动态管理电源和电负载之间的电力的配置和方法技术

对一个或更多个电源以及一个或更多个负载之间的电力进行动态管理。多个监视节点连接到与各电力源连接的输入端子以及与各负载连接的输出端子。在输入端子和输出端子中连接多个电力存储单元，各单元能够存储来自至少一个电源的电力且能够将存储的电力放电到至少一个负载。多个可控开关连接到单元。在各电源和各负载的工作期间，主控制器和从控制器对监视节点处的工作情况进行动态监视，且响应于监视到的工作情况选择性地动态控制开关，从而以不同的电路拓扑将单元互连。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】动态管理电源和电负载之间的电力的配置和方法
技术介绍
用于从各种不可再生能源以及从各种可再生能源向各种电感性负载和/或电阻性负载和/或电容性负载供应交流(AC)和直流(DC)电力的供电系统是众所周知的，其中，不可再生能源在内燃发电机、涡轮发电机、热电式发电机、燃料电池等中一般燃烧碳氢化合物燃料，可再生能源诸如为光伏电池、风力发电机、水力发电装置、生物质发电机、太阳能集热系统、地热系统等，电感性负载诸如为用于荧光灯或汽弧照明的马达和镇流器，电阻性负载诸如为普通灯丝灯泡，电容性负载诸如为电容性马达起动器。由于光伏电池和风力发电机例如依赖于例如阳光或风的能量源的不可预测的可用性，因此这样的可再生能源一般会在不确定的可变时间以不受控的频率或电压水平产生不可预测、不可控的AC或DC电力。因此，使用这样的能源的供电系统一般会随时间把能量收集且存储在DC电池组中，然后在需要时将所存储的DC电力直接应用到负载，并且一般作为独立系统操作。电池组为供电系统提供了备用能量储存器。尽管已知供电系统一般可满足于其期望目的，但效率低下。如上所述，电力供应不稳定且易变，这是因为电源中的一个或更多个不总是可用，且即使可用，也不总是以其额定标称功率状态或最经济状态工作。另外，随着一个或更多个负载被连上或断连以及在负载正常操作期间，各种负载的装载情况是变化的。上述电池组用来补偿这种变化的电力和负载情况，但是给电池组充电和再充电花费相当多时间，从而降低了系统效率。在对于哪个可用电源以及从这种可用电源的每个中将多少电力分配和递送给需要这种电力的一个或更多个负载没有管理或管理差的情况下，尤其是当在电力和负载情况变化时需要有利地快速执行所有这些动作时，系统效率降低。更高的效率是一个经济和节约的双重目标。
技术实现思路
简言之，本专利技术的一方面在于一种用于动态且高效地管理供应电力的一个或更多个电源以及消耗电力的一个或更多个电负载之间的电力的配置。电源可以包括诸如AC电网或馈电干线等的任何交流(AC)源、任何直流(DC)源或任何组合AC/DC源。电源可以包括例如在发电机、涡轮发电机、热电式发电机、燃料电池等中一般燃烧碳氢化合物燃料的任何不可再生能源，或诸如光伏电池、风力发电机、水力发电装置、生物质发电机、太阳能集热系统、地热系统等的任何可再生能源。负载可以包括诸如用于荧光灯或汽弧照明的马达和镇流器等的任何电感性负载，和/或诸如普通灯丝灯泡等的电阻性负载，和/或诸如电容性马达起动器等的任何电容性负载。该配置包括连接到各电源的输入端子、连接到各负载的输出端子、以及连接到各输入端子和各输出端子的多个监视节点。多个电力存储单元在输入和输出端子之间连接。如下所述，各单元能够存储来自至少一个电源的电力，且能够将存储的电力放电到至少一个负载。优选地，各单元自身包括电容器或电池和电容器的并行组合，用于存储来自至少一个电源的DC电压且将存储的DC电压放电到至少一个负载。有利地，这样的单元各自用作电压调节器和滤波器、可再充电且具有极低的内部电阻从而以高于95％的高能量存储效率快速再充电。单元优选地结构上相同且可彼此互换。单元中的至少一个配置在基础层中。该配置还包括多个可控开关，该多个可控开关连接到单元且具有用于使得各开关能够在开关状态之间切换的控制输入。