专利名称：用于确定至少两个电装置的连接类型的方法和包含多个电装置的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定至少两个分别具有同类连接布置的电装 置的连接类型的方法。此外本发明还涉及一种具有多个分别具有同类 连接布置的电装置的系统以及一种控制装置。以下将借助一种系统来描述本发明，该系统中设置了多个可更新 能量的能源。这些能源是将太阳能、风能、水力或其它自然能转换为 电能的装置。这些能也被称为"绿色能"。
背景技术：
以下的描述将采用太阳能电池作为产生绿色能的例子。太阳能电 池被用于将太阳光转换为电能。太阳能电池被组合成多个面板以产生 比一个单独的太阳能电池所能提供的更高的电压和功率。多个面板被 串行地连接为一条。典型的光电装置采用一个提供交变电功率的太阳能电池条。该功 率例如取决于太阳的照射(早晨、中午、晚上)、遮蔽以及环境温度。 该功率通过直流转换器转换为恒定的中间回路电压。然后，交流转换 级产生交变电压，该交变电压可以直接利用，如用于家用设备，或者 可以输入上一级电网。在此可以是单相电压也可以是多相电压。在需要更高功率的情况下，具有优点的是在一个系统中具有多个 彼此分离的太阳能电池条。这样这些太阳能电池条就可以彼此平行地 连接到直流转换器的输入端。但这些太阳能电池条仅在它们是同类型 的，即具有相同的大小、相对于太阳相同的方向以及相同的遮蔽时， 才能在其输出端具有基本相同的表现。与此相应地，在很多情况下输 出功率(如输出电压)是彼此不同的。这导致了太阳能电池条的非最佳使用。因此人们提出向各个太阳能电池条分别配备自己的直流转换器。 这样，各直流转换器例如通过电压总线将预定电压馈入到功率转换器在DE 10136147A1中公开了一种这样的实施方案。 另一方面存在这样的系统或设施，其中太阳能电池条就其类型、 大小、方向、遮蔽以及其它因素来说都非常相似，使得它们产生或多 或少相同输出量如输出电压。在这种情况下，具有优点的是不仅将直 流转换器的输出端并联连接而且还将直流转换器的输入端并联连接。 直流转换器通常具有两个从某些方面看来具有缺点的特性。 其一是对于输入功率具有在不损害直流转换器的情况下的不可逾 越的上限。其二是当直流转换器以低输入功率工作时直流转换器的效 率会降低。现在，如果将各太阳能电池条(以下也简称为"太阳能电池") 与多个直流转换器连接起来，则一方面可以将电功率均匀地分布在各 个直流转换器上，另一方面当电输入功率过低时可以关闭单个直流转 换器。因为当直流转换器不转换电功率时，其还有一定的基本消耗。 这种关闭由控制装置根据输入的电能来实现。现在，控制装置须"知道"在系统中各直流转换器是以何种配置 设置的。控制装置例如可以只关闭那些其太阳能电池与其它直流转换 器连接的直流转换器。该信息可以通过手动的输入来提供给控制装置。例如安装工人可 以转接开关或通过键盘输入参数。但在此存在着误输入的极大危险， 尤其是对于具有几百个太阳能电池条的较大光电装置来说。如果为控制装置提供了错误的信息，则可能导致太阳能电池条的 低效使用。发明内容本发明要解决的技术问题在于，提高具有多个电装置的系统在启 动时以及在运行中的可靠性。本发明的方法的技术问题通过一种本文开始所述类型的方法来解 决，其中，改变在第一装置的连接设置上的电压，并且将经过改变的 电压确定为第一电压；至少确定在第二装置的连接布置上的第二电压； 以及借助对这些电压的比较确定在这些装置的连接布置之间是否存在 电连接。通过以上方式可以近乎自动的方法确定各个电装置是否与其连接 布置并联连接。于是对于以上描述的光电装置可以确定，各太阳能电 池条是否仅单独地与一个直流转换器连接，或者多个直流转换器的输 入端相互连接并与太阳能电池连接。