CN107925246A - 能量生成系统中的多个逆变器电力控制系统 - Google Patents

能量生成系统中的多个逆变器电力控制系统 Download PDF

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Abstract

一种电力控制系统，包括第一逆变器电力控制系统和在并联配置中与第一逆变器电力控制系统耦合的第二逆变器电力控制系统。第一逆变器电力控制系统和第二逆变器电力控制系统可以各自包括被配置为接收直流(DC)电力的输入端；被配置为接收DC电力输入的DC到交流(AC)逆变器级；耦合到DC/AC逆变器级的输出端的防孤岛继电器；以及耦合到防孤岛继电器的过渡继电器。过渡继电器可以被配置为在一个或多个现场备用负载与AC电网之间路由逆变器电力控制系统的输出。第一逆变器电力控制系统可以被指定为主设备，其被配置为控制被指定为从设备的第二逆变器电力控制系统的操作。

Description

能量生成系统中的多个逆变器电力控制系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年8月14日提交的美国临时申请No.62/205,452；以及于2016年5月20日提交的美国专利申请No.15/161,104的优先权，这些申请通过引用整体上并入本文，用于所有目的。
背景技术
降低成本、州和联邦税收优惠以及对温室气体(例如，二氧化碳排放)与气候变化之间的相关性的增加的认识已经增加了光伏(PV)或“太阳能”能源生成系统对消费者、企业和公用事业公司的普及。常规的太阳能能量生成系统包括在一个或多个串上连接在一起的PV模块的阵列、用于组合这一个或多个串的直流(DC)输出的组合器、用于将从串输出的组合DC转换成交流(AC)的一个或多个串逆变器，以及到AC电网电力的物理接口(通常在电表的负载侧，在电表和客户的主电气面板之间)。可替代地，微型逆变器可以与每个面板或N个面板(N≤4)一起使用，从而不需要串逆变器。常规的太阳能能量生成系统将多余的AC电力提供回AC电网，从而为客户带来成本效益。
常规的太阳能能量生成系统已被改进，以包括现场能量存储装置。在常规的太阳能能量生成系统中包括能量存储装置改进了这种系统的功能性和通用性。例如，在电网不可用时(诸如当发生停电时)，包括现场能量存储装置提供潜在的电力源。此外，它允许客户存储在白天当太阳能电池阵生成最多电力的时候生成的能量，然后在太阳落山之后消耗所生成的电力，由此减少客户的高峰需求。分布式存储甚至有可能通过允许其客户在电网需要附加电力时向电网供回电力而使传统公用事业公司受益，诸如满足在电网中正在使用主动加热或制冷时的正午负载。本地化的能量存储可以帮助公用事业公司通过供给电力以增强需求响应、削减需求高峰并将负载转移到低需求时间来稳定电网。实际上，在半夜供应高并且需求低的时候，存储甚至可以从电网而不是PV系统取得电力。此外，通过使客户能够现场存储能量，有可能当电网不可用时(例如，停电期间)对于供给备用负载的能量向客户收费。管理这种能量生成系统的操作会非常复杂。电力可以在能量生成系统中的若干部件之间流动，并且能量生成系统的成功运行依赖于不存在冲突的电力流。考虑到具有现场能量存储的太阳能能量生成系统的益处，期望在这种系统中对电力流的管理进行改进。
发明内容
实施例描述了增加具有现场能量存储的太阳能能量生成系统的功能性和通用性的太阳能能量生成系统。在一些实施例中，能量生成系统可以具有包含多于一个逆变器电力控制系统(PCS)的电力控制系统。逆变器PCS不仅可以控制电力在DC源(例如，PV阵列和能量存储设备)与AC电网和/或备用负载之间的传送，而且还控制电力在每个逆变器PCS之间的传送。逆变器PCS中的一个可以被配置为管理其它逆变器PCS的操作。
在其它实施例中，能量生成系统可以具有包含多个能量存储设备的能量存储系统。逆变器PCS可以将能量存储到能量存储系统内的多个能量存储设备中并从其中提取能量。能量存储系统可以被配置为直接从逆变器PCS接收用于操作能量生成系统的命令。能量存储设备中的一个可以被配置为管理能量存储系统内的其它能量存储设备的操作。应当认识到的是，根据本文公开的能量存储系统不包括逆变器PCS，但是可以包括一个或多个能量存储设备以及一个或多个其它部件。
在还有其它实施例中，能量生成系统可以具有向AC电网的不同相提供电力的若干电力子系统。每个电力子系统可以包括能量生成设备、逆变器PCS以及向AC电网或备用负载提供电力的能量存储设备，其中AC电网或备用负载两者均在AC电力的每个相中操作。电力子系统的逆变器PCS中的一个可以被配置为管理能量生成系统的其它电力子系统中的其它逆变器PCS的操作。
在实施例中，电力控制系统包括第一逆变器电力控制系统和与第一逆变器电力控制系统在并联配置中耦合的第二逆变器电力控制系统。第一逆变器电力控制系统和第二逆变器电力控制系统各自可以包括被配置为接收直流(DC)电力的输入端；被配置为接收DC电力输入的DC到交流(AC)逆变器级；耦合到DC/AC逆变器级的输出端的防孤岛继电器(anti-islanding relay)；以及耦合到防孤岛继电器的过渡继电器。过渡继电器可以被配置为在一个或多个现场备用负载与AC电网之间路由逆变器电力控制系统的输出。第一逆变器电力控制系统可以被指定为主设备，其被配置为控制被指定为从设备的第二逆变器电力控制系统的操作。
第一逆变器电力控制系统可以被配置为控制第二逆变器电力控制系统的过渡继电器。在一些实施例中，第一逆变器电力控制系统和第二逆变器电力控制系统都还包括被配置为接收DC电力输入并将其升压或降压到适合于逆变的水平的DC-DC转换器级。电力控制系统还可以包括耦合在第一逆变器电力控制系统和第二逆变器电力控制系统之间的通信线路。在实施例中，第一逆变器电力控制系统和第二逆变器电力控制系统分别包括第一通信设备和第二通信设备，其中通信线路将第一通信设备耦合到第二通信设备。通信线路可以是无线通信线路。
在某些实施例中，能量生成系统可以包括一个或多个光伏(PV)串以及电力控制系统，该电力控制系统包括在并联配置中连接并且耦合到一个或多个PV串的多个逆变器电力控制系统。每个逆变器电力控制系统可以包括被配置为接收直流(DC)电力的输入端；被配置为接收DC电力输入的DC到交流(AC)逆变器级；耦合到DC/AC逆变器级的输出端的防孤岛继电器；耦合到防孤岛继电器的过渡继电器，其中过渡继电器被配置为在一个或多个现场备用负载与AC电网之间路由逆变器电力控制系统的输出，并且其中多个逆变器电力控制系统中的一个被指定为主设备，其被配置为控制被指定为从设备的另一个逆变器电力控制系统的操作；以及耦合到多个逆变器电力控制系统的一个或多个能量存储设备。
能量生成系统还可以包括耦合在多个逆变器电力控制系统与AC电网之间的中央AC断路器(disconnect)。中央AC断路器可以被配置为同时将多个逆变器电力控制系统连接到AC电网和将多个逆变器电力控制系统与AC电网断开。在实施例中，能量生成系统还可以包括将中央AC断路器与多个逆变器电力控制系统耦合的通信线路。在一些实施例中，一个逆变器电力控制系统可以被配置为控制多个逆变器电力控制系统中的其它逆变器电力控制系统。每个逆变器电力控制系统可以还包括被配置为接收DC电力输入并将其升压或降压到适合于逆变的水平的DC-DC转换器级。在某些实施例中，能量生成系统还可以包括耦合在多个逆变器电力控制系统之间的通信线路。多个逆变器电力控制系统中的每个逆变器电力控制系统可以包括通信设备，其中通信线路将多个逆变器电力控制系统中的通信设备耦合在一起。通信线路可以是无线通信线路。
在一些实施例中，一种方法包括在第一逆变器电力控制系统和第二逆变器电力控制系统处接收直流(DC)电力；在第一逆变器电力控制系统处生成命令；将该命令从第一逆变器电力控制系统发送到第二逆变器电力控制系统；以及在第二逆变器电力控制系统处接收来自第一逆变器电力控制系统的所述命令，该命令指示第二逆变器电力控制系统向多个目的地中的至少一个目的地输出电力。
在第二逆变器电力控制系统处接收到的DC电力的至少一部分可以被输出到能量存储设备。在一些实施例中，该命令可以指示第二逆变器电力控制系统更改第二逆变器电力控制系统中的过渡继电器的位置。过渡继电器的位置可以被更改成向AC电网输出电力。过渡继电器的位置可以被更改成向现场备用负载输出电力。
在实施例中，能量生成系统可以包括逆变器电力控制系统和耦合到逆变器电力控制系统的多个能量存储设备，其中每个能量存储设备被配置为与逆变器电力控制系统通信。逆变器电力控制系统可以包括被配置为接收DC电力的输入端；被配置为接收DC电力输入的DC/AC逆变器级；耦合到DC/AC逆变器级的输出端的防孤岛继电器；以及耦合到防孤岛继电器的过渡继电器，其中过渡继电器被配置为在一个或多个现场备用负载与AC电网之间路由逆变器电力控制系统的输出。
能量生成系统还可以包括电池组合器盒，其中电池组合器盒耦合在多个能量存储设备与逆变器电力控制系统之间。电池组合器盒可以被配置为将由多个能量存储设备输出的DC电力组合到DC电力总线中。电池组合器盒可以包括一个或多个被配置为切断能量存储设备与逆变器电力控制系统之间的电力流的断开和保护部件。多个能量存储设备中的每一个可以包括用于将逆变器电力控制系统的输出的电压升压或降压的DC/DC转换器。在一些实施例中，逆变器电力控制系统可以通过在并联配置中布置的通信线路通信耦合到多个能量存储设备。通信线路可以是通过其传送电力的无线通信线路或电力线。逆变器电力控制系统可以通过电力线通信与多个能量存储设备通信。
在某些实施例中，能量生成系统包括：被配置为在AC电网与一个或多个备用负载之间路由电力的逆变器电力控制系统；多个PV板，以向逆变器电力控制系统输入DC电力；以及耦合到逆变器电力控制系统的多个能量存储设备。多个能量存储设备可以包括主能量存储设备，该主能量存储设备包括降压-升压电路(buck-boost circuit)和用于与逆变器电力控制系统通信的通信电路；以及耦合到主能量存储设备的至少一个从能量存储设备，其中这至少一个从能量存储设备由主能量存储设备控制。
