專利名稱：次級(jí)能源對(duì)電網(wǎng)的貢獻(xiàn)的調(diào)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及利用次級(jí)能源向配電網(wǎng)貢獻(xiàn)電能，尤其涉及由這種源向電網(wǎng)供給的全部電能以及這種電能的瞬間增大或降低的調(diào)節(jié)。
背景技術(shù)：
一般來(lái)說(shuō)，公用事業(yè)公司從一個(gè)或多個(gè)主電力產(chǎn)生源，比如燃?xì)狻⑷济?、核能?或水力發(fā)電廠獲得電能，以通過(guò)配電網(wǎng)輸送給消費(fèi)者。利用這些源供給的電能較穩(wěn)定，并且能夠容易地調(diào)節(jié)以滿足消費(fèi)者的需求，同時(shí)符合關(guān)于這種電能的標(biāo)準(zhǔn)，比如額定電壓水平和額定頻率水平。為了補(bǔ)充利用這些主源供給的電能，日益常見的是將次級(jí)能源，比如太陽(yáng)能板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接到配電網(wǎng)。除了別的優(yōu)點(diǎn)之外，與天然氣、煤和核能源相反，這些次級(jí)形式的能量是可再生的，并且還有助于減少不利地影響氣候條件的溫室氣體的排放。當(dāng)把次級(jí)能源連接到電網(wǎng)時(shí)，公用事業(yè)公司運(yùn)營(yíng)商期望次級(jí)能源的貢獻(xiàn)在一定水平之內(nèi)，使得其能夠被充分考慮到，并相應(yīng)地調(diào)整主源的輸出。不過(guò)，和主源的相對(duì)穩(wěn)定的輸出不同，次級(jí)源產(chǎn)生的能量的大小會(huì)在相對(duì)較短的時(shí)間間隔(例如，以秒計(jì)的時(shí)間間隔)中，在較大的范圍內(nèi)變化。例如，太陽(yáng)能板的輸出不僅隨著時(shí)辰變化，而且會(huì)由于諸如遮擋直射陽(yáng)光的云彩的突然出現(xiàn)和飄過(guò)之類的氣象事件而變化。同樣地，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的輸出常遭受風(fēng)速的瞬間狂風(fēng)和間歇。次級(jí)源的輸出的突然下降被電網(wǎng)吸收，并且需要通過(guò)增大一個(gè)或多個(gè)主源的輸出來(lái)被適應(yīng)。不利地，次級(jí)輸出的突然劇增會(huì)超過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的輸送能力，在主源能夠被削減之前，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的電能的損失。這些突然變化限制了次級(jí)能源在源的整個(gè)群體內(nèi)的有效貢獻(xiàn)。利用的次級(jí)源的數(shù)目越多，供給的電能的變化就越大，這導(dǎo)致這種源的可靠性的降低，和/或需要快速響應(yīng)的主發(fā)電單元。后一要求會(huì)在主發(fā)電廠導(dǎo)致額外費(fèi)用，比如增加的維護(hù)要求，和與在非最佳設(shè)定點(diǎn)的運(yùn)行相關(guān)的額外燃料費(fèi)用。電壓的較大搖擺還可能超過(guò)配電系統(tǒng)對(duì)正常運(yùn)行的響應(yīng)能力。傳統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備通常不能足夠迅速地對(duì)突然的變化作出反應(yīng)，當(dāng)試圖足夠迅速地對(duì)突然的變化作出反應(yīng)時(shí)，會(huì)引起額外的燃料和維護(hù)成本。

發(fā)明內(nèi)容
按照所公開的本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)控制在能量方面耦接到電網(wǎng)的一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的充電和放電行為，使得次級(jí)能源的輸出的快速增長(zhǎng)被存儲(chǔ)系統(tǒng)吸收，而通過(guò)將存儲(chǔ)的能量釋放到電網(wǎng)來(lái)補(bǔ)償次級(jí)源的輸出的快速下降，解決了這些顧慮。實(shí)際上，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)調(diào)和或者“掩飾”次級(jí)源的輸出中的變化，使得可以可靠地把提供給電網(wǎng)和電網(wǎng)提供的功率維持在適當(dāng)?shù)乃?。能量存?chǔ)系統(tǒng)的充電和放電可被控制，使得次級(jí)源和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的組合貢獻(xiàn)確保不超過(guò)規(guī)定水平的變化率?？