在此所利用的认知是，当两个连 接布置相互连接时，改变一个电装置的连接布置上的电压会相应地改 变另一电装置的连接布置上的电压。当连接不存在时，第一电装置的 连接布置上的电压改变不会导致另一电装置的连接布置上电压的相应 改变。这一点尤其当连接布置相互间直接连接时、即在连接布置之间 没有其它组件(除导线和连接器外)时是如此。优选通过对第一装置施加负栽来改变第一装置上的电压。尤其是 对可更新能源、如太阳能电池来说存在一定的内阻。因此该电压在施 加空载电压的负栽时下降到运行电压。这样，当两个装置的连接布置 相互连接时，施加负载会对该两个装置起作用，从而使两个装置上的 电压下降。而当在连接布置之间不存在这样的连接时，电压不会相应 地改变。优选重复所述确定并且在随后的确定中采用另一装置作为第一装 置。该确定例如可以在每次启动时重复，或者总是可以在设备或系统 开始向上级电网馈入电功率时重复。由此可以确保在运行间歇期间可 能发生的配置改变不会被忽视。这样的改变也可能是不期望的。在此 具有优点的是，不是总将同一装置作为第一装置，而是持续地更换。优选采用分别与能源连接的输入端连接布置作为所述连接布置。 通过这种方式利用能源的内阻来引起电压的改变。在此优选采用可更新能源作为能源。这样的能源也称为可再生能 源。在这样的能源中，所述问题尤其突出。可替代地，还可以采用输出端连接布置作为连接布置。在这种情 况下，例如利用电装置的内阻来改变输出电压。在一优选实施方式中，当在确定中确定了第一装置未与另一装置 连接时，采用其它装置作为第一装置并相对于剩下的装置来测试该其 它装置。由此可以确定还采集了不同的连接类型。在一个系统或设备 中，可以始终有多个装置并联连接，而其它装置则孤立地运行。这种 情况可以利用所建议的方法可靠地获得。在此优选重复地进行确定，并且一直采用另一装置作为第一装置，直至采用过所有的装置又轮到曾作为第一装置的装置为止。由此可以 说是对全部连接进行测试，以确定是否在哪里存在并联连接，即连接 布置是否相互连接。在一优选实施方式中，将多个具有同类特性且其连接布置相互连 接的装置一起作为第一装置使用。在这种情况下已知这些装置相互连 接。由此可以将一组装置作为"主机"使用，并检验剩下的装置是否 与该组装置并联。还具有优点的是，对交变电压确定一个特征值。该特征值是不以 与该交变电压相同的频率变化的值，如有效值、峰-峰电压平均值或经 整流的平均值。这样的值相对较易确定。该值是足以实施上述确定的 具有说明力的参数。本发明的技术问题还通过本文开始所述类型的系统来解决，其中， 在每个连接布置上设置传感器，该传感器与控制装置连接，在此该控 制装置具有用于改变每个连接布置上的电压的装置，用于将不同连接 布置上的电压相互进行比较的比较器，以及存储装置，在该存储装置 中根据比较器的输出信号存储电装置的连接布置是否相互连接。由此，控制装置实施上述方法并"注意"哪些电装置相互连接， 哪些没有。在此始终可以使相互连接的电装置形成多个组。由此该控 制装置就可以控制每个组中的各个装置，使这些装置有利于最佳的运 行方式。优选将所述电装置构成为直流转换器。这样该控制装置就可以在 输入功率不够且直流转换器相互连接时关闭单个的直流转换器。优选直流转换器的输出端连接布置并联连接。由此直流转换器具 有公共的输出电压。优选输出端连接布置与交流转换器连接。由此直流转换器为中间 回路馈电，交流转换器从该中间回路中提取电功率。在另一实施方式中，电装置实施为交流转换器。在此原理相同。在此交流转换器的输出端连接布置并联连接是有利的。这样，在 这样的系统中也可以确定，哪些交流转换器的输出端并联连接并可以 被共同驱动，哪些必须在单独的运行中使用。优选将连接布置实施为输入端连接布置，这些输入端连接布置分 别与一个可更新能源连接。该能源例如是太阳能电池条、风力设备、水利设备、燃料电池，等等.
