逆变器、用于逆变器的电子扩展卡和可再生能源发电设施的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种包括电子扩展卡的逆变器、用于逆变器的电子扩展卡以及可再生能源发电设施。该逆变器用于可再生能源应用，包括一个或更多个插槽以及插入到插槽中的一个上的电子扩展卡，其中，逆变器允许逆变器经由电子扩展卡到互联网接入点的无线的、无外部数据记录器和无网关的连接，以及逆变器经由电子扩展卡和适合于与逆变器本身进行操作通信的一个或更多个外部设备之间的无线通信。
【专利说明】逆变器、用于逆变器的电子扩展卡和可再生能源发电设施
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于可再生能源应用的逆变器，该逆变器设置有适用于允许逆变器与任何适当的外部设备之间的无线通信的电子扩展卡，以及涉及一种被配置为允许这种无线通信的用于逆变器的电子扩展卡。
【背景技术】
[0002]如同现有技术中已知的，逆变器是用在可再生能源应用例如太阳能或风能应用中的用于执行直流-交流(DC-AC)电力转换的电力电子设备。
[0003]除了执行DC-AC电力转换所需要的电子电路之外，逆变器还需要被设置有通信能力以便更好地管理它们，例如当在住宅应用中例如仅使用一个逆变器或很少的逆变器时用于监视目的，以及/或者例如当比如在太阳能发电厂或风电场中存在以复杂架构操作关联地的若干个逆变器时用于适当的协调。
[0004]这样的逆变器和外部环境之间的通信主要借助于有线串口实现；此外，为了具有完整的逆变器的监视方案和到互联网的连接，通常需要从各个逆变器收集所有数据然后使得它们可以由接收者获得的外部数据记录器或网关设备。
[0005]虽然这样的已知解决方案允许适当地执行需要的功能，但是还存在进一步改进的空间和需求，尤其是对于逆变器设置有与任何适当的外部设备通信的能力和用于连接到互联网的通信能力的方式和相关成本。
【发明内容】
[0006]该需求通过根据本实用新型的用于可再生能源应用的逆变器实现，该逆变器包括每一个适合于与对应的可插拔模块相关联的一个或更多个插槽，其特征在于其包括插到所述一个或更多个插槽中的一个专用槽上的电子扩展卡，其中，逆变器允许逆变器经由电子扩展卡到互联网接入点的无线的、无外部数据记录器和无网关的连接以及逆变器允许经由电子扩展卡和适合于与逆变器本身进行操作通信的一个或更多个外部设备之间的无线通?目。
[0007]根据本实用新型的一个方面，电子扩展卡包括安装板和安装在所述安装板上并且将电子扩展卡插到所述一个专用槽上的至少一个连接器。
[0008]根据本实用新型的一个方面，电子扩展卡还设置有用于以可移除的方式将电子扩展卡机械地连接到逆变器的连接装置。
[0009]根据本实用新型的另一个方面，连接装置包括连接到所述安装板并且从所述安装板突出的安装支架，该安装支架包括适合于分别容纳用于将电子扩展卡机械地连接到逆变器的对应的螺钉的一个或更多个通孔。
[0010]根据本实用新型的另一个方面，所述电子扩展卡包括安装到所述安装板上的控制电路、操作地连接到所述控制电路的W1-Fi通信模块以及操作地连接到所述W1-Fi通信模块的同轴线接插件。
[0011]根据本实用新型的另一个方面，逆变器还包括天线，该天线借助于连接线缆连接到同轴线接插件。
[0012]根据本实用新型的另一个方面，逆变器包括能量计，以及电子扩展卡包括用于与能量计连接的连接器接口。
[0013]根据本实用新型的另一个方面，逆变器包括管理板，该管理板借助于专用高速通信信道与控制电路进行操作通信。
[0014]此外，该需求还通过一种用于适合于可再生能源应用的逆变器的电子扩展卡来实现，其特征在于电子扩展卡包括其上安装有如下部件的安装板:
[0015]-至少一个连接器，适用于将电子扩展卡插到逆变器的对应专用槽上；以及
[0016]-通信装置，适用于允许逆变器到互联网接入点的无线的、无外部数据记录器和无网关的连接，以及允许逆变器和适合于与逆变器本身进行操作通信的一个或更多个外部设备之间的无线通信。
[0017]根据本实用新型的一个方面，电子扩展卡还包括用于以可移除的方式将电子扩展卡机械地连接到逆变器的连接装置。
[0018]根据本实用新型的另一个方面，所述连接装置包括连接到所述安装板并且从所述安装板突出的安装支架，所述安装支架包括适合于分别容纳用于将电子扩展卡机械地连接到逆变器的对应的螺钉的一个或更多个通孔。
[0019]根据本实用新型的另一个方面，电子扩展卡还包括安装到所述安装板上的控制电路，并且其中，所述通信装置包括操作地连接到控制电路的W1-Fi通信模块以及操作地连接到W1-Fi通信模块以及连接到天线的同轴线接插件。
[0020]根据本实用新型的另一个方面，电子扩展卡还包括用于与逆变器的能量计连接的接口。
[0021]本实用新型还提供了一种可再生能源发电设施，其特征在于包括如上所述的至少一个逆变器。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]根据附图中仅作为非限制性示例示出的、根据本公开的逆变器和电子扩展卡的优选的但不是排他的实施例的描述，本实用新型的另外的特性和优点将变得更明显。其中:
[0023]图1示意性地示出了与不同的外部设备进行无线通信的根据本实用新型的多个逆变器；
[0024]图2是示意性地表示根据本实用新型的设置有电子扩展卡的逆变器的主要电子部件的框图；
[0025]图3是示意性地表示根据本实用新型的电子扩展卡的透视图；
[0026]图4示出了与相关联的逆变器的对应插槽连接的根据本实用新型的电子扩展卡；
[0027]图5是示出了图4的电子扩展卡与相关联的逆变器之间的机械连接的图4的部分的详细视图；
[0028]图6是更详细地示出了根据本实用新型的电子扩展卡的示例性硬件架构的框图。
[0029]应该注意，在以下的详细描述中，无论是从结构角度和/或功能角度的相同或相似的部件可能具有相同的参考标号，而不管它们是否在本公开的不同的实施例中示出；还应该注意，为了清楚地、简要地描述本公开，附图不一定是按比例的并且公开的某些特征可能有点以示意性形式示出。
【具体实施方式】
[0030]此外，当本文使用术语“适用于”或“被布置”或“被配置”或“被形成”时，在指代作为整体的任何部件、或部件的任何部分、或部件的整体组合、或者甚至部件的组合的任何部分的同时，应该理解，其对应地表示并且包含这些术语指代的相关部件或其部分或部件的组合或其部分的结构、和/或配置和/或形式和/或位置。
[0031]参照以上引用的图，根据本公开的用于可再生能源应用(例如，太阳能或风能应用)的逆变器由整体参考标号100表示，并且在下文中为了简单将被称为“逆变器100”。
[0032]由于逆变器100的各种电子部件、硬件和软件的实现、功能和相互关系对于本领域的技术人员而言是容易获得的，并且与本实用新型的范围和理解不相关，因此这里将不具体详细描述。
[0033]简言之，并且如图2所示，逆变器100的主要电子部件包括用于能量转换的DSP(数字信号处理器)板110、包括控制电路121的管理板120、和显示板130。
[0034]DSP板110例如是两级能量转换单元，其中，第一电路块111、即DSP升压器在输入处接收电源例如光伏面板生成的DC电压，并且以预定DC电压水平输出信号；第二块112、即DSP逆变器执行预定DC信号的DC-AC转换。
[0035]其中，管理板120协调和监视DSP板110的操作；此外,管理板120具有用于通过标准RS485通信线的外部通信、例如用于与电网用户通信的接口或单元122。
[0036]显示板130是逆变器100的一种图形用户接口，并且与管理板120的控制电路121进行操作通信；如同公知的，显示板130显示与逆变器100有关的功能信息，并且其允许干预和修改逆变器100本身的操作参数。
