CN110622379A - 微型逆变器和控制器 - Google Patents

Abstract

本设备是自足式多合一MPPT控制器和微型逆变器，可以使用标准电源插口直接连接到负载(可以是合网或离网)，该电源插口将能量馈送到由包括风力涡轮机和太阳能电池板的不同种类的源生成的电网；该设备还可以控制储存设备用于减少峰值消耗，或用作备份解决方案。该设备从不同的传感器、设备和源采集信息，以收集天气、能量和使用行为数据。该设备使用区块链技术来追踪信息，并在设备之间的能量交换中提供可计算性。该多合一系统还可连接到服务器，以通过不同类型的算法来分析信息，以用于提高能量效率，允许能量管理和预测天气状况。

Description

微型逆变器和控制器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年3月16日提交的发明名称为“Micro Inverter andController”的美国临时专利申请序列号62/472469的优先权，出于所有目的其以整体内容通过引用并入本文。

通过引用并入

本说明书中提及的所有出版物和专利申请通过引用并入本文，其程度如同明确和单独地表明通过引用并入每个单独的出版物或专利申请。

技术领域

本发明涉及一种可再生能源逆变器，特别涉及一种具有数据采集、分析和连通能力的多合一控制器和微型逆变器。

背景技术

微型逆变器提供了一种在能量源的位置处提供随时可用的交流电(AC)的方式，这使其对于可变容量的分布式能量生成系统(例如风能或太阳能系统)具有吸引力。微型逆变器提供如下附加优势：模块化、最大功率效率、实时优化以及用于监测和控制整个系统的更好手段。微型逆变器通过对建筑物中的现有布线做最小改变来提供这些益处。由于这些益处，微型逆变器的使用逐年增加。

随着全球对环境和能源可持续性的关注增加，太阳能、风能和其他可再生能源的普及率相应地增加。可再生分散式发电系统通常包括两个主要部分：产生功率的发电机，以及接收、调节功率并将功率注入功率负载的逆变器。发电机包括例如光伏(PV)电池和风力涡轮机，小型水力涡轮机以及生物质&气体系统。因此，仍然需要改进分散式发电系统。

发明内容

通常，在一个实施例中，自足式电箱构造成能够将两个或更多个不同的电输入转换为单个电输出，它包括最大功率点追踪(MPPT)控制器，由微处理器控制的逆变器和电连接器。第一电连接器、第二电连接器或第三电连接器与MPPT控制器或逆变器通信。来自逆变器或MPPT控制器的电输出基于输入至第一电连接器、第二电连接器或第三电连接器的电输入。

该实施例和其他实施例可以包括以下一个或多个特征。输入至第一电连接器、第二电连接器或第三电连接器的输入可以是从12V至450V。输入至第一电连接器、第二电连接器或第三电连接器的电输入可以是AC电信号或DC电信号。输入至第一电连接器、第二电连接器或第三电连接器的电输入可以是单相或三相。MPPT控制器可以是可编程MPPT控制器。可编程MPPT控制器可以进一步包括计算机可读指令，以接收、优化和管理来自由风力涡轮机和太阳能电池板或任何其他可变输出发电机提供的第一电连接器、第二电连接器或第三电连接器的电输入。自足式电箱可以进一步包括用于与能量储存设备通信的电连接器。逆变器可以适于将能量输送到AC电负载，AC电负载与自足式电箱的电输出连通。自足式的电箱可适于并构造成能够接收来自一个或多个传感器的输入，或者接收来自连接至第一电连接器、第二电连接器或第三电连接器的发电机的一个或多个电信号，以在提供信息的发电机处收集与气象状况有关的数据。自足式电箱可适于并构造成能够接收来自一个或多个传感器的输入，并接收来自连接至第一电连接器、第二电连接器或第三电连接器的发电机的电信号，以收集与提供信息的发电机的性能、操作或特性相关的信息。自足式电箱还可包括由微处理器执行的计算机可读指令，以分析电信号，并收集关于电网能量使用的信息。自足式电箱还可包括由微处理器执行的计算机可读指令，以分析电波信号，并从同一网络中的电器和设备收集有关使用和消耗或特定电子特征码的信息。自足式电箱还可以包括计算机可读指令，以唯一地识别和电子追踪通过自足式电箱的操作收集的每个参数，或者用于实施区块链技术，以给在所述自足式电箱的操作期间收集的每个参数赋予电子特征码。自足式电箱可进一步包括用于连接至平台的通信模块，以使用诸如WIFI或GSM的通信技术来发送信息。自足式电箱适于并配置成能够使用诸如WIFI或GSM的通信技术远程连接至另一自足式电箱。自足式电箱可以进一步包括用于微处理器处理的计算机可读指令，以处理所收集的信息。自足式电箱还可以包括与使用一种或多种算法、或者使用人工智能过程有关的计算机可读指令，以分析在一个或多个自足式电箱的使用期间收集的信息。自足式电箱可适于并构造成能够用于连接至电负载，其中电插座可构造成能够用于联接至传统的电气母插口。自足式电箱可适于并配置成能够控制来自所分析的信息的能量和电波信号的使用。自足式电箱可适于并构造成能够在独立电气系统或离网电气系统中操作。自足式电箱可适于并构造成能够作为微电网的一部分进行操作。自足式电箱可适于并构造成能够作为联网系统(grid-tie system)进行操作。

通常，在一个实施例中，一种用于传输来自发电机的能量的设备包括：控制器，其配置为能够接收并从一个或多个发电机接收的功率，并输出直流电压；微型逆变器，其配置为能够接收和修改直流电电压信号并使该功率稳定，并输出交流电，微型逆变器构造成能够直接插入标准电源插座，和通信模块，其配置为能够收集来自控制器和微型逆变器的数据，并将数据上传到云平台。

