专利名称：电力控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力控制装置，该电力控制装置用于控制例如在家庭中安装的电力累积装置进行的存储和供给。
背景技术：
近年来，存在对于降低工厂和办公室(建筑)中以及家庭中的能源消耗的要求。根据关于能源消耗的统计数据，所有的家庭能源消耗与总能源消耗的比率相对较高，而且降低家庭中的能源消耗已经是个问题。用于管理家中的能源消耗的技术被称为HEMS(家庭能源管理系统)。传统的HEMS用于提供能源节省措施，例如，如空调等电器的开-关控制以及电力消耗的日志收集等。同时，应用可再生能源替代陈旧的燃料来产生电力正在进入实际使用，并且该趋·势似乎将来将更强烈。正在研发的利用可再生能源产生电力的示例包括生物质发电以及风力发电。实际上，在房顶、墙壁等上安装太阳能板以在家庭中进行光伏发电正在广泛展开。如专利文献I中所揭示的，太阳能板通常连接到包括DC-DC变换器和DC-AC逆变器的电力调节器中。引用列表专利文献专利文献I :日本专利申请特许公开No. 2008-141949
发明内容
本发明要解决的问题可以考虑将由光伏发电产生的电力保存在在每个家庭中安装的蓄电池中并且对家中的负载提供电力。当太阳能板和蓄电池都连接到家庭电力网时，与连接到太阳能板的电力调节器具有相同配置的电力调节器也连接到蓄电池的输出。用于太阳能板的DC-DC变换器具有MPPT (最大电力点跟踪最大电力点跟踪控制的功能，最大电力点跟踪控制是对于跟踪太阳能板的输出电力的峰值点进行的控制)功能以使输出阻抗适应在任意给定时刻在输入光的情况下太阳能板的阻抗。此外，在来自DC-AC逆变器的DC输入和AC输出之间存在某个数量的延迟。这些特性对于连接到电力存储装置的电力调节器不是优选的。因此本申请的目的是提供一种电力控制装置，该电力控制装置能够解决当与连接到太阳能板的电力调节器等同的电力调节器连接到电力存储装置时出现的问题。解决问题的方案根据本公开的装置是一种电力控制装置，包括直流电力存储装置；连接到所述存储装置的第一电力调节器；直流电力发电装置；
连接到所述发电装置的第二电力调节器；以及交流电力系统，来自所述第一电力调节器的交流电力被提供到所述交流电力系统，并且来自所述第二电力调节器的交流电力被提供到所述交流电力系统，其中，所述第一电力调节器包括DC-DC变换器和DC-AC逆变器，所述DC-DC变换器产生第一输出和第二输出，所述第一输出使所述DC-AC逆变器进入待机状态,并且所述第二输出使所述DC-AC逆变器向交流电力系统输出交流电力。发明效果根据至少一个实施例，能够防止在输出产生之前的延迟，并且避免当具有与连接到太阳能板的电力调节器相同配置的电力调节器连接到电力存储装置时的不稳定的操作。
图I是说明根据本发明的电力控制系统的实施例的电力系统的框图。图2是说明根据本发明的电力控制系统的实施例的通信系统的框图。图3是用于概念性解释根据本发明的实施例的电力系统的框图。图4是根据本发明的实施例在显示器上显示的示意图。图5是用于解释连接到太阳能板和电力存储装置的电力调节器的框图。图6是用于解释用于控制存储装置的充电和放电处理的状态转变图。
具体实施例方式下面将描述本发明的实施例。将以下面的顺序进行描述。〈I.实施例 >〈2 变形例〉注意，下面要描述的实施例是本发明的特定优选示例，并且以各种技术优选的方式限制了实施例，但是本发明的范围不限于这些实施例，除非存在特别表示本发明被限制的陈述。〈I.实施例 >“电力控制系统的示例”将参考图I描述用于例如家庭等分开的区域的电力控制系统的示例。图I说明电力供给路径，图2说明用于信息数据、控制信号等的传送路径。此外，图3用于说明家庭电力网的概念。直流(DC)和交流(AC)作为电力的类型而呈现。例如，220V (60Hz)的交流电力在家庭电力网中流动。经由供电网络I并通过家庭电表2将电厂产生的电力带到家庭。电厂是热电厂、核电厂等。经由供电网络I提供给家庭的电力的C02排放根据电力产生方法而改变。此外，业主购买从电力提供公司提供的电力的购买率根据一天中的时间区段而改变。例如，在夜间当电力需求低时的购买率低于白天的购买率。如图2所示，电表2经由例如无线LAN (局域网)连接到家庭电力网的网关4。经由无线LAN连接的装置通过相互认证而被验证。此外，通过无线LAN传送的数据被加密以确保其安全性。图2中的实线中的路径代表通过有线LAN的通信路径，虚线中的路径代表通过无线LAN的路径。
电表2以预定时间间隔准确测量经由供电网络I向家庭提供的电力，并借助通信单元通过无线LAN将测量值传送到家庭电力网的网关。在该情况下，测量时间也被传送作为伴随测量值的时间戳。时间是电力网络公共的时间信息。例如，在电力网络中提供参考时间源。通过电表2带到家庭的商业电源被提供到插线板3。插线板3是具有多个用于提供交流电力的电源插头。交流电力通过插线板3被提供给网关4和电器监视器5。交流电力通过电器监视器5被提供给例如电视机6、灯饰7及电吹风8等家用电器。注意，这些电器仅是示例性的，更多种类的电器可实际用于家庭。电器监视器5以预定时间间隔(例如，以一秒的间隔)测量连接到其上的各个电器的电力消耗。经由无线通信将测量到的各个电器的电力消耗信息以及表示测量时间的时间戳从电器监视器5传送到网关4。 将通过由太阳能电池构成的太阳能板9产生的直流电力提供给太阳能模块10。通过太阳能模块10产生与家庭中的交流电力同步的交流电力。在插线板3上，来自电表2的交流电和来自太阳能模块10的交流电被累加并用作家庭中的电力。发电装置不限于太阳能板9，而是使用可再生能源产生电力的风力发电装置等都可以用作发电装置。太阳能模块10经由无线LAN连接到网关4。太阳能模块10测量由太阳能板9产生的直流电力。通过将该直流电力进行变换而获得交流电力并且该交流电力被提供到电力网的交流电力。经由无线通信将测量值和表示该测量值的时间戳从太阳能模块10传送到网关4。例如包括三个电池12a、12b及12c的电力存储装置11被提供作为家庭电力累积装置。电池12a到12c例如是锂离子电池。双电层可用作电力存储装置11。为了控制例如电力存储装置11的电池12a、12b及12c的充电和放电等操作并且将在电力存储装置11中保存的直流电力变换为交流电力，提供电池中心13。电力存储装置11和电池中心13经由有线接口连接。例如，可以使用SPI (串联外围接口)。来自电池中心13的交流电力被提供到插线板3。电池中心13具有多个插座作为物理连接器。电池12a、12b及12c插入到各个插座以及从各个插座移除。不同类型的电池可以用作电池12a、12b及12c。例如，可以使用锂离子电池、电容器、燃料电池和微型发电装置。各个电池可以通过安全的电池标识符(电池ID)被唯一地识别。甚至不同类型的电池都可以被插入到标准化的插座中。插座确保物理连接并且还确保电池12a、12b及12c和电池中心13之间的接口。电池中心13控制电池12a、12b及12c的状态并且监视它们的安全性和可靠性。电池中心13经由无线LAN与网关4连接。网关4接收来自电池中心13的信息以及将与电池12a、12b及12c有关的控制信号传送到电池中心13。如图3所示，网关4经由ADSL (不对称数字用户线)15连接到互联网上的电池概况(battery profile)服务器17。网关4可以通过从服务器17接收与电池ID相关联的存储信息来安全地并且适当地对电池进行充电。此外，将关于电池的使用结果(充电数量、故障等)的信息从网关4传送到服务器17，从而以最新的信息更新服务器17的数据库中的存
储信息。如图3所示，各个电池可以从电池中心13移除，并且在被移除之后用于其它用途。具体地，电池可以用作例如电助动车18或电动工具19等电气工具的电源。由于电池除了用作家庭存储电池之外还可以用作电源并且控制和充电装置对于多种类型的电池是公共的，因此可以在不降低安全性的情况下提供低成本的家庭存储电池。显示器14经由无线LAN连接到网关4，并且显示信息从网关4传送到显示器14。显示器14在家中对用户显示如在下列示例中的信息或它们的部分状态-从供电网络I向家庭提供的电力；-从太阳能板9提供的电力；-流向电池中心13的净电力；
-电池中心13中的电池的状态；-家用电器消耗的电力；-在所使用的能源中绿色电力和非绿色电力的比率；-所消耗的电力的实时碳浓度；以及-由家庭电力网消耗的电力的碳足迹(例如，显示在一个月中通过积累温室气体排放(碳浓度)而获得的值作为碳足迹，从而使碳排放可视化)。由显示器14显示的上述信息也可以由互联网16上的移动显示器20来显示。移动显示器20是移动电话、便携式个人计算机等。此外，可以通过使用这些便携式终端将用于控制电力网的控制信号传送到家庭网关4。“伴随着测量数据的时间戳”通过由网关4对从电表2、电器监视器5、太阳能模块10及电池中心13经由无线LAN传送的测量值(以及时间戳)进行处理来产生要在显示器14上显示的信息。在网关4中，使用时间戳对电力消耗互相同步。此外，计算沿着时间方向的电力消耗的积累值。使用满足预定规格的电力测量装置以确保准确性。此外，电力的准确测量是向住户通知数字数据的功能的基础，该数字数据是通过对在家庭中消耗的能源准确调节并将其变换成二氧化碳排放而获得的。监视在家庭中能源的使用的典型示例是在显示器上显示在某时间段(小时)中积累的总的能源消耗。由于测量值是随同有代表测量时间的时间戳的数据，因此当假设获取了两个测量值时的瞬时电力P可以通过用时间T1和T2之间的差来除以两个能源的测量值E1和E2之间的差来获得。P=(E2-E1VCT2-T1)作为获得数据的积累值的结果，即使由于电力故障而出现装置故障，也可以确保信息。通过用于处理作为功率的数据的系统，包括某时间段(在该时间段期间可能不执行测量)的积累导致下面的估计即使因为仅一条数据丢失，总的能源消耗的转换和调节也因此不准确。通过基于与代表测量时间的时间戳联系的信息的系统，可以从故障恢复并重建转换的准确性。“从外面对电力控制系统进行的控制”此外，可以通过网络上的移动终端经由互相联网16和网关4从外面对电力存储装置11进行远程控制。使用该优点的应用的简单示例是住户从外面操作电力累积装置以根据住户的行为灵活地改变系统的操作。在住户已经出门并且期待当他/她回家时电力消耗比平常更高的情况下，他/她可以从他/她的房屋外面对电力存储装置11发出指令以提前保存能源。此外，例如，在住户在休假等期间离开他/她的房屋的情况下，可以签署长期合同以将电力存储的控制委托给公用事业公司(电力公司)。“基于所使用的能源的碳浓度对电力存储装置进行控制”可以通过访问互联网16上的服务器(具体地，API (应用程序接口))、将关于家庭中电力消耗等信息传送到API并在API中计算碳浓度来获得碳浓度。API的示例是AMEE(避免大规模灭绝引擎(Avoiding Mass Extinctions Engine))21。AMEE 21收集整个世界的能源数据，并保存在较长时间段中收集的各种形式的能源消耗数据。网关4可以根据由AMEE21定义的概况(profile)来获得关于自己家庭的C02排放的信息。网关4可以基于由自身或由API计算出的碳浓度来控制何时将能源保存作为电力 存储装置11中的电力并且何时从电力存储装置11提供能源。此外，网关4可以控制存储和提供的比例。将描述用于基于碳浓度进行控制的规则的示例。该规则是使电力消耗的总的碳浓度最小化的算法。上述电力控制系统被配置成仅当所提供的能源的碳浓度低于某个阈值时才在电力存储装置11中保存电力。当碳浓度高时，从电力存储装置11提供电力。该种电力控制系统可以允许住户以较低的碳排放来消耗能源。在电力控制系统中，基于由在各个家庭中安装的发电装置(太阳能板9)产生的能源以及从外部(电力公司)提供的能源，获得要使用的能源的碳浓度作为净碳浓度。碳浓度根据能量是怎样产生的而发生改变。具有较低碳浓度的能源优选为要在电力存储装置11中保存的能源。不仅可以从电力公司获得，而且可以从例如上述AMEE中获得关于从电力公司提供的能源的碳浓度的信息。