CN110915090A - 提取多余功率的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种用于连接电源(110)、能量存储单元(140)和电网(150)的功率系统，该功率系统包括功率逆变器(120)、能量存储功率转换器(130)和控制器。功率逆变器通过DC总线电耦合到电源，并且将来自DC总线的DC功率转换成AC功率以输出到电网。功率转换器电耦合在DC总线与能量存储单元之间，并且将功率存储在能量存储单元中并且从能量存储单元释放功率。控制器控制功率转换器以将来自电源的由于逆变器的削减(例如削波)而不能输出到电网的多余功率存储在能量存储单元中，并且控制能量存储功率转换器将能量存储单元中存储的功率释放给功率逆变器以输出到电网。

Description

提取多余功率的方法和系统
相关申请的交叉引用
本专利文件要求2017年5月15日提交的专利申请号为62/506,363的美国临时专利申请的在35U.S.C§119(e)下的申请日的权益，在此通过引用并入。
背景技术
本发明的实施例总体上涉及功率系统，并且更具体地，涉及用于在包括互连功率资产的功率系统中提取多余的功率以存储在能量存储单元中并从能量存储单元释放功率的方法和系统。
电功率转换设备和相关联的控制系统可以用于与各种能量资源连接。例如，功率系统可以包括各种互连的分布式能源(例如，发电机和能量存储单元)和负载。功率系统还可以连接到公用电网或微电网系统。功率系统采用电力转换来在这些能量资源(例如，AC/DC，DC/DC，AC/AC和DC/AC)之间转换功率。
功率系统可以被设计为提供功率、调整功率并且将功率从一个电源转移到另一电源，一个潜在的目标是向电网的一个或多个负载提供不间断的功率。希望以最有效的方式提供功率，以便最大可能的能量产生量被使用。但是，拓扑限制和设计要求可能会限制最终使用的能量产生。
功率系统可以设计有能量存储单元，例如电池能量存储或飞轮能量存储。能量存储单元可以用于存储来自可再生能源的能量，例如太阳能电池阵列或风力涡轮机。来自诸如公用电网或另一个微电网的电网的能量也可用于存储在能量存储单元中。
当能量存储系统的电源是诸如风能或太阳能的可再生源时，可以采用多个功率转换器来提供能量。功率转换器可以包括：用于将由可再生源供应的功率转换成交流电(AC)以用于向例如AC电网和/或AC负载供应功率的功率转换器；以及DC/DC转换器，用于转换由可再生源供应给例如DC负载和/或能量存储单元(例如电池或飞轮)的功率。这些功率转换器可能具有阻止它们从可再生电源提取全部可用功率的局限性，在这种情况下，功率转换器可以被称为以“削减”或“削波”的方式操作。由于设计限制而被削减或削波的多余功率可能会丢失，从而导致发电效率降低。
发明内容
本发明的实施例包括用于向能量存储单元充电和从能量存储单元释放的系统和方法。在本发明的实施例中，由诸如光伏电源之类的电源产生的多余功率可以被捕获并被存储在能量存储单元中。此外，在本发明的实施例中，可以在优先考虑电源产生的功率的同时释放存储在能量存储单元中的功率。此外，在本发明的实施例中，可以在功率释放期间由能量存储功率转换控制器来模拟电源。
在一个方面，一种用于连接电源、能量存储单元和电网的功率系统包括功率逆变器、能量存储功率转换器和控制器。功率逆变器通过DC总线电耦合到电源，并且将来自DC总线的DC功率转换成AC功率以输出到电网。能量存储功率转换器电耦合在DC总线与能量存储单元之间，并且将功率存储在能量存储单元中并且从能量存储单元释放功率。控制器控制能量存储功率转换器并且被配置为控制能量存储功率转换器以将来自电源的不能输出到电网的多余功率存储在能量存储单元中，并且控制能量存储功率转换器以将存储在能量存储单元中的功率释放给功率逆变器，以输出到电网。
控制器被配置为控制能量存储功率转换器以从电源捕获多余功率可以包括控制系统被配置为：确定功率逆变器是否被削减；当功率逆变器被削减时，增大功率转换器的充电命令以将多余功率存储在能量存储单元中；以及当功率逆变器未被削减时，减小功率转换器的充电命令。
控制器被配置为控制能量存储功率转换器以从电源捕获多余功率可以包括控制系统被配置为：确定PV逆变器的输出功率是否超过第一预定阈值；当所述PV逆变器的输出功率超过所述第一预定阈值时，增大能量存储功率转换器的充电命令以将多余功率存储在能量存储单元中；并且当功率逆变器的输出功率不超过第一预定阈值时，确定功率逆变器的输出功率是否小于第二预定阈值，以及当输出功率小于第二预定阈值时，减小能量存储功率转换器的充电命令。
控制系统被配置为控制能量存储功率转换器以从电源捕获多余功率可以包括控制系统被配置为：确定电源的当前输出功率是否小于电源的先前输出功率；根据关于电源的当前输出功率是否小于电源的先前输出功率的确定结果，调整DC总线上的高电压极限，以跟踪电源的最大功率点。
所述控制器可以是转换器控制器，其控制所述能量存储功率转换器，而无需来自功率逆变器的控制器的输入。进一步，所述控制器被配置为控制所述能量存储功率转换器以从PV阵列捕获多余PV功率可以包括所述控制器被配置为：自动检测功率逆变器上的削减而无需来自功率逆变器控制器的输入的情况下；以及当检测到削减时，控制所述能量存储功率转换器将多余功率存储到所述能量存储单元中，直至最大电源功率点。
控制器可以是转换器控制器，其控制能量存储功率转换器而无需来自功率逆变器的控制器的输入。进一步，所述控制器被配置为控制所述能量存储功率转换器以从PV阵列捕获多余PV功率包括所述控制系统被配置为：确定所述能量存储功率转换器的输出功率中的变化；确定DC总线处电压中的变化；根据所述能量存储功率转换器输出功率中的变化和所述DC总线处电压中的变化，调整所述DC总线上的高电压极限。
所述控制器被配置为控制所述能量存储功率转换器以将存储在所述能量存储单元中的功率释放给所述功率逆变器以输出至所述电网可以包括所述控制器被配置为：从所述能量存储单元释放功率，同时优先考虑来自电源的任何可用功率。
所述控制器被配置为从所述能量存储单元释放功率同时优先考虑来自电源的任何可用功率可以包括所述控制器被配置为：
确定所述功率逆变器是否未被削减；当所述功率逆变器未被削减时，确定所述电源的输出功率是否已经减小，并根据所述电源的输出功率是否已经减小来控制所述能量存储功率变换器调整从所述能量存储单元释放的功率。
所述控制器被配置为根据所述电源的输出功率是否已经减小来调整从所述能量存储单元释放的功率包括所述控制器被配置为：调整用于所述能量存储功率转换器的释放功率命令，以通过功率释放调整值来释放一定量的功率，所述功率释放调整值的符号根据所述电源的输出功率是否已经减小而改变。
电源可以是光伏电源，并且所述控制器被配置为控制所述能量存储功率转换器以将存储在所述能量存储单元中的功率释放给所述功率逆变器以输出到所述电网可以包括：所述控制器被配置为控制所述能量存储功率转换器以模拟所述光伏电源的功率输出。
控制器可以通过被编程为模拟所述光伏电源的功率-电压特性的查询表来模拟所述光伏电源。
控制器还可以通过基于下垂参数控制所述能量存储单元功率转换器的功率命令来模拟所述光伏电源。
控制器可以是所述能量存储单元转换器的转换器控制器，并且所述转换器控制器可以与所述功率逆变器的控制器通信以获得关于所述功率逆变器的输出功率的信息。
在另一方面，提供一种从功率系统中的电源捕获多余功率的方法，其中所述功率系统包括：通过DC总线耦合到所述电源的功率逆变器，以及耦合在DC总线和能量存储单元之间的能量存储功率转换器，所述方法包括：确定所述功率逆变器是否被削减；当所述功率逆变器被削减时，调整功率转换器的充电命令以将来自所述电源的不能输出到电网的多余功率存储在所述能量存储单元中。
确定所述功率逆变器是否被削减可以包括确定所述PV逆变器的输出功率是否超过第一预定阈值。
