专利名称:具有受管理输出的光伏系统的制作方法
技术领域：
本发明的实施例属于可再生能源领域，特别是具有受管理的输出的光伏系统以及用于对光伏系统的输出改变进行管理的方法。
背景技术：
光伏部署的通常类型包括离网和并网系统。离网系统通常较小(例如最多数十千瓦)，并且与例如深循环铅酸电池之类的能量存储系统或者在某些情况下与燃料发电机组紧密绑定。在一种离网构造中，存储在电池中的能量用作能量产生和需求之间的缓冲。这样，太阳能资源中的短期改变不再成为问题。相反，并网系统可能相当大，是高达数百兆瓦的系统。迄今，并网系统的尺寸选定(sizing)依据是使得现有的处理负载变化的方法(例如由电网上的发电机提供辅助服务)足够确保电网的稳定性。·[0003]然而，随着光伏系统技术的进步，更大的系统正被提出并用于实际安装使用。这种更大的系统会在至少两个终端市场中对于电力管理提出挑战，例如岛内电网或微电网系统，或者集成在较大电网中的非常大的光伏发电站。在任一,清况下，都存在对于最大容许斜坡率(“向上”及“向下”)的允许限制，以保持电网稳定。通常，所提出的管理可再生资源变化的方法是增加能量存储器件。不过，仍缺乏与数百千瓦级甚至更高水平的设备兼容的可靠的、经过商业证实的、并且效能成本合算的存储单元。
图I例示了根据本发明实施例的具有受管理输出的光伏系统的框图。
图2例示了表示根据本发明实施例的用于对光伏系统的输出改变进行管理的方法中的操作的流程图。
图3例示了根据本发明实施例的构造为执行用于对光伏系统的输出改变进行管理的方法的计算机系统的示例框图。
具体实施方式
本文描述了具有受管理输出的光伏系统以及用于管理光伏系统的输出改变的方法。在下文的说明中给出了各种具体细节(如电力输出的具体形式)以便提供对本发明的透彻理解。对本领域技术人员来说，显然可以脱离这些具体细节来实现本发明的实施例。在其它情况下，对于诸如日照数据采集等公知数据采集技术不作详细说明，以便不会不必要地模糊本发明的实施例。此外应当理解，附图中示出的各种实施例为示例性说明，并且不必按比例绘制。
本文公开了具有受管理输出的光伏系统。在一个实施例中，系统包括构造为接收太阳能并将太阳能转换成直流电的光伏模块。该系统还包括传感器，该传感器构造为对要被光伏模块接收的太阳能中的未来变化进行检测。该传感器包括多个分布式光伏系统的组合或者一对模块，每个模块位于与光伏模块相距唯一的距离处。该系统还包括电力调节单元，其与光伏模块和传感器耦接，该电力调节单元构造为对来自光伏模块的直流电进行调节，并基于太阳能的未来变化调整从电力调节单元输出的电力。
本文还公开了用于对光伏系统的输出改变进行管理的方法。在一个实施例中，该方法包括对要被光伏模块接收的太阳能中的未来变化进行检测。通过如下传感器来执行该检测，该传感器包括多个分布式光伏系统的组合或者一对模块，每个模块位于与光伏模块相距唯一的距离处。该方法还包括基于太阳能的未来变化从光伏系统输出电力。
具有受管理输出的光伏系统能够降低这种光伏系统中不同情况下的固有改变，特别是当集成到岛内电网或微电网时。根据本发明的一个实施例，具有受管理输出的光伏系统控制太阳能生成斜坡率并确保电网的稳定性。在一个实施例中，使用具有受管理输出的光伏系统来降低达到了对电网运行构成影响的渗透(penetration)尺寸或水平的系统的改变。光伏发电站可以生成直流电，其可以转换成电网上使用的交流电。根据本发明的一个实施例，逆变器或电力调节系统提供了在发电站实际产生的电力的限制之内控制光伏发电站的输出的能力。也即，逆变器或电力调节系统能够以如下方式控制光伏发电站，其中将比发电站在给定时间内实际所能产生的能量少的能量送至电网。