对于在电力控制系统中存储电力，需要两种类型的成本。第一种成本是所保存的电力自身的成本。第二种成本是由用于电力存储的电池的寿命(退化)造成的成本。另外，为了确定关于充电的时序和频率的规则，应该考虑电力和电池更换两种成本。根据该电力控制系统，还可以补偿由于快速再充电而引起的电池的退化造成的额外成本，该快速再充电是通过当碳浓度低时快速保存能源而进行的充电。“基于购买率对电力存储装置进行的控制”在对电力存储装置11进行的控制中，考虑电源的购买价格。能源(电力)的购买价格根据一天中的时间区段、季节等而改变。电力控制系统计算机家庭中的电力存储和由电力公司提供的能源的购买价格。通过电力公司并且根据电力市场的现货价格改变购买价格以调节电力的供求平衡。消费者可以从电力公司获得购买价格的信息。电力控制系统定义用于控制何时将能源保存为电力并且何时提供能源的规则。此外，电力控制系统可以控制存储和提供的比例。电力控制系统被配置成仅当所提供的能源对于消费者的购买价格低于某个阈值时保存电力。该种电力控制系统对于住户使家庭的能源消耗的成本最小化是有用的。考虑用于存储的成本(即，电力自身和电池寿命的成本两者)来确定用于确定何时将能源保存为电力并且要使用什么充电率的规则。根据该电力控制系统，还可以补偿由于当用于消费者的购买价格低时通过快速保存能源而进行的快速再充电而引起的电池的退化造成的额外成本。
“由显示器进行的显示的示例”将参考附图4描述由显示器14进行的显示的示例。通过彩色显示器执行由显示器14进行的显示。基本上在显示区域的中心显示房屋的标志。房屋的标志被分为两部分，在该图中的左半部分上呈现从供电网络I向家庭提供的电力的数量的显示31A。由于该电力通常是非绿色电力(具有相对高的碳浓度的电力)，因此以红色呈现。然而，如果在从供电网络I提供的电力中存在绿色电力(具有相对低的碳浓度的电力)，则如通过虚线所示来呈现绿色电力的数量。这些显示31A、31B和32是实时改变的直观显示。在该图的右半部分上呈现对应于由太阳能板9 (通过图4中的图标33代表)产生的绿色电力的数量的显示32。此外，显示分别对应于例如电力存储装置11的三个电池并且表示它们的存储数量的图标34a、34b及34c。另外，提供用于家用电器的区域35，并且在区域35中显示在运转的各个电器的图标及其当前电力消耗。当前总的电力消耗的显示36被呈现。此外，显示指示器37。由指示器37的指针标志表示的位置代表当前提供给家庭的·电力量的绿色度(清洁度)。在指示器37的左端上的图标38A是绿色度最佳的位置，在右端上的图标38B是绿色度最差的位置。因此当指针标志达到左边时绿色度较好，当指针标志达到右边时绿色度较差。在显示区域的下方呈现碳足迹的显示39。碳足迹是通过将家庭在预定时间段(例如一个月)中消耗的总的电力转换为C02排放而获得的值。如上所述，当获得C02排放时，根据电力的产生方法考虑电力的碳浓度来获得碳足迹。在显不区域的最下面的区域中呈现我的记分卡(my-score-card)的显不40。在我的记分卡的显示40中显示的记分是用于用户(房屋主人)利益的重要值。例如，该记分是由政府提供的环境补助金的基础。或者，可以在C02排放的交易市场中将该记分进行交易。“关于绿色度计量(gauge ) ”如上所述，显示器14显示在家庭中消耗的电力的总的碳浓度。以计量的形式呈现总的碳浓度。用于获得该计量的变量的计算可以不仅考虑从外部(电力公司)提供的能源，而且考虑由在各个家庭中安装的太阳能电池或CHP (混合热力和能量的)设备产生的能源。例如，通过下面的等式来计算该计量。E代表能源数量，并且C代表碳成本。G= E E (supply), E (solar), E (CHP), E (battery) /EC (supply), C (CHP), C (batter