确定所述功率逆变器是否被削减并且调整功率转换器的充电命令以将来自所述电源的不能输出到电网的多余功率存储在所述能量存储单元中可以包括：当所述功率逆变器的输出功率超过所述第一预定阈值时，增大所述功率转换器的充电命令以将来自所述电源的不能输出到电网的多余功率存储；以及当输出功率小于第二预定阈值时，减小所述功率转换器的充电命令。
调整所述功率转换器的充电命令以将来自所述电源的不能输出到电网的多余功率存储在所述能量存储单元中可以包括：确定所述电源的当前输出功率是否小于所述电源的先前输出功率；以及根据关于所述电源的当前输出功率是否小于所述电源的先前输出功率的确定结果，调整所述DC总线上的高电压极限，以跟踪所述电源的最大功率点。
可以通过电压变化值来调整所述高电压极限，并且当所述电源的输出功率小于所述电源的先前输出功率时，将所述电压变化值的符号反转。
确定所述功率逆变器是否被削减以及当所述功率逆变器被削减时调整功率转换器的充电命令以将来自所述电源的不能输出到电网的多余功率存储在所述能量存储单元中可以包括：确定所述能量存储功率转换器的输出功率中的变化；确定DC总线处的电压中的变化；根据所述能量存储功率转换器的输出功率中的变化和所述DC总线处的电压中的变化，调整DC总线上的高电压极限。
可以通过电压变化值来调整所述高电压极限，并且当所述能量存储功率转换器的输出功率中的变化为正且所述DC总线处的电压中的变化为零或较小负值时，将所述电压变化值的符号反转；以及当所述能量存储功率转换器的输出功率中的变化为负且所述DC总线处的电压中的变化为正时，将所述电压变化值的符号反转。
在另一方面，一种将存储在能量存储单元中的功率释放以输出到功率系统中的电网的方法，所述功率系统包括通过DC总线耦合到电源的功率逆变器，以及耦合在所述DC总线和所述能量存储单元之间的能量存储功率转换器，所述方法包括：从所述能量存储单元释放功率给所述功率逆变器，以使所述功率逆变器能向所述电网供应功率。当从所述能量存储单元释放功率时，相比来自所述能量存储单元的可用功率优先考虑来自所述电源的可用功率。
从所述能量存储单元释放功率给所述功率逆变器，以使所述功率逆变器能向所述电网供应功率可以包括：确定所述功率逆变器是否未被削减；当所述功率逆变器未被削减时，确定所述电源的输出功率是否已经减小；以及根据关于所述电源的输出功率是否已经减小的确定结果，调整从所述能量存储单元释放的功率。
可以通过功率释放调整值来调整从所述能量存储单元释放的功率，所述功率释放调整值的符号根据所述电源的输出功率是否已经减小而改变。
电源可以是光伏电源，并且从所述能量存储单元释放功率给所述功率逆变器使得所述功率逆变器能向所述电网供应功率可以包括：通过编程为模拟光伏电源的电源-电压特性的查询表来模拟所述光伏电源。
电源可以是光伏电源，并且从所述能量存储单元释放功率给所述功率逆变器使得所述功率逆变器能向所述电网供应功率可以包括：通过基于下垂参数控制所述能量存储单元功率转换器的功率命令来模拟所述光伏电源。
在另一方面，一种将存储在能量存储单元中的功率释放以输出到功率系统中的电网的方法，所述功率系统包括通过DC总线耦合到电源的功率逆变器，以及耦合在所述DC总线和所述能量存储单元之间的能量存储功率转换器，所述方法可以包括：获取所述DC总线的电压；从所述能量存储单元释放功率至所述逆变器，使得所述功率逆变器能通过根据所述DC总线的电压对所述电源进行模拟，从而向所述电网供应功率。
从所述能量存储单元释放功率到所述功率逆变器使得所述功率逆变器能向所述电网供应功率可以包括：基于所述DC总线的电压从查询表获得用于所述能量存储功率转换器的对应的输出功率，其中所述查询表被编程以模拟光伏电源的功率-电压特性。
从所述能量存储单元释放功率到所述功率逆变器使得所述功率逆变器能向所述电网供应功率可以包括：通过基于下垂参数控制所述能量存储单元功率转换器的功率命令来模拟所述光伏电源。模拟所述光伏电源可以包括根据以下公式计算用于控制所述能量存储转换器输出功率的功率命令：
Pcmd＝Pset-Vdroop*(V_pv-V_set)
其中：
Pcmd是功率命令；
Pset是预定的设定功率；
Vdroop是下垂参数，用于模拟光伏电源的当前电压特性；
V_pv是DC总线的电压；
V_set是预定的设定电压，用于模拟所述光伏电源的当前电压特性。
附图说明(本公开非限制性实施例)
图1示出了根据实施例的功率系统，其中控制系统包括彼此通信的PV逆变器控制器和能量存储转换器控制器。
图2示出了根据另一实施例的功率系统，其中PV逆变器控制器和能量存储转换器控制器与主控制器通信。
图3是示出根据本发明的实施例的从电源提取多余功率的方法的方法流程图。
图4是示出根据本发明的实施例的从电源提取多余功率的方法的流程图。
图5是示出根据本发明的实施例的从电源提取多余功率的方法的流程图。
图6是示出根据本发明的实施例的从电源提取多余功率的方法的流程图。
图7是示出根据本发明的实施例的使用功率转换器从能量存储单元释放功率同时优先考虑来自电源的可用功率的方法的流程图。
图8是示出根据本发明的实施例的使用功率转换器从能量存储单元释放功率的同时优先考虑来自电源的可用功率的方法的流程图。
图9是示出PV阵列功率-电压特性的曲线图。
具体实施方式
现在将参考构成其一部分的附图，并且这些附图以说明的方式示出了特定的示例性实施例。然而，本文描述的原理可以以许多不同的形式体现。附图中的组件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。而且，在附图中，贯穿不同的视图可以放置相似的附图标记来指定对应的部分。
在本发明的以下描述中，某些术语仅用于参考目的，而无意于进行限制。例如，尽管本文可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。如在本发明的说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另外明确指出，单数形式“一”，“一个”和“该”也意图包括复数形式。还应理解，本文所用的术语“和/或”是指并且涵盖一个或多个相关列出的术语的任何和所有可能的组合。将进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括”时，其指定了所阐述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除存在或一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组的添加。
本发明的实施例包括捕获由电源产生的多余功率的系统和方法，该多余功率可能由于功率转换器削减而损失。本发明的实施例包括用于释放由能量存储单元捕获的功率的系统和方法。
参照图1和图2，根据本发明的实施例的功率系统100包括电源110，功率逆变器120，能量存储单元功率转换器130和能量存储单元140。电源110在DC总线A处电耦合至逆变器120，并且转换器130电耦合在DC总线A与能量存储单元140之间。PV逆变器将可以由电源110和/或能量存储单元140提供的在DC总线A处的功率转换为输出到电网150的交流(AC)功率。
电网150可以例如是一个或多个负载，或者它可以是微电网、公用电网等。电源110可以例如是诸如PV阵列的光伏源。能量存储单元可以例如是电池或多个连接的电池单元。功率逆变器120可以例如是可以具有或可以不具有双向能力的光伏(PV)逆变器。转换器130可以是双向DC/DC转换器。
由于设计约束和/或其他因素，电源110输出的功率可能超过逆变器120可以输出到电网150的最大功率。在这种情况下，需要削减逆变器120，并且可以将削减的功率称为“多余功率”。削减可能发生在以下情况下，例如但不限于当电源110的最大输出功率超过逆变器120的额定值(即最大额定功率输出)时发生的逆变器削波，逆变器120的温度超过预定值发出需要降低功率输出以避免逆变器故障的信号，或者逆变器120从例如小于电源110所产生的功率量的公用事业公司接收功率命令(即，用于特定量的功率的命令)。在图1所示的实施例中，功率系统100可以将该多余功率存储在能量存储单元140中，然后可以将其随后释放给电网150。