有利地，各开关是具有栅极、基极或触发器作为控制输入的晶体管。各开关例如可以是固态开关或诸如继电器等的其等同物，固态开关诸如场效应晶体管(FET)(特别是HEXFET或MOSFET或FlipFET)、绝缘栅极双极晶体管(IGBT)、或可控硅整流器(SCR)等。多个二极管也连接在该配置中以控制在输入端子和输出端子之间流动的DC电流的方向。二极管阻断该配置中DC电流沿着不希望路径的流动。开关中的至少一个和单元中的另一个共同配置在开关层中。该配置还包括程序化的控制系统，其包括针对各层的从控制器和可操作地连接到各从控制器的主控制器。控制系统可操作用于在各电源和各负载工作期间对监视节点处的诸如工作电压等的工作状态进行动态监视，且用于响应于所监视的工作状态在开关的控制输入处选择性动态控制开关，从而以不同的电路拓扑将单元互连。控制系统使得处于开关状态中的一个(如闭合状态)的各单元能够存储来自至少一个电源的电压，且使得处于开关状态中的另一个(如打开状态)的各单元能够将存储的电压放电到至少一个负载。控制系统有利地访问具有与存储的电路拓扑相对应的数据的存储器或查找表，并且响应于监视的工作状态检索上述数据。例如，在一些不同的拓扑中，所有单元以串联和/或并联和/或串并联的方式彼此连接，以充电和/或放电；且在其它不同的拓扑中，选择个别的单元来充电和/或放电。各种拓扑可以在一个或多个步骤中同时实施或按序实施。该配置，也称作模块，包括上述基础层以及一个或多个上述开关层。模块可以具有任意数目的开关层，且因此模块是易于张缩的。这不仅降低了成本，而且使得可以针对特定应用按期望选择分辨率或开关层的数目。开关层可以配置在相互垂直的平面中。例如，一个或更多个开关层可以在两个维度中互连，且位于水平平面或X-Y平面中，且一个或更多个另外的开关层可以在第三维度中互连且位于垂直平面或Z平面中，从而大大增加了控制器能够选择的可用电路拓扑数目。另外，该配置是对称的，这是因为上述输入端子以及上述输出端子可以位于该配置的右侧或左侧，从而使得外部源或外部负载能够在该配置的任一侧被连接。本专利技术的另一方面在于，一种动态管理各电源和各电负载之间的电力的方法。该方法通过以下步骤来执行：将各输入端子连接到各电源，将各输出端子连接到各电负载，将监视节点连接到各输入端子和输出端子，在输入和输出端子中连接电力存储单元，各单元能够存储来自至少一个电源的电力且能够将所存储的电力放电到至少一个电负载，将单元中的一个配置在基础层中，将可控开关连接到单元，各开关具有使得开关能够在开关状态之间切换的控制输入，将开关中的至少一个和单元中的另一个配置在开关层中，在各电源和各电负载的工作期间，使用针对各层的从控制器和可操作连接到各从控制器的主控制器来对监视节点处的工作状态进行动态监视，响应于所监视的工作状态而通过控制器的操作在控制输入处选择性动态控制开关从而以不同的电路拓扑将单元互连，使得处于开关状态中的一个状态的各单元存储来自至少一个电源的电力，且使得处于开关状态中的另一个状态的各单元将存储的电力放电到至少一个电负载。在所附权利要求中具体阐述了被视为本专利技术特征的新颖特征。然而，本专利技术自身在其构造和其操作方法方面连同其另外的目的和优点，将从以下结合附图解读的实施例的描述中得到最佳理解。附图说明图1是根据本专利技术的用于对至少一个电源和至少一个电负载之间的电力进行动态管理配置的一个实施例的部分示意电路图。图2是用于图1的配置的程序化的主控制器。图3是图2的主控制器访问的查找表。图4和图5一起包括根据本专利技术的配置的另一实施例的示意电路图。图6是根据本专利技术的用于对至少一个电源和至少一个电负载之间的电力进行动态管理的配置的另一实施例的示意电路，且类似于图1，然而描绘了多个从控制器。图7是描绘了主控制器如何连接到图6的实施例中的各从控制器的电路示意图。