梢源_定次級(jí)源的最大和最小輸出功率水平以定義正常工作范圍。只有當(dāng)次級(jí)源輸出功率水平超過(guò)或者低于規(guī)定范圍的限制時(shí)，才實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的充電或放電。參考下面的詳細(xì)說(shuō)明和附圖，可以更好地理解本發(fā)明的原理和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是圖解說(shuō)明相對(duì)于目標(biāo)功率帶的次級(jí)能源的功率輸出的曲線圖。圖2A-2C是圖解說(shuō)明按照本發(fā)明獲得的結(jié)果的時(shí)間曲線圖。圖3是連接到電網(wǎng)的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的一般方框圖，所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)被控制以調(diào)節(jié)次級(jí)能源的輸出的變化率等因素。圖4是用于調(diào)節(jié)次級(jí)能源的輸出功率的控制模塊的更詳細(xì)方框圖。圖5、6、7和圖8A-8B是圖解說(shuō)明控制能量存儲(chǔ)系統(tǒng)以調(diào)節(jié)次級(jí)能源的輸出的變化率的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式為了更容易地理解成為本發(fā)明的基礎(chǔ)的原理，下面關(guān)于使用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換裝置，例如光伏板作為次級(jí)源，說(shuō)明示例性實(shí)施例。要理解本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用并不局限于該例子，本發(fā)明可以用在期望削弱能源的輸出中的快速搖擺的任何環(huán)境中。圖1是本發(fā)明適用于的情形的種類的曲線圖。對(duì)于一天中的特定時(shí)期，例如，給定的某小時(shí)來(lái)說(shuō)，公用事業(yè)公司預(yù)期來(lái)自連接到配電網(wǎng)的太陽(yáng)能板的一定數(shù)量的輸出功率?？紤]到電網(wǎng)吸收變化的能力，可為該時(shí)期確定上限10和下限12，以限定來(lái)自太陽(yáng)能板的容許輸出功率的范圍或帶。此范圍可以隨時(shí)間因素，比如時(shí)辰、月中日期和/或月份而變化，以考慮到太陽(yáng)的位置的變化。作為替代地或者附加地，它可以是影響次級(jí)能源的輸出的地理參數(shù)，比如太陽(yáng)日射、風(fēng)速等的函數(shù)。這些參數(shù)可以基于根據(jù)歷史數(shù)據(jù)或者實(shí)時(shí)測(cè)量獲得的估計(jì)量。線13代表在所述時(shí)期內(nèi)，太陽(yáng)能板可能輸出的實(shí)際功率水平。盡管該時(shí)期的平均輸出可能在期望的帶內(nèi)，不過(guò)瞬時(shí)值可能變化極大和極快，導(dǎo)致超過(guò)上限10的波峰14，和低于下限12的波谷16。另外，即使當(dāng)實(shí)際功率水平在期望的功率帶內(nèi)時(shí)，瞬時(shí)增長(zhǎng)率18或者減少率20也可能超過(guò)電網(wǎng)能夠吸收的值。由于主發(fā)電源不能足夠快速地抗衡這些波峰、波谷和較高的上升率或下降率的影響，因此配電網(wǎng)上的功率水平可能偏離期望的功率水平。為了減輕這種功率搖擺可能對(duì)配電網(wǎng)的影響，使能量存儲(chǔ)系統(tǒng)與太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換裝置結(jié)合，從而通過(guò)削弱太陽(yáng)能板的輸出的變化，降低來(lái)自主源的所要求的響應(yīng)，和從而招致的成本。通過(guò)把能量從能量存儲(chǔ)系統(tǒng)釋放到電網(wǎng)上，對(duì)太陽(yáng)能板的輸出降低到期望的帶之下進(jìn)行抗衡，并且通過(guò)把一些或者全部多余的能量轉(zhuǎn)移到能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，補(bǔ)償輸出超過(guò)上限10的向上增加。此外，當(dāng)太陽(yáng)能板在期望的帶內(nèi)工作時(shí)，存儲(chǔ)裝置可被充電或放電，以把保存的能量維持在最佳水平，以用于吸收太陽(yáng)能板的輸出中的下次較大變化，同時(shí)削弱輸出功率的任何較高的增長(zhǎng)率或減少率。圖2A-2C的時(shí)間曲線圖中圖解說(shuō)明了通過(guò)組合諸如電池之類的能量存儲(chǔ)裝置和太陽(yáng)能板而獲得的效果。