在图1和图2所示的实施例中，功率转换器控制器132可以获得关于PV逆变器的工作点(P_Inv)的信息(即，工作期间的输出功率的水平)。该信息可以由PV逆变器的输出处的电压和电流传感器确定，或者可以通过各种通信协议通过通信链路以数字方式进行通信，并且应该理解，本发明不限于任何特定的通信协议。
当功率逆变器120的输出功率(P_Inv)接近功率逆变器120的最大功率(P_InvMax)时，功率逆变器120可能被削减(例如，逆变器削波)。因此，当功率逆变器120的输出功率(P_Inv)超过功率逆变器120的最大功率(P_InvMax)的预定阈值(P_InvMax-Pdelta)时，功率转换器控制器132启动控制循环，该控制循环的输出是能量存储单元140功率(或电流)命令(Pcharge_cmd)(即，用于功率转换器130以给能量存储单元140充电特定量的功率的命令)。由于逆变器120削减(例如削波)，控制循环开始存储可用的多余能量。该控制循环控制逆变器120的输出功率(P_Inv)(即，在预定范围内)接近最大功率值(P_InvMax)。如果逆变器的输出功率低于最大功率(P_InvMax)的预定范围，则确定转换器控制器132正在控制转换器130从电源110提取过多的能量。在这种情况下，电池充电功率(P_Conv)会降低(例如，可以通过迭代控制转换器功率命令(P_Conv)或通过闭环控制器(例如PI控制器)自动降低电池充电功率，以将逆变器返回到额定功率(P_InvMax)的预定范围。此外，如果控制循环要求能量存储单元140开始释放以将逆变器的输出功率维持在最大功率(P_InvMax)的预定范围内，则这反过来意味着可用电源110的功率低于逆变器120的最大功率(P_InvMax)的预定范围并且逆变器120的削减(例如削波)将不会发生。
作为使用预定范围来确定逆变器120是否正在削减的替代，转换器控制器132可以替代地实现可调整的DC端口A高电压极限Vdc_HiLimit。DC端口高电压极限Vdc_HiLimit是可调整的值，其可初始设置为等于或接近逆变器130的工作范围的上限电压。转换器控制器132还被编程为当电压超过DC端口高电压极限Vdc_HiLimit时，调整转换器130的功率电荷输出以降低在DC总线A处测量的电压。然后，当逆变器120削减时，转换器控制器132调整该DC端口高电压极限Vdc_HiLimit以跟踪电源110上的最大功率点。
在图1所示的实施例中，功率逆变器120与功率转换器130之间的通信是通过功率逆变器120的控制器122与功率转换器130的控制器132之间的直接连接来实现的。不同地，在图2所示的实施例中，借助于主控制器210来实现通信。逆变器控制器122和转换器控制器132中的每一个与主控制器210通信，并且转换器控制器132从主控制器210获得关于逆变器120的工作点(P_Inv)的信息。控制器122、132和210可以例如被实现为现场可编程门阵列(FPGA)和/或能够在本地和/或远程更新的基于数字处理的控制器。然而，应当理解，控制器122、132和210不仅限于这些特定类型，并且可以是任何类型的数字处理器或模拟或混合信号电路。
虽然图1和图2示出了能够使用控制系统来捕获由电源110产生的多余功率的系统，该控制系统使用逆变器控制器122和转换器控制器132之间的通信链路来获得关于逆变器120的工作点(P_Inv)的信息，然而本发明不限于此，并且转换器130可以能够自动检测何时削减逆变器120。在使用自动检测的实施例中，不需要图1的控制器122和132之间的直接通信以及通过主控制器210进行的工作点(P_Inv)的通信。例如，如果图1或图2的通信链路被损坏，或者如果希望避免在控制器122和132之间安装通信链路的开销，则这可能是有利的。
在一个实施例中，当逆变器120被削减时(例如，由于削波)，自动控制依赖于电源110的电压动态，以将逆变器120功率输出(P_PV)维持在逆变器的最大输出功率(P_InvMax)附近，同时将多余的能量存储在能量存储单元140中。通常，当逆变器120被削减时，出现于DC总线A上的电源110电压将升高。尽管电源电压本身的升高并不总是意味着逆变器功率会被削减，但是当转换器130输出功率P_Conv不遵循其功率命令P_Charge_cmnd且DC总线A处的电源电压升高时，逆变器功率(P_Inv)被削减。
在自动方法的实施例中，转换器控制器132实施PV端口高电压极限(VpvHighLmt)并将其设置为高于所测量的PV电压。当转换器控制器132检测到转换器的输出功率(P_Conv)与转换器的指令功率(Pcharge_cmd)不同时(这将会发生以为了维持设定的VpvHighLmt)，转换器控制器132识别出逆变器功率P_Inv正在削减，并且转换器控制器132通过更改VpvHighLmt并提取最大可能的多余PV功率而开始实施自己的最大功率点跟踪(MPPT)算法。
除了对能量存储单元140充电之外，逆变器控制器132可以被配置为将功率从电池释放到逆变器120以在电网150处输出。由转换器130释放的能量可以是当电源110的最大输出功率超过PV逆变器的最大值时存储的多余能量，但是也可以是来自电网150的功率，其从双向PV逆变器120存储在能量存储单元中。
当向功率逆变器120释放功率时，转换器控制器132可以被配置为确保从电源110可获得的任何功率被给予比存储在能量存储单元中的功率更高的优先级。为此，转换器控制器132可以被配置为监视电源110输出的功率以检测任何减少，并且如果存在减少，则调整其释放命令以减少由电池释放的功率。
充电
图3是示出根据本发明的实施例的从电源提取多余功率的方法的流程图。参照图3，在步骤310中，功率系统100的控制系统确定功率逆变器120是否被削减。这可以通过在控制系统的逆变器控制器122和转换器控制器132之间建立的通信链路(例如，如图1和图2所示)或通过转换器控制器132的自动检测来实现。在步骤320中，当确定功率逆变器120被削减时，控制系统调整功率转换器130的充电命令，使得由于削减而可用的多余能量被存储在能量存储单元140中。充电命令是用于转换器130充电特定量的功率的命令。在步骤330中，如果功率逆变器120没有被削减，则控制系统可以减小充电命令以确保功率逆变器以最大功率工作。在步骤330中，在减小充电命令之前，还可以例如通过将逆变器120的输出功率与最大逆变器功率(P_InvMax)的预定范围进行比较来确定是否在能量存储单元140中存储了太多的功率。
图4是示出根据本发明的实施例的从电源提取多余功率的方法的流程图。图4是一种方法，在一个实施例中，确定功率逆变器120是否被削减，当功率逆变器被削减时增大功率转换器130的充电命令以将多余的能量存储在能量存储单元140中，以及在功率逆变器120没有被削减时降低功率转换器130的充电命令，其中转换器控制器132可以通过例如建立在逆变器控制器122和转换器控制器132之间的通信链路访问逆变器120的功率输出P_Inv。
参照图4，在步骤410中，转换器控制器130将输出功率P_Inv与逆变器120的最大输出功率(P_InvMax)的第一阈值(P_InvMax-Pdelta)进行比较。进行该比较以确定逆变器120是否在接近其最大功率输出P_InvMax的情况下工作，在这种情况下，逆变器120可以被削减。阈值可以被设置为最大功率输出P_InvMax与Pdelta之差。Pdelta的值可以相对较小，并且可以例如基于逆变器120的额定功率来设置。例如，取决于逆变器的输出功率计量精度，可以将Pdelta设置在逆变器120的额定值的0.5％至1％之间。然而，应当理解，本发明不限于这些特定的Pdelta值。
