将局部最大功率点追踪整合入具有集中式最大功率点追踪的能量产生系统内的系统与方法

专利名称：将局部最大功率点追踪整合入具有集中式最大功率点追踪的能量产生系统内的系统与方法
技术领域：
揭示内容大致上是关于能量产生系统。更明确而言，揭示内容是关于将局部最大 功率点追踪整合入具有集中式最大功率点追踪的能量产生系统内的系统与方法。
背景技术：
相对于习知的非再生、会污染的能量来源(离如煤或是石油)而言，太阳能及风力 提供可再生且不会污染的能量来源。因此，太阳能及风力已成为日益重要的可转换为电能 的能量来源。对于太阳能而言，排列成数组的光伏打面板通常提供用以转换太阳能为电能 的装置。类似的数组可用于收集风力或是其它自然的能量来源。在操作光伏打数组时，通常使用最大功率点追踪(MPPT)以自动地判定应在何种 电压或是电流操作该数组，以在特定温度及太阳辐射产生最大功率输出。尽管当数组在理 想条件(亦即，对于数组中的各个面板有相同的辐射、温度及电性特征)时，对于整体数组 而言，实施MPPT相当简单，但当有不匹配或是部份被遮蔽的情况下，对于整体数组的MPPT 则更为复杂。在此情况中，因为不匹配的数组的多峰功率对电压特征的相对最佳条件，MPPT 技术不能提供精确的结果。因此，该数组面板中仅有一些能理想地操作。因为对于包含数 排面板的数组而言，最无效率的面板会决定整体面板的电流及效率，如此则造成产生功率 的剧烈下降。因此，某些光伏打系统对数组中的各面板提供一 DC-DC转换器。各该DC-DC转换 器执行MPPT以搜寻其的对应面板的最大功率点。然而，目前提出的使用分布式MPPT处理 的系统一般不打算在DC-AC转换级一起使用集中式MPPT控制与分布式MPPT控制。反之， 使用分布式MPPT或是集中式MPPT其中任一者。如此，各个面板中的嵌设于DC-AC级中的 MPPT控制器及DC-DC转换器中的MPPT控制器的设计仍为使用两种MPPT控制类型的系统的 问题。若DC-DC转换器缺少容许不同类型的MPPT控制连同工作的明确特征，则该等 DC-DC转换器仅适合用于不具集中式MPPT控制的操作。特别是，分布式MPPT控制与集中式 MPPT控制之间的作用可能会造成系统震荡，且会造成面板操作于远离其最大功率点。且，若 在两种不同的MPPT控制器之间未同步，则DC-DC转换器可能会在DC-AC级开始操作之前就 开始操作。在此种情况中，DC-AC级不能分散或是转换由DC-DC转换器所提供的功率，使线 电压无限量增加，且有可能对系统的某些构件造成损害。更进一步，若在MPPT控制器之间 不会通讯，则会造成孤立现象，如此会造成DC-AC级停止撷取功率，而DC-DC转换器持续产 生功率。如此会造成DC-AC级的输入电压不受控制地成长。


为了对揭示内容及其特征有更完整的了解，参照以下伴随附图的说明，在附图 中
4
图IA为根据揭示内容的一实施例，显示一能量产生系统，其可将局部最大功率点 追踪(MPPT)整合入集中式MPPT ；图IB为根据揭示内容的一实施例，显示可为集中控制的能量产生系统；图2为根据揭示内容的一实施例，显示图IA或图IB的局部转换器；图3为根据揭示内容的一实施例，显示图2的局部转换器的细部；图4A为根据揭示内容的一实施例，显示用以在图2的局部转换器中实现MPPT的 方法；图4B为根据揭示内容的一实施例，显示用以在图2的局部转换器中实现MPPT的 方法；图5为根据揭示内容的一实施例，显示一能量产生系统，其包含一中央数组控制 器，其能为该能量产生系统在集中式MPPT及分布式MPPT的间作选择；图6为根据揭示内容的一实施例，显示部份被遮蔽的情况下的图5的数组；图7A-C为显示对应于图6的三个光伏打面板的电压对功率特性；图8为根据揭示内容的一实施例，显示为图5的能量产生系统在集中式MPPT及分 布式MPPT之间作选择的方法；图9为根据揭示内容的一实施例，显示启动及关闭能量产生系统中的局部转换器 的局部控制器的系统；图10为根据揭示内容的一实施例，显示装置电压随着时间改变的范例；图11为根据揭示内容的一实施例，显示图9的启动器；及图12为根据揭示内容的一实施例，显示用以启动或是关闭图9的局部转换器的方法。
具体实施例方式在此份专利文件中，以下所述的图1到12及用于描述本发明的原理的各种实施例 仅用于说明而不应解释为限制本发明的范围。熟知本技艺者当可知，本发明的原理能应用 于任何类型的合适配置的装置或是系统。图IA为根据揭示内容的一实施例，显示一能量产生系统10，其将局部最大功率点 追踪(MPPT)整合入集中式MPPT。能量产生系统10包含多数个能量产生装置(E⑶)12，各 耦接至对应的局部转换器14，E⑶12及对应的局部转换器14合并形成能量产生数组16。 所述的光伏打系统10亦包含耦接至局部转换器14的DC-AC转换器22，且其可用以从局部 转换器14接收电流及电压。对于一特定实施例而言，如揭示内容所述，能量产生系统10可包含光伏打系统， 且能量产生装置12可包含光伏打(PV)面板。然而，应了解者为，能量产生系统10可包含 合适种类的任何其它能量产生系统，例如风力涡轮系统、燃料电池系统等。对于此等实施例 而言，能量产生装置12可包含风力涡轮、燃料电池等。且，能量产生系统10可为接地系统 或是浮动系统。数组16中的PV面板12系设置于串M上，对于所述的实施例而言，数组16包含 两个串对，各串M包含三个面板12。然而，应了解者为，数组16可包含任意合适数目的串 对，且各串M可包含任意合适数目的面板12。且对于所述的实施例而言，各串M中的面板12设置为串联连接。因此，各个局部转换器14的输出电压仍然相近于其输入电压，而供给 高电压至DC-AC转换器22的输入埠，对于某些实施例而言，其可操作在输入电压为150V到 500V之间。因此，不需要以变压器为基础的转换器(例如在并联构造串中所使用者)，产生 实现高效率及低成本的局部转换器14的能力。各个PV面板12能将太阳能转换为电能。各个局部转换器14系耦接至对应的面 板12，且能重新塑造面板12造成的电压对电流的输入关系，使数组16的面板12产生的电 能可为负载(未显示于图IA中)所利用。DC-AC转换器22系耦接至数组16，且能将局部 转换器14产生的负载直流(DC)转换为交流(AC)，负载可耦接至DC-AC转换器22。DC-AC 转换器22包含中央MPPT控制区块32，其能藉由校准数组16的MPP提供集中式MPPT。MPPT自动判定数组16或面板12应操作的电压或是电流，以对特定温度及太阳辐 射产生最大功率输出。尽管当数组在理想条件(亦即，对于数组中的各个面板有相同的辐 射、温度及电性特征)时，对于整体数组而言，实施集中式MPPT相当简单，但当有不匹配或 是部份被遮蔽的情况下，对于整体数组的MPPT则更为复杂。在此情况中，因为不匹配的数 组16的多峰功率对电压特征的相对最佳条件，MPPT技术不能提供精确的结果。因此，该数 组16的面板12中仅有一些能理想地操作，造成功率产生剧烈下降。因此，为了要解决此问 题，各个局部转换器14能对其对应的面板12提供局部MPPT。以此方式，无论是在理想的 或是不匹配或是被遮蔽的条件下，各个面板12皆能操作于自有的最大功率点(MPP)。对于 其中能量产生装置12包含风力涡轮的实施例而言，MPPT可用于调整风力涡轮的叶片间距。 亦应了解者为，MPPT可用于最佳化包含其它种类的能量产生装置12的系统10。