列（或系列)包括作为可再生能源的一个或多个光伏(PV)板26、DC/AC功率转换 器或逆变器25、电气互连、W及相关联的开关和接触器23、24。可W将所产生的电能储存、直 接使用(孤岛/独立发电厂）、或者馈入电网11、或者与一个或多个场所可再生能源发电机结 合W馈入小型电网。
[0098] 可再生能量是来自诸如阳光、风、雨、潮软、波浪和地热等不断补充的资源的能量。 因此，本发明不限于任何特定的可再生能量。例如，除了太阳能系统外，已经采用了风力满 轮机来提供清洁的或可再生的能量。风力满轮机通过包括转子、变速箱和发电机的系统来 由风的动能产生AC功率。将AC功率整流为DC功率并且将DC功率进一步转换为具有与电网的 AC功率相同频率的AC功率。类似地，水力发电是指：由水力产生电能;通过使用下降或流动 的水的重力产生电力的术语。
[0099] 将参考太阳能能量和光伏板的使用对W下描述进行说明，然而，可再生能量的产 生并不仅限于运种使用。类似地，W下段落中所提及的隔离指的是电气隔离和机械隔离二 者。
[0100] 因此，用于干线电网和可再生能量供应源两者的隔离都可W包含机械隔离和电气 隔离二者W保护干线和可再生能量供应源二者W及它们的相关部件。
[0101] 图1和2示出了根据本发明的第一实施例的可再生能量负载补偿系统10的示意图 和方框图。
[0102] 图I示出了干线电源11的单线图，并且图2示出了负载补偿系统10中的主要部件的 方框图。图3示出了根据本发明的第一实施例的=相干线电源11的示意图。为了给干线电源 11上的负载或子电路16提供补偿，本发明包含采用负载补偿设备20的形式的可控开关W及 相关电路。对"负载补偿设备"的引用包括对消耗输出控制器、负载补偿设备或输出控制设 备、网络保护继电器和反向功率继电器的引用。
[0103] 干线电源11提供了采用通用交流（AC)电源的形式的干线电能（mains electricity)。在世界范围内，发现了用于家庭和轻型商用电器W及照明的操作的许多不 同的干线电力系统。运些系统之间的主要区别根本上特征在于它们的电压、频率、插头和插 口（插座或电源插座）、W及接地系统(接地）。
[0104] 场所的辅助电源包括采用PV系统8的形式的逆变器能量系统。PV系统8包括五个逆 变器能量组列，每个逆变器能量组列包括连接到逆变器25的可再生能量的供应源26,可再 生能量的供应源26采用五个太阳能电池组列41、42、43、44、45的形式。
[0105] 干线电力或电网供应源11经由传输线路12馈送至场所。场所可W是家庭住所或住 宅、工厂或商店。
[0106] 电表或能量表13是测量场所所消耗的电能的量的设备。在场所包含产生可再生能 量的装备，意味着用户可能产生比他自身使用所需的更多的电能，多余的电能可被输出回 到干线电网11。产生回到"电网"中的用户通常必须具有特殊的装备和安全设备W在故障 (电气短路)或电网维护（即下行线路上的电压电势进入输出的用户设施中）的情况下保护 电网部件及用户自身）。
[0107] 功率输出表13提供能够单独测量所使用的或所需的输入和输出能量的计量。
[0108] 通常，运些表13为双向输入/输出表，其能够测量在场所使用了多少电能W及有多 少电能从太阳能电力系统8馈送回到了电网11中。主开关14将干线电网与场所子电路16隔 离。类似地，可再生能量主开关15将PV系统8与干线电源11和场所的子电路16隔离。
[0109] 可再生能量负载补偿设备20被设计为连续测量和监测干线电源11中到和来自场 所的功率流的正向方向和反向方向W及功率流的值。经由电流互感器17和/或电压互感器 17对功率流的值和方向进行测量。替代地，可W通过从主开关14到场所子电路16的电力线 路的硬参考连接来直接测量功率流。电流和/或电压互感器17可W类似于(多个)电流和/或 电压换能器。
[0110] 当功率处于正向方向时，能量从电网供应源11流到场所并且被场所子电路16所消 耗(消耗）。当功率处于正向方向时，负载补偿设备20将首先连接具有逆变器25的太阳能电 池组列41和太阳能阵列26W为子电路16馈电。
