DE112013007265T5

DE112013007265T5 - System zur Solarenergiegewinnung, Messeinheit und Positionierungsverfahren

Info

Publication number: DE112013007265T5
Application number: DE112013007265.3T
Authority: DE
Inventors: Yuan-Bor Jean; Yi-Min Huang; Min-Chien Kuo
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2016-04-07
Also published as: WO2015010352A1; US20150028682A1; CN103475019B; CN103475019A; TW201505356A; TWI497901B; US9780561B2

Abstract

Ein System zur Solarenergiegewinnung, eine Messeinheit und ein Positionierungsverfahren. Das Positionierungsverfahren ist für ein System zur Solarenergiegewinnung anwendbar, das eine Mehrzahl von Modulen zur Wechselstromerzeugung umfasst. Das Positionierungsverfahren umfasst die folgenden Schritte: (a) Messen von Kreuzspannungen der Mehrzahl von Modulen zur Wechselstromerzeugung an einer Mehrzahl von verschiedenen Positionen eines Stromkreises und gebildeter Wechselströme, um jeweils eine Mehrzahl von entsprechenden Stromparametern und Spannungsparametern zu erhalten; und (b) Berechnen der Reihenfolge von jeweiligen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung gemäß der Mehrzahl von Stromparametern und Spannungsparametern.

Description

HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Solarenergiegewinnung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Messeinheit in dem System zur Solarenergiegewinnung und auf ein Positionierungsverfahren dafür.
Beschreibung verwandter Technik
Durch den rapiden Rückgang von weltweiten Rohölreserven erregen Fragen hinsichtlich der Entwicklung von erneuerbaren Energien vermehrt das öffentliche Interesse. Derzeit ist eine realisierbare Form alternativer Energie die Solarenergie. Stromerzeugungssysteme, die mithilfe von Solarmodulen Solarenergie in elektrische Energie umwandeln, werden in vielen Ländern bereits weitverbreitet benutzt.
Das sogenannte Online-Solarenergiesystem mit Wechselstrom-Modulen bezieht sich auf ein System zur Solarenergiegewinnung, das Module zur Wechselstromerzeugung (AC) aufweist, die miteinander verbunden sind. Jedes dieser Module zur Wechselstromerzeugung enthält ein Solarmodul und einen Modulwechselrichter (µ-Wechselrichter). Die Solarmodule in einem System zur Solarenergiegewinnung wandeln Solarenergie in Gleichstromenergie (DC) um und die von den Solarmodulen erzeugte DC-Elektrizität wird anschließend von den Modulwechselrichtern in Wechselstromenergie (AC) umgewandelt, um in das Stromnetz gespeist zu werden.
Bei praktischen Anwendungen muss jedes der Module zur Wechselstromerzeugung überwacht werden, um sicherzustellen, dass alle Module zur Wechselstromerzeugung normal arbeiten und eine gewisse Umwandlungseffizienz beibehalten. Trotz einer solchen Voraussetzung wird bei den meisten derzeitigen Systemen zur Solarenergiegewinnung nur die Gesamtstromerzeugung eines Systems zur Solarenergiegewinnung in Echtzeit überwacht. Wenn die Betriebsbedingungen für jedes Modul zur Wechselstromerzeugung benötigt werden, muss ein Datensammler, der mit dem Modulwechselrichter kommunizieren kann, installiert werden, um die individuellen Module zur Wechselstromerzeugung, basierend auf von vom Modulwechselrichter übertragenen Daten zur Stromerzeugung, zu überwachen. Die Modulwechselrichter können verschiedene Protokolle benutzen. Die Entwicklung universeller Datensammler wirft jedoch ein gewisses Maß an Schwierigkeiten auf und die Entwicklungskosten sind hoch. Unter diesen Umständen entscheiden sich die Monteure des Systems zur Benutzung von Modulwechselrichtern, die nach Möglichkeit von einem einzigen Anbieter stammen. Außerdem wird jedes der Module zur Wechselstromerzeugung durch manuelle Erfassung positioniert, da ein Modulwechselrichter selbst nur die Stromabgabe erkennt. Wenn die Anzahl der Module zur Wechselstromerzeugung sehr hoch ist, ist das manuelle Überwachungsverfahren nicht effizient genug. Außerdem ist die Präzision des Sensors in dem Modulwechselrichter nicht so gut wie ein Stromzähler.
Aus der oben genannten Beschreibung geht hervor, dass das genannte Verfahren Mängel und Unzulänglichkeiten aufweist, die weiter verbessert werden müssen. Es wurde nach Möglichkeiten zur Lösung dieser Probleme gesucht, es sind jedoch keine geeigneten Verfahren vorhanden, die über einen längeren Zeitraum hinweg gut ausgearbeitet wurden. Daher ist die Art und Weise, wie der Arbeitsstatus von Modulen zur Wechselstromerzeugung in einem System zur Solarenergiegewinnung in Echtzeit überwacht und ein manuelles Arbeiten durch ein automatisches Arbeiten ersetzt wird, um die Module zur Wechselstromerzeugung zeitgleich zu positionieren, derzeit ein wichtiger Forschungsgegenstand und die Verbesserung der genannten Punkte ist ein Ziel auf diesem Gebiet.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein System zur Solarenergiegewinnung bereit. Das System zur Solarenergiegewinnung enthält ein Überwachungsmodul, Module zur Wechselstromerzeugung und Messeinheiten. Jedes der Module zur Wechselstromerzeugung erzeugt einen Ausgangsstrom und sie sind in einem Stromversorgungsnetzwerk elektrisch miteinander verbunden. Die Messeinheiten sind jeweils elektrisch mit den Modulen zur Wechselstromerzeugung verbunden. Jede der Messeinheiten enthält einen ersten Stromsensor und eine Kommunikationseinheit. Der erste Stromsensor ist dazu ausgebildet, einen Wechselstrom zu erkennen, der durch eine Position jeder der Messeinheiten im Stromversorgungsnetzwerk fließt, um einen ersten Stromparameter zu erzeugen. Die Kommunikationseinheit ist dazu ausgebildet, den ersten Stromparameter an das Überwachungsmodul zu übertragen. Das Überwachungsmodul ist dazu ausgebildet, eine Reihenfolge von jeweiligen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung zu bestimmen, indem der erste von den Messeinheiten übertragene Stromparameter berechnet wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält jede der Messeinheiten einen ersten Trennschalter. Der erste Trennschalter ist zwischen der Eingangsklemme und dem ersten Stromsensor gekoppelt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält jede der Messeinheiten einen zweiten Trennschalter. Der zweite Trennschalter ist zwischen der Ausgangsklemme und dem ersten Stromsensor gekoppelt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten die Messeinheiten des Weiteren einen Spannungssensor und eine Steuereinheit. Der Spannungssensor ist dazu ausgebildet, eine Spannung an der Position jeder der Messeinheiten im Stromversorgungsnetzwerk zu erkennen, um einen Spannungsparameter zu erzeugen. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, vom Überwachungsmodul gesteuert zu werden, um den ersten und zweiten Trennschalter zu öffnen. Das Überwachungsmodul öffnet durch Steuern der Steuereinheit fortlaufend den ersten Trennschalter oder den zweiten Trennschalter jeder der Messeinheiten und bestimmt die Reihenfolge der jeweiligen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung, indem es die von den Messeinheiten übertragenen Spannungsparameter berechnet.
In dem oben genannten System zur Solarenergiegewinnung ist jede der Messeinheiten zwischen den beiden angrenzenden Modulen zur Wechselstromerzeugung angeordnet. Jede der Messeinheiten enthält eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme. Die Eingangsklemme ist mit einem Modul zur Wechselstromerzeugung der vorherigen Stufegekoppelt. Die Ausgangsklemme ist mit einem Modul zur Wechselstromerzeugung der nächsten Stufe gekoppelt.
In dem oben genannten System zur Solarenergiegewinnung ist der erste Stromsensor zwischen der Eingangsklemme und der Ausgangsklemme gekoppelt und dazu ausgebildet, eine Summe der Ausgangsströme der Module zur Wechselstromerzeugung, die vor der Position der Messeinheit jeder Stufe liegen, zu erkennen, sodass der erste Stromparameter erzeugt wird.
