CN107710553B - 能量储存系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于控制进出能量储存系统的功率流的系统和方法。一个能量储存系统包括能量储存装置和被配置为经由多个相控制进入或流出能量储存装置的功率流的双向逆变器。能量储存系统还包括控制器，其被配置为基于一个或更多个相上的负载条件控制双向逆变器。控制器被配置为控制双向逆变器以响应于检测到相之间的负载不平衡而将由发电机组产生的功率存储在能量储存装置中以及将功率从能量储存装置传输到由发电机组驱动的负载。

Description

能量储存系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年2月19日提交的美国专利申请号14/626,190的优先权，该申请通过引用被全部并入本文。
技术领域
本公开一般涉及发电机领域。更特别地，本公开涉及用于控制被配置为耦合到一个或更多个发电机组的能量储存系统的操作的系统和方法。
背景
发电机组可用于为各种负载供电。通过增加或减少发电机组的功率输出以满足负载需求，可以由一个或更多个发电机组为变化的负载供电。然而，如果变化极大的负载连接到发电机组，发电机组的规模可能大于解决普通负载需求所需的规模，以满足偶尔的大需求。此外，负载需求的变化或相位不平衡可能使发电机组低效地操作。
概述
本公开的一个实施方式涉及能量储存系统。能量储存系统包括能量储存装置和被配置为控制进入或流出能量储存装置的功率流的双向逆变器。能量储存系统还包括控制器，其被配置为基于从经由交流(AC)总线耦合到双向逆变器的发电机组接收的一个或更多个信号(例如数字或模拟信号)来控制双向逆变器。控制器被配置为基于一个或更多个信号来控制双向逆变器，以将由发电机组产生的功率存储在能量储存装置中以及将功率从能量储存装置传输到由发电机组驱动的负载，从而将发电机组维持在一个或更多个操作条件的范围内。
另一实施方式涉及一种控制进出能量储存系统的功率流的方法。该方法包括在能量储存系统的控制器处接收来自发电机组的一个或更多个信号。该方法还包括在控制器处基于一个或更多个信号监测发电机组的一个或更多个操作条件。该方法还包括控制能量储存系统的双向逆变器，以将由发电机组产生的功率存储在能量储存系统的能量储存装置中以及将功率从能量储存装置传输到由发电机组驱动的负载，从而将发电机组维持在一个或更多个操作条件的范围内。能量储存系统的双向逆变器可以通过AC总线耦合到发电机组。
另一个实施方式涉及一种混合发电机系统，其包括被配置为产生功率以通过AC总线驱动负载的发电机组。混合发电机系统还包括能量储存系统，其包括能量储存装置和并联地耦合到AC总线上的发电机组并被配置为控制进入或流出能量储存装置的功率流的双向逆变器。能量储存系统还包括控制器，其被配置为基于从发电机组接收的一个或更多个信号来控制双向逆变器。控制器被配置为基于一个或更多个信号来控制双向逆变器，以将由发电机组产生的功率存储在能量储存装置中以及将功率从能量储存装置传输到由发电机组驱动的负载，从而将发电机组维持在一个或更多个操作条件的范围内。
另一实施方式涉及一种能量储存系统，其包括能量储存装置和被配置为经由多个相来控制进入或流出能量储存装置的功率流的双向逆变器。能量储存系统还包括控制器，其被配置为基于在多个相中的一个或更多个相上的负载条件来控制双向逆变器。控制器被配置为控制双向逆变器，以响应于检测到在多个相之间的负载不平衡而将由发电机组产生的功率存储在能量储存装置中以及将功率从能量储存装置传输到由发电机组驱动的负载。
在一些实施方式中，所述双向逆变器被配置为对于所述多个相中的每个相独立地控制进入或流出所述能量储存装置的功率流。
在一些实施方式中，所述双向逆变器包括关于所述多个相中的每个相的单独的单相逆变器。
在一些实施方式中，所述能量储存系统还包括第二能量储存装置，所述第二能量储存装置耦合到每个单相逆变器并被配置为在功率经由一个或更多个第二相传输到所述负载之前临时存储从一个或更多个第一相接收的功率，所述一个或更多个第一相具有比所述一个或更多个第二相的外加负载更低的外加负载，其中所述第二能量储存装置包括电池或超级电容器中的至少一个。
在一些实施方式中，所述控制器被配置为：检测所述多个相中的第一相，所述第一相具有与所述多个相中的一个或更多个第二相不同的负载；以及控制所述双向逆变器的操作状态以响应于检测到在所述第一相上的所述不同的负载而将功率存储在所述能量储存装置中或经由所述第一相从所述能量储存装置传输功率。
在一些实施方式中，所述控制器被配置为：检测所述第一相上的、比所述一个或更多个第二相上的负载更低的负载；以及控制所述双向逆变器以响应于检测到所述第一相上的所述更低的负载而使用由所述发电机组产生的功率来给所述能量储存装置充电。
在一些实施方式中，所述控制器被配置为：检测所述第一相上的、比所述一个或更多个第二相上的负载更高的负载；以及控制所述双向逆变器以响应于检测到所述第一相上的所述更高的负载而从所述能量储存装置放电来驱动在所述第一相上的所述更高的负载。
在一些实施方式中，所述控制器被配置为：从一个或更多个电流传感器接收多个电流信号，其中，所述多个电流信号中的每个电流信号指示在所述多个相中的一个相上的电流；以及使用所述多个电流信号来监测所述负载条件并检测所述负载不平衡。
在一些实施方式中，所述控制器被配置为：监测所述多个相中的每个相的电压；以及使用关于所述多个相的电压来监测所述负载条件并检测所述负载不平衡。
在一些实施方式中，所述控制器被配置为：确定所述发电机组的特性；以及控制所述双向逆变器以基于所述发电机组的所述特性和所述负载条件将由所述发电机组产生的功率存储在所述能量储存装置中和将功率从所述能量储存装置传输到所述负载，并防止所述多个相中的第一相过载。
在一些实施方式中，所述控制器被配置为：检测在本地电网的上游的、所述多个相中的第一相上的所述负载不平衡；以及将功率从所述能量储存装置传输到在所述第一相上的所述负载以校正或减轻所述负载不平衡。
在一些实施方式中，所述控制器还被配置为：将信号传输到转接开关，所述转接开关被配置为响应于接收到所述信号而使所述本地电网的所述第一相从所述本地电网的上游的电网断开；以及使用来自所述能量储存装置或所述多个相中的一个或更多个第二相的功率在所述第一相上提供功率。
在一些实施方式中，所述发电机组包括被配置为驱动多个负载的多个发电机组中的第一发电机组，以及其中所述控制器被配置为控制所述双向逆变器以响应于检测到在所述多个相之间的负载不平衡而将由所述多个发电机组产生的功率存储在所述能量储存装置中和将功率从所述能量储存装置传输到所述多个负载。
在一些实施方式中，所述控制器被配置为控制所述双向逆变器以在所述多个发电机组给一个或更多个电动车辆、一个或更多个插电式混合动力车辆或多个可移除的电池中的至少一个充电时使所述多个相上的所述负载平衡。
另一实施方式涉及一种控制进出能量储存系统的功率流的方法。该方法包括在能量储存系统的控制器处确定在本地AC电网的多个相中的一个或更多个相上的负载条件。该方法还包括控制能量储存系统的双向逆变器，以响应于检测到在多个相之间的负载不平衡而将来自本地AC电网的功率储存在能量储存系统的能量储存装置中以及将功率从能量储存装置传输到由本地AC电网驱动的负载。
在一些实施方式中，所述方法还包括使用所述双向逆变器对于所述多个相中的每个相独立地控制进入或流出所述能量储存装置的功率流。
在一些实施方式中，所述方法还包括：检测所述多个相中的第一相，所述第一相具有与所述多个相中的一个或更多个第二相不同的负载；以及控制所述双向逆变器的操作状态以响应于检测到在所述第一相上的所述不同的负载而将功率存储在所述能量储存装置中或经由所述第一相从所述能量储存装置传输功率。
在一些实施方式中，所述方法包括：检测所述第一相上的、比所述一个或更多个第二相上的负载更低的负载；以及控制所述双向逆变器以响应于检测到所述第一相上的所述更低的负载而使用来自所述第一相的功率给所述能量储存装置充电。
在一些实施方式中，所述方法包括：检测所述第一相上的、比所述一个或更多个第二相上的负载更高的负载；以及控制所述双向逆变器以响应于检测到所述第一相上的所述更高的负载而从所述能量储存装置放电以驱动在所述第一相上的所述更高的负载。
在一些实施方式中，所述方法还包括：将信号传输到转接开关，所述转接开关被配置为响应于接收到所述信号而使所述本地交流电网的第一相从所述本地交流电网的上游的公用电网断开；以及使用来自所述能量储存装置或所述多个相中的一个或更多个第二相的功率在所述第一相上提供功率。