在步骤420中，当确定逆变器正在接近最大功率输出P_InvMax工作时，转换器控制器130确定逆变器120被削减，并且转换器控制器130增大功率转换器130的充电命令(Pcharge_cmd)。以这种方式，来自电源110的多余功率被转换器130提取并被存储在能量存储单元140中。当增大充电命令(Pcharge_cmd)时，可以将充电命令(Pcharge_cmd)增大预定量的功率(P_step)。增大充电(Pcharge_cmd)后，转换器控制器130返回到步骤410。
当确定逆变器没有在接近最大功率输出P_InvMax的情况下工作时，转换器控制器130确定逆变器120未被削减。然后，在步骤430中，转换器控制器130确定转换器是否提取了过多的功率。转换器控制器130可以通过将逆变器120的输出功率(P_Inv)与逆变器120的最大输出功率(P_InvMax)的第二阈值(P_InvMax-Pdelta-Pdelta2)进行比较来做出该确定。第二阈值可以被设置为Pdelta和Pdelta2与最大功率输出P_InvMax的差。Pdelta2的值可以例如被设置为与Pdelta1相同的值。然而，应当理解，Pdelta2不限于该特定值。
如果转换器控制器130确定转换器130正在提取太多功率，则在步骤440中，转换器控制器130将功率转换器的充电命令Pcharge_cmd减小P_step。通过减小充电命令Pcharge_cmd，转换器控制器130确保功率逆变器120以接近其最大功率输出的方式工作。在减小充电命令Pcharge_cmd之后，转换器控制器132返回到步骤410。如果在步骤430中，转换器控制器130确定转换器130没有提取太多功率，则转换器控制器130返回到步骤410。
以下控制逻辑示出了一个实施例，其中功率系统的控制系统以功率命令模式控制转换器130，并且转换器控制器132具有关于逆变器的最大功率命令水平P_InvMax和逆变器的工作功率点(P_Inv)的信息。可以由转换器控制器132执行以下控制循环，以实现图4的方法。
Figure BDA0002366003800000131
在上述控制循环中，“P_PV＝P_Conv+P_Inv”是电源110的功率输出的计算。通过将功率转换器130和功率逆变器120的输出功率相加P_CONV+P_Inv来计算电源110的功率输出。“If((P_Inv>P_InvMax-Pdelta))”确定逆变器的输出功率(P_Inv)是否超过某个阈值(即逆变器是否工作在接近其最大功率的情况)，表示逆变器120的功率被削减。当逆变器120输出功率(P_Inv)超过阈值时，“Pcharge_cmd＝Pcharge_cmd+P_step”将转换器130的充电命令Pcharge_cmd增大P_step，以将多余功率存储在能量存储单元140中。“Else If((P_Inv<P_InvMax-Pdelta-Pdelta2))”确定输出功率(P_Inv)是否小于第二阈值，该第二阈值表示转换器130正在提取太多功率。“Pcharge_cmd＝Pcharge_cmd-P_step”减小充电命令，使得功率逆变器120将在接近其最大功率输出的情况下工作。“0<Pcharge_cmd<ConvMaxChargeCommand”确保转换器130的充电命令(Pcharge_cmd)不超过其最大充电命令或额定功率。
图5是示出根据本发明的实施例的从电源110提取多余功率的方法的流程图。与图4相似，图5是一种方法，在一个实施例中，确定功率逆变器120是否被削减，当功率逆变器120被削减时增大功率转换器130的充电命令以将多余能量存储在能量存储单元140中的方法，以及当功率逆变器未被削减时减小功率转换器130的充电命令，其中转换器控制器132通过例如在逆变器控制器122与转换器控制器132之间建立的通信链路已经访问了逆变器120的功率输出P_Inv。然而，与图4所示的实施例不同，图5的实施例实现了DC端口高电压极限(Vdc_HiLimit)以提取多余的电源110的功率。
在图5所示的提取多余功率的方法中，当可能存在多余的电源110功率时，调整PV端口A上的DC端口高电压极限Vdc_HiLimit以跟踪电源110上的最大功率点。DC端口高电压极限Vdc_HiLimit是被编程到转换器控制器132中的可调值。转换器控制器132还具有最大DC端口高电压极限Vdc_HiLimit，其被称为Vdc_HiLimit_max，以及用于调整Vdc_HiLimit的值的电压变化值，其被称为deltaV。最大DC端口高电压极限Vdc_HiLimit_max是不变的静态值，并且是DC端口高电压极限Vdc_HiLimit的最大可能值。最大DC端口高电压极限Vdc_HiLimit_max可以例如与逆变器120的电压上限相同或接近。电压变化值deltaV是预定值，可以将其设置为相对小的值，或者可以将其作为设计选择而被选择。
当执行图5所示的方法时，转换器控制器132还被编程为防止在DC总线A处测量的电压超过DC总线高电压极限Vdc_HiLimit。如果DC总线上的电压超过Vdc_HiLimit，则增大转换器控制器132的功率命令Pcharge_cmd以控制DC/DC转换器130从电源110提取功率，这继而应将DC总线电压降低到DC端口高电压极限Vdc_HiLimit以下。相反，当DC总线A处的电压小于Vdc_HiLimit时，转换器控制器132可以减少Pcharge_cmd以控制功率转换器130以减少从电源110提取的功率。可以以与图4中所示的方式相似的方式来调整转换器130的功率命令(Pcharge_cmd)，因此，为简洁起见，省略其说明。
通常，对于诸如PV阵列的电源110，如果DC总线A上的电压相对较高，则逆变器120不会汲取大量功率。此外，当逆变器120被削减时，DC总线A电压升高，因为没有从电源110汲取全部可用功率。因此，如果转换器控制器132控制转换器130从电源110提取多余功率，那么DC总线A处的电压将降低。在图5所示的实施例中，当由于逆变器120的削减而可能存在多余的PV功率时，将Vdc_HiLimit调整以跟踪电源110(例如，PV阵列)上的最大功率点。因此，例如，如果逆变器120以1200V的DC总线A电压操作，并且逆变器120没有被削减，则如果逆变器然后被削减，则DC总线A上的电压将上升至1250V。转换器控制器240确定削减已经开始，并且开始使用其DC端口高电压极限Vdc_HiLimit，并将提取功率(P_Conv)以存储在能量存储单元140中。然后，DC总线A电压将降低。
现在将参考图5描述该方法。在步骤510中，转换器控制器132确定逆变器120是否未削减。这样做时，转换器控制器可以既检查以查看逆变器120是否因为其输出功率小于逆变器的最大输出功率(P_InvMax)而未被削减，其中最大输出功率被设置为逆变器120的额定功率，又检查以查看逆变器120没有由于高温或来自工厂操作员或公用事业公司的最大功率命令而被削减。如果逆变器120未被削减并且逆变器120的功率输出(P_Inv)小于逆变器最大功率(P_InvMax)，则在步骤520中，转换器控制器132将DC端口高电压极限(Vdc_HiLimit)设置为最大DC端口高电压极限Vdc_HiLimit_max。在这种情况下，功率转换器将不会从电源110提取功率。
如果逆变器120被削减或逆变器输出功率P_Inv超过最大输出功率P_InvMax，则转换器控制器132开始调整其Vdc_HiLimit以跟踪电源110的最大功率点。在步骤530中，转换器控制器132首先确定通过将逆变器的功率输出(P_Inv)与转换器的功率输出(P_Conv)相加而计算出的计算出的电源功率(P_PV)是否超过在前一个循环中计算的先前计算出的输出功率(P_old)。换句话说，转换器控制器132确定电源功率(P_PV)是减小还是增大。
然后，在步骤540中，转换器控制器132根据电源功率P_PV是增大还是减小来调整DC端口高电压极限Vdc_HiLimit。可以使用以下公式调整DC端口高电压极限Vdc_HiLimit：
Vdc_HiLimit＝Vdc_measured+deltaV
其中：
