CN104782014A - 具有能量储存和控制系统的dc建筑系统 - Google Patents

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Abstract

一种DC建筑电气系统包括被连接到DC总线的DC耗电设备。DC电力的源被连接到所述DC总线，并且为所述DC耗电设备供电。能量储存设备被连接到所述DC总线并且被连接到DC紧急情况负载。所述能量储存设备结合所述DC电力的源来为所述DC耗电设备供电，并且在除了所述能量储存设备以外没有电力的源可用于所述DC耗电设备时，为所述DC紧急情况负载供电。

Description

具有能量储存和控制系统的DC建筑系统
相关申请的交叉引用/通过引用并入
本申请要求享有2012年8月16日提交的题为“DC MICROGRIDBUILDING ENERGY MANAGEMENT PLATFORM”(代理人案号No.13050-40005-US-l)的美国临时专利申请No.61/684,083、和2012年9月10日提交的题为“DC MICROGRID BUILDING ENERGY MANAGEMENTPLATFORM”(代理人案号No.13050-40005-US-2)的美国临时专利申请No.61/699,169的优先权。在此通过引用将这些专利申请的全部主题整体并入本文。
技术领域
本发明涉及可以提高建筑能量效率的先进的部件技术。
背景技术
当前的AC建筑系统不以成本效益最好的方式来使用本地生成的可再生能量，而是需要非常可靠的公用电网连接，导致过多的全寿命成本以及能量安全性考虑。已知采用电池作为PV阵列的能量缓冲器，但这种系统在解决诸如照明和通气的最常见的建筑电气负载时并不消除浪费性的AC转换。类似地，已知提供智能建筑能量管理系统，但这样的系统不包含用以改进效率和能量安全性的DC微电网。图1是用于与本发明相比较的常规AC参考系统的一个实施例的方框图。
发明内容
本发明涉及一种无逆变器的DC微电网。所述DC微电网为一个或多个DC供电的设备供电，所述DC供电的设备可以包括照明和致冷设备。所述DC微电网提供了对由光伏(PV)阵列生成的DC电力的更有效的使用。所述DC微电网比常规PV系统实现起来更便宜，并且提供了经提高的回报。所述DC微电网实现了对较便宜的DC供电的设备的使用。在各实施例中，所述DC微电网可以采用在美国专利申请No.13/560,726和美国专利申请No.13/749,604中描述的太阳能同步负载和/或最大功率点跟踪控制特征。
在其他实施例中，可以调整所述DC微电网的所述PV阵列的大小以提供有利的DC总线电压范围，以用于比常规DC总线电压范围更低和/或更窄的更有效的最大功率点跟踪(MPPT)控制。备选地或额外地，可以调整所述PV阵列的大小以提供预定范围内的电力，以有利地平衡所述PV阵列和公用电网的电力产生。例如，可以调整所述PV阵列的大小以提供少于一半的电力需求，例如在电力需求的25-40％之间。
相对于常规交流(AC)建筑系统，本发明的直流(DC)微电网建筑能量管理平台(DCMG-BEMP)在减小的总拥有成本(TCO)和增大的能量安全性方面提供了显著的益处。常规建筑级配电系统在为许多常见设备供电时遭受到AC-DC转换损耗，并且在采用诸如来自可再生能量源的本地产生的DC电力时遭受到DC-AC损耗。例如，在与本发明的DC微电网相比较时，这些转换导致在光伏(PV)阵列与AC照明负载之间高达12％的更大的能量损耗。典型的PV系统还要求所有电力都流过不可靠且昂贵的电网连接的逆变器硬件，所述逆变器硬件在失去电网电力(断电状况)时阻碍了将PV电力用于关键任务活动。另外，当前AC建筑系统具有有限的能力或没有能力来管理建筑峰值电力需求，这可能导致需量电费和进一步的电网不稳定性。所述DCMG-BEMP应用创新的方法来使用成熟、可靠的DC技术，并且动态地优化电源、负载和能量储存系统交互，使TCO和对基于电网的电力的依赖性最小化。使用BLCC工具的经济建模示出了所述DCMG-BEMP与等效的AC系统相比较在25年间储蓄－投资比(SIR)有15％-25％的提高。与其他方法相比较，本发明的DCMG-BEMP提供了增大的能量效率、提高的能量安全性和较低的总拥有成本。
本发明可以提供一种DC微电网配置，在所述DC微电网配置中储存了DC电能量以便于在不被转换为AC电能量的情况下为DC负载供电。虽然在附图中仅示出了电池，但是这样的DC能量储存可以是电池、电容器、飞轮等形式。
使用所述DC微电网配置中的能量储存的一个主要优势是在以来自能量储存元件的DC形式时，可以由所述DC负载更有效地采用能量(例如备用电力)。较高的效率的一个原因是不存在建筑中典型地做出的从DC储存到AC并回到DC的中间转换。
能量储存元件可以被并入到DC电源中，使得其实际上类似于不间断电源(UPS)配置。备选地，能量储存元件可以被独立地连接到所述DC总线。然而，附图中的至少一个示范性实施例包括被并入到DC电源中的电池，所述DC电源被连接到AC电网并且与太阳能电网(例如可再生DC能量电源)分开。
能量储存设备可以被直接连接到所述DC总线，或者可以具有中间DC/DC转换器以对用于充电/放电的电压和电流进行优化。能量储存设备可以通过AC/DC电源从电网充电、可以从诸如太阳能光伏(PV)的其他DC源充电、或者可以通过全部这两种方法充电。
所述DC微电网中相对少量的能量储存容量可以被用于满足美国建筑的90分钟紧急照明需要，而没有对于典型的专用紧急照明电路或分布式电池策略的需要。例如，可以经由软件控制来调暗所有灯光和/或仅开启灯的子集，以便满足紧急照明亮度需要。以不间断电源(UPS)模式来使用所述DC电源可以使得能够为DC紧急照明供电而不向建筑添加任何额外基础结构。在现有技术中，相反紧急照明可能需要额外的基础结构，例如单独的AC或DC照明电路和电池系统。本发明的布置可以提供诸如低成本、高可靠性以及改变在紧急情况期间开启哪些灯并且改变在紧急情况期间哪些照明水平可用的灵活性的优势。可以经由本发明的软件配置来唯一地实现这些优势。
大量能量储存可以被包括在所述DC微电网中，以提供不同水平的备用能量。例如，可以储存足够的备用能量，以便在存在足够的白天产生的过剩太阳能PV能量以放入到能量储存系统中并且随后在夜晚太阳能能量不可用时在所述DC负载中使用的情况下，在大多数夜晚中以紧急模式保持建筑整个夜晚运转。需要的储存量可以取决于“紧急模式”中需要的电量(即，在断电时较低的照明或通气水平可能是可接受的)，并可以取决于在不同地理区域中的可用太阳能能量的量。这些变量可以被用于从统计学上计算“能量安全性”或利用白天储存的过剩太阳能能来在整个夜晚或其他期望的时间段为建筑供电的概率。储存的太阳能PV能量的任何量都可以减少其他备用发电选项所需的柴油或其他燃料的量。
