CN111162549A - 一种用于连接到备用能源的能量存储系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于连接到备用能源的能量存储系统，所述备用能量源包括可操作地连接以从所述备用能量源向公用电网提供能量的第一电力转换器，所述能量存储系统包括：储能装置；具有输入和输出的第二功率转换器，至少一个传感器可操作地连接到第一电力转换器的输出，并产生与从第一电力转换器输出的电力水平相对应的信号；以及从中接收信号的控制器，至少一个传感器，其中：控制器可操作以产生到第二功率转换器的命令信号，命令信号定义通过第二功率转换器的功率流的期望大小和方向，并且命令信号根据对应于水平的信号产生第一个电源转换器的输出功率。

Description

一种用于连接到备用能源的能量存储系统

技术领域

本发明涉及能量存储技术领域，具体而言，涉及一种用于连接到备用能源的能量存储系统。

背景技术

替代能源通常具有可变的发电能力并且产生具有可变幅度和/或频率的电压。例如，光伏（PV）阵列产生DC电压和电流。具有作为PV面板上的光线的函数的幅度。当太阳的角度在天空中变化或者当云在太阳和PV板之间通过时，入射在PV板上的光的量和强度改变，从而改变PV板产生的能量。类似地，风力涡轮机根据经过风力涡轮机的叶片的风速而旋转。因此，由旋转叶片驱动的交流发电机产生具有可变频率a和/或幅度作为风速的电压。

期望将由备用能量源产生的可变电压转换为具有幅度和/或频率的电压，该电压保持大致恒定或在可接受的变化范围内，以便向负载提供电压或者返回到市电电源。格。历史上，已知在备用能源的输出和负载或公用电网之间提供第一功率转换器，以便转换由备用能源产生的可变功率。可以提供给负载或公用电网的恒定功率。

由于能量产生的可变性质，可能存在交替能量源产生的能量超过连接到系统的负载所需的能量的时间段。期望提供能量存储以捕获在这些时段期间产生的能量。在发电容量小于负载所需能量的时段期间，随后可以将过剩发电容量期间存储的能量提供给负载。历史上，已经提供了第二功率转换器来调节进出能量存储装置的能量传递。在电力传输到能量存储装置的过剩能量产生期间，能量存储装置和电力转换器作为交替能量源的负载运行。与其他负载类似，期望将功率转换器连接到提供恒定电压的能量源。因此，第二功率转换器通常连接在第一功率转换器的输出端。

如本领域所理解的，第一功率转换器可以利用最大功率点跟踪（M PPT）例程来控制从备用能量源到负载的功率传输。 MPPT程序控制能量从备用能源传递到负载的速率，顾名思义，使第一个电源转换器保持在第一个电源转换器以最大效率传输功率的位置运行产生的电量。

然而，在MPPT例程下操作第一功率转换器不一定导致从备用能量源传输可用的最大功率因为功率转换设备的尺寸和成本随着设备的额定功率增加而增加并且因为备用能量产生源可能不会在其峰值容量下定期产生，所以提供能够传输当备用能量源以其峰值发电容量运行时产生的所有能量的功率转换器可能是不经济的。提供能够传输可由备用能量源输出的峰值能量的功率转换器将导致功率转换器定期以低于其额定容量的速率运行。功率转换器的这种过剩容量导致更昂贵的功率转换器，其还需要用于安装的空间。因此，在替换能量源的输出和额定值小于备用能量源的峰值容量的负载之间提供功率转换器可能更为经济。可以降低安装功率转换器所需的成本和尺寸，同时允许功率转换器更频繁地以其额定容量运行。

发明内容

本发明提出了一种用于连接到备用能源的能量存储系统，所述备用能量源包括可操作地连接以从所述备用能量源向公用电网提供能量的第一电力转换器，所述能量存储系统包括：

储能装置；

具有输入和输出的第二功率转换器，其中：

第二功率转换器的输入可操作地连接在备用能量源的输出和第一功率转换器的输入之间，第二功率转换器的输出可操作地连接到能量存储装置，并且第二功率转换器可操作管理第二电源转换器的输入和输出之间的双向电力传输；

至少一个传感器可操作地连接到第一电力转换器的输出，并产生与从第一电力转换器输出的电力水平相对应的信号；以及从中接收信号的控制器，至少一个传感器，其中：

控制器可操作以产生到第二功率转换器的命令信号，命令信号定义通过第二功率转换器的功率流的期望大小和方向，并且命令信号根据对应于水平的信号产生第一个电源转换器的输出功率。

