用于生成、存儲(chǔ)和供應(yīng)由模塊化dc生成器產(chǎn)生的電能的系統(tǒng)以及用于管理所述系統(tǒng)的相 ...的制作方法
【專利摘要】描述了一種用于生成和使用（用于存儲(chǔ)和供應(yīng)）由模塊化直流電能源產(chǎn)生的電能的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：用于直流電能產(chǎn)生的互連模塊的系統(tǒng)，所述互連模塊的系統(tǒng)位于通過DC/AC轉(zhuǎn)換使用電能的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)的上游；用于由所述電能產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的電能的積蓄和供應(yīng)的互連元件的系統(tǒng)，所述互連元件的系統(tǒng)位于所述使用電能的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)的上游；至少一個(gè)電子控制單元，適于管理所述模塊之間的互連和所述元件之間的互連，使得所述互連模塊中至少一些可以把電能直接輸送到所述積蓄和供應(yīng)元件中至少一些和/或輸送到所述使用電能的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)，并且使得所述元件中至少一些可以把電能直接供應(yīng)給所述使用電能的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)。
【專利說明】用于生成、存儲(chǔ)和供應(yīng)由模塊化DC生成器產(chǎn)生的電能的系統(tǒng)以及用于管理所述系統(tǒng)的相關(guān)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生成、管理和利用由模塊化直流電能源產(chǎn)生的電能的系統(tǒng)，及用于管理所述系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大部分電能產(chǎn)生系統(tǒng)仍然包括大型電廠，這些電廠必須面對顯著的能量運(yùn)輸與分配問題，就此而言，最小化沿線路的損耗非常重要，其中線路上跑著相當(dāng)有規(guī)律的單向電流。能量沿大部分路徑以高壓運(yùn)輸。但是，在未來，電能中越來越顯著的部分將是小量產(chǎn)生的，因此將有必要以中電壓或低電壓供應(yīng)給網(wǎng)絡(luò)；因而最小化所產(chǎn)生的能量所經(jīng)受的變換和運(yùn)輸是非常重要的。在理想條件下，存在地域緊湊的“能量島”，其中能量產(chǎn)生和使用大致匹配，而且其中島之間，尤其是不相鄰的島之間，的能量交換被減少至最小。
[0003]由此，將有許多少量產(chǎn)生的能量貢獻(xiàn)，這既是因?yàn)閷⒂性S多小的系統(tǒng)又是因?yàn)樽畲蟮碾姀S將被允許產(chǎn)生更少的能量。
[0004]以下將作為例子參考由光伏轉(zhuǎn)換系統(tǒng)產(chǎn)生的電能。事實(shí)上，光伏能源以非常有效的方式例示出了隨著可再生能量源(下文中也稱為FER)和“島”型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施變得普及而將不得不面臨的問題。對于適于分布式擴(kuò)散并且具有與光伏系統(tǒng)的工作特點(diǎn)相似的工作特點(diǎn)的其它能量源，諸如用于基于太陽能的光電化學(xué)轉(zhuǎn)換從可再生源產(chǎn)生能量的系統(tǒng)，也會(huì)出現(xiàn)類似的問題。
[0005]或者，更一般地說，用于模塊化的直流電能源，諸如像直流(DC)發(fā)電機(jī)微風(fēng)發(fā)電廠，或者用于把機(jī)械能變換成直流電能的系統(tǒng)，等等。
[0006]因此，以下將得出的許多結(jié)論將也一般性地適用于涉及不可規(guī)劃的能量源的不同類型的系統(tǒng)，而不限于由光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能的情況，其中對于不可規(guī)劃的能量源，不可能計(jì)劃依賴于時(shí)間的產(chǎn)出剖面，包括功率以及電流-電壓特性。
[0007]如已知的，太陽輻射覆蓋整個(gè)地域，因此將所述輻射用于產(chǎn)生電能自然分布在整個(gè)地域上。此外，由于轉(zhuǎn)換效率不是特別高，因此，為了產(chǎn)生顯著數(shù)量的能量，通常需要相當(dāng)大的面積。因此，可以預(yù)見在未來這種光伏系統(tǒng)將分布在大的地域之上，就像例如具備適于容納這種系統(tǒng)的屋頂?shù)慕ㄖ铩?br> [0008]即使天氣預(yù)報(bào)會(huì)有進(jìn)一步的改進(jìn)，使得將更容易知道某一天日光是否充足，實(shí)際上也永遠(yuǎn)不可能預(yù)測光伏系統(tǒng)的瞬間產(chǎn)出剖面，當(dāng)天空是多云的時(shí)候，例如當(dāng)太陽被快速移動(dòng)的云遮擋時(shí)，該系統(tǒng)表征出幾秒鐘之內(nèi)的巨大變化(甚至從最大輸出到低或者零輸出)。而且，即使瞬間產(chǎn)出剖面是可能的，也肯定不可能獲得能夠跟隨對光伏系統(tǒng)來說很典型的快速產(chǎn)出變化的消耗剖面。
[0009]因此，很清楚，隨著由不可規(guī)劃的源產(chǎn)生的能量的份額增長(諸如利用不能被計(jì)劃或強(qiáng)迫的自發(fā)自然現(xiàn)象的那些源，像光伏系統(tǒng))，網(wǎng)絡(luò)平衡問題將變得越來越重要。網(wǎng)絡(luò)平衡概念是一個(gè)瞬間概念，即，網(wǎng)絡(luò)必須一個(gè)瞬時(shí)一個(gè)瞬時(shí)地被平衡，而且任何相反符號的不平衡，即使是很快的演替，也將不會(huì)彼此補(bǔ)償，但是關(guān)于對電力系統(tǒng)的完整性的不利的效果，它們被加到一起。
[0010]已知已經(jīng)嘗試了通過使用能量存儲(chǔ)系統(tǒng)(下文中也稱為SAE)來解決平衡問題。這種系統(tǒng)能在能量產(chǎn)生的時(shí)候吸收并存儲(chǔ)能量，并且可以在需要的時(shí)候使其可用于負(fù)載。
[0011]目前，基于光伏能量的一種已知類型的可再生能量產(chǎn)生系統(tǒng)是由一定數(shù)量連接到逆變器系統(tǒng)的太陽能面板構(gòu)成的，其中逆變器把由面板以直流電壓的形式內(nèi)在產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成可以由本地用戶裝置使用的交流電壓或者仍然以交流形式輸出到公共能量分配網(wǎng)絡(luò)。
[0012]因此，逆變器系統(tǒng)接收作為直流電壓生成的能量并且，通過一個(gè)瞬時(shí)一個(gè)瞬時(shí)地讓由源看到的負(fù)載適配就電流-電壓對(1-V)而言由面板生成的功率，把它轉(zhuǎn)化成交流電壓。這一般是例如基于根據(jù)MPPT (最大功率點(diǎn)跟蹤)算法執(zhí)行的處理利用控制系統(tǒng)進(jìn)行的。這種解決方案有一些缺陷:
[0013]直流-交流電壓轉(zhuǎn)換造成轉(zhuǎn)換損耗；
[0014]對于電流和電壓值的某些間隔，逆變器不能操作或者只能以低效率水平操作，使得FER生成的能量完全或部分地耗散；
[0015]在特定的條件或者在特定的時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)可能不能吸收系統(tǒng)所生成的能量，使得被迫停止其流動(dòng)，從而導(dǎo)致?lián)p耗。
[0016]這最后一種情形一般在光照很差或者無論如何都是不充足(黎明、日落、霧、薄霧或多云的天空)的時(shí)候出現(xiàn)。
