混合电力系统中的负载管理技术方案

本文中描述的各种实施方案涉及用于使用开关设备管理连接到多个电源的多个负载的系统和方法。本文中描述的设备可以包含设计用于负载的快速和高效切换的多掷点开关。本文中描述的方法可以包含从一组负载中选择一个或多个负载以连接到一个或多个替代电源，并且选择一个或多个负载以连接到主(例如，公用)电网。公用)电网。公用)电网。

【技术实现步骤摘要】
混合电力系统中的负载管理
[0001]本申请是是申请日为2017年5月19日、申请号为201710360767.9、专利技术名称为“混合电力系统中的负载管理”的专利技术专利申请的分案申请。
[0002]相关申请案的交叉引用
[0003]本申请案要求2016年5月24日递交的专利技术名称为“混合电力系统中的负载管理(Load Management in Hybrid Electrical Systems)”的第62/340,688号美国临时专利申请案的优先权权益。本段中列出的专利和专利申请案以全文引用的方式并入本文中。

技术介绍

[0004]一些电力系统可以具有多个电力源和电力负载特征。例如，住宅可以连接到公用电网以及连接到逆变器，所述逆变器将来自光伏发生器或电池的直流电(DC)电力转换成交流电(AC)。在许多情况下，逆变器并不连接到电网。有时需要切换连接到负载的电源。例如，可能需要在白天从逆变器为家用负载供电并且在晚上从网格为家用负载供电。在一些情境中，逆变器引起的电力输出下降可能要求将一些负载从逆变器输出移到网格。需要用以促进在将负载从一个电源切换到另一个电源时平稳转移的方法和设备。

技术实现思路

[0005]以下概述是仅出于说明性目的对本专利技术概念中的一些概念的简短概述，而并不意图限制或约束本专利技术以及详细描述中的实例。所属领域的技术人员根据详细描述将认识到其它新颖的组合和特征。
[0006]本文中的实施例可以采用方法、系统和设备在电源之间切换电力负载。
[0007]在包括一个或多个电力系统的说明性实施例中，一组电力负载可以可电连接到多个电力源。例如，包括几十个电器的住宅可以可连接到电网外加一个或多个替代电源(例如，光伏发生器、电池、风车、燃料电池、飞轮等)。替代电源可以用作备用电源，以确保在网格运转中断期间连续供应功率到负载。在一些实施例中，替代电源可以在常规网格运行期间对网格进行补充。例如，替代电源可以供应电力到负载，并且在替代发电不充分的情况下(即，当负载需要比替代电源所产生的功率更多功率时)，可以从网格获取补偿功率。
[0008]在一些实施例中，替代电源可以可电连接到网格。替代电源与网格之间的电连接可以使替代电源能够在超量替代发电期间(即，当替代电源产生比负载所消耗的功率更多的功率时)为网格输电。在一些实施例中，替代电源可以不电连接到或可以电连接到网格，并且替代电源所产生的超量替代功率可以储存在储能装置(例如，电池、飞轮)上或用于为额外负载供电。在一些实施例中，当替代电源并不连接到网格并且没有储能装置可用时，额外负载可以连接到替代电源，从而增加所利用的产生功率。例如，系统可经配置以在替代电源超量发电期间接通非时间关键负载(例如，洗衣机、烘干机、空调、电动汽车和/或热水器)。在一些实施例中，如果没有额外负载可用，替代电源可以限制于产生不超过负载所消耗的功率。
[0009]可以根据时间特定政策和位置特定政策以及关于替代电源的规定设计对连接到
替代电源的负载的管理。例如，在一些位置，当地公用事业机构可以对当地替代发电商支付上网电价。上网电价可以高于、低于或等于公用事业机构对从网格获取的功率收取的费用。在这些位置，可盈利的做法是当替代电源产生比所连接负载所需的功率更多的功率时将所述替代电源连接到网格。以此方式，网格可以用作负载，从替代电源获取功率。
[0010]在一些位置，当地公用事业机构可能不支付上网电价，这种情况下替代发电机所有者并不因供应到网格的超量功率而受到补偿。在这些位置，当替代电源产生比当地负载所需的功率更多的功率时，可为有益的是将超量功率储存在储能装置(例如，电池或飞轮)上用于后续消耗。在一个布置中，储存在储能装置上的超量功率可以后续用于自消耗。在一些情况下，例如当储能装置不可用时，超量发电可以用于减少当地负载在稍后的时间例如接通空调来使房屋降温、接通热水器、为电动汽车充电、或接通洗碗机或洗衣机所需的功率。在另一布置中，可能需要减少替代电源所产生的功率以将发电匹配到负载要求。例如，这在没有额外负载或没有储能装置可用时可为有利。