Vdc_measured是在DC总线A处测量的电压；
当P_PV减小时，deltaV＝-deltaV；和
当P_PV增大时，deltaV＝deltaV。
在该等式中，deltaV是预定的电压变化值，如果P_PV减小，则其符号反转。在调整了Vdc_HiLimit之后，该方法继续回到步骤510以重复该循环。因此，当在逆变器120削减期间调整Vdc_HiLimit时，只要P_PV继续增大，就通过将deltaV加到测量的DC总线A电压上来调整Vdc_HiLimit。如果P_PV减小，则将deltaV的符号反转，并且通过反转的deltaV调整Vdc_HiLimit。
在图5的使用DC端口高电压极限(Vdc_HiLimit)提取多余功率的方法中，当DC端口高电压极限(Vdc_HiLimit)减小时，转换器控制器132将增大其功率命令(Pcharge_cmd)。随着功率命令(Pcharge_cmd)增大，由转换器130输出到能量存储单元140的功率(P_PV)将增大。然而，如果转换器130提取了太多的功率，则逆变器120的输出功率(P_Inv)将减小，这将降低P_PV。在这种情况下，deltaV的符号将反转，从而将增大Vdc_HiLimit，并降低转换器的功率命令(Pcharge_cmd)。
以下控制逻辑示出了一个实施例，其中功率系统的控制系统在功率命令模式中控制转换器130，转换器控制器132具有关于逆变器的最大功率命令水平P_InvMax和逆变器的工作功率点(P_Inv)的信息，并且控制器132实现可调整的DC端口高电压极限(Vdc_HiLimit)。可以由转换器控制器132执行以下控制循环，以实现图5的方法。
Figure BDA0002366003800000161
在上述控制循环中，P_PV＝P_Conv+P_Inv是电源110的功率输出的计算。通过将功率转换器130和功率逆变器120的输出功率相加P_Conv+P_Inv来计算电源110的功率输出。“If((P_Inv<P_InvMax)&INV未被削减)”是确定逆变器120的输出功率(P_Inv)是否小于逆变器120的最大输出功率(P_InvMax)，其中P_InvMax例如设置为逆变器120的额定功率，并检查逆变器120是否由于诸如温度或公用事业公司的命令之类的任何其他原因而未被削减。“Vdc_HiLimit＝Vdc_HiLimit_rnax”表示当逆变器输出功率P_Inv小于最大逆变器输出功率(P_InvMax)并且逆变器120未被削减时将DC端口高电压极限(Vdc_HiLimit)设置为最大DC端口高电压极限(Vdc_HiLimit_max)。“If(P_PV<P_PV_old)”确定电源110(例如，PV阵列)的功率(P_PV)是否小于来自先前循环的先前的电源功率(P_PV_old)。“deltaV＝-deltaV”表示当P_PV<P_PV_old时，反转deltaV的符号。“Vdc_HiLimit＝Vdc_measured+deltaV”是用于根据电源功率(P_PV)是增大还是减小来调整DC端口高电压极限的公式。“0<Pcharge_cmd<Conv_MaxChargeCommand”确保转换器130的充电命令(Pcharge_cmd)不超过其最大充电命令。
图6是示出根据本发明的实施例的从电源110提取多余功率的方法的流程图。类似于图4和图5，图6是以下一种方法：确定功率逆变器是否被削减，当功率逆变器被削减时，增大功率转换器的充电命令以将多余能量存储在能量存储单元中，并且当功率逆变器未被削减时，减小功率变换器的充电命令。然而，与图4和图5所示的实施例不同，图6的实施例自动地捕获多余的电源110功率(P_PV)，而不需要逆变器控制器122和转换器控制器132之间的通信链路。
类似于图5所示的实施例，自动提取多余功率的方法利用被编程到转换器控制器132中的可调整的DC端口高电压极限(Vdc_HiLimit)，并且转换器控制器132也被编程为防止在DC总线A处测量的电压超过DC端口高电压极限Vdc_HiLimit。然而，在图6所示的方法中，转换器控制器132自动检测逆变器120上的削减，并开始捕获电源110(例如，PV阵列)功率直至最大电源110功率点。因为转换器控制器132自动地检测削减，所以不需要转换器控制器132与逆变器控制器122之间的通信链路，并且转换器控制器132不需要逆变器的输出功率(P_Inv)或最大输出功率(P_InvMax)。因此，在该实施例中，转换器控制器132自动地检测功率转换器上的削减，并且控制能量存储功率转换器以将多余功率存储在能量存储单元中直至最大电源110功率点，而无需来自逆变器控制器122的输入。
现在将参考图6描述该方法。为了确定是否存在逆变器120削减，在步骤610和620中，转换器控制器132检测功率转换器130的输出功率(P_Conv)的改变(delta P_Conv)(步骤610)和DC总线A电压(V_PV)中的改变(delta V_PV)(步骤620)。在该实施例中，输出功率(P_conv)是指示电荷的绝对正值。因此，功率转换器130的输出功率(P_Conv)中的变化(delta P_Conv)为正时则指示系统正在以更高的功率比率(power rate)充电。
然后，在步骤630中，转换器控制器132根据功率转换器130的输出功率(P_Conv)的变化(delta P_Conv)和DC总线A电压(V_PV)的变化(delta V_PV)来确定是否存在逆变器120削减。如果转换器确定存在削减，则可以将上限设置为接近当逆变器120开始削减时或恰好在削减开始之前DC总线A电压的位置。当逆变器120开始削减时，DC总线A电压将具有上升的趋势。因此，DC总线A电压将超过上限Vdc_HiLimit并且转换器控制器132将控制转换器130为能量存储单元140充电。在转换器控制器132确定没有削减的情况下，该方法返回到步骤610。
一旦转换器控制器132确定逆变器120正在削减，则在步骤640中，转换器控制器132开始跟踪电源110中的最大功率。因此，在该方法中，当逆变器处于削减状态并因此正在输出恒定功率时，控制器132控制DC/DC转换器130以跟踪电源上的最大功率点。因此，在正常工作模式下，逆变器没有削减而是在执行其自身的最大功率点跟踪(MPPT)，并且在控制DC总线上的电压。但是当逆变器120削减时，逆变器不再控制DC总线上的电压，而是处于恒定功率模式，因此DC/DC转换器开始调整其DC上限Vdc_HiLimit以在电源上进行MPPT 110(或者换句话说，从电源110提取最大功率)。
以下控制逻辑图示了一个实施例，其中功率系统的控制系统以自动模式控制转换器130，其中转换器控制器132自动检测逆变器120上的削减，并开始捕获多余的电源功率，而无需来自逆变器控制器122的输入。可以由转换器控制器132执行以下控制循环，以实现图6的方法。
Figure BDA0002366003800000191
在上述控制循环中，“delta P_Conv＝P_Conv-P_Conv_old”是用于确定转换器130的输出功率中的变化的计算。“delta V_PV＝V_pv-V_pv_old”是用于确定在DC总线A处的电压中的变化的计算。“If((delta P_Conv为正)&&(delta V_PV为0或小负数))OR((delta P_Conv为负)&&(delta V_PV为正))”确定是否存在逆变器120的削减以及是否应该通过反转电压调整值deltaV的符号来调整上限电压Vdc_HiLimit。如果转换器130的电荷输出功率中的变化(delta P_Conv)为负，并且DC总线A处的电压中的变化为正，则这将指示潜在的削减以及需要调整上限Vdc_HiLimit以防止削减。如果转换器控制器132和逆变器控制器122都想要执行最大功率点跟踪(MPPT)，则该IF语句还确保了转换器130不会干扰逆变器120。例如，当可用PV功率使得逆变器120和转换器130都以其额定功率工作时，两者都想要执行MPPT。考虑1MW的逆变器120和250kW的转换器130。如果从电源110可获得1.25MW，则逆变器120和转换器130都将尝试执行MPPT。此时，由于V_pv曲线在该时刻达到峰值，因此DC总线A电压(V_pv)中的变化将非常小(即，小负数)。为了确保转换器130不会干扰逆变器120，通过IF语句“If((delta P_Conv为正)&&(delta V_PV为0或小负数))”将其向右略微移离MPPT。deltaV＝-deltaV是电压变化值deltaV的反转。
