用于来自可再生能源的功率的转换和优化消耗管理的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了用于来自可再生能源的功率的转换和优化消耗管理的装置。公开了不仅用于在家庭环境中转换和优化管理从可再生能源且特别是从太阳能源产生的功率且适合于控制功率的使用以便最大化管理成本效益同时确保优化光伏发电机的能量收集的装置。

【技术实现步骤摘要】
专利
本专利技术涉及用于功率转换的系统，特别是但不排他地，本专利技术涉及用于转换由光伏电池板系统产生的功率并适合于直接连接到电网的系统。
技术介绍
在功率转换的
中且特别是在适合于直接连接电网的用于转换由光伏电池板和风力系统产生的功率的系统的
中，不仅在家庭环境中且在有来自可再生能源的发电的情况下管理功率消耗越来越重要。这种类型的系统包括与逆变器装置相关的、来自替代能源(例如光伏电池板)的功率的发电机，逆变器装置又连接到交流电压电网和可能连接到适合于也在有所述电网AC电压的情况下操作的一组蓄电池以优化来往电网的功率的传输。例如包括由第一DC-DC转换器和第二DC-AC转换器组成的双转换级的所述逆变器装置适合于将来自替代能源(光伏电池板、风力涡轮机等)的功率转换成交流功率用于供应到主电网(例如eNEL电网)。在特别是包括光伏发电机的可再生能源的情况下，所述类型的功率转换系统必须管理光伏发电机的功率产生和所述功率到主电网的供应。除此以外，这种类型的系统还必须管理配电供应商通常强加于在电网中本地产生的功率的供应上的规则——变得对用户越来越严格和难以负担的规则。这些规则确保家庭安装的理想情况是所述家庭安装在以下两方面都尽可能独立于电网：能量的使用方面——自产能量比从电网得到能量明显更方便，和自产功率到电网的供应方面，其受到越来越严格的约束且当不是已经难以负担时对个人用户越来越不方便。r>因此，本专利技术的目的是提供不仅用于转换和优化管理从可再生能源且特别是从太阳能源产生的功率用于家庭使用并适合于控制功率的使用以便最大化管理成本效益同时确保MPPT(最大功率点跟踪)、即最大化通过光伏发电机的能量功率收集的装置。本专利技术的另一目的是提供用于产生功率的光伏系统，其包括不仅用于在家庭环境中的功率的转换和使用的优化管理并适合于控制所产生的功率的使用以便最大化管理成本效益的装置。从作为非限制性例子给出并在附图中示出的下面的详细描述中，本发明的另外的目的、特征和优点将变得更明显，其中：图1根据本专利技术示出用于转换并管理从可再生能源产生的功率并适合于直接连接到电网的装置的优选实施方式的示意性方框图；图2示出在一天期间光伏发电机的典型功率产量的图；图3示出与一些电网供应商强加于可被供应到电网的自产功率的数量上的限制有关的、在一天期间光伏发电机的典型功率产量的图；图4根据本专利技术示出功率转换和管理装置的优选操作模式之一。本专利技术的详细描述参考附图1，根据本专利技术的装置包括：输入端子20，其耦合到优选地来自例如基于光伏或风能源的可再生能源的发电机的DC电压；逆变器模块10，其又包括：第一DC-DC转换级11，其在输入端连接到所述输入端子20，第二DC-AC转换级12，其具有耦合到所述第一DC-DC转换级11的输出端的输入端和连接到电网21的输出端，电池充电器模块19，其在输入端关联到所述第一DC-DC转换级11的输出端和所述第二DC-AC转换级12的输入端，控制模块17，其适合于调节所述逆变器模块10的操作；电池模块13，其根据通常被称为“DC链路系统”的配置通过所述电池充电器模块19关联到所述第一DC-DC转换级11的输出端和所述第二DC-AC转换级12的输入端，所述电池模块13适合于在再充电期间存储来自所述第一级11的功率并在放电期间将能量供应到所述第二级12；至少一个房屋负载14，其关联到所述第二级12的输出端和电网21；功率计量设备，其适合于测量输入到所述逆变器模块10/从所述逆变器模块10输出的功率和由电网21吸收或供应到电网21的功率；切换模块16，其适合于控制所述至少一个房屋负载14的接通或断开。所述控制模块17还关联到所述功率计量设备和所述切换模块16并关联到优选地包括至少显示器和键盘的用户接口。