通常，在一个实施例中，一种提供来自两个或更多个不同电输入的单个电功率输出的方法包括：(1)接收来自第一电功率源的第一电功率信号和来自第二电功率源的不同的第二电功率信号；(2)处理第一功率信号和第二功率信号以提供单个电输出；(3)向标准的母电源插座提供单个电气输出。

该实施例和其他实施例可以包括以下一个或多个特征。第一电功率信号和第二电功率信号可以选自三相AC电源、单相AC电源或DC电源。第一功率源或第二功率源由通过与风或水的相互作用而驱动的涡轮机提供。第二功率源的第一功率源是光伏系统。对第一电功率信号和第二电功率信号进行处理，以提供唯一的特征码和认证，用于追踪由第一电功率源和第二电功率源提供的功率。可以将单个电输出提供给储存设备。该方法可以进一步包括第三电功率信号。第一电功率信号、第二电功率信号或第三电功率信号可以为12V至450V。第一电功率信号、第二电功率信号或第三电功率信号可以是AC电信号或DC电信号。第一电功率信号、第二电功率信号或第三电功率信号可以是单相或三相。处理步骤的方法可以进一步包括具有计算机可读指令的可编程MPPT控制器的操作，以接收、优化和管理来自由风力涡轮机和太阳能电池板提供的第一电功率信号、第二电功率信号或第三电功率信号的电输入。该方法可以进一步包括计算机可读指令，用于以能量储存设备可接受的形式提供单个电输出。处理步骤的方法可以进一步包括逆变器的操作，其适于将单个电输出输送至AC电负载。该方法可以进一步包括处理步骤，该处理步骤适于并配置为能够接收来自一个或多个传感器的输入，或者接收来自第一发电机、第二发电机或第三发电机的一个或多个电信号；以及在提供信息的第一发电机、第二发电机或第三发电机处收集与气象状况有关的数据。该方法可以进一步包括处理步骤，该处理步骤适于并配置为能够接收来自一个或多个传感器的输入，以及接收来自发电机的电信号，发电机提供第一电信号、第二电信号或第三电信号，以收集与提供信息的发电机的性能、操作或特性相关的信息。该方法可以进一步包括具有计算机可读指令的处理步骤，以分析电信号，并收集关于电网能量使用的信息。该方法可以进一步包括具有计算机可读指令的处理步骤，以分析电波信号，并从同一网络中的电器和设备收集有关使用和消耗或特定电子特征码的信息。该方法可以进一步包括具有计算机可读指令的处理步骤，以唯一地识别和电子追踪所收集的每个参数，或者实施区块链技术，以给在接收电信号和提供电输出的操作期间所收集的每个参数赋予电子特征码。该方法可以进一步包括与平台进行通信，并将信息发送至远程计算机系统。该方法可以进一步包括用于处理所收集的信息的计算机可读指令。该方法可以进一步包括与使用一种或多种算法、或者使用人工智能过程有关的计算机可读指令，以分析通过接收和处理第一电信号、第二电信号或第三电信号而收集到的信息。该方法可以进一步包括计算机可读指令，其适于并配置为能够控制来自所分析的信息的能量的使用。该方法可以进一步包括具有计算机可读指令的处理步骤，以分析电波信号，并从同一网络中的一个或多个独立电器和设备收集关于使用和消耗或特定电子特征码的信息，以及此后，处理步骤基于与特定电波特征码相关的操作，为一个或多个独立电器或设备中的每一个的操作提供控制功能。该方法可以进一步包括计算机可读指令，其适于并配置为能够控制用于作为微电网系统或联网系统的一部分在独立电气系统或离网电气系统中操作的能量的使用。自足式电箱可以进一步包括显示器，其配置成能够显示与自足式电箱有关的信息、设置、操作参数、用户偏好。显示器构造成用户界面屏幕，其适于并构造成能够提供用于所述自足式电箱的操作的触摸屏能力。该方法可以进一步包括在显示器上提供与提供单个电功率输出有关的信息。该方法可以进一步包括与显示器的触摸屏操作进行交互，以操纵用于提供单个电功率输出的步骤的操作。

附图说明

图1A是微型逆变器的实施例的透视图。

图1B是图1A的微型逆变器的电子组件的示意图。

图1C是图1A的微型逆变器所使用的示例性连接器的放大图。

图2是微型逆变器的实施例的示意图，该微型逆变器连接成从AC可再生源接收能量并将能量输送至电负载。

图3A是以“离网”配置连接的微型逆变器的实施例的示意图，该微型逆变器从AC可再生能源和DC可再生能源接收能量，并将能量接收/输送至电负载和能量储存设备。

图3B是以“合网”配置(on-grid configuration)连接的微型逆变器的实施例的示意图，该微型逆变器从AC可再生源和DC可再生源接收能量，并将能量接收/输送至电网、电负载和能量储存设备。

图4是微型逆变器的实施例的透视图，该微型逆变器连接到标准母电气插座，以接收、输送或监测与插座连通的能量使用。

图5是表示用于微型逆变器实施例的过程的示意图，该过程合并现有的电网、微电网或联网系统，从而当在不同的系统配置下运行时允许能量的供应和接收。

图6A是由微型逆变器的微处理器收集的用以产生原始数据输出的示例性输入的示意图。

图6B是组合电波形，其示出与不同设备相关联的示例性的不同的可识别电波形。

图7是由微处理器应用的示例性过程，用以收集如图6A所示的原始数据，对该原始数据施加唯一标识以产生链接到特定微型逆变器的可追踪数据流。

图8是由微处理器应用的示例性过程，用以接收可追踪数据，执行一个或多个步骤的数据分析以产生链接到特定微型逆变器的已处理数据流。

图9A是由微型逆变器中的连通板应用的示例过程，用以将链接到特定微型逆变器的已处理数据通信、发送和接收到服务器、远程计算机、智能设备或使用通信网络的其他处理系统。

图9B是由两个或多个微型逆变器的连通板应用的示例过程，用以将链接到特定微型逆变器的处理数据通信、发送和接收到另一个微型逆变器或者服务器、远程计算机、智能设备或使用通信网络的其他处理系统。