如果所述DC微电网并入了DC热负载(例如，食品冷藏、建筑HVAC、热水加热)，那么热储存可以与电能量储存组合以确定“能量安全性”。例如，即使在能量储存耗尽时，冷冻的食品也可以几个小时保持冷冻，这可以提供足够的保护，直到在早晨太阳能能量再次可用。另外，可以将食品冷冻至比冻结需要低几度的温度，并且冷冻食品自身因此可以有效地储存能量。
为了扩展能量储存的可用性以保持在紧急情况下建筑可使用，可以调节建筑中的电气负载以适于储存的能量的可用性、太阳能电力和断电的持续时间(例如失去公用电网电力的持续时间)。例如，在有充足日照和充足能量储存预备的情况下发生的断电的第一个小时中，照明、通气或其他紧急情况负载可以保持在满功率。然而，随着断电持续期间持续到具有更少的可用日照的第二个小时中，紧急情况负载可以以较低功率水平操作，以便保存储存的能量。例如，可以调暗灯光，通气可以以低速操作等。随着断电持续时间变长，并且取决于可用的太阳能能量的量，可以对负载的操作进行额外的这样的调节。通过对紧急情况负载的适应性调节，建筑更有可能在更多的断电场景下保持可用的状态，这是因为短期断电比长期断电发生得更频繁，并且因为天气条件(例如日照量)在不同断电期间可能极为不同。
主要被设计成所述DC微电网以用作备用的能量储存也可以被用于“需求响应”的目的，以帮助公用公司管理峰值电力需求。例如，公用公司可以为所述DC微电网发送电信号或提供激励(例如日分时采用率或需量电费)，在一段时间中将来自能量储存和PV的电力而不是来自公用电网的电力用于DC负载，因此减少了在峰值时间段期间对公用电网的电力需求(“DC负载均衡”)。
除了以上的，所述能量储存可以被连接到将允许所述能量储存还被用于抵消来自所述建筑中的AC负载或AC公用电网上的其他地方的峰值需求(“AC负载均衡”)的DC/AC逆变器或双向AC/DC转换器。所述DC微电网可以被配置为提供以上的DC负载均衡和AC负载均衡的组合。
所述DC微电网中的能量储存可以具有通过出于测试目的馈送来自所述DC能量储存用于所述DC负载的一些或全部电力而被周期性地测试而不影响建筑功能的独特能力。例如，在这样的测试期间灯可能不闪烁。换句话说，在所述测试期间，可以引导一些或全部电力从所述DC能量储存流到所述DC负载，暂时减小或消除从所述DC电源、PV或其他能量源所需的电力。在该测试期间，可以测量电压和/或电流以验证放电率并确定储存系统的健康。类似地，太阳能PV或另一DC电源可以被用于为能量储存充电并且根据充电率来确定所述能量储存系统的健康。
所述DC微电网中的建筑能量储存元件还可以被用作能量源，以用于在建筑或综合设施中或周围使用的商业电动车辆。例如，来自电动叉车的电池在车辆上或车辆下充电的同时可以被用作所述建筑能量储存的部分，并且来自电动高尔夫球车的电池可以被用作建筑能量储存等。以上概念也可以被用在经由单向或双向AC/DC逆变器到建筑的常规AC连接中。
工业风扇或其他DC电机负载在所述DC微电网中可以经由使用连接到所述DC总线的电机上的双向可变频率驱动(VFD)来被用作虚拟飞轮储存。该概念也可以被称为再生成制动或从对电机的减速来生成电力。这种布置的优势是通过使用现有电机设备实现了一些短期储存，通过减少或消除系统中额外的储存元件来潜在地节省成本。
在一个实施例中，本发明包括一种DC建筑电气系统，所述DC建筑电气系统包括被连接到DC总线的DC耗电设备。DC电力的源被连接到所述DC总线，并为所述DC耗电设备供电。能量储存设备被连接到所述DC总线并且被连接到DC紧急情况负载。所述能量储存设备结合所述DC电力的源来为所述DC耗电设备供电，并且在除了所述能量储存设备以外没有电力的源或者有限的电力的源(例如太阳能)可用于所述DC耗电设备时，为所述DC紧急情况负载供电。
在另一个实施例中，本发明包括一种DC建筑电气系统，所述DC建筑电气系统包括被连接到DC总线的DC耗电设备。DC电力的源被连接到所述DC总线，并为所述DC耗电设备供电。能量储存设备被连接到所述DC总线并且被连接到机动车辆。所述能量储存设备结合所述DC电力的源来为所述DC耗电设备供电，并为机动车辆供电。
在另一个实施例中，本发明包括一种DC建筑电气系统，所述DC建筑电气系统包括被连接到DC总线的DC耗电设备。DC电力的源被连接到所述DC总线，并为所述DC耗电设备供电。能量储存设备被连接到所述DC总线，并结合所述DC电力的源为所述DC耗电设备供电。DC电力控制系统基于所述能量储存设备的充电的当前状态以及所述能量储存设备的充电的预定目标状态来选择性地为所述能量储存设备充电和放电。
在另一个实施例中，本发明包括一种微电网系统布置，所述微电网系统布置包括在DC总线上产生DC电压的光伏阵列。DC电源利用从公用电网接收到的AC电压来在所述DC总线上产生DC电压。DC耗电设备被连接到所述DC总线。控制器控制由所述光伏阵列并且由所述DC电源提供给所述DC总线的DC电力的量。
在另一个实施例中，本发明包括一种采用能量储存设备的DC建筑系统，其中，所述能量储存设备经由公共电网来供应DC电力，1)与至少一个其他DC电源(例如可再生能量DC电源或AC电网)组合为DC建筑负载供电；并且2)在没有其他电力可用时为DC紧急情况负载供电一预定的时间段。
在另一个实施例中，本发明包括一种采用能量储存设备的DC建筑系统，其中，所述能量储存设备被用于为在建筑内使用的移动设备(例如诸如叉车或高尔夫球车的车辆)供电。
在另一个实施例中，本发明包括一种采用能量储存设备的DC建筑系统，其中，所述DC建筑系统包括DC电力控制系统，所述DC电力控制系统基于所述能量储存设备的充电状态(SOC)和预定的紧急情况SOC来在非紧急情况期间选择性地为所述能量储存设备充电和放电。
在另一个实施例中，本发明包括一种采用能量储存设备的DC建筑系统，其中，所述DC建筑系统包括DC电力控制系统，所述DC电力控制系统使用从可再生能量DC电源可用的过剩电力来为所述能量储存设备充电。
在另一个实施例中，本发明包括一种采用能量储存设备的DC建筑系统，其中，所述DC建筑系统包括DC电力控制系统，所述DC电力控制系统在能量储存设备的充电状态(SOC)下降到预定的SOC以下时：选择性地调节可变DC负载，以使得太阳能设备上的总负载小于所述太阳能设备的可用电力；并且将所述能量储存设备充电到所述预定的SOC以上。