所述功率计量设备优选地包括在所述至少一个房屋负载14的下游连接在所述第二级12的输出端和电网21之间的AC功率消耗的双向计量设备15。更详细地，所述第一DC-DC转换级11适合于转换来自可再生能源例如光伏发电机的在不同电平的直流电压的输入直流电压并调节光伏发电机的负载以便例如在光伏能源的情况下通过应用已知的MPPT(最大功率点跟踪)技术来优化其操作。所述第二DC-AC转换级12适合于将来自所述第一级11的输出中的直流电压转换成适合于供应到电网21并给电气负载例如家用电器等供电的交流电压。所述控制模块17特别是通过适当地与所述功率计量设备和与所述切换模块16交互而适合于管理从所述可再生能源产生的功率的使用，以便特别是通过最大化所谓的自消耗和最大化自足性来最大化管理成本效益，自消耗被定义为由用户在他家里消耗的自产功率或电能的量与自产功率或电能的总量之比，自足性即在本地产生和使用的功率或电能的部分与由用户在他家里消耗的功率或电能的总量之比。更一般地，根据本专利技术的装置的控制模块17允许调节所述逆变器模块10和所述切换模块16的操作，使得到所述逆变器模块10的输入功率/来自所述逆变器模块10的输出功率的值与由电网21吸收或供应到电网21的功率的值的组合大约等于所需的值。以这种方式，通过作用于所涉及的各种功率——每一个可选地由例如具有在0和1之间的值的适当和预先定义的乘法系数加权——的适当组合，可能使根据本专利技术的装置的操作适应于所有各种条件，根据待实现的结果例如成本效益、自己的消耗、能量自足性等优化其行为。考虑例如包括光伏发电机的可再生能源，在附图2中示出的曲线图代表在典型的一天中所述光伏发电机的产量。垂直线大致指示能量产量峰值时间。参考所描述的逆变器模块10，在可选择的操作模式之一中，我们认为在有最大功率产量时的时间之前，完全利用包含在所述电池组13中的功率以满足所述至少一个房屋负载14的需求是优选的。事实上，在接下来的时间中，由所述光伏发电机产生的相当大数量的功率仍然可用于对电池完全充电，以便满足所述至少一个房屋负载14的夜晚消耗峰值。在附图3中所示的曲线图仍然代表在典型的一天中所述光伏发电机的产量，其与常常由电网21供应商强加于可被自由供应到电网或至少不引起奖励比率的减少或甚至处罚的自产功率的量的限制有关，该限制由水平线表示。最左边的垂直线指示上述限制被超过时的时间。因此在达到上述限制的时间之前，完全使用包含在所述电池组13中的能量以满足所述至少一个房屋负本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于转换和管理功率的装置，包括：输入端子(20)，其耦合到输入DC电压；逆变器模块(10)，其包括：在输入端连接到所述输入端子(20)的第一DC‑DC转换级(11)、具有耦合到所述第一DC‑DC转换级(11)的输出端的输入端和连接到电网(21)的输出端的第二DC‑AC转换级(12)、在输入端关联到所述第一DC‑DC转换级(11)的输出端和所述第二DC‑AC转换级(12)的输入端的电池充电器模块(19)以及适合于调节所述逆变器模块(10)的操作的控制模块(17)；电池模块(13)，其耦合到所述电池充电器模块(19)的输出端，所述电池模块(13)适合于在再充电期间存储来自所述第一DC‑DC转换级(11)的功率并在放电期间将功率供应到所述第二DC‑AC转换级(12)；至少一个房屋负载(14)，其关联到所述第二级(12)的输出端和所述电网(21)；功率计量设备，其适合于测量输入到所述逆变器模块(10)/从所述逆变器模块(10)输出的功率和由所述电网(21)吸收或供应到所述电网(21)的功率；切换模块(16)，其关联到所述至少一个房屋负载(14)并适合于控制所述至少一个房屋负载(14)的接通或断开；特征在于，所述控制模块(17)还关联到所述功率计量设备和所述切换模块(16)，并适合于调节所述逆变器模块(10)和所述切换模块(16)的操作，使得乘以合适倍增系数的、到所述逆变器模块(10)的输入功率(P1，P5+)的值/来自所述逆变器模块(10)的输出功率(P2，P5‑)的值与由所述电网(21)吸收的功率(P4‑)的值或供应到所述电网(21)的功率(P4+)的值的组合实质上等于所需的值。...

