)該序列。在這個(gè)第二步驟期間，與第二閾值P2 (取為，例如，等于2/3)相比較。如果這個(gè)功率Ppv高于第二閾值P2諏為，例如，等于2/3)，則對(duì)邏輯問題的回答是“是”，應(yīng)用3個(gè)CS;該例程然后按照第二分支繼續(xù)。按照這個(gè)第二分支，下一個(gè)邏輯問題是再次與第二閾值P2相比較。如果功率Ppv高于第二閾值P2，則對(duì)邏輯問題的回答是“否”，該例程返回到第二分支的開頭。如果回答是“是”，則使滯后時(shí)間生效。按照現(xiàn)有技術(shù)，該回答必然導(dǎo)致轉(zhuǎn)變成2個(gè)(或I個(gè))CS。在本發(fā)明中，不會(huì)發(fā)生這種轉(zhuǎn)變，而是使滯后時(shí)間生效。不時(shí)地，按照定義的時(shí)段，再次測(cè)量功率Ppv的值，并將其與第二差值P2相比較，如果該值較高，則對(duì)邏輯問題的回答是“否”，該例程返回到第二分支的開頭需要3個(gè)CS然后3個(gè)CS再一次奏效的條件。在這種情況下，將滯后時(shí)間復(fù)位。因此，很顯然，等待的事實(shí)使2種狀態(tài)之間的雙向轉(zhuǎn)變得到避免，因此就系統(tǒng)部件疲勞而言是有益的。如果在比較期間，該值低于閾值P2，則該例程轉(zhuǎn)移到下一個(gè)邏輯問題。下一個(gè)邏輯問題是滯后時(shí)間到期的問題。
-如果答復(fù)是否定的，則該例程返回到前面與閾值P2相比較的邏輯問題。因此，如果在滯后時(shí)間t的時(shí)段內(nèi)，功率值Ppv高于第二閾值P2，則該系統(tǒng)認(rèn)為數(shù)量事實(shí)上是3個(gè)CS，該系統(tǒng)返回到第二分支的邏輯問題。-如果答復(fù)是肯定的，則意味著滯后時(shí)間已經(jīng)到期，將滯后時(shí)間復(fù)位，該例程切換到I個(gè)CS，并完全重新啟動(dòng)該序列。也可以切換到2個(gè)CS而不是I個(gè)CS，并相同地重新啟動(dòng)。對(duì)第一邏輯問題的回答必然導(dǎo)致第二種。按照一個(gè)實(shí)施例，在加電期間沒有滯后時(shí)間。這就防止了所有功率被引向單個(gè)CS，使CS的溫度急劇上升。上述定義的時(shí)段是固定的，或可以隨某些，尤其氣象條件而變對(duì)于已經(jīng)恒定的日照，無需實(shí)現(xiàn)該例程。這個(gè)時(shí)段的持續(xù)時(shí)間是高度可變的，可以是秒，幾十秒，分鐘或如果有必要，甚至更長的數(shù)量級(jí)。但是，該時(shí)段保持小于穩(wěn)定時(shí)間t是有利的。圖6a和6b以放大方式示出了從在圖4中示出的曲線中取出的兩個(gè)部分的實(shí)現(xiàn)了按照本發(fā)明的算法的所應(yīng)用CS的數(shù)量。圖6a和6b示出了 2個(gè)CS情況不是常見情況，系統(tǒng)認(rèn)為3個(gè)CS情況是普遍情況。在圖6a中，主要在3個(gè)CS與2個(gè)CS之間變化，絕大部分在3CS區(qū)域中。在這樣的情況下，系統(tǒng)認(rèn)為PVG工作在比3CS情況小的壓力小。這種狀況在圖6b中甚至更加突出，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)更頻繁地實(shí)現(xiàn)2CS情況，而本發(fā)明不會(huì)發(fā)生。當(dāng)PVG在2個(gè)狀態(tài)之間搖擺時(shí)，本發(fā)明青睞較高情況。使用這個(gè)穩(wěn)定時(shí)間具有在這些不想要功率變化期間降低常用部件受到的熱和電壓力的效果。熱變化在半導(dǎo)體中產(chǎn)生機(jī)械約束，主要由于用在制造中的材料的膨脹系數(shù)的差異，例如，與銅的16ppm/° C和招的24ppm/° C不同，娃只有4ppm/° C。許多次熱循環(huán)之后電接觸處受到機(jī)械約束的結(jié)果是在接觸處出現(xiàn)微小裂紋，甚至達(dá)到在接觸處裂開的程度。本發(fā)明的目的是預(yù)測(cè)變化，以便通過限制突然溫度變化使熱循環(huán)次數(shù)最少化。圖7是PV功率(Ppv)作為時(shí)間的函數(shù)的光伏產(chǎn)生分布的例子。在一天的中部，例如，觀察到功率突然下降。在正常運(yùn)行期間，系統(tǒng)從點(diǎn)I (高功率一3個(gè)激活轉(zhuǎn)換器)切換到點(diǎn)2 (低功率一 I個(gè)激活轉(zhuǎn)換器)。兩個(gè)轉(zhuǎn)換器因此突然停止，從而造成高達(dá)AT。的熱循環(huán)。通過應(yīng)用本發(fā)明，在點(diǎn)2上使三個(gè)轉(zhuǎn)換器將繼續(xù)工作。三個(gè)轉(zhuǎn)換器的溫度因此逐步下降，因?yàn)楣β史植荚谌齻€(gè)電池中。如果功率在點(diǎn)2與3之間未增大，則斷開兩個(gè)轉(zhuǎn)換器，因此在點(diǎn)3上使單個(gè)轉(zhuǎn)換器工作。由于這種原理，可以限制AT。變化的程度，因此限制熱循環(huán)的程度。穩(wěn)定或滯后時(shí)間t是在點(diǎn)2和3之間3個(gè)CS有效(或不同CS組合)的時(shí)間。這個(gè)穩(wěn)定或滯后時(shí)間t在系統(tǒng)的算法中可以是固定的，或可以按照多條準(zhǔn)則來修改。第一條準(zhǔn)則是氣象本身。氣候條件從一個(gè)區(qū)域到另一個(gè)區(qū)域是不同的，因此可以按照安裝PVG的區(qū)域優(yōu)化滯后時(shí)間。事實(shí)上，在某些氣候下，存在少數(shù)交變?cè)?例如，地中海氣候)，或相反，可能存在許多交變?cè)?例如，海洋性氣候)。氣候條件還隨季節(jié)而變，可以按 照使用的月份再次調(diào)整滯后時(shí)間。還可以擁有分類氣候條件和按照實(shí)際遇到的氣候條件選擇滯后時(shí)間的持續(xù)時(shí)間的“智能”學(xué)習(xí)軟件。第二條準(zhǔn)則是部件本身的行為，尤其它們隨功率和溫度(尤其晶體管或整個(gè)系統(tǒng))而變的行為。穩(wěn)定和滯后時(shí)間t尤其可以作為部件溫度的函數(shù)來調(diào)節(jié)。按照一個(gè)有利實(shí)施例，系統(tǒng)集成了 CS旋轉(zhuǎn)例程，以避免將連續(xù)壓力施加在單個(gè)CS上。事實(shí)上，在圖3中，轉(zhuǎn)換器CS 11—直連接著，因此連續(xù)接收要轉(zhuǎn)換的電流。其它CS按照在產(chǎn)生PV功率的過程中發(fā)生的變化來使用。因此CS 11連續(xù)受到壓力，而且經(jīng)歷在PV功率變化的情況下要處理的功率變化。因此系統(tǒng)的可靠性隨著一個(gè)部件連續(xù)受到壓力而降低。按照該有利實(shí)施例，旋轉(zhuǎn)應(yīng)用的CS。該旋轉(zhuǎn)可以在面板產(chǎn)生的PV功率變化的情況下加以控制，或按照轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)來控制，或兩者兼而有之。也可以使用隨機(jī)分配命令。按照一個(gè)實(shí)施例，在應(yīng)用的CS的數(shù)量增加的情況下，使CS發(fā)生變化。例如，如果CS 11連接著，并且該命令確定必須使用2個(gè)CS。則應(yīng)用CS 12和13，而使CS 11不再連接著。如果CS的數(shù)量返回到一個(gè)單元，則連接CS12 (或CS 13)而不是CS11，CS 11仍然處在空閑狀態(tài)。在必要連接3個(gè)CS的情況下，在返回到I個(gè)或2個(gè)CS期間發(fā)生旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，起點(diǎn)是CS 11連接著的狀況，然后連接3個(gè)CS，然后返回條件要求連接2個(gè)CS，因此連接CS 12和CS 13，或如果返回條件只要求I個(gè)CS，則連接CS 12或13。按照一個(gè)不同實(shí)施例，CS的變化因使用CS的計(jì)算而發(fā)生。這種計(jì)算可以基于使用的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行，該旋轉(zhuǎn)以這樣的方式在給定時(shí)段內(nèi)，對(duì)于所有CS，保證使用的持續(xù)時(shí)間差不多相等。這個(gè)時(shí)段可以是一天，幾天或一天的一部分，例如，一個(gè)或多個(gè)小時(shí)，其中這個(gè)持續(xù)時(shí)間也可以隨一天的時(shí)間和/或季節(jié)而變。因此。按照這個(gè)實(shí)施例，必須應(yīng)用的CS是使用最短的那個(gè)，即具有最短使用時(shí)間的那個(gè)。該計(jì)算也可以與用戶的持續(xù)時(shí)間無關(guān)地通過計(jì)數(shù)次數(shù)來進(jìn)行，而不是通過使用的持續(xù)時(shí)間或CS的壓力來進(jìn)行。