Metoda ułamka prądu zwarcia

Transkrypt

1 Metoda ułamka prądu zwarcia Zakłada się, że Imp / Isc = const (ki 0,78 0,92) Mierzony jest Isc, a prąd pracy modułu utrzymywany jest na wartości ki Isc Metody pomiaru zależność bliższa proporcjonalnej niż Ump/Uoc θ = 25 C = const G = var jeden moduł na stałe zwarty okresowe zwieranie zespołu przełącznikiem wykorzystanie topologii przetwornicy tranzystor musi być równolegle do wejścia pomiar dopiero po ustaleniu się prądu dłuższa przerwa w dopływie energii do wyjścia można wykorzystać bocznik sterowania prądowego Zalety metod ułamkowych prosta operacja arytmetyczna możliwość stosowania prostych mikrokontrolerów lub układów analogowych pomiar jednej wielkości (bardzo prosty dla napięcia) 25

2 Metoda zaburz-obserwuj oraz metoda wspinania Algorytm zaburz-obserwuj mierzy się moc (zwykle modułu) przed i po zmianie na tej podstawie podejmuje się decyzję o kierunku następnej zmiany Metoda wspinania bardzo podobna zmienia się napięcie odniesienia (pożądane) przetwornicy Uin = Upv zmienia się współczynnik wypełnienia dla tranzystora przetwornicy powoduje to zmianę pobieranego prądu i w konsekwencji także napięcia Działa również dla wartości chwilowych (niekoniecznie średnich) jeżeli są mierzone nie częściej niż raz na okres przełączania przetwornicy np. w tym samym momencie względem początku okresu lub w maksimum 26

3 Różnice w implementacji Algorytm różni się tylko zmienną wyjściową Zaburz-obserwuj możliwe też zadawanie prądu odniesienia zamiast napięcia wymaga przetwornicy z wewnętrznym napięciowym sprzężeniem zwrotnym Metoda wspinania prostsza realizacja 27

4 Jakość działania Metoda zaburz-obserwuj Metoda zaburz-obserwuj ( V): szybsze osiągnięcie MPP mniejsze przeregulowania efekt obecności sterownika PI wewnętrznej pętli napięciowej łatwiej uzyskać wymaganą rozdzielczość Vref niż D Metoda wspinania Metoda wspinania Krok D taki, by uzyskać takie samo tętnienie Krok D taki, by uzyskać taką samą szybkość osiągnięcia MPP 28

5 Problemy w metodach typu zaburz-obserwuj Wbudowane oscylacje dla zmniejszenia amplitudy należy zmniejszyć krok to jednak zmniejsza szybkość dążenia do MPP przez dłuższy czas nie wykorzystujemy całej możliwej energii Szybkie zmiany oświetlenia metoda 3-punktowa ze średnią ważoną większa częstotliwość próbkowania Zmienny krok (zmniejszający się w miarę zbliżania do MPP) 2 tryby: szybki oparty na śledzeniu monotonicznie zmiennej wielkości pomocniczej i zwykły estymacja punktu początkowego algorytmy adaptacyjne z użyciem logiki rozmytej Konieczność pomiaru prądu straty w boczniku lub wysoki koszt przetwornika DC prąd może być estymowany mniejsza dokładność 29

6 Metoda impedancji przyrostowej Mierzy się impedancję dynamiczną (poprzez I i U od poprzedniego punktu czasowego) i statyczną, a następnie zwiększa lub zmniejsza napięcie pracy ogniw do czasu osiągnięcia ich równości Problemy krok (oscylacje przy zbyt dużym) pomiar prądu konieczny 30

7 Bezpośrednie sterowanie pochodną mocy Wykorzystanie wprost faktu, że w MPP dp/dv = 0 i dp/di = 0 Wariant najprostszy wyznaczenie pochodnej mocy jako P/ V (lub P/ I) jak w metodzie impedancji przyrostowej zmniejszenie lub zwiększenie współczynnika wypełnienia w zależności od znaku pochodnej Algorytm ze zmiennym krokiem adaptacyjny sygnał błędu obliczany jest jako zmiana współczynnika wypełnienia proporcjonalna do całki z błędu im dalej od MPP, tym większy będzie wynikowy krok całka odpowiada uśrednieniu uspokojenie odpowiedzi 31

