本發(fā)明總的來說涉及公用電網(wǎng)內(nèi)的可再生能源發(fā)電。特別地，本發(fā)明涉及一種用于控制可再生能源到一個或更多個負(fù)載的分配的系統(tǒng)、方法和裝置。本公開的實施例總的來說涉及綠色技術(shù)。

背景技術(shù)：

本文中對任何現(xiàn)有技術(shù)的引用不應(yīng)被視為承認(rèn)此現(xiàn)有技術(shù)在本申請的優(yōu)先權(quán)日期構(gòu)成相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識的任何部分。

電力或者電功率是現(xiàn)代生活的基本部分。在住宅、企業(yè)、機構(gòu)和其它場所中，消費者以各種方式使用電力。公用設(shè)施通過傳輸網(wǎng)絡(luò)和線路和變壓器來輸送由發(fā)電廠產(chǎn)生的電功率。此網(wǎng)絡(luò)在下文中被稱為“輸配電網(wǎng)絡(luò)”、“電網(wǎng)”、“網(wǎng)”或者“電力網(wǎng)”。

為了減少二氧化碳的排放，居民和企業(yè)被鼓勵安裝從可再生能源(諸如太陽能輻照、空氣和地?zé)帷L(fēng)、波浪和潮汐)捕捉能量的裝置。可再生能源裝置可采用各種形式，包含(例如)太陽能熱水器、太陽能光伏發(fā)電機、風(fēng)力渦輪機以及波浪和潮汐發(fā)電機。可再生發(fā)電系統(tǒng)(例如，風(fēng)能和太陽能發(fā)電系統(tǒng))提供各種優(yōu)點，包含從實際上取之不盡的供給源提供安全電功率。可再生能源除了環(huán)境因素之外，還包含例如輸電損耗低和供應(yīng)安全等優(yōu)點，這是因為能量生產(chǎn)通常位于電力消費者附近，因此減小傳輸距離。

然而，因風(fēng)力強度的改變、太陽能的氣候上和季節(jié)上的改變所致的可再生能源的能量供應(yīng)的不穩(wěn)定性對向消費者供應(yīng)可靠的電能造成阻礙，并且因此，終端消費者通常保持連接到主電網(wǎng)。多數(shù)企業(yè)和家庭使用的峰值電功率通常是在白天時間，特別是在空調(diào)需求最大的夏季月份期間。陽光充足的地理區(qū)域?qū)τ诶缤ㄟ^光伏電池進(jìn)行太陽能收集來說是理想的。通常，所收集的太陽能用于對蓄電裝置(例如，電池)充電而該蓄電裝置然后可用于在夜間對燈供電，或者被轉(zhuǎn)換為ac并供應(yīng)到通常用電網(wǎng)電力供電的負(fù)載。

雖然一直鼓勵居民和企業(yè)安裝從可再生能源捕捉能量的裝置以用于個人消耗或?qū)⒍嘤嗟碾姽β侍峁┑诫娋W(wǎng)中，但存在與個別居民和企業(yè)將電功率供應(yīng)回電網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的問題，這些問題未被良好理解，也不為人所知。

例如，在許多居民或企業(yè)的地理位置相同的情形下，將多余電功率從這些居民和企業(yè)供應(yīng)回電網(wǎng)導(dǎo)致局部電壓變動問題。當(dāng)然，電壓變動是當(dāng)考慮電力發(fā)電機通過電網(wǎng)提供到終端消費者的電力質(zhì)量時的重要參數(shù)。在電壓變動受到影響以致于電壓增大或減小而超出通常接受的電壓閾值的情形下，居民和企業(yè)將注意到電壓增大和減小。雖然過大電壓可具有損壞連接到電網(wǎng)的設(shè)備的影響，但電壓不能維持在常用電壓變動參數(shù)內(nèi)的影響因發(fā)光變得比其正常操作更亮或更暗而最為顯著。不能將電壓變動維持在可接受的閾值內(nèi)會影響電負(fù)載的操作和許多電氣裝置的預(yù)期使用壽命。

隨著消費者被越來越多地鼓勵連接較多可再生能源以用于個人消耗并且也被鼓勵將多余電能提供回電網(wǎng)中，與在整個電網(wǎng)上維持對終端消費者的電力質(zhì)量關(guān)聯(lián)的問題增多。

終端消費者尋求降低與消耗來自發(fā)電配電公用設(shè)施的電功率相關(guān)聯(lián)的成本，他們面臨的另一問題是：在終端消費者超過“峰值需求”閾值的情形下，被征收大量稅費。就這來說，網(wǎng)絡(luò)配電公用設(shè)施通常建立“峰值需求”閾值，并在任一終端消費者超過此閾值的情形下，網(wǎng)絡(luò)公用設(shè)施對于提供的大于此閾值的電功率提高每千瓦時的服務(wù)費用。建立峰值需求閾值的根本原因是由于與提供能夠供應(yīng)峰值電力負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的資本成本。

因此，運營電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)公用設(shè)施設(shè)法阻止終端消費者汲取超過特定閾值的電功率，特別是在日間的峰值需求時段，這是因為在峰值時段期間向所有終端消費者提供峰值需求引起要求通過網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)的最大量電力。網(wǎng)絡(luò)上的總峰值電力需求通常確定了用于提供足以滿足此峰值需求的電力所需的資本成本。網(wǎng)絡(luò)公用設(shè)施所征收的稅費的影響在于：既不鼓勵終端消費者從電網(wǎng)要求超出特定閾值的電功率，也從超過該峰值需求閾值的任何終端消費者提取溢價，以有助于與提供能夠提供此峰值需求的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的資本成本。實際上，網(wǎng)絡(luò)公用設(shè)施實施“用戶付費”策略，以使得超過峰值需求閾值的那些終端消費者需要支付溢價，溢價反映了建立可提供該峰值電力需求的網(wǎng)絡(luò)所提高的資本成本。

因此，終端使用者面臨為他們要求超過網(wǎng)絡(luò)提供商所建立的峰值需求閾值的任何電功率支付溢價的問題。因此，許多終端消費者設(shè)法避免從網(wǎng)絡(luò)汲取超過峰值需求閾值的電力，并因此已安裝有效的可再生能源，這些可再生能源將在峰值需求期間提供充足電功率，以減少使用者從電網(wǎng)汲取的電力。

在已安裝充足可再生能源以適應(yīng)峰值需求之后，許多終端消費者發(fā)現(xiàn)他們從可再生能源獲得多余的電能，并且在峰值需求期間之后，終端消費者可以將能量從他們的可再生能源供應(yīng)回電網(wǎng)中。鑒于與消費者位于接近的地理區(qū)域內(nèi)的不充足局部電壓變動相關(guān)聯(lián)的前述問題，終端消費者所面臨的問題是復(fù)雜的，這是因為他們面臨著競爭性需求：避免從網(wǎng)絡(luò)汲取超過峰值需求閾值的電功率，同時設(shè)法避免將過量的電功率供給供應(yīng)回到電網(wǎng)中，這導(dǎo)致局部電壓變動問題，并影響到對局部地理區(qū)域內(nèi)的所有終端消費者提供的電力的質(zhì)量。

顯然有利的是，可設(shè)計用于隔離和控制電能從局部可再生能源或常規(guī)電網(wǎng)到負(fù)載的分配的裝置，該裝置至少改進(jìn)上述問題中的一些。特別地，有益的是，該裝置具有調(diào)節(jié)負(fù)載及利用在可再生能源系統(tǒng)的峰值產(chǎn)生期間產(chǎn)生的能量的能力，或至少提供適用的替代的能力。

此外，有利的是，除監(jiān)視流過主開關(guān)的電力的量以及根據(jù)用戶定義的偏好控制負(fù)載的連接和/或斷開及電能從可再生能源到負(fù)載的分配之外，裝置可用于監(jiān)視通過主開關(guān)的電功率的流動方向(即，電力從電網(wǎng)流向房屋，或從房屋流向電網(wǎng))。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供一種負(fù)載控制裝置，用于控制多個電負(fù)載中的至少一個的連接，所述多個電負(fù)載由至少一個可再生能源發(fā)電機或干線電源供電，其中所述至少一個可再生能源發(fā)電機從可再生能源得到能量；該負(fù)載控制裝置包括：能量傳感器，用于測量能量參數(shù)，其中能量參數(shù)是代表由能量傳感器輸出的可再生能量的量的值，能量傳感器的能量參數(shù)與所述至少一個可再生能源發(fā)電機的輸出成正比；控制器構(gòu)件，根據(jù)所測量的能量參數(shù)來確定可連接或斷開的電負(fù)載的量；開關(guān)裝置，用于基于控制器構(gòu)件的輸出而連接和斷開所述至少一個電負(fù)載，并且其中隨著能量參數(shù)改變，控制器構(gòu)件的輸出改變以連接和斷開電負(fù)載。

在一實施例中，可再生能源發(fā)電機和可再生能源可以是以下各者中的任何一個或更多個：a)太陽能光伏發(fā)電機；b)風(fēng)力渦輪機；c)波浪和潮汐發(fā)電機；或d)通過使用下落或流動水的重力而產(chǎn)生的水電。

在太陽能光伏發(fā)電機(其使用dc電力)中，能量傳感器可包括以與所述至少一個太陽能光伏發(fā)電機相同的定向和斜度布置的具有類似特性的太陽能光伏面板，以使得所述能量參數(shù)和光伏面板所輸出的能量的量與所述至少一個太陽能光伏發(fā)電機所輸出的能量的量成正比。所述能量參數(shù)以及光伏面板所輸出的能量的量可以是所述至少一個太陽能光伏發(fā)電機所輸出的能量的量的百分比。

或者，在太陽能光伏發(fā)電機中，能量傳感器可包括使用與所述至少一個太陽能光伏發(fā)電機實質(zhì)上相同的定向和斜度而定位的太陽能輻照度計，以使得所述能量參數(shù)和太陽能輻照度計所輸出的能量的量與所述至少一個太陽能光伏發(fā)電機所輸出的能量的量成正比。開關(guān)裝置可隨著太陽輻照度計的值增大和減小而閉合和打開，以連接和斷開電負(fù)載。

或者，在太陽能光伏發(fā)電機中，能量傳感器可包括從所述至少一個太陽能光伏發(fā)電機感測dc電壓、dc電壓和dc功率的雙向電壓和/或電流感測裝置。能量傳感器可位于以下位置中的任何一個或更多個中：a)逆變器的dc側(cè)上；b)在光伏發(fā)電機的輸出處的dc隔離開關(guān)處或附近；和/或c)在光伏發(fā)電機中與一個或更多個光伏面板并聯(lián)。

太陽能光伏發(fā)電機可還包括用于將來自太陽能光伏發(fā)電機的直流(dc)轉(zhuǎn)換為交流(ac)的逆變器。能量傳感器可包括從逆變器感測ac電壓、ac電流和ac功率的雙向電壓和/或電流感測裝置。

能量傳感器可包括為逆變器而內(nèi)建或作為即插即用裝置以感測ac電壓、ac電流和ac功率的雙向電壓和/或電流感測裝置。逆變器可以是可編程的以識別其輸出功率，并且可操作以隨著逆變器的輸出隨著能量參數(shù)而改變，連接或斷開電負(fù)載。

能量傳感器可包括在干線電源處感測ac電壓、ac電流和ac功率的雙向電壓和/或電流感測裝置。

電流感測裝置可以是全電流測量裝置。或者，電流感測裝置可以是電流互感器，該電流互感器使用作為初級繞組的初級導(dǎo)體以及圍繞環(huán)形鐵心卷繞的次級線圈以測量電流，其中該環(huán)形鐵心是圍繞主導(dǎo)體而定位。電壓感測裝置可以是電壓互感器或電勢互感器，例如儀表互感器。

控制器構(gòu)件可進(jìn)一步包括處理構(gòu)件，其中處理構(gòu)件接收表示能量參數(shù)的信號作為輸入，并確定可連接或斷開的電負(fù)載的量，以適應(yīng)于從可移除的能源可獲得電力的量。處理構(gòu)件可以是微處理器。

處理構(gòu)件可進(jìn)一步包括接通值和切斷值，用于隨著能量參數(shù)改變而控制連接或斷開的負(fù)載的量。切斷值和接通值可以是兩個不同值。接通值和切斷值可以是可變地控制的，能夠被手動地調(diào)整或可根據(jù)由微處理器執(zhí)行的計算機指令代碼而自動地調(diào)整。

開關(guān)裝置可進(jìn)一步包括可由處理構(gòu)件操作以連接或斷開電負(fù)載的電控開關(guān)。電控開關(guān)可包括處于控制器構(gòu)件中的開關(guān)電路以及依據(jù)所述至少一個電負(fù)載定位以連接或斷開所述至少一個電負(fù)載的電磁線圈和觸點。

該裝置可包括可由處理構(gòu)件操作以連接或斷開多個電負(fù)載的多個電控開關(guān)。開關(guān)和相關(guān)聯(lián)的電負(fù)載可隨著能量參數(shù)改變以連接或斷開，以控制消耗的電功率的量。開關(guān)和相關(guān)聯(lián)的電負(fù)載可根據(jù)由處理構(gòu)件執(zhí)行的計算機指令代碼來操作，所述計算機指令代碼被編程為隨著能量參數(shù)變化而控制所連接或斷開的負(fù)載的量。

多個電負(fù)載可包括至少一個受控負(fù)載和至少一個不受控負(fù)載。多個負(fù)載可包括固定負(fù)載和可變負(fù)載。受控負(fù)載中的至少一個可包括至少一個可變負(fù)載。處理構(gòu)件可在所述計算機指令代碼的控制下導(dǎo)致對可變負(fù)載以改變量的電力供應(yīng)電功率，以適應(yīng)該可變負(fù)載。

負(fù)載控制裝置可包括用于在多個電負(fù)載、可再生能源發(fā)電機、能量傳感器、控制器構(gòu)件、開關(guān)裝置和干線電源之間傳遞信息的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種用于控制多個電負(fù)載中的至少一個的方法，所述多個電負(fù)載由至少一個可再生能源發(fā)電機或干線電源供電，其中所述至少一個可再生能源發(fā)電機從可再生能源得到能量；該方法包括：使用能量傳感器來測量能量參數(shù)；由控制器基于所測量的能量參數(shù)來確定可連接或斷開的電負(fù)載的量；基于控制器構(gòu)件的輸出來連接和/或斷開電負(fù)載；并且其中能量參數(shù)是代表由能量傳感器輸出的可再生能量的量的值，能量傳感器的能量參數(shù)與所述至少一個可再生能源發(fā)電機的輸出成比例。

根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種計算機指令代碼，其可在計算機處理器上執(zhí)行以控制多個電負(fù)載中的至少一個，所述多個電負(fù)載由所述至少一個可再生能源發(fā)電機或干線電源供電，其中所述至少一個可再生能源發(fā)電機從可再生能源得到能量；該計算機指令代碼導(dǎo)致：使用能量傳感器來測量能量參數(shù)；由控制器根據(jù)所測量的能量參數(shù)來確定可連接或斷開的電負(fù)載的量；基于控制器的輸出來連接和/或斷開電負(fù)載，其中能量參數(shù)是代表由能量傳感器輸出的可再生能量的量的值，能量傳感器的能量參數(shù)與所述至少一個可再生能源發(fā)電機的輸出成比例。

附圖說明

根據(jù)下文給出的詳細(xì)描述并根據(jù)本發(fā)明的一個或更多個實施例的附圖，將更全面地理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明的一個或更多個實施例不應(yīng)視為限制本發(fā)明，而僅是為了便于解釋和理解。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的使用獨立傳感器的裝置的實施例的框圖；

圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用dc側(cè)感測的裝置的框圖；

圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用ac側(cè)感測的裝置的框圖；

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用干線開關(guān)處的感測的裝置的框圖；

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的并有感測和控制的經(jīng)修改的逆變器的框圖；

圖6圖示圖1的裝置的示意性單線圖；

圖7圖示圖2的裝置的示意性單線圖；

圖8圖示圖3的裝置的示意性單線圖；

圖9圖示圖4的裝置的示意性單線圖；

圖10圖示圖5的裝置的示意性單線圖；

圖11示出與可變負(fù)載控制一起使用的圖5的裝置的示意性單線圖；

圖12圖示并有圖1到圖4的裝置并與可變負(fù)載控制一起使用的示意性單線圖；

圖13示出圖1的裝置的主要部件的框圖；

圖14圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用干線開關(guān)處的感測的圖5的裝置的示意性單線圖；

圖15圖示并有圖14的裝置并使用數(shù)字輸出來控制可變負(fù)載的示意性單線圖；

圖16示出使用數(shù)字輸出來控制可變負(fù)載的圖5的裝置的示意性單線圖；

圖17圖示使用干線開關(guān)處的感測來控制可變負(fù)載的圖5的裝置的示意性單線圖；

圖18圖示并有圖1到圖4的裝置并使用二進(jìn)制受控開關(guān)來控制可變負(fù)載的示意性單線圖；以及

圖19圖示并有圖1到圖4的裝置并使用rs485或數(shù)字受控開關(guān)來控制可變負(fù)載的示意性單線圖。

具體實施方式

以下描述僅以舉例方式給出，用以提供關(guān)于本發(fā)明主題和一個或更多個實施例的更準(zhǔn)確理解。

所描述的實施例總的來說涉及用于控制多個電負(fù)載62中的至少一個的負(fù)載控制裝置10。電負(fù)載由可再生能源發(fā)電機和/或干線電源供電，其中可再生能源發(fā)電機從可再生能源得到能量。根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例通常用于太陽能光伏饋送電網(wǎng)設(shè)施，以根據(jù)由能量傳感器輸出的可再生能量的量來接通和切斷電負(fù)載。由能量傳感器輸出的可再生能量的量與可再生能源發(fā)電機的輸出成比例。

可再生能量是從持續(xù)補充的資源(例如，陽光、風(fēng)、雨、潮汐、波浪和地?zé)?獲得。因此，本發(fā)明不限于可再生能源的任何特定來源。例如，除太陽能系統(tǒng)之外，風(fēng)力渦輪機也已用于提供清潔或可再生能量。風(fēng)力渦輪機通過包括轉(zhuǎn)子、齒輪箱和發(fā)電機的系統(tǒng)而從風(fēng)的動能產(chǎn)生ac電力。ac電力被整流為dc電力，并且被進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為具有與可從本地電網(wǎng)獲得的ac電力相同的頻率的ac電力。同樣，水電是用于表示通過水力發(fā)電而產(chǎn)生的電力，其中電功率的產(chǎn)生是通過使用下降或流動的水的重力。

光伏(pv)是通過使用展現(xiàn)光伏效應(yīng)的半導(dǎo)體而將太陽能輻照轉(zhuǎn)換為直流電的產(chǎn)生電功率的方法。光伏發(fā)電使用由含有光伏材料的許多太陽能電池構(gòu)成的太陽能面板。pv系統(tǒng)由一個或更多個光伏(pv)面板、dc/ac電力轉(zhuǎn)換器或逆變器、電互連件以及相關(guān)聯(lián)的開關(guān)和接觸器構(gòu)成。所產(chǎn)生的電力可被存儲、直接使用(島式電廠/獨立電廠)或饋送到電網(wǎng)中，或與一個或多個家用可再生能源發(fā)電機組合以饋送到小型電網(wǎng)中。

下文描述是基于使用太陽能的實施例以及光伏面板的使用。然而，可再生能量的產(chǎn)生不僅限于此使用。另外，以下段落中所提及的隔離表示電隔離與機械隔離兩者。因此，干線電網(wǎng)電源與可再生能源供電兩者的隔離可并有機械隔離與電隔離兩者，以便保護(hù)干線電源和可再生能源供給兩者及它們的相關(guān)部件。

干線電源或電網(wǎng)電源以通用交流(ac)電力的形式提供電力。世界范圍的許多不同干線電力系統(tǒng)可用于家用和輕型商用電器和照明的操作。系統(tǒng)之間的主要差異主要在于其電壓、頻率、插頭與插座(插孔或插口)和接地系統(tǒng)(接地)。負(fù)載控制裝置10可連接到單相系統(tǒng)或多相系統(tǒng)。

干線電力或電網(wǎng)供電經(jīng)由輸電線而饋送到住宅，并通常是經(jīng)由電表而饋送。并有電網(wǎng)饋送可再生能源發(fā)電設(shè)備意味當(dāng)消費者產(chǎn)生比其自身的使用所需多的電力時，盈余可供應(yīng)回電網(wǎng)。產(chǎn)生電力并將電力供應(yīng)回“電網(wǎng)”的消費者通常具有專用設(shè)備和安全裝置，以在電網(wǎng)故障(短路)或維護(hù)的狀況下保護(hù)電網(wǎng)部件(以及消費者的設(shè)備)。

本發(fā)明的裝置10用于太陽能光伏饋送電網(wǎng)設(shè)施，以根據(jù)由能量傳感器輸出的可再生能量的量來接通和切斷電負(fù)載。換句話說，負(fù)載取決于可從形成dc發(fā)電輸入的光伏能源發(fā)電機獲得的能量的量而開關(guān)。可獲得的能量的量是通過可用于從光伏發(fā)電機產(chǎn)生電力的太陽能輻照的量來確定。

太陽能pv系統(tǒng)與風(fēng)力系統(tǒng)和水力系統(tǒng)一起可統(tǒng)稱為逆變能源系統(tǒng)(ies)。當(dāng)連接到網(wǎng)絡(luò)時，這些系統(tǒng)可將電力饋送回電網(wǎng)中。因此，ies包括具有dc能源以及將dc能源傳遞到ac負(fù)載的逆變器的系統(tǒng)。ies執(zhí)行發(fā)電源模塊(太陽能pv)的可變dc輸出到可饋送到供電網(wǎng)絡(luò)的公用頻率ac電力的轉(zhuǎn)換。

太陽能輻照度是太陽以被人感知為陽光的電磁輻射的形式產(chǎn)生的輻照的量度(地球表面上每單位面積的功率)。雖然太陽的能量輸出相對恒定，但由于在任何特定位置在一年中隨著天氣變化帶來的變化，太陽能輻照度在一個地理位置到另一地理位置之間顯著變化。隨著地球旋轉(zhuǎn)相對于太陽不成一定角度的那些區(qū)域經(jīng)歷最強的輻照度。產(chǎn)生直流(dc)電力的太陽能電池隨著陽光的強度或輻照度改變而提供波動的輸出。因此，太陽能電池的輸出將隨著太陽能輻照度改變而改變。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解的是，這對準(zhǔn)確地確定可由任何特定太陽能設(shè)施充足地供電的電負(fù)載的量以及何時該負(fù)載可被滿足造成特定的負(fù)擔(dān)。

圖1圖示本發(fā)明的實施例，其中負(fù)載控制裝置10包括用于測量太陽能輻照度的獨立傳感器20。優(yōu)選的是，能量傳感器20是具有與用在dc發(fā)電機30中的pv類似的特性的pv面板。或者，能量傳感器20可以是鄰近于dc發(fā)電機30或太陽能光伏發(fā)電機30布置的太陽能輻照度計。傳感器20通常鄰近于dc發(fā)電機30布置，并使用與dc發(fā)電機30相同的定向和斜度。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解的是，能量傳感器20被設(shè)計成輸出與由dc發(fā)電機30輸出的能量的量成正比的能量的量。

通常，太陽能輻照度計包括提供關(guān)于太陽能輻照度或由表面輻射的單位面積功率的輸出讀數(shù)的傳感器或檢測器，例如，封裝在氣密密封的容器中的硅光電二極管。這些量的si單位是瓦/平方米(w/m²)。

能量傳感器20提供的輸出被供應(yīng)到負(fù)載控制器21的輸入。負(fù)載控制器21將能量傳感器20的輸出轉(zhuǎn)換為一值或能量參數(shù)，該值或能量參數(shù)通常是與dc發(fā)電機30的輸出成正比的百分比。例如，如果能量傳感器20是200w的太陽能面板，那么在50％下，太陽能面板的輸出將是100w，并且在200w下，輸出將是100％。假設(shè)太陽能輻照度是改變的量，那么將從dc發(fā)電機30預(yù)期此相同改變。因此，當(dāng)能量傳感器20輸出50％(100w)時，dc發(fā)電機30也將輸出50％。對于10kw的設(shè)置來說，dc發(fā)電機在50％下的輸出將是5kw。

使用上述實例，發(fā)電機負(fù)載控制器21可開關(guān)以因此控制受控負(fù)載62中總計5kw。這可以是需要5kw的一個電負(fù)載62，或可以是兩個2.5kw電負(fù)載62。同樣，如下文關(guān)于圖11和圖12所描述，電負(fù)載也可以是需要0到5kw的可變輸入以進(jìn)行操作的可變負(fù)載100。

本發(fā)明允許隨著太陽能或輻照的量或可獲得性增大，額外的受控負(fù)載62連接到現(xiàn)場。因此，本發(fā)明預(yù)想僅在太陽能可用時運行受控負(fù)載62。同樣，還提供在太陽能或太陽能輻照減少時，關(guān)斷所連接的負(fù)載62的能力。

圖1到圖5圖示本發(fā)明的不同實施例，并且通常不同之處僅在于獲取來自能量傳感器或感測的輸入的位置。圖1圖示獨立傳感器20的使用。在圖2中，從dc發(fā)電機30的dc側(cè)獲取傳感器輸入22。這可以是直接從逆變器40的dc側(cè)、在dc發(fā)電機30的輸出處的dc隔離開關(guān)處或附近，或在dc發(fā)電機30中與一個或更多個pv面板并聯(lián)地獲取。圖3示出從逆變器40的ac側(cè)獲取的傳感器輸入42。圖4圖示感測干線電源50處的ac電壓的傳感器輸入51。圖5圖示負(fù)載控制器70形成逆變器40的一部分的另一實施例。這可在物理上在逆變器40內(nèi)布線，或可以是連接到逆變器40的ac側(cè)的輸出的即插即用型裝置。此實施例中的輸入傳感器是從逆變器40的ac側(cè)獲取。

傳感器輸入22、42、51通常是在相應(yīng)輸入處感測dc或ac電壓、dc或ac電流和dc或ac功率的雙向電壓和/或電流感測裝置。例如，ac或dc電流感測裝置可以是全電流感測裝置，或者是使用作為初級繞組的初級導(dǎo)體以及圍繞環(huán)形鐵心卷繞的次級線圈來測量電流的電流互感器，其中該環(huán)形鐵心設(shè)置為圍繞主導(dǎo)體。同樣，電壓感測裝置可以是電壓互感器或電勢互感器，例如儀表互感器。

圖1到圖5均包括在大多數(shù)太陽能光伏饋送電網(wǎng)設(shè)施中可見的類似部件。例如，全部電路包含一種dc發(fā)電機30、逆變器40、發(fā)電供應(yīng)連接點41、不受控負(fù)載61和受控負(fù)載62以及干線電源50。還如圖6到圖12所示，典型設(shè)施將還包含將主電網(wǎng)50與電負(fù)載61、62隔離的干線開關(guān)90。另外，可再生能源主開關(guān)44將還隔離可再生能源dc發(fā)電機30與干線電源50和電負(fù)載61、62。

圖6到圖10圖示本發(fā)明的實施例，并且特別地，負(fù)載控制器21以及受負(fù)載控制器21控制以打開和閉合受控電負(fù)載62的繼電器或開關(guān)80、81、82、83。為了隔離和激勵受控負(fù)載62，負(fù)載控制器21使用接觸器80到83(k1到k4)以激勵或隔離每一受控電負(fù)載62。每一接觸器80、81、82、83是用于對電力電路進(jìn)行開關(guān)的電控開關(guān)。接觸器80、81、82、83受激勵構(gòu)件或電路23、24、25、26控制，所述激勵構(gòu)件或電路23、24、25、26具有用于激勵k1到k4接觸器80、81、82、83中的每一個的獨立電路。dc發(fā)電機30(可再生能源)和干線50還并有負(fù)載隔離開關(guān)或斷路器63、64，一旦發(fā)生錯誤狀況或保護(hù)裝置由于過電壓或欠電壓、過電流或欠電流或者過頻率或欠頻率而激勵，則所述負(fù)載隔離開關(guān)或斷路器63、64斷路。開關(guān)63、64將隔離并保護(hù)每一電負(fù)載61、62。另外，逆變器40具有dc隔離器32與ac隔離器43兩者以及用于保護(hù)逆變器40的斷路器44，一旦發(fā)生錯誤狀況或保護(hù)裝置由于過電壓或欠電壓、過電流或欠電流或者過頻率或欠頻率而激勵，則dc隔離器32與ac隔離器43兩者以及斷路器44斷路。最后，dc發(fā)電機30具有dc隔離器開關(guān)31，一旦發(fā)生錯誤狀況或保護(hù)裝置由于過電壓或欠電壓、過電流或欠電流或者過頻率或欠頻率而激勵，則dc隔離器開關(guān)31保護(hù)dc發(fā)電機30。

當(dāng)存在被傳感器20或傳感器輸入22、42、51感測到的充足輻照時，電控負(fù)載62由負(fù)載控制器21接通。另外，當(dāng)所感測的輻照減小到一定水平以下時，電控負(fù)載62切斷。應(yīng)注意，負(fù)載控制器21中所設(shè)定的接通值可以是與負(fù)載控制器21中所設(shè)定的切斷值不同的值。例如，如果能量傳感器20是200w的太陽能面板，那么在50％下，太陽能面板的輸出將是100w，并且在200w下，輸出將是100％。這相當(dāng)于dc發(fā)電機30在50％下輸出5kw并且在100％下輸出10kw，或與此情形成正比。負(fù)載控制器20被設(shè)置成當(dāng)傳感器20輸出100w時，接通單個5kw受控負(fù)載62，并且可被編程為在能量傳感器上的值是80w或40％的情形下切斷。開啟值不同于關(guān)斷值。

圖6圖示如上文參照圖1所描述的、使用獨立傳感器20(輸入a)作為負(fù)載控制器20的輸入的單線圖。負(fù)載控制器21通過開關(guān)27而與干線電隔離。

圖7圖示如上文參照圖2所描述、使用從dc發(fā)電機30的dc側(cè)獲取的傳感器輸入22(輸入b)的單線圖。

圖8圖示如上文參照圖3所描述、使用從逆變器40的ac側(cè)獲取的傳感器輸入42(輸入c)的單線圖。

圖9圖示如上文參照圖4所描述、使用從干線電源50獲取的傳感器輸入51(輸入d)的單線圖，。

圖10圖示負(fù)載控制器70形成逆變器40的一部分的單線圖。此實施例中的輸入傳感器可以取自逆變器40的ac側(cè)或dc側(cè)。并且，如果制造在逆變器40中，那么輸入傳感器可形成系統(tǒng)、編程、測量或參考的任一部分，并且可從ac或dc的任一側(cè)或兩者的組合獲取。

圖11和圖12圖示用于控制可變負(fù)載100(例如，池泵)的本發(fā)明的實施例。可變負(fù)載100被認(rèn)為是在功率需求上具有可變的變化，并且通常這些改變不具有固定模式。圖11示出負(fù)載控制器70形成逆變器40的一部分的可變受控負(fù)載100。此實施例中的輸入傳感器是取自逆變器40的ac側(cè)，其中負(fù)載控制器70的輸出101用于對可變負(fù)載100進(jìn)行控制。圖12圖示了到負(fù)載控制器21的剩余輸入a、b、c、d，以及用以控制可變受控負(fù)載100的可變負(fù)載控制輸出101。

另外舉例來說，可變負(fù)載控制可用于例如以下各者的項目：熱水系統(tǒng)，板式加熱器，空調(diào)，灌溉用泵，電池充電，或任何大體上非基本負(fù)載。隨著發(fā)電斜降或減少，代替于僅關(guān)斷負(fù)載，將降低對負(fù)載的電力輸入或可用電力。負(fù)載將按照與燈泡從調(diào)光器開關(guān)接收能量或馬達(dá)從變速驅(qū)動器接收能量基本上相同的方式接收剩余能量。

圖13示出負(fù)載控制器21的主要部件的框圖。負(fù)載控制器21包括來自獨立傳感器20的輸入28以及傳感器輸入22、42和51、到用于受控負(fù)載62的接觸器80、81、82、83的輸出23、24、25、26以及到可變受控負(fù)載100的輸出101。為了控制受控負(fù)載62和可變負(fù)載100的接通和切斷，負(fù)載控制器21并有微處理器110。微處理器110還可包含顯示器(未示出)以及用于改變切斷設(shè)定以適用于特定負(fù)載或設(shè)施的可變控制項。切斷值可以是可手動調(diào)整的或由微處理器110中的軟件自動調(diào)整的可變控制項。微處理器110通常將計算機的中央處理單元(cpu)的功能并入在單個集成電路(ic)上或最多幾個集成電路上。微處理器110是一種多用途可編程器件，其接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作為輸入，根據(jù)其存儲器中存儲的指令來處理所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并將結(jié)果提供作為輸出。負(fù)載控制裝置10還可包括用于在多個電負(fù)載61、62、100，可再生能源dc發(fā)電機30，能量傳感器20或傳感器輸出22、28、42、51，控制器構(gòu)件21，開關(guān)裝置80、81、82、83、101和干線電源50之間傳遞信息的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

圖14圖示其中負(fù)載控制器70形成逆變器40的一部分的本發(fā)明的另一實施例。圖5與圖14之間的主要差異在于感測輸入處于干線開關(guān)90處。負(fù)載控制器70的輸出k1到k4控制受控負(fù)載62的接觸器k1到k4的打開和閉合。如圖5和圖14所示，負(fù)載控制器70可在物理上在逆變器40內(nèi)布線，或可以是連接到逆變器40的ac側(cè)的輸出的即插即用型裝置。或者，該即插即用裝置可連接到逆變器40的輸入或dc側(cè)。

圖15和圖16也圖示形成逆變器40的一部分的負(fù)載控制器70，其具有可變受控負(fù)載62的數(shù)字輸出控制開關(guān)120。在圖15中，輸入感測是從干線輸入51獲取，并且在圖16中，輸入感測是從逆變器40的ac或dc側(cè)獲取。數(shù)字信號或二進(jìn)制開關(guān)120包含任何數(shù)字信號，其中該數(shù)字信號是表示離散值(經(jīng)量化的離散時間信號)的序列的物理信號。在圖15到圖16中，可變控制負(fù)載62可取決于所感測的輸入而斜升或斜降。

圖17圖示形成逆變器40的一部分的負(fù)載控制器70，然而輸入感測是從干線輸入51獲取。并且輸出是如上所述的可變負(fù)載控制器101。

圖18示出結(jié)合負(fù)載控制器21和單個可變負(fù)載62使用的二進(jìn)制負(fù)載控制開關(guān)110。另外，圖19圖示用于控制多個可變受控負(fù)載62的串行接口111(rs485)。

如多數(shù)附圖所示，設(shè)施還可包括不被負(fù)載控制器21切換的不受控負(fù)載61。

本發(fā)明提供一種裝置10，其中裝置10將使用感測器或感測裝置和/或到逆變器的dc電壓或電流(或功率)或從逆變器輸出的ac電壓或電流(或功率)來測量并監(jiān)視輻照度，以產(chǎn)生將與從dc發(fā)電系統(tǒng)輸出的能量的量成正比的能量參數(shù)。此值被最好地表示為由傳感器裝置測量的百分比值，并且等于dc發(fā)電系統(tǒng)的輸出的百分比值。百分比值的使用僅用于輔助來最好地表示能量參數(shù)，就像可容易地等同于除百分比之外的其它值的值一樣。例如，該值可被表示為比率(即，相同種類的兩個數(shù)字之間的關(guān)系)，或簡單地表示為可有助于限定特定系統(tǒng)的參數(shù)(即，特性、特征或可測量因子)。另外舉例來說，如果ies由于零凈饋入而傾斜回來，則能量參數(shù)可包括可用百分比。換句話說，此時前向功率等于系統(tǒng)中的反向饋送功率。

負(fù)載控制器21用于隨著太陽能的值或可獲得性增大而將額外負(fù)載連接到現(xiàn)場。這提供僅在可獲得太陽能時運行受控負(fù)載的優(yōu)點。同樣，本發(fā)明提供在太陽能減少時，關(guān)斷所連接的受控負(fù)載的能力。

本發(fā)明的實施例可通過單個或多個開關(guān)裝置來實施。負(fù)載控制器21可控制多個開關(guān)80、81、82、83。多個開關(guān)的操作、操作次序、切換組合等可被預(yù)設(shè)或可編程到負(fù)載控制器21的微處理器110中。這可以適用于來自傳感器20的輸入或傳感器輸入22、28、42、51、受控負(fù)載62或者受控負(fù)載62與可變受控負(fù)載100的組合的百分比。例如，開關(guān)80、81、82、83可一個接一個地斜升；開關(guān)可一個接一個地反向斜降；開關(guān)可均勻地間隔或按比率地間隔；開關(guān)可以獨立工作而不相互影響；或每個開關(guān)的接通值和斷路值可被預(yù)設(shè)，或可以通過可變控制項或通過編程來調(diào)整。通過電子切換或編程切換，這可使用數(shù)字或二進(jìn)制式切換來實現(xiàn)。同樣，控制器21還可具有串行端口或rs485端口。

數(shù)字信號或二進(jìn)制切換包含任何數(shù)字信號，其是表示離散值(量化的離散時間信號)的序列的物理信號，例如任意比特流序列或數(shù)字化(經(jīng)樣并模/數(shù)轉(zhuǎn)換)的模擬信號序列。術(shù)語數(shù)字信號可以指數(shù)字通信中使用的表示比特流或其它離散值序列的任何連續(xù)時間波形信號，或在離散數(shù)量的電壓電平之間切換的脈沖串信號(也被稱為例如線編碼信號或基帶傳輸信號)，數(shù)字電子器件或串行通信中發(fā)現(xiàn)的信號，或數(shù)字化模擬信號的脈沖編碼調(diào)制(pcm)表示。

串行端口是串行通信物理接口，信息通過該物理接口一次一個比特地傳入或傳出。rs485是定義用于平衡數(shù)字多點系統(tǒng)中的驅(qū)動器和接收器的電氣特性的標(biāo)準(zhǔn)。實施rs48標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)可在長距離和電噪聲環(huán)境中有效地使用。多個接收器可以以線性多分支構(gòu)造(alinear,multi-dropconfiguration)連接到這樣的網(wǎng)絡(luò)。這些特性使得這樣的網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)環(huán)境和類似應(yīng)用中是有用的。

任何上述開關(guān)拓?fù)淇梢韵蚩墒褂迷撔畔⒌淖詣踊到y(tǒng)提供值/等。例如，對于家庭或工業(yè)，該信息可用作現(xiàn)場相關(guān)的使用偏好、使用時間。

本發(fā)明的實施例可被構(gòu)造成使得受控負(fù)載62或可變受控負(fù)載100接通或閉合以連接，以使得當(dāng)監(jiān)視裝置輸入達(dá)到一定值時，對應(yīng)的開關(guān)將閉合。對于多個開關(guān)來說，可發(fā)生切換的不同組合和不同次序。同樣，一旦輻照度已降低到比使開關(guān)閉合的值低，切斷值或開關(guān)打開可變化。例如，切斷值可小于或等于接通值。此差別可被預(yù)設(shè)或可經(jīng)由可變控制項來調(diào)整。打開值小于閉合值提供差別，以防止循環(huán)，這允許負(fù)載保持連接并可能地從電網(wǎng)使用其能量的一部分，并且還提供設(shè)計者的偏好及關(guān)于裝置使用和應(yīng)用的靈活性。

以下實例僅是以舉例的方式來提供，并且不應(yīng)被認(rèn)為是對根據(jù)本發(fā)明的裝置、系統(tǒng)和方法的可能使用的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，關(guān)于本發(fā)明的實施例，許多不同的用途是可用的。以下實例描述在日間的各個時間產(chǎn)生比在現(xiàn)場使用的能量更多的能量的現(xiàn)有太陽能設(shè)施。

實例1——在典型的家中，當(dāng)居住者離開時，大部分可再生能量可輸出到電網(wǎng)。負(fù)載控制裝置10將允許非必需負(fù)載使用從可再生能源可獲得的過量電力。例如，加熱熱水系統(tǒng)、池過濾、空調(diào)等，它們可連接或斷開以吸收任何過量可用電力，因此避免電力到電網(wǎng)的任何輸出。

實例2——僅當(dāng)可獲得過量可再生能源的電力并且可以使用浮子開關(guān)來關(guān)斷灌溉泵時，農(nóng)民才從井中泵水以灌注壩。不是使用來自電網(wǎng)的“錯峰電力”或“受控電價電力”，而是在可用時使用不期望的太陽能產(chǎn)生的電力來填充壩，而不是將過量電力輸出回電網(wǎng)。

實例3——根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)、方法和/或控制裝置可配有可變負(fù)載輸出，這樣的可變負(fù)載輸出斜升和斜降以適應(yīng)過量負(fù)載。例如，通過熱水加熱器，通過電阻元件，“熱泵”式加熱系統(tǒng)或具有變頻空調(diào)機組的空調(diào)器，電機已經(jīng)斜升和斜降以適應(yīng)負(fù)載。類似地，池泵使泵電機的速度斜升和斜降。因此，可變負(fù)載可斜升和斜降以適應(yīng)超出基本負(fù)載所需要的任何過剩發(fā)電量，由此使得能夠?qū)⑦^量的可再生能源發(fā)電用于例示目的，而不是饋送回電網(wǎng)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員還將認(rèn)識到，根據(jù)本發(fā)明的控制裝置的操作方法允許用戶考慮到可再生能源提供的可用電力供應(yīng)并且考慮到電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電機連接到的房屋之間的總電力流，而控制電負(fù)載的連接和斷開。電力流的測量(包含電力流的量和方向)使用戶能夠?qū)ω?fù)載控制裝置編程，以基本上避免電力從房屋輸出到電網(wǎng)，且因此避免或降低因電力從房屋饋送到電網(wǎng)導(dǎo)致的局部電壓變動問題的影響。

此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)了解，負(fù)載控制裝置的操作方法可根據(jù)本發(fā)明來實施，以使用戶能夠監(jiān)視從電網(wǎng)流到房屋的電力量并激活負(fù)載控制裝置來連接可再生能源或斷開非必需負(fù)載，以便避免房屋從電網(wǎng)汲取超過峰值電力需求閾值的電力，或減少這種情況的發(fā)生。

當(dāng)然，將認(rèn)識到，在本說明書中對于電功率的引用，特別是對ac電功率的測量的引用包括測量有功功率和無功功率的單獨分量。

變形

應(yīng)認(rèn)識到，已僅通過說明性實例來給出前文描述，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚的所有其它修改和改變被認(rèn)為落入如本文所闡述的本發(fā)明的廣泛范圍和界限內(nèi)。

在本說明書中，術(shù)語“包括”應(yīng)理解為具有與術(shù)語“包含”類似的寬泛含義，并且將被理解為暗示包括所述的整體或步驟或整體或步驟的組，但不排除任何其它整體或步驟或者整體或步驟的組。該定義也適用于術(shù)語“包括”的變化形式。