通过电力调节系统可以容易地实现斜坡升高控制。因此在一个实施例中，通过具有受管理输出的光伏系统可以应对光伏能量产生突然增大的情况(例如部分多云的条件下太阳从云层后露出时)。可以通过变更最大功率点跟踪(MPPT)算法来实现管理，该管理一般可以进行优化以使得光伏系统的能量收集最大化。在一个实施例中，对MPPT算法进行修改以在适当的时间段产生较少的电力。这种方式可以利用快速精确的控制来暂时降低光伏系统模块的效率。另外，在一个实施例中，使用光伏系统逆变器通过提供或吸收无功功率来增强电网稳定性。
控制光伏系统或发电站输出的方法包括驱动光伏跟踪系统以使得跟踪系统不指向太阳，但这种方式从速度、精度和控制级别的角度来看不够理想。尽管具有潜在的效果，但这种控制方法不直接解决光伏发电站的输出快速下降(例如当太阳被快速移动的云层遮蔽)的情况。与此相反，在一个实施例中，通过管理光伏发电站输出而减小或消除了对于能量存储的需求。例如，根据本发明的一个实施例，提前几分钟对云层覆盖的范围和速度进行预测。在对太阳辐射的强度上的相应变化进行预测时，一旦云层覆盖对光伏发电站的产出的影响处于最大点，就可以以可控的方式(例如关于斜坡率限制)将光伏发电站输出降低至期望的水平。
在一个实施例中，对光伏系统的输出改变进行管理的方法包括当云层接近时使用电力调节系统偏移(skew) MPPT算法以降低电力输出，然后当云层经过天顶时将MPPT偏移回最大电力点以平衡下降的日照，从而有效地维持光伏发电站的稳定输出。一旦日照恢复，则如上文所述控制发电站输出，以确保在斜坡升高期间符合斜坡率限制。控制电力输出水平和无功功率的能力能够显著提高光伏系统作为可配发(dispatchable)资源的价值。这种控制不仅可以缓和太阳能资源改变的影响，还可以更一般地用作管理电网稳定性的资源，例如在传统发电站停机、线路故障和其它问题的事件中。在一个实施例中，将基于传感器网络或来自光伏发电站自身的数据进行的短期预测与有源逆变器控制相结合以满足斜坡率限制而无需能量存储器。在一个实施例中，使用来自分布式系统的数据来进行预测和控制高渗透控制区域内的集中式系统或多系统的输出。[0014]在本发明的一个方面，描述了具有受管理输出的光伏系统。图I例示了根据本发明一个实施例的具有受管理输出的光伏系 统的框图。
参照图I，光伏系统100具有受管理的输出。光伏系统100包括构造为接收太阳能并将太阳能转换成直流电的光伏模块102。光伏系统100还包括传感器104，该传感器104构造为对要被光伏模块102接收的太阳能中的未来变化进行检测。光伏系统100还包括电力调节单元108，其与光伏模块102和传感器104耦接。
根据本发明的实施例，传感器104包括分布式光伏系统110的组合或者一对模块112，或者既包括分布式光伏系统的组合也包括一对模块，每个模块位于与光伏模块102相距唯一的距离(L和L’)的位置处。在一个实施例中，传感器104是分布式光伏系统110的组合。在一个具体实施例中，所述分布式光伏系统110的组合包括预定地理区域内的相邻的民用或商用光伏系统或者既有民用光伏系统又有商用光伏系统。在一个实施例中，传感器104是一对模块112。在一个具体实施例中，该一对模块112构造为提供由一对模块112检测的能量之差。例如，将在一个模块处检测的太阳辐射从另一模块处检测的太阳辐射中减去得到差值，其与距离和相对方位(bearing)(例如L与L’)相关。在一个特定实施例中，传感器104还包括一个或多个另外的模块113，每个模块位于与光伏模块102相距唯一距离的位置处。
