專利名稱：基于電網(wǎng)頻率的用于能量存儲(chǔ)設(shè)備的電網(wǎng)調(diào)節(jié)服務(wù)的制作方法
基于電網(wǎng)頻率的用于能量存儲(chǔ)設(shè)備的電網(wǎng)調(diào)節(jié)服務(wù)
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求于2010年4月6日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/755, 260的優(yōu)先權(quán)和利益，該美國(guó)專利申請(qǐng)以全文引用方式納入本文。
政府權(quán)利聲明
根據(jù)美國(guó)能源部授予的編號(hào)為DE-AC05-76RL01830的合同，在政府支持下做出本發(fā)明。政府享有本發(fā)明的某些權(quán)利。技術(shù)領(lǐng)域
本公開內(nèi)容涉及電網(wǎng)(power grid)調(diào)節(jié)、電池充電控制方法、電動(dòng)車輛充電系統(tǒng)、 電池充電裝置和可再充電的電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電力網(wǎng)(electric power grid)(或者電力分配系統(tǒng))要求系統(tǒng)的能量輸入匹配系統(tǒng)的能量輸出。為了平衡這種能量要求并且維持電網(wǎng)穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)服務(wù)被使用。通常通過調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出來提供這些調(diào)節(jié)服務(wù)，以滿足能量需求。也可調(diào)整電力分配系統(tǒng)上的負(fù)載使其使用更多或更少的能量來滿足該需求。此外，在“斷網(wǎng)”或者微電網(wǎng)情況下(其中通過可再生的發(fā)電源例如風(fēng)能或太陽能來支持相對(duì)小的系統(tǒng))，調(diào)節(jié)服務(wù)可提供平衡能力，從而有助于即使在小規(guī)模情況下也能確保穩(wěn)定性。
隨著間歇式的可再生資源的進(jìn)一步增加，將需要更多的調(diào)節(jié)服務(wù)來抵消發(fā)電過程中的變化。因此，需要用于提供可靠、低成本的調(diào)節(jié)服務(wù)的改進(jìn)的方法、系統(tǒng)和裝置。發(fā)明內(nèi)容
所公開的技術(shù)的示例性實(shí)施方案使用能量存儲(chǔ)設(shè)備向電力網(wǎng)提供了一種“上調(diào)和下調(diào)的服務(wù)”。所述能量存儲(chǔ)設(shè)備可以是但不限于電動(dòng)車輛或插入式混合電動(dòng)車輛(PHEV) 中的能量存儲(chǔ)設(shè)備，或者固定能量存儲(chǔ)設(shè)備例如電池，或者包括電池的光伏系統(tǒng)。調(diào)節(jié)服務(wù)允許能量存儲(chǔ)設(shè)備在全放電(發(fā)電)狀態(tài)和全充電(消耗)狀態(tài)之間改變其對(duì)電網(wǎng)的貢獻(xiàn)。用于該調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)可包括例如交流(AC)電源的頻率測(cè)量值。例如，可使用調(diào)節(jié)信號(hào)和關(guān)于施加給負(fù)載設(shè)備上的任何約束條件的信息(例如，預(yù)期的完成時(shí)間或最大設(shè)備容量)來調(diào)整存在于該系統(tǒng)上的實(shí)際負(fù)載量。
在所公開的技術(shù)的某些實(shí)施方案中，控制器將電網(wǎng)AC頻率用作直接調(diào)節(jié)信號(hào)或者用作調(diào)節(jié)信號(hào)的基礎(chǔ)，以操作能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。通過使用所測(cè)量的信號(hào)而非中央控制信號(hào)來調(diào)節(jié)進(jìn)入能量存儲(chǔ)系統(tǒng)或者離開能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量，在非常低的設(shè)施要求的情況下， 能量存儲(chǔ)系統(tǒng)就可有效地結(jié)合到電力網(wǎng)中。因此，可通過電網(wǎng)自身的狀況來直接控制能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的輸出，而非通過中央集合管理機(jī)構(gòu)(authority)或公用事業(yè)公司(utility)來控制能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的輸出。因此，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)不要求來自電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的通信。實(shí)施所公開的技術(shù)的實(shí)施方案的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)將不僅為電網(wǎng)的總體健康提供益處，而且通過消除對(duì)于中央集合體以及所述集合體所需的通信要求的需要，以成本節(jié)約方式提供了益處。此外， 將經(jīng)過調(diào)節(jié)的電力提供回到電網(wǎng)中的能力可有助于穩(wěn)定電網(wǎng)。并非在低頻率周期中簡(jiǎn)單地?cái)嚅_能量存儲(chǔ)設(shè)備，而是能量存儲(chǔ)設(shè)備可將能量注回到電網(wǎng)中。這可有助于減輕在系統(tǒng)中其他地方的發(fā)電不足，并且阻止系統(tǒng)進(jìn)一步變到不平衡狀態(tài)中。
本文所公開的一個(gè)示例性實(shí)施方案是一種方法，該方法包括接收代表電力分配系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電氣特性的數(shù)據(jù)；基于所述數(shù)據(jù)選擇用于一個(gè)雙向充電系統(tǒng)的充電速率，所述雙向充電系統(tǒng)可操作以對(duì)能量存儲(chǔ)設(shè)備充電或放電；以及，生成一個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)，使所述雙向充電系統(tǒng)對(duì)所述能量存儲(chǔ)設(shè)備放電，所述調(diào)節(jié)信號(hào)至少部分地基于所選擇的充電速率。在一些實(shí)施例中，所接收的數(shù)據(jù)包括代表所述電力分配系統(tǒng)的瞬時(shí)頻率測(cè)量值的頻率數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括生成用于使所述雙向充電系統(tǒng)為所述能量存儲(chǔ)設(shè)備充電的調(diào)節(jié)信號(hào)，所述調(diào)節(jié)信號(hào)至少部分地基于所選擇的充電速率。在一些實(shí)施例中，所述選擇至少部分地基于所述能量存儲(chǔ)設(shè)備的實(shí)際充電或放電速率?？尚械哪芰看鎯?chǔ)設(shè)備包括電動(dòng)車輛、插入式混合電動(dòng)車輛、固定電源、泵送水蓄能器(pumped water storage)、飛輪和電池輔助的(battery-supplemented)光伏電力系統(tǒng)。雙向充電系統(tǒng)的實(shí)施例包括與DC-AC并網(wǎng)逆變器耦合的AC-DC電池充電器。
本文所公開的另一示例性實(shí)施方案是一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可讀指令，當(dāng)一個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可讀指令時(shí)，使得所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行一種方法， 所述方法包括接收代表電力分配系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電氣特性的數(shù)據(jù)；基于所述數(shù)據(jù)選擇用于一個(gè)雙向充電系統(tǒng)的充電速率，所述雙向充電系統(tǒng)可操作以使得能量存儲(chǔ)設(shè)備向所述電力分配系統(tǒng)放電；以及，生成一個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)，用于使所述雙向充電系統(tǒng)將所述能量存儲(chǔ)設(shè)備放電，所述調(diào)節(jié)信號(hào)至少部分地基于所選擇的充電速率。在一些實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)包括代表所述電力分配系統(tǒng)的瞬時(shí)頻率的頻率數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，所述選擇包括計(jì)算先前所接收的瞬時(shí)頻率數(shù)據(jù)的平均值和所述瞬時(shí)頻率之間的差。
本文所公開的另一示例性實(shí)施方案是一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)處理單元；一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可讀指令，當(dāng)所述處理單元執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可讀指令時(shí)，使用下述裝置來確定用于一個(gè)雙向充電器的充電速率一個(gè)數(shù)據(jù)輸入模塊，可操作以接收代表電力分配系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電氣特性的數(shù)據(jù)；一個(gè)邏輯模塊，可操作以使用所述數(shù)據(jù)來確定用于所述雙向充電器的充電速率；以及，一個(gè)數(shù)據(jù)輸出模塊，可操作以發(fā)送代表所確定的充電速率的充電器輸出速率數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)包括代表所述電力分配系統(tǒng)的瞬時(shí)頻率的頻率數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，所述雙向充電器的充電速率可指示所述雙向充電器將要放電還是將要充電。在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)包括一個(gè)雙向充電器，該雙向充電器被配置為響應(yīng)于所述充電器輸出速率數(shù)據(jù)來接收來自所述電力分配系統(tǒng)的電力，或者將電力傳遞至所述電力分配系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)包括一個(gè)能量存儲(chǔ)設(shè)備，該能量存儲(chǔ)設(shè)備可操作以響應(yīng)于所述充電器輸出速率數(shù)據(jù)而在所述電力分配系統(tǒng)中產(chǎn)生電力。
本文所公開的另一示例性實(shí)施方案是一種方法，所述方法包括將電力從電力分配系統(tǒng)傳輸至能量存儲(chǔ)設(shè)備，以及響應(yīng)于所測(cè)量的所述電力分配系統(tǒng)的瞬時(shí)頻率，在所述電力分配系統(tǒng)處接收來自所述能量存儲(chǔ)設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)的電力，其中所述一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)設(shè)備響應(yīng)于所測(cè)量的所述電力分配系統(tǒng)的瞬時(shí)頻率與所述電力分配系統(tǒng)的平均頻率的差，將電力傳輸至所述電力分配系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括提供一個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)，使得所述能量存儲(chǔ)設(shè)備將所述電力傳輸至所述電力分配系統(tǒng)，其中所述提供由電動(dòng)車輛充電站執(zhí)行。
本文所公開的另一示例性實(shí)施方案是一種方法，所述方法包括監(jiān)控電力分配系統(tǒng)的頻率；以及，當(dāng)所述電力分配系統(tǒng)的所述頻率處于第一頻率范圍中時(shí)，接收來自所述電力分配系統(tǒng)的電力，并且通過所接收的電力以一個(gè)充電速率為能量存儲(chǔ)設(shè)備充電；以及，當(dāng)所述電力分配系統(tǒng)的所述頻率處于不同于所述第一頻率范圍的第二頻率范圍中時(shí)，以一個(gè)放電速率使所述能量存儲(chǔ)設(shè)備放電，并且將來自所述能量存儲(chǔ)設(shè)備的電力傳遞至所述電力分配系統(tǒng)。
本文所公開的另一示例性實(shí)施方案是一個(gè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)輸入裝置，可操作以接收代表電力分配系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電氣特性的數(shù)據(jù)；邏輯裝置，可操作以使用所述數(shù)據(jù)來確定用于一個(gè)雙向充電器的充電速率；以及，數(shù)據(jù)輸出模塊，可操作以發(fā)送代表所確定的充電速率的充電器輸出速率數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括與所述數(shù)據(jù)輸出模塊耦合的一個(gè)雙向充電器。在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括耦合至所述雙向充電器的能量存儲(chǔ)裝置。
從下面的將參考附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述和其他目標(biāo)、特征和優(yōu)勢(shì)將更加明了。


圖I是描繪了根據(jù)所公開的技術(shù)的一個(gè)示例性控制器和雙向充電器的示意性方塊圖。所示出的控制器和雙向充電器連接至電力分配系統(tǒng)和能量存儲(chǔ)設(shè)備。
圖2是描繪了圖I的控制器和雙向充電器的一個(gè)實(shí)施方案的示意性方塊圖，其中控制器耦合至用戶接口、電網(wǎng)事件檢測(cè)器和電網(wǎng)頻率檢測(cè)器。
圖3是描繪了圖I的控制器的一個(gè)實(shí)施方案的示意性方塊圖，其中所述控制器被配置用于接收來自電力分配系統(tǒng)、雙向充電器、能量存儲(chǔ)設(shè)備、時(shí)鐘和控制接口的信號(hào)。
圖4是基于所接收的代表電力分配系統(tǒng)的電氣特性的數(shù)據(jù)來為能量存儲(chǔ)設(shè)備生成調(diào)節(jié)信號(hào)的一種示例性方法的流程圖。
圖5是圖4中所示的方法的示例性實(shí)施方式的流程圖。
圖6A-圖6B是概述了圖4中所示的方法的另一示例性實(shí)施方式的流程圖。
圖7A描繪了實(shí)施所公開的技術(shù)的多個(gè)方面的一個(gè)示例性PHEV。
圖7B描繪了用于圖7A的PHEV中的控制器的一個(gè)示例性用戶接口。
圖8是描繪了可連接至遠(yuǎn)程充電站或家用充電站的實(shí)施所公開的技術(shù)的多個(gè)方面的一個(gè)電動(dòng)車輛的示意性方塊圖。圖8的電動(dòng)車輛包括控制器、充電器、逆變器和電池管理系統(tǒng)，所有這些都使用CAN總線耦合。
圖9是可用在所公開的技術(shù)的一些實(shí)施方案中的示例性控制器和充電器的圖像。
圖10是示出了適合于實(shí)施所公開的技術(shù)的多個(gè)實(shí)施方案的總體計(jì)算環(huán)境的一個(gè)示意性方塊圖。
圖IlA是不出了所公開的技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方案的充電器的功率輸出相對(duì)于時(shí)間的圖表。
圖IlB是示出了所公開的技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方案的充電器的調(diào)節(jié)輸出相對(duì)于時(shí)間的圖表。
圖IlC是示出了所公開的技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方案的瞬時(shí)頻率和平均頻率相對(duì)于時(shí)間的圖表。
圖IlD是示出了所公開的技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方案的瞬時(shí)頻率和平均頻率之間的差相對(duì)于時(shí)間的圖表。
圖IlE是示出了所公開的技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方案的電池容量相對(duì)于時(shí)間的圖表。
圖IlF是不出了所公開的技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方案的電池充電狀態(tài)(SOC)相對(duì)于時(shí)間的圖表。
圖IlG是示出了所公開的技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方案的平均充電速率相對(duì)于時(shí)間的圖表。
圖12是不出了所公開的技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方案的充電器的功率輸出相對(duì)于時(shí)間的圖表。
具體實(shí)施方式
I.總體考虎
下面所公開的是用于控制雙向能量存儲(chǔ)設(shè)備充電器的方法、裝置和系統(tǒng)的代表性實(shí)施方案。所公開的方法、裝置和系統(tǒng)不應(yīng)當(dāng)被解釋為以任何方式來限制本發(fā)明。相反，本公開文本旨在指向各種所公開的實(shí)施方案的所有新穎且非顯而易見的多個(gè)特征和方面中的單獨(dú)每一個(gè)連同它們相互之間的各種組合和子組合。所公開的方法、裝置和系統(tǒng)不限于本發(fā)明的任何特定方面或特征或其組合，且不要求所公開的實(shí)施方案呈現(xiàn)任何一個(gè)或多個(gè)特定優(yōu)點(diǎn)或者解決任何一個(gè)或多個(gè)特定問題。
盡管為方便介紹，一些所公開的方法的操作以某一相繼次序來描述，但是應(yīng)理解， 這種描述方式包括重新排列，除非下面所陳述的具體語言要求某一次序。例如，在一些情況中，相繼描述的操作可重新排列，或者同時(shí)執(zhí)行。此外，為簡(jiǎn)便起見，隨附的圖可能未示出所公開的系統(tǒng)、方法和裝置可與其他事物或方法結(jié)合使用的各種方式。另外，有時(shí)描述使用術(shù)語，如“生產(chǎn)”、“產(chǎn)生”、“選擇”、“接收”和“提供”，來描述所公開的方法。這些術(shù)語是對(duì)所執(zhí)行的實(shí)際操作的高度抽象。對(duì)應(yīng)于這些術(shù)語的實(shí)際操作可能根據(jù)具體的實(shí)施方式而改變， 并且可被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員輕易識(shí)別。
如在本申請(qǐng)和權(quán)利要求中所使用的，單數(shù)形式“一個(gè)(a)”、“一個(gè)(an)”和“所述 (the)”包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有清楚的指示。另外，措詞“包含(include)”意為“包括(comprise)”。此外，除非上下文另有指示，術(shù)語“稱合”意為機(jī)械地、電氣地或者電磁地連接或鏈接，包括直接連接或直接鏈接，或者通過不影響所描述的系統(tǒng)的預(yù)期操作的一個(gè)或多個(gè)中間元件的間接連接或間接鏈接。另外，某些術(shù)語可被使用，例如“向上(up)”、“向下(down) ”、“上(upper ) ”、“下(lower ) ”等。當(dāng)可適用時(shí)，在處理相對(duì)關(guān)系時(shí)，這些術(shù)語可被用于使描述清楚一些。但是，這些術(shù)語不旨在暗示絕對(duì)關(guān)系、位置和/或取向。此外，如在本公開內(nèi)容中所使用的，術(shù)語“充電(charge)”或“正充電(charging)”可用于描述當(dāng)設(shè)備將能量或電力傳輸至能量存儲(chǔ)設(shè)備時(shí)它采取的動(dòng)作。術(shù)語“放電(discharge)”或“正放電(discharging)”可用于描述當(dāng)設(shè)備傳輸來自能量存儲(chǔ)設(shè)備的能量或電力時(shí)它采取的動(dòng)作。然而，術(shù)語“充電(charge)”、“正充電(charging)”、“放電(discharge)”和“正放電 (discharging)”不應(yīng)當(dāng)解釋為將該設(shè)備限制為僅僅一種具體類型或方向的能量或電力傳輸。
圖10示出了一種合適的計(jì)算環(huán)境1000的總體實(shí)施例，其中可實(shí)施所公開的技術(shù)的實(shí)施方案。例如，可使用計(jì)算環(huán)境1000中示出的計(jì)算硬件來整體或者局部實(shí)施圖I、圖2、圖3、圖7和圖8示出的控制器和圖4、圖5和圖6示出的方法。
計(jì)算環(huán)境1000不旨在暗示對(duì)于該技術(shù)的使用范圍或功能的任何限制，因?yàn)樵摷夹g(shù)可在多種通用或者特殊用途計(jì)算環(huán)境中實(shí)施。例如，所公開的技術(shù)可使用其他計(jì)算系統(tǒng)配置來實(shí)施，包括多處理器系統(tǒng)、基于微處理器的或者可編程的電子器件、網(wǎng)絡(luò)PC、微型計(jì)算機(jī)、主計(jì)算機(jī)、可編程邏輯設(shè)備(例如，現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯設(shè)備)、專用集成電路等。所公開的技術(shù)的實(shí)施方案還可在分布式計(jì)算環(huán)境中實(shí)行，在分布式計(jì)算環(huán)境中，通過經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)鏈接的遠(yuǎn)程處理設(shè)備來執(zhí)行任務(wù)。在一個(gè)分布式計(jì)算環(huán)境中，程序模塊可位于本地記憶存儲(chǔ)器設(shè)備和遠(yuǎn)程記憶存儲(chǔ)器設(shè)備中。
參考圖10，計(jì)算環(huán)境1000包括至少一個(gè)中央處理單元1010和內(nèi)存儲(chǔ)器1020。在圖10中，這個(gè)最基本的配置1030被包括在虛線內(nèi)。中央處理單元1010執(zhí)行計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，并且可以是一個(gè)實(shí)際處理器或者虛擬處理器。在一個(gè)多處理系統(tǒng)中，多個(gè)處理單元執(zhí)行計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，以增加處理能力。內(nèi)存儲(chǔ)器1020可以是易失性內(nèi)存儲(chǔ)器(例如，寄存器、緩沖器、RAM)、非易失性內(nèi)存儲(chǔ)器(例如，ROM、EEPR0M、閃存器等)，或者這兩種的某一組合。內(nèi)存儲(chǔ)器1020可存儲(chǔ)軟件1080，軟件1080可實(shí)施本文所描述的任一技術(shù)。
計(jì)算環(huán)境1000可具有附加特征。例如，計(jì)算環(huán)境1000包括存儲(chǔ)器1040、一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備1050、一個(gè)或多個(gè)輸出設(shè)備1060、一個(gè)或多個(gè)通信連接1070,以及一個(gè)或多個(gè)測(cè)量設(shè)備1090?；ミB機(jī)構(gòu)(未示出)，例如總線、控制器或者網(wǎng)絡(luò)，互連計(jì)算環(huán)境1000的部件。通常，操作系統(tǒng)軟件(未示出)提供了在計(jì)算環(huán)境1000中所執(zhí)行的其他軟件的操作環(huán)境，并且協(xié)調(diào)計(jì)算環(huán)境1000的部件的活動(dòng)。
