用于控制混合型能量存儲系統(tǒng)的方法和設(shè)備的制造方法
【專利摘要】在本文的教導(dǎo)的一個方面，控制設(shè)備(30)和相應(yīng)的控制方法使用多個功率共享控制器(311?n)中的每單元濾波，以獲得用于混合型能量存儲系統(tǒng)中的多個不同能量存儲單元(221?n)中對應(yīng)的能量存儲單元的功率共享命令信號?；旌闲湍芰看鎯ο到y(tǒng)包括兩種或更多種類型的能量存儲單元，并且通過使用濾波器對輸入信號進行濾波而獲得用于每個能量存儲單元的功率共享命令信號，其中濾波器具有適配于能量存儲單元的能量存儲特性的濾波器響應(yīng)。輸入信號反映電網(wǎng)(10)上的負(fù)載變化，并且可以在本地生成或者由遠(yuǎn)程節(jié)點提供。盡管用于每個能量存儲單元的功率共享控制環(huán)有利地可以在構(gòu)架和實施方式方面相同，但每個這種環(huán)使用量身定制的、專門的濾波，并且可能使用一個或多個其他控制參數(shù)的個性化值，使得每個能量存儲單元以匹配其能量存儲特性的方式運行。
【專利說明】
用于控制混合型能量存儲系統(tǒng)的方法和設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明總體涉及能量存儲系統(tǒng)，并且具體地涉及關(guān)于兩種或更多種類型的能量存儲單元的混合型能量存儲系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]包括在海上交通工具中使用的本地化船上電網(wǎng)在內(nèi)的混合型電網(wǎng)代表了具有增大興趣和快速發(fā)展的領(lǐng)域，這尤其是因為這些電網(wǎng)由于其可能較高的效率而能夠顯著地減少溫室氣體排放。在此背景下，“混合型”電網(wǎng)包括一個或多個發(fā)生源以及一個或多個能量存儲系統(tǒng)。所述一個或多個能量存儲系統(tǒng)提供了這樣一種機構(gòu):該機構(gòu)存儲由所述一個或多個發(fā)生源產(chǎn)生的能量和/或通過一個或多個再生過程獲得，并將一些或所有存儲能量提供給電網(wǎng)以例如滿足峰值負(fù)荷要求和/或消除施加在所述一個或多個發(fā)生源上的需求差升。
[0003]當(dāng)混合型電網(wǎng)包括多于一種類型的能量存儲單元、例如基于電池的能量存儲單元和基于電容器的能量存儲單元時，由這些不同類型的能量存儲單元所代表的能量存儲系統(tǒng)可以稱為混合型能量存儲系統(tǒng)。盡管不同類型的能量存儲單元在混合型能量存儲系統(tǒng)中的使用提供了更高的系統(tǒng)效率、或者至少更大的操作柔性的希望，但這些優(yōu)點需要以增大的復(fù)雜性為代價。簡言之，在沒有混合型能量存儲系統(tǒng)的智能控制的情況下，不能獲得所希望的優(yōu)點。另外，存在控制混合型能量存儲系統(tǒng)的增大的復(fù)雜性和/或成本將超過這種系統(tǒng)的潛在的優(yōu)點的實際風(fēng)險。
[0004]例如，對用于混合型能量存儲系統(tǒng)的功率共享控制的已知方法擴展至涉及兩種不同類型的能量存儲單元的情況。這種常規(guī)背景下的控制依賴于負(fù)載功率或負(fù)載電流的測量，并且當(dāng)混合型電網(wǎng)包括分布式負(fù)載時，這些測量通常難以獲得。盡管具有該缺點，已知的方法還是包括對測量信號進行濾波以獲得用于控制第一類型的能量存儲單元的濾波信號分量以及用于控制第二類型的能量存儲單元的剩余信號分量。
[0005]盡管上述方法在其所應(yīng)用的有限的背景下是有效的，但其不能夠容易地適用于涉及多種類型的能量存儲單元的混合型能量存儲系統(tǒng)。另外，上述常規(guī)方法不適合于涉及可能位于不同母線上的分布式負(fù)載的混合型能量存儲系統(tǒng)，其中本地母線測量對于各種能量存儲單元的最優(yōu)操作可能是關(guān)鍵的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本文的教導(dǎo)的一個方面，控制設(shè)備和相應(yīng)的控制方法使用在多個功率共享控制器中的每單元(per-unit)濾波，以獲得用于混合型能量存儲系統(tǒng)中的多個不同能量存儲單元中相應(yīng)的各個能量存儲單元的功率共享命令信號。混合型能量存儲系統(tǒng)構(gòu)成混合型電網(wǎng)的一部分并且包括兩種或更多種類型的能量存儲單元。用于每個能量存儲單元的功率共享命令信號是通過利用濾波器對輸入信號進行濾波而獲得的，其中該濾波器具有適配于能量存儲單元的能量存儲特性的濾波器響應(yīng)。所述輸入信號反映了電網(wǎng)負(fù)載變化并且可以在本地生成或者由另一個節(jié)點提供。盡管用于每個能量存儲單元的功率共享控制環(huán)可以有利地在構(gòu)架和實施方面相同，但每個這種環(huán)使用量身定制的、專用的濾波并且可能使用一個或多個其他控制參數(shù)的個性化的值，使得每個能量存儲單元以匹配其能量存儲特性的方式操作。
[0007]在一個示例性實施方式中，控制設(shè)備構(gòu)造成用于控制包括兩個或更多個能量存儲單元的混合型能量存儲系統(tǒng)，所述兩個或更多個能量存儲單元與包括一個或多個電氣母線的電網(wǎng)相關(guān)聯(lián)。能量存儲單元中的至少兩個具有不同的能量存儲特性，并且能量存儲單元中的不同能量存儲單元可以與電網(wǎng)中的同一個電氣母線相關(guān)聯(lián)或者與電網(wǎng)中的不同電氣母線相關(guān)聯(lián)。所設(shè)想的控制設(shè)備包括對應(yīng)于每個能量存儲單元的功率共享控制器以及對應(yīng)于每個能量存儲單元的充電狀態(tài)控制器。每個充電狀態(tài)控制器均構(gòu)造成:響應(yīng)于由對應(yīng)的功率共享控制器生成的功率共享命令信號，通過相關(guān)聯(lián)的本地轉(zhuǎn)換器單元控制對應(yīng)的能量存儲單元的充放電。
[0008]有利地，基于包括濾波器電路的對應(yīng)的功率共享控制器，為每個能量存儲單元的充電狀態(tài)控制器生成的功率共享命令信號適配于能量存儲單元的特性，其中該濾波器電路構(gòu)造成根據(jù)濾波器響應(yīng)、基于對功率共享控制器的輸入信號的濾波而獲得經(jīng)過濾波的輸入信號，其中濾波器響應(yīng)適配于對應(yīng)的能量存儲單元的能量存儲特性。輸入信號反映了電網(wǎng)中的負(fù)載變化，因此能夠被理解為控制輸入，功率共享控制器動態(tài)地響應(yīng)于該控制輸入。每個功率共享控制器還包括控制電路，該控制電路構(gòu)造成生成作為經(jīng)過濾波的輸入信號與穩(wěn)態(tài)命令信號的組合的功率共享命令信號，其中穩(wěn)態(tài)命令信號表示對應(yīng)的能量存儲單元的目標(biāo)穩(wěn)態(tài)條件。
[0009]在另一個實施方式中，公開了控制具有不同的能量存儲特性的兩個或更多個能量存儲單元的方法。該方法包括:通過充電狀態(tài)控制器控制每個能量存儲單元的充放電，其中該充電狀態(tài)控制器構(gòu)造成響應(yīng)于為能量存儲單元各自生成的功率共享功率命令信號控制對應(yīng)于能量存儲單元的轉(zhuǎn)換器。這里，為每個能量存儲單元各自生成功率共享功率命令信號包括獲得用于每個能量存儲單元的反映電網(wǎng)上的負(fù)載變化的輸入信號;通過濾波器電路對用于每個能量存儲單元的輸入信號進行濾波，以獲得經(jīng)過濾波的輸入信號，其中濾波器電路具有適配于能量存儲單元的能量存儲特性的濾波器響應(yīng)；以及將用于每個能量存儲單元的經(jīng)過濾波的輸入信號與用于能量存儲單元的穩(wěn)態(tài)命令信號相結(jié)合，所述穩(wěn)態(tài)命令信號表示能量存儲單元的目標(biāo)穩(wěn)態(tài)條件。
[0010]當(dāng)然，本發(fā)明不限于上述特征和優(yōu)點。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將在閱讀了下文的詳細(xì)描述和觀察了附圖之后認(rèn)識到附加的特征和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是用于控制混合型能量存儲系統(tǒng)的控制設(shè)備的一個實施方式的框圖。
[0012]圖2A-2C是根據(jù)多個示例性布置的控制設(shè)備的框圖。
[0013]圖3是在用于控制混合型能量存儲系統(tǒng)的控制設(shè)備的一個或多個實施方式中使用的延遲補償電路的框圖。
[0014]圖4是在本文教導(dǎo)的控制設(shè)備中使用的調(diào)諧濾波器的示例性濾波器特性的曲線圖。
[0015]圖5是根據(jù)本文教導(dǎo)的處理的控制混合型能量存儲系統(tǒng)的方法的一個實施方式的邏輯流圖。
[0016]圖6是用于多個能量存儲單元的功率共享和充電狀態(tài)控制器布置的一個實施方式的框圖。
[0017]圖7是用于多個能量存儲單元的功率共享和充電狀態(tài)控制器布置的另一個實施方式的框圖。
[0018]圖8是用于作為混合型能量存儲系統(tǒng)中的兩種不同類型的能量存儲單元的超級電容器和電池的功率共享和充電狀態(tài)控制器布置的一個實施方式的框圖。
[0019]圖9是構(gòu)造成用于優(yōu)化由本文教導(dǎo)的用于控制混合型能量存儲系統(tǒng)的控制設(shè)備提供的控制的計算機系統(tǒng)的框圖。
【具體實施方式】
[0020]圖1示出了混合型電網(wǎng)或系統(tǒng)10，其包括一個或多個電氣母線12，例如DC母線12-1，21-2?；旌闲碗娋W(wǎng)10還包括一個或多個發(fā)生源14以及用于將發(fā)生源14耦合至相應(yīng)的電氣母線12的相應(yīng)的耦合電路16，例如，發(fā)生源14-1通過耦合電路16-1耦合至母線12-1，而發(fā)生源14-2通過耦合電路16-2耦合至母線12-2。對于給定的電氣母線12是DC母線的示例性情形，一個或多個耦合電路16各自包括AC/DC轉(zhuǎn)換器。耦合電路16可以通過斷路器17連接至其相應(yīng)的電氣母線12。
[0021]注意，為了清楚起見，在不需要后綴情況下，附圖標(biāo)記12、14和16中的任一個都可以不帶后綴地使用以表示單數(shù)或復(fù)數(shù)。在本文的其余部分中關(guān)于本文中的某些其他附圖標(biāo)記采用了類似的做法。
[0022]混合型電網(wǎng)10向一個或多個負(fù)載18提供功率，并且在本文中特別有意義的是，混合型電網(wǎng)10包括混合型能量存儲系統(tǒng)20，混合型能量存儲系統(tǒng)20包括兩個或更多個能量存儲單元22，其中每個能量存儲單元22均通過本地轉(zhuǎn)換器單元24耦合至相應(yīng)的電氣母線12。作為非限制性的示例，附圖描繪了多個能量存儲單元22-1至22-n以及對應(yīng)的多個相應(yīng)的本地轉(zhuǎn)換器單元24-1至24-n。這里，“η”的值是為2或更大的整數(shù)。
[0023]能量存儲單元22中的不同能量存儲單元可以親合至電網(wǎng)10內(nèi)的同一個電氣母線12或不同的電氣母線12。因此，將理解的是，每個能量存儲單元22具有“相應(yīng)的”電氣母線12，該電氣母線12是電網(wǎng)10內(nèi)的、該特定的能量存儲單元22所耦合至的電氣母線12。因此，不同的能量存儲單元22可以具有同一個相應(yīng)的電氣母線12，或者可以具有不同的相應(yīng)的電氣母線12，這取決于能量存儲單元22耦合至電網(wǎng)10內(nèi)的同一個電氣母線12還是不同的電氣母線12。
[0024]另外，假設(shè)能量存儲單元22中的至少兩個具有不同的類型，即能量存儲單元22中的至少兩個使用不同的能量存儲技術(shù)并且因此具有實質(zhì)不同的能量存儲特性。在上述該限制條件下，η個能量存儲單元可以代表高達(dá)η種不同的能量存儲技術(shù)。在此背景下，應(yīng)用于能量存儲系統(tǒng)20的“混合型”稱謂表示使用多于一種類型的能量存儲技術(shù)，并且應(yīng)用于電網(wǎng)10的“混合型”稱謂表示與能量的產(chǎn)生相結(jié)合地使用能量存儲。
[0025]根據(jù)本公開，有利地，電網(wǎng)10包括控制設(shè)備30或者以其他方式與控制設(shè)備30相關(guān)聯(lián)，其中控制設(shè)備30構(gòu)造成用于基于對每個能量存儲單元22使用專門的控制信號濾波、以適配于其特定的能量存儲特性的方式控制每個能量存儲單元22。將能夠看到，控制設(shè)備30提供穩(wěn)健的分布式控制，并且提供構(gòu)成控制設(shè)備30的功率共享控制器32和充電狀態(tài)控制器34的“串聯(lián)”或“并聯(lián)”布置。這種靈活性保持了每個能量存儲單元22的穩(wěn)健而量身定制的控制，不管其相應(yīng)的功率共享控制器32是否在控制層面上互連，也不管是公共控制輸入信號還是本地化控制輸入信號用來驅(qū)動功率共享控制器32。
[0026]對于η個能量存儲單元22，至少在功能上來講，存在η個功率共享控制器32和η個充電狀態(tài)控制器34，其中各成對的功率共享控制器32和充電狀態(tài)控制器34對應(yīng)于能量存儲單元22中對應(yīng)的能量存儲單元22。另外，在功率共享控制器32和充電狀態(tài)控制器34的背景下使用的術(shù)語“控制器”表示固定的或編程的電路連同所需的任何通信或信號傳輸接口一起(所述通信或信號傳輸接口例如用于接收輸入信號或測量)，用于功率共享控制器32與其相應(yīng)的充電狀態(tài)控制器34之間的控制器間信號傳輸，或者用于從充電狀態(tài)控制器34中給定的一個充電狀態(tài)控制器34到其對應(yīng)的能量存儲單元22/本地轉(zhuǎn)換器單元24的命令/控制信號傳輸。
[0027]在至少一個實施方式中，包括各個功率共享控制器32和其相應(yīng)的充電狀態(tài)控制器34的電路通過一個或多個微處理器、DSP、FPGA、ASIC或其他數(shù)字處理電路被編程地實現(xiàn)。該電路至少部分地根據(jù)程序指令的執(zhí)行來構(gòu)造，其中程序指令包括以非瞬態(tài)的形式存儲在計算機可讀介質(zhì)上的計算機程序，其中計算機可讀介質(zhì)包含在包括控制器32和34的數(shù)字處理電路中或者可以被該數(shù)字處理電路訪問。