在一些实施方式中，所述方法还包括：控制所述双向逆变器以响应于检测到所述多个相中的一个或更多个第一相比所述多个相中的一个或更多个第二相具有更低的负载而通过增加所述一个或更多个第一相上的负载来使在所述多个相上的所述负载平衡；以及通过使在所述多个相上的所述负载平衡使用由所述双向逆变器收集的功率给一个或更多个电动车辆、一个或更多个插电式混合动力车辆或多个可移除的电池中的至少一个充电。
在一些实施方式中，所述方法还包括：将来自与一个或更多个第二相相比具有更低的外加负载的一个或更多个第一相的功率存储在耦合到所述双向逆变器的所述能量储存装置中；以及将功率从所述能量储存装置传输到所述一个或更多个第二相；其中，所述能量储存装置包括电池或超级电容器中的至少一个。
在一些实施方式中，所述方法还包括：确定所述发电机组的特性；以及控制所述双向逆变器以基于所述发电机组的所述特性和所述负载条件将由所述发电机组产生的功率存储在所述能量储存装置中并将功率从所述能量储存装置传输到所述负载，并防止所述多个相中的第一相过载。
另一个实施方式涉及一种混合发电机系统，其包括能量储存系统和被配置为产生功率以驱动负载的发电机组。能量储存系统包括能量储存装置和被配置为经由多个相来控制进入或流出能量储存装置的功率流的双向逆变器。能量储存系统还包括控制器，其被配置为基于在多个相中的一个或更多个相上的负载条件来控制双向逆变器。控制器被配置为控制双向逆变器，以响应于检测到在多个相之间的负载不平衡而将由发电机组产生的功率存储在能量储存装置中以及将功率从能量储存装置传输到负载。
在一些实施方式中，所述双向逆变器被配置为对于所述多个相中的每个相独立地控制进入或流出所述能量储存装置的功率流。
在一些实施方式中，所述控制器被配置为：检测所述多个相中的第一相，所述第一相具有与所述多个相中的一个或更多个第二相不同的负载；以及控制所述双向逆变器的操作状态以响应于检测到在所述第一相上的所述不同的负载而将功率存储在所述能量储存装置中或经由所述第一相从所述能量储存装置传输功率。
在一些实施方式中，所述控制器被配置为：检测所述第一相上的、比所述一个或更多个第二相上的负载更低的负载；以及控制所述双向逆变器以响应于检测到所述第一相上的所述更低的负载而使用由所述发电机组产生的功率来给所述能量储存装置充电。
在一些实施方式中，所述控制器被配置为：检测所述第一相上的、比所述一个或更多个第二相上的负载更高的负载；以及控制所述双向逆变器以响应于检测到所述第一相上的所述更高的负载而从所述能量储存装置放电来驱动在所述第一相上的所述更高的负载。
在一些实施方式中，所述控制器被配置为：确定所述发电机组的特性；以及控制所述双向逆变器以基于所述发电机组的所述特性和所述负载条件将由所述发电机组产生的功率存储在所述能量储存装置中并将功率从所述能量储存装置传输到所述负载，并防止所述多个相中的第一相过载。
附图的简要说明
结合附图，根据下面的详细描述将更充分地理解本公开，其中相似的参考数字表示相似的元素，其中：
图1是示出根据示例性实施方式的混合发电机系统的方框图；
图2是图1中的能量储存系统的详细示例性实现；
图3是根据示例性实施方式的用于控制能量储存系统的过程的流程图；
图4是根据示例性实施方式的能量储存系统控制方案的状态图；
图5是根据示例性实施方式的使用能量储存系统来控制网络功率的过程的流程图；以及
图6是根据示例性实施方式的使用能量储存系统来控制瞬态的过程的流程图；
图7是根据另一示例性实施方式的混合发电机系统的方框图；以及
图8是根据示例性实施方式的用于控制能量储存系统以在多个相上平衡负载的过程的流程图。
详细说明
在转到详细说明示例性实施方式的附图之前，应当理解，本申请不限于在说明书中阐述或在附图中示出的细节或方法。还应当理解，术语仅用于描述的目的，且不应被视为限制性的。
大体上参考附图，根据示例性实施方式提供可用于结合发电机来为负载供电的系统和方法。发电机组或gensets用于向一个或更多个负载(例如本地电力网或电网(例如为例如建筑物、房间或房间组等场所供电的电网))提供功率。负载的功率需求可以随着变化的条件(例如增加和减少在本地电网上的消耗)而变化。为了满足变化的负载需求，发电机组可以增加或减小发电机组产生的输出功率，例如随着增加的负载而增加功率输出，或者随着减小的功率需求而减小功率输出。因而，发电机组可以在需求的变化被满足时的时间的至少一部分期间在操作条件的优选范围(例如，与发电机组的高效的(例如高效使用燃料)操作相关的操作条件的范围)之外操作。例如，增加或减小发电机组的发动机的操作条件，例如变速发电机组的转速(例如每分钟转数或RPM)，或增加固定速度同步发电机组的转矩输出，可以使发动机以比在旋转速度的优选范围内更高的速率利用燃料的方式操作。另外，由于变化的负载需求而引起的负载瞬态可影响发电机组提供的功率的质量(例如，使发电机组提供的电压暂时下降或急升)，要求发电机组对负载变化快速做出反应或以可得到的过剩功率输出容量作为潜在的突然需求增加的“旋转备用”来操作。
本公开提供用于利用能够耦合到一个或更多个发电机组以帮助向在AC并联混合配置中的一个或更多个负载提供功率的能量储存系统的示例性系统和方法。示例性能量储存系统包括能量储存装置(例如一个或更多个电池、电容器或电容器组等)和被配置为控制进出能量储存装置的功率流的逆变器。逆变器可以是被配置为在能量储存装置和耦合到逆变器的一个或更多个发电机组(例如一个或更多个发电机组的输出)之间双向传输功率的双向逆变器。逆变器包括被配置为控制双向逆变器的操作的控制器。在一些实施方式中，控制器基于从发电机组接收的一个或更多个数字或模拟信号来控制逆变器。信号可以指示或提供与发电机组的一个或更多个操作条件有关的信息。能量储存系统可以控制逆变器以将由发电机组产生的功率(如，过剩功率)储存在能量储存装置中和/或基于信号和/或操作条件将存储在能量储存装置中的功率传输到负载。
在一些实施方式中，AC并联能量储存系统可以控制逆变器以将发电机组中的一个或更多个维持在操作条件的范围内，例如维持在与发电机组的高效(例如高效使用燃料)操作相关联的范围内。通过使用能量储存系统来在高负载需求期间补充由发电机组产生的功率并且在低需求期间存储由发电机组产生的过剩功率，可以在操作条件的高效范围内更频繁地操作发电机组。此外，在一些实施方式中，更小、更高效、更便宜的发电机组可以用于驱动一个或更多个特定的负载，并且能量储存系统可以用于通过减少所需的浪涌能力或旋转备用需要来帮助满足高需求条件，而不是使用更大、更低效、更昂贵的发电机组来满足需要。
在一些实施方式中，能量储存系统可以控制一个或更多个发电机组的操作。例如，能量储存系统可以被配置为产生并传输信号到发电机组，所述发电机组被配置为控制发电机组的状态(例如激活和/或去激活发电机组)或者可以是自我协调发电机组的无主网络中的一个成员(也被称为无主负载需求或MLD)。能量储存系统可以监测网络功率条件，并且可以激活和/或去激活网络中的发电机组，以满足变化的负载需求。通过在不被需要时去激活发电机组以满足需求和/或利用先前存储在能量储存系统中的过剩能量，能量储存系统减少发电机组的总运行时间和燃料消耗。在一些实施方式中，如果能量储存系统估计能够在至少阈值量的时间期间在改变的配置下满足功率需求，则能量储存系统可以防止快速循环并且仅改变发电机组的状态。
在一些实施方式中，能量储存系统可以被配置为减少一个或更多个发电机组看到的瞬态。瞬态是由负载需求的快速增加或减少引起的。在需求快速增加的情况下，能量储存系统可能会停止充电并使功率输出斜升以补充发电机组产生的功率，帮助防止或减少功率质量(例如输出电压)的降低。在需求快速下降的情况下，能量储存系统可以从发电机组吸收过剩功率，以防止极性滑动(pole slippage)和/或输出电压(例如电网电压)急升。这也可允许发电机组对需求变化逐渐做出反应，并降低所引起的磨损和应力。在一个实施方式中，发电机组输出的变化可以逐渐(例如以预定的变化时间恒定速率)改变。可以选择该速率来避免或减少人类感知(其被调整以通知突然的改变)，因而使发电机组在城市或拥挤的环境中变得更可接受。在又一些其他实施方式中，当初级馈电发生故障时，AC并联能量储存系统可以采取对于备用的、关键的或紧急功率系统的初始负载需求，允许备用发电机组启动并逐渐达到承受负载的速度。这减少了在备用发电机组上的磨损，并且可以允许使用较低成本的发电机组，其否则无法在所需时间内启动并承受负载。
