Слежение за точкой максимальной мощности без вычислений

Схема контроллера отслеживания точки максимальной мощности (maximum power point tracking – MPPT) чрезвычайно полезна для повышения эффективности солнечных фотогальванических систем. Однако традиционным конструкциям контроллеров MPPT требуется умножитель, который рассчитывает мощность на основании измеренных значений тока и напряжения источника. Тем не менее, можно сделать контроллер MPPT без этого каскада умножения, измеряя мощность на нагрузке, вместо того, чтобы использовать параметры источника.

Если речь не идет о какой-либо экзотической нагрузке, ток с ростом напряжения обычно растет, и максимальную мощность от источника мы получаем при максимальном выходном напряжении (или токе). В случае резистивной нагрузки это просто означает:

Имея опыт разработки понижающих преобразователей, мы можем предположить, что мощность на нагрузке в фотоэлектрической системе равна мощности, обеспечиваемой солнечной панелью. Таким образом, получение максимального напряжения (или тока) на выходе также означает получение максимального коэффициента передачи мощности.

Рисунок 1.	Измеряя напряжение на нагрузке вместо параметров источника, этот контроллер MPPT не нуждается в умножителе для вычисления мощности.

Я не собирал макета для подтверждения этой идеи, а проверил ее, сделав некоторые изменения в прошивке контроллера источника питания, разработкой которого мы тогда занимались. Модель на Рисунке 1 имитирует источник в виде генератора постоянного тока с внутренним сопротивлением и блок передачи энергии, представленный идеальным понижающим преобразователем, в котором

W_IN = W_OUT

и

V_OUT = V_IN × V_CONTR

где 0 ≤ V_CONTR ≤ 1.

Сигнал V_CONTR приходит от схемы контроля MPPT, принцип работы которой заключается во внесении небольших возмущений в выходное напряжение V_OUT и оценке последствий этих возмущений. Источником возмущений служит генератор V3, сигнал которого, а также выходное напряжение блока передачи энергии подаются на синхронный детектор. Выход этого детектора добавляет сигнал возмущения для формирования сигнала V_CONTR, стремясь увеличить до максимума выходное напряжение блока передачи энергии.

Рисунок 2.	Имитационная модель показывает, что контроллер MPPT корректно выводит выходную мощность (красные квадраты) на максимальный уровень кривой выходной мощности источника.

Модель демонстрирует поведение блока передачи энергии при управлении контроллером MPPT (Рисунок 2). Непрерывная кривая представляет зависимость мощности от выходного напряжения 10-вольтового источника с последовательным резистором R_INT = 5 Ом. Красные квадраты, которые отражают разнесенные на одинаковые промежутки времени выборки выходного напряжения блока переноса энергии, показывают, что для достижения максимального коэффициента передачи мощности этот упрощенный контроллер MPPT успешно «забирается» на вершину кривой.