In dem oben genannten System zur Solarenergiegewinnung ist jede der Messeinheiten in einem Modul zur Wechselstromerzeugung der aktuellen Stufe angeordnet und über das Stromversorgungsnetzwerk zwischen den beiden angrenzenden Modulen zur Wechselstromerzeugung oder zwischen einem Modul zur Wechselstromerzeugung und einer Netzversorgung eingekoppelt. Jede der Messeinheiten enthält eine erste Eingangsklemme, eine zweite Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme. Die erste Eingangsklemme ist mit einem Modul zur Wechselstromerzeugung der vorherigen Stufe gekoppelt. Die zweite Eingangsklemme ist mit dem Modul zur Wechselstromerzeugung der aktuellen Stufe gekoppelt. Die Ausgangsklemme ist mit einem Modul zur Wechselstromerzeugung der nächsten Stufe gekoppelt.
In dem oben genannten System zur Solarenergiegewinnung enthält jede Messeinheit einen zweiten Stromsensor. Der zweite Stromsensor ist zwischen der zweiten Eingangsklemme und der Ausgangsklemme eingekoppelt und dazu ausgebildet, einen Ausgangsstrom des aktuellen Moduls zur Wechselstromerzeugung zu erkennen, um den zweiten Stromparameter zu erzeugen. Die Kommunikationseinheit überträgt des Weiteren den zweiten Stromparameter an das Überwachungsmodul. Das Überwachungsmodul ist dazu ausgebildet, den Arbeitsstatus der Module zur Wechselstromerzeugung, basierend auf den zweiten von den Messeinheiten übertragenen Stromparametern, zu bestimmen.
In dem oben genannten System zur Solarenergiegewinnung ist ein erster Stromsensor zwischen der ersten Eingangsklemme und der Ausgangsklemme gekoppelt und dazu ausgebildet, eine Summe der Ausgangsströme der Module zur Wechselstromerzeugung, die vor der Position der Messeinheiten jeder Stufe liegen, zu erkennen, um den ersten Stromparameter zu erzeugen.
In dem oben genannten System zur Solarenergiegewinnung enthält jede der Messeinheiten einen Trennschalter. Der Trennschalter ist zwischen der zweiten Eingangsklemme und der Ausgangsklemme eingekoppelt.
In dem oben genannten System zur solaren Energiegewinnung enthält jede der Messeinheiten eine Steuereinheit. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, vom Überwachungsmodul gesteuert zu werden, um den Trennschalter zu öffnen, wobei das Überwachungsmodul den Trennschalter jeder der Messeinheiten fortlaufend öffnet, indem es die Steuereinheit steuert, und die Reihenfolge der jeweiligen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung bestimmt, indem es die ersten von den Messeinheiten übertragenen Stromparameter berechnet.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt eine Messeinheit bereit, die in dem System zur Solarenergiegewinnung angewandt werden kann. Die Messeinheit weist eine erste Eingangsklemme, eine zweite Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme auf. Die Messeinheit enthält einen ersten Stromsensor, einen zweiten Stromsensor, einen Spannungssensor, eine Steuereinheit, eine Kommunikationseinheit und eine Speichereinheit. Der erste Stromsensor ist zwischen der ersten Eingangsklemme und der Ausgangsklemme eingekoppelt und der erste Stromsensor ist dazu ausgebildet, einen ersten Stromparameter zu erzeugen. Der zweite Stromsensor ist zwischen der zweiten Eingangsklemme und der Ausgangsklemme eingekoppelt und der zweite Stromsensor ist dazu ausgebildet, einen zweiten Stromparameter zu erzeugen. Der Spannungssensor ist dazu ausgebildet, eine Spannung an der Ausgangsklemme zu erkennen, um einen Spannungsparameter zu erzeugen. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den ersten Stromparameter, den zweiten Stromparameter und den Spannungsparameter zu empfangen. Die Kommunikationseinheit ist dazu ausgebildet, von der Steuereinheit gesteuert zu werden, um den ersten Stromparameter, den zweiten Stromparameter und den Spannungsparameter an ein externes Überwachungssystem zu übertragen. Die Speichereinheit ist dazu ausgebildet, den ersten Stromparameter, den zweiten Stromparameter, den Spannungsparameter und strukturelle Informationen der Messeinheit zu speichern, wobei die strukturellen Informationen den Verbindungsstatus der ersten Eingangsklemme, der zweiten Eingangsklemme und der Ausgangsklemme der Messeinheit und eine interne Struktur der Messeinheit umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält die Messeinheit des Weiteren einen ersten Trennschalter, einen zweiten Trennschalter oder einen dritten Trennschalter. Der erste Trennschalter ist dazu ausgebildet, von der Steuereinheit gesteuert zu werden, um einen Strompfad zwischen der ersten Eingangsklemme und dem ersten Stromsensor zu unterbrechen, wenn die Messeinheit einen Positionierungsvorgang durchführt. Der zweite Trennschalter ist dazu ausgebildet, von der Steuereinheit gesteuert zu werden, um einen Strompfad zwischen der Ausgangsklemme und dem ersten Stromsensor zu unterbrechen, wenn die Messeinheit den Positionierungsvorgang durchführt. Der dritte Trennschalter ist dazu ausgebildet, von der Steuereinheit gesteuert zu werden, um einen Strompfad zwischen der zweiten Eingangsklemme und dem zweiten Stromsensor zu unterbrechen, wenn die Messeinheit den Positionierungsvorgang durchführt.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt ein Positionierungsverfahren bereit, das in einem Stromerzeugungssystem mit Modulen zur Wechselstromerzeugung anwendbar ist. Jedes der Module zur Wechselstromerzeugung erzeugt einen Ausgangsstrom und sie sind in einem Stromversorgungsnetzwerk elektrisch miteinander verbunden. Das Positionierungsverfahren enthält die folgenden Schritte: (a) Messen von Wechselströmen oder Knotenspannungen, erzeugt von den Modulen zur Wechselstromerzeugung an verschiedenen Positionen im Stromversorgungsnetzwerk, um Stromparameter oder Spannungsparameter zu erhalten; und (b) Bestimmen einer Reihenfolge von jeweiligen relativen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung durch Berechnen der Stromparameter oder der Spannungsparameter.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält das Positionierungsverfahren des Weiteren die folgenden Schritte: fortlaufendes Öffnen eines Verbindungspfads zwischen einem der Module zur Wechselstromerzeugung und einem der beiden angrenzenden Module zur Wechselstromerzeugung, um eine Spannung an einer Position von jedem der Module zur Wechselstromerzeugung im Stromversorgungsnetzwerk zu messen, um Spannungsparameter zu erhalten; und Bestimmen der Reihenfolge der jeweiligen Positionen der Mehrzahl von Modulen zur Wechselstromerzeugung durch Berechnen der Spannungsparameter.
Das oben genannte Positionierungsverfahren enthält des Weiteren die folgenden Schritte: fortlaufendes Unterbrechen von jedem der von den Modulen zur Wechselstromerzeugung erzeugten Ausgangsströme, und Messen der von den Modulen zur Wechselstromerzeugung an den verschiedenen Positionen im Stromversorgungsnetzwerk erzeugten Wechselströmen, um die Stromparameter zu erhalten.
Zusammengefasst hat die technische Lösung der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zum Stand der Technik einleuchtende Vorteile und vorteilhafte Auswirkungen. Mithilfe der oben genannten technischen Lösung können beachtliche Fortschritte in der Technologie und eine breite industrielle Anwendbarkeit erreicht werden. Gemäß der vorliegenden Offenbarung können die Module zur Wechselstromerzeugung in dem System zur Solarenergiegewinnung rasch positioniert und der Arbeitsstatus der Module zur Wechselstromerzeugung kann in Echtzeit überwacht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Offenbarung kann durch Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform, in der auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen wird, besser verstanden werden.
1 ist eine schematische Darstellung einer Messeinheit gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung;
2A ist eine schematische Darstellung eines Systems zur Solarenergiegewinnung gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung;
2B ist eine schematische Darstellung des Systems zur Solarenergiegewinnung aus 2A gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Offenbarung;
3A ist eine schematische Darstellung eines Systems zur solaren Energiegewinnung gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Offenbarung;
3B ist eine schematische Darstellung einer Messeinheit gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Offenbarung;
3C ist eine schematische Darstellung einer Messeinheit gemäß einer wieder anderen Ausführungsform dieser Offenbarung; und
4 ist ein Flussdiagramm eines Positionierungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung.