能量产生系统10对整体系统10设置受中央MPPT控制区块32控制的系统控制回 路，且对各个面板12设置由对应的局部转换器14控制的局部控制回路。该等回路的操作 频率至少分离一段预定距离，以避免系统震荡，且避免面板12操作远离其的MPP。对于一实 施例而言，系统控制回路为闭回路系统，其包含数组16、中央MPPT控制区块32、DC-AC转换 器22。此外，各个局部控制回路为闭回路系统，其包含一面板12及对应的局部转换器14。对于某些实施例而言，各个局部转换器14设计成使转换器14的局部控制回路的 稳定时间较系统控制回路的时间常数为快。在一特定实施例中，各个局部控制回路的稳定 时间至少比系统控制回路的时间常数快五倍。因此，在稳定状态，面板12组成的数组16可 作为DC-AC转换器22的电源，其能量为各个面板12的最大可用能量的总和。同时，中央 MPPT控制区块32可实施正规的最佳化算法，最后，中央MPPT控制区块32可将串电压设定 为最大化局部转换器14的效能的值。以此方式，可避免由系统控制回路及局部控制回路之间的动态反应造成的系统震 荡。此外，面板12—般可在其MPP操作。又，可在系统及局部回路之间使的同步，以避免无 限制增加的串电压可能会造成的损害。最后，可避免孤立DC-AC转换器22，其会使DC-AC转 换器22停止吸收能量，并造成无法控制的输入电压成长。图IB为根据揭示内容的一实施例，显示能够为集中式控制的能量产生系统100。 能量产生系统100包含多数个能量产生装置(EOT) 102，其各耦接至对应的局部转换器104， 能量产生装置102及局部转换器104 —起形成能量产生数组106。对于一特定实施例而言， 如揭示内容所述，能量产生系统100可包含光伏打系统，且能量产生装置102包含光伏打 (PV)面板。然而，应了解者为，能量产生系统100可包含任何其它合适种类的能量产生系统，例如风力涡轮系统、燃料电池系统等。对于该等实施例而言，能量产生装置102可包含 风力涡轮、燃料电池等。且，能量产生系统100可为接地系统或是浮动系统。所述的光伏打系统100包含中央数组控制器110，且亦包含DC-AC转换器112，或 用于系统100系操作为并联型系统的情况中的其它合适的负载。然而，应了解者为，系统 100可藉由耦接数组106至电池充电器或是其它合适的能量储存装置而非DC-AC转换器 112，而操作为独立型系统。数组106中的PV面板102系排列于串114中。对于所述实施例而言，数组106包 含两个串114，各个串114包含三个面板102。然而，应了解者为，数组106可包含任何合适 数目的串114，且各个串114可包含任何合适数目的面板102。亦对于所述的实施例而言， 各个串114中的面板102为串联连接。因此，供给高电压至DC-AC转换器112的输入埠时， 各个局部转换器104的输出电压仍接近其输入电压。且对于某些实施例而言，DC-AC转换 器112操作的输入电压为介于150V到500V之间。因此，不需要用于并联构造的串中的以 变压器于基础的转换器，如此则造成实现高效能及低成本的局部转换器104的能力。各个PV面板102能够将太阳能转换为电能。各个局部转换器104系耦接至对应 的面板102，且能重新塑造面板102供应的输入电压对电流的输入关系，使数组106的面板 102产生的电能可为负载(未显示于图IB中)所利用。DC-AC转换器112系耦接至数组 106，且能将局部转换器104产生的负载直流(DC)转换为交流(AC)，负载可耦接至DC-AC转 换器112。最大能量点追踪(MPPT)自动判定面板102应操作的电压或是电流，以对特定温度 及太阳辐射产生最大功率输出。尽管当数组106在理想条件(亦即，对于数组106中的各 个面板102有相同的辐射、温度及电性特征)时，对于整体数组106而言，实施集中式MPPT 相当简单。然而，当例如有不匹配或是部份被遮蔽的情况下，对于整体数组106的MPPT则更 为复杂。在此情况中，因为不匹配的数组106的多峰功率对电压特性的相对最佳条件，MPPT 技术不能提供精确的结果。因此，该数组106中仅有一些面板102能理想地操作，使得产生 能量急遽下降。因此，为了解决此问题，各个局部转换器104可对其对应的面板102提供局 部MPPT。在此方式中，不论在理想的或是不匹配或是被遮蔽的情况下，各个面板102皆可 操作在其自有的最大能量点(MPP)。对于其中能量产生装置102包含风力涡轮的实施例而 言，MPPT可用于调整风力涡轮的叶片间距。亦应了解者为，MPPT可用于最佳化包含其它种 类的能量产生装置102的系统100。中央数组控制器110耦接至数组106，且能够透过有线连接(例如串联或是并联总 线)或是无线连接与数组106通讯。中央数组控制器110可包含诊断模块120及/或控制 模块125。诊断模块120能监控光伏打系统100，而控制模块125能控制光伏打系统100。诊断模块120能从数组106中的各个局部转换器104接收用于局部转换器104的 局部转换器数据及用于局部转换器104对应的面板102的装置数据。此处所使用的「装置 数据」表示面板102的输出电压、输出电流、温度、辐射、输出功率等。相似地，「局部转换器 数据」表示局部转换器输出电压、局部转换器输出电流、局部转换器输出功率等。诊断模块120亦能够在系统100上产生报告，且提供报告予操作者。举例而言，诊 断模块120能够显示装置数据及局部转换器数据其中一些或是全部予操作者查看。此外， 诊断模块120能够提供装置数据及局部转换器数据其中一些或是全部予控制模块125。诊断模块120亦能够以任何合适的方式分析数据，并提供分析结果予操作者及/或控制模块 125。例如，诊断模块120能够根据任何合适的时限，例如每小时、每天、每星期、或是每个 月，判定各个面板102的统计资料。诊断模块120亦能够对数组106提供错误监控。根据自局部转换器104所接收的 数据，诊断模块120可辨识一个或更多个具有瑕疵的面板102，例如失败的面板102、失效的 面板102、被遮蔽的面板102、脏污的面板102等。当应更换、修复、或是清洁具有瑕疵的面 板102时，诊断模块120亦可通知操作者。控制模块125能够藉由传送控制信号至一个或更多个局部转换器104而实际地控 制数组106。例如，控制模块125可传送绕行控制信号至对应的面板102失效的特定局部 转换器104。绕行控制信号促使局部转换器104绕过面板102，有效地自数组106移去面板 102而不会影响在相同串114中的其它面板102(如同被绕过的面板102)的操作。此外，控制模块125能够传送控制信号至一个或更多个局部转换器104，其引导局 部转换器调整其的输出电压或是电流。对于某些实施例而言，局部转换器104的MPPT功能 可移至中央数组控制器110。对于该等实施例而言，控制模块125亦可校准各个面板102的 MPP，及根据校准而传送转换比例命令至各个局部转换器104，以使各个面板102操作于其 自有的MPP，如控制模块125所判定者。控制模块125亦可自操作者接收指令并启动指令。例如，操作者可引导控制模块 125系统100为并联型或是独立型，且控制模块125可藉由将系统100设为并联或是独立该 系统100而响应操作者。因此，藉由利用中央数组控制器110，光伏打系统100以面板为基础可提供更佳的 利用。且，系统100藉由可混合不同来源，而增加弹性。中央数组控制器110亦对整个系统 100提供较佳的保护及数据收集。