Способ экстремального регулирования мощности, потребляемой от источника питания постоянного тока

 

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

(19) (l l) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 05 F 1/66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4852897/07 (22) 25.07.90 (46) 07.07.92, Бюл. ¹ 25 (72) А.В,Гаев, М.И.Антипов и А.В.Белов (53) 621.316.722.1(088) (56) Коссов О.А. Усилители мощности на транзисторах в режиме переключений. — М.:

Энергия, 1971, с. 343, рис. 12,29, а, Авторское свидетельство СССР № 729581, кл. G 05 F 1/66, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1251048, кл. G 05 F 1/66, 1985. (54) СПОСОБ ЭКСТРЕМАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ОТ ИСТОЧНИКА

ПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО. ТОКА (57) Использование: в источниках вторичного электропитания с небольшим временем нахождения экстремума. Сущность изобретения: первоначально фиксируют параметры, характеризующие условия эксплуатации исИзобретение 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 на г руэ кой, достигает незначительной величины. точника 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.

Известен способ экстремального регулирования мощности, в котором режим экстремального регулирования 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 необхо1746371 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, 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 применения 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 ны тока, при которой потребляемая от СБ

25 мощность максимальна, Такие операции с

35

45

55

20 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, возможности учета изменения параметров

ВАХ при различных освещенностях, температуре СБ и в процессе деградации ее электрофизических характеристик и др, требований. Эти операции производятся на этапе подготовки к реализации способа. Далее непосредственно перед применением экстремального регулирования измеряют параметры условий эксплуатации источника питания, Например, для СБ измеряют ее температуру и освещенность. Полученные данные используют в качестве исходных данных в уравнениях, описываемых ВАХ СБ для математического определения величипомощью вычислительных средств легко реализуются и с достаточной степенью точности. Исходя из рассчитанной величины тока (плотности тока) формируют управляющие сигналы на регулирующие элементы, сразу выводящие потребляемую от СБ мощность

s точку экстремума. Начиная с этой точки производят контрольное измерение максимальной мощности по величине производной ее изменения с целью устранения возможных незначительных уходов рассчитанной точки максимума мощности от фактической с последующим поддержанием значения этой мощности, Указанные операции необходимо применять каждый раз при

1 значительных изменениях температуры и освещенности СБ.

Таким образом, используя математическую модель СБ, в которой учитываются реальные условия эксплуатации солнечных батарей (основными из них являются: температура, освещенность) и данные об этих реальных условиях эксплуатации, возможно с большим чем у прототипа быстродействием выходить в точку экстремума мощности. При этом, исключение пошагового выхода в указанную точку позволяет также повысить помехоустойчивость устройств, реализующих предлагаемый способ, исключив возможность реагирования на локальные экстремумы мгновенного значения мощности из-за воздействия помех по цепям питан:i. и наводок. Возможные в прототипе сбои при реагировании на локальные экстремумы приведут к дополнительным потерям элект1746371

15

20 роэнергии 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 солнечной 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 сигналы 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 управления подсоединен выход сравнивающего устройства 13, а на второй вход — выход анализатора 14 знака изменения тока, вход которого подсоединен к выходу токового шунта 10. Ла 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 образом, B счетно-решающее устройство 9 при его установке записывается математическое описание вольт-амперной характеристики солнечной батареи 1, В указанном математическом описании BAX учитываются условия эксплуатации СБ 1 — температура и освещенность. При включении устройства .е работу. на основании информации с датчиков 7,8 температуры и освещенности в счетно-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-решающее устройство формирует управляющий сигнал на ШИМ 16, сразу задающий такую частоту переключений транзистора 2, что ток через него равен расчетному, например, току ta (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

55 фактическую потребляемую мощность СБ 1.

При первом замере укаэанной 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 происхо-" дит сравнение знака изменения тока на предыдущем и настоящем шаге измерения мощности. И если знаки изменения тока не изменились (ток нарастал: до!з, от Ia до i4), а также, учитывая, что мощность в точке 4 больше чем в точке 3 устройство 14 управления вырабатывает сигнал на увеличение тока нагрузки до значения ir. 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 ц до ig тот же, что и от i до i4, 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, о т л и ч а ю щ и йс 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

1746371

Pgz f ь г 644

Дур g

Составитель М.Антипов

Техред М.Мор гентал

Редактор H.Õèì÷óê

Корректор 3.Салко

Заказ 2395 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 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, о т л и ч à ю шийся тем, что в случае применения источника питания постоянного тока в виде солнечной батареи в качестве фиксируемых парамет5 ров условий эксплуатации выбирают температуру и освещенность.