包括电池储能系统的电力供应系统的制作方法

包括电池储能系统的电力供应系统的制作方法
【专利摘要】公开了一种电力供应系统。根据实施方式的电力供应系统包括：充电控制单元，其被配置为控制电池储能系统的充电/放电；以及系统控制单元，其被配置成接收从电池储能系统输出的电能的量，根据接收到的电能的量和所述充电控制单元的额定输出来确定将要分配给多个充电控制单元中的每一个的电能的量，并且根据确定的结果并行控制各所述充电控制单元。
【专利说明】
包括电池储能系统的电力供应系统
技术领域
[0001]本公开涉及为电力系统提供一种辅助服务，特别是，涉及一种用于操作用于控制电池输出的充电控制单元的方法。
【背景技术】
[0002]电能由于易于输送和转化，而被广泛使用。为了有效地利用这样的电能，而使用了一种电池电力供应系统。该电池电力供应系统接收电力而充电。此外，当需要电力时，该电池电力供应系统释放所充的电力。通过这样，该电池电力供应系统可以灵活地供应电力。
[0003]具体而言，当发电系统包括电池电力供应系统时，该电池电力供应系统将进行如下操作。当负载或系统过载时，电池电力供应系统释放所储存的电能。当负载或系统轻负载时，电池电力供应系统从发电机或系统接收电力而被充电。
[0004]在电池电力供应系统独立于发电系统的情况下，电池电力供应系统从外部电源接收闲置电力而被充电。此外，当系统或负载过载时，电池电力供应系统通过将所充的电力释放而供应电力。
[0005]电力供应系统是指用于存储由发电站过量产生的电力或不规律地产生的新的可再生能量，然后当临时电力短缺时将电力进行输送的存储装置。
[0006]具体而言，为了在必要时向需要的地方提供能量，电力供应系统在电力系统中存储电力。换句话说，电力供应系统是包括存储器的组件，其中系统与类似于典型的二次电池的产品集成。
[0007]电力供应系统已经成为存储诸如风能等非稳定产生的能量并在必要时稳定地向电力系统供应回存储的能量的基本装置，其中风能是一种目前广泛应用的新的可再生能源。如果没有提供电力供应系统，由于依赖于风或阳光等不稳定的电力供应，电力系统可能会发生诸如突然停电等严重的问题。因此，在这种环境中，存储领域就变得更加重要，并且扩大到本地电力存储系统领域。
[0008]这样的储能系统安装在发电系统、输送/配电系统以及电力系统的消费者处，并用于诸如频率调节、稳定使用新的可再生能源的发电机的输出，峰值调节、负载均衡、应急供电等各种目的。
[0009]电力供应系统根据存储类型大致分为物理储能型和化学储能型。物理储能型可以使用栗送式发电、压缩空气存储、飞轮等，而化学储能型可以使用锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池等。

【发明内容】

[0010]实施方式提供了一种电力供应系统，其中，系统控制单元借助于充电控制单元的自适应结构有效地控制充电控制单元。
[0011]实施方式还提供了一种电力供应系统，其中，对每个充电控制单元控制电池的输出，使得充电控制单元能够容易地更换。
[0012]在一个实施方式中，包括电池电力供应系统的电力供应系统包括:充电控制单元，其被配置为控制电池储能系统的充电/放电；以及，系统控制单元，其被配置成接收从电池储能系统输出的电能的量，根据接收到的电能的量和所述充电控制单元的额定输出来确定待分配给多个充电控制单元中的每一个的电能的量，并且根据所确定的结果并行控制充电控制单元。
[0013]系统控制单元根据各充电控制单元的额定输出的等级确定待分配给各充电控制单元的电能的量。
[0014]系统控制单元根据确定的结果只控制各充电控制单元中的一部分。
[0015]系统控制单元考虑对电源供应系统进行输入的时间的信息、天气信息、或剩余电池容量信息以及额定输出中的至少一个以确定待分配给各充电控制单元的电能的量。
[0016]在以下附图和说明中阐述了一个或更多实施方式的详细内容。通过说明书、附图以及权利要求书，其他特征将是显而易见的。
【附图说明】
[0017]图1是示出电力供应系统的整体结构的框图。
[0018]图2是示出根据实施方式的电力供应系统的框图。
[0019]图3是示出根据实施方式的小容量的电力供应系统的框图。
[0020]图4是示出根据实施方式的电力市场的结构的概念图。
[0021]图5A和图5B示出了根据实施方式的多个充电控制单元被并行控制。
[0022]图6是示出根据实施方式的并行操作电力供应系统中的多个充电控制单元的过程的流程图。
【具体实施方式】