在另一个实施例中，本发明包括一种采用能量储存设备的DC建筑系统，其中，所述DC建筑系统包括DC电力控制系统，所述DC电力控制系统在能量储存设备的充电状态(SOC)下降到预定的SOC以下时：通过基于建筑环境状况(例如日光量)和对应的预定的建筑状况(紧急情况内部照明水平)选择性地减少或中断一个或多个可变DC负载的操作，来控制所述能量储存设备的放电率。
在另一个实施例中，本发明包括一种采用能量储存设备的DC建筑系统，其中，所述DC建筑系统包括DC电力控制系统，所述DC电力控制系统基于紧急情况的持续时间来在紧急情况操作期间减少或中断可变DC负载的操作。
在另一个实施例中，本发明包括一种采用能量储存设备的DC建筑系统，其中，所述DC建筑系统包括DC电力控制系统，所述DC电力控制系统通过中断到电机/发电机的供电并且以再生模式来操作所述电机/发电机来为所述能量储存设备充电，在所述充电期间动能被转换为DC电力。所述电机/发电机还可以利用再生电力直接为所述DC负载供电，并提供所述系统中的能量储存的全部或部分。
附图说明
通过结合附图参考对本发明的实施例的以下说明，本发明的上述及其他特征和目的及实现它们的方式将会变得更为显而易见，并且也会更好地理解本发明本身，其中：
图1是常规AC参考系统的一个实施例的方框图。
图2是本发明的核心DC微电网系统架构的一个实施例的方框图。
图3是本发明的增强DC微电网系统架构的一个实施例的方框图。
图4是本发明的增强DC微电网系统架构的另一个实施例的方框图。
图5是本发明的DC微电网建筑能量管理平台的一个实施例的方框图。
图6是本发明的包括阶段安装计划的DCMG-BRMP的一个实施例的方框图。
图7是本发明的DC建筑系统的一个实施例的方框图。
图8是本发明的DC电力控制系统的一个实施例的方框图。
图9是本发明的DC负载控制系统的一个实施例的方框图。
图10是本发明的DC电力控制系统的另一个实施例的方框图。
在若干视图中，对应的参考标记指示对应的部分。尽管本文中阐述的示例以若干形式图示了的本发明的实施例，但以下公开的实施例并非旨在是排他性的或者被解释为将本发明的范围限制为公开的精确形式。
具体实施方式
本发明可以：1)展示建筑级DC微电网子系统的可行性并且优化建筑级DC微电网子系统的性能，2)证实在由PV供电时DC供电部件相对于常规AC部件的效率改进，3)在使得对其他备用能量源的需要最小的同时，通过为关键任务活动提供备用电力来展示DC微电网系统对能量安全性的影响，并且4)示范在AC和DC负载均衡场景中的能量储存的增加值。
在一个实施例中，本发明提供了一种核心DC微电网，所述核心DC微电网在常见的建筑负载中更有效地采用PV能量。另一个实施例包括可以显著增大能量安全性的储存。本发明的DCMG-BEMP通过实现单独的DC配电微电网和创新的基于DC的电负载而解决了当前建筑配电系统的限制。直接采用DC电力消除了典型AC系统的多个转换(DC-AC和AC-DC)。大多数可再生能量产生系统(太阳、风等)受到公用电网的束缚而不允许直接使用产生的电力。核心DCMG-BEMP系统架构被设计为优化在建筑内本地使用的可再生电力的量。该核心系统还消除了昂贵且不可靠的并网逆变器。DCMG-BEMP还通过能量管理网关(EMG)与其他DC微电网应用区分，所述能量管理网关管理集成的PV发电、DC负载和DC源，以使整体(电网的和可再生的)能量使用和总拥有成本(TCO)最小化。
系统架构通过显著地减少布线管延伸来简化建筑电气布线，如基于DC的部件中的许多那样，布线管延伸是安装在屋顶或者是天花板的(包括PV阵列、照明和安装在天花板的通气扇)，并且可以采用用于DC电力的现有AC布线，使得系统很好地适合于更新以及新结构应用。DCMG-BEMP适合于许多设施类型，这是因为照明和HVAC在大多数建筑中是大能量用户。这样，DC负载可以是商用高挂(high-bay)型灯具和改进HVAC系统效率的大型工业吊扇。这种广泛的应用基础可以允许市场力量实现规模的经济性，并进一步提高成本效益。
如图5所示的高水平系统示意图，本发明的DCMG-BEMP可以包括三个阶段。图6中示出了详细的方框图。在阶段I中首先集成核心DCMG-BEMP系统，DCMG-BEMP系统所述包括PV阵列、DC电源和基于DC的高挂型感应照明系统。该核心系统相对较小，并且被调整大小以与DC负载匹配，使得立即使用所有PV产出。结果是简单且成本效益好的解决方案，所述解决方案不需要并网逆变器。核心系统依据可以被转换为DC的建筑负载的量可以并入大约20kW的PV，但(与稍后阶段不同)该核心没有显著地增强设施的能量安全性。
通过增加额外的PV发电和能量储存来在核心系统上构建阶段II和III，以在停电期间显著地增强设施的能量安全性和任务保证。管理的能量储存系统还在正常操作下执行负载均衡/峰值负载减少，以减少公用电网费用。这些阶段基本上需要更多的PV电力，并且并网逆变器的功能被集成到储存系统中以将过剩的PV和储存的电力上载到电网。净计量协议可以允许上载的能量抵消公用电网供应的能量。阶段II集成了基于电池的能量储存系统、作为额外DC负载的大直径DC供电通气吊扇和增加的PV阵列容量。安装在天花板上的通气扇(例如24英寸直径)可以被用作DC负载，但也可以使用例如DC HVAC系统。风扇使得空气循环，因此均匀分布加热/制冷的空气，并且流动的空气为居住者提供更多的舒适。结果是HVAC系统可以设定为较低或较高的温度(取决于模式)、和/或在保持居住者舒适的同时不太频繁地运行，使用较少的能量。每个风扇都需要1.5kW来操作(两个风扇总共3kW)，这基本上小于HVAC功率减少。使用大的通气扇可以将空调能量消耗减少36％，将加热能量消耗减少20+％，并且来自大的风扇的经提高的空气速度可以在无空调空间中将生产率增大9％。
阶段II集成了电池能量储存系统，例如绿色充电网络(GCN)绿色站电池储存系统，以为关键DC负载提供紧急情况备用电力。绿色站储存系统还可以通过主动地使用系统的能量储存容量来表明AC负载均衡特点，以在系统不是紧急情况备用模式时均衡建筑对公用电网电力的需求。阶段III集成了额外的PV发电和增大的电池容量，以及电动车辆充电站(EVCS)。连接到DCMG-BEMP的EVCS还通过提供即使在断电期间也为车辆充电的能力来进一步支持关键任务活动，以使得始终保持人员机动性。
能量管理网关(EMG)执行整体系统管理，并且如有需要，则与现有建筑网络基础结构(例如LonWorks)连通。EMG提供最大功率点跟踪(MPPT)算法，所述最大功率点跟踪算法保持PV系统以可能的最高效率操作，而不论天气和负载状况如何。EMG与GCN绿色站电池能量储存一起还管理太阳能同步负载(SSL)功能，包括AC和DC负载平衡以及甩负荷，以在减少的PV电力期间减少非关键负载(而不影响关键照明或其他负载)。可以优化并实现EMG控制软件以经由安全的有线连接来管理DC电源、照明和风扇系统、绿色站能量储存和EVCS。