[0111] 如果子电路16产生了更多的正向功率或消耗，例如当子电路16的负载由于电力使 用的增加而增大时，负载补偿设备20将使其它的太阳能电池组列42、43、44、45通电^补偿 干线电源11的增大的负载和额外的电力使用。类似地，当正向功率或负载减小时，例如当子 电路16的负载由于电力使用的减少而减小时，负载补偿设备20将隔离其它的太阳能电池组 列42、43、44、45^防止逆变器能量系统8的过度发电。如果负载补偿设备20没有感测到负 载，并且系统被配置为用于零功率输出，则第一太阳能电池组列41也将被隔离。用于零功率 输出的负载补偿设备的配置包括将功率消耗的下限设定为OkW或略大于OkW。运意味着负载 补偿设备20将控制PV系统8不会向干线电源输出任何净能量。功率消耗的下限可被设定为 略大于OkW(例如O. IkW)，W考虑测量功率流的误差容限，从而谨慎地不将任何能量输出到 干线电源11中。
[0112] 作为上述内容的示例，功率消耗的下限被设定为O.lkW，子电路的负载为恒定的 IlkW(假设的）并且逆变器25的额定功率为5kW。当天黑时(夜晚），PV系统8的发电量很少或 者无发电量，因此将连接所有的逆变器25(闭合接触器）。随着太阳升起，PV系统8的功率输 出将增大。就在PV系统功率输出与IlkW的负载匹配之前（当达至IjO. IkW的消耗下限时），负载 补偿设备20将隔离逆变器25中的一个(断开接触器K5) W隔离太阳能电池组列45并从而使 PV系统8的发电量降低。如果需要再次降低PV系统8的功率，则将隔离下一个太阳能电池组 列。如果所有逆变器都产生4kW的功率，例如当在正午阳光充足时，则仅将两个太阳能电池 组列(41、42)连接(PV系统8的SkW功率被11 kW的场所负载所消耗），并且将剩下的S个太阳 能电池组列(43、44、45)隔离。随着太阳下落并且逆变器25产能越来越小，在不超过0.1 kW的 功率消耗下限的情况下，太阳能电池组列43、44、45按顺序恢复上线。
[0113] 如图5中所示，当被配置为用于向干线电源11输出能量时，第一太阳能电池组列41 不包括接触器K1。如果子电路16产生了更多的正向功率或消耗，负载补偿设备20将使其它 的太阳能电池组列42、43、44、45通电^补偿干线电源11的负载的使用。类似地，当正向功率 或负载减小时，负载补偿设备20将隔离其它的太阳能电池组列42、43、44、45^防止可再生 能源26的过度发电。如果负载补偿设备20没有感测到负载，则第一太阳能电池组列41也将 被隔离。
[0114] 为了使太阳能电池组列41、42、43、44、45隔离和通电，图1的可再生能量负载补偿 系统10使用接触器24化1到K5)来选择性地使每个太阳能电池组列通电或隔离。接触器24是 用于开关功率电路的电气控制的开关。接触器24由通电装置或电路22控制，其中，单独的电 路22用于使Kl到K5接触器24中的每一个通电。发电机(可再生能量)服务板40还包含组列隔 离开关23,当在错误情况下或保护设备由于过电压或欠电压、过电流或欠电流、或者过频率 或欠频率事件发生而通电时，应当断开组列隔离开关23。开关23将对每个太阳能电池组列 41、42、43、44、45进行隔离和保护^保护逆变器25和太阳能阵列26。运些组列隔离开关23为 断路器，还被称为用于逆变器的AC隔离器，其仅在过电流负载/故障时激活。
[0115] 图3示出了用于S相干线电源11的负载补偿系统10的详细示意图。在任何多相系 统的情况下，每个相位的部件通常是相同的并且类似于单相系统的部件。
[0116] 在图3中，负载补偿设备20示出在S个相位中使用电流感测30的负载感测。用于电 流感测30的监测点30.1位于主开关14的负载侧。电流互感器(CT)31、32、33用于测量每个相 位中的电流。通过电压监测参考线路31.1、32.1和33.1在监测点30.1处进行电压参考测量。
