CN102709961A - 充电/放电确定装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于管理电力系统中的天然能源发电设施、发电厂和多个电池的充电/放电确定装置和方法。该装置包括：被配置成获取从所述天然能源发电设施提供到所述电力系统的天然能源电力的实际值的系统信息获取部分；被配置成从相应电池获取电池电能信息的电池信息获取部分，其中，所述电池电能信息指示所述相应电池的能够从所述相应电池放电或在其中充电的的充电/放电电能；以及被配置成从所述多个电池当中确定至少一个要被充电/放电的电池的确定部分。

Description

充电/放电确定装置和方法
技术领域
此处所描述的各实施例涉及充电/放电确定装置和方法。
背景技术
近年来，各种类型的天然能源已经像发电厂那样充当主要电力供应源。
然而，天然能源的输出电力在很大程度上变化。例如，当天气坏时(在光电发电的情况下)或当没有风时(在风力发电的情况下)，所生成的电力是非常低的。当从天然能源电力供应源提供的电力迅速下降时，电力网的实际电力供应量比计划值小得多。
在这样的情况下，为了将实际电力供应量增大到计划值，需要通过电力公司的电力供应指挥中心来改变发电厂的电力供应量。为了改变发电厂的电力供应量，需要改变涡轮机转速。然而，从发出旋转改变命令到建立新的涡轮机转速需要花费一段时间。在这样的过渡期内，实际电力供应量小于计划值，可能会导致电力故障。
为了防止这样的事件，应当通过从电池系统供应的电力来补偿电力下降。
在存在多种类型的电池系统的情况下，在剩余电能方面，各个系统彼此不同。因此，例如，在直到涡轮机转速达到新的值之前，选定的电池系统的剩余电能可能低于补偿电力下降所需的电能。即，即使切换到电池系统，仍可能会发生电力故障等等。因此，电力网仍不稳定。
发明内容
本发明的目标是提供一种在天然能源作为电力供应源被包含在电力网中的情况下，能够稳定电力网的充电/放电确定装置。
根据本发明的一个或多个说明性方面，提供了一种用于管理电力系统中的天然能源发电设施、发电厂以及多个电池的充电/放电确定装置。该装置包括：被配置成获取从所述天然能源发电设施提供到所述电力系统的天然能源电力的实际值的系统信息获取部分；被配置成从相应电池获取电池电能信息的电池信息获取部分，其中，所述电池电能信息表示能够从所述相应电池放电或在其中充电的所述相应电池的充电/放电电能；以及，被配置成从所述多个电池中确定至少一个要被充电/放电的电池的确定部分，其中，当所述天然能源电能的实际值和预测值之间的差的绝对值大于阈值时，确定部分被配置成：(a)指示所述发电厂改变从所述发电厂向所述电力系统提供的电厂电力；(b)比较根据改变所述电厂电力所需的延迟时间和所述天然能源电力的实际值和预测值之间的差计算出的超额或短缺电能与相应电池的所述充电/放电电能；(c)选择充电/放电电能大于所述超额或短缺电能的至少一个电池；以及(d)确定所选电池作为要被充电/放电的电池。
附图说明
现在将参考附图描述实现本发明的各种特征的一般性体系结构。提供了附图以及相关联的描述以示出本发明的各实施例，而非限制本发明的范围：
图1示出了根据第一实施例的系统；
图2是第一实施例中的电池系统的框图；
图3示出了根据第一实施例的具有多个电池系统的另一系统；
图4示出了第一实施例中的提高-命令的示例通信消息；
图5示出了第一实施例中的降低-命令的示例通信消息；
图6示出了第一实施例中的放电指令的示例通信消息；
图7示出了第一实施例中的充电指令的示例通信消息；
图8示出了第一实施例中的放电指令的另一示例通信消息；
图9示出了第一实施例中的充电指令的示例通信消息；
图10是根据第一实施例的充电/放电确定装置的框图；
图11示出了第一实施例中的包含电池信息的示例通信消息；
图12示出了第一实施例中的包含电池信息的另一示例通信消息；
图13是根据第一实施例的充电/放电控制器的框图；
图14是示出了如何根据充电因数(SoC)曲线来确定可充电/可放电时间的图；
图15是示出了图3的系统如何操作的顺序图；
图16示出了图3的系统中的短缺电能和可用电能之间的关系；
图17是根据第一实施例的由充电/放电确定装置执行的过程的流程图；
图18是根据第一实施例的由充电/放电控制器执行的过程的流程图；
图19是EV系统的框图；
图20示出了第二实施例中的示例通信消息，该消息被从每个电池系统发送到充电/放电确定装置，并指示最佳充电因数范围；
图21示出了第二实施例中的电池系统的充电或放电之前和之后的充电因数及其作为电池系统执行充电或放电的资格之间的关系；
图22是根据第二实施例的由充电/放电确定装置执行的过程的流程图；
图23示出了第二实施例中的图3中示出的每个电池系统的放电之前的充电因数是否在内其最佳充电因数范围内；以及
图24示出了第二实施例的修改方案中的从每个电池系统发送的包含电池信息的示例通信消息。
具体实施方式
下面参考附图描述了本发明的各实施例。附图中的相同单元、部分等等将被给予相同参考标号，将不再对它们进行赘述。
(实施例1)
图1示出了根据本发明的第一实施例的系统。
根据第一实施例的系统包括发电厂(电力供应指挥中心)10、EMS(能源管理系统)20、天然能源发电设施30、电池系统40、以及房屋110。房屋配备有智能计量器50、HEM(家庭能源管理系统)60、天然能源发电机70、以及电池系统80。
发电厂10、EMS 20、天然能源发电设施30、电池系统40、以及家庭110彼此通过电力网100和通信网络90连接在一起。
在房屋110中，智能计量器50、HEM 60、天然能源发电机70、以及电池系统80通过电力网100的屋内部分和通信网络90的屋内部分彼此连接在一起。
发电厂(电力供应指挥中心)10通过火力发电或核发电来生成电力，并通过电力网100将所生成的电力供应到房屋110。
天然能源发电设施30使用诸如风能或太阳能之类的天然能源来生成电力，并通过电力网100将所生成的电力供应到房屋110。根据实施例的系统可以通过降低发电厂10的负荷来有效地运转，因为天然能源发电设施30供应电力。