所述的能量存储系统，控制器包括可操作以存储至少一个设定点的存储器，该至少一个设定点包括对应于来自第一功率转换器的最大功率输出的第一设定点，并且控制器产生命令，当从第一功率转换器输出的功率电平处于第一设定点时，信号将功率从输入传输到第二功率转换器的输出。

所述的能量存储系统，所述至少一个设定点包括小于所述第一设定点的第二设定点，并且当所述第一功率转换器的功率输出水平小于所述第二设定点时，所述控制器产生所述命令信号以将功率从所述输出传输到所述第二功率转换器的输入第二个设定点。

所述的能量存储系统，控制器包括可操作以存储包括多个预定时间窗口的时间表的存储器，并且多个预定时间窗口包括至少一个第一时间窗口，在该时间期间控制器产生命令信号以将功率从输入传输到输出第二功率转换器根据最大功率点跟踪程序并且独立于来自第一功率转换器的功率输出水平。

所述的能量存储系统，所述多个预定义时间窗口包括至少一个第二时间窗口，在所述第二时间窗口期间，所述控制器根据期望水平产生命令信号以将功率从所述输出传输到所述第二功率转换器的输入来自第一电力转换器的电力输出。

所述的能量存储系统，控制器包括可操作以接收功率命令信号的输入，并且当功率命令信号为时，控制器产生命令信号以将输出功率传输到第二功率转换器的输入端。

所述的能量存储系统，还包括第二控制器，其中第二控制器接收与从公用设施电网汲取的电力相对应的信号，并且当从电力公司汲取的电力水平时，第二控制器产生电力指令信号网格超过预定义的功率水平。

一种管理由替代能源产生的能量的利用的系统，所述替代能源包括可操作地连接以从所述替代能源向AC负载提供能量的第一功率转换器，所述系统包括：

具有输入和输出的第二功率转换器，其中，

第二功率转换器的输入可操作地连接在备用能量源的输出和第一功率转换器的输入之间，第二功率转换器的输出可操作地连接到电源总线，其中电源总线可操作地连接到具有至少一个附加电源和至少一个能量存储设备的次级电气系统，并且第二电力转换器用于管理第二电力转换器的输入和输出之间的双向电力传输；

至少一个传感器可操作地连接到第一功率转换器的输出端，并产生与从第一功率转换器输出的功率水平相对应的信号；控制器接收来自至少一个传感器的信号，其中，控制器可操作以产生命令信号给第二功率转换器。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明 ，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

实施例一：

本发明提出了一种用于连接到备用能源的能量存储系统，所述备用能量源包括可操作地连接以从所述备用能量源向公用电网提供能量的第一电力转换器，所述能量存储系统包括：

储能装置；

具有输入和输出的第二功率转换器，其中：

第二功率转换器的输入可操作地连接在备用能量源的输出和第一功率转换器的输入之间，第二功率转换器的输出可操作地连接到能量存储装置，并且第二功率转换器可操作管理第二电源转换器的输入和输出之间的双向电力传输；

至少一个传感器可操作地连接到第一电力转换器的输出，并产生与从第一电力转换器输出的电力水平相对应的信号；以及从中接收信号的控制器，至少一个传感器，其中：

控制器可操作以产生到第二功率转换器的命令信号，命令信号定义通过第二功率转换器的功率流的期望大小和方向，并且命令信号根据对应于水平的信号产生第一个电源转换器的输出功率。

所述的能量存储系统，控制器包括可操作以存储至少一个设定点的存储器，该至少一个设定点包括对应于来自第一功率转换器的最大功率输出的第一设定点，并且控制器产生命令，当从第一功率转换器输出的功率电平处于第一设定点时，信号将功率从输入传输到第二功率转换器的输出。

所述的能量存储系统，所述至少一个设定点包括小于所述第一设定点的第二设定点，并且当所述第一功率转换器的功率输出水平小于所述第二设定点时，所述控制器产生所述命令信号以将功率从所述输出传输到所述第二功率转换器的输入第二个设定点。

所述的能量存储系统，控制器包括可操作以存储包括多个预定时间窗口的时间表的存储器，并且多个预定时间窗口包括至少一个第一时间窗口，在该时间期间控制器产生命令信号以将功率从输入传输到输出第二功率转换器根据最大功率点跟踪程序并且独立于来自第一功率转换器的功率输出水平。

所述的能量存储系统，所述多个预定义时间窗口包括至少一个第二时间窗口，在所述第二时间窗口期间，所述控制器根据期望水平产生命令信号以将功率从所述输出传输到所述第二功率转换器的输入来自第一电力转换器的电力输出。

所述的能量存储系统，控制器包括可操作以接收功率命令信号的输入，并且当功率命令信号为时，控制器产生命令信号以将输出功率传输到第二功率转换器的输入端。

所述的能量存储系统，还包括第二控制器，其中第二控制器接收与从公用设施电网汲取的电力相对应的信号，并且当从电力公司汲取的电力水平时，第二控制器产生电力指令信号网格超过预定义的功率水平。

实施例二：

一种管理由替代能源产生的能量的利用的系统，所述替代能源包括可操作地连接以从所述替代能源向AC负载提供能量的第一功率转换器，所述系统包括：

具有输入和输出的第二功率转换器，其中，

第二功率转换器的输入可操作地连接在备用能量源的输出和第一功率转换器的输入之间，第二功率转换器的输出可操作地连接到电源总线，其中电源总线可操作地连接到具有至少一个附加电源和至少一个能量存储设备的次级电气系统，并且第二电力转换器用于管理第二电力转换器的输入和输出之间的双向电力传输；

至少一个传感器可操作地连接到第一功率转换器的输出端，并产生与从第一功率转换器输出的功率水平相对应的信号；控制器接收来自至少一个传感器的信号，其中，控制器可操作以产生命令信号给第二功率转换器。

所述的系统，其中所述AC负载是公用电网，并且其中所述第一电力转换器可操作以执行最大电力点跟踪例程以将来自所述备用能源的电力传输到所述公用电网。

所述的系统，其中所述控制器包括可操作以存储至少一个设定点的存储器，所述至少一个设定点包括对应于来自所述第一功率转换器的最大功率输出的第一设定点，并且所述控制器产生所述命令信号以当第一功率转换器的功率输出电平处于第一设定点时，将功率从输入传输到第二功率转换器的输出。

所述的系统，其中：所述至少一个设定点包括小于所述第一设定点的第二设定点，并且当所述第一功率转换器的功率输出水平小于所述第二设定点时，所述控制器产生所述命令信号以将功率从所述输出传输到所述第二功率转换器的输入。第二个设定点。

所述的系统，其中：控制器包括可操作以存储包括多个预定时间窗口的时间表的存储器，并且多个预定时间窗口包括至少一个第一时间窗口，在该时间期间控制器产生命令信号以将功率从输入传输到输出。根据最大功率点跟踪程序的第二功率转换器并且独立于来自第一功率转换器的功率输出水平。

所述的系统，其中所述多个预定义时间窗口包括至少一个第二时间窗口，在所述第二时间窗口期间，所述控制器根据期望的功率水平产生命令信号以将功率从所述输出传输到所述第二功率转换器的输入第一个电源转换器的输出。

所述的系统，其中：控制器包括可操作以接收功率命令信号的输入，并且当功率命令信号有效时，控制器产生命令信号以将功率从输出传输到第二功率转换器的输入。

所述的能量存储系统，还包括第二控制器，其中第二控制器接收与从公用设施网格汲取的电力相对应的信号，并且当从公用电网汲取的电力水平超过时，第二控制器产生电力指令信号预定义的权力级别。

所述的能量存储系统，还包括至少一个传感器，其可操作地连接到所述备用能量源的输出并产生对应于从所述备用能量源输出的功率水平的信号，其中所述控制器比较对应于所述备用能量源的信号从第一功率转换器输出的功率水平与对应于从备用能量源输出的功率水平的信号。

所述的能量存储系统，其中，当从所述备用电源输出的功率水平时，所述控制器产生所述命令信号以将功率从所述输入传输到所述第二功率转换器的输出。所述控制器产生所述命令信号，以在所述级别时将功率从所述输出传输到所述第二功率转换器的输入端。来自备用能量源的功率输出小于来自第一功率转换器的功率输出水平。

实施例三：

一种用于管理由备用能量源产生的能量的利用的方法，其中所述备用能量源包括可操作地连接以从所述备用能量源向AC负载提供能量的第一功率转换器，所述系统包括以下步骤：

测量来自第一功率转换器的功率输出水平，其中至少一个传感器可操作地连接到第一功率转换器的输出：

使用控制器将来自第一功率转换器的功率输出水平与第一阈值进行比较，其中第一阈值对应于与第一功率转换器一起传输的最大功率水平，并且其中第一阈值小于最大功率发生容量替代能源；

当从第一电力转换器输出的电力水平处于第一阈值时，在控制器中产生命令信号以将电力从第二电力转换器的输入传递到第二电力转换器的输出，其中第二电力的输入转换器可操作地连接在备用能量源的输出和第一功率转换器的输入之间，第二功率转换器的输出可操作地连接到至少一个能量存储装置，第二功率转换器可操作以管理双向功率在第二电源转换器的输入和输出之间传输；将所述指令信号从所述控制器传输到所述第二电力转换器，以将所述备用能源产生的电力超过所述第一阈值传输到所述能量存储装置。

所述的方法，还包括以下步骤：

当从第一功率转换器输出的功率水平低于第二阈值时，在控制器中产生命令信号以将功率从第二功率转换器的输出传输到第二功率转换器的输入，其中第二阈值小于第一个门槛；将控制信号从控制器传输到第二电力转换器，以将存储在能量存储装置中的电力传输到第一电力转换器的输入端。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统或设备等均是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种阶段。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合。可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术的发展许多元素仅是示例而不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路、过程、算法、结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

此外，尽管每个操作可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或同时执行。另外，可以重新排列操作的顺序。一个过程可能有其他步骤。此外，可以通过硬件、软件、固件、中间件、代码、硬件描述语言或其任何组合来实现方法的示例。当在软件、固件、中间件或代码中实现时，用于执行必要任务的程序代码或代码段可以存储在诸如存储介质的非暂时性计算机可读介质中，并通过处理器执行所描述的任务。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，所述权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种用于连接到备用能源的能量存储系统，其特征在于，所述备用能量源包括可操作地连接以从所述备用能量源向公用电网提供能量的第一电力转换器，所述能量存储系统包括：

储能装置；

具有输入和输出的第二功率转换器，其中：

第二功率转换器的输入可操作地连接在备用能量源的输出和第一功率转换器的输入之间，第二功率转换器的输出可操作地连接到能量存储装置，并且第二功率转换器可操作管理第二电源转换器的输入和输出之间的双向电力传输；

至少一个传感器可操作地连接到第一电力转换器的输出，并产生与从第一电力转换器输出的电力水平相对应的信号；以及从中接收信号的控制器，至少一个传感器，其中：

控制器可操作以产生到第二功率转换器的命令信号，命令信号定义通过第二功率转换器的功率流的期望大小和方向，并且命令信号根据对应于水平的信号产生第一个电源转换器的输出功率。

2.根据权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，控制器包括可操作以存储至少一个设定点的存储器，该至少一个设定点包括对应于来自第一功率转换器的最大功率输出的第一设定点，并且控制器产生命令，当从第一功率转换器输出的功率电平处于第一设定点时，信号将功率从输入传输到第二功率转换器的输出。

3.如权利要求2所述的能量存储系统，其特征在于，所述至少一个设定点包括小于所述第一设定点的第二设定点，并且当所述第一功率转换器的功率输出水平小于所述第二设定点时，所述控制器产生所述命令信号以将功率从所述输出传输到所述第二功率转换器的输入第二个设定点。

4.如权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，控制器包括可操作以存储包括多个预定时间窗口的时间表的存储器，并且多个预定时间窗口包括至少一个第一时间窗口，在该时间期间控制器产生命令信号以将功率从输入传输到输出第二功率转换器根据最大功率点跟踪程序并且独立于来自第一功率转换器的功率输出水平。

5.如权利要求4所述的能量存储系统，其特征在于，所述多个预定义时间窗口包括至少一个第二时间窗口，在所述第二时间窗口期间，所述控制器根据期望水平产生命令信号以将功率从所述输出传输到所述第二功率转换器的输入来自第一电力转换器的电力输出。

6.如权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，控制器包括可操作以接收功率命令信号的输入，并且当功率命令信号为时，控制器产生命令信号以将输出功率传输到第二功率转换器的输入端。

7.如权利要求6所述的能量存储系统，其特征在于，还包括第二控制器，其中第二控制器接收与从公用设施电网汲取的电力相对应的信号，并且当从电力公司汲取的电力水平时，第二控制器产生电力指令信号网格超过预定义的功率水平。

8.一种管理由替代能源产生的能量的利用的系统，其特征在于，所述替代能源包括可操作地连接以从所述替代能源向AC负载提供能量的第一功率转换器，所述系统包括：

具有输入和输出的第二功率转换器，其中，

第二功率转换器的输入可操作地连接在备用能量源的输出和第一功率转换器的输入之间，第二功率转换器的输出可操作地连接到电源总线，其中电源总线可操作地连接到具有至少一个附加电源和至少一个能量存储设备的次级电气系统，并且第二电力转换器用于管理第二电力转换器的输入和输出之间的双向电力传输；

至少一个传感器可操作地连接到第一功率转换器的输出端，并产生与从第一功率转换器输出的功率水平相对应的信号；控制器接收来自至少一个传感器的信号，其中，控制器可操作以产生命令信号给第二功率转换器。