[0017]這種典型的配置，其中所有產(chǎn)生的能量都直接轉(zhuǎn)換成交流電壓，證明在負(fù)載必須使用直流電壓的時(shí)候是低效的，因?yàn)闉榱嗽俅潍@得直流電壓需要雙轉(zhuǎn)換。
[0018]但是，這種效率的缺乏迄今為止被認(rèn)為是不太重要的，因?yàn)榈湫偷呢?fù)載使用交流電壓而且所產(chǎn)生的大部分能量都輸出到網(wǎng)絡(luò)了。這將在不僅的將來有所變化，因?yàn)?，網(wǎng)絡(luò)將不能夠吸收以無計(jì)劃的方式產(chǎn)生的越來越多數(shù)量的能量而不遭受不平衡問題。
[0019]因此，在生產(chǎn)系統(tǒng)的下游將有必要插入能量存儲(chǔ)系統(tǒng)SAE，而在充電的時(shí)候，后者類似于DC負(fù)載。
[0020]無論如何，即使在光伏系統(tǒng)與逆變器之間的典型配置中，F(xiàn)ER與逆變器之間適配的負(fù)擔(dān)完全被后者承擔(dān)，當(dāng)能量產(chǎn)生降到低于某個(gè)閾值時(shí)，直流電能也不能轉(zhuǎn)換成交流電流而且因此損失了。
[0021]在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)嘗試通過使用靈活的配置技術(shù)來引入靈活性。在這些情況下，由于太陽能面板系統(tǒng)一般組織在陣列當(dāng)中，因此當(dāng)有些面板偶然被遮住并且其產(chǎn)量與其它未被遮住的面板相比而言突然下降時(shí)，這些面板被排除在生產(chǎn)之外；但是，這種排除通常涉及這種面板所屬的整個(gè)陣列:因此這種措施造成了能量的浪費(fèi)，因?yàn)閿嚅_的陣列中的其它面板仍然有效地產(chǎn)生能量。
[0022]為了克服這種類型的損耗，已知在文章“An Adaptive Photovoltaic-1nverterTopology - Mahamoud A.Alahmad et al., University of Nebraska(USA)，2011-1EEE978-1-61284-220-2/11”中描述的一種方法。這篇文章建議使用具有不同特性的不同逆變器，這些逆變器以可規(guī)劃的方式連接到太陽能面板的陣列，從而與具有固定配置的正常光伏系統(tǒng)相比拓寬了系統(tǒng)保持產(chǎn)生能量的光照值的范圍。旨在優(yōu)化光伏系統(tǒng)與逆變器之間的耦合，決定系統(tǒng)的輸出電壓的陣列的長度以靈活的方式配置，當(dāng)產(chǎn)量下降時(shí)具有較長的陣列而當(dāng)產(chǎn)量增加時(shí)具有較短的陣列。根據(jù)這種已知的方法，靈活的串聯(lián)-并聯(lián)電路通常通過使用開關(guān)矩陣構(gòu)造，如圖1中所示，這代表一種典型情況，其中光伏模塊可以連接到允許修改各種連接的開關(guān)矩陣。
[0023]但是，這種基于開關(guān)矩陣的連接方法具有需要大量布線的缺陷，因?yàn)閱蝹€(gè)光伏模塊必須具備覆蓋它們自己與開關(guān)矩陣之間的距離的布線。很顯然，對于較大的光伏系統(tǒng)，這種布線變得相當(dāng)耗時(shí)而且昂貴(在這方面，必須指出，隨著矩陣尺寸增長，開關(guān)矩陣也變成相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng))。此外，在上面提到的文章中所建議的解決方案需要多個(gè)逆變器，因此仍然存在由于DC/AC能量轉(zhuǎn)換造成的損耗。
[0024]無論如何，這種解決方案都沒有解決補(bǔ)償由面板的照明條件決定的非?？焖俚牟黄胶獾膯栴}，這種問題會(huì)造成系統(tǒng)電能輸出的突然變化。
[0025]模塊化的直流能量產(chǎn)生系統(tǒng)目前最普遍的配置使用在固定陣列中連接的單個(gè)模塊(面板)。每個(gè)陣列包括固定數(shù)量的串聯(lián)連接的模塊，然后所述陣列彼此并聯(lián)連接。這種串聯(lián)-并聯(lián)組合的輸出連接到逆變器，逆變器把輸入能量變換成可以輸出到網(wǎng)絡(luò)或者被普通AC負(fù)載使用的交流電流。很清楚，生產(chǎn)廠的功率值和電流-電壓特性都不是恒定的，因?yàn)樗鼈儠?huì)從零到峰值變化。正是由于這個(gè)原因，逆變器技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到在其輸入級包括適配機(jī)制，該機(jī)制對于讓逆變器級在高效率水平操作是有用的。還很清楚，這種逆變器的效率只在輸入值的某個(gè)間隔內(nèi)是最優(yōu)的，并且它們在所述間隔之外提供較低的性能水平。
[0026]根據(jù)最普通和常用的配置而且，如以上所提到的，當(dāng)一個(gè)人還想使用SAE能量存儲(chǔ)功能性時(shí)，能量一般通過插入稱為電池充電器的整流系統(tǒng)以交流形式供應(yīng)給SAE，這種整流系統(tǒng)一般是相當(dāng)昂貴的物品，其特征在于效率小于100%。從以上所述很顯然，即使存在變化性非常大的初始能量源，任何已知的FER-SAE系統(tǒng)也都遭受適配與管理問題，通常是由于使用一定數(shù)量的DC-AC和AC-DC變換和允許每個(gè)裝置在最優(yōu)條件操作的適配而面臨這些問題。還很清楚，每種適配與變換子系統(tǒng)都造成損耗并且達(dá)到非理想的操作點(diǎn)。
[0027]對使用AC/DC電池充電器用于創(chuàng)建與存儲(chǔ)系統(tǒng)的最優(yōu)直流耦合的一種理論性備選方案可以是使用DC/DC轉(zhuǎn)換器。但是，這種解決方案將需要添加額外的成本，以便為每個(gè)模塊配備能夠在足夠?qū)挼闹捣秶鷥?nèi)操作的優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)換器。不管怎樣，都必須強(qiáng)調(diào)這種轉(zhuǎn)換裝置也不具有完全自由的輸入值容限。
[0028]可能造成問題的另一方面是電力系統(tǒng)的未來發(fā)展看起來朝著定義為“智能電網(wǎng)”的系統(tǒng)前進(jìn)，即，將不再僅僅是“簡單的”運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施而是還將結(jié)合能夠自動(dòng)與負(fù)載、生產(chǎn)源和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)SAE交互的能量管理功能的電力網(wǎng)絡(luò)。
[0029]如以上所述的，與許多FER是中小分布式能量源的事實(shí)結(jié)合，這種“智能電網(wǎng)”概念確定了朝著分成“島”或“能量區(qū)”的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)擴(kuò)散的推力。這種“能量區(qū)”的特征在于使用計(jì)算機(jī)，也稱為控制器，來管理能量源的所有方面。這種計(jì)算機(jī)的數(shù)量、其物理位置及它們必須執(zhí)行的具體功能仍是許多提議的主題，而且不應(yīng)當(dāng)排除“智能電網(wǎng)”概念的實(shí)際未來發(fā)展將基于從區(qū)域到區(qū)域和從運(yùn)營商到運(yùn)營商不同的體系架構(gòu)方案，但是就能量管理而言不會(huì)影響“智能電網(wǎng)”的潛在效率。
[0030]在專利US-7783390-B2中描述了實(shí)現(xiàn)用于優(yōu)化電力系統(tǒng)能量效率的過程的控制器的一個(gè)已知例子，其中電力系統(tǒng)包括負(fù)載(或多或少是靈活的)、能量源(FER)和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)SAE。但是，其中所述的電力系統(tǒng)要求能量存儲(chǔ)系統(tǒng)SAE位于逆變器的下游，從而造成以上提到的與用于向SAE供電的AC/DC轉(zhuǎn)換器的存在有關(guān)的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0031]因此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供用于生成和使用(用于存儲(chǔ)和供應(yīng))由模塊化的直流電能源產(chǎn)生的電能的系統(tǒng)，及用于管理所述系統(tǒng)的相關(guān)方法，所述系統(tǒng)和方法適于解決以上提到的問題。
[0032]本發(fā)明涉及用于生成和使用(用于存儲(chǔ)和供應(yīng))由模塊化的直流電能源產(chǎn)生的電能的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:用于直流電能的產(chǎn)生的互連模塊的系統(tǒng)，所述互連模塊的系統(tǒng)位于一個(gè)或多個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的上游；用于由所述能量產(chǎn)生模塊(面板)產(chǎn)生的電能的存儲(chǔ)和供應(yīng)的互連元件的系統(tǒng)，所述互連元件的系統(tǒng)位于所述一個(gè)或多個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的上游；至少一個(gè)電子控制單元，適于管理所述模塊之間的互連和所述元件之間的互連，使得所述互連模塊中的至少一些可以直接把電能輸送到所述存儲(chǔ)和供應(yīng)元件中的一些，和/或輸送到所述一個(gè)或多個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，而且使得所述元件中的至少一些可以直接把電能供應(yīng)給所述一個(gè)或多個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
[0033]優(yōu)選地，在所述用于生成和使用(用于存儲(chǔ)和供應(yīng))電能的系統(tǒng)中，所述至少一個(gè)電子控制單元還被配置使得所述互連元件的系統(tǒng)可以把電能直接輸送到DC負(fù)載系統(tǒng)。
[0034]優(yōu)選地，在所述用于生成和使用(用于存儲(chǔ)和供應(yīng))電能的系統(tǒng)中，所述用于電能產(chǎn)生的互連模塊(面板)的系統(tǒng)包括兩個(gè)或更多個(gè)第一陣列，每個(gè)第一陣列都包括所述第一電力線之一，所述至少一個(gè)電子控制單元包括用于確定所述第一陣列之間的并聯(lián)連接或者用于細(xì)分并聯(lián)的第一陣列的組的裝置。
[0035]優(yōu)選地，在所述用于生成和使用(用于存儲(chǔ)和供應(yīng))電能的系統(tǒng)中，所述用于電能的存儲(chǔ)和供應(yīng)的互連元件的系統(tǒng)包括兩個(gè)或更多個(gè)第二陣列，每個(gè)第二陣列都包括所述第二電力線之一，所述至少一個(gè)電子控制單元包括用于確定所述第二陣列之間的并聯(lián)連接或者用于細(xì)分并聯(lián)的第二陣列的組的裝置。
[0036]特別地，本發(fā)明涉及用于生成和使用(用于存儲(chǔ)和供應(yīng))由模塊化的直流電能源產(chǎn)生的電能的系統(tǒng)，并且涉及用于管理所述系統(tǒng)的方法，如在所附權(quán)利要求中具體闡述的，該權(quán)利要求要作為本描述的組成部分。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]參考附圖，從以下對其一些優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明更多的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，其中這些實(shí)施例是作為非限制性例子提供的，附圖中:
[0038]圖1不出了用于互連光伏面板的已知系統(tǒng)的例子；
[0039]圖2至5示出了根據(jù)本發(fā)明的用于互連光伏面板的系統(tǒng)的一些例子；
[0040]圖6和7示出了根據(jù)本發(fā)明的在可再生電能產(chǎn)生系統(tǒng)、電能存儲(chǔ)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)之間的互連的框圖；
[0041]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的電能存儲(chǔ)系統(tǒng)的電池單元(cell)互連系統(tǒng)的實(shí)施例的例子；
[0042]圖9示出了本發(fā)明的控制系統(tǒng)的操作流程圖的例子。[0043]在附圖中，相同的標(biāo)號和字母識別相同的項(xiàng)或組件。
【具體實(shí)施方式】
[0044]以下將具體參考其中電能由光伏轉(zhuǎn)換系統(tǒng)產(chǎn)生的非限制性情況。不過，本發(fā)明的應(yīng)用范圍意圖還擴(kuò)展到用于基于太陽能的光電化學(xué)轉(zhuǎn)換從可再生源產(chǎn)生能量的系統(tǒng)。
[0045]更一般地說，本發(fā)明意味著可適用于模塊化的直流電能源，諸如像直流(DC)發(fā)電機(jī)微風(fēng)發(fā)電廠，或者用于把機(jī)械能量變換成直流電能的系統(tǒng)，等等。
[0046]根據(jù)第一方面，本發(fā)明利用如下事實(shí):FER系統(tǒng)，尤其是由光伏系統(tǒng)構(gòu)成的那些FER系統(tǒng)，其特 征在于它們通常由與整個(gè)系統(tǒng)大小相比而言相當(dāng)小的面板或模塊構(gòu)成。
[0047]這種模塊可以按使得它們可以非常靈活地串聯(lián)和/或并聯(lián)組合的方式彼此連接。圖2示出了如何可以通過簡單地致動(dòng)一定數(shù)量的開關(guān)來獲得這種靈活性。
[0048]圖2示出了一個(gè)假想電路的單個(gè)模塊Ml、…、Mn如何可以通過致動(dòng)簡單的開關(guān)
I1、…、In而被組織成可變長度的陣列。“陣列”是指以一方式連接到一起的一組模塊，該方式使得它們作為整體在外面看只有兩個(gè)端子。因此，我們可以想像這些模塊按行布置，雖然很清楚所述行實(shí)際上可能可以壓縮成某種線圈，以便以更合理的方式占用可用的空間。
[0049]依賴于每個(gè)模塊的瞬間行為，有可能確立要串聯(lián)連接的連續(xù)模塊的數(shù)量，由此確定跨電路端子的期望電壓，這種電壓是直流類型的，其中電路的端子被標(biāo)識為陽極Al (正端子)和陰極Cl (負(fù)端子)。一旦已經(jīng)到達(dá)要串聯(lián)連接的連續(xù)模塊的期望數(shù)量，這種串聯(lián)連接就停止并且，通過適當(dāng)?shù)夭僮鲌D2中所示的開關(guān)，可以把兩個(gè)連續(xù)面板的電極分別打到系統(tǒng)的陽極Al和陰極Cl，然后開始建立模塊的新串聯(lián)(或者陣列)。因此，所有這樣建立的各種串聯(lián)(或陣列)都將彼此并聯(lián)連接。
[0050]圖2在其上部和下部示出了僅一個(gè)陽極和僅一個(gè)陰極。不過，有可能設(shè)想具有2個(gè)、3個(gè)或者通用數(shù)量“N”個(gè)陽極-陰極對的系統(tǒng)，組織成使得模塊的整個(gè)組裝可以分區(qū)成2個(gè)、3個(gè)或者“N”個(gè)不同的子電路或區(qū)。
[0051]圖3.1和3.2示出了可以分成2個(gè)或3個(gè)分區(qū)的電路的例子。
[0052]如圖3.1中所示出的，其中所產(chǎn)生的能量分成兩個(gè)區(qū)SI和S2的情況特別簡單。并聯(lián)連接的模塊的陣列集合構(gòu)成一個(gè)區(qū)，SI或S2。在這種情況下，把每個(gè)區(qū)位于相對的陽極端和陰極端的兩個(gè)輸入/輸出端子連接，然后根據(jù)需要斷開開關(guān)以便按期望的比例分離陣列就足夠了。
[0053]而且，通過在兩個(gè)點(diǎn)而不是像分成兩個(gè)區(qū)的情況那樣在僅一個(gè)點(diǎn)斷開區(qū)的陰極和陽極導(dǎo)體，分成三個(gè)區(qū)S’ 1、S’2、S’3 (圖3.2)也可以非常容易地進(jìn)行。在這種情況下，另一個(gè)輸入/輸出端子將連接到新的一對導(dǎo)體。
[0054]從以上提供的例子很顯然，分區(qū)的個(gè)數(shù)可以通過適當(dāng)?shù)亟M織陣列的連接來一般化。
[0055]分成多個(gè)陣列區(qū)對于例如把由各個(gè)區(qū)產(chǎn)生的電能供應(yīng)給不同的用戶可能是有用的。
[0056]在圖2所示的電路圖中，在模塊之間存在開關(guān)，而且，與其中所有開關(guān)都集中在一個(gè)矩陣中的現(xiàn)有技術(shù)情況相比，布線大大減少了，但是系統(tǒng)的鋪設(shè)及其連接的進(jìn)行還可以
進(jìn)一步簡化。[0057]事實(shí)上，圖2中所示的方案可以通過在每個(gè)光伏面板或模塊的電極處定位開關(guān)而以非常簡單的方式實(shí)現(xiàn)，從而把它們集成到面板本身當(dāng)中。
[0058]如圖4中所示，每個(gè)單個(gè)模塊N-1、N、N+1都包括一對簡單的雙向開關(guān)141、142并且具有三個(gè)輸入端子MI和三個(gè)輸出端子MU就足夠了(該圖示出了模塊N的那些元件)。這個(gè)圖證實(shí)在鋪設(shè)大型光伏系統(tǒng)時(shí)特別有利，其中大型光伏系統(tǒng)占用非常大的面積并且對其而言安裝和維護(hù)的簡化是一個(gè)非常重要的因素；在這種情況下，把所需的開關(guān)集成到模塊本身當(dāng)中(而不用單獨(dú)安裝它們)的可能性毫無疑問是令人感興趣的。
[0059]因而，光伏系統(tǒng)可以簡單地通過經(jīng)三線電纜把每個(gè)面板的三個(gè)輸出端子連接到下一個(gè)面板的三個(gè)輸入端子來鋪設(shè)。
[0060]三條線分別代表“陽極線” A4、“陰極線” C4和“陣列線” S4。當(dāng)兩個(gè)面板必須串聯(lián)連接時(shí)，“陣列線” S4用于把一個(gè)面板的陽極連接到相鄰面板的陰極。通過閉合陽極線A4上每個(gè)面板的陽極和陰極線C4上每個(gè)面板的陰極，面板還可以全都并聯(lián)連接。但是，在一種典型的情況下，串聯(lián)電路彼此并聯(lián)連接。很清楚，為了限制不期望電流的發(fā)作，要并聯(lián)連接的電路(在這里所考慮的情況下，所述電路充當(dāng)發(fā)電機(jī))必須全都在相同的電壓具有其最大效率點(diǎn)。因此，通常，當(dāng)要連接的模塊全都相等時(shí)，將有必要配置由相同數(shù)量模塊組成的串聯(lián)電路，然后把所有這些串聯(lián)電路彼此并聯(lián)連接。
[0061]當(dāng)然，有可能采用不同的模塊，例如以異源方式照明的，諸如出于美觀的原因安裝成具有不同傾斜度的太陽能面板，以便沿著建筑物的表面，或者為了使用不同類型的能量源。模塊的相互連接，例如并聯(lián)，在這種情況下將更加復(fù)雜但仍然可行，而且將不得不找出其中所有并聯(lián)連接的電路都將在相同電壓具有最優(yōu)(或者無論如何可以接受的)工作點(diǎn)的配置。
[0062]因此，每個(gè)面板的陰極必須，對于串聯(lián)連接，通過“陣列線” S4連接到相鄰面板的陽極，或者如果那個(gè)面板是陣列的負(fù)端，則連接到“陰極線”S4 ;相反，每個(gè)面板的陽極必須，對于串聯(lián)連接，連接到相鄰面板的陰極，或者如果那個(gè)面板是陣列的正端，則連接到“陽極線” A4。
[0063]如圖5中所示，通過使接觸系統(tǒng)稍微更復(fù)雜一點(diǎn)并且添加一個(gè)開關(guān)，可以斷開單個(gè)面板。
[0064](除了根據(jù)以上參考圖4的描述所需的那些)面板的陽極開關(guān)151和陰極開關(guān)153還可以設(shè)置成第三種位置，其中它們不連接到任何線:在這種情況下，陣列線S5必須被合適的開關(guān)152閉合。當(dāng)開關(guān)以這種方式設(shè)置時(shí)，面板被斷開。
[0065]用于斷開一個(gè)面板(例如，當(dāng)被遮住和/或損壞時(shí))的已知方法不會(huì)允許恢復(fù)最優(yōu)的陣列長度，而且因此這些情形在現(xiàn)有技術(shù)中是通過把整個(gè)陣列排除出能量產(chǎn)生過程來處理的。
[0066]開關(guān)可以被處于系統(tǒng)所屬的“能量區(qū)”水平的控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制和管理。通過使用本身已知的(電力線上的)“輸送波(conveyed wave)”技術(shù),開關(guān)可以通過由與用于輸送電能相同的線路(例如，陽極線和陰極線)運(yùn)輸?shù)碾娒疃蝗菀椎夭僮?。?yīng)當(dāng)指出，在最簡單的情況下，要發(fā)送到每個(gè)開關(guān)的命令是一位。
[0067]與其中數(shù)據(jù)是通過發(fā)送AC能量的電纜輸送的傳統(tǒng)“電力線”應(yīng)用相比，這種情況看起來更簡單，因?yàn)镈C能量被發(fā)送并且可以非常容易地與用于數(shù)據(jù)發(fā)送的任何載波分離，即使在相當(dāng)?shù)偷念l率也可以。在任何速率，已經(jīng)為這種類型應(yīng)用定義的多種標(biāo)準(zhǔn)中的一種確定可以用于這個(gè)目的。作為例子，我們可以提到IEEE P1901標(biāo)準(zhǔn)或者由諸如“通用電力線協(xié)會(huì)”或“HomePlug電力線聯(lián)盟”的工業(yè)聯(lián)盟定義的標(biāo)準(zhǔn)。
[0068]雖然這種應(yīng)用的發(fā)送需求極低而且“輸送波”技術(shù)確定可以使用，不會(huì)有任何問題，不過還是有可能采用旨在進(jìn)一步減小噪聲的附加措施。由于開關(guān)不需要持續(xù)地或者頻繁地操作，因此所有命令可以發(fā)送到所有開關(guān)，而不需要后者在接收到命令之后立即切換，而是在預(yù)先設(shè)定的延遲之后或者在接收到“觸發(fā)”信號時(shí)切換。這避免由于第一開關(guān)的切換而生成噪聲瞬態(tài)，這種噪聲瞬態(tài)可能干擾用于最后的開關(guān)的命令的發(fā)送。
[0069]利用這種簡單的解決方案，有可能利用邊際附加成本在制造階段把所述開關(guān)集成到面板的結(jié)構(gòu)中。以這種方式，可以生產(chǎn)能夠容易地連接并且靈活地配置成串聯(lián)-并聯(lián)組合的面板。
[0070]在這種情況下，“陰極線”和“陽極線”將經(jīng)過每個(gè)模塊的“連接系統(tǒng)”并且可以容易地被中斷，使得它們適合創(chuàng)建如前所述的系統(tǒng)分區(qū)。
[0071]當(dāng)然，對于多于兩個(gè)分區(qū)，將有必要鋪設(shè)附加的陽極/陰極線對，如前面所解釋過的。因此，很顯然，如果想把陽極線和陰極線集成到模塊的結(jié)構(gòu)中(例如，以避免不得不鋪設(shè)額外的線)，這種線路(在仍然集成到結(jié)構(gòu)中的情況下)將不得不包括兩條線，以允許分成三個(gè)區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)圖3.2中所示的電路圖。更多的分區(qū)級數(shù)將需要通過使用增加數(shù)量的導(dǎo)電線實(shí)現(xiàn)陽極線和陰極線。
[0072]通過適當(dāng)?shù)?例如，在面板的相對側(cè))定位輸入和輸出端子三元組，旨在進(jìn)一步減少所需布線的變形例也是可能的。還可以設(shè)想用互補(bǔ)的聯(lián)合型插頭與插座來裝備面板，這不需要外部布線而且對于加強(qiáng)光伏電網(wǎng)的面板之間的機(jī)械耦合也是有用的。
[0073]開關(guān)還可以配置為允許面板在例如故障或?yàn)榱诵迯?fù)或替換的情況下被拆除。例如，面板可以配備把陰極線、陽極線和陣列線連接到開關(guān)的輸入和輸出連接器。當(dāng)開關(guān)集成到面板中時(shí)，連接器將包括這樣設(shè)計(jì)的連接，該設(shè)計(jì)使得，如果面板被拆除，則它們將使陣列線短路并且斷開與陽極線和陰極線的連接?；蛘?，當(dāng)開關(guān)在面板的外部時(shí)，如上所述地操作開關(guān)并且斷開面板連接器就將足夠了。
[0074]實(shí)現(xiàn)這種電路變形例在本領(lǐng)域技術(shù)人員的掌握之中。
[0075]一般而言，可以說，給定一組光伏面板，它們可以通過以靈活的方式連接它們而被組織，以具有預(yù)定數(shù)目的輸出，這些輸出上生成或吸收的功率可以通過控制其電流和電壓而被分配，所述控制在由單個(gè)生成元件的電流和電壓特性給出的精確度下是可行的。
[0076]已經(jīng)示出了如何通過對靈活的陣列配置應(yīng)用以上提到的技術(shù)使得甚至典型的FER，諸如光伏系統(tǒng)，可以被配置為輸出可以控制的電壓，其中輸出電壓的精確度依賴于單個(gè)面板在某些溫度和輻射條件下的操作電壓，同時(shí)還對最優(yōu)地解決前面討論過的能量平衡問題起作用。
[0077]根據(jù)本發(fā)明的更多方面，類似于為了以靈活的方式重新配置模塊化的直流電能產(chǎn)生系統(tǒng)的串聯(lián)-并聯(lián)連接可以做的，還可以重新配置存儲(chǔ)系統(tǒng)SAE的連接。事實(shí)上，大部分存儲(chǔ)系統(tǒng)的特征在于由通常以固定方式連接的基本模塊組成，從而在其端子處具有大致恒定的電壓并且能夠輸出額定功率。但是，對于光伏系統(tǒng)下游的應(yīng)用，甚至SAE都可以按這樣一種方式方便地實(shí)現(xiàn)，從而具有其內(nèi)部連接的靈活配置并且接受不同的充電電壓和電流。[0078]因此，通過修改FER和SAE 二者的串聯(lián)-并聯(lián)連接，同時(shí)能夠既分區(qū)FER又分區(qū)SAE,能量管理可以適當(dāng)?shù)貎?yōu)化。
[0079]本發(fā)明教導(dǎo)了如何通過簡單地借助于可以由執(zhí)行開關(guān)控制程序和實(shí)現(xiàn)本身已知的用于搜索最優(yōu)操作條件的算法的其它程序的計(jì)算機(jī)或控制器控制的開關(guān)來進(jìn)行這種配置，其中要優(yōu)化的功能可以是技術(shù)性的或者是經(jīng)濟(jì)性的。
[0080]應(yīng)當(dāng)觀察到,FER和SAE元件的數(shù)量越大,針對各種元件之間的最優(yōu)稱合的搜索越精細(xì)。
[0081]簡而言之，現(xiàn)在很顯然，除了逆變器，F(xiàn)ER也可以連接到SAE，而不用通過DC-AC和AC-DC轉(zhuǎn)換級，而僅僅是通過適當(dāng)?shù)嘏渲肍ER和SAE的串聯(lián)-并聯(lián)配置，從而使FER輸出電壓盡可能接近用于SAE充電的最佳輸入電壓。就電流而言，問題看起來不太關(guān)鍵，因?yàn)镾AE通?？梢越邮芨鼘挼碾娏鞣秶?；一般而言，能夠觸發(fā)充電過程的最小電流可用是必不可少的，同時(shí)過多的電流可能使電池過熱并且降低后者的效率或者甚至，在最壞的情況下，對其造成損壞。對于非常低的生產(chǎn)值，即，涉及低電流，如果我們認(rèn)為SAE可以是由幾十個(gè)或者幾百個(gè)基本模塊組成的非常顆粒狀的系統(tǒng)的話，可構(gòu)想到只充電SAE的幾個(gè)模塊，甚至一次只給一個(gè)模塊充電，然后讓耦合甚至利用非常低的電流操作。
[0082]SAE通常是電化學(xué)類型，不管它們是傳統(tǒng)的鉛或膠體電池還是電解液循環(huán)系統(tǒng)，或者是不同類型的其它積蓄系統(tǒng)。
[0083]在任何情況下，都可以利用SAE由一定數(shù)量的基本電池單元或模塊組成的事實(shí)，這些電池單元或模塊串聯(lián)和并聯(lián)連接，看起來就像是只具有一對輸入/輸出端子的系統(tǒng)。通過彼此串聯(lián)地連接各種模塊，獲得了跨其端子具有更高電壓的電路；然后，通過彼此并聯(lián)地連接串連電路，獲得了隨著并聯(lián)連接的電路數(shù)量的增長而可以吸收/輸出越來越高的電流的電路。
[0084]此外，以絕對的靈活性控制合適的開關(guān)集合的可能性允許只使用SAE的一些部分。尤其是當(dāng)在充電過程中涉及非常低的能量值時(shí)，這是非常有用的。
[0085]由此，前面說明的各種FER模塊的靈活連接方案也適用于能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的元件?，F(xiàn)在將描述在SAE模塊之間互連的實(shí)施例的一個(gè)例子。
[0086]當(dāng)把FER耦合到SAE時(shí)，由于SAE輸入電壓和FER輸出電壓都可以被控制，因此通常有可能找出最接近最優(yōu)解決方案的那些組合。
[0087]對于SAE和FER，除了靈活地組合串聯(lián)/并聯(lián)連接，提供分區(qū)能力都是很重要的。例如，特別是對于要存儲(chǔ)的所產(chǎn)生能量的低值，物理上有可能只充電SAE的一些元件或者，對于處于不同充電狀態(tài)的不同SAE元件，可以執(zhí)行選擇性放電或充電操作。
[0088]本發(fā)明允許實(shí)現(xiàn)可以在“智能電網(wǎng)”中本地執(zhí)行的附加功能性。所述功能性獨(dú)立于涉及用于控制“智能電網(wǎng)”的計(jì)算機(jī)的硬件選擇，并且解決了系統(tǒng)各個(gè)部分(FER-SAE-逆變器)的DC適配的問題，同時(shí)優(yōu)化了可用能量的分配(從FER或者從SAE)。
[0089]因此，本發(fā)明解決了系統(tǒng)各個(gè)部分之間的DC適配的問題及通過控制器管理能量源的問題，其中控制器可以是專用設(shè)備或者由確定包括在“智能電網(wǎng)”中的各種計(jì)算機(jī)之一執(zhí)行的功能。
[0090]圖6示出了包括至少一個(gè)FER、至少一個(gè)SAE及至少一個(gè)控制器CNT的系統(tǒng)的主要元件。FER和SAE位于DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的上游，其中DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括指向外部負(fù)載的至少一個(gè)逆變器系統(tǒng)INV1，諸如公共電能分配網(wǎng)絡(luò)，和/或指向本地內(nèi)部負(fù)載的至少一個(gè)逆變器系統(tǒng)INV2，諸如國內(nèi)電網(wǎng)。
[0091]圖6的例子示出了兩個(gè)負(fù)載網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)檫@是最典型的情況，因?yàn)樗鼘τ趨^(qū)別私有負(fù)載和通用外部負(fù)載是有用的，其中私有負(fù)載可以利用“智能電網(wǎng)”標(biāo)準(zhǔn)來管理并且可以按特權(quán)方式與FER關(guān)聯(lián)，以例如用于私用，而外部負(fù)載連接到外部或公共網(wǎng)絡(luò)。實(shí)際上，可以有任何數(shù)量的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)。
[0092]虛線指示信息和/或命令的交換，而實(shí)線代表電能流。特別地，在控制器CNT與FER, SAE和INV2之間存在信息和/或命令的雙向交換(例如，涉及功率可用性預(yù)測或者用于診斷目的)，而控制器CNT通常只能通過逆變器INVl從外部網(wǎng)絡(luò)接收信息(例如，它可以接收關(guān)于網(wǎng)絡(luò)愿意購買或出售任何可用能量源的價(jià)格的信息)。FER可以向SAE并且向INV1、INV2供應(yīng)能量流。SAE可以從FER接收要存儲(chǔ)的能量并且可以把能量供應(yīng)給INV1、INV2。
[0093]當(dāng)然，公共網(wǎng)絡(luò)也可以從控制器CNT接收命令和信息。而且，還有可能管理從外部網(wǎng)絡(luò)到SAE的能量流:這個(gè)選項(xiàng)對于以有利的價(jià)格、在適合的時(shí)間間隔內(nèi)購買能量是有用的，這些能量可以在高峰時(shí)間使用，例如當(dāng)能量源的價(jià)格最高并且FER不能產(chǎn)生足夠的能量時(shí)。
[0094]此外，SAE還可以被配置為使得它把不同的電壓值供應(yīng)給預(yù)定的輸出，這些輸出有可能被控制器重新配置和被以直流電壓操作的本地負(fù)載和/或被使得由SAE生成的電壓電平適配負(fù)載的DC/DC轉(zhuǎn)換器所使用。這提高了效率，因?yàn)樗嘶蛘咧辽贉p少了由于逆變器執(zhí)行的DC/AC轉(zhuǎn)換和由于由DC裝置(諸如移動(dòng)電話、筆記本、電池充電器等)的電源執(zhí)行的接下來的轉(zhuǎn)換所造成的能量耗散。
[0095]控制器CNT和逆變器INV1、INV2之間的信息交換可以在以太網(wǎng)總線上發(fā)生，而控制器和FER之間及控制器和SAE之間的信息交換可以經(jīng)“輸送波”發(fā)生。有可能大型SAE已經(jīng)配備了它們自己的控制器，這些控制器執(zhí)行多種系統(tǒng)管理功能；在這種情況下，控制器CNT與SAE控制器之間的通信也可以在以太網(wǎng)總線上發(fā)生，而“輸送波”可以用于在SAE控制器和開關(guān)之間輸送開關(guān)控制信息。
[0096]而且，F(xiàn)ER可以與在以太網(wǎng)總線上與控制器CNT通信的具體控制器關(guān)聯(lián)，然后所述命令經(jīng)“輸送波”發(fā)送到FER開關(guān)。
[0097]FER和SAE控制器可以看作是控制器CNT的擴(kuò)展，并且因此，當(dāng)提到控制器和SAE之間及控制器和FER之間的通信時(shí)，控制器CNT將總是有意義的。
[0098]對于在以太網(wǎng)總線上發(fā)生的通信，這意味著通信在計(jì)算機(jī)之間發(fā)生，并且因此可以通過使用任何已知的技術(shù)來管理:例如，還有WiFi連接或者M(jìn)2M技術(shù)。
[0099]現(xiàn)在將考慮使用與參考圖6所述的網(wǎng)絡(luò)類似的網(wǎng)絡(luò)的典型例子。
[0100]這個(gè)例子涉及通過FER在一般時(shí)刻Tl獲得的產(chǎn)量，其中FER包括由N個(gè)面板組成的模塊化的直流電能產(chǎn)生系統(tǒng)。
[0101]在所述時(shí)刻Tl，F(xiàn)ER使功率值Pfl可用，而內(nèi)部負(fù)載網(wǎng)絡(luò)需要功率值Pd，其中Pcl〈Pfl。
[0102]控制器CNT連接到網(wǎng)絡(luò)逆變器INVl并且連接到本地逆變器INV2，并且可以在其間交換信息。在最簡單的情況下，它在以太網(wǎng)總線上交換信息。
[0103]控制器CNT還連接到FER和SAE的所有I/O端子對。在所述端子上，可以直接進(jìn)行電流和電壓測量，而且可以經(jīng)“輸送波”發(fā)送配置FER和SAE 二者所需的命令。
[0104]在這里所考慮的情況下(PfDPcl)，在一種可能的操作模式中，控制器把Pfl中等于需求Pcl的一部分輸送到連接到逆變器INV2的輸出。此外，控制器以這樣一種方式組合FER的串聯(lián)-并聯(lián)連接，使得在連接到逆變器INV2的輸出處，存在優(yōu)化轉(zhuǎn)換元件性能的電流-電壓剖面。
[0105]由FER產(chǎn)生的剩余功率(Pfl-Pcl)全都在連接到SAE的輸出處可用。在這種情況下，控制器CNT將小心地配置SAE模塊和FER模塊，使得SAE可以確保最佳存儲(chǔ)效率。例如，如果額外的功率不太多，則只激活位于SAE充電輸入的一部分電池模塊可能是有利的，使得將只必需也配置FER模塊中產(chǎn)生額外能量的那部分，從而在FER-SAE連接中創(chuàng)建優(yōu)化存儲(chǔ)效率的適當(dāng)電流-電壓特性。
[0106]如果存儲(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)充滿電，則可以使額外的功率可用于通過逆變器INVl連接到外部網(wǎng)絡(luò)的FER輸出。這種選擇也可以在例如外部網(wǎng)絡(luò)需要能量時(shí)進(jìn)行。因此，也基于關(guān)于內(nèi)部需求和網(wǎng)絡(luò)需求的可用信息，控制器CNT可以決定把額外的能量輸出到公共網(wǎng)絡(luò)，而不是存儲(chǔ)它。
[0107]很清楚，在這一點(diǎn)上，如果“智能電網(wǎng)”變得普及，則控制器CNT可能是非常有用的。事實(shí)上，所述控制器將具有對于優(yōu)化具有不同特質(zhì)的FER、SAE和負(fù)載之間的能量交換所需的劃分和適配所需的全部信息。
[0108]以這種方式，可以正確地管理各個(gè)方向中能量交換的數(shù)量及任何電流-電壓適配，而不用使用不是嚴(yán)格必需的任何AC-DC和DC-AC轉(zhuǎn)換裝置。事實(shí)上，所有這些適配都可以通過開關(guān)來執(zhí)行，從而減少由于轉(zhuǎn)換造成的損耗和低效。
[0109]現(xiàn)有技術(shù)嘗試通過引入靈活配置技術(shù)來處理的典型情況涉及從光伏系統(tǒng)獲得的產(chǎn)量，其中有些面板可能偶然被遮住而且其輸出可能與其它未被遮住的面板相比突然下降。如以上所提到的，這種情況通常是通過斷開包括這種面板的整個(gè)陣列來處理的，從而暗示源的浪費(fèi)。
[0110]在本領(lǐng)域中還已知為面板提供檢測任何反常條件，諸如遮蔽或損壞，的傳感器。根據(jù)本發(fā)明，控制器CNT可以簡單地通過面板端子的讀數(shù)來檢測這種反常，然后它可以通過只隔離所涉及的面板而不是整個(gè)陣列來以靈活的方式重新配置FER。
[0111]現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的實(shí)施例的一些更具體的例子。
[0112]圖7更具體地示出了圖6的系統(tǒng)的實(shí)施例的例子。
[0113]存儲(chǔ)系統(tǒng)SAE可以通過合適的直流轉(zhuǎn)換器DC/DC1直接耦合到DC負(fù)載DLCl，和/或通過另一個(gè)直流轉(zhuǎn)換器DC/DC2間接地耦合到相同的或者另一個(gè)DC負(fù)載DLC2。間接耦合通過能量流開關(guān)EFCl發(fā)生，這個(gè)開關(guān)在其輸入接收來自FER和SAE的能量，而且當(dāng)其被CNT適當(dāng)控制時(shí)，向逆變器INV1、INV2 (圖6)和/或向所述直流轉(zhuǎn)換器DC/DC2供應(yīng)電能。逆變器INV1、INV2也可以通過逆變器系統(tǒng)INV (圖7)實(shí)現(xiàn)，之后為指向本地AC負(fù)載ACL和/或公共網(wǎng)絡(luò)PN的電能流開關(guān)，如前面所描述的，電能也可以從公共網(wǎng)絡(luò)PN引入。