图2为根据揭示内容的一实施例，显示局部转换器204。局部转换器204可表示 图IA中的局部转换器104其中的一个，或是表示图IB中的局部转换器104其中的一个，然 而，应了解者为，局部转换器204能在不脱离揭示内容的范围中，以任何合适的方式设于能 量产生系统中。此外，尽管所示者为耦接至称为PV面板的能量产生装置202，应了解者为， 局部转换器204可耦接至PV面板的单一电池或是光伏打数组的面板子组合，或是耦接至另 一能量产生装置202，例如风力涡轮、燃料电池等。局部转换器204包含功率级206及局部控制器208，其更包含MPPT模块210及选 用的通讯接口 212。功率级206可包含DC-DC转换器，其能从PV面板202接收面板电压及 电流做为输入，并重新塑造输入的电压对电流关系，以产生输出电压及电流。局部控制器208的通讯接口 212能提供局部转换器204及中央数组控制器(例如 图IB中的中央数组控制器110)之间的通讯信道。然而，对于局部转换器204不与中央数 组控制器通讯的实施例而言，可以省略通讯接口 212。MPPT模块210能从面板202接收面板电压及电流作为输入，且若所使用的算法有 需要，可从功率级206接收输出电压及电流。根据该等输入，MPPT模块210能提供信号，以 控制功率级206。在此方式中，局部控制器208的MPPT模块210能对于PV面板202提供 MPPT0藉由提供ΜΡΡΤ,ΜΡΡΤ模块210将对应的面板202保持于实质上固定的操作点(亦
8即，对应于面板202的最大功率点的固定电压Vpan及电流IpJ。因此，对于给定的固定太阳 辐射而言，在稳定状态中，若局部转换器204对应于面板202的相对或是绝对最大功率点， 则局部转换器204的输入功率是固定的(亦即，Ppan = Vpan-Ipan)。此外，局部转换器204具 有相对高的效能，因此，输出功率几乎等于输入功率(亦即，P。ut N PpJ。图3为根据揭示内容的一实施例，显示局部转换器204的细部。对于此实施例而 言，功率级206实现为单一电感、四开关同步升降切换调节器，且MPPT模块210包含功率级 调节器302、MPPT控制区块304、及两个模拟到数字转换器(ADC) 306及308。ADC 306能够缩放及量子化模拟面板电压Vpan及模拟面板电流Ipan，以分别产生数 字面板电压及数字面板电流。应了解者为，尽管所述为面板电压及面板电流，对于任何合适 的能量产生装置202(例如风力涡轮、燃料电池等)而言，Vpan可称为输出装置电压且Ipan可 称为输出装置电流。耦接至MPPT控制区块304及通讯接口 212的ADC 306亦能够提供数 字面板电压及电流至MPPT控制区块304及通讯接口 212。相似地，ADC 308能够缩放及量 子化模拟输出电压及模拟输出电流，以分别产生数字输出电压及数字输出电流。亦耦接至 MPPT控制区块304及通讯接口 212的ADC 308能提供数字输出电压及电流信号至MPPT控 制区块304及通讯接口 212。通讯接口 212能提供ADC 306所产生的数字面板电压及电流 信号及ADC 308所产生的数字输出电压及电流信号至中央数组控制器。耦接至功率级调节器302的MPPT控制区块304能自ADC 306接收数字面板电压 及电流，及自ADC 308接收数字输出电压及电流。根据该等数字信号其中至少一些。MPPT 控制区块304能产生用于功率级调节器302的转换比例命令。转换比例命令包含用于功率 级调节器302的转换比例，以在操作功率级206时使用。对于MPPT控制区块304能根据数 字面板电压及电流(而非根据数字输出电压及电流)而产生转换命令的实施例而言，ADC 308仅提供数字输出电压及电流至通讯接口 212，而不会至MPPT控制区块304。对于某些实施例而言，功率级调节器302包含升降模式控制逻辑及数字脉冲宽度 调节器。此功率级调节器302能藉由根据MPPT控制区块304所提供的转换比例产生脉冲 宽度调变(PWM)信号，而在不同模式中操作功率级206，MPPT控制区块304可校准用于功率 级206的PWM信号的转换比例。功率级调节器302耦接至功率级206，且能藉由使用工作周期及一模式来操作功 率级206，而根据MPPT控制区块304所产生的转换比例操作功率级206，工作周期及一模式 系根据转换比例而判定。对于功率级206实现为升降转换器的实施例而言，功率级206的 可能模式包含降级模式、升级模式、升降模式、旁通模式及停止模式。对于此实施例而言，当转换比例CR落在升降范围内时，功率级调节器302能在升 降模式中操作功率级206 ；当转换比例CR小于升降范围时，功率级调节器302能在降级模 式中操作功率级206 ；当转换比例CR大于升降范围时，功率级调节器302能在升级模式中 操作功率级206。升降范围包含实质上等于1的值。例如，对于一特定实施例而言，升降范 围包含0. 95到1. 05。当功率级206为降级模式时，若CR小于最大降级转换比例CRbuek,_， 功率级调节器302能以降级构造操作整个功率级206。相似地，若CR大于最小升级转换比 例CRb。。st,min，功率级调节器302能以升级构造操作整个功率级206。最后，当转换比例大于CRbudt,_且小于CRb。。st,min时，功率级调节器302能交替地在 降级构成及升级构成中操作功率级206。在此情况中，功率级调节器302可实施分时多任务，以在降级构成及升级构成之间交替。因此，当转换比例更接近CRbudt, _时，功率级调节 器302在降级构成中操作功率级206较在升级构成中操作功率级206为频繁。相似地，当 转换比例更接近CRb。。st,min时，功率级调节器302在升级构成中操作功率级206较在降级构 成中操作功率级206为频繁。当转换比例靠近CRbudt, _及CRb。。st, min之间的中间点时，功率 级调节器302在降级构成中操作功率级206与在升级构成中操作功率级206的频率不相上 下。例如，当功率级206为在升降模式中时，功率级调节器302可平均地在降级构成及升级 构成中交替操作功率级206。对于所述实施例而言，功率级206包含四个开关310a_d，及电感L及电容C。对 于某些实施例而言，开关310可包含N-通道功率M0SFET。对于一特定实施例而言，该等晶 体管可包含硅上的氮化镓装置。然而，应了解者为，在不脱离揭示内容范围之内，开关310 可为其它适合的方式实现。此外，功率级206可包含一个或更多个驱动器(未显示于图3 中)，以驱动开关310(例如晶体管的闸极)。例如，对于一特定实施例而言，第一驱动器可 耦接至功率级调节器302及晶体管310a及310b之间，以驱动晶体管310a及310b的闸极， 第二驱动器可耦接至功率级调节器302及晶体管310c及310d之间，以驱动晶体管310c及 310d的闸极。对此实施例而言，功率级调节器302所产生的PWM信号供应至驱动器，根据该 等PWM信号，分别驱动其个别的晶体管310的闸极。对于所述的实施例而言，在操作功率级206中，功率级调节器302能产生数字脉 冲，以控制功率级206的开关310。对于下述实施例而言，开关包含晶体管。对于降级构成 而言，功率级调节器302关闭晶体管310c并开启晶体管310d。然后，脉冲交替地开启及关 闭晶体管310a及晶体管310b，使功率级206操作为降级调节器。对此实施例而言，晶体管 310a的工作周期等于工作周期D，其系包含于MPPT控制区块304所产生的转换比例命令 中。对于升级模式而言，功率级调节器302开启晶体管310a及关闭晶体管310b。脉冲交替 地开启及关闭晶体管310c及晶体管310d，以使功率级206操作为升级调节器。对此实施例 而言，晶体管310c的工作周期等于1-D。对于升降模式而言，功率级调节器302在降级及升级构成之间实施分时多任务， 如上述。功率级调节器302产生用于晶体管310a及310b的降级开关对的控制信号，及用于 晶体管310c及310d的升级开关对的控制信号。晶体管310a的工作周期固定于对应CRbuek, _的工作周期，晶体管310c的工作周期固定于对应CRb。。st,min的工作周期。经过一段指定 时间期间的降级构成及升级构成操作之间的比例为与D呈线性比例。当输出电压接近面板电压时，功率级206系操作于升降模式中。在此情况中，对 于所述实施例而言，电感电流涟波及电压切换造成的应力远小于SEPIC及习知的升降转换 器。且，相较于习知的升降转换器，所述的功率级206可达到更高的效能。对于某些实施例而言，如以下将与图4A —同详细叙述者，MPPT控制区块304能操 作在以下四个模式其中的一个休眠模式、追踪模式、保持模式、及旁通模式。当面板电压少 于预定的初级临限电压时，MPPT控制区块304可操作在休眠模式中。在休眠模式中，MPPT 控制区块304使晶体管310a-d关闭。例如，对于某些实施例而言，当MPPT控制区块为休 眠模式时，MPPT控制区块304能产生转换比例命令，其促使功率级调节器302关闭晶体管 310a-d。因此，功率级206系在停止模式，且面板202被绕过，如此则能有效地避免移除使 用面板202的光伏打系统中的面板202。
当面板电压升高到高于初级临限电压时，MPPT控制区块304操作于追踪模式。在 此模式中，MPPT控制区块304对面板202实施最大功率点追踪，以判定功率级调节器302的 最佳转换比例。且在此模式中，功率级调节器302会取决于目前产生的转换比例命令，而将 功率级206置于降级模式、升级模式、或是升降模式中。此外，对于某些实施例而言，MPPT控制区块304亦可包含停止缓存器，其可藉由系 统的操作者或是任何合适的控制程序(例如设于中央数组控制器中的控制程序)修改，以 强制MPPT控制区块304保持功率级206为停止模式。对于此实施例而言，除非(i)面板电 压超出初级临限电压，及(ii)停止缓存器表示MPPT控制区块304会将功率级206移出停 止模式，否则MPPT控制区块304不会开始操作于追踪模式中。当MPPT控制区块304找出最佳转换比例时，MPPT控制区块304可操作于保持模 式一段预定期间的时间。在此模式中，MPPT控制区块304可继续提供在追踪模式中被判定 为最佳转换比例的相同的转换比例予功率级调节器302。且在此模式中，如在追踪模式中， 功率级206系取决于转换比例命令所提供的最佳转换比例，而处于降级模式、升级模式、或 是升降模式中。在经过预定期间的时间之后，MPPT控制区块304可恢复为追踪模式，以确 保最佳的转换比例不会改变，或是若面板102的条件改变，可找出新的最佳转换比例。如连同图5-8的以下更详尽的说明，当光伏打数组中的各个面板(例如面板202) 被均勻照亮，且面板202之间没有不匹配时，中央数组控制器可设置MPPT控制区块304与 功率级206为旁通模式。在旁通模式中，对于某些实施例而言，晶体管310a及310d为开 启，晶体管310b及310c为关闭，以使面板电压等于输出电压。对于其它实施例而言，功率 级206可包含选用的开关312，功率级206可将输入埠耦接至输出端口，以使输出电压等于 面板电压。在此方式中，当不需要局部MPPT时，实质上可自系统移除局部转换器204，藉此 藉由减少有关局部转换器204的损失，而最大化效能，并增加寿命。因此，如上述，MPPT控制区块304能操作于休眠模式中，且将功率级206置于绕过 面板202的停止模式。MPPT控制区块304亦能操作于追踪模式或是保持模式。不论在何 种模式中，MPPT控制区块304能将功率级206置于降级模式、升级模式、及升降模式其中的 一个模式中。最后，MPPT控制区块304能操作于旁通模式中，且将功率级206置于旁通模 式中，在旁通模式中，会绕过局部转换器204，容许面板202直接耦接至数组中的其它面板 202。藉由以此种方式操作局部转换器204，包含面板202的面板串的串电流与个别的 面板电流无关。反之，系藉由串电压及总串功率来设定串电流。此外，没有被遮蔽的面板 202可继续操作于最高功率点，不用考虑串中的其它面板的部份被遮蔽的条件。对于一替换性实施例而言，当MPPT控制区块304找出最佳转换比例时，当最佳转 换比例对应于功率级206的升降模式时，MPPT控制区块304可不操作于保持模式而是操作 于旁通模式中。在升降模式中，输出电压接近面板电压。因此，面板202可藉由绕过局部转 换器204而操作于接近其最大功率点，如此则增加效能。如前述的实施例，MPPT控制区块 304定期地自旁通模式恢复为追踪模式，以验证最佳转换比例是否落于升降模式范围之内。对于某些实施例而言，MPPT控制区块304能逐渐调整用于功率级调节器302的转 换比例，而非正常的阶式变化，以避免加诸于功率级206的晶体管、电感、及电容的应力。对 于某些实施例而言，MPPT控制区块304能实现不同的MPPT技术，以调整面板电压或是传导
11率，而非调整转换比例。此外，MPPT控制区块304可调整参考电压，而非调整转换比例，以 用于动态的输入电压调节。此外，MPPT控制区块304能致能功率级206的停止模式及其它模式之间的相对快 速及平滑的转折。MPPT控制区块304可包含非挥发性内存，其能储存前一最大功率点状态， 例如转换比例等。对于此实施例而言，当MPPT控制区块304转换到休眠模式时，最大功率 点状态系储存于此非挥发性内存中。当MPPT控制区块304其后回归到追踪模式时，所储存 的最大功率点状态可用作为初始的最大功率点状态。在此方式中，对功率级206而言，停止 及其它模式之间的转换时间可明显减少。对于某些实施例而言，MPPT控制区块304亦能对局部转换器204提供过功率且/ 或过电压保护。因为信号Vpan及Ipan经由ADC 306向前馈入MPPT控制区块304，MPPT控制 方块304尝试撷取最大功率。若功率级206输出有开路电路，则局部转换器204的输出电 压达到最大值。因此，对于过功率保护而言，局部转换器204的输出电流可用作为开启及关 闭MPPT控制区块304的信号。对此实施例而言，若输出电流下降到太低，则可由MPPT控制 区块304设定转换比例，以使面板电压几乎等于输出电压。对于过电压保护而言，MPPT控制区块304可对转换比例命令具有MPPT控制区块 304不会超过的最大转换比例。因此，若转换比例持续高于最大转换比例，则MPPT控制区块 304将转换比例限制于最大值。如此则能确保输出电压不会增加到超过对应的最大值。最 大转换比例的值可为固定性的或是适应性的。举例而言，可藉由感应面板电压及根据功率 级206的转换比例来计算对应于转换比例的次一程序化值的输出电压的估计值，而达成适 应性的转换比例限制。此外，对于所述的实施例而言，功率级206包含选用的单向开关314。