参考图1，根据示例性实施方式示出了包括能量储存系统105和一个或更多个发电机组(gensets)110的混合发电机系统100。在所示的实施方式中，发电机组110包括耦合到交流发电机120的发动机115。发动机115可以是被配置为将诸如燃料的能源转换成机械能(例如运动)的任何类型的机器。发动机115可以是诸如柴油发动机的内燃机。交流发电机120可以是被配置为将机械能转换成电能(例如交流电)的任何类型的机器。在一些实施方式中，发电机组110可以包括与发动机115和交流发电机120不同的和/或另外的组件(例如，使用液压流体驱动的液压动力发电机)。发电机组110可以是被支配的或无主的系统(例如，无主负载需求发电机组系统或被支配的并联发电机组系统)。虽然图1示出与发电机组110和两个另外的可选发电机组110并联连接的单个能量储存系统105，但应当理解的是，可以使用任何数量的能量储存系统和任何数量的发电机组。
能量储存系统105被配置为提供功率以补充由发电机组110产生的功率以驱动负载130(例如在高需求时期)并且存储由发电机组110产生的过剩功率(例如在低需求时期)。能量储存系统105可以与发电机组110并联操作，以满足比发电机组110其自身能够支持的更大的负载需求。在一些实施方式中，能量储存系统105自身可以操作至少一段时间以在没有发电机组110的情况下对轻负载供电。能量储存系统105可以被配置为以一定的方式对能量储存系统105的能量储存装置充电，所述一定的方式使得当外部系统需求/负载减小时发电机组110保持在高效使用燃料的操作范围内操作，存储过剩功率(例如，不是在高于或低于高效范围的操作点处操作发电机组110以对能量储存装置充电)。可选地，能量储存系统105可以被配置为当外部系统需求/负载增加时将功率输送到并联AC连接上(并且使能量储存系统105的能量储存装置放电)，使得发电机组110保持在高效使用燃料的操作范围内操作而不是将发电机组110的输出增加到低效率的操作范围内以服务增加的负载。能量储存系统105还可以用于提供浪涌能力，并且可以在突然的频率下降或电压下降时立即或几乎立即供应功率(例如，在“哑(dumb)”负载或者在负载需求变化之前不提供关于何时出现变化的信息的负载的情况下)。在一些实施方式中，能量储存系统105可以充当“智能”负载，并且可以警告发电机组110它将加载系统以允许发电机组110加速或预加载系统以增加有效的旋转备用容量以预期大负载突然上线。能量储存系统105可以存储所产生的过剩功率，直到增加的负载出现为止。
AC并联能量储存系统105可以作为向发电机组110增加能量储存容量的独立模块来操作。在一些实施方式中，AC并联能量储存系统105可以被添加到现有的发电机组110，或并联耦合到由发电机组110服务的电网，以通过输送功率到并联AC输出/电网或由并联AC输出/电网充电将发电机组110转换成混合发电机系统。能量储存系统105可以具有接口(例如控制接口、网络连接等)，能量储存系统105可通过该接口与发电机组110通信(例如，从发电机组110接收信号和/或将信号发送到发电机组110)。在一些实施方式中，在操作期间，能量储存系统105可以充当或看起来是发电系统或同类的协作并联的发电机组(fellow co-paralleled gensets)，如没有调节器响应的发电机组(例如，允许对变化的负载需求的瞬时或接近瞬时的响应)。能量储存系统105可以向发电机组110发送信号，该信号向发电机组110指示能量储存系统105应该被发电机组110处理成好像它是发电机组本身一样。这可以允许能量储存系统105以“即插即用”的方式连接，而对发电机组110(其可以是常规同步发电机组或变速发电机组)有很少修改或没有修改。在一些实施方式中，如果通信接口可用于允许协调，则AC并联能量储存系统105可允许能够与能量储存系统105并联耦合的任何发电机组充当混合发电机系统或智能混合系统。
图2示出了能量储存系统105的更详细的示例性实现。在所示实施方式中，能量储存系统105包括能量储存装置205。能量储存装置205可以是或包括能够存储电能的任何类型的装置，例如一个或更多个电池、一个或更多个电容器(例如超级电容器)等。能量储存系统105还包括逆变器240，其被配置为将功率传输到一个或更多个发电机组110、一个或更多个负载130和/或被配置为在发电机组110和负载130之间传输功率的一个或更多个功率传输线路和/或从一个或更多个发电机组110、一个或更多个负载130和/或被配置为在发电机组110和负载130之间传输功率的一个或更多个功率传输线路接收功率。逆变器240可以是被配置为在能量储存装置205和发电机组110和/或负载130之间双向传输功率的双向逆变器。例如，逆变器240可以传输存储在能量储存装置205中的功率以帮助驱动负载130，并且逆变器可以将由发电机组110产生的过剩功率存储在能量储存装置205中。在一些实施方式中，逆变器240可以是单向逆变器，并且能量储存系统105还可以包括整流器和/或DC-DC转换器以在另一个方向上提供功率流。
在一些实施方式中，能量储存系统105可以包括多个输入端和/或输出端(例如，功率输入端/输出端)。例如，能量储存系统105可以包括被配置为从外部源(例如电力网)接收AC功率并将功率存储在能量储存装置205中和/或经由逆变器240将功率传输到负载130的交流(AC)输入端。在一些实施方式中，AC功率可以被接收并传输到能量储存系统105的DC总线(例如，经由能量储存系统105的AC-DC转换器)。在一个这样的实施方式中，能量储存系统105可以例如通过中断和/或隔离本地电网的部分、通过在AC输入端处接收AC功率、将功率传输到能量储存系统105的DC总线并且通过逆变器240输出AC功率来经由AC输入端提供电网分配和隔离。可选地，两个能量储存装置105(每个具有单个双向逆变器240)可以背靠背放置，一个在第一电网上，而一个在第二电网上，并且经由它们的DC总线被耦合以共享功率。这可有助于增加容错、简化和/或降低功率布线，提供局部浪涌保护(例如通过能量储存装置205)和/或提供抵抗损坏的弹性(例如，用于军事/战斗应用)。
能量储存系统105可以此外或可选地包括直流(DC)输入端。DC输入端可以允许使用能量储存系统105的内部DC总线和到其他DC总线的连接(例如，使用中间DC总线与其他能量储存系统和/或发电机组(例如变速发电机组)一起操作)进行的DC总线并联。在一些实施方式中，其它DC总线可以具有与能量储存系统105的DC总线相似的电压。在其他实施方式中，其它DC总线可以具有不同的电压，并且能量储存系统105可以包括将输入功率的电压转换为内部DC总线电压的DC-DC转换器。
AC输入端和/或DC输入端可用于从外部源(例如，有污染的或噪声源，例如嘈杂的电压或频率不稳定的电网或弱电网或不可靠的可再生源，例如风力或太阳能)获取功率输入并清洁功率。干净的功率可以通过逆变器240在隔离的本地电网上被重新发射。这可以实现系统中的进一步的燃料节省，其中当本地电网与弱的或不稳定的公用电网断开连接时，本地备用发电机组通常将被触发以提供功率。过剩的功率可以被存储在能量储存装置205中，并且不足的功率可以使用存储在能量储存装置205中的能量来进行补充。逆变器240可用于对本地电网执行功率因数校正。因此，能量储存系统105可以用于例如在长输电线路的末端支持较弱的本地电网，或受到局部灯火管制，根据需要输出功率，并当功率在电网上再次强劲时再充电。
在一些实施方式中，能量储存系统105可以使用AC输入端和/或DC输入端从一个或更多个外部能量源250输入功率。例如，可以从一个或更多个外部能量源(例如可再生能量源)(例如，光伏动力源、太阳动力源、风动力源、固体氧化物燃料电池、PEM燃料电池、地理动力源、热动力源、电动力源等)接收输入功率。在一个示例性实现中，能量储存系统105可以包括DC-DC转换器，其被配置为从能量源250接收功率输入并将功率输入电压转换成能量储存系统105的内部DC总线的电压。来自外部能量源250的功率可以存储在能量储存装置205中和/或被传输到负载130，并且可以用于补充在本地电网上的功率。DC并联于另外的AC并联能量储存系统105或“哑”能量储存/生产系统(例如电池组、快速存储电容器组或燃料电池)或变速发电机组的内部DC总线。DC并联也可用于在多个能量储存系统105之间磨损水平和状态的电池系统。