具体实施方式附图标记10总地标识用于动态且高效地管理提供电力的一个或更多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在供应电力的至少一个电源和消耗电力的至少一个电负载之间对电力进行动态管理的配置，所述配置包括：至少一个输入端子，其连接到所述至少一个电源；至少一个输出端子，其连接到所述至少一个电负载；多个监视节点，其连接到所述至少一个输入端子和所述至少一个输出端子；多个电力存储单元，其连接在所述至少一个输入端子和所述至少一个输出端子之间，各电力存储单元能够存储来自所述至少一个电源的电力，且能够将所存储的电力放电到所述至少一个电负载，所述电力存储单元中的一个配置在基础层中；多个可控开关，其连接到所述电力存储单元且具有用于使得各开关能够在开关状态之间切换的控制输入，所述开关中的至少一个和所述电力存储单元中的另一个配置在开关层中；以及程序化的控制系统，其包括针对各层的从控制器和能够操作地连接到各从控制器的主控制器，所述控制系统能够操作地用于：在所述至少一个电源和所述至少一个电负载的工作期间对所述监视节点处的工作情况进行动态监视，响应于监视到的工作情况在所述控制输入处选择性地动态控制所述开关，从而以不同的电路拓扑将所述电力存储单元互连，使得处于所述开关状态中的一个状态的各电力存储单元存储来自所述至少一个电源的电力，以及使得处于所述开关状态中的另一状态的各电力存储单元将存储的电力放电到所述至少一个电负载。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.08 US 14/592,0561.一种用于在供应电力的至少一个电源和消耗电力的至少一个电负载之间对电力进行动态管理的配置，所述配置包括：至少一个输入端子，其连接到所述至少一个电源；至少一个输出端子，其连接到所述至少一个电负载；多个监视节点，其连接到所述至少一个输入端子和所述至少一个输出端子；多个电力存储单元，其连接在所述至少一个输入端子和所述至少一个输出端子之间，各电力存储单元能够存储来自所述至少一个电源的电力，且能够将所存储的电力放电到所述至少一个电负载，所述电力存储单元中的一个配置在基础层中；多个可控开关，其连接到所述电力存储单元且具有用于使得各开关能够在开关状态之间切换的控制输入，所述开关中的至少一个和所述电力存储单元中的另一个配置在开关层中；以及程序化的控制系统，其包括针对各层的从控制器和能够操作地连接到各从控制器的主控制器，所述控制系统能够操作地用于：在所述至少一个电源和所述至少一个电负载的工作期间对所述监视节点处的工作情况进行动态监视，响应于监视到的工作情况在所述控制输入处选择性地动态控制所述开关，从而以不同的电路拓扑将所述电力存储单元互连，使得处于所述开关状态中的一个状态的各电力存储单元存储来自所述至少一个电源的电力，以及使得处于所述开关状态中的另一状态的各电力存储单元将存储的电力放电到所述至少一个电负载。2.根据权利要求1所述的配置，其中，具有多个输入端子，所述多个输入端子中的一个连接到具有交流即AC与直流即DC的组合源，所述多个输入端子中的另一个仅连接到AC源，且所述多个输入端子中的又一个仅连接到DC源。3.根据权利要求2所述的配置，其中，具有多个输出端子，所述多个输出端子中的一个连接到AC负载，且所述多个输出端子中的另一个连接到DC负载。4.根据权利要求1所述的配置，其中，所述监视节点中的一个连接到所述至少一个输入端子，且所述监视节点中的另一个连接到所述至少一个输出端子。5.根据权利要求1所述的配置，其中，各电力存储单元包括电容器，用于存储来自所述至少一个电源的电压且用于将存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·M·艾德尔森，
申请(专利权)人：NEXTEK电力系统公司，
类型：发明
国别省市：美国,US