[发明专利]有可再生电源的能量供应系统和操作能量供应系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及能量供应系统，该系统包括至少一个向直流电压总线提供直流电压的能源，其中的工作点被指定为能量供应系统的功率点，其会根据外部参数的变化而变化。本发明还涉及操作具有直流电压总线的能量供应系统的方法，其中至少一个能源具有尤其会根据外部参数的变化而变化的最大功率点。

背景技术

根据电力工程师的传统划分，能源类型可分为一级能源和二级能源，本发明中所提及的一级能源是指能将源于能量载体如水力、风力或者太阳辐射等的能量转换成电能的能源。二级能源之所以从一种方式上称之为二级能源，是因为其可以将初始呈现为电能的能量（可选地以储存的氢的形式在中间储存）再供给到直流电压总线。因此一级能源是指能源供应系统中电能的首要来源。二级能源用于对一级能源的电能进行补充。类似于二级能源，一级能源的部分电能可以提供给另外的能量载体或者提供给能量组合系统，如能源供应网络。由此一级能源的电能供给到负载中也可以供给到用户网络中。二级能源对一级能源的部分电能进行补充（直接或者间接），且又以持续的方式或者通过指定能量分数（fraction）影响直流电压总线上的电能。

基于可再生能源的一级能源尤其有优势。可再生能源是指在所有可能的情况中在短期内（例如几年甚至几十年内）不会被消耗掉的能源。选为可再生能源时的特别好用的一级能源是光伏模块（PV模块），以及基于氢元素的燃料电池或者燃料电池模块，或者基于液体形态或气体形态的能量载体（例如甲醇、乙醇、沼气）的燃料电池模块，风力发电机和水力涡轮机或水力发动机。一级能源就是能将第一能量载体如阳光转化成电压或者电流的设备。一级能源因此将一种能源转换成能量，其被认为是支撑的，因而被称之为可再生能源。该能源在至少几十年内不会被完全消耗掉，因此在评估时限内该能源是可再生的。一级能源又可称之为可再生一级能源。

一级电力能源是其中最大程度地优化整个能量供应系统的能源。被称之为一级电力能源的能源组成能源的中心来源，因此应该实施功率的最优化。二级能源相反地即为辅助能源。

直流电压总线上存在有一级能源，该直流电压总线包括至少两条导线，因此有两个电势，由此在导线之间才有可能形成电压。由一级能源转换的电能供给到直流电压总线上。但是一级能源的电压水平能够不同于平常所用的持续电压的电压水平。因此，一般来说连接电压转换元件（例如直流电压-交流电压转换器，通常又被称为DC/AC逆变器）至一级能源。

现有技术文献

在专利文献DE202006001063U1（申请人：Institute for Solar Energy Supply Technology/太阳能技术研究所；申请日：2006.01.23）中，其举例提出使用可在大约200W时提供800V的输出电压能的光伏模块。对于所连接的其他设备和模块来说此电压过高，因此应降压转换器连接在下级，其想要提供中间电路。对于逆变器来说该中间电路用作能源。逆变器中三个相位的电压反馈给能量供应系统。一般来说可以注意到，经由降压转换器、升压转换器或者其他的电压转换部件将电压调整到与下级的电压水平相适应的电压。类似地，专利文献DE19919766A1（申请人：SMA Regelsysteme GmbH/艾思玛控制系统有限公司；申请日：1999.04.29）提出了通过并联的各组串布线来提高光伏模块的功率。组串被理解为多个光伏模块的串联电路。该文献提出了通过使用标准化逆变器排列在整个系统中并入多个逆变器来避免各个光伏模块之间复杂的直流配电。从该文献中从而可以推出两种控制PV模块的方法。一种方法以在PV模块后面切换有效的直流电流配电元件为主要部分。可替换地，可以使用多个逆变器。

由于每个光伏模块具有其自身的功率性能，因此逆变器是必要的。每个PV模块应该最大程度地接近其最大功率点被操作，由此能够尽可能多地输出能量。每个光伏元件的最大功率点在专业术语中叫做MPP（MPP为英文“Maximum Power Point（最大功率点）”的缩写）。由于最大功率点受多种外部参数影响，因此不能预先确认准确的最大功率点，要想尽可能准确地确定最大功率点需要巨大的投入。所谓的MPP跟踪方法也被称为MPPT方法，该方法会引导一级能源的工作点处于最大功率点的附近区域。通常来说不可能长期完全达到并一直保持绝对的功率最大值。虽然MPPT方法主要是用来发现和坚持或保持最大功率点的方法，但一般来说将一级能源的功率点大部分时间维持在低于最大功率点5%左右的范围内。因此只可能最大程度地接近最大功率点。