[0028]記住這些非限制性實施細(xì)節(jié)，所設(shè)想的控制設(shè)備30構(gòu)造成用于控制包括兩個或更多個能量存儲單元22的混合型能量存儲系統(tǒng)20。每個能量存儲單元與混合型電網(wǎng)中相應(yīng)的電氣母線12相關(guān)聯(lián)并且具有不同的能量存儲特性?？刂圃O(shè)備30包括對應(yīng)于每個能量存儲單元22的功率共享控制器32。每個功率共享控制器32均構(gòu)造成生成功率共享命令信號?？刂圃O(shè)備30還包括對應(yīng)于每個能量存儲單元22的充電狀態(tài)控制器34。每個充電狀態(tài)控制器34均構(gòu)造成響應(yīng)于由相應(yīng)的充電狀態(tài)控制器34生成的功率共享命令信號通過相關(guān)聯(lián)的本地轉(zhuǎn)換器單元24控制對應(yīng)的能量存儲單元22的充放電。
[0029]作為非限制性示例，η等于2并且混合型能量存儲系統(tǒng)20包括標(biāo)示為22-1和22-2的兩個能量存儲單元22。相應(yīng)地，控制設(shè)備30包括第一功率共享控制器32-1和相應(yīng)的第一充電狀態(tài)控制器34-1，這兩者都對應(yīng)于第一能量存儲單元22-1。類似地，本示例性情形中的控制設(shè)備30還包括第二功率共享控制器32-2和相應(yīng)的第二充電狀態(tài)控制器34-2，這兩者都對應(yīng)于第二能量存儲單元22-2。
[0030]圖2Α示出了對于給定的功率共享控制器32和其相應(yīng)的充電狀態(tài)控制器34的示例性細(xì)節(jié)，功率共享控制器32和充電狀態(tài)控制器34都在具有其對應(yīng)的能量存儲單元22和相關(guān)聯(lián)的本地轉(zhuǎn)換器單元24(表示為PEC 24)的背景下示出，其中PEC表示“功率電子轉(zhuǎn)換器”。圖示的實施方式是電流模式實施方案，并且特別地，該配置意味著功率共享命令信號生成為電流模式命令信號，用于輸入至充電狀態(tài)控制器34。
[0031]示例性的功率共享控制器32包括濾波器電路40，濾波器電路40構(gòu)造成通過對功率共享控制器32的輸入信號44進行濾波而獲得經(jīng)過濾波的輸入信號42。根據(jù)濾波器響應(yīng)執(zhí)行濾波，其中濾波器響應(yīng)適配于對應(yīng)的能量存儲單元22的能量存儲特性，并且輸入信號44反映了電網(wǎng)10上的負(fù)載變化。如本文所描述的，對每個功率共享控制器32的輸入信號44可以由功率共享控制器32根據(jù)本地電網(wǎng)測量而得到，或者可以由另一個功率共享控制器32提供，或者可以由某個其他遠(yuǎn)程節(jié)點、例如根據(jù)全系統(tǒng)測量(如總系統(tǒng)負(fù)載)來提供。
[0032]在任何情況下，在控制設(shè)備30中實施的每個功率共享控制器32都有利地包括專用濾波器電路40，使其濾波器響應(yīng)適配于對應(yīng)的能量存儲單元類型的能量存儲特性。例如，考慮如下布置:第一能量存儲單元22-1是基于超級電容器的能量存儲單元，并且第二能量存儲單元22-2是基于電池的能量存儲單元。這里，對應(yīng)于基于超級電容器的能量存儲單元的功率共享控制器32的濾波器電路40構(gòu)造成具有比對應(yīng)于基于電池的能量存儲單元的功率共享控制器32的濾波器電路40高的頻率響應(yīng)。
[0033]輸入信號44表示電網(wǎng)10的動態(tài)功率、電流或電壓測量，這些測量可以在功率共享控制器32處本地地進行，或者可以由另一個功率共享控制器32或其他的節(jié)點提供。相應(yīng)地，經(jīng)過濾波的輸入信號42表示適配于對應(yīng)的能量存儲單元22的各自的能量存儲特性的動態(tài)功率、電流或電壓測量的經(jīng)過濾波的形式。
[0034]在一個實施方式中，對每個功率共享控制器32的輸入信號44均包括表示電網(wǎng)10的測量的母線電壓與名義電壓設(shè)定之間的電壓差信號的差分信號。例如，差分信號可以形成為名義母線電壓設(shè)定與針對對應(yīng)于與功率共享控制器32相關(guān)聯(lián)的能量存儲單元22的電氣母線12獲得的母線電壓測量信號之間的差。以互補的方式，功率共享控制器32中的控制電路46構(gòu)造成生成上述功率共享命令信號，其在后文中用附圖標(biāo)記“48”表示，該功率共享命令信號為經(jīng)過濾波的輸入信號42與表示對應(yīng)的能量存儲單元22的目標(biāo)穩(wěn)態(tài)條件的穩(wěn)態(tài)命令信號50的組合。
[0035]在圖示的非限制性示例中，功率共享命令信號48標(biāo)為lEsm以表示用于對充電狀態(tài)控制器34的輸入的電流模式控制基準(zhǔn)，其中充電狀態(tài)控制器34在圖中表示為提供本地轉(zhuǎn)換器單元24的低層級控制，其中本地轉(zhuǎn)換器單元24用來控制對應(yīng)的能量存儲單元22的充放電。更詳細(xì)地，控制電路46中的組合電路52將穩(wěn)態(tài)命令信號50與經(jīng)過濾波的輸入信號42進行組合以獲得用48’表示的功率共享命令信號48。
[0036]在圖示的示例中，信號48’經(jīng)過控制電路46中的限幅器54，以獲得功率共享命令信號48，該功率共享命令信號48受到限幅器54施加的限制。因此，在一個或多個實施方式中，通過將經(jīng)過濾波的輸入信號42與表示用于對應(yīng)的能量存儲單元22的目標(biāo)穩(wěn)態(tài)充電或放電功率、穩(wěn)態(tài)充電或放電電流、或電荷的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)命令信號50相組合并且進一步通過使組合的信號48 ’經(jīng)過限幅器54而獲得。
[0037]穩(wěn)態(tài)命令信號50從開關(guān)電路56輸出，其中開關(guān)電路56可以在一個或多個實施方式中被編程地實施。例如，開關(guān)電路56包括計算機邏輯，該計算機邏輯選擇要輸出至組合電路52的源信號，作為穩(wěn)態(tài)命令信號50。在本不例中，開關(guān)電路56將穩(wěn)態(tài)命令信號50作為第一輸入命令信號58或衍生輸入命令信號60輸出。
[0038]這里，第一輸入命令信號58是用Ies*表示的穩(wěn)態(tài)電流信號。表示所關(guān)注的信號是對功率共享控制器32的外部命令輸入，并且該記號遍布本公開的剩余部分中使用。圖示的示例中的第一輸入命令信號58源自燃料-成本優(yōu)化器計算機或與功率共享控制器32通信地耦合的其他節(jié)點62，例如以太網(wǎng)鏈路或其他通信鏈路。在下文中，節(jié)點62將稱為成本優(yōu)化節(jié)點62。
[0039]衍生輸入命令信號60由調(diào)節(jié)器電路64基于第二輸入命令信號66得到；這里，第二輸入命令信號66包括用SOC*表示的穩(wěn)態(tài)電荷狀態(tài)(SOC)命令信號和用SOC表示的測量或估測電荷狀態(tài)信號68。根據(jù)該記號，S0C*表示對應(yīng)于功率共享控制器32的能量存儲單元22的目標(biāo)或期望電荷狀態(tài)，并且SOC表示對應(yīng)的能量存儲單元22的實際--測量或估測的--
電荷狀態(tài)。