释放
为了实现逆变器120的最大功率输出，可能需要利用来自能量存储单元的功率来补充由电源110产生的功率。当PV阵列110和能量存储单元140两者都提供功率时，优选地，来自电源1 10的功率优先于存储在能量存储器中的任何功率，否则，由电源110产生的功率可能会损失。从能量存储单元140释放的功率可以是来自电源110的多余功率，该功率已在逆变器120被削减时已经被预先存储在能量存储单元140中。例如，在PV阵列的情况下，可能在一个时间点上已经产生了多余的功率，在该时间点上，PV阵列110正在以最大功率输出工作并且逆变器120由于PV阵列110的最大功率输出超过了逆变器120的额定功率而被削减。该多余功率可以例如根据图2-6所示的任何方法被存储在能量存储单元中。在稍后的时间点，由于云层覆盖、日光减少等原因，入射在PV阵列上的阳光可能会减少，此时来自能量存储单元130的功率可用于补充PV阵列的功率。应当理解，尽管由能量存储单元提供的功率可以是预先存储的多余功率，但是本发明不限于此。例如，存储在能量存储单元140中的功率可以来自其他来源，例如电网150。
图7是示出了根据本发明的实施例的方法的流程图，该方法使用功率转换器130从能量存储单元140释放功率，同时优先考虑从电源110(例如，PV阵列)获得的功率。参照图7，在步骤710中，转换器控制器132确定逆变器120是否未被削减。这样做时，转换器控制器132可以确定是否因为逆变器120的输出功率(P_Inv)小于其最大输出功率(P_InvMax)而未削减逆变器120，其中最大输出功率被设置为逆变器120的额定功率。此外，转换器控制器还可以确保由于高逆变器120温度或由于来自工厂操作员或公用事业公司的最大功率命令而未削减逆变器120。如果逆变器120被削减，则如果来自电源110的多余功率可用，则转换器控制器可以控制功率转换器或者不释放功率或者使用多余功率充电。当确定逆变器未被削减时，在步骤720中，转换器控制器132确定电源110的输出功率(P_PV)是否已经减小。然后，在步骤730中，转换器控制器132根据电源110的输出功率(P_PV)是否减小来调整从能量存储单元140释放的功率量。例如，如果在能量存储单元140的释放增大时电源110的输出功率(P_PV)减小，则转换器控制器132将控制转换器130释放较少的功率。相反，如果在能量存储单元的释放增大时电源110的输出功率(P_PV)保持相同，则转换器控制器可以控制转换器130释放更多的功率。
图8是示出根据本发明的实施例的方法的流程图，该方法使用功率转换器130从能量存储单元140释放功率，同时优先考虑从电源110(例如，PV阵列)可获得的功率。与图7相似，图8是以下方法：确定逆变器是否未被削减；确定电源110的输出功率(P_PV)是否已经减小；根据电源110的输出功率(P_PV)是否已经减小来调整从能量存储单元140释放的功率量。在图8中，通过调整用于转换器130的释放功率命令(Pdischarge_cmd)来控制能量存储单元的释放，以释放根据功率释放调整值P_step的功率量，该功率释放调整值P_step的符号根据电源110的输出功率(P_PV)是否已经减小而改变(换句话说，使用释放调整值P_step来调整从能量存储单元释放的功率)。
参照图8，在步骤810中，转换器控制器132确定逆变器120是否未被削减。这样做时，转换器控制器132可以确定逆变器120是否因为逆变器120的输出功率(P_Inv)小于其最大输出功率(P_InvMax)而未被削减，其中最大输出功率设置为逆变器120的额定功率。此外，转换器控制器还可以确保由于高逆变器120温度或由于来自工厂操作员或公用事业公司的最大功率命令而不会削减逆变器120。在一个实施例中，可以通过与逆变器控制器122的直接通信链路或通过与主控制器210建立的通信链路将逆变器的输出功率(P_Inv)提供给转换器控制器132。如果逆变器120被削减，或者如果逆变器120的输出功率P_Inv超过其最大输出功率，则转换器控制器可以随后控制功率转换器不释放功率。
在步骤820中，当确定逆变器未被削减时，转换器控制器132确定电源110的输出功率(P_PV)是否已经减小。在做出该确定时，转换器控制器132可以将电源110的当前输出功率(P_PV)与先前的输出功率(P_PV_old)进行比较(例如，P_PV_old可以是先前的控制循环的输出功率)。可以例如通过将输出功率(P_Conv)与输出功率(P_Inv)相加来计算当前输出功率(P_PV)，或者当前输出功率(P_PV)可以是在DC总线A处进行的测量结果。
在步骤830中，转换器控制器132根据步骤820中的确定来调整释放命令(Pdischarge_cmd)，以用于控制转换器130释放特定量的功率。释放命令(Pdischarge_cmd)可以根据以下公式进行调整：
Pdischarge_cmd＝Pdischarge_cmd+P_step
其中：
Pdischarge_cmd是用于转换器130从能量存储单元释放一定量功率的命令；
当P_PV减小时，P_step＝-P_step_old；和
当P_PV增大或保持不变时，P_step＝P_step_old
在该公式中，P_step是预定的功率释放变化值，如果电源110的输出功率P_PV减小，则其符号反转。如图8所示，在步骤830之后，该方法继续回到步骤810以重复控制循环。因此，例如，如果当能量存储单元的释放增大P_step时电源110的输出功率(P_PV)减小，则转换器控制器132将控制转换器130将释放命令降低P_step。相反，如果当能量存储单元的释放增大P_step时电源110的输出功率(P_PV)保持相同或增大，则转换器控制器可以控制转换器130再次增大P_step。
以下控制循环说明了一个实施例，其中功率系统100的控制系统以功率指令模式控制转换器130，转换器控制器132具有有关逆变器的最大功率命令水平P_InvMax和逆变器的工作功率点(P_Inv)的信息，并且控制器132实现预定的功率释放变化值P_step。可以由转换器控制器132执行以下控制循环，以实现图8的方法。
Figure BDA0002366003800000221
Figure BDA0002366003800000231
在上述控制循环中，功率命令(Pdischarge_cmd)是用于命令转换器130从能量存储单元140释放一定量的功率的正命令，并且P_Conv是指示释放的绝对正值。“P_PV＝P_Conv+P_Inv”是电源110的功率输出的计算。通过将功率转换器130和功率逆变器120的输出功率相加P_Conv+P_Inv来计算电源110的功率输出。“If((P_Inv<P_InvMax)&INV未被削减)”是确定逆变器120的输出功率(P_Inv)是否小于逆变器120的最大输出功率(P_InvMax)，其中P_InvMax设置为逆变器120的额定功率，以及确定逆变器120是否由于某些其他原因而被削减。“If(P_PV<P_PV_old)”确定电源110(例如，PV阵列)功率(P_PV)是否小于来自先前循环的先前的电源功率(P_PV_old)。当电源110功率(P_PV)小于旧电源110功率(P_PV_old)时，“P_step＝-P_step_old”反转P_step的符号。Pdischarge_cmd＝“Pdischarge_cmd+P_step”用于调整转换器130的功率命令(Pdischarge_cmd)。当逆变器120的功率(P_PV)大于其最大值(P_InvMax)时或当逆变器120被削减时，“Pdischarge_cmd＝0”将功率命令(Pdischarge_cmd)设置为零。“0<Pdischarge_cmd<Conv_MaxDischargeCommand确保转换器130的释放命令(Pdischarge_cmd)不超过其最大释放。“P_PV_old＝P_PV”将当前电源110功率输出(P_PV)设置为以前的电源110功率输出(P_PV_old)，并且“P_step_old＝P_step”将当前功率释放变化值设置为以前的功率释放值。
在一个实施例中，除了释放功率以补充电源的输出功率之外，转换器控制器132还可被配置为使用存储在能量存储单元140中的功率来模拟诸如PV阵列的电源110。在诸如图1和图2所示的系统中，由于例如大面积的云层覆盖或处于夜间，PV阵列上的电源可能会缺失。转换器控制器132被配置为控制转换器130以在其输出处模拟PV阵列电源110，因此当PV阵列电源110正在工作时，它看起来是逆变器。功率转换器可以模拟电源110的MPPT算法，并确定需要释放以模拟PV阵列的最大功率点的功率。例如，在诸如逆变器132不具有恒定功率工作模式而仅具有MPPT工作模式的情况下，这种模拟可能是期望的。
在一个实施例中，转换器控制器132可以通过在其上存储查询表来实现PV阵列电源模拟，该查询表被编程为模拟PV阵列电源110的功率-电压特性。示例性的PV阵列功率-电压特性在图11中示出。查询表被编程到DC/DC转换器中，该查询表包括一个电压阵列和一个对应的电源阵列。转换器控制器132接收DC总线A上的电压(这可以是例如测量的电压)，在查询表上查找该电压，并获得相应的输出功率。然后，转换器控制器132控制转换器130以将从查询表获得的功率输出到DC总线A中。
通过使用查询表，转换器控制器132可以控制转换器130释放能量存储单元140以在基于查询表已知的恒定功率点向逆变器输出功率。因此，控制DC/DC转换器的输出以模拟PV阵列的输出。在该实施例中，逆变器控制器122可以使用其MPPT来控制逆变器120，并且随着逆变器120改变DC总线A上的电压，转换器控制器132控制转换器130输出与DC总线A上的电压相对应的电流，以提供与查询表中的DC总线A电压相对应的功率。因此，转换器控制器132的功率命令(Pcmd)是所测量的PV总线电压的函数，并且可以被给出为
Pcmd＝f(v_pv)
其中：
v_pv是测量的DC总线电压A；和
Pcmd是用于转换器130基于查询表释放作为v_pv的函数的一定量功率的命令。
除了通过使用查询表进行模拟之外，在本发明的另一个实施例中，转换器控制器132可以基于下垂参数来模拟PV阵列的功率输出。下垂方法不使用查询表，而是使用数学方程式来近似PV阵列的电压-功率特性。这样做是为了近似模拟PV阵列，并在逆变器的控制系统以MPPT模式运行时“欺骗”逆变器的控制系统以输出所需量的设置功率。以下控制逻辑示出了其中转换器控制器132基于下垂参数来计算其功率命令Pcmd的实施例。
Figure BDA0002366003800000251
在上述控制循环中，V_pv为DC总线A电压。Pcmd是用于转换器130释放特定量的功率的命令。V_set是设定电压，并且可以基于PV逆变器的工作范围来被确定。Pset是PV逆变器的期望功率输出。选择设定电压(V_set)和下降参数Vdroop，以模拟PV阵列电源110的当前电压特性。例如，如果逆变器工作范围是800-1100Vdc，则Vset可以设置为900V。
本发明的实施例包括用于向能量存储单元充电和从能量存储单元释放功率的系统和方法。在本发明的实施例中，由电源产生的可能由于功率转换器的削减而损失的多余功率被捕获并被存储在能量存储单元中，从而防止了该功率的损失并提高了发电效率。此外，在本发明的实施例中，可以释放存储在能量存储单元中的功同时优先考虑电源产生的任何功率，以防止由电源产生的任何功率的损失，从而提高了发电效率。此外，在本发明的实施例中，电源可以由功率转换器控制器模拟以从能量存储单元释放功率。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所公开的功率系统进行各种修改和变化。通过考虑本公开的说明书和实践，本公开的其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。意图是，说明书和示例仅被认为是示例性的，本公开的真实范围由所附权利要求及其等同物指示。

Claims (29)

1.一种用于连接电源、能量存储单元和电网的功率系统，所述功率系统包括：
通过DC总线电耦合至所述电源的功率逆变器，其中所述功率逆变器将来自所述DC总线的DC功率转换为AC功率以输出到所述电网；
电耦合在所述DC总线和所述能量存储单元之间的能量存储功率转换器，其中所述能量存储功率转换器将功率存储在所述能量存储单元中并从所述能量存储单元中释放功率；以及
控制器，其用于控制所述能量存储功率转换器，所述控制器被配置为：
控制所述能量存储功率转换器以将来自所述电源的不能输出到所述电网的多余功率存储在所述能量存储单元中；
控制所述能量存储功率转换器将所述能量存储单元中存储的功率释放至所述功率逆变器以输出到所述电网。
2.根据权利要求1所述的功率系统，其中，所述控制器被配置为控制所述能量存储功率转换器以从所述电源捕获多余功率包括所述控制器被配置为：
确定所述功率逆变器是否被削减；
当所述功率逆变器被削减时，增大所述功率转换器的充电命令以将多余功率存储在所述能量存储单元中；以及
当所述功率逆变器未被削减时，减小所述功率转换器的充电命令。
3.根据权利要求1所述的功率系统，其中，所述控制器被配置为控制所述能量存储功率转换器以从所述电源捕获多余功率包括控制系统被配置为：
确定PV逆变器的输出功率是否超过第一预定阈值；
当所述PV逆变器的输出功率超过所述第一预定阈值时，增大所述能量存储功率转换器的充电命令以将所述多余功率存储在所述能量存储单元中；以及
当所述功率逆变器的输出功率未超过所述第一预定阈值时，确定所述功率逆变器的输出功率是否小于第二预定阈值，并且当所述输出功率小于所述第二预定阈值时，减小所述能量存储功率转换器的充电命令。
4.根据权利要求1所述的功率系统，其中，所述控制系统被配置为控制所述能量存储功率转换器以从所述电源捕获多余功率包括所述控制系统被配置为：
确定所述电源的当前输出功率是否小于所述电源的先前输出功率；以及
根据关于所述电源的当前输出功率是否小于所述电源的先前输出功率的确定结果，调整所述DC总线上的高电压极限，以跟踪所述电源的最大功率点。
5.根据权利要求1所述的功率系统，其中，所述控制器是用于控制所述能量存储功率转换器的转换器控制器，并且所述控制器被配置为控制所述能量存储功率转换器以从PV阵列捕获多余PV功率包括所述控制器被配置为：
自动检测功率逆变器上的削减而无需来自功率逆变器控制器的输入；以及
当检测到削减时，控制所述能量存储功率转换器将多余功率存储到所述能量存储单元中，直至最大电源功率点。
6.根据权利要求1所述的功率系统，其中，所述控制器是用于控制所述能量存储功率转换器的转换器控制器，并且所述控制器被配置为控制所述能量存储功率转换器以从PV阵列捕获多余PV功率包括所述控制系统被配置为：
确定所述能量存储功率转换器的输出功率中的变化；
确定DC总线处电压中的变化；
根据所述能量存储功率转换器的输出功率中的变化和所述DC总线处电压中的变化，调整所述DC总线上的高电压极限。
7.根据权利要求1所述的功率系统，其中，所述控制器被配置为控制所述能量存储功率转换器以将存储在所述能量存储单元中的功率释放给所述功率逆变器以输出到所述电网包括所述控制器被配置为：从所述能量存储单元释放功率，同时优先考虑来自所述电源的任何可用功率。
8.根据权利要求7所述的功率系统，其中，所述控制器被配置为从所述能量存储单元释放功率同时优先考虑来自电源的任何可用功率包括所述控制器被配置为：
确定所述功率逆变器是否未被削减；
当所述功率逆变器未被削减时，确定所述电源的输出功率是否已经减小，并根据所述电源的输出功率是否已经减小来控制所述能量存储功率变换器调整从所述能量存储单元释放的功率。
9.根据权利要求7所述的功率系统，其中，所述控制器被配置为根据所述电源的输出功率是否已经减小来调整从所述能量存储单元释放的功率包括所述控制器被配置为：
调整用于所述能量存储功率转换器的释放功率命令，以通过功率释放调整值来释放一定量的功率，所述功率释放调整值的符号根据所述电源的输出功率是否已经减小而改变。
10.根据权利要求1所述的功率系统，其中，所述电源是光伏电源，并且所述控制器被配置为控制所述能量存储功率转换器以将存储在所述能量存储单元中的功率释放给所述功率逆变器以输出到所述电网包括：所述控制器被配置为控制所述能量存储功率转换器以模拟所述光伏电源的功率输出。
11.根据权利要求10所述的功率系统，其中，所述控制器通过被编程以模拟所述光伏电源的功率-电压特性的查询表来模拟所述光伏电源。
12.根据权利要求10所述的功率系统，其中，所述控制器通过基于下垂参数控制所述能量存储单元功率转换器的功率命令来模拟所述光伏电源。
13.根据权利要求1所述的功率系统，其中，所述控制器是所述能量存储单元转换器的转换器控制器，并且所述转换器控制器与所述功率逆变器的控制器通信以获得关于所述功率逆变器的输出功率的信息。
14.一种从功率系统中的电源捕获多余功率的方法，其中所述功率系统包括：通过DC总线耦合到所述电源的功率逆变器，以及耦合在DC总线和能量存储单元之间的能量存储功率转换器，所述方法包括：
确定所述功率逆变器是否被削减；
当所述功率逆变器被削减时，调整所述功率转换器的充电命令以将来自所述电源的不能输出到电网的多余功率存储在所述能量存储单元中。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，确定所述功率逆变器是否被削减包括：确定所述PV逆变器的输出功率是否超过第一预定阈值。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，确定所述功率逆变器是否被削减并且调整功率转换器的充电命令以将来自所述电源的不能输出到电网的多余功率存储在所述能量存储单元中包括：
当所述功率逆变器的输出功率超过所述第一预定阈值时，增大所述功率转换器的充电命令以将来自所述电源的不能输出到电网的多余功率存储；以及
当输出功率小于第二预定阈值时，减小所述功率转换器的充电命令。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，调整所述功率转换器的充电命令以将来自所述电源的不能输出到电网的多余功率存储在所述能量存储单元中包括：
确定所述电源的当前输出功率是否小于所述电源的先前输出功率；以及
根据关于所述电源的当前输出功率是否小于所述电源的先前输出功率的确定结果，调整所述DC总线上的高电压极限，以跟踪所述电源的最大功率点。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，通过电压变化值来调整所述高电压极限，并且当所述电源的输出功率小于所述电源的先前输出功率时，将所述电压变化值的符号反转。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，确定所述功率逆变器是否被削减以及当所述功率逆变器被削减时调整功率转换器的充电命令以将来自所述电源的不能输出到电网的多余功率存储在所述能量存储单元中包括：
确定所述能量存储功率转换器的输出功率中的变化；
确定所述DC总线处电压中的变化；
根据所述能量存储功率转换器的输出功率中的变化和所述DC总线处电压中的变化，调整所述DC总线上的高电压极限。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述高电压极限通过电压变化值来调整，并且
当所述能量存储功率转换器的输出功率中的变化为正且所述DC总线处电压中的变化为零或较小负值时，将所述电压变化值的符号反转；以及
当所述能量存储功率转换器的输出功率中的变化为负且所述DC总线处电压中的变化为正时，将所述电压变化值的符号反转。
21.一种在功率系统中将存储在能量存储单元中的功率释放以输出到电网的方法，所述功率系统包括通过DC总线耦合到电源的功率逆变器，以及耦合在所述DC总线和所述能量存储单元之间的能量存储功率转换器，所述方法包括：
从所述能量存储单元释放功率给所述功率逆变器，以使所述功率逆变器能向所述电网供应功率；
其中，当从所述能量存储单元释放功率时，相比来自所述能量存储单元的可用功率优先考虑来自所述电源的可用功率。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，从所述能量存储单元释放功率给所述功率逆变器以使所述功率逆变器能向所述电网供应功率包括：
确定所述功率逆变器是否未被削减；
当所述功率逆变器未被削减时，确定所述电源的输出功率是否已经减小；以及
根据关于所述电源的输出功率是否已经减小的确定结果，调整从所述能量存储单元释放的功率。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，通过功率释放调整值来调整从所述能量存储单元释放的功率，所述功率释放调整值的符号根据所述电源的输出功率是否已经减小而改变。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述电源是光伏电源，并且从所述能量存储单元释放功率给所述功率逆变器，以使所述功率逆变器能向所述电网供应功率包括：
通过编程为模拟光伏电源的电源-电压特性的查询表来模拟所述光伏电源。
25.根据权利要求21所述的方法，其中，所述电源是光伏电源，并且从所述能量存储单元释放功率给所述功率逆变器，使得所述功率逆变器能向所述电网供应功率包括：通过基于下垂参数控制所述能量存储单元功率转换器的功率命令来模拟所述光伏电源。
26.一种在功率系统中将存储在能量存储单元中的功率释放以输出到电网的方法，所述功率系统包括通过DC总线耦合到电源的功率逆变器，以及耦合在所述DC总线和所述能量存储单元之间的能量存储功率转换器，所述方法包括：
获取所述DC总线的电压；
从所述能量存储单元释放功率至所述逆变器，使得所述功率逆变器能通过根据所述DC总线的电压对所述电源进行模拟，从而向所述电网供应功率。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，从所述能量存储单元释放功率到所述功率逆变器使得所述功率逆变器能向所述电网供应功率包括：
基于所述DC总线的电压从查询表获得用于所述能量存储功率转换器的对应的输出功率，其中所述查询表被编程以模拟光伏电源的功率-电压特性。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，从所述能量存储单元释放功率到所述功率逆变器，使得所述功率逆变器能向所述电网供应功率包括：
通过基于下垂参数控制所述能量存储单元功率转换器的功率命令来模拟所述光伏电源。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，模拟所述光伏电源包括：根据以下公式计算用于控制所述能量存储转换器以输出功率的功率命令：
Pcmd＝Pset-Vdroop*(V_pv-V_set)
其中，
Pcmd是功率命令；
Pset是预定的设定功率；
Vdroop是下垂参数，用于模拟光伏电源的当前电压特性；
V_pv是DC总线的电压；
V_set是预定的设定电压，用于模拟所述光伏电源的当前电压特性。
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