在单独的PV电力不足，并且保留储存的电力时，补充的电网电力经由AC-DC电源而被供应给DC微电网。由EMG控制电流，以优化电网对太阳能对储存的电力的使用。EMG控制的电源即时响应以在太阳能产出迅速变化期间(例如有云遮挡发生期间)削弱“峰－谷”变化。EMG还确定并管理利用PV阵列和/或公用电网为电池系统充电最有效的时间，以及向建筑的其他AC负载输出PV和/或储存的电力最有效的时间。结果使基于电网的能量和电力需求最小化，而使可再生能量的使用最大化。绿色站的电池能量储存系统的能量缓冲能力还使得能够在无需“最后一英里”电网升级的情况下完成阶段III EVCS安装，从而减少了成本。
本发明可以提供一种为广泛的商业应用而灵活设计的模块化、可缩放并且优化的DCMG-BEMP系统。有效的DC基础结构和EMG管理的设备连接性是重要的DCMG-BEMP特征，这是因为它使得离网操作实现了简化的DC微电网“孤岛化”。DC微电网的孤岛化允许关键负载在断电期间通过使用PV和/或储存的能量而不受影响。诸如照明的高优先级负载根据设施的紧急情况模式要求而被减少，而在能量可用时为低优先级负载分配能量。结果，对其他备用电源的依赖性被消除或者显著减少。这种孤岛化能力对于本发明的系统是独特的，并且是对于在关键任务设施和紧急情况避难所提供备用电力的理想配合。常规基于并网逆变器的PV系统不能够提供这种备用功能，这是因为这些系统在失去电网电力时关闭。可编程紧急情况供电模式可以被集成到EMG中，以管理在建筑照明与通气水平、电池储存容量和天气影响之间的折衷。
在一个实施例中，感应灯(Everlast)、PV板(Bosch)、绿色站(GCN)和DC电源(Emerson)全都是连续批量生产的经UL认证的商用单元。Everlast感应灯的等效DC版本(例如镇流器、灯、外壳)也可以是经UL认证的。EMG可以是现成的解决方案(例如Tridium)，或者可以采用在经UL认证的硬件上操作的成熟的软件平台(Visual Rules和Inubit)。大型商用吊扇(Delta T Corp)是批量生产的。风扇是AC供电的，但采用内部以DC电力操作的可变频率驱动(VFD)。可以采用现有的VFD的DC电路，或者可以利用商业可用的DC输入设备来代替/补充VFD。在任何情况下，完整的DC风扇单元都可以是经UL认证的并且被添加到阶段II中。在阶段III中可以安装商业可用的EV快速充电站(例如Eation DC Quick Charger)。充电器可以具有与绿色站的AC接口。利用到绿色站的DC连接来集成EV快速充电站可以使微电网的益处和能力最大化。
阶段I：安装包括PV和DC照明的核心DC微电网。将性能与常规AC系统进行比较以确认经济优势。
阶段II：扩展核心系统功能以包括大的DC吊扇。增加增强的系统的第一元件以示范改进能量安全性中的储存的值。利用有限的阶段II PV和储存容量来示范紧急情况备用和负载均衡。
阶段III：通过增加更多的PV和储存来加大增强的系统的容量，并且安装EV充电站。示范负载均衡和能量安全性特征的完全值，包括在断电状况期间的EV充电。
本发明可以：
-示范系统提供作为经改进的能量效率、较低的提前支付费用、较低的操作和维护(O&M)成本和需量电费减少的结果的总拥有成本节省。本发明可以相对于常规AC基础结构来证实来自DCMG-BEMP的增强的设施能量安全性。可以挨着DC PV阵列构造具有AC逆变器和AC感应照明的小型常规10kW PV参考系统以作为与核心DC微电网的比较。可以直接将DC微电网和AC参考系统的能量使用和电力需求进行比较以量化节省，并且(使用历史数据)与当前系统进行比较以量化照明升级的影响。可以分析基准系统的HVAC能量使用和集成DC通气扇的HVAC能量使用，以量化能量消耗影响。可以将示范系统的O&M成本与当前基础结构进行比较，以量化操作成本和可靠性影响。初始经济性分析指示核心DC微电网电力管理功能可以具有较小的净现值和高于相当的AC系统的节约－投资比(SIR)。
-示范对可再生太阳能电力的经有效优化的使用和管理以减小电网供应的能量和电力需求的影响。基于提出的基础系统的仿真结果的初始估计指示，与AC参考系统相比，为了向基于DC的照明提供相同的PV能量，以千瓦计需要少8％到12％的PV基础结构(板、机架、布线等)。这假定了示范设施上的最小阶段I系统，在所述系统中以高成本效益的方式使用小型10kW PV或20kW PV系统来补充照明需要。
-通过为关键任务活动提供备用电力而无需外部能量源(例如液体/气体燃料)，示范DCMG-BEMP系统的独特的能量安全性增强。可以按照具有足够电力以在各种天气条件下整个昼夜都保持设施功能的概率来示范在PV阵列尺寸和电池储存与能量安全性之间的折衷。
-可以示范具有广泛的应用的两个基于DC的微电网系统架构。第一个“核心”DC微电网系统可以采用相对小的PV阵列，所述“核心”DC微电网系统在与诸如照明和通气扇的DC负载配对时可以以比常规AC系统成本效益好得多的方式来使用PV能量。该系统具有广泛的应用，并且特别适合于一周七天运转的建筑。第二个“增强的”系统旨在用于能量安全性具有首要重要性的建筑。任选的能量储存系统和额外的PV阵列被用于增加能量安全性的可缩放量、减少或完全消除对用于柴油发电机的现场燃料储存的需要。除了备用电力功能以外，可以示范电池储存系统提供公用需量电费减少和负载均衡(同时还减小了对基础结构升级的需要)的能力。
-额外的益处：增大的可再生能量使用可以改善空气质量和能量使用。
DCMG-BEMP可以有效地减少建筑的整体拥有成本，使对可再生PV能量产出的使用最大化，以使电网供应的能量最小化，相对于常规AC基础结构提高能量安全性和备用电力能力，并示范针对建筑负载均衡和峰值负载减少的能量储存的增加值。
表1－量化性能目标总结
-阶段I－具有用来为基于DC的照明供电的大约20kW PV阵列的核心DCMG-BEMP系统。该系统的大小可以基于可以被转换为DC的照明负载的量。小型(10kW)基于AC的参考系统可以被用于收集用于直接比较的基准数据。
-阶段II－阶段I系统加上额外的35kW PV、32kWh电池储存系统和DC供电的大直径吊扇。
-阶段III－阶段II系统加上额外的35kW(总共100kW)PV、额外的64kWh电池储存(总共96kWh)和快速充电电动车辆充电站。
a)阶段I
阶段I可以包括以下项：
I-1.以当前AC照明的能量使用和照明水平作为基准，用于与阶段I系统进行比较。开始对HVAC系统和完整建筑电能量简档的长期数据采集以用作阶段II负载均衡示范中的基准。
