CN106849155A - 用于逆变器的控制器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于逆变器的控制器，具体地公开了一种用于控制逆变器（202）的控制器装置，所述逆变器（202）用于将来自功率源（201）的输入功率（202）转换成提供在逆变器（202）的功率输出（204）处的多相AC输出功率（205）。功率输出（204）连接到负载（212）并且此外连接到电力网（214）。控制器装置包括用于接收代表提供到负载的每相功率（211）或提供到电力网的每相功率（210）中的至少一个的每相功率信号（223）的信号输入（222）。本发明还涉及包括这样的控制器装置的逆变器、包括这样的逆变器和控制逆变器的控制器装置的功率分配装置，并且本发明还涉及用于控制这样的逆变器的方法。

Description

用于逆变器的控制器

技术领域

本发明涉及用于控制逆变器的控制器装置，所述逆变器用于将来自功率源的输入功率转换成提供在逆变器的功率输出处的多相AC输出功率。逆变器的功率输出连接到负载并且此外连接到电力网。本发明还涉及包括这样的控制器装置的逆变器、包括这样的逆变器和控制逆变器的控制器装置的功率分配装置，并且本发明还涉及用于控制这样的逆变器的方法。

背景技术

世界上的功率消耗主要由于迅速的工业发展和改进的生活标准而急剧增加。可再生功率源由于针对功率的增加的需求而变得更加重要。诸如光伏系统或风力农场之类的可再生功率源表示向公共电力网中馈送功率的多个功率源。

存在各种类型的功率生成系统。存在排他地产生和提供用于公共电力网的功率的常见功率生成系统。除这样的大功率生成系统之外，存在产生例如用于房屋的功率的本地且较小的功率生成系统。具有可再生功率源的常见功率生成系统通常包括将所产生的直流（DC）功率转换成单相或多相交流（AC）输出功率的逆变器。从逆变器的输出向本地电气负载提供输出功率。例如，建筑物的功率消耗可以表示这样的本地负载。逆变器的功率输出通常附加地连接到公共电力网。如果本地负载的功率需求小于从功率源提供的功率，过剩的功率被馈送到公共电力网中。在本地需求超过从可再生功率源提供的功率的情况下，从公共电力网获取缺失的功率。

由于功率产生以及本地负载的功率消耗可能随时间而变化，因此通常安装诸如电池之类的能量存储设备以便临时存储能量。存储系统通常包括控制逆变器的控制器。基于所测量到的功率需求并且根据来自可再生功率源的目前可用功率，控制器控制逆变器对存储设备进行充电或放电以便满足目前功率需求。来自功率源的过剩功率可以存储在存储设备中。如果本地功率消耗超过所产生的功率，附加功率可以从存储设备获取。

来自可再生能量源的所消耗的功率与从可再生能量源产生的功率总和之比指示自消耗比例（SCR）。而自治比例（AR）指示自身产生的能量与从电网获取的能量之比。

各种类型的控制器在本领域中是已知的，该控制器控制可再生功率源的逆变器的传出功率或电流以便满足输出功率规范或满足公共电力网要求。

例如，US 2013/0181527 A1（Sinewatt Inc.）描述了一种太阳能光伏能量收集和转换系统。该系统具有包括光伏功率源和控制器的若干串构件。控制器基于每一个串构件的性能或操作来协调每一个串构件的输出以实现所期望的功率。系统包括将DC功率转换成AC功率，电流从串构件到其它串构件的共享或均等化或在串构件之中同步电流生成以便同步电流与现有电网。串可以布置成形成单相电压输出或者三个单相串可以在电气上成组在一起以用于三相系统。

一种用于预测相位平衡的方法公开在US 2014/0031998（IBM）中。通过接收客户需求简档，方法从预期功率需求创建需求预报。方法然后通过多相电力网网络中的对应相位拆分用于每一个客户的负载使得负载对应于预期功率需求。所描述的系统包括具有在三相过程中产生功率的三个电路导体的功率供应器。逻辑配置成以给定时间间隔利用相位之中的预定义的最大偏差或差异。逻辑从被识别为具有最高值的相位递增地移除最小负载并且向具有最低值的相位重新分配最小负载。当负载值基本上相等时负载被视为是平衡的。

US 8,344,550 B2（通用电气公司）公开了一种具有可再生功率源的功率生成系统。系统包括源侧转换器、源侧控制器、电网侧转换器、电网侧控制器、电能存储设备和能量存储控制器。电网侧转换器包括DC到AC逆变器。源和电网侧转换器包括单相或多相配置。电网侧控制器接收电网反馈以用于使用在向电网侧转换器提供电网切换信号中。基于这些信号，电网侧转换器调节输出功率。这允许实现电网互连要求。例如，本将去往电网的能量可以被吸收在能量存储设备（电池）中。能量存储控制器控制能量存储转换器实现DC链路上的期望的功率平衡。功率平衡通过DC链路与能量存储设备之间的功率交换实现。

以上提到的控制器控制输出功率，但是它们仅考虑电力网要求而没有考虑用于输出功率的控制的本地负载。存在将提供给公共电力网的输出功率控制到零的本领域中已知的控制器。这意味着本地负载消耗来自可再生功率源的更多功率。这样的控制器具有仅三相AC之和被控制到零的缺点。由于负载通常是一个相位不同于另一相位，因此电流不等于零。在电压存在于输出处的情况下，这意味着一些相位可能向电力网中馈送功率。该不平衡的功率馈送可能导致电网扰动。另外，通过本地负载消耗从功率源产生的功率比在电力网中馈送它更加高效。

发明内容

本发明的目的是提供一种如以上所提到的控制器装置，其能够灵活地调节输出功率以便能够对公共电力网以及还有本地负载的不同情形和要求起反应。本发明另外的目的是提供对应的逆变器、包括这样的控制器装置的功率分配装置和用于控制这样的逆变器的方法。

本发明的解决方案由权利要求1的特征指定。根据本发明，控制器装置包括用于接收代表提供到负载的每相功率或提供到电力网的每相功率中的至少一个的每相功率信号的信号输入。另外，控制器装置适配成控制逆变器以基于每相对应功率信号而单独地控制多相AC输出功率的每一个相位。

多相AC输出功率的每一个相位的单独控制允许对每相功率需求的单独反应。这意味着对于控制而言，提供到负载的功率不仅被视为用于多相AC输出功率的所有相位的总体输出功率，而且单独地考虑相位。因而，如果相位的功率需求正在改变，则可以调节输出功率的对应相位。

因此在逆变器的功率输出处提供的输出功率的一个相位不同于另一个。每一个相位的单独控制允许灵活地调节输出功率以满足负载或电力网的特定要求。显然，只有如果相位的必要调节处于可控范围内这才是可能的。该可控范围取决于输入功率，因为受控逆变器必须布置可用输入功率使得每一个相位的输出功率遵循由控制器给出的指定值。

例如如果负载明显要求一个单个相位中的更多功率，则每一个相位的单独控制是有利的。在这样的情况下，控制器装置可以基于每相所需功率而将可用输入功率布置到输出功率的各个相位。但是控制器装置还能够独立于负载单独控制每一个相位。例如，如果要求在特定相位上馈入更多功率，则控制器装置可以增加提供到一个相位的电网的功率。在另一实施例中，控制器装置基于二者，基于负载的所需功率和附加地基于电网的特定要求控制逆变器。

控制器装置涉及至少包括源功率、逆变器和负载的功率系统。这意味着：优选地，功率源产生输入功率并且源功率连接到逆变器。逆变器将输入功率转换成提供在逆变器的功率输出处的多相AC输出功率。该功率输出优选地连接到负载并且附加地连接到电力网。

用于控制逆变器的控制器装置包括至少一个控制器，其包括用于接收每相功率信号的至少一个信号输入和用于提供用于控制逆变器使得建立控制回路的控制信号的至少一个输出。为了控制逆变器，控制器优选地适配成向逆变器发送控制信号。逆变器然后根据所接收到的控制信号调节输出功率。功率输出通过改变输出电流或输出电压、或者通过改变输出电流和输出电压二者而是可调节的。控制器适配成根据对应功率信号来单独地控制输出功率的每一个相位。这意味着例如控制器接收用于相位一的信号并且因而控制逆变器调节相位一的输出功率。

控制器装置位于哪里是无关的。控制器装置可以布置在现有设备中，或者控制器装置可以安装在分离的设备中。控制器装置可以集成在逆变器中，或者控制器装置可以在分离的设备内部。优选地，控制器装置集成在逆变器中。

术语逆变器应当理解成意指将输入功率的输入电流转换成输出功率的多相AC的设备。由此，输入电流可以是具有任何频率的AC，或者输入电流可以是DC。术语多相AC输出功率意指输出功率可以包括两个、三个或更多相位。电力网优选地为多相AC电力网，比如例如房屋的高级本地电网或常见公共三相电力网。

负载连接到多相AC的至少一个相位。优选地，负载连接到所有相位。负载应当理解成意指主要由功率源供应的负载，但是该负载可以时不时地由电力网附加地供应。优选地，负载由二者供应，在特定时间点处负载由输入功率供应，并且在另一时间点处其由来自电力网的功率供应。负载可以例如对应于房屋的功率消耗设备的全部。功率消耗设备例如是电气驱动器、电气加热、照明或消耗电气功率的任何电气装备。

表示提供到负载或电力网的每相功率的每相功率信号优选地由测量设备生成并且包括例如由安培计生成的电流、例如由电压计生成的电压的指示或例如由功率计生成的功率的指示。测量设备优选地位于负载前方以测量提供到负载的功率。可替换地，测量设备位于电力网接口处以测量提供到电力网的功率。在该情况下，提供到负载的功率通过从总功率输出减去提供到电网的功率来获取。

优选地，功率信号由安培计生成。安培计是公知且普遍的。其允许容易地测量电流以便确定提供到负载或提供到电力网的每相输出功率。例如，功率信号由电流传感器或由能够测量电流的任何设备生成。

功率系统优选地包括另外的测量设备。优选地，功率计位于功率源与逆变器之间以测量输入功率。优选地，另外的功率计位于逆变器的功率输出处以测量总输出功率。

优选地，控制器装置适配成控制逆变器以便跨所有相位平衡逆变器的每相输出功率与提供到负载的每相功率的差异。

术语“平衡”应当理解成意指控制器装置单独地控制输出功率的每一个相位使得逆变器的每相输出功率与提供到负载的每个对应相位的功率的差异从一个相位到另一个尽可能相等。所述差异的平衡使得提供到电网的过剩功率或从电网获取的功率是对称的。

以数学形式表述，这意味着每相受控输出功率减去每相提供到负载的功率得出每相提供到电力网的功率。在该情况下每相负载本质上对应于每相功率需求。提供到电网的该功率在相位之间比如果如在本领域中从常规控制器已知那样仅将所有相位之和控制到指定值或零要对称许多。

提供到电力网的功率在某种程度上跨所有相位是对称的。这意味着一个相位的功率并非与另一个相当不同。利用该对称性，所产生的输入功率的处置比以非对称相位的功率馈入的情况更加高效。原因在于自身产生的功率的消耗增加并且在电力网中馈入的功率量减少。消耗所产生的输入功率比从电网获取功率更加成本有效。因而，相位的单独控制和平衡增加具有负载的功率生成系统的自消耗比例以及自治比例。另外，对称相位可以避免电力网中的电网扰动。在另一优选实施例中，控制器装置适配成控制逆变器以便跨所有相位平衡提供到电网的功率。这具有与如以上描述的平衡逆变器的每相输出功率与提供到负载的每相功率的所述差异相同的效果。在另外的实施例中，跨所有相位平衡是基于表示提供到电网的功率的每相功率信号并且附加地基于表示提供到负载的每相功率的功率信号。

可替换于以上提到的实施例，控制器装置适配成控制逆变器以便保持一个相位到另一相位的提供到负载的功率或提供到电网的功率的恒定或可变差异。

优选地，控制器装置包括用于多相AC输出功率的每一个相位的相位线控制器。控制器装置因而包括与多相AC输出的相位数目一样多的相位线控制器。因而，每一个相位具有其自身的控制回路，其具有反馈到相应相位线控制器和相应相位线控制器输出的每相功率信号。因此每一个相位由其相位线控制器单独控制。在优选实施例中，每一个相位线控制器是物理上分离的单元。这在故障情况下简化维护和错误搜索。可替换地，所有相位的相位线控制器布置在一个物理单元中。一个相位的控制器可以是电子组件，例如微处理器或现场可编程门阵列（FPGA）等等。这意味着例如每一个表示用于一个相位的控制器的若干电子组件布置在一个物理单元中。

可替换地，不存在用于每一个相位的控制器，而是存在顺序控制所有相位的一个控制器。这意味着控制器通过在一个相位到另一个之间切换而操作在时间共享模式中。控制器首先处理相位一的信号并且控制相位一并且然后切换到相位二并且然后进一步切换到相位三。当控制器运行通过所有相位时，其将以相位一再次开始。这样的控制器可以包括一个单个电子组件，优选地具有若干输出（优选地，每一个相位一个）的微控制器。该实施例允许紧凑的设计，因为仅存在包括所有控制器的一个物理单元。

可替换地，控制器不是物理单元而是分离的逻辑单元。这意味着所有相位线控制器实现在控制器装置的软件中。存在表示相位线控制器的用于每一个相位的逻辑单元，或者可替换地，存在用于所有相位线控制器的仅一个逻辑单元。这允许相位线控制器的非常紧凑的实现。在可替换的实施例中，控制器装置包括作为物理单元的控制器和以逻辑单元的形式的控制器二者。

相位线控制器优选地布置在诸如逆变器、控制盒之类的现有设备中，或者在任何现有外壳内部。

优选地，控制器装置适配成控制逆变器向连接到逆变器的能量存储设备输送输入功率或者从能量存储设备向逆变器的功率输出输送输入功率。

这意味着控制器装置的每一个相位线控制器能够控制逆变器对能量存储设备充电以及放电。本领域技术人员将认识到，用于对存储设备充电的能量优选地源自输入功率。相反，从能量存储设备输送的功率通过对能量存储设备放电来提供。从能量存储设备获取的功率优选地提供在逆变器的功率输出处以向负载馈送功率。

能量存储设备可以包括长期以及短期存储设备。能量存储设备可以包括直接或间接存储设备，化学、电气、机械或磁性存储设备。因此术语能量存储设备包括例如飞轮、水电能量存储设备、氢存储设备、压缩空气能量存储设备或任何其它类型的能量存储设备。能量存储设备优选地为直接存储设备，诸如电池或电容器，但是该能量存储设备可以是适合于存储电能的任何存储系统。

能量存储设备允许存储由功率源提供但是当前未被负载使用的过剩能量。在缺少用于本地负载的能量的情况下，能量存储设备可以提供能量。另外，能量存储设备允许将提供到电力网的输出功率控制到某个值，例如以满足特定电力网要求或优化负载的功率消耗。然而，在能量存储设备的情况下，未必需要在电力网中馈入功率或从电力网获取功率。因而，电力网的依赖性被降低。这允许所产生的功率的高效且经济的处置。

可替换地，功率系统可以不包括能量存储系统。过剩功率可以以热量的形式被转变，或者其可以用于驱动机器或马达，或者其可以被输送至电力网或简单地被浪费。在该情况下，从外部电力网获取缺失的功率。

在优选实施例中，控制器装置适配成控制逆变器使得提供到电力网的每相功率等于零。这意味着不仅作为提供到电网的多相AC功率的所有相位之和的功率等于零而且每一个单个相位的功率等于零。为此，每一个相位线控制器控制逆变器以调节每一个相位的输出功率。

提供到电力网的每一个相位的功率在可能的范围内等于零。因此术语“等于零”不应当理解为精确的数字零而是作为零左右的范围。

该控制到零具有以下优点：没有功率或几乎没有功率被馈送到电力网中。因此可用输入功率在本地可由负载消耗或者输入功率可以存储在能量存储设备中。这比向电力网馈入功率和消耗来自电力网的功率更加高效且更加经济。将提供到电力网的功率控制到零增加自消耗比例以及自治比例。这允许更加自治的操作并且甚至更多地降低电力网的依赖性。另外，如果没有功率被馈入电力网，还不存在干扰电力网的风险（例如在电流、电压或频率不满足电网要求的情况下）。

可替换地，提供到电力网的每一个相位的功率可以不等于零，而是等于某个值，例如以便满足特定电力网要求。

优选地，控制器装置适配成控制逆变器使得每相输出功率等于提供到负载的每个对应相位的功率。每相输出功率优选地意味着离开逆变器的功率输出的功率。提供到负载的功率主要意味着负载的功率消耗。如果每相输出功率等于提供到负载的每个对应相位的功率，则提供到电力网的功率等于零。为了实现这一点，相位线控制器控制逆变器以根据每相功率信号调节对应相位的输出功率。

由于负载的功率消耗可能随时间变化，因此相位线控制器优选地恒定控制逆变器。为了能够提供等于提供到负载的功率的每相输出功率，相位线控制器控制逆变器以向能量存储设备传输输入功率或者从存储设备向逆变器的功率输出传输能量。如果例如负载具有相位一上的增加的功率需求，相位线控制器在其信号输入处与功率信号一起接收该信息。如果负载的瞬时功率消耗超过瞬时可用输入功率，相位线控制器优选地使逆变器对能量存储设备放电以便从能量存储设备传输功率并且因而能够提供相位一的充足输出功率。

在来自功率源的输入功率超过负载的例如相位一的瞬时功率需求的情况下，相位线控制器优选地使逆变器对能量存储设备充电以便存储过剩功率并且因而调节相位一的输出功率。这意味着控制确保每相输出功率等于提供到负载的每个对应相位的功率并且因而没有功率被馈入电力网并且没有功率源自电力网。换言之，借助于能量存储设备关于提供到负载的每相功率控制逆变器的每相输出功率允许实现等于零的每个相位的馈入功率。

这允许将所产生的功率最优地用于负载，因为使用来自功率源的功率可以比向电力网馈入它或从电力网汲取功率更高效且更经济。另外，其中每一个相位的功率等于零的馈入功率避免电网扰动。

可替换地，输出功率不等于提供到负载的功率。这意味着一个或多个相位的提供到电网的功率不等于零。如果电力网具有特殊的馈入要求，这可以是有利的，但是在该情况下，来自本地源的所消耗的功率与从本地源产生的功率总和之比可能不是最优的。

优选地，控制器装置适配成根据对应功率信号单独地控制多相AC输出功率的每一个相位的电流。由于电力网的电压或本地负载的电压通常为给定因子，因此每一个相位的输出功率通过控制输出电流而是可调节的。根据基本电学原理，功率取决于电流和电压。

可替换地，输出电流可以保持在恒定值处并且电压可以被调节。另外可替换地，电流和电压二者可以被调节以控制输出功率。

优选地，逆变器的多相AC输出功率的相位数目为三。由于三相电力网是标准的，因此三相AC功率在电力网中是可馈送的。

可替换地，多相AC输出功率可以包括仅两个相位或四个或更多相位。

关于逆变器的本发明的解决方案由权利要求8的特征指定。逆变器将来自功率源的输入功率转换成提供在逆变器的功率输出处的多相AC输出功率。优选地，逆变器的功率输出可连接到负载并且此外可连接到电力网，包括如以上描述的根据本发明的控制器装置。

包括控制器装置意味着根据本发明的控制器装置的控制器安装在逆变器中。由此控制器可以以电子组件的形式安装或者作为逆变器中的分离单元安装。

逆变器可以将DC以及AC输入功率转换成多相AC输出功率。另外逆变器可以充当电流变换器以将输入电流变换成较高或较低值。逆变器的功能不限于转换电流。例如，逆变器还可以包括电压变换器以将输入电压变换成具有与输入电压相同或任何其它频率的较高或较低输出电压。通过将来自功率源的输入功率转换成输出功率，逆变器确保所产生的输入功率可由负载使用或者输入功率满足电力网的要求并且因而功率可被馈送到电力网中。

另外，关于功率分配装置的本发明的解决方案由权利要求9的特征指定。根据本发明，功率分配装置包括：

a）用于产生输入功率的功率源；

b）用于将输入功率转换成提供在逆变器的功率输出处的多相AC输出功率的根据本发明的逆变器，其中功率输出可连接到负载并且此外可连接到电力网，

c）电能存储设备，

d）提供代表以下中的至少一个的每相功率信号的测量设备：

a. 提供到负载的每相功率

b. 提供到电力网的每相功率，以及

e）用于控制逆变器的如以上描述的根据本发明的控制器装置。

全部根据本发明的逆变器、测量设备、电力网以及功率信号、提供到负载的功率和提供到电力网的功率在以上描述。

优选地，功率分配装置的功率源是可再生功率源，更优选地，光伏功率源。

可再生功率源意味着产生可再生能量的功率源。可再生功率源可以包括例如光伏系统、风力农场、水电发电站、地热发电站、沼气发电厂、潮汐发电站、热泵或这些功率源中的两个或更多的组合。可再生能量具有以下优点：能量来自自然补充的资源。相比于集中在有限数目的国家中的非可再生能量源，可再生能量资源存在于宽广的地理区域之上。

可替换地，功率源可以包括非可再生能量，诸如化石燃料或核燃料。功率源在该情况下可以例如是核电站、燃煤发电站、煤气发电厂、以汽油为燃料的发电机或这些功率源的组合。

优选地，可再生功率源提供DC输出功率。比如光伏系统的可再生功率源中的一些生成DC功率。DC功率可容易地存储在能量存储设备中。

可替换地，输入功率可以包括AC功率。比如例如发电机、风力农场或水电发电站那样的功率源生成AC功率。在AC输入功率的情况下，优选地提供整流器以将AC输入功率转换成馈送到逆变器的DC输入功率。

优选地，功率分配装置的能量存储设备包括电池。电池可以是任何种类的电池。电池在其与发电厂结合使用时可以是具有若干兆瓦小时的容量的大电池。优选地，电池具有较小尺寸，其具有若干千瓦时的容量，比如其使用在建筑物技术中。优选地，电池是可再充电电池。电池具有以下优点：能量可以被简单地存储。由于存在许多类型和尺寸的电池，因此存储容量可以针对特定应用的要求而被容易地调节。

可替换地，能量存储设备可以包括抽水蓄能装置、压缩空气存储设备、飞轮能量存储设备、氢存储系统或磁能存储设备。

优选地，负载对应于房屋的功率消耗设备的整体。

房屋可以包括例如建筑物、工厂、不动产或地产以及仓库等等。优选地，房屋是包括比如例如电气加热、灯装备和建筑物的所有其它电气负载的所有其电气装备的建筑物。在居住房屋的情况下，负载由例如电气加热、电灯装备、厨房器具、洗衣机、烘干机、冰箱、冰柜、熨斗、收音机、电视等等构成。“功率消耗设备的整体”意指在特定时刻处消耗功率的所有设备。因此负载可以对应于单个设备或若干功率消耗设备。例如，如果在家庭中仅洗衣机正在消耗功率，则仅洗衣机对应于负载。如果例如炉灶面与通风橱和烤箱同时开关，则负载因而可能随时间迅速改变。

可替换地，负载可以包括机器、驱动器、灯装备或电气加热。

关于该方法的本发明的解决方案由权利要求13的特征进一步指定。本发明涉及用于控制用于将来自功率源的输入功率转换成提供在逆变器的功率输出处的多相AC输出功率的逆变器的方法，转换器连接到负载并且此外连接到电力网，其特征在于以下步骤：

a）接收代表提供到负载的每相功率或提供到电力网的每相功率中的至少一个的每相功率信号，

b）根据对应功率信号单独地控制多相AC输出功率的每一个相位。

以上描述方法的逆变器、功率源、负载、电力网以及输入功率、多相AC输出功率、功率信号、提供到负载的功率和提供到电网的功率。

优选地，控制器装置控制逆变器向连接到逆变器的能量存储设备传输输入功率或者从能量存储设备向功率输出传输输入功率。以上描述所述能量存储设备。

优选地，控制器装置控制逆变器使得提供到电力网的每相功率等于零。

优选地，控制器装置控制逆变器使得每相输出功率等于提供到负载的每个对应相位的功率。

优选地，控制器装置根据对应功率信号单独地控制多相AC输出功率的每一个相位的电流。

其它有利实施例和特征的组合从以下的详细描述以及权利要求的总体显现。

附图说明

用于解释实施例的附图示出：

图1 包括具有连接到负载和电力网的逆变器的光伏系统的现有技术功率系统的示意性电路图；

图2 根据图1的现有技术系统的三相AC功率的功率-时间图；

图3 此外具有电池存储设备并且具有控制回路的如图1中所示的现有技术功率系统的示意性电路图；

图4 根据图3的现有技术系统的三相AC功率的功率-时间图；

图5a，5b 具有用于每一个相位的相位线控制器的根据本发明的功率系统的示意性电路图；

图6 根据图5a或5b的系统的三相AC功率的功率-时间图；

图7 具有用于每一个相位的相位线控制器并且具有能量存储设备的根据本发明的功率系统的示意性电路图；

图8 根据图7的系统的三相AC功率的功率-时间图。

在各图中，相同组件被给予相同的参考符号。

具体实施方式

图1示出具有如本领域中已知用于家庭装备的负载的功率系统的示意性电路图。功率源是连接到逆变器3的光伏（PV）系统1。逆变器3具有三相功率输出4。单向能量计8连接到该功率输出4。存在逆变器3与能量计8之间的电路断路器6.1和剩余电流电路断路器（RCCB）7。随后于能量计8并且在熔丝开关9.1之后连接电气负载12。在该点处存在到公共三相电力网14的另外的连接。在从负载12到电力网14的方向上还存在所提供的双向能量计13、第二电路断路器6.2和第二熔丝开关9.2。

优选地，负载11对应于在特定时间处正在实际消耗功率的建筑物或房屋的功率消耗设备的整体。因而，负载可以例如对应于热泵、水加热器、电热炉、冰箱、冰柜、照明装置、洗碗机、洗衣机、电视和使用在家庭中的所有其它电气或电子设备。

光伏系统1产生优选地由逆变器3转换成提供在逆变器3的功率输出4处的三相AC输出功率5的DC输入功率2。利用该功率输出4，逆变器3连接到负载12并且此外连接到电力网14。因此，所产生的功率5可以被提供给负载12以及电力网14。取决于所产生的输入功率2的量，功率可以仅被提供给负载12或整个输出功率5可以被馈送到电力网14中。作为另一选项，可以划分输入功率2。这意味着输出功率5的部分量被提供给负载12并且另一部分被提供给电力网14。另一方面，如果负载12的功率需求超过PV系统1的可用输入功率2，附加功率10可以从电力网14获取。如果PV系统由于缺少日光而完全不产生任何功率，则提供给负载11的所有功率源自电力网14。单向能量计8测量从逆变器3去往负载12或去往电力网13的功率量。双向能量计13测量提供到电力网10的功率量或者其测量从电力网13获取的功率量。电路断路器6.1,6.2保护电路以防由过载或短路导致的损坏。在故障的情况下，电路断路器6.1,6.2中断电流流动。电路断路器6.1允许具有逆变器的PV系统1从负载12和从电力网14断开而电路断路器6.2可以将具有逆变器和负载12的PV系统1从电力网14断开。如果RCCB 7检测到电流在被赋能的导体与中性导体之间不平衡，则RCCB 7将具有逆变器3的PV系统1从负载12和从电力网14断开。熔丝开关9.1,9.2提供过流保护。

图2示出具有如以上描述的负载的功率系统的三相功率的功率-时间图。图的水平轴表示时间并且图的竖直轴表示功率。栏30示出通过PV系统1产生的输入功率P_PV（标号2，图1）的功率-时间图。栏31示出针对逆变器3的三相AC输出功率P_out（标号5，图1）的功率-时间图，其中相位一L1是第一行，相位二L2是第二行并且相位三L3是第三行。如所示，一个相位的输出等于彼此。栏32示出提供给负载的功率P_load（标号11，图1）。提供给负载的功率P_load大体等于负载的功率需求（标号12，图1）。由于负载在所有三个相位上对称地不消耗功率，因此提供到负载的功率因相位不同而不同。相位的输出功率减去提供到负载的对应相位的功率得出列33中所示的提供到电力网的每相功率P_grid（标号10，图1）。由于非对称功率需求，因此提供到电力网的功率从一个相位到另一个而不同（所标记的峰值）。

图3示出具有本领域中已知的负载的功率系统的另一实施例的示意性电路图。图3中的系统与图1中描述的系统相同。但是附加于图1中所描述的组件，图3中的逆变器103包括控制器121。控制器121具有用于接收功率信号123的信号输入122。系统还包括测量提供到负载111的功率并且生成功率信号123的功率计124。另外，系统包括连接到逆变器3的电池存储设备120。

控制器103控制输出功率105以便最小化提供到电力网110的功率。这是合期望的，因为使用从PV系统101产生的输入功率102比将功率馈入到电力网114中或从电力网114获取功率更加高效且更加经济。因此，控制器121控制逆变器103对电池存储设备120进行充电或放电。在所产生的功率超过负载112的功率需求的情况下，过剩功率不被馈送到电力网114中，而是控制器121控制逆变器103将过剩功率存储在电池存储设备120中。在负载112的功率需求超过可用输入功率102的情况下，控制器121控制逆变器103对电池存储设备120放电以便提供足够的输出功率105。针对此控制，控制器121从功率计124接收功率信号123。功率计124指示提供到负载111的瞬时功率。在该实施例中，控制器121集成在逆变器103（其允许空间节约集成）中。

图4示出在图3中描述的系统的三相功率的功率-时间图。栏130示出PV系统的功率输入P_PV（标号102，图3）。取决于输入功率的量并且取决于提供到负载的功率P_load（标号111，图3），如以上所描述的那样对电池存储设备（标号120，图3）充电或放电。这意味着输入功率是所添加或减去的功率P_bat（在栏134中示出）的某个量。这得出栏131中所示的经调节的输出功率P_out（标号105，图3）。如所示，每一个相位具有相同的输出功率。栏132中所示的提供到负载的功率必须从输出功率减去以得到栏133中所示的提供到电网的功率P_grid（标号110，图3）。由于非对称负载，提供到电网的功率的每一个相位从一个相位到另一个而不同。如所示，相位一L1的馈入功率几乎等于零，其中相位二L2和相位三L3的馈入功率具有明显的功率峰值。该不平衡的功率馈入是不合期望的，因为其可能导致电网扰动。

控制器尝试将提供到电网的功率保持到零。由于控制变量——其意味着从电池存储设备传输或向其传输的功率——对于所有相位是相同的，因此将所有相位控制到零显然是不可能的。

图5a示出根据本发明的具有负载的功率系统。系统类似于图3所示的系统。相比于图3中所示的现有技术系统，根据本发明的具有负载的功率系统包括三个相位线控制器221.1,221.2,221.3。

这意味着存在用于每一个相位的相位线控制器221.1,221.2,221.3并且因而每一个相位具有其自身的控制回路。由功率计224.1生成的功率信号223包括针对每一个相位提供到负载211的瞬时功率。相位线控制器221.1,221.2,221.3接收每相功率信号223并且控制逆变器203调节对应相位的输出功率205。这意味着：如果例如相位一的功率需求正在增加，相位一的相位线控制器221.1通过功率信号223接收该信息，并且因而控制转换器203以增加相位一的输出功率205。存在用于相位二和三的相同控制回路。

图5b示出图5a中所描述的系统的略微不同的实施例。相比于图5a的系统，图5b中的实施例示出其中功率计224.2位于负载212与电力网214之间的系统。因而，功率计224.2测量提供到电网的功率210。提供到负载的功率211通过从总输出功率205减去所测量到的提供给电网的功率310来获取。

图6示出图5a或5b中描述的三相功率系统的功率-时间图。相比于本领域中已知的系统，根据本发明的逆变器（标号203，图5a）可以输出从一个相位到另一个而不同的输出功率（标号205，图5a）。栏230示出所产生的输入功率P_PV（标号202，图5a）并且栏231示出输出功率P_out。根据栏232中所示的提供到负载的功率P_load（标号211，图5a）调节每一个相位的输出功率。结果得到的提供到电力网的功率P_grid（标号210，图5a）在栏233中示出。

根据每相功率信号223单独调节每一个相位输出的可能性允许降低馈送到电力网214中的功率。由于消耗所产生的输入功率202比从电力网214获取功率更加成本有效，因此相位控制221.1,221.2,221.3允许负载212的高效功率供应。归功于相位的单独控制，自消耗比例（SCR）和自治比例（AR）增加。具体地，在输出功率205的相位未被单独控制的情况下，在图5a/5b中描述的系统具有15%的SCR和16%的AR。在相同操作条件中但是具有单独相位线控制器的相同系统达到23%的SCR和25%的AR。因此，对于SCR的改进为8%。另外，受控相位避免电力网上的不合期望的扰动。对于不具有相位的单独控制的所描述的系统，去往电力网的所测量到的能量为9.45kWh。在相同操作条件中但是具有相位的单独控制，去往电网的能量可以降低到8.8kWh并且电网压力因而降低7%。

图7示出本发明的另一实施例。系统对应于图5a/5b中描述的实施例，但是图7中的系统附加地包括电池存储设备320。每一个相位线控制器321.1,321.2,321.3能够控制逆变器303以对电池存储设备320充电或放电以便存储或获取能量。这提供比图5a/5b中描述的实施例更多的控制可能性。这意味着：如果相位的功率需求超过来自光伏系统301的可用输入功率302，则相位控制321.1,321.2,321.3使逆变器303对电池存储设备320放电以便获取缺失功率。相反，如果所产生的输入功率302超过相位的功率需求，过剩能量可以存储在电池存储设备320中。这提供将提供到电力网的功率310的每一个相位控制到零的可能性。

功率计324还可以位于负载312与电力网314之间，如图5b中所示。

图8示出图7中描述的功率系统的功率-时间图。栏330示出所产生的输入功率P_PV（标号302，图7）。栏334示出去往电池存储设备的功率（标号315，图7）的量或从电池存储设备获取的量。对应地，栏331中示出的功率输出P_out（标号305，图7）是输入功率加上来自电池的功率P_bat（标号315，图7）（个别为输入功率减去去往电池的功率）的结果。为了实现每一个相位的到电力网的功率输出P_grid（标号314，图7）为零，相位线控制器（标号321.1,321.2,321.3，图7）控制逆变器（标号303，图7）调节输出功率使得每一个相位的输出功率等于每个相位的提供到负载的功率P_load（标号311，图7）。如可以从栏331看到的，受控输出功率等于提供到负载332的功率但是具有相反的代数符号，以便得到去往电力网的每一个相位的零功率输出。事实上，栏333中所示的提供到电网的功率大体等于零。相比于图5a/5b中描述的没有电池存储设备的实施例，这些控制甚至更多地增加自消耗比例和自治比例。

参考符号列表

1,101,201, 301	光伏系统
		2, 102, 202, 302	输入功率
3, 103, 203, 303	逆变器
		4, 204, 304	逆变器的功率输出
5, 105, 205, 305	输出功率
		6.1, 6.2	电路断路器
7	残余电流电路断路器（RCCB）
		8	能量计单向
9.1, 9.2	熔丝开关
		10, 110, 210, 310	提供到电力网的功率
11, 111, 211, 311	提供到负载的功率
		12, 112, 212, 312	负载
13	双向能量计
		14, 114, 214, 314	三相电力网
30, 130, 230, 330	图 输入功率
		31, 131, 231, 331	图 输出功率
32, 132, 232, 332	图 提供到负载的功率
		33, 133, 233, 333	图 提供到电力网的功率
134, 334	图 去往/来自电池的功率
		120, 320	电池存储设备
121	控制器
			相位线控制器
122, 222, 322	信号输入
		123, 223, 323	功率信号
124, 224.1, 224.2 324	功率计
		315	去往/来自电池存储设备的功率

Claims (17)

1.一种用于控制逆变器（203）的控制器装置，所述逆变器（203）用于将来自功率源（201）的输入功率（202）转换成提供在逆变器（203）的功率输出（204）处的多相AC输出功率（205），其中功率输出（204）连接到负载（212）并且此外连接到电力网（214），其特征在于：控制器装置

a）包括用于接收代表以下中的至少一个的每相功率信号（223）的信号输入（222）

i．提供到负载的每相功率（211），

ii．提供到电力网的每相功率（210），

b）并且被适配成控制逆变器以基于每相对应功率信号（223）而单独地控制多相AC输出功率（205）的每一个相位。

2.根据权利要求1的控制器装置，其被适配成控制逆变器（203）以便跨所有相位平衡逆变器（203）的每相输出功率（205）与提供到负载的每相功率（211）的差异。

3.根据权利要求1或2的控制器装置，包括用于多相AC输出功率（205）的每一个相位的相位线控制器（221.1,221.2,221.3）。

4.根据权利要求1至3中任一项的控制器装置，其被适配成控制逆变器（303）向连接到逆变器（303）的能量存储设备（320）输送输入功率（302）或者从能量存储设备（320）向逆变器（303）的功率输出（305）输送输入功率（302）。

5.根据权利要求4的控制器装置，其被适配成控制逆变器（303）使得提供到电力网的每相功率（310）等于零。

6.根据权利要求5的控制器装置，其被适配成控制逆变器使得每相输出功率（305）等于提供到负载的每个对应相位的功率（311）。

7.根据权利要求1至6中任一项的控制器装置，其被适配成根据对应功率信号（323）单独地控制多相AC输出功率（305）的每一个相位的电流。

8.用于将来自功率源（301）的输入功率（302）转换成提供在逆变器（303）的功率输出（304）处的多相AC输出功率（305）的逆变器（303），其中功率输出（304）可连接到负载（312）并且此外可连接到电力网（314），包括根据权利要求1至7中任一项的控制器装置。

9.功率分配装置，包括：

a）用于产生输入功率（302）的功率源（301），

b）用于将输入功率（302）转换成提供在逆变器（303）的功率输出（304）处的多相AC输出功率（305）的逆变器（303），其中功率输出（304）可连接到负载（312）并且此外可连接到电力网（314），

c）电能存储设备（320），

d）提供代表以下中的至少一个的每相功率信号（323）的测量设备（324）

i．提供到负载的每相功率（311），

ii．提供到电力网的每相功率（310），

e）用于控制逆变器（303）的根据权利要求1至7中任一项的控制器装置。

10.根据权利要求9的功率分配装置，其中功率源（301）是可再生功率源，优选地是光伏功率源。

11.根据权利要求9或10的功率分配装置，其中能量存储设备（320）包括电池。

12.根据权利要求9至11中任一项的功率分配装置，其中负载（312）对应于房屋的功率消耗设备的整体。

13.一种用于控制用于将来自功率源（301）的输入功率（302）转换成提供在逆变器（303）的功率输出（305）处的多相AC输出功率（305）的逆变器的方法，转换器连接到负载并且此外连接到电力网，其特征在于以下步骤：

a）接收代表以下中的至少一个的每相功率信号（323）

i．提供到负载的每相功率（311），

ii．提供到电力网的每相功率（310），

b）根据对应功率信号（323）单独地控制多相AC输出功率（305）的每一个相位。

14.根据权利要求13的方法，其中控制器装置控制逆变器（303）向连接到逆变器（303）的能量存储设备（320）传输输入功率（302）或者从能量存储设备（320）向功率输出（305）传输输入功率（302）。

15.根据权利要求13或14的方法，其中控制器装置控制逆变器（303）使得提供到电力网的每相功率（310）等于零。

16.根据权利要求15的方法，其中控制器装置控制逆变器（303）使得每相输出功率（305）等于提供到负载的每个对应相位的功率（311）。

17.根据权利要求13至16中任一项的方法，其中控制器装置根据对应功率信号（323）单独地控制多相AC输出功率（305）的每一个相位的电流。