该至少一个从能量存储设备可以通过在并联配置中布置的电力线耦合到主能量设备。在实施例中，该至少一个从能量存储设备可以通过在串联配置中布置的电力线耦合到主能量设备。每个从能量存储设备可以具有比主能量存储设备更少的部件。逆变器电力控制系统可以通过通信线路通信耦合到主能量存储设备。
在某些实施例中，一种方法包括在逆变器电力控制系统处接收直流(DC)电力；由逆变器电力控制系统中的控制器生成命令；通过一条或多条通信线路将来自控制器的命令发送到多个能量生成系统；以及由该多个能量存储设备接收来自逆变器电力控制系统的命令，该命令指示这多个能量存储设备根据充电或放电方案进行充电或放电。命令可以通过在并联配置中布置的一条或多条通信线路同时发送到多个能量存储设备中的每个能量存储设备。在一些实施例中，命令可以按照顺序次序通过在串联配置中布置的一条或多条通信线路被发送到多个能量存储设备中的每个能量存储设备。充电或放电方案可以一次一个并按顺序次序对能量存储设备进行充电或放电。在一些实施例中，顺序能量存储设备之间电力的过渡可以包括逐渐减小一个能量存储设备的电力输出，同时逐渐增加另一个能量存储设备的电力输出。在某些实施例中，顺序能量存储设备之间电力的过渡可以包括以相同速率对多个能量存储设备中的每个能量存储设备进行相等地充电或放电。
在实施例中，能量生成系统包括用于生成DC电力的多个能量生成设备；用于存储所生成的DC电力并对所存储的DC电力放电的多个能量存储设备；以及耦合到相应能量生成设备和能量存储设备的多个单相逆变器，其中这多个单相逆变器中的每个单相逆变器被配置为将所生成的DC电力或所存储的DC电力转换成AC电力，使得每个单相逆变器的转换后的AC电力彼此偏移一相。
多个单相逆变器中的一个可以被指定为主设备，而其它单相逆变器被指定为从设备。主单相逆变器可以被配置为管理从单相逆变器的操作。在一些实施例中，多个单相逆变器可以通过通信线路彼此通信耦合。通信线路可以是通过其可以传送电力的无线通信线路或电力线。来自多个单相逆变器的每个转换后的AC电力的频率和电压振幅可以彼此相等。相位可以是AC电力的波形的周期的三分之一。在一些实施例中，每个单相逆变器可以被配置为将转换后的AC电力输出到相应的AC电网或相应的备用负载。相应的AC电网可以以与对应单相逆变器相同的频率、电压振幅和相位运行。
在一些实施例中，能量生成系统可以包括：包括第一逆变器电力控制系统(PCS)的第一子系统，该第一逆变器电力控制系统被配置为在第一相中输出可以从至少一个DC电源转换的交流AC电力；包括第二逆变器PCS的第二子系统，该第二逆变器PCS被配置为在第二相中输出可以从至少一个DC电源转换的AC电力；以及包括第三逆变器PCS的第三子系统，该第三逆变器PCS被配置为在第三相中输出可以从至少一个DC电源转换的AC电力，其中第一相、第二相和第三相的相位可以彼此相等地偏移。
第一逆变器PCS可以被指定为主设备，并且第二逆变器PCS和第三逆变器PCS可以被指定为从设备。第一逆变器PCS可以管理第二逆变器PCS和第三逆变器PCS的操作，以建立彼此的偏移。在实施例中，第一逆变器PCS、第二逆变器PCS和第三逆变器PCS可以通过通信线路彼此通信耦合。
在一些实施例中，一种方法包括：在第一单相逆变器电力控制系统(PCS)、第二单相逆变器PCS和第三单逆变器PCS处接收直流(DC)电力；在第一单相逆变器PCS处生成一个或多个命令；将这一个或多个命令从第一单相逆变器PCS发送到第二单相逆变器PCS和第三单相逆变器PCS；以及在第二单相逆变器PCS和第三单相逆变器PCS处接收来自第一单相逆变器PCS的一个或多个命令。这一个或多个命令可以指示第二单相逆变器PCS向第二相中的多个目的地中的至少一个目的地输出电力，并且指示第三单相逆变器PCS向第三相中的多个目的地中的至少一个目的地输出电力。第一单相逆变器PCS可以向第一相中的多个目的地中的至少一个目的地输出电力。
所述一个或多个命令可以指示所述第一单相逆变器PCS、第二单相逆变器PCS和第三单相逆变器PCS在第一相、第二相和第三相输出电力，其中第一相、第二相和第三相可以彼此相等地偏移。在一些实施例中，这一个或多个命令指示第一单相逆变器PCS、第二单相逆变器PCS和第三单相逆变器PCS在偏移120°的第一相、第二相和第三相中输出电力。第一单相逆变器PCS可以被指定为主设备并且第二单相逆变器PCS和第三单相逆变器PCS可以被指定为从设备。该一个或多个命令可以通过耦合在第一单相逆变器PCS与第二单相逆变器PCS和第三单相逆变器PCS之间的通信线路来发送。通信线路可以在并行或串行配置中布置。
附图说明
图1A是包括一个PV串阵列、逆变器PCS和用于输出到AC电网/备用负载的一个能量存储设备的能量生成系统的简化框图。
图1B是根据本发明实施例的、包括多于一个PV串阵列和多于一个能量存储设备的能量生成系统的简化框图。
图2是根据本发明实施例的、包括具有两个逆变器电力控制系统的电力控制系统的能量生成系统的简化框图。
图3是图示用于根据本发明实施例的能量生成系统的电力控制系统的细节的简化框图。
图4是图示用于根据本发明实施例的能量生成系统的中央AC断路器的细节的简化框图。
图5A和5B是图示根据本发明实施例的、操作中央AC断路器以防止对能量生成系统的损坏的方法的简化框图。
图6是图示根据本发明实施例的、被配置为将能量存储在耦合到其自身的能量存储设备中的主逆变器PCS及从逆变器PCS的简化框图。
图7是图示根据本发明实施例的、包括一个逆变器PCS和多个能量存储设备的能量生成系统的简化框图。
图8A是图示根据本发明实施例的、其中逆变器PCS在并联(独立)配置中通信耦合到每个能量存储设备的能量生成系统的细节的简化框图。
图8B是图示根据本发明实施例的、其中逆变器PCS在串联(即，菊花链)配置中通信耦合到每个能量存储设备的能量生成系统的细节的简化框图。
图9是图示根据本发明实施例的、用于能量生成系统的能量存储设备和电池组合器盒的细节的简化框图，其中电池组合器盒具有保护部件。
图10是图示根据本发明实施例的、在充电/放电期间多个能量存储设备之间的各种电力共享方案的一系列图表。
图11是图示根据本发明实施例的、用于能量生成系统的多个能量存储设备和电池组合器盒的细节的简化框图，其中电池组合器盒具有多极转换开关(transfer switch)和单个保护部件。
图12是图示根据本发明一个实施例的、具有在串联配置中连接的多个能量存储设备的简化能量存储设备的简化框图。
图13是图示根据本发明一个实施例的、具有在并联配置中连接的多个能量存储设备的简化能量存储设备的简化框图。
图14A是用于单相AC电力的波形的图。
图14B是用于三相AC电力的波形的图。
图15A是图示实现用于三相能量生成系统的“Wye”配置的电路的简化图。
图15B是图示实现用于三相能量生成系统的“Δ”配置的电路的简化图。
图16是图示根据本发明实施例的三相能量生成系统的简化图。
具体实施方式
近来，已经开发出逆变器电力控制系统，用于对耦合到现场电力生成系统、现场负载和电网的存储设备进行充电和放电。这些系统允许多种操作模式，由此PV太阳能阵列可以为能量存储设备充电或者它可以将所采集的能量供给AC电网和/或现场备用负载。可替代地，能量存储设备可以或者单独地或者与太阳能阵列结合(在适用的时候)向AC电网和/或现场备用负载供给能量。在另一种替代模式下，AC电网可以用于给能量存储设备充电。这种系统在2015年7月13日提交的相关美国专利申请No.14/798,069以及2015年4月22日提交的美国临时专利申请No.62/151,257中描述，这些申请通过引用整体上并入本文，用于所有目的。
在实施例中，能量生成系统可以被专门配置为满足安装场所的需求。在第一示例中，能量生成系统可以被配置为向AC电网或需要更大量的电力来操作的备用负载输出更大量值的电力，诸如对于具有许多负载的大型安装场所(例如，别墅、商业建筑、多层住宅等)。在第二示例中，能量生成系统可以被配置为在需要扩展能量容量的安装场所输出既定量的电力更长时间段，诸如对于未接收到一致阳光量的远程场所处的安装位置。在第三示例中，能量生成系统可以被配置为对于具有在不同电力相上运行的备用负载的安装场所独立地向AC电网的不同相输出电力。这些示例中的每一个都将在本文中进一步更详细地探讨。
I.为大功耗配置的能量生成系统
为了提供更大量的能量存储容量和/或更大的电力，可能期望使用多个逆变器PCS和/或能量存储设备。例如，根据实施例，太阳能能量生成系统可以包括至少两个具有一个能量存储设备的逆变器PCS或者至少一个具有两个能量存储设备的逆变器PCS。每个逆变器PCS可以被配置为接收由能量生成设备(诸如PV串阵列)生成的DC电力。接收到的DC电力然后可以被或者存储在能量存储设备(例如，电池)中或者转换并作为AC电力输出到AC电网或备用负载。根据实施例，一个逆变器PCS可以被指定为主设备，而其它逆变器PCS可以被指定为从设备。主逆变器PCS可以管理从逆变器PCS的操作，以增加太阳能能量生成系统整体的功能性和通用性。
图1A图示了示例性太阳能能量生成系统100的框图。一个或多个能量生成设备(例如，PV串102的阵列)可以生成DC电力并将其输出到电力控制系统106。电力控制系统106可以耦合到用于存储DC能量的能量存储设备104以及用于输出AC电力的AC电网108和备用负载110。能量存储设备104可以是能够存储能量的任何合适的设备(诸如电池、燃料电池等)。AC电网108可以是公用电网或用于与公用电网接口的任何其它电子部件(诸如主面板、变压器、负载中心和/或变电站)。备用负载110可以是利用电力的任何电气设备(例如，家用电器或商用工具)。电力控制系统106可以是三相或单相电力控制系统，其向对应的三相或单相AC电网108和/或对应的三相或单相备用负载110输出电力。备用负载110的操作相可以依赖于电力控制系统106的操作相。
在实施例中，逆变器电力控制系统106被配置为管理太阳能能量生成系统100的不同部件之间的电力流。作为示例，电力控制系统106可以将从PV串102输出的DC电力存储到能量存储设备104中，然后能量存储设备104可以在适当的时间被放电，以提供被转换成AC电力并输出到AC电网108或备用负载110的DC电力。在其它示例中，电力控制系统106可以将由PV串102生成的DC电力转换成AC电力，然后将那个AC电力直接输出到AC电网108或备用负载110。在还有其它示例中，电力控制系统106可以将来自PV串102的总DC电力的一部分转换成AC电力以输出到AC电网108或备用负载110，并且将剩余的DC电力存储到能量存储设备104。
管理能量生成系统100的部件之间的电力的流动包括管理PV串102的一个阵列、一个能量存储设备104以及AC输出(例如，AC电网108和备用负载110)之间的电力流。在多于一个PV串阵列和多于一个能量存储设备结合在能量生成系统中的实施例中，管理这些不同部件之间的电力流可能更复杂。
图1B图示了具有多于一个PV串阵列(PV串112A和112B)和多于一个能量存储设备(能量存储设备114A和114B)的示例性能量发生系统101。为了管理能量生成系统101中的电力的流动，电力控制系统116需要在比图1A中所示的能量生成系统100中的电力控制系统106更多的PV串与能量存储设备之间路由电力。大量的PV串和能量存储设备大大增加了跨能量生成系统管理电力流的复杂性和物流(logistics)。低效的电力流管理会导致能源生成系统利用不足和性能下降，从而最终导致客户的资金损失。
根据本发明的实施例，电力控制系统114可以包括多于一个逆变器电力控制系统(PCS)。逆变器PCS可以协同工作，以跨能量生成系统101中的各种部件管理电力流。一个逆变器PCS可以被指定为主逆变器PCS，并且被配置为管理被指定为从逆变器PCS的其它逆变器PCS的操作，如本文将关于图2进一步详细讨论的。
A.逆变器电力控制系统
图2图示了根据本发明实施例的示例性能量生成系统200。如图所示，两个PV串阵列202A和202B耦合到相应逆变器PCS 206A和206B的输入端。每个PV串阵列可以包括多个具有介于100和1000伏之间的加性直流(DC)电压的串联连接和/或并联连接的PV模块(未示出)，这依赖于诸如板的数量、其效率、其输出额定值、环境温度和每个板上的辐射之类的因素。而且，每个PV串阵列可以包括最大电力点跟踪(MPPT)系统，用于在不同的电压条件下最大化每个PV串阵列的电力输出。在一些实施例中，每个MPPT系统可以接收并联连接的一个或多个单独串(即，在每个MPPT通道输入端处有两(或多)至一组合器)的输出，从而得到如图2中所示的双MPPT系统。
在一些实施例中，当来自每个串的高压DC线在相应逆变器的输入端处被接收时，其在串级经受最大电力点跟踪(MPPT)(例如，图2的示例性系统中的双MPPT)。可替代地，每个模块或相应串中的多个单独模块可以包括DC优化器，该DC优化器在模块级或N模块级输出执行MPPT而不是在串级执行MPPT。各种实施例与或者集中式或者分布式MPPT兼容。
逆变器PCS 206A和206B可以各自耦合到相应的能量存储设备204A和204B，用于存储由PV串202A和202B生成的DC电力，或者用于从能量存储设备204A和204B接收放电的电力。应当认识到的是，图2中的能量存储设备204A和204B还可以是仅具有其自身的电池或除了DC/DC降压-升压转换器或其它拓扑结构之外具有其自己的电池的示例性的市售住家用锂离子电池组。电池可以是铅酸电池、高级铅酸电池、液流电池、有机电池或其它电池类型。本文公开的各种实施例与众多不同的电池化学物质兼容。各种公开的实施例也将与其它商业可用的能量存储设备一起工作；但是，实施例对于使用高电压(例如，>48伏)能量存储设备(诸如48V-1000V电池组)的系统可以具有特定的效用。
能量生成系统200可以包括能量控制系统206，该系统被配置为高效地管理PV串202A和202B、能量存储设备204A和204B、AC电网208及负载210之间的电力流。在实施例中，电力控制系统206可以被配置为包括在并联配置中耦合在一起的多于一个逆变器PCS(例如，逆变器PCS 206A和206B)，其中每个逆变器PCS耦合到相应的PV串阵列和能量存储设备。逆变器PCS可以不同于常规的逆变器，因为逆变器PCS可以包括使逆变器PCS能够与其它逆变器PCS通信和交互的设备部件，如将在本文进一步讨论的。两个逆变器PCS 206A和206B的输出可以组合在一起并且输出到AC电网208或备用负载210。在能量生成系统200中具有多于一个逆变器允许能量生成系统200向AC电网208或备用负载210提供更多电力。这在将能量生成系统200安装在消耗大量电力的位置(诸如大型建筑物(例如，度假村、别墅或商业建筑))的情况下尤其有用。
具有多个逆变器PCS会导致更复杂的能量生成系统。可能有必要以这样一种方式协调进入和离开电力控制系统206的电力流，即，使得能量生成系统200的功能性、通用性和投资回报最大化。因此，根据本发明的实施例，电力控制系统206中的一个逆变器PCS可以被指定为主逆变器PCS，而其它逆变器PCS被指定为从逆变器PCS。作为示例，逆变器PCS 206A可以被指定为主设备，并且逆变器PCS 206B可以被指定为从设备。在这种实施例中，主逆变器PCS 206A可以被配置为管理从逆变器PCS 206B的操作。以那种方式，电力控制系统206中多于一个逆变器PCS的操作可以不彼此冲突，而是作为一个内聚单元一起工作，以执行各种功能。
在实施例中，主逆变器PCS 206A可以经由通信线路212与从逆变器PCS 206B通信，通信线路212可以是有线或无线通信线路。例如，通信线路212可以是可以通过其发送信号的网络线缆(例如：rs-485、rs-232、CAN等)。可替代地，通信线路212可以是无线保真(WiFi)连接、蓝牙连接、射频(RF)通信等。通信线路212可以允许主逆变器PCS 206A向从逆变器PCS206B发送命令，以控制从逆变器PCS 206B的操作，使得其操作不与主逆变器PCS 206A的操作冲突，而是可以代替地支持主逆变器PCS 206A的操作。在实施例中，从逆变器206B不具有控制主逆变器PCS 206A的操作的能力。相反，从逆变器206B可以仅将其操作状态传送至主逆变器PCS 206A，使得主逆变器PCS 206A可以更好地控制电力控制系统206的操作。此外，仅具有一个主逆变器PCS 206A仅提供一个通过外部手段控制电力控制系统206的接触点，由此简化通过其控制电力控制系统206的手段。在其它实施例中，能量生成系统200可以不具有单独的通信线路212。在这种实施例中，通信可以由电力线通信(PLC)执行，其中通信信号可以通过一般用于传送电力的电力线(例如，电力线209或211)发送。
虽然图2将能量生成系统200示为仅具有两个逆变器PCS 206A和206B，但是实施例不限于这种配置。其它实施例可以具有多于两个逆变器PCS。作为示例，某个实施例可以具有三个逆变器PCS，或者在另一个实施例中可以具有十个逆变器PCS，或者更多。可以认识到的是，逆变器PCS的数量可以依赖于能量生成系统的设计要求。由于较大或较多数量的负载而引起的较高的输出电力要求可以要求较大数量的逆变器PCS。无论如何，不管逆变器PCS的数量，逆变器PCS中的一个可以是主设备，并且其它逆变器PCS可以是由主设备管理的从设备，如本文所讨论的。
为了更好地理解电力控制系统206的操作，可能有必要讨论逆变器PCS 206A和206B的内部组成和配置，如图3中所示。
1.逆变器电力控制系统的内部部件
图3图示了示例性能量生成系统300的更详细框图，该图示出了附加的内部部件、总体系统布线和逆变器布线区划互连。为了便于讨论，对不带字母A或B的数字标号(label)的引用一般针对部件并且因此适用于两个部件，但应当认识到的是，具有相同数字指示符但不同字母指示符的部件是分开的部件。
在实施例中，能量生成系统300可以包括电力控制系统305，该电力控制系统305包括多于一个逆变器PCS 306。每个逆变器PCS 306可以被配置为耦合到能量存储设备304，使得从PV串流出的DC电力302可以用于将DC电力输送到能量存储设备304以进行存储。能量存储设备304具有最小和最大相关联操作电压窗口。在许多情况下，最大暴露输入电压极限低于由PV串302输出的理论最大DC电压(开路电压VOC)；因此，本发明的各种实施例包括PV串302与能量存储设备304之间或DC/AC逆变器314与能量存储设备304之间的降压-升压电路316。包括降压-升压电路316或318可以防止高于安全阈值的电压暴露于能量存储设备304，由此消除由于过电压应力而损坏能量存储设备304的可能性。
如图3中所示，每个逆变器PCS 306具有两个DC/DC(降压-升压)转换器316和318。这些转换器316和318表示替代实施例。在第一实施例中，降压-升压电路位于PV串302与DC/AC逆变器314之间(如由DC/DC降压-升压316所绘出的)，使得来自PV串302的DC输入总是经受降压或升压，从而将输入到DC/AC逆变器314的电压保持在足够高的电平以进行逆变，同时也防止太高的电压呈现给能量存储设备304。在这个实施例中，在逆变器PCS 306中不需要第二降压-升压电路(例如，DC/DC降压-升压318)。在第二实施例中，降压-升压电路位于DC/AC逆变器314与能量存储设备304之间(如由DC/DC降压-升压318绘出的)，使得无论何时电压暴露于能量存储设备304，来自PV串302的高电压DC输入或来自AC电网侧的高电压整流DC都只经过降压-升压转换器。任一实施例将防止能量存储设备304暴露于由PV串302生成的过高的电压。在住宅应用中的1kV PV系统的情况下，来自PV串的电压可以高达600伏或甚至1000伏，或者在公用事业公司规模PV系统中是1500伏。
DC电力可以被输入到DC/AC逆变器级314，以将DC电力转换成AC电力。经转换的AC电力可以被输出到AC电网308或备用负载310。通过部署在每个逆变器PCS 306中的一个或多个继电器的配置来确定输出到或者AC电网308或者备用负载310。例如，如图3中所示，每个逆变器PCS 306可以包括用于控制所输出的AC电力的目的地的防孤岛(AI)继电器322和过渡继电器324。AI继电器322可以是一对开/关开关，其控制逆变器PCS 306与AC电网308之间的电力流。如果AI继电器322闭合，那么电力可以从逆变器PCS 306流向AC电网308中的任何一个。但是，如果AI继电器322打开，那么电力不会流到AC电网308，而是将转换继电器(transfer relay)连接到备用负载310的输出端。AI继电器322可以是同时打开和关闭AI继电器322部署在其中的电力线的任何两极或多极(依赖于AC相的数量)单掷开关或者功能上等同的结构。
在AI继电器322闭合的实施例中，过渡继电器324可以确定电力是在并网模式还是离网模式下操作。在并网模式下，能量生成系统300耦合到AC电网308，使得电力可以在能量生成系统300与AC电网308之间流动，而在离网模式下，能量生成系统与AC电网308断开并且耦合到备用负载310，使得可以在没有来自AC电网308的帮助的情况下将电力提供给备用负载310。AI继电器322和过渡继电器324的位置可以指示能量发生系统300处于哪种操作模式。例如，在第一位置，过渡继电器324将以离网模式操作，以允许电力从DC/AC逆变器级314流到现场备用负载310，而DC/AC逆变器级314从AC电网308断开。在第二位置，过渡继电器324将在并网模式下操作，以允许电力流向/流出AC电网308，而DC/AC逆变器级从备用负载310断开。过渡继电器324可以是被配置为在一个输入与一个或多个输出之间指引电力的任何合适的机械开关或接触器或电气继电器。在一些实施例中，过渡继电器324可以在逆变器PCS外部但仍然由PCS控制。在附加实施例中，过渡继电器324可以被配置为检测AC电网308的存在/不存在，并将来自DC/AC逆变器级314的AC输出连接到备用负载310。
在并网和离网模式下，能量生成系统300可以以更具体的模式操作。在一些模式中，电力可以仅仅从PV串302流到能量存储设备304，而在其它模式中，电力可以仅仅从PV串302流到AC电网308或备用负载310。此外，在一些模式中，电力可以从能量存储设备304流到AC电网308或备用负载310，而在其它模式中，电力可以从PV串302流到能量存储设备304和AC电网308或备用负载310的组合。
例如，在第一模式下，来自PV串302的所有可用DC电力都可以优先前往相应的能量存储设备304，任何剩余电力供给逆变器PCS 306的DC/AC逆变器级314，以供给AC电网308或输送到备用负载310。在第二模式下，所有生成的电力都可以供给DC/AC逆变器级314，并且或者用于为备用负载310供电或者为AC电网308供电。在还有其它模式下，能量存储设备304可以单独地和/或与来自PV串302的DC电力一起被放电到DC/AC逆变器级314，以向AC电网308或备用负载310供给AC电力。此外，在另一种模式下，例如，当PV串302没有生成电力并且电力需求处于其最低点时(例如，日落之后)，电力可以从AC电网308流经DC/AC逆变器314，以给能量存储设备304充电。在各种实施例中，操作模式的选择可以由逆变器PCS 306中的逻辑控制，或者选择可以基于来自外部源的信号。应当认识到的是，逆变器PCS 306可以根据期望在PV串302、能量存储设备304、AC电网308和备用负载310之间路由电力流。
如在本文可以认识到的，每个逆变器PCS可以具有大量的操作模式，其操作会很复杂。在能量生成系统中添加附加的逆变器PCS可以增加能量生成系统的操作复杂性。因此，本文的实施例通过将一个逆变器PCS指定为主设备并将其余逆变器PCS指定为从设备来最小化这种复杂性。主逆变器PCS可以管理从逆变器PCS的操作，使得从一个逆变器PCS(例如，主逆变器PCS)接收和发送命令。
如图3中所示，逆变器PCS 306A被指定为主逆变器PCS，并且逆变器PCS 306B被指定为从逆变器PCS。虽然图3仅示出了一个从逆变器PCS，但是本文也设想具有多个从逆变器PCS的实施例。主逆变器PCS 306A可以与从逆变器PCS 306B通信以使主逆变器PCS 306A可以与从逆变器PCS 306B通信，以使得主逆变器PCS 306A能够向从逆变器PCS 306B发送命令并从从逆变器PCS 306B接收状态信息。在实施例中，主逆变器PCS 306A中的通信设备320A经由通信线路312与从逆变器PCS 306B中的通信设备320B通信。每个通信设备可以是适于发送和/或接收通信信号的设备。例如，每个通信设备可以是天线或通信线缆插座，耦合到被配置为与相关天线或插座交互的微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等。
在实施例中，主逆变器PCS 306A可以管理从逆变器PCS 306B的操作。例如，主逆变器PCS 306A可以向从逆变器PCS 306B发送指示从逆变器PCS 306B以本文提到的任何操作模式操作的命令。在一个示例中，主逆变器PCS 306A可以向从逆变器PCS 306B发送向AC电网308输出AC电力的命令，这导致从逆变器PCS 306B闭合其AI继电器开关322B并配置过渡继电器324B来将AC电力指引到AC电网308。因而，主逆变器PCS 306A可以瞬时控制从逆变器PCS 306B中的继电器322和324何时改变位置。这种瞬时控制允许主逆变器PCS 306A同时操作两个逆变器PCS(主和从)，使得电力控制系统作为单个单元操作。例如，主逆变器PCS306A和从逆变器PCS 306B可以同时将它们的继电器322和324过渡到向AC电网308输出电力。此后某个时间，主逆变器PCS 306A和从逆变器PCS 306B可以同时将它们的继电器322和324过渡到以不同模式操作，例如，向备用负载310输出AC电力。在一些实施例中，在服务/维护期间，为了人员安全，来自两个逆变器PCS(主和从)的AC输出可以被关闭，例如，将AI继电器322A和322B过渡到打开位置。
可以认识到的是，主逆变器PCS 306A可以管理从逆变器PCS 306B的操作，但是这种控制不是相互的，意味着从逆变器PCS 306B不能向主逆变器PCS 306A发送命令来管理主逆变器PCS 306A的操作。通过仅具有一个主逆变器PCS 306A和一个或多个从逆变器PCS306B，通信路径被最小化并且操作复杂度被最小化。命令可以源自一个逆变器PCS；因此，在能量生成系统中会发送冲突命令的可能性最小。
主逆变器PCS 306A的操作可以在外部且动态地(诸如由技术人员或客户)来控制。在一些实施例中，过渡继电器的位置可以由主逆变器PCS 306A根据算法或预定程序来控制。
如上面所提到，能量生成系统300可以在离网模式和并网模式之间过渡。应当认识到的是，如果从离网到并网运行的过渡没有适当地执行，那么来自AC电网的AC电力的突然涌入或者来自许多后备负载的巨大电力汲取会损坏一个或多个逆变器PCS。例如，在常规能量生成系统中，逆变器可以检测何时从离网模式过渡到并网模式。逆变器可以各自分别被配置为检测AC电网何时开始提供AC电力。在检测到AC电网的存在后，每个逆变器可以从离网模式过渡到并网模式。与此相关的问题是，由于同步期间的测量和定时准确度的差异，每个逆变器可以在不同的时刻过渡到并网模式。这会对切换到并网模式的第一逆变器造成损坏，因为切换到并网模式的第一逆变器将接收来自AC电网的全部AC电力或者从许多后备负载汲取的大量电力(当所有逆变器PCS备份所有组合负载时)。让一个逆变器承受这么大的电力涌入可能太多，由此造成逆变器内部部件的损坏并导致能量生成系统的误动。
为了防止这种情况发生，本文的实施例结合沿AC电网308与逆变器PCS 306A和306B之间的AC电力总线定位的中央AC断路器326。中央AC断路器326可以阻止(stall)电力的涌入，直到所有的逆变器PCS已经过渡到并网模式，以避免发生一个逆变器PCS在离网模式期间承受来自AC电网308或来自备用负载310的全部电力涌入。这个操作的细节将在本文进一步讨论。
2.中央AC断路器
在实施例中，中央AC断路器可以沿逆变器PCS与AC电网之间的AC总线定位。中央AC断路器可以被配置为打开和闭合AC总线，以控制来自AC电网308的电力流，使得可以防止由来自AC电网的AC电力的涌入造成的对逆变器PCS的损坏。
图4示出根据本发明实施例的、具有PV串402A-402C、能量存储设备404A-404C、逆变器PCS 406A-406C以及中央AC断路器426的示例性能量生成系统400。逆变器PCS 406A是主设备，并且逆变器PCS 406B和406C是从设备。能量生成系统400被配置为向AC电网408和备用负载410提供AC电力。如图4中所示，能量生成系统400包括独立地耦合到三个逆变器PCS 406A-406C的三个PV串402A-402C。为便于讨论，在本文关于图3讨论的每个逆变器PCS内的部件的细节未在图4中示出。
逆变器PCS 406A-406C的输出可以在输出到AC电网408之前组合到AC总线414中。中央AC断路器426可以沿AC总线414定位，以控制逆变器PCS 406A-406C与AC电网408之间的电力流。在实施例中，中央AC断路器426可以包括断路开关428，断路开关428被配置为打开AC总线414，以阻止电流流动。断路开关428可以被电气控制，使得信号可以控制断路开关428是否被激活(即，处于闭合位置)还是未被激活(即，处于打开位置)。在某些实施例中，断路开关428可由主逆变器PCS 406A控制，这意味着主逆变器PCS 406A可以指示何时断路开关428被激活。在某些实施例中，断路开关428是机械开关或接触器或电气继电器。
如图4中所示，通过中央AC断路开关428处于打开位置，从而阻止逆变器PCS 406A-406C与AC电网408之间的电力流。在这种实施例中，能量生成系统400可以是离网的，即，独立于AC电网运行。在离网运行期间，AC电网408可以不向能量生成系统400提供电力。例如，AC电网408可以由于停电而离线。当AC电网408恢复联网时，断路开关428可以闭合并且能量生成系统400可以从离网运行过渡到并网运行。当能量生成系统400从离网过渡到并网运行时，断路开关428可以被激活并且电力可以从AC电网408流向逆变器PCS 406A-406B。
为了确保从离网到并网运行的适当过渡，中央AC断路器426可以包括传感器430，传感器430被配置为监视AC总线414，以确定AC电网408何时提供AC电力。传感器430可以通信耦合到主逆变器PCS或所有逆变器PCS，例如逆变器PCS 406A-406C，使得逆变器PCS406A-406C可以监视来自传感器430的信号，以确定何时由AC电网408提供AC电力。在实施例中，传感器430可以是可以检测AC总线414中AC电力的存在的电压计或电流计。根据本文实施例，包含中央AC断路器426可以消除当来自AC电网408的AC电力变得可用时使一个逆变器PCS过载的可能性，如在图5A和5B中进一步讨论的。
图5A和5B图示了在从离网到并网模式的过渡期间能量生成系统400的运行。粗体箭头指示在离网到并网运行之间过渡的时间周围运行的有功电力和/或通信线路。如图5A中所示，当来自AC电网408的电力可用时，传感器430可以检测断路开关428与AC电网408之间的AC总线414的一部分中的AC电力。然后传感器430可以向逆变器PCS 406A-406B发送指示AC电力现在可用的检测信号432，然后该信号使逆变器PCS 406A-406C切换到并网模式，例如，过渡继电器324被切换到接收来自AC电网308的电力的位置，如本文关于图3所讨论的。一旦所有的逆变器PCS都已经过渡到并网模式，中央AC断路器426就可以闭合断路开关428，如图5B中所示。通过断路开关428闭合，AC电力可以同时流经逆变器PCS 406A-406C。在断路开关428闭合之前使逆变器PCS 406A-406C过渡到并网模式防止了一个逆变器PCS承载来自AC电网408的全部AC电力的情况。因而，可以避免由于传入的AC电力的过载造成对逆变器PCS的损坏。
在实施例中，每个逆变器PCS 406A-406C可以从传感器430接收检测信号432，以确定何时切换到并网模式。在其它实施例中，只有主逆变器PCS 406A可以接收检测信号432。在此类实施例中，主逆变器PCS 406A可以在检测到来自检测信号432的AC电力的可用性时经由通信线路412和413向从逆变器PCS 406B和406C发送命令，以使从逆变器PCS 406B和406C过渡到并网模式。
B.主逆变器PCS的充电操作
根据实施例，将一个逆变器PCS指定为主设备而将其它逆变器PCS指定为从设备使得能量生成系统的操作能够执行，而否则在没有指定主逆变器和从逆变器PCS的情况下执行该操作实质上更加复杂。对于能量生成系统具有多个逆变器和多个能量存储设备但是仅一个逆变器耦合到PV串阵列的情况，这可能尤其如此，如图6中所示。在一些实施例中，多于一个的逆变器可以耦合到PV串阵列，但不必是所有逆变器。
图6图示了包括一个PV串602阵列、主逆变器PCS 606A、从逆变器660B和606C以及能量存储设备604A-604C的示例性能量生成系统600。每个逆变器PCS可以输出到或者AC电网608或者备用负载610。如图6中所示，PV串602可以仅向主逆变器PCS 606A输出DC电力。这个能量生成系统配置可以是由能量生成系统600的客户建立的成本或空间约束和电力需求的结果。仅有一个PV串阵列节约了成本，因为更多PV串阵列增加成本。此外，具有更多逆变器PCS允许能量生成系统600提供更多的电力来驱动备用负载610，诸如对于大型商业建筑或大型住宅建筑。此外，具有更多能量存储设备允许能量生成系统600存储更多的能量，使得当日光或来自AC电网608的AC电力不可用时，能量生成系统600可以作为扩展能量容量提供电力来驱动备用负载610更长的时间。
如本领域技术人员可以认识到的，操作能量生成系统600可以是复杂的。只有一个DC电力源，但是有多个逆变器、能量存储设备和输出目的地。将电力控制系统配置为作为一个内聚单元运行以将DC电力存储在能量存储设备中并且还在具有常规逆变器的情况下将AC电力输出到AC电网608或备用负载610会是极其复杂的，其中该常规逆变器不具有对主或从设备的指定(master of slave designations)。但是，根据本文的实施例，可以通过使一个逆变器控制所有逆变器的操作以管理PV串602与AC电网608或备用负载610之间电力的流动来简化该操作。
例如，主逆变器PCS 606A可以控制从逆变器PCS 606B和660C的操作。在一个实施例中，主逆变器PCS 606A可以从PV串602接收DC电力，并且通过命令从逆变器PCS 606B和606C将从主逆变器PCS 606A接收的DC电力存储到相应的能量存储设备604B和604C中来将DC电力均匀地分配到能量存储设备604A-604C。在另一个实施例中，如图6中的粗体箭头所示，主逆变器PCS 606A可以能够将AC电力输出到备用负载610，同时还经由AC耦合将多余的DC电力分别存储到从逆变器PCS 606B和606C的能量存储设备604B和604C。在这个实施例中，主逆变器PCS 606A可以指引一些AC电力来驱动备用负载610，同时将一些DC电力指引到从逆变器PCS 606B和606C以用于存储在能量存储设备604B和604C中。主逆变器PCS 606A可以通过通信线路612和613向逆变器PCS 606B和606C发送命令，该命令指示从逆变器PCS606B和606C将接收到的DC电力存储到能量存储设备604B和604C中。在其它实施例中，从逆变器PCS 606B或606C中的任何一个可以输出从其相应的能量存储设备604B或604C转换的AC电力，而其它逆变器PCS存储DC电力。要理解的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以在主逆变器PCS的命令下执行输出AC电力和存储DC电力的任意组合。
如在本文可以认识到的，通过使一个逆变器PCS充当PV串602与AC电网608/备用负载610之间的电力流的管理者，能量生成系统600的运行被大大简化。通过实现主和从逆变器PCS，只有一个设备负责操作能量生成系统600的功能。只有一个设备负责操作基本上简化了能量生成系统600的运行，同时还最大化了能量生成系统的效率和功能。
II.为延长电力利用而配置的能量生成系统
除了被配置为具有多个逆变器PCS以输出更大量值的AC电力的能量生成系统之外，实施例还可以包括被配置为具有耦合到单个逆变器PCS的多个能量存储设备以便提供用于延长的时间段的可用能量和/或更大量值的AC电力的能量生成系统。例如，根据实施例，能量生成系统可以包括耦合到逆变器PCS的至少两个能量存储设备。由能量存储设备(诸如PV模块阵列)生成的DC电力可以存储在能量存储设备中。所存储的能量可以在稍后被放电并被逆变器PCS转换成AC电力。转换后的AC电力然后可以被输出到AC电网或备用负载。根据实施例，逆变器PCS可以通信耦合到每个能量存储设备以用于操作能量存储设备。可替代地，能量存储设备中的一个可以被指定为主设备，而其它能量存储设备可以被指定为从设备。主逆变器PCS可以管理从能量存储设备的操作。本文的实施例增加了能量生成系统可以向AC电网或备用负载提供电力的持续时间。在安装场所没有对公用电网的可靠获取或者阳光不一致或不充足的情况下或者在需要更多能量存储以用于负载转移应用的情况下，增加持续时间会特别有用。
图7图示了具有多个能量存储设备(例如，能量存储设备704A-704C)的示例性能量生成系统700。能量存储设备704A-704C中的每一个可以耦合到逆变器PCS 706，使得逆变器PCS 706可以从能量存储设备704A-704C汲取DC电力并将DC电力存储在能量存储设备704A-704C中。大量的能量存储设备增加了跨能量生成系统管理电力流的复杂性和物流。低效的电力流管理会导致能量生成系统利用不足和性能下降，最终导致客户的资金损失。
根据本发明的实施例，多个能量存储设备可以是能量存储系统的一部分。除了多个能量存储设备之外，能量存储系统还可以包括电池组合器盒。电池组合器盒可以将从能量存储设备充电/放电的DC电力组合到逆变器PCS接口。电池组合器盒还可以将生成的DC电力分配给多个能量存储设备用于存储。根据实施例，一个能量存储设备可以被指定为主能量存储设备并且被配置为管理其它能量存储设备的操作。能量存储系统将在本文参考图8A-8B进一步详细讨论。
A.能量存储系统
图8A图示了根据本发明实施例的、具有能量存储系统801的示例性能量生成系统800。如图所示，PV串802的阵列耦合到逆变器PCS 806的输入端。类似于图3中的逆变器PCS306A和306B，逆变器PCS 806可以包括DC/DC降压-升压转换器820(或者在替代方案中，DC/DC降压-升压转换器826)和DC/AC逆变器级822。降压-升压转换器820和826以及DC/AC逆变器级822的操作基本上类似于图3中的逆变器PCS 306A和306B中的对应部件。
而且，类似于PV串302A和302B的阵列，PV串802的阵列可以包括具有介于100和1000伏之间或者甚至更高的加性直流(DC)电压的串联连接的多个PV模块(未示出)，这依赖于诸如板数量、其效率、其输出额定值、环境温度和每个板上的辐射等因素。PV串802还可以包括用于最大化每个PV串阵列的电力输出的最大电力点跟踪(MPPT)系统。在一些实施例中，MPPT系统可以是如图2和3中所示的双MPPT PV系统。
能量生成系统800可以仅具有单个逆变器PCS 806。因此，能够由逆变器PCS 806输出的电力的量值可能没有可由并联耦合的多个逆变器PCS(如在图2和3中讨论的实施例)实现的那么高。但是，由于来自多于一个的能量存储设备的大的能量存储容量，能量生成系统800可以在更长时间段内输出较低量值的电力。在一些实施例中，电池组合器盒、DC/DC降压-升压826和DC/AC逆变器822可以支持更多的电力(所有能量存储设备的聚合输出)。
根据本发明的实施例，能量存储系统801可以包括被配置为对DC电力充电和放电的多个能量存储设备804A-804C。在能量生成系统800中具有多个能量存储设备804A-804C允许能量生成系统800在延长的时间段内将AC电力提供给AC电网或备用负载810。这在将能量生成系统800安装在不能访问公用电网的位置处或不能接收很多阳光的位置(例如，位于不能访问公用电网的遥远位置的家，或者在有很多云和雨的热带地区的家)的情况下会尤其有用。这在将能量生成系统800安装在不消耗大量电力的位置(诸如小型建筑物(例如，单户住宅、小屋或小型商业建筑))的情况下也会是有用的。
在实施例中，能量存储系统801可以包括耦合到能量存储设备804A-804C的电池组合器盒803。电池组合器盒803可以在逆变器PCS 806与能量存储设备804A-804C之间路由电力。例如，电池组合器盒803可以接收来自能量存储设备804A-804C的放电电力，并将它们一起组合到DC电力总线812中，作为到逆变器PCS 806的单个DC输出，或者电池组合器盒803可以将来自DC电力总线812的电力存储到能量存储设备804A-804C。
具有多个能量存储设备会导致更复杂的能量生成系统。可能有必要以最大化能量生成系统的功能性和通用性的方式协调流入和流出多个能量存储设备的电力流。因此，根据本发明的实施例，控制器824可以分别经由通信线路814A-814C耦合到能量设备804A-804C。控制器824可以是被配置为管理能量存储设备804A-804C的操作的设备，诸如FPGA、微处理器、ASIC等。如图8A中所示，控制器824可以在并联配置中与每个能量存储设备804A-804C直接通信，这允许控制器824以很少时间延迟或没有时间延迟的方式向每个能量存储设备发送独特的命令。因而，控制器824可以编排能量存储设备804A-804C的操作，使得它们作为一个内聚单元一起工作以执行各种功能，如将在本文参考图12进一步讨论的。
在实施例中，通信线路814A-814C可以是有线或无线类型的通信。例如，通信线路814A-814C可以是通过其可以发送信号的网络线缆(rs-485、rs-232、CAN等)。可替代地，通信线路814A-814C可以是无线保真(Wi-Fi)连接、蓝牙连接、射频(RF)连接等。如图8A中所示，通信线路814A-814C是无线通信线路。在其它实施例中，能量生成系统800可以不具有通信线路814A-814C。在这种实施例中，通信可以通过电力线通信(PLC)来执行，其中通信信号可以通过一般用于电力传送的电力线被发送。
控制器824被示为在并行配置中通信耦合到能量存储设备804A-804C，这意味着分开的通信线路814A-814C可以允许控制器824直接与每个能量存储设备804A-804C通信。但是，实施例不限于这种配置。其它配置可以在控制器824与能量存储设备804A-804C之间具有菊花链(即，串行)通信连接，如图8B中所示。
图8B是图示能量生成系统800的简化图，其中控制器824在菊花链或串行配置中通信耦合到能量存储设备804A-804C。在这种配置中，控制器824可以间接地与一个或多个能量存储设备804A-804C通信。即，控制器824可能不得不依靠于中间能量设备，用于向能量存储设备804A-804C发送命令。作为示例，为了让控制器824向能量存储设备804C发送命令，控制器824可以首先将命令发送到能量存储设备824A，能量存储设备824A然后将该信息中继到能量存储设备804B，然后该信息最终被中继到能量存储设备804C。应当认识到的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以使用任何配置在控制器824与能量存储设备804A-804C之间建立通信。
虽然图8A和8B将能量生成系统800图示为仅具有三个能量存储设备804A-804C，但是实施例不限于这种配置。其它实施例可以具有多于三个能量存储设备。作为示例，某个实施例可以具有四个能量存储设备，在另一个实施例中具有十个能量存储设备，或者在其它实施例中甚至更多。应当认识到的是，能量存储设备的数量可以依赖于能量生成系统的设计要求。由于较长时间段没有太阳光而引起的更大存储容量要求可以要求更大量的能量存储设备。
为了更好地理解能量生成系统800的操作，可能有必要讨论能量存储系统801中的电池组合器盒803和能量存储设备804A-804C的内部组成和配置，如图9中所示。
B.能量存储系统的部件
图9是图示根据本发明实施例的、在图8A和8B中所示的电池组合器盒803和能量存储设备804A-804C的内部部件的简化图。为了便于讨论，对不带字母A、B或C的数字标号的引用一般针对部件并且因此适用于所有副本部件，但应当认识到的是，具有相同数字指示符但不同字母指示符的部件是物理分开的部件。
如图所示，能量存储设备804A-804C可以各自包括能量存储部件(诸如电池908、燃料电池等)，以及除了单纯能量存储之外还使能量存储设备804A-804C执行附加功能的其它部件。作为示例，根据本发明的实施例，能量存储设备804A-804C可以各自包括通信部件902、DC/DC转换器904和电池管理系统(BMS)906，它们全部都互连。
通信部件902可以是用于与逆变器PCS 806的控制器824建立通信的部件，如图8A-8B中所示。例如，通信部件902可以是被配置为与控制器824建立无线(例如，WiFi、蓝牙或RF)通信的FPGA、微处理器、ASIC等。BMS 906可以是管理电池908的操作的部件。在实施例中，BMS 906可以防止电池908在其操作限制之外操作，诸如防止电池908被过度充电或监视电池的状态或者任何其它相关功能(充电、放电、故障保护等)。
DC/DC转换器904可以是被配置为更改电池908的输出电压的升压转换器、降压转换器或降压-升压转换器。DC/DC转换器904可以被配置为标准化电池908的输出DC电压，使得标准量的电力可以由能量存储设备804提供，而与电池908的规格无关。实现DC/DC转换器904是重要的，因为它允许能量存储系统801所使用的电池类型的灵活性。不同的制造商可以生产输出不同量值的DC电压的电池。通过将DC/DC转换器904结合在能量存储设备中，由能量存储设备804输出的输出DC电压可以跨所有能量存储设备804标准化。
在实施例中，电池908和DC/DC转换器904可以包括保护电路(未示出)，其被配置为保护电池908和DC/DC转换器904免于运行损害(例如，由过电压、反极性、过电流、接地故障、浪涌等造成的损害)。作为示例，电池908可以包括保护电路，用于在耦合到DC/DC转换器904时防止电池908短路。DC/DC转换器904可以包括保护电路，用于在能量存储设备804与其它能量存储设备串联连接时防止对能量存储设备804的损坏。
每个能量存储设备804的输出DC电压可以在被输入到逆变器PCS 806之前被路由通过电池组合器盒803。在实施例中，电池组合器盒803可以包括一个或多个被配置为切断能量存储设备与逆变器PCS 806之间的电力传输的断开和保护部件910。例如，断开和保护部件910可以是开关、接触器、熔断器、继电器、断路器等。断开和保护部件910可以保护能量存储设备804免于短路、免于在能量生成系统800的运行期间汲取太多电流，或者免于在错误的朝向被连接。在实施例中，断开和保护部件910沿着电力线部署，用于在能量存储设备804与逆变器PCS 806之间路由电力。
除了断开和保护部件910之外，电池组合器盒803还可以包括一个或多个视觉指示器912。在实施例中，视觉指示器912可以被配置为在视觉上指示电力、电压或电流是否流经电力线。例如，视觉指示器912可以是当电力流经沿着其部署有视觉指示器的电力线时发光并且当电力不流经该电力线时不发光的发光二极管(LED)。视觉指示器912可以由不背离本发明的精神和范围的任何其它合适的部件形成。在一些实施例中，附加的视觉指示器(未示出)可以部署在每个能量存储设备804中，用于指示能量存储设备804是否可操作。
虽然图9将电池组合器盒803示为具有三个断开和保护部件910A-910C及三个视觉指示器912A-912C，但是应当认识到的是，实施例不限于这种配置。断开和保护部件910及视觉指示器912的数量可以依赖于能量存储设备804的数量。因此，断开和保护部件910及视觉指示器912的数量可以根据系统设计来确定。
由能量存储设备804输出的DC电力可以在电池组合器盒803中组合到DC电力总线912中，然后输出到逆变器PCS 806。因此，流经DC电力总线912的电力可以是来自能量存储设备804A-804C的各个输出电力之和。
根据实施例，可以基于从逆变器PCS 806发送的命令来确定输出到DC电力总线912的电力的量。即，逆变器PCS 806可以管理能量存储设备804以通过经由通信线路814A-814C发送命令来输出DC电力。能够与能量存储设备804A-804C通信使得若干不同的充电/放电方案能够用于能量存储设备804A-804C，如图10中所示。
C.操作能量存储系统
图10图示了如由本发明的实施例所启用的、与操作能量存储设备804A-804C的不同方式对应的一系列图表。具体而言，图10图示了用于对能量存储设备804A-804C进行放电的三种不同方案：方案1、方案2和方案3。每个方案由排成行的两组三个图表来表示。这三个图表表示三个能量存储设备，诸如能量存储设备(ESD)804A-804C。第一组三个图表中的每个图表具有表示从T0到TN的时间的X轴，并且第二组三个图表的每个图表具有表示从TN到TM的时间的X轴，其中N和M是整数，并且其中M是N之后的时刻的示例。每个方案的全部六个图表的Y轴表示对应能量存储设备的输出DC电力。所示出的每个方案可以由从逆变器PCS(诸如图7、8A-8B和9中的逆变器PCS 806)发送的命令来管理。为了便于描述，方案1-3从能量存储系统801向逆变器PCS 806输出总计6000瓦(W)。应当认识到的是，能量存储系统801可以输出许多其它量值的电力，并且6000W仅仅是用于讨论目的的一个示例输出电压。
在实施例中，方案1涉及在其中一次仅一个能量存储设备并且以旋转次序对能量存储设备充电/放电的充电/放电方案。例如，如图10中所示，从T0到TN，能量存储设备804A可以输出6000W，而能量存储设备804B和804C输出0W。之后，从TN到TM，能量存储设备804A可以停止输出6000W并输出0W，而能量存储设备804B输出6000W。每个能量存储设备可以轮流充电/放电所需量的电力。轮流在能量存储设备之间分配循环应力(cycling stress)，使得一个能量存储设备不会比其它能量存储设备承受更多的循环应力，由此增加能量存储系统的连续运行期间能量存储设备的可靠性和寿命。
方案2涉及其中所有能量存储设备都被同时充电/放电并组合以输出期望的输出电力的充电/放电方案。作为示例，从T0到TN，能量存储设备804A-804C各自输出2000W，这些可以被组合，以向逆变器PCS输出6000W。之后，从TN到TM，能量存储设备804A-804C可以继续输出2000W，以向逆变器PCS提供组合的6000W。以较低的电力输出降低了能量存储设备承受的应力，并且还以较慢的速率对所存储的能量进行充电/放电，使得能量存储设备可以在延长的时间段内提供电力。因此，所有能量存储设备可以从T0到TM持续输出2000W。在实施例中，具有如图8A所示的在并行配置中组织的通信线路启用方案2。通过允许控制器824直接与能量存储设备804A-804C通信，能量存储设备804A-804C可以同时开始充电/放电2000W，而没有来自在通信线路以串行配置组织时所经历的时间延迟的影响。
方案3涉及在其中一次仅一个能量存储设备并且以旋转次序对能量存储设备充电/放电但是充电/放电能量存储设备之间的过渡是逐渐的充电/放电方案。例如，如图10中所示，能量存储设备804A可以输出6000W，而能量存储设备804B和804C输出0W。在T0至TM之间的时刻的情况下，能量存储设备804A可以开始逐渐减小其输出的电力，同时能量存储设备804B开始逐渐增加其输出的电力。能量存储设备804A减少并且能量存储设备804B增加的速率可以是相同的，使得净电力输出恒定在6000W。随着每个能量存储设备轮流输出电力，这个逐渐的改变可以重复。通过在能量存储设备之间逐渐过渡，由能量存储设备804A-804C输出的电力可以不中断，同时确保循环应力在能量存储设备804A-804C之间均匀分配。
如上面所提到的，逆变器PCS可以根据方案1-3中的任何一个来控制能量存储设备的操作。虽然本文的实施例启用这种复杂的操作，但是在一些情况下，客户可能不想要也承担不起本文提到的能量生成系统的全部能力。在这种情况下，能量生成系统可以被简化，以降低复杂性和成本。例如，能量存储系统可以被配置为使得一次仅一个能量存储设备可以向逆变器PCS提供电力，如图11中所示。
D.能量存储系统的简化配置
图11图示了本发明的一个实施例，其中能量存储系统801被配置为一次仅从一个能量存储设备向逆变器PCS 806输出电力。如图所示，电池组合器盒803可以包括用于在能量存储设备804A-804C之间进行选择的多位置转换开关918。开关918可以是被配置为在M个可用能量存储设备之间进行选择的双极N位置转换开关，其中N和M是整数，并且N大于或等于M。开关918可以是用于电力线的正和负端子的双极开关。在图10中所示的示例中，开关918可以是被配置为在三个能量存储设备804A-804C之间进行选择的双极三位置转换开关。
除开关918之外，电池组合器盒803还可以包括断开和连接部件920。断开和连接部件920可以类似于图9中的断开和保护部件910，因为它们可以被配置为选择性地防止能量存储设备与逆变器PCS 806之间的电力传输。如图11中所示，断开和连接部件920可以沿开关918与逆变器PCS 806之间的电力线部署。根据能量存储系统1101的配置，电池组合器盒1103可以在构造上比在图9中示出的电池组合器盒803更简单和更便宜。
根据实施例，能量生成系统可以被进一步简化，以进一步降低复杂性和成本。在图12和13中示出了具有最小复杂性和成本的示例能量生成系统。
图12是图示根据本发明实施例的能量生成系统1200的简化图。如图所示，能量生成系统1200可以包括耦合到逆变器PCS 806的PV串802，该逆变器PCS 806被配置为将AC电力输出到AC电网808或备用负载810。这些部件的细节可以参考在本文关于8A-8B的讨论。
除了上面提到的部件之外，能量生成系统1200还可以包括包含多个能量存储设备1202、1204和1206的能量存储系统1201。为了最小化能量存储系统1201的成本和复杂性，能量存储设备1202、1204和1206中仅一个可以被配置为与逆变器PCS 806通信，而其它能量存储设备仅被用于存储用于提供额外的(added)输出电力的能量。作为示例，能量存储设备1202可以被指定为主设备，其被配置为与逆变器PCS 806通信并且分别输出由其自身电池1214以及从能量存储设备1204和1206的电池1216和1218供给的电压。主能量存储设备1202可以包括通信设备1208、电池管理系统1212和DC/DC转换器1210，而从能量存储设备1204和1206包括比主能量存储设备1202更少的部件。例如，从能量存储器设备1204和1206可以仅包括能量存储部件(即，电池1216和1218，或者电池1216和BMS 1212)。主能量存储设备1202中的通信设备1208、电池管理系统1212和DC/DC转换器1210可以类似于本文关于图9讨论的能量存储设备804中的对应部件。
如图12中所示，逆变器PCS 806可以经由通信线路1226与主能量存储设备1202通信，并且可以经由电力线1220从主能量存储设备1202充电和放电。为了供给用于输出到逆变器PCS 806的附加电力，一根或多根电力线可以被配置为将电力从从能量存储设备1204和1206传送到主能量存储设备1202。在一个实施例中，主能量存储设备1202可以通过电力线1222和1224串联耦合到从能量存储设备1204和1206，如图12中所示。在这种配置中，来自从能量存储设备1206的电力可以首先流到从能量存储设备1204，从能量存储设备1204可以将其输出电力组合到从从能量存储设备1206接收的电力并且经由电力线1222将组合电力输出到主能量存储设备1202。主能量存储设备1202然后可以将其输出的电力与从从能量存储设备1204和1206接收的组合电力进行组合，以输出到逆变器PCS 806。主能量存储设备1202中的DC/DC转换器1210可以根据来自逆变器PCS 806的命令调节输出的组合电力。
在另一个实施例中，主能量存储设备1202可以通过以并联配置的电力线1230和1232耦合到从能量存储设备1204和1206，如图13中所示。在这种配置中，来自从能量存储设备1204和1206的电力可以直接流到主能量存储设备1202，而无需如串联配置中要求的那样流经中间能量存储设备。来自从能量存储设备1204和1206的接收电力可以全部由主能量存储设备1202组合，然后输出到逆变器PCS 806。主能量存储设备1202中的DC/DC转换器1210可以根据从逆变器PCS 806发送的命令调节输出的组合电力。
通过仅具有一个用于管理来自能量存储系统1201的电力输出的主能量存储设备1202，可以简化控制能量存储系统1201的操作，因为逆变器PCS 806仅需要与主能量存储设备1202通信。此外，通过省略诸如从能量存储设备1204和1206中的通信设备、DC/DC转换器和/或电池管理系统等部件，每个从能量存储设备1204和1206的成本降低，并且理想地被最小化，这降低了能量生成系统1200的总成本。因此，应当认识到的是，即使从能量存储设备1204和1206可能不能够与逆变器PCS 806通信或不能如本文关于图10所讨论的那样根据各种充电/放电方案动态地改变其输出电压，能量存储系统1201也在操作上更简单并且在制造上实质更便宜。这对于无法负担或者不关注本文讨论的功能更强的能量存储系统所提供的功能性的客户会是特别有利的。要注意的是，本文提到的能量存储设备的详细讨论可以在2015年11月3日提交的美国专利申请No.14/931,648中引用，该申请通过引用整体上并入本文，用于所有目的。
III.为多相操作配置的能量生成系统
如通过上面的公开内容可以认识到的，上面提到的能量生成系统向AC电网或以单相运行的备用负载提供AC电力。北美最常见的住宅安装地点有以单相电力运行的备用负载；但是，北美除常见的住宅地点以外的安装地点(诸如商业建筑、大型公寓联合体或不同国家的其它地点)可能有以多相AC电力(即，三相电力208V或480V)运行的备用负载。具有以多相AC电力运行的备用负载可以要求能量生成系统的不同配置，如将在本文关于图14A-14B、15A-15B和16进一步讨论的。
A.多相系统的波形
为了充分理解多相与单相能量生成系统之间的差异，可能值得讨论用于单相和多相系统的电压波形之间的基本差异。图14A和14B图示了两个图表：图表1400和1401。图14A中的图表1400示出了表示随着时间向右增加的用于单相系统的AC电压的一个周期的波形1402。单相系统对于每个单位时间仅以AC电力的单个波1402运行。在北美常见的60循环(Hz)电力的情况下，周期为1/60秒。
可替代地，图14B中的图表1401示出了随着时间向右增加表示用于多相系统的AC电压的一个电周期的波形1404、1406及1408。具体而言，图表1401用于平衡的三相系统，其中波形1404、1406和1408表示用于三相系统的每一相的AC电力的传输。三相更高效和更常用于高电压电力传输。每个波形具有相同的频率和电压振幅，但是每个波形传播所处的相位偏移一个周期的一部分，该周期由每个波形传播的频率的倒数定义。对于三相系统，每个波形可以偏移相等的程度(诸如周期的三分之一，例如120°，如图14B中所示)。
与单相系统相比，多相系统可能是有优势的，因为向负载的电力传送可以是恒定的，这有助于减少发电机和马达的振动。此外，多相系统可以产生具有指定方向和恒定量值的旋转磁场，这简化了电动马达的设计，诸如在一些商用和家用电器中使用的那些。此外，在多相系统中，如果一相发生故障，那么其它相可能继续提供电力。被配置为与多相系统(特别是三相系统)一起运行的电路在图15A和15B中示出。
B.多相系统的电路
图15A和15B图示了用于三相系统的示例性电路配置。一种配置是图15A中所示的“Wye”配置，其包括三个AC电流源1502、1504和1506，每个AC电流源1502、1504和1506生成与其它AC波形相位偏移的AC波形，如本文关于图14B所讨论的。AC电流源1502、1504和1506可以向三条分开的线路(线路1、线路2和线路3)提供AC电力，用于驱动负载1508、1510和1512。在Wye配置中，每个AC电流源1502、1504和1506可以是共享可选的公共中性节点1508的以地为基准的电压。每个AC电流源1502、1504和1506可以独立地向负载输出电力。例如，如图15A中所示，负载1508、1510和1512可以是由分开的AC电流源驱动的分开的负载。因此，如果一个AC电流源发生故障，那么其它负载可以由仍然可操作的其它AC电流源驱动。
另一个配置是图15B中所示的“Δ(Delta)”配置，其包括三个AC电流源1522、1524和1526，每个AC电流源生成彼此相位偏移的AC波形。AC电流源1522、1524和1526可以向线路1、线路2和线路3提供AC电力，以驱动负载1528、1530和1532。在Δ配置中，每个AC电流源1502、1504和1506可以串联连接，以形成闭合回路。
如可以通过图15A-B中的Wye和Δ配置认识到的那样，多相运行可以由三个分开的单相系统执行，其中每个单相系统产生相位彼此偏移的AC电力。如本文关于图16所讨论的，这种配置可以在能量生成系统中实现。
C.用于多相系统的能量生成系统
图16是图示根据本发明实施例的、用于向多相AC电网或多相备用负载提供AC电力的能量生成系统1600的简化框图。能量生成系统1600可以包括三个子系统：子系统A、子系统B和子系统C，其中每个子系统被配置为在多个相中的每一相中提供AC电力。当被组合时，三个子系统A、B和C形成用于提供多相电力的多相系统。多相能量生成系统1600对于跨越大面积或需要大量电力的大型建筑、或者对于位于法律要求三相电力系统的地区的建筑、或者需要三相电力的家庭装备可以特别有用。三个子系统之间可以存在通信，以协调三相AC电网或备用负载下的适当相位平衡。
根据本发明的实施例，每个子系统可以是具有逆变器PCS的单相能量生成系统，该逆变器PCS被配置为输出由从PV串阵列生成的或者由能量存储器设备放电的DC电力转换的单相AC电力。例如，逆变器PCS 1606A可以被配置为在逆变器PCS 1606A的输入端处接收DC电压，并且可以将DC能量存储在能量存储设备1604A中，或者将接收到的DC能量转换成单相AC电力，并将转换后的单相AC电力输出到AC电网1608A或备用负载1610A，该AC电力各自以对应的单相运行。逆变器PCS 1606A-1060C在操作和构造上可以类似于本文关于图3讨论的逆变器PCS 306A和306B。
来自子系统A-C中的相应逆变器PCS的输出AC电力可以分别输出到AC电网1608A-1608C或备用负载1610A-1610C。每个相应的AC电网可以在与相应子系统对应的相中运行。作为示例，子系统A中的单相逆变器PCS 1606A可以被配置为在相1中输出AC电力，子系统B中的单相逆变器PCS 1606B可以被配置为在相2中输出AC电力，并且子系统C中的单相逆变器PCS 1606C可以被配置为在相3中输出AC电力。相1-3可以各自被输出到相应的AC电网1608或备用负载1610。因此，多相能量生成系统1600中的每个逆变器PCS 1606A-1606C可以与本文关于图15A和15B讨论的AC源对应。在实施例中，用于每个子系统的备用负载可以是安装场所中的不同负载。作为示例，备用负载1610A可以是厨房中的器具，备用负载1610B可以是卧室中的器件，并且备用负载1610B可以是在安装场所中的照明。
来自子系统A-C的输出AC电力的相可以彼此偏移，如本文关于图14B所讨论的。因此，逆变器PCS可能需要彼此协调，使得没有两个逆变器PCS在相同的相处输出。为了协调AC输出的相，可以将一个逆变器PCS指定为主设备，而将其它逆变器PCS指定为从设备。如图16中所示，逆变器PCS 1606A可以被指定为主设备，并且逆变器PCS 1606B和1606C可以被指定为从设备。主逆变器PCS可以被配置为通过经由通信线路1612和1613向从逆变器PCS 1606B和1606C发送命令并从从逆变器PCS 1606B和1606C接收状态信息来管理从逆变器PCS1606B和1606C的操作。例如，主逆变器PCS 1606A可以在相1中输出AC电力，并且可以向从逆变器PCS 1606B发送命令，以在相2中输出AC电力，并且向从逆变器PCS 1606C发送命令，以在相3中输出AC电力。因此，来自子系统A-C的输出AC电力可以形成包括相1-3的多相系统。
多相能量生成系统比单相能量生成系统更鲁棒和更灵活。例如，操作被配置为用于多相操作的能量生成系统在即使其中一个子系统发生故障的情况也能够输出AC电力。例如，在能量生成系统1600的运行期间，子系统B的PV串1602B阵列和/或能量存储设备1604B可能发生故障。在这种情况下，子系统B可能不能向AC电网1608B或备份负载1610B输出AC电力。虽然子系统B可能不能在相2中输出AC电力，但是子系统A和C仍然能够在相1和3中输出AC电力。此外，操作被配置为用于多相操作的能量生成系统可以能够向不同的AC电网或现场备用负载输出不同量值的AC电力。输出不同量值的AC电力可以适于在多相系统中检测到电压不平衡的情况。输出电压的不同量值可以补偿电压不平衡(即，重新平衡多相系统)，由此最小化对一个或多个负载的损坏。
虽然图16图示了通信线路1612和1613布置在串行配置中，但是本发明的实施例不需要如此限制。其它实施例可以具有在并行配置中布置的通信线路1612和1613，或者适于允许主单相逆变器PCS1606A与从单相逆变器PCS 1606B和1606C通信的任何其它合适的配置。

Claims (20)

1.一种电力控制系统，包括：
第一逆变器电力控制系统；以及
第二逆变器电力控制系统，在并联配置中与所述第一逆变器电力控制系统耦合，其中所述第一逆变器电力控制系统和所述第二逆变器电力控制系统各自包括：
输入端，被配置为接收直流(DC)电力；
DC到交流(AC)逆变器级，被配置为接收DC电力输入；
防孤岛继电器，耦合到DC/AC逆变器级的输出端；以及
过渡继电器，耦合到防孤岛继电器，所述过渡继电器被配置为在一个或多个现场备用负载与AC电网之间路由逆变器电力控制系统的输出，
其中所述第一逆变器电力控制系统被指定为主设备，所述主设备被配置为控制被指定为从设备的所述第二逆变器电力控制系统的操作。
2.如权利要求1所述的电力控制系统，其中所述第一逆变器电力控制系统被配置为控制所述第二逆变器电力控制系统的过渡继电器。
3.如权利要求1所述的电力控制系统，其中所述第一逆变器电力控制系统和所述第二逆变器电力控制系统都还包括DC-DC转换器级，所述DC-DC转换器级被配置为接收所述DC电力输入并且将所述DC电力输入升压或降压到适于逆变的水平。
4.如权利要求1所述的电力控制系统，还包括耦合在所述第一逆变器电力控制系统和所述第二逆变器电力控制系统之间的通信线路。
5.如权利要求4所述的电力控制系统，其中所述第一逆变器电力控制系统和所述第二逆变器电力控制系统分别包括第一通信设备和第二通信设备，所述通信线路将所述第一通信设备耦合到所述第二通信设备。
6.如权利要求4所述的电力控制系统，其中所述通信线路是无线通信线路。
7.一种能量生成系统，包括：
一个或多个光伏(PV)串；
电力控制系统，包括在并联配置中连接并耦合到所述一个或多个PV串的多个逆变器电力控制系统，每个逆变器电力控制系统包括：
输入端，被配置为接收直流(DC)电力；
DC到交流(AC)逆变器级，被配置为接收DC电力输入；
防孤岛继电器，耦合到DC/AC逆变器级的输出端；
过渡继电器，耦合到防孤岛继电器，所述过渡继电器被配置为在一个或多个现场备用负载与AC电网之间路由逆变器电力控制系统的输出，
其中所述多个逆变器电力控制系统中的一个逆变器电力控制系统被指定为主设备，所述主设备被配置为控制被指定为从设备的另一个逆变器电力控制系统的操作；以及
一个或多个能量存储设备，耦合到所述多个逆变器电力控制系统。
8.如权利要求7所述的能量生成系统，还包括耦合在所述多个逆变器电力控制系统与AC电网之间的中央AC断路器。
9.如权利要求8所述的能量生成系统，其中所述中央AC断路器被配置为同时将所述多个逆变器电力控制系统连接到AC电网以及同时从AC电网断开所述多个逆变器电力控制系统。
10.如权利要求8所述的能量生成系统，还包括将所述中央AC断路器与所述多个逆变器电力控制系统耦合的通信线路。
11.如权利要求7所述的电力控制系统，其中一个逆变器电力控制系统被配置为控制所述多个逆变器电力控制系统中的其它逆变器电力控制系统。
12.如权利要求7所述的电力控制系统，其中每个逆变器电力控制系统还包括DC-DC转换器级，所述DC-DC转换器级被配置为接收所述DC电力输入并将所述DC电力输入升压或降压至适于逆变的水平。
13.如权利要求7所述的电力控制系统，还包括耦合在所述多个逆变器电力控制系统之间的通信线路。
14.如权利要求13所述的电力控制系统，其中所述多个逆变器电力控制系统中的每个逆变器电力控制系统包括通信设备，所述通信线路将所述多个逆变器电力控制系统中的通信设备耦合在一起。
15.如权利要求13所述的电力控制系统，其中所述通信线路是无线通信线路。
16.一种方法，包括：
在第一逆变器电力控制系统和第二逆变器电力控制系统处接收直流(DC)电力；
在所述第一逆变器电力控制系统处生成命令；
将所述命令从所述第一逆变器电力控制系统发送到所述第二逆变器电力控制系统；
在所述第二逆变器电力控制系统处接收来自所述第一逆变器电力控制系统的所述命令，该命令指示所述第二逆变器电力控制系统向多个目的地中的至少一个目的地输出电力。
17.如权利要求16所述的方法，其中在所述第二逆变器电力控制系统处接收到的DC电力的至少一部分被输出到能量存储设备。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述命令指示所述第二逆变器电力控制系统更改所述第二逆变器电力控制系统中的过渡继电器的位置。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述过渡继电器的位置被更改为向AC电网输出电力。
20.如权利要求18所述的方法，其中过渡继电器的位置被更改为向现场备用负载输出电力。
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