I-2.示范核心DC微电网系统如何在无并网PV逆变器的情况下操作并且更有效地向DC照明负载传输能量(相对于采用逆变器和基于AC的灯的常规参考PV系统)。
I-3.通过并入测得的效率改进、安装区别和对可靠性/维护差异的投影来更新将DC微电网相对于等效AC系统进行比较的经济分析。
I-4.在阶段II中安装DC风扇之前收集夏天和冬天的HVAC温度设定。
(1)任务PI-1－示范地点选择
理想的DCMG-BEMP系统场所是可以容纳PV阵列和高挂型照明的大型的高天花板建筑(例如仓库、体育馆、军粮库、车辆维修库、飞机修理库等)。理想的设施还会被用作紧急情况避难所。理想的建筑具有大屋顶、一周七天运行、并且耗电模式大体与PV系统的产出匹配。每天的运行是关键的，这是因为核心系统中的PV阵列被调整大小以为灯直接供电，消除对并网逆变器将电力馈送回到电网中的需要。DCMG-BEMP和EMG是灵活的、可缩放的技术，所述技术优化了在所有气候地域和从小型结构直到整个建筑群的建筑大小中的能量使用。
(2)任务PI-2－量化基准系统性能
能量使用/电力需求－数据采集系统可以被安装以收集系统部件以及整个设施的电力使用数据，以表征基准使用简档。可以分析这些数据集以确定基准系统性能、包括每天、每月、平均每月和每年能量使用(kWh和MMBtu)、电力需求(kW)和需量电费($)，以及公用电网故障事件(即断电)的频率。该信息也可以被用于优化针对示范场所的操作特性的EMG控制软件。
操作与维护成本－可以收集并分析历史维护和更换成本(包括部件和劳动力)以确定典型的按年计的设备维护成本。该信息可以被用在DCMG-BEMP系统的成本效益和回报计算内。
光输出测试－可以使用手持光强计来完成楼层照明的评估。可以沿横跨体育馆地板的虚拟网格来取得数据点，以捕捉任何潜在的变化。可以执行一次这个测试以量化感应照明的输出目标(任务PI-3)。
a.任务PI-3－阶段I系统集成设计与安装
为了允许直接比较，可以将阶段I系统分割为两个子系统电路：(1)核心DC系统(最少20个灯具)和(2)可以用作对照以确定DC系统在照明电力消耗中的减少的较小的参考AC系统(4个灯具)。该AC系统可以允许验证DCMG-BEMP系统的性能中的能量使用比较。该参考系统需要添加PV逆变器以向AC供电的灯提供能量。
阶段I系统包括以下装置：(1)30kW屋顶太阳能PV阵列；(2)EmersonNetSure 4015系统30kW、400V AC-DC电源；(3)Bosch能量管理网关；(4)Solectria 10kW PV逆变器；(5)最少24个Everlast EHBUS-RC 250W感应灯(20个DC供电的和4个AC供电的)；以及(6)需要的电气布线。可以完成照明研究以确定感应灯的数量和额定功率。在可能的情况下，可以利用重复使用布线来代替当前400W金属卤化物灯具。理解可以如何将现有AC布线重复用于DC电路对于未来的更新应用是非常重要的。该设计可以满足当前电气规程和标准，以及Fort Bragg的设计指南。使用的部件中的全部都可以是经UL认证的。
硬件设计的特定方面(例如可用空间、布线等)可以被设计为预测阶段II和III任务。图6提供了系统示意图，包括用于主要硬件元件的阶段化安装规划。该阶段化安装方法确保了可用于每阶段的足够容量，同时使得货币支出均等。
b.任务PI-4－阶段I DCMG-BEMP操作、数据收集和分析
系统性能分析－一旦经安装并授权，DCMG-BEMP系统就可以操作用来收集电使用数据。数据收集可以连续以确保准确捕捉季节性变化。EMG可以用作数据采集系统，记录整个示范中的能量与电力使用。由于电力需量电费典型地被定义为在给定账单周期中的最高平均15分钟峰值电力，所以数据采集算法可以是灵活的，以捕捉规律间隔的数据(例如1秒或5秒数据)。在该任务中可以收集用于基准系统分析的相同数据参数，包括能量使用(kWh和MMBtu)和需求(kW)数据。可以分析该数据和非电使用报表(例如天然气)，以确定DCMG-BEMP系统的性能，包括每天、每月、平均每月、和每年的能量使用(kWh总、kWh电网供应和MMBtu)、可再生能量使用(kWh)、电力需求(kW总和kW电网供应)和需量电费($)。
2.阶段II
阶段II可以包括以下项：
增加DC风扇作为DC微电网内的额外负载。风扇可以减少当前HVAC系统的加热和制冷负载，从而节省能量。
通过增加具有32kWh的电池储存的GCN绿色站以及35kW的PV可以提供额外的能量安全性。具体地，可以增大在不同紧急情况照明水平和各种天气条件下的断电期间可用的备用时间量。
可以通过将绿色站链接到建筑AC电路来提供负载均衡能力，通过适当地对电池储存进行放电和充电，提供了补偿PV发电和建筑负载(来自HVAC等)中广泛且迅速的变化的能力。
DC风扇的速度可以被改变以与可用的PV电量(在每天、季节性和/或天气影响的基础上)相匹配，以进一步均衡建筑负载简档。
a.任务PII-1－阶段II系统集成设计和安装
通过增加以下项来在阶段I系统上构建阶段II系统：(1)35kW屋顶太阳能PV阵列容量(总共65kW)，(2)43kWh GCN电池储存系统，(3)两个24英寸直径通气扇，和(4)EMG修改。草拟的SOW包括针对这些部件的装置升级规划。可以在阶段II和阶段III两者中使用与阶段I中使用的相同的安装转包商。
b.任务PII-2－阶段II DCMG-BEMP操作、数据收集和分析
3.阶段III
阶段III可以包括以下项：
可以通过将GCN绿色站容量增加到总共96kWh的电池储存和70kW的PV来提供额外的能量安全性。具体而言，可以增大在不同天气条件下示范的在不同紧急情况照明水平的断电期间可用的备用时间的量。
额外的负载均衡能力可以源于增大的绿色站容量。
将快速充电EVCS增加到绿色站可以被有效地用作负载均衡策略的部分。
通过采用PV和储存的能量，在紧急情况断电场景期间可以继续使用EVCS，进一步增大了示范场所的能量安全性。
具有连接性的电池储存系统和EVCS提供相同的功能作为当前AC供电的场景，同时提供在被用和充电操作期间的经改进的效率。
a.任务PIII-1－阶段III系统集成设计和安装
通过增加以下的项来在阶段II的系统上构建阶段III系统：(1)35kW屋顶太阳能PV阵列容量(总共100kW)；(2)额外的64kWh GCN电池储存(总共96kWh)；(3)快速充电EVCS；以及(4)EMG修改。草拟的SOW包括针对这些部件的装置升级规划。
a.任务PIII-2－阶段III DCMG-BEMP操作、数据收集和分析