以下结合附图借助优选实施例描述本发明。图中示出
图1示出用于说明具有太阳能电池条的设备的示意图； 图2示出具有多个太阳能电池条的设备；图3示出具有多个太阳能电池条的设备，每个太阳能电池条具有 自己的直流转换器；图4示出图3设备的可能连接； 图5示出流程图；图6示出图4设备的第一种电路连接； 图7示出图4设备的第二种电路连接； 图8示出图4设备的第三种电路连接；图9示出具有多个太阳能电池条的设备的一种改变了的实施方式； 图IO示出设备的另一变形的一段；图11示出用于改变直流电压转换器上的电压的装置；以及 图12示出配置的另一变形的一段。
具体实施方式
图1示出将太阳能转换为电能的系统1的示意图。以下"系统，， 和"设备"的概念将作为同义语使用。系统1具有太阳能电池条2，该太阳能电池条具有示意性示出的太 阳能电池3。通常在一个面板或格板上分别设置多个太阳能电池3。多 个这样的面板串联地形成太阳能电池条2。太阳能电池3在太阳能电池 条2的输出端提供直流电压。在此电压强度例如根据太阳的照射、遮 蔽、环境温度等影响而变化。太阳能电池条2与也称为功率变换器的功率转换器4连接。功率 转换器4首先具有直流转换器5。直流转换器5将由太阳能电池条2提 供的可变直流电压转换为恒定直流电压，并将其输出到中间回路6。中 间回路6与交流转换器7连接，交流转换器7将来自中间回路6的直 流电压转换为单相或多相交变电压并将其输出到电网8。当一个太阳能电池条的输出功率不够时，可以如图2所示使用多个太阳能电池条2。这些太阳能电池条2的输出端彼此连接.这些连接 着的输出端与功率转换器4连接，功率转换器4可以按照与图1中相 同的方式构成。当各太阳能电池条2在其输出端展现出相同的特性、尤其是输出 相同的电压时，可以构成如图2所示的设备。但只有当太阳能电池条2 和太阳能电池3类型相同、设置的方式相同、被照射的方式相同、被 遮蔽的方式相同时，才可以认定展现出相同的特性。但在大多数情况 下并非如此。因此有利的是如图3所示构成功率转换器4，使得每个太 阳能电池条2都有一个自己的直流转换器5。然后所有直流转换器5都 向中间回路6^t赍电。该上述实施方式例如已由DE 10136147A1/>开。根据图3的实施方式一方面要求每个直流转换器5承载与其对应 的太阳能电池条2所提供的功率。当所提供的功率超过上限时，可能 导致直流转换器的损害或者甚至是毁坏。另一方面大多数直流转换器5 在低功率时的效率很低。尽管它们仅输出很少的功率或甚至根本不输 出功率，但仍消耗电能。出于这个原因优选将各太阳能电池条2在直流转换器5之前就并 联连接，即将它们的输出端彼此连接，这样直流转换器5就向公共的 中间回路6馈电。在这种情况下需要控制装置9。控制装置9如虚线所示的导线段 10所示根据需要控制各直流转换器5。各太阳能电池条2的并联连接 使得太阳能电池条2输出的电功率可以分布到直流转换器5上，从而 使得过载不再可怕。另一方面当太阳能电池条2所提供的电功率太小 时，控制装置9还可以筒单地关闭各直流转换器。在这种情况下在被 关闭的直流转换器5中节省了每个直流转换器5所需的损耗功率。在安装设备时可能发生太阳能电池条2的输出端之间的各个连接 未按规定设置或者被有意去除的情况。在运行中也可能发生这样的连 接例如由于风暴、水灾或其它自然事件而断开的情况。人的侵入也是 可能的。图6至8示出由此给出的三种不同的状况。对这些状况将在 下面详细描述。图6中太阳能电池条2例如互相间完全没有连接。图7 中所有的太阳能电池条2都相互连接。图8中仅有两个太阳能电池条2 彼此连接。为使控制装置9能够确定太阳能电池条2以哪种配置与功率转换器4连接，在每个直流转换器5的输入端连接布置11上设置了传感器 12，传感器12通过以点划线示出的导线段13与控制装置9连接。导 线段IO、 13的实现可以是不同的。它们可以是电导线或者可以是光导 线。控制装置9、直流转换器5以及传感器12之间的相应线路还可以 是无导线的，这样，相应的信号传输就通过电磁波、光、声等来进行。在直流转换器5的输入端连接布置11上的传感器12在此构成为 分立元件。