在這種情況下，必須應(yīng)用的CS因此是最少次數(shù)受到壓力的那個(gè)。也可以設(shè)想結(jié)合兩種變型的實(shí)施例。按照一個(gè)不同實(shí)施例，可以以隨機(jī)方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后在管理系統(tǒng)中提供隨機(jī)發(fā)電機(jī)。在CS的數(shù)量增加或減少的情況下，以隨機(jī)方式，如果有必要，可以以“洗牌(shuffle)”模式(這種模式對(duì)應(yīng)于從隨機(jī)選擇中排除使用過的CS的模式)作出選擇。在上面的描述中，當(dāng)應(yīng)用的CS的數(shù)量有變時(shí)，進(jìn)行CS旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，當(dāng)應(yīng)用的CS的數(shù)量不變時(shí)(在不同于最大數(shù)量的情況下)，也可以發(fā)生這種旋轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)氣象條件是只應(yīng)用一個(gè)CS的那種時(shí)，可以以一個(gè)CS不連續(xù)使用超過給定持續(xù)時(shí)間的方式，提供將這個(gè)CS與最初空閑的CS交換的例程。旋轉(zhuǎn)應(yīng)用的轉(zhuǎn)換器具有在功率變化的情況下進(jìn)一步降低常用部件受到的熱和電壓力的效果。如上所述，熱變化在半導(dǎo)體中產(chǎn)生機(jī)械約束，其結(jié)果是在接觸處出現(xiàn)微小裂紋，甚至達(dá)到在接觸處裂開的程度。使CS旋轉(zhuǎn)的實(shí)施例的目的是使熱和電壓力分布在所有轉(zhuǎn)換器上。按照本發(fā)明的電子化管理系統(tǒng)還可以包括安全功能，用于在指示，例如，PVG的部件過熱的消息之后控制轉(zhuǎn)換器的關(guān)閉。按照本發(fā)明的電子化管理系統(tǒng)還可以包括防盜功能。按照本發(fā)明的管理系統(tǒng)可以更進(jìn)一步向電網(wǎng)的控制中心發(fā)送有關(guān)電池組和/或轉(zhuǎn)換器的工作狀況的信息。這有助于維護(hù)PVG。尤其，負(fù)責(zé)維護(hù)的操作人員因此更迅速地得到某些 光伏電池組或某些轉(zhuǎn)換器發(fā)生故障的警報(bào)，因此可以采取措施。按照本發(fā)明的管理系統(tǒng)可以全部或部分集成到光伏發(fā)電機(jī)中。按照一個(gè)可能實(shí)施例，可以使用多結(jié)光伏設(shè)備。然后，有必要管理不同結(jié)的電耦合問題。多結(jié)光伏設(shè)備，例如，串列(tandem)結(jié)設(shè)備指的是包含以擴(kuò)大設(shè)備吸收太陽光譜的區(qū)域的方式堆疊的多個(gè)單結(jié)的光伏設(shè)備。串列結(jié)光伏設(shè)備可以獲得更好的電轉(zhuǎn)換輸出。串列結(jié)光伏設(shè)備中的電耦合的主要缺點(diǎn)是需要與日照條件無關(guān)地協(xié)調(diào)構(gòu)成串列的光伏電池的性能。這種理想情況在現(xiàn)實(shí)中是不可行的，因?yàn)榇械拿總€(gè)電池的電流產(chǎn)生隨它們有效的譜區(qū)而自發(fā)地不同，并且隨日照條件而變。這導(dǎo)致了串列結(jié)光伏設(shè)備由其最弱元件決定的固有局限性。這種類型的電流局限性顯著降低了串列結(jié)光伏設(shè)備的理論輸出。一種解決方案的關(guān)鍵在于電解耦串列結(jié)光伏設(shè)備的結(jié)。串列的光伏電池仍然光耦合但電解耦。然后將每個(gè)結(jié)與兩個(gè)電極連接；因此獲得四電極光伏設(shè)備(在串列的情況下)。通過將轉(zhuǎn)換器與串列的每個(gè)(至少一個(gè))光伏電池連接，該系統(tǒng)獲得了利用電解耦光伏電池運(yùn)行的多結(jié)光伏設(shè)備，每個(gè)光伏電池經(jīng)由按照本發(fā)明的管理系統(tǒng)以最佳方式來管理。例子在這個(gè)例子中，用本發(fā)明的應(yīng)用的輸出損耗來衡量效果。為評(píng)估按照本發(fā)明的方法獲得的能量增益而選擇的測(cè)試協(xié)議的關(guān)鍵在于使用相同的輸入源(太陽模擬器)和相同的多級(jí)功率卡(相同電部件的行為)。模擬器被允許應(yīng)用在相同功率分布的兩種情況下(例如，模塊在相對(duì)晴天里產(chǎn)生85W的峰功率)，而MPP使用相同MPPT命令獲得。在這種測(cè)試期間，使用與電負(fù)載連接的24V蓄電池，以便一直保證后者的標(biāo)稱電壓(24V)。圖10不出了使用的測(cè)量系統(tǒng)。根據(jù)測(cè)量平臺(tái)，同時(shí)測(cè)量存在于輸入端和輸出端上的電流和電壓。這些值使人們可以推斷模擬器供應(yīng)的PV功率(PPV)和發(fā)送給蓄電池(PBAT)的功率，因此推斷轉(zhuǎn)換器(PBAT/PPV)的輸出。通過考慮時(shí)間變化(以小時(shí)為單位的測(cè)試持續(xù)時(shí)間)，然后計(jì)算出產(chǎn)生的和傳送給蓄電池(EBAT)的PV能量(EPV)的數(shù)量。使用的閾值是1/3和2/3的傳統(tǒng)閾值。模擬器的功率分布在圖8中示出。
穩(wěn)定時(shí)間t的值在本例中固定在10分鐘上。圖9a和9b示出在有和沒有本發(fā)明的算法的情況下Pin和Ptjut的值，在按照本發(fā)明的情況下，應(yīng)該注意到，當(dāng)CS的數(shù)量從3個(gè)恢復(fù)到I個(gè)時(shí)，在輸出功率中發(fā)生輕度解耦，導(dǎo)致在輸出方面的增益(對(duì)于低功率，輸出好于利用單個(gè)CS的)得出如下結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種電子化管理光伏發(fā)電機(jī)的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括 -并聯(lián)的多(n)個(gè)靜態(tài)轉(zhuǎn)換器(11，12，13)，每個(gè)轉(zhuǎn)換器(11，12，13)與所述發(fā)電機(jī)的至少一個(gè)光伏電池(10)電連接， -在滯后時(shí)間t之后，將產(chǎn)生的功率與閾值Pl，P2，. . .，Pn-I相比較，通過光伏功率的變化實(shí)現(xiàn)所連接轉(zhuǎn)換器的數(shù)量的變化。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中n是3。
3.如權(quán)利要求I或2所述的系統(tǒng)，其中滯后時(shí)間t位于3與20分鐘之間，優(yōu)選的是在5與15分鐘之間。
4.如權(quán)利要求I到3之一所述的系統(tǒng)，其中時(shí)間t的值取決于轉(zhuǎn)換器的部件的狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求I到4之一所述的系統(tǒng)，其中時(shí)間t的值取決于尤其按照發(fā)電機(jī)的安裝地點(diǎn)和季節(jié)選擇的氣象條件。
6.如權(quán)利要求I到5之一所述的系統(tǒng)，其中依次連接轉(zhuǎn)換器。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中在應(yīng)用的轉(zhuǎn)換器的數(shù)量變化的情況下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器的旋轉(zhuǎn)。
8.如權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)換器的旋轉(zhuǎn)取決于轉(zhuǎn)換器的部件的狀態(tài)。
9.一種光伏發(fā)電機(jī)，其包括 -至少一個(gè)光伏電池； -如權(quán)利要求I到8之一所述的管理系統(tǒng)。
10.一種控制光伏發(fā)電機(jī)的方法，該光伏發(fā)電機(jī)包括 -至少一個(gè)光伏電池； -并聯(lián)的多(n)個(gè)靜態(tài)轉(zhuǎn)換器(11，12，13)，每個(gè)轉(zhuǎn)換器(11，12，13)與至少一個(gè)光伏電池(10)電連接； 所述方法包括如下步驟 -確定所述至少一個(gè)光伏電池產(chǎn)生的功率并將其與峰功率相比較； -與閾值P1，P2，...，Pn-I相比較； -當(dāng)測(cè)量的功率值位于Pi-I與Pi之間時(shí)，連接i個(gè)轉(zhuǎn)換器，或如果測(cè)量的功率值大于Pn-I，則連接所有轉(zhuǎn)換器；以及 -如果仍然滿足連接條件，則在滯后時(shí)間t之后完成所述連接。