系统性能分析－可以在该任务中收集用于基准系统分析、阶段I和阶段II中的相同的数据参数，包括能量使用和需求数据。可以如上(在任务PI-4的系统性能分析中)详述地分析该数据和非电使用报表以确定在阶段III操作下的DCMG-BEMP系统的性能。
a.负载均衡/峰值功率减少－两个系统配置：(1)具有采用能量储存和管理所有DC微电网部件(灯、风扇、能量储存和EVCS)的能量使用的EMG的能量管理算法的全功能的绿色站，和(2)具有与建筑分离的能量储存和管理所有剩下的DC微电网部件(灯、风扇和EVCS)的能量使用的EMG的能量管理算法。
b.对技术风险的避免
开发了控制算法，以使得如果发生规程故障，则系统可以以允许利用电网为DC设备供电以确保建筑负载不中断的方式出现故障。
电池系统不在电能量传输的关键路径(即从DC电源和PV阵列到照明系统)中，所以即使在电池的容量在其寿命中减小时建筑功能也可以继续正常操作。可以周期性地测试能量储存系统而不影响建筑功能；因此可以报告容量中的任何故障或减少。
装置假定现有AC布线可以被重复用于DC微电网布线的主要部分。如果这是不可能的，就需要单独的DC布线延伸(需要额外的装置硬件和劳动力，允许/检查等)。
在断电或紧急情况期间将设施从公用电网孤岛化的能力是固有的DCMG-BEMP特征，这是因为它不需要并网PV逆变器。孤岛化允许建筑的DC负载在这样的事件期间继续工作，增强了设施的能量安全性。取决于建筑应用，紧急情况供电模式可以减少或消除对于备用发电机(及其相关联的燃料使用)的需要。本发明的系统是可缩放的，理想地适合于具有高挂型照明的大型、平顶建筑。
吊扇，尤其是如Delta T的公司制造的大型商用品种，可以是用来补充本发明的DC微电网中的(或者独立的)DC照明的适当的DC负载。吊扇是固有地与太阳能PV发电非常好地同步的负载，还可以在速度上变化以与期望的负载状况匹配(例如，帮助系统在任何准确时刻达到PV的最大功率点(MPP))。
DC风扇的速度可以变化，以与(在每天、季节的和/或受天气影响的基础上的)可用的PV电力的量匹配，进一步均衡建筑负载简档。吊扇尤其适合于PV发电，这是因为它们通常在夏天以较高速度运行(有助于冷却建筑居住者，允许较高的空调恒温器设定，总体上节省HVAC能量消耗)，并且在冬天以较低速度运行(仅仅用于将热空气从天花板带到居住者所在的楼层，允许加热系统不太频繁地运行，通过天花板的热量损失较少，总体上节省HVAC能量)。可以在冬天/夏天以相同旋转方向或者随季节的相反方向(典型地在夏天将空气吹下)完成这些。如果夏天/冬天风扇速度和得到的能量使用的简档与太阳能PV发电匹配，则这可以导致DC微电网的PV阵列的更优化的大小，这是因为基本上来自PV阵列的所有PV能量都通过DC负载在本地消耗的情况可以造成DC微电网的最佳经济性和PV元件的最短回报。风扇负载与PV发电中的其他变化(从早到晚的每天变化、由于天气的变化，例如短期阴天情况等)的同步对于DC微电网配置和ACPV逆变器被连接到AC风扇的常规AC系统都是可能的。该同步还可以与其他建筑负载协调，尤其是在DC情况下可以是系统级PV功率点跟踪系统的部分，这会使PV保持在当前情况的最优功率点操作。在任何情况下(AC风扇负载或DC风扇负载)，在建筑负载中本地消耗本地产生的PV能量在任何可能的情况下都会造成较低的经济和能量损失，所述经济和能量损失与消耗远程产生的来自公用电网的电力相关联，并与将过剩PV电力传输到电网相关联，仅具有对以后建筑负载中相同的PV能量的需要。
图7图示了包括太阳能设备702形式的可再生能量DC电源的DC建筑系统700，太阳能设备702的输出被连接到DC总线704。与DC总线704双向连通的是DC电源706形式的DC电力的源。DC电源706可以包括电池708形式的能量储存设备、DC/DC转换器710、AC/DC变化器712和控制器714形式的处理器。如本文中使用的，术语“DC电源”可以包括提供从另一中形式的能量(例如AC电能量或电池情况下的化学能)转换的DC电能的任何设备。
太阳能设备702和DC电源706两者都可以向DC总线704提供DC电力。AC电网716可以向DC电源706提供AC电力，AC/DC变换器712可以将AC电力转换为DC电力。DC灯718、DC热设备720和DC风扇722形式的DC耗电设备或可变DC负载可以从DC总线704吸取DC电力。DC风扇722可以包括能够以再生模式操作的电机或发电机。
图8示出了包括太阳能设备(例如光伏阵列)802形式的可再生能量DC电源的DC电力控制系统800，太阳能设备802的输出被连接到DC总线804。太阳能设备802和DC总线804与DC/DC转换器810和AC/DC变换器812形式的DC电力的源连通，并与控制器814形式的处理器连通。电池808形式的能量储存设备可以向DC总线804提供DC电力。
太阳能设备802、电池808和AC电网816形式的AC电源可以向DC总线804供应DC电力。AC/DC变换器812可以将由AC电网816供应的AC电力转换为DC电力。DC灯818、DC热设备820(例如冷冻器)和DC风扇822形式的DC耗电设备或可变DC负载可以从DC总线804吸取DC电力。因此，应当意识到，DC耗电设备或可变DC负载可以经由公共配电电路(未示出)来从太阳能设备802、电池808和AC电网801中的一个或多个接收电力。DC风扇822可以包括能够以再生模式操作的电机或发电机。任选地，一个或多个能量储存元件824可以被独立和/或直接连接到DC总线804。
图9图示了可以被并入到DC建筑系统700和/或DC电力控制器系统800中的DC负载控制系统900。因此，将参考电力控制系统800的部件来描述DC负载控制系统900。DC负载控制系统900包括与DC总线804互连的第二控制器902，以及DC建筑灯918、DC热设备920和DC风扇922形式的DC耗电设备或可变DC负载。这些可变DC负载中的每个都可以从DC总线804吸取DC电力。DC建筑灯918可以包括应急灯924和其他灯(例如非应急灯)926。应急灯924可以吸取比整个DC建筑灯918更少的电力，并且可以是DC建筑灯918的子集。应急灯924和DC风扇922可以作为DC紧急情况负载，所述DC紧急情况负载在既没有太阳能设备802又没有其他DC电力的源810、812可操作时操作。例如，在正常非紧急情况操作状况下，能量储存设备808可以结合太阳能设备802和其他DC电力的源510、512来为DC耗电设备918、920、922中的每个供电。然而，在紧急情况操作状况下(例如当风暴将AC电网和太阳能设备去使能时)，在除了能量储存设备808以外没有电力的源可用于DC耗电设备918、920、922时，能量储存设备808可以在预定的时间段为DC紧急情况负载922、924供电。第二控制器902可以通过减少由DC耗电设备918、920、922中的至少一个吸取的电力的水平来对太阳能设备802和DC电源810、812在时间的阈值长度中无法操作做出响应。