Bezugszeichenliste

100, 100a: Messeinheit
110, 112: Stromsensor
120: Spannungssensor
130: Steuereinheit
140: Kommunikationseinheit
150: Speichereinheit
160, 162, 164: Trennschalter
200, 200a, 300: System zur Solarenergiegewinnung
220: Überwachungsmodul
240, 320, 322, 324: Modul zur Wechselstromerzeugung
210, 212: Untergeordnetes Stromerzeugungssystem
320a: Gleichstrom-Modul
320b: Modulwechselrichter
320c: Verbindungsschnittstelle
320d: Hauptstromkreis des Modulwechselrichters
400: Positionierungsverfahren
410, 420: Schritt
i_N,Eingang1, i_N,Eingang2, i_N,Eingang, i_N,Ausgang, I_ac,N: Strom

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird nun ausführlich auf die vorliegenden Ausführungsformen der Offenbarung Bezug genommen. Beispiele hierzu werden in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht. Die vorliegenden Ausführungsformen sind jedoch nur zur Veranschaulichung gedacht, da dem Fachmann zahlreiche Abänderungen und Variationen davon in den Sinn kommen werden. Die Beschreibung des Vorgangs soll nicht die Reihenfolge der vorgenommenen Schritte einschränken. Jegliche Vorrichtungen, die sich aus einer Neukombinierung von Komponenten ergeben und gleichwertige Effekte aufweisen, fallen in den Umfang der vorliegenden Offenbarung. Zusätzlich dazu dienen die Zeichnungen nur dem Zweck der Veranschaulichung und sind nicht der tatsächlichen Größe entsprechend abgebildet. Für ein einfaches Verständnis werden nach Möglichkeit dieselben Bezugszeichen in den Zeichnungen und der Beschreibung in Bezug auf dieselben oder ähnliche Teile benutzt.
Wie hier benutzt, beziehen sich „der/die/das erste“, „der/die/das zweite“ usw. nicht auf die Reihenfolge oder Vorrangigkeit und sollen die Offenbarung auch nicht einschränken. Sie werden lediglich dazu benutzt, die mit denselben technischen Begriffen beschriebenen Vorrichtungen oder Verfahren voneinander zu unterscheiden.
Wie hier benutzt, beziehen sich sowohl „koppeln“, als auch „verbinden“ auf direkten physikalischen Kontakt oder elektrischen Kontakt oder indirekten physikalischen Kontakt oder elektrischen Kontakt zwischen zwei oder mehr Komponenten. Sie können sich außerdem auf wechselseitige Vorgänge oder Wechselwirkungen zwischen zwei oder mehr Komponenten beziehen.
In Bezug auf 1 und 2A ist die 1 eine schematische Darstellung einer Messeinheit 100 gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung. 2A ist eine schematische Darstellung eines Systems zur Solarenergiegewinnung 200 gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung. Wie in 2A gezeigt, enthält das System zur Solarenergiegewinnung 200 ein Überwachungsmodul 220, Module zur Wechselstromerzeugung 240 sowie Messeinheiten 100.
Die Messeinheiten 100 sind entsprechend an den Modulen zur Wechselstromerzeugung 240 angeordnet. In der, in 2A gezeigten, Ausführungsform ist jede der Messeinheiten 100 zwischen zwei der Module zur Wechselstromerzeugung 240 oder zwischen einem der Module zur Wechselstromerzeugung 240 und einer Netzversorgung gekoppelt.
Wie in 1 gezeigt, enthält die Messeinheit 100 einen ersten Stromsensor 110 und eine Kommunikationseinheit 140.
Die Messeinheit 100 weist zwei Eingangsklemmen und eine Ausgangsklemme auf. Der erste Stromsensor 110 ist zwischen einer der Eingangsklemmen und der Ausgangsklemme der Messeinheit 100 gekoppelt. Der erste Stromsensor 110 ist dazu ausgebildet, einen ersten Stromparameter (z. B. i_N,Eingang1) zu erzeugen.
Der erste Stromsensor 100 misst beispielsweise einen an der Eingangsklemme der Messeinheit 100 empfangenen Gesamtstrom i_N,Eingang1. Der Gesamtstrom i_N,Eingang1 kann eine Summe der Wechselströme von den Modulen zur Wechselstromerzeugung, die vor der Messeinheit 100 positioniert sind, sein. Wie beispielsweise in 2A gezeigt, ist der an der Eingangsklemme der Messeinheit 100 der zweiten Stufe erhaltene Gesamtstrom i_2,Eingang1 eine Summe von Wechselströmen von einem Modul zur Wechselstromerzeugung der ersten Stufe und einem Modul zur Wechselstromerzeugung der zweiten Stufe (d. h. i_2,Eingang1 = I_ac,1 + I_ac,2) und der dem Gesamtstrom i_2,Eingang1 entsprechende erste Stromparameter wird erzeugt.
Die Kommunikationseinheit 140 ist dazu ausgebildet, den ersten Stromparameter und einen Spannungsparameter an ein externes Überwachungssystem zu übertragen. Die Kommunikationseinheit 140 kann beispielsweise den ersten Stromparameter und den Spannungsparameter mithilfe von kabelloser Übertragung oder Übertragung mit einem Kabel (z. B. Power Line Communication – PLC) an das externe Überwachungssystem übertragen. Somit können Benutzer eine zentrale Steuerung erreichen, um durch externe Überwachung von jedem der Module zur Wechselstromerzeugung Betriebsbedingungen in Echtzeit zu erhalten.
Eine Anzahl von Ausführungsformen, in denen die Messeinheit 100 angewandt wird, werden in den nachfolgenden Abschnitten beschrieben, um Funktionen und Anwendungen der oben genannten Messeinheit 100 zu veranschaulichen. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt.
Wie in 2A gezeigt, wandelt jedes der Module zur Wechselstromerzeugung 240 Solarenergie in elektrische Energie um und gibt einen Ausgangsstrom I_ac,N ab. Jedes der Module zur Wechselstromerzeugung 240 ist in einem Stromversorgungsnetzwerk elektrisch mit den anderen Modulen zur Wechselstromerzeugungen 240 verbunden. Alle Ausgangsströme I_ac,N werden von dem Stromversorgungsnetzwerk gesammelt und an Energieanlagen oder Netzversorgungen übertragen.
In dieser Ausführungsform sind die Messeinheiten 100 jeweils mit den Modulen zur Wechselstromerzeugung verbunden. Der erste Stromsensor 110 jeder der Messeinheiten 100 ist dazu ausgebildet, einen Wechselstrom zu erkennen, der durch eine Position von jeder der Messeinheiten 100 in dem Stromversorgungsnetzwerk fließt, um den ersten Stromparameter entsprechend zu erzeugen.
Wie beispielsweise in 2A gezeigt, ist jede der Messeinheiten 100 (erste Stufe bis (N – 1)-te Stufe) zwischen den beiden angrenzenden Modulen zur Wechselstromerzeugung 240 angeordnet. Jede der Messeinheiten 100 enthält eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme. Die Eingangsklemme von jeder der Messeinheiten 100 ist mit einem Modul zur Wechselstromerzeugung der vorherigen Stufe gekoppelt. Die Ausgangsklemme von jeder der Messeinheiten 100 ist mit dem Modul zur Wechselstromerzeugung 240 der nächsten Stufe gekoppelt. Die Messeinheit 100 der N-ten Stufe ist zwischen dem Modul zur Wechselstromerzeugung 240 und der Netzversorgung angeordnet. Die Eingangsklemme der Messeinheit 100 der N-ten Stufe ist mit dem Modul zur Wechselstromerzeugung 240 der vorherigen Stufe gekoppelt und die Ausgangsklemme der Messeinheit 100 der N. Stufe ist mit der Netzversorgung gekoppelt.
In einer solchen Anordnung kann der erste Stromsensor 110 in der Messeinheit 100 jeder Stufe eine Summe der Ausgangsströme der Module zur Wechselstromerzeugung 240, die vor der Messeinheit 100 jeder Stufe positioniert sind, erkennen, um den ersten Stromparameter zu erzeugen.
Der Stromsensor 110 in der Messeinheit 100 der ersten Stufe kann beispielsweise den von dem Modul zur Wechselstromerzeugung der ersten Stufe erzeugten Ausgangsstrom I_ac,1 messen. Der erste Stromsensor 110 in der Messeinheit 100 der zweiten Stufe kann die Summe des von dem Modul zur Wechselstromerzeugung 240 der ersten Stufe erzeugten Ausgangsstroms I_ac,1 und den von dem Modul zur Wechselstromerzeugung 240 der zweiten Stufe erzeugten Ausgangsstrom I_ac,2 messen.