传感器104还可以包括或者关联于另外的传感系统，以更好地捕获输入至光伏模块102中的能量的实时变化。例如，在一个实施例中，传感器104还包括布置在光伏系统100周边上或者散置于光伏系统100周围的光照传感器模块114的网络。在另一实施例中，传感器104还包括静止相机或者静止与视频摄像机116的组合的网络。在一个实施例中，光伏系统100还包括与传感器104耦接的次级传感器118，次级传感器118由例如(但不限于)风速计、风向标、卫星数据源、或温度传感器的传感器构成。在另一实施例中，光伏系统100还包括神经网络120，其构造为计算由传感器104检测的太阳能的未来变化的值。
根据本发明的实施例，电力调节单元108构造为对来自光伏模块102的直流电进行调节，并基于太阳能的未来变化调整从电力调节单元输出的电力。例如，在一个实施例中，电力调节单元108是逆变器，该逆变器构造为将来自光伏模块102的直流电转换成交流电。在该实施例中，该逆变器还构造为基于太阳能的未来变化调整从逆变器输出的交流电。在一个替代实施例中，电力调节单元108调节来自光伏模块102的直流电，然后基于太阳能的未来变化输出调节后的直流电。
在本发明的另一方面，提供了用于管理光伏系统的输出改变的方法。图2例示了表示根据本发明的实施例的用于对光伏系统的输出改变进行管理的方法中的操作的流程图 200。
参照流程图200的操作202，用于对光伏系统的输出改变进行管理的方法包括检测要通过光伏模块接收的太阳能的未来变化。根据本发明的实施例，通过如下传感器来执行该检测，该传感器包括分布式光伏系统的组合或者一对模块，或者既包括分布式光伏系统的组合也包括一对模块，每个模块位于与光伏模块相距唯一的距离处。
在一个实施例中，检测要通过光伏模块接收的太阳能的未来变化包括通过分布式光伏系统的组合进行检测。在一个具体示例中，分布式光伏系统的组合包括预定地理区域内的相邻的民用或商用光伏系统或者既有民用光伏系统又有商用光伏系统。在一个实施例中，检测要通过光伏模块接收的太阳能的未来变化包括通过一对模块进行检测。在一个具体实施例中，该一对模块构造为提供由这对模块检测的能量之差。例如，将在一个模块处检测的太阳辐射从在另一模块处检测的太阳辐射中减去得到差值，其与距离和相对方位(bearing)相关。在一个特定实施例中，传感器还包括一个或多个另外的模块，其中每个模块位于与光伏模块相距唯一距离的位置处。
传感器还可以包括或者关联于另外的传感系统，以更好地捕获输入至光伏模块中的能量的实时变化。例如，在一个实施例中，传感器还包括布置在光伏系统周边上或者散置于光伏系统周围的光照传感器模块的网络。在另一实施例中，传感器还包括静止相机或者静止与视频摄像机的组合的网络。在一个实施例中，检测要通过光伏模块接收的太阳能的未来变化还包括通过与该传感器耦接的次级传感器进行检测。该次级传感器由例如(但不限于)风速计、风向标、卫星数据源、或温度传感器的传感器构成。在另一实施例中，检测要通过光伏模块接收的太阳能的未来变化还包括通过神经网络计算太阳能的未来变化的值。
参照流程图200的操作204，管理光伏系统的输出改变的方法还包括基于太阳能的未来变化从光伏系统输出电力。根据本发明的实施例，电力调节单元构造为对来自光伏·模块的直流电进行调节，并基于太阳能的未来变化调整从电力调节单元输出的电力。例如，在一个实施例中，电力调节单元是逆变器，该逆变器构造为将来自光伏模块的直流电转换成交流电。在该实施例中，该逆变器还构造为基于太阳能的未来变化调整从逆变器输出的交流电。在一个替代实施例中，电力调节单元调节来自光伏模块的直流电，然后基于太阳能的未来变化输出调节后的直流电。
在一个实施例中，本发明提供为计算机程序产品或软件产品，其包括其上存储有指令的机器可读介质，这些指令用于对计算机系统(或其它电子设备)编程以执行根据本发明的实施例的处理或方法。机器可读的介质可以包括用于以机器(例如计算机)可读的形式存储或传送信息的任意机制。例如，在一个实施例中，机器可读(例如计算机可读)的介质包括机器(例如计算机)可读的存储介质(例如只读存储器(“ROM”)、随机访问存储器(“RAM”)、磁盘存储介质或光存储介质、闪存设备等)。
