CN104969435A - 管理能量储存系统 - Google Patents

Abstract

一种系统包括被配置为向电网供应能量的能量储存系统和耦合到电网的能量管理系统且被配置为控制能量储存系统的控制系统。控制系统从能量管理系统接收一个或更多个命令，并且作为响应，执行命令服从例程以根据一个或更多个命令对能量储存系统充能量或将能量从能量储存系统放到电网。控制系统还从该能量储存系统接收一个或更多个系统状况值并接收电网的一个或更多个市场状况值并执行管理例程以基于系统状况值和市场状况值对能量储存系统充能量或将能量从能量储存系统放到电网。

Description

管理能量储存系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年12月28日提交的美国临时申请序列号61/746831的权益。现有申请的披露内容被认为是本申请的公开内容的部分并通过引用被纳入本申请的披露内容中。

技术领域

本申请总体上涉及电子设备，并且更具体地涉及对能量市场中的能量储存系统进行管理。

背景技术

能量储存系统出于各种目的中的一个或更多个，能够耦合到电网。例如，能量储存系统能够与间歇性电源(风力发电厂)结合使用以在斜升过程中吸收过剩电力和/或在斜降过程中补充电力输出。

通常，使用一个或更多个具有固定储存容量的能量储存设备实现能量储存系统。具有固定储存容量通常限制设备减轻超过斜升降速率极限(即，斜升降速率违背)的风险的能力。例如，具有50％荷电状态的系统可能能够避免朝着有限和大致等于(多个时间段，假设等于)最坏情况的变化速率和等于斜升降速率极限的任何方向上违背斜升降速率。

在操作时，这种系统可以实现目标荷电状态(SOC)，在该目标荷电状态附近管理储存设备。当设备的SOC下降到低于此目标或者超出此目标时，能量储存设备被控制，以使SOC返回到目标SOC，准备下一个事件。

发明内容

一种系统包括被配置为向电网供应能量的能量储存系统和耦合到电网的能量管理系统并被配置为控制能量储存系统的控制系统。控制系统从能量管理系统接收一个或更多个命令，并且作为响应，执行命令服从例程以根据一个或更多个命令对能量储存系统充能量或将能量从其中放到电网。控制系统还从能量储存系统接收一个或更多个系统状况值和电网的一个或更多个市场状况值并执行管理例程以基于系统状况值和市场状况值对能量储存系统充能量或将能量从其中放到电网。

控制系统的具体实现方式能够提供以下优点中的一个或更多个：能量储存系统能够同时参与能量市场并且独立管理能量储存系统的荷电状态；能量储存系统能够在能量不那么贵时充电并且在能量更贵时放电，提高利润；能量储存系统能够在其荷电状态低于目标荷电状态时充电并且在其荷电状态高于阈值时放电，提高可用性以遵从能量管理系统的命令。

所披露的一个或更多个实施方式的细节在附图和以下描述中阐述。其他特征、方面和优点根据所述描述、附图以及权利要求将会变得明显。

附图说明

图1是一个示例配电系统的框图，该配电系统包括电网、管理电网的能量管理系统、能量储存系统和可选电力发电机，例如，风力发电厂或太阳能电力发电机。

图2是耦合到配电网的一个示例能量储存系统的框图。

图3是一个示例系统管理例程的框图。

图4是能量储存系统的控制系统执行的一个方法的流程图。

具体实施方式

图1是一个示例配电系统100的框图，该配电系统包括电网102、管理电网的能量管理系统104、能量储存系统106和可选电力发电机110，例如，风力发电厂或太阳能电力发电机。配电系统可以包括其他组件以管理能量储存系统、电力发电机与电网之间的连接，例如，包括一个或更多个变压器、故障保护设备等的变电站。

能量管理系统是被配置为管理电网上的电力的一个或更多个计算机的系统。能量管理系统能够提供各种服务以保证能够满足电网的用户的电力需要。例如，能量管理系统能够调度各个电力发电机以在不同时间提供电力。能量管理系统的一个实例是德克萨斯州电力可靠性委员会(ERCOT)能量管理系统(EMS)。

能量管理系统通过数据通信网络与被配置为控制电力发电机的发电机控制系统112通信。发电机控制系统执行系统管理例程120以控制电力发电机。系统管理例程能够，例如，监控间歇性电力发电机的输出并控制发电配置(例如，风力涡轮机上的叶片的偏航或桨距或两者的变化)。