但是还应理解，控制装置9也可以直接从直流转换器5获 得信息，例如通过测量在输入端连接布置11上的电压。为使控制装置9能够确定太阳能电池条2以哪种配置与功率转换 器4连接，控制装置9至少在每次启动之后、但优选经常例如在每个 无功周期之后或以均匀的间隔执行一个算法，该算法简述于下控制装置9选择第一直流转换器5并降低该第一直流转换器5上 的电压。这优选通过由控制装置控制该直流转换器向中间回路6馈送 电能来实现。为此图11示出另一装置。控制装置9操纵电磁铁14闭 合开关15。随着开关的闭合施加了与输入端连接布置11并联的电阻 16，从而电流流经该电阻16。由于太阳能电池条2具有内阻，因此导 致输入端连接布置11上的电压下降。而在另一直流转换器5的输入端 连接布置11上则没有功率消耗。测量该另一直流转换器5的输入端连 接布置11上的电压。当在特定输入端上测得的电压以与第一直流转换 器输入端上的电压相同的方式变化时，可以断定太阳能电池条2的输 出端与所涉及的直流转换器5的输入端连接布置ll相连接，换言之即 并联连接。当电压不相应地改变时，则不是这种情况。控制装置9确 定这种情况并将其存储在仅示意性示出的存储器17中以用于将来，即 直至下一次检验太阳能电池条2是否并联连接。因此控制装置9选择一个直流转换器5作为"主机"。剩下的直 流转换器5作为"从机，，。主机通过在其输入端吸取功率而投入运行。 从机则处于不发生这样的功率吸取的状态。在主机上电压从空栽电压、 即与该主机连接的太阳能电池条2的空栽电压下降，因为太阳能电池 条2具有内阻。在输入端连接布置11上吸取的功率一直上升，直至主 机上的输入电压下降到空栽电压的预定部分。在预定时间之后，计算 或以其它方式来确定主机和每个从机之间的电压差。当太阳能电池条2 的输出电压例如为80V时该电压差大于15V,则可以假定不存在太阳能电池条2与直流转换器5的并联连接。当该电压差小于10V时，则可 以假定在主机的输入端与从机的输入端之间存在并联连接。图5示意性示出相应的算法。在步骤21等待是否至少有两个直流 转换器5已报告就绪。例如，当在其输入端连接布置11上出现了足够 的直流电压时就是这种情况。在判断步骤22检验是否有两个直流转换 器5已报告就绪。当不是这种情况时，继续等待。当已有两个就绪直 流转换器5时，在步骤23对该两个直流转换器5进行校准。为此断开 所有的直流转换器5。控制装置9记录所测得的各直流转换器5之间的 电压差。由此例如可以对所测得的每个直流转换器5的电压中的偏移 进行补偿。当成功地执行了校准步骤后(判断步骤24)，在步骤25检 查是否所有的模块、即所有的直流转换器5都已被测试。当只有一个 直流转换器5尚未被测试时，将该直流转换器5在存储器17中标记为 "独立模式"，即控制装置9由此确定，该直流转换器5在输入端不 与任何其它直流转换器5并联连接。当判断步骤26的结果为肯定的时， 在步骤27输出所有可能出现的错误。然后该方法结束(步骤28)。当仍有未被测试的直流转换器5时，在步骤29测试下一个直流转 换器5。如果该测试已被中断(判断步骤30)，则返回步骤25。在判 断步骤31检验该测试是否已经完成。如果是，在步骤32对运行模式 的每个直流转换器5进行确定，即确定是单独运行还是与其它直流转 换器5并联地运行。对此以下借助图6至8进行详细描述。在此传感器12以及所属的 导线段13为清楚起见不再示出。图6中太阳能电池条2分别仅与自己的直流转换器5连接。为便 于区分将这些直流转换器5标以DC1、 DC2、 DC3。当功率转换器4与电网8连接时，执行校准，而所有的直流转换 器5都被断开。然后接通DC1以提供能量，而DC2和DC3仍保持断开。在预定时 间之后，例如45秒之后，控制装置9得知DC1不与DC2或DC3并联连 接。因此DC1可以继续产生能量。控制装置9注意到DC1是单独设置 的。然后DC2^压变化。DC2可以在单独运行方式下继续产生(即提供)能量.由于DC3是最后未被测试的直流转换器5,因此DC3不可能与任何 其它直流转换器5并联连接。出于这种原因控制装置9注意到DC3同 样是在单独运行方式下运行的，并且DC3可以继续产生能量。在此"产 生能量，，意味着直流转换器5将电流从太阳能电池3的太阳能电池条2 馈入到中间回路6。图7示出3个太阳能电池条2并联连接的例子。在这种情况下该 方法的运4于如下功率转换器4与电网8连接。在断开所有直流转换器5的情况下 执行校准。直流转换器DC1接通，即在其输入端施加负载。两个直流 转换器DC2和DC3保持断开。在预定时间之后控制装置9得知DC1与 DC2和DC3并联连接。因此所有三个直流转换器5被标记为并联连接的。 由于没有未被测试的直流转换器5剩余下来，测试结束。图8中仅有两个太阳能电池条2并联连接。第三个太阳能电池条 仅与直流转换器DC3连接。缺失的连接有可能是在安装时忘记了，还 可能是被暴风等损坏了。在这种情况下该测试运行如下功率转换器4与电网8连接。在断开所有直流转换器5的情况下 进行校准。DC1被接通，而DC2和DC3断开。在预定时间之后，系统得知DC1 与DC2并联连接。DC1和DC2被存储为是并联连接的。由于DC3是最后未被测试的直流转换器5，因此DC3不可能与任何 其它直流转换器5并联连接。然后DC3被作为单独的直流转换器驱动。 由于不存在未被测试的直流转换器5 了，测试结束。主机输入端所下降到的电压取决于功率源的特性，在本例的情况 下取决于太阳能电池条2的特性。此外电压测量技术的灵敏度、电压 测量的精确性以及类似的因素也起作用。如果例如采用由太阳能电池 条2驱动的3kW的转换器，则等于空载电压的80%的电压是合适的。为产生稳定状态，即为检验电压的发展相同还是不同而可以经历 的预定时间，取决于系统的瞬态特性。在上述3kW转换器的例子中例 如可以将45秒的周期视作对于稳定电压是足够的。如上所述，控制装置9通过导线段与直流转换器5连接。连接可 以是模拟的或数字的，作为总线系统或是无线的。传感器12的信号也可以相应地传输。控制装置9与直流转换器5不必是物理上分开的。控制装置9例 如可与转换器之一构造在一起，并由此借助以上所述的导线段对其它直流转换器5进行控制。在一优选实施方式中，控制装置9可以每次从另 一个直流转换器5 开始，即第一次测试用DC1、第二次测试用DC2、第三次测试用DC3, 第四次测试又用DC1。由此可以检查出错误。上述措施还在两个或多个直流转换器与其连接的直流电池3的电 池条2 —起作为主单元工作时发挥作用。在这种情况下控制装置确定， 负载以特定的方式分布在各直流转换器5上。这种情况下可以确定不 属于该主单元的直流转换器5的输入端是否与属于该主单元的某个直 流转换器5的输入端并联连接。还可以采用多个控制装置9,例如每个直流转换器5中一个。这样， 这些不同的控制装置9可以一起工作，以确定哪些直流转换器5应作 为主机，哪些应作为从机。该措施还可以在功率转换器4使用将功率从太阳能电池条2直接、 即在没有直流电压中间回路6的情况下馈入电网8的单元18时采用。该措施还可以在具有多个交流转换器7的系统中使用，例如如图 10所示。在此虚线19示出用于使交流转换器7在输入端并联连接的可 能的连接。以上所述的输入端在这种情况下是从中间回路6至交流转 换器的输入端。这种情况下控制装置9控制交流转换器7，即根据需要 接通或断开交流转换器7，以产生所要求的功率状态。在交流转换器7的输出端并联连接时也可以采用以上所描述的措 施。虚线20示出可能的连接。这种情况下在输出端产生功率，并测量 是否可以采集到在其它输出端上产生的电压。这种措施的优点在于当 输入功率过低时可以断开一个或多个输出级、即一个或多个交流转换 器7，以节省功率。如以上所述，降低电压以确定单元是否并联连接。当然也可以升 高电压。所述措施对于直流电压和交流电压都起作用。在交流电压的情况 下，确定有效值或者确定其它随着交变电压(如峰值电压)的频率緩 慢变化的值，必要时进行平均，或者确定经整流的电压的平均值等就足够了。
权利要求
1.一种用于确定至少两个分别具有同类连接布置的电装置的连接类型的方法，该连接布置与能源连接，其特征在于，通过对第一装置施加负载改变在第一装置的连接布置上的电压，并且将该电压的改变确定为第一电压改变；至少在第二装置的连接布置上确定第二电压改变；以及借助对这些电压改变的比较确定在这些装置的连接布置之间是否存在电连接。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，重复所述确定，并 且在随后的确定中采用另一装置作为所述第一装置。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为所述连接 布置采用输入端连接布置。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，作为 所述能源采用可更新能源。
5. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为所述连接布置采用输出端连接布置。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，当在 一次确定中确定了第一装置未与另一装置连接时，采用其它装置作为 第一装置并相对于剩下的装置来测试该其它装置。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，重复所述确定，并 且采用另一装置作为第一装置，直至采用过所有的装置又到曾作为第 一装置的装置为止。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，将多个具有同类特性且其连接布置相互连接的装置一起作为第一装置。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，对于交变电压确定一个特征值。
10. —种具有多个分别具有同类连接布置(11)的电装置(5)以 及一个控制装置(9)的系统，其特征在于，在每个连接布置(11)上 设置传感器(12),传感器(l2)与控制装置(9)连接，该控制装置(9)具有用于改变每个连接布置(11)上的电压的装置，用于将不同 连接布置(11 )上的电压相互进行比较的比较器，以及存储装置(17 ), 在该存储装置(17)中根据比较器的输出信号存储电装置(5)的连接布置(11)是否相互连接。
11. 根据权利要求IO所述的系统，其特征在于，所述电装置(5) 构成为直流转换器。
12. 根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述直流转换器 (5)的输出端连接布置并联连接。
13. 根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述输出端连接 布置与交流转换器(7)连接。
14. 根据权利要求IO所述的系统，其特征在于，所述电装置(5) 实施为交流转换器。
15. 根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述交流转换器 的输出端连接布置并联连接。
16. 根据权利要求10至15中任一项所述的系统，其特征在于， 所述连接布置(11)构成为输入端连接布置，该输入端连接布置分别 与一个可更新能源(2)连接。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定至少两个分别具有同类连接布置的电装置(5)的连接类型的方法。期望提高具有多个电装置(5)的系统在启动时以及在运行中的可靠性。为此改变在第一装置(5)的连接布置(11)上的电压，并且将该经过改变的电压确定为第一电压；至少在第二装置(5)的连接布置(11)上确定第二电压；以及借助对这些电压的比较确定在这些装置(5)的连接布置(11)之间是否存在电连接。
文档编号H02J1/10GK101253665SQ200680029789
公开日2008年8月27日 申请日期2006年6月15日 优先权日2005年6月17日
发明者C·多罗夫特, T·K·索恩格伦, U·博鲁普 申请人:鲍尔林克斯公司