Die Kommunikationseinheit 140 in jeder der Messeinheiten 100 überträgt die oben genannten ersten Stromparameter an das Überwachungsmodul 220.
Das Überwachungsmodul 220 bestimmt anschließend eine Reihenfolge von jeweiligen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung 240 im Stromversorgungsnetzwerk, indem es die ersten von der Mehrzahl der Messeinheiten 100 übertragenen Stromparameter berechnet.
Es wird beispielsweise angenommen, dass jedes der Module zur Wechselstromerzeugung 240 bei normalem Betrieb eine Stromstärke von 1 Amper (A) erzeugt. Der entsprechende von der Messeinheit 100 der ersten Stufe erzeugte erste Stromparameter wäre 1A (d. h. die Wechselstromabgabe I_ac,1 aus dem Modul zur Wechselstromerzeugung 240 der ersten Stufe) und der entsprechende von der Messeinheit 100 der zweiten Stufe erzeugte erste Stromparameter wäre 2A (d. h. die Wechselstromabgabe I_ac,1 aus dem Modul zur Wechselstromerzeugung 240 der ersten Stufe und der Wechselstromabgabe I_ac,2 aus dem Modul zur Wechselstromerzeugung 240 der zweiten Stufe). Da der Rest analog hergeleitet werden kann, ist der von der Messeinheit 100 der N-ten Stufe erzeugte erste Stromparameter N·1 A.
Folglich können die jeweiligen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung 240 bestimmt werden, indem die ersten Stromparameter in numerischer Reihenfolge sortiert werden. Im Vergleich zu Verfahren mit manueller Erfassung, die in manchen Vorgehensweisen benutzt werden, kann das in dieser Ausführungsform dargestellte System zur Solarenergiegewinnung 200, das das Überwachungsmodul 220 benutzt, um die ersten Stromparameter zu berechnen, ein schnelles Positionieren der Module zur Wechselstromerzeugung erreichen.
Außerdem wird eine Umwandlungseffizienz verringert, wenn das Modul zur Wechselstromerzeugung der zweiten Stufe fehlerhaft ist. Der Ausgangsstrom I_ac,2 des Moduls zur Wechselstromerzeugung der zweiten Stufe liegt nur bei 0,3A und alle anderen Module zur Wechselstromerzeugung funktionieren in normaler Weise und geben eine Stromstärke von 1A ab. Unter diesen Umständen liegt der von der Messeinheit der zweiten Stufe erzeugte erste Stromparameter bei 1,3A und der von der Messeinheit der dritten Stufe erzeugte erste Stromparameter liegt bei 2,3A. Benutzer können erkennen, dass das Wechselstrommodul der zweiten Stufe fehlerhaft ist, wenn durch das Überwachungsmodul 220 die oben genannten Informationen erhalten werden, sodass eine anschließende Wartung durchgeführt werden kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält jede der Messeinheiten 100 des Systems zur Solarenergiegewinnung 200 des Weiteren einen Spannungssensor 120, eine Steuereinheit 130 und einen ersten Trennschalter 160 oder einen zweiten Trennschalter 162.
Der erste Trennschalter 160 ist dazu ausgebildet, von der Steuereinheit 130 gesteuert zu werden, um einen Strompfad zwischen der Eingangsklemme der Messeinheit 100 und dem ersten Stromsensor 110 zu unterbrechen. Der zweite Trennschalter 162 ist dazu ausgebildet, von der Steuereinheit 130 gesteuert zu werden, um einen Strompfad zwischen der Ausgangsklemme der Messeinheit 100 und dem ersten Stromsensor 110 zu unterbrechen.
Wie sowohl in 1 als auch in 2A gezeigt, ist der erste Trennschalter 160 zwischen der Eingangsklemme der Messeinheit 100 und dem ersten Stromsensor 110 gekoppelt. Der zweite Trennschalter 162 ist zwischen der Ausgangsklemme der Messeinheit 100 und einem Kopplungsknoten node1 des ersten Stromsensors 110 und des zweiten Stromsensor 112 gekoppelt.
Der Spannungssensor 120 ist dazu ausgebildet, eine Spannung an der Ausgangsklemme der Messeinheit 100 zu messen, um einen entsprechenden Spannungsparameter zu erzeugen. Der in der 2A gezeigte Spannungssensor 120 in der Messeinheit 100 der zweiten Stufe kann beispielsweise eine Spannung an der Position der Messeinheit 100 der zweiten Stufe im Stromversorgungsnetzwerk erkennen (d. h. die Spannung am internen Knoten node1 der Messeinheit 100), sodass der entsprechende Spannungsparameter erzeugt wird.
Die Steuereinheit 130 ist dazu ausgebildet, den oben genannten ersten Stromparameter, einen zweiten Stromparameter und den oben genannten Spannungsparameter zu empfangen und diese Parameter an die Kommunikationseinheit 140 und eine Speichereinheit 150 zu übertragen. Die Steuereinheit 130 ist dazu ausgebildet, vom Überwachungsmodul 220 gesteuert zu werden, um den ersten Trennschalter 160 oder einen zweiten Trennschalter 162 zu öffnen.
In dieser Ausführungsform öffnet das Überwachungsmodul 220, durch das Steuern der Steuereinheit 130, fortlaufend den ersten Trennschalter 160 oder den zweiten Trennschalter 162 in jeder der Messeinheiten 100 und bestimmt die Reihenfolge der jeweiligen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung 240 durch das Berechnen der von den Messeinheiten 100 übertragenen Spannungsparameter.
Wenn beispielsweise der zweite Trennschalter 162 der Messeinheit 100 der (N – 1)-ten Stufe geöffnet wird, mit anderen Worten, wenn die Verbindung zwischen dem Modul zur Wechselstromerzeugung 240 der ersten Stufe zum Modul zur Wechselstromerzeugung 240 der (N – 1)-ten Stufe und dem Stromversorgungsnetzwerk unterbrochen wird, erkennt der Spannungssensor 120 in jeder Messeinheit, von der Messeinheit 100 der ersten Stufe bis zur Messeinheit 100 der (N – 1)-ten Stufe, eine Spannungsänderung im Stromversorgungsnetzwerk. Gleichermaßen erkennt der Spannungssensor 120 in der Messeinheit 100 der ersten Stufe bis zur Messeinheit 100 der zweiten Stufe die Spannungsänderung im Stromversorgungsnetzwerk, wenn der zweite Trennschalter 162 der Messeinheit 100 der zweiten Stufe geöffnet wird, oder mit anderen Worten, wenn die Verbindung zwischen dem Modul zur Wechselstromerzeugung 240 der ersten Stufe zum Modul zur Wechselstromerzeugungen 240 der zweiten Stufe und dem Stromversorgungsnetzwerk unterbrochen wird. In dieser Weise ist die Anzahl der Spannungssensoren 120, die die Spannungsänderung erkennen, höher, und die Position der entsprechenden Messeinheit 100 ist weiter hinten im Stromversorgungsnetzwerk, wenn eine der Messeinheiten 100 unterbrochen wird. Das bedeutet, näher am verantwortlichen Abgabepunkt (wie z. B. die Messeinheit 100 der N-ten Stufe). Ist im Gegensatz dazu die Anzahl der Spannungssensoren 120, die die Spannungsänderung erkennen, geringer, befindet sich die Position der entsprechenden Messeinheiten 100 vorn im Stromversorgungsnetzwerk.
Somit kann das Überwachungsmodul 220 fortlaufend den ersten Trennschalter 160 oder den zweiten Trennschalter 162 in jeder der Messeinheiten 100 öffnen, um eine Anzahl der betroffenen Spannungsparameter festzustellen. Demzufolge wird die Position jedes der Module zur Wechselstromerzeugung 240 festgelegt. Elektrizitätsgesellschaften können auf die oben genannten ersten Trennschalter 160 oder zweiten Trennschalter 162 mithilfe einer Fernsteuerung über ein externes Überwachungssystem zugreifen. Durch das fortlaufende Unterbrechen der ersten Trennschalter 160 oder der zweiten Trennschalter 162, können Elektrizitätsgesellschaften verschiedene Tests an jeder der Klemmen durchführen, ohne die bei einigen Vorgehensweisen notwendigen aufwendigen Testschritte der Reihe nach vor Ort durchzuführen.
Die Messeinheiten 100 sind nicht darauf beschränkt, den ersten Trennschalter 160 und den zweiten Trennschalter 162 zur gleichen Zeit zu enthalten. Bei praktischen Anwendungen können die oben genannten Funktionen erreicht werden, indem jeweils einer der Trennschalter (die ersten Trennschalter 160 oder die zweiten Trennschalter 162) in jeder der Messeinheiten 100 angeordnet werden.
2B ist eine schematische Darstellung des Systems zur Solarenergiegewinnung aus 2A gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Offenbarung.
Wie in 2B gezeigt, weist das System zur Solarenergiegewinnung 200a zwei untergeordnete Stromerzeugungssysteme 210 und 212 auf. Jedes der untergeordneten Stromerzeugungssysteme 210 und 212 enthält die Module zur Wechselstromerzeugung 240 und die Messeinheiten 100.
In dieser Ausführungsform weist jedes der untergeordneten Stromerzeugungssysteme 210 und 212 dieselbe Anzahl der Module zur Wechselstromerzeugung 240 auf und es wird angenommen, dass jede der Messeinheiten 100 nicht den oben genannten ersten Trennschalter 160 und den zweiten Trennschalter 162 aufweist. Unter diesen Umständen kann das Überwachungsmodul 220 die Positionen des untergeordneten Stromerzeugungssystems 210 und des untergeordneten Stromversorgungssystems 212 nicht erkennen. Dadurch kann der Betrieb jedes der Module zur Wechselstromerzeugung 240 angehalten werden, indem das untergeordnete Stromerzeugungssystem 210 oder das untergeordnete Stromerzeugungssystem 212 abgedunkelt wird, sodass Gesamtstromflüsse der beiden untergeordneten Stromerzeugungssysteme 210 und 212 unterschieden werden. Somit wird es dem Überwachungsmodul 220 ermöglicht, das untergeordnete Stromerzeugungssystem 210 und das untergeordnete Stromerzeugungssystem 212 zu erkennen. Nachdem das untergeordnete Stromerzeugungssystem 210 und das untergeordnete Stromerzeugung 212 vom Überwachungsmodul 220 erkannt wurden, werden die oben genannten Schritte zum Positionieren am untergeordneten Stromerzeugungssystem 210 und am untergeordneten Stromerzeugungssystem 212 durchgeführt, sodass es dem Überwachungsmodul ermöglicht wird, die Reihenfolge der jeweiligen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung 240 im untergeordnetem Stromerzeugungsmodul 210 sowie dem untergeordnetem Stromerzeugungssystem 212 zu bestimmen.
Wenn beispielsweise jedes der untergeordneten Stromerzeugungssysteme N Stufen der Module zur Wechselstromerzeugung 240 aufweist und jedes der Module zur Wechselstromerzeugung 240 bei normalem Betrieb eine Stromstärke von 1 Ampere (A) erzeugt, wäre der vom Modul zur Gesamtmessung 100a erzeugte erste Stromparameter, der in 2B gezeigt wird, theoretisch, (2N)·1 A. Wenn der Betrieb des Moduls zur Wechselstromerzeugung 240 der ersten Stufe im untergeordneten Stromerzeugungssystem 212 gestoppt wird, beispielsweise durch manuelles Abdunkeln, sodass die Module zur Wechselstromerzeugung 240 der ersten Stufe nicht wie normal Sonnenenergie erhalten können, wird der vom Modul zur Gesamtmessung 100a erzeugte erste Stromparameter somit zu (2N – 1)·1 A. Der erste Stromparameter, der von der Messeinheit 100 der N-ten Stufe im untergeordneten Stromerzeugungssystem 212 erzeugt wird, sollte (N – 1)·1A sein. Der erste Stromparameter, der von der Messeinheit 100 der N-ten Stufe in dem untergeordneten Stromerzeugungssystem 210 erzeugt wird, sollte (N)·1A sein. Auf diese Weise kann das Überwachungsmodul 220 das untergeordnete Stromerzeugungssystem 210 und das untergeordnete Stromerzeugungssystem 212 positionieren und ordnet die jeweiligen relativen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung 240 fortlaufend im untergeordneten Stromerzeugungssystem 210 sowie dem untergeordneten Stromerzeugungssystem 212 an, indem es die oben genannten ersten Stromparameter in numerischer Reihenfolge sortiert.
3A ist eine schematische Darstellung eines Systems zur Solarenergiegewinnung gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Offenbarung.
Wie in 3A gezeigt, ist in einem System zur Solarenergiegewinnung 300 jede der Messeinheiten 100 entsprechend in einem Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der aktuellen Stufe angeordnet und ist über das Stromversorgungsnetzwerk zwischen den beiden aneinandergrenzenden Modulen zur Wechselstromerzeugung 320 gekoppelt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann jede der Messeinheiten 100 direkt einen Wechselstrom I_ac,N, der von einem Modul zur Wechselstromerzeugung 320 einer einzelnen Stufe erzeugt wurde, und gleichzeitig eine Summe von AC-Stromflüssen, die von allen Modulen zur Wechselstromerzeugungen 320 der vorherigen Stufen erzeugt wurden, messen.
Wie in 1 und 3A gezeigt, kann die Messeinheit 100 in dieser Ausführungsform des Weiteren einen zweiten Stromsensor 112 enthalten, der zwischen dem Anderen an der Eingangsklemmen und der Ausgangsklemme der Messeinheit 100 gekoppelt ist. Der Stromsensor 112 ist dazu ausgebildet, den zweiten Stromparameter zu erzeugen (d. h. i_N,Eingang2). Der zweite Stromsensor 112 kann dazu ausgebildet sein, die Wechselstromabgabe von einem einzelnen Modul zur Wechselstromerzeugung zu erkennen (das Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der aktuellen Stufe), und erzeugt entsprechend den zweiten Stromparameter i_N,Eingang2. Alternativ kann eine Gesamtstromabgabe durch den zweiten Stromsensor 112 von untergeordneten, parallel verbundenen Stromerzeugungssystemen erhalten werden, wenn das Stromversorgungsnetzwerk die untergeordneten, parallel verbundenen Stromerzeugungsnetzwerke enthält.
In der vorliegenden Ausführungsform kann die Messeinheit 100 entsprechend in dem Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der aktuellen Stufe unter Verwendung verschiedener Verfahren angeordnet werden. Eine Anzahl an ausführbaren Verfahren wird in den nachfolgenden Abschnitten beschrieben, die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die folgenden Verfahren beschränkt.
3B ist eine schematische Darstellung einer Messeinheit gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Offenbarung.
Üblicherweise enthält das Modul zur Wechselstromerzeugung 320 ein Gleichstrom-Modul 320a, einen Modulwechselrichter 320b und eine Verbindungschnittstelle 320c. Das Gleichstrom-Modul 320a wandelt Solarenergie in elektrische Energie um. Der Modulwechselrichter 320b wandelt die elektrische Energie (Gleichstrom) in eine Abgabe des Wechselstroms I_ac,N um. Die Verbindungsschnittstelle 320c verbindet das Modul zur Wechselstromerzeugung 320 jeder Stufe über eine modulare Netzsteckdose.
In der vorliegenden Ausführungsform kann die Messeinheit 100 in die oben genannte Verbindungsschnittstelle 320c (z. B. als Modul zur Wechselstromerzeugung 322) integriert werden, um die Größe und die Kosten des Moduls zur Wechselstromerzeugung zu verringern. Die Anordnung des Stromkreises ist somit flexibler. Die Verbindungsschnittstelle 320c kann eine beliebige Schnittstellenvorrichtung sein, die die oben genannte Messeinheit 100 in sich integrieren oder aufnehmen kann, wie z. B. ein Steckverbinder.
3C ist eine schematische Darstellung einer Messeinheit gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Offenbarung.
In dieser Ausführungsform können die Messeinheit 100 und der Modulwechselrichter 320b weiter integriert werden, wenn der Modulwechselrichter 320b einen eigenen Stromsensor enthält, um den Vorgang des Umwandelns des Wechselstroms I_ac,N durch den Modulwechselrichter 320b zu überwachen. Der Stromsensor des Modulwechselrichters 320b kann beispielsweise mit der Messeinheit 100 (d. h. dem Modul zur Wechselstromerzeugung 324) geteilt werden. Das heißt, die Messeinheit 100 und der Modulwechselrichter 320b teilen sich den zweiten Stromsensor 112, um das System in hohem Maße zu integrieren und zusätzliche Kosten für Hardware zu sparen. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zusätzlich dazu ist ein Hauptstromkreis des Modulwechselrichters 320d dazu ausgebildet, den vom Gleichstrom-Modul 320b erzeugten Gleichstrom in den Wechselstrom I_ac,N umzuwandeln.
Andererseits enthält, wie in 3A gezeigt, jede der Messeinheiten 100 in dem System zur Solarenergiegewinnung 300 eine erste Eingangsklemme, eine zweite Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme. Die erste Eingangsklemme der Messeinheit 100 ist mit dem Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der vorherigen Stufe gekoppelt. Die zweite Eingangsklemme der Messeinheit 100 ist mit dem Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der aktuellen Stufe gekoppelt. Die Ausgangsklemme der Messeinheit 100 ist mit dem Modul zur Wechselstromerzeugung der nächsten Stufe gekoppelt.
Beispielsweise ist die in 3A gezeigte erste Eingangsklemme der Messeinheit 100 im Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der (N – 1)-ten Stufe, mit dem Modul zur Wechselstromerzeugung der (N – 2)-ten Stufe gekoppelt und empfängt den Wechselstrom i_N-1,Eingang (d. h. eine Summe der Wechselstromabgabe vom Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der ersten Stufe bis zum Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der (N – 2)-ten Stufe, d. h., i_N-1,Eingang = I_ac,1 + I_ac,2 + ... + I_ac,N-2). Die zweite Eingangsklemme der Messeinheit 100 in dem Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der (N – 1).ten Stufe empfängt die Wechselstromabgabe I_ac,N-1 dem Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der (N – 1)-ten von Stufe. Die Ausgangsklemme der Messeinheit 100 im Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der (N – 1)-ten Stufe ist mit dem Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der (N)ten. Stufe gekoppelt, um den Wechselstrom i_N-1,Ausgang, und i_N-1,Ausgang = i_N-1,Eingang + I_ac,N-1 zu übertragen, d. h., der Wechselstrom i_N-1,Ausgang ist eine Summe der Wechselstromabgabe vom Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der ersten Stufe bis zum Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der (N – 1)-ten Stufe.
Weiter in Bezug auf 1 ist der zweite Stromsensor 112 der Messeinheit 100 in dieser Ausführungsform zwischen der zweiten Eingangsklemme und der Ausgangsklemme der Messeinheit 100 eingekoppelt.
In dieser Ausführungsform überträgt die Kommunikationseinheit 140 die oben genannten zweiten Stromparameter an das Überwachungsmodul 200.
Das Überwachungsmodul 220 bestimmt den Arbeitsstatus der Module zur Wechselstromerzeugung 320 basierend auf den von den Messeinheiten 100 übertragenen zweiten Stromparametern.
Es wird beispielsweise angenommen, dass jedes der Module zur Wechselstromerzeugung 320 bei normalem Betrieb den Wechselstrom I_ac,N mit 100mA abgibt. Wenn das Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der ersten Stufe fehlerhaft ist, ist somit die Stromabgabe I_ac,1 vom Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der ersten Stufe auf 30mA reduziert. Unter diesen Umständen kann das Überwachungsmodul 220 bestimmen, dass der Arbeitsstatus des Moduls zur Wechselstromerzeugung 320 der ersten Stufe nicht normal ist, und zwar basierend auf dem zweiten Stromparameter, der von der Messeinheit 100 im Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der ersten Stufe übertragen wird.
Zusätzlich dazu kann das Überwachungsmodul 220 im System zur Solarenergiegewinnung 300 die jeweiligen relativen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung fortlaufend bestimmen, und zwar basierend auf dem von jedem der Messeinheiten 100 übertragenem ersten Stromparameter.
Wie in 1 und 3A gezeigt, kann jede der Messeinheiten 100 in dem System zur Solarenergiegewinnung 300, in einer weiteren Ausführungsform, des Weiteren einen dritten Trennschalter 164 enthalten.
Der dritte Trennschalter 164 ist dazu ausgebildet, von der Steuereinheit 130 gesteuert zu werden, um einen Strompfad zwischen der zweiten Eingangsklemme der Messeinheit 100 und dem zweiten Stromsensor 112 zu unterbrechen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Steuereinheit 130 von dem Überwachungsmodul 220 gesteuert, um den dritten Trennschalter 164 zu öffnen. Das Überwachungsmodul 220 öffnet fortlaufend den dritten Trennschalter 164 in jeder der Messeinheiten, indem es die Steuereinheit 130 steuert, und bestimmt eine Reihenfolge der jeweiligen relativen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung 320, indem es den von jeder der Messeinheiten 100 übertragenen ersten Stromparameter berechnet.
Wenn der dritte Trennschalter 164 des Moduls zur Wechselstromerzeugung 320 der ersten Stufe beispielsweise unterbrochen wird, ändern sich die ersten Stromparameter, die vom Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der zweiten Stufe bis zum Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der N-ten Stufe (die nach dem Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der ersten Stufe, (d. h. i_2,Eingang ~ i_N,Eingang liegen) gemessen werden, entsprechend. Gleichermaßen werden die ersten Stromparameter, die von dem Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der (N – 1)-ten Stufe bis zum Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der N-ten Stufe (die nach dem Modul zur Wechselstromerzeugung der (N – 2)ten Stufe liegen) gemessen werden, entsprechend geändert, wenn der dritte Trennschalter 164 des Moduls zur Wechselstromerzeugung 320 der N-2ten Stufe unterbrochen wird. Die ersten Stromparameter, die von den ersten Stromsensoren 110 in dem Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der ersten Stufe bis zum Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der (N – 2)-ten Stufe (d. h. i_1,Eingang ~ i_N-2,Eingang) gemessen werden, werden jedoch nicht geändert.
Daher kann das Überwachungsmodul 220 in der vorliegenden Ausführungsform fortlaufend jedes der Module zur Wechselstromerzeugung 320 öffnen und gleichzeitig den ersten von jeder der Messeinheiten übertragenen Stromparameter aufzeichnen. Durch das Beobachten einer Änderung von jedem der ersten Stromparameter wird die Reihenfolge der jeweiligen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung 320 im Stromversorgungsnetzwerk bestimmt. Alternativ kann jede der Messeinheiten 100 im System zur Solarenergiegewinnung 300 gemäß der vorliegenden Offenbarung den oben genannten ersten Trennschalter 160 oder den zweiten Trennschalter 162 und den Spannungssensor 120 aufweisen. Bei einer solchen Anordnung kann das Überwachungsmodul 200 die Module zur Wechselstromerzeugung 320 durch das Messen der Spannungsparameter positionieren.
In den oben genannten Ausführungsformen kann die Messeinheit 100 des Weiteren eine Speichereinheit 150 enthalten. In Bezug auf 1 ist die Speichereinheit 150 dazu ausgebildet, den oben genannten ersten Stromparameter, zweiten Stromparameter, Spannungsparameter und strukturelle Informationen der Messeinheit 100 zu speichern. Die strukturellen Informationen der Messeinheit 100 können den Verbindungsstatus der Eingangsklemmen und der Ausgangsklemme der Messeinheit 100 und interne Strukturen der Messeinheit 100 enthalten.
Eine solche Anordnung ermöglicht es Elektrizitätsgesellschaften, auf Informationen in der Speichereinheit 150 zuzugreifen, indem sie das externe Überwachungssystem (d. h. das Überwachungsmodul 220) mithilfe der Kommunikationseinheit 140 nutzen, um die Struktur der zur jeweiligen Zeit im elektrischen Stromsystem angewandten Messeinheit 100 zu erhalten. Demzufolge können für verschiedene Situationen notwendige Schritte entsprechend ausgeführt werden. Zusätzlich dazu kann das Überwachungsmodul 220 in die Messeinheit 100 integriert werden, um einen höheren Grad an Integration in den oben genannten Ausführungsformen zu erreichen.
4 ist ein Flussdiagramm eines Positionierungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt ein Positionierungsverfahren 400 bereit. Das Positionierungsverfahren 400 kann in einem Stromsystem mit einer Mehrzahl von Wechselstrommodulen angewandt werden. Jedes der Module zur Wechselstromerzeugung erzeugt einen Ausgangsstrom und jedes der Module zur Wechselstromerzeugung ist im Stromversorgungsnetzwerk elektrisch mit den anderen Modulen zur Wechselstromerzeugung verbunden.
Beim Vorgang 410 werden Knotenspannungen und Wechselströme, die von den Modulen zur Wechselstromerzeugung an verschiedenen Positionen im Stromversorgungsnetzwerk erzeugt werden, gemessen, um eine Mehrzahl von Spannungs- und Stromparametern zu erhalten. Bei diesem Vorgang, der auf strukturellen Informationen von Messeinheiten basiert, können die Messungen direkt ausgeführt werden oder nach dem Steuern der Trennschalter ausgeführt werden. Alternativ ist eine manuelle Abdunklung nötig, um die Messungen abzuschließen, wenn eine Beurteilung vorübergehend nicht möglich ist.
Beim Vorgang 420 wird eine Reihenfolge der jeweiligen relativen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung durch das Berechnen der Mehrzahl von Stromparametern bestimmt. Wenn eine Beurteilung durch das Leitvermögen vorübergehend nicht möglich ist, werden die Messungen mithilfe von manueller Abdunklung durchgeführt und das Positionierungsverfahren 400 kann alternativ durch das abwechselnde Ausführen des Vorgangs 410 und des Vorgangs 420 durchgeführt werden.
Wie beispielsweise in 2A gezeigt, messen die Messeinheiten 100 Stromflüsse an den verschiedenen Positionen im Stromversorgungsnetzwerk und errechnen die Stromparameter entsprechend (z. B. die oben genannten ersten Stromparameter). Die Reihenfolge der jeweiligen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung 240 kann durch das Sortieren der Stromparameter in numerischer Reihenfolge bestimmt werden.
Alternativ wird beim Vorgang 410 der von jedem der Module zur Wechselstromerzeugung erzeugte Ausgangsstrom fortlaufend unterbrochen und die Wechselströme der Module zur Wechselstromerzeugung an den verschiedenen Positionen im Stromversorgungsnetzwerk werden gemessen, um die Stromparameter zu erhalten.
Wenn beispielsweise der Ausgangsstrom des Moduls zur Wechselstromerzeugung 320 der (N – 1)ten Stufe I_ac,N-1 unterbrochen wird, wird der erste Stromparameter, der vom am weitesten hinten liegenden Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der N-ten Stufe gemessen wird (d. h. i_N,Eingang), entsprechend geändert. Die ersten Stromparameter jedoch, die von dem Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der ersten Stufe bis zum Modul zur Wechselstromerzeugung 320 der (N – 1)-ten Stufe gemessen werden (d. h. i_1,Eingang ~ i_N-1,Eingang), werden, wie in 3A gezeigt, nicht geändert. Auf diese Weise kann die Reihenfolge der jeweiligen relativen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung bestimmt werden.
Beim Positionierungsverfahren 400 kann eine Spannung an einer Position von jedem der Module zur Wechselstromerzeugung im Stromversorgungsnetzwerk durch fortlaufendes Öffnen eines Verbindungspfads zwischen jedem der Module zur Wechselstromerzeugung und einem der angrenzenden Module zur Wechselstromerzeugung gemessen werden, um die Spannungsparameter zu erhalten. Auf diese Weise kann die Reihenfolge der jeweiligen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung ebenfalls durch das Berechnen der Spannungsparameter bestimmt werden.
Wie beispielsweise in 2A gezeigt, erkennt jede Messeinheit von der Messeinheiten 100 der ersten Stufe bis zur Messeinheit 100 der (N – 1)-ten Stufe, die vor dem Modul zur Wechselstromerzeugung 240 der N-ten Stufe liegen, eine Spannungsänderung, wenn eine Verbindung zwischen dem Modul zur Wechselstromerzeugung 240 der N-ten Stufe und dem Modul zur Wechselstromerzeugung 240 der (N – 1)-ten Stufe unterbrochen wird. Auf diese Weise kann die Reihenfolge der jeweiligen relativen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung 240 bestimmt werden, und zwar basierend auf einer Anzahl der geänderten Spannungsparameter.
Das einstufige System zur Solarenergiegewinnung in den oben genannten Ausführungsformen wird als Beispiel aufgeführt. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht in Bezug darauf eingeschränkt und der Fachmann kann verschiedene Arten von Stromerzeugungssystemen basierend auf den oben genannten Ausführungsformen anordnen, wie z. B. ein dreistufiges Stromerzeugungssystem.
Zusammengefasst hat die Messeinheit der vorliegenden Offenbarung eine Anzahl von Anwendungen. Die Messeinheit kann alle Stromsensoren, den Spannungssensor und die Trennschalter enthalten, um verschiedene Anforderungen zu erfüllen. In Anbetracht der Kosten kann die Messeinheit alternativ auch nur einen einzelnen Stromsensor und einen Trennschalter oder verschiedene Kombinationen der oben genannten Vorrichtungen enthalten. Benutzer können strukturelle Informationen darüber erhalten, welche Kombination in der Messeinheit für den Stromkreis angewandt wird, indem sie auf die Speichereinheit der Messeinheit zugreifen, um verschiedene Positionierungs- und Überwachungsvorgänge durchzuführen.
Obwohl die vorliegende Offenbarung sehr ausführlich mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen davon beschrieben wurde, sind andere Ausführungsformen durchaus möglich. Daher sollten der Geist und der Umfang der beigefügten Ansprüche nicht auf die Beschreibung der hier enthaltenen Ausführungsformen beschränkt werden. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Variationen an der Struktur der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dabei vom Umfang und Geist der Offenbarung abzukommen. In Anbetracht dessen ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung Änderungen und Variationen dieser Offenbarung abdeckt, vorausgesetzt diese befinden sich im Umfang der nachfolgenden Ansprüche.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die technische Lösung der vorliegenden Offenbarung hat im Vergleich zum Stand der Technik einleuchtende Vorteile und vorteilhafte Auswirkungen. Mithilfe der oben genannten technischen Lösung können beachtliche Fortschritte in der Technologie und eine breite industrielle Anwendbarkeit erreicht werden. Gemäß der vorliegenden Offenbarung können die Module zur Wechselstromerzeugung in dem System zur Solarenergiegewinnung rasch positioniert werden und der Arbeitsstatus der Module zur Wechselstromerzeugung kann in Echtzeit überwacht werden.

Claims

System zur Solarenergiegewinnung, umfassend: ein Überwachungsmodul; eine Mehrzahl von Modulen zur Wechselstromerzeugung, wobei jedes der Module zur Wechselstromerzeugung einen Ausgangsstrom erzeugt und die Module zur Wechselstromerzeugung in einem Stromversorgungsnetzwerk elektrisch miteinander verbunden sind; und eine Mehrzahl von Messeinheiten, jeweils elektrisch mit den Modulen zur Wechselstromerzeugung verbunden, wobei jede der Messeinheiten umfasst: einen ersten Stromsensor, dazu ausgebildet, einen Wechselstrom zu erkennen, der durch eine Position jeder der Messeinheiten am Stromversorgungsnetzwerk fließt, um einen ersten Stromparameter zu erzeugen; und eine Kommunikationseinheit, dazu ausgebildet, den ersten Stromparameter an das Überwachungsmodul zu übertragen; wobei das Überwachungsmodul dazu ausgebildet ist, eine Reihenfolge von jeweiligen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung zu bestimmen, und zwar durch das Berechnen der von den Messeinheiten übertragenen ersten Stromparameter.
System zur Solarenergiegewinnung nach Anspruch 1, wobei jede der Messeinheiten zwischen zwei angrenzenden Modulen zur Wechselstromerzeugung angeordnet ist, und jede der Messeinheiten eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme umfasst, wobei die Eingangsklemme mit einem Modul zur Wechselstromerzeugung der vorherigen Stufe und die Ausgangsklemme mit einem Modul zur Wechselstromerzeugung der nächsten Stufe oder einer Netzversorgung gekoppelt ist.
System zur Solarenergiegewinnung nach Anspruch 2, wobei der erste Stromsensor zwischen der Eingangsklemme und der Ausgangsklemme gekoppelt ist, um eine Summe der Wechselströme zu erkennen, die durch die vorherigen Stufen von Modulen zur Wechselstromerzeugungen erzeugt werden, um den ersten Stromparameter zu erzeugen.