[0114]不管是直接地還是通過開關(guān)控制單元，控制器CNT都接收關(guān)于FER和SAE狀態(tài)的信息及關(guān)于FER電壓-電流輸出條件的信息。更特別地，如已經(jīng)提到的，F(xiàn)ER面板配備檢測操作和電壓-電流輸出條件的傳感器:這些數(shù)據(jù)供應(yīng)給一個(gè)模塊CIV，通過適當(dāng)?shù)乇籆NT控制，模塊CIV可以通過控制單元CFER確定FER配置條件，其中CFER也直接受CNT控制。[0115]根據(jù)需要，來自FER的能量通過模塊CIV由控制器EFCl朝著逆變器INV和/或SAE傳送和/或直接傳送到DC負(fù)載DCL2。
[0116]控制器CNT還通過控制單元CSAE接收關(guān)于組成SAE的能量存儲(chǔ)模塊的狀態(tài)的信息，檢測SAE模塊操作條件的傳感器連接到CSAE。而且，這種信息由CNT用于確定最優(yōu)的SAE配置。
[0117]參考圖8，示出了一種可能的SAE配置，這種配置包括組織成分支或陣列R1、R2、R3的給定數(shù)量的存儲(chǔ)電池單元或單元(通常是電池組BAT )。每個(gè)電池單元包括受CSAE模塊控制的一個(gè)充電傳感器C和多個(gè)開關(guān)，CSAE模塊可以把串聯(lián)的各個(gè)電池單元連接到同一分支的其它電池單元，或者以別的方式斷開它們。受CSAE模塊控制的其它開關(guān)可以串聯(lián)或并聯(lián)地連接各個(gè)分支，或者以別的方式斷開它們。充電傳感器C為CSAE模塊提供關(guān)于電池單元狀態(tài)的指示。
[0118]基于瞬間可用的電壓和電流，一個(gè)或多個(gè)SAE電池單元可以被充電。
[0119]每個(gè)SAE分支都有一個(gè)連接到電流調(diào)節(jié)器RC的電流傳感器SC，電流調(diào)節(jié)器RC又以雙向方式連接到能量流開關(guān)CFE1，由此允許控制電流并且，例如，防止其超過某個(gè)預(yù)定義的值，以避免在充電過程中損壞分支電池單元。利用圖中所示的配置，甚至有可能給一些電池單元陣列充電并且同時(shí)，如果其它電池單元已經(jīng)充滿電的話，則從其它電池單元陣列排放能量，從而向本地DC負(fù)載供電或者甚至，在通過逆變器之后，向AC負(fù)載供電，由此給予系統(tǒng)更大的使用靈活性。
[0120]這顯著增加了即使在完全或部分缺少太陽光的情況下系統(tǒng)也將向用戶裝置輸送能量的可能性，由此顯著減小對電力分配網(wǎng)絡(luò)的依賴性。FER和SAE的開關(guān)控制單元也可以集成在其中或者集成到控制器中。在其中產(chǎn)生或者吸取比可以被單個(gè)陣列吸收或生成的電流更高的電流的情況下，可以對幾個(gè)并聯(lián)的陣列充電或使用它們。
[0121]由控制器CNT關(guān)于系統(tǒng)的操作狀態(tài)執(zhí)行的決策過程在圖9的流程圖中示出?？刂破鲝腃IV單元獲取FER的能量生成狀態(tài)(方框91)。如果逆變器INV不能被激活(方框92)，則可以從FER排放的所有能量都傳輸?shù)絊AE (方框96)。否則，就驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)是否能夠吸收由FER生成的能量和/或是否方便立即傳輸它，因?yàn)殇N售價(jià)格有利，和/或本地負(fù)載是否不需要它和/或電池是否充滿電(方框93)。如果驗(yàn)證給出肯定的結(jié)果(方框94)，則FER能量傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)(方框95)，否則它就朝SAE傳送(方框96)。
[0122]圖9的流程圖可以按各種等效形式實(shí)現(xiàn)。它可以通過一組指令的循環(huán)重復(fù)、通過來自驗(yàn)證決策條件的分散控制單元的中斷機(jī)制、通過控制器經(jīng)其輪詢(周期性地詢問)外圍裝置的機(jī)制等等來實(shí)現(xiàn)。它可以按自動(dòng)形式或者通過例如定時(shí)器按部分或完全可編程的形式和/或通過由操作人員輸入的命令按手動(dòng)形式來實(shí)現(xiàn)。
[0123]控制器CNT能夠驗(yàn)證FER的能量生成狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)的吸收容量、SAE模塊的充電容量、本地負(fù)載的實(shí)際或預(yù)期電流消耗，然后可以決定采用哪種能量傳輸策略，這也基于操作人員編程的參數(shù)(利潤最大化、給本地負(fù)載的供應(yīng)的最大連續(xù)性、電池充電狀態(tài)的最大化，
寸寸7 o
[0124]在通用模塊異質(zhì)性的情況下，控制器有必要知道每個(gè)模塊的瞬時(shí)產(chǎn)量。這可以通過例如用一個(gè)設(shè)備配合每個(gè)FER模塊來確保，該設(shè)備可以通過例如安裝在模塊本身上的商業(yè)可用的傳感器，測量產(chǎn)量數(shù)據(jù)并且把它們發(fā)送到控制器。[0125]但是，控制器還可以自主地取得讀數(shù)，而不需要模塊中附加的傳感器，例如，在適當(dāng)?shù)卦O(shè)置每個(gè)模塊的開關(guān)的同時(shí)，通過在模塊的陽極和陰極端子對取得測量。事實(shí)上，控制器可以執(zhí)行程序，根據(jù)可用讀數(shù)并且根據(jù)系統(tǒng)的知識(模塊規(guī)格、模塊數(shù)量、模塊類型、模塊朝向、預(yù)期的效率等)開始，所述程序作出估計(jì)和評估，這些估計(jì)和評估允許應(yīng)用搜索最優(yōu)模塊連接配置的算法，并且還有可能出于已經(jīng)描述過的各種原因斷開它們中的一些。
[0126]本發(fā)明的控制系統(tǒng)可以有利地通過計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，該程序包括當(dāng)所述程序被計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)所述方法的一個(gè)或多個(gè)步驟的編碼裝置。因此，應(yīng)當(dāng)理解，保護(hù)范圍擴(kuò)展到所述計(jì)算機(jī)程序及包括所記錄的消息的計(jì)算機(jī)可讀裝置，所述計(jì)算機(jī)可讀裝置包括當(dāng)所述程序被計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)所述方法的一個(gè)或多個(gè)步驟的編碼裝置。
[0127]在不背離本發(fā)明保護(hù)范圍的情況下，以上描述的非限制性例子可以接受各種變化，包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有等效實(shí)施例。
[0128]從本發(fā)明的應(yīng)用導(dǎo)出的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在上面描述過了。
[0129]總之，所述系統(tǒng)解決了與包括FER、SAE和本地負(fù)載的可變尺寸“島”或“能量區(qū)”的集成相關(guān)的許多問題，同時(shí)優(yōu)化了能量流的連接及細(xì)分方法。所有這些都是僅僅通過添加一些簡單的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的，除其它的之外，這些開關(guān)可以集成到現(xiàn)有的FER和SAE模塊中，由此允許控制器管理和解決與不同產(chǎn)量的耦合和分區(qū)相關(guān)的所有問題，從而避免任何不必要的DC/AC和AC/DC轉(zhuǎn)換并且優(yōu)化FER和SAE的效率。事實(shí)上，管理部分被委托給控制器，控制器將在任何情況下都用于支配“能量區(qū)”或“島”，如根據(jù)“智能電網(wǎng)”概念電力網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展所需要的。