y)在该计算中，假设从太阳能电池获得的电力的“碳成本”是零或者从太阳能电池获得的电力的“碳成本”发生在其安装过程中。从电池提供的电力的“碳成本”可以被当作用于充电的电力的“碳成本”的积累、每次使用电池的特定“碳成本”和/或每次使用电池的特定“碳成本”与全部“碳成本”的比率。此外，计量可以包括关于总的电力消耗的信息。以该方式，计量可以是表示在家庭中使用的碳是否有效率的指示器。如下表示另一计量的计算公式。G= E E (supply), E (solar), E (CHP), E (battery) /EE (supply), E (solar), E (CHP),E (battery) +EC (supply), C (CHP), C (battery)上述显示器14的显示允许住户在家中立即知道从外部(电厂)提供的能源和在各个家庭中产生的能源之间的平衡。
“电力调节器”将参考图5描述分别对于太阳能模块10和电池中心13提供的第一和第二电力调节器。图5说明电池中心13的部分配置。由太阳能板产生的直流电力被提供到DC-DC变换器51并输出作为预定的直流电压。将DC-DC变换器51的输出电压提供到DC-AC逆变器52。DC-AC逆变器52具有例如GTI (并网逆变器)的配置，并且在输出端输出与来自供电网络的交流电力同步的交流电力。由于由太阳能板产生的电力的数量根据天气、时间区段等而改变，因此DC-DC变换器51用于当太阳能板的输出电压被提供到DC-AC逆变器52时稳定DC-AC逆变器52的输入电压。此外，DC-DC变换器51被配置为使输出阻抗适应在任意给定时刻在输入光的情况下太阳能板的阻抗。该种跟踪太阳能板9上的峰值负载的特性已知作为MPPT(最大电力 点跟踪最大电力点跟踪控制的功能，最大电力点跟踪控制是用于跟踪太阳能板的输出电力的峰值点的控制)。此外，在假设在传送电力之前AC线路接收到来自另一电源的电力的情况下，必需DC-DC变换器51和具有GTI配置的DC-AC逆变器52。这是出于确保工作于有线网络的工程师的安全的原因。由于该特性，在DC-AC逆变器52的DC输入和DC-AC逆变器52的AC输出之间存在某个数量的延迟。通过电池中心13的整流电路53将来自电表2的交流电力变换为直流电力。来自太阳能模块10的DC-DC变换器51的直流电力和/或来自电池中心13的整流电路53的直流电力被提供到充电器54。通过充电器54对电力存储装置11的电池进行充电。电力存储装置11在产生直流电力时与太阳能板相同，并且电力调节器还连接到电力存储装置11的输出。具体地，通过电力存储装置11产生的直流电力被提供到DC-DC变换器55。预定的来自DC-DC变换器55的直流电力被提供到DC-AC逆变器56。由DC-AC逆变器56输出的交流电力被提供到家庭中的交流电力系统。DC-AC逆变器56具有GTI的配置。如上所述，在电池可以插入到电池中心13中并且可以从电池中心13移除的配置中，在对电池进行充电和放电之前,在电池中心13和电池之间进行验证，并且仅当验证成功时才执行充电和放电。在验证中使用电池的ID。为了控制电池中心13的用于该种验证、充电操作和放电操作的各个部件，在电池中心13中提供控制器57和无线通信单元(未示出)。控制器57由微型计算机构成。上述DC-DC变换器55和DC-AC逆变器56构成第一电力调节器，太阳能模块10的DC-DC变换器51和DC-AC逆变器52构成第二电力调节器。出于控制的一致性和可靠性的原因，使用具有相同配置的电路块来构成这些电力调节器。将参考图6描述由控制器57执行的关于充电/放电的控制的示例。图6说明充电、关闭和供给(分配)的三个状态。从“关闭”到“充电”的转变SI的条件(太阳能板输出> 150W)并且(充电状态〈90%)从“充电”到“关闭”的转变S2的条件(太阳能板输出〈150W)并且(充电状态彡 90%)从“关闭”到“供给”的转变S3的条件(电器上的负载> 50W)并且(充电状态彡25%)或(太阳能板输出彡150W)并且(充电状态〈90%)从“供给”到“关闭”的转变S4的条件(电器上的负载〈50W)并且(充电状态〈25%)上述充电/放电的控制是对于仅通过太阳能板输出向电力存储装置11充电进行控制的示例，并且当可以根据上述整流电路53的输出来对电力存储装置11进行充电时其它控制方法也是可以的。此外，用于确定的阈值仅是示例性地，并且可以被设置为各种值。如上所述，通过DC-DC变换器51和DC-AC逆变器52，在DC-AC逆变器52的DC输入和AC输出之间存在某个数量的延迟。然而，期望电力存储装置11的输出电压能够响应于请求立即提供电力。
