CN102957165A

CN102957165A - 可再生能量输出监视

Info

Publication number: CN102957165A
Application number: CN2012102828629A
Authority: CN
Inventors: 斯科特·艾伦·梅雷迪思-琼斯; 斯蒂芬·特纳
Original assignee: Control Techniques Ltd
Current assignee: Nidec Control Techniques Ltd
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2013-03-06
Also published as: DE102012013631A1; GB2493534A; BR102012019934A2; GB201113725D0; GB2493534B; US20130039096A1; BR102012019934A8

Abstract

本公开涉及可再生能量输出监视。一种基于光伏电池阵列的电力产生***包括监视所述阵列的输出的部件，以便确定所述阵列的输出是否足够持续地为相连的电力网络供电。通过感测跨接在所述阵列的输出上的电阻器上的电压来监视所述阵列的输出。当达到预定阈值时，所述阵列连接到所述网络。

Description

可再生能量输出监视

技术领域

本发明涉及一种用于源自可再生能量（如太阳能，但不限于此）的电力源的输出电力监视***。

背景技术

太阳能通过光伏(photovoltaic，PV)电池转变成电能。成排的这种电池常常被布置在一起作为PV阵列。PV阵列的电输出通常输送给交流供电网。所述阵列的直流电压通过体逆变器（bulk inverter）或并网逆变器（grid-tie inverter）转变成供电网的交流电压。所述体逆变器或并网逆变器用于使电力以正确的频率和电压提供给电网。已知有由位于威尔世波厄斯郡纽顿（Newtown，Powys，Wales）的Control Techniques（控制技术）公司制造的系列并网逆变器。电能有时也提供给直流储存网络，而不是交流电网。

相同或至少相似的考虑因素适用于其它可再生能量的情况，如风能***（风能***中也常常使用上述逆变器）。

例如太阳能等源自可再生源的能量的管理不得不考虑到所述能源是间歇性的这一事实。例如，太阳能仅在白天的部分时间内是潜在可获得的，而且由于天气的原因，它也会受到日照时间变化的影响。影响PV电池的输出的另一个因素是环境温度。这些是不同的方面，但其也会结合在一起，使得在一天开始时不能预测到有足够的太阳能来促进电网中电力的产生的实际时刻。因此，如果白天多云和/或很寒冷，那么，仅对光伏电池阵列的切换进行定时可能不会与可获得的充足太阳能重合。

如果PV阵列太早切换到电力***，例如，如果在有充足辐照（暴露在太阳下）之前和/或天气太冷时切换到电力***，那么，来自PV阵列的输出不足以超过所供给的电网或网络中的损耗。在这种情况下，逆变器输出将耗费电力，而不是产生电力。无法适当地切换所述阵列使得在再次尝试将所述阵列切换到电网之前必须进行重置。当然，除非辐照水平已经改善，那么，将PV阵列切换到电网的第二次或再次的尝试很可能又会失败。因此，失败的切换尝试的影响包括：耗费电力、用于逆变器开关和延迟中的接触器老损、导致在成功进行又一次尝试之前有用电力产生的潜在损失。

发明内容

根据各实施例，提供了一种电力产生***，该***包括：用于从可再生能源中产生电力的部件；传感器部，该传感器部用于提供表示可从所述产生电力的部件获得的电力的信号；第一开关部，该第一开关部用于将传感器部连接到所述产生电力的部件上；以及控制部，该控制部可操作地监视所述信号，并且当电力超过预定幅值时断开所述开关部。

还公开了一种控制从可再生能源中产生电力的部件的电输出的方法，该方法包括：监视产生电力的部件的电力输出；当电力超过预定幅值时使所述监视失效；以及将产生电力的部件的输出连接到输出级，以便为电力网络供电。

在此公开的实施例提供了一种能量产生***，该***包括:将可再生能量转换成电输出的转换器；在所述输出中的第一和第二点之间产生电压降的部件；用于监视电压降的部件；以及开关部，所述开关部通过响应于所述监视部的表示转换器的电压在预定阈值以上的输出而闭合，来启动能量产生***的电输出。

可再生能源并不总是能够提供合适的输出电力水平。所公开的实施例能够确定从可再生能源产生电力的部件能够为网络提供电力的最早的可靠点。通过监视（优选地，不断地监视）表示通过电能来源而产生的电力的信号，其可仅在其输出保持电力的传送超过其所连接到的***中的损耗时才切换进入。所述***使得电力能够在最早的合适的时间接入电网或网络。所述***避免了通常的重置***的循环（否则，其会在进行又一次切换尝试前引起延迟）。所述***还避免了电能来源在能够输送电力之前消耗电力。因此，所公开的实施例提高了从输出可变且不可预测的可再生源中获取电力的可靠性。