当功率级 206为停止模式时，包含选用的开关314以容许面板202被绕过，藉此自数组移除面板202， 并容许其它面板202继续操作。对于特定的实施例而言，单向开关314可包含二极管。然 而，应了解者为，在不脱离揭示内容的范围之内，单向开关314可包含任何其它合适类型的 单向开关。图4A为根据揭示内容的一实施例，显示在局部转换器204中实现MPPT的方法 400。方法400的实施例仅为说明性。可在不脱离揭示内容的范围之内，实现方法400的其 它实施例。方法400以MPPT控制区块操作在休眠模式中作为开始(步骤401)。例如，MPPT 控制区块可产生转换比例命令，以促使功率级调节器302关闭晶体管310a-d或是功率级 206，藉此将功率级206置于停止模式，且绕过面板202。当在休眠模式中时，MPPT控制区块304监控面板电压Vpan，并比较面板电压与初级 临限电压Vth (步骤402)。例如，ADC 306可将面板电压自模拟信号转换为数字信号，并将数 字信号提供至MPPT控制区块304，其储存有初级临限电压，以与数字面板电压作比较。只要面板电压保持在初级临限电压之下(步骤402)，MPPT控制区块304就持续操 作于休眠模式中。此外，如上述，当停止缓存器表示功率级206保持为停止模式时，MPPT控 制区块304保持于休眠模式中。然而，一但面板电压超出初级临限电压(步骤402)，MPPT 控制区块304产生用以操作功率级206的转换比例命令，转换比例命令包含初始的转换比 例(步骤403)。例如，对于一实施例而言，MPPT控制区块304以转换比例1作为开始。或者，MPPT控制区块304能储存在前一追踪模式所判定的最佳转换比例。对于此实施例而言， MPPT控制区块304可将转换比例初始化为与先前判定的最佳转换比例相同。且，MPPT控制 区块304所产生的转换比例命令供应至功率级调节器302，其使用初始转换比例操作功率 级 206。此时，MPPT控制区块304监控面板电流Ipan及输出电流I。ut，并比较面板电流及输 出电流与临限电流Ith(步骤404)。例如，ADC 306可将面板电流自模拟信号转换为数字信 号，并将数字面板电流供应至MPPT控制区块304，ADC 308可将输出电流自模拟信号转换为 数字信号，且供应数字输出电流至MPPT控制区块304，其储存用以与数字面板电流及数字 输出电流作比较的临限电流。只要电流Ipan及I。ut其中至少一个仍维持低于临限电流(步 骤404)，MPPT控制区块304就会持续监控电流位准。然而，一但该等电流皆超出临限电流 (步骤404)，则MPPT控制区块304开始操作于追踪模式中，其包含初始化设定追踪变量T 为1，且初始化一计数器(步骤406)。尽管未示于图4A的方法400中，应了解者为，在追踪模式中时，MPPT控制区块304 可继续监控面板电压，及比较面板电压与少于初级临限电压的次级临限电压。若面板电压 减少到低于次级临限电压，则MPPT控制区块304恢复为休眠模式。藉由使用少于初级临限 电压的次级临限电压，MPPT控制区块304对噪声免疫，如此则能避免MPPT控制区块304经 常在休眠及追踪模式之间作切换。在设定追踪变量的值及初始化计数器之后，MPPT控制区块304计算用于面板202 的初始功率(步骤408)。例如，ADC 306可提供数字面板电流及面板电压信号(Ipan及Vpan) 至MPPT控制区块304，其后，MPPT控制区块304将此等信号相乘，以判定装置(或是面板) 功率(Ipan · Vpan)的初始值。在计算初始功率之后，MPPT控制区块304以第一方向修改转换比例，并产生包含 修改过的转换比例的转换比例命令(步骤410)。例如，对于某些实施例而言，MPPT控制区 块304可增加转换比例。对于其它实施例而言，MPPT控制区块304可减少转换比例。在经 过一段时间使系统稳定之后，MPPT控制区块304计算用于面板202的目前功率(步骤412)。 举例而言，ADC 306可提供数字面板电流及面板电压信号至MPPT控制区块304，其后，MPPT 控制区块304将此等信号相乘，以判定面板功率的目前值。然后，MPPT控制区块304比较现在计算的功率与先前计算的功率，其为初始功率 (步骤414)。若目前功率大于先前功率(步骤414)，则MPPT控制区块304以与先前修改的 相同方向修改转换比例，并产生更新的转换比例命令(步骤416)。对于某些实施例而言，以 等量增加将转换比例修改得更高或是更低。对于其它实施例而言，转换比例能以线性或是 非线性增量而修改得更高或是更低，以最佳化系统响应。例如，对于某些系统而言，若转换 比例与最佳值差距甚大，则随着愈益靠近最佳值，较佳者为先使用较大的增量，然后再使用 较小的增量。MPPT控制区块304亦判定追踪变量T是否等于1，表示因为转换比例在先前计算 之前已经改变过，转换比例以与先前计算相同的方向改变(步骤418)。因此，当T等于1时， 面板功率增加，其与转换比例的先前改变是相同方向。在此情况中，在给系统一段时间使其 稳定之后，MPPT控制区块304再次计算面板202的目前功率(步骤412)，并比较目前功率 与先前功率(步骤414)。然而，若MPPT控制区块304判定T不等于1，表示因为转换比例在先前计算之前已经改变过，转换比例以与先前计算相反的方向改变(步骤418)，则MPPT 控制区块304设定T为1，并增加计数器(步骤420)。然后，MPPT控制区块304判定计数器是否超出计数器临限值Cth(步骤422)。若目 前计数器的值未超出计数器临限值(步骤42 ，在给系统一段时间使其稳定之后，MPPT控 制区块304再次计算面板202的目前功率(步骤412)，并比较目前功率与先前功率(步骤 414)，以判定面板功率是增加中或是减少中。若MPPT控制区块304判定目前功率并未大于先前功率(步骤414)，则MPPT控制 区块304以与先前修改相反的方向修改转换比例，并产生更新的转换比例命令(步骤424)。 MPPT控制区块304亦判定追踪变量T是否等于2，T若等于2则表示因为转换比例在先前 计算之前已经改变过，以与先前计算相反的方向修改转换比例(步骤426)。在此情况中， 在给系统一段时间使其稳定之后，MPPT控制区块304再次计算面板202的目前功率(步骤 412)，并比较目前功率与先前功率(步骤414)。然而，若MPPT控制区块304判定T不等于2，表示因为转换比例在先前计算之前已 经改变过，以与先前计算相同的方向修改转换比例(步骤426)，则MPPT控制区块设定T为 2，并增加计数器(步骤428)。然后MPPT控制区块304判定计数器是否超出计数器临限值 Cth (步骤42 ，如上述。若计数器未超出计数器临限值(步骤42 ，表示转换比例在第一方向及第二方向 中已交替地改变数次，此次数大于计数器临限值，MPPT控制区块304找出对应于面板202的 最大功率点的最佳转换比例，且MPPT控制区块304开始操作于保持模式(步骤430)。在保持模式中时，MPPT控制区块304可设定定时器并重新初始化计数器(步骤 432)。当定时器届期(步骤434)，MPPT控制区块304可恢复为追踪模式(步骤436)，并计 算目前功率(步骤412)，以比较目前功率与MPPT控制区块304在追踪模式中最后计算的 功率(步骤414)。以此方式，MPPT控制区块304可确保不会改变最佳转换比例，或当面板 202的条件改变时，可找出不同的最佳转换比例。