能量储存系统105还包括被配置为控制逆变器240的操作的控制器210。控制器210可以包括处理器215，其可以是任何类型的通用或专用处理器(例如FPGA、CPLD、ASIC等)。控制器210还可以包括存储器220，其可以包括任何类型的计算机或机器可读存储介质(例如RAM、ROM、PROM、磁性存储器、光学存储器、闪存等)。在一些实施方式中，控制器210可以包括输入/输出(I/O)模块或其他控制接口，控制器210可以通过该其他控制接口与其他组件进行通信(例如，从其他组件(例如发电机组110)接收数据和/或将数据和/或控制信号传输到其他组件)。
控制器210可以包括被配置为实现控制器210的一个或更多个功能的一个或更多个模块。在一些实施方式中，模块可以被实现为存储在存储器220中的计算机或机器可读指令，该计算机或机器可读指令可由处理器215执行以执行功能。在一些实施方式中，附加地或可选地，可以通过硬件模块(例如集成电路)全部或部分地实现模块。
在所示实施方式中，控制器210包括逆变器控制模块225。逆变器控制模块225被配置为控制逆变器240的操作状态。模块225可以例如基于发电机组110和/或负载130的操作特性来控制逆变器240的状态。在一些实施方式中，模块225可以响应于检测到负载的功率需求的变化而使逆变器240改变状态。例如，如果模块225检测到负载需求的增加，则模块225可以使逆变器240将来自能量储存装置205的功率传输到负载130以补充由发电机组110产生的功率从而满足需求。如果模块225检测到负载需求的减小，则模块225可以使逆变器240从发电机组110接收功率并将功率存储在能量储存装置205中。模块225还可以监测能量储存装置205的充电的状态并控制逆变器240响应于检测到低充电条件(例如，低于阈值充电水平的充电)而从发电机组110接收功率。在一些实施方式中，模块225可以基于发电机组110和/或负载130的操作特性来控制逆变器240，以将发电机组110维持在操作条件的范围(例如高效操作范围)内。
功率监测模块230被配置为监测发电机组110和/或电力网络/电网的功率状态。功率监测模块230可以监测网络的功率容量以确定是否激活或去激活一个或更多个并行同类发电机组。如果运行了比需要满足负载需求更多的发电机组(即，过剩发电容量是在线的)，则模块230可以产生并传输控制信号到一个或更多个发电机组，该一个或更多个发电机组被配置成如果能量储存系统105完全被充电或充分被充电则使发电机组去激活(例如，断电、进入低功率睡眠状态等)，并从能量储存系统105提供任何缺少的功率需求。可选地，如果能量储存系统105没有处于完全或足够高的充电状态，则它可以吸收过剩发电能力以对它自身进行充电，并将操作的发电机组保持在它们最有效的操作范围内。一旦完全或足够充分充电，能量储存系统105可以周期关断过剩发电机组/能力关断，并从它的储存提供剩余的功率需求。如果能量储存系统105和一组零个或多个当前活动的发电机组不足以满足负载需求，则模块230可以激活(例如，加电、从低功率睡眠状态唤醒等)一个或更多个发电机组来帮助满足需求。在一些实施方式中，模块230可以尝试激活满足负载需求所需的最小数量的发电机组，以帮助减少燃料消耗并提高系统的效率。
瞬态控制模块235被配置为控制能量储存系统105以帮助减少发电机组110所看到的瞬态。例如，在大负载步长(例如，负载需求快速增加，例如大于阈值的量或速率增加)的情况下，瞬态控制模块235可以控制逆变器240以停止对能量储存装置205充电，如果能量储存装置205当前正在被充电，并且通过逆变器240使功率输出从能量储存装置205斜升以帮助满足增加的需求。在一些实施方式中，模块235可以控制逆变器240以临时增加所命令的充电/放电速率，以帮助负责负载需求的快速增加/减少。模块235可以被配置为在负载需求的这种快速改变的情况下帮助减少发电机组110所看到的瞬态并帮助维持功率质量(例如，避免由发电机组110提供的电压中的大量急升或下降)。能量储存系统105可以可选地具有在内部或外部耦合到它的一个或更多个本地能量储存子系统。这些本地能量储存子系统可以具有不同的电压电平、充电/放电速率、存储容量、充电/放电寿命限制、操作温度限制等。在一个示例实施方式中，超级电容器子系统耦合到能量储存系统105并配置为处理浪涌需求和快速充电/放电需求瞬态，而其他储存子系统用于更长持续时间的充电/放电周期。在一些实施方式中，模块235可以使用能量储存系统105的浪涌能力来减少瞬态，例如支持浪涌以允许发电机组容量与预期负载(例如平均预期负载)的匹配(例如，精确的“正确大小”匹配)，并支持在浪涌能力中的负载的突然增加，直到其他发电机组可以联机或发电机组系统在公用电网功率失去时启动(例如，作为不间断电源或UPS)和/或在突然的负载下降时从其他发电机组吸收过剩功率(例如，以防止极性滑动或通过吸收功率以允许低电压事件穿越(low voltage event ride through)来支持电网代码规范)。
图3示出根据示例性实施方式的用于控制能量储存系统的过程300的流程图。过程300可以由系统200的控制器210(例如，通过逆变器控制模块225)执行。
参考图2和3，控制器210从(例如，通过有线或无线通信接口)通信地耦合到控制器210的一个或更多个发电机组接收一个或更多个信号(305)。信号可以指示一个或更多个发电机组110和/或一个或更多个负载130的一个或更多个操作条件或与之有关。例如，信号可以指示发电机组110的旋转速度(例如RPM)、燃料消耗、温度、功率输出、电压、电流、频率、操作时间和/或其它操作条件。控制器210被配置为监测发电机组110和/或负载130的一个或更多个操作条件(310)。控制器210可以基于接收到的信号来监测操作条件。
控制器210被配置为控制逆变器240以存储由发电机组110产生的功率(例如，过剩功率)和/或基于所监测的操作条件来传输所存储的功率以驱动负载130(315)。控制器210可以控制逆变器240以将一个或更多个发电机组110维持在操作条件的范围内。例如，每个发电机组110可以具有一个或更多个操作条件的特定范围，例如发动机RPM范围，在该的特定范围内发电机组110最有效地操作(例如，使用最低量的燃料)。控制器210可以监测发动机和控制逆变器240的RPM或扭矩输出条件以接收由发电机组110产生的过剩功率和/或补充由发电机组110产生的功率来满足负载130的需求，同时将发电机110维持在发动机的有效RPM或扭矩输出范围内(例如，而不是允许发电机组110在有效范围之上或之下操作发动机来满足负载需求)。在一些实施方式中，控制器210可以被提供控制器210根据其确定每个发电机组110的操作条件的范围(例如，有效范围)的数据(例如，配置数据)。在一些实施方式中，控制器210可以观察来自发电机组110的一个或更多个操作参数(例如，燃料使用数据)，并且可以通过对在一个或更多个操作周期期间参数的观察来推断操作条件的期望范围。
在一些实施方式中，控制器210可以被配置为，基于负载功率需求的改变，例如通过将负载需求的改变与阈值水平进行比较，来改变逆变器240的操作状态。例如，控制器210可以监测负载需求并且确定需求是否增加或减少大于阈值水平的量(例如，需求量或增加/减少的速率是否超过阈值水平)。响应于变化超过阈值，控制器210可以改变逆变器240的操作状态(例如，改变通过逆变器240的电流的方向和/或增加或减少充电/放电速率)。
控制器210可以检测大于阈值增加量的功率需求的增加。例如，控制器210可以检测大于阈值增加量的功率需求增加量(例如，以千瓦或kW为单位)和/或大于阈值速率的速率增加(例如，指示负载需求的快速增加)。作为响应，控制器210可以控制逆变器240以释放存储在能量储存装置205中的功率以驱动负载130。在一些实施方式中，控制器210可以部分地基于功率需求和/或发电机组110和/或负载130的其他操作参数来控制放电量或速率(例如，以将发电机组110维持在操作条件的范围内，并且防止发电机110在期望的范围之外操作来满足增加的需求)。
控制器210可以检测大于阈值减少量的功率需求的减少。例如，控制器210可以检测大于阈值减少量的功率需求减少量和/或大于阈值速率的速率减少(例如，指示负载需求的快速下降)。作为响应，控制器210可以控制逆变器240以使用超过负载需求的由发电机组110产生的功率来对能量储存装置205进行充电。在一些实施方式中，控制器210可以部分地基于发电机组110和/或负载130的功率需求和/或其他操作参数来控制充电量或速率(例如，以将发电机组110维持在操作条件的范围内，并且防止发电机110在期望的范围之外操作来调节到减少的负载需求)。