优选地，提供信号的部件包括产生在转换器的输出上的电压降的部件和提供表示电压降的信号到所述控制部的部件。优选地，用于监视的部件包括传感器（transducer），所述传感器可操作用于提供表示跨接在转换器的输出上的电阻器上的电压的信号。

优选地，用于产生电力的部件包括光伏电池或这种电池的阵列。

优选地，所述输出级包括可操作用于将来自转换器的输出直流电压转换成交流电压的部件。这可以是逆变器，例如，可以是并网逆变器。

优选地，当可获得的输出电力超过需要提供给网络的最小电力加上与输出级关联的损耗时，控制单元将产生电力的部件切换入。

所公开的实施例描述了一种确定将源自可再生能量的电力源切换到电网或网络中的最早可靠机会的高可靠性部件，该高可靠性部件易于实现，甚至可作为现有装置的改装，由于其简易性，该高可靠性部件结实并且具有长的预期。

附图说明

现在，参照附图以示例的方式来描述各实施例，在附图中：

图1是PV阵列和监视电路的电路图；以及

图2是在电网电力管理***中的图1的电路。

具体实施方式

参考图1，PV电池的PV阵列10具有第一和第二导电输出12和14，在辐照下，PV阵列在输出12和14上产生直流电压。电阻16和开关18串联地连接到输出12/14上。所述开关可以是固态开关、一组机械接触器或任何其他的合适额定的开关部件。电压传感装置20与电阻器16和开关18并联地跨接在输出12/14上。电阻16可以是功率电阻器或能够提供电压降的其它装置，所述电压降由直流电压传感装置20来感测，以测量PV阵列上的电压。电阻器16具有相当于电力模块的损耗的电阻，PV阵列的电输出连接到所述电力模块，用于将所产生的电力传输到电网。在包括以下将描述的并网逆变器的电力模块中，功耗通常是800W。电阻是针对最小直流电压来选择的，在所述最小直流电压，一旦损耗已经抵消，则PV阵列需要输送电力到电网。因此，电压降与可从所述阵列中获得的电力成比例。

给定PV阵列在早晨切换到电网中的典型情形，事件应发生在最早的可能时机，换言之，发生在具有充足的潜在持续辐照的时候。当阵列输出电压等于并网逆变器***功耗和所需最小直流电压之和时，即为阈值。因此，电阻16必须具有下述值：

R=V_DCMIN ²÷损耗。

其中，

V_{DCMIN} = \sqrt{2} V_{SUP} + V_{TOL};

其中V_SUP为电网交流工作电压，

V_TOL为在阵列的最小直流工作电压以上的直流容限电平电压（D.C.tolerance level voltage）。

电阻器的额定功率依赖于V_DC，并且应被选择为能够耐受可从阵列中获得的最高电压。

电阻器的额定功率=V_DCMAX ²÷R

电阻器的额定功率越高，其价格越昂贵。

图2示出了被连接作为用于管理接到电网的电力的控制***的一部分的图1的***。来自阵列10的电输出被提供到包括在导电电力线24和26上的直流/交流并网逆变器22的输出级。逆变器22产生与所述阵列供给的电网电压在相位和频率上兼容的交流输出。熟知本领域的技术的读者可以明白，可采用许多形式供电。例如，其可以是单相或多相(例如三相）。虽然仅描述了并网逆变器，但是，依赖于环境、在网络中且被供给的电力的特性的将电力源的输出连接到电网的其它部件也是已知的。上文提及了体逆变器的使用，并且该体逆变器的使用同样适用于此。通常，将提供的电力转换成适于供电网或接收设施的形式的任何适当的转换器都是可适用的。这种装置可统称为***的输出级。

电压传感装置20的处理部分被示为并入到控制单元30中。基于处理器的电力管理控制单元30接收电压传感装置20的输出。所述单元30还控制开关18和在电力线24和26中的电力断路器32和34。在典型的设置中，控制单元30执行的任务被编程到用于所述阵列或多个阵列的总控制单元中。

***的运作如下：控制单元30监视由传感装置20指示的PV阵列输出电压。监视的时段通过闭合开关18来控制，并且该时段能够被定时为与预计可能存在对所述阵列的充足辐照时（如，在黎明时）的时段重合，或者被定时为在所述阵列未切换到电网中的情况下持续地监视所述阵列上的电压。在辐照不够的时段，感测到的电压将达不到V_DCMIN加上与输出级关联的损耗的阈值。控制单元30持续监视所感测的电压，直到达到阈值电压，此时V_DCMIN可用于电网。虽然可使用针对电网的V_DCMIN的瞬时表现值（instantaneous achievement），但优选的是持续监视所感测的电压，直到已经达到稳定水平的输出。此时，可获得所述阵列的最小电力输出，这将防止***的崩溃。当所感测的电压达到所需的电平时，开关18被断开，以使监视电路失效，并且通过闭合断路器32和34来启动电力传输***。

