混合式太阳能电源控制系统技术方案

本发明专利技术的实施例提供了用于混合式太阳能电源系统，特别是用于直流(DC)电源的控制系统。该混合式太阳能电源控制系统包括能量仲裁器和能量控制器。所述能量仲裁器单元连接到光伏电源和其他电源，并且包括用于连接输入光伏电源和其他电源以及组合来自一个或多个电源的能量用于直流(DC)输出，并基于来自每个电源的可用输入能量在电源之间切换的电路。所述能量控制器配置成用于改变施加到所述DC输出的视在负载以控制从一个或一个以上电源抽取的能量。

Hybrid solar power supply control system

Embodiments of the invention provide a hybrid solar power system, especially a control system for a DC (DC) power supply. The hybrid solar power control system includes an energy arbiter and an energy controller. The energy arbitrator unit is connected to a photovoltaic power source and other power sources, and includes a circuit for connecting the input photovoltaic power and other power sources, and combining the energy from one or more power sources for direct current (DC) output and switching between the power sources based on the available input energy from each power source. The energy controller is configured to change the apparent load applied to the DC output to control the energy extracted from one or more power sources.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合式太阳能电源控制系统
本专利技术的
涉及用于运行特定设备的太阳能光伏电源系统的控制器。本专利技术的应用的一个例子是用于泳池的过滤和加热系统的太阳能电源系统，或用于其他利用泵、直流电机、电阻和感应加热负载的系统的太阳能电源系统。
技术介绍
泳池系统需要对水进行不断循环和过滤，以保持清洁和健康的环境。一些泳池系统也有加热器来随着季节变换延长泳池的使用时间。为了维持泳池健康，抽水系统必须在整年连续运行，即使在泳池不用于游泳的数月内也是如此以防止水停滞(waterstagnating)。泳池维护的能量需求非常大，如果泳池系统使用市电供电，则可能特别昂贵。太阳能，特别是光伏(photovoltaic)太阳能，是为泳池系统供电的诱人选择。太阳能是清洁的，可再生的，经济的。此外，在收获太阳能的最佳时间里-在温暖的月份中日照时间较长的晴天，泳池通常有较高的使用率。利用太阳能光伏板和太阳能热水器可以显著降低维持泳池系统的能源和环境成本。用于泳池系统的太阳能光伏的一个缺点是太阳能板的输出能量不恒定，并且需要在夜间运行另一种电源。此外，当下雨或者阴天时，照射到太阳能电池阵列的太阳能不足，因此太阳能光伏阵列可能无法产生足够的能量来驱动泳池系统。此外，例如由于云层对太阳能光伏阵列的临时遮挡，太阳能电池阵列的输出能量可能会迅速改变。而在阴天环境中，泳池系统可能需要更多的能量来维持运行，而此时太阳能电池阵列的输出能量确无法满足。然而，如果泵因为缺少能量而失效，这将给泳池系统带来严重问题。在某些系统中，泵故障可能导致其他问题，例如系统组件的无润滑运行或管道中存在空气。此外，在不正确的状态下重新启动泵可能会导致问题，并降低泵和其他泳池系统组件的使用寿命。因此，允许泵系统响应太阳能的可用性停止和开启通常是不可行的。用于泳池的太阳能发电系统通常是一个混合式动力系统，包括太阳能和备用电源，如备用电池、发电机或市电，以及控制系统。所述控制系统用于在太阳能供应不足时，切换到备用电源。在电源之间切换的已知问题是保持足够的功能量连续提供到泳池系统以维持泵的运行。因此需要一种控制系统，其能够在电源之间更有效和可靠地过渡，以维持系统运行。也希望最大化太阳能系统的能量输出。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种混合式太阳能电源控制系统，包括：能量仲裁器单元(powerarbiterunit)，可连接到光伏电源和一个或一个以上的其他电源，并且包括用于连接输入光伏电源和一个或一个以上的其他电源以及组合来自一个或多个电源的能量用于直流输出，并基于来自每个电源的可用输入能量在电源之间切换(transition)的电路；以及能量控制器，配置成用于改变施加到所述DC输出的视在负载(load)以控制从一个或一个以上电源抽取的能量。在某些实施例中，所述能量仲裁器单元将来自一个或一个以上电源的能量按照取决于一个或多个输入电源的当前最高能量输出的输出能量比分层地组合。在某些实施例中，所述光伏电源和其他电源配置成使得所述光伏电源的最高峰值能量大于所述其他电源的最高能量输出。在一实施例中，所述能量控制器配置成依照设定程序(setprogram)来控制视在负载(apparentload)。例如，所述设定程序可以基于预期的能量需求。在一实施例中，进一步包括用于每个电源的至少一个传感器，所述能量控制器配置成基于至少一个传感器的输出来控制所述视在负载。