在一些实施方式中，控制器210可以产生被配置为使发电机组110改变操作状态的控制信号。例如，控制器210可以将控制信号传输到一个或更多个发电机组，以使它们激活或去激活以满足负载需求的改变，同时降低总发电机系统的燃料消耗。当发电机组110在操作条件的范围内操作时，控制器210可以控制逆变器240使用由发电机组110产生的过剩功率对能量储存装置205进行充电。控制器210可以产生控制信号，该控制信号被配置为例如响应于确定可在没有全部发电机组110激活的情况下满足负载需求和/或由在操作条件的范围内的激活的发电机组110产生的当前功率超过负载需求的量或速率比可存储在能量储存装置205中的更大，而使一个或更多个发电机组110去激活(例如，如果所有发电机组110保持激活，使得一个或更多个发电机组110将在操作条件的期望范围之外操作来调节到功率需求)。
控制器210可以控制逆变器240从能量储存装置205放电来驱动负载130。控制器210可以产生控制信号，其被配置为使一个或更多个发电机组110激活以帮助驱动负载130，例如，如果当前激活的发电机组110和能量储存系统105的组合能力为不足以满足负载需求。在一些实施方式中，控制器210可以产生控制信号，其被配置为使一个或更多个发电机组在能量储存系统105帮助驱动负载130时去激活。例如，如果控制器210确定负载需求可以使用存储在能量储存装置205中的功率和比当前激活的更少数量的发电机组110来满足，则控制器210可以去激活一个或更多个发电机组110来节省燃料和/或允许剩余的发电机组110在操作条件的期望的范围内操作。
图4是根据示例性实施方式的能量储存系统控制方案的状态图400。控制器210(例如，逆变器控制模块225)可以利用状态图400来控制逆变器240的操作。在一些实施方式中，控制器210可以被配置为增加或减少它在发电机组110的并联系统中的优先级，以允许它在完全充电或需要充电时预先占有其他发电机组。
参考图2和图4，控制器210可以在恒定电压状态410中开始操作(405)。在一些实施方式中，开始可以出现附接到发电机组110的低或最小负载130。在恒定电压状态410中，控制器210可以控制逆变器240以在实质上恒定的电压(例如，在设定的输出电压值的阈值距离内或在设定的输出电压值周围的电压电平)下放出存储在能量储存装置205中的电力。一旦发电机组110启动(例如，被激活)，控制器210就确定是否将逆变器240转变到充电状态465或恒定电流状态420。如果发电机组110启动并且能量储存装置205处于低充电状态(例如，能量储存装置205的充电状态或SOC低于阈值)(430)，则控制器210将逆变器240转变为充电状态465。在充电状态465中，使用由激活的发电机组110产生的功率来对能量储存装置205进行充电。在一些实施方式中，充电可以由最大功率(例如，最大AC功率)设置限制。
如果发电机组110启动并且能量储存装置205不处于低充电状态(425)，则控制器210将逆变器240转变为恒定电流状态420。在恒定电流状态420中，控制逆变器240以从能量储存装置205放电来维持实质上恒定的电流(例如，在设定的输出电流值的阈值距离内或在设定的输出电压值周围的电流电平)。如果一个或更多个激活的发电机组110能够满足负载需求(例如，在发电机组110的有效操作范围内)(435)，则控制器210可以使能量储存装置205的当前输出斜降(440)。控制器210可将能量储存系统105置于关断状态450。在关断状态450中，逆变器240被控制成使得功率不流向能量储存装置205或不从能量储存装置205流出。控制器210继续接收操作条件数据并监测发电机组110的负载需求和/或操作。如果负载需求增加(445)，则控制器210可以将能量储存系统105返回到恒定电流状态420。如果能量储存装置205在恒定电流状态420中时进入低充电状态(470)，则控制器210可以将能量储存系统105转变成充电状态465。
当在关断状态450中时，如果控制器210检测到负载需求的减少和能量储存装置205的充电状态小于完全充电水平或低于阈值充电水平，或者检测到有超过负载需求的可用容量且能量储存装置205在充电区域(例如，能量储存装置205被允许充电的充电状态范围)中(455)，控制器210可以将能量储存系统105转变为充电状态465。如果负载需求在充电状态465中时增加和/或能量储存装置205的充电状态在最大充电水平处或之上(例如，能量储存装置205是满的)(460)，则控制器210可以将能量储存系统105转变到关断状态450。在一些实施方式中，控制器210可以将能量储存系统转变为恒定电流状态420以满足增加的负载需求。在所示实施方式中，在恒定电流状态420、关断状态450或充电状态465中的任何一个中，如果最后一个激活的发电机组110被去激活(例如，通过控制器210的命令或通过紧急关闭条件，例如发电机组110的故障)(415)，控制器210可以将能量储存系统105转变为恒定电压状态410。
图5是根据示例性实施方式的使用能量储存系统来控制网络功率的过程500的流程图。控制器210(例如功率监测模块230)可以执行过程500以控制一个或更多个发电机组110的操作状态(例如激活和/或去激活)。例如，过程500可用于保持低(例如，最小)数量的发电机组110是激活的以满足当前负载需求，同时防止快速循环并且避免将系统推入它不能在至少阈值量的时间(例如阈值数量的分钟)期间维持的状态内。在一些实施方式中，可以使用过程500(例如，结合下面描述的过程600)来帮助确保有足够的能力来允许能量储存系统105帮助提供瞬时支持。
参考图2和图5，控制器210可以对当前在线发电机组110和能量储存装置205的总容量求和(505)。控制器210可以基于从发电机组110接收的信号来确定或估计每个发电机组110和/或多个发电机组110的组合的当前容量。
控制器210可以确定(例如计算)下一个接通阈值(例如，以kW为单位)(510)。下一个接通阈值可以是一个阈值水平，超出该阈值水平(例如低于该阈值水平)，未激活的发电机组110可以被激活以帮助满足负载需求。在一些实施方式中，下一个接通阈值可以是用户可配置的阈值，例如总网络功率的百分比或功率的固定量(例如，以kW为单位)。
控制器210确定网络功率(例如，总容量)是否超过下一个接通阈值(例如，如果总容量低于阈值电平)(515)。如果是，则控制器210计算系统(例如能量储存系统105)可以维持系统的当前功率电平多长时间(520)。如果功率电平被预期维持在阈值以下的时间超过周期时间阈值(525)，则可以激活未激活的发电机组110，并且功率输出控制可以由控制器210设置为超过下一个接通阈值的当前量(在一些实施方式中加上测量误差)(530)。
如果网络功率未超过下一个接通阈值，则控制器210计算下一个关断阈值(535)。关断阈值可以是一个阈值水平，超出该阈值水平(例如高于该阈值水平)，激活的发电机组110可以被去激活(例如在出现低负载需求的清空时)。在一些实施方式中，下一个关断阈值可以是用户可配置的阈值，例如总网络功率的百分比或功率的固定量(例如，以kW为单位)。
控制器210确定网络功率是否超过下一个关断阈值(540)。如果是，则控制器210确定系统(例如能量储存系统105)可以维持系统的当前功率电平多长时间(545)。如果功率电平被预期维持超出阈值的时间超过周期时间阈值(550)，则控制器210确定是否去激活发电机组110将导致足够的容量(例如能量储存装置205的容量)以在至少阈值量的时间(例如30秒)期间保持最大预测瞬态(555)。如果否，控制器210可以不去激活发电机组110。如果是，并且考虑去激活的发电机组110不是最后一个激活的发电机组110，则控制器210可以去激活发电机组110并且将功率输出控制设置为超过下一个关断阈值的量(在一些实施方式中，加上测量误差)(560)。如果考虑去激活的发电机组110是最后一个激活的发电机组110，则控制器210可以将能量储存系统105转变为电压控制(例如恒定电压)模式(565)。
图6是根据示例性实施方式的用于使用能量储存系统来控制瞬态的过程600的流程图。过程600可以由控制器210(例如瞬态控制模块235)执行，以控制逆变器240来帮助减少在发电机组110处看到的瞬态。在一些实施方式中，如果负载需求已经改变了大于阈值量或速率，则可以利用过程600。