为了满足该请求，DC-DC变换器55被配置成具有两个输出电压。第一输出电压是待机电压。待机电压小于DC-AC逆变器56借以开始向外部提供电力的阈值电压，但是待机电压是足以使DC-AC逆变器56操作的电压。第二电压是DC-AC逆变器56开始向外部提供电力的电压。DC-DC变换器55输出使DC-AC逆变器56处于待机的第一电压，从而DC-AC逆变器56可以立即进入供给模式。如上所述DC-DC变换器51具有最大电力点跟踪的功能。类似地，被输入了电力存储装置11的输出电压的DC-DC变换器55也具有最大电力点跟踪的功能。电力存储装置11具有与太阳能板的输出特性不同的输出特性。因此，当连接到电力存储装置11的DC-DC变换器55具有最大电力点跟踪的功能时，系统(向AC线路的电力供给)变得不稳定。因此配置DC-DC变换器55从而其输出阻抗随着太阳能板的负载曲线动态改变。在包括多个DC-DC变换器和用于多个电池的一个DC-AC逆变器(GTI)的系统中，负载曲线的仿真意味着DC-DC变换器的多个输出简单地并行连接。<2.变形例 >虽然已经具体描述了本发明的实施例，但是本发明不限于上述实施例。可以基于本发明的技术思想进行各种修改。例如，电力控制器系统不仅可以应用于家庭而且可以应用于分开的区域。附图标记列表
权利要求
1.一种电力控制装置，包括 直流电力存储装置； 连接到所述存储装置的第一电力调节器； 直流电力发电装置； 连接到所述发电装置的第二电力调节器；以及 交流电力系统，来自所述第一电力调节器的交流电力被提供到所述交流电力系统，并且来自所述第二电力调节器的交流电力被提供到所述交流电力系统，其中， 所述第一电力调节器包括DC-DC变换器和DC-AC逆变器，所述DC-DC变换器产生第一输出和第二输出，所述第一输出使所述DC-AC逆变器进入待机状态，并且所述第二输出使所述DC-AC逆变器向交流电力系统输出交流电力。
2.根据权利要求I所述的电力控制装置，其中，所述第一电力调节器和所述第二电力调节器的所述DC-DC变换器具有最大电力点跟踪控制的功能。
3.根据权利要求I或2所述的电力控制装置，其中，通过所述发电装置产生的直流电力将直流电力保存在所述存储装置中。
4.根据权利要求1、2或3所述的电力控制装置，其中，所述第一电力调节器和所述第二电力调节器向所述交流电力系统提供互相同步的交流电力。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的电力控制装置，其中，所述发电装置是光伏电力发电>J-U装直。
全文摘要
本发明涉及一种电力控制装置。其是为了解决当与连接到太阳能板的电力调节器等同的电力调节器连接到电力存储装置时出现的问题。由太阳能板9产生的直流电力被提供到DC-DC变换器51并且作为预定的直流电压输出。变换器51的输出电压被提供到DC-AC逆变器52。由电力存储装置11产生的直流电力被提供到DC-DC变换器55。来自变换器55的预定的直流电力被提供到DC-AC逆变器56。由逆变器56输出的交流电力被提供到家庭中的交流电力系统。变换器55被配置成具有两个输出电压。第一输出电压是待机电压。第二电压是使逆变器56开始向外部提供电力的电压。
文档编号H02M3/00GK102971950SQ201180032949
公开日2013年3月13日 申请日期2011年6月29日 优先权日2010年7月9日
发明者洼田英一, 安东尼奥·阿维塔比莱, 科斯坦蒂诺·马里耶拉, 克里斯托弗·卢瑟福, 爱德华·科尔比, 尼古拉斯·贝雷, 亚历山大·尼尔, 哈舒尔·梅赫塔 申请人:索尼公司