尽管图4A显示用于追踪能量产生装置202的最大功率点的方法400的范例，但可 对方法400作出各种变更。例如，尽管系参考光伏打面板而描述方法400，但方法400可用 于其它能量产生装置202，例如风力涡轮、燃料电池等。更进一步，尽管系参照图3的MPPT 控制区块304而描述方法400，但应了解者为，在不脱离揭示内容的范围之内，方法400可用 于任何合适地设置的MPPT控制区块。此外，对于某些实施例而言，在步骤430中，若MPPT 控制区块304判定最佳转换比例相当于功率级206的升降模式，MPPT控制区块304可操作 于休眠模式而非保持模式。对于该等实施例而言，休眠模式之后，定时器届期的时间与保持 模式的定时器的时间可以相同或是不同。且，尽管系以一连串的步骤显示，但方法400中的 步骤可以重迭、平行发生、发生多次、或是以不同顺序发生。图4B为根据揭示内容的另一实施例，显示在局部转换器204中实现MPPT的方法 450。对于一特定实施例而言，图4B的方法450可对应于图4A的方法400其中一部份。例 如，方法450所述的步骤一般系对应于方法400的步骤403、408、410、412、414、416、及424。 然而，方法450包含除了该等步骤之外的额外细节。对于另一特定实施例而言，方法450可 独立于方法400实施，且不限于上述的方法400的实现方法。此外，如方法400，以下所述的 方法450仅为说明性。在不脱离揭示内容的范围之内，可实现方法450的其它实施例。
方法450以包含步骤452、454、及456的开机组作为开始。刚开始，MPPT控制区块 304设定转换器转换比例M为最小转换比例Mmin(步骤452)。然后，MPPT控制区块304设 定先前转换器转换比例M。ld为M，M。ld为用于前一 MPPT反复的转换比例，并对于目前的MPPT 反复设定转换比例M为Μ。ω+ΔΜ，其中ΔΜ为各个反复之间的转换比例的增加差量(步骤 454)。若在此步骤中所设定的M值少于初始转换比例Mstart的值，以用于实施MPPT(步骤 456)，然后，M-及M皆如上述更新，使两者皆增加ΔΜ(步骤454)。一但M值达到或超过 Mstart的值(步骤456)，则开机组就完成，且方法进行至步骤458。MPPT控制区块304设定M值为Mstot，并设定「符号」的值为1，符号的值表示MPPT 处理中的各次反复的MPPT扰动方向(步骤458)。在此时，MPPT控制区块304感测ADC 306 供应的输入电压及电流(Vin&Iin)，并感测ADC 308供应的输出电压及电流(V。ut&I。ut)(步 骤460)。MPPT控制区块304亦计算平均的输入电压及电流(Vin av及Iin av)，及平均的输出 电压及电流(V。utav&I。ut av)，之后，WVinavX Iinav计算输入功率(步骤460)。对于某些实施例而言，平均的输入电压及电流及平均的输出电压及电流系在MPPT 扰动间隔的第二个一半计算。对于具有50MHz频率的特定实施例而言，输入电压及电流可 在12. 5kHz取样，且在750Hz计算平均的输入电压及电流及平均的输出电压及电流。然后，在致能MPPT处理之前，MPPT控制区块304判定温度及电流是否为可接受的 (步骤462)。对于一特定实施例而言，MPPT控制区块304包含当温度超出预定临限值时， 能接收过热信号的过热接脚。对此实施例而言，当过热信号表示已超出临限值时，MPPT控 制区块304判定温度为不能接受的。对于一特定实施例而言，MPPT控制区块304可藉由比较输出电流I。ut与平均的输 入电流Iin av与最小电流临限值的上限Iminhi而判定电流是否为可接受的，以确保输出电流 及平均的输入电流在开始MPPT处理之前为足够，且藉由比较平均的输出电流I。ut av与最大 的输出电流I。ut _，以确保平均的输出电流不会太高。对此实施例而言，当输出电流及平 均的输入电流均大于最小电流临限值的上限，及当平均的输出电流小于最大输出电流时， MPPT控制区块304判定电流为可接受的。或者，当输出电流或是平均的输入电流少于最小 电流临限值的上限，或是当平均的输出电流大于最大的输出电流时，MPPT控制区块304判 定电流为不可接受的。对于一特定实施例而言，MPPT控制区块304亦可包含过电流接脚，当平均的输出 电流超出最大的输出电流时，过电流接脚能接收过电流信号。例如，可经由电阻式分压器指 定最大输出电流的值予过电流接脚。然后，当超出最大输出电流时，过电流接脚会接收过电
流信号。当MPPT控制区块304判定温度且/或电流为不可接受时(步骤462)，重设M值 为Mstart,且重设「符号」值为1(步骤458)。当在温度太高而设定M值为Mstmt时通常会造 成远离MPPT而操作面板202，从而减少转换器204所传送的功率。此外，可将Mstart选择为 最小化局部转换器204的损失的操作点。例如，对于一特定实施例而言，可选择Mstart为1。 因此，当温度为无法接受的太高时，回归Mstot —般会造成因为功率减少而使温度下降。此 外，当输出短路电路造成平均的输出电流太高时，设定M值为Mstart会造成面板电压强制设 为零。当MPPT控制区块304判定温度及电流皆为能接受时(步骤462)，则致能MPPT处
15理。对于上述的特定实施例而言，当温度及平均的输出电流皆够低，且输出电流及平均的输 入电流皆够高时，MPPT控制区块304判定温度及电流为可接受的。如此则造成局部转换器 204及DC-AC转换器22或112之间的开机及停止同步的能力。对于此实施例而言，在开机 时，各个局部转换器204为固定的转换比例，且操作于此状态一段时间，此时间足以使系统 10或100成为稳定状态。若DC-AC转换器22或112未在此时开始其操作，则局部转换器 204会快速充电其电容到固定电压。例如，此固定电压可由开路的面板电压及初始转换比例 Mstmt给定。一但达到此状态，则局部转换器204的输入及输出电流为虚拟的零。对于此实施例而言，可藉由感测局部转换器204的输出(或是输入)电流及仅在 感测电流超出特定临限值时容许MPPT而提供同步。当DC-AC转换器22或112开始正规操 作时，局部转换器204的输出(或是输入)电流超过最小的临限值，且所有的局部转换器 204在DC-AC转换器22或112开始其MPPT操作的同时开始其MPPT操作。同样的，当由于 任何原因而中断DC-AC转换器22或112时(例如孤立)，相同技术可使局部转换器204同 步停止。对于图4B的方法450而言，MPPT处理以先前输入功率Pin。ld设定为目前输入功率 Pin作为开始(步骤464)。因此，在刚开始时，先前输入功率设定为步骤460所计算的输入 功率的值。MPPT控制方块304设定M值为M。ld+符号值X Δ M，然后将M。ld的值设定为M(步 骤466)。因此，以符号值所指定的方向将转换比例调整ΔΜ，藉由将M。ld值改变为相同值， 可在后续的反复中可使用最终的转换比例。接着，MPPT控制区块304判定转换比例M是否落在预定范围之内，及平均的输出 电压是否太高。对于所述的实施例而言，当转换比例少于最大转换比例Mmax且大于最小转 换比Mmin时，转换比例为落在预定范围之内。且对于所述实施例而言，当平均的输出电压超 出最大输出电压V。ut max时，平均的输出电压视为太高。因此，若M大于Mmax或是V。ut av大于V。