[0117] 如上所述，可W通过也被称为仪表互感器的电流互感器(或电压互感器(VT))(也 称为电势互感器(PT))在监测点30.1处执行对干线电源11上的负载的感测。当电路中的电 流太高W至于不能直接施加到测量仪器时，电流互感器产生与电路中的电流精确成比例的 减小的电流，可W方便地连接所述电流互感器W对仪器进行测量和记录。电流互感器还将 测量仪器与受监测的电路中电压可能非常高的部件隔离。
[0118] 图3还示出了用于保护相应电路的若干断路器19、21、23。断路器19、21、23通常是 被设计为保护电路免受过载或短路造成的损害的自动操作的电气开关。当连接可再生能源 26时，断路器19提供要被馈送至负载补偿设备20的功率输入18W提供AC功率。其它的保护 设备27、28和29用于将相应的部件与系统10隔离并且进行保护。保护设备27、28和29是隔离 开关。
[0119] 图4示出了每个相位上具有逆变器25的图3的=相系统。运提供了能够在不影响其 它两个相位的情况下对单个相位上的负载进行补偿的附加优点。因此，可W实施多相系统 的任何一个或多个相位W对该相位上的负载进行补偿。
[0120] 图5至图9示出了对可再生能量负载补偿系统10的相应部分的操作。
[0121] 图5示出了可再生能源26的每个太阳能电池组列41、42、43、44、45的连接，其中，连 接组列41W用于按照系统10的经过协议的馈网电价向干线电源11输出能量。
[0122] 图5A示出了包括零输出接触器82和全输出接触器84的系统10。接触器82、84由负 载输出设备20控制。
[0123] 当检测到故障情况时，包括当在测量点30.1处检测到输出时，将由设备20断开零 输出接触器82。
[0124] 全输出接触器84是用于输出太阳能电池组列41的保护设备。当检测到故障情况 时，除了功率输出外，将由设备20断开全输出接触器84。当在30.1处检测到输出时全输出接 触器84不会跳闽，因为设备20仍然允许输出太阳能电池组列41的经过协议的馈入。第一太 阳能电池组列41在连接处连接到发电机电源主开关15,从而使接触器82对其它太阳能电池 组列(42至45)的隔离不会将第一太阳能电池组列41与干线电源发电机电源开关15隔离。
[0125] 图6示出了与图5相似的示意图，然而，通过对接触器24的通电来对所有逆变器25 进行连接，并且因此，如果将负载补偿系统10的消耗下限设定为OkW或更大，则不会有可再 生能量输出到干线电源11。
[0126] 图7示出了用于控制接触器24化1至K5)的线圈22的开关。例如，当如电压或电流感 巧杉0、34所感测的消耗由子电路16产生时，负载补偿设备20将使太阳能电池组列41、42、43、 44、45通电W对干线电源11的负载的使用进行补偿。
[0127] 图8(电压感测34)和图9(电流感测30)示出了感测干线电源11上的场所负载的两 种形式。在图8中，对=相系统的每一个相位上的电压35、36、37进行感测并将其送回到负载 补偿设备20。可W通过断路器38将电压感测34与系统10连接或隔离。图9示出了在=相系统 的每一个相位上使用CT31、32、33的电流感测30。
[0128] 图10和图11示出了能量负载补偿系统10的控制过程和时序的流程图。图9仅示出 Kl接触器的通电和断电。图9和图10示出了控制过程，其中，负载补偿设备20被编程为用于0 输出和有限消耗。即负载补偿设备20被编程为具有OkW的消耗下限和X kW的消耗上限。
[0129] 过程起始于步骤50,在该步骤，如在测量点30.1处测量所得，消耗的能量为OkW。如 果消耗OkW能量的时间超过10秒，接触器或Kl保持断电。在步骤52,如果消耗大于X kW的时 间为90秒的预定时间段，则接触器Kl在步骤53通电W使消耗保持在X kW的消耗速率上限 内。在步骤55,如果消耗下降至OkW或更大(表示输出）的时间超过10秒，贝化1在步骤56断电， 并且如果在步骤58没有检测到消耗，则保持断电。在步骤54,当消耗大于X kW的时间为90秒 的预设时间段时，Kl保持通电。在步骤56，K1保持断电，然而，如果负载变得大于X kW的时间 为预定时间段，贝化1在步骤53通电。
[0130] 图11示出了使所有