[0040]對于這些和其他測量或估測，功率共享控制器32和充電狀態(tài)控制器34在一個或多個實施方式中包括測量單元70或與測量單元70相關(guān)聯(lián)。測量單元70例如包括一個或多個傳感器或測量電路，例如用于對相應(yīng)的電氣母線12的功率、電流和/或電壓感測和/或用于對能量存儲單元22的功率、電流、電壓和/或電荷狀態(tài)感測。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，這種電路可以包括具有數(shù)字化電路的信號采樣接口，用于獲得表示對應(yīng)于電流、電壓、電荷等的模擬測量的數(shù)字值。通常，至少一些本地電網(wǎng)測量——例如功率、電流、電壓、電荷狀態(tài)等中的任一個或多個一一被采用并且被饋送至由充電狀態(tài)控制器34實施的低層級控制環(huán)和由功率共孚控制器32實施的功率共孚控制環(huán)兩者中。
[0041]其他圖示的細(xì)節(jié)包括濾波器適配電路72，濾波器適配電路72在所設(shè)想的功率共享控制器32的一個或多個實施方式中實施。濾波器適配電路72允許根據(jù)變化的優(yōu)化或控制目標(biāo)來重新調(diào)諧濾波器電路40的濾波器響應(yīng)和/或根據(jù)功率共享控制器32所關(guān)聯(lián)的各個能量存儲單元22的特定能量存儲特性來單獨地量身定制濾波器電路40的濾波器響應(yīng)。
[0042]示例性的濾波器適配電路72包括產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號76(Δ K)和78(ΔΤ)的調(diào)節(jié)電路74，調(diào)節(jié)信號76( Δ K)和78( Δ Τ)表示對濾波器電路40的濾波器增益K和時間常數(shù)T的調(diào)節(jié)。這些調(diào)節(jié)基于例如多個輸入信號，這些輸入信號包括:(I)上述測量或估測電荷狀態(tài)(SOC)信號68; (2)來自能量存儲單元22的反饋信號80;以及一個或多個配置的最大或最小值。在電流模式的實施中，反饋信號80標(biāo)記為lES—m，并且表示來自(或者進入)對應(yīng)的能量存儲單元22的實際Ies的估測值。最大和/或最小參數(shù)包括S0Cmax/min值，S0Cmax/min值表示能量存儲單元22的最大和/或最小準(zhǔn)許電荷狀態(tài)，并且在該電流模式的執(zhí)行方式中，Imax/min值表示能量存儲單元電流Ies的幅度上限和/或下限。
[0043]調(diào)節(jié)信號76和78( Δ K和ΔΤ)在組合電路82中與用于K和T的命令值(這里標(biāo)記為K*和T*)組合，以產(chǎn)生被濾波器電路40使用的K和T的運算值。能量存儲控制優(yōu)化器84例如提供命令值K*和T*。能量存儲控制優(yōu)化器84可以包括與功率共享控制器32通信地耦合的計算機或其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并且可以在前面提到的成本-優(yōu)化節(jié)點62中實施或者與成本-優(yōu)化節(jié)點62共同實施。在下文中，能量存儲控制優(yōu)化器84稱為控制-優(yōu)化節(jié)點84。
[0044]因此，在一些實施方式中，功率共享控制器32中的至少一個功率共享控制器32中的濾波器電路40是適應(yīng)性濾波器電路。每個適應(yīng)性濾波器電路均構(gòu)造成將其濾波器響應(yīng)適配為下述項中的至少一項的函數(shù):頻率響應(yīng)的命令變化;增益的命令變化;從能量存儲單元的測量的穩(wěn)態(tài)或電荷狀態(tài)條件得到的調(diào)節(jié)信號；以及對應(yīng)的最大或最小穩(wěn)態(tài)或電荷狀態(tài)設(shè)定。
[0045]另外的示出的細(xì)節(jié)包括充電狀態(tài)控制器34，其通過調(diào)節(jié)器電路88生成轉(zhuǎn)換器控制信號86。這里，調(diào)節(jié)器電路88接收電流模式功率共享命令信號48和反饋信號80作為其輸入信號。在該電流模式實施方式中，調(diào)節(jié)器對功率共享命令信號48響應(yīng)為IES—ref，并且對反饋信號80響應(yīng)為IES—m?？商娲?，圖2B描繪了另一種配置，該配置基于功率模式控制和測量而不是電流模式控制和測量。
[0046]在圖2B中，所有的“IES”標(biāo)記都被“PES”標(biāo)記替代，以表明所涉及的信號值是功率模式而不是電流模式。例如，第一輸入命令信號58是用Pes表示的命令穩(wěn)態(tài)功率信號，并且功率共享命令信號48表示為PES—ref，等等。這里，每個充電狀態(tài)控制器34用作低層級控制器，該低層級控制器向本地轉(zhuǎn)換器單元24發(fā)送開關(guān)信號，以調(diào)節(jié)正源自于能量存儲單元22的電流或正匯入能量存儲單元22中的電流。充電狀態(tài)控制器34對本地轉(zhuǎn)換器單元24的調(diào)節(jié)遵循在相應(yīng)的功率共享控制器32的功率共享控制環(huán)中生成的功率共享命令信號48。
[0047]更詳細(xì)地，這里所述的功率共享控制環(huán)包括上述濾波器電路40，其中濾波器電路40可以是單個濾波器或者是一組濾波器。濾波器電路40對輸入信號44的不同頻帶設(shè)定不同的增益，其中輸入信號44這里可以是負(fù)載功率測量。穩(wěn)態(tài)命令信號50—一這里是穩(wěn)態(tài)功率信號一一與經(jīng)過濾波的輸入信號42相組合，以獲得功率共享命令信號48，作為用于驅(qū)動充電狀態(tài)控制器34的功率控制基準(zhǔn)信號。這樣，每個能量存儲單元22對不同頻率的負(fù)載變化作出不同的響應(yīng)，使得每個能量存儲單元22在與其放電特性最佳匹配的頻帶內(nèi)貢獻(xiàn)最多。
[0048]圖2C示出了又一種變型，用于在一個或多個功率共享控制器32采用從另一個功率共享控制器32生成的輸出信號90作為其輸入信號44的實施方式中使用。因此，所描繪的功率共享控制器32包括組合電路92，組合電路92形成輸出信號90，因為其輸入信號44(其自身可以是來自邏輯上“優(yōu)先”的功率共享控制器32的輸出信號90)與該輸出信號90之間的差被作為輸入信號44饋送至邏輯上“劣后”的功率共享控制器32。然而，即使在這里也將注意的是，對每個功率共享控制器32的輸入信號44有利地通過專門的濾波功能被濾波;在該專門的濾波功能中，濾波器響應(yīng)適配于對應(yīng)的能量存儲單元22的能量存儲特性。
[0049]因此，對于本文的至少一個實施方式，混合型能量存儲系統(tǒng)20包括第一和第二能量存儲單元22-1和22-2。相應(yīng)地，控制設(shè)備30包括對應(yīng)于第一能量存儲單元22-1的第一功率共享控制器32-1和第一充電狀態(tài)控制器34-1以及對應(yīng)于第二能量存儲單元22-2的第二功率共享控制器32-2和第二充電狀態(tài)控制器34-2。另外，第一功率共享控制器32-1和第二功率共享控制器32-2以串聯(lián)的布置耦合，使得對第二功率共享控制器32-2的輸入信號44被提供為來自第一功率共享控制器32-1的輸出信號90。該布置下的第一功率共享控制器32-1構(gòu)造成生成作為對第一功率共享控制器32-1的輸入信號44與由第一功率共享控制器32-1生成的功率共享命令信號48之間的差的輸出信號90。
[0050]在上述示例中，對第二功率共享控制器32-2的輸入信號44從第一功率共享控制器32-1饋入，并且可以存在與其相關(guān)聯(lián)的通信延遲。作為這種布置的結(jié)果，對第二功率共享控制器32-2的輸入信號44表示對電氣母線12的遠(yuǎn)程測量或估測，該遠(yuǎn)程測量或估測相對于第二功率共享控制器32-2所經(jīng)歷的瞬時本地條件延遲或偏差對應(yīng)于通信延時(可以是已知值)的量。
[0051]為了解決該延遲問題，如將在本示例中的第二功率共享控制器32-2中實施的延遲補償電路94構(gòu)造成補償通信延遲。該補償基于預(yù)測作為針對對應(yīng)于功率共享控制器32的能量存儲單元22獲得的低延遲本地電網(wǎng)測量的函數(shù)的輸入信號44的值。這些本地電網(wǎng)測量可以從上述測量單元70獲得。例如，本地電網(wǎng)測量包括對對應(yīng)于能量存儲單元22的電氣母線12進行的功率、電流、電壓、負(fù)載或其他測量。
[0052]在一個示例性配置中，延遲補償電路94構(gòu)造成基于由輸入信號44指示的本地電網(wǎng)測量的估測值與本地電網(wǎng)測量的對應(yīng)的實際值之間的追蹤差調(diào)節(jié)主題的輸入信號44的預(yù)測。這里，將理解的是，所論述的本地電網(wǎng)測量將具有輸入信號44所表示的無論哪種類型(電流、功率等)。另外，將理解的是，延遲補償電路94可以使用來自對應(yīng)于輸入信號44所經(jīng)歷的通信延遲的偏差或延時的抽樣時間的本地電網(wǎng)測量。
[0053]在上述布置的背景下并且同樣對于本文設(shè)想的非串聯(lián)布置，圖4示出了專門的依照能量存儲單元進行的濾波的使用在其他優(yōu)點之外如何提供關(guān)于控制優(yōu)化方面的靈活性。能夠看到，在任何給定的功率共享控制器32中使用的濾波器電路40可以使用不同頻帶下的不同增益，由此提供顯著的調(diào)諧靈活性，用于使濾波器電路40適配于對應(yīng)的能量存儲單元22的能量存儲特性。
[0054]在圖中，能量存儲單元22中給定的一個能量存儲單元用“ESU1”表示，并且能夠看至IJ，存在用于四個部分地交疊的頻帶的四個濾波器增益參數(shù)K，用Kl至K4表示。用于混合型能量存儲系統(tǒng)20中的其他能量存儲單元22的濾波可以或多或少地復(fù)雜，這取決于其類型。當(dāng)然，將認(rèn)識到的是，至少初始地，對于同一類型的所有能量存儲單元22，即對于具有相同能量存儲特性的所有能量存儲單元22，可以使用相同的濾波器參數(shù)。示例性的能量存儲特性包括但不限于:最大/最小容許功率水平;最大/最小容許電流(匯或源);或者其他充電特性，例如最佳電荷狀態(tài)等。
[0055]在每個功率共享控制器32中使用專門的濾波是每個功率共享控制器32構(gòu)造成相對于控制設(shè)備30中的另一個功率共享控制器32自主地運行這一有利事實的一個方面。無論用于功率共享控制器32的輸入信號44中的一個或多個是否表示“優(yōu)先”的功率共享控制器32的輸出信號90，或者無論用于每個功率共享控制器32的輸入信號44是否被獨立地獲得，該自主性都保持。
[0056]當(dāng)然，可以存在為各種能量存儲單元22設(shè)定穩(wěn)態(tài)目標(biāo)等的集中式計算機或其他控制節(jié)點(例如優(yōu)化控制器)。另外，對每個功率共享控制器32的相應(yīng)的輸入信號44可以作為對所有功率共享控制器32的公共信號輸入獲得，或者每個功率共享控制器32可以基于每個功率共享控制器32進行的本地電網(wǎng)測量而獲得其自己的輸入信號44。更進一步地，對任何給定的功率共享控制器32的輸入信號44都可以提供為來自給定的其他功率共享控制器32的輸出信號90。
[0057]圖5示出了例如可以利用混合型能量存儲系統(tǒng)20中的每個能量存儲單元22和相關(guān)聯(lián)的本地轉(zhuǎn)換器單元24在功率共享控制器32和充電狀態(tài)控制器34構(gòu)成的配對中實施的方法500。方法500包括控制具有不同的能量存儲特性的兩個或更多個能量存儲單元22。每個能量存儲單元22具有在包括混合型能量存儲系統(tǒng)20的相關(guān)聯(lián)的電網(wǎng)10中的相應(yīng)的電氣母線12。能量存儲單元22可以耦合至同一個電氣母線12，或者能量存儲單元22中的至少兩個能量存儲單元22可以耦合至電網(wǎng)10中的不同電氣母線12。
[0058]方法500包括獲得對于每個能量存儲單元22的輸入信號44(方框502)。這里，“獲得”可以意指例如基于本地電網(wǎng)測量生成輸入信號44，或者接收來自另一個功率共享控制器32或來自某個其他節(jié)點的輸入信號44。在任何情況下，輸入信號44都反映電網(wǎng)10上的負(fù)載變化。方法500還包括對于每個能量存儲單元22濾波(方框504)輸入信號44，從而獲得經(jīng)過濾波的輸入信號42。這里，濾波是對于每個能量存儲單元22均適配于能量存儲單元22的能量存儲特性。
[0059]方法500還包括將用于每個能量存儲單元22的經(jīng)過濾波的輸入信號42與用于能量存儲單元22的穩(wěn)態(tài)命令信號50相組合(方框506)。穩(wěn)態(tài)命令信號50表示能量存儲單元22的目標(biāo)穩(wěn)態(tài)條件。更進一步地，方法500包括通過相應(yīng)的充電狀態(tài)控制器34控制(方框508)每個能量存儲單元22的充放電，其中充電狀態(tài)控制器34構(gòu)造成響應(yīng)于對能量存儲單元22獨立生成的功率共享命令信號48控制與對應(yīng)的能量存儲單元22相關(guān)聯(lián)的本地轉(zhuǎn)換器單元24。
[0060]因此，無論是用于船上DC動力系統(tǒng)還是用于其他應(yīng)用，控制設(shè)備30和方法500都提供了以針對每個能量存儲單元的方式使用專門的輸入信號濾波，這使得能夠在用于例如圖3所示的每個能量存儲單元22的功率共享控制環(huán)中使用不同頻帶下的增益。當(dāng)在柴油發(fā)電機以可變速度運行以提高燃料效率的DC海上動力系統(tǒng)中使用時，混合型能量存儲系統(tǒng)20可以用來通過偏置柴油運行點和/或消除負(fù)載變化來提高燃料效率，并且當(dāng)混合型能量存儲系統(tǒng)20包括兩種或更多種類型的能量存儲單元22例如飛輪、超級電容器和電池或者甚至不同的電池類型如鉛酸電池、鋰離子電池等時，控制設(shè)備30提供更好的優(yōu)化控制。
[0061]除了通過量身定制的濾波獲得的不同頻率響應(yīng)之外，作為另一個優(yōu)點，功率共享控制器32可以全部實施相同的控制環(huán)，雖然控制環(huán)可能具有適用的控制參數(shù)的不同值?？刂茀?shù)可以例如通過與功率共享控制器32通信地耦合的優(yōu)化節(jié)點被在線地優(yōu)化，或者被離線地優(yōu)化。另外，如所指出的，功率共享控制器32可以串聯(lián)地連接，或者可以不互連。
[0062]在一些實施方式中，控制同一種類型的能量存儲單元22和/或與同一個電氣母線12相關(guān)聯(lián)的功率共享控制器32可以串聯(lián)地互連。如果互連，則功率共享控制器32可以利用公共通信母線例如以太網(wǎng)絡(luò)或其他數(shù)據(jù)互連通信地耦合在一起。相同的或其他的數(shù)據(jù)鏈路可以用于下述用途中的任一個或多個:向功率共享控制器32中的各個功率共享控制器32提供穩(wěn)態(tài)目標(biāo)值；向相應(yīng)的功率共享控制器32提供輸入信號44;重新配置控制參數(shù)，例如濾波器電路適配;維護活動，例如使與發(fā)生故障的能量存儲單元22或發(fā)生故障的本地轉(zhuǎn)換器單元24相關(guān)聯(lián)的功率共享控制器32去激活。
[0063]圖6示出了這樣的實施方式，其中:控制設(shè)備30構(gòu)造成用于多個(η個)能量存儲單元22，這些能量存儲單元22在圖中描繪為ES單元I至ES單元η。每個能量存儲單元22均具有相關(guān)聯(lián)的本地轉(zhuǎn)換器單元24。將注意的是，每個本地轉(zhuǎn)換器單元24由充電狀態(tài)控制器34-1至34-η中相應(yīng)的一個控制。進而，每個充電狀態(tài)控制器34則由功率共享控制器32-1至32-η中相應(yīng)的一個控制。
[0064]在圖示的實施方式中，功率共享控制器32-1至32-η以對應(yīng)于對應(yīng)的能量存儲單元22-1至22-n的放電時間(例如，以能量/功率比的形式表達(dá))的順序串聯(lián)地互連。在該特定示例中，第一能量存儲單元22-1具有最快的放電時間，并且其相應(yīng)的功率共享控制器32-1是串聯(lián)布置中的“第一個”。這樣，第一功率共享控制器32-1生成輸出信號90-1，該輸出信號90-1將用作針對與第二快的能量存儲單元22-2相關(guān)聯(lián)的第二功率共享控制器32-2的輸入信號44-2。第二功率共享控制器32-2繼而生成輸出信號90-2，該輸出信號90-2將用作針對序列中的下一個功率共享控制器32-2的輸入信號44-3，以此類推。
[0065]這種布置將對應(yīng)于具有最短放電時間的能量存儲單元22(即功率最密集的單元)功率共享控制器32定位為第一個，并且將對應(yīng)于具有最長放電時間的能量存儲單元22(SP功率最不密集的單元)功率共享控制器32定位為最后一個，位于“控制串”的端部。本示例中的成本-優(yōu)化節(jié)點62構(gòu)造成輸出表示能量存儲單元22的穩(wěn)態(tài)計劃的控制參數(shù)。這些控制參數(shù)基于長期負(fù)載預(yù)測并且在這里包括用于功率共享控制器32的目標(biāo)穩(wěn)態(tài)功率至PES*。這種值在圖2B中作為可以提供給每個功率共享控制器32的第一輸入命令信號58的示例示出。
[0066]注意，其他實施方式使用兩個或更多個控制串，S卩，功率共享控制器32的兩個或更多個子集被串在一起，其中控制串中除了最后一個功率共享控制器32以外的每個功率共享控制器32均提供輸出信號90以用作針對控制串中下一個功率共享控制器32的輸入信號44。例如，存在對于同一類型的能量存儲單元22的每個子集的控制串和/或?qū)τ谕粋€電氣母線12上的能量存儲單元22的每個子集的控制串。
[0067]進一步地在圖6中，控制-優(yōu)化節(jié)點84執(zhí)行優(yōu)化過程，該優(yōu)化過程基于短期負(fù)載變化預(yù)測確定某些功率共享控制參數(shù)。這里，短期控制參數(shù)是將要在每個功率共享控制器32的專用濾波器電路40中使用的命令增益值K*和時間常數(shù)值T*。
[0068]圖7示出了功率共享控制器32及其相應(yīng)的充電狀態(tài)控制器34的非串聯(lián)布置。每個功率共享控制器/充電狀態(tài)控制器配對均對應(yīng)于η個能量存儲單元22中的一個及其相關(guān)聯(lián)的本地轉(zhuǎn)換器單元24。與圖6所示的串聯(lián)控制環(huán)形成對比的是，對圖7所示的每個功率共享控制器32的輸入信號44由功率共享控制器32根據(jù)本地電網(wǎng)測量(例如由圖2Α中引入的測量單元70所提供)生成，或者從遠(yuǎn)程控制和/或測量系統(tǒng)提供至功率共享控制器32。
[0069]圖8示出了涉及第一和第二能量存儲單元22-1和22-2的示例性實施方式;這里，第一和第二能量存儲單元22-1和22-2通過相應(yīng)的本地轉(zhuǎn)換器單元24-1和24-2耦合至同一個電氣母線12。當(dāng)然，更廣義地，不同的能量存儲單元22可以耦合至同一個電氣母線12或不同的電氣母線12，并且因此可以與相同的或不同的負(fù)載18和/或不同的“本地化”母線條件相關(guān)聯(lián)。
[0070]在該示例性布置中，第一能量存儲單元22-1是超級電容器，而第二能量存儲單元22-2是電池，例如鉛酸電池或鋰離子電池。值得注意的是，能夠看到包括在相應(yīng)的功率共享控制器32中的各個濾波器電路40-1和40-2的特定量身定制。例如，濾波器電路40-1對于從O到1/Τ1的第一帶寬有效地具有零增益(KO = O)，其中Tl表示第一頻率的周期，對于第二較高的頻帶具有相對較低的增益Kl，并且對于最高的頻帶具有相對較高的增益Κ2。這些增益補充了超級電容器的充電/放電特性，并且與對基于電池的能量存儲單元22-2描繪的示例性增益值形成對比。
[0071]圖9示出了控制節(jié)點100，控制節(jié)點100可以是具有CPU或其他處理電路102的計算機或其他處理節(jié)點，其中CHJ或其他處理電路102包括存儲裝置104或與存儲裝置104相關(guān)聯(lián);例如，存儲裝置104是某種類型的計算機可讀介質(zhì)，提供對計算機程序106的非瞬態(tài)存儲。處理電路102提供運行時間環(huán)境108，處理電路102在該運行時間環(huán)境108中例如基于來自計算機程序106的程序指令的執(zhí)行而實施所描繪的功能性處理元件。功能性處理元件可以理解為實施上述成本-優(yōu)化節(jié)點62和控制-優(yōu)化節(jié)點84的功能性。為此，控制節(jié)點100還包括用于與控制設(shè)備30通信的一個或多個通信接口，例如計算機網(wǎng)絡(luò)接口。
[0072]功能性元件114、116和118代表了成本-優(yōu)化節(jié)點62的功能性。這些處理塊包括燃料-成本優(yōu)化器118，其基于對大量輸入的考慮輸出用于功率共享控制器32的穩(wěn)態(tài)命令值。這些輸入包括功率流模型、用于在混合型能量存儲系統(tǒng)20中實施的不同類型的能量存儲單元22的能量存儲單元模型、用于在電網(wǎng)10中實施的發(fā)電機14的發(fā)電機模型、以及燃料-成本模型。這些輸入可以通過通信接口 110獲得，其中輸入可以例如包括對互聯(lián)網(wǎng)或其他外部網(wǎng)絡(luò)的訪問以提供變化的燃料成本信息等，并且輸入可以包括一個或多個文件輸入/輸出接口，例如用于訪問含有相關(guān)建模信息的本地或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫。
[0073]功能性元件120、122和124代表了控ffjlj-優(yōu)化節(jié)點84的功能性。這些處理塊包括ES-控制優(yōu)化器124，其基于對大量輸入的考慮輸出用于功率共享控制器32的功率共享控制參數(shù)，例如濾波器參數(shù)。這些輸入包括例如用于功率共享控制器32和/或充電狀態(tài)控制器34的動態(tài)母線模型、能量存儲單元模型、發(fā)電機模型以及控制器模型。
[0074]考慮海上船舶作為示例性情形。對于海上船舶的選定操作模式，首先獲得長期穩(wěn)態(tài)負(fù)載預(yù)測和短期負(fù)載變化預(yù)測?；诜€(wěn)態(tài)負(fù)載預(yù)測，使用系統(tǒng)功率流模型、能量存儲單元模型、柴油工作特性以及燃料成本和效率曲線獲得對于能量存儲單元22的最佳穩(wěn)態(tài)計劃。另外，基于短期負(fù)載變化，利用DC-母線動態(tài)情況以及能量存儲單元模型、柴油發(fā)電機模型和控制器模型獲得一組最佳功率共享控制參數(shù)，例如濾波器參數(shù)。
[0075]廣義地，控制節(jié)點100或另一個節(jié)點可以作為上層級功率和能量管理系統(tǒng)(或者說是PEMS)操作。PEMS可以具有至所設(shè)想的控制設(shè)備30的通信鏈路，例如用于向每個功率共享控制器32提供用于目標(biāo)穩(wěn)態(tài)值的最優(yōu)命令信號和/或提供最優(yōu)濾波器設(shè)定等。當(dāng)然，在其他實施方式中，功率共享控制器32使用預(yù)先配置的控制和/或濾波器設(shè)定。然而，在這種實施方式中，功率共享控制器32可以在正在進行的操作過程中適配或以其他方式調(diào)節(jié)這種控制和濾波值。
[0076]在任何情況下，控制設(shè)備30允許對混合型能量存儲系統(tǒng)20中的所有能量存儲單元22使用基本相同的功率共享控制環(huán)，同時仍然例如通過在不同的功率共享控制器32中使用不同的穩(wěn)態(tài)或其他目標(biāo)值和/或不同的濾波器32設(shè)定而對不同類型的能量存儲單元22提供不同的控制策略。
[0077]在功率共享控制器32的所設(shè)想的串聯(lián)布置中，功率最密集的能量存儲單元22始終首先對高頻負(fù)載變化作出反應(yīng)，這減小了循環(huán)并且提高了能量更密集的能量存儲單元22(即具有較慢的充電/放電時間但是存儲更多能量的能量存儲單元22)的壽命。在這種布置下，能量密集的能量存儲單元22用作用來提供功率變化的備份并且對低頻變化提供最多的負(fù)載能量。
[0078]當(dāng)然，串聯(lián)控制串方法僅僅是一個示例。更一般地，功率共享控制器32可以理解為提供用于控制一定數(shù)量的能量存儲單元22的分布式控制方法，其中這些能量存儲單元22中的兩個或更多個具有不同的類型并且具有不同的能量存儲特性。該分布式策略提供了多種優(yōu)點，包括獨立單元發(fā)生故障的風(fēng)險減小。
[0079]值得注意的是，受益于在前面的描述和相關(guān)的附圖中提供的教導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠想到所公開的發(fā)明的修改和其他實施方式。例如，將認(rèn)識到的是，本文的教導(dǎo)能夠應(yīng)用于大量的應(yīng)用，包括DC電網(wǎng)和AC電網(wǎng)。因此，將理解的是，本發(fā)明不限于所公開的特定實施方式，并且意在使修改和其他實施方式包括在本公開的范圍內(nèi)。盡管本文可能使用了特定的術(shù)語，但這些術(shù)語僅僅是在一般性的描述層面上使用，并非用于限制的目的。
【主權(quán)項】
1.一種控制設(shè)備，用于控制混合型能量存儲系統(tǒng)，所述混合型能量存儲系統(tǒng)包括與電網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的兩個或更多個能量存儲單元，所述電網(wǎng)包括一個或多個電氣母線，其中所述能量存儲單元中的至少兩個能量存儲單元具有不同的能量存儲特性，并且其中所述控制設(shè)備包括: 對應(yīng)于每個能量存儲單元的功率共享控制器，每個功率共享控制器構(gòu)造成生成功率共孚命令?目號；以及 對應(yīng)于每個能量存儲單元的充電狀態(tài)控制器，每個充電狀態(tài)控制器構(gòu)造成響應(yīng)于由對應(yīng)的功率共享控制器生成的功率共享命令信號通過相關(guān)聯(lián)的本地轉(zhuǎn)換器單元控制對應(yīng)的能量存儲單元的充放電； 每個功率共孚控制器包括: 濾波器電路，所述濾波器電路構(gòu)造成通過根據(jù)濾波器響應(yīng)對所述功率共享控制器的輸入信號進行濾波而獲得經(jīng)過濾波的輸入信號，其中所述濾波器響應(yīng)適配于對應(yīng)的能量存儲單元的能量存儲特性，所述輸入信號反映了所述電網(wǎng)上的負(fù)載變化;以及 控制電路，所述控制電路構(gòu)造成生成作為經(jīng)過濾波的輸入信號與穩(wěn)態(tài)命令信號的組合的所述功率共享命令信號，其中所述穩(wěn)態(tài)命令信號表示對應(yīng)的能量存儲單元的目標(biāo)穩(wěn)態(tài)條件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制設(shè)備，其中，作為提供給所述功率共享控制器中的至少一個功率共享控制器的所述輸入信號具有與其相關(guān)聯(lián)的通信延遲，并且其中所述至少一個功率共享控制器中的每一個還包括延遲補償電路，所述延遲補償電路構(gòu)造成基于預(yù)測作為針對對應(yīng)的能量存儲單元獲得的低延遲本地電網(wǎng)測量的函數(shù)的所述輸入信號的值而補償所述通信延遲。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制設(shè)備，其中，所述延遲補償電路構(gòu)造成基于由所述輸入信號指示的所述本地電網(wǎng)測量的估測值與所述本地電網(wǎng)測量的對應(yīng)的實際值之間的追蹤差而適配所述輸入信號的預(yù)測。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制設(shè)備，其中，所述兩個或更多個能量存儲單元包括第一能量存儲單元和第二能量存儲單元，并且其中，所述控制設(shè)備包括對應(yīng)于所述第一能量存儲單元的第一功率共享控制器和第一充電狀態(tài)控制器以及對應(yīng)于所述第二能量存儲單元的第二功率共享控制器和第二充電狀態(tài)控制器，并且其中所述第一功率共享控制器和所述第二功率共享控制器以串聯(lián)的布置耦合，使得對所述第二功率共享控制器的所述輸入信號被提供為來自所述第一功率共享控制器的輸出信號，并且其中所述第一功率共享控制器構(gòu)造成生成作為對所述第一功率共享控制器的所述輸入信號與由所述第一功率共享控制器生成的功率共享命令信號之間的差的輸出信號。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制設(shè)備，其中，每個功率共享控制器構(gòu)造成相對于其他的一個或多個功率共享控制器自主地操作，并且其中，每個功率共享控制器均構(gòu)造成接收與其他的一個或多個功率共享控制器共同的所述輸入信號，或者接收來自針對對應(yīng)的能量存儲單元的本地電網(wǎng)測量的所述輸入信號。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制設(shè)備，其中，所述功率共享控制器中的至少一個功率共享控制器中的所述濾波器電路是適應(yīng)性濾波器電路，并且其中每個適應(yīng)性濾波器電路均構(gòu)造適配其濾波器響應(yīng)為下述項中的至少一項的函數(shù):頻率響應(yīng)的命令變化;增益的命令變化；從所述能量存儲單元的測量的穩(wěn)態(tài)或電荷狀態(tài)條件得到的調(diào)節(jié)信號；以及對應(yīng)的最大或最小穩(wěn)態(tài)或電荷狀態(tài)設(shè)定。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制設(shè)備，其中，對每個功率共享控制器的所述輸入信號均包括表示母線電壓測量信號與名義電壓設(shè)定之間的差的差分信號。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制設(shè)備，其中，每個功率共享控制器中的所述控制電路構(gòu)造成基于獲得組合信號并且進一步基于使所述組合信號經(jīng)過限幅器而生成所述功率共享命令信號，其中所述組合信號是通過將經(jīng)過濾波的輸入信號與表示用于對應(yīng)的能量存儲單元的目標(biāo)穩(wěn)態(tài)充電或放電功率、穩(wěn)態(tài)充電或放電電流、或穩(wěn)態(tài)電荷狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)命令信號相組合而獲得的。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制設(shè)備，其中，所述控制設(shè)備的第一功率共享控制器構(gòu)造成用于與作為對應(yīng)的能量存儲單元的超級電容器使用，并且所述控制設(shè)備的第二功率共享控制器構(gòu)造成用于與作為對應(yīng)的能量存儲單元的電池使用，并且進一步其中所述第一功率共享控制器的濾波器電路構(gòu)造成具有比所述第二功率共享控制器的濾波器電路更高的頻率響應(yīng)。10.—種控制混合型能量存儲系統(tǒng)中的兩個或更多個能量存儲單元的方法，所述兩個或更多個能量存儲單元與包括一個或多個電氣母線的電網(wǎng)相關(guān)聯(lián)，其中所述能量存儲單元中的至少兩個能量存儲單元具有不同的能量存儲特性，并且所述方法包括: 基于下述步驟對每個能量存儲單元單獨地生成功率共享命令信號: 針對每個能量存儲單元獲得反映所述電網(wǎng)上的負(fù)載變化的輸入信號； 通過濾波器電路對用于每個能量存儲單元的所述輸入信號進行濾波以獲得經(jīng)過濾波的輸入信號，其中所述濾波器電路具有適配于所述能量存儲單元的能量存儲特性的濾波器響應(yīng)；以及 將用于每個能量存儲單元的經(jīng)過濾波的輸入信號與用于所述能量存儲單元的穩(wěn)態(tài)命令信號進行組合，從而獲得用于所述能量存儲單元的功率共享命令信號，所述穩(wěn)態(tài)命令信號表示所述能量存儲單元的目標(biāo)穩(wěn)態(tài)條件；以及 通過充電狀態(tài)控制器控制每個能量存儲單元的充放電，所述充電狀態(tài)控制器構(gòu)造成響應(yīng)于針對所述能量存儲單元單獨地生成的所述功率共享命令信號控制與所述能量存儲單元相關(guān)聯(lián)的本地轉(zhuǎn)換器單元。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，針對所述能量存儲單元中的至少一個能量存儲單元獲得的所述輸入信號具有與其相關(guān)聯(lián)的通信延遲，并且其中所述方法包括基于預(yù)測作為針對所述能量存儲單元獲得的低延遲本地電網(wǎng)測量的函數(shù)的所述輸入信號的值而針對每個這種輸入信號補償所述通信延遲。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括基于由所述輸入信號指示的所述本地電網(wǎng)測量的估測值與所述本地電網(wǎng)測量的對應(yīng)的實際值之間的追蹤差而適配每個這種輸入信號的預(yù)測。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述兩個或更多個能量存儲單元包括第一能量存儲單元和第二能量存儲單元，并且其中獲得用于所述第二能量存儲單元的輸入信號包括:生成作為對所述第一能量存儲單元的輸入信號與用于所述第一能量存儲單元生成的所述功率共享命令信號之間的差的輸出信號；以及使用所述輸出信號作為用于所述第二能量存儲單元的輸入信號。14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，獲得用于每個能量存儲單元的輸入信號包括接收從所述能量存儲單元中的另一個的輸入信號得到的輸入信號，或者從對所述能量存儲單元進行的本地電網(wǎng)測量生成所述輸入信號。15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括:針對所述能量存儲單元中的至少一個能量存儲單元中的每一個，將用來獲得用于所述能量存儲單元的經(jīng)過濾波的輸入信號的所述濾波器電路的濾波器響應(yīng)適配為下述各項中的至少一項的函數(shù):頻率響應(yīng)的命令變化;增益的命令變化;從所述能量存儲單元的測量的穩(wěn)態(tài)或電荷狀態(tài)條件得到的調(diào)節(jié)信號；以及對應(yīng)的最大或最小穩(wěn)態(tài)或電荷狀態(tài)設(shè)定。16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，對每個能量存儲單元獲得的所述輸入信號包括表示母線電壓測量信號與名義電壓設(shè)定之間的差的差分信號。17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，對每個能量存儲單元生成所述功率共享命令信號基于獲得組合信號并且進一步基于使所述組合信號經(jīng)過限幅器，其中獲得所述組合信號是通過將用于所述能量存儲單元的經(jīng)過濾波的輸入信號與表示用于所述能量存儲單元的目標(biāo)穩(wěn)態(tài)充電或放電功率、穩(wěn)態(tài)充電或放電電流、或穩(wěn)態(tài)電荷狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)命令信號中的一個信號相組合而進行的。18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述兩個或更多個能量存儲單元中的第一個是超級電容器并且所述兩個或更多個能量存儲單元中的第二個是電池，并且其中所述方法包括利用具有比對用于所述第二能量存儲單元的輸入信號進行濾波的濾波器電路更高的頻率響應(yīng)的濾波器電路對用于所述第一能量存儲單元的輸入信號進行濾波。
【文檔編號】H02J1/14GK106030953SQ201580010613
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年1月6日
【發(fā)明人】梁嘉祺, 亓麗
【申請人】Abb研究有限公司