11.如權(quán)利要求10所述的控制方法，所述方法包括按照時(shí)段實(shí)現(xiàn)的如下步驟 -確定所述至少一個(gè)光伏電池產(chǎn)生的功率并將其與峰功率相比較； -與閾值Pl相比較； Ca)如果該值低于這個(gè)閾值Pl，則連接單個(gè)轉(zhuǎn)換器； (b)如果該值高于這個(gè)閾值P1，則與第二閾值P2相比較； (bl)如果該功率小于P2，則連接2個(gè)轉(zhuǎn)換器； (bll)然后與第一閾值Pl相比較，如果該功率值高于這個(gè)閾值，則該例程返回到步驟(b)，如果該值低于這個(gè)閾值P1，則使滯后時(shí)間t生效； (bl2)如果滯后時(shí)間已經(jīng)生效，則再次與第一閾值Pl相比較，如果該功率值高于這個(gè)閾值，則該例程在滯后時(shí)間復(fù)位之后返回到步驟(b)，如果該值低于這個(gè)閾值P1，則確定滯后時(shí)間時(shí)段是否到期，如果不是，則重新開始與值Pl相比較；(bl3)當(dāng)滯后時(shí)間時(shí)段已經(jīng)到期時(shí)，該例程則返回到步驟(a)； (b2)如果該功率大于P2，則連接3個(gè)轉(zhuǎn)換器； (b21)然后與第二閾值P2相比較，如果該功率值高于這個(gè)閾值，則該例程返回到步驟(b2)，如果該值低于這個(gè)閾值P2，則使滯后時(shí)間t生效； (b22)如果滯后時(shí)間已經(jīng)生效，則再次與第二閾值P2相比較，如果該功率值高于這個(gè)閾值，則該例程在滯后時(shí)間復(fù)位之后返回到步驟(b2)，如果該值低于這個(gè)閾值P2，則確定滯后時(shí)間時(shí)段是否到期，如果不是，則重新開始與值P2相比較； (b23)當(dāng)滯后時(shí)間時(shí)段已經(jīng)到期時(shí)，該例程則返回到步驟(a)或步驟(b)； -對(duì)于n個(gè)轉(zhuǎn)換器，如果有必要，重復(fù)這些步驟。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中 -當(dāng)所有轉(zhuǎn)換器都未連接時(shí)，在連接其它轉(zhuǎn)換器期間不再連接第i個(gè)轉(zhuǎn)換器。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，所述方法包括如下步驟 -連接至少一個(gè)第一轉(zhuǎn)換器； -連接更多數(shù)量轉(zhuǎn)換器； -然后，在連接更少數(shù)量轉(zhuǎn)換器的情況下，不連接所述第一轉(zhuǎn)換器。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其中，當(dāng)測(cè)量的功率值在閾值Pi-I與Pi之間變化時(shí)，執(zhí)行使轉(zhuǎn)換器旋轉(zhuǎn)的步驟。
15.如權(quán)利要求12到14之一所述的方法，所述方法包括如下步驟 -確定每個(gè)轉(zhuǎn)換器的使用持續(xù)時(shí)間和/或使用次數(shù)；以及 -連接轉(zhuǎn)換器，以便在給定時(shí)段內(nèi)所述轉(zhuǎn)換器的使用持續(xù)時(shí)間和/或使用次數(shù)差不多相等。
16.如權(quán)利要求10到15之一所述的方法,用于控制如權(quán)利要求9所述的光伏發(fā)電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電子化管理光伏發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括并聯(lián)的多(n)個(gè)靜態(tài)轉(zhuǎn)換器(11，12，13)，每個(gè)轉(zhuǎn)換器(11，12，13)與所述發(fā)電機(jī)的至少一個(gè)光伏電池(10)電連接。在滯后時(shí)間t之后，將產(chǎn)生的功率與閾值P1，P2，...，Pn-1相比較，通過光伏功率的變化實(shí)現(xiàn)所連接轉(zhuǎn)換器的數(shù)量的變化。本發(fā)明還涉及包括所述系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)以及相關(guān)聯(lián)的控制方法。
文檔編號(hào)G05F1/67GK102792241SQ201080063642
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者A.貝拉薩特吉, B.埃斯蒂巴爾斯, C.卡巴爾, C.阿隆索, M.弗米爾希, S.佩蒂邦 申請(qǐng)人:國家科學(xué)研究中心, 道達(dá)爾股份有限公司