图10A是由微型逆变器的微处理器应用的示例性过程，用以使用链接到特定微型逆变器的处理数据利用内置的人工智能，以与该微型逆变器的逆变器通信，并与服务器、远程计算机、智能设备或使用通信网络的其他处理系统发送和接收数据。

图10B是由微型逆变器的微处理器应用的示例性过程，该微处理器与该微型逆变器中的逆变器通信，以及在服务器、一个或多个远程计算机、智能设备或使用通信网络的其他处理系统中远程执行的人工智能过程。

图11A示出了如图6B所示的示例性设备的特定波形示例，随后在微型逆变器中对其进行处理，以切断对其中一个设备的电力供应。

图11B示出了如图11A所示的示例性设备的特定波形示例，随后在微型逆变器内或者远离微型逆变器使用能量利用算法对其进行处理，以随后基于能量利用算法的输出切断对其中一个设备的电力供应。

图12A是处于离网配置的微型逆变器的示意图，该微型逆变器连接到太阳能电池板、风力涡轮机、蓄电设备、通信链路和具有一个或多个电负载的结构。

图12B是如图12A所示的若干微型逆变器的示意图，每个微型逆变器均连接至太阳能电池板、风力涡轮机、蓄电设备、通信链路和具有一个或多个电负载的结构，并且每个微型逆变器以微电网配置连接。

图12C是如图12A中的若干微型逆变器的示意图，每个微型逆变器均连接到太阳能电池板、风力涡轮机、蓄电设备、通信链路和具有一个或多个电负载的结构的，并且每个微型逆变器彼此连接以及与电网连接。

具体实施方式

发电通常将电能收集为AC或DC。使用逆变器可以将输入DC转换为可用的AC功率。在一些实施例中的逆变器内，有两个主要子电路，DC/DC转换器，其后是全桥逆变器。第一个子电路是DC/DC电压转换器，其将来自可再生源的输入DC功率转换为可由后续逆变器使用的DC电压。第二个子电路是DC/AC逆变器，其将转换器的DC输出转换为与电网兼容的AC功率。

在示例性的“离网”应用和“并网(in-grid)”联接系统中，能量储存设备可以添加到系统中，“离网”应用用以提供稳定的电力供应，“并网(in-grid)”联接(tie)系统用作备用或者用以减少电网消耗。本文所述的微型逆变器的实施例与诸如铅酸电池、锂离子技术电池和燃料电池的多种不同能源技术中的任何一种兼容。

本发明的实施例克服了所提出的挑战，其中如果这些能量储存设备连接到联网解决方案或离网应用，则它们需要单独的控制器或逆变器。同时，本发明的微型逆变器的实施例提供解决方案，其可以利用AC以及DC储存设备类型以灵活的方式工作。

在传统系统中，每个发电机通常需要独立的控制和功率提取，以便增加发电机在不同条件下的整体效率。变化的负载条件包括改变风力涡轮机上的风况、改变PV电池的局部遮蔽或PV电池之间的失配。传统上，这种失配要求为每个发电机使用单独的逆变器，即“微型逆变器”。如果每个发电机独立执行最大功率点追踪(MPPT)，则可以增强来自每个发电机的功率提取。与传统系统相比，本发明的微型逆变器包括用于两个或多个不同功率输入的独立控制和功率提取的能力(参见图1C)。

传统的MPPT系统通常使用基于试错法、查找和发现、或者逻辑和关系运算符的算法，找到最佳操作点(operating point)，并创建MPPT参考信号。但是，这种方法可能会导致在最佳点附近振荡，这对系统的整体效率产生不利影响。此外，试错法降低了快速变化条件下的效率。这种缺点和此类方法的低速特性在诸如照射准位的单调和快速增加或可变风况等条件下可能会成问题。通过本文所述的微型逆变器的实施例所使用的技术克服了传统MPPT方法的这些和其他缺点。

近年来风力涡轮机已广泛用于发电，并且一个增长中的市场是用于电池充电或住宅用途的小型涡轮机。小型风力涡轮机通常使用永磁交流发电机，以将涡轮机转子产生的旋转功率转换为有用的电功率。永磁交流发电机具有许多优势，使其非常适合在风力涡轮机中使用。它们的简单性、耐用性和效率非常适合风力涡轮机应用。

永磁交流发电机的功率输出随着转速而线性增加，而对于保持最佳空气动力学效率的风力涡轮机而言，交流发电机的功率应随着转速的立方而增加。将风力涡轮机设计为在设计风速下以最大效率运行，而在所有其他风速下以次最佳效率运行，通常可以解决此问题。当交流发电机直接联接到风力涡轮机转子时，会产生下一个问题，造成除非在构造绕组时使用大量非常细的线匝，否则交流发电机的输出将处于低电压。使用此种细线导致高电阻和低效率。

永磁交流发电机通常在定子中包括三组绕组，并且交流发电机的输出是具有变化的电压和频率的三相功率。为了将输出功率用于电池充电或其他有用目的，通常将输出整流为直流电(DC)，并在需要时再次整流为交流电(AC)。

虽然这些组件被设置为可再生系统的不同部分，但是现在通过微型逆变器的不同实施例中的简单连接提供所需技术技能，这些技术技能通常用于安装、操作和维护这些不同的系统。

在针对作为分散式能量生成、储存和输送的一部分的解决方案的其他实施例中，微型逆变器的不同实施例还可包括与远程计算平台或云的通信和连通，用于收集与能量生成、储存、传输、利用以及操作和能量管理改进的其他方面有关的实时信息。

在更进一步的微型逆变器实施例中，提供了用于管理和分析能量数据的能力。在一个方面，提供了一种或多种算法，以在微型逆变器内或使用远程计算系统分析能量信息。在其他实施例中，提供了人工智能系统，其允许单个或已连接的微型逆变器变得智能，包括在某些参数内的决策过程，或者由一个或多个能量生成协议、能量供应协议、能量输送协议、设备利用协议或能量储存协议单独或组合确定的决策过程。