参考图2和图6，控制器210可以确定功率需求改变的量(例如相对量)(605)。在一些实施方式中，改变量可以被计算为网络容量乘以需求改变的百分比。在一些实施方式中，该量可以是绝对功率改变(例如，以kW为单位)。控制器210可以基于所确定的改变量来调整能量储存系统105的最大充电/放电速率(610)。例如，控制器210可以基于所确定的量来增加放电速率以满足负载需求的快速增加和/或可以基于所确定的量来增加充电速率以满足需求的快速下降。在一些实施方式中，调整后的速率可以高于在负载需求的正常(例如非快速)改变期间使用的正常最大充电/放电速率。如果放电速率变为负的，则控制器210可以将放电速率设置为零(615)。控制器210可计算出逆变器240将提供的最终功率(例如，稳定状态)，并且可以调整逆变器240的操作以斜升/斜降到最终功率电平(620)。在一些实施方式中，如果充电速率变为负的并且能量储存装置205的充电状态高于阈值充电状态，则控制器210可以将能量储存系统105转变到电流控制状态(例如恒定电流状态)。
在一些实施方式中，可以在多相实现中利用诸如能量储存系统105的能量储存系统来帮助监测和平衡关于相的负载。发电机组或交流发电机可以使不平衡负载附接到它们。例如，三相交流发电机可以具有在一个或两个相上的重负载和在第三相上的轻负载，或者在一相上的重负载和在另两相上的轻负载，等等。这可能导致较高的中性线路电流和加热，并且由于相之间的电压不平衡，可以另外降低电源质量。在其他情况下，通过使相上的负载需求超过相的连续或浪涌能力，在一个或两个相上的负载也可失去平衡，可能使系统降速或关闭，但是使总负载不超过总发电机组/交流发电机输出额定值。
在一些系统中，有源滤波与逆变器和其他功率电子控制器一起用于通过逆变器上的反馈控制来感测本地电网和条件并使其上面的功率平滑。然而，虽然有源滤波将使在本地电网上所看到的功率平滑，但它将不完全平衡将功率馈送到本地电网内的不平衡发电机组或交流发电机上的负载，或者如果其有助于负载平衡，其将作为功率平滑的次要结果，并不会保持很长时间。
现在参考图7，根据示例性实施方式，示出包括能量储存系统105的多相混合发电机系统的方框图，该能量储存系统105被配置为帮助在多个相上平衡负载。能量储存系统105可以包括类似于图2所示的任何或全部组件的组件，例如逆变器控制模块225、功率监测模块230、瞬态控制模块235和双向逆变器240。在一些实施方式中，图2和图7所共有的组件可以包括与上面关于图2描述的相同或相似的特征。
在图7所示的实现中，能量储存系统105包括负载平衡模块715。负载平衡模块715被配置为确定在一个或更多个相上的负载条件，超出该负载条件，发电机组110传输功率以驱动负载130。负载平衡模块715被配置为检测在一个或更多个相上的负载不平衡。在一些实施方式中，负载平衡模块715可单独地或结合功率监测模块230来工作，以监测在相上的负载条件。在一些实施方式中，负载平衡模块715可以监测相的电压并监测负载条件和/或基于电压来检测不平衡。在一些实施方式中，能量储存系统105可以接收来自被配置为监测流过一个或更多个相的电流的一个或更多个电流传感器710(例如，钳位式传感器、在线传感器等)的电流信号，以及负载平衡模块715可以使用电流信号来监测负载条件和/或检测负载中的不平衡。
负载平衡模块715被配置为控制逆变器240以响应于不平衡而存储来自发电机组110的功率和/或传输所存储的功率以帮助驱动负载130。在一些实施方式中，逆变器240可以包括用于每个相的单独的单相逆变器705。每个单相逆变器705控制进出关于单相的能量储存装置205的功率流。负载平衡模块715可以通过控制单相逆变器705(例如，经由传输到单相逆变器705的单独的控制信号)来独立地控制进出能量储存装置205的功率流。在一些实施方式中，每个单相逆变器705可以耦合到一个或更多个次级能量储存装置(例如，一个或更多个电池或一个或更多个电容器/超级电容器)，其被配置为在传输功率以帮助给重负载相供电之前临时存储从能量储存装置205传输的功率。
负载平衡模块715可用于平衡在发电机组/交流发电机相上的负载，并将先前卸载的相的过剩功率存储在能量储存装置205中。然后，这个所存储的功率可以用于提供旋转备用、浪涌填充或允许发电机组110在轻负载或低效的操作条件下关断，使得负载130的功率可以由能量储存系统105提供。在高的然而不平衡的负载条件下，能量储存系统105可以提供所需的额外功率以防止重负载相变得过热或超过交流发电机损坏曲线。这个额外的功率可以来自存储在能量储存装置205中的能量和/或来自从较轻负载相牵引(pull)和转移功率。对于功率转移，功率可在被重新转换并被推送到大量需求相之前被临时存储(例如，通过耦合到单相逆变器705的能量储存装置)。在一些实施方式中，可以使用纯功率电子器件进行相到相的直接转换。
由于电以可替代的方式流动，能量储存系统105不需要是发电机组110的内部部分，并且可以是单独的独立单元。在一些实施方式中，能量储存系统105可用作对任何起源的预先存在的发电机组或并联发电机组场的附加装置，并且它们或它们的控制系统不一定需要知道能量储存系统105如何操作或甚至能够与能量储存系统105通信以仍然受益。在一些这样的情况下，负载平衡模块715可以确定局部功率负载失去平衡并且需要校正(例如，经由电流传感器710和/或通过监测相中的电压差)。还可以考虑并合并其他功率因数，例如谐波和功率因数等。可以使用反馈回路来对电网施加校正，直到电流平衡(例如，在彼此的阈值水平内)或电压差或其他不良负载特性被减少或消除为止。
在一些实施方式中，负载平衡模块715可以在控制逆变器240的操作时确定和利用发电机组110的一个或更多个特性。如果例如发电机组的交流发电机特性(例如发电机损坏曲线)是已知的，则负载平衡模块715可以结合负载条件信息来利用这个信息以控制进出能量储存装置205的功率流以存储过剩功率和/或帮助驱动在一个或更多个相上的负载130。这可以允许能量储存系统105例如通过参与相峰值修剪以防止各个相在高的不平衡负载条件下变得过载来更好地管理发电机组110/交流发电机负载。与相关的发电机组的进一步通信(例如，通过中央控制器或经由无主负载需求控制(MLD)，其中能量储存系统105可以仅作为另一个发电机组出现)可以允许增加的协调和效率(例如，当处理可以被切通和切断以满足负载需求的具有不同大小的发电机组的发电机组场时)。
在一些实现中，能量储存系统105可以与小型发电机组装置、特别是例如具有军事应用的多个发电机组地点一起使用。能量储存系统105可以提供在这样的应用中通常将看到变化的和特别的负载需求的相的自动平衡。负载平衡可以为较小的交流发电机提供改进的益处(例如，由于可能被看到的相位差的大小)。此外，如上所述，通过相平衡清除的功率可以在使用AC并联在燃料节省方面被利用。
在一些实现中，将功率馈送到本地电网上的公用电网连接可能具有在本地电网的上游的弱相或不平衡负载需求，导致在选择相上的不稳定的功率或局部电力减弱，但仍可能输送所要求的功率。一些公用设施公司向用户、特别是工业/商业用户征收对异常地坏的负载的功率质量关税。能量储存系统105可以从良好的相牵引功率并将它推送到弱相上，如上面对于重加载的发电机组(例如，使用直接相到相转换或本地超级电容器或其他临时存储器)所述的。在这些实施方式中，应注意的是，能量储存系统105和负载平衡模块715可与一个或更多个发电机配对，或者作为独立系统被安装以平衡和校正本地电网电源或本地负载。
在一些实施方式中，能量储存系统105可以被配置成将信号传输到转接开关，所述转接开关被配置为响应于信号而断开与本地电网连接的电网(例如较大的公用电网)的一个或更多个相。转接开关可以断开弱相，且能量储存系统105可以利用存储在能量储存装置205中的功率和/或从其它更强的相转移的功率来为弱相供电。以这种方式，能量储存系统105可以在本地电网上在内部重建弱相以当连接到公用电网时供应否则将不满足弱电的功率需求。较长期储存也可以用于从看到失去平衡的本地负载的公用电网对本地UPS型电池储存装置进行充电，平衡由公用电网看到的负载并从弱负载相对电池/储存装置进行充电，使得本地用户看不到电池的充电。这个本地逆变器/电池也可以接着如上用于提供局部峰值修剪、旋转备用、浪涌供应、填充或各个相高负载平衡/相填充。也可以提供功率因数校正、谐波校正和其他有源滤波功率调节。
在电动车辆或插电式混合动力车或公共汽车或一批局部可拆卸电池需要被充电的情况下(如电动叉车或电动运输车辆)或大型本地储存装置需要被充电用于峰值修剪/电网填充的情况下，能量储存系统105可以用于平衡电网上的负载。在一些实施方式中，能量储存系统105可以通过仅加载相对未加载的相或通过“填充”在每个相上的负载到选定的标称平均或最大负载水平来对电池/储存装置进行充电。以这种方式，管理本地负载，所以本地系统不着重对相关联的电池/储存单元充电，并且本地负载和用户不经历功率下降或相部分电力减弱。同时，对公用设施连接呈现平衡良好的负载，避免了功率质量关税。实际上，创建了虚拟的“非高峰”充电系统，其利用从在很少利用的相上填充负载中牵引的功率，并且还动态地负载平衡并且防止本地电网上的过载。在一些实施方式中，这一大块可拆卸的电池/储存装置和车辆电池也可用于提供峰值修剪、负载浪涌(例如用于大型电动机启动或铝冶炼启动)，或者根据需要出售填充回到公用设施的电网。用户设定的最小充电水平，或完全充电的单元的最小集合可以被设置为允许主要电池用途(如叉车起重机使用或车队车辆)的继续本地使用。如果车辆是混合动力车辆，例如但不限于混合动力汽车、公共汽车或运输车辆或其他实用车辆，则它们可能被用于通过手动启动或在能量储存系统105的自动控制下启动来提供用于填充的电源或工厂/住宅的紧急备用发电。
图8示出使用能量储存系统来在多个相上平衡负载的过程800的流程图。现在参考图7和图8，能量储存系统105确定在一个或更多个相上的负载条件，基于该负载条件，发电机组110提供功率以驱动负载130。一个或更多个相可以相对于其它相处于高负载条件(例如，具有高于阈值水平的负载或至少高于一个或更多个其它相的负载水平的阈值水平)或低负载条件(例如，具有低于阈值水平的负载或至少低于一个或更多个其他相的阈值水平)。在一些实施方式中，能量储存系统105可以使用与相相关联的电流、电压和/或其他信息来确定负载条件。负载条件信息用于检测一个或更多个相的不平衡。
能量储存系统105控制逆变器240以响应于检测到负载不平衡而将由发电机组110产生的功率存储在能量储存装置205中和/或传输存储在能量储存装置205中的功率以帮助驱动在一个或更多个相上的负载130。负载平衡模块715可以检测到特定相处于低负载条件中，并且由发电机组110在相上产生的过剩功率可以存储在能量储存装置205中以加载相并且平衡该相与其他相。负载平衡模块715可以检测到特定相处于高负载条件中，并且能量储存系统105可以从能量储存装置205传输功率以补充由发电机组110在该相上提供来驱动在该相上的负载130的功率。
以上参考附图描述了本公开。这些附图示出实现本公开的系统和方法和程序的具体实施方式的某些细节。然而，用附图描述本公开不应被解释为对本公开强加可能存在于附图中的任何限制。本公开设想在用于完成其操作的任何机器可读介质上的方法、系统和程序产品。本公开的实施方式可以使用现有的计算机处理器或者由为了这个目的或另一目的合并的专用计算机处理器或由硬连线系统来实现。本文中没有权利要求元素应根据35USC§112第六段的规定被解释，除非该元素使用短语“用于…的装置”被明确地列举。此外，本公开中的元素、组分或方法步骤并没有被规定为专用于公众，而不管元素、组分或方法步骤是否在权利要求中被明确地列举。
如上所述，在本公开的范围内的实施方式包括程序产品，其包括机器可读存储介质，机器可读存储介质用于携带或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构。这样的机器可读存储介质可以是可以由具有处理器的计算机或其他机器访问的任何可用介质。作为例子，这种机器可读存储介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁性存储设备、或可用于携带或存储以机器可执行指令或数据结构的形式的期望程序代码并且可由具有处理器的计算机或其他机器访问的任何其他介质。上述项的组合也被包括在机器可读存储介质的范围内。机器可执行指令包括例如使计算设备或机器执行某个功能或一组功能的指令和数据。如本文所提及的机器或计算机可读存储介质不包括暂时介质(即空间中的信号)。
本公开的实施方式在方法步骤的一般上下文中被描述，方法步骤可以在一个实施方式中由包括例如以由在联网环境中的机器执行的程序模块的形式的机器可执行指令例如程序代码的程序产品来实现。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。机器可执行指令、相关联的数据结构和程序模块表示用于执行本文公开的方法的步骤的程序代码的例子。这种可执行指令或相关联的数据结构的特定顺序表示用于实现在这些步骤中描述的功能的相应动作的例子。
本公开的实施方式可以使用到具有处理器的一个或更多个远程计算机的逻辑连接在联网环境中被实施。逻辑连接可以包括在这里作为例子而不是限制而呈现的局域网(LAN)和广域网(WAN)。这样的联网环境在遍及办公室或遍及企业的计算机网络、内联网和因特网中是普通的，并且可以使用各种不同的通信协议。本领域中的技术人员将认识到，这样的网络计算环境通常将包括许多类型的计算机系统配置，包括个人计算机、手持设备、多处理器系统、基于微处理器的或可编程消费电子设备、网络PC、服务器、小型计算机、大型计算机等。本公开的实施方式还可以在分布式计算环境中被实施，其中任务由通过通信网络链接(通过硬连线链路、无线链路或通过硬连线或无线链路的组合)的本地和远程处理设备来执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地和远程存储器存储设备中。
用于实现本公开的整个系统或部分的示例性系统可以包括计算设备，其包括例如处理单元、系统存储器和将包括系统存储器的各种系统组件耦合到处理单元的系统总线。系统存储器可以包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)或其他非暂时性存储介质。计算机还可以包括用于从磁性硬盘读取和写入磁性硬盘的磁性硬盘驱动器、用于从可移动磁盘读取或写入可移动磁盘的磁盘驱动器以及用于从可移动光盘例如CD ROM或其他光学介质读取或写入可移动光盘例如CD ROM或其他光学介质的光盘驱动器光盘。驱动器及其相关联的机器可读介质为计算机提供机器可执行指令、数据结构、程序模块和其他数据的非易失性存储。
应当注意，虽然本文提供的流程图示出了方法步骤的特定顺序，但是应当理解，这些步骤的顺序可能与所描绘的不同。还可以同时或部分同时执行两个或多个步骤。这种变化将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计人员的选择。应当理解，所有这样的变化都在本公开的范围内。同样，本公开的软件和web实现可以用基于规则的逻辑和其他逻辑的标准编程技术来实现，以完成各种数据库搜索步骤、关联步骤、比较步骤和决策步骤。还应当注意，如在本文和权利要求书中使用的词“组件”旨在包括使用一行或多行软件代码的实现和/或硬件实现和/或用于接收手动输入的设备。
为了说明和描述的目的呈现了本公开的实施方式的前述描述。它并没有被规定为无遗漏的或将本公开限制到所公开的精确形式，并且根据上述教导，修改和变化是可能的，或者可以从本公开的实践中获得。实施方式被选择和描述，以便解释本公开的原理及其实际应用，以使得本领域技术人员能够在各种实施方式中以及以适合于所设想的特定用途的各种修改来利用本公开。

Claims (26)

1.一种能量储存系统，包括：
能量储存装置；
双向逆变器，其被配置为经由多个相来控制进入或流出所述能量储存装置的功率流；以及
控制器，其被配置为基于在所述多个相中的一个或更多个相上的负载条件来控制所述双向逆变器，其中所述控制器被配置为控制所述双向逆变器以响应于检测到在所述多个相之间的负载不平衡而将由发电机组产生的功率存储在所述能量储存装置中和将功率从所述能量储存装置传输到由所述发电机组驱动的负载，并且其中，所述控制器还被配置为：
检测在本地电网的上游的、所述多个相中的第一相上的所述负载不平衡；
将信号传输到转接开关，所述转接开关被配置为响应于接收到所述信号使所述本地电网的所述第一相从所述本地电网的上游的电网断开同时维持与所述多个相中的至少一个其它相的连接；以及
使用来自所述能量储存装置或所述多个相中的一个或更多个第二相的功率在所述第一相上提供功率。
2.根据权利要求1所述的能量储存系统，其中，所述双向逆变器被配置为对于所述多个相中的每个相独立地控制进入或流出所述能量储存装置的功率流。
3.根据权利要求2所述的能量储存系统，其中，所述双向逆变器包括关于所述多个相中的每个相的单独的单相逆变器。
4.根据权利要求3所述的能量储存系统，还包括第二能量储存装置，所述第二能量储存装置耦合到每个单相逆变器并被配置为在功率经由一个或更多个第二相传输到所述负载之前临时存储从一个或更多个第一相接收的功率，所述一个或更多个第一相具有比所述一个或更多个第二相的外加负载更低的外加负载，其中所述第二能量储存装置包括电池或超级电容器中的至少一个。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的能量储存系统，其中，所述控制器被配置为：
检测所述多个相中的所述第一相，所述第一相具有与所述多个相中的一个或更多个第二相不同的负载；以及
控制所述双向逆变器的操作状态以响应于检测到在所述第一相上的所述不同的负载而将功率存储在所述能量储存装置中或经由所述第一相从所述能量储存装置传输功率。
6.根据权利要求5所述的能量储存系统，其中，所述控制器被配置为：
检测所述第一相上的、比所述一个或更多个第二相上的负载更低的负载；以及
控制所述双向逆变器以响应于检测到所述第一相上的所述更低的负载而使用由所述发电机组产生的功率来给所述能量储存装置充电。
7.根据权利要求5所述的能量储存系统，其中，所述控制器被配置为：
检测所述第一相上的、比所述一个或更多个第二相上的负载更高的负载；以及
控制所述双向逆变器以响应于检测到所述第一相上的所述更高的负载而从所述能量储存装置放电来驱动在所述第一相上的所述更高的负载。
8.根据权利要求1-4和6-7中任一项所述的能量储存系统，其中，所述控制器被配置为：
从一个或更多个电流传感器接收多个电流信号，其中，所述多个电流信号中的每个电流信号指示在所述多个相中的一个相上的电流；以及
使用所述多个电流信号来监测所述负载条件并检测所述负载不平衡。
9.根据权利要求1-4和6-7中任一项所述的能量储存系统，其中，所述控制器被配置为：
监测所述多个相中的每个相的电压；以及
使用关于所述多个相的电压来监测所述负载条件并检测所述负载不平衡。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的能量储存系统，其中，所述控制器被配置为：
确定所述发电机组的特性；以及
控制所述双向逆变器以基于所述发电机组的所述特性和所述负载条件将由所述发电机组产生的功率存储在所述能量储存装置中和将功率从所述能量储存装置传输到所述负载，并防止所述多个相中的第一相过载。
11.根据权利要求1-4、6-7中任一项所述的能量储存系统，其中，所述发电机组包括被配置为驱动多个负载的多个发电机组中的第一发电机组，以及其中所述控制器被配置为控制所述双向逆变器以响应于检测到在所述多个相之间的负载不平衡而将由所述多个发电机组产生的功率存储在所述能量储存装置中和将功率从所述能量储存装置传输到所述多个负载。
12.根据权利要求11所述的能量储存系统，其中，所述控制器被配置为控制所述双向逆变器以在所述多个发电机组给一个或更多个电动车辆、一个或更多个插电式混合动力车辆或多个可移除的电池中的至少一个充电时使所述多个相上的所述负载平衡。
13.一种控制进出能量储存系统的功率流的方法，所述方法包括：
在所述能量储存系统的控制器处确定本地交流电网的多个相中的一个或更多个相上的负载条件；
控制所述能量储存系统的双向逆变器，以响应于检测到在所述多个相之间的负载不平衡而将来自所述本地交流电网的功率存储在所述能量储存系统的能量储存装置中和将功率从所述能量储存装置传输到由所述本地交流电网驱动的负载；
将信号传输到转接开关，所述转接开关被配置为响应于接收到所述信号使所述本地交流电网的第一相从所述本地交流电网的上游的公用电网断开同时维持与所述多个相中的至少一个其它相的连接；以及
使用来自所述能量储存装置或所述多个相中的一个或更多个第二相的功率在所述第一相上提供功率。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括使用所述双向逆变器对于所述多个相中的每个相独立地控制进入或流出所述能量储存装置的功率流。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括：
检测所述多个相中的所述第一相，所述第一相具有与所述多个相中的一个或更多个第二相不同的负载；以及
控制所述双向逆变器的操作状态以响应于检测到在所述第一相上的所述不同的负载而将功率存储在所述能量储存装置中或经由所述第一相从所述能量储存装置传输功率。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：
检测所述第一相上的、比所述一个或更多个第二相上的负载更低的负载；以及
控制所述双向逆变器以响应于检测到所述第一相上的所述更低的负载而使用来自所述第一相的功率给所述能量储存装置充电。
17.根据权利要求15所述的方法，其中：
检测所述第一相上的、比所述一个或更多个第二相上的负载更高的负载；以及
控制所述双向逆变器以响应于检测到所述第一相上的所述更高的负载而从所述能量储存装置放电以驱动在所述第一相上的所述更高的负载。
18.根据权利要求13-16中任一项所述的方法，还包括：
控制所述双向逆变器以响应于检测到所述多个相中的一个或更多个第一相比所述多个相中的一个或更多个第二相具有更低的负载而通过增加所述一个或更多个第一相上的负载来使在所述多个相上的所述负载平衡；以及
通过使在所述多个相上的所述负载平衡使用由所述双向逆变器收集的功率给一个或更多个电动车辆、一个或更多个插电式混合动力车辆或多个可移除的电池中的至少一个充电。
19.根据权利要求13或14所述的方法，还包括：
将来自与一个或更多个第二相相比具有更低的外加负载的一个或更多个第一相的功率存储在耦合到所述双向逆变器的所述能量储存装置中；以及
将功率从所述能量储存装置传输到所述一个或更多个第二相；
其中，所述能量储存装置包括电池或超级电容器中的至少一个。
20.根据权利要求13或14所述的方法，还包括：
确定发电机组的特性；以及
控制所述双向逆变器以基于所述发电机组的所述特性和所述负载条件将由所述发电机组产生的功率存储在所述能量储存装置中并将功率从所述能量储存装置传输到所述负载，并防止所述多个相中的第一相过载。
21.一种混合发电机系统，包括：
发电机组，其被配置为产生功率以驱动负载；以及
能量储存系统，其包括：
能量储存装置；
双向逆变器，其被配置为经由多个相来控制进入或流出所述能量储存装置的功率流；以及
控制器，其被配置为基于在所述多个相中的一个或更多个相上的负载条件来控制所述双向逆变器，其中，所述控制器被配置为控制所述双向逆变器以响应于检测到在所述多个相之间的负载不平衡而将由所述发电机组产生的功率存储在所述能量储存装置中和将功率从所述能量储存装置传输到所述负载，并且其中，所述控制器还被配置为：
检测在本地电网的上游的、所述多个相中的第一相上的所述负载不平衡；
将信号传输到转接开关，所述转接开关被配置为响应于接收到所述信号使所述本地电网的所述第一相从所述本地电网的上游的电网断开同时维持与所述多个相中的至少一个其它相的连接；以及
使用来自所述能量储存装置或所述多个相中的一个或更多个第二相的功率在所述第一相上提供功率。
22.根据权利要求21所述的混合发电机系统，其中，所述双向逆变器被配置为对于所述多个相中的每个相独立地控制进入或流出所述能量储存装置的功率流。
23.根据权利要求21所述的混合发电机系统，其中，所述控制器被配置为：
检测所述多个相中的所述第一相，所述第一相具有与所述多个相中的一个或更多个第二相不同的负载；以及
控制所述双向逆变器的操作状态以响应于检测到在所述第一相上的所述不同的负载而将功率存储在所述能量储存装置中或经由所述第一相从所述能量储存装置传输功率。
24.根据权利要求23所述的混合发电机系统，其中，所述控制器被配置为：
检测所述第一相上的、比所述一个或更多个第二相上的负载更低的负载；以及
控制所述双向逆变器以响应于检测到所述第一相上的所述更低的负载而使用由所述发电机组产生的功率来给所述能量储存装置充电。
25.根据权利要求23所述的混合发电机系统，其中，所述控制器被配置为：
检测所述第一相上的、比所述一个或更多个第二相上的负载更高的负载；以及
控制所述双向逆变器以响应于检测到所述第一相上的所述更高的负载而从所述能量储存装置放电来驱动在所述第一相上的所述更高的负载。
26.根据权利要求21或22所述的混合发电机系统，其中，所述控制器被配置为：
确定所述发电机组的特性；以及
控制所述双向逆变器以基于所述发电机组的所述特性和所述负载条件将由所述发电机组产生的功率存储在所述能量储存装置中并将功率从所述能量储存装置传输到所述负载，并防止所述多个相中的第一相过载。
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