ut max (步骤468)，则MPPT控制区块304将符 号值设定为-1 (步骤470)，其会使(若继续进行)MPPT处理之后续反复中的转换比例减少， 如以下更详尽说明。相似地，若M小于Mmin (步骤472)，则MPPT控制区块304设定符号值为 1 (步骤474)，其会造成(若继续进行)MPPT处理之后续反复中的转换比例增加，如以下更 详尽说明。因此，当平均的输出电压大于最大输出电压时(步骤470)，并非简单的关闭转换 级中的开关，而是容许局部转换器204继续操作，且能藉由MPPT控制区块304减少转换比 例而避免局部转换器204超出最大输出电压。如此的优点在于即使在一般会造成平均的输 出电压超出某些构件的额定电压的极大不匹配条件下，仍能容许能量收集。此时，MPPT控制区块304感测ADC 306供应的输入电压及电流(Vin及Ij，并感测 ADC 308供应的输出电压及电流(V。ut及I。ut)(步骤476)。MPPT控制区块304亦计算平均 的输入电压及电流(Vinav及Iinav),及平均的输出电压及电流(V。ut av&I。utav)，之后，以Vin avXIin av计算输入功率(步骤476)。然后，MPPT控制区块304判定目前的输入功率Pin是否大于先前的输入功率Pin。ld， 其系在前一反复中计算(步骤478)。若目前的输入功率并未大于先前的输入功率(步骤 478)，则MPPT控制区块304藉由设定符号值为(_符号。ld)改变「符号」的值，其中符号。ld 为乘以-1之前的目前符号值(步骤480)。因此，在MPPT处理的后续反复中，比起若MPPT处理继续下去的目前反复，转换比例以不同的方向修改，如以下更详细说明。若目前的输入功率大于先前的输入功率(步骤478)，则MPPT控制区块304保持 「符号」的值(步骤482)。因此，在MPPT处理的后续反复中，比起若MPPT处理继续下去的 目前反复，转换比例以相同的方向修改，如以下更详细说明。MPPT控制区块304判定温度及电流是否为继续MPPT处理所能接受的(步骤484)。 对于上述的特定实施例(其中MPPT控制区块304包含过热接脚)而言，当过热信号表示已 超出临限值时，MPPT控制区块304可判定温度为不能接受的。对于一特定实施例而言，MPPT控制区块304可藉由比较输出电流I。ut及平均的输 入电流Iin双与最小电流临限值下限Imin, lOT，判定电流是否为可接受的，以确保在继续MPPT 处理之前，输出电流及平均输入电流皆够高，且藉由比较平均输出电流I。ut,av与最大输出电 流I。ut,_，以确保平均的输出电流不会太大。对此实施例而言，当输出电流且/或平均的输 入电流大于最小电流临限值下限，且当平均的输出电流少于最大输出电流时，MPPT控制区 块304判定此电流为可接受的。或者，当输出电流及平均的输入电流皆少于最小电流临限 值的下限，或当平均的输出电流大于最大输出电流时，MPPT控制区块304判定此电流为不 可接受的。藉由使用最小电流临限值的上限以致能MPPT处理(步骤462)及使用最小电流 临限值的下限停止MPPT处理(步骤484)，如此，MPPT控制区块304可避免MPPT处理多次 开始及停止，若输出及平均的输入电流接近用于致能及停止MPPT处理的单一电流临限值 时，有可能发生MPPT处理的多次开始及停止。当MPPT控制区块304判定温度且/或电流为不能接受时(步骤484)，停止MPPT 处理。此时，将M值重设SMstart，并将「符号」值重设为1(步骤458)，且此方法如前述般继 续。当MPPT控制区块304判定温度及电流皆为可接受时(步骤484)，先前输入功率的值 Pin。ld设定为目前输入功率的值Pin(步骤464)，且MPPT控制区块304开始MPPT处理之后 续反复，如前述。尽管图4B为显示实现对能量产生装置202的MPPT的方法450，但可对于方法450 作出各种变更。例如，尽管系参照光伏打面板而说明方法450，但方法450可用于其它能量 产生装置202，例如风力涡轮、燃料电池等。更进一步，尽管系参照图3的MPPT控制区块304 而说明方法450，但应了解者为，在不脱离揭示内容的范围之内，方法450可用于任何适当 设置的MPPT控制区块中。且，虽然所示者为一连串的步骤，但方法450中的步骤可重迭、平 行发生、发生多次、或是以不同顺序发生。对于一特定实施例而言，应了解者为，在MPPT处 理中，并非在各次反复中仅实施一次，而是可不断地藉由MPPT控制区块304实施步骤484 中的有关温度及电流的可接受性判定。图5为根据揭示内容的一实施例，显示能量产生系统500，能量产生系统500包含 多数个能量产生装置502及中央数组控制器510，中央数组控制器510能对于能量产生系统 500在集中式及分布式MPPT之间作选择。对所述的实施例而言，能量产生系统指的是光伏 打系统500，光伏打系统500包含光伏打面板502组成的数组，光伏打面板502各耦接至一 局部转换器504。各个局部转换器504包含一功率级506及一局部控制器508。此外，对于某些实施 例而言，可经由选用的内部开关(例如开关312)绕过各个局部转换器504。被绕过时，局部 转换器504的输出电压实质上等于其输入电压。以此方式，有关局部转换器504的操作的损失可被最小化甚至被消除(当不需要局部转换器504时)。除了中央数组控制器510之外，系统500的实施例亦包含转换级512、方格514、及 数据总线516。中央数组控制器510包含一诊断模块520、一控制模块525及一选用的转换 级(⑶)最佳化器530。此外，所述的实施例对转换级512设置整体控制器M0。然而，应了 解者为，整体控制器540可设于中央数组控制器510中，而非设于转换级512中。且，CS最 佳化器530可设于转换级512中，而非设于中央数组控制器510中。对于某些实施例而言，面板502及局部转换器504代表图IB的面板102及局部转 换器104，且/或代表图2或3的面板202及局部转换器204，中央数组控制器510可代表 图IB的中央数组控制器110，且/或转换级512可代表图IB的DC-AC转换器112。此外， 诊断模块520及控制模块525可分别代表图IB的诊断模块120及控制模块125。然而，应 了解者为，系统500的构件能以任何合适的方式实现。转换级512可包含DC-AC转换器、电 池充电器、或其它能量储存装置，或任何其它合适的构件。方格514可包含能够根据光伏打 系统500产生的能量而操作的任何合适的负载。各个局部控制器508能经由数据总线516或者经由无线连接，提供对应的面板502 的数据及局部转换器数据予中央数组控制器510。根据该数据，诊断模块520能判定面板 502是否操作在准理想的条件下，亦即，面板502不会不匹配，且被实质上均勻地照亮。在 此情况中，诊断模块520能促使控制模块525将系统500置于集中式MPPT (CMPPT)模式中。 为了要完成此种状态，控制模块525能经由数据总线516传送停止信号至各个局部控制器 508，以藉由操作局部转换器504于旁通模式中，而停止局部转换器504。控制模块525亦能 传送致能信号至整体控制器M0。在旁通模式中，局部控制器508不再实施MPPT，且功率级506的输出电压实质上 等于面板502的面板电压。因此，可以最小化有关于操作局部转换器504的损失，并能最大 化系统500的效能。当局部转换器504为操作在旁通模式中时，整体控制器540能对面板 502组成的数组实施CMPPT。