图3例示了以计算机系统300的形式出现的机器的图示，在该计算机系统300中运行一组指令以使得机器执行本文所讨论的任意一种方法。例如，根据本发明的实施例，图3例示了一种计算机系统示例的框图，该计算机系统构造为执行用于对光伏系统的输出改变进行管理的方法。在替代实施例中，将该机器连接(例如通过网络连接)至局域网(LAN)、内部网、外部网或互联网中的其它机器。在一个实施例中，机器在客户机-服务器网络环境中以服务器或客户机的功能进行操作，或者在点对点(或分布式)网络环境中作为节点机器进行操作。在一个实施例中，该机器是个人计算机(PO、手写板PC、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、环球网设备、服务器、网络路由器、交换机或桥、或任何能够(顺序或以其它方式)执行一组对由机器采取的动作进行指定的指令的机器。此外，尽管只示出了单个机器，但术语“机器”应当理解为包括任何单独或结合起来执行一组(或多组)指令以执行本文所讨论的一种或多种方法的机器(例如计算机或处理器)的集合。
计算机系统300的示例包括处理器302、主存储器304 (例如只读存储器(ROM)、闪存、诸如同步DRAM (SDRAM)或Rambus DRAM (RDRAM))等的动态随机访问存储器(DRAM)、静态存储器306 (例如闪存、静态随机访问存储器(SRAM)等)、和次级存储器318 (例如数据存储装置)，它们通过总线330彼此通信。
处理器302代表一个或多个诸如微处理器、中央处理单元等的通用处理装置。更具体来说，在一个实施例中，处理器302是复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、特长指令字(VLIW)微处理器、执行其它指令集的处理器、或执行各种指令集的组合的处理器。在一个实施例中，处理器302是一个或多个诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器等的专用处理装置。处理器302运行处理逻辑326以执行本文所述的操作。
在一个实施例中，计算机系统300还包括网络接口装置308。在一个实施例中，计算机系统300还包括视频显示单元310 (例如液晶显示器(IXD)或阴极射线管(CRT))、字母数字输入装置312 (例如键盘)、光标控制装置314 (例如鼠标)、和信号生成装置316 (如扬
声器)。 在一个实施例中，次级存储器318包括机器可访问的存储介质(或者更具体来说是计算机可读存储介质)331，在其上存储了一组或多组实现了本文所述的一种或多种方法或功能(如将负载需求与可变电力生成相关联的方法)的指令集(如软件322)。在一个实施例中，软件322在被计算机系统300运行期间，其完全或至少部分处于主存储器304或处理器302中，主存储器304和处理器302也构成了机器可读存储介质。在一个实施例中，软件322还通过网络接口装置308在网络320上进行发送或接收。
尽管在实施例中将机器可访问的存储介质331示为单个介质，但术语“机器可读存储介质”应当理解为包括存储一个或多个指令集的单个或多个介质(例如集中或分布式数据库，或者相关联的高速缓存和服务器)。术语“机器可读存储介质”还应当理解为包括任何能够存储或编码指令集的介质，这些指令集通过机器运行并且使机器执行本发明的实施例方法中的任意一种或多种。因此，术语“机器可读存储介质”应当理解为包括但不限于固态存储器、光介质和磁介质。