[0023]下面，将参照附图对各实施方式进行更详细地描述。在下面的描述中，考虑到便于描述而给出或换用指代组件的术语“模块”和“单元”，它们并不一定具有不同的含义或功會K。
[0024]实施方式的效果和特征，及其实施方法将通过参照附图对下面实施方式的描述而阐明。然而，实施方式可以以不同形式实施，而不应被解释为限于这里阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式是为了使本公开彻底和完整，并充分地向本领域的技术人员传达实施方式的范围。另外，本发明仅由权利要求的范围而限定。整个公开中相同的标号指代相同的组件。
[0025]在描述实施方式时，为了不会不必要地模糊实施方式的题材，将不提供关于公知的功能或配置的详细描述。另外，由于这里使用的术语是考虑实施方式中的功能而被定义的，它们可以根据操作者的意图或实践而改变。因此，需要基于本发明的整体内容做出定义。
[0026]附图中的每个方框和流程图的每个步骤的组合也可以由计算机程序指令执行。由于计算机程序指令可以在通用计算机的处理器、专用计算机或其他可编程数据处理设备上加载，由计算机的处理器或其它可编程数据处理设备执行的指令创建了执行附图中的每个方框或流程图的每个步骤所描述的功能的手段。由于为了以特定的方式执行功能，计算机程序指令还可以存储在可以针对计算机或其它可编程数据处理设备的计算机可用或计算机可读存储器中，存储在计算机可用或计算机可读存储器中的指令也可以产生这样的产品项目，该项目包括执行附图中的每个方框和流程图的每个步骤中描述的功能的指令手段。由于该计算机程序指令还可以安装在计算机或其他可编程数据处理设备上，因此，通过在计算机或其它可编程数据处理设备上执行一系列操作以创建由计算机执行的进程，操作计算机或其它可编程数据处理设备的指令还可以提供用于执行附图中的每个方框和流程图的每个步骤中描述的功能的步骤。
[0027]另外，各方框或各步骤可表示包括用于执行特定逻辑功能(多个)的一个或多个可执行指令的模块、段或代码的一部分。此外，应该指出的是，一些替代的实施方式可以以这样的方式来执行，即该方框或步骤中提到的功能以不同的顺序执行。例如，依次示出的两个块或步骤，也可以基本上同时执行，或者有时这些块或步骤也可以根据相应的功能以相反的顺序执行。
[0028]图1是示出电力供应系统的整体结构的框图。如图1所示，电力供应系统I可以同发电站2、工厂3、家庭4以及另一个发电站或消费者5—起构成一个平台。
[0029]根据实施方式，由发电站2产生的能量可以被存储在电力供应系统I中。此外，存储在电力供应系统I中的能量可以被输送到工厂3或家庭4，或者可以被出售给另一个发电站或消费者。
[0030]发电站2产生的电能随环境或时间而有很大变化。例如，在光伏发电的情况下，发电量会随天气条件或日出时间而变化。在这样的情况下，可能难以稳定地在工厂3或家4中使用所产生的电能。为了克服此限制，在发电站产生的电能可被存储在电力供应系统中，且所存储的电能可以稳定地输出，使得能量可以在工厂3或家庭4中使用。此外，剩余的电能可以被出售给其他消费者5。此外，在工厂3或家庭4消耗比存储在电力供应系统I中的电能更多的电能的情况下，可从其他发电站5购买电能。
[0031]图2是示出根据实施方式的电力供应系统的框图。
[0032]根据实施方式的电力供应系统100包括发电机101、直流/交流(DC/AC)变换器103、AC滤波器105、AC/AC变换器107、系统109、充电控制单元111、电池储能系统113、系统控制单元115、负载117及DC/DC变换器121。
[0033]发电机101产生电能。在发电机是太阳能发电机的情况下，发电机101可以是太阳能电池阵列。在太阳能电池阵列中多个太阳能电池模块彼此组合。太阳能电池模块是用于通过串联或并联多个太阳能电池将太阳能转化成电能以产生预定的电压或电流的装置。因此，太阳能电池阵列吸收太阳能并将其转化成电能。此外，当发电系统是风力发电系统时，发电机101可以是用于将风能转化为电能的风扇。然而，如上所述，发电系统100可以在没有发电机101的情况下，只通过电池储能系统供应电力。在这种情况下，电力供应系统100可以不包括发电机101。
[0034]DC/AC变换器103将DC电力变换成AC电力。DC/AC变换器103经由充电控制单元111接收由发电机101供应的DC电力或从电池储能系统113放出的DC电力以将接收到的电力变换成AC电力。