DC风扇922在紧急情况模式中可以以低于非紧急情况模式的速度操作。在另一个实施例中，应急灯与非应急灯相同，但这些灯在紧急情况模式中比非紧急情况模式中吸取更少的电力并且更暗。在另一个实施例中，应急灯是非应急灯的子集。
控制器714和/或控制器814可以用作DC电力控制系统，所述DC电力控制系统在DC电力的源可运行的时间段期间为能量储存设备充电，并且在DC电力的源无法操作的时间段期间使得能量储存设备放电。充电和放电可以基于能量储存设备的充电的当前状态(SOC)和能量储存设备的预定的目标SOC。例如，能量储存设备的充电仅在如果和/或只要电池的当前SOC或电压水平低于电池的期望目标SOC或电压水平时进行。能量储存设备的放电仅在如果和/或只要电池的当前SOC或电压水平高于电池的期望目标SOC或电压水平时进行。预定的目标SOC可以是电荷或电压的状态或水平，所述状态或水平足以在DC电源无法操作(例如在雷雨期间)时在预定持续时间中单独为DC耗电设备中的至少一个供电。
DC电力控制系统800可以通过使用来自可再生能量DC电源802的过剩电力来为能量储存设备808充电。DC电力控制系统814可以通过以下方式来对能量储存设备的当前SOC下降到预定的目标SOC以下做出响应，即调节可变DC耗电设备818、820、822中的至少一个以使得由可变DC耗电设备818、820、822吸取的电流的水平小于源于可再生能量DC电源802的电流的水平，并且使得能量储存设备808由可再生能量DC电源802充电到预定的目标SOC。
DC电力控制系统800可以通过依据建筑环境状况和/或对应的预定建筑状况选择性地减少或中断可变DC耗电设备818、820、822中的至少一个的运行而调节能量储存设备802的放电电流率来对能量储存设备808的当前SOC下降到预定的目标SOC以下来做出响应。在一个实施例中，建筑环境状况包括日光的水平。在一个实施例中，对应的预定建筑状况包括期望的紧急情况内部照明水平。在相关的实施例中，DC电力控制系统800选择性地减少或中断DC灯具818中的一个或多个的操作，以使得由DC灯818提供的光的水平补充日光的水平来满足期望的紧急情况内部照明水平。以此方式，DC电力控制系统800可以控制电池808的放电率，并且更具体的，可以通过降低操作的DC灯818的数量而减少放电率来满足期望的紧急情况内部照明水平。
DC电力控制系统800可以通过调节可变DC耗电设备818、820、822中的至少一个以使得由可变DC耗电设备818、820、822吸取的电流的水平减小来对DC电力的源810、812在阈值时间段无法操作来做出响应。此外，DC电力控制系统800可以依据在其期间DC电力的源810、812无法操作的时间的长度来选择性地减少或中断可变DC耗电设备818、820、822中的至少一个的操作。
DC电力控制系统800可以通过中断到DC风扇822的电机或发电机的供电并且通过以将电机或发电机的动能转换为DC电力的再生模式来操作电机或发电机来为能量储存设备808充电。
DC电力控制系统800可以控制由太阳能设备802并且由AC电网816馈送的DC电源810、812向DC总线804提供的DC电力的量。具体而言，DC电力控制系统814可以依据DC耗电设备818、820、822需要多少电力、来自电网816的AC电力的费用、来自其他源(例如能量储存设备808、以再生模式操作的电机等)的多少电力可用，来控制由太阳能设备802提供多少电力以及由DC电源810、812提供多少电力。
图10图示了DC电力控制系统1000的另一个实施例，DC电力控制系统1000可以基本上类似于DC电力控制系统800，除了系统1000额外地包括由电池1008供电的机动车辆1028形式的移动设备。DC电力控制系统1000包括太阳能设备(例如光伏阵列)1002形式的可再生能量DC电源，太阳能设备1002的输出被连接到DC总线1004。太阳能设备1002和DC总线1004与DC/DC转换器1010和AC/DC变换器1012形式的DC电力的源连通，并与控制器1014形式的处理器连通。电池1008形式的能量储存设备可以向DC总线1004提供DC电力。
太阳能设备1002和DC电源可以向DC总线1004提供DC电力。AC电网1016可以向DC电源提供AC电力，AC/DC变换器1012可以将AC电力转换为DC电力。DC灯1018、DC热设备1020(例如冷冻器)和DC风扇1022形式的DC耗电设备或可变DC负载可以从DC总线1004吸取DC电力。DC风扇1022可以包括能够以再生模式操作的电机或发电机。任选地，一个或多个能量储存元件(未示出)可以被独立地和/或直接地连接到DC总线804。
例如，机动车辆1028可以是高尔夫球车或叉车的形式。因此，能量储存设备可以结合太阳能设备和其他DC电力的源一起为DC耗电设备供电，还可以为机动车辆供电。因此，电池1008可以基本上同步地执行在太阳能设备和其他DC电力的源无法操作时为紧急情况负载提供紧急电力的功能，以及作为机动车辆的唯一电力的源的功能两者。
应当理解，本发明可以包括实施例，在所述实施例中，吊扇或其他电机负载以再生制动模式运行，作为用来直接为灯供电的能量储存的部分或全部。亦即，再生可能不一定为系统中的其他电池充电。换言之，如果系统中没有电池，则在失去电网时，减速的风扇可以保持向DC灯供电。这种方法有助于在有云经过以及突然失去太阳能电力时填补电力。这可以增大DC电源的寿命，这是因为如果即使在少量能量储存时风扇电机帮助供电，则DC电源就不会有由于突然出现的云的那么大的功率骤增。
尽管本发明已经被描述为具有示范性设计，但还可以在本公开的精神和范围内进一步修改本发明。因此本申请旨在覆盖使用其一般原理的对本发明的任何变型、使用和调整。

Claims (22)

1.一种DC建筑电气系统，包括：
DC总线；
DC耗电设备，其被连接到所述DC总线；
DC电力的源，其被连接到所述DC总线并且被配置为为所述DC耗电设备供电；
DC紧急情况负载；以及
能量储存设备，其被连接到所述DC总线并且被连接到所述DC紧急情况负载，所述能量储存设备被配置为：
结合所述DC电力的源来为所述DC耗电设备供电；并且
