专利名称：储能系统及其控制方法
技术领域：
本发明的实施例的各个方面涉及储能系统及其控制方法。
背景技术：
随着环境恶化和资源枯竭等成为问题，对能够有效利用存储的电力的用于存储电力的储能系统存在更大兴趣。另外，可再生能源(其使用大量供给的天然资源，如太阳能、风能、潮汐能等，并且在电力生成过程中不会导致显著污染)的重要性正在增加。储能系统是用于连接可再生能源、用于存储功率的电池、和现有的电力电网(gridpower)的系统。根据最近环境的变化，针对该系统的许多研究和开发正在进行。
发明内容
本发明的实施例的一些方面涉及储能系统，具体地，涉及使用多个逆变器来更有效地输出功率的储能系统以及该储能系统的控制方法。只使用一个逆变器的储能系统需要具有足以满足系统的功率需求的额定容量的逆变器。例如，根据负载的功率消耗，3千瓦(kW)系统的逆变器在无负载状态下需要能够输出高达3kW。然而，当系统驱动更小负载(诸如能够由输出功率达到IkW的额定逆变器所驱动的负载)时，这将导致较低的效率并且将增加所使用的功率。本发明的其他方面提供了如下的储能系统以及该储能系统的控制方法，S卩，通过提供并联的多个逆变器并且根据负载的功率需求而选择性地驱动所述逆变器，所述储能系统降低系统的功率消耗并且增加系统的逆变器效率。根据本发明的示范性实施例，提供了一种将交流(AC)功率提供给负载的储能系统。该储能系统包括电池，用于提供直流(DC)功率；多个逆变器，用于并联连接在电池和负载之间，以便将DC功率转换为AC功率；以及控制器，用于根据负载的功率需求来选择性地驱动逆变器。储能系统还可以包括位于逆变器和电池之间的相应的多个开关，用于以能够切换的方式将DC功率并联提供到逆变器中的各个逆变器。控制器可以被配置为根据负载的功率需求而选择性地控制逆变器和电池之间的多个开关中的各个开关。控制器可以包括负载信息接收单元，用于接收关于负载的功率需求的信息；以及开关控制器，用于根据接收到的信息来控制用于选择多个逆变器中的相应逆变器的开关。控制器还可以被配置为控制将操作功率提供给逆变器中的所选择的逆变器。
储能系统还可以包括功率测量单元，用于获取负载的功率需求，以及将已获取的负载的功率需求提供给控制器。储能系统还可以包括功率预测单元，用于预测负载的功率需求。控制器可以被配置为通过以下步骤来确定选择性地驱动哪些逆变器S卩，将负载的功率需求与一个或多个阈值相比较；以及根据比较，确定选择性地驱动的逆变器的相应子集。一个或多个阈值中的一个以上的阈值可以小于逆变器的相应子集的额定容量的总和。逆变器可以具有基本相同的额定容量。控制器可以被配置为根据负载的功率需求的增加，增加被选择性地驱动的逆变器的数量。控制器还可以被配置为选择性地驱动满足负载的功率需求的最小数量的逆变器。逆变器可以具有不同的额定容量。控制器可以被配置选择性地驱动逆变器中的、具有满足负载的功率需求的各个额定容量的最低总和的逆变器。逆变器可以是 双向逆变器，用于将来自AC源的AC功率转换为DC功率。根据本发明的另一个示范性实施例，提供了一种控制用于将交流(AC)功率提供给负载的储能系统的方法。该储能系统包括用于提供直流(DC)功率的电池和用于并联连接在电池和负载之间以便将DC功率转换为AC功率的多个逆变器。所述方法包括根据负载的功率需求而选择性地驱动逆变器。储能系统还可以包括位于逆变器和电池之间的相应的多个开关，用于以能够切换的方式将DC功率并联提供到逆变器中的各个逆变器。根据负载的功率需求而选择性地驱动逆变器可以包括根据负载的功率需求而选择性地控制逆变器和电池之间的开关中的各个开关。所述方法还可以包括获取负载的功率需求。获取负载的功率需求可以包括预测负载的功率需求。根据负载的功率需求选择性地驱动逆变器可以包括将负载的功率需求与一个或多个阈值相比较；以及根据比较，确定选择性地驱动的哪些逆变器。逆变器可以具有基本相同的额定容量。根据负载的功率需求选择性地驱动逆变器可以包括根据负载的功率需求的增加，增加被选择性地驱动的逆变器的数量。根据负载的功率需求选择性地驱动逆变器还可以包括选择性地驱动满足负载的功率需求的最小数量的逆变器。逆变器可以具有不同的额定容量。根据负载的功率需求选择性地驱动逆变器可以包括选择性地驱动逆变器中的、具有满足负载的功率需求的各个额定容量的最低总和的逆变器。根据本发明的另一个实施例，提供了用于驱动负载的储能系统。所述系统包括以能够切换的方式并联连接的多个逆变器，用于将DC电压转换为将被提供给负载的AC电压；以及控制器，用于依赖于负载的功率需求而选择性地将多个逆变器中的一个或多个连接到负载。DC电压可以由储能系统中的电池提供，或者由连接到储能系统的功率生成系统提供。
储能系统还可以包括对应于多个逆变器的多个开关，每个开关都被布置为将DC电压连接到多个逆变器中的各个逆变器。控制器可以被布置为控制多个开关。储能系统还可以包括功率测量单元，用于计算负载的功率消耗，并且将已计算的值作为负载的功率需求提供给控制器。储能系统还可以包括功率预测单元，用于预测负载的功率需求。控制器可以被布置为确定哪些逆变器应该被接通，以便提供满足负载的功率需求的功率输出。控制器可以被布置为将负载的功率需求与一个或多个阈值相比较，以便确定哪些逆变器应该被接通。逆变器可以具有基本相同的额定容量。控制器可以被配置为随着负载的功率需求的增加，增加逆变器的数量。逆变器可以具有不同的额定容量。控制器可以被配置为选择额定容量的总和是满足负载的功率需求的最低总和的逆变器。控制器可以包括负载信息接收单元，用于接收关于负载的功率需求的信息；以及开关控制器，用于基于接收到的信息来控制连接到逆变器中的各个逆变器的多个开关的接通/断开操作，以便选择多个逆变器中的至少一个。储能系统还可以包括连接到功率生成系统的DC链路单元，以便保持由功率生成系统提供的DC电压的电平。多个开关可以连接在逆变器和DC链路单元之间。根据本发明的另一个实施例，提供了控制储能系统的方法。所述方法包括依赖于负载的功率需求，将多个逆变器中的一个或多个选择性地连接到负载。
附图连同说明书示出了本发明的示范性实施例，而且附图连同说明书用于解释本发明的方面和原理。图1是示出根据本发明的示范性实施例的储能系统的配置的框图。图2是示意性地示出图1中所示的控制器的配置的框图。图3是示出根据本发明的示范性实施例的、图1的储能系统的控制方法的流程图。
具体实施例方式在下面的详细描述中，只是简单地以说明的方式示出和描述了本发明的某些示范性实施例。如本领域技术人员将认识到的，所描述的实施例可以以各种不同的方式进行修改，而均不脱离本发明的精神或范围。因此，附图和说明书将被视为在本质上是说明性的，而不是限制性的。此外，当一个元件被称为另一元件“上”时，它可以直接在该另一元件上，或间接在该另一元件上且在它们之间插入一个或多个中间元件。另外，当一个元件被称为“连接到”另一元件时，它可以直接连接到该另一元件，或间接地连接到该另一元件且在它们之间插入一个或多个中间元件。在下文中，相同的标号指代相同的元件。在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示范性实施例。在说明书中，术语负载的“功率需求”不仅涉及实际的功率需求(例如，目前正在使用的功率量)，而且还涉及取决于各种因素(诸如历史数据，构成负载的特定电器、已知的最大功率需求等)的预测的、预计的、计算等等的功率需求。
图1是示出根据本发明的示范性实施例的储能系统I的配置的框图。图2是示意性地示出图1中所示的控制器80的配置的框图。然而，每个配置的部件不限于所示的那些部件。在其他实施例中，部件可以以本领域普通技术人员理解的范围内的各种方式变化改变。参照图1，储能系统I连接到功率生成系统2和电网(grid) 3，以便向负载4提供功率。功率(或能量)生成系统2是使用能源(诸如可再生能源)产生功率的系统。功率生成系统2将产生的功率提供给储能系统I。功率生成系统2是，例如，光伏发电系统、风力发电系统、或潮汐发电系统，并且可以包括使用可再生能源(例如，阳光、风、潮汐、太阳能热或地热)产生功率的整个功率生成系统。特别是，通过使用太阳能产生电能的太阳能电池容易安装在家庭或工厂等中，并因此适合用于被配置为单个家庭使用的储能系统I的实施例。功率生成系统2可以包括并联耦接的多个功率生成模块，以便通过利用功率生成模块中的一些或全部而并联产生功率，从而形成高容量的能量系统。电网3可以包括发电厂、变电站、电力线等。当电网3处于正常状态时，电网3将功率提供给储能系统I或负载4，并接收从储能系统I提供的功率。当电网3处于异常状态时，停止从电网3向储能系统I或负载4提供功率，并且也停止从储能系统I向电网3提供功率。负载4消耗从功率生成系统2产生的功率、存储在电池40中的功率、或从电网3提供的功率。例如，负载4可以是家庭、工厂等。储能系统I将功率生成系统2中生成的功率存储到电池40中，而且可以将生成的功率传输到电网3中。另外，储能系统I将存储在电池40中的功率传输到电网3，或者可以将从电网3提供的功率传输到电池40中。另外，在异常状态下，例如，当电网3的电力断供(power outage)被触发时,储能系统I可以通过执行UPS (不间断电源)操作而向负载4提供功率。此外，当电网3处于正常状态时，储能系统I可以向负载4提供由功率生成系统2生成的功率，或存储在电池40中的功率。储能系统I包括功率转换器10、DC链路单元20、逆变器30、电池40，BMS(batterymanagement system,电池管理系统)41、转换器50、电网连接器60、功率测量单元70、功率预测单元74、和控制器80。例如，逆变器30和转换器50可以分别实现为双向逆变器30和双向转换器50。例如，图1所示的实施例包括双向逆变器30和双向转换器50。另外，本发明的实施例可以包括并联连接的多个双向逆变器31至33，以及位于双向逆变器31至33中的各个双向逆变器与DC链路单元20之间的多个开关91至93。虽然在图1的实施例中，双向逆变器由第一至第三双向逆变器31、32、和33实现，但是这仅仅是本发明的实施例的代表。本发明的其他实施例不限于此。功率转换器10被连接在功率生成系统2和第一节点NI之间，并且将由功率生成系统2产生的功率转换为第一节点NI的DC电压。功率转换器10的操作根据功率生成系统2所生成的功率改变。例如，当功率生成系统2生成AC电压时，功率转换器10将AC电压变换为第一节点NI的DC电压。另外，当功率生成系统2生成DC电压时，功率转换器10可以将DC电压增压或降低为第一节点NI的DC电压。例如，当功率生成系统2是光伏发电系统时，功率转换器10可以是MPPTUaximumpower point tracking,最大功率点跟踪)转换器,其用于根据由阳光引起的太阳能通量(solar flux)变化或由太阳能热引起的温度变化来检测最大功率点，并且用于产生功率。此外，功率转换器10可以使用各种类型的转换器或整流器。DC链路单元20被连接在第一节点NI和双向逆变器30之间，以便固定地(regularly)保持第一节点NI的直流链路电压Vlink。例如，由于功率生成系统2或电网的瞬时压降，或在负载4处峰值负载生成等，第一节点NI的电压电平可以是不稳定的。然而，第一节点NI的电压应该被固定地保持，以便稳定地操作双向逆变器30和双向转换器50。为此，DC链路单元20可以使用电容器，例如，铝电解电容器、高电压聚合物电容器、高电压、和电流 MLCC (mutli layer ceramic capatitor,多层陶瓷电容器)等。电池40接收并存储由功率生成系统2产生的功率、或电网3的功率，并将存储的功率提供给负载4或电网3。电池40被配置成包括至少一个电池单元，而且每个电池单元可以包括多个裸电池单元(bare cell)。电池40可以由各种类型的电池单元，例如，镍-镉电池、铅蓄电池、NiMH (镍氢)电池、锂离子电池、锂聚合物电池等来实现。电池40的配置(例如，电池单元和裸电池电池的数量和布置)可以根据储能系统I所要求的功率容量、设计条件等而改变。例如，当负载4的功率消耗大时，有可能提供多个电池单元作为电池40，而且当负载4的功率消耗小时，有可能提供单个电池单元作为电池40。BMS 41被连接到电池40，并且根据控制器80控制电池40的充电和放电操作。BMS41也执行过充电保护功能、过放电保护功能、过电流保护功能、过电压保护功能、过热保护功能、电池平衡功能等，以便保护和管理电池40。为此，BMS 41监控电池40的电压、电流、温度、剩余功率量、寿命、充电状态等，并且可以将相关信息发送到控制器80。虽然在图1的实施例中，BMS41和电池40被示为单独的部件，但是在其它实施例中，BMS 41与电池40结