在其他实施例中，为由微型逆变器收集、储存、共享、接收或处理的能量设置唯一标识符。在一个实施例中，微型逆变器的处理器生成电子特征码，该电子特征码足以识别每个系统，并为与特定微型逆变器进行的能量交互提供可追踪性。一方面，电子特征码由启用了区块链的系统提供。在另一方面，每个微型逆变器适于并配置成能够对所生成的每个值具有验证，并且在对那些有用的值的处理中具有可追踪性。

图1A是多合一微型逆变器设备的实施例的透视图。单个箱包含来自微型逆变器100的所有不同组件。微型逆变器100包括用户界面屏幕140，该用户界面屏幕140可以显示与微型逆变器100有关的设置、操作参数以及其他信息。另外或可选地，用户界面屏幕140可以根据配置和用户偏好而构造成触摸屏、高清晰度显示器或全尺寸的独立显示器。图1A中还示出了控制器的示例性电连接器111、112、113和114(参见图1C)。

图1B是示意图，其示出微型逆变器100的内部如何构成。多个不同的发电源输入，例如风力涡轮机、水力涡轮机或太阳能电池板连接MPPT控制器110。当需要优化MPPT 110输出时，对电压和电流进行修改或整流。来自MPPT控制器110的该输出是逆变器侧120的输入。逆变器120将电流转换成AC以馈送至电网。微处理器130包括一组计算机相关的电气和电子组件以及计算机可读指令，该计算机可读指令允许系统使用不同的协议进行通信，分析和处理数据并将其传输到服务器并存储在云中。

根据能量功率单元(energy power unit)的来源、模型和类型，用于MPPT控制器110的输入可以从12V到450V变化。来自控制器110的电流输出可以是直流的或交流的。控制器110对电压进行整流，以稳定来自不稳定源的波和振幅。来自MPPT控制器110的DC电流馈入系统的逆变器120侧。

逆变器120将电流从DC修改为AC，根据模型而具有从110V到380V以及50Hz或60Hz的输出。

考虑到电流和电压的类型，微型逆变器系统识别并调整自身以适应不同的能量输入源，从而使其变得灵活和通用。

图1C是微型逆变器100的输入侧的详细视图。有利地，若干不同的连接器可以容易地连接到MPPT控制器110，并随后被MPPT控制器110识别。连接器111是来自风力涡轮机或能产生AC的诸如小型水力涡轮机的其他交流发电机的AC三相连接器。连接器112是来自太阳能电池板或其他DC源的DC连接器。连接器113是AC单相连接器，其可以被任何种类的AC单相电源使用，例如AC太阳能电池板。连接器114是DC/AC储存连接，该DC/AC储存连接允许控制器对电池组充电，并且将它们用作备用或储存以汲取能量来提升输出。该连接器调节自身以适应不同的储存设备，例如铅酸电池、锂离子技术电池。另外或可选地，微型逆变器100包括硬件和用于与具有内置充电管理软件的能量储存设备一起操作的软件或指令。在其他构造中，微型逆变器100可以配置为能够发送或接收来自诸如燃料电池或电动车辆的其他能量设备的能量。

图2示出了基本系统的示意图，该基本系统包含将三相能量馈送至微型逆变器100的连接器111的垂直轴风力涡轮机。微型逆变器100内的组件优化涡轮机的性能，并向不同的负载提供能量。这些负载可因不同的应用而不同：住宅、手机信号发射塔、商业建筑、仓库、医疗诊所、医院、专业储存中心或其他类型的能量储存设备。(参见图12A、12B和12C)

图3A描述了由混合微型逆变器100管理的离网系统。在该图中，每个负载都使用微型逆变器100，该微型逆变器100连接到AC三相源(111)和DC/AC单相发电机(113)，例如风力涡轮机和太阳能电池板。然后，微型逆变器100使用图1B中描述的内置组件来给储存设备(114)充电，并馈送负载。这些负载可以是住宅、手机信号发射塔、建筑物等。如果没有在生成能量源，或者内部消耗量大于这些源所生成的能量，则微型逆变器100可以处置储存在储存设备中的能量并将其发送到负载。这些储存设备可以是电池燃料、电池，或者甚至是电动汽车。

图3B描述了由混合微型逆变器100管理的合网系统。在该图中，每个负载都使用微型逆变器100，该微型逆变器100连接到AC三相源(111)和DC/AC单相发电机(113)，例如风力涡轮机和太阳能电池板。然后，微型逆变器100使用图1B中描述的内置组件来馈送负载，并给储存设备充电。如果不存在需要能量的负载，并且源所生成的能量多于内部消耗的能量，并且储存设备已满，则微型逆变器100将生成的剩余能量馈送到电网。

类似地，如果源不生成能量，或者如果内部消耗大于那些源生成的能量，则微型逆变器100处置储存在储存设备中的能量，并根据配置将能量发送到一个或多个负载。如果储存设备中没有足够的能量，则微型逆变器100从电网获取所需的差分能量。储存设备的放电率和使用可如此设定，以在与电网断开的情况下，例如断电，保持部分能量被使用。电池可用作降低峰值消耗的设备，或用作备用解决方案。负载可以是不同的类型，例如住宅、手机信号发射塔、建筑物等。储存设备可以是电池燃料、电池或电动汽车。

图4是来自微型逆变器100的输出插口的视图。微型逆变器100可连接到传统电缆200，并可插入与电网连接的任何标准母插口。该解决方案的优势之一在于，不需要额外的安装即可完成联网连接。断开系统连接的过程就跟从电源插座(outlet)上拔下插口(socket)一样简单。微型逆变器100可以检测有效的电网连接，并作为安全特征在断电的情况下断开馈送。电缆连接200可以根据电源插口和系统功率输出的地方法规而变化。