发电机控制系统还执行合格调度实体(QSE)例程118。QSE例程与能量管理系统通信以调度电力发电机到电网的电力输出。在一些实现方式中，QSE例程向能量管理系统提交电力发电机的出售能量的报价，并且在一些实现方式中，QSE提交购买能量的出价。例如，QSE能够参与日前市场或实时市场或两者。QSE还能够与被配置为控制能量储存系统106的一个或更多个计算机的储存控制系统108通信。

储存控制系统控制能量储存系统提供一项或更多项服务从而帮助电力发电机或电网或两者。例如，储存控制系统能够提供斜升降速率减缓服务来防止电力发电机的电力以大于阈值速率的任何速率增加或减少。其他服务实例包括电网电压调节、电网频率调节和功率平稳。以下参考图2进一步描述能量储存系统。

储存控制系统执行命令服从例程114以服从能量管理系统的命令。能量管理系统能够通过发电机控制系统或直接或通过任何其他合适数据路径向储存控制系统发送命令。

例如，能量管理系统能够发送命令以通过利用发电机控制系统的QSE例程调度能量储存系统放电时间来进行放电。作为另一个实例，能量管理系统能够发送命令以通过利用QSE例程针对能量储存系统进行调度时间来充电或放电以向电力发电机提供斜升降速率减缓服务。在操作时，除非存在一些原因而不服从，例如，如果能量储存系统耗尽，否则该命令服从例程通常引起能量储存系统服从命令。

储存控制系统还执行系统管理例程116。系统管理例程从能量储存系统接收系统状况值和电网的市场状况值并确定是否充电或放电或者什么都不做。以此方式，系统管理例程能够独立管理能量储存系统而不需要服从能量管理系统的任何命令。

例如，系统管理例程能够使能量储存系统保持目标荷电状态，以在能量成本相对低时充电，并在能量成本相对高时放电。以下参考图3进一步描述系统管理例程。

用于实现控制系统的设备中的一些或所有的架构能够被配置以容易部署和故障诊断。例如，控制系统能够包括不同层，每层具有主要目的。储存控制系统能够降低系统风险和减少系统停机时间。能够在时间上扩展储存控制系统，例如，在操作历史能够用于改进各种性能因素时。

图2是耦合到配电网250的一个示例能量储存系统200的框图。能量储存系统包括能量储存阵列211、221和231。能量储存阵列的每个耦合到各自的电力变换系统212、222和232，并且电力变换系统的每个耦合到各自的变压器215、225和235。电力变换系统能够是，例如，双向逆变器。在一些实现方式中，能量储存阵列包括串联、并联或串并联配置耦合的电池。在其他实现方式中，能量储存阵列可以包括，例如，电容器、飞轮、超导磁性元件或以上的组合。

变压器耦合到变电站254，变电站耦合到间歇性电源260和电网270，例如，图1的电网102。间歇性电源能够是，例如，风力发电厂或太阳能电力发电机。在操作时，能量储存系统向间歇性电源提供一项或更多项支持服务或向电网或向电网与间歇性电源两者提供一项或更多项辅助服务。

能量储存系统包括通过通信接口操作性链接到每个逆变器的控制系统240。控制系统通过通信接口为逆变器提供控制信号和/或数据，包括，例如，目标有功和无功功率设置、配电网状态信息、和激活/备用控制命令。配电网状态信息包括，例如，源自例如耦合到电网的一个或更多个传感器的电压、电流、有功功率、无功功率和频率信息。基于该信息，控制系统能够控制每个电力变换系统的操作，使得电力管理系统表现得像是单个高容量系统的配电网。

控制系统基于系统性能要求向每个逆变器发布目标有功功率设置(“P命令”)和目标无功功率设置(“Q命令”)。例如，在频率调节模式下，控制系统可以响应于检测到配电网的频率下降，发布P命令以增加从能量储存阵列向配电网传输的有功功率量。

进一步，在电压调节模式下，控制系统能够响应于检测到电压下降，发布Q命令以增加能量储存阵列与配电网之间传输的无功功率量。而且，在VAR调节模式下，控制系统能够响应于越限状况发布Q命令以调节能量储存阵列与配电网之间传输的无功功率量。

控制系统能够根据需要发布P命令和Q命令以管理间歇性电源与电网之间的互连点(POI)265处传输的电力。例如，控制系统能够在间歇性电源的电力输出突然增加期间发布P命令以吸收间歇性电源生成的电力从而避免违背正的斜升降速率极限。类似地，控制系统能够在间歇性电源的电力输出突然下降时发布P命令以向配电网150提供电力从而避免违背负的斜升降速率极限。

图3是一个示例系统管理例程302的框图，例如，图1的储存控制系统108的系统管理例程116。系统管理例程包括接收系统状况值和市场状况值并确定是否对能量储存系统充电或放电的市场决策引擎(MDE)304。市场决策引擎能够与气压可选模块交互，例如，与目标荷电状态模块306和斜升降速率减缓模块308交互。

MDE能够从能量管理系统、合格调度实体或另外的源接收市场状况值。典型地，市场状况值包括一个或更多个能量市场中的能量价格。在一些实现方式中，市场状况值能够指定价格趋势或其他金融信息。通常，MDE在能量价格高时支持放电并在能量价格低时支持充电。

能够从能量储存系统接收或测量系统状况值。典型地，系统状况值包括一个或更多个能量储存设备的荷电状态。在一些实现方式中，系统状况值包括电力发电机的信息或环境信息，例如，风力预测。通常，MDE在荷电状态高于目标荷电状态时支持放电并在荷电状态低于目标荷电状态时支持充电。

在一些情况下，MDE解决了在一些信息指示放电而一些信息指示充电时的冲突。例如，如果荷电状态低于目标荷电状态，但能量价格高于目标能量价格，则MDE能够确定是保持当前荷电水平还是以降低的速率充电或放电。例如，MDE能够将荷电状态与目标荷电状态之间的差和能量价格与目标能量价格之间的差进行比较，可选地，通过乘法器或其他进程的修改器。如果一个差大于另一个差，则MDE能够决定基于较大的差采取行动。

图4是能量储存系统的控制系统执行的一种方法400的流程图。例如，控制系统能够是图1的储存控制系统108，执行命令服从例程114和系统管理例程116。

控制系统从电网的能量管理系统接收一个或更多个命令(402)。作为响应，控制系统执行命令服从例程以根据一个或更多个命令对能量储存系统充能量或将能量从其中放到电网(404)。

控制系统从能量储存系统接收一个或更多个系统状况值和电网的一个或更多个市场状况值(406)。市场状况值能够指定电网的能量价格。例如，控制系统能够从合格调度实体(QSE)或从电网的能量管理系统或从不同源接收市场状况值。在一些实现方式中，管理例程在能量价格低于阈值价格时支持对能量储存系统充电并在能量价格高于不同的阈值价格时支持对能量储存系统放电。

在一些实现方式中，能量储存系统包括通过双向电力变换系统耦合到电网的至少一个能量储存设备。接收一个或更多个系统状况值能够包括接收能量储存设备的荷电状态。

控制系统执行管理例程以基于系统状况值和市场状况值对能量储存系统充能量或将能量从其中放到电网(408)。在一些实现方式中，执行管理例程包括执行目标荷电状态例程，该目标荷电状态例程在荷电状态高于目标荷电状态时支持对能量储存设备放电并在荷电状态处于或低于目标荷电状态时支持对能量储存设备充电。

在一些实现方式中，执行管理例程包括从被配置为向电网供应电力的间歇性电源接收一个或更多个电力系统值。电力系统值指定，例如正由间歇性电源供应给电网的电力量。控制系统能够基于一个或更多个电力系统值确定对能量储存设备充电或放电。控制系统能够执行斜升降速率减缓例程，该斜升降速率减缓例程在间歇性电源供应电力比第一阈值速率下降更快时对能量储存设备放电并在间歇性电源供应电力比第二阈值速率增加更快时对能量储存设备充电。

在一些实现方式中，能量管理系统被配置为向控制系统发送对能量储存设备放电的命令，但不发送对能量储存设备充电的命令。控制系统确定在能量储存设备的荷电状态低时或者在能量价格低时或者两种情况下时对能量储存设备充电。然后，控制系统能够确定在能量储存设备的荷电状态高时或者能量价格高时或者两种情况下时对能量储存设备放电。在那些实现方式中，控制系统可以需要对能量储存设备放电的权限。

响应于确定对能量储存设备放电，控制系统能够向能量管理系统发送放电请求。然后，控制系统从能量管理系统接收回复，并且如果该回复授权放电，则在请求的回复授权时，控制系统对能量储存系统放电。

本说明书中描述的主题和功能操作的实施例能够在数字电子电路中实现、在有形方式体现的计算机软件或固件中实现、以计算机硬件(包括本说明书中披露的结构及其结构等同体中)实现、或它们中的一个或更多个的组合。本说明书中描述的主题的实施例能够被实现为一个或更多个计算机程序，即，编码在有形非瞬态计算机载体上的计算机程序指令的一个或更多个模块，其由数据处理装置执行或控制其操作。替代地或附加地，这些程序指令能够编码在人工生成的传播信号上，例如，机器生成的电信号、光信号或电磁信号，该信号被生成以对信息进行编码以便传输到合适的接收器装置以供数据处理装置执行。计算机存储介质能够是机器可读存储设备、机器可读存储基质、随机或串行存取存储器设备、或它们中的一个或更多个的组合。

适于执行计算机程序的计算机包括(举例来讲)通用或专用微处理器或两者、或任何其他种类的中央处理单元。通常，中央处理单元将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的重要元件是用于进行或执行指令的中央处理单元和用于存储指令和数据的一个或更多个存储器设备。通常，计算机还将包括一个或更多个用于存储数据的大容量储存设备(例如，磁盘、磁光盘、或光盘)或者操作性地耦合以从这些大容量存储设备接收数据或向其发送数据或者两者。然而，计算机不需要这种设备。而且，计算机能够嵌入在另一个设备内，例如，移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频或视频播放器、游戏控制台、全球定位系统(GPS)接收器、或便携式储存设备，例如，通用串行总线(USB)闪存驱动器等等。

适于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，举例来讲，包括半导体存储器设备，例如，EPROM、EEPROM、和闪存存储器设备；磁盘，例如，内置硬盘或可拆卸盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器能够由专用逻辑电路辅助或包含在专用逻辑电路中。

本说明书中所描述的过程和逻辑流程能够由执行一个或更多个计算机程序的一个或更多个可编程计算机执行以通过操作输入数据并生成输出来实现功能。这些过程和逻辑流程还能够由装置执行，并且该装置还能够被实现为专用逻辑电路，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。

虽然本说明书包含许多具体实现方式细节，但这些不应被理解为对任何发明或可能要求保护的发明的范围的限制，而是被理解为对可能是具体发明的具体实施例的特征的描述。本说明书在单独实施例的背景下描述的某些特征还能够在单一实施例中组合实现。相反，单个实施例的背景下描述的各种特征也能够单独或以任何合适的子组合的方式在多个实施例中实现。而且，尽管上文描述的特征在某些组合中动作，甚至最初被要求保护，但所要求保护的组合的一个或更多个特征在一些情况下可以与组合分开，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。

类似地，虽然附图中以具体顺序描绘了操作，但这不应被理解成要求这种操作以所示的具体顺序或以有序顺序执行，或者所有示出的操作被执行以实现期望结果。在某些情况下，多任务处理和并行处理可能是有利的。而且，上述实施例中的不同系统模块和组件的分离不应被理解成在所有实施例中都要求这种分离，并且应理解，所描述的程序部件和系统通常能够整合在单个软件产品中或封装在多个软件产品中。

Claims (20)

1.一种能量储存系统的控制系统执行的方法，该方法包括：

从电网的能量管理系统接收一个或更多个命令，并且作为响应，执行命令服从例程以根据所述一个或更多个命令对所述能量储存系统充能量或将能量从所述能量储存系统放到所述电网；以及

从所述能量储存系统接收一个或更多个系统状况值和所述电网的一个或更多个市场状况值并执行管理例程以基于所述系统状况值和所述市场状况值对所述能量储存系统充能量或将能量从所述能量储存系统放到所述电网。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述能量储存系统包括由双向电力变换系统耦合到所述电网的至少一个能量储存设备，并且其中，接收所述一个或更多个系统状况值包括接收所述能量储存设备的荷电状态。

3.如权利要求2所述的方法，其中执行所述管理例程包括执行目标荷电状态例程，所述目标荷电状态例程在所述荷电状态高于目标荷电状态时支持对所述能量储存设备放电并且在所述荷电状态处于或低于所述目标荷电状态时支持对所述能量储存设备充电。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述能量储存系统耦合至被配置为向所述电网供应电力的间歇性电源，并且其中执行所述管理例程包括从所述间歇性电源接收一个或更多个电力系统值并基于所述一个或更多个电力系统值对所述能量储存设备充电或放电。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述电力系统值指定正由所述间歇性电源供应给所述电网的电力量。

6.如权利要求2所述的方法，其中所述能量储存系统耦合至被配置为向所述电网供应电力的间歇性电源，并且其中执行所述管理例程包括执行斜升降速率减缓例程，所述斜升降速率减缓例程在所述间歇性电源供应电力比第一阈值速率下降更快时对所述能量储存设备放电并且在所述间歇性电源供应电力比第二阈值速率增加更快时对所述能量储存设备充电。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或更多个市场状况值指定所述电网的能量价格，并且其中接收所述一个或更多个市场状况值包括从所述能量管理系统接收所述一个或更多个市场状况值。

8.如权利要求5所述的方法，其中当所述能量价格低于阈值价格时，所述管理例程支持对所述能量储存系统充电。

9.如权利要求6所述的方法，其中当所述能量价格高于不同的阈值价格时，所述管理例程支持对所述能量储存系统放电。

10.如权利要求7所述的方法，其中，执行所述管理例程包括：

确定对所述能量储存系统放电，并且作为响应，向所述能量管理系统发送放电请求；

从所述能量管理系统接收所述请求的回复，所述回复指定放电被授权；以及

当由所述请求的回复授权时，对所述能量储存系统放电。

11.一种系统，包括：

被配置为向电网供应能量的能量储存系统；和

控制系统，所述控制系统耦合到所述电网的能量管理系统并且被配置为通过执行包括以下内容的操作来控制所述能量储存系统：

从所述能量管理系统接收一个或更多个命令，并且作为响应，执行命令服从例程以根据所述一个或更多个命令对所述能量储存系统充能量或将能量从所述能量储存系统放到所述电网；以及

从所述能量储存系统接收一个或更多个系统状况值和所述电网的一个或更多个市场状况值并执行管理例程以基于所述系统状况值和所述市场状况值对所述能量储存系统充能量或将能量从所述能量储存系统放到所述电网。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述能量储存系统包括由双向电力变换系统耦合到所述电网的至少一个能量储存设备，并且其中接收所述一个或更多个系统状况值包括接收所述能量储存设备的荷电状态。

13.如权利要求12所述的系统，其中执行所述管理例程包括执行目标荷电状态例程，所述目标荷电状态例程在所述荷电状态高于目标荷电状态时支持对所述能量储存设备放电并且在所述荷电状态处于或低于所述目标荷电状态时支持对所述能量储存设备充电。

14.如权利要求12所述的系统，其中所述能量储存系统被配置为耦合至被配置为向所述电网供应电力的间歇性电源，并且其中执行所述管理例程包括从所述间歇性电源接收一个或更多个电力系统值并基于所述一个或更多个电力系统值对所述能量储存设备充电或放电。

15.如权利要求14所述的系统，其中所述电力系统值指定所述间歇性电源供应给所述电网的电力量。

16.如权利要求12所述的系统，其中所述能量储存系统被配置为耦合至被配置为向所述电网供应电力的间歇性电源，并且其中执行所述管理例程包括执行斜升降速率减缓例程，所述斜升降速率减缓例程在所述间歇性电源供应电力比第一阈值速率下降更快时对所述能量储存设备放电并在所述间歇性电源供应电力比第二阈值速率增加更快时对所述能量储存设备充电。

17.如权利要求11所述的系统，其中所述一个或更多个市场状况值指定所述电网的能量价格，并且其中接收所述一个或更多个市场状况值包括从所述能量管理系统接收所述一个或更多个市场状况值。

18.如权利要求17所述的系统，其中当所述能量价格低于阈值价格时，所述管理例程支持对所述能量储存系统充电。

19.如权利要求18所述的系统，其中当所述能量价格高于不同的阈值价格时，所述管理例程支持对所述能量储存系统放电。

20.如权利要求19所述的系统，其中执行所述管理例程包括：

确定对所述能量储存系统放电，并且作为响应，向所述能量管理系统发送放电请求；

从所述能量管理系统接收所述请求的回复，所述回复指定放电被授权；以及

当由所述请求的回复授权时，对所述能量储存系统放电。