[0035]AC滤波器105滤除已变换成AC电力的电力中的噪声。根据本发明的【具体实施方式】，可以省略AC滤波器105。
[0036]AC/AC变换器107对已滤除噪声的AC电力的电压等级进行变换，以便将AC电力供应给系统109或负载117。基于【具体实施方式】，可以省略AC/AC变换器107。
[0037]系统109是将许多发电站、变电站、输配电线路以及负载相互集成于一体以在其中生成和使用电力的系统。
[0038]负载117从发电系统接收电能并消耗电能。电池储能系统113从发电机101接收电能并进行充电，或者根据系统109或负载117的电力供应和需求状态释放所充的电能。更具体地，当系统109或负载117为轻负载时，电池储能系统113从发电机101接收闲置电力而进行充电。当系统109或负载117过载时，电池储能系统113释放所充电力以将其供应给系统109或负载117。根据时区，系统109或负载117的电力供应和需求状态可能有很大的差别。因此，电力供应系统100不考虑系统109或负载117的电力供应和需求状态而统一地供应由发电机101供应的电力是低效率的。因此，根据系统109或负载117的电力供应和需求状态，电力供应系统100通过使用电池储能系统113调整供应的电力量。通过这样，电力供应系统100可高效率地将电力供应给系统109或负载117。
[0039]DC/DC变换器121变换由电池储能系统113供应或接收的DC电力的等级。根据本发明的【具体实施方式】，可以省略DC/DC变换器121。
[0040]系统控制单元115控制DC/AC变换器103以及AC/AC变换器107的操作。系统控制单元115可以包括用于控制电池储能系统113的充电和放电的充电控制单元111。充电控制单元111控制电池储能系统113的充电和放电。当系统109或负载117过载时，充电控制单元111接收电池储能系统113供应的电力，并将其输送到系统109或负载117。当系统109或负载117为轻负载时，充电控制单元111接收从外部电力供应源或发电机101供应的电力，并将其输送给电池储能系统113。
[0041]图3是示出根据实施方式的小容量的电力供应系统的框图。
[0042]根据本发明的实施方式的小容量电力供应系统200包括:发电机101、DC/AC变换器103、AC滤波器105、AC/AC变换器107、系统109、充电控制单元111、电池储能系统113、系统控制单元115、第一 DC/DC变换器119、负载117以及第二 DC/DC变换器121。
[0043]相比于图2的系统，图3的系统还包括第一 DC/DC变换器119。第一 DC/DC变换器119对由发电机101产生的DC电力的电压进行变换。对于小容量的电力供应系统200，由发电机101产生的DC电力的电压很低。因此，为了将由发电机101供应的电力输入到DC/AC变换器103，有必要提升电压。第一 DC/DC变换器119将由发电机101产生的电力的电压变换为能够输入到DC/AC变换器103的电压。
[0044]图4是示出根据实施方式的电力市场的结构的概念图。
[0045]参照图4，电力市场包括电力子公司、独立电力生产商、电力购买协议(PPA)提供者、社区能源供应商、韩国电力交易所、韩国电力公司、客户、大型客户以及特定社区的客户。截至2014年，国内发电企业包括从韩国电力公司分离出来的6个电力子公司和288个独立电力生产商。
[0046]电力子公司、独立电力生产商、电力购买协议提供者以及社区能源供应商可以代表发电企业，可以在韩国电力交易所对取决于它们自己的发电机能够产生的电力的量的发电容量进行竞标，并可以在竞标中获得利润。
[0047]每个电力子公司和每个独立电力生产商在韩国电力交易所竞标他们每台发电机在每日基础上的可用的发电容量，且韩国电力交易所运作电力市场。
[0048]韩国电力公司以电力市场中确定的价格购买电力，并向客户提供所购买的电力。因此，韩国电力公司负责电力传输、分配和销售。
[0049]PPA提供者可能是PPA的承包商，并且，PPA提供者向电力市场对其现有的发电容量进行竞标。电力交易的支付并不是按电力市场决定的价格进行结算的，而是按与韩国电力公司的PPA合同进行结算的。此外，所得的结算规则可以被添加到电力市场的结算规则信息中。
[0050]社区能源供应商通过具有一定规模的发电机进行发电，并在其得到许可的地区直接销售所产生的电力。此外，社区能源供应商可以直接从韩国电力公司或电力市场购买不足的电力，或者可以向韩国电力公司和电力市场出售剩余电力。