[0037]此外，逆变器100包括能量计例如高质量能量计，例如具有0-2%级别，这在图6中通过参考标号140示意性地表示。
[0038]如图所示，逆变器100包括一个或更多个插槽101 ;具体地，在图2中示出的示例性实施例中，逆变器100包括每一个适合于与对应的可插拔单元或模块相关联的四个槽101A、101B、101C和 1lD0
[0039]有利地，根据本实用新型的逆变器100包括插到一个或更多个插槽中的一个专用槽101例如槽1lA上的电子扩展卡I，其中，逆变器100允许逆变器100经由电子扩展卡I到互联网接入点的无线的、无外部数据记录器和无网关的连接以及逆变器100允许经由电子扩展卡I和适合于与逆变器100本身进行操作通信的一个或更多个外部设备200之间的无线通信。
[0040]实际上，根据本实用新型的逆变器100包括允许其在没有外部数据记录器或网关设备的情况下到互联网接入点的直接连接的内置网络服务器。
[0041]例如，如图1中所示，通过电子扩展卡1，逆变器100可以以W1-Fi方式与移动智能电话200、W1-Fi路由器(例如，在住宅应用中)200、任何计算机或笔记本200、其他逆变器100等通信。如果仅存在一个槽101，这样的槽可以专用于插电子扩展卡I ;如果相反有多个槽101，如在图2中所示的示例中，剩余槽中的每一个可以用于取决于应用来插其他附属模块或单元。
[0042]这样的模块例如包括设置有适合于执行客户想要添加到逆变器100的附属功能的相关硬件和软件以及用于连接到相关联的槽的连接器的印刷电路板(PCB)。
[0043]例如，在图2的示例性实施例中，可以使用槽1lB来插适用于允许有线以太网型连接的电子板201 ;可以使用槽1lC来插服务板202、即另外的电子板，适用于为逆变器100提供能够被配置有标准协议的另外的RS485连接线、以及/或者用于具有蓝牙可选连接或其他；可以使用槽1lD来插适用于执行为特定客户定制的不同类型的通信例如通过Zigbee协议的通信的电子板203。
[0044]清楚地，除了根据本实用新型的电子扩展卡I以外，以上可能的模块应该被认为仅是示例性的和可选的，并且可以根据任何特定应用的需求关于类型和数量而改变。
[0045]如图3和6中所示，电子扩展卡I包括安装板3、即印刷电路板(PCB)，其上安装有:至少一个连接器4，适用于将电子扩展卡I插到逆变器100的对应专用槽101、例如槽1lA上；以及通信装置，适用于允许逆变器100到任何互联网接入点的无线的、无外部数据记录器和无网关的连接，以及允许逆变器100和适合于与逆变器100本身进行操作通信的一个或更多个外部设备比如图1中示出的那些之间的无线通信。
[0046]连接器4例如可以是多引脚连接器，其中，每个引脚插到槽1lA的对应插孔中以便实现适当的功能连接。
[0047]在安装板上还安装有适合于要执行的应用和功能的任何类型的控制电路8 ;例如，这样的控制电路8可以是德州仪器(Texas Instruments)出售的型号T1-AM3352。
[0048]通信装置包括操作地连接到控制电路8的W1-Fi通信模块9、操作地连接到W1-Fi通信模块9的同轴线接插件10 ;此外，天线11借助于连接线缆12连接到同轴线接插件10。
[0049]W1-Fi通信模块9例如可以是由EPCOS TDK B30911安装市场化的型号3N16或者由Murata LBEP5安装市场化的3N16 ;清楚地,可以使用适合于应用的任何其他商业化可用的W1-Fi通信模块。
[0050]此外，对于本领域的普通技术人员而言，W1-Fi通信模块9由控制电路8的控制或驱动是已知的，或者是例行的工作，因此这里将省略其描述。
[0051]优选地，电子扩展卡I还可以设置有接口单元13，例如用于与逆变器101的能量计140连接的连接器。
