[发明专利]用于控制混合电力系统的方法和设备

说明书

本申请是2009年1月26日提交的美国专利申请序列号12/355,169的部分继续申请案，该美国专利申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及控制混合电力系统的方法和设备。具体地，本发明管理在各自耦合到公共DC总线的一个或多个电力发电源、存储装置、负载、公共电网、离网电力系统或其组合当中的能量转移和电力流动。

背景技术

近年来，增长的对于能量的需求以及增长的对于化石燃料的供应及其相应的污染的担心导致了增长的对于可再生能源的关注。两种最常见且开发得最好的可再生能源是光伏能量和风能。其他的可再生能源可以包括燃料电池、水力发电技术、潮汐能和生物电池或者生物质发电站。然而，使用可再生能源来生成电能存在一系列新的挑战。

用于将可再生能源连接到现有的AC电网（无论是公共电网还是离网系统）的最大的挑战之一是可再生能源经常提供可变的能量供应。该供应例如根据风量、云的遮盖或者白昼时间而可能变化。此外，不同的能源提供了不同类型的电能。例如风轮机更适合以可变的电压和频率来提供交流（AC）能量，而光伏电池更适合提供直流（DC）能量。结果，将多种可再生能源与其他发电系统（诸如公共电网、独立巨型轮机（independent macro turbine）和发电机、或者燃料电池）组合为具有AC和/或DC输出的单个系统需要整合这些不同能源中的每种。

由一些可再生的源所供应的能量的可变本性也可以使得在电力系统中的能量存储装置中进行整合是所想要的。该能量存储装置可以在可再生的源（或者可替选地是公共电网或者其他发电的源）的峰值生产的时段期间被充电。该能量存储装置因而可以在可再生的源正在生成比系统中的负载所需要的更少的能量时，递送所存储的能量以补充可再生的源。

整合多种可再生能源的现有尝试通常需要将每种能源以及存储装置分别地连接到电网，其中电网可以是独立电网或者是公共电网。例如风轮机或者光伏阵列的发电源的每个制造商或者负载提供了电力转换器来将源或负载连接到电网。该方案通常导致了不想要的双重电力转换，首先将发电源转换为与公共电网兼容的AC电压，然后转换回与存储装置兼容的电压。

此外，整合多种源的尝试通常需要管理每个装置的能量流动的高级控制器。该控制器必须管理多种通信协议并且协调各种装置之间的主动性的以及反应性的电力控制。例如，独立于电网的系统中并行操作的多种AC源需要转移切换和控制方案，以选择想要的发电源、使输出同步并且/或者使负载平衡。这样的整合系统通常需要针对每个系统定制的复杂软件。向该系统添加其他发电源或者负载需要对整合软件和连接硬件的后续修改。因此，这个复杂的控制方案限制了将未来的发电源或者其他修改整合到电力系统中的灵活性。

发明内容

与前述的相一致地，根据如此处所具体化和概括描述的本发明，以适当的细节来描述了用于控制混合电力系统的方法和设备，以使得本领域普通技术人员能够做出并使用本发明。

本发明提供了在电力系统中的各种源和负载当中控制电力的一种简化的方法。电力发电源各自通过转换器连接到公共DC总线。该转换器可以根据DC总线上出现的DC电压的水平，选择性地将最大能量转移递送到DC总线，或者用减小的速度将能量转移到DC总线。至少一个存储装置优选地通过电力调节器连接到公共DC总线。该电力调节器根据DC总线上出现的DC电压，选择性地将能量转移到DC总线或者从DC总线转移。可以提供DC-DC转换器，以用不同于DC总线的DC电压水平的DC电压水平来向负载供应DC电压。此外，可以提供逆变器以将DC电压转换为AC电压，以用于消耗方负载或用于连接到公共电网。可以根据应用需求以许多配置来提供每个电力转换装置，并且每个电力转换装置是独立受控的，以提供模块化的且简化的电力控制系统。