基于电网频率的用于能量存储设备的电网调节服务的制作方法

专利名称：基于电网频率的用于能量存储设备的电网调节服务的制作方法
基于电网频率的用于能量存储设备的电网调节服务
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年4月6日提交的美国专利申请No. 12/755, 260的优先权和利益，该美国专利申请以全文引用方式纳入本文。
政府权利声明
根据美国能源部授予的编号为DE-AC05-76RL01830的合同，在政府支持下做出本发明。政府享有本发明的某些权利。技术领域
本公开内容涉及电网(power grid)调节、电池充电控制方法、电动车辆充电系统、 电池充电装置和可再充电的电池系统。
背景技术：
电力网(electric power grid)(或者电力分配系统)要求系统的能量输入匹配系统的能量输出。为了平衡这种能量要求并且维持电网稳定性，调节服务被使用。通常通过调整发电机的输出来提供这些调节服务，以满足能量需求。也可调整电力分配系统上的负载使其使用更多或更少的能量来满足该需求。此外，在“断网”或者微电网情况下(其中通过可再生的发电源例如风能或太阳能来支持相对小的系统)，调节服务可提供平衡能力，从而有助于即使在小规模情况下也能确保稳定性。
随着间歇式的可再生资源的进一步增加，将需要更多的调节服务来抵消发电过程中的变化。因此，需要用于提供可靠、低成本的调节服务的改进的方法、系统和装置。发明内容
所公开的技术的示例性实施方案使用能量存储设备向电力网提供了一种“上调和下调的服务”。所述能量存储设备可以是但不限于电动车辆或插入式混合电动车辆(PHEV) 中的能量存储设备，或者固定能量存储设备例如电池，或者包括电池的光伏系统。调节服务允许能量存储设备在全放电(发电)状态和全充电(消耗)状态之间改变其对电网的贡献。用于该调节的基础可包括例如交流(AC)电源的频率测量值。例如，可使用调节信号和关于施加给负载设备上的任何约束条件的信息(例如，预期的完成时间或最大设备容量)来调整存在于该系统上的实际负载量。
在所公开的技术的某些实施方案中，控制器将电网AC频率用作直接调节信号或者用作调节信号的基础，以操作能量存储系统。通过使用所测量的信号而非中央控制信号来调节进入能量存储系统或者离开能量存储系统的能量，在非常低的设施要求的情况下， 能量存储系统就可有效地结合到电力网中。因此，可通过电网自身的状况来直接控制能量存储系统的输出，而非通过中央集合管理机构(authority)或公用事业公司(utility)来控制能量存储系统的输出。因此，能量存储系统不要求来自电网运营商的通信。实施所公开的技术的实施方案的能量存储系统将不仅为电网的总体健康提供益处，而且通过消除对于中央集合体以及所述集合体所需的通信要求的需要，以成本节约方式提供了益处。此外， 将经过调节的电力提供回到电网中的能力可有助于稳定电网。并非在低频率周期中简单地断开能量存储设备，而是能量存储设备可将能量注回到电网中。这可有助于减轻在系统中其他地方的发电不足，并且阻止系统进一步变到不平衡状态中。
本文所公开的一个示例性实施方案是一种方法，该方法包括接收代表电力分配系统的一个或多个电气特性的数据；基于所述数据选择用于一个双向充电系统的充电速率，所述双向充电系统可操作以对能量存储设备充电或放电；以及，生成一个调节信号，使所述双向充电系统对所述能量存储设备放电，所述调节信号至少部分地基于所选择的充电速率。在一些实施例中，所接收的数据包括代表所述电力分配系统的瞬时频率测量值的频率数据。在一些实施例中，所述方法进一步包括生成用于使所述双向充电系统为所述能量存储设备充电的调节信号，所述调节信号至少部分地基于所选择的充电速率。在一些实施例中，所述选择至少部分地基于所述能量存储设备的实际充电或放电速率。可行的能量存储设备包括电动车辆、插入式混合电动车辆、固定电源、泵送水蓄能器(pumped water storage)、飞轮和电池辅助的(battery-supplemented)光伏电力系统。双向充电系统的实施例包括与DC-AC并网逆变器耦合的AC-DC电池充电器。
本文所公开的另一示例性实施方案是一个或多个计算机可读存储介质，存储有计算机可读指令，当一个计算机执行所述计算机可读指令时，使得所述计算机执行一种方法， 所述方法包括接收代表电力分配系统的一个或多个电气特性的数据；基于所述数据选择用于一个双向充电系统的充电速率，所述双向充电系统可操作以使得能量存储设备向所述电力分配系统放电；以及，生成一个调节信号，用于使所述双向充电系统将所述能量存储设备放电，所述调节信号至少部分地基于所选择的充电速率。在一些实施例中，所述数据包括代表所述电力分配系统的瞬时频率的频率数据。在一些实施例中，所述选择包括计算先前所接收的瞬时频率数据的平均值和所述瞬时频率之间的差。
本文所公开的另一示例性实施方案是一种系统，该系统包括一个或多个处理单元；一个或多个计算机可读存储介质，存储有计算机可读指令，当所述处理单元执行所述计算机可读指令时，使用下述装置来确定用于一个双向充电器的充电速率一个数据输入模块，可操作以接收代表电力分配系统的一个或多个电气特性的数据；一个逻辑模块，可操作以使用所述数据来确定用于所述双向充电器的充电速率；以及，一个数据输出模块，可操作以发送代表所确定的充电速率的充电器输出速率数据。在一些实施例中，所述数据包括代表所述电力分配系统的瞬时频率的频率数据。在一些实施例中，所述双向充电器的充电速率可指示所述双向充电器将要放电还是将要充电。在一些实施例中，所述系统包括一个双向充电器，该双向充电器被配置为响应于所述充电器输出速率数据来接收来自所述电力分配系统的电力，或者将电力传递至所述电力分配系统。在一些实施例中，所述系统包括一个能量存储设备，该能量存储设备可操作以响应于所述充电器输出速率数据而在所述电力分配系统中产生电力。
本文所公开的另一示例性实施方案是一种方法，所述方法包括将电力从电力分配系统传输至能量存储设备，以及响应于所测量的所述电力分配系统的瞬时频率，在所述电力分配系统处接收来自所述能量存储设备中的一个或多个的电力，其中所述一个或多个能量存储设备响应于所测量的所述电力分配系统的瞬时频率与所述电力分配系统的平均频率的差，将电力传输至所述电力分配系统。在一些实施例中，所述方法进一步包括提供一个调节信号，使得所述能量存储设备将所述电力传输至所述电力分配系统，其中所述提供由电动车辆充电站执行。
本文所公开的另一示例性实施方案是一种方法，所述方法包括监控电力分配系统的频率；以及，当所述电力分配系统的所述频率处于第一频率范围中时，接收来自所述电力分配系统的电力，并且通过所接收的电力以一个充电速率为能量存储设备充电；以及，当所述电力分配系统的所述频率处于不同于所述第一频率范围的第二频率范围中时，以一个放电速率使所述能量存储设备放电，并且将来自所述能量存储设备的电力传递至所述电力分配系统。
本文所公开的另一示例性实施方案是一个系统，所述系统包括数据输入装置，可操作以接收代表电力分配系统的一个或多个电气特性的数据；逻辑装置，可操作以使用所述数据来确定用于一个双向充电器的充电速率；以及，数据输出模块，可操作以发送代表所确定的充电速率的充电器输出速率数据。在一些实施例中，所述系统还包括与所述数据输出模块耦合的一个双向充电器。在一些实施例中，所述系统进一步包括耦合至所述双向充电器的能量存储装置。
从下面的将参考附图进行的详细描述中，本发明的上述和其他目标、特征和优势将更加明了。


图I是描绘了根据所公开的技术的一个示例性控制器和双向充电器的示意性方块图。所示出的控制器和双向充电器连接至电力分配系统和能量存储设备。
图2是描绘了图I的控制器和双向充电器的一个实施方案的示意性方块图，其中控制器耦合至用户接口、电网事件检测器和电网频率检测器。
图3是描绘了图I的控制器的一个实施方案的示意性方块图，其中所述控制器被配置用于接收来自电力分配系统、双向充电器、能量存储设备、时钟和控制接口的信号。
图4是基于所接收的代表电力分配系统的电气特性的数据来为能量存储设备生成调节信号的一种示例性方法的流程图。
图5是图4中所示的方法的示例性实施方式的流程图。
图6A-图6B是概述了图4中所示的方法的另一示例性实施方式的流程图。
图7A描绘了实施所公开的技术的多个方面的一个示例性PHEV。
图7B描绘了用于图7A的PHEV中的控制器的一个示例性用户接口。
图8是描绘了可连接至远程充电站或家用充电站的实施所公开的技术的多个方面的一个电动车辆的示意性方块图。图8的电动车辆包括控制器、充电器、逆变器和电池管理系统，所有这些都使用CAN总线耦合。
图9是可用在所公开的技术的一些实施方案中的示例性控制器和充电器的图像。
图10是示出了适合于实施所公开的技术的多个实施方案的总体计算环境的一个示意性方块图。
图IlA是不出了所公开的技术的一个实施方案的充电器的功率输出相对于时间的图表。
图IlB是示出了所公开的技术的一个实施方案的充电器的调节输出相对于时间的图表。
图IlC是示出了所公开的技术的一个实施方案的瞬时频率和平均频率相对于时间的图表。
图IlD是示出了所公开的技术的一个实施方案的瞬时频率和平均频率之间的差相对于时间的图表。
图IlE是示出了所公开的技术的一个实施方案的电池容量相对于时间的图表。
图IlF是不出了所公开的技术的一个实施方案的电池充电状态(SOC)相对于时间的图表。
图IlG是示出了所公开的技术的一个实施方案的平均充电速率相对于时间的图表。
图12是不出了所公开的技术的一个实施方案的充电器的功率输出相对于时间的图表。
具体实施方式
I.总体考虎
下面所公开的是用于控制双向能量存储设备充电器的方法、装置和系统的代表性实施方案。所公开的方法、装置和系统不应当被解释为以任何方式来限制本发明。相反，本公开文本旨在指向各种所公开的实施方案的所有新颖且非显而易见的多个特征和方面中的单独每一个连同它们相互之间的各种组合和子组合。所公开的方法、装置和系统不限于本发明的任何特定方面或特征或其组合，且不要求所公开的实施方案呈现任何一个或多个特定优点或者解决任何一个或多个特定问题。
尽管为方便介绍，一些所公开的方法的操作以某一相继次序来描述，但是应理解， 这种描述方式包括重新排列，除非下面所陈述的具体语言要求某一次序。例如，在一些情况中，相继描述的操作可重新排列，或者同时执行。此外，为简便起见，随附的图可能未示出所公开的系统、方法和装置可与其他事物或方法结合使用的各种方式。另外，有时描述使用术语，如“生产”、“产生”、“选择”、“接收”和“提供”，来描述所公开的方法。这些术语是对所执行的实际操作的高度抽象。对应于这些术语的实际操作可能根据具体的实施方式而改变， 并且可被本领域普通技术人员轻易识别。
如在本申请和权利要求中所使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“所述 (the)”包括复数形式，除非上下文另有清楚的指示。另外，措词“包含(include)”意为“包括(comprise)”。此外，除非上下文另有指示，术语“稱合”意为机械地、电气地或者电磁地连接或链接，包括直接连接或直接链接，或者通过不影响所描述的系统的预期操作的一个或多个中间元件的间接连接或间接链接。另外，某些术语可被使用，例如“向上(up)”、“向下(down) ”、“上(upper ) ”、“下(lower ) ”等。当可适用时，在处理相对关系时，这些术语可被用于使描述清楚一些。但是，这些术语不旨在暗示绝对关系、位置和/或取向。此外，如在本公开内容中所使用的，术语“充电(charge)”或“正充电(charging)”可用于描述当设备将能量或电力传输至能量存储设备时它采取的动作。术语“放电(discharge)”或“正放电(discharging)”可用于描述当设备传输来自能量存储设备的能量或电力时它采取的动作。然而，术语“充电(charge)”、“正充电(charging)”、“放电(discharge)”和“正放电 (discharging)”不应当解释为将该设备限制为仅仅一种具体类型或方向的能量或电力传输。
图10示出了一种合适的计算环境1000的总体实施例，其中可实施所公开的技术的实施方案。例如，可使用计算环境1000中示出的计算硬件来整体或者局部实施图I、图2、图3、图7和图8示出的控制器和图4、图5和图6示出的方法。
计算环境1000不旨在暗示对于该技术的使用范围或功能的任何限制，因为该技术可在多种通用或者特殊用途计算环境中实施。例如，所公开的技术可使用其他计算系统配置来实施，包括多处理器系统、基于微处理器的或者可编程的电子器件、网络PC、微型计算机、主计算机、可编程逻辑设备(例如，现场可编程逻辑设备)、专用集成电路等。所公开的技术的实施方案还可在分布式计算环境中实行，在分布式计算环境中，通过经由通信网络链接的远程处理设备来执行任务。在一个分布式计算环境中，程序模块可位于本地记忆存储器设备和远程记忆存储器设备中。
参考图10，计算环境1000包括至少一个中央处理单元1010和内存储器1020。在图10中，这个最基本的配置1030被包括在虚线内。中央处理单元1010执行计算机可执行指令，并且可以是一个实际处理器或者虚拟处理器。在一个多处理系统中，多个处理单元执行计算机可执行指令，以增加处理能力。内存储器1020可以是易失性内存储器(例如，寄存器、缓冲器、RAM)、非易失性内存储器(例如，ROM、EEPR0M、闪存器等)，或者这两种的某一组合。内存储器1020可存储软件1080，软件1080可实施本文所描述的任一技术。
计算环境1000可具有附加特征。例如，计算环境1000包括存储器1040、一个或多个输入设备1050、一个或多个输出设备1060、一个或多个通信连接1070,以及一个或多个测量设备1090。互连机构(未示出)，例如总线、控制器或者网络，互连计算环境1000的部件。通常，操作系统软件(未示出)提供了在计算环境1000中所执行的其他软件的操作环境，并且协调计算环境1000的部件的活动。
存储器1040可以是可移除的或者是不可移除的，包括磁盘、磁带或盒式磁带、 ⑶-ROM、⑶-RW、DVD或者可用于存储信息且可在该计算环境1000中存取的任何其他这种非暂时性计算机可读介质。所述存储器1040可存储软件1080，软件1080可实施本文所描述的任何技术。
如应当容易理解，术语“计算机可读存储介质”包括用于数据存储的非暂时性计算机可读介质或者设备，例如内存储器1020和存储器1040，以及承载临时信号的非暂时性介质。注意到，所述计算机可读存储介质可存储计算机可执行指令，当计算机执行所述计算机可执行指令时，使得计算机执行本文所描述的任一方法。输入设备1050可以是触摸输入设备，例如键盘、小型键盘、鼠标、笔或轨迹球、语音输入设备、扫描设备或者提供输入至计算环境1000的另一设备。对于音频，输入设备1050可以是声卡或以模拟或数字形式接收音频输入的类似设备，或者提供音频样本至计算环境1000的CD-ROM读出器。输出设备1060可以是显示器、打印机、扬声器、CD写入器，或者提供来自计算环境1000的输出的另一设备。 测量设备1090可用作输入设备(例如，用于将所测量的电气特性转换为所测量的数据的设备)和/或输出设备(例如，用于将所测量的数据传输至处理单元的设备)。
通信连接1070使得能够经由通信介质(例如，连接网络)与另一计算实体通信。通信介质可用于传送信息，例如计算机可执行指令、与电力分配系统的电气特性相关联的数据、与能量存储设备相关联的数据，或者其他中间数据或最终数据。
II.所公开的技术的导言
许多普通存储负载(例如，泵送水蓄能器或者基于电池的系统)代表电网上显著的负载百分比。另外，这些设备通常被分立控制，通常仅具有全开状态和全关状态。此外，这些负载经常对于充电具有不严格的时间约束条件。例如，车辆充电可能仅需要4小时来完全充电，而将不需要另外的8小时。这样，可响应于电网上变化的条件来调整该设备使电网承受的负载的量，从而为电力系统提供服务，而非形成一个障碍。通过成比例地改变负载的量，多个负载可为电网提供调节服务，同时仍满足对于负载的操作约束条件。通过将电网的电气特性(例如，频率、电压或相位)用作调节信号或者用作调节信号的基础，负载的变化量可用于增大或者减小电力系统上的有效负载，并且有助于满足能量平衡要求。另外，在高需求期间，这些经调节的负载可被控制以汲取较少的电力，或者甚至将电力提供回到电网中， 从而造成对于电力网的更少的限制。
所公开的技术的某些实施方案包括使用如下负载为电力网提供向上调节和向下调节的服务形式的方法、系统和装置，如果在充电和放电意义上改变供应至负载的电力，则所述负载的总体操作将不受干扰。所述调节允许能量存储设备改变其在全放电(发电)状态和全充电(消耗)状态之间对于电网的贡献。用于所述调节的基础例如可来自于传递至出口(例如，家庭或建筑物中的电源出口，或者电动车辆充电站处的电源出口)的交流电(AC) 电源的频率测量值。可使用这种调节信号和关于施加至负载设备的任何约束条件的信息 (例如，预期的完成时间或最大容量)，来调整终端设备呈现给该系统的负载或者发电的实际量。
所公开的技术的某些实施方案使得电网负载和能量存储设备能够将它们的消耗 (负载)或者所供应的能量(源)根据电网频率改变。电网频率中的变化主要与电网上的实际负载的变化相关。因此，如果电网负载或者能量源输出可根据电网频率调整，则电网本质上将更加稳定。在一个示例性实施方案中，电网频率被用作用于控制电网负载或能量源的调节信号的基础。使用设备的具体约束条件，电网频率信号可被转化成或者修整成如下一个信号，该信号将负载调节至例如进入该设备的额定功率的0%和100%之间，以及调节至例如来自该设备的放电负载的额定功率的0%和-100%之间。可通过来自执行计算机可读指令的嵌入式设备或者来自外部测量源例如“智能表”(例如，先进抄表设施(AMI)智能表)的直接测量值来获得电网频率信息。关于监控在所公开的技术的实施方案中可使用的电网的频率的方法的附加细节在美国专利No. 7，149，605中进行了描述，该美国专利标题为 “Electrical Power Distribution Control Methods, ElectricalEnergy Demand Monitoring Methods, and Power Management devices”,该美国专利的教导以引用方式纳入本文。
可使用的第一示例性信号修整参数涉及所测量的电网频率信号(瞬时频率)本身。 所测量的电网频率信号可用于降低负载上的磨损和损耗，以及紧密匹配提供给较大的调节源(例如，负载平衡发电机)的现有的自动发电机控制(AGC)信号。如果以比一般的AGC信号更高的采样速率获得测量数据(例如，以4秒或者更短时间的速率)，可采用一种方案来将该数据降低至预期的采样速率，以提供AGC信号。
可使用的第二示例性信号修整参数涉及电力网的平均频率。为了提供调节服务部件，可确定瞬时频率与平均频率的偏差。如果代表平均频率的数据从外部提供，则不要求进一步的处理。如果平均频率直接从所测量的频率数据获得，则可使用滑动窗口平均来确定平均频率。可通过下面描述的方法，或者通过使用本领域普通技术人员已知的其他合适方法来计算该平均值。
在一个示例性实施方案中，使用有限脉冲响应(FIR)滤波器的递归实施方式来从直接测量值获得平均频率信息。FIR滤波器可计算对于预定数目的样本的平均频率。可通过关于电网性能的附加知识来确定平均值的长度，以做出多长的平均值是合理的这一决定。在一些实施方案中，附加的逻辑可施加至FI R滤波器平均值。例如，在电网频率显著偏离平均值以下或者以上的状况下，FIR滤波器可被重新初始化。在其他实施方案中，可使用其他合适的模拟或数字滤波器(例如，PID滤波器)。
可使用平均频率数据和瞬时频率数据来确定该调节信号。在一个实施方案中，例如，确定所测量的频率和平均频率之间的差。如果所测量的频率高于平均值(例如，60. IHz 相对于59. 95Hz的平均值)，则获得上调信号。如果所测量的频率低于平均值，则获得下调信号。这个调节信号可按比例改变以遵循-I. O至I. O的范围，其中-I. O代表全放电状态 (最大下调)，I. O代表全充电状态(最大上调)。根据这个通用的按比例改变格式，平均频率代表约O. 5的偏置调节值，从而适合以充电为中心的操作。然而，如果期望中性容量状态， 则平均频率可代表O. O的调节值(造成近似相等量的充电和放电)。
实际频率差可被归一化，以将调节信号限制到-I. O至I. O的范围。第一示例性归一化技术使用一个固定的频率间隔，其中预定义了用于上和下频率偏差的固定值。例如，在理想的60Hz的系统中，调节信号可分别按比例改变+/-0. IHz的范围，或者说改变到59. 9 和60. 1Hz。可通过管理电力网的公用事业公司或者合作协议来定义频率偏差范围。然而， 在一些采用该技术的实施方案中，调节信号可能并不会在其全部范围上实现。
第二示例性的归一化技术使用所测量的频率数据的局部最小值和局部最大值。局部最小/最大极值的“局部性”局限于相对短的时间段(例如，在分钟或者秒的数量级上)。 使用该第二技术，调节信号可从-I. O变化至+1. 0，从而相对于上面描述的第一种归一化技术，提供了一个更大的调节信号范围。
根据一个示例性实施方案，使用从代表电网频率信息的数据所获得的调节信号， 可确定能量存储设备所牵引的负载的量。通过将充电范围扩展到可得的电力生成(放电)的最大水平和电力消耗容量(充电)的最大水平之间(例如，-100%至100%)，来增大用于上调信号和下调信号的值的范围。在正常操作条件下，调节信号可用于将传输到能量存储设备中的电力从全放电水平改变至全充电水平。然而，调节信号还可受制于如下约束条件，这些约束条件可被监控和被用于在将输出调节信号施加至能量存储设备(负载)之前来修改调节信号。
可使用的第一示例性约束条件涉及所连接的能量存储设备的安全性。例如，当能量存储设备是电池存储系统时，总是落在某一水平的充电状态以下，这对电池存储系统可能是不利的。如果电池存储系统被允许使电池完全放电，则这个不利条件尤其如此。为了避免所述事件，放电操作首先核查电池存储系统的一个或多个电池的充电或存储量的当前水平。如果充电或存储量的当前水平在最小阈值以下，则限制下调信号或放电操作。例如，充电器设备被配置为使得调节信号被限制于0%到100%范围之间，而非-100%至100%的范围之间。
可使用的第二示例性约束条件涉及电力网事件。调节信号的目的是平衡进入电气系统的电力和离开电气系统的电力。该状况的一个指示可以是电气传输的平均频率。在显著过多负载时，电力网的频率通常将显著下降(例如，O. 05Hz或更多)，导致欠频事件。相反， 如果电网负载显著较低，则电力网的频率将显著升高，导致过频事件。为了提高电网意识和安全性，如果检测到这些状况中的任一个，则可调整调节信号。例如，在欠频事件期间，调节信号可被迫为-I. 0，而不考虑局部最大/最小极值或平均频率。然而，这个约束条件通常被前述段落中所提及的第一约束条件所取代。例如，如果电池在其容量阈值以下，则提供O. O 的调节信号而非-I. O。在过频事件中，调节信号可被迫为+1. 0，而不考虑局部最大/最小极值或平均电网频率。应用该第二约束条件允许该负载设备是“电网友好的”，从而降低将电力分配系统进一步推向负载过低或负载过高状况的影响。
可使用的第三示例性约束条件是基于应用至负载设备的外部约束条件。例如，这些约束条件可被施加为用于达到某一容量水平或者完成一个任务的时间限制。例如，在 PHEV充电器中，这可能是车辆的预期的最终充电时间。充电器的终端用户可选择预期的“充电截止(charge by)”时间，在该“充电截止”时间，车辆在其电池系统中将具有100%的充电状态。该“充电截止”时间可用于计算可用的总充电时间。可使用包括关于PHEV/EV电池容量、最大充电速率和充电效率的信息的数据来计算平均充电速率。
在使用该第三约束条件的系统中，可估计实际平均“加载”速率，并且可确定所测量的实际加载速率和所计算的加载速率之间的差。在一些实施方案中，平均加载速率可与系统的平均频率相关。例如，假设一个电池被确定为需要以65%的速率充电来达到全容量。 当电气系统处于平均频率时，将发生65%的充电速率(因为平均频率应当与大约0%的调节相关联)。然而，在电网频率中存在随机变化，因此调节信号可导致出现一个低于预期的平均充电速率。在实际平均充电速率的相同周期性核查中，可使用所计算的差来更新预期的充电速率。例如，如果平均充电速率低于预期的充电速率，则与平均频率相关联的充电速率将适当偏置。在先前陈述的实施例中，充电器确定应当选择65%的平均充电速率。如果实际平均输出被确定为63%，则2%的偏置被施加至平均预期的充电速率，从而补偿该下调周期。
通过周期性更新，将加载速率改变为上调信号和下调信号的比例还可被调整。这些上调和下调信号的比例确定了负载的输出将如何随着调节信号而改变。如较早所提及的，信号范围的一个实施例用于在-I. O调节信号处的全放电输出，以及用于在+1. O调节信号处的全充电输出。在这些状况下，用于下调信号的比例因子是平均加载速率。例如，如果调节信号运行O. 5的平均值，则使用平均速率允许负载使用调节信号从预期的加载速率变化为最大放电速率(例如，_100%)。因而，用于上调信号的比例是最大加载速率和平均加载速率之间的差。这允许上调信号(例如，从O. 5至I. O)增大预期的平均充电速率和最大充电速率之间的负载输出。
在一些实施方案中，预期地限制了调节范围。例如，在周期性更新期间，所公开的技术的实施方案可确定达到最终目标约束条件所花费的最小时间量(例如，将电池充电至 100%将花费的时间量)。然后可确定这个最小时间和剩余时间间隔之间的比例。如果该比例大于预定或用户选择的阈值(例如，90%)，则施加至该负载的最小速率可受限于需要达到最终目标约束条件所需要的平均加载速率。在达到该最终目标约束条件之后，不再执行返回到电网中的放电，有效地将下调比例减小至0%，并仅提供上调服务。
在所公开的技术的某些实施方案中，甚至当存在调节状况的受限制范围时(其中正试图满足最终目标约束条件)，可仍维持一个或多个基本约束条件(overriding constraint)。例如,可维持的一个约束条件是,显著的欠频和过频事件(例如，超过一个固定频率阈值的欠频或过频事件，或者偏离平均频率的百分比变化)可仍导致来自能量存储设备的响应。在显著欠频事件中，充电速率可下降至全放电或无输出状况，即使这意味着不再满足最终目标约束条件。因而，显著的过频事件可将负载推至100%的输出速率。上面所讨论的第三示例性约束条件与过频事件紧密相关。如果所测量的平均加载速率高于预期的平均充电速率，则该设备可比预期的更早地达到最终状况。此时，负载(例如，能量存储设备)可不再用作调节设备。能量存储设备的输出可断开，不再接收调节信号，从而避免超过预期的最终状况(例如，为了避免PHEV电池超出100%的充电状态)。
III.所公开的技术的示例性实施方案
图I是一个示意性方块图，示出了根据所公开的技术的电网调节系统100的一个实施方案。在图I示出的实施方案 中，电网调节系统100包括电力分配系统(例如，电力网) 100、包括双向充电器124和控制器128的集成单元120、和能量存储设备130。电力分配系统110可以是交流(AC)电系统或直流(DC)电系统。如所示出的，集成单元120结合了控制器128和双向充电器124。双向充电器124可使用电力连接(power connection) 150和 156，以将电力从电力分配系统110发送至能量存储设备130，从而为能量存储设备充电。双向充电器124还可使用电力连接150和156，以将电力从能量存储设备130发送至电力分配系统，从而使能量存储设备放电，以提供电力至电力分配系统110。
双向充电器124使用数据连接160，例如，使用CAN-BUS、RS-232_C、USB、FireWire、 ZigBee或者其他合适的连接接口，接收控制数据，所述控制数据包括来自控制器128的一个或多个调节信号。如图I中所示，充电器和控制器被封装为一个单元。在其他实施方案中，双向充电器124和控制器128可以被分立封装。本领域普通技术人员可以针对所公开的技术的某一实施方案根据需要来组装诸如双向充电器124之类的充电器。例如，双向充电器可适于使电池向AC电网或DC电网放电，或者从AC电网或DC电网为电池充电。在一些实施方案中，双向充电器124是单个部件。例如，双向充电器124可以是充电器，例如AC 推进的减弱充电器(Propulsion’s Reductive Charger),所述AC推进的减弱充电器从DC 电池驱动AC感应马达，且经由再生制动为电池再充电。在一些实施方案中，双向充电器124 包括两个分立的部件。例如，为了将AC电网连接至电池，双向充电器可包括一个AC-DC电池充电器部件，以及一个DC-AC逆变器。在一些实施例中，DC-AC逆变器是并网逆变器，该并网逆变器既可执行DC-AC功率转换又可将其AC电输出与电力分配系统110同步。在一些实施方案中，可使用连接至马达/发电机组的飞轮(flywheel)。在所述实施方案中,可通过使马达加速从而将能量放电到电网中，或者使马达减速从而为飞轮充电，来调制发电机中的励磁电流。
控制器128可经由连接154接收代表电力分配系统110的电气特性的电气数据， 所述电气特性例如瞬时频率、平均频率、相位、电压、电流或者其他这种电气特性中的一个或多个。在电力分配系统110是交流(AC)电系统的实施方案中，可使用所测量的瞬时频率。 在电力分配系统110是直流(DC)电系统的实施方案中，可使用所测量的电压。在一些实施方案中，可使用电力分配系统110的其他电气特性(例如，平均频率、相位、电流)来增大或者代替所测量的瞬时频率或电压。在一些实施方案中，控制器128包括用于直接测量和/或计算电力分配系统的特性的电路系统。在其他实施方案中，控制器从与电力分配系统110 连接的高级电表架构(advanced-meter-infras tructure, AMI)智能表接收电气数据。还如所示出的，控制器128包括与能量存储设备130的连接158，用于接收状态数据，例如充电状态(S0C)、健康状态(S0H),电压、能量存储设备的充电速率、内部电阻或者电导中的一个或多个。在一些实施方案中，所述连接158是数据连接，能量存储设备130将数据传输至控制器128。在其他实施方案中，控制器128包括经由所述连接158直接测量状态数据的电路系统。
能量存储设备130可以是任何化学的电池，例如锂离子、镍镉、铅酸、镍金属氢化物、聚硫溴化物(Polysulfide Bromide)或者任何其他合适的电池技术。在一些实施方案中，能量存储设备可以是另一合适的能量存储技术，例如机械飞轮、燃料电池、泵送水蓄能器、压缩空气或者其他合适的化学、电化学、电气或者适于存储来自电力分配系统110的能量的机械装置。在一些实施方案中，能量存储设备可耦合至能量生成设备，例如光伏电力系统。
图2是一个示意图，示出了根据所公开的技术的电网调节系统200的另一实施方案。在图2示出的实施方案中，电网调节系统200包括电力分配系统(例如，电力网)210、充电器240、逆变器245、能量存储设备250、与用户接口 226耦合的控制器220、电网事件检测器230和电网频率检测器234。充电器240可通过将来自电力分配系统210的AC电转换为DC电流传输至能量存储设备来为能量存储设备250充电。逆变器245可使来自能量存储设备250的DC电流放电，并且将它作为AC电供应至电力分配系统210。在所示出的实施方案中，充电器240和逆变器245可接收来自控制器220的指令，包括简单的开/关或者离散的充电/放电速率。
如所示出的，电网事件检测器230监控电力分配系统210并且报告事件(例如，欠频事件、过频事件、低压事件、高压事件或者其他这种事件中的一个或多个给控制器220)。 在一些实施方案中，电网事件检测器230可使用来自智能表或其他AMI设备的数据来报告事件。由电网事件检测器230所报告的事件可用于超驰控制(override)进行中的正常充电或放电操作。例如，如果从电网事件检测器230发送欠频事件，则控制器220可将控制数据传输至逆变器245，以使能量存储设备250放电，从而提供电力至电力分配系统210，进而有助于稳定电力分配系统。
还与控制器220耦合的是电网频率检测器234，该电网频率检测器234传输关于电力分配系统210的频率的数据。在一些实施方案中，电网频率检测器234传输瞬时频率数据和平均频率，而在其他实施方案中，电网频率检测器仅传输瞬时频率数据，控制器使用该瞬时频率数据来计算平均频率数据。
还在图2中示出用户接口 226，用户接口 226耦合至控制器220。用户接口 226允许用户传输指令和参数(例如，预期的充电完成时间)至控制器，或者允许用户超驰控制控制器，并且使得充电器240以固定的充电速率为能量存储设备250充电或者使得逆变器245以固定的放电速率为能量存储设备放电。
图3是示出了根据所公开的技术的电网调节系统300的另一实施方案的示意性方块图。在图3示出的实施方案中，控制器360接收来自不同实体的数据，包括来自电力分配系统310的瞬时频率数据(finst())和平均频率数据(favg())、来自双向充电器320的用于能量存储设备的实际充电和放电速率数据，以及来自能量存储设备330的充电状态数据 (SOC)0控制器360还可接收指示来自时钟340的当前时间或剩余时间(time O )，以及来自控制接口 350的预期的最终充电时间、最大频率fmax和最小频率fmin。可以使用通用计算硬件(包括例如计算机处理器和内存储器)或者使用特殊用途的硬件(包括例如专用集成电路或者可编程逻辑设备)。为控制器360提供数据的实体可包括硬件实体，或者软件环境的部件(例如，软件模块)。如下面进一步将讨论的，控制器360使用输入数据来计算预期的充电速率，该预期的充电速率被传输至双向充电器320。如本文所讨论的，预期的充电速率可表示为从双向充电器的最大充电/放电速率的-100%变化至+100%，但是本领域普通技术人员应理解，预期的充电速率可以用其他单位来表示，例如-I. O至+1. 0，绝对或相对安培、伏特或其他这种单位或范围。控制接口 350可以是一个显示器和/或数据录入设备，被配置用于显示和输入用户数据和控制参数，例如预期的最终充电时间、最大频率fmax和最小频率fmin °
图4是一个流程图400，示出了基于代表电力分配系统的电气特性的数据来选择用于能量存储设备的充电/放电速率的总体方法。在过程块410处，接收代表电力分配系统(例如，电网)的电气特性的数据。所接收的数据可包括例如指示电网的瞬时频率、电网的平均频率、电网的高电压水平、电网的低电压水平或者电网的相位偏移水平的一个或多个数据消息。
在过程块420处，至少部分地使用电气特性数据来选择用于能量存储设备的预期的充电/放电速率。例如，所使用的数据可包括用于电力网的瞬时频率和电力网的平均频率。选择预期的充电/放电速率还可包括相对于频率信号输入的范围将输出调节信号归一化。在一个实施方案中，测量瞬时频率和平均频率之间的差，以获得上调/下调信号。接下来，相对于电力网的频率范围和预期的充电速率将所述信号归一化。例如，59. 9至60. IHz 的频率范围可被归一化为相对于输出调节信号为-I. O至I. O的范围。调节信号可被偏置， 以呈现预期的行为(例如，如果期望的是充电，则频率差可补偿+0. 5，以获得-O. 5至I. O的调节信号范围(因为标称调节信号被箝位在I. O处))。可使用的另一方法是使用频率数据的局部最小值和最大值，如上面所讨论的。
另外，在过程块420处，可基于其他约束条件来修改所选择的充电/放电速率。例如，可基于由能量存储设备所呈现的负载的量、能量存储系统的安全约束条件(例如，最小的SOC水平)、电力网事件、或者诸如充电截止时间限制之类的外部约束条件中的一个或多个，来修改所选择的充电/放电速率。此外，可基于充电设备的实际平均输出来估计和调整能量存储设备的平均加载速率。例如，可施加2%的偏置，以将实际平均输出从63%增大至预期的65%，如上面所讨论的。
最终，在过程块430处，生成调节信号，用于控制双向充电器。所述调节信号可基于所选择的充电/放电速率，或者所述调节信号可包括所选择的充电/放电速率。
图5是一个流程图500，示出了基于代表电力分配系统的电气特性(包括电网事件)的数据来生成用于双向充电器的调节信号的更加具体的方法。在过程块510处，接收代表用于电力分配系统的电气特性的电气数据。在过程块520处，分析电气数据，以确定是否已接收了电网事件。例如，电气数据可包括瞬时频率数据，所述瞬时频率数据被与最大频率限制和最小频率限制进行比较。如果瞬时频率数据超出了最大频率限制或最小频率限制， 则确定了一个电网事件，该方法进行至过程块530。或者，电气数据可包括指示电网事件的存在的数据。例如，智能表可生成指示电网事件的存在的数据。如果已确定未出现电网事件，则该方法行进至过程块540。
在过程块530处，基于电网事件来选择充电/放电速率。例如，在欠频事件的情况中，充电速率可被输出为-I. O (表明能量存储设备全放电速率的信号，从而将电力供应到电网中)。作为另一实施例，在过频事件的情况中，充电速率可被输出为+1.0 (表明能量存储设备全充电速率的信号)。
在过程块540处，确定用于电网的平均频率。在一些实施方案中，使用来自所接收的电气数据的瞬时频率数据来确定平均频率。FI R滤波器可被用于确定来自瞬时频率数据的平均频率。在其他实施方案中，平均频率和瞬时频率数据都接收自电网，或者接收自与电网连接的充电站。
在过程块550处，确定达到全充电的剩余时间。当前时间可与目标充电完成时间进行比较，所述差可计算成到全充电的剩余时间。或者，设定到全充电的时间，减少该时间直至达到时间零。例如可使用耦合至控制器的用户接口来设定充电完成时间。
在过程块560处,确定用于双向充电器的一个或多个充电参数。可使用来自过程块540的电网频率数据和来自过程块550的剩余时间来确定充电参数。此外,可考虑目标能量存储设备、双向充电和电网自身的操作特性。
在过程块570处，确定用于双向充电器的充电/放电速率。如果该方法从过程块 530到达过程块570，则电网事件是将要输出至充电器的充电速率的主要或者唯一决定因素。因而，通过在过程块530处设置充电/放电速率，可忽略其他输入数据。在未接收到电网事件的情况下，则充电速率被按比例改变为用于充电器的归一化的充电/放电速率。
在过程块580处，生成了能够传送归一化的充电/放电速率的调节信号。该调节信号可被传输至双向充电器，或者传输至充电器和逆变器，从而生成预期的充电响应。
图6A和图6B是一个流程图600，示出了基于指示电力分配系统的电气特性的数据来生成用于双向充电器的充电器输出速率的另一具体方法。该数据可包括例如电网事件、 电网频率数据、电池SOC或者实际充电速率数据。可使用控制器，例如，嵌入式微控制器系统，来实施所示出的方法。在电池系统的充电/放电循环期间，可重复执行所示出的方法。 包括附加方法动作或者更少方法动作的其他方法也是可能的。如下面进一步讨论的，调节输出速率可从-I. O改变至I. 0，其中-I. O代表全放电状态，O. O代表既不充电也不放电状态，I. O代表全充电状态。充电器输出速率代表双向充电器将被命令来操作时的充电速率。 充电器输出速率是基于调节输出速率，并且可以用瓦特来表示。可使用调节信号来将数据发送至双向充电器。调节信号可包括代表调节输出速率或充电器输出速率的数据。
图6A是流程图600的一部分，示出了用于生成调节信号的方法。在过程块610处， 电池系统(能量存储设备的一个实施例)耦合至控制器。在过程块616处，控制器确定电池是否处于全(100%的S0C)充电状态。在一个实施方案中，控制器监控操作期间的电池性能，以确定电池系统的S0C。在其他实施方案中，控制器与连接至电池的电池管理系统通信，电池管理系统确定S0C。如果控制器确定电池处于全充电状态，则该方法行进至过程块618， 其中用于充电器的调节输出速率被设置为“不充电也不放电”(例如，在-I. O至+1. O的归一化尺度上，充电速率为O. O)。在一些实施方案中，在过程块618处，调节输出速率被设置为“不充电”，但仍允许放电。当能量存储设备是固定能量存储设备而非EV/PHEV时，在过程块618处将充电器设置为“不充电”而非“不充电也不放电”可能是期望的。否则，电池被确定为不处于全充电状态，该方法行进至过程块620。
在过程块620处，控制器核查以确定是否发生了显著的欠频事件。如果是这样，则该方法行进至过程块622。否则，该方法行进至过程块630。可通过接收指示电网上的欠频状况的信号来确定欠频事件的发生，或者可通过将瞬时或平均电网频率与预定的低频率限制进行比较来确定欠频事件的发生。例如，在60Hz的AC电网中，59. 95Hz或者更低的电网频率可被定义为显著的欠频事件。选择为指示欠频事件的频率值可根据电网的平均频率和电网的稳定性而定。
在过程块622处，控制器确定电池是否具有充足的S0C。如果电池具有足够的 S0C,则该方法行进至过程块628，在过程块628处，调节输出速率被设置为“全放电”(例如，-I. O)。否则，该方法行进至过程块626，在过程块626处，调节输出速率被设置为“不充电也不放电”(例如，O. O)。在过程块630处，控制器核查以确定是否已经发生了过频事件。 如果发生了过频事件，则该方法行进至过程块634，在过程块634处，调节输出速率被设置为“全充电”(例如，1.0)。否则，该方法行进至过程块640。可通过接收指示电网上的过频状况的信号来确定过频事件的发生，或者可通过将瞬时或平均电网频率与预定的高频率限制进行比较来确定过频事件的发生。例如，在60Hz的AC电网中，60. 05Hz或者更高的电网频率可被定义为显著的过频事件。选择为指示过频事件的频率值可根据电网的平均频率和电网的稳定性而定。
在过程块640处，控制器确定所预测的充电完成时间是否处于正常的调节周期内。如果控制器确定所预测的充电完成时间未处于正常的调节周期内，则在过程块642处增加下充电速率限制(lower charge rat elimit)。在一个实施方案中，正常的调节时间周期可对应于一个充电循环的时间周期，该充电循环发生在充电开始之后直到在电池被期望完全充电的时间点之前的一个固定的时间阈值周期(例如，三十分钟)。在一个实施方案中， 控制器计算用于从当前时间充电至未来的全充电的预期的时间点的剩余的时间量，并且比较所计算的剩余时间量和该阈值，从而确定此充电是否落入正常的调节时间周期内(例如， 用于充电的剩余时间量是否大于阈值)。
在过程块642处，控制器将下充电速率限制增大到在调节时间周期内实现预期的充电水平所需要的平均充电速率。例如，下充电速率限制可从O. O被设置为O. 2。可通过例如用户设置预期的最终充电时间、用户设置预期的充电周期或者通过预定的充电周期(例如，四小时)来确定正常的调节时间周期。在一个实施方案中，控制器使用例如电池的容量信息、达到全充电的剩余时间和充电器效率，将所需要的充电速率按比例改变为不迟于未来的预期的时间点而实现全充电所需要的速率。例如，控制器可将先前确定的所需要的充电速率按I. 01比例改变，从而提供新的所需要的充电速率。所需要的充电速率稍后用于生成调节输出速率，从而生成充电器输出速率。
在过程块644处，控制器确定电池是否将在正常的调节时间周期的结束之前被充电。在一个实施方案中，控制器将实际的充电速率与预期的充电速率进行比较。在一个实施例中，控制器确定调节比例值是否大于预定的调节高偏差限制。在一个实施方案中，调节比例值被计算为
(所测量的充电速率-所需要的充电速率)调谓赚-~^充电器的最大充电解^-
其中，所测量的充电速率是在一个时间周期(例如，五分钟)内充电器的平均充电速率。该计算的结果可乘以100，从而以百分数提供调节比例值。在一个实施方案中，调节高偏差限制是对充电可超出所需要的充电速率的在所需要的充电速率以上的部分的限制 (例如，15%)。
如果过程块644确定了电池将在正常调节时间周期结束之前被充电，则控制器行进至过程块646,在过程块646处,控制器将上充电速率限制(upper charge rate limit) 降低至在调节时间周期内实现预期的充电水平所需要的平均充电速率。例如，上充电速率限制可被设置为3. 3kff至2. 8kW。上充电速率限制和下充电速率限制被用作用于调节输出速率的上边界(upper bound)和下边界(lower bound),它们基于电网的频率而改变。因而， 充电速率可被箝位在由上充电速率限制和下充电速率限制所建立的范围之间。上充电速率限制和下充电速率限制可以用单位例如安培、千瓦小时来表示，或者表示为最大输出的百分率。
转向图6B，这是流程图600的一部分，示出了用于生成调节信号的一种总体方法。 在过程块660处，上充电速率限制被设置为可允许的最高水平(例如，3. 3kff)0
在过程块654处，控制器确定电流充电器输出速率是否足以在完成充电所需要的最小时间内对电池进行充电。这种剩余最小时间代表在给定电池S0C、充电效率和上充电速率限制的情况下电池可达到全充电的最短时间量。如果控制器确定电池将不能在完成充电所需要的最小时间内被充满，则在过程块666处增大调节输出速率，且在此处确定将使得充电器在正常的调节时间周期内能够将电池充满的一个增大的输出充电速率。否则，充电速率被确定为正常的，在过程块664处调整上充电速率限制和下充电速率限制。完成充电所需要的最小时间可使用一个公式来计算，例如
最小时间=^充輔量_最大速率X充电效率
其中充电容量是仍需要被充电的电池充电量(以千瓦小时计)，充电效率是确定用于电池的效率速率(例如，O. 98)，以及最大速率是用于充电器的最大可能的输出水平(以千瓦小时计)。可例如通过用户设置的预期的最终充电时间、用户设置的预期的充电周期或者通过预定的充电周期(例如，四小时)，来确定剩下时间量。在一些实施方案中，控制器计算剩下时间比例，并且基于该剩下时间比例(例如，98. 5%)来确定应当增大的调节速率。在一个实施方案中，正常的调节时间周期可对应于一个充电循环的时间周期，该充电循环发生在开始充电之后直到在电池需要被全充电的时间点之前的一个固定的时间阈值周期(例如，三十分钟)。在一个实施方案中，控制器计算用于从当前时间充电至未来用于全充电的预期的时间点的剩余时间量，并且将所计算的剩余时间量与该阈值进行比较，从而确定所述充电是否在正常的调节时间周期内(例如，用于充电的剩余时间量大于该阈值)。
在过程块664处，调节输出速率被设置为“正常充电”。在一个具体实施方式
中，相对于平均充电速率限定上充电速率限制和下充电速率限制。上充电速率代表充电速率可超出当前平均充电速率的最大量(例如，以千瓦小时或安培计)，下充电速率代表充电速率可落在当前平均充电速率以下的最大量。在其他实施例中，上充电速率限制和下充电速率限制可以用绝对项来限定，在这种情况中，相应地调整下面所描述的关系。如果平均充电速率大于充电器的可能的最大输出水平，则上充电速率限制被设置为零。否则，根据下述这个关系来调整上充电速率限制和下充电速率限制
上充电速率限制=最大速率-平均充电速率
下充电速率限制=平均充电速率+最大放电速率
最大速率是充电器的可能的最大输出水平，最大放电速率是在放电方向中的充电器的可能的最大输出水平(例如，逆变器为电力分配系统供电的可能的最大输出水平)。
在过程块666处，调节输出速率被设置为“增加充电”。在一个实施方案中，如下地调整上充电速率限制和下充电速率限制。如果最大充电器输出速率除以2大于平均充电速率，则不调整下充电速率限制，而根据下述这个关系来调整上充电速率限制
上充电麵艮制=最■率-平均规速率3
如果充电器的最大输出速率除以2小于或者等于平均充电速率，则根据下述这个关系来调整上充电速率限制和下充电速率限制
上充电速率限制=最大速率-平均充电速率
下充电速率限制=平均充电速率+最大放电速率3
在过程块670处，控制器存取一个或多个充电参数，所述充电参数可包括过程块 660、664和666处设置的调节输出速率，以及在例如过程块642和646处所选择的上充电速率限制和下充电速率限制中的一个或多个。其他充电参数可包括剩余时间(正常调节时间周期)、平均电池充电速率(例如，以千瓦计)、电池的SOC (例如，以百分数计)和电池系统容量(例如，以安培小时计)中的一个或多个。其他充电参数可包括最大电池充电速率、最大电池放电速率、充电效率、上偏差百分数(平均充电速率被允许超出标称比例的百分数)和下偏差百分数(平均充电速率被允许落在标称比例以下的百分数)中的一个或多个。
在过程块674处，通过比较电力分配系统上的电能的当前频率与电力分配系统上的电能的标称频率来确定电力分配系统上的电能的频率偏差。在一个实施方案中，电能的平均频率被计算且被用作标称频率。用于从在电池充电系统位置处所接收的电能的直接测量值获得平均频率信息的一种示例技术是使用有限脉冲响应(FIR)滤波器的递归实施方式。在一个实施方案中，FIR滤波器计算预定时间量(例如，五分钟)内的平均频率。在一些实施方案中，如果系统频率显著超出平均频率或者落到平均频率以下，例如，如果频率超出上面讨论的欠频阈值或过频阈值一固定量或用户选择量(例如，当阈值为60. 5Hz时，测量值为61. 5Hz)，则可重新初始化滤波器。
在过程块680处，控制器将调节输出速率按比例改变为充电器输出速率。如果当前的瞬时频率大于平均频率，则可根据下述关系来实施将当前的频率测量归一化为历史频率
权利要求
1.一种方法，包括 接收代表电力分配系统的一个或多个电气特性的数据； 使用一个计算机处理器，所述计算机处理器基于所述数据来为一个双向充电系统选择充电速率，所述双向充电系统可操作以对一个能量存储设备充电或放电；以及 生成一个调节信号，用于使所述双向充电系统将所述能量存储设备放电，所述调节信号至少部分地基于所选择的充电速率。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述数据包括代表所述电力分配系统的瞬时频率测量值的频率数据。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括从所述频率数据计算一个平均频率。
4.根据权利要求I所述的方法，进一步包括生成一个调节信号，用于使所述双向充电系统为所述能量存储设备充电，所述调节信号至少部分地基于所选择的充电速率。
5.根据权利要求I所述的方法，其中所述数据包括代表所述电力分配系统的瞬时频率和所述电力分配系统的平均频率的频率数据。
6.根据权利要求I所述的方法，其中所述充电速率是负的。
7.根据权利要求I所述的方法，进一步包括接收代表所述能量存储设备的状态的状态数据，其中所述选择至少部分地基于所述状态数据。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述状态数据包括代表所述能量存储设备的充电状态的数据。
9.根据权利要求I所述的方法，进一步包括接收代表预期的最终充电时间的时间数据，其中所述选择至少部分地基于所述时间数据。
10.根据权利要求I所述的方法，进一步包括接收一个上频率参数和一个下频率参数，所述上频率参数限定所述电力分配系统的过频事件，所述下频率参数限定所述电力分配系统的欠频事件，其中所述选择至少部分地基于所述上频率参数和所述下频率参数中的一个或多个。
11.根据权利要求I所述的方法，进一步包括接收代表所述能量存储设备的实际充电或放电速率的数据。
12.根据权利要求I所述的方法，进一步包括响应于所述调节信号来使所述能量存储设备放电，从而将电力传输至所述电力分配系统。
13.根据权利要求I所述的方法，其中所述能量存储设备包括电动车辆或插入式混合电动车辆中的电池。
14.根据权利要求I所述的方法，其中所述能量存储设备包括一个固定电源。
15.根据权利要求I所述的方法，其中所述能量存储设备包括泵送水蓄能器。
16.根据权利要求I所述的方法，其中所述能量存储设备包括一个飞轮。
17.根据权利要求I所述的方法，其中所述能量存储设备包括一个电池辅助的光伏电力系统。
18.根据权利要求I所述的方法，其中所述电力分配系统包括一个交流电源。
19.根据权利要求I所述的方法，其中所述数据包括代表所述电力分配系统的操作电压的电压数据。
20.根据权利要求I所述的方法，其中所述双向充电系统包括一个AC-DC电池充电器和一个DC-AC并网逆变器。
21.根据权利要求I所述的方法，进一步包括将所述充电速率箝位在第一选择的充电速率以下或者第二选择的充电速率以上，其中所述第一选择的充电速率和所述第二选择的充电速率是响应于用于对所述能量存储设备充电的一个预定的或者用户选择的完成时间来选择的。
22.—个或多个非暂时性计算机可读存储介质，存储有计算机可读指令，当一个计算机执行所述计算机可读指令时，使得所述计算机执行根据权利要求I所述的方法。
23.—个或多个非暂时性计算机可读存储介质，存储有计算机可读指令，当一个计算机执行所述计算机可读指令时，使得所述计算机执行一种方法，所述方法包括 接收代表电力分配系统的一个或多个电气特性的数据； 基于所述数据来为一个双向充电系统选择充电速率，所述双向充电系统可操作以使一个能量存储设备放电至所述电力分配系统；以及 生成一个调节信号，用于使所述双向充电系统将所述能量存储设备放电，所述调节信号至少部分地基于所选择的充电速率。
24.根据权利要求23所述的计算机可读存储介质，其中所述数据包括代表所述电力分配系统的瞬时频率的频率数据。
25.根据权利要求24所述的计算机可读存储介质，其中所述选择包括计算所述瞬时频率和先前所接收的瞬时频率数据的平均值之间的差。
26.根据权利要求23所述的计算机可读存储介质，其中所述选择包括 计算先前所接收的代表一个或多个电气特性的数据的平均值； 计算所接收的数据和所述平均值之间的差； 如果所述差指示所述电力分配系统具有过多的能量，则选择为所述能量存储设备充电的充电速率；以及 如果所述差指示所述电力分配系统缺少能量，则选择使所述能量存储设备放电的充电速率。
27.—种系统,包括 一个或多个处理单元； 一个或多个非暂时性计算机可读存储介质，存储有计算机可读指令，当所述处理单元执行所述计算机可读指令时，使用下述模块来确定用于一个双向充电器的充电速率 一个数据输入模块，可操作以接收代表一个电力分配系统的 一个或多个电气特性的数据； 一个逻辑模块，可操作以使用所述数据来确定用于所述双向 充电器的所述充电速率；以及 一个数据输出模块，可操作以发送代表所确定的充电速率的 充电器输出速率数据。
28.根据权利要求27所述的系统，其中所述数据包括代表所述电力分配系统的瞬时频率的频率数据。
29.根据权利要求27所述的系统，其中所述双向充电器的所述充电速率是负的。
30.根据权利要求27所述的系统，其中所述双向充电器的所述充电速率指示所述双向充电器将要放电。
31.根据权利要求27所述的系统，进一步包括所述双向充电器，所述双向充电器被配置为响应于所述充电器输出速率数据来接收来自所述电力分配系统的电力，或者将电力传递至所述电力分配系统。
32.根据权利要求27所述的系统，其中所述充电速率至少部分地基于下列数据中的一个或多个代表所述能量存储设备的状态的状态数据；代表预期的最终充电时间的时间数据；或者，所述能量存储设备的实际充电或放电速率。
33.根据权利要求27所述的系统，其中所述数据输入模块可操作以接收一个上频率参数、一个下频率参数、或者所述上频率参数和所述下频率参数，所述上频率参数限定所述电力分配系统的过频事件，所述下频率参数限定所述电力分配系统的欠频事件，其中所述确定是至少部分地基于所述上频率参数和所述下频率参数中的一个或多个。
34.根据权利要求27所述的系统，进一步包括一个能量存储设备，所述能量存储设备可操作以响应于所述充电器输出速率数据来在所述电力分配系统中生成电力。
35.一种方法,包括 将来自电力分配系统的电力传输至能量存储设备；以及 响应于所测量的所述电力分配系统的瞬时频率，在所述电力分配系统处接收来自所述能量存储设备中的一个或多个的电力，其中所述一个或多个能量存储设备响应于所测量的所述电力分配系统的瞬时频率与所述电力分配系统的平均频率的偏差，来将电力传输至所述电力分配系统。
36.根据权利要求35所述的方法，进一步包括提供一个调节信号，使得所述能量存储设备将电力传输至所述电力分配系统。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述提供由一个充电站来执行。
38.一种方法,包括 监控一个电力分配系统的频率；以及 当所述电力分配系统的频率处于第一频率范围中时，接收来自所述电力分配系统的电力，并且用所接收的电力以一个充电速率为一个能量存储设备充电；以及 当所述电力分配系统的频率处于一个不同于所述第一频率范围的第二频率范围时，以一个放电速率为所述能量存储设备放电，并且将电力从所述能量存储设备传递至所述电力分配系统。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述放电速率是至少部分地基于从所述电力分配 系统的频率所获得的一个平均频率。
40.根据权利要求38所述的方法，其中所述放电速率是基于所述能量存储设备的充电状态。
41.根据权利要求38所述的方法，进一步包括将所述充电速率或所述放电速率箝位在第一选择的充电速率以下或者在第二选择的充电速率以上，其中所述第一选择的充电速率和所述第二选择的充电速率是响应于用于为所述能量存储设备充电的一个预定的完成时间或者用户选择的完成时间来选择的。
42.—个或多个非暂时性计算机可读存储介质，存储有计算机可读指令，当一个计算机执行所述计算机可读指令时，使得所述计算机执行根据权利要求38所述的方法。
43.—种方法,包括 响应于电力分配系统的一个频率且当该频率处于第一频率范围内时，使一个能量存储设备放电；以及 将电力从正在放电的能量存储设备传递至所述电力分配系统。
44.根据权利要求43所述的方法，其中至少部分地响应于从所述电力分配系统的频率所获得的一个平均频率，发生放电。
45.根据权利要求43所述的方法，其中响应于所述能量存储设备的充电状态超出一个预定义值，发生放电。
46.根据权利要求43所述的方法，其中响应于为所述能量存储设备充电的一个预定的完成时间或者用户选择的完成时间，发生放电。
47.一个或多个非暂时性计算机可读存储介质，存储有计算机可读指令，当一个计算机执行所述计算机可读指令时，使得所述计算机执行根据权利要求43所述的方法。
48.一种系统,包括 数据输入装置，可操作以接收代表一个电力分配系统的一个或多个电气特性的数据； 逻辑装置，可操作以使用所述数据来确定用于一个双向充电器的充电速率；以及 一个数据输出模块，可操作以发送代表所确定的充电速率的充电器输出速率数据。
49.根据权利要求48所述的系统，进一步包括与所述数据输出模块耦合的一个双向充电器。
50.根据权利要求49所述的系统，进一步包括耦合至所述双向充电器的能量存储装置。
全文摘要
本文所公开的是用于为连接至电力分配系统的能量存储设备充电和放电的方法、装置和系统的代表性实施方案。在一个示例性实施方案中，控制器监控电力分配系统的电气特性，提供输出至双向充电器，使所述充电器对能量存储设备(例如，插入式混合电动车辆(PHEV)中的电池)充电或放电。当电力分配系统中存在过多电力时(例如，当AC电网的频率超出平均值时)通过增大充电速率，控制器可有助于稳定所述电力分配系统，或者当电力分配系统中缺少电力时(例如，当AC电网的频率在平均值以下时)通过使来自能量存储设备的电力放电来稳定所述电网。
文档编号B60W10/24GK102934319SQ201180027770
公开日2013年2月13日 申请日期2011年4月5日 优先权日2010年4月6日
发明者R·M·普拉特, D·J·哈默斯特伦, M·C·W·金特纳-梅耶, F·K·塔夫纳 申请人:巴特尔纪念研究院