在一实施例中，可以至少基于所述太阳能光伏电源的电源传感器来控制所述视在负载。在一实施例中，控制所述视在负载以将所述太阳能光伏电源的运行(operation)维持在所述太阳能电池阵列产生最大能量的电压(Vmp)。根据另一方面，提供了一种混合式太阳能电源单元控制系统，包括：能量仲裁器(powerarbiter)，可连接到光伏电源和至少一个可变电压电源，并且包括用于连接输入光伏电源和可变电压电源以及组合来自所述电源的能量用于直流输出，并基于来自每个电源的可用输入能量在电源之间切换的电路；以及能量控制器，配置成用于测量来自每个电源的输出电流并且依照最大能量点追踪算法(maximumpowerpointtrackingalgorithm)控制所述可变电压电源输出电压以使得所述光伏电源以为运行环境输出最大能量。所述可变电压电源输出电压可以通过改变所述视在负载来改变。所述最大能量在如下条件下确定：从所述光伏电源输出最大电压而来自所述光伏电源的电流输出等于来自所述可变电压电源的电流输出。所述最大能量可以通过所述光伏电源输出最大电压的迭代调节(iterativeadjustment)来确定。附图说明图1示出了混合式电源控制系统的实施例的示例；图2示出了根据本专利技术实施例的能量仲裁器单元的简化代表性示例；图3是本专利技术的混合式电源控制系统的优选实施例的原理框图；图4示出了典型的切换设置条件的示意图；图5a和5b示出了用来说明不同运行条件下的本专利技术实施例的混合式电源控制系统的高度简化电路框图；图6是变化负载下mppt测试过程的示例流程图。具体实施方式本专利技术的实施例提供了用于混合式太阳能电源系统的控制系统，特别是用于直流电源系统的控制系统。所述控制系统配置成将来自太阳能电源的能量输入和来自一个或多个其它电源的能量输入组合以将输出能量维持在目标水平。在此，当来自太阳能光伏电源的供电足以满足目标输出能量，则只使用太阳能。在太阳能输出供应不足的情况下，例如在多云的情况下，使用来自从太阳能电源和另一电源的组合能量。例如，组合PV阵列和电池和/或市电提供的能量。图1示出了混合式电源控制系统的实施例的一个示例，其中控制系统100包括能量仲裁器110和能量控制器120。能量仲裁器110接收来自太阳能电源，例如太阳能光伏阵列130和一个或多个其它电源，例如市电140的输入。或或又，其它电源可以包括电池、发电机和其他可再生能源电源，如风能或波浪发电机。能量仲裁器110包括用于组合来自一个或一个以上输入电源的输入能量的电路。所述能量控制器配置成管理(direct)施加到所述输出的视在负载的变化来抽取所述组合输出能量。所述组合输出中来自每个输入电源的能量的比例基于所述可用输入能量和所述视在负载。所述视在负载确定所述输出(R＝V/I和P＝VI)的总能量，而所述能量仲裁器通过优先从所述太阳能电源供电且如果所述太阳能电源不足以满足需求，分层选择和可选地组合来自一个或多个其他电源的供电来确定从每个输入能量源提供的输出能量的比例。太阳能光伏DC发电是利用太阳能入射激发PV阵列的PV太阳能电池以产生电能。PV太阳能电池以及光伏阵列，可以在很宽的电压和电流范围内工作。光伏阵列的最大能量点(maximumpowerpoint)是在所述阵列在电压和电流最大化的条件下运行时获得的。最大能量点取决于入射光照和电阻性负载从所述阵列抽取的电流。通常地，阵列的最大能量点是通过将电阻性负载从非常低的值(短路)变化到非常高的值(开路)值以确定在能量输出P＝VI最大化时的负载来确定的。应该了解的是，太阳能电池阵列作为可变DC电流源运行，并且电流和电压均可以随着施加的负载和瞬时光照改变。实际上，PV阵列的瞬时光照不是可控变量，因为其取决于自然环境-在某些系统中，PV阵列的定向可以改变，例如随着太阳改变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合式太阳能电源控制系统，包括：能量仲裁器单元，可连接到光伏电源和一个或一个以上的其他电源，并且包括用于连接输入光伏电源和其他电源以及组合来自一个或多个电源的能量用于直流(DC)输出，并基于来自每个电源的可用输入能量在电源之间切换的电路；以及能量控制器，配置成用于改变施加到所述DC输出的视在负载以控制从一个或一个以上电源抽取的能量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.14 AU 20159027831.一种混合式太阳能电源控制系统，包括：能量仲裁器单元，可连接到光伏电源和一个或一个以上的其他电源，并且包括用于连接输入光伏电源和其他电源以及组合来自一个或多个电源的能量用于直流(DC)输出，并基于来自每个电源的可用输入能量在电源之间切换的电路；以及能量控制器，配置成用于改变施加到所述DC输出的视在负载以控制从一个或一个以上电源抽取的能量。2.根据权利要求1所述的混合式太阳能电源控制系统，其特征在于，所述能量仲裁器单元将来自一个或一个以上电源的能量按照取决于一个或多个输入电源的当前最高能量输出的输出能量比分层地组合。3.根据权利要求2所述的混合式太阳能电源控制系统，其特征在于，所述光伏电源和其他电源配置成使得所述光伏电源的最高峰值能量大于所述其他电源的最高能量输出。4.根据权利要求2或3所述的混合式太阳能电源控制系统，其特征在于，所述能量控制器配置成依照设定程序来控制所述视在负载。5.根据权利要求4所述的混合式太阳能电源控制系统，其特征在于，所述设定程序可以基于预期的能量需求。6.根据权利要求2或3所述的混合式太阳能电源控制系统，其特征在于，进一步包括用于每个电源的至少一个传感器，所述能量控制器配置成基于至少一个传感器的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯斯琼·朱里，格兰翰　查尔斯·威尔金丝，
申请(专利权)人：迪吉罗格科技有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU