一种DC建筑电气系统包括被连接到DC总线的DC耗电设备。DC电力的源被连接到所述DC总线，并且为所述DC耗电设备供电。能量储存设备被连接到所述DC总线并且被连接到DC紧急情况负载。所述能量储存设备结合所述DC电力的源来为所述DC耗电设备供电，并且在除了所述能量储存设备以外没有电力的源可用于所述DC耗电设备时，为所述DC紧急情况负载供电。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 相关申请的交叉引用/通过引用并入 本申请要求享有2012年8月16日提交的题为"DC MICROGRID BHLDING ENERGY MANAGEMENT PLATFORM"（代理人案号 No. 13050-40005-US-1)的美国临时专利申 请No·61/684,083、和2012年9月10日提交的题为"DCMICR0GRIDBΠLDINGENERGY MANAGEMENT PLATFORM"（代理人案号No. 13050-40005-US-2)的美国临时专利申请 No. 61/699, 169的优先权。在此通过引用将这些专利申请的全部主题整体并入本文。
本专利技术涉及可以提高建筑能量效率的先进的部件技术。
技术介绍
当前的AC建筑系统不以成本效益最好的方式来使用本地生成的可再生能量，而 是需要非常可靠的公用电网连接，导致过多的全寿命成本以及能量安全性考虑。已知采用 电池作为PV阵列的能量缓冲器，但这种系统在解决诸如照明和通气的最常见的建筑电气 负载时并不消除浪费性的AC转换。类似地，已知提供智能建筑能量管理系统，但这样的系 统不包含用以改进效率和能量安全性的DC微电网。图1是用于与本专利技术相比较的常规AC 参考系统的一个实施例的方框图。
技术实现思路
本专利技术涉及一种无逆变器的DC微电网。所述DC微电网为一个或多个DC供电的 设备供电，所述DC供电的设备可以包括照明和致冷设备。所述DC微电网提供了对由光伏 (PV)阵列生成的DC电力的更有效的使用。所述DC微电网比常规PV系统实现起来更便 宜，并且提供了经提高的回报。所述DC微电网实现了对较便宜的DC供电的设备的使用。 在各实施例中，所述DC微电网可以采用在美国专利申请No. 13/560, 726和美国专利申请 No. 13/749, 604中描述的太阳能同步负载和/或最大功率点跟踪控制特征。 在其他实施例中，可以调整所述DC微电网的所述PV阵列的大小以提供有利的DC 总线电压范围，以用于比常规DC总线电压范围更低和/或更窄的更有效的最大功率点跟踪 (MPPT)控制。备选地或额外地，可以调整所述PV阵列的大小以提供预定范围内的电力，以 有利地平衡所述PV阵列和公用电网的电力产生。例如，可以调整所述PV阵列的大小以提 供少于一半的电力需求，例如在电力需求的25-40%之间。 相对于常规交流（AC)建筑系统，本专利技术的直流（DC)微电网建筑能量管理平台 (DCMG-BEMP)在减小的总拥有成本（TCO)和增大的能量安全性方面提供了显著的益处。常 规建筑级配电系统在为许多常见设备供电时遭受到AC-DC转换损耗，并且在采用诸如来自 可再生能量源的本地产生的DC电力时遭受到DC-AC损耗。例如，在与本专利技术的DC微电网 相比较时，这些转换导致在光伏（PV)阵列与AC照明负载之间高达12%的更大的能量损耗。 典型的PV系统还要求所有电力都流过不可靠且昂贵的电网连接的逆变器硬件，所述逆变 器硬件在失去电网电力（断电状况）时阻碍了将PV电力用于关键任务活动。另外，当前AC 建筑系统具有有限的能力或没有能力来管理建筑峰值电力需求，这可能导致需量电费和进 一步的电网不稳定性。所述DCMG-BEMP应用创新的方法来使用成熟、可靠的DC技术，并且动 态地优化电源、负载和能量储存系统交互，使TCO和对基于电网的电力的依赖性最小化。使 用BLCC工具的经济建模示出了所述DCMG-BEMP与等效的AC系统相比较在25年间储蓄一 投资比（SIR)有15% -25%的提高。与其他方法相比较，本专利技术的DCMG-BEMP提供了增大 的能量效率、提高的能量安全性和较低的总拥有成本。 本专利技术可以提供一种DC微电网配置，在所述DC微电网配置中储存了 DC电能量以 便于在不被转换为AC电能量的情况下为DC负载供电。