[0011]在一些实施例中，负载可以划分成多个更小负载，其中每个负载选择性地连接到电网或替代电源。确定哪些负载连接到电网以及哪些负载连接到替代电源可以取决于当地上网政策并且可以根据本文中公开的各种方法来实施。例如，在其中上网电价不存在或低于消耗来自网格的功率的成本的位置，可能需要连接负载以使从替代电源获取的功率达到最大从而用于自消耗或储存用于后续自消耗，但不超过替代电源所产生的功率。在其中上网电价高于消耗来自网格的功率的成本但是可允许的上网功率有限的位置，可能需要连接负载以使在不超过可允许的上网限制的情况下馈送到网格的功率达到最大。
[0012]可以使用各种算法方法以最佳方式将负载连接到不同电源。为简单起见，本文中公开的描述假设上网电价(如果存在上网电价)低于从网格获取功率的成本，即，有益的是使替代电源所产生的用于自消耗的功率达到最大。应理解，这仅仅是说明性情境，所属领域的技术人员可以修改相同的方法以逆转最优性标准(即，使馈送到网格的功率达到最大)，并且修改的方法包含在本专利技术的范围内。
[0013]在一些实施例中，可以实施“穷举搜索”，其中可以选择所计算的负载的每个可能组合的总消耗、对应于不超过连接到替代电源的替代电源发电的最高总消耗的一组负载，以及连接到网格的所有其它负载。在一些实施例中，可以频繁的间隔实施穷举搜索，例如每秒一次，从而确保替代功率资源的最佳使用。在一些实施例中，负载的数目可能使穷举搜索对于频繁的负载划分布置不可行。在这些实施例中，可以不那么频繁地实施穷举搜索(例如，每五分钟一次)。另外或替代地，在这些实施例中，穷举搜索可以包含更快的探试法，以更短的有规律的间隔划分电源之间的负载。在一些实施例中，发电或负载电平的一个或多个变化可触发负载根据最优性标准的再分配。
[0014]根据说明性实施例，开关电路及其控制可以设计用于电源之间的负载的快速和高效切换。一些实施例可以包含开关电路，所述开关电路包括一个或多个并联连接的开关装置。例如，可以使用多个并联连接的支路实施说明性单刀多掷(SPMT)开关。每个支路可以包含与一个或多个继电器(例如，机电继电器和/或固态继电器)并联的晶体管(例如，MOSFET
‑
金属氧化物半导体场效应晶体管，或IGBT
‑
绝缘栅双极型晶体管)。继电器可以提供低稳态电阻，并且晶体管可以提供快速切换响应并限制切换期间继电器上的电压降。
[0015]在一些说明性实施例中，配电板可以包含一个或多个集成开关电路，用于将配电
板的一个或多个子电路连接到一个或多个电源的选定电源。在一些实施例中，配电板可以最初设计为包含用于将子电路连接到不同电源的开关电路。在一些实施例中，可以对开关电路翻新改进以适应现有配电板从而增加负载切换功能。
[0016]为了促进负载从一个电源到另一个电源的平稳切换，一些实施例可以包含使电源电压同步以避免为负载提供具有不连续性特征的电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于从电网或替代能源向电力负载提供连续电功率供应的电力系统，所述电力系统包括：开关电路，被配置为：从所述电网接收电网功率，从所述替代能源接收替代功率，并且将所述电网功率或所述替代功率提供给所述电力负载；以及至少一个控制器，被配置为控制所述开关电路以：通过在将所述电力负载连接到所述电网之前将所述电力负载从所述替代能源断开连接，以及通过在将所述电力负载连接到所述替代能源之前将所述电力负载从所述电网断开连接，来将所述电力负载连接到所述替代能源和所述电网以及从所述替代能源和所述电网断开连接，而不将所述替代能源连接到所述电网，其中在切换所述电力负载之前，由所述替代能源输出的电压与所述电网同步，以防止所述电力负载经历电压跳变。2.根据权利要求1所述的电力系统，其中，所述开关电路被配置为经由逆变器接收所述替代功率，并且所述至少一个控制器被配置为控制所述开关电路以通过在将所述电力负载连接到所述电网之前将所述电力负载从所述逆变器断开连接并且通过在将所述电力负载连接到所述逆变器之前将所述电力负载从所述电网断开连接，来将所述电力负载连接到所述逆变器和所述电网以及从所述逆变器和所述电网断开连接，而不将所述逆变器连接到所述电网，并且被配置为控制所述逆变器的开关元件来跟踪由所述电网输出的电压，使得在切换所述电力负载之前由所述逆变器输出的电压与所述电网同步。