[0130]根據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以得出本發(fā)明的目標(biāo)，而不引入任何進(jìn)一步的構(gòu)造細(xì)節(jié)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于生成和使用以及用于存儲(chǔ)和供應(yīng)由模塊化的直流電能源產(chǎn)生的電能的系統(tǒng)，包括: 用于直流電能的產(chǎn)生的互連模塊的系統(tǒng)，所述互連模塊的系統(tǒng)位于一個(gè)或多個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的上游； 用于由所述電能產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的電能的積蓄和供應(yīng)的互連元件的系統(tǒng)，所述互連元件的系統(tǒng)位于所述一個(gè)或多個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的上游； 至少一個(gè)電子控制單元，適于以可變的方式配置所述模塊之間的互連和所述元件之間的互連，使得所述互連模塊中的至少一些能夠把電能直接輸送到所述積蓄和供應(yīng)元件中的至少一些和/或輸送到所述一個(gè)或多個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，并且使得所述元件中的至少一些能夠把電能直接供應(yīng)給所述一個(gè)或多個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電子控制單元被配置使得所述互連元件的系統(tǒng)有可能經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換把電能直接供應(yīng)給使用直流電能的系統(tǒng)。
3.如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電子控制單元被配置為確定所述互連模塊的系統(tǒng)的輸出處及所述互連元件的系統(tǒng)的輸出和輸入處的電壓和電流，從而確定所述模塊和所述元件的串聯(lián)和/或并聯(lián)互連配置。
4.如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述用于電能的產(chǎn)生的互連模塊的系統(tǒng)包括: 所述模塊中的兩個(gè)或更多個(gè)， 每個(gè)模塊包括一陽極端子和一陰極端子； 至少一條第一電力線，連接到該系統(tǒng)的陽極端子和陰極端子； 第一電力開關(guān)裝置，在所述模塊中的每一個(gè)處都布置至少一個(gè)第一電力開關(guān)裝置，所述第一電力開關(guān)裝置被配置為根據(jù)由所述至少一個(gè)電子控制單元發(fā)布的命令，把一個(gè)模塊的所述陽極端子和/或陰極端子連接到另一個(gè)模塊的陽極端子和/或陰極端子，或者連接到所述第一電力線，或者把一個(gè)或多個(gè)模塊從所述系統(tǒng)斷開。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述用于電能的產(chǎn)生的互連模塊的系統(tǒng)包括兩個(gè)或更多個(gè)第一陣列，每個(gè)陣列包括所述第一電力線中的一條，所述至少一個(gè)電子控制單元包括用于確定所述第一陣列之間的并聯(lián)連接或者用于細(xì)分并聯(lián)的第一陣列的組的裝置。
6.如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述用于電能的積蓄和供應(yīng)的互連元件的系統(tǒng)包括: 所述元件中的兩個(gè)或更多個(gè)，每個(gè)元件配備一陽極端子和一陰極端子； 至少一條第二電力線，連接到該系統(tǒng)的陽極端子和陰極端子； 第二電力開關(guān)裝置，在所述元件中的每一個(gè)處都布置至少一個(gè)第二電力開關(guān)裝置，所述第二電力開關(guān)裝置被配置為根據(jù)由所述至少一個(gè)電子控制單元發(fā)布的命令，把一個(gè)元件的所述陽極端子和/或陰極端子連接到另一個(gè)元件的陽極端子和/或陰極端子，或者連接到所述第二電力線，或者把一個(gè)或多個(gè)元件從所述系統(tǒng)斷開。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述用于電能的積蓄和供應(yīng)的互連元件的系統(tǒng)包括兩個(gè)或更多個(gè)第二陣列，每個(gè)第二陣列都包括所述第二電力線中的一條，所述至少一個(gè)電子控制單元包括用于確定所述第二陣列之間的并聯(lián)連接或者用于細(xì)分并聯(lián)的第二陣列的組的裝置。
8.如權(quán)利要求4或者5所述的系統(tǒng)，其中所述至少一條電力線還配備陣列線，而且其中所述開關(guān)裝置被配置為根據(jù)由所述至少一個(gè)電子控制單元發(fā)布的命令，把對應(yīng)的面板連接到所述陣列線，以便建立與至少另一個(gè)面板的串聯(lián)連接。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)模塊中的每一個(gè)都包括至少一個(gè)電力輸入和至少一個(gè)電力輸出，而且其中所述開關(guān)裝置包括至少一個(gè)輸入開關(guān)和至少一個(gè)輸出開關(guān)，所述輸入開關(guān)和輸出開關(guān)被配置為根據(jù)由所述至少一個(gè)電子控制單元發(fā)布的命令，分別地把所述電力線連接到所述電力輸入和所述電力輸出。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)裝置包括至少一個(gè)第三開關(guān)，第三開關(guān)被配置為根據(jù)由所述至少一個(gè)電子控制單元發(fā)布的命令，在對應(yīng)模塊的所述輸入開關(guān)和輸出開關(guān)斷開時(shí)，閉合所述陣列線，從而斷開對應(yīng)模塊，否則，斷開所述陣列線。
11.一種用于管理如權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)的方法，包括步驟: 通過經(jīng)所述至少一個(gè)電子控制單元操作所述第一開關(guān)裝置，互連所述電能產(chǎn)生模塊中的每一個(gè)與其它模塊，和/或斷開所述模塊中的一個(gè)或多個(gè)； 通過經(jīng)所述至少一個(gè)電子控制單元操作所述第二開關(guān)裝置，互連所述電能積蓄和供應(yīng)元件中的每一個(gè)與其它元件，和/或斷開所述元件中的一個(gè)或多個(gè)。
12.如權(quán)利要求11所述的用于管理所述系統(tǒng)的方法，包括，通過經(jīng)所述至少一個(gè)電子控制單元在所述至少一個(gè)第一電力線和/或第二電力線上操作所述第一開關(guān)裝置和/或第二開關(guān)裝置，并聯(lián)地互連所述第一陣列和/或第二陣列和/或隔離所述第一陣列和/或第二陣列的組 的步驟。
【文檔編號】H01L31/02GK103733474SQ201280039172
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月11日
【發(fā)明者】A·斯特里烏利 申請人:西斯維爾科技有限公司