诊断模块520亦能判定某些面板502是否被遮蔽或是不匹配(亦即，与数组中的 其它面板502相比，某些面板502具有不同特征)。在此情况中，诊断模块520能促使控制 模块525将系统500置于分布式MPPT(DMPPT)模式中。为了要完成此状态，控制模块525 能经由数据总线516传送致能信号至各个局部控制器508，以藉由容许局部转换器504的正 规操作，而致能局部转换器504。控制模块525亦能传送停止信号至整体控制器M0。当某些面板502被遮蔽时，诊断模块520亦能判定某些被遮蔽的面板502为部份 被遮蔽。在此情况中，除了促使控制模块525将系统500置于DMPPT模式中之外，诊断模块 410亦能对系统500实施完全诊断扫描，以确保部份被遮蔽的面板502的局部控制器508可 找到真正的最大功率点，而非局部最大值。对于其中能量产生装置502包含风力涡轮的实 施例而言，诊断模块520能判定是否因为改变风力图案、丘陵、或是其它阻挡风的构造，或 是其它影响风力条件而造成某些风力涡轮「被遮蔽」。在图6及7A-C中说明光伏打系统500被部份遮蔽的情况。图6显示在部份被遮 蔽的情况下的光伏打数组600。图7A-C为显示对应于图6的三个光伏打面板的电压对功率 特性的图700、705、及710。所述的数组具有三个设有光伏打面板的串610。在串610c中的三个面板被标示为面板A、面板B、及面板C。应了解者为，此等面板可代表图5的面板502或是在其它任何合 适地设置的光伏打系统中的面板。某些面板被遮蔽区域620完全覆盖或是部份覆盖。在所述的实施例中，面板A被完全照亮，而面板B被遮蔽区域620部份遮蔽，面板 C被遮蔽区域620完全遮蔽。图7A中的图700中的电压对功率特性对应于面板A，图7B中 的图705的电压对功率特性对应于面板B，且图7C中的图710的电压对功率特性对应于面 板C。因此，如图705所示，被部份遮蔽的面板B具有与实际最大功率点725不同的局部 最大值720。中央数组控制器510的诊断模块520能判定面板B被部份遮蔽，并实施完全诊 断扫描，以确保面板B系为其的局部控制器508在其实际最大功率点725操作，而非局部最 大点720。取代操作在实际最大功率点(例如点725)，而操作在局部最大功率点(例如点 720)的面板502被称为「不足实施」的面板502。对于一特定实施例而言，诊断模块520可如下辨识被部份遮蔽的面板502。首先，
诊断模块520假设面板1.....N为所考虑的具有相同特性的数组中的面板502的子组合，
其具有相同的特性，并假设Ppan,i为属于组合[1.....N]的第i个面板502的输出功率。因
此，P 彡 P .彡 P .，
L ^“4·」 1 pan, max 1 pan, ι 1 pan, mm'其中Ppan,max为最佳实施面板502的输出功率，Ppanjfflin为最差实施面板502的输出 功率。诊断模块520亦藉由下式定义一变量(Pi
权利要求
1.一种用以将局部最大功率点追踪(MPPT)整合入具有集中式MPPT的能量产生系统的 系统，包含一系统控制回路，包含一系统操作频率；及多数个局部控制回路，各该局部控制回路包含一对应的局部操作频率，其中，各该等局 部操作频率与该系统操作频率分隔开至少一预定距离。
2.如权利要求1所述的系统，其中，该系统控制回路包含一闭回路系统，且各该等局部 控制回路包含一闭回路系统。
3.如权利要求1所述的系统，其中，该系统控制回路包含一数组的能量产生装置及一 DC-AC转换器，该DC-AC转换器包含能对该数组提供MPPT的一中央MPPT控制区块。
4.如权利要求1所述的系统，其中，各该局部控制回路包含一能量产生装置及一局部 转换器，该局部转换器能对该能量产生装置提供MPPT。
5.如权利要求1所述的系统，其中，该系统操作频率包含该系统控制回路一对应的时 间常数。
6.如权利要求5所述的系统，其中，各该等局部操作频率包含该局部控制回路一对应 的稳定时间，其对应于该局部操作频率。
7.如权利要求6所述的系统，其中，各该局部控制回路的该稳定时间较该系统控制回 路的该时间常数为快。
8.如权利要求6所述的系统，其中，各该局部控制回路的该稳定时间比该系统控制回 路的该时间常数快至少五倍。
9.一种用以将局部最大功率点追踪(MPPT)整合入具有集中式MPPT的能量产生系统的 系统，包含一系统控制回路，包含一数组的能量产生装置及一 DC-AC转换器，该DC-AC转换器包含 一中央MPPT控制区块，其能对该数组提供MPPT，其中，该系统控制回路能基于一系统操作 频率而操作；及多数个局部控制回路，各该局部控制回路包含该等能量产生装置其中一个以及能对该 能量产生装置提供MPPT的一局部转换器，其中，各该等局部控制回路能基于一对应的局部 操作频率而操作，且其中各该等局部操作频率与该系统操作频率分隔开至少一预定距离。
10.如权利要求9所述的系统，其中，该系统控制回路包含一闭回路系统，且各该等局 部控制回路包含一闭回路系统。
11.如权利要求9所述的系统，其中，该系统操作频率包含该系统控制回路一对应的时 间常数。
12.如权利要求11所述的系统，其中，各该等局部操作频率包含该局部控制回路一对 应的稳定时间，其对应于该局部操作频率。
13.如权利要求12所述的系统，其中，各该局部控制回路的该稳定时间较该系统控制 回路该时间常数为快。
14.如权利要求12所述的系统，其中，各该局部控制回路的该稳定时间比该系统控制 回路的该时间常数快至少五倍。
15.一种用以将局部最大功率点追踪(MPPT)整合入具有集中式MPPT的能量产生系统 的方法，包含提供一系统控制回路，该系统控制回路包含一系统操作频率，及提供多数个局部控制回路，各该局部控制回路包含一对应的局部操作频率，其中，各该 等局部操作频率与该系统操作频率分隔开至少一预定距离。
16.如权利要求15所述的方法，其中，该系统操作频率包含该系统控制回路一对应的 时间常数。
17.如权利要求16所述的方法，其中，各该等局部操作频率包含该局部控制回路一对 应的稳定时间，其对应于该局部操作频率。
18.如权利要求17所述的方法，其中，各该局部控制回路该稳定时间较该系统控制回 路该时间常数为快。
19.如权利要求17所述的方法，其中，各该局部控制回路该稳定时间比该系统控制回 路该时间常数快至少五倍。
20.如权利要求15所述的方法，其中，该系统控制回路包含一数组的能量产生装置及 一 DC-AC转换器，该DC-AC转换器包含一中央MPPT控制区块，其能对该数组提供MPPT，且其 中各该局部控制回路包含该等能量产生装置其中一个以及一局部转换器，该局部转换器能 对该能量产生装置提供MPPT。
全文摘要
提供一种将局部最大功率点追踪(MPPT)整合入具有集中式MPPT的能量产生系统内的系统。该系统包含一系统控制回路及多数个局部控制回路。该系统控制回路包含一系统操作频率，且各该局部控制回路包含一对应的局部操作频率。各该局部操作频率系与该系统操作频率以至少一段预定距离分隔。对于一特定实施例而言，对应于各该局部控制回路的操作频率的稳定时间比对应于该系统操作频率的时间常数至少快五倍。
文档编号G05F1/67GK102067436SQ200980123549
公开日2011年5月18日 申请日期2009年5月14日 优先权日2008年5月14日
发明者张建辉, 詹保罗·利西, 阿里·帝贾巴里 申请人:国家半导体公司