应当理解，本发明的实施例与如下情况相关，即光伏系统的尺寸使其对于市电系统的操作或维护构成了实质(material)影响。在一个实施例中，所述实质影响出现在光伏系统的峰值电力相比其接入的电网系统的部分的峰值容量来说比较显著的水平上。在一个具体实施例中，该水平为高于馈电线、变电站、或整流业务容量的10%以上。不过，其它的实施例不限于这种水平。
应当理解，对于传感器模块来说，每个“传感器模块”的每个模块和每个传感器均可以接入单独的电力调节系统，或者每个传感器模块对可以接入与其它传感器模块对分离的电力调节系统。
因此，已经公开了具有受管理输出的光伏系统以及用于管理光伏系统的输出改变的方法。根据本发明的实施例，该系统包括构造为接收太阳能并将太阳能转换成直流电的光伏模块。该系统还包括传感器，该传感器构造为对要被光伏模块接收的太阳能中的未来变化进行检测。该传感器包括分布式光伏系统的组合或者一对模块，每个模块位于与光伏模块相距唯一的距离处。该系统还包括电力调节单元，其与光伏模块和传感器耦接，该电力调节单元构造为对来自光伏模块的直流电进行调节，并基于太阳能的未来变化调整从电力调节单元输出的电力。在一个实施例中，传感器是分布式光伏系统的组合，所述分布式光伏系统的组合包括预定地理区域内的相邻的民用或商用光伏系统或者既有民用光伏系统又有商用光伏系统。在另一实施例中,传感器是一对模块，该一对模块构造为提供由该对模块检测的能量之差。
权利要求
1.一种具有受管理输出的光伏系统，所述系统包括 光伏模块，其构造为接收太阳能并将太阳能转换成直流电； 传感器，其构造为对要被光伏模块接收的太阳能的未来变化进行检测，所述传感器包括多个分布式光伏系统的组合或者一对模块，每个模块位于与光伏模块相距唯一距离的位置处；和 电力调节单元，其与光伏模块和传感器耦接，所述电力调节单元构造为对来自光伏模块的直流电进行调节，并基于太阳能的未来变化调整从电力调节单元输出的电力。
2.权利要求
I的光伏系统，其中传感器是多个分布式光伏系统的组合，所述多个分布式光伏系统的组合包括预定地理区域内的相邻的民用光伏系统或商用光伏系统或者既有民用光伏系统又有商用光伏系统。
3.权利要求
I的光伏系统，其中所述传感器是一对模块，所述一对模块构造为提供由所述一对模块检测的能量之差。
4.权利要求
3的光伏系统，其中所述传感器还包括一个或多个另外的模块，每个模块位于与光伏模块相距唯一距离的位置处。
5.权利要求
I的光伏系统，其中所述传感器还包括布置在光伏系统周边上的光照传感器模块的网络。
6.权利要求
I的光伏系统，其中所述传感器还包括静止相机或者静止与视频摄像机的组合的网络。
7.权利要求
I的光伏系统，还包括 与所述传感器耦接的次级传感器，所述次级传感器是从由风速计、风向标、卫星数据源和温度传感器组成的组中选择的。
8.权利要求
I的光伏系统，还包括 神经网络，其构造为计算由传感器检测的太阳能的未来变化的值。
9.权利要求
I的光伏系统，其中电力调节单元是逆变器，所述逆变器构造为将来自光伏模块的直流电转换成交流电，所述逆变器还构造为基于太阳能的未来变化调整从逆变器输出的交流电。
专利摘要
本文公开了具有受管理输出的光伏系统和用于对光伏系统的输出改变进行管理的方法。该系统包括构造为接收太阳能并将太阳能转换成直流电的光伏模块。该系统还包括传感器，该传感器构造为对要被光伏模块接收的太阳能中的未来变化进行检测。该系统还包括与光伏模块和传感器耦接的电力调节单元。
文档编号H02N6/00GKCN202696259SQ201090001223
公开日2013年1月23日 申请日期2010年10月5日
发明者罗伯特·约翰逊, 阿德里安·金博, 卡尔·J·S·利诺克斯, 马特·坎贝尔 申请人:太阳能公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan