BR112012022923B1 - Método e sistema para regular a potência de saída de uma fonte de eletricidade para uma grade de distribuição de eletricidade - Google Patents

Método e sistema para regular a potência de saída de uma fonte de eletricidade para uma grade de distribuição de eletricidade Download PDF

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Abstract

regulação de contribuiçãio de fontes de energia secundárias pra uma grade de potência. a presente invenção refere-se a um meio de armazenamento de energia que é combinado a uma fonte de energia secundária que fornece potência a uma grade de distribuição de eletricidade. o comportamento de carga e descarga do meio de armazenamento de energia é controlado para que aumentos rápidos na saída de uma fonte de energia secundária sejam absorvidos pelo sistema de armazenamento, enquanto diminuições rápidas na saída dqa fonte secundária são compensadas pela descarga de energia armazenada sobre a grade. as contribuições combinadas da fonte secundária e do sistema de armazenamento de energia garante uma taxa de alteração qye não excede um nível definido. os níveis de potência de saída máximo e mínimo para a fonte secundária podem ser estabelecidos para definir uma faixa operacional normal. o carregamento ou descarregamento do sistema de armazenamento de energia também é realizado quando o nível de potência de saída secundárua excede ou está abaixo dos limietesx da faixa definida.

Description

CAMPO TÉCNICO [001] A presente invenção refere-se ao uso de fontes secundárias para contribuir energia elétrica a uma grade de distribuição de potência, e mais especificamente para regulação da potência geral suprida à grade por tais fontes, bem como o aumento ou redução instantâneos de tal potência.
ANTECEDENTES [002] Tipicamente, um serviço público obtém potência elétrica de uma ou mais fontes de geração de potência primárias, tais como usinas de potência hidrelétricas, movidas a gás, movidas a carvão e/ou nucleares para entrega a clientes por meio de uma grade de distribuição. A potência suprida por essas fontes é relativamente constante, e pode ser facilmente regulada para satisfazer as demandas de clientes enquanto ao mesmo tempo conforma-se aos padrões para tal potência, tais como tensão nominal e níveis de frequência. Para suplementar a potência suprida por essas fontes primárias, tem se tornado muito comum conectar fontes secundárias de potência, tais como painéis solares e moinhos de vento, à grade de distribuição. Entre outras vantagens, essas formas secundárias de energia são renováveis, em contraste com fontes nucleares, a carvão e a gás, e podem, ainda, ajudar a reduzir a emissão de gases de efeito estufa que adversamente afetam as condições climáticas.
[003] Quando uma fonte secundária de potência é conectada à grade, o operador de serviço público espera que sua contribuição esteja em determinados níveis, de modo que a mesma possa ser adequadamente contabilizada, e as saídas das fontes primárias ajustadas em
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2/17 conformidade. Diferentemente da saída relativamente estável de fontes primárias, entretanto, a quantidade de energia produzida pelas fontes secundárias pode variar ao longo de uma ampla gama em intervalos relativamente curtos, por exemplo, medidos em segundos. Por exemplo, a saída de um painel solar varia não apenas de acordo com a hora do dia, mas também como resultado de eventos meteorológicos tais como a passagem e aparição repentina de nuvens que bloqueiam a luz solar direta. Do mesmo modo, a saída de uma fazenda de moinho de vento é sujeita a pausas e rajadas instantâneas na velocidade do vento.
[004] Uma queda repentina na saída de uma fonte secundária é absorvida pela grade, e precisa ser acomodada aumentando-se a saída de uma ou mais das fontes primárias. Por outro lado, um crescimento repentino na saída secundária pode exceder as capacidades de transmissão do equipamento no local, resultando em uma perda de potência gerada até que a fonte primária possa ser restringida. Essas mudanças repentinas limitam a contribuição eficaz de fontes de potência secundárias dentro da toda a frota de fontes. Quanto maior o número de fontes secundárias que são utilizadas, maior a variação em potência suprida, o que resulta em confiabilidade reduzida para tais fontes, e/ou a necessidade de unidades de geração primárias de resposta rápida. Esse último requisito induz custos adicionais nas usinas de potência primária, tais como requisitos de manutenção aumentados e custos de combustível adicionais associados com a operação em um ponto de ajuste não ótimo.
[005] Grandes oscilações de tensão também podem exceder as capacidades de resposta do sistema de distribuição à operação normal. Equipamento de geração de potência tradicional frequentemente pode não responder rápido o suficiente a mudanças repentinas, cuja tentativa de fazê-lo incorre em custos de manutenção e combustível
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3/17 extras.
SUMÁRIO [006] De acordo com modalidades reveladas da presente invenção, essas preocupações são tratadas controlando-se o comportamento de carga e descarga de um ou mais sistemas de armazenamento de energia acoplados de modo energético à grade de eletricidade, de tal modo que aumentos rápidos na saída de uma fonte secundária de energia são absorvidos pelo sistema de armazenamento, enquanto diminuições rápidas na saída da fonte secundária são compensadas descarregando-se energia armazenada na grade. De fato, os sistemas de armazenamento de energia moderam, ou mascaram, as variações na saída da fonte secundária, de modo que a potência fornecida a e pela grade possa ser mantida de modo confiável no nível apropriado.
[007] O carregamento e descarregamento do sistema de armazenamento de energia podem ser controlados de modo que as contribuições combinadas da fonte secundária e do sistema de armazenamento de energia garanta uma taxa de alteração que não exceda um nível definido. Níveis de potência de saída máximo e mínimo para a fonte secundária podem ser estabelecidos para definir uma faixa de operação normal. O carregamento ou descarregamento do sistema de armazenamento de energia é efetivado apenas quando o nível de saída de potência secundária excede ou situa-se abaixo dos limites da faixa definida.
[008] Uma melhor compreensão dos princípios e vantagens da presente invenção pode ser adquirida referindo-se à seguinte descrição detalhada e aos desenhos anexos.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [009] A Figura 1 é um plano que ilustra a saída de potência de uma fonte de energia secundária em relação a uma banda de potência desejada.
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4/17 [0010] As Figuras 2A a 2C são planos de tempo que ilustram os resultados alcançados de acordo com a invenção.
[0011] A Figura 3 é um diagrama de blocos geral de um sistema de armazenamento de energia conectado à grade de potência que é controlada para regular, entre outros fatores, a taxa de alteração de saída de uma fonte de energia secundária.
[0012] A Figura 4 é um diagrama de blocos mais detalhado do módulo de controle para regular a potência de saída de uma fonte de energia secundária.
[0013] As Figuras 5, 6, 7 e 8A a 8B são fluxogramas que ilustram um método de controle de um sistema de armazenamento de energia para regular a taxa de alteração da saída de uma fonte de energia secundária.
DESCRIÇÃO DETALHADA [0014] Para facilitar uma compreensão dos princípios subjacentes à presente invenção, modalidades exemplificativas são descritas a seguir em referência ao uso de um dispositivo de conversão de energia solar, por exemplo, painéis fotovoltaicos, como a fonte secundária. Será observado que as aplicações práticas da invenção não são limitadas a esse exemplo, e que a mesma pode ser empregada em qualquer ambiente em que seja desejável atenuar oscilações rápidas na saída de uma fonte de energia.
[0015] A Figura 1 é um plano do tipo de situação a qual a presente invenção se aplica. Para um determinado período de um dia, por exemplo, uma dada hora, o operador de serviço público prevê uma determinada quantidade de potência de saída de painéis solares que estão conectados a uma grade de distribuição de potência. Levando em consideração a habilidade da grade de absorver variações, limites superiores e inferiores 10 e 12 podem ser estabelecidos para esse período de tempo, para definir uma faixa, ou banda, de potência de saída
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5/17 aceitável dos painéis solares. Essa faixa pode variar como uma função de fatores temporais, tais como a hora do dia, o dia do mês e/ou o mês do ano, para levar em conta as alterações na posição do sol. Alternativamente, ou, além disso, pode ser uma função de parâmetros geográficos que influenciam a saída de uma fonte secundária, tais como insolação solar, velocidade de vento, etc. Esses parâmetros podem ser baseados em estimativas derivadas de dados históricos, ou mensurações em tempo real.
[0016] A linha 13 representa os níveis de potência real que pode ser produzida pelos painéis solares durante aquele período de tempo. Embora a saída média para aquele período possa estar dentro da banda desejada, o valor instantâneo pode variar ampla e rapidamente, resultando em picos 14 que excedem o limite superior 10, e vales 16 que se situam abaixo do limite inferior 12. Além disso, a taxa instantânea de aumento 18, ou a taxa de diminuição 20, pode exceder valores que a grade é capaz de absorver, mesmo quando o nível de potência real está dentro da banda desejada. Visto que a(s) fonte(s) de geração de potência primária(s) pode(m) não ser capaz(es) de reagir rapidamente para combater os efeitos desses picos, vales, e altas taxas de ascensão ou declínio, os níveis de potência na grade de distribuição podem desviar do nível desejado.
[0017] Para aliviar o impacto que tais oscilações de potência podem ter na grade de distribuição, um sistema de armazenamento de energia é combinado com o dispositivo de conversão de energia solar para reduzir a resposta requerida das fontes primárias e custos subsequentemente incorridos, atenuando-se as alterações na saída dos painéis solares. Uma queda na saída dos painéis solares abaixo da banda desejada é combatida liberando-se energia do sistema de armazenamento na grade, e uma ascensão na saída além do limite superior 10 é compensada desviando-se parte ou toda a energia em excesso
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6/17 para o sistema de armazenamento. Além disso, quando os painéis solares estão operando dentro da banda desejada, os dispositivos de armazenamento podem ser carregados ou descarregados para manter a energia armazenada em um nível ótimo para absorver a próxima variação grande na saída dos painéis solares, enquanto ao mesmo tempo atenuam-se quaisquer taxas altas de aumento ou diminuição da potência de saída.
[0018] O efeito alcançado combinando-se um dispositivo de armazenamento de energia, tal como baterias, com os painéis solares é ilustrado nos planos de tempo das Figuras 2A a 2C. A Figura 2A ilustra a situação em que o aumento instantâneo na potência de saída dos painéis solares ao longo de um período de ti-1 a ti é maior que a taxa de rampa aceitável máxima. Nesse caso, o sistema de armazenamento em bateria é ativado para carregar as baterias, o que faz com que parte da potência de saída dos painéis solares seja absorvida pelas baterias. Como resultado, a potência de saída líquida para a grade durante esse período de tempo permanece dentro da taxa de rampa aceitável.
[0019] A Figura 2B ilustra a situação de conversão, na qual a potência de saída dos painéis solares situa-se em uma taxa que excede a taxa aceitável máxima. Nesse caso, as baterias descarregam para suprir potência adicional à grade durante o período de tempo, de modo que a alteração líquida do período anterior seja reduzida, e desse modo permaneça dentro da taxa de alteração admissível.
[0020] No exemplo da Figura 2C, uma banda desejada para a potência ao longo do curso de um dia é definida por limites superior e inferior 10 e 12, que variam de acordo com a hora do dia. Quando a potência de saída real dos painéis solares excede o limite superior durante parte do dia, a potência em excesso é absorvida pelas baterias, de modo que a potência líquida suprida à grade seja limitada à quantiPetição 870190077312, de 09/08/2019, pág. 10/32
UM dade ilustrada pelo segmento de linha em negrito 11. De modo semelhante, quando a potência de saída dos painéis solares situa-se abaixo do limite 12 durante uma parte posterior do dia, as baterias suprem potência adicional à grade, de modo que a potência líquida entregue esteja no nível ilustrado pela linha em negrito 13.
[0021] Um exemplo de um sistema de armazenamento de energia adequado é um que emprega um banco de baterias que são conectadas à grade de distribuição e seletivamente carregadas ou descarregadas, para absorver energia em excesso e fornecer energia suplementar, respectivamente. A Figura 3 é um diagrama de blocos que ilustra um sistema ilustrativo para controlar o carregamento e descarregamento de baterias de armazenamento, e que implanta os princípios da presente invenção. Em referência à mesma, um ou mais painéis solares 22 produzem potência de saída de corrente direta que é convertida em potência de corrente alternada (AC) através de um inversor 24. Essa potência de AC é suprida a uma grade de distribuição de potência elétrica 26.
[0022] Um sensor 27 fornece um sinal indicativo da potência de saída do inversor de painel solar a um controlador do sistema de armazenamento em bateria 28. O controlador gera um sinal que efetua carregamento ou descarregamento das baterias em um sistema de armazenamento em bateria (BSS) 30, que é conectado à grade 26. Um primeiro módulo 32 do controlador do BSS 28 opera de acordo com os princípios da presente invenção para regular a rampa, isto é, a taxa de alteração, da saída dos painéis solares 22, bem como mantém sua contribuição à grade dentro da banda desejada. Esse módulo gera um sinal Dispatch1 de acordo com a potência de saída instantânea do inversor de painel solar para atenuar oscilações grandes e/ou rápidas e regular o nível geral daquela potência de saída. Em uma modalidade da invenção, o sinal de saída Dispatch1 do módulo de regulação de
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8/17 potência solar 32 pode ser diretamente aplicado ao BSS 30, para controlar o carregamento e descarregamento das baterias de acordo com a saída dos painéis solares.
[0023] Em outra modalidade, o sinal Dispatch1 emitido do módulo de regulação de potência solar 32 é suprido a um módulo de regulação de frequência 34, conforme ilustrado na Figura 3. O módulo de regulação de frequência 34 modifica o sinal de Dispatch1 de acordo com a frequência da potência de AC na grade 26. Em essência, o módulo de regulação de frequência faz com que o BSS supra potência a, ou absorva potência da, grade para manter a frequência de operação da grade dentro de uma faixa predeterminada que é baseada em uma frequência operacional nominal desejada, por exemplo 60Hz nos Estados Unidos. Um exemplo de tal regulação de frequência é descrito no Pedido de Patente copendente cedido à mesma cessionária no U.S. 12/248.106, cuja revelação encontra-se incorporada no presente documento a título de referência. Conforme descrito no mesmo, a quantidade, ou taxa, de transferência de energia entre o BSS e a grade pode ser uma função da frequência de operação da grade. A quantidade de descarga ou carregamento das baterias que é exigida pelo módulo de regulação de frequência é combinada com o sinal Dispatch1 do módulo de regulação de potência solar 32, para produzir um sinal de saída Dispatch2 que é aplicado ao BSS.
[0024] O símbolo do sinal de controle que é aplicado ao BSS, por exemplo, o Dispatch1 na primeira modalidade ou o Dispatch2 na segunda modalidade, ativa um inversor dentro de um sistema de conversor (não mostrado) no BSS para descarregar as baterias na grade, ou ativa um conversor dentro do sistema de conversor no BSS para carregar as baterias com potência da grade. A magnitude do sinal determina a quantidade de potência a ser adicionada a, ou absorvida da grade. Visto que a potência de saída do inversor de painel solar 24 é
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9/17 aplicada à conexão entre o BSS e a grade, o carregamento e descarregamento das baterias funciona efetivamente para absorver potência em excesso dos painéis solares, ou suplementar aquela potência, respectivamente.
[0025] Uma representação mais detalhada do módulo de regulação de rampa solar 34 é ilustrada na Figura 4. O módulo inclui um processador 38 que executa algoritmos de controle descritos a seguir, e uma ou mais formas de memória 40 configuradas com registros que armazenam os parâmetros empregados pelos algoritmos. Esses parâmetros incluem o seguinte conjunto de valores de entrada que tem as unidades de medidas indicadas:
Solar (kWh) - A saída do inversor de painel solar no ponto em tempo atual, t.
LagSolar (kWh) - A potência regulada emitida à grade no tempo t-1, isto é, a combinação algébrica das saídas dos painéis solares 22 e as baterias do BSS 30.
Piso (kWh) - Limite inferior especificado por usuário na saída de potência, por exemplo valor limítrofe 12.
Teto (kWh) - Limite superior especificado por usuário na saída de potência, por exemplo valor limítrofe 10.
RampMax (kWh) - Alteração máxima especificada por usuário, ascendente ou descendente, em saída de potência do tempo t-1 a t.
SoC (%, 0-100) - Estado de carga das baterias.
BattCap (kWh) - Limite sobre saída de potência de bateria instantânea.
kWh (kWh) - Capacidade de energia de bateria total.
Viés (kWh) - Valor definido por usuário para um estado de carga das baterias otimizado.
[0026] Os parâmetros armazenados na memória 40 incluem, adi
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10/17 cionalmente, as seguintes variáveis intermediárias que são calculadas pelos algoritmos:
BasicDisp (kWh) - Sinal de despacho de bateria não restrita.
Conf (kWh) - Restrição no carregamento da bateria. Cone (kWh) - Restrição no descarregamento da bateria. UpperLim (kWh) - Limite superior na faixa de saída de potência aceitável para a grade.
LowerLim (kWh) - Limite inferior na faixa de saída de potência aceitável para a grade.
Rbe (%, 0 a 100) - Diferença entre estado de carga atual e carga completa (=1-SoC).
[0027] Conforme notado anteriormente, os valores para Piso e Teto são valores determinados por usuários que poderiam ser uma função de parâmetros geográficos e/ou temporais que influencia a saída esperada de uma fonte secundária. Em outra modalidade, os mesmos poderiam ser determinados como uma função do estado de carga (SoC) das baterias. Do mesmo modo, o valor para RampMax é introduzido pelo usuário, e poderia ser uma função de quaisquer um ou mais desses mesmos fatores. A taxa de alteração máxima também poderia ser determinada como uma função da saída da fonte secundária.
[0028] Com base nos dados armazenado nesses registros, o processador 38 produz dois sinais de saída, Dispatch1 e Depósito. Conforme descrito anteriormente, em uma modalidade o sinal de Dispatch1 pode ser diretamente aplicado ao BSS 30, para controlar o carregamento e descarregamento das baterias. Em uma modalidade alternativa, o sinal de Dispatch1 é suprido ao módulo de regulação de frequência, e modificado conforme necessário para gerar o sinal de Dispatch2 que controla o carregamento e descarregamento das batePetição 870190077312, de 09/08/2019, pág. 14/32
11/17 rias.
[0029] O sinal de Depósito é usado para descartar seletivamente a potência gerada pelos painéis solares quando a mesma é excessiva e não pode ser absorvida pela grade e pelo BSS. Por exemplo, conforme figurativamente representado na Figura 3, o sinal de Depósito pode ativar um comutador 42 para desviar a potência solar da grade para um eletrodo 44 em potencial de terra.
[0030] Os algoritmos executados pelo processador 38 para gerar esses sinais são representados nos fluxogramas das Figuras 5 a 8B. A Figura 5 ilustra a mesma rotina que é executada periodicamente, por exemplo uma vez por segundo. No início do período, o valor atual de Solar é comparado ao limite inferior Piso, na etapa 50. Se Solar é inferior a Piso, uma subrotina de descarga, Baixa, é executada na etapa 52. Se o valor para Solar é maior que Piso, o processador é movido para a etapa 54, onde compara o valor para Solar ao limite superior Teto. Se Solar excede Teto, uma sub-rotina de carga, Alta, é executada na etapa 56. Se Solar é inferior a Teto, o processador executa uma sub-rotina em faixa na etapa 57.
[0031] A sub-rotina de descarga da etapa 52 é representada no fluxograma da Figura 6. Quando o processador salta para essa subrotina, na etapa 58 o mesmo ajusta o valor do sinal de descarga de bateria não restrita BasicDisp para ser igual ao valor de Solar, menos o máximo do Piso ou do (LagSolar menos RampMax). O LagSolar é a saída combinada dos painéis solares e do BSS no tempo t-1. O (LagSolar-RampMax) é a saída aceitável mínima, de uma perspectiva de taxa de alteração. Se o LagSolar está acima do, mas próximo ao valor de piso, então o (LagSolar-RampMax) pode fazer com que a nova saída situa-se abaixo do valor de piso. Nesse caso a função max garante que a nova saída alvo (não restrita) esteja pelo menos no valor de piso. Esse será um valor negativo pois o valor de piso é superior à sa
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12/17 ída do inversor e as baterias precisarão descarregar potência para a grade para compensar a diferença.
[0032] O valor negativo de BasicDisp é essencialmente uma solicitação para descarregar as baterias, a fim de elevar a saída do sistema acima do nível de piso. Entretanto, a quantidade de descarga total pode não exceder a energia disponível nas baterias, ou a classificação de potência máxima das baterias. Portanto, na etapa 60 o parâmetro Cone é ajustado para ser igual ao negativo do mínimo de (SoC*kWh/100) ou BattCap. O valor geral é negativo pois essa é uma restrição de descarga.
[0033] Na etapa 62, o máximo do valor de despacho não restrito
BasicDisp e o valor de restrição Cone é selecionado, para produzir o sinal de controle de Dispatch1. Visto que, nessa sub-rotina, as baterias estão sendo descarregadas, não há qualquer energia em excesso a ser depositado. Em conformidade, na etapa 64 o sinal de controle de Depósito é ajustado para 0.
[0034] O fluxograma da Figura 7 representa a sub-rotina de carga que é usada para controlar o BSS quando a saída do inversor solar é elevada acima de um teto especificado por usuário. Na etapa 66, o valor para BasicDisp é ajustado para ser igual ao valor de Solar menos o mínimo de Teto e (LagSolar+RampMax). A saída aceitável máxima de uma perspectiva de declive é definida por (LagSolar+RampMax). Se LagSolar é próximo ao limite superior, então (LagSolar+RampMax) pode fazer com que a nova saída alcance acima do teto. Nesse caso, a função min garante que o novo valor alvo (não restrito) seja no máximo igual ao valor de teto. Esse será um valor positivo pois a saída dos inversos é superior ao valor de teto e as baterias precisarão carregar (absorver energia) para reduzir a saída.
[0035] Qualquer sinal de carga não deve exceder a capacidade de energia não utilizada das baterias, ou a classificação de potência má
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13/17 xima das baterias. Portanto, na etapa 68, o mínimo de (Rbe*kWh/100) e BattCap é selecionado para produzir a restrição de carregamento Conf.
[0036] Na etapa 70, o mais baixo dentre o despacho não restrito
BasicDisp e a restrição Conf, ambos os quais são valores positivos, é selecionado para produzir o sinal de controle de quantidade de despacho Dispatch1. Se a restrição é vinculada, então há saída demasiada do inversor 24 para as baterias manejarem, porque as mesmas estão próximas da carga completa ou por causa da classificação de potência máxima das mesmas. Nesse caso, alguma saída do inversor deve ser depositada de modo que a saída líquida para a grade fique dentro dos limites. Em conformidade, na etapa 72 o sinal de controle de Depósito é ajustado para ser o máximo de zero ou (BasicDisp - Conf).
[0037] O fluxograma das Figuras 8A e 8B mostram a sub-rotina 57 que é usada pelo processador para controlar o sistema quando a saída do inversor 24 está em uma faixa aceitável entre os valores de teto de piso. Esse é provavelmente o caso na maior parte do tempo. Durante esse tempo, o estado de carga das baterias é mantido em um nível ótimo, de modo a estar pronto para acomodar o próximo pico ou vale na saída dos painéis solares.
[0038] Na etapa 74, a restrição de carregamento Conf é ajustada.
Visto que essa é uma restrição de carregamento, tem um valor positivo. Qualquer sinal de carga não deve exceder a capacidade de energia não utilizada das baterias, ou a classificação de potência máxima das baterias. Portanto, o mínimo de (Rbe*kWh/100) e BattCap é selecionado, para produzir Conf.
[0039] Na etapa 76, a restrição de descarregamento Cone é ajustada. Visto que essa é uma restrição de descarga, tem um valor negativo. Qualquer sinal de descarga não deve exceder a energia disponível nas baterias, ou a classificação de potência máxima das baterias.
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Em conformidade, Cone é ajustado para ser igual ao mínimo de (SoC*kWh/100) e BattCap.
[0040] O limite superior aceitável na saída de sistema é a saída de sistema no período de tempo anterior mais a taxa de rampa máxima, limitada pelo teto. Na etapa 78, o valor limítrofe superior UpperLim é ajustado para ser igual ao mínimo de Teto e (LagSolar + RampMax). O limite inferior aceitável na saída de sistema é a saída de sistema no período de tempo anterior menos a taxa de rampa máxima, limitada pelo piso. Na etapa 80, o valor limítrofe inferior LowerLim é ajustado igual ao máximo de Piso e (LagSolar - RampMax). Visto que os valores para Teto e Piso podem ser funções de fatores temporais, UpperLim e LowerLim também podem ser funções desses fatores.
[0041] Visto que a saída do sistema provavelmente não excederá o teto não há qualquer necessidade de depósito de potência. Em conformidade, o sinal de controle Depósito é ajustado para igual a zero na etapa 82.
[0042] Em referência agora à Figura 8B, na etapa 84 é feita uma verificação para ver se o estado de carga das baterias é maior que um limiar especificado pelo usuário, por exemplo 89%. Se for o caso, então as baterias estão próximas da carga completa, e o processador parte para a etapa 86. Nessa etapa, o sinal de controle Dispatch1 é enviesado em direção ao limite superior a fim de maximizar a descarga (ou minimizar a charge). O despacho não restrito básico é o SolarUpperLim. Se o Solar>UpperLim, então o despacho é um sinal de carga, e é restrito pela restrição de carregamento Conf. Se o Solar<UpperLim, então o despacho é um sinal de descarga, e é restrito pela restrição de descarga Cone. O valor assim restrito é reduzido pelo valor suprido pelo usuário para o Viés, e produzido como Dispatch1.
[0043] Se o estado de carga é inferior ao limiar superior, é feita uma verificação na etapa 88 para ver se o estado de carga das bateri
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15/17 as é inferior a um limiar inferior especificado pelo usuário, por exemplo 20%. Se for o caso, então as baterias estão próximas de descarga, e o processador parte para a etapa 90. Nesse caso, o sinal de controle Dispatch1 é enviesado em direção ao limite inferior a fim de maximizar a carga (ou minimizar a descarga). O despacho não restrito básico é o Solar-Lowerlim. Se o Solar<Lowerlim, então o despacho é um sinal de descarga, e é restrito pelo valor de Cone. Se o Solar >Lowerlim, então o despacho é um sinal de carga, e é restrito pelo Conf. O valor assim restrito é adicionado ao valor para o Viés, que se torna o Dispatch1.
[0044] Na etapa 92, determina-se se o Solar>UpperLim. Se for o caso, então um sinal de carga, Solar-UpperLim, restrito pelo Conf, é enviado na etapa 94. Se o Solar não é superior ao UpperLim, determinase na etapa 96 de o Solar<LowerLim. Se for o caso, então um sinal de descarga, o Solar-LowerLim, restrito pelo Cone, é enviado na etapa 98. Se nenhuma das condições das etapas 84, 88, 92 ou 96 é satisfeita, então nenhuma regulação é necessária, e o sinal de controle Dispatch1 é ajustado para zero na etapa 100.
[0045] Será entendido que a presente invenção conforme descrita acima pode ser implantada na forma de lógica de controle por meio do uso de hardware e/ou por meio do uso de software de uma maneira integrada ou modular. Com base na revelação e ensinamentos fornecidos no presente documento, uma pessoa de habilidade comum na técnica compreenderá e observará outras abordagens para implantar a presente invenção por meio do uso de hardware e uma combinação de hardware e software. Por exemplo, no exemplo da Figura 4 o módulo de regulação da rampa é representado como tendo seu próprio processador. Na prática, o processador que implanta a lógica das Figuras 5 a 8B pode ser parte de um sistema maior, por exemplo um que opera todo o controlador do BSS 28, e executa outras rotinas além daquelas representadas nos fluxogramas.
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16/17 [0046] Quaisquer das funções ou componentes de software descritos no presente documento podem ser implantadas como código de software para ser executado por um processador por meio do uso de qualquer linguagem de computador adequada tal como, por exemplo, Java, C++ ou Perl com base em, por exemplo, técnicas convencionais ou orientadas a objetos. O código de software pode ser armazenado como uma série de instruções, ou comandos em uma mídia legível por computador para armazenamento, tais mídias adequadas incluindo memória de acesso aleatório (RAM), memória somente leitura (ROM), uma mídia magnética tal como um disco rígido ou um disquete, ou uma mídia óptica tal como um disco compacto (CD) ou DVD (disco versátil digital), memória flash, e similares. A mídia legível por computador pode ser qualquer combinação de tais dispositivos de armazenamento.
[0047] A descrição acima de modalidades exemplificativas foi apresentada para os propósitos de ilustração e descrição. Será observado que os princípios subjacentes à invenção podem ser implantados de outras maneiras sem se distanciar das suas características essenciais. Por exemplo, embora as modalidades exemplificativas tenham sido descritas em relação ao uso de painéis solares com uma fonte secundária de potência, será observado que a invenção pode ser empregada com qualquer outro tipo de fonte de potência, particularmente aquelas que têm saídas variáveis, tais como moinhos de vento. Do mesmo modo, mídias de armazenamento de energia além de baterias, tais como sistemas capacitivos, volantes ou ar comprimido, podem ser empregadas para regular a potência de saída da fonte secundária. Além disso, embora uma banda de potência desejada que tem tanto limites superior quanto inferior tenha sido descrita para regular a potência de saída, a invenção pode ser empregada em sistemas que têm apenas um limite, por exemplo um valor de piso sem limite superior
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17/17 para faixa aceitável de potência. A taxa de rampa máxima poderia também ser assimétrica com uma alteração admissível diferente em potência quando a saída está sendo elevada do que quando está diminuindo.
[0048] Em conformidade, as modalidades exemplificativas supracitadas não pretendem ser exaustivas nem limitar a invenção à forma precisa descrita, e muitas modificações e variações são possíveis à luz dos ensinamentos supracitados. As modalidades são descritas para explicar os princípios da invenção e suas aplicações prática para permitir, desse modo, que outros indivíduos versados na técnica utilizem a invenção de várias modalidades e com várias modificações conforme adequadas ao uso particular contemplado.

Claims (19)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para regular a potência de saída de uma fonte de eletricidade para uma grade de distribuição de eletricidade (26), caracterizado pelo fato de que compreende:
    determinar se:
    (a) uma potência de saída da fonte de eletricidade está fora de uma faixa predeterminada com base na habilidade da grade (26) de absorver variações, e (b) uma taxa de alteração da potência de saída excede um valor máximo predefinido;
    aplicar a dita potência de saída da fonte de eletricidade a uma conexão entre a grade (26) e um meio de armazenamento de energia acoplado energeticamente à grade (26); e em resposta à determinação de que uma ou ambas as condições (a) e (b) são satisfeitas, regular a dita contribuição ao transferir energia entre o meio de armazenamento de energia e a grade de eletricidade (26), em que a transferência compreende descarregar ou carregar o meio de armazenamento de energia, em que o carregamento do meio de armazenamento de energia é restringido por uma restrição de carregamento com base em capacidade inutilizada de armazenamento de energia do meio de armazenamento de energia e uma classificação de potência máxima do meio de armazenamento de energia, e em que o descarregamento do meio de armazenamento de energia é restringido por uma restrição de descarregamento com base em capacidade disponível de armazenamento de energia do meio de armazenamento de energia e a classificação de potência máxima do meio de armazenamento de energia, em resposta à determinação de que nenhuma das condi
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  2. 2/7 ções (a) e (b) é satisfeita: determinar se um estado de carga (SoC) do meio de armazenamento de energia está dentro de limites predeterminados; e em resposta à determinação de que o SoC do meio de armazenamento de energia está fora dos ditos limites predeterminados, transferir energia entre o meio de armazenamento de energia e a grade de eletricidade (26) para trazer o SoC para dentro dos ditos limites predeterminados, em que transferir energia entre o meio de armazenamento de energia e a grade de eletricidade (26) para trazer o SoC para dentro dos ditos limites predeterminados compreende:
    definir um valor superior e um valor inferior para transferir energia entre o meio de armazenamento de energia e a grade de eletricidade (26), cada um dos quais é baseado em uma quantidade mais recente de eletricidade sendo fornecida à grade de eletricidade (26) e o valor máximo para a taxa de alteração;
    determinar se a potência de saída da fonte de eletricidade é maior do que o valor superior, e em resposta à determinação de que a potência de saída da fonte de eletricidade é maior do que o valor superior, transferir energia da grade de eletricidade (26) para o meio de armazenamento de energia carregando o meio de armazenamento de energia.
    2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita faixa predeterminada é definida por um valor limítrofe inferior, e em que, se a potência de saída da fonte de eletricidade é inferior ao dito valor limítrofe inferior, a energia é transferida do meio de armazenamento de energia para a grade de eletricidade (26).
  3. 3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que ainda inclui a etapa de restringir a quantidade de energia transferida do meio de armazenamento de energia para a gra
    Petição 870190077312, de 09/08/2019, pág. 23/32
    3/7 de de eletricidade (26) em conformidade com o valor máximo predefinido para a taxa de alteração.
  4. 4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a quantidade de energia transferida do meio de armazenamento de energia para a grade de eletricidade (26) é ainda restringida em conformidade com o mínimo do estado de carga do meio de armazenamento de energia e a classificação de potência máxima do meio de armazenamento de energia.
  5. 5. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a dita faixa predeterminada é ainda definida por um valor limítrofe superior, e em que, se a potência de saída da fonte de eletricidade é maior do que o dito valor limítrofe superior, a energia é transferida da grade de eletricidade (26) para o meio de armazenamento de energia.
  6. 6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que ainda inclui etapa de restringir a quantidade de energia transferida ao meio de armazenamento de energia a partir da grade de eletricidade (26) em conformidade com o valor máximo predefinido para a taxa de alteração.
  7. 7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a quantidade de energia transferida ao meio de armazenamento de energia a partir da grade de eletricidade (26) é ainda restringida em conformidade com o mínimo da capacidade inutilizada do meio de armazenamento de energia e a classificação de potência máxima do meio de armazenamento de energia.
  8. 8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a faixa predeterminada é uma função de um fator temporal.
  9. 9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a faixa predeterminada é uma função de um parâme-
    Petição 870190077312, de 09/08/2019, pág. 24/32
    4/7 tro geográfico que influencia a saída da fonte de eletricidade.
  10. 10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a faixa predeterminada é uma função do estado de carga do meio de armazenamento de energia.
  11. 11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a taxa de alteração máxima predeterminada é uma função de um fator temporal.
  12. 12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a taxa de alteração máxima predeterminada é uma função de um parâmetro geográfico que influencia a saída da fonte de eletricidade.
  13. 13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a taxa de alteração máxima predeterminada é uma função da saída da fonte de eletricidade.
  14. 14. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a taxa de alteração máxima predeterminada é uma função do estado de carga do meio de armazenamento de energia.
  15. 15. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda inclui a etapa de restringir a quantidade de energia transferida do meio de armazenamento de energia para a grade de eletricidade (26) em conformidade com o mínimo do estado de carga do meio de armazenamento de energia e a classificação de potência máxima do meio de armazenamento de energia.
  16. 16. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda inclui a etapa de restringir a quantidade de energia transferida para o meio de armazenamento de energia a partir da grade de eletricidade (26) em conformidade com o mínimo da capacidade inutilizada do meio de armazenamento de energia e a classificação de potência máxima do meio de armazenamento de energia.
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    5/7
  17. 17. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os limites predeterminados são uma função de um fator temporal.
  18. 18. Sistema para regular a potência de saída de uma fonte de eletricidade que é fornecida para uma grade de distribuição de eletricidade (26), caracterizado pelo fato de que compreende:
    pelo menos um meio de armazenamento de energia;
    um sistema de conversor que, em resposta a um comando para adicionar energia a ou absorver energia a partir da grade (26), é configurado para acoplar de modo seletivo o dito meio de armazenamento à grade (26) para transferir energia entre o meio de armazenamento de energia e a grade (26); e um sistema de regulação de potência que determina se:
    (a) uma potência de saída da fonte de eletricidade está fora de uma faixa predeterminada com base na habilidade da grade (26) de absorver variações, e (b) a taxa de alteração da potência de saída excede um valor máximo predefinido, em que o dito sistema de regulação de potência controla o dito sistema de conversor transferindo energia entre o meio de armazenamento de energia e a grade de eletricidade (26) em resposta à determinação de que uma ou ambas as condições (a) e (b) são satisfeitas, em que a transferência compreende descarregar ou carregar o meio de armazenamento de energia, e em que o carregamento do meio de armazenamento de energia é restringido por uma restrição de carregamento com base em capacidade inutilizada de armazenamento de energia do meio de armazenamento de energia e uma classificação de potência máxima do meio de armazenamento de energia; e
    Petição 870190077312, de 09/08/2019, pág. 26/32
    6/7 em que o descarregamento do meio de armazenamento de energia é restringido por uma restrição de descarregamento com base em capacidade disponível de armazenamento de energia do meio de armazenamento de energia e a classificação de potência máxima do meio de armazenamento de energia, em que o sistema de regulação de potência é ainda configurado para:
    em resposta à determinação de que nenhuma das condições (a) e (b) é satisfeita:
    determinar se um estado de carga (SoC) do meio de armazenamento de energia está dentro de limites predeterminados; e em resposta à determinação de que o SoC do meio de armazenamento de energia está fora dos ditos limites predeterminados, transferir energia entre o meio de armazenamento de energia e a grade de eletricidade (26) para trazer o SoC para dentro dos ditos limites predeterminados, definir um valor superior e um valor inferior para transferir energia entre o meio de armazenamento de energia e a grade de eletricidade (26), cada um dos quais é baseado em uma quantidade mais recente de eletricidade sendo fornecida à grade de eletricidade (26) e o valor máximo para a taxa de alteração;
    determinar se a potência de saída da fonte de eletricidade é maior do que o valor superior, e em resposta à determinação de que a potência de saída da fonte de eletricidade é maior do que o valor superior, transferir energia da grade de eletricidade (26) para o meio de armazenamento de energia carregando o meio de armazenamento de energia.
  19. 19. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o dito sistema de regulação de potência ainda inclui um sistema de regulação de frequência que determina se a fre
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