圖2A描述其中在從t1-Ι到ti的時(shí)期內(nèi)，太陽(yáng)能板的輸出功率的瞬時(shí)增大大于最大容許變化率的情形。在這種情況下，電池存儲(chǔ)系統(tǒng)被啟動(dòng)，以對(duì)電池充電，從而使來(lái)自太陽(yáng)能板的一些輸出功率被電池吸收。結(jié)果，在該時(shí)期內(nèi)，對(duì)電網(wǎng)的凈輸出功率保持在容許的斜升率之內(nèi)。圖2B圖解說(shuō)明相反的情形，其中源于太陽(yáng)能板的輸出功率以超過(guò)最大容許速率的速率降低。在這種情況下，電池放電，從而在該時(shí)期內(nèi)向電網(wǎng)供給額外的功率，使得相對(duì)于前一時(shí)期的凈變化被減小，從而保持在容許的變化率之內(nèi)。在圖2C的例子中，一天之中的期望功率帶由按照時(shí)辰而變化的上限10和下限12限定。當(dāng)在一天之中的部分時(shí)刻內(nèi)，太陽(yáng)能板的實(shí)際輸出功率超過(guò)上限時(shí)，多余的功率被電池吸收，使得向電網(wǎng)供給的凈功率被限制為利用粗線段11描述的量。類似地，當(dāng)在一天之中稍晚的部分時(shí)刻內(nèi)，太陽(yáng)能板的輸出功率降到下限12以下時(shí)，電池向電網(wǎng)供給額外的功率，使得輸送的凈功率保持在利用粗線段13描述的水平。適當(dāng)?shù)哪芰看鎯?chǔ)系統(tǒng)的例子是采用連接到配電網(wǎng)，并且被有選擇地充電或放電，以便分別吸收多余的能量和提供補(bǔ)充能量的電池組的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。圖3是圖解說(shuō)明實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的原理的控制存儲(chǔ)電池的充電和放電的示例性系統(tǒng)的框圖。參見圖3，一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能板22產(chǎn)生由逆變器24轉(zhuǎn)換成交流(AC)功率的直流輸出功率。該AC功率被提供給電功率配電網(wǎng)26。傳感器27把表示太陽(yáng)能板逆變器的輸出功率的信號(hào)提供給電池存儲(chǔ)系統(tǒng)控制器
28。該控制器產(chǎn)生影響連接到電網(wǎng)26的電池存儲(chǔ)系統(tǒng)(BSS)30中的電池的充電或放電的信號(hào)。BSS控制器28的第一模塊32按照本發(fā)明的原理工作，以調(diào)節(jié)太陽(yáng)能板22的輸出的斜坡(即，變化率)，以及把太陽(yáng)能板22的輸出對(duì)電網(wǎng)的貢獻(xiàn)保持在期望帶內(nèi)。該模塊按照太陽(yáng)能板逆變器的瞬時(shí)輸出功率，生成信號(hào)Dispatchl，以削弱所述輸出功率的較大和/或較快的搖擺，以及調(diào)節(jié)所述輸出功率的總水平。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能調(diào)節(jié)模塊32的輸出信號(hào)Dispatchl可被直接應(yīng)用于BSS30，以按根據(jù)太陽(yáng)能板的輸出控制電池的充電和放電。在另一個(gè)實(shí)施例中，從太陽(yáng)能調(diào)節(jié)模塊32輸出的信號(hào)Dispatchl被提供給頻率調(diào)節(jié)模塊34，如圖3中所示。頻率調(diào)節(jié)模塊34按照電網(wǎng)26上的AC功率的頻率，修改Dispatchl信號(hào)。本質(zhì)上，頻率調(diào)節(jié)模塊使BSS向電網(wǎng)供給電能，或者從電網(wǎng)吸收電能，以把電網(wǎng)的工作頻率維持在預(yù)定范圍內(nèi)，所述預(yù)定范圍以期望的額定工作頻率，例如，在美國(guó)的60Hz，為基礎(chǔ)。在同時(shí)待審的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/248，106中說(shuō)明了這種頻率調(diào)節(jié)的一個(gè)例子，該專利申請(qǐng)的公開內(nèi)容在此引為參考。如這里所述，BSS和電網(wǎng)之間的能量傳遞的量或速率可以是電網(wǎng)的工作頻率的函數(shù)。頻率調(diào)節(jié)模塊要求的電池的放電量或充電量與來(lái)自太陽(yáng)能調(diào)節(jié)模塊32的信號(hào)Dispatchl結(jié)合，從而產(chǎn)生應(yīng)用于BSS的輸出信號(hào)Dispatch20應(yīng)用于BSS的控制信號(hào)，例如第一實(shí)施例中的Dispatchl或第二實(shí)施例中的Dispatch2的符號(hào)啟動(dòng)BSS中的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)(未不出)內(nèi)的逆變器，從而使電池向電網(wǎng)放電，或者啟動(dòng)BSS中的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)內(nèi)的轉(zhuǎn)換器，從而用來(lái)自電網(wǎng)的電能對(duì)電池充電。信號(hào)的大小決定將被加入電網(wǎng)或者將從電網(wǎng)吸收的電能的量。由于太陽(yáng)能板逆變器24的輸出功率被施加于BSS和電網(wǎng)之間的連接，因此電池的充電和放電實(shí)際上分別用于吸收來(lái)自太陽(yáng)能板的多余電能或者補(bǔ)充電能。圖4中圖解說(shuō)明太陽(yáng)能斜坡調(diào)節(jié)模塊34的更詳細(xì)描述。該模塊包括執(zhí)行后面說(shuō)明的控制算法的處理器38，和被配置有保存所述算法采用的參數(shù)的寄存器的一種或多種形式的存儲(chǔ)器40。這些參數(shù)包括具有示出的測(cè)量單位的下述一組輸入值Solar (kWh)-太陽(yáng)能板逆變器在當(dāng)前時(shí)刻t的輸出。LagSolar (kWh)-在時(shí)間t_l，對(duì)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)后的功率輸出，即，太陽(yáng)能板22的輸出和BSS30的電池的輸出的代數(shù)組合。Floor (kWh)-用戶規(guī)定的關(guān)于功率輸出的下限,例如極限值12。Ceiling (kWh)-用戶規(guī)定的關(guān)于功率輸出的上限，例如極限值10。RampMax(kWh)-用戶規(guī)定的從時(shí)間t_l到t的功率輸出的向上或者向下的最大變化。SoC(%，0-100)_電池的充電狀態(tài)。BattCap (kWh)-關(guān)于瞬間電池功率輸出的限制。kWh (kWh)-總的電池能量容量。Bias (kWh)-用戶定義的電池的最佳電荷狀態(tài)的值。保存在存儲(chǔ)器40中的參數(shù)還包括利用算法計(jì)算的以下中間變量BasicDisp (kWh)-無(wú)約束的電池調(diào)度(dispatch)信號(hào)。Conf (kWh)-關(guān)于使電池充電的約束條件。Cone (kWh)-關(guān)于使電池放電的約束條件。UpperLim(kWh)-對(duì)電網(wǎng)的功率輸出的容許范圍的上限。LowerLim (kWh)-對(duì)電網(wǎng)的功率輸出的容許范圍的下限。Rbe(%，0-100)_當(dāng)前電荷狀態(tài)和滿電荷之間的差(=1-SoC)。如前所述,Floor和Ceiling的值是用戶確定的值,它們可以是影響次級(jí)源的預(yù)期輸出的時(shí)間和/或地理參數(shù)的函數(shù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，它們可根據(jù)電池的充電狀態(tài)(SoC)被確定。同樣地，RampMax的值由用戶輸入，且可以是任意一個(gè)或多個(gè)這些相同因素的函數(shù)。最大變化率也可根據(jù)次級(jí)能源的輸出被確定。根據(jù)保存在這些寄存器中的數(shù)據(jù)，處理器38產(chǎn)生兩個(gè)輸出信號(hào)=Dispatchl和Dump。如前所述，在一個(gè)實(shí)施例中，Dispatchl信號(hào)可被直接應(yīng)用于BSS30，以控制電池的充電和放電。在備選實(shí)施例中，Dispatchl信號(hào)被提供給頻率調(diào)節(jié)模塊，并被按需修改，以產(chǎn)生控制電池的充電和放電的Dispatch2信號(hào)。Dump信號(hào)被用于在太陽(yáng)能板產(chǎn)生的電能過(guò)多從而不能被電網(wǎng)和BSS吸收時(shí),有選擇地丟棄太陽(yáng)能板產(chǎn)生的電能。例如，如圖3中圖形所示，Dump信號(hào)可啟動(dòng)開關(guān)42，以把太陽(yáng)能電力從電網(wǎng)轉(zhuǎn)移到處于接地電位的電極44。圖5-8B的流程圖中表示了處理器38執(zhí)行的產(chǎn)生這些信號(hào)的算法。圖5圖解說(shuō)明周期性地，例如每秒一次地執(zhí)行的主例程。在所述周期開始時(shí)，在步驟50，比較Solar的當(dāng)前值與下限Floor。如果Solar小于Floor,那么在步驟52執(zhí)行放電子例程Low。如果Solar的值大于Floor，那么處理器進(jìn)入步驟54，在步驟54，處理器比較Solar的值和上限Ceiling。如果Solar超過(guò)Ceiling,那么在步驟56執(zhí)行充電子例程High。如果Solar小于Ceiling,那么在步驟57,處理器執(zhí)行In-Range子例程。圖6的流程圖中描述了步驟52的放電子例程。當(dāng)處理器跳轉(zhuǎn)到該子例程時(shí)，在步驟58,處理器把無(wú)約束的電池放電信號(hào)BasicDisp的值設(shè)定成等于Solar減去Floor或(LagSolar-RampMax)中的較大者的值。LagSolar是在時(shí)間t_l時(shí)的太陽(yáng)能板和BSS的組合輸出。(LagSolar-RampMax)是從變化率看的最小容許輸出。如果LagSolar高于但是接近于最低限度值，那么(LagSolar-RampMax)會(huì)使新的輸出降到最低限度值之下。這種情況下，“max”函數(shù)確保新的(無(wú)約束的)目標(biāo)輸出至少為最低限度值。這將為負(fù)值，因?yàn)樽畹拖薅戎蹈哂谀孀兤鬏敵?，電池將不得不把電能放出到電網(wǎng)中，以彌補(bǔ)差值。BasicDisp的負(fù)值實(shí)質(zhì)上是使電池放電，以便把系統(tǒng)輸出升高到最低限度水平之上的請(qǐng)求。不過(guò)，總的放電量必須不超過(guò)電池中的可用能量，或者電池的最大額定功率。于是，在步驟60,參數(shù)Cone被設(shè)定成等于(SoC -k kWh/100)或BattCap中的較小者的負(fù)數(shù)。總的值為負(fù)，因?yàn)檫@是放電約束。在步驟62，選擇無(wú)約束的調(diào)度值BasicDisp和約束值Cone中的較大者，從而產(chǎn)生Dispatchl控制信號(hào)。由于在本子例程中，電池正在被放電，因此不存在要廢棄的多余能量。因而，在步驟64，Dump控制信號(hào)被設(shè)定為O。圖7的流程圖說(shuō)明當(dāng)太陽(yáng)能逆變器輸出升高到用戶規(guī)定的最高限度之上時(shí)，用于控制BSS的充電子例程56。在步驟66, BasicDisp的值被設(shè)定成等于Solar減去Ceiling和(LagSoIar+RampMax)中的較小者的值。從斜坡(slope)觀點(diǎn)看的最大容許輸出由(LagSoIar+RampMax)定義。如果 LagSolar 接近于上限，那么(LagSoIar+RampMax)會(huì)使新的輸出超過(guò)最高限度。這種情況下，“min”函數(shù)確保新的(無(wú)約束的)目標(biāo)值最多等于最高限度值。這將是正值，因?yàn)槟孀兤鬏敵龈哂谧罡呦薅戎担瑥亩姵貙⒉坏貌怀潆?吸收能量)，以減小輸出。任何充電信號(hào)必須不超過(guò)電池的未用能量容量，或者電池的最大額定功率。于是，在步驟68，選擇(Rbe ~k kWh/100)和BattCap中的較小者以產(chǎn)生充電約束條件Conf。在步驟70，選擇均為正值的無(wú)約束的調(diào)度值BasicDisp和約束值Conf中的較小者，從而產(chǎn)生調(diào)度量控制信號(hào)Dispatchl。如果約束條件有約束力，那么或者由于電池接近于滿電荷，或者由于電池的最大額定功率，不存在電池的來(lái)自逆變器24的過(guò)多輸出要處理。在這種情況下，來(lái)自逆變器的一些輸出必須被廢棄，使得對(duì)電網(wǎng)的凈輸出保持在極限之內(nèi)。因而，在步驟72，Dump控制信號(hào)被設(shè)定成O或(BasicDisp-Conf)中的較大者。圖8A和SB的流程圖表示當(dāng)逆變器24的輸出在介于最高限度值和最低限度值之間的容許范圍中時(shí)，處理器用于控制系統(tǒng)的子例程57。大多數(shù)時(shí)候情況可能都是這樣。在該時(shí)間內(nèi)，電池的電荷狀態(tài)被保持在最佳水平，以便準(zhǔn)備好適應(yīng)太陽(yáng)能板的輸出中的下一個(gè)波峰或波谷。在步驟74，設(shè)定充電約束條件Conf。由于這是充電約束條件，因此它具有正值。任何充電信號(hào)必須不超過(guò)電池的未用能量容量，或者電池的最大額定功率。于是，選擇(Rbe* kWh/100)和BattCap中的較小者以產(chǎn)生Conf。在步驟76，設(shè)定放電約束條件Cone。由于這是放電約束條件，因此它具有負(fù)值。任何放電信號(hào)必須不超過(guò)電池中的可用能量，或者電池的最大額定功率。因而，Cone被設(shè)定成等于(SoC * kWh/100)和BattCap中的較小者。關(guān)于系統(tǒng)輸出的容許上限是受最高限度值限制的前一時(shí)期中的系統(tǒng)輸出加上最大變化率(ramp rate)。在步驟78,上限值UpperLim被設(shè)定成等于Ceiling和(LagSolar+RampMax)中的較小者。關(guān)于系統(tǒng)輸出的容許下限值是受最低限度值限制的前一時(shí)期中的系統(tǒng)輸出減去最大變化率。在步驟80,下限值LowerLim被設(shè)定成等于Floor和(LagSolar-RampMax)中的較大者。由于Ceiling和Floor的值可以是時(shí)間因素的函數(shù)，因此UpperLim和LowerLim也可以是這些因素的函數(shù)。由于系統(tǒng)輸出不可能超過(guò)最高限度，因此不需要廢棄電能。因而，在步驟82，控制信號(hào)Dump被設(shè)定成等于O?，F(xiàn)在參見圖8B，在步驟84，進(jìn)行檢查，以了解電池的電荷狀態(tài)是否大于用戶規(guī)定的上閾值，例如89%。如果是，那么電池接近于滿電荷，從而處理器進(jìn)入步驟86。在步驟86，使控制信號(hào)Dispatchl偏向于上限，以便使放電達(dá)到最大程度(或者使充電達(dá)到最小程度)。基本的無(wú)約束的調(diào)度為Solar-UpperLim。如果Solar > UpperLim,那么調(diào)度為充電信號(hào)，并且受充電約束條件Conf約束。如果Solar < UpperLim，那么調(diào)度為放電信號(hào)，并且受放電約束條件Cone約束。如此約束的值被減小用戶供給的Bias的值,并作為Dispatchl輸出。如果電荷狀態(tài)小于上閾值，那么在步驟88進(jìn)行檢查，以了解電池的電荷狀態(tài)是否小于用戶規(guī)定的下閾值，例如，20%。如果是，那么電池接近于放電，從而處理器進(jìn)入步驟90。在這種情況下，使控制信號(hào)Dispatchl偏向于下限，以便使充電達(dá)到最大程度(或者使放電達(dá)到最小程度)?；镜臒o(wú)約束的調(diào)度為Solar-Lowerlim。如果Solar < Lowerlim,那么調(diào)度為放電信號(hào)，從而受Cone的值約束。如果Solar > Lowerlim,那么調(diào)度為充電信號(hào)，從而受Conf約束。如此約束的值被加到Bias的值上,從而變成Dispatchl。在步驟92,確定是否Solar > UpperLim。如果是，那么在步驟94,發(fā)送利用Conf限制的充電信號(hào)Solar-UpperLim。如果Solar不大于UpperLim,那么在步驟96確定是否Solar < LowerLim。如果是,那么在步驟98,發(fā)送利用Cone限制的放電信號(hào)Solar-LowerLimo如果步驟84、88、92或96的條件都不被滿足,那么不需要任何調(diào)節(jié)，在步驟100,把控制信號(hào)Dispatchl設(shè)定為O。應(yīng)理解通過(guò)模塊化地或者一體地利用硬件和/或利用計(jì)算機(jī)軟件，可以控制邏輯的形式，實(shí)現(xiàn)如上所述的本發(fā)明。根據(jù)這里提供的公開和教導(dǎo)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)理解和意識(shí)到利用硬件，以及硬件和軟件的組合，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的其它途徑。例如，在圖4的例子中，斜坡調(diào)節(jié)模塊被描述成具有它自己的處理器。實(shí)際上，實(shí)現(xiàn)圖5-8B的邏輯的處理器可以是更大的系統(tǒng)，例如，操作整個(gè)BSS控制器28，并執(zhí)行除在流程圖中描述的那些例程之外的其它例程的系統(tǒng)的一部分。利用任何適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)語(yǔ)言，比如基于Java，C++或Perl的常規(guī)技術(shù)或者面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，可把這里說(shuō)明的任意軟件組件或函數(shù)實(shí)現(xiàn)成將由處理器執(zhí)行的軟件代碼。所述軟件代碼可作為一系列的指令或者命令被保存在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，以便存儲(chǔ)，所述適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，只讀存儲(chǔ)器(ROM)，諸如硬盤驅(qū)動(dòng)器或軟盤之類的磁介質(zhì)，或者諸如壓縮盤(CD)或DVD (數(shù)字通用盤)之類的光介質(zhì)，閃速存儲(chǔ)器等等。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是這些存儲(chǔ)裝置的任何組合。出于說(shuō)明和描述的目的，給出了示例性實(shí)施例的以上說(shuō)明。要理解可以用其它方式，實(shí)現(xiàn)成為本發(fā)明的基礎(chǔ)的原理，而不脫離其本質(zhì)特性。例如，雖然關(guān)于使用太陽(yáng)能板作為次級(jí)能源，說(shuō)明了示例性實(shí)施例，不過(guò)要理解本發(fā)明可用于任何其它種類的能源，尤其是具有可變輸出的那些能源，比如風(fēng)力發(fā)電機(jī)。同樣地，可以采用除電池之外的能量存儲(chǔ)介質(zhì)，比如電容系統(tǒng)、飛輪或壓縮空氣來(lái)調(diào)節(jié)次級(jí)源的輸出功率。另外，雖然說(shuō)明了用于調(diào)節(jié)輸出功率的具有上限和下限的優(yōu)選功率帶，不過(guò)本發(fā)明可以用在只具有功率的容許范圍的一個(gè)極限，例如最低限度值，而沒(méi)有上限的系統(tǒng)中。最大斜坡也可以不對(duì)稱，當(dāng)輸出升高時(shí)的功率的容許變化不同于當(dāng)輸出降低時(shí)的功率的容許變化。因而，上述示例性實(shí)施例并不是窮盡的，也不意圖把本發(fā)明限制于公開的具體形式，鑒于上面的教導(dǎo)，許多修改和變化都是可能的。說(shuō)明實(shí)施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠在各個(gè)實(shí)施例中，和利用適合于預(yù)期的特定應(yīng)用的各種修改應(yīng)用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)節(jié)向配電網(wǎng)供給的電源的輸出功率的方法，包括: 確定(a)電源的輸出功率是否在預(yù)定范圍之外，和(b)輸出功率的變化率是否超過(guò)預(yù)定最大值； 如果確定條件(a)和(b)中的任一個(gè)或兩個(gè)被滿足，那么通過(guò)在能量存儲(chǔ)介質(zhì)和電網(wǎng)之間轉(zhuǎn)移能量，調(diào)節(jié)提供給電網(wǎng)的輸出功率。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定范圍由下限值限定，其中如果電源的輸出功率小于所述下限值，那么能量從能量存儲(chǔ)介質(zhì)被轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，還包括按照變化率的預(yù)定義的最大值，約束從能量存儲(chǔ)介質(zhì)被轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)的能量的量的步驟。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其中按照能量存儲(chǔ)介質(zhì)的電荷狀態(tài)和能量存儲(chǔ)介質(zhì)的最大額定功率中的較小者，進(jìn)一步約束從能量存儲(chǔ)介質(zhì)被轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)的能量的量。
5.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中所述預(yù)定范圍還由上限值限定，其中如果電源的輸出功率大于所述上限值，那么能量從電網(wǎng)被轉(zhuǎn)移到能量存儲(chǔ)介質(zhì)。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，還包括按照變化率的預(yù)定義的最大值，約束從電網(wǎng)轉(zhuǎn)移到能量存儲(chǔ)介質(zhì)的能量的量的步驟。
7.按照權(quán)利要求6所述的方·法，其中按照能量存儲(chǔ)介質(zhì)的未用容量和能量存儲(chǔ)介質(zhì)的最大額定功率中的較小者，進(jìn)一步約束從電網(wǎng)被轉(zhuǎn)移到能量存儲(chǔ)介質(zhì)的能量的量。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定范圍是時(shí)間因素的函數(shù)。
9.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定范圍是影響電源的輸出的地理參數(shù)的函數(shù)。
10.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定范圍是能量存儲(chǔ)介質(zhì)的電荷狀態(tài)的函數(shù)。
11.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定最大變化率是時(shí)間因素的函數(shù)。
12.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定最大變化率是影響電源的輸出的地理參數(shù)的函數(shù)。
13.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定最大變化率是電源的輸出的函數(shù)。
14.按照權(quán)利要求1所述的方法，所述預(yù)定最大變化率是能量存儲(chǔ)介質(zhì)的電荷狀態(tài)的函數(shù)。
15.按照權(quán)利要求1所述的方法，如果確定條件(a)或(b)都不被滿足，那么進(jìn)行以下額外的步驟: 確定能量存儲(chǔ)介質(zhì)的電荷狀態(tài)SoC是否在預(yù)定閾值之內(nèi)；和 當(dāng)能量存儲(chǔ)設(shè)備的SoC在所述預(yù)定閾值之外時(shí)，在所述能量存儲(chǔ)設(shè)備和電網(wǎng)之間轉(zhuǎn)移能量，以使SoC在所述預(yù)定限制之內(nèi)。
16.按照權(quán)利要求15所述的方法，其中在能量存儲(chǔ)設(shè)備和電網(wǎng)之間轉(zhuǎn)移能量，以使SoC在所述預(yù)定閾值之內(nèi)的步驟包括: 定義用于在能量存儲(chǔ)介質(zhì)和電網(wǎng)之間轉(zhuǎn)移能量的上限值和下限值，上限值和下限值每個(gè)以供給電網(wǎng)的最近電力量和變化率的最大值為基礎(chǔ)； 確定電源的輸出功率是否大于所述上限值，如果是，那么將能量從電網(wǎng)轉(zhuǎn)移到能量存儲(chǔ)介質(zhì)，和如果電源的輸出功率不大于所述上限值，那么確定電源的輸出功率是否小于所述下限值，如果是，那么把能量從能量存儲(chǔ)介質(zhì)轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)。
17.按照權(quán)利要求16所述的方法，還包括按照能量存儲(chǔ)介質(zhì)的電荷狀態(tài)和能量存儲(chǔ)介質(zhì)的最大額定功率中的較小者，約束從能量存儲(chǔ)介質(zhì)轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)的能量的量的步驟。
18.按照權(quán)利要求16所述的方法，還包括按照能量存儲(chǔ)介質(zhì)的未用容量和能量存儲(chǔ)介質(zhì)的最大額定功率中的較小者，約束從電網(wǎng)轉(zhuǎn)移到能量存儲(chǔ)介質(zhì)的能量的量的步驟。
19.按照權(quán)利要求15所述的方法，其中所述預(yù)定閾值是時(shí)間因素的函數(shù)。
20.一種調(diào)節(jié)向配電網(wǎng)供給的電源的輸出功率的系統(tǒng)，包括: 至少一個(gè)能量存儲(chǔ)介質(zhì)； 轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，響應(yīng)向電網(wǎng)加入能量或者從電網(wǎng)吸收能量的命令，有選擇地將所述存儲(chǔ)介質(zhì)耦接到電網(wǎng)，以便在能量存儲(chǔ)介質(zhì)和電網(wǎng)之間轉(zhuǎn)移能量；和 功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)確定(a)電源的輸出功率是否在預(yù)定范圍之外，和(b)輸出功率的變化率是否超過(guò)預(yù)定義的最大值，并在確定條件(a)和(b)中的任一個(gè)或兩個(gè)被滿足的時(shí)候，控制所述轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)在能量存儲(chǔ)設(shè)備和電網(wǎng)之間轉(zhuǎn)移能量。
21.按照權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)還包括頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)確定電網(wǎng)的工作頻率是否在額定工作頻率的預(yù)定范圍內(nèi)，并控制所述轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)在能量存儲(chǔ)設(shè)備和電網(wǎng)之間轉(zhuǎn)移能量以使工作頻率在所述范圍之內(nèi)。
22.按照權(quán)利要求21所·述的系統(tǒng)，其中能量的轉(zhuǎn)移是電網(wǎng)的工作頻率的函數(shù)。
全文摘要
能量存儲(chǔ)介質(zhì)與向配電網(wǎng)供電的次級(jí)能源結(jié)合?？刂颇芰看鎯?chǔ)介質(zhì)的充電和放電行為，使得次級(jí)能源的輸出的快速增長(zhǎng)被存儲(chǔ)系統(tǒng)吸收，而通過(guò)把保存的能量釋放到電網(wǎng)，補(bǔ)償次級(jí)源的輸出的快速下降。次級(jí)源和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的組合貢獻(xiàn)確保不超過(guò)限定水平的變化率?？梢源_定次級(jí)源的最大和最小輸出功率水平以定義正常工作范圍。當(dāng)次級(jí)輸出功率水平超過(guò)或者低于限定范圍的限制時(shí)，還進(jìn)行能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的充電或放電。
文檔編號(hào)H02J3/24GK103081290SQ201180020603
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者J·金澤, C·J·謝爾頓, S·米爾斯曼 申請(qǐng)人:愛依斯公司