[发明专利]一种整合和管理替代能源、电网功率以及负载之间需求/响应的系统和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及替代能源的电力管理的技术领域，并在一个实施例中，本发明涉及在一公用总线上，一种整合和管理的多种替代能源的方法、装置和系统。

背景技术

发电机的发电方式可以分类为利用替代能源发电，或者是利用可控制的能源发电。而利用替代能源发电，例如太阳能发电，风力发电和潮汐发电等，被认为是无法掌控的能源发电(Uncontrolled-Energy Power-Generators,UEPGs)，因为其能源源自于大自然，故无法被控制与预期。相反的，可控制的能源发电(Controlled-Energy Power Generators,CEPGs)可以通过调整其原料的输入或者是其他的因素，进而控制其能源的产生，例如于石化燃料蒸气涡轮发电机中增加煤或天然气的使用，亦或者是增加氢气与氧气的供给量等。

替代能源通常具有复杂的能源输出特性。以太阳能光电面板来说，面板的最大输出电压对应的电流为零，而最大电流所对应的电压为零，即两者功率皆为零（电流与电压的乘积）。风力发电于风速最大时产生最大的电压，相似于太阳能面板于开回路的状况。因此，通过风力发电获得能源将会降低其速度，而超载将会使其停止。通常单一个再生能源所产生的能源，并不足以满足一整天的需求。因此，一个商业区或住宅区所需的能源，将结合多个来源与不同类型的再生能源来提供。大多数的再生能源所提供的能源为直流电的型式。然而，国家电网和大多数应用中，如住宅区及商业区等，则专为交流电设计。如果每个再生能源的应用皆需要一个逆变器(Inverter)，使其直流电转换为交流电，则此再生能源系统将因昂贵的逆变器(Inverter)而所费不赀。

太阳能光电面板的另一个问题为优化阵列面板的工作点。举例来说，不同的太阳能面板有不同的阴影遮蔽处，或者是出产于不同的制造商或不同的批次，都将会使其输出不同的电压与电流。试图以一给定的应用程序去调和这些不同的输出状况，例如改善家庭环境或者调整交流电网等，都将需要精密且昂贵的电子电力技术，才能达到市场所期望的改善结果，而且也有可能因为不匹配的状况，而造成庞大能源的流失。

另外，如果再生能源所产生的高电压比现有导线所能承受的电压来得高的话，例如住宅区、商业区与工业区等，将会需要大量的时间和成本去改善现有的导线，使其能承受较高的电压，此现象亦为现有问题之所在。

发明内容

本发明的目的在于提供一种整合及管理至少一发电机与至少一电力消耗装置的方法与系统。该至少一发电机与该至少一电力消耗装置连接至一直流总线。本发明方法及系统提供自动需求响应、平顺的转换及无需中央控管的特点。本发明系统为模块化及自我平衡，其中该发电机及该电力消耗装置在无需对该系统进行任何其他改变的前提下加入该系统或自该系统移除。

本发明系统允许该直流总线的该工作电压介于一最低总线工作电压与一最高总线工作电压间浮动，或是一峰值安全总线电压，或是实际上该总线工作电压乃根据在不同的总线工作电压电平下，由该发电机提供给该直流总线的该电力数量，以及根据在不同的总线工作电压电平下，由该电力消耗装置从该直流总线所消耗的该对应电力数量。发电机及电力消耗装置可以被指定或调整以具有不同的控制电压范围。该控制电压范围具有一最低电压电平及一最高电压电平。在该控制电压范围中该装置可以分别地开启与关闭。当该瞬间总线工作电压改变，该总线工作电压将进出各自装置的控制电压范围，进而导致装置启动或关闭，或是导致装置调整所产生或消耗的电力电平。因此，通过提供该直流总线可以工作的一电压范围，以及通过提供连接至该直流总线的该装置的控制电压范围，一种具有自动、自我平衡及自我调整的需求/响应系统即可产生。也就是说，在具有不同工作电压电平的该直流总线的该工作电压中的一变动可以控制至少一发电机及/或至少一电力消耗装置的工作。其乃基于在该直流总线的该工作电压中的一变动以及基于该发电机的一电压控制范围及/或该电力消耗装置的该电压控制范围，其中该总线工作电压可以跨越。因此，通过将跨越该总线电压范围的多个电力消耗装置的控制电压范围拉开间距，电力消耗装置可以在无需中央控管及监控下选择性地被启动或优先处理。同样地，通过将跨越该总线电压范围的多个发电机的控制电压范围拉开间距，无论是可控制更新电力或是可控制电力，发电机可以被选择性地使用以驱动不同的总线工作电压，其乃基于负载的数值及重要性或是保护的重要性等。当该发电机与该电力消耗装置一起使用可以致使本发明系统具有模块化、弹性、坚固、可客制化、可靠性及容易被实施应用等特性。