[0051]合同电力至少为30，000kW的大型客户可以在没有韩国电力公司的干预下直接从电力市场购买所需的电力。
[0052]在电力供应系统100中，用于控制电池储能系统113的充电控制单元111可以是多个。此外，多个充电控制单元111可以具有不同的特性。例如，充电控制单元111可以具有对电池储能系统113中所存储的电能进行变换的不同的效率，使得能量可以在工厂4或家庭3中使用。此外，充电控制单元111可以具有用于最有效地进行变换的不同的电能输出程度。
[0053]因此，实施方式提出了一种电力供应系统，其中，充电控制单元111被分配以处理从电池储能系统113输出的电能的不同比率，以实现最佳的变换效率。此外，实施方式提出了一种电力供应系统，其中，不同的电能变换比率分别分配到充电控制单元111，使得即使充电控制单元111的一些发生故障，也可以简单地更换发生故障的充电控制单元111。
[0054]图5A和5B示出了根据实施方式的多个充电控制单元111被并行控制。
[0055]如图5A所示，一般情况下，每个充电控制单元111以相同的比率执行电能变换，同时，电力供应系统100经由系统控制单元115运行充电控制单元111。在这种情况下，可以很容易地设计控制逻辑，但并没有考虑充电控制单元111的不同特性。另外，随着充电控制单元111不断地进行电能变换，充电控制单元111的一部分出现故障的情况是很难处理的。例如，假设输出了电池储能系统113中所存储的约30 %的电能，三个充电控制单元111常规地以相同的比率变换输出电能。
[0056]然而，当变换整个存储容量的30%时，第二充电控制单元和第三充电控制单元可以表现出最高效率，然而，当变换整个存储容量的10 %时，第一充电控制单元表现出最高效率。此处，表现出最高的变换效率的电能输出量可以被称为额定输出。
[0057]在这种情况下，由于第二充电控制单元和第三充电控制单元在表现出低变换效率的区间进行变换，就整个电力供应系统而言充电控制单元的操作可能是效率低下的并行操作。
[0058]因此，在实施方式中，如图5B所示，充电控制单元111被控制，以使各充电控制单元111以不同比率进行电能变换。在【具体实施方式】中，当系统控制单元115控制充电控制单元
111时，系统控制单元115可以根据各充电控制单元111的特性调整变换比率。例如，当第一充电控制单元变换整个储存电能的约30%而表现出最高效率的情况下，系统控制单元115将电池储能系统113的所有电能输出30%分配给第一充电控制单元。可以不将电能分配给第二和第三充电控制单元。
[0059]结果，根据从电池储能系统113输出的电能的量，充电控制单元111被控制以最有效地进行变换，由此，整个电力供应系统的效率得以最大化。此外，由于充电控制单元111中的一些可能未使用，这些未使用的充电控制单元111的寿命可以延长。另外，在充电控制单元111的一部分出故障的情况下，因为电能变换只由没有故障的充电控制单元111执行，而可以容易地更换有故障的充电控制单元111。
[0060]在实施方式中，电力供应系统100可以控制充电控制单元111在每个时区的并行操作。例如，该电力供应系统100可以包括具有高额定输出的第一充电控制单元111和具有低额定输出的第二充电控制单元111。在白天，由于电能消耗量大，操作具有高额定输出的充电控制单元111可能是高效的。在夜间，由于电能消耗量相对较小，操作具有低额定输出的充电控制单元111可能是高效的。
[0061]关于该操作，电力供应系统100可以根据累积数据存储一天的电能使用量，并且可确定充电控制单元111中的哪些应当被操作。详细地，在白天，电力供应系统100可以经由系统控制单元115单独操作第一充电控制单元111，而在夜间，可以单独操作第二充电控制单元 111 ο
[0062]在另一实施方式中，电力供应系统100可以根据天气信息并行操作充电控制单元111。例如，由于在热天或冷天时电能消耗量大，操作具有高额定输出的充电控制单元111是高效的。因此，电力供应系统100可以根据预先存储的或更新的天气信息经由系统控制单元115控制充电控制单元111的并行操作。
[0063]在另一个实施方案中，电力供应系统100可以根据存储在电池储能系统113中的电能的量经由系统控制单元115控制充电控制单元111。
[0064]例如，在系统控制单元115确定电池储能系统113的剩余电能的量较小的情况下，系统控制单元115可控制充电控制单元111，使得仅操作具有低的额定输出的充电控制单元
