功率存儲和供應系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明的實施例涉及系統(tǒng)，具體地涉及功率存儲和供應系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]使用可持續(xù)能源(例如，太陽能發(fā)電廠或風力發(fā)電廠)的電力供應系統(tǒng)，普遍地獨立于功率消耗者的需要提供能量。因此，當能量消耗較低和能源的生成高時可存在過量的能量，而且當能量的消耗高和能量的生成較低時缺乏能量。例如，太陽能發(fā)電廠通常分別地在中午時提供最大功率，此時家庭中的功率消耗是相對低的(因為電光源并不被需要)，并且在晚上時顯著地供應較少的電力或無電力供應，此時功率消耗可能很高。因此，在由可持續(xù)能源提供電能的情況下，主要問題之一是過量能量的存儲。

【發(fā)明內容】

[0003]一個實施例涉及系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電源供應總線、第一電源轉換器和第二電源轉換器，該電源供應總線被配置為被耦接至電源，該第一電源轉換器被耦接在電源供應總線和第一電荷存儲設備之間，該第二電源轉換器被耦接在電源供應總線和第二電荷存儲設備之間。在該系統(tǒng)的第一運行模式中，第一電源轉換器被配置為僅在充電模式和放電模式中的一個中運行，在充電模式中其對第一電荷存儲設備進行充電，在放電模式中其對第一電荷存儲設備進行放電，并且第二電源轉換器被配置為在充電模式或放電模式中運行，在充電模式中其對第二電荷存儲設備進行充電，在放電模式中其對第二電荷存儲設備進行放電。
[0004]另一個實施例涉及一種方法。該方法包括在系統(tǒng)的第一運行模式下運行第一電源轉換器，該第一電源轉換器僅在充電模式和放電模式中的一個中被稱接至電源供應總線，在充電模式中其對第一電荷存儲設備進行充電，在放電模式中其對第一電荷存儲設備進行放電，并且在該第一運行模式下運行第二電源轉換器，該第二電源轉換器在充電模式或放電模式中被耦接至該電源供應總線，在充電模式中其對第二電荷存儲設備進行充電，在放電模式中其對第二電荷存儲設備進行放電。
【附圖說明】
[0005]示例將在下文中參考附圖進行說明。附圖用于說明特定的原理，從而僅對于理解這些原理必須的方面被示出。附圖不一定是按比例的。在附圖中，相同的附圖標記表示類似特征。
[0006]圖1示意性地示出了在一天之內可持續(xù)能源的功率生成和功率消耗；
[0007]圖2示出了功率存儲和電力供應系統(tǒng)的一個實施例，該系統(tǒng)包括電源供應總線、第一電源轉換器和第二電源轉換器；
[0008]圖3A-3C示出了說明整個功率生成、整個功率消耗和由第一電源轉換器和第二電源轉換器所接收/提供的功率的時序圖；
[0009]圖4示出了說明在第一運行模式下，第一電源轉換器和第二電源轉換器的運行的一個實施例的狀態(tài)圖；
[0010]圖5示出了總線參考電壓與第一閾值電壓和第二閾值電壓之間的關系；
[0011]圖6示出了說明在第二運行模式下，第一電源轉換器和第二電源轉換器的運行的一個實施例的狀態(tài)圖；
[0012]圖7示出了總線參考電壓與第三閾值電壓和第四閾值電壓之間的關系；
[0013]圖8示出了說明在第三運行模式下，第一電源轉換器和第二電源轉換器的運行的一個實施例的狀態(tài)圖；
[0014]圖9示出了總線參考電壓與第五閾值電壓和第六閾值電壓之間的關系；
[0015]圖10示出了第一運行模式、第二運行模式和第三運行模式之間的過渡的一個實施例；
[0016]圖11示出了第一運行模式、第二運行模式和第三運行模式之間的過渡的一個實施例；
[0017]圖12示出了第一運行模式、第二運行模式和第三運行模式之間的過渡的另一個實施例；
[0018]圖13示出了說明在充電模式下第一電源轉換器的運行的一個實施例的時序圖；
[0019]圖14示出了說明在放電模式下第一電源轉換器的運行的一個實施例的時序圖；
[0020]圖15不出了第一電荷存儲設備的一個實施例；
[0021]圖16示出了第二電荷存儲設備的一個實施例；
[0022]圖17示出了第一電源轉換器的一個實施例；
[0023]圖18示出了第二電源轉換器的一個實施例；
[0024]圖19示出了第一電源轉換器的一個實施例；
[0025]圖20示出了第二電源轉換器的一個實施例；
[0026]圖21示出了第一電源轉換器的另一個實施例；
[0027]圖22示出了第二電源轉換器的另一個實施例；
[0028]圖23示出了電源供應電路的另一個實施例；
[0029]圖24示出了用于在充電模式和放電模式下運行第一電源轉換器的計時方案的一個實施例；
[0030]圖25不出了用于在充電模式和放電模式下運行第一電源轉換器的計時方案的一個實施例；
[0031]圖26不出了用于在充電模式和放電模式下運行第一電源轉換器的計時方案的一個實施例；
[0032]圖27示出了第三電源轉換器電路的一個實施例；以及
[0033]圖28示出了電源供應器電路的另一個實施例。
[0034]在下面的【具體實施方式】中，參考了附圖。附圖形成【具體實施方式】的一部分，并且以示例的方式示出了本發(fā)明可以被實施的特定實施例。應當理解的是在本文中所描述的各種實施例的特征可彼此結合，除非另有特別說明。
【具體實施方式】
[0035]圖1示出了功率生成和功率消耗場景的一個示例。具體地，圖1示出了說明在一天之中(從0:00至24:00)由可持續(xù)電源所生成的功率PP以及由消耗者(比如，私人家庭)從電力網(wǎng)中所消耗的功率PC的時序圖。在圖1所示的實施例中，可持續(xù)電源是例如太陽能發(fā)電廠，其僅能夠在日出tSK和日落tss之間供應功率。圖1中的實線表示在其中有從日出tSK直至日落tss的日照的場景。虛線表示在其中是多云或局部多云的場景，在此場景中，由電源提供的功率PP比在日照場景中要低。
[0036]參考圖1，在清早和傍晚時，存在功率PC被消耗、但沒有生成的功率PP的時段。并且在夜晚期間，功率PC被消耗，例如冰箱、空調、散熱器等的運行。此外，存在時段(例如，在正午)，電源所產生的功率PP比消耗者所消耗的要多。為了在電源不供應電功率的時段期間提供電功率，并且為了使用在每天在功率生成高于功率消耗的時間期間所產生的過量功率，亟需存儲電功率(電能)。
[0037]電能(其是電功率的時間積分)能夠被存儲在電荷存儲設備中?；旧希嬖趦煞N類型的電荷存儲設備，其在功率密度、能量密度和可能的充電周期/放電周期的最大數(shù)方面不同。功率密度定義存儲設備可接收或提供的最大電功率和存儲設備的體積之間的比(功率密度的單位通常被給出為W/1 (瓦特每升))。功率密度越高，在給定的存儲設備體積時，越多功率能夠被存儲設備所提供/接收。能量密度定義存儲設備可接收或提供的最大電能和存儲設備的體積之間的比(功率密度的單位通常被給出為Wh/ι(瓦特時每升))。能量密度越高，在給定的存儲設備體積時，越多能量能夠被該存儲設備所存儲。充電周期/放電周期定義存儲設備在所設定的退化作用之前可經歷的充電周期/放電周期的數(shù)量，退化作用降低電容和/或降低存儲能量的能力。
[0038]基本上，具有高功率密度的存儲設備具有相對低的能量密度，反之亦然。例如，雙層電容器(超級電容器)具有高達1E5(105)W/1的功率密度，但具有能量密度僅在10Wh/l和20Wh/l之間，然而鋰離子電池具有低了 10倍的功率密度僅達1E4W/1，但具有40倍高的能量密度高達400Wh/l。甚至，鉛酸蓄能器具有比雙層電容器更高的能量密度。鉛酸蓄能器的能量密度高達90Wh/l，但是最大功率密度僅900W/1。
[0039]雙層電容器具有比鋰離子電池或鉛酸蓄能器更高的充電周期/放電周期的最大數(shù)。目前，鉛酸蓄能器比鋰離子蓄能器更便宜，從而雖然鉛酸蓄能器具有比鋰離子蓄能器更低的功率密度和更低的能量密度，有應用中鉛酸蓄能器被用來代替鋰離子蓄能器。
[0040]第一類型的電荷存儲設備(比如，鉛酸蓄能器或鋰離子蓄能器)具有相對高的能量密度，但是不能夠像第二類型的電荷存儲設備(比如，超級電容器(超級電容，supercap)) 一樣經常進行充電/放電。此外，該第二類型的電荷存儲設備比第一類型的電荷存儲設備具有更高的功率密度。
[0041]圖2不意性地不出了電力供應系統(tǒng)的一個實施例，該電力供應系統(tǒng)包括第一電荷存儲設備3和第二電荷存儲設備5。根據(jù)一個實施例，第一電荷存儲設備3是第一類型的電荷存儲設備，并且第二電荷存儲設備5是第二類型的電荷存儲設備。因此，該系統(tǒng)能夠利用兩種類型的電荷存儲設備的益處。在下文中，第一類型的第一電荷存儲設備3將被簡稱為第一類型電荷存儲設備，并且第二類型的電荷存儲設備5將被簡稱為第二類型電荷存儲設備5 ο
[0042]參考圖2，該系統(tǒng)進一步包括電源供應總線I電源供應總線I被配置為從電源71(在圖2中以虛線示出)接收電功率P1，并向負載供應電功率P6。該負載可包括電源轉換器(電源逆變器)61和電力網(wǎng)62，電力網(wǎng)62被耦接至電源轉換器61的輸出端。電源轉換器61可以是常規(guī)電源轉換器，能夠從電源供應總線接收DC功率并向電力網(wǎng)62供應AC功率。電源供應總線I可包括第一供應線路11和第二供應線路12。第一供應線路11和第二供應線路12之間的電壓Vl將在下文中被稱為總線電壓VI。在下文中，由電源供應總線從電源71接收的電流Il將被稱為輸入電流，并且從電源供應總線I被提供給負載的電流16將被稱為輸出電流。
[0043]參考圖2，第一電源轉換器2被耦接在電源供應總線I和第一存儲設備3之間。即，第一電源轉換器2的輸入端被耦接至電源供應總線1，并且第一電源轉換器2的輸出端被耦接至第一存儲設備3。第二電源轉換器4被耦接在電源供應總線I和第二存儲設備之間。即，第二電源轉換器4的輸入端被耦接至電源供應總線I，并且第二電源轉換器4的輸出端被耦接至第二類型存儲設備5。
[0044]在圖2所示的系統(tǒng)中，電源供應總線I可僅從電源71接收功率，并且可僅向負載61、62供應功率。第一電源轉換器2可從電源供應總線I接收功率以便對第一存儲設備3進行充電，或者向電源供應總線I供電以便對第一類型存儲設備3進行放電。在第一電源轉換器2對第一類型存儲設備3進行充電的第一電源轉換器2的運行模式將在下文中被稱為充電模式，并且在第一電源轉換器2對第一類型