3.根据前述权利要求中任一项所述的电力系统，其中，所述电力负载是一组负载中的一个，并且其中所述至少一个控制器被配置为周期性地：选择所述一组负载中与所述一组负载中的其他负载相比对应于最高总功耗的子集，其中所选择的子集的总功耗不超过由所述替代能源供应的功率，将所选择的子集连接到所述替代能源，以及将多个其他负载连接到所述电网。4.根据前述权利要求中任一项所述的电力系统，其中，所述替代能源是光伏发生器、风力发电机、水力涡轮机和诸如电池、飞轮或燃料电池的储存装置中的至少一项。5.根据前述权利要求中任一项所述的电力系统，其中，所述替代能源包括发电系统和储存装置，所述储存装置被配置为接收和储存来自所述发电系统的功率，并将储存的功率供应给所述开关电路。6.根据前述权利要求中任一项所述的电力系统，其中，所述开关电路包括与机电继电器并联的晶体管，其中，对于每对并联耦合的晶体管和继电器，所述控制器被配置为首先闭合所述对中的晶体管，并且然后闭合所述对中的继电器，并且被配置为首先断开所述对中的继电器，并且然后断开所述对中的晶体管。7.根据前述权利要求中任一项所述的电力系统，其中，所述开关电路包括多个开关，其中所述多个开关中的一个或多个开关与断路器集成。8.根据前述权利要求中任一项所述的电力系统，其中，所述至少一个控制器被配置为控制所述开关电路，以根据由所述替代能源供应的功率是否不足以或足以满足所述电力负载消耗的功率，分别将所述电力负载从所述替代能源切换到所述电网，或者反之亦然。9.根据前述权利要求中任一项所述的电力系统，其中，所述替代能源被配置为供应第一电压，并且所述电网被配置为供应第二电压，其中，所述第一电压和所述第二电压均包括
幅值、频率和相位，并且其中，使所述替代能源的功率与所述电网同步包括使所述第一电压的幅值、频率和相位与所述第二电压的幅值、频率和相位同步。10.一种用于向电力负载提供连续电功率供应的方法，所述方法包括：通过开关电路接收来自电网的电网功率和来自替代能源的替代功率；通过所述开关电路向所述电力负载提供所述电网功率或所述替代功率；其中，所述开关电路被控制以：通过在将所述电力负载连接到所述电网之前将所述电力负载从所述替代能源断开连接，以及通过在将所述电力负载连接到所述替代能源之前将所述电力负载从所述电网断开连接，来将所述电力负载连接到替代能源和所述电网以及从替代能源和电网断开连接，而不将所述替代能源连接到所述电网，其中在切换所述电力负载之前，由所述替代能源输出的电压与所述电网同步，以防止所述电力负载经历电压跳变。11.根据权利要求10所述的方法，其中，经由逆变器接收所述替代功率，并且所述开关电路被控制以：通过在将所述电力负载连接到所述电网之前将所述电力负载从所述逆变器断开连接，以及在将所述电力负载连接到所述逆变器之前将所述电力负载从所述电网断开连接，来将所述电力负载连接到所述逆变器和所述电网以及从所述逆变器和所述电网断开连接，而不将所述逆变器连接到所述电网，并且所述逆变器的开关元件被控制以跟踪由所述电网输出的电压，使得在切换所述电力负载之前由所述逆变器输出的电压与所述电网同步。12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述电力负载是一组负载中的一个，并且还包括：周期性地选择所述一组负载中与所述一组负载中的其他负载相比对应于最高总功耗的子集，其中所选择的子集的总功耗不超过由所述替代能源提供的功率，将所选择的子集连接到所述替代能源，并且将多个其他负载连接到所述电网。13.根据权利要求10
‑
12中任一项所述的方法，其中，所述替代能源是光伏发生器、风力发电机、水电涡轮机和诸如电池、飞轮或燃料电池的储存装置中的至少一项。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述替代能源包括发电系统和储存装置，所述储存装置被配置为接收和储存来自所述发电系统的功率，并将存储的功率供应给所述开关电路。15.根据权利要求10
‑
