[發(fā)明專利]控制結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580062738.3
• 申請(qǐng)日: 2015-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN107209526A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·艾哈邁德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 普利茅斯大學(xué)
• 主分類號(hào): G05F1/67
• 分類號(hào): G05F1/67;H02M3/158
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11283
• 代理人: 金旭鵬,肖冰濱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種控制結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種用于從包括內(nèi)部電容的源獲取電力的控制結(jié)構(gòu)。可以使用本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用是結(jié)合光伏或太陽(yáng)能電池板。不過，存在許多可以使用本發(fā)明的其他應(yīng)用。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能電池板被越來(lái)越廣泛地使用在發(fā)電方面。其輸出可以直接用于驅(qū)動(dòng)其他設(shè)備，或者可以用于對(duì)蓄電裝置充電或者用于向主電網(wǎng)供電。由于太陽(yáng)能電池板的輸出非線性地變化，這取決于，例如，太陽(yáng)能電池板上的入射光的強(qiáng)度、工作溫度和其他因素，從太陽(yáng)能電池板到負(fù)載的直接的不受控制的輸出供應(yīng)通常與光強(qiáng)度的變化不相稱，導(dǎo)致最大輸出所需的工作電流和電壓變化。為了確保太陽(yáng)能電池板和相關(guān)聯(lián)的電路在最大功率點(diǎn)附近工作，使用了最大功率點(diǎn)跟蹤算法。最大功率點(diǎn)跟蹤算法的輸出用于改變由太陽(yáng)能電池板供應(yīng)的負(fù)載，例如接入或者斷開其電阻，以試圖將太陽(yáng)能電池板的操作維持在其最佳點(diǎn)附近。

在一些較舊的系統(tǒng)中，算法運(yùn)行以確保電路工作在開路電壓的70％。這是通過反復(fù)地快速連接斷開負(fù)載的供應(yīng)(即太陽(yáng)能電池板的輸出)來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，可以在每秒1000到3000次的范圍內(nèi)連接和斷開供應(yīng)。通過這種方式以一時(shí)間比例斷開輸出，占空比減小，例如，占空比減小到如上所述的大約70％。

雖然這種系統(tǒng)在某些情況下可以令人滿意地運(yùn)行，但是當(dāng)供應(yīng)斷開時(shí)，沒有從電池板到負(fù)載的輸出，因此即使電池板可以操作在最大功率點(diǎn)，當(dāng)太陽(yáng)能電池板斷開時(shí)潛在的功率丟失。因此，這種結(jié)構(gòu)的效率低于可能的效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種控制方法和結(jié)構(gòu)，借以增強(qiáng)并優(yōu)選地優(yōu)化太陽(yáng)能電池板或其他設(shè)備的有用輸出。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于在控制從包括內(nèi)部電容的電源單元到輸出的電力供應(yīng)中使用的控制結(jié)構(gòu)，該控制結(jié)構(gòu)包括彼此串聯(lián)布置的磁連接的第一和第二電感元件并在兩者間限定連通兩者的連結(jié)，每個(gè)都被連接到第一和第二電感元件之間的連結(jié)的磁連接的第三和第四電感元件，提供第三和第四電感元件和地之間的開關(guān)連接的開關(guān)裝置以及可操作用于控制開關(guān)裝置的操作以使得開關(guān)裝置的開關(guān)的閉合引起LCR電路的形成的控制器，內(nèi)部電容形成LCR電路的電容并且第三或第四電感元件形成LCR電路的電感，第三和第四電感元件之間的磁連接允許從第三和第四電感元件中的另一個(gè)電感元件產(chǎn)生輸出。該結(jié)構(gòu)可以用于控制從例如太陽(yáng)能電池板等到電力供應(yīng)或分配網(wǎng)絡(luò)或電網(wǎng)(grid)的供應(yīng)，在這種情況下，LCR電路的電阻可以包括由網(wǎng)絡(luò)或電網(wǎng)形成的負(fù)載。

在這種結(jié)構(gòu)中，不需要提供最大功率點(diǎn)跟蹤算法等，并且優(yōu)選地這樣的算法等不存在。

pn結(jié)二極管本質(zhì)上形成可變結(jié)電容。這種二極管通常存在于包括太陽(yáng)能電池板的單元中。過去，當(dāng)對(duì)太陽(yáng)能電池板和相關(guān)控制電路的輸出進(jìn)行建模時(shí)，該結(jié)電容被忽略。在這種二極管與電壓源(例如太陽(yáng)能電池板)并聯(lián)布置的情況下，部分供應(yīng)最初用于對(duì)結(jié)電容充電。此外，在電壓源采用太陽(yáng)能電池板形式的情況下，源本身實(shí)際上將形成也將被充電的電容。由于太陽(yáng)能電池板的電勢(shì)差不是均勻的，而且隨著例如入射光強(qiáng)度、溫度以及其他因素而變化，因此電容上的電荷是不斷變化的。與內(nèi)部電容相關(guān)聯(lián)的電容器電流可以是正或負(fù)，這取決于在任何給定的時(shí)間點(diǎn)電容是正在充電還是正在放電。在常規(guī)布置的太陽(yáng)能電池板中，電流的方向取決于例如照明的強(qiáng)度是增加還是降低。然而，在上文所述的布置中，通過以受控的方式操作開關(guān)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部電容能的提取，從而允許整個(gè)系統(tǒng)的操作具有提高的效率水平。

在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)開關(guān)裝置的兩個(gè)開關(guān)都斷開時(shí)，該單元的內(nèi)部電容將充電。閉合其中一個(gè)開關(guān)將導(dǎo)致內(nèi)部電容放電到第一電感元件中。通過對(duì)開關(guān)操作的適當(dāng)控制，可以理解的是，可以提取來(lái)自電源單元的輸出以使用，否則這些輸出將用于對(duì)其內(nèi)部電容的充電。當(dāng)開關(guān)裝置再次斷開時(shí)，導(dǎo)致內(nèi)部電容再充電，能夠通過第二電感元件從第一電感元件提取能量，并且該能量用于滿足與其連接的負(fù)載的需求。

當(dāng)開關(guān)裝置的開關(guān)中的一個(gè)或另一個(gè)開關(guān)閉合時(shí)，通過第三和第四電感元件中的相關(guān)聯(lián)的電感元件的電流流動(dòng)導(dǎo)致在第三和第四電感元件中的另一者中產(chǎn)生電流，該電流可以被提取和使用以滿足負(fù)載。在該操作階段，來(lái)自電源單元的輸出電流流過第一電感元件，從而在其中存儲(chǔ)能量，使得當(dāng)開關(guān)重新斷開時(shí)，向負(fù)載供電。只要來(lái)自電供應(yīng)的輸出電流連續(xù)地被供應(yīng)到第一電感元件，并且當(dāng)開關(guān)裝置閉合時(shí)電感元件電流上升且在開關(guān)裝置斷開時(shí)電流減小，來(lái)自控制結(jié)構(gòu)的輸出電壓將大于輸入電壓。