存儲(chǔ)器1040可以是可移除的或者是不可移除的，包括磁盤、磁帶或盒式磁帶、 ⑶-ROM、⑶-RW、DVD或者可用于存儲(chǔ)信息且可在該計(jì)算環(huán)境1000中存取的任何其他這種非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。所述存儲(chǔ)器1040可存儲(chǔ)軟件1080，軟件1080可實(shí)施本文所描述的任何技術(shù)。
如應(yīng)當(dāng)容易理解，術(shù)語“計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)”包括用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或者設(shè)備，例如內(nèi)存儲(chǔ)器1020和存儲(chǔ)器1040，以及承載臨時(shí)信號(hào)的非暫時(shí)性介質(zhì)。注意到，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令時(shí)，使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行本文所描述的任一方法。輸入設(shè)備1050可以是觸摸輸入設(shè)備，例如鍵盤、小型鍵盤、鼠標(biāo)、筆或軌跡球、語音輸入設(shè)備、掃描設(shè)備或者提供輸入至計(jì)算環(huán)境1000的另一設(shè)備。對(duì)于音頻，輸入設(shè)備1050可以是聲卡或以模擬或數(shù)字形式接收音頻輸入的類似設(shè)備，或者提供音頻樣本至計(jì)算環(huán)境1000的CD-ROM讀出器。輸出設(shè)備1060可以是顯示器、打印機(jī)、揚(yáng)聲器、CD寫入器，或者提供來自計(jì)算環(huán)境1000的輸出的另一設(shè)備。 測(cè)量設(shè)備1090可用作輸入設(shè)備(例如，用于將所測(cè)量的電氣特性轉(zhuǎn)換為所測(cè)量的數(shù)據(jù)的設(shè)備)和/或輸出設(shè)備(例如，用于將所測(cè)量的數(shù)據(jù)傳輸至處理單元的設(shè)備)。
通信連接1070使得能夠經(jīng)由通信介質(zhì)(例如，連接網(wǎng)絡(luò))與另一計(jì)算實(shí)體通信。通信介質(zhì)可用于傳送信息，例如計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令、與電力分配系統(tǒng)的電氣特性相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)、與能量存儲(chǔ)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，或者其他中間數(shù)據(jù)或最終數(shù)據(jù)。
II.所公開的技術(shù)的導(dǎo)言
許多普通存儲(chǔ)負(fù)載(例如，泵送水蓄能器或者基于電池的系統(tǒng))代表電網(wǎng)上顯著的負(fù)載百分比。另外，這些設(shè)備通常被分立控制，通常僅具有全開狀態(tài)和全關(guān)狀態(tài)。此外，這些負(fù)載經(jīng)常對(duì)于充電具有不嚴(yán)格的時(shí)間約束條件。例如，車輛充電可能僅需要4小時(shí)來完全充電，而將不需要另外的8小時(shí)。這樣，可響應(yīng)于電網(wǎng)上變化的條件來調(diào)整該設(shè)備使電網(wǎng)承受的負(fù)載的量，從而為電力系統(tǒng)提供服務(wù)，而非形成一個(gè)障礙。通過成比例地改變負(fù)載的量，多個(gè)負(fù)載可為電網(wǎng)提供調(diào)節(jié)服務(wù)，同時(shí)仍滿足對(duì)于負(fù)載的操作約束條件。通過將電網(wǎng)的電氣特性(例如，頻率、電壓或相位)用作調(diào)節(jié)信號(hào)或者用作調(diào)節(jié)信號(hào)的基礎(chǔ)，負(fù)載的變化量可用于增大或者減小電力系統(tǒng)上的有效負(fù)載，并且有助于滿足能量平衡要求。另外，在高需求期間，這些經(jīng)調(diào)節(jié)的負(fù)載可被控制以汲取較少的電力，或者甚至將電力提供回到電網(wǎng)中， 從而造成對(duì)于電力網(wǎng)的更少的限制。
所公開的技術(shù)的某些實(shí)施方案包括使用如下負(fù)載為電力網(wǎng)提供向上調(diào)節(jié)和向下調(diào)節(jié)的服務(wù)形式的方法、系統(tǒng)和裝置，如果在充電和放電意義上改變供應(yīng)至負(fù)載的電力，則所述負(fù)載的總體操作將不受干擾。所述調(diào)節(jié)允許能量存儲(chǔ)設(shè)備改變其在全放電(發(fā)電)狀態(tài)和全充電(消耗)狀態(tài)之間對(duì)于電網(wǎng)的貢獻(xiàn)。用于所述調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)例如可來自于傳遞至出口(例如，家庭或建筑物中的電源出口，或者電動(dòng)車輛充電站處的電源出口)的交流電(AC) 電源的頻率測(cè)量值。可使用這種調(diào)節(jié)信號(hào)和關(guān)于施加至負(fù)載設(shè)備的任何約束條件的信息 (例如，預(yù)期的完成時(shí)間或最大容量)，來調(diào)整終端設(shè)備呈現(xiàn)給該系統(tǒng)的負(fù)載或者發(fā)電的實(shí)際量。
所公開的技術(shù)的某些實(shí)施方案使得電網(wǎng)負(fù)載和能量存儲(chǔ)設(shè)備能夠?qū)⑺鼈兊南?(負(fù)載)或者所供應(yīng)的能量(源)根據(jù)電網(wǎng)頻率改變。電網(wǎng)頻率中的變化主要與電網(wǎng)上的實(shí)際負(fù)載的變化相關(guān)。因此，如果電網(wǎng)負(fù)載或者能量源輸出可根據(jù)電網(wǎng)頻率調(diào)整，則電網(wǎng)本質(zhì)上將更加穩(wěn)定。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，電網(wǎng)頻率被用作用于控制電網(wǎng)負(fù)載或能量源的調(diào)節(jié)信號(hào)的基礎(chǔ)。使用設(shè)備的具體約束條件，電網(wǎng)頻率信號(hào)可被轉(zhuǎn)化成或者修整成如下一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)將負(fù)載調(diào)節(jié)至例如進(jìn)入該設(shè)備的額定功率的0%和100%之間，以及調(diào)節(jié)至例如來自該設(shè)備的放電負(fù)載的額定功率的0%和-100%之間?？赏ㄟ^來自執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀指令的嵌入式設(shè)備或者來自外部測(cè)量源例如“智能表”(例如，先進(jìn)抄表設(shè)施(AMI)智能表)的直接測(cè)量值來獲得電網(wǎng)頻率信息。關(guān)于監(jiān)控在所公開的技術(shù)的實(shí)施方案中可使用的電網(wǎng)的頻率的方法的附加細(xì)節(jié)在美國(guó)專利No. 7，149，605中進(jìn)行了描述，該美國(guó)專利標(biāo)題為 “Electrical Power Distribution Control Methods, ElectricalEnergy Demand Monitoring Methods, and Power Management devices”,該美國(guó)專利的教導(dǎo)以引用方式納入本文。
可使用的第一示例性信號(hào)修整參數(shù)涉及所測(cè)量的電網(wǎng)頻率信號(hào)(瞬時(shí)頻率)本身。 所測(cè)量的電網(wǎng)頻率信號(hào)可用于降低負(fù)載上的磨損和損耗，以及緊密匹配提供給較大的調(diào)節(jié)源(例如，負(fù)載平衡發(fā)電機(jī))的現(xiàn)有的自動(dòng)發(fā)電機(jī)控制(AGC)信號(hào)。如果以比一般的AGC信號(hào)更高的采樣速率獲得測(cè)量數(shù)據(jù)(例如，以4秒或者更短時(shí)間的速率)，可采用一種方案來將該數(shù)據(jù)降低至預(yù)期的采樣速率，以提供AGC信號(hào)。
可使用的第二示例性信號(hào)修整參數(shù)涉及電力網(wǎng)的平均頻率。為了提供調(diào)節(jié)服務(wù)部件，可確定瞬時(shí)頻率與平均頻率的偏差。如果代表平均頻率的數(shù)據(jù)從外部提供，則不要求進(jìn)一步的處理。如果平均頻率直接從所測(cè)量的頻率數(shù)據(jù)獲得，則可使用滑動(dòng)窗口平均來確定平均頻率?？赏ㄟ^下面描述的方法，或者通過使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的其他合適方法來計(jì)算該平均值。
在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，使用有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器的遞歸實(shí)施方式來從直接測(cè)量值獲得平均頻率信息。FIR濾波器可計(jì)算對(duì)于預(yù)定數(shù)目的樣本的平均頻率。可通過關(guān)于電網(wǎng)性能的附加知識(shí)來確定平均值的長(zhǎng)度，以做出多長(zhǎng)的平均值是合理的這一決定。在一些實(shí)施方案中，附加的邏輯可施加至FI R濾波器平均值。例如，在電網(wǎng)頻率顯著偏離平均值以下或者以上的狀況下，F(xiàn)IR濾波器可被重新初始化。在其他實(shí)施方案中，可使用其他合適的模擬或數(shù)字濾波器(例如，PID濾波器)。
可使用平均頻率數(shù)據(jù)和瞬時(shí)頻率數(shù)據(jù)來確定該調(diào)節(jié)信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如，確定所測(cè)量的頻率和平均頻率之間的差。如果所測(cè)量的頻率高于平均值(例如，60. IHz 相對(duì)于59. 95Hz的平均值)，則獲得上調(diào)信號(hào)。如果所測(cè)量的頻率低于平均值，則獲得下調(diào)信號(hào)。這個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)可按比例改變以遵循-I. O至I. O的范圍，其中-I. O代表全放電狀態(tài) (最大下調(diào))，I. O代表全充電狀態(tài)(最大上調(diào))。根據(jù)這個(gè)通用的按比例改變格式，平均頻率代表約O. 5的偏置調(diào)節(jié)值，從而適合以充電為中心的操作。然而，如果期望中性容量狀態(tài)， 則平均頻率可代表O. O的調(diào)節(jié)值(造成近似相等量的充電和放電)。
實(shí)際頻率差可被歸一化，以將調(diào)節(jié)信號(hào)限制到-I. O至I. O的范圍。第一示例性歸一化技術(shù)使用一個(gè)固定的頻率間隔，其中預(yù)定義了用于上和下頻率偏差的固定值。例如，在理想的60Hz的系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)信號(hào)可分別按比例改變+/-0. IHz的范圍，或者說改變到59. 9 和60. 1Hz。可通過管理電力網(wǎng)的公用事業(yè)公司或者合作協(xié)議來定義頻率偏差范圍。然而， 在一些采用該技術(shù)的實(shí)施方案中，調(diào)節(jié)信號(hào)可能并不會(huì)在其全部范圍上實(shí)現(xiàn)。
第二示例性的歸一化技術(shù)使用所測(cè)量的頻率數(shù)據(jù)的局部最小值和局部最大值。局部最小/最大極值的“局部性”局限于相對(duì)短的時(shí)間段(例如，在分鐘或者秒的數(shù)量級(jí)上)。 使用該第二技術(shù)，調(diào)節(jié)信號(hào)可從-I. O變化至+1. 0，從而相對(duì)于上面描述的第一種歸一化技術(shù)，提供了一個(gè)更大的調(diào)節(jié)信號(hào)范圍。
根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，使用從代表電網(wǎng)頻率信息的數(shù)據(jù)所獲得的調(diào)節(jié)信號(hào)， 可確定能量存儲(chǔ)設(shè)備所牽引的負(fù)載的量。通過將充電范圍擴(kuò)展到可得的電力生成(放電)的最大水平和電力消耗容量(充電)的最大水平之間(例如，-100%至100%)，來增大用于上調(diào)信號(hào)和下調(diào)信號(hào)的值的范圍。在正常操作條件下，調(diào)節(jié)信號(hào)可用于將傳輸?shù)侥芰看鎯?chǔ)設(shè)備中的電力從全放電水平改變至全充電水平。然而，調(diào)節(jié)信號(hào)還可受制于如下約束條件，這些約束條件可被監(jiān)控和被用于在將輸出調(diào)節(jié)信號(hào)施加至能量存儲(chǔ)設(shè)備(負(fù)載)之前來修改調(diào)節(jié)信號(hào)。
可使用的第一示例性約束條件涉及所連接的能量存儲(chǔ)設(shè)備的安全性。例如，當(dāng)能量存儲(chǔ)設(shè)備是電池存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)，總是落在某一水平的充電狀態(tài)以下，這對(duì)電池存儲(chǔ)系統(tǒng)可能是不利的。如果電池存儲(chǔ)系統(tǒng)被允許使電池完全放電，則這個(gè)不利條件尤其如此。為了避免所述事件，放電操作首先核查電池存儲(chǔ)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電池的充電或存儲(chǔ)量的當(dāng)前水平。如果充電或存儲(chǔ)量的當(dāng)前水平在最小閾值以下，則限制下調(diào)信號(hào)或放電操作。例如，充電器設(shè)備被配置為使得調(diào)節(jié)信號(hào)被限制于0%到100%范圍之間，而非-100%至100%的范圍之間。
可使用的第二示例性約束條件涉及電力網(wǎng)事件。調(diào)節(jié)信號(hào)的目的是平衡進(jìn)入電氣系統(tǒng)的電力和離開電氣系統(tǒng)的電力。該狀況的一個(gè)指示可以是電氣傳輸?shù)钠骄l率。在顯著過多負(fù)載時(shí)，電力網(wǎng)的頻率通常將顯著下降(例如，O. 05Hz或更多)，導(dǎo)致欠頻事件。相反， 如果電網(wǎng)負(fù)載顯著較低，則電力網(wǎng)的頻率將顯著升高，導(dǎo)致過頻事件。為了提高電網(wǎng)意識(shí)和安全性，如果檢測(cè)到這些狀況中的任一個(gè)，則可調(diào)整調(diào)節(jié)信號(hào)。例如，在欠頻事件期間，調(diào)節(jié)信號(hào)可被迫為-I. 0，而不考慮局部最大/最小極值或平均頻率。然而，這個(gè)約束條件通常被前述段落中所提及的第一約束條件所取代。例如，如果電池在其容量閾值以下，則提供O. O 的調(diào)節(jié)信號(hào)而非-I. O。在過頻事件中，調(diào)節(jié)信號(hào)可被迫為+1. 0，而不考慮局部最大/最小極值或平均電網(wǎng)頻率。應(yīng)用該第二約束條件允許該負(fù)載設(shè)備是“電網(wǎng)友好的”，從而降低將電力分配系統(tǒng)進(jìn)一步推向負(fù)載過低或負(fù)載過高狀況的影響。
可使用的第三示例性約束條件是基于應(yīng)用至負(fù)載設(shè)備的外部約束條件。例如，這些約束條件可被施加為用于達(dá)到某一容量水平或者完成一個(gè)任務(wù)的時(shí)間限制。例如，在 PHEV充電器中，這可能是車輛的預(yù)期的最終充電時(shí)間。充電器的終端用戶可選擇預(yù)期的“充電截止(charge by)”時(shí)間，在該“充電截止”時(shí)間，車輛在其電池系統(tǒng)中將具有100%的充電狀態(tài)。該“充電截止”時(shí)間可用于計(jì)算可用的總充電時(shí)間。可使用包括關(guān)于PHEV/EV電池容量、最大充電速率和充電效率的信息的數(shù)據(jù)來計(jì)算平均充電速率。
在使用該第三約束條件的系統(tǒng)中，可估計(jì)實(shí)際平均“加載”速率，并且可確定所測(cè)量的實(shí)際加載速率和所計(jì)算的加載速率之間的差。在一些實(shí)施方案中，平均加載速率可與系統(tǒng)的平均頻率相關(guān)。例如，假設(shè)一個(gè)電池被確定為需要以65%的速率充電來達(dá)到全容量。 當(dāng)電氣系統(tǒng)處于平均頻率時(shí)，將發(fā)生65%的充電速率(因?yàn)槠骄l率應(yīng)當(dāng)與大約0%的調(diào)節(jié)相關(guān)聯(lián))。然而，在電網(wǎng)頻率中存在隨機(jī)變化，因此調(diào)節(jié)信號(hào)可導(dǎo)致出現(xiàn)一個(gè)低于預(yù)期的平均充電速率。在實(shí)際平均充電速率的相同周期性核查中，可使用所計(jì)算的差來更新預(yù)期的充電速率。例如，如果平均充電速率低于預(yù)期的充電速率，則與平均頻率相關(guān)聯(lián)的充電速率將適當(dāng)偏置。在先前陳述的實(shí)施例中，充電器確定應(yīng)當(dāng)選擇65%的平均充電速率。如果實(shí)際平均輸出被確定為63%，則2%的偏置被施加至平均預(yù)期的充電速率，從而補(bǔ)償該下調(diào)周期。
通過周期性更新，將加載速率改變?yōu)樯险{(diào)信號(hào)和下調(diào)信號(hào)的比例還可被調(diào)整。這些上調(diào)和下調(diào)信號(hào)的比例確定了負(fù)載的輸出將如何隨著調(diào)節(jié)信號(hào)而改變。如較早所提及的，信號(hào)范圍的一個(gè)實(shí)施例用于在-I. O調(diào)節(jié)信號(hào)處的全放電輸出，以及用于在+1. O調(diào)節(jié)信號(hào)處的全充電輸出。在這些狀況下，用于下調(diào)信號(hào)的比例因子是平均加載速率。例如，如果調(diào)節(jié)信號(hào)運(yùn)行O. 5的平均值，則使用平均速率允許負(fù)載使用調(diào)節(jié)信號(hào)從預(yù)期的加載速率變化為最大放電速率(例如，_100%)。因而，用于上調(diào)信號(hào)的比例是最大加載速率和平均加載速率之間的差。這允許上調(diào)信號(hào)(例如，從O. 5至I. O)增大預(yù)期的平均充電速率和最大充電速率之間的負(fù)載輸出。
在一些實(shí)施方案中，預(yù)期地限制了調(diào)節(jié)范圍。例如，在周期性更新期間，所公開的技術(shù)的實(shí)施方案可確定達(dá)到最終目標(biāo)約束條件所花費(fèi)的最小時(shí)間量(例如，將電池充電至 100%將花費(fèi)的時(shí)間量)。然后可確定這個(gè)最小時(shí)間和剩余時(shí)間間隔之間的比例。如果該比例大于預(yù)定或用戶選擇的閾值(例如，90%)，則施加至該負(fù)載的最小速率可受限于需要達(dá)到最終目標(biāo)約束條件所需要的平均加載速率。在達(dá)到該最終目標(biāo)約束條件之后，不再執(zhí)行返回到電網(wǎng)中的放電，有效地將下調(diào)比例減小至0%，并僅提供上調(diào)服務(wù)。
在所公開的技術(shù)的某些實(shí)施方案中，甚至當(dāng)存在調(diào)節(jié)狀況的受限制范圍時(shí)(其中正試圖滿足最終目標(biāo)約束條件)，可仍維持一個(gè)或多個(gè)基本約束條件(overriding constraint)。例如,可維持的一個(gè)約束條件是,顯著的欠頻和過頻事件(例如，超過一個(gè)固定頻率閾值的欠頻或過頻事件，或者偏離平均頻率的百分比變化)可仍導(dǎo)致來自能量存儲(chǔ)設(shè)備的響應(yīng)。在顯著欠頻事件中，充電速率可下降至全放電或無輸出狀況，即使這意味著不再滿足最終目標(biāo)約束條件。因而，顯著的過頻事件可將負(fù)載推至100%的輸出速率。上面所討論的第三示例性約束條件與過頻事件緊密相關(guān)。如果所測(cè)量的平均加載速率高于預(yù)期的平均充電速率，則該設(shè)備可比預(yù)期的更早地達(dá)到最終狀況。此時(shí)，負(fù)載(例如，能量存儲(chǔ)設(shè)備)可不再用作調(diào)節(jié)設(shè)備。能量存儲(chǔ)設(shè)備的輸出可斷開，不再接收調(diào)節(jié)信號(hào)，從而避免超過預(yù)期的最終狀況(例如，為了避免PHEV電池超出100%的充電狀態(tài))。
III.所公開的技術(shù)的示例性實(shí)施方案
圖I是一個(gè)示意性方塊圖，示出了根據(jù)所公開的技術(shù)的電網(wǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施方案。在圖I示出的實(shí)施方案 中，電網(wǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)100包括電力分配系統(tǒng)(例如，電力網(wǎng)) 100、包括雙向充電器124和控制器128的集成單元120、和能量存儲(chǔ)設(shè)備130。電力分配系統(tǒng)110可以是交流(AC)電系統(tǒng)或直流(DC)電系統(tǒng)。如所示出的，集成單元120結(jié)合了控制器128和雙向充電器124。雙向充電器124可使用電力連接(power connection) 150和 156，以將電力從電力分配系統(tǒng)110發(fā)送至能量存儲(chǔ)設(shè)備130，從而為能量存儲(chǔ)設(shè)備充電。雙向充電器124還可使用電力連接150和156，以將電力從能量存儲(chǔ)設(shè)備130發(fā)送至電力分配系統(tǒng)，從而使能量存儲(chǔ)設(shè)備放電，以提供電力至電力分配系統(tǒng)110。
雙向充電器124使用數(shù)據(jù)連接160，例如，使用CAN-BUS、RS-232_C、USB、FireWire、 ZigBee或者其他合適的連接接口，接收控制數(shù)據(jù)，所述控制數(shù)據(jù)包括來自控制器128的一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)。如圖I中所示，充電器和控制器被封裝為一個(gè)單元。在其他實(shí)施方案中，雙向充電器124和控制器128可以被分立封裝。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以針對(duì)所公開的技術(shù)的某一實(shí)施方案根據(jù)需要來組裝諸如雙向充電器124之類的充電器。例如，雙向充電器可適于使電池向AC電網(wǎng)或DC電網(wǎng)放電，或者從AC電網(wǎng)或DC電網(wǎng)為電池充電。在一些實(shí)施方案中，雙向充電器124是單個(gè)部件。例如，雙向充電器124可以是充電器，例如AC 推進(jìn)的減弱充電器(Propulsion’s Reductive Charger),所述AC推進(jìn)的減弱充電器從DC 電池驅(qū)動(dòng)AC感應(yīng)馬達(dá)，且經(jīng)由再生制動(dòng)為電池再充電。在一些實(shí)施方案中，雙向充電器124 包括兩個(gè)分立的部件。例如，為了將AC電網(wǎng)連接至電池，雙向充電器可包括一個(gè)AC-DC電池充電器部件，以及一個(gè)DC-AC逆變器。在一些實(shí)施例中，DC-AC逆變器是并網(wǎng)逆變器，該并網(wǎng)逆變器既可執(zhí)行DC-AC功率轉(zhuǎn)換又可將其AC電輸出與電力分配系統(tǒng)110同步。在一些實(shí)施方案中，可使用連接至馬達(dá)/發(fā)電機(jī)組的飛輪(flywheel)。在所述實(shí)施方案中,可通過使馬達(dá)加速?gòu)亩鴮⒛芰糠烹姷诫娋W(wǎng)中，或者使馬達(dá)減速?gòu)亩鵀轱w輪充電，來調(diào)制發(fā)電機(jī)中的勵(lì)磁電流。
控制器128可經(jīng)由連接154接收代表電力分配系統(tǒng)110的電氣特性的電氣數(shù)據(jù)， 所述電氣特性例如瞬時(shí)頻率、平均頻率、相位、電壓、電流或者其他這種電氣特性中的一個(gè)或多個(gè)。在電力分配系統(tǒng)110是交流(AC)電系統(tǒng)的實(shí)施方案中，可使用所測(cè)量的瞬時(shí)頻率。 在電力分配系統(tǒng)110是直流(DC)電系統(tǒng)的實(shí)施方案中，可使用所測(cè)量的電壓。在一些實(shí)施方案中，可使用電力分配系統(tǒng)110的其他電氣特性(例如，平均頻率、相位、電流)來增大或者代替所測(cè)量的瞬時(shí)頻率或電壓。在一些實(shí)施方案中，控制器128包括用于直接測(cè)量和/或計(jì)算電力分配系統(tǒng)的特性的電路系統(tǒng)。在其他實(shí)施方案中，控制器從與電力分配系統(tǒng)110 連接的高級(jí)電表架構(gòu)(advanced-meter-infras tructure, AMI)智能表接收電氣數(shù)據(jù)。還如所示出的，控制器128包括與能量存儲(chǔ)設(shè)備130的連接158，用于接收狀態(tài)數(shù)據(jù)，例如充電狀態(tài)(S0C)、健康狀態(tài)(S0H),電壓、能量存儲(chǔ)設(shè)備的充電速率、內(nèi)部電阻或者電導(dǎo)中的一個(gè)或多個(gè)。在一些實(shí)施方案中，所述連接158是數(shù)據(jù)連接，能量存儲(chǔ)設(shè)備130將數(shù)據(jù)傳輸至控制器128。在其他實(shí)施方案中，控制器128包括經(jīng)由所述連接158直接測(cè)量狀態(tài)數(shù)據(jù)的電路系統(tǒng)。
能量存儲(chǔ)設(shè)備130可以是任何化學(xué)的電池，例如鋰離子、鎳鎘、鉛酸、鎳金屬氫化物、聚硫溴化物(Polysulfide Bromide)或者任何其他合適的電池技術(shù)。在一些實(shí)施方案中，能量存儲(chǔ)設(shè)備可以是另一合適的能量存儲(chǔ)技術(shù)，例如機(jī)械飛輪、燃料電池、泵送水蓄能器、壓縮空氣或者其他合適的化學(xué)、電化學(xué)、電氣或者適于存儲(chǔ)來自電力分配系統(tǒng)110的能量的機(jī)械裝置。在一些實(shí)施方案中，能量存儲(chǔ)設(shè)備可耦合至能量生成設(shè)備，例如光伏電力系統(tǒng)。
圖2是一個(gè)示意圖，示出了根據(jù)所公開的技術(shù)的電網(wǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)200的另一實(shí)施方案。在圖2示出的實(shí)施方案中，電網(wǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)200包括電力分配系統(tǒng)(例如，電力網(wǎng))210、充電器240、逆變器245、能量存儲(chǔ)設(shè)備250、與用戶接口 226耦合的控制器220、電網(wǎng)事件檢測(cè)器230和電網(wǎng)頻率檢測(cè)器234。充電器240可通過將來自電力分配系統(tǒng)210的AC電轉(zhuǎn)換為DC電流傳輸至能量存儲(chǔ)設(shè)備來為能量存儲(chǔ)設(shè)備250充電。逆變器245可使來自能量存儲(chǔ)設(shè)備250的DC電流放電，并且將它作為AC電供應(yīng)至電力分配系統(tǒng)210。在所示出的實(shí)施方案中，充電器240和逆變器245可接收來自控制器220的指令，包括簡(jiǎn)單的開/關(guān)或者離散的充電/放電速率。
如所示出的，電網(wǎng)事件檢測(cè)器230監(jiān)控電力分配系統(tǒng)210并且報(bào)告事件(例如，欠頻事件、過頻事件、低壓事件、高壓事件或者其他這種事件中的一個(gè)或多個(gè)給控制器220)。 在一些實(shí)施方案中，電網(wǎng)事件檢測(cè)器230可使用來自智能表或其他AMI設(shè)備的數(shù)據(jù)來報(bào)告事件。由電網(wǎng)事件檢測(cè)器230所報(bào)告的事件可用于超馳控制(override)進(jìn)行中的正常充電或放電操作。例如，如果從電網(wǎng)事件檢測(cè)器230發(fā)送欠頻事件，則控制器220可將控制數(shù)據(jù)傳輸至逆變器245，以使能量存儲(chǔ)設(shè)備250放電，從而提供電力至電力分配系統(tǒng)210，進(jìn)而有助于穩(wěn)定電力分配系統(tǒng)。
還與控制器220耦合的是電網(wǎng)頻率檢測(cè)器234，該電網(wǎng)頻率檢測(cè)器234傳輸關(guān)于電力分配系統(tǒng)210的頻率的數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施方案中，電網(wǎng)頻率檢測(cè)器234傳輸瞬時(shí)頻率數(shù)據(jù)和平均頻率，而在其他實(shí)施方案中，電網(wǎng)頻率檢測(cè)器僅傳輸瞬時(shí)頻率數(shù)據(jù)，控制器使用該瞬時(shí)頻率數(shù)據(jù)來計(jì)算平均頻率數(shù)據(jù)。
還在圖2中示出用戶接口 226，用戶接口 226耦合至控制器220。用戶接口 226允許用戶傳輸指令和參數(shù)(例如，預(yù)期的充電完成時(shí)間)至控制器，或者允許用戶超馳控制控制器，并且使得充電器240以固定的充電速率為能量存儲(chǔ)設(shè)備250充電或者使得逆變器245以固定的放電速率為能量存儲(chǔ)設(shè)備放電。
圖3是示出了根據(jù)所公開的技術(shù)的電網(wǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)300的另一實(shí)施方案的示意性方塊圖。在圖3示出的實(shí)施方案中，控制器360接收來自不同實(shí)體的數(shù)據(jù)，包括來自電力分配系統(tǒng)310的瞬時(shí)頻率數(shù)據(jù)(finst())和平均頻率數(shù)據(jù)(favg())、來自雙向充電器320的用于能量存儲(chǔ)設(shè)備的實(shí)際充電和放電速率數(shù)據(jù)，以及來自能量存儲(chǔ)設(shè)備330的充電狀態(tài)數(shù)據(jù) (SOC)0控制器360還可接收指示來自時(shí)鐘340的當(dāng)前時(shí)間或剩余時(shí)間(time O )，以及來自控制接口 350的預(yù)期的最終充電時(shí)間、最大頻率fmax和最小頻率fmin?？梢允褂猛ㄓ糜?jì)算硬件(包括例如計(jì)算機(jī)處理器和內(nèi)存儲(chǔ)器)或者使用特殊用途的硬件(包括例如專用集成電路或者可編程邏輯設(shè)備)。為控制器360提供數(shù)據(jù)的實(shí)體可包括硬件實(shí)體，或者軟件環(huán)境的部件(例如，軟件模塊)。如下面進(jìn)一步將討論的，控制器360使用輸入數(shù)據(jù)來計(jì)算預(yù)期的充電速率，該預(yù)期的充電速率被傳輸至雙向充電器320。如本文所討論的，預(yù)期的充電速率可表示為從雙向充電器的最大充電/放電速率的-100%變化至+100%，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，預(yù)期的充電速率可以用其他單位來表示，例如-I. O至+1. 0，絕對(duì)或相對(duì)安培、伏特或其他這種單位或范圍?？刂平涌?350可以是一個(gè)顯示器和/或數(shù)據(jù)錄入設(shè)備，被配置用于顯示和輸入用戶數(shù)據(jù)和控制參數(shù)，例如預(yù)期的最終充電時(shí)間、最大頻率fmax和最小頻率fmin °
圖4是一個(gè)流程圖400，示出了基于代表電力分配系統(tǒng)的電氣特性的數(shù)據(jù)來選擇用于能量存儲(chǔ)設(shè)備的充電/放電速率的總體方法。在過程塊410處，接收代表電力分配系統(tǒng)(例如，電網(wǎng))的電氣特性的數(shù)據(jù)。所接收的數(shù)據(jù)可包括例如指示電網(wǎng)的瞬時(shí)頻率、電網(wǎng)的平均頻率、電網(wǎng)的高電壓水平、電網(wǎng)的低電壓水平或者電網(wǎng)的相位偏移水平的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)消息。
在過程塊420處，至少部分地使用電氣特性數(shù)據(jù)來選擇用于能量存儲(chǔ)設(shè)備的預(yù)期的充電/放電速率。例如，所使用的數(shù)據(jù)可包括用于電力網(wǎng)的瞬時(shí)頻率和電力網(wǎng)的平均頻率。選擇預(yù)期的充電/放電速率還可包括相對(duì)于頻率信號(hào)輸入的范圍將輸出調(diào)節(jié)信號(hào)歸一化。在一個(gè)實(shí)施方案中，測(cè)量瞬時(shí)頻率和平均頻率之間的差，以獲得上調(diào)/下調(diào)信號(hào)。接下來，相對(duì)于電力網(wǎng)的頻率范圍和預(yù)期的充電速率將所述信號(hào)歸一化。例如，59. 9至60. IHz 的頻率范圍可被歸一化為相對(duì)于輸出調(diào)節(jié)信號(hào)為-I. O至I. O的范圍。調(diào)節(jié)信號(hào)可被偏置， 以呈現(xiàn)預(yù)期的行為(例如，如果期望的是充電，則頻率差可補(bǔ)償+0. 5，以獲得-O. 5至I. O的調(diào)節(jié)信號(hào)范圍(因?yàn)闃?biāo)稱調(diào)節(jié)信號(hào)被箝位在I. O處))。可使用的另一方法是使用頻率數(shù)據(jù)的局部最小值和最大值，如上面所討論的。
另外，在過程塊420處，可基于其他約束條件來修改所選擇的充電/放電速率。例如，可基于由能量存儲(chǔ)設(shè)備所呈現(xiàn)的負(fù)載的量、能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的安全約束條件(例如，最小的SOC水平)、電力網(wǎng)事件、或者諸如充電截止時(shí)間限制之類的外部約束條件中的一個(gè)或多個(gè)，來修改所選擇的充電/放電速率。此外，可基于充電設(shè)備的實(shí)際平均輸出來估計(jì)和調(diào)整能量存儲(chǔ)設(shè)備的平均加載速率。例如，可施加2%的偏置，以將實(shí)際平均輸出從63%增大至預(yù)期的65%，如上面所討論的。
最終，在過程塊430處，生成調(diào)節(jié)信號(hào)，用于控制雙向充電器。所述調(diào)節(jié)信號(hào)可基于所選擇的充電/放電速率，或者所述調(diào)節(jié)信號(hào)可包括所選擇的充電/放電速率。
圖5是一個(gè)流程圖500，示出了基于代表電力分配系統(tǒng)的電氣特性(包括電網(wǎng)事件)的數(shù)據(jù)來生成用于雙向充電器的調(diào)節(jié)信號(hào)的更加具體的方法。在過程塊510處，接收代表用于電力分配系統(tǒng)的電氣特性的電氣數(shù)據(jù)。在過程塊520處，分析電氣數(shù)據(jù)，以確定是否已接收了電網(wǎng)事件。例如，電氣數(shù)據(jù)可包括瞬時(shí)頻率數(shù)據(jù)，所述瞬時(shí)頻率數(shù)據(jù)被與最大頻率限制和最小頻率限制進(jìn)行比較。如果瞬時(shí)頻率數(shù)據(jù)超出了最大頻率限制或最小頻率限制， 則確定了一個(gè)電網(wǎng)事件，該方法進(jìn)行至過程塊530。或者，電氣數(shù)據(jù)可包括指示電網(wǎng)事件的存在的數(shù)據(jù)。例如，智能表可生成指示電網(wǎng)事件的存在的數(shù)據(jù)。如果已確定未出現(xiàn)電網(wǎng)事件，則該方法行進(jìn)至過程塊540。
在過程塊530處，基于電網(wǎng)事件來選擇充電/放電速率。例如，在欠頻事件的情況中，充電速率可被輸出為-I. O (表明能量存儲(chǔ)設(shè)備全放電速率的信號(hào)，從而將電力供應(yīng)到電網(wǎng)中)。作為另一實(shí)施例，在過頻事件的情況中，充電速率可被輸出為+1.0 (表明能量存儲(chǔ)設(shè)備全充電速率的信號(hào))。
在過程塊540處，確定用于電網(wǎng)的平均頻率。在一些實(shí)施方案中，使用來自所接收的電氣數(shù)據(jù)的瞬時(shí)頻率數(shù)據(jù)來確定平均頻率。FI R濾波器可被用于確定來自瞬時(shí)頻率數(shù)據(jù)的平均頻率。在其他實(shí)施方案中，平均頻率和瞬時(shí)頻率數(shù)據(jù)都接收自電網(wǎng)，或者接收自與電網(wǎng)連接的充電站。
在過程塊550處，確定達(dá)到全充電的剩余時(shí)間。當(dāng)前時(shí)間可與目標(biāo)充電完成時(shí)間進(jìn)行比較，所述差可計(jì)算成到全充電的剩余時(shí)間?；蛘撸O(shè)定到全充電的時(shí)間，減少該時(shí)間直至達(dá)到時(shí)間零。例如可使用耦合至控制器的用戶接口來設(shè)定充電完成時(shí)間。
在過程塊560處,確定用于雙向充電器的一個(gè)或多個(gè)充電參數(shù)?？墒褂脕碜赃^程塊540的電網(wǎng)頻率數(shù)據(jù)和來自過程塊550的剩余時(shí)間來確定充電參數(shù)。此外,可考慮目標(biāo)能量存儲(chǔ)設(shè)備、雙向充電和電網(wǎng)自身的操作特性。
在過程塊570處，確定用于雙向充電器的充電/放電速率。如果該方法從過程塊 530到達(dá)過程塊570，則電網(wǎng)事件是將要輸出至充電器的充電速率的主要或者唯一決定因素。因而，通過在過程塊530處設(shè)置充電/放電速率，可忽略其他輸入數(shù)據(jù)。在未接收到電網(wǎng)事件的情況下，則充電速率被按比例改變?yōu)橛糜诔潆娖鞯臍w一化的充電/放電速率。
在過程塊580處，生成了能夠傳送歸一化的充電/放電速率的調(diào)節(jié)信號(hào)。該調(diào)節(jié)信號(hào)可被傳輸至雙向充電器，或者傳輸至充電器和逆變器，從而生成預(yù)期的充電響應(yīng)。
圖6A和圖6B是一個(gè)流程圖600，示出了基于指示電力分配系統(tǒng)的電氣特性的數(shù)據(jù)來生成用于雙向充電器的充電器輸出速率的另一具體方法。該數(shù)據(jù)可包括例如電網(wǎng)事件、 電網(wǎng)頻率數(shù)據(jù)、電池SOC或者實(shí)際充電速率數(shù)據(jù)?？墒褂每刂破?，例如，嵌入式微控制器系統(tǒng)，來實(shí)施所示出的方法。在電池系統(tǒng)的充電/放電循環(huán)期間，可重復(fù)執(zhí)行所示出的方法。 包括附加方法動(dòng)作或者更少方法動(dòng)作的其他方法也是可能的。如下面進(jìn)一步討論的，調(diào)節(jié)輸出速率可從-I. O改變至I. 0，其中-I. O代表全放電狀態(tài)，O. O代表既不充電也不放電狀態(tài)，I. O代表全充電狀態(tài)。充電器輸出速率代表雙向充電器將被命令來操作時(shí)的充電速率。 充電器輸出速率是基于調(diào)節(jié)輸出速率，并且可以用瓦特來表示?？墒褂谜{(diào)節(jié)信號(hào)來將數(shù)據(jù)發(fā)送至雙向充電器。調(diào)節(jié)信號(hào)可包括代表調(diào)節(jié)輸出速率或充電器輸出速率的數(shù)據(jù)。
圖6A是流程圖600的一部分，示出了用于生成調(diào)節(jié)信號(hào)的方法。在過程塊610處， 電池系統(tǒng)(能量存儲(chǔ)設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例)耦合至控制器。在過程塊616處，控制器確定電池是否處于全(100%的S0C)充電狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制器監(jiān)控操作期間的電池性能，以確定電池系統(tǒng)的S0C。在其他實(shí)施方案中，控制器與連接至電池的電池管理系統(tǒng)通信，電池管理系統(tǒng)確定S0C。如果控制器確定電池處于全充電狀態(tài)，則該方法行進(jìn)至過程塊618， 其中用于充電器的調(diào)節(jié)輸出速率被設(shè)置為“不充電也不放電”(例如，在-I. O至+1. O的歸一化尺度上，充電速率為O. O)。在一些實(shí)施方案中，在過程塊618處，調(diào)節(jié)輸出速率被設(shè)置為“不充電”，但仍允許放電。當(dāng)能量存儲(chǔ)設(shè)備是固定能量存儲(chǔ)設(shè)備而非EV/PHEV時(shí)，在過程塊618處將充電器設(shè)置為“不充電”而非“不充電也不放電”可能是期望的。否則，電池被確定為不處于全充電狀態(tài)，該方法行進(jìn)至過程塊620。
在過程塊620處，控制器核查以確定是否發(fā)生了顯著的欠頻事件。如果是這樣，則該方法行進(jìn)至過程塊622。否則，該方法行進(jìn)至過程塊630?？赏ㄟ^接收指示電網(wǎng)上的欠頻狀況的信號(hào)來確定欠頻事件的發(fā)生，或者可通過將瞬時(shí)或平均電網(wǎng)頻率與預(yù)定的低頻率限制進(jìn)行比較來確定欠頻事件的發(fā)生。例如，在60Hz的AC電網(wǎng)中，59. 95Hz或者更低的電網(wǎng)頻率可被定義為顯著的欠頻事件。選擇為指示欠頻事件的頻率值可根據(jù)電網(wǎng)的平均頻率和電網(wǎng)的穩(wěn)定性而定。
在過程塊622處，控制器確定電池是否具有充足的S0C。如果電池具有足夠的 S0C,則該方法行進(jìn)至過程塊628，在過程塊628處，調(diào)節(jié)輸出速率被設(shè)置為“全放電”(例如，-I. O)。否則，該方法行進(jìn)至過程塊626，在過程塊626處，調(diào)節(jié)輸出速率被設(shè)置為“不充電也不放電”(例如，O. O)。在過程塊630處，控制器核查以確定是否已經(jīng)發(fā)生了過頻事件。 如果發(fā)生了過頻事件，則該方法行進(jìn)至過程塊634，在過程塊634處，調(diào)節(jié)輸出速率被設(shè)置為“全充電”(例如，1.0)。否則，該方法行進(jìn)至過程塊640。可通過接收指示電網(wǎng)上的過頻狀況的信號(hào)來確定過頻事件的發(fā)生，或者可通過將瞬時(shí)或平均電網(wǎng)頻率與預(yù)定的高頻率限制進(jìn)行比較來確定過頻事件的發(fā)生。例如，在60Hz的AC電網(wǎng)中，60. 05Hz或者更高的電網(wǎng)頻率可被定義為顯著的過頻事件。選擇為指示過頻事件的頻率值可根據(jù)電網(wǎng)的平均頻率和電網(wǎng)的穩(wěn)定性而定。
在過程塊640處，控制器確定所預(yù)測(cè)的充電完成時(shí)間是否處于正常的調(diào)節(jié)周期內(nèi)。如果控制器確定所預(yù)測(cè)的充電完成時(shí)間未處于正常的調(diào)節(jié)周期內(nèi)，則在過程塊642處增加下充電速率限制(lower charge rat elimit)。在一個(gè)實(shí)施方案中，正常的調(diào)節(jié)時(shí)間周期可對(duì)應(yīng)于一個(gè)充電循環(huán)的時(shí)間周期，該充電循環(huán)發(fā)生在充電開始之后直到在電池被期望完全充電的時(shí)間點(diǎn)之前的一個(gè)固定的時(shí)間閾值周期(例如，三十分鐘)。在一個(gè)實(shí)施方案中， 控制器計(jì)算用于從當(dāng)前時(shí)間充電至未來的全充電的預(yù)期的時(shí)間點(diǎn)的剩余的時(shí)間量，并且比較所計(jì)算的剩余時(shí)間量和該閾值，從而確定此充電是否落入正常的調(diào)節(jié)時(shí)間周期內(nèi)(例如， 用于充電的剩余時(shí)間量是否大于閾值)。
在過程塊642處，控制器將下充電速率限制增大到在調(diào)節(jié)時(shí)間周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的充電水平所需要的平均充電速率。例如，下充電速率限制可從O. O被設(shè)置為O. 2。可通過例如用戶設(shè)置預(yù)期的最終充電時(shí)間、用戶設(shè)置預(yù)期的充電周期或者通過預(yù)定的充電周期(例如，四小時(shí))來確定正常的調(diào)節(jié)時(shí)間周期。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制器使用例如電池的容量信息、達(dá)到全充電的剩余時(shí)間和充電器效率，將所需要的充電速率按比例改變?yōu)椴贿t于未來的預(yù)期的時(shí)間點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)全充電所需要的速率。例如，控制器可將先前確定的所需要的充電速率按I. 01比例改變，從而提供新的所需要的充電速率。所需要的充電速率稍后用于生成調(diào)節(jié)輸出速率，從而生成充電器輸出速率。
在過程塊644處，控制器確定電池是否將在正常的調(diào)節(jié)時(shí)間周期的結(jié)束之前被充電。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制器將實(shí)際的充電速率與預(yù)期的充電速率進(jìn)行比較。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器確定調(diào)節(jié)比例值是否大于預(yù)定的調(diào)節(jié)高偏差限制。在一個(gè)實(shí)施方案中，調(diào)節(jié)比例值被計(jì)算為
(所測(cè)量的充電速率-所需要的充電速率)調(diào)謂賺-~^充電器的最大充電解^-
其中，所測(cè)量的充電速率是在一個(gè)時(shí)間周期(例如，五分鐘)內(nèi)充電器的平均充電速率。該計(jì)算的結(jié)果可乘以100，從而以百分?jǐn)?shù)提供調(diào)節(jié)比例值。在一個(gè)實(shí)施方案中，調(diào)節(jié)高偏差限制是對(duì)充電可超出所需要的充電速率的在所需要的充電速率以上的部分的限制 (例如，15%)。
如果過程塊644確定了電池將在正常調(diào)節(jié)時(shí)間周期結(jié)束之前被充電，則控制器行進(jìn)至過程塊646,在過程塊646處,控制器將上充電速率限制(upper charge rate limit) 降低至在調(diào)節(jié)時(shí)間周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的充電水平所需要的平均充電速率。例如，上充電速率限制可被設(shè)置為3. 3kff至2. 8kW。上充電速率限制和下充電速率限制被用作用于調(diào)節(jié)輸出速率的上邊界(upper bound)和下邊界(lower bound),它們基于電網(wǎng)的頻率而改變。因而， 充電速率可被箝位在由上充電速率限制和下充電速率限制所建立的范圍之間。上充電速率限制和下充電速率限制可以用單位例如安培、千瓦小時(shí)來表示，或者表示為最大輸出的百分率。
轉(zhuǎn)向圖6B，這是流程圖600的一部分，示出了用于生成調(diào)節(jié)信號(hào)的一種總體方法。 在過程塊660處，上充電速率限制被設(shè)置為可允許的最高水平(例如，3. 3kff)0
在過程塊654處，控制器確定電流充電器輸出速率是否足以在完成充電所需要的最小時(shí)間內(nèi)對(duì)電池進(jìn)行充電。這種剩余最小時(shí)間代表在給定電池S0C、充電效率和上充電速率限制的情況下電池可達(dá)到全充電的最短時(shí)間量。如果控制器確定電池將不能在完成充電所需要的最小時(shí)間內(nèi)被充滿，則在過程塊666處增大調(diào)節(jié)輸出速率，且在此處確定將使得充電器在正常的調(diào)節(jié)時(shí)間周期內(nèi)能夠?qū)㈦姵爻錆M的一個(gè)增大的輸出充電速率。否則，充電速率被確定為正常的，在過程塊664處調(diào)整上充電速率限制和下充電速率限制。完成充電所需要的最小時(shí)間可使用一個(gè)公式來計(jì)算，例如
最小時(shí)間=^充輔量_最大速率X充電效率
其中充電容量是仍需要被充電的電池充電量(以千瓦小時(shí)計(jì))，充電效率是確定用于電池的效率速率(例如，O. 98)，以及最大速率是用于充電器的最大可能的輸出水平(以千瓦小時(shí)計(jì))?？衫缤ㄟ^用戶設(shè)置的預(yù)期的最終充電時(shí)間、用戶設(shè)置的預(yù)期的充電周期或者通過預(yù)定的充電周期(例如，四小時(shí))，來確定剩下時(shí)間量。在一些實(shí)施方案中，控制器計(jì)算剩下時(shí)間比例，并且基于該剩下時(shí)間比例(例如，98. 5%)來確定應(yīng)當(dāng)增大的調(diào)節(jié)速率。在一個(gè)實(shí)施方案中，正常的調(diào)節(jié)時(shí)間周期可對(duì)應(yīng)于一個(gè)充電循環(huán)的時(shí)間周期，該充電循環(huán)發(fā)生在開始充電之后直到在電池需要被全充電的時(shí)間點(diǎn)之前的一個(gè)固定的時(shí)間閾值周期(例如，三十分鐘)。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制器計(jì)算用于從當(dāng)前時(shí)間充電至未來用于全充電的預(yù)期的時(shí)間點(diǎn)的剩余時(shí)間量，并且將所計(jì)算的剩余時(shí)間量與該閾值進(jìn)行比較，從而確定所述充電是否在正常的調(diào)節(jié)時(shí)間周期內(nèi)(例如，用于充電的剩余時(shí)間量大于該閾值)。
在過程塊664處，調(diào)節(jié)輸出速率被設(shè)置為“正常充電”。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，相對(duì)于平均充電速率限定上充電速率限制和下充電速率限制。上充電速率代表充電速率可超出當(dāng)前平均充電速率的最大量(例如，以千瓦小時(shí)或安培計(jì))，下充電速率代表充電速率可落在當(dāng)前平均充電速率以下的最大量。在其他實(shí)施例中，上充電速率限制和下充電速率限制可以用絕對(duì)項(xiàng)來限定，在這種情況中，相應(yīng)地調(diào)整下面所描述的關(guān)系。如果平均充電速率大于充電器的可能的最大輸出水平，則上充電速率限制被設(shè)置為零。否則，根據(jù)下述這個(gè)關(guān)系來調(diào)整上充電速率限制和下充電速率限制
上充電速率限制=最大速率-平均充電速率
下充電速率限制=平均充電速率+最大放電速率
最大速率是充電器的可能的最大輸出水平，最大放電速率是在放電方向中的充電器的可能的最大輸出水平(例如，逆變器為電力分配系統(tǒng)供電的可能的最大輸出水平)。
在過程塊666處，調(diào)節(jié)輸出速率被設(shè)置為“增加充電”。在一個(gè)實(shí)施方案中，如下地調(diào)整上充電速率限制和下充電速率限制。如果最大充電器輸出速率除以2大于平均充電速率，則不調(diào)整下充電速率限制，而根據(jù)下述這個(gè)關(guān)系來調(diào)整上充電速率限制
上充電麵艮制=最■率-平均規(guī)速率3
如果充電器的最大輸出速率除以2小于或者等于平均充電速率，則根據(jù)下述這個(gè)關(guān)系來調(diào)整上充電速率限制和下充電速率限制
上充電速率限制=最大速率-平均充電速率
下充電速率限制=平均充電速率+最大放電速率3
在過程塊670處，控制器存取一個(gè)或多個(gè)充電參數(shù)，所述充電參數(shù)可包括過程塊 660、664和666處設(shè)置的調(diào)節(jié)輸出速率，以及在例如過程塊642和646處所選擇的上充電速率限制和下充電速率限制中的一個(gè)或多個(gè)。其他充電參數(shù)可包括剩余時(shí)間(正常調(diào)節(jié)時(shí)間周期)、平均電池充電速率(例如，以千瓦計(jì))、電池的SOC (例如，以百分?jǐn)?shù)計(jì))和電池系統(tǒng)容量(例如，以安培小時(shí)計(jì))中的一個(gè)或多個(gè)。其他充電參數(shù)可包括最大電池充電速率、最大電池放電速率、充電效率、上偏差百分?jǐn)?shù)(平均充電速率被允許超出標(biāo)稱比例的百分?jǐn)?shù))和下偏差百分?jǐn)?shù)(平均充電速率被允許落在標(biāo)稱比例以下的百分?jǐn)?shù))中的一個(gè)或多個(gè)。
在過程塊674處，通過比較電力分配系統(tǒng)上的電能的當(dāng)前頻率與電力分配系統(tǒng)上的電能的標(biāo)稱頻率來確定電力分配系統(tǒng)上的電能的頻率偏差。在一個(gè)實(shí)施方案中，電能的平均頻率被計(jì)算且被用作標(biāo)稱頻率。用于從在電池充電系統(tǒng)位置處所接收的電能的直接測(cè)量值獲得平均頻率信息的一種示例技術(shù)是使用有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器的遞歸實(shí)施方式。在一個(gè)實(shí)施方案中，F(xiàn)IR濾波器計(jì)算預(yù)定時(shí)間量(例如，五分鐘)內(nèi)的平均頻率。在一些實(shí)施方案中，如果系統(tǒng)頻率顯著超出平均頻率或者落到平均頻率以下，例如，如果頻率超出上面討論的欠頻閾值或過頻閾值一固定量或用戶選擇量(例如，當(dāng)閾值為60. 5Hz時(shí)，測(cè)量值為61. 5Hz)，則可重新初始化濾波器。
在過程塊680處，控制器將調(diào)節(jié)輸出速率按比例改變?yōu)槌潆娖鬏敵鏊俾省Ｈ绻?dāng)前的瞬時(shí)頻率大于平均頻率，則可根據(jù)下述關(guān)系來實(shí)施將當(dāng)前的頻率測(cè)量歸一化為歷史頻率
權(quán)利要求
1.一種方法，包括 接收代表電力分配系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電氣特性的數(shù)據(jù)； 使用一個(gè)計(jì)算機(jī)處理器，所述計(jì)算機(jī)處理器基于所述數(shù)據(jù)來為一個(gè)雙向充電系統(tǒng)選擇充電速率，所述雙向充電系統(tǒng)可操作以對(duì)一個(gè)能量存儲(chǔ)設(shè)備充電或放電；以及 生成一個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)，用于使所述雙向充電系統(tǒng)將所述能量存儲(chǔ)設(shè)備放電，所述調(diào)節(jié)信號(hào)至少部分地基于所選擇的充電速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)包括代表所述電力分配系統(tǒng)的瞬時(shí)頻率測(cè)量值的頻率數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括從所述頻率數(shù)據(jù)計(jì)算一個(gè)平均頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括生成一個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)，用于使所述雙向充電系統(tǒng)為所述能量存儲(chǔ)設(shè)備充電，所述調(diào)節(jié)信號(hào)至少部分地基于所選擇的充電速率。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)包括代表所述電力分配系統(tǒng)的瞬時(shí)頻率和所述電力分配系統(tǒng)的平均頻率的頻率數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述充電速率是負(fù)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括接收代表所述能量存儲(chǔ)設(shè)備的狀態(tài)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，其中所述選擇至少部分地基于所述狀態(tài)數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述狀態(tài)數(shù)據(jù)包括代表所述能量存儲(chǔ)設(shè)備的充電狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括接收代表預(yù)期的最終充電時(shí)間的時(shí)間數(shù)據(jù)，其中所述選擇至少部分地基于所述時(shí)間數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括接收一個(gè)上頻率參數(shù)和一個(gè)下頻率參數(shù)，所述上頻率參數(shù)限定所述電力分配系統(tǒng)的過頻事件，所述下頻率參數(shù)限定所述電力分配系統(tǒng)的欠頻事件，其中所述選擇至少部分地基于所述上頻率參數(shù)和所述下頻率參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括接收代表所述能量存儲(chǔ)設(shè)備的實(shí)際充電或放電速率的數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括響應(yīng)于所述調(diào)節(jié)信號(hào)來使所述能量存儲(chǔ)設(shè)備放電，從而將電力傳輸至所述電力分配系統(tǒng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述能量存儲(chǔ)設(shè)備包括電動(dòng)車輛或插入式混合電動(dòng)車輛中的電池。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述能量存儲(chǔ)設(shè)備包括一個(gè)固定電源。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述能量存儲(chǔ)設(shè)備包括泵送水蓄能器。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述能量存儲(chǔ)設(shè)備包括一個(gè)飛輪。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述能量存儲(chǔ)設(shè)備包括一個(gè)電池輔助的光伏電力系統(tǒng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述電力分配系統(tǒng)包括一個(gè)交流電源。
19.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)包括代表所述電力分配系統(tǒng)的操作電壓的電壓數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述雙向充電系統(tǒng)包括一個(gè)AC-DC電池充電器和一個(gè)DC-AC并網(wǎng)逆變器。
21.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括將所述充電速率箝位在第一選擇的充電速率以下或者第二選擇的充電速率以上，其中所述第一選擇的充電速率和所述第二選擇的充電速率是響應(yīng)于用于對(duì)所述能量存儲(chǔ)設(shè)備充電的一個(gè)預(yù)定的或者用戶選擇的完成時(shí)間來選擇的。
22.—個(gè)或多個(gè)非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可讀指令，當(dāng)一個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可讀指令時(shí)，使得所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法。
23.—個(gè)或多個(gè)非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可讀指令，當(dāng)一個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可讀指令時(shí)，使得所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行一種方法，所述方法包括 接收代表電力分配系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電氣特性的數(shù)據(jù)； 基于所述數(shù)據(jù)來為一個(gè)雙向充電系統(tǒng)選擇充電速率，所述雙向充電系統(tǒng)可操作以使一個(gè)能量存儲(chǔ)設(shè)備放電至所述電力分配系統(tǒng)；以及 生成一個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)，用于使所述雙向充電系統(tǒng)將所述能量存儲(chǔ)設(shè)備放電，所述調(diào)節(jié)信號(hào)至少部分地基于所選擇的充電速率。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述數(shù)據(jù)包括代表所述電力分配系統(tǒng)的瞬時(shí)頻率的頻率數(shù)據(jù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述選擇包括計(jì)算所述瞬時(shí)頻率和先前所接收的瞬時(shí)頻率數(shù)據(jù)的平均值之間的差。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述選擇包括 計(jì)算先前所接收的代表一個(gè)或多個(gè)電氣特性的數(shù)據(jù)的平均值； 計(jì)算所接收的數(shù)據(jù)和所述平均值之間的差； 如果所述差指示所述電力分配系統(tǒng)具有過多的能量，則選擇為所述能量存儲(chǔ)設(shè)備充電的充電速率；以及 如果所述差指示所述電力分配系統(tǒng)缺少能量，則選擇使所述能量存儲(chǔ)設(shè)備放電的充電速率。
27.—種系統(tǒng),包括 一個(gè)或多個(gè)處理單元； 一個(gè)或多個(gè)非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可讀指令，當(dāng)所述處理單元執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可讀指令時(shí)，使用下述模塊來確定用于一個(gè)雙向充電器的充電速率 一個(gè)數(shù)據(jù)輸入模塊，可操作以接收代表一個(gè)電力分配系統(tǒng)的 一個(gè)或多個(gè)電氣特性的數(shù)據(jù)； 一個(gè)邏輯模塊，可操作以使用所述數(shù)據(jù)來確定用于所述雙向 充電器的所述充電速率；以及 一個(gè)數(shù)據(jù)輸出模塊，可操作以發(fā)送代表所確定的充電速率的 充電器輸出速率數(shù)據(jù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)包括代表所述電力分配系統(tǒng)的瞬時(shí)頻率的頻率數(shù)據(jù)。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述雙向充電器的所述充電速率是負(fù)的。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述雙向充電器的所述充電速率指示所述雙向充電器將要放電。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括所述雙向充電器，所述雙向充電器被配置為響應(yīng)于所述充電器輸出速率數(shù)據(jù)來接收來自所述電力分配系統(tǒng)的電力，或者將電力傳遞至所述電力分配系統(tǒng)。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述充電速率至少部分地基于下列數(shù)據(jù)中的一個(gè)或多個(gè)代表所述能量存儲(chǔ)設(shè)備的狀態(tài)的狀態(tài)數(shù)據(jù)；代表預(yù)期的最終充電時(shí)間的時(shí)間數(shù)據(jù)；或者，所述能量存儲(chǔ)設(shè)備的實(shí)際充電或放電速率。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)輸入模塊可操作以接收一個(gè)上頻率參數(shù)、一個(gè)下頻率參數(shù)、或者所述上頻率參數(shù)和所述下頻率參數(shù)，所述上頻率參數(shù)限定所述電力分配系統(tǒng)的過頻事件，所述下頻率參數(shù)限定所述電力分配系統(tǒng)的欠頻事件，其中所述確定是至少部分地基于所述上頻率參數(shù)和所述下頻率參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)。
34.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)能量存儲(chǔ)設(shè)備，所述能量存儲(chǔ)設(shè)備可操作以響應(yīng)于所述充電器輸出速率數(shù)據(jù)來在所述電力分配系統(tǒng)中生成電力。
35.一種方法,包括 將來自電力分配系統(tǒng)的電力傳輸至能量存儲(chǔ)設(shè)備；以及 響應(yīng)于所測(cè)量的所述電力分配系統(tǒng)的瞬時(shí)頻率，在所述電力分配系統(tǒng)處接收來自所述能量存儲(chǔ)設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)的電力，其中所述一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)設(shè)備響應(yīng)于所測(cè)量的所述電力分配系統(tǒng)的瞬時(shí)頻率與所述電力分配系統(tǒng)的平均頻率的偏差，來將電力傳輸至所述電力分配系統(tǒng)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，進(jìn)一步包括提供一個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)，使得所述能量存儲(chǔ)設(shè)備將電力傳輸至所述電力分配系統(tǒng)。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述提供由一個(gè)充電站來執(zhí)行。
38.一種方法,包括 監(jiān)控一個(gè)電力分配系統(tǒng)的頻率；以及 當(dāng)所述電力分配系統(tǒng)的頻率處于第一頻率范圍中時(shí)，接收來自所述電力分配系統(tǒng)的電力，并且用所接收的電力以一個(gè)充電速率為一個(gè)能量存儲(chǔ)設(shè)備充電；以及 當(dāng)所述電力分配系統(tǒng)的頻率處于一個(gè)不同于所述第一頻率范圍的第二頻率范圍時(shí)，以一個(gè)放電速率為所述能量存儲(chǔ)設(shè)備放電，并且將電力從所述能量存儲(chǔ)設(shè)備傳遞至所述電力分配系統(tǒng)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述放電速率是至少部分地基于從所述電力分配 系統(tǒng)的頻率所獲得的一個(gè)平均頻率。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述放電速率是基于所述能量存儲(chǔ)設(shè)備的充電狀態(tài)。
41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，進(jìn)一步包括將所述充電速率或所述放電速率箝位在第一選擇的充電速率以下或者在第二選擇的充電速率以上，其中所述第一選擇的充電速率和所述第二選擇的充電速率是響應(yīng)于用于為所述能量存儲(chǔ)設(shè)備充電的一個(gè)預(yù)定的完成時(shí)間或者用戶選擇的完成時(shí)間來選擇的。
42.—個(gè)或多個(gè)非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可讀指令，當(dāng)一個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可讀指令時(shí)，使得所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法。
43.—種方法,包括 響應(yīng)于電力分配系統(tǒng)的一個(gè)頻率且當(dāng)該頻率處于第一頻率范圍內(nèi)時(shí)，使一個(gè)能量存儲(chǔ)設(shè)備放電；以及 將電力從正在放電的能量存儲(chǔ)設(shè)備傳遞至所述電力分配系統(tǒng)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中至少部分地響應(yīng)于從所述電力分配系統(tǒng)的頻率所獲得的一個(gè)平均頻率，發(fā)生放電。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中響應(yīng)于所述能量存儲(chǔ)設(shè)備的充電狀態(tài)超出一個(gè)預(yù)定義值，發(fā)生放電。
46.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中響應(yīng)于為所述能量存儲(chǔ)設(shè)備充電的一個(gè)預(yù)定的完成時(shí)間或者用戶選擇的完成時(shí)間，發(fā)生放電。
47.一個(gè)或多個(gè)非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可讀指令，當(dāng)一個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可讀指令時(shí)，使得所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法。
48.一種系統(tǒng),包括 數(shù)據(jù)輸入裝置，可操作以接收代表一個(gè)電力分配系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電氣特性的數(shù)據(jù)； 邏輯裝置，可操作以使用所述數(shù)據(jù)來確定用于一個(gè)雙向充電器的充電速率；以及 一個(gè)數(shù)據(jù)輸出模塊，可操作以發(fā)送代表所確定的充電速率的充電器輸出速率數(shù)據(jù)。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述數(shù)據(jù)輸出模塊耦合的一個(gè)雙向充電器。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦合至所述雙向充電器的能量存儲(chǔ)裝置。
全文摘要
本文所公開的是用于為連接至電力分配系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)設(shè)備充電和放電的方法、裝置和系統(tǒng)的代表性實(shí)施方案。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，控制器監(jiān)控電力分配系統(tǒng)的電氣特性，提供輸出至雙向充電器，使所述充電器對(duì)能量存儲(chǔ)設(shè)備(例如，插入式混合電動(dòng)車輛(PHEV)中的電池)充電或放電。當(dāng)電力分配系統(tǒng)中存在過多電力時(shí)(例如，當(dāng)AC電網(wǎng)的頻率超出平均值時(shí))通過增大充電速率，控制器可有助于穩(wěn)定所述電力分配系統(tǒng)，或者當(dāng)電力分配系統(tǒng)中缺少電力時(shí)(例如，當(dāng)AC電網(wǎng)的頻率在平均值以下時(shí))通過使來自能量存儲(chǔ)設(shè)備的電力放電來穩(wěn)定所述電網(wǎng)。
文檔編號(hào)B60W10/24GK102934319SQ201180027770
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者R·M·普拉特, D·J·哈默斯特倫, M·C·W·金特納-梅耶, F·K·塔夫納 申請(qǐng)人:巴特爾紀(jì)念研究院