[0052]此外，在所示出的示例性实施例中，电子扩展卡I包括:闪速存储器14、RAM(随机存取存储器)15、用于灾难恢复的恢复存储器16、用于各种信号指不的一个或更多个LED18 ;以及用于电子扩展卡I的以及具体的控制电路8的适当电力供应的电力模块19和电力模块管理器20。
[0053]有利地，根据本实用新型的逆变器100设置有高速通信信道(Hyperlink)，在图2中由线150示意性地表示，其允许逆变器的各个部分间的操作通信，具体地，电子扩展卡1、即其控制电路8和管理板120、即其控制电路121之间的操作通信。
[0054]为此，电子扩展卡I设置有适当的接口 17、例如一个或更多个连接器，用于操作地连接到高速通信信道150;此外，如果没有专用高速信道150，例如当卡I用于改造已有的逆变器时，这样的接口可以设置有用于适当地连接到图6中通过参考标号151指示的已有的遗留互通(Legacy intercommunicat1n)信道的适当装置。
[0055]如图中示意性地示出的，高速通信信道150还可以用于每个可选模块201、202、203和管理板120之间的通信、后者与显示板130之间的通信等。
[0056]有利地，电子扩展卡I还设置有用于以可移除的方式将电子扩展卡I机械地连接到逆变器100的一部分的连接装置。
[0057]如图5中更详细地示出的，连接装置包括连接到安装板3并且从安装板3突出的安装支架5 ;具体地，安装支架5包括适合于容纳对应的螺钉7的一个或更多个通孔6，在所示出的示例性实施例中为2个孔6。
[0058]一旦处于适当的位置，螺钉7就将电子扩展卡I机械地紧固到逆变器100。
[0059]实际上，已经发现根据本公开的逆变器100和电子扩展卡I完全满足了期望的目的，由于它们提供了能够在不需要外部和附加的数据记录器或昂贵的网关的情况下，在逆变器和外部环境之间执行W1-Fi通信并且直接访问互联网网络的技术方案。
[0060]实际上，电子扩展卡I具有提供到任何可用的W1-Fi网络的直接IP连接的内置网络服务器；以这种方式，对于住宅应用，数据的实时本地或远程监视、交换等被极度简化并且也容易获得。
[0061]电子扩展卡I的使用使得不仅对于新型的逆变器能够具有这样改进的功能，而且还可以用于升级已经安装的逆变器。
[0062]在这些情况下，例如，电子扩展卡I和已有的逆变器的管理板之间的通信可以借助于图6中通过参考标号151指示的遗留互通信道来执行。
[0063]由于容易实现和组装的结构实现了这样的结果，这使得逆变器100原则上能够用在或用于任何类型的可再生能源发电设施中。
[0064]因此，本实用新型还包括可再生能源发电设施，其特征在于包括如前所述的以及在所附权利要求中更好地限定的至少一个逆变器。
[0065]这样想到的逆变器100和电子扩展卡I可以进行修改和变型，所有修改和变型均在由所附权利要求具体限定的创造性概念的范围内；之前公开的实施例/替选的任何可能的组合，无论整体地或者部分地，可以实现并且应该被认为在本公开的创造性概念中。所有细节还可以用技术上等价的元素来代替，并且任何前述部件可以不同的形成或者以不同数量的部分或元件来使用，或者前述部件可以相对于彼此不同地连接，只要它们适合于它们被设计用于的范围即可。
[0066]此外，所使用的材料以及尺寸，只要它们符合特定用途和目的，可以根据需求和现有技术的状态为任意值。
【权利要求】
1.一种用于可再生能源应用的逆变器(100)，包括每一个适合于与对应的可插拔模块相关联的一个或更多个插槽(101)，其特征在于所述逆变器(100)包括插到所述一个或更多个插槽(101)中的一个专用槽(101A)上的电子扩展卡(I)，其中，所述逆变器(100)允许所述逆变器(100)经由所述电子扩展卡(I)到互联网接入点的无线的、无外部数据记录器和无网关的连接，以及所述逆变器(100)允许经由所述电子扩展卡(I)和适合于与所述逆变器(100)本身进行操作通信的一个或更多个外部设备(200)之间的无线通信。