111。对于另一个例子，在系统控制单元115确定电池储能系统113的剩余电能的量较大的情况下，系统控制单元115可控制充电控制单元111，使得仅具有高的额定输出的充电控制单元111被操作。
[0065]图6是示出根据实施方式的并行操作电力供应系统100中的多个充电控制单元111的过程的流程图。
[0066]系统控制单元115接收电池储能系统113输出的电能(S1I)。
[0067]系统控制单元115基于所接收的输出的量确定待分配给充电控制单元111的电能的量(S103)。具体地，系统控制单元115可以具有关于当前包括在电力供应系统中的充电控制单元111的额定输出的数据。额定输出的数据可以在初始设计时被存储，并且当充电控制单元111被替换时可以被重新存储。因此，系统控制单元115将所存储的额定输出的数据与电能输出量相比较，以确定待由充电控制单元111变换的电能的量。
[0068]具体而言，系统控制单元115确定待分配到充电控制单元111的电池储能系统113的输出，以使其最接近于每个充电控制单元111的额定输出。另外，考虑到额定输出值以及当前时间、天气情况、或电池储能系统113的剩余容量中的至少一个，系统控制单元115确定待分配到充电控制单元111的电池储能系统113的输出。
[0069]因此，系统控制单元115可以将不同的电能的量分配给充电控制单元111以进行变换，并且可以根据每个充电控制单元111的额定输出的等级来确定分配的量。
[0070]系统控制单元115基于确定的结果控制充电控制单元111的并行操作。详细地，系统控制单元115可以控制待由每个充电控制单元111执行的电能变换的程度。在【具体实施方式】中，可以仅对充电控制单元111的一部分进行操作，或对所有充电控制单元111进行操作以执行不同的电能变换。
[0071]根据实施方式，在电力供应系统中，系统控制单元可以借助于充电控制单元的自适应结构有效地控制充电控制单元。
[0072]此外，根据实施方式，在电力供应系统中，对每个充电控制单元控制电池的输出，使得能够很容易地更换充电控制单元。
[0073]虽然已经参照数个示例性实施方式对一些实施方式进行了描述，但应该理解的是，本领域的技术人员可以设计出落入本公开原理的精神和范围内许多其他的修改和实施方式。在本公开、附图及所附权利要求的范围内可以对主题组合布置的组成部件和/或布置做出各种变化和改进。除了组成部件和/或布置中的变化和修改之外，对于本领域技术人员来说，替代使用也将是显而易见的。
【主权项】
1.一种用于控制包括电池电力供应系统的电力供应系统的方法，所述方法包括: 接收从电池储能系统输出的电能的量； 根据接收到的电能的量和多个充电控制单元的额定输出，确定待分配给所述多个充电控制单元中的每一个的电能的量;以及 根据所确定的结果并行控制各所述充电控制单元， 其中，确定待分配的电能的量包括考虑以下信息中的至少一个以确定待分配的电能的量:对电源供应系统进行输入的时间的信息、天气信息、或剩余电池容量信息以及所述额定输出。2.根据权利要求1所述的方法，其中，待分配给各充电控制单元的电能的量是根据各充电控制单元的额定输出的等级而确定。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述并行控制各所述充电控制单元包括根据所确定的结果只控制各所述充电控制单元中的一部分。4.一种包括电池电力供应系统的电力供应系统，包括: 充电控制单元，其被配置为控制电池储能系统的充电/放电；以及 系统控制单元，其被配置成接收从电池储能系统输出的电能的量，根据接收到的电能的量和所述充电控制单元的额定输出来确定待分配给多个充电控制单元中的每一个的电能的量，并且根据所确定的结果并行控制所述充电控制单元。5.根据权利要求4所述的电力供应系统，其中，所述系统控制单元根据各充电控制单元的额定输出的等级确定待分配给各充电控制单元的电能的量。6.根据权利要求5所述的电力供应系统，其中，所述系统控制单元根据所确定的结果只控制各所述充电控制单元中的一部分。7.根据权利要求4所述的电力供应系统，其中，所述系统控制单元考虑对电源供应系统进行输入的时间的信息、天气信息，或剩余电池容量信息以及所述额定输出中的至少一个以确定待分配给各充电控制单元的电能的量。
【文档编号】H02J7/00GK105914803SQ201610090354
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月17日
【发明人】沈在成
【申请人】Ls产电株式会社