八
口 ο双向转换器50将从电池40输出的功率的电压DC-DC转换为所需的电压电平，即，由双向逆变器30所使用的直流链路电压Vlink。此外，双向转换器50将通过第一节点NI引入的充电功率DC-DC转换为由电池40所使用的电压电平。这里，充电功率是，例如，能量生成系统2所产生的功率或来自电网3通过双向逆变器30提供的功率。双向逆变器30是形成在第一节点NI和第二节点N2之间的功率转换器，第二节点N2被连接到负载4或功率网连接器60。双向逆变器30将从能量生成系统2或电池40输出的直流链路电压Vlink转换为电网3的交流电压，并将其输出。此外，双向逆变器30整流电网3的交流电压，并且将经整流的交流电压转换为直流链路电压Vlink，并输出该直流链路电压Vl ink，以便将电网3的功率存储在电池40中。双向逆变器30可以包括用于从输出到电网3的交流电压除去谐波的过滤器，以及用于使从双向逆变器30输出的交流电压的相位与电网3的交流电压的相位同步以便抑制无功功率的生成的PLL (锁相环)电路。此夕卜，双向逆变器30可以执行诸如电压波动范围限制、功率因数校正、直流成分去除、瞬变现象 呆护(transient phenomena protection)等白勺功倉泛。特别是，本发明的实施例包括并联连接的多个双向逆变器， 诸如，双向逆变器31至33，以及形成在双向逆变器31至33中的各个双向逆变器与DC链路单元20之间的相应的多个开关91至93。这与下述的储能系统相反，所述储能系统配置有用于根据最大容量来限制和输出电流的单个双向逆变器，并且因此在负载的功率消耗小时逆变效率降低，并且系统设备所使用的电量增加。因此，本发明的实施例利用并联连接的多个双向逆变器实现，而不是使用单个双向逆变器实现。这些双向逆变器系统中的每一个都可以以比单个双向逆变器具有明显更少的容量来定标，但是它们一起具有的组合容量与单个双向逆变器的容量相当。此外，本发明的实施例根据负载4的功率消耗或功率需求而选择性地驱动逆变器(例如，双向逆变器31、32和33)，以便使每个所选的逆变器的输出达到其最大值。通过最大限度地使用每个所选的逆变器的输出，并通过根据负载改变系统的功率消耗来降低整个系统的功率消耗，这实现了高效率。在这里，双向逆变器31、32和33以及开关91、92和93中的每一个都由控制器80控制。为了便于说明，在下文中，负载4的最大功率消耗将被设置为3千瓦。此外，例如，将假设有三个双向逆变器和对应的开关，但是本发明的实施例不限于此。电网连接器60被连接在电网3与双向逆变器30之间。当电网3处于异常状态时，电网连接器60在控制器80的控制下阻断储能系统I与电网3的连接。电网连接器60可以由诸如结型晶体管(BJT)、场效应型晶体管(FET)等的开关元件形成。尽管未示出，但是开关还可以被连接在双向逆变器30与负载4之间。此外，开关可以串联连接到电网连接器60，并且在控制器80的控制下阻断功率流入负载4。例如，开关是使用结型晶体管(BJT)、场效应型晶体管(FET)等形成的。功率测量单元70测量负载量，也就是说，负载4的功率消耗。例如，功率测量单元70包括用于测量施加到负载4的电压的电压测量单元71，和用于测量将被提供给负载4的电流的电流测量单元72。功率测量单元70可以通过将测量到的电压值与电流值相乘来计算负载4的功率消耗。此时，测量到的电压值和电流值被发送到控制器80。代替这些值，或者除了这些值，可以将负载量(即，由功率测量单元70计算出的负载4的功率消耗)发送到控制器80。也就是说，可以在功率测量单元70或控制器80中执行负载4的负载量的计算。另外，功率预测单元74还可以被包括作为储能系统I的一部分，其中，功率预测单元74预测负载量或负载需求，即，负载4的功率消耗或功率需求。例如，功率预测单元74可以将负载4的功率消耗数据(例如，过去的一年的负载功率消耗数据)存储为查找表，并且可以基于该功率消耗数据来预测负载4的功率消耗或功率需求。当预测能量需求(demand)时，功率预测单元可能希望能提供缓冲(cushion),例如，预测值的额外的10%或20%,以便在正常预测量之外考虑负载需求中可能的变化。在图1中，功率测量单元70和功率预测单元74被单独配置，但是也可以将功率测量单元70和功率预测单元74结合在一起。例如，智能仪表可以实现功率测量单元和功率预测单元两者的操作。总之，图1的储能系统I的特征在于，按照由功率测量单元70测量的负载的已测量的负载量，或者按照由功率预测单元74计算的负载的估计负载量(也就是说，负载的功率需求)，从而选择性地驱动逆变器31、32和33。控制器80监控功率生成系统2、电网3、电池40、和负载4的状态。控制器也可以根据监控的结果来控制，例如，功率转换器10、DC链路单元20、双向逆变器30 (及其开关91、92和93)、81^ 41、双向转换器50、和电网连接器60。另外，控制器80接收由功率测量单元70测量的负载4的负载量，或者接收负载的电压值和电流值，并且通过将电压值与电流值相乘来计算负载4的负载量。此外，控制器80可以接收由功率预测单元74计算的负载4的估计负载量。例如，在图1和图2的实施例中，控制器80包括负载信息接收单元82，其用于接收负载的电压值和电流值，或者用于接收负载4的功率消耗或功率需求。即，控制器80可以接收负载量的值来作为由功率测量单元70测量的负载4的负载信息，或者接收由功率预测单元74计算的负载4的估计负载量。控制器80还包括开关控制器84，用于控制连接到双向逆变器31、32和33中的各个双向逆变器的多个开关91、92和93的操作，以便基于接收到的负载信息来选择并联提供的多个双向逆变器31、32和33中的至少一个双向逆变器。因此，根据本发明的实施例的控制器80根据负载4的负载信息，来控制并联连接的多个第一至第三双向逆变器31、32和33的操作，并且控制对应于双向逆变器31、32和33提供的第一至第三开关91、92和93，以便选择性地驱动双向逆变器31、32和33。多个双向逆变器31、32和33都可以具有相同的额定容量，或者可以具有彼此不同的额定容量(例如，每一个逆变器都可以具有不同的额定容量，或者一些逆变器可以共享一个额定容量而其他变频器共享不同的额定容量)。首先，将考虑具有相同额定容量(例如，I千瓦)的多个双向逆变器30的操作。有关这些操作的具体控制方法将在下面参照图3描述。例如，如果负载4的功率需求(S卩，负载的测量负载量或估计负载量)低于I千瓦，则开关(即，第一开关91)被接通，而且第二开关92和第三开关93被断开。也就是说，连接到第一开关91的第一双向逆变器31被驱动，而且连接到第二开关92和第三开关93的第二双向逆变器32和第三双向逆变器33不操作。另外，如果负载4的功率需求大于I千瓦且小于2千瓦，则两个开关(即，第一开关91和第二开关92)被接通，而第三开关93被断开。也就是说，连接到第一开关91和第二开关92的第一双向逆变器31和第二双向逆变器32被驱动，而且连接到第三开关93的第三双向逆变器33不操作。最后，如果负载4的功率需求大于2千瓦，则所有开关(即，第一开关91、第二开关92和第三开关93)被接通，而且连接到第一开关91、第二开关92和第三开关93的第一双向逆变器31、第二双向逆变器32和第三双向逆变器33都被驱动。与使用单个(相对高的容量)的双向逆变器相比，通过根据需要最大限度地使用尽可能少的双向逆变器(每一个双向逆变器都具有相对小的容量)的输出，从而实现高效率。即，为了克服使用明显低于其额定容量的单个逆变器的效率下降，可以使用在具有较低额定容量的多个逆变器中所选择的逆变器，因此当与单个大容量逆变器一样驱动相同的负载时，遭受更少的效率损失。进一步扩展上述构思，如果所有双向逆变器31、32和33的额定容量是相同的，例如，上面例子中的I千瓦，而且如果负载4的功率需求略大于I千瓦或小于O. 3千瓦，则缺点是逆变器的效率有所下降。也就是说，在第一种情况下，需要两个逆变器，组合容量为2千瓦，但是负载只有组合容量的一半多一点。在第二种情况下，只需要单个逆变器，但是单个逆变器仅以小于其额定容量的30%而被驱动。因此，在本发明的另一个实施例中，这样的缺点可以通过将双向逆变器的额定容量设置为彼此不同来克服。也就是说，考虑一个例子，将第一双向逆变器31的额定容量设置为O. 5千瓦，将第二双向逆变器32的额定容量设置为I千瓦，并且将第三双向逆变器33的额定容量设置为2千瓦。额定容量的这种组合允许选择性地驱动与很宽范围的负载的负载量相对应的多个逆变器，因此，减轻或最小化逆变器的效率下降。例如，对于略大于I千瓦的负载，可以驱动第一双向逆变器31和第二双向逆变器32这二者，其组合容量为1. 5千瓦，而不是所有逆变器都具有相同额定容量时需要的2千瓦。同样地，对于小于O. 3千瓦的负载，只有第一双向逆变器31被驱动，它的O. 5千瓦的容量远小于所有逆变器都具有相同额定容量时的I千瓦的容量。更详细地，如果负载4的功率需求(S卩，负载的测量负载量或估计负载量)低于O. 5千瓦，则第一开关91接通，而且第二开关92和第三开关93断开。也就是说，连接到第一开关91的第一双向逆变器31被驱动，而且连接到第二开关92和第三开关93的第二双向逆变器32和第三双向逆变器33不被驱动。另外，如果负载4的功率需求高于O. 5千瓦且低于I千瓦，则第二开关92接通，而且第一开关91和第三开关93断开。也就是说，连接到第二开关92的第二双向逆变器32被驱动，而且连接到第一开关91和第三开关93的第一双向逆变器31和第三双向逆变器33不被驱动。以类似的方式，如果负载4的功率需求高于I千瓦且低于1. 5千瓦，则在第一开关91和第二开关92接通，而且第三开关93断开。也就是说，连接到第一开关91和第二开关92的第一双向逆变器31和第二双向逆变器32被驱动，而且连接到第三开关93的第三双向逆变器33不被驱动。另外，如果负载4的功率需求高于1. 5千瓦且低于2千瓦，则第三开关93接通，而且第一开关91和第二开关92断开。也就是说，连接到第三开关93的第三双向逆变器33被驱动，而 且连接到第一开关91和第二开关92的第一双向逆变器31和第二双向逆变器32不被驱动。 继续利用这种方法，如果负载4的功率需求高于2千瓦且低于2. 5千瓦，则第一开关91和第三开关93接通，而且第二开关92断开。也就是说，连接到第一开关91和第三开关93的第一双向逆变器31和第三双向逆变器33被驱动，而且连接到第二开关92的第二双向逆变器32不被驱动。另外，如果负载4的功率需求高于2. 5千瓦且低于3千瓦，则第二开关92和第三开关93接通，而且第一开关91断开。也就是说，连接到第二开关92和第三开关93的第二双向逆变器32和第三双向逆变器33被驱动，而且连接到第一开关91的第一双向逆变器31不被驱动。最后，如果负载4的功率需求高于3千瓦，则所有开关(S卩，第一开关91、第二开关92和第三开关93)被接通，而且连接到第一开关91、第二开关92和第三开关93的第一双向逆变器31、第二双向逆变器32和第三双向逆变器33都被驱动。如上所述，在本发明的实施例中，系统的功率消耗可以根据负载的功率需求而变化。因此，与采用单个高容量逆变器的系统相比，能够实现系统功率消耗的改进。作为例子，当考虑与系统热量有关的系统功率消耗时，P (热)=12 (电流)XR (电阻)。即，当电流量加倍并且电阻保持不变时，系统热量值变为四倍。因此，在逆变器所用电阻相同的情况下，使用单个逆变器时的系统热量值变为使用三个逆变器时的系统热量值的3倍。因此，使用三个较低容量的逆变器会导致将产生的热量明显更少。因此，当使用类似本发明的上述实施例中的多个逆变器时，减少了发热值(heating value),从而可以降低用于减小发热(heating reduction)的措施(例如,提供散热器)的成本。控制器80监控功率生成系统2、电网3、电池40、和负载4的状态，并且还控制BMS
41、双向逆变器30、双向转换器50、和电网连接器60，但是为了便于说明，省略了它们的详细描述。图3是示出根据本发明的示范性实施例的、图1的储能系统I的控制方法的流程图，其中，例如，双向逆变器31、32和33的额定容量是相同的，诸如I千瓦。参照图1至图3，首先，功率测量单元70测量被施加到负载4的电压以及被提供给负载4的电流，或者功率预测单元74预测负载量，即，负载4的功率消耗或功率需求。另外，功率测量单元70可以通过将测量到的电压值与电流值中的每一个相乘来计算负载4的负载量。此时，测量的电压值和电流值被发送到控制器80，或者负载4的负载量被计算，并且计算出的值可以被发送到控制器80。也就是说，负载4的负载量的计算可以由功率测量单元70或控制器80执行。更完整地说明，由功率测量单元70测量的负载4的负载量，或者负载4的功率需求(诸如，由功率预测单元74预测的负载4的估计负载量)被计算(S100)。接下来，计算的负载的功率需求被发送到控制器80 (S110)。也就是说，控制器80接收由功率测量单元70测量的负载4的负载量和/或由功率预测单元74预测的用于负载4的估计负载量的信息。此时，控制器80将负载4的功率需求与基准值进行比较(S120)，并且基于比较值来控制并联连接的多个第一至第三双向逆变器31、32和33的操作。此外，通过控制器设置对应于双向逆变器中的各个双向逆变器而提供的第一至第三开关91、92和93(S130)，以便选择性地驱动双向逆变器(S140 )。参考值被设置为小于双向逆变器的额定容量。例如，如果负载4的功率需求低于第一参考值(例如，900瓦)(S121)，则开关(B卩，第一开关91)被接通，而且第二开关92和第三开关93被断开。也就是说，连接到第一开关91的第一双向逆变器31被驱动，而且连接到第二开关92和第三开关93的第二双向逆变器32和第三双向逆变器33不操作(S141)。另外，如果负载4的功率需求大于第一参考值且小于第二参考值(例如，1800瓦)(S122)，则两个开关(即，第一开关91和第二开关92)被接通，而第三开关93被断开(S132)。也就是说，连接到第一开关91和第二开关92的第一双向逆变器31和第二双向逆变器32被驱动，而且连接到第三开关93的第三双向逆变器33不被驱动(S142)。最后，如果负载4的功率需求大于第二参考值(S123)，则所有开关(S卩，第一开关91、第二开关92和第三开关93)被接通(S133)，而且连接到第一开关91、第二开关92和第三开关93的第一双向逆变器31、第二双向逆变器32和第三双向逆变器33都被驱动(S143)。如上所述，与使用具有大容量的单个双向逆变器相比，通过允许根据负载改变功率消耗并因此降低系统功率消耗量，多个双向逆变器(每一个双向逆变器都具有小容量)的输出可以实现高系统效率。本发明的实施例提供了多个逆变器并且允许根据负载的功率需求选择性地驱动并联连接的多个逆变器，从而通过更好地使用每个额定输出来实现高效率，并且通过根据负载改变系统的功率消耗来降低整个系统的功率消耗。虽然已经连同一些示范性实施例描述了本发明，但是要理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖包括在所附权利要求及其等同的精神和范围内的各种修改及其等同布置。
权利要求
1.一种将交流(AC)功率提供给负载的储能系统，所述储能系统包括电池，用于提供直流(DC)功率；多个逆变器，用于并联连接在所述电池和所述负载之间，以便将DC功率转换为AC功率；以及控制器，用于根据所述负载的功率需求而选择性地驱动所述逆变器。
2.如权利要求1所述的储能系统，还包括位于所述逆变器和所述电池之间的相应的多个开关，用于以能够切换的方式将DC功率并联提供到所述逆变器中的各个逆变器，其中， 所述控制器被配置为根据所述负载的功率需求而选择性地控制所述逆变器和所述电池之间的所述开关中的各个开关。
3.如权利要求2所述的储能系统，其中，所述控制器包括负载信息接收单元，用于接收关于所述负载的功率需求的信息；以及开关控制器，用于根据接收到的信息来控制用于选择所述逆变器中的相应逆变器的开关。
4.如权利要求3所述的储能系统，其中，所述控制器还被配置为控制将操作功率提供给所述逆变器中的所选择的逆变器。
5.如权利要求1所述的储能系统，还包括功率测量单元，用于获取所述负载的功率需求，以及将获取的负载的功率需求提供给所述控制器。
6.如权利要求1所述的储能系统，还包括功率预测单元，用于预测所述负载的功率需求。
7.如权利要求1所述的储能系统，其中，所述控制器被配置为通过以下步骤确定选择性地驱动哪些逆变器将所述负载的功率需求与一个或多个阈值相比较；以及根据所述比较，确定选择性地驱动的所述逆变器的相应子集。
8.如权利要求7所述的储能系统，其中，所述一个或多个阈值中的一个以上的阈值小于所述逆变器的相应子集的额定容量的总和。
9.如权利要求1所述的储能系统，其中，所述逆变器具有相同的额定容量，以及所述控制器被配置为根据所述负载的功率需求的增加，增加被选择性地驱动的逆变器的数量。
10.如权利要求9所述的储能系统，其中，所述控制器还被配置为选择性地驱动满足所述负载的功率需求的最小数量的逆变器。
11.如权利要求1所述的储能系统，其中，所述逆变器具有不同的额定容量，以及所述控制器被配置选择性地驱动所述逆变器中的、具有满足所述负载的功率需求的各个额定容量的最低总和的逆变器。
12.如权利要求1所述的储能系统，其中，所述逆变器是双向逆变器，用于将来自AC源的AC功率转换为DC功率。
13.一种用于控制将交流(AC)功率提供给负载的储能系统的方法，所述储能系统包括用于提供直流(DC)功率的电池和用于并联连接在所述电池和所述负载之间以便将DC功率转换为AC功率的多个逆变器，所述方法包括根据所述负载的功率需求来选择性地驱动所述逆变器。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述储能系统还包括位于所述逆变器和所述电池之间的相应的多个开关，用于以能够切换的方式将DC功率并联提供到所述逆变器中的各个逆变器，以及根据所述负载的功率需求而选择性地驱动所述逆变器包括根据所述负载的功率需求而选择性地控制所述逆变器和所述电池之间的所述开关中的各个开关。
15.如权利要求13所述的方法，还包括获取所述负载的功率需求。
16.如权利要求15所述的方法，其中，获取所述负载的功率需求包括预测所述负载的功率需求。
17.如权利要求13所述的方法，其中，根据所述负载的功率需求选择性地驱动所述逆变器包括将所述负载的功率需求与一个或多个阈值相比较；以及根据所述比较，确定选择性地驱动哪些逆变器。
18.如权利要求13所述的方法，其中，所述逆变器具有相同的额定容量，以及根据所述负载的功率需求而选择性地驱动所述逆变器包括根据所述负载的功率需求的增加，增加被选择性地驱动的逆变器的数量。
19.如权利要求18所述的方法，其中，根据所述负载的功率需求而选择性地驱动所述逆变器还包括选择性地驱动满足所述负载的功率需求的最小数量的逆变器。
20.如权利要求13所述的方法，其中，所述逆变器具有不同的额定容量，以及根据所述负载的功率需求而选择性地驱动所述逆变器包括选择性地驱动所述逆变器中的、具有满足所述负载的功率需求的各个额定容量的最低总和的逆变器。
全文摘要
提供了储能系统以及该储能系统的控制方法。通过提供并联的多个逆变器，并且根据负载的功率需求选择性地驱动逆变器中的一个或几个，储能系统降低功率消耗并且增加逆变器效率。储能系统将交流(AC)功率提供给负载。储能系统包括电池，用于提供直流(DC)功率；多个逆变器，用于并联连接在电池和负载之间，以便将DC功率转换为AC功率；以及控制器，用于根据负载的功率需求而选择性地驱动逆变器。
文档编号H02J3/28GK103036243SQ20121038243
公开日2013年4月10日 申请日期2012年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者朴钟镐 申请人:三星Sdi株式会社