8 Sterowanie rozmyte Rozwój Idea określenie stanu układu nie w sposób zero-jedynkowy, ale poprzez zmienne ciągłe (szereg wartości pośrednich) zmienne 0/1 również dopuszczalne jako przypadek szczególny Etapy podstawy teoretyczne logiki rozmytej 1965 (Lotfi Zadeh) pierwsza aplikacja w przemyśle 1975 (cementownia, Dania) początek rozwoju 1987 (sukces systemu sterowania jazdą pociągu Shinkansen, Japonia) rozmywanie rozkład zmiennych stanu na zestawy wartości {0;(0;1);1} wnioskowanie zastosowanie reguł postaci: jeżeli stan= to sterowanie= wyostrzanie ustalenie konkretnych wartości zmiennych wyjściowych Zastosowania układy o złożonym opisie matematycznym zbyt kosztowne obliczeniowo układy o nieznanym opisie (transmitancji) 32

9 Działanie sterownika rozmytego (jedno z podejść) Zmienne wejściowe i wyjściowe e błąd regulacji temperatury e zmiana błędu P zmiana mocy grzałki Wnioskowanie Rozmywanie bardzo ujemny określenie stopnia przynależności e i e do każdego z poszczególnych zbiorów rozmytych typowe funkcje przynależności: trapezowa i trójkątna trochę ujemny zerowy trochę dodatni bardzo dodatni reguły np. JEŻELI e=bardzo dodatni ORAZ e=bardzo dodatnia TO P=bardzo ujemna (wszystko z jakimś stopniem przynależności 0 1) najprostsza realizacja iloczynu logicznego funkcja minimum, sumy maksimum stopnia przynależności Wyostrzanie ustalenie konkretnej wartości P na podstawie wyników reguł np. średnia ważona wyników z poszczególnych reguł (stopień przynależności wartość charakterystyczna zbioru) 33

10 Sterownik rozmyty dla systemu fotowoltaicznego Metoda zaburz-obserwuj ze sterowaniem prądem wejścia: Ipv, Ppv wyjście: Iref zmienny krok akumulator: Iref Iref N = negative P = positive Z = zero S = small M = medium B = big 34

11 Sterownik rozmyty dla systemu fotowoltaicznego (cd.) Zestaw reguł Powierzchnia sterowania 35

12 Wpływ częściowego zacienienia Jeżeli część modułów jest zacieniona, występują lokalne maksima mocy Duża część metod może spowodować utknięcie w maksimum lokalnym zamiast znaleźć maksimum globalne metody dwustopniowe umieszczają najpierw punkt pracy w obszarze najbardziej prawdopodobnego występowania MPP, a dopiero później włączają dokładniejszy algorytm zmiana nasłonecznienia zaznaczonych modułów od 1000 do 100 W/m2; nasłonecznienie białych: 1000 W/m2 36

13 Rozwiązanie problemu maksimów lokalnych z użyciem metody dwuetapowej Etap 1 (tryb szybki): punkt pracy ustawia się na Req = U / I = (ku Uoc) / (ki Isc) Ump / Imp Etap 2 (tryb dokładny): metoda impedancji przyrostowej z małym krokiem 37

14 Porównanie metod śledzenia MPP 38

15 Przetwornice ze zdolnością podwyższania i obniżania napięcia Odwracająca (obniżającopodwyższająca, buck-boost) mała liczba elementów małe spadki napięć, małe straty mocy odwraca polaryzację napięcia impulsowy prąd wejściowy impulsowy prąd kondensatora duże tętnienie Vo sterowanie tranzystorem wymaga przesuwnika poziomu Ćuka (Ćuk, boost-buck) sterowanie względem masy ciągły prąd wejściowy ciągłe dostarczanie energii na wyjście małe tętnienie Vo pojemnościowy przekaz energii mniejsze zaburzenia 39

16 Przetwornice ze zdolnością podwyższania i obniżania napięcia (cd.) Nieodwracająca obniżającopodwyższająca (non-inverting buck-boost) 2 pary tranzystor-dioda wyższy koszt niższa sprawność większy efektywny spadek napięcia (Uo Ui przy danym Io) komplikacja sterowania (oś czasu) impulsowy prąd wejściowy impulsowy prąd wyjściowy (kondensatora) 40