2.根据权利要求1所述的逆变器(100)，其特征在于，所述电子扩展卡(I)包括安装板(3)和安装在所述安装板(3)上并且将所述电子扩展卡(I)插到所述一个专用槽(101)上的至少一个连接器(4)。
3.根据权利要求2所述的逆变器(100)，其特征在于，所述电子扩展卡(I)还设置有用于以可移除的方式将所述电子扩展卡(I)机械地连接到所述逆变器(100)的连接装置。
4.根据权利要求3所述的逆变器(100)，其特征在于，所述连接装置包括连接到所述安装板(3)并且从所述安装板(3)突出的安装支架(5)，所述安装支架(5)包括适合于分别容纳用于将所述电子扩展卡(I)机械地连接到所述逆变器(100)的对应的螺钉(7)的一个或更多个通孔(6)。
5.根据权利要求2所述的逆变器(100)，其特征在于，所述电子扩展卡(I)包括安装到所述安装板(3)上的控制电路(8)、操作地连接到所述控制电路(8)的W1-Fi通信模块(9)以及操作地连接到所述W1-Fi通信模块(9)的同轴线接插件(10)。
6.根据权利要求5所述的逆变器(100)，其特征在于还包括天线(11)，该天线(11)借助于连接线缆(12)连接到所述同轴线接插件(10)。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的逆变器(100)，其特征在于包括能量计(140)，以及所述电子扩展卡(I)包括用于与所述能量计(140)连接的连接器接口(13)。
8.根据权利要求1至6中的任意一项所述的逆变器(100)，其特征在于包括管理板(120)，该管理板(120)借助于专用高速通信信道(150)与所述控制电路(8)进行操作通?目。
9.一种用于适合于可再生能源应用的逆变器(100)的电子扩展卡(I)，其特征在于所述电子扩展卡(I)包括其上安装有如下部件的安装板(3): -至少一个连接器(4)，适用于将所述电子扩展卡(I)插到所述逆变器(100)的对应专用槽(101Α)上；以及 -通信装置，适用于允许所述逆变器(100)到互联网接入点的无线的、无外部数据记录器和无网关的连接，以及允许所述逆变器(100)和适合于与所述逆变器(100)本身进行操作通信的一个或更多个外部设备(200)之间的无线通信。
10.根据权利要求9所述的电子扩展卡(I)，其特征在于还包括用于以可移除的方式将所述电子扩展卡(I)机械地连接到所述逆变器(100)的连接装置。
11.根据权利要求10所述的电子扩展卡(I)，其特征在于，所述连接装置包括连接到所述安装板(3)并且从所述安装板(3)突出的安装支架(5)，所述安装支架(5)包括适合于分别容纳用于将所述电子扩展卡(I)机械地连接到所述逆变器(100)的对应的螺钉(7)的一个或更多个通孔(6)。
12.根据权利要求10所述的电子扩展卡(I)，其特征在于还包括安装到所述安装板(3)上的控制电路(8)，并且其中，所述通信装置包括操作地连接到所述控制电路(8)的W1-Fi通信模块(9)以及操作地连接到所述W1-Fi通信模块(9)以及连接到天线(11)的同轴线接插件(10)。
13.根据权利要求9至12中的任意一项所述的电子扩展卡(I)，其特征在于还包括用于与所述逆变器(100)的能量计(140)连接的接口(13)。
14.一种可再生能源发电设施，其特征在于包括至少一个如权利要求1至8中的任意一项所述的逆变器(100)。
【文档编号】H02M7/00GK203942454SQ201420297697
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】加布里埃莱·菲亚基尼, 菲利波·韦尔尼亚, 弗兰切斯卡·马齐奥蒂 申请人:宝威电源意大利股份公司