14中任一项所述的方法，其中，所述开关电路包括与机电继电器并联耦合的晶体管，并且其中每对并联耦合的晶体管和继电器被控制为首先闭合所述对中的晶体管，并且然后闭合所述对中的继电器，并且首先断开所述对中的继电器，并且然后断开所述对中的晶体管。16.一种电力系统，包括：光伏发生器；公用电网；多个开关，被配置为从所述光伏发生器和所述公用电网接收功率；多个电力负载，其中每个电力负载能够连接到所述光伏发生器或所述公用电网；以及控制器，被配置为将多个电力负载中的一个或多个电力负载连接到所述光伏发生器和所述公用电网或从所述光伏发生器和所述公用电网断开连接，其中所述控制器被配置为：确定由所述光伏发生器产生的功率超过连接到所述光伏发生器的一个或多个第一电
力负载的功耗达第一值，以及响应于确定连接到所述公用电网的一个或多个第二电力负载的每个电力负载的功耗超过所述第一值，将由光伏发生器产生的超量功率储存到储存装置。17.一种电力系统，包括：光伏发生器；公用电网；多个开关，被配置为从所述光伏发生器和所述公用电网接收功率；多个电力负载，其中每个电力负载能够连接到所述光伏发生器或所述公用电网；和控制器，被配置为将所述多个电力负载中的一个或多个连接到所述光伏发生器和所述公用电网或从所述光伏发生器和所述公用电网断开连接，其中所述控制器被配置为：确定由所述光伏发生器产生的功率超过连接到所述光伏发生器的一个或多个第一电力负载的功耗达第一值，以及响应于确定连接到所述公用电网的一个或多个第二电力负载的每个电力负载的功耗超过所述第一值，将由所述光伏发生器产生的超量功率储存到储存装置，其中每个开关包括多个掷点，并且其中所述多个掷点将所述光伏发生器和所述公用电网保持在断开连接状态。18.一种用于操作电力系统的方法，所述电力系统包括光伏发生器、公用电网、多个开关和多个电力负载，所述多个开关中的每个开关被配置为从所述光伏发生器和所述公用电网接收功率，所述多个电力负载中的每个电力负载连接到所述光伏发生器或所述公用电网，所述方法包括：监控由所述光伏发生器输出的电功率；监控所述多个电力负载中连接到所述光伏发生器的一个或多个第一电力负载消耗的电功率；监控所述多个电力负载中连接到所述公用电网的一个或多个第二电力负载消耗的电功率；以及响应于确定所述光伏发生器输出的电功率超过所述一个或多个第一电力负载的功耗达第一值，以及确定所述一个或多个第二电力负载的每个电力负载的功耗超过所述第一值，将所述光伏发生器产生的超量功率储存到储存装置。19.一种电力系统，包括：第一电力源；第二电力源；开关电路，被配置为从所述第一电力源和所述第二电力源接收功率；一个或多个电力负载，每个电力负载耦合到所述开关电路，并且能够经由所述开关电路连接到所述第一电力源或所述第二电力源；储能装置，被配置为从所述第一电力源接收功率并将所述功率输出到所述一个或多个电力负载；以及控制器，被配置为控制所述开关电路将所述一个或多个电力负载连接到所述第一电力源和所述第二电力源以及从所述第一电力源和所述第二电力源断开连接，
其中，所述控制器被配置为：响应于确定由所述第一电力源产生的功率不足以为所述一个或多个电力负载中作为第一组负载的连接到所述第一电源的所有负载供电，控制所述开关电路将所述第一组负载中的至少一个负载连接到所述第二电力源，使得所述第二电力源为所述一个或多个电力负载中的选定负载和所述至少一个负载供电，以及其中，所述控制器被配置为响应于确定由所述第一电力源产生的功率大于由所述第一组负载消耗的功率，控制所述开关电路将连接到所述第二电力源的至少一个负载连接到所述第一电力源，并且控制所述储能装置储存由所述第一电力源产生的超量功率，其中所述开关电路将所述第一电力源和所述第二电力源保持在断开连接状态。20.一种电力系统，包括：第一电力源；第二电力源；开关电路，被配置为从所述第一电力源和所述第二电力源接收功率；一个或多个电力负载，每个电力负载耦合到所述开关电路，并且能够经由所述开关电路连接到所述第一电力源或所述第二电力源；储能装置，被配置为从所述第一电力源接收功率并将所述功率输出到所述一个或多个电力负载；以及控制器，被配置为控制所述开关电路将所述一个或多个电力负载连接到所述第一电力源和所述第二电力源以及从所述第一电力源和所述第二电力源断开连接，其中，所述控制器被配置为：响应于确定由所述第一电力源产生的功率不足以为所述一个或多个电力负载中作为第一组负载的连接到所述第一电源的所有负载供电，控制所述开关电路将所述第一组负载中的至少一个负载连接到所述第二电力源，使得所述第二电力源为所述一个或多个电力负载中的选定负载和所述至少一个负载供电，以及其中，所述控制器被配置为响应于确定由所述第一电力源产生的功率大于由所述第一组负载消耗的功率，控制所述开关电路将连接到所述第二电力源的至少一个负载连接到所述第一电力源，并且控制所述储能装置储存由所述第一电力源产生的超量功率，其中第一电力源包括光伏发生器。21.一种电力系统，包括：第一电力源；第二电力源；开关电路，被配置为从所述第一电力源和所述第二电力源接收功率；一个或多个电力负载，每个电力负载耦合到所述开关电路，并且能够经由所述开关电路连接到所述第一电力源或所述第二电力源；储能装置，被配置为从所述第一电力源接收功率并将所述功率输出到所述一个或多个电力负载；以及控制器，被配置为控制所述开关电路将所述一个或多个电力负载连接到所述第一电力源和所述第二电力源以及从所述第一电力源和所述第二电力源断开连接，其中，所述控制器被配置为：响应于确定由所述第一电力源产生的功率不足以为所述一个或多个电力负载中作为第一组负载的连接到所述第一电源的所有负载供电，控制所述开关电路将所述第一组负载中的至少一个负载连接到所述第二电力源，使得所述第二电力
源为所述一个或多个电力负载中的选定负载和所述至少一个负载供电，以及其中，所述控制器被配置为响应于确定由所述第一电力源产生的功率大于由所述第一组负载消耗的功率，控制所述开关电路将连接到所述第二电力源的至少一个负载连接到所述第一电力源，并且控制所述储能装置储存由所述第一电力源产生的超量功率，其中所述第二电力源包括公用电网。22.一种电力系统，包括：第一电力源；第二电力源；开关电路，被配置为从所述第一电力源和所述第二电力源接收功率；一个或多个电力负载，每个电力负载耦合到所述开关电路，并且能够经由所述开关电路连接到所述第一电力源或所述第二电力源；储能装置，被配置为从所述第一电力源接收功率并将所述功率输出到所述一个或多个电力负载；以及控制器，被配置为控制所述开关电路将所述一个或多个电力负载连接到所述第一电力源和所述第二电力源以及从所述第一电力源和所述第二电力源断开连接，其中，所述控制器被配置为：响应于确定由所述第一电力源产生的功率不足以为所述一个或多个电力负载中作为第一组负载的连接到所述第一电源的所有负载供电，控制所述开关电路将所述第一组负载中的至少一个负载连接到所述第二电力源，使得所述第二电力源为所述一个或多个电力负载中的选定负载和所述至少一个负载供电，以及其中，所述控制器被配置为响应于确定由所述第一电力源产生的功率大于由所述第一组负载消耗的功率，控制所述开关电路将连接到所述第二电力源的至少一个负载连接到所述第一电力源，并且控制所述储能装置储存由所述第一电力源产生的超量功率，其中，所述控制器被配置为控制所述开关电路以在将负载连接到所述第二电力源之前将所述负载从所述第一电力源断开连接。23.一种在电力系统中使用的方法，包括：监控由第一电力源输出的电功率；监控连接到所述第一电力源的一组一个或多个负载消耗的电功率；响应于确定由所述第一电力源输出的电功率不足以为所述一组一个或多个负载中的所有负载供电，选择性地将一个或多个选定负载从所述第一电力源断开连接，并将所述一个或多个选定负载连接到第二电力源；以及响应于确定由第一电力源输出的电功率大于为所述一组一个或多个负载供电所需的电功率，将连接到第二电力源的至少一个负载连接到所述第一电力源，并且将储能装置添加到连接到所述第一电力源的所述一组一个或多个负载以储存超量功率，以利用由所述第一电力源输出的不需要用于为所述一组一个或多个负载供电的电功率，其中，将一个或多个选定负载从所述第一电力源断开连接并且将所述一个或多个选定负载连接到所述第二电力源包括在将一个或多个选定负载连接到所述第二电力源之前将所述一个或多个选定负载从所述第一电力源断开连接。24.一种在电力系统中使用的方法，包括：监控由第一电力源输出的电功率；
监控连接到所述第一电力源的一组一个或多个负载消耗的电功率；响应于确定由所述第一电力源输出的电功率不...

【专利技术属性】
技术研发人员：L汉德尔斯曼，亚龙宾德尔，亚基尔洛温斯腾，
申请(专利权)人：太阳能安吉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：