在除了所述能量储存设备以外没有电力的源可用于所述DC耗电设备时，为所述DC紧急情况负载供电。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述DC电力的源包括：
光伏阵列，其在所述DC总线上产生DC电压；和/或
DC电源，其利用从公用电网接收到的AC电压来在所述DC总线上产生DC电压。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述能量储存设备被配置为在除了所述能量储存设备以外没有电力的源可用于所述DC耗电设备时在预定的时间段为所述DC紧急情况负载供电。
4.根据权利要求3所述的系统，还包括可再生能量DC电源，所述可再生能量DC电源被连接到所述DC总线并且被配置为在除了所述能量储存设备以外没有电力的源可用于所述DC耗电设备时，结合所述能量储存设备来向所述DC紧急情况负载提供电力。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述DC紧急情况负载被包括在所述DC耗电设备中，并被配置为吸取少于所述DC耗电设备的电力。
6.一种DC建筑电气系统，包括：
DC总线；
DC耗电设备，其被连接到所述DC总线；
DC电力的源，其被连接到DC总线，并且被配置为为所述DC耗电设备供电；
机动车辆；以及
能量储存设备，其被连接到所述DC总线并且被连接到所述机动车辆，所述能量储存设备被配置为：
结合所述DC电力的源来为所述DC耗电设备供电；并且
为所述机动车辆供电。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述能量储存设备被配置为是所述机动车辆的唯一电力的源。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述机动车辆包括高尔夫球车或叉车。
9.一种DC建筑电气系统，包括：
DC总线；
DC耗电设备，其被连接到所述DC总线；
DC电力的源，其被连接到所述DC总线，并且被配置为为所述DC耗电设备供电；
能量储存设备，其被连接到所述DC总线，并且被配置为结合所述DC电力的源来为所述DC耗电设备供电；以及
DC电力控制系统，被配置为基于所述能量储存设备的充电的当前状态和所述能量储存设备的充电的预定的目标状态来选择性地为所述能量储存设备充电和放电。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述DC电力控制系统被配置为在所述DC电力的源可运行的时间段期间为所述能量储存设备充电，并且在所述DC电力的源无法操作的时间段期间使所述能量储存设备放电，所述充电的预定的目标状态是在所述DC电力的源无法操作时足以在预定的持续时间单独为所述DC耗电设备供电的充电的状态。
11.根据权利要求9所述的系统，还包括可再生能量DC电源，所述可再生能量DC电源被连接到DC总线，其中，所述DC电力控制系统被配置为通过使用来自所述可再生能量DC电源的过剩电力来为所述能量储存设备充电。
12.根据权利要求9所述的系统，还包括可再生能量DC电源，所述可再生能量DC电源被连接到所述DC总线，其中，所述DC耗电设备是可变的，所述DC电力控制系统被配置为通过以下方式来对所述能量储存设备的所述充电的当前状态下降到所述充电的预定的目标状态以下做出响应，即调节可变DC耗电设备以使得由所述可变DC耗电设备吸取的电流水平小于源于所述可再生能量DC电源的电流水平，并且使得所述能量储存设备由所述可再生能量DC电源充电到所述充电的预定的目标状态。
13.根据权利要求9所述的系统，还包括可再生能量DC电源，所述可再生能量DC电源被连接到所述DC总线，其中，所述DC耗电设备是可变的，所述DC电力控制系统被配置为通过依据建筑环境状况和对应的预定的建筑状况选择性地减少或中断可变DC耗电设备的操作而调节所述能量储存设备的放电电流率来对所述能量储存设备的所述充电的当前状态下降到所述充电的预定的目标状态以下做出响应。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述建筑环境状况包括日光的水平。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述对应的预定的建筑状况包括期望的紧急情况内部照明水平。
16.根据权利要求9所述的系统，还包括可再生能量DC电源，所述可再生能量DC电源被连接到所述DC总线，其中，所述DC耗电设备是可变的，所述DC电力控制系统被配置为通过调节可变DC耗电设备因此使得由所述可变DC耗电设备吸取的电流的水平减小来对所述DC电力的源在阈值时间段无法操作做出响应。
17.根据权利要求9所述的系统，其中，所述DC耗电设备是可变的，并且其中，所述DC电力控制系统被配置为依据在所述DC电力的源已经无法操作的时间的长度来选择性地减少或中断可变DC耗电设备的操作。
18.根据权利要求9所述的系统，其中，所述DC耗电设备包括电机或发电机，所述DC电力控制系统被配置为通过中断向所述电机或所述发电机的供电并且通过以再生模式操作所述电机或所述发电机来为所述能量储存设备充电，在所述再生模式中所述电机或所述发电机的动能被转换为DC电力。
19.一种微电网系统布置，包括：
光伏阵列，所述光伏阵列在DC总线上产生DC电压；
DC电源，其利用从公用电网接收到的AC电压来在所述DC总线上产生DC电压；
DC耗电设备，其被连接到所述DC总线；以及
控制器，其被配置为控制由所述光伏阵列并且由所述DC电源提供给所述DC总线的DC电力的量。
20.根据权利要求19所述的布置，还包括能量储存设备，所述能量储存设备被连接到所述DC总线，所述控制器被配置为令所述能量储存设备：
结合所述光伏阵列和/或所述DC电力的源来为所述DC耗电设备供电；并且
在所述光伏阵列和所述DC电源无法操作时，作为所述DC耗电设备的电力的唯一的提供器。
21.根据权利要求20所述的布置，其中，所述控制器被配置为基于所述能量储存设备的充电的当前状态和所述能量储存设备的充电的预定的目标状态来选择性地为所述能量储存设备充电和放电，所述充电的预定的目标状态是在所述光伏阵列和所述DC电源无法操作时足以在预定的持续时间单独为所述DC耗电设备供电的充电的状态。
22.根据权利要求19所述的装置，其中，所述控制器包括第一控制器，所述布置包括第二控制器，所述第二控制器被配置为通过减少由所述DC耗电设备吸取的电力的水平来对所述光伏阵列和所述DC电源在阈值时间长度中无法操作做出响应。
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