System zur Solarenergiegewinnung nach Anspruch 1, wobei jede der Messeinheiten einen ersten Trennschalter umfasst, der zwischen der Eingangsklemme und dem ersten Stromsensor gekoppelt ist.
System zur Solarenergiegewinnung nach Anspruch 1, wobei jede der Messeinheiten einen zweiten Trennschalter umfasst, der zwischen der Ausgangsklemme und dem ersten Stromsensor gekoppelt ist.
System zur Solarenergiegewinnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei jede der Messeinheiten des Weiteren umfasst: einen Spannungssensor, dazu ausgebildet, eine Spannung an der Position jeder der Messeinheiten im Stromversorgungsnetzwerk zu erkennen, um einen Spannungsparameter zu errechnen; und eine Steuereinheit, dazu ausgebildet, von dem Überwachungsmodul gesteuert zu werden, um den ersten Trennschalter und den zweiten Trennschalter zu öffnen; wobei das Überwachungsmodul fortlaufend den ersten Trennschalter oder den zweiten Trennschalter jeder der Messeinheiten öffnet, indem es die Steuereinheit steuert, und die Reihenfolge der jeweiligen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung bestimmt, indem es die von den Messeinheiten übertragenen Spannungsparameter berechnet.
System zur Solarenergiegewinnung nach Anspruch 1, wobei jede der Messeinheiten in einem Modul zur Wechselstromerzeugung der aktuellen Stufe angeordnet ist und zwischen den beiden angrenzenden Modulen zur Wechselstromerzeugung oder über das Stromversorgungsnetzwerk zwischen dem Modul zur Wechselstromerzeugung und einer Netzversorgung gekoppelt ist, wobei jede der Messeinheiten eine erste Eingangsklemme, eine zweite Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme umfasst, wobei die erste Eingangsklemme mit einem Modul zur Wechselstromerzeugung der vorherigen Stufe, die zweite Eingangsklemme mit dem Modul zur Wechselstromerzeugung der aktuellen Stufe und die Ausgangsklemme mit einem Modul zur Wechselstromerzeugung der nächsten Stufe gekoppelt ist.
System zur Solarenergiegewinnung nach Anspruch 7, wobei jede der Messeinheiten des Weiteren umfasst: einen zweiten Stromsensor, der zwischen der zweiten Eingangsklemme und der Ausgangsklemme gekoppelt ist, um den Ausgangsstrom zu erkennen, der von dem Modul zur Wechselstromerzeugung der aktuellen Stufe erzeugt wird, um den zweiten Stromparameter zu erzeugen, wobei die Kommunikationseinheit des Weiteren den zweiten Stromparameter an das Überwachungsmodul überträgt und das Überwachungsmodul dazu ausgebildet ist, den Betriebsstatus der Module zur Wechselstromerzeugung zu bestimmen, und zwar basierend auf den von den Messeinheiten übertragenen zweiten Stromparametern.
System zur Solarenergiegewinnung nach Anspruch 7, wobei der erste Stromsensor zwischen der ersten Eingangsklemme und der Ausgangsklemme gekoppelt ist, um eine Summe der Ausgangsströme zu erkennen, die von den Stufen der Module zur Wechselstromerzeugung, die vor der Position der Messeinheit der aktuellen Stufe liegen, erzeugt werden, um den ersten Stromparameter zu erzeugen.
System zur Solarenergiegewinnung nach Anspruch 7, wobei jede der Messeinheiten einen Trennschalter umfasst, der zwischen der zweiten Eingangsklemme und der Ausgangsklemme gekoppelt ist.
System zur Solarenergiegewinnung nach Anspruch 10, wobei jede der Messeinheiten des Weiteren umfasst: eine Steuereinheit, dazu ausgebildet, von dem Überwachungsmodul gesteuert zu werden, um den Trennschalter zu öffnen; wobei das Überwachungsmodul fortlaufend den Trennschalter jeder der Messeinheiten öffnet, indem es die Steuereinheit steuert, und die Reihenfolge der jeweiligen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung bestimmt, indem es die von den Messeinheiten übertragenen ersten Stromparameter berechnet.
Positionierungsverfahren, anwendbar in einem Stromerzeugungssystem, umfassend eine Mehrzahl von Modulen zur Wechselstromerzeugung, wobei jedes der Module zur Wechselstromerzeugung einen Ausgangsstrom erzeugt und wobei sie in einem Stromversorgungsnetzwerk elektrisch miteinander verbunden sind, wobei das Positionierungsverfahren umfasst: Messen der Wechselströme, die von den Modulen zur Wechselstromerzeugung an einer Mehrzahl von verschiedenen Positionen im Stromversorgungsnetzwerk erzeugt werden, um eine Mehrzahl von Stromparametern zu erhalten; und Bestimmen einer Reihenfolge der jeweiligen relativen Positionen der Module zur Wechselstromerzeugung durch Berechnen der Stromparameter.
Positionierungsverfahren nach Anspruch 12, des Weiteren umfassend: fortlaufendes Unterbrechen der von den Modulen zur Wechselstromerzeugungen erzeugten Ausgangsströme und Messen der Wechselströme, die von den Modulen zur Wechselstromerzeugung an den verschiedenen Positionen im Stromversorgungsnetzwerk erzeugt werden, um die Stromparameter zu erhalten.
Positionierungsverfahren nach Anspruch 12, des Weiteren umfassend: fortlaufendes Öffnen eines Verbindungspfads zwischen einem der Module zur Wechselstromerzeugung und einem der beiden angrenzenden Module zur Wechselstromerzeugung, um eine Spannung an einer Position jedes der Module zur Wechselstromerzeugung im Stromversorgungsnetzwerk zu messen, um eine Mehrzahl von Spannungsparametern zu erhalten; und Bestimmen der Reihenfolge der jeweiligen Positionen der Mehrzahl von Modulen zur Wechselstromerzeugung durch Berechnen der Spannungsparameter.
Messeinheit mit einer ersten Eingangsklemme, einer zweiten Eingangsklemme und einer Ausgangsklemme, wobei die Messeinheit umfasst: einen ersten Stromsensor, gekoppelt zwischen der ersten Eingangsklemme und der Ausgangsklemme, wobei der erste Stromsensor dazu ausgebildet ist, einen ersten Stromparameter zu erzeugen; einen zweiten Stromsensor, gekoppelt zwischen der zweiten Eingangsklemme und der Ausgangsklemme, wobei der zweite Stromsensor dazu ausgebildet ist, einen zweiten Stromparameter zu erzeugen; einen Spannungssensor, dazu ausgebildet, eine Spannung an der Ausgangsklemme zu erkennen, um einen Spannungsparameter zu erzeugen; eine Steuereinheit, dazu ausgebildet, den ersten Stromparameter, den zweiten Stromparameter und den Spannungsparameter zu empfangen. eine Kommunikationseinheit, dazu ausgebildet, von der Steuereinheit gesteuert zu werden, um den ersten Stromparameter, den zweiten Stromparameter und den Spannungsparameter an ein externes Überwachungssystem zu übertragen; und eine Speichereinheit, dazu ausgebildet, den ersten Stromparameter, den zweiten Stromparameter, den Spannungsparameter und strukturelle Informationen der Messeinheit zu speichern, wobei die strukturellen Informationen den Verbindungsstatus der ersten Eingangsklemme, der zweiten Eingangsklemme und der Ausgangsklemme der Messeinheit und eine interne Struktur der Messeinheit umfasst.
Messeinheit nach Anspruch 15, des Weiteren umfassend: einen ersten Trennschalter, dazu ausgebildet, von der Steuereinheit gesteuert zu werden, um einen Strompfad zwischen der ersten Eingangsklemme und dem ersten Stromsensor zu unterbrechen, wenn die Messeinheit einen Positionierungsvorgang durchführt; eine zweiten Trennschalter, dazu ausgebildet, von der Steuereinheit gesteuert zu werden, um einen Strompfad zwischen der Ausgangsklemme und dem ersten Stromsensor zu unterbrechen, wenn die Messeinheit den Positionierungsvorgang durchführt; und einen dritten Trennschalter, dazu ausgebildet, von der Steuereinheit gesteuert zu werden, um einen Strompfad zwischen der zweiten Eingangsklemme und dem zweiten Stromsensor zu unterbrechen, wenn die Messeinheit den Positionierungsvorgang durchführt.