本实施例能够将PV阵列在具有对要供电的电网的充足输出的时间点切换为对电网供电，并且防止由于输出级中的损耗而造成供给崩溃。将PV阵列切换到电网中的决定优选地不基于阈值的瞬时表现值，这是因为该阈值的瞬时表现值是暂时性的。单元10可以监视在切换之前预定时间内阈值的表现。

当太阳能的量随着白天的结束而减少时，阵列的输出最终将达到无法持续对电网供电的水平。此时，电力的净流将开始反向，使得所述阵列开始耗费来自电网的电力。这可以通过单元30来检测。在阵列10消耗电力一段时间段后（10秒是优选的时间段），开关32和34被断开，以使所述阵列脱离电网。在更长的时间段后，太阳将进一步下落，使得所述阵列不再产生有效的输出，单元30再次闭合开关18，以将电力监视***重新连接到所述阵列。然后，所述单元继续监视所述阵列的输出，直到黎明后阵列输出再次足够对电网输送电力时，并重复如前所述的将所述阵列切换到电网中的处理。

在另一个实施例中，通过以其监视模式来操作开关18而将电流流过电阻器16的时间段调制为具有占空比的通/断模式（on/off pattern），能够降低电阻器16的额定功率。例如，如果通过闭合开关18，监视时间段监被调制为5秒的接通时间段（ON period）和20秒的断开时间段（OFFperiod），那么，电阻器的额定功率可以减少1/5的比例。

虽然公开了与PV阵列有关的实施例，但其它可再生能源在对例如电力网等次级***供电时也能够受益于相同的对能量输出的监视。例如，根据充足风力的持续的可获得性，风力涡轮发电机被配置成针对合适的状况而被监视。同样地，根据所公开的技术，同样能够管理潮汐发电机。

Claims

1.一种电力产生***，包括：

用于从可再生能源中产生电力的部件；

传感器部，所述传感器部用于提供表示能够从所述产生电力的部件获得的电力的信号；

第一开关部，所述第一开关部用于将所述传感器部跨接到所述产生电力的部件上；以及

控制部，所述控制部能够操作用于监视所述信号，并且当所述电力超过预定幅值时断开所述开关部。

2.如权利要求1所述的***，其中所述传感器部包括：在所述产生电力的部件的输出上产生电压降的部件以及提供表示所述电压降的信号给所述控制部的部件。

3.如权利要求2所述的***，其中所述传感器部包括能够操作用于提供表示电阻器上的电压的信号的传感器，所述电阻器通过所述第一开关部而跨接在所述产生电力的部件的输出上，其中所述电阻器具有与来自输出级的所需最小电压和与该输出级关联的功耗成函数关系的电阻值。

4.如权利要求1-3中的任一项所述的***，其中所述产生电力的部件包括光伏电池。

5.如权利要求1-4中的任一项所述的***，其中输出级包括能够操作用于将来自所述产生电力的部件的输出直流电压转换成交流电压的部件。

6.如权利要求5所述的***，其中所述部件包括并网逆变器或体逆变器。

7.如权利要求1所述的***，还包括第二开关部，所述第二开关部将所述产生电力的部件连接到输出级，所述控制部能够操作用于在电力大于预定幅值时闭合所述第二开关部。

8.一种控制从可再生能源中产生电力的部件的电输出的方法，包括：

监视所述产生电力的部件的电力输出；

在所述电力大于预定幅值时使所述监视失效；以及

将所述产生电力的部件的输出连接到输出级，以便为电力网络供电。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述监视包括：感测所述产生电力的部件的输出上的电压。

10.如权利要求9所述的方法，其中感测具有与来自用于所述网络的输出级的所需最小电压和与该输出级关联的损耗成函数关系的电阻的电阻器上的电压。

11.如权利要求8、9或10所述的方法，其中所述产生电力的部件包括光伏电池。

12.如权利要求8-11中的任一项所述的方法，其中所述输出级包括逆变器，如并网逆变器或体逆变器。

13.如权利要求8-12中的任一项所述的方法，包括：当能够从所述产生电力的部件中获得的电力大于预定幅值时，将所述产生电力的部件连接到所述输出级上。