电池系统40存储由发电厂10和天然能源发电设施30生成的电力的超额部分。超额电力是由发电厂10和天然能源发电设施30生成的电力中没有通过电力网100供应给电力需求实体的剩余部分。在实施例中，房屋110是电力需求实体的一个示例。电池系统40使用存储在其中的能量来向房屋110供应电力。如图2所示，电池系统40配备有电池(BMU：电池管理单元)41和控制单元42。控制单元42配备有充电/放电控制器420。稍后将描述电池41、控制单元42、以及充电/放电控制器420。
EMS 20控制图1的整个系统。更具体而言，EMS 20通过电力网100和通信网络90来执行对从发电厂10和天然能源发电设施30提供的电力的控制、对房屋110中消耗的负荷功率的控制、以及对存储在电池系统40中的超额电力的控制。
EMS 20是充电/放电确定装置200(稍后描述)。如果从发电厂10和天然能源发电设施30提供的电力(实际值)和计划供应的电力(计划值)之间的差的绝对值大于规定的阈值，则充电/放电确定装置200指示发电厂10增大供应电力，并使电池系统40执行充电或放电，以存储或供应与所述差相对应的电力(如果有多个电池系统40，则充电/放电确定装置200选择其中之一)。稍后将描述充电/放电确定装置200的详细配置和功能。
安装在房屋110中的智能计量器50测量房屋110中消耗的电能，并定期将测量的电能值通知电力公司的管理服务器。图1中未示出通常被称为MDMS(计量数据管理系统)的电力公司的管理服务器。EMS 20与MDMS进行协作，以计算房屋110的总电能消耗。
安装在房屋110中的天然能源发电机70使用诸如风能或太阳能之类的天然能源来生成电力。所生成的电力在房屋110中被消耗或存储在电池系统80中。
电池系统80被安装在房屋110中。电池系统80与电池系统40的不同之处在于，电池系统80被安装在房屋110中但与后者具有相同功能。电池系统80存储从发电厂10和天然能源发电设施30提供的部分电力或由房屋110的天然能源发电机70生成的电力。
HEMS 60调节和控制房屋110中的电能消耗。
虽然图1的系统配备有单个发电厂10、EMS 20、天然能源发电设施30、电池系统40、以及房屋110，它们中的每一个都可以有多个。
下面将参考图3来描述具有多个电池系统40的系统。在图3中省略了房屋110。
EMS 20的主要作用是即使在从天然能源发电设施30提供的电力变化的情况下，也能防止电力故障。当检测到从天然能源发电设施30提供的电力短缺或超额时，EMS 20通过通信网络90通知发电厂10发生了电力供应短缺或超额。在短缺的情况下，EMS 20发送提高-命令的通信消息，在超额的情况下，发送降低-命令的通信消息。图4和5示出了示例通信消息。当接收到通信消息时，发电厂10根据从天然能源发电设施30提供的电力是短缺还是超额来开始改变涡轮机转速的控制。发电厂10需要花费一些时间才能完成涡轮机转速的改变。在过渡时期，从发电厂10和天然能源发电设施30提供的电力低于或高于计划的值，可能会导致电力故障。为防止这样的电力故障，使电池系统40执行放电或充电，以补偿短缺电力或超额电力。
EMS 20被配置成向发电厂10发送提高-命令或降低-命令，选择能够在改变从发电厂10提供的电力所花时间内补偿短缺电力或超额电力的电池系统40，并当实际值和计划值之间的差大时，使所选电池系统40执行放电或充电。
一般而言，能够从每个电池系统40提供的电能或存储在每个电池系统40中的电能随着时间而变化，因为电池单元具有存储其中的电能由于自然放电而下降的特征。另一原因是，电池系统40可能被管理地区基础设施的公司和除电力公司之外使用这些基础设施的需求实体使用。
因此，EMS 20通过通信网络90实时地监测和识别电池系统40的电池(BMU)41的状态，并考虑改变从发电厂10提供的电力所要花费的时间和短缺电力或超额电力，来选择合格的电池系统40。
在确定要执行放电或充电的电池系统40后，EMS 20向确定的电池系统40发送充电/放电开始指令的通信消息。当接收到通信消息时，电池系统40的控制单元(PCS：电力调节系统)42立即执行通过开始放电或充电来帮助稳定电力供应的控制。图6-9示出了从EMS20向电池系统40发送的示例通信消息的结构。
图10是作为EMS 20操作的示例充电/放电确定装置200的框图。
充电/放电确定装置200配备有供电计划部分201、系统信息获取部分204、电池信息获取部分202、系统信息传递部分206、电池信息传递部分205、通信部分207、以及确定部分203。
供电计划部分201管理要从发电厂10和天然能源发电设施30提供的电力的计划值。供应电力的计划值是预测要在将来发生的供应电力值。例如，通过基于在过去的相同时间点发生的供应电力值的预测，来计算供应电力的计划值。可以根据气象预报来计算天然能源发电设施30的计划供应电力值。供电计划部分201还管理计算延迟时间所需的信息，延迟时间是发电厂10改变它的供应电力所需要花费的时间。计算延迟时间所需的信息可以是延迟时间本身。例如，延迟时间是发电厂10改变涡轮机转速以改变它的供应电力所需要花费的时间，并且是例如，从发出旋转改变指令到完成指令的反映的时间。
系统信息获取部分204实时地获取从发电厂10和天然能源发电设施30提供到房屋110的电力的实际值。例如，系统信息获取部分204通过利用通信网络90从发电厂10和天然能源发电设施30接收通信消息来获取供应电力的实际值。可另选地，系统信息获取部分204可以通过基于通过借助于电力网100进行监测而获取的频率变化和电压变化来计算电能值，来获取供应电力的实际值。
系统信息传递部分206执行从发电厂10和天然能源发电设施30接收通信消息的过程。通信消息可以是诸如符合诸如IEC 61850的电力信息通信协议。当例如通过其中考虑了房屋110的电力消耗的计算来确定计划值或获取实际值时，系统信息传递部分206可以与MDMS或智能计量器50进行通信。在此情况下，系统信息传递部分使用诸如ANS1 C12.19/22的远程计量器读取通信协议与MDMS或智能计量器50进行通信。
电池信息获取部分202从每个电池系统40获取包含与电池系统40的电池(BMU)41有关的信息(下文简称为“电池信息”)的通信消息。例如，电池信息包括额定容量(单位：安培小时(A·h)、额定电压(单位：伏特(V))、最大充电/放电电流(单位：安培(A))、以及充电因数SOC(单位：％)。电池信息至少包括计算可存储/可用电能值所需的信息段，更具体而言，额定电压、最大充电/放电电流以及充电因数SOC。充电因数SOC可被根据充电因数SOC计算的可充电/可放电时间替换。
图11和12示出了由每个电池系统40(的充电/放电控制器420)生成的包含电池信息并被发送到充电/放电确定装置200的示例通信消息。
图11所示出的包含电池信息的通信消息包含TCP/IP(传输控制协议/因特网协议)信头、标识符、额定容量、最大充电电流、最大放电电流、以及充电因数SOC。
TCP/IP信头是TCP/IP协议的通信控制信息，TCP/IP协议是因特网和内联网的标准协议。标识符是诸如用于唯一标识电池系统40的制造编号的信息。额定容量(单位：安培小时(A·h))是在规定条件(温度、充电电流、以及最终电压)下能够从完全充满电状态输出的标准电量。额定电压(单位：伏特(V))是用于指示电池电压的电压信息，并在JIS D 0114(电动车辆项(电池))中被叫做标称电压。
在一般的恒流充电方法中，流向电池组中的电池单元的电流按照恒定斜率线性变化，直到充电因数SOC((充电状态)(描述)达到规定的阈值。在充电时这样的电流的最大值被定义为最大充电电流(单位：安培(A))，在放电时这样的电流的最大值被定义为最大放电电流(单位：安培(A))。包含电池信息的通信消息可以进一步包含与充电因数SOC相关的可充电/可放电时间(稍后详细描述)。
电池信息获取部分202基于通信消息中所包含的信息，来计算电池系统40能够存储或供应的功率值(单位：瓦特(W))或电能值(单位：瓦特小时(W·h))。
如图12所示，包含电池信息的通信消息可以包含可存储/可用功率值或可存储/可用电能值。这对应于每个电池系统40的充电/放电控制器420计算可存储/可用功率值或可存储/可用电能值的情况。
电池信息传递部分205执行接收从每个电池系统40的充电/放电控制器420发送的包含电池信息的通信消息的过程。
例如，通信部分207被实现为诸如光纤、电话线路或以太网(注册商标)之类的有线通信介质。通信部分207不限于有线通信介质。
如果供应电力的实际值和计划值之间的差的绝对值大于阈值，则确定部分203向发电厂10发送用于改变供应电力的指令消息，并比较根据实际值和计划值之间的差以及延迟时间计算的短缺电能或超额电能与相应的电池系统40的可存储/可用电能值。确定部分203确定多个电池系统40当中的其可存储/可用电能大于所述短缺电能或超额电能的电池系统40作为执行放电或充电的电池系统40。确定部分203使被确定的电池系统40执行放电或充电。确定部分203可以基于短缺电能或超额电能和相应电池系统40的可存储/可用电力值之间的大小关系和延迟时间和可充电/可放电时间之间的大小关系，来确定执行放电或充电的电池系统40。
图4和5示出了从充电/放电确定装置200(EMS 20)发送到发电厂10(电力供应指挥中心)的用于改变供应电力的示例指令消息。图4示出了包含TCP/IP信头和短缺电能(单位：瓦特小时(W·h))的提高-命令的通信消息。图5示出了包含TCP/IP信头和超额电能(单位：瓦特小时(W·h))的降低-命令的通信消息。
如上文所描述的，当从充电/放电确定装置200(EMS 20)接收提高-命令或降低-命令的通信消息时，发电厂10开始根据短缺电能增大涡轮机的转速或根据超额电能降低涡轮机的转速的控制。
图6-9示出了作为充电/放电确定装置200(EMS 20)向电池系统40发送以使它执行充电或放电的充电/放电开始指令的示例通信消息。
图6示出了包含TCP/IP信头、标识符、请求放电电压、请求放电电流，以及请求放电时间的放电指令的通信消息。TCP/IP信头和标识符与图11和12所示出的通信消息的那些TCP/IP信头和标识符相同。请求放电电压(单位：伏特(V))和请求放电电流(单位：安培(A))分别被设置小于额定电压和最大放电电流。请求放电电能(单位：瓦特小时(W·h))可被作为请求放电电压、请求放电电流、以及请求放电时间(单位：小时(h))的乘积来计算。
图8示出了包含由充电/放电确定装置200(EMS 20)计算的请求放电电能的通信消息。当实施本发明时，可以使用图6和8的通信消息中的任何一个。
图7示出了包含TCP/IP信头、标识符、请求充电电压、请求充电电流、以及请求充电时间的充电指令的通信消息。请求充电电压(单位：伏特(V))和请求充电电流(单位：安培(A))分别被设置小于额定电压和最大充电电流。请求充电电能(单位：瓦特小时(W·h))可以被作为请求充电电压、请求充电电流、以及请求充电时间(单位：小时(h))的乘积来计算。
图9示出了包含由充电/放电确定装置200(EMS 20)计算的请求充电电能的通信消息。当实施本发明时，可以使用图7和9的通信消息中的任何一个。
在包含如图6和7所示的详细信息的通信消息中，可以为每个单位时间(秒、分钟或小时)描述包括请求充电/放电电压和请求充电/放电电流的多个信息段。例如，在充电指令的情况下，可以以时间系列指定详细信息段，如信息-1(70V，40A，1分钟)、信息-2(50V，30A，1分钟)等等。可以使用任一方法，因为最终计算出请求充电电能。这些通信消息由作为电池系统40的充电/放电控制器420的一部分操作的电池信息传递部分423以及作为充电/放电确定装置200操作的EMS 20的电池信息传递部分205来处理。
图2是每个电池系统40的框图。
每个电池系统40都配备有电池(BMU)41和控制单元(PCS)42。
电池(BMU)41配备有具有多个电池的电池组和管理电池组的状态的内部处理器。电池41根据来自控制单元(PCS)42的充电/放电指令存储或供应电力。
电池41将其电池信息(额定电压、最大充电/放电电流、SOC(充电状态、充电因数、SOH(健康状态、寿命因数)等等)通知给控制单元42。
控制单元42具有充电/放电控制器420的功能(稍后描述)。
控制单元42对电池41执行充电/放电控制，并与它交换信息。例如，CAN(控制器区域网络)43用于电池41和控制单元42之间的信息通信。可另选地，诸如以太网(注册商标)之类的其它通信介质中的任何一种都可被用于这样的信息通信。
控制单元42与EMS 20进行通信。控制单元42通过通信网络90向EMS 42发送电池41的电池信息，从而实时地将随着时间的推移而变化的电池41状态通知给EMS 20。
能够通过通信网络90获取表示每个电池41的状态的信息，EMS20可以正常地识别每个电池41的状态。如此，EMS 20可以正确地确定执行充电或放电的电池系统。
此外，控制单元42对由电池41存储或供应的电力执行DC-AC转换和电压变化抑制。可另选地，DC-AC转换和电压变化抑制可由连接到控制单元42的外部处理器来执行。
图13是根据第一实施例的充电/放电控制器420的框图。
充电/放电控制器420是控制单元42的功能。
充电/放电控制器420向充电/放电确定装置200发送电池41的电池信息，并根据来自充电/放电确定装置200的指令，对电池41执行充电/放电控制。
充电/放电控制器420配备有电力供应部分421、充电/放电控制部分422、电池信息获取部分424、电池信息传递部分423、第一通信部分426、以及第二通信部分425。
第二通信部分425是符合CAN(这是电池的标准接口标准)的用于与电池41进行通信的接口，CAN是用于电池的标准接口标准。可另选地，接口可以是诸如以太网(注册商标)之类的通信介质。
电池信息获取部分424通过第二通信部分425获取电池41的电池信息。电池信息获取部分424至少获取计算可存储/可用电能值所需的信息段(最大充电/放电电流、额定电压、以及SOC)。示例电池信息段是作为电池41所特有的固定信息段的特征信息段(额定电压、额定容量、充电/放电最终电压、上限温度、下限温度、最大充电/放电电流等等)。其它示例电池信息段是当电池41处于操作状态时可变的信息段和随着时间的推移而变化的状态信息段(SOH、SOC、充电/放电电压、以及充电/放电电流)。特征信息段不随着时间而变化，而状态信息段随着时间而变化。电池信息获取部分424至少定期地获取可变信息段。
电池信息获取部分424，例如，使用图14所示的图，基于获取的SOC来计算可充电/可放电时间(单位：小时(h))。在作为一般性充电方法的恒流充电方法中，电池41的输入/输出电流是恒定的，直到SOC达到规定的阈值。此恒定电流是最大充电/放电电流，这是电池41的一个特征信息段。在恒流充电方法中，在SOC超出阈值之后，充电电流变得非常小。
例如，如在图14的示例中，假设其中电池41的输入/输出电流Ich被保持在最大充电/放电电流的SOC范围从0％到90％，并且SOC当前处于50％(在图14中通过符号“Δ”来表示)。可以如由图14所示出的双实线箭头所指示的，估计执行SOC的其余40％的充电所需的时间(可充电时间)。在相同的假设中，也可以估计执行50％的放电所需的时间(可放电时间)。其中，电池41的输入/输出电流Ich被保持在最大充电/放电电流的SOC范围取决于电池类型，并且不一定被限制在0％或90％。充电/放电控制器420能够通过获取SOC值来计算可充电/可放电时间(在图的水平轴上)以及充电和放电所需的最大充电/放电电流(在图的垂直轴上)，因为这些参数与SOC相关。
电池信息获取部分424可以计算可存储/可用电能值(单位：瓦特小时(W·h)，它们分别是计算的可充电/可放电时间、额定电压、以及最大充电/放电电流的乘积。电池信息获取部分424也可以计算可存储/可用功率值。
电池信息传递部分423产生包含电池41的电池信息的通信消息，并通过第一通信部分426将其发送到充电/放电确定装置200。例如，如图11所示，该通信消息包含额定电压、最大充电/放电电流、以及SOC(充电因数)。充电/放电确定装置200基于SOC来计算可充电/可放电时间。充电/放电确定装置200分别基于额定电压、最大充电/放电电流、以及可充电/可放电时间，来计算可存储/可用电能值。
作为另一个示例，如图12所示，通信消息可以包含可存储/可用电能值或可存储/可用功率值。在这些情况下，充电/放电控制器420计算可存储/可用电能值或可存储/可用功率值。
电池信息传递部分423周期性地将这样的通信消息发送到充电/放电确定装置200，而并非只有一次或响应于来自充电/放电确定装置200的请求。这是因为，电池单元具有自然放电的特征，因此，SOC和基于SOC计算的可存储/可用电能值随着时间的推移而变化。
第一通信部分426通过通信网络90连接到充电/放电确定装置200。例如，第一通信部分426是诸如光纤、电话线路或以太网(注册商标)之类的有线通信介质。可另选地，第一通信部分426可以是无线通信介质。
如果从充电/放电确定装置200接收到通信消息(执行充电或放电控制的指令)，充电/放电控制部分422指示电力供应部分421对电池41执行充电或放电控制。
电力供应部分421根据来自充电/放电控制部分422的指令，对电池41执行充电或放电控制。电力供应部分421执行DC-AC转换、对供应电力的频率的检测、对电压变化的检测和抑制等等。
图15是示出了图3的系统如何操作的顺序图。虽然图3的系统配备有三个电池系统40，但是，将描述一个代表性的电池系统40的操作。图15中未示出天然能源发电设施30。
假设充电/放电确定装置200(EMS 20)已经预先获取了发电厂10和天然能源发电设施30的供应电力的计划值。
首先，在步骤S101中，每个电池系统40的控制单元(PCS)42通过CAN 43获取电池41的电池信息。
在步骤S102中，控制单元(PCS)42生成与电池信息有关的通信消息，并通过通信网络90将其发送到充电/放电确定装置200(EMS20)。
在步骤S103中，充电/放电确定装置200(EMS 20)基于包含电池信息的通信消息，来计算能够存储在每个电池系统40中的电能或能够从每个电池系统40供应的电能。
在步骤S104中，充电/放电确定装置200(EMS 20)获取发电厂10和天然能源发电设施30的供应电力的实际值。如果实际值和计划值之间的差的绝对值大于规定的阈值，则充电/放电确定装置200(EMS 20)将它视为电力变化，并作出短缺/超额确定。通过确定计划值减去实际值是正的还是负的，来作出短缺/超额确定。即，正值表示电力短缺，而负值表示电力超额。
在步骤S105中，如果检测到电力短缺或超额，则充电/放电确定装置200(EMS 20)通过比较相应电池系统40的可存储/可用电能值与根据已经获取的发电厂10改变供应电力的延迟时间以及短缺电力或超额电力计算的电能，来确定应当被请求执行充电或放电的电池系统40。
在步骤S106中，充电/放电确定装置200(EMS)将提高-命令或降低-命令的通信消息发送到发电厂10。图15示出了发送提高-命令的通信消息的情况。在步骤S107中，锅炉增大涡轮机转速以增加供应电力。
在步骤S108中，充电/放电确定装置200(EMS 20)将充电/放电控制指令的通信消息发送到在步骤S105中确定的电池系统40。图15示出了发送放电控制指令的通信消息的情况。
在步骤S109中，电池系统40的控制单元42分析从充电/放电确定装置200(EMS 20)发送的通信消息，并开始对电池41的充电或放电控制。图15示出了开始放电控制的情况。
在电池41经受放电控制的情况下，在延迟时间内，超额电力被补偿。
在延迟时间过去之后，对电池的放电控制完成，发电厂10开始供应由于短缺电力而增加的电力。
接下来，将参考图16和17来描述充电/放电确定装置200的详细操作。
图17是由充电/放电确定装置200执行的过程的流程图。
图16示出了图3的系统中的短缺电能和可用电能值之间的关系。
图16的部分(a)示出了改变涡轮机转速以改变发电厂10的供应电力所花的延迟时间T(单位：小时(h))。
图16的部分(b)示出了发电厂10和天然能源发电设施30的短缺电力(单位：瓦特小时(W·h))。短缺电力是计划值(实线)和实际值(虚线)之间的差(短缺功率L(单位：瓦特(W))与图16的部分(a)所示出的延迟时间T的乘积。
图16的部分(c)和(d)分别示出了电池系统40A和40B的可存储/可用电能值(单位：瓦特小时(W·h))。可存储/可用电能是输出功率(单位：瓦特(W))和可充电/可放电时间(单位：小时)的乘积。如图16的部分(c)所示，电池系统40A具有可放电时间t1和输出功率l1(在放电控制过程中)，因此，其可放电电能是t1 x l1。如图16的部分(d)所示，电池系统40B具有可放电时间t2和输出功率l2(在放电控制过程中)，因此，其可放电电能是t2 x l2。
将参考图17来描述充电/放电确定装置200(EMS 20)在图3的系统处于图16的状态的情况下如何操作。
首先，在步骤S201中，充电/放电确定装置200(EMS)从电池系统40获取电池信息，还获取发电厂10和天然能源发电设施30的系统信息(包含供应功率的计划值和实际值以及延迟时间)。在电池信息和系统信息中，周期性地获取随着时间的推移而变化的信息段。另一方面，不随着时间而变化的固定信息段只获取一次就足够。
如果供应功率的计划值和实际值之间的差的绝对值大于特定阈值，则在步骤S202中，充电/放电确定装置200将它视为电力变化，并移动到短缺/超额确定步骤S203。
在步骤S203中，如果计划值和实际值分别是100kW和80kW，并且阈值是10kW，则充电/放电确定装置200确定供应功率短缺。如果计划值和实际值分别是100kW和120kW，并且阈值是10kW，则充电/放电确定装置200确定供应功率超额。
如上文所描述的，在图16的示例中，供应功率短缺。如果供应功率短缺，则过程移动到步骤S204。
在步骤S204中，充电/放电确定装置200向发电厂10发送用于指示发电厂10增大供应功率的提高-命令消息。
在步骤S205中，充电/放电确定装置200确定放电的电池系统40。如图16所示，发电厂10具有延迟时间T(即，改变转速以改变供应电力所花的时间)和短缺功率L(即，供应功率的计划值和实际值之间的差)。即，充电/放电确定装置200将能够在延迟时间L内供应短缺功率L的电池系统40确定为放电的电池系统40。在图16的示例中，电池系统40A满足条件(可放电时间t1)＞(延迟时间T)以及(输出功率l1)＞(短缺功率L)，而在电池系统40B中，可放电时间t2比延迟时间T短。因此，充电/放电确定装置200判定应当使电池系统40A放电。
在步骤S206中，充电/放电确定装置200向电池系统40A发送放电指令的通信消息。在接收到该通信消息之后，电池系统40A开始放电过程，并向电力网90供应电力。例如，电池系统40A通过电力网90向房屋110供应电力。
虽然上面的描述涉及由于供应功率短缺时执行的放电控制(步骤S204-S206)，但是，当供应功率超额时可以按类似方式来执行充电控制(步骤S207-209)。
接下来，将参考图18来描述充电/放电控制器420的详细操作。
图18是根据第一实施例的由充电/放电控制器420执行的过程的流程图。
首先，在步骤S301中，所述控制器420从电池(BMU)41获取电池信息(额定电压(单位：伏特(V))、最大充电/放电电流(单位：安培(A))、以及SOC(单位：％))及其它信息。然后，充电/放电控制器420使用SOC来计算与SOC相关的可充电/可放电时间(单位：小时(h))。
在步骤S302中，充电/放电控制器420生成包含电池信息的通信消息(至少包括最大充电/放电电流和可充电/可放电时间)，并将它发送到充电/放电确定装置200。
在步骤S303中，充电/放电控制器420从充电/放电确定装置200接收指示是否要充电或放电的确定结果。在步骤S304中，如果被指示充电或放电，则充电/放电控制器420对电池(BMU)41执行充电或放电控制。具体地，充电或放电控制是对电池单元的电力输入或输出控制。
如上文所描述的，根据第一实施例的充电/放电确定装置200能够在即使天然能源发电设施30作为电力供应源被包含在电力网中的情况下，防止电力故障并稳定电力网。
在第一实施例中，EV系统50可被用作电池系统40。EV系统50是主要用于车辆使用的电池系统。
图19示出了EV系统50的配置。与电池系统40一样，EV系统50配备有电池(BMU)41和控制单元51。EV系统50与电池系统40的不同之处在于：充电器(PCS)52连接到EV系统50。
EV系统50的控制单元51与电池系统40的控制单元42具有不同功能。更具体而言，与控制单元42不同，EV系统50的控制单元51具有在电池(BMU)41和充电器(PCS)52之间中继充电/放电控制和信息传输的功能，并且不具有与EMS 20进行通信的通信功能。电池系统40的控制单元42的主要功能被转移到充电器52。更具体而言，控制单元42的充电/放电控制器420的功能被转移到充电器52。充电器52的充电/放电控制器420的功能与控制单元42的充电/放电控制器420的功能相同。
可另选地，可向EV系统50的控制单元51提供与电池系统40的控制单元42相同的功能。即，可以向EV系统50的控制单元51提供控制单元42的充电/放电控制器420的功能。
涉及电池(BMU)41的充电/放电的算法过程可以以各种形式实现；例如，它可以集中在房屋110中的控制单元51、充电器52、以及电力网100的EMS 20中的任何一个中。即使算法过程以那些形式中的任何一种来实现，本发明也可以在相同框架内实施。
在第一实施例中，充电/放电确定装置200基于天然能源发电设施30和发电厂10的供应电力的计划值和实际值之间的差来计算电能短缺或超额。可另选地，充电/放电确定装置200可以基于天然能源发电设施30的供应电力的计划值和实际值之间的差来计算电能短缺或超额，因为在天然能源发电设施30中预期供应电力的计划值和实际值之间的差比较大。
在第一实施例中，充电/放电确定装置200基于天然能源发电设施30和发电厂10的供应功率的计划值和实际值之间的差，指示发电厂10改变供应功率，并指示电池系统40(或电池系统40中的选定一个)执行充电或放电。可另选地，充电/放电确定装置200可以基于在规定时间内供应的电能(而非供应功率)的计划值和实际值之间的差来这样做。
在第一实施例中，选择其可用或可存储功率高于短缺或超额功率并且其可放电或可充电时间长于发电厂10改变其供应电力所需要花费的时间的延迟时间的执行放电或充电的电池系统40。可另选地，可以以下面的方式来选择电池系统40。例如，可以选择其可用或可存储电能(可用或可存储功率和可放电或可充电时间的乘积)高于短缺或超额电能(短缺或超额功率和延迟时间的乘积)的电池系统40。作为另一个示例，可以选择其可放电或可充电时间长于延迟时间的电池系统40。此示例对应于已知该电池系统40的可用或可存储电能高于短缺或超额电能的情况。作为又一个示例，可以选择其总的可用或可存储电能高于短缺或超额电能的多个电池系统40。在此情况下，多个电池系统40的可放电或可充电时间的总和长于延迟时间就足够了。
虽然第一实施例涉及电力用户是房屋110的情况，但是，建筑物或工厂也可以是电力用户。在建筑物是电力用户的情况下，BEMS(建筑物能源管理系统)被安装在建筑物中，代替房屋110的HEMS 60中，并控制建筑物中的电能消耗。在工厂是电力用户的情况下，FEMS(工厂能源管理系统)被安装在工厂中，并控制工厂中的电力消耗。
可以给房屋110的HEMS 60提供充电/放电确定装置200的功能。同样，可以向BEMS、FEMS或智能计量器50提供充电/放电确定装置200的功能。
虽然第一实施例涉及提供了单个天然能源发电设施30、发电厂10、以及房屋110的情况，但是，它们中的每一个都可以有多个。
虽然第一实施例涉及供应电力的天然能源发电设施30和执行充电和放电的电池系统40位于房屋110外面的情况，但是，位于房屋110内的天然能源发电机70和电池系统80可以起相同作用。
虽然第一实施例涉及单个电池系统40被选为要由充电/放电确定装置200(EMS 20)指示执行充电或放电的电池系统40的情况，但是，多个电池系统40可以同时被选择为被指示执行充电或放电的电池系统40。
虽然第一实施例涉及使用额定电压和最大充电/放电电流来计算电池系统40的可存储/可用电能值的情况，但是，本发明不限于使用额定电压的情况。
充电/放电确定装置200可以通过使用，例如，通用计算机作为基本硬件来实现。即，供电计划部分201、系统信息获取部分204、电池信息获取部分202、系统信息传递部分206、电池信息传递部分205、通信部分207、以及确定部分203可以通过使在计算机中提供的处理器运行程序来实现。在此情况下，充电/放电确定装置200可以通过在计算机中预先安装程序或在必要时在计算机中安装存储在诸如CD-ROM之类的存储介质中或者通过网络提供的程序来实现。
(实施例2)
根据第二实施例的系统类似于图1或3所示出的根据第一实施例的系统。充电/放电确定装置200A和充电/放电控制器420A的配置类似于根据第一实施例的充电/放电确定装置200(参见图10)和充电/放电控制器420(参见图13)的配置。
根据第二实施例的充电/放电确定装置200A和充电/放电控制器420A在某些功能方面与根据第一实施例的充电/放电确定装置200和充电/放电控制器420不同。下面将主要描述不同的功能。
根据第二实施例的充电/放电确定装置200A(EMS 20A)，除了在充电/放电确定装置200中使用的确定标准之外，还考虑相应电池系统40的电池寿命来选择执行放电或充电的电池系统40(涉及相应电池系统40的可用或可存储电能值(与短缺或超额电能相比))。
下面将描述考虑电池系统40的寿命延长来选择电池系统40的方法。
一般而言，电池系统40的寿命可以通过在其最佳充电因数(SOC)范围(在下限α％和上限β％之间)内对它执行充电/放电控制来延长，而不是完全地对电池(BMU)41的电池单元进行充电(SOC是100％)或完全地对它们进行放电(SOC是0％)。
鉴于上述情况，在第二实施例中，在其充电或放电之后其充电因数保持在最佳范围内的电池系统40被选为执行充电或放电的电池系统40。
例如，当接收到包含电池信息的通信消息时(参见图11)，除了短缺或超额电能之外，充电/放电确定装置200A还基于每个电池系统40的额定容量、额定电压、最大充电/放电电流、以及当前充电因数来计算充电或放电之后的预测充电因数。充电/放电确定装置200A获取每个电池系统40的最佳充电因数范围，并选择其预测充电因数在该最佳充电因数范围内的电池系统40作为执行充电或放电的电池系统40。值得注意的是，每个电池系统40都具有唯一的最佳充电因数范围。
图20示出了从每个电池系统40发送到充电/放电确定装置200A并指示最佳充电因数范围的示例通信消息。图20示出的通信消息包括TCP/IP信头、标识符、上限最佳充电因数(单位：％)、以及下限最佳充电因数(单位：％)。图21(稍后描述)分别示出了对应于β％和α％的上限最佳充电因数和下限最佳充电因数。图20所示出的通信消息可以与图11所示出的通信消息分开，或者与后者组合为单个消息。
下面将参考图21来描述最佳充电因数范围。
图21示出了电池系统40的充电或放电之前和之后的充电因数以及其作为执行充电或放电的电池系统40的资格之间的关系。
在图21的示例中，最佳充电因数范围的上限和下限分别是β％和α％。如图21所示，如果充电或放电之后其预测充电因数(SOC)在最佳充电因数范围内，则电池系统40作为执行充电或放电的电池系统40是合格的，而不管其充电或放电之前的充电因数如何。
图22是根据第二实施例的由充电/放电确定装置200A(EMS20A)执行的过程的流程图。在图22中，如图17所示的相同的步骤被给予与后者相同的参考标号。
在步骤S401中，如在根据第一实施例的过程的步骤S201中，充电/放电确定装置200A获取电池信息和系统信息。在步骤S401中，充电/放电确定装置200A获取每个电池系统40的最佳充电因数范围作为电池信息的一部分。
在步骤S402中，如在根据第一实施例的过程的步骤S205中，充电/放电确定装置200A确定要放电的电池系统40。步骤S402与步骤S205相同之处在于：充电/放电确定装置200A确定其可放电时间长于延迟时间并且其输出功率高于短缺功率的电池系统40作为要放电的电池系统40。在第二实施例的步骤S402中，充电/放电确定装置200还确定每个电池系统40的预测充电因数是否在最佳充电因数范围内。充电/放电确定装置200A确定满足以上全部条件的电池系统40作为要放电的电池系统40。
图23示出了图3所示出的系统的电池系统40A、40B、以及40C中的每一个的放电之前和之后的充电因数是否在其最佳充电因数范围内。在图23的示例中，电池系统40A的放电后的充电因数(预测充电因数)在最佳充电因数范围内，并且电池系统40A被选为要放电的电池系统40。
步骤S403类似于步骤S402，因为不仅通过检查每个电池系统40的可充电时间和可存储功率，而且还确定每个电池系统40的预测充电因数是否在其最佳充电因数范围内，来确定要执行充电的电池系统40。其它步骤与图17的过程中的步骤相同，将不再进行详细描述。
一般而言，固定电池系统的原始成本较高。因此，优选情况下要避免由于耗尽而频繁地替换固定电池系统。根据第二实施例的充电/放电确定装置200A，每个电池系统40的电池(BMU)41的寿命能够被延长，因此，其替换时间能够被延迟。结果，能够降低从电力网90到房屋110的电力基础设施的运行成本。
(修改方案)
在本发明的第二实施例的修改方案中，电池系统40′基于最佳充电因数范围，以充电因数被保持在最佳范围内的方式来计算可存储/可用功率值和可充电/可放电时间。
例如，在电池系统40，的当前充电因数是50％并且其最佳充电因数范围的上限和下限分别是80％和20％的情况下，电池系统40′按下列方式来校正要发送到充电/放电确定装置200(EMS 20)的电池信息。在第一实施例中，电池系统40将对应于50％的完成充电/放电的可存储/可用功率值和可充电/可放电时间通知给充电/放电确定装置200(EMS 20)。与此相对照，在第二实施例的修改方案中，电池系统40′将对应于30％的充电(当前充电因数和最佳充电因数范围的上限80％之间的差)的可存储功率和可充电时间以及对应于30％的放电(当前充电因数和最佳充电因数范围的下限20％之间的差)的可存储功率和可放电时间通知给充电/放电确定装置200(EMS 20)。图24示出了修改方案中所使用的从每个电池系统40′发送的包含电池信息的示例通信消息。
充电/放电确定装置200可以通过以与第一实施例相同的方式进行操作，来确定执行充电或放电的电池系统40′，除了它从每个充电/放电控制器420获取考虑最佳充电因数范围而被校正的可存储/可用功率值和可充电/可放电时间。
在修改方案中，考虑最佳充电因数范围而被校正的可存储/可用功率值和可充电/可放电时间被作为电池信息发送，但是，考虑最佳充电因数范围而被校正的可存储/可用电能值可以作为电池信息发送。也是在此情况下，充电/放电确定装置200可以通过以与第一实施例相同的方式进行操作，来确定执行充电或放电的电池系统40′，除了它从每个充电/放电控制器420获取考虑最佳充电因数范围而被校正的可存储/可用电能值。
(实施例3)
根据第三实施例的系统类似于图1或3所示出的根据第一实施例的系统。充电/放电确定装置200B和充电/放电控制器420B的配置类似于根据第一实施例的充电/放电确定装置200(参见图10)和充电/放电控制器420(参见图13)的配置。
根据第三实施例的充电/放电确定装置200B和充电/放电控制器420B在某些功能方面与根据第一实施例的充电/放电确定装置200和充电/放电控制器420不同。下面将主要描述不同的功能。
根据第三实施例的充电/放电确定装置200B(EMS 20B)，除了在充电/放电确定装置200中使用的确定标准之外，还考虑相应电池系统40的电池寿命来选择执行放电或充电的电池系统40(涉及相应电池系统40的可用或可存储电能值(与短缺或超额电能相比))。
下面将来描述考虑电池系统40的寿命延长而选择电池系统40的方法。
在第三实施例中，为了延长电池系统40的寿命，充电/放电确定装置200B基于相应电池系统40的实际执行的充电和放电的次数，以及为了延长寿命，相应电池系统40的充电和放电次数的最佳范围的上限，来确定要执行充电或放电的电池系统40。
取决于其类型，为每个电池系统40的电池41规定了充电和放电的寿命次数，这是充电和放电的上限(可能)次数。
因此，从寿命延长的视点来看，需要选择其迄今为止执行的充电和放电的次数以及充电和放电的寿命次数之间的差尽可能大的电池系统40。
在第三实施例中，根据充电和放电的寿命次数，充电和放电的次数的最佳范围的上限被设置为小于每个电池系统40的充电和放电的寿命次数。例如，如果某个电池系统40的充电和放电的寿命次数是8,000，则为了寿命延长，充电和放电的次数的最佳范围的上限被设置为5,000。
如果迄今为止执行的充电和放电的次数在充电和放电的次数的最佳范围的上限内，则电池系统40作为执行充电或放电的电池系统40是合格的。例如，在充电和放电的次数的最佳范围的上限是5,000的情况下，如果迄今为止执行的充电和放电的次数是6,000，则电池系统40被禁止执行充电或放电，如果迄今为止执行的充电和放电的次数是4,000，则允许执行充电或放电。
根据第三实施例的充电/放电确定装置200B，每个电池系统40的电池(BMU)41的寿命能够被延长，因此，其替换时间能够被延迟。结果，可以降低从电力网90到房屋110的电力基础设施的运行成本。
虽然上文描述了本发明的多个实施例，但是，它们只是示例，不应当被理解为限制本发明的范围。这些新颖的实施例中的每一个都可以以其它各种形式来实施，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以省略它的一部分、替换为其它元素，或以各种方式更改。这些修改方案也包括在如权利要求书以及其等效内容所定义的本发明中。
如上文所描述的，本发明使得提供在天然能源作为电力供应源被包含在电力网的情况下能够稳定电力网的充电/放电确定装置成为可能。更具体而言，能够正确地确定要执行充电或放电的电池，并能够防止电力网中的电力故障的发生。
本申请要求2011年3月28日提出的编号为No.2011-069145的日本专利申请的优先权，此处通过引用而并入此申请的全部内容。

Claims (11)

1.一种用于管理电力系统中的天然能源发电设施、发电厂和多个电池的充电/放电确定装置，所述装置包括：
系统信息获取部分，被配置成获取从所述天然能源发电设施提供到所述电力系统的天然能源电力的实际值；
电池信息获取部分，被配置成从相应电池获取电池电能信息，其中，所述电池电能信息指示所述相应电池的能够从所述相应电池放电或在所述相应电池中充电的充电/放电电能；以及
确定部分，被配置成从所述多个电池当中确定至少一个要被充电/放电的电池，其中，当所述天然能源电力的实际值和预测值之间的差的绝对值大于阈值时，所述确定部分被配置成：
(a)指示所述发电厂改变从所述发电厂向所述电力系统提供的电厂电力；
(b)比较根据改变所述电厂电力所需的延迟时间和所述天然能源电力的实际值和预测值之间的差计算的超额或短缺电能与所述相应电池的充电/放电电能；
(c)选择充电/放电电能大于所述超额或短缺电能的至少一个电池；以及
(d)确定所选电池作为要被充电/放电的电池。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述电池电能信息包括所述相应电池的电压信息、电流信息、以及充电/放电时间。
3.根据权利要求2所述的装置，其中：
所述电压信息是所述相应电池的额定电压；
所述电流信息是所述相应电池的最大充电/放电电流；以及
所述充电/放电时间与所述相应电池的充电因数相关。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电池电能信息包括所述相应电池的所述充电/放电电能和充电/放电时间。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述实际值和预测值之间的差的绝对值大于所述阈值，并且所述确定部分根据所述实际值和预测值之间的差检测到电力短缺时，所述确定部分被配置成：
(b-1)比较所述短缺电力与基于所述相应电池的所述电池电能信息计算的放电电能；以及
(c-1)选择放电电能大于所述短缺电力的至少一个电池；以及
(d-1)确定所选电池作为要被放电的电池。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述实际值和所述预测值之间的差的绝对值大于所述阈值，并且所述确定部分根据所述实际值和所述预测值之间的差检测到电力超额时，所述确定部分被配置成：
(b-2)比较所述超额电力与基于所述相应电池的所述电池电能信息计算的充电电能；
(c-2)选择充电电能大于所述超额电力的至少一个电池；以及
(d-2)确定所选电池作为要被充电的电池。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述确定部分被配置成选择具有下列两项的至少一个电池：
大于所述超额或短缺电能的充电/放电电能；和
长于所述延迟时间的充电/放电时间。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述电池信息获取部分被配置成从所述相应电池进一步获取用于所述相应电池的电池寿命延长的最佳充电因数范围，以及
其中，所述确定部分被配置成：
(c-3)选择充电/放电电能大于所述超额或短缺电能，并且即使在充电所述超额电能或放电所述短缺电能之后其充电因数也在所述最佳充电因数范围内的至少一个电池。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述电池信息获取部分被配置成从所述相应电池进一步获取考虑到电池寿命延长的所述相应电池的上限充电/放电次数，
其中，所述确定部分被配置成：
(c-4)选择充电/放电电能大于所述超额或短缺电能，并且其充电/放电次数小于所述上限充电/放电次数的至少一个电池。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电池信息获取部分被配置成从所述多个相应电池获取使得能够确定所述相应电池的充电/放电电能值的电池电能信息，为了电池寿命延长，作为充电了所述充电电能值或放电了所述放电电能值之后的充电因数的预测充电因数在所述相应电池的最佳充电因数范围内。
11.一种用于管理电力系统中的天然能源发电设施、发电厂和多个电池的充电/放电确定方法，所述方法包括：
(a)获取从所述天然能源发电设施提供到所述电力系统的天然能源电力的实际值；
(b)从相应电池获取电池电能信息，其中，所述电池电能信息指示所述相应电池的能够从所述相应电池放电或在所述相应电池中充电的充电/放电电能；以及
(c)从所述多个电池当中确定至少一个要被充电/放电的电池，其中，当所述天然能源电力的实际值和预测值之间的差的绝对值大于阈值时，所述步骤(c)包括：
(c-1)指示所述发电厂改变从所述发电厂向所述电力系统提供的电厂电力；
(c-2)比较根据改变所述电厂电力所需的延迟时间和所述天然能源电力的实际值和预测值之间的差计算的超额或短缺电能与所述相应电池的所述充电/放电电能；
(c-3)选择充电/放电电能大于所述超额或短缺电能的至少一个电池；以及
(c-4)确定所选电池作为要被充电/放电的电池。
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