储能装置控制方法和电力管理系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种储能装置控制方法和电力管理系统。提出一种根据系统的操作频率的变化通过连接到所述系统的储能装置控制所述储能装置的充电量的方法。该方法包括：确定系统的操作频率是否落入对应于预设频率范围的死区；在操作频率落入死区的情况下，确定指示储能装置的充电量的SOC水平是否落入预设维持范围；以及在系统的操作频率落入死区范围并且SOC水平在预设维持范围以外的情况下，调整SOC水平从而使SOC水平落入维持范围，其中维持范围表示预设上限和预设下限之间的范围，其中调整SOC水平包括针对SOC水平小于下限的情况和SOC水平大于上限的情况分别执行不同的调整操作。
【专利说明】
储能装置控制方法和电力管理系统
技术领域
[0001]本公开涉及电力系统的辅助服务的提供，且具体而言，涉及使用电力存储系统和频率调整技术的集成储能。
【背景技术】
[0002]对于一定的给定时间，例如，对于一天，电力系统运营商估计每秒、每分钟或每小时所需能量的数量。
[0003]电力供应商通过发电厂以与所估计的量差不多的量供应能量。普遍而言，平均实际负荷接近估计的量。但是，所需能量的量可能会迅速改变，且，如果所需能量的量变得大于或小于所期望的，则由于能量的量中迅速的变化导致实际负荷增加。
[0004]为了应对此类变化，电力供应商可改变发电厂的电力输出以满足所需负荷。发电厂的输出的改变可被称作“负荷跟踪”。在负荷大于被输送电力的情况下，显而易见地是，应该增强被输送电力以维持电力装置的操作。
[0005]图1为示出发电厂的实际负荷110和负荷跟踪120的图示。如所示，难以让发电厂精确匹配实际负荷的变化。在供应的电力与电力负荷不同的情况下，供应给住宅或工厂的AC电流的频率可能不是可称为参考值的50Hz或60Hz。这样的频率差异会导致电力装置的低效操作，所述电力装置比如住宅电器、照明装置等，并且甚至会导致不安全操作。
[0006]为了维持所需的AC电流的操作频率，电力系统运营商应使发电厂执行额外的操作，也就是频率调整。参见图1，参考标号130表示为了将频率维持在期望操作范围以内在每个时刻应多频繁地执行频率调整。
[0007]当(所需量的)负荷小于供应电力时，输出频率增加至60Hz或更高。相反地，当负荷大于供应电力时，该频率因发电厂的发电量减少而减少。
[0008]可以设想出这样的构想，即提供与系统的频率同步的快速响应发电厂或能够响应于故障事件或与电力供应有关的其他问题迅速启动以供能的快速响应发电厂。但是，构造此类发电厂目前尚有困难。
[0009]—般而言，诸如同步存储和频率调整的服务被归类为电力系统的辅助服务。此类服务应满足电力供应和消耗的能量的需求。
[0010]发电厂提供频率调整、同步存储、和其他辅助服务。但是，储能技术比如电池、飞轮、电容器等，可用于供应能量给电力系统。进一步地，根据这类储能技术，系统的富余能量可存储以供以后利用或可从系统中释放出去。
[0011]由于应执行频率调整以增加或降低能量以便于为每个时刻维持系统的稳定能量数量(参考图1的标号130)，需要储能技术以满足这样的需求。
[0012]储能技术可表示一种提高发电厂生产的能量的使用效率而不是产生能量的技术。效率可表示在电力系统的操作方面的较低成本和较低速率的能量释放。
【发明内容】
[0013]实施例提供一种用于有效地操作电力系统的方法从而能量在系统和电池之间稳定传输。
[0014]在一个实施例中，一种利用储能装置根据系统的操作频率的变化控制连接到系统的储能装置的充电量的方法包括:确定系统的操作频率是否落入对应于预设频率范围的死区范围；在操作频率落入死区范围的情况下，确定指示所述储能装置的充电量的SOC水平是否落入预设维持范围；以及在系统的操作频率落入死区范围且SOC水平在预设维持范围之外的情况下，调整SOC水平从而使SOC水平落入维持范围，其中，维持范围表示在预设下限和预设上限之间的范围，其中，调整SOC水平包括针对SOC水平小于下限的情况和SOC水平大于上限的情况分别执行不同的调整操作。
[0015]在另一个实施例中，电力管理系统包括:电力转换系统，所述电力转换系统将发电机、电池和系统与彼此相关联以供应电力给负荷，或接收来自发电机或电池的DC电力以转换此DC电力；以及充电控制单元，所述充电控制单元读取电池的SOC水平信息并监测由于电池的充电或放电导致的SOC变化量，其中，充电控制单元通过电力转换单元读取系统的频率，确定系统的频率是否落入为预设频率范围的死区范围，并且，在频率落入死区范围且SOC水平在维持范围以外的情况下，调整SOC水平从而使SOC水平落入预设维持范围。
[0016]根据提议的实施例，即使系统频率在预设死区的上限或下限附近变化，电池的充电或放电仍然可稳定执行。
[0017]通过这种方式，可以容易地稳定系统频率。
[0018]附图和下文描述中将陈述一个或多个实施例的细节。其他特征将从描述和附图、以及权利要求书中显著可见。
【附图说明】
[0019]图1为图示发电厂的实际负荷和负荷跟踪的图示。
[0020]图2为示出根据实施例的电力管理系统的配置的图示。
[0021]图3为示出根据实施例的用于维持电池内特定范围的充电的方法的流程图。
[0022]图4和5为根据实施例依据SOC水平所应用的调整曲线图。
[0023]图6为没有运用迟滞曲线的曲线图，以与实施例的调整曲线图作比较。
【具体实施方式】
[0024]应该理解到此处的术语不应被解释限于一般或字典意思，而应考虑到
【发明人】可适当地定义术语以利用最佳方式描述他们的发明，基于对应于实施例的技术方面的意思和原理而被解读。
[0025]因此，应该理解到，此处描述的实施例和在附图中说明的构造仅仅是优选范例且不完全表示实施例的技术方案，且因此，可在申请日期做出各种替代的等效或修改。
[0026]下文中，将参考附图对实施例进行详细阐述。
[0027]图2为示出根据实施例生成的电力管理系统的框图。
[0028]根据实施例的电力管理系统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、负荷117和DC/DC变换器121。
[0029]发电机101产生电能。在发电机101为光伏发电机的情况下，发电机101可为太阳能电池阵列。多个太阳能电池模块在太阳能电池阵列中彼此组合。太阳能电池模块是这样的一种装置，其中，多个太阳能电池被以串联或并联方式连接到彼此，以通过将太阳能转换成电能从而产生预定的电压或电流。因此，太阳能电池阵列吸收太阳能并将所述太阳能转换成电能。在发电系统为风力发电系统的情况下，发电机101可以是用于将风能转换成电能的风扇。但是，如上所述，电力管理系统100可仅通过电池储能系统113而无需发电机101供应电力。在这种情况下，电力管理系统100可不包括发电机101。
[0030]DC/AC变换器103将DC电力转换成AC电力。DC/AC变换器103接收由发电机101提供的DC电力或从电池储能系统113放出的DC电力，以将接收到的电力转换成AC电力。
[0031 ] AC滤波器105滤除转换成AC电力的电力中的噪声。根据特殊实施例，AC滤波器105
可省略。
[0032]AC/AC变换器107转换过滤掉噪声的AC电力的电压水平以便供应该电力给系统109或负荷117。根据特定实施例，AC/AC变换器107可省略。
[0033]系统109表示一种系统，其中，将许多发电厂、变电站、传输/分配线路、和负荷彼此集成，从而可在其中执行电力的产生或使用。
[0034]负荷117接收来自发电系统的电能并消耗电力。电池储能系统113接收来自发电机1I的电能以便被充电，并根据系统109或负荷117的电力需求-供应情况而放出充入的电會K。
[0035]具体而言，在系统109或负荷117具有轻负荷的情况下，电池储能系统113接收来自发电机101的闲置电力以便被充电。在系统109或负荷117过载的情况下，电池储能系统113放出充入的电力以供应电力给系统109或负荷117。系统109或负荷117的电力需求-供应情况可随着时段而变化巨大。
[0036]因此，电力管理系统100不考虑系统109或负荷117的能量需求-供应条件而均匀地供应由发电机101供应的电力是低效的。因而，电力管理系统100利用电池储能系统113根据系统109或负荷117的电力需求-供应情况而控制电力供应的量。通过这种方式，电力管理系统100可高效地供应电力给系统或负荷117。
[0037]DC/DC变换器121转换由电池储能系统113供应或接收的DC电力的水平。根据特定实施例，DC/DC变换器121可省略。
[0038]系统控制单元115控制DC/AC变换器103和AC/AC变换器107的操作。系统控制单元115可包括用于控制电池储能系统113的充电或放电的充电控制单元111。
[0039]充电控制单元111控制电池储能系统113的充电或放电。在系统109或负荷117过载的情况下，充电控制单元111控制电池储能系统113，从而电池储能单元113供应电力并且电力传输给系统109或负荷117。在系统109或负荷117具有轻负荷的情况下，充电控制单元111允许外部电力供应源或发电机101供应电力，从而电力传输给电池储能系统113。
[0040]同时，要求稳定维持供应给系统的AC电流的频率。此处，在频率的调整期间，可能会发生诸如电池的SOC的增加或减少的变化。例如，一旦电池传输大量的能量给系统，只有小量充入的能量(大约20%S0C)保留在电池内。在另外的范例中，当电池从系统接收大量的能量，电池具有大量的充入能量(大约85%S0C)。在这两个范例中，由于在电池的充电量或放电量大的情况下连续调整系统频率，电池可能劣化。为了提供更可靠的系统，在实施例中，在期望范围内改变电池的充电。
[0041 ]根据实施例，执行增加或减少电池的充电量的操作，且根据电力分配系统的整体要求执行此操作以获得适当的S0C。具体而言，此处提议一种用于稳定维持电池的SOC水平以抑制系统频率的变化的方法，以便于通过根据电池的SOC水平和即时系统频率值应用不同的频率调整算法，来提高系统稳定性。
[0042]图3为示出根据实施例的维持电池内特定范围的充电的方法的流程图。根据此方法，当系统没有增加或吸收电力的同时调整电力系统的操作频率，以便提供频率调整。
[0043]充电控制单元115获得当前的SOC水平(S310)。例如，充电控制单元115可从电池储能系统113读取SOC水平，其中SOC水平为周期性监视的值。
[0044]充电控制单元115获得系统频率值(S320)。例如，充电控制单元115获得从电力转换单元110测量的系统频率信息。此外，充电控制单元115确定所接收的频率是否落入预设死区(S330) ο例如，确定所接收的频率是否落入作为预设死区的60Hz ±0.05Hz的范围内。此范围可表示系统中预设的频率范围以调整频率。例如，60Hz ± 0.05Hz的范围可为预设死区(或参考频率范围)，且仅仅当即时系统频率在设定参考频率范围之外的时候作出调整要求。在这种情况下，大约60Hz的频率可以是参考频率。此外，大约60.05Hz的频率可以是最大参考频率，且大约59.95Hz的频率可以是最小参考频率。
[0045]当即时系统频率没有落入死区范围(或在死区范围外)，不执行SOC水平的调整。这是因为当频率高时传输能量给系统或当频率低时从系统传输能量可能导致调整的必要。即，当系统频率在死区范围之外时，通过系统和电池之间的能量传输自动执行系统频率的调整。
[0046]但是，当系统频率落入死区时，充电控制单元115确定SOC水平是否落入在预定上限L2和预定下限LI之间的范围(S340)。在实施例中，LI可以为电池全部容量的大约45%，且L2可以为电池全部容量的大约55%。
[0047]在SOC水平在维持范围(L1〈S0C〈L2)之外但系统频率落入死区的情况下，执行用于调整SOC水平的步骤(S350) AOC水平调整步骤将参考图4和5进行更详细阐述。在实施例中，在系统频率落入死区的同时SOC水平小于下限或大于上限的情况下，执行SOC水平调整步骤，且，具体而言，针对当前SOC水平小于下限的情况和当前SOC水平大于上限的情况根据相应的调整曲线图来执行调整步骤。
[0048]同时，在SOC水平落入维持范围(死区)的情况下(S330)，不执行系统和电池单元之间的能量传输。
[0049]此外，在执行电池的SOC水平的修改的同时，持续监视系统频率是否在死区之外(S360)。如果系统频率在死区之外，系统暂停电池的充电或放电。但是，如果系统频率落入死区，则执行用于核查SOC水平的操作370。
[0050]在操作370中，确定SOC水平是否恢复到目标水平(目标值)。例如，确定SOC水平是否再次落入操作S330的维持范围。根据实施例，此值可修改，且执行此操作直至SOC水平变成或接近大约50%。
[0051]相反地，在SOC值接近设置的上限或下限的情况下，要求充电修改被反复执行。在SOC值没有落入维持范围的情况下，反复执行操作350到370。当SOC值在操作370中达到要求值时，系统暂停充电过程。
[0052]在实施例中，充电控制单元115可经由逆变器103或电力转换单元110监视电力系统的频率，且可以迅速确定系统频率何时落入预设死区。
[0053]S卩，一旦系统频率落入死区，充电控制单元115确定电池的SOC水平是否需要被修改。
[0054]系统频率的调整和电池单元的SOC水平的调整参考图4和5阐述如下。
[0055]图4和5为根据实施例的根据SOC水平应用的调整曲线图。在SOC水平在预设维持范围之外且即时系统频率落入死区的情况下，应用图4和5的调整曲线图。
[0056]在测量的SOC水平小于下限(例如，SOC水平小于45)的情况下，应用图4的调整曲线图，并且此曲线图反映调整值，将较长充电间隔应用于该调整值以增加SOC水平。
[0057]图4和5为用于描述调整系统频率的系统的操作的曲线图。纵轴表示以赫兹(Hz)单位计的系统频率，并且横轴表示在电池单元和系统之间传输的以兆瓦特(MW)单位计的能量的量。
[0058]参考图4，将60Hz的频率用作参考系统频率，并且在虚线之间的区域表示死区(维持范围)的区间，在此区间内允许系统频率改变而不必被调整。如图4所示范例中，死区设置为 60Ηζ±0.05Ηζ。
[0059]此外，在实施例中，上限拐点和下限拐点设置在死区内。例如，在参考频率为60Hz且死区范围为60Hz±0.05Hz的情况下，上限拐点可设置在60Hz+0.025Hz且下限拐点可设置在60Ηζ-0.025Ηζ。
[0060]设置上限拐点和下限拐点，从而在系统频率接近死区的上限或下限的情况下，电池的充电或放电不会迅速变化。
[0061]在系统频率落入死区的上限拐点和上限之间的死区的情况下，电池的状态从充电状态沿着迟滞曲线逐渐变成放电状态，或从放电状态逐渐变成充电状态，从而避免在电池的充电状态和放电状态之间的快速切换。
[0062]同样地，在系统频率落入死区的下限拐点和下限之间的死区的情况下，电池的状态从放电状态沿着迟滞曲线逐渐变成充电状态或从充电状态逐渐变成放电状态。
[0063]如上所述，在实施例中，在死区内的上限和上限拐点之间形成上限拐点区间4Α，并在死区内的下限和下限拐点之间形成下限拐点区间4Β。在这些拐点区间中，可以沿着迟滞曲线逐渐执行到电池的充电状态或放电状态的转变。
[0064]如图6所示，根据即时系统频率是否落入死区，在电池的充电在充电状态中突然停止(6Α，6Β)或在通过电池的放电供应电力给系统的同时电池的放电突然停止(6C，6D)的情况下，如果系统频率在死区的上限或下限附近浮动时，电池的充电或放电可能迅速改变。
[0065]在这个情况下，电池的寿命会减短，甚至系统频率的稳定性会削弱。
[0066]参见图5，在测量的SOC水平大于上限(例如，SOC水平大于55)的情况下，应用图5的调整曲线图，且此曲线图反映出调整值，向该调整值应用较长的放电间隔(如，放电到2MW)以减少SOC水平。
[0067]参见图5，60Hz的频率被用作参考系统频率，且虚线之间的区域表示死区的间隔(维持范围)，在该死区的间隔(维持范围)内，允许系统频率改变而无需调整。在图5所示范例中，死区设置为60Hz ±0.05Hz。
[0068]此外，在实施例中，在死区内设置上限拐点和下限拐点。例如，在参考频率为60Hz且死区范围为60Hz±0.05Hz的情况下，上限拐点可设置在60Hz+0.025Hz，而下限拐点可设置在 60Hz-0.025Hz。
[0069]在系统频率落入上限拐点和死区的上限之间的死区的情况下，电池的状态从充电状态沿着迟滞曲线逐渐改变到放电状态，或从放电状态逐渐改变到充电状态，以避免在电池的充电状态和放电状态之间的迅速切换。
[0070]同样地，在系统频率落入下限拐点和死区的下限之间的死区的情况下，电池的状态从放电状态沿着迟滞曲线逐渐改变到充电状态，或从充电状态逐渐改变到放电状态。
[0071]如上所述，在实施例中，在死区内的上限和上限拐点之间形成上限拐点区间5A，并且在死区内的下限和下限拐点之间形成下限拐点区间5B。在拐点区间中，可以沿着迟滞曲线逐渐执行到电池的充电状态或放电状态的转变。
[0072]尽管实施例已参考其的若干说明性实施例进行了阐述，应该理解到，本领域内的那些技术人员可以设计出将会落在本公开的原理的精神和保护范围以内的多个其他的修改和实施例。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的保护范围内，主题组合布置的构件部件和/或布置中，可能进行各种变型和修改。在构件部件和/或布置的变型和修改以外，替换的使用对本领域内那些技术人员也会是显而易见的。
【主权项】
1.一种用于通过连接到系统的储能装置根据所述系统的操作频率的变化控制所述储能装置的充电量的方法，所述方法包括: 确定所述系统的操作频率是否落入对应于预设频率范围的死区范围； 在所述操作频率落入所述死区范围的情况下，确定指示所述储能装置的所述充电量的SOC水平是否落入预设维持范围； 在所述系统的所述操作频率落入所述死区范围且所述SOC水平在所述预设维持范围以外的情况下，调整所述SOC水平从而使所述SOC水平落入所述维持范围， 其中所述维持范围表示预设下限和预设上限之间的范围， 其中调整所述SOC水平包括针对所述SOC水平小于所述下限的情况以及所述SOC水平大于所述上限的情况分别执行不同的调整操作。2.根据权利要求1所述的方法，其中，对于落入所述死区范围的频率，根据用于能量传输的逐渐变化的迟滞曲线执行在所述系统和所述储能装置之间的所述能量传输。3.根据权利要求2所述的方法， 其中，所述死区设置为在预设最大参考频率与预设最小参考频率之间的范围， 其中，在所述死区内设置具有比所述最大参考频率的值小的值的上限拐点以及具有比所述最小参考频率的值大的值的下限拐点。4.根据权利要求3所述的方法，其中，在系统频率具有在所述最大参考频率和所述上限拐点之间的值的情况下，从所述系统传输给所述储能设备的能量的量遵循所述迟滞曲线。5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述系统频率具有在所述上限拐点和所述下限拐点之间的值的情况下，不管所述系统频率的变化，所述系统和所述储能装置之间传输的能量的量被稳定维持。6.根据权利要求5所述的方法，其中，对于所述SOC水平小于所述下限的情况所述系统和所述储能装置之间稳定传输的能量的量不同于对于所述SOC水平大于所述上限的情况所述系统和所述储能装置之间稳定传输的能量的量。7.根据权利要求3所述的方法，其中，在系统频率具有所述最小参考频率和所述下限拐点之间的值的情况下，从所述储能装置传输给所述系统的能量的量遵循所述迟滞曲线。8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述系统频率具有所述上限拐点和所述下限拐点之间的值的情况下，不管所述系统频率的变化，所述系统和所述储能装置之间传输的能量的量被稳定维持。
【文档编号】H02J3/24GK105978001SQ201610134384
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月9日
【发明人】沈在成
【申请人】Ls产电株式会社