虽然在附图中仅示出了电池，但是 这样的DC能量储存可以是电池、电容器、飞轮等形式。 使用所述DC微电网配置中的能量储存的一个主要优势是在以来自能量储存元件 的DC形式时，可以由所述DC负载更有效地采用能量（例如备用电力）。较高的效率的一个 原因是不存在建筑中典型地做出的从DC储存到AC并回到DC的中间转换。 能量储存元件可以被并入到DC电源中，使得其实际上类似于不间断电源（UPS)配 置。备选地，能量储存元件可以被独立地连接到所述DC总线。然而，附图中的至少一个示 范性实施例包括被并入到DC电源中的电池，所述DC电源被连接到AC电网并且与太阳能电 网（例如可再生DC能量电源）分开。 能量储存设备可以被直接连接到所述DC总线，或者可以具有中间DC/DC转换器以 对用于充电/放电的电压和电流进行优化。能量储存设备可以通过AC/DC电源从电网充电、 可以从诸如太阳能光伏（PV)的其他DC源充电、或者可以通过全部这两种方法充电。 所述DC微电网中相对少量的能量储存容量可以被用于满足美国建筑的90分钟紧 急照明需要，而没有对于典型的专用紧急照明电路或分布式电池策略的需要。例如，可以经 由软件控制来调暗所有灯光和/或仅开启灯的子集，以便满足紧急照明亮度需要。以不间 断电源（UPS)模式来使用所述DC电源可以使得能够为DC紧急照明供电而不向建筑添加任 何额外基础结构。在现有技术中，相反紧急照明可能需要额外的基础结构，例如单独的AC 或DC照明电路和电池系统。本专利技术的布置可以提供诸如低成本、高可靠性以及改变在紧急 情况期间开启哪些灯并且改变在紧急情况期间哪些照明水平可用的灵活性的优势。可以经 由本专利技术的软件配置来唯一地实现这些优势。 大量能量储存可以被包括在所述DC微电网中，以提供不同水平的备用能量。例 如，可以储存足够的备用能量，以便在存在足够的白天产生的过剩太阳能PV能量以放入到 能量储存系统中并且随后在夜晚太阳能能量不可用时在所述DC负载中使用的情况下，在 大多数夜晚中以紧急模式保持建筑整个夜晚运转。需要的储存量可以取决于"紧急模式" 中需要的电量（即，在断电时较低的照明或通气水平可能是可接受的），并可以取决于在不 同地理区域中的可用太阳能能量的量。这些变量可以被用于从统计学上计算"能量安全性" 或利用白天储存的过剩太阳能能来在整个夜晚或其他期望的时间段为建筑供电的概率。储 存的太阳能PV能量的任何量都可以减少其他备用发电选项所需的柴油或其他燃料的量。 如果所述DC微电网并入了 DC热负载（例如，食品冷藏、建筑HVAC、热水加热），那 么热储存可以与电能量储存组合以确定"能量安全性"。例如，即使在能量储存耗尽时，冷冻 的食品也可以几个小时保持冷冻，这可以提供足够的保护，直到在早晨太阳能能量再次可 用。另外，可以将食品冷冻至比冻结需要低几度的温度，并且冷冻食品自身因此可以有效地 储存能量。 为了扩展能量储存的可用性以保持在紧急情况下建筑可使用，可以调节建筑中的 电气负载以适于储存的能量的可用性、太阳能电力和断电的持续时间（例如失去公用电网 电力的持续时间）。例如，在有充足日照和充足能量储存预备的情况下发生的断电的第一个 小时中，照明、通气或其他紧急情况负载可以保持在满功率。然而，随着断电持续期间持续 到具有更少的可用日照的第二个小时中，紧急情况负载可以以较低功率本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种DC建筑电气系统，包括：DC总线；DC耗电设备，其被连接到所述DC总线；DC电力的源，其被连接到所述DC总线并且被配置为为所述DC耗电设备供电；DC紧急情况负载；以及能量储存设备，其被连接到所述DC总线并且被连接到所述DC紧急情况负载，所述能量储存设备被配置为：结合所述DC电力的源来为所述DC耗电设备供电；并且在除了所述能量储存设备以外没有电力的源可用于所述DC耗电设备时，为所述DC紧急情况负载供电。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·索塞莱，O·N·施泰尼希，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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