图5是微型逆变器100合并现有电网、微电网或联网系统并与它们交互的方式的示意图，以允许它们获取和馈送能量。

图6A是示例性组件的示意图，微处理器130收集来自该示例性组件的数据。如图1B所示，微处理器130是系统的三个主要部件之一。微处理器130使用通信协议，收集来自MPPT控制器110和逆变器120的信息。另外或可选地，微处理器130可以使用风力涡轮机(一个或多个)来收集风速，使用太阳能电池板(一个或多个)来收集太阳辐照数据，或者取决于能量源(例如，使用微型水力发电机收集水流量)、电网和储存设备的不同数据。在其他配置中，微处理器还可以收集来自其他数据采集设备例如温度计、气压计或雨量计的信息。在一些实施例中，每个微型逆变器100读取来自传感器和与其连接的设备的数据，从而创建气象站。

所收集的原始数据包括发电量、功耗、电网状态、电器消耗水平、风速、压力、温度、太阳辐照和当前储存水平等。

图6B是示出了每个电子设备如何在电网中产生可由微处理器130读取和解释的微分波特征码(a differential wave signature)的图表。在该说明性图表中，波代表了微波炉、洗衣机和电视中的每一个消耗的能量或使用特征码。因此，微处理器130可以识别每个设备，并收集设备特定信息，例如使用、速率或数量、使用时间、设备类型和能耗。

图7是由微处理器130执行的指令的示意图，以收集原始数据，生成唯一标识符并提供可追踪的能量数据。在该示例中，有使用区块链技术的指令，以使用唯一的数字特征码来识别每个生成的值。因此，由微型逆变器100提供的能量包括所收集信息的可追踪性，以及对所生成或使用的每个瓦特或能量单位的可计算性(accountability)。

图8是示出如何在微处理器130中处理所收集的信息(即，可追踪的数据)的图。因此，可追踪的数据(TD)转换为有用的信息或待分析的已处理数据(PD)。

图9A是关于微处理器130内的连通板131如何使用诸如Wi-Fi，蓝牙或GMS之类的通信网络以及诸如NFC技术之类的连通协议来与云平台来回发送已处理的信息(即，已处理的数据/PD)的图。

如图9A所示，可以通过任何智能设备，例如手机或笔记本电脑，从云平台访问信息。重要的是，图7中执行的处理步骤确保已处理数据(PD)的完整性。

图9B描述一个微处理器130通过使用连通板131可以如何与云平台和其他微处理器130来回共享信息。这允许不同的控制器100彼此通信以共享信息，这可以包括能量传输请求。

图10A是具有用于分析信息(PD)的内置人工智能算法(AI Alg)的微处理器130的图。使用该配置，已分析的数据可以稍后通过连通板131发送到服务器，并由远程设备访问，例如蜂窝电话或计算机，如图所示。该图还示出了微处理器130如何能够将信号发送到逆变器120组件，该逆变器120组件包括微型逆变器100中的电力电子器件。

图10B是具有与图10A所示的配置类似的配置的系统的图，但是该系统在服务器层次上使用人工智能算法。在这种情况下，微型逆变器100通过使用微处理器130中的连通板131将已处理的数据发送到云。通过云中的算法对已处理的数据进行分析，并将分析后的数据发送回微处理器130内部的连通板131，微处理器130将控制信号发送到微型逆变器120。该配置允许使用另外的、不同的或分析算法，这些算法在比微处理器130提供的更强大的处理器上执行。

图11A是示出所收集的信息在经过诸如AI的不同算法分析后如何可以用于能量管理的图。这样，微型逆变器100可以设置时刻或时间窗口，在该时刻或时间窗口内能量的使用更加可靠、平价或可用。作为示例，微处理器130识别并收集关于每个电器和设备的电波信号的信息，以使它们个性化(参见图6B)。一旦信号被个性化，就可以通过内置的用户界面将正在使用能量的设备列表发送给用户，或者发送给远程访问点，例如蜂窝电话的应用程序。用户可以选择想要关闭或开启的设备或电器。信号由微处理器130发送回微型逆变器120，微型逆变器120工作，以切断或允许所选设备的特定波中的电压或安培，允许或限制能量流向该设备。

图11B是示出图11A中描述的功能的图，但使用云服务器中的AI算法来采取有关能量管理的自主决策。例如，系统可以分析与每个设备或电器的使用相关的已处理信息，研究历史模式和其他变量，例如能量成本或可再生资源的可用性，以与电网交互，从而开启或关闭电器或设备。AI使用微处理器130中的连通能力来管理微型逆变器120中的电力电子器件，微型逆变器120控制每个设备或电器的独立信号。

图11A和11B的说明性示例中描述的特征通过在最昂贵的层级中或者在无法获得可再生资源时减少不必要的能源使用，改善了能源效率。

图12A是处于离网独立配置下的微型逆变器100的图。该系统使用风力涡轮机和太阳能电池板来生成能量，能量储存在例如电池组的储存设备中，以在负载(例如家用电器和设备)需要时转换为交流电。该系统还收集信息，并使用Wi-Fi连通或GSM将其传输到服务器。该信息可以用来例如了解使用模式，以改善系统效率或者评估未来基础设施发展中的需求。

图12B示出了图12A中阐述的微型逆变器100，其在微电网配置下工作。在该示例性配置中，微型逆变器100连接到其他类似的微型逆变器100。如上所述，通过使用储存设备作为备用，混合配置将生成足够的能量以满足负载的全部需求，以防没有可用的可再生资源的情况。

有利地，在图12B所示的配置下，如果系统正在生成的能量多于内部负载所需的能量，则微型逆变器100将与提供过量发电的其他系统通信。如果系统需要比正在生成或已储存的能量更多的能量，则它可以向其他微型逆变器100发送请求，用以请求差额数量的能量。负载之间的物理连接，例如互连线，允许功率传输。通过使用安全且可追踪的技术，例如图7中阐述的区块链，每个微型逆变器100可以保持对消耗的能量或注入微电网的能量的可计算性，该系统是发送能量的系统，或者是得到能量的系统。

作为示例，在该图中，微电网包括不同种类的负载。微电网负载可以是不同种类或结构或独立设施或独立基础设施组件中的一个或多个，也可以是它们的组合。结构的示例范围广泛，并且根据用途而变化，可以包括单户住宅、多户住宅、电信塔、公寓楼、商业建筑物、医疗诊所、医院、仓库和工业设施等中的一个或多个。

图12C是本文描述的混合微型逆变器技术的示例应用的图，该混合微型逆变器作为具有其他单元(参见图12B)的集群与外部电网连接一起工作。在该图中，每个结构都使用微型逆变器100，该微型逆变器100连接到风力涡轮机和一个或多个其他AC和DC源，例如太阳能电池板和储存设备。在该阵列中，各个微型逆变器系统都是联网的。每个系统都分析天气状况，从而通过使用图10A和10B中阐述的AI能力来预测能源的生成。作为通过该特征获得的环境信息的结果，电网供应商或公用事业运营商可以更好地预测或估计来自每个微型逆变器100或系统节点的未来能量需求，从而降低需求响应定时的敏感性。微型逆变器100与其他系统中的其他微型逆变器100通信，并与公用事业公司通信。每个系统都让其他单元了解能量的可用性，或者如果消耗量超过生成，则发送对能量的需求。具有过量能量的系统可以将能量发送给正需要该能量的系统，并且通过使用图7中阐述的区块链能力来追踪该处理。

此外，如果不存在需要能量的系统，并且单元正在生成的能量多于内部消耗或储存的能量，则系统可以将该能量剩余发送到电网，以在其他负载中传输和使用。该供应给电网的能量也正在被相同的区块链技术追踪。如果任何系统都没有足够的自发电，则可以将能量需求要求发送到其他微型逆变器100或节点，或发送到主电网，从而从另一个微型逆变器100或与电网连接的外部源得到能量。

每个节点或微型逆变器100彼此之间或与电网之间的能量交换可以使用传统货币、其他可计算的方法(例如贷项凭单或借项凭单)或加密货币(例如代价券)来进行。

能量生成或储存系统的各种组件或操作的额外细节可在以下文献中获得：美国专利5601951；美国专利公开20120170325；WO2015065291；美国专利8612058；美国专利7274975；美国专利7561977；美国专利7218974；美国专利公开2017/0180134，出于所有目的，将上述文献中的每一个通过引用整体并入本文。

当特征或元件在本文中被称为在另一特征或元件“上”时，它可以直接在另一特征或元件上，或者也可能存在中间特征和/或元件。相反，当特征或元件被称为“直接在”另一特征或元件“上”时，则不存在中间特征或元件。还应理解，当特征或元件被称为“连接”、“附接”或“联接”至另一特征或元件时，它可以直接连接、附接或联接至另一特征或元件，或者可能存在中间特征或元件。相反，当特征或元件被称为“直接连接”、“直接附接”或“直接联接”至另一特征或元件时，则不存在中间特征或元件。尽管关于一个实施例进行了描述或示出，但是如此描述或示出的特征和元件可以应用于其他实施例。本领域的技术人员还将意识到，提及与另一特征“相邻”设置的结构或特征可以具有与相邻特征重叠的部分或位于相邻特征下面的部分。

本文所使用的术语仅是出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。例如，如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括”规定了所述特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元素、组件和/或其组合的存在或增加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目中的任一项和所有组合，并且可以缩写为“/”。

为了便于描述，在本文中可以使用空间相对术语，例如“之下”，“下面”，“下方”，“上方”，“上面”等，以描述一个元件或特征与另一元件或特征如图所示的关系。将理解的是，除了附图中描绘的定向之外，空间相对术语还旨在涵盖设备在使用或操作中的不同定向。例如，如果附图中的设备被倒置，则被描述为在其他元件或特征“之下”或“下方”的元件将接着定向为在其他元件或特征“之上”。因此，示例性术语“之下”可以包括之上和之下两个方位。设备可以其他方式定向(旋转90度或以其他定向)，并据此解释本文所用的空间相对描述语。类似地，除非另外明确指出，否则在本文中仅出于解释的目的而使用术语“向上”、“向下”、“垂直”、“水平”等。

尽管在本文中可以使用术语“第一”和“第二”来描述各种特征/元件(包括步骤)，但是除非上下文另外指出，否则这些特征/元件不应受这些术语的限制。这些术语可以用于将一个特征/元素与另一特征/元素区分开。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一特征/元件可以被称为第二特征/元件，并且类似地，下面讨论的第二特征/元件可以被称为第一特征/元件。

在整个说明书和随后的权利要求书中，除非上下文另外要求，否则单词“包括”以及诸如“包括”和“包含”的变体意味着可以在方法和物品(例如，包括设备和方法的组合物和装置)中共同使用各种组件。例如，术语“包括”将被理解为暗示包括任何所述的元件或步骤，但是不排除任何其他元件或步骤。

如在说明书和权利要求书中所使用的，包括在实施例中所使用的，并且除非另有明确规定，否则所有数字可以被读作好像以单词“约”或“近似”开始，即使该术语没有明确地出现。当描述数量和/或位置时，可以使用短语“大约”或“近似”来指示所描述的值和/或位置在值和/或位置的合理预期范围内。例如，数值可以是所述值(或值的范围)的+/-0.1％内的值，所述值(或值的范围)的+/-1％内的值，所述值(或值的范围)的+/-2％内的值，所述值(或值的范围)的+/-5％内的值，所述值(或值的范围)的+/-10％内的值等。除非上下文另外指出，否则本文给出的任何数值也应理解为包括大约或近似的该值。例如，如果公开值“10”，则还公开了“约10”。本文叙述的任何数值范围旨在包括其中包含的所有子范围。还应理解，如本领域技术人员适当理解的那样，当公开的值“小于或等于”该值时，还公开了“大于或等于该值”以及值之间的可能范围。例如，如果公开了值“X”，则还公开了“小于或等于X”以及“大于或等于X”(例如，其中X是数值)。还应理解，在整个申请中，以多种不同格式提供数据，并且该数据表示端点和起点以及用于数据点的任何组合的范围。例如，如果公开了特定数据点“10”和特定数据点“15”，则应理解，大于、大于或等于、小于、小于或等于、以及等于10和15、以及在10和15之间都被认为是公开的。还应理解，还公开了两个特定单元之间的每个单元。例如，如果公开了10和15，则还公开了11、12、13和14。

尽管上面描述了各种说明性实施例，但是在不脱离如权利要求所描述的本发明的范围的情况下，可以对各种实施例进行多种改变中的任何一种。例如，在替代实施例中，可以经常改变执行所描述的各种方法步骤的顺序，而在其他替代实施例中，可以完全跳过一个或多个方法步骤。在一些实施例中可以包括各种设备和系统实施例的可选特征，而在其他实施例中可以不包括。因此，前面的描述主要是为了示例性目的而提供，不应解释为限制在权利要求中阐述的本发明的范围。

本文包括的示例和图示通过说明而非限制的方式示出了可以实践本主题的特定实施例。如所提及的，可以利用其他实施例并从中得出其他实施例，从而可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构和逻辑上的替换和改变。仅出于方便起见，本文中可以单独地或共同地用术语“发明”来指代本发明主题的此类实施例，而无意将本申请的范围限制为任何单个发明或发明构思，如果事实上已公开了不止一个。因此，尽管本文已经说明和描述了特定实施例，但是为实现相同目的而计算的任何布置都可以代替所示的特定实施例。本公开旨在覆盖各种实施例的任何和所有修改或变化。通过阅读以上描述，以上实施例的组合以及本文中未具体描述的其他实施例对于本领域技术人员将是明显的。

Claims (51)

1.一种自足式电箱，其构造成能够将两个或更多个不同的电输入转换为单个电输出，包括：

最大功率点追踪(MPPT)控制器和由微处理器控制的逆变器；

与所述MPPT控制器或所述逆变器通信的第一电连接器、第二电连接器或第三电连接器；和

来自所述逆变器或所述MPPT控制器的电输出，其基于输入至所述第一电连接器、所述第二电连接器或所述第三电连接器的电输入。

2.根据权利要求1所述的自足式电箱，其中，输入至所述第一电连接器、所述第二电连接器或所述第三电连接器的所述输入为从12V到450V。

3.根据权利要求1和2所述的自足式电箱，其中，输入至所述第一电连接器、所述第二电连接器或所述第三电连接器的所述电输入是AC电信号或DC电信号。

4.根据权利要求1至3所述的自足式电箱，其中，输入至所述第一电连接器、所述第二电连接器或所述第三电连接器的所述电输入是单相或三相。

5.根据权利要求1至4所述的自足式电箱，其中，所述MPPT控制器是可编程MPPT控制器。

6.根据权利要求5所述的自足式电箱，其中，所述可编程MPPT控制器包括计算机可读指令，以接收、优化和管理来自由风力涡轮机和太阳能电池板或任何其他可变输出发电机提供的所述第一电连接器、所述第二电连接器或所述第三电连接器的电输入。

7.根据权利要求1至6所述的自足式电箱，还包括用于与能量储存设备通信的电连接器。

8.根据权利要求1至7所述的自足式电箱，其中，所述逆变器适于将能量输送至AC电负载，所述AC电负载与所述自足式电箱的所述电输出连通。

9.根据权利要求8所述的自足式电箱，其适于并构造成能够接收来自一个或多个传感器的输入，或者接收来自连接至所述第一电连接器、所述第二电连接器或所述第三电连接器的发电机的一个或多个电信号，以在提供信息的发电机处收集与气象状况有关的数据。

10.根据权利要求8所述的自足式电箱，其适于并构造成能够接收来自一个或多个传感器的输入，并接收来自连接至所述第一电连接器、所述第二电连接器或所述第三电连接器的发电机的电信号，以收集与提供信息的发电机的性能、操作或特性相关的信息。

11.根据权利要求8所述的自足式电箱，还包括由所述微处理器执行的计算机可读指令，以分析电信号，并收集关于电网能量使用的信息。

12.根据权利要求8所述的自足式电箱，还包括由所述微处理器执行的计算机可读指令，以分析电波信号，并从同一网络中的电器和设备收集有关使用和消耗或特定电子特征码的信息。

13.根据权利要求8至12所述的自足式电箱，还包括计算机可读指令，以唯一地识别和电子追踪通过所述自足式电箱的操作收集的每个参数，或者用于实施区块链技术，以给在所述自足式电箱的操作期间收集的每个参数赋予电子特征码。

14.根据权利要求8至13所述的自足式电箱，还包括用于连接至平台的通信模块，以使用诸如WIFI或GSM的通信技术来发送信息。

15.根据权利要求8至14所述的自足式电箱，其适于并配置成能够使用诸如WIFI或GSM的通信技术远程连接至另一自足式电箱。

16.根据权利要求8至15所述的自足式电箱，还包括用于所述微处理器的计算机可读指令，以处理所收集的信息。

17.根据权利要求8至16所述的自足式电箱，还包括与使用一种或多种算法、或者使用人工智能过程有关的计算机可读指令，以分析在一个或多个自足式电箱的使用期间收集的信息。

18.根据权利要求1至17所述的自足式电箱，其适于并构造成能够用于连接至电负载，其中，电插座构造成能够用于联接至传统的电气母插口。

19.根据权利要求1至18所述的自足式电箱，其适于并配置成能够控制来自所分析的信息的能量和电波信号的使用。

20.根据权利要求1至19所述的自足式电箱，其适于并构造成能够在独立电气系统或离网电气系统中操作。

21.根据权利要求1至19所述的自足式电箱，其适于并构造成能够作为微电网的一部分进行操作。

22.根据权利要求1至19所述的自足式电箱，其适于并构造成能够作为合网系统进行操作。

23.一种用于传输来自发电机的能量的设备，包括：控制器，其配置为能够接收从一个或多个发电机接收的功率并使该功率稳定，并输出直流电压；微型逆变器，其配置为能够接收和修改直流电压信号，并输出交流电，所述微型逆变器构造成能够直接插入标准电源插座；和通信模块，其配置为能够收集来自所述控制器和所述微型逆变器的数据，并将所述数据上传到云平台。

24.一种提供来自两个或更多个不同电输入的单个电功率输出的方法，包括：

接收来自第一电功率源的第一电功率信号和来自第二电功率源的不同的第二电功率信号；

处理所述第一功率信号和所述第二功率信号以提供单个电输出；和

向标准的母电源插座提供所述单个电输出。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一电功率信号和所述第二电功率信号选自三相AC电源、单相AC电源或DC电源。

26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一功率源或所述第二功率源由通过与风或水的相互作用而驱动的涡轮机提供。

27.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第二功率源的所述第一功率源是光伏系统。

28.根据权利要求24所述的方法，其中，对所述第一电功率信号和所述第二电功率信号进行处理，以提供唯一的特征码和认证，用于追踪由所述第一电功率源和所述第二电功率源提供的功率。

29.根据权利要求24至28中任一项所述的方法，其中，所述单个电输出被提供给储存设备。

30.根据权利要求24至29中任一项所述的方法，还包括第三电功率信号。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述第一电功率信号、所述第二电功率信号或所述第三电功率信号为12V至450V。

32.根据权利要求24至31中的任一项所述的方法，其中，所述第一电功率信号、所述第二电功率信号或所述第三电功率信号是AC电信号或DC电信号。

33.根据权利要求24至32中任一项所述的方法，其中，所述第一电功率信号、所述第二电功率信号或所述第三电功率信号是单相或三相。

34.根据权利要求24至33中任一项所述的方法，所述处理步骤还包括可编程MPPT控制器的操作，所述可编程MPPT控制器具有计算机可读指令，以接收、优化和管理来自由风力涡轮机和太阳能电池板提供的所述第一电功率信号、所述第二电功率信号或所述第三电功率信号的电输入。

35.根据权利要求24至34中任一项所述的方法，还包括计算机可读指令，其用于以能量储存设备可接受的形式提供所述单个电输出。

36.根据权利要求24至35中任一项所述的方法，所述处理步骤还包括逆变器的操作，其适于将所述单个电输出输送至AC电负载。

37.根据权利要求24至36中任一项所述的方法，还包括处理步骤，其适于并配置为能够接收来自一个或多个传感器的输入，或者接收来自第一发电机、第二发电机或第三发电机的一个或多个电信号；以及在提供信息的所述第一发电机、所述第二发电机或所述第三发电机处收集与气象状况有关的数据。

38.根据权利要求24至37所述的方法，还包括处理步骤，其适于并配置为能够接收来自一个或多个传感器的输入，以及接收来自发电机的电信号，所述发电机提供所述第一电信号、所述第二电信号或所述第三电信号，以收集与提供信息的发电机的性能、操作或特性相关的信息。

39.根据权利要求24至38所述的方法，还包括具有计算机可读指令的处理步骤，以分析电信号，并收集关于电网能量使用的信息。

40.根据权利要求24至39所述的方法，还包括具有计算机可读指令的处理步骤，以分析电波信号，并从同一网络中的电器和设备收集有关使用和消耗或特定电子特征码的信息。

41.根据权利要求24至40所述的方法，还包括具有计算机可读指令的处理步骤，以唯一地识别和电子追踪所收集的每个参数，或者用于实施区块链技术，以给在接收电信号和提供电输出的操作期间所收集的每个参数赋予电子特征码。

42.根据权利要求24至41所述的方法，还包括：与平台进行通信，并将信息发送至远程计算机系统。

43.根据权利要求24至42所述的方法，还包括用于处理所收集的信息的计算机可读指令。

44.根据权利要求24至43所述的方法，还包括与使用一种或多种算法、或者使用人工智能过程有关的计算机可读指令，以分析通过接收和处理所述第一电信号、所述第二电信号或所述第三电信号而收集到的信息。

45.根据权利要求24至44所述的方法，还包括计算机可读指令，其适于并配置为能够控制来自所分析的信息的能量的使用。

46.根据权利要求24至45所述的方法，还包括具有计算机可读指令的处理步骤，以分析电波信号，并从同一网络中的一个或多个独立电器和设备收集关于使用和消耗或特定电子特征码的信息，以及此后，所述处理步骤基于与特定电波特征码相关的操作，为一个或多个独立电器或设备中的每一个的操作提供控制功能。

47.根据权利要求24至46所述的方法，还包括计算机可读指令，其适于并配置为能够控制用于作为微电网系统或联网系统的一部分在独立电气系统或离网电气系统中操作的能量的使用。

48.根据权利要求1-22所述的自足式电箱，还包括显示器，其配置成能够显示与所述自足式电箱有关的信息、设置、操作参数、用户偏好。

49.根据权利要求48所述的自足式电箱，其中，所述显示器构造成用户界面屏幕，其适于并配置成能够提供用于所述自足式电箱的操作的触摸屏能力。

50.根据权利要求24-46中的任一项所述的方法，还包括：在显示器上提供与提供单个电功率输出有关的信息。

51.根据权利要求50所述的方法，还包括与所述显示器的触摸屏操作进行交互，以操纵根据权利要求1至50中的任一项所述的用于提供单个电功率输出的步骤的操作。