【技术特征摘要】
2014.12.04 EP 14196363.71.一种用于转换和管理功率的装置，包括：
输入端子(20)，其耦合到输入DC电压；
逆变器模块(10)，其包括：在输入端连接到所述输入端子(20)的
第一DC-DC转换级(11)、具有耦合到所述第一DC-DC转换级(11)的
输出端的输入端和连接到电网(21)的输出端的第二DC-AC转换级(12)、
在输入端关联到所述第一DC-DC转换级(11)的输出端和所述第二DC-AC
转换级(12)的输入端的电池充电器模块(19)以及适合于调节所述逆变
器模块(10)的操作的控制模块(17)；
电池模块(13)，其耦合到所述电池充电器模块(19)的输出端，所
述电池模块(13)适合于在再充电期间存储来自所述第一DC-DC转换级
(11)的功率并在放电期间将功率供应到所述第二DC-AC转换级(12)；
至少一个房屋负载(14)，其关联到所述第二级(12)的输出端和所
述电网(21)；
功率计量设备，其适合于测量输入到所述逆变器模块(10)/从所述逆
变器模块(10)输出的功率和由所述电网(21)吸收或供应到所述电网(21)
的功率；
切换模块(16)，其关联到所述至少一个房屋负载(14)并适合于控
制所述至少一个房屋负载(14)的接通或断开；
特征在于，
所述控制模块(17)还关联到所述功率计量设备和所述切换模块(16)，
并适合于调节所述逆变器模块(10)和所述切换模块(16)的操作，使得
乘以合适倍增系数的、到所述逆变器模块(10)的输入功率(P1，P5+)
的值/来自所述逆变器模块(10)的输出功率(P2，P5-)的值与由所述电
网(21)吸收的功率(P4-)的值或供应到所述电网(21)的功率(P4+)
的值的组合实质上等于所需的值。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块(17)适
合于：根据适合于最大化由所述至少一个房屋负载(14)吸收的自产功率
部分(P1)和总自产功率(P1)之间的比的操作模式，来调节所述逆变器
模块(10)和所述切换模块(16)的操作。
3.如前述权利要求中的一项或多项所述的装置，其特征在于，所述
控制模块(17)适合于：根据适合于最大化由所述至少一个房屋负载(14)
吸收的自产功率部分(P1)和由所述至少一个房屋负载(14)吸收的总功
率(P3)之间的比的操作模式，来调节所述逆变器模块(10)的操作和所
述切换模块(16)的操作。
4.如前述权利要求中的一项或多项所述的装置，其特征在于，所述
控制模块(17)适合于：根据适合于通过增加由所述至少一个房屋负载(14)
吸收的功率(P3)来限制被供应到所述电网(21)的来自所述第二级(12)
的输出中的功...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚·贝卡蒂尼，圭多·费索里，绍罗·马切里尼，
申请(专利权)人：ABB技术股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH