用於從分布式能源調度電能的方法和設備的製作方法

2023-07-13 16:05:51

用於從分布式能源調度電能的方法和設備的製作方法
【專利摘要】對設施負載對於電能的需求進行監測（201)並與針對需求期的需求上限比較（202)。可針對峰期設置一個需求上限，可針對部分峰期設置另一個需求上限，並且可針對非峰期設置又一個需求上限。電能從所述儲能系統的調度基於所述設施負載的所述需求與所述需求上限的比較(204)?
【專利說明】用於從分布式能源調度電能的方法和設備
[0001] 相關專利申請的交叉引用
[0002] 本專利申請要求2012年1月20日提交的美國臨時專利申請No. 61/589, 158的權 益，所述申請全文以引用的方式併入本文。

【技術領域】
[0003] 本文所述主題的實施例整體涉及光伏系統。更具體地講，主題的實施例涉及從分 布式能源調度電能。

【背景技術】
[0004] 電力供應商，也稱為"電力公司"向其客戶收取費用不僅基於所消耗電能的量，還 基於消耗電能的時間段以及經過指定的時間間隔該能量消耗的平均功率需求水平。更具體 地講，電力公司可徵收需求費用，其為對特定時間段期間的電功率需求的額外費用。雖然可 利用光伏系統減少電力公司帳單，但是為了確定在延長的時間段內如何最好地調度儲存的 電能以減少需求費用所做的工作十分有限。


【發明內容】

[0005] 在一個實施例中，從儲能系統調度電能的方法包括監測設施負載的電能需求。針 對需求期設置需求上限（demand cap)。在需求期內將設施負載的電能需求與需求上限比 較。響應於確定設施負載的電能需求預期小於需求上限，確定儲能系統是否可能夠在長於 需求期中剩餘時間的持續時間內以放電極限調度電能。響應於確定儲能系統可能夠在長於 需求期中剩餘時間的持續時間內以放電極限調度電能，以放電極限從儲能系統釋放電能。
[0006] 在另一個實施例中，發電系統包括儲能系統、被耦接以向設施負載提供電能的光 伏系統，以及被配置成控制電能從儲能系統釋放至設施負載的控制系統，所述控制系統被 配置成監測設施負載對電能的需求，以在需求期內比較設施負載的需求與需求上限，並且 基於設施負載對電能的需求與需求上限的比較以放電率從儲能系統釋放電能。
[0007] 在另一個實施例中，從儲能系統調度電能的方法包括監測設施負載對電能的需 求。在第一需求期內將設施負載對電能的第一需求與第一需求上限比較。確定設施負載對 電能的第一需求預期大於第一需求上限。響應於確定設施負載對電能的第一需求預期大於 第一需求上限，以第一輸出功率將電能從儲能系統釋放至設施負載。確定設施負載對電能 的第一需求預期不大於第一需求上限。響應於確定設施負載對電能的第一需求預期不大於 第一需求上限，以第一輸入功率用電能對儲能系統充電。
[0008] 本領域的普通技術人員在閱讀包括附圖和權利要求書的本公開全文之後，本發明 的這些和其他特徵對於他們而言將是顯而易見的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 當結合以下附圖考慮時，通過參見【具體實施方式】和權利要求書可以更完全地理解 所述主題，其中在所有附圖中，類似的附圖標記是指類似的元件。
[0010] 圖1示出了根據本發明實施例的發電系統的示意圖。
[0011] 圖2示出了根據本發明實施例的從儲能系統調度電能的方法的流程圖。
[0012] 圖3示出了根據本發明實施例的由圖2的方法的操作所得的示例性曲線圖。
[0013] 圖4示出了根據本發明實施例的從儲能系統調度電能的方法的流程圖。
[0014] 圖5示出了根據本發明實施例的估計淨需求和基於所估計的淨需求設置需求上 限的方法的流程圖。
[0015] 圖6示出了根據本發明實施例的修改需求上限的方法的流程圖。
[0016] 圖7示出了根據本發明實施例的對儲能系統充電和放電的方法的流程圖。
[0017] 圖8示出了根據本發明實施例的由圖4-7的方法的操作所得的示例性曲線圖。

【具體實施方式】
[0018] 在本發明中，提供了許多具體的詳細情況，例如設備、組件和方法的例子，從而獲 得對本發明實施例的全面理解。然而，本領域的普通技術人員將會認識到，本發明可以在沒 有所述具體細節中的一者或多者的情況下實施。在其他情況下，未示出或描述熟知的細節， 以避免混淆本發明的方面。
[0019] 圖1示出了根據本發明實施例的發電系統的示意圖。在圖1的例子中，發電系統包 括儲能系統101、光伏系統102、設施負載103、公用電網105和控制系統110。控制系統110 被配置成控制從儲能系統101或其他分布式能源的電能調度。在圖1的例子中，控制系統 110被部署在客戶設施100中。客戶設施100可為（例如）商業設施、政府設施或住宅設施。 客戶設施100可任選地包括被配置成控制設施負載103的設施能量管理系統（EMS) 114。
[0020] 在圖1的例子中，客戶設施100包括用於由太陽能輻射產生電能的光伏系統102。 光伏系統102可除其他組件外還包括多個太陽能電池106和光伏逆變器107。太陽能電池 106將太陽能輻射轉化為電能。太陽能電池106可為商購獲得的太陽能電池，諸如得自加利 福尼亞州聖何塞市的 SunPower? 公司（SunPower?Corporation of San Jose California) 的那些太陽能電池。光伏逆變器107將由太陽能電池106產生的直流電流（DC)轉換為適 於由設施負載103消耗的交流電流（AC)，所述設施負載103可包括電氣用具、機械裝置、照 明裝置和消耗電能的其他裝置。光伏系統102可具有多個逆變器107,但為了清楚起見，圖 1中僅示出了一個。光伏系統102可電耦接至互連點（Ρ0Ι)，其在圖1的例子中包括電力儀 表 104。
[0021] 設施負載103可消耗由電力公司的公用電網105、光伏系統102和儲能系統101提 供的電能。控制系統110可發送控制信號至儲能系統101以命令儲能系統101通過向設施 負載103放電來調度電能，或命令儲能系統101使用來自公用電網105或光伏系統102的電 能來充電。光伏系統102可任選地具有與儲能系統101的直接連接。在圖1的實施例中， 控制系統110可直接從設施負載103接收數據以及向其發送命令。在其他實施例中，控制 系統110可經由EMS114從設施負載103接收數據以及向其發送命令。
[0022] 儲能系統101可包括電能儲存裝置或電能產生裝置。在圖1的實施例中，儲能系 統101包括蓄電池和相關的控制模塊。一般來講，儲能系統101可包括一個或多個電化學的 (如蓄電池）、電的（如電容器、SMES)、機械的（如飛輪、重力、壓縮空氣）、熱的（如冷水、 蒸汽、建築熱質）和/或化學的（如天然氣、氫、柴油）儲能裝置。此外，在其他實施例中， 儲能系統101的功能可通過其他分布式能源來滿足，諸如響應負載、燃料電池、微型燃氣輪 機、內燃機等。在這些其他實施例中，主要差別將為影響可用放電或充電電功率的具體操作 約束。所需的放電或充電電功率還必須被轉換為不同信號（如將溫度調節裝置更改至作為 充電功率代理的較冷設定點）。
[0023] 在圖1的例子中，控制系統110包括處理器111 (如，微處理器或中央處理單元）、 存儲器112 (如，隨機存取存儲器、數據存儲裝置）和接口 113。控制系統110可通過由處 理器111執行存儲在存儲器112中的相應計算機可讀程序代碼來執行方法的步驟。控制系 統110的控制系統還可具有基於操作邏輯的硬體或軟體，諸如比例-積分-微分（PID)控 制器，以執行控制功能。
[0024] 接口 113允許控制系統110與儲能系統101、光伏系統102和設施負載103通信 (如，經由EMS114)。接口 113可包括計算機網絡接口、信號電纜、無線通信接口和/或用於 設備通信的其他裝置。控制系統110的功能可根椐實施方式分布於一個或多個裝置中。控 制系統110的功能還可結合到儲能系統101、光伏系統102或EMS114中。
[0025] 控制系統110可被配置成控制電能從儲能系統101的調度。在一個實施例中，控制 系統110被配置成減少需求費用和最大化從一個時間段移至另一個時間段的電能的量。例 如，控制系統110可被配置成以套利模式操作，以在需求費用最高的峰期內從儲能系統101 調度大多數電能。
[0026] 電力公司可基於帳單期、使用時段和間隔對所消耗的電能徵收不同的需求費用。 "帳單期"是確定開帳單參數所經過的時間跨度。例如，需求費用通常基於每月一次的帳單 期來評估。帳單期也可為每年一次的。費率通常還隨帳單期改變。例如，夏季費率通常高 於冬季費率。
[0027] "使用時段（T0U)期"為應用差別費率（需求和/或能量）的時間段。T0U期可隨 帳單期改變。示例性的夏季峰T0U期為五月至十月工作日的中午至下午6點，節假日除外。 通常存在多個均以不同費率定義的του期（如峰期、部分峰期、非峰期）。例如，冬季部分 峰期（十一月至四月帳單期）在不同的時間跨度上定義並且具有不同於夏季部分峰期的費 率。一些費率結構僅對於能量而非需求在帳單期內具有του期，或反之亦然。
[0028] "間隔"為經過其確定開帳單能量或需求的最小時間增量。針對需求費用的示例性 間隔為15分鐘。在該例子中，帳單期內具體T0U期的需求費用基於針對這些時期在給定的 15分鐘間隔內的最大平均需求。
[0029] 控制系統110可被配置成從儲能系統101調度電能以滿足特定帳單期、T0U期和間 隔的需求上限。需求上限可具有以電功率單位，如千瓦（kW)表示的水平。需求上限可用作 基準水平，以用於與設施負載103對電能的需求進行比較。當設施負載103的需求接近需 求上限時，控制系統110可被配置成從儲能系統101釋放足夠的電能使得設施負載103的 需求與需求上限處於相同水平。當設施負載103的需求小於需求上限時，控制系統110可 被配置成根椐儲存在儲能系統101中電能的量和需求期中剩餘的時間，以放電極限從儲能 系統101釋放電能直到需求期結束。例如，放電極限可處於全功率。
[0030] 在一個實施例中，控制系統110被配置成滿足峰期內的目標峰需求上限。峰需求 上限可基於歷史負載、光伏產量以及對上述這些量的未來值的推測。峰需求上限可基於設 施負載103的最大期望淨需求減去儲能系統101和設施100的可控負載的額定功率。設施 負載103的淨需求可為針對每個15分鐘間隔，設施負載103的能量需求減去光伏系統102 的輸出。然後操作光伏系統102和儲能系統101以維持目標峰需求上限。
[0031] 如果在操作過程中，考慮到針對給定日期板上的能量有限，維持目標峰需求上限 經推測將為不可行的，則可基於該推測重置峰需求上限。這將導致以較低的功率運行儲能 系統101更長的時間，以在臨近需求期結束時（當淨需求通常最高時）較少量地減少需求 而非耗盡電能，並因而不影響需求費用。儲能系統101還可與可控負載或需求資源進行交 互，所述需求資源主要用作應急源或備份儲備以增援由於在計劃階段低估對儲存持續時間 的需要而造成的任何系統能量不足。
[0032] 需求資源的具體功率/持續時間曲線通常設施特定地基於設備、建築熱質和舒適 性要求。一般來講，可在設施中被推遲的負載量隨推遲的持續時間而減小，所以其最適合用 於管理相對短期的儲能不足（如，一小時或更短時間）。在任何給定的日期，如果在儲能系 統101中有多餘能量可用，則可調度多餘能量使得所有剩餘的可用能量（例如在儲能系統 101中）以套利模式使用。這可通過如下方式實現：監測儲能系統101中能量的量，並且一 旦峰需求期內的時間量小於或等於儲能系統101以全功率的剩餘放電持續時間，就以全功 率調度所述能量。對儲能系統101再充電還可限制為避免增加非峰需求費用。這可通過為 最大再充電需求定上限和/或對再充電計時以與低負載過夜小時數一致而實現。
[0033] 圖2示出了根據本發明實施例的從儲能系統101調度電能的方法200的流程圖。 方法200僅出於示例性目的參照圖1中示出的組件進行說明。
[0034] 在圖2的例子中，方法200包括監測設施負載103的淨需求的控制系統110(步驟 201)。在一個實施例中，淨需求為設施負載103所需求的電能的量減去光伏系統102的輸 出。在本例中，淨需求為與需求上限比較以確定儲能系統101應如何運行的過程變量。和 需求上限一樣，淨需求也可以電功率單位表示，其在這種情況下為kW。
[0035] 控制系統110比較淨需求與峰需求上限（步驟202)。當淨需求預期超過峰需求 上限（如，基於淨需求的目前趨勢）時，則控制系統110命令儲能系統101釋放小於或等於 全功率的足夠功率，從而維持峰需求上限（步驟203)。即，當淨需求大於峰需求上限時，儲 能系統101被命令調度足夠電功率來填補淨需求和峰需求上限之間的差值。作為具體的例 子，當淨需求為5000kW而峰需求上限為4000kW時，控制系統110可命令儲能系統101釋放 與淨需求水平和峰需求上限水平之間差值相等的電能，其在本具體例子中為lOOOkW。
[0036] 當淨需求預期不高於峰需求上限時，控制系統110確定儲能系統101是否能夠以 全功率放電經過長於需求期內剩餘時間的持續時間（步驟204)。"全功率"為儲能系統101 當時能夠放電的最大量，並且可處於儲能系統101的100%額定功率。如果儲能系統101具 有足夠的儲存電能可供以全功率放電經過等於或長於需求期內剩餘時間的持續時間，則控 制系統110命令儲能系統101以全功率放電直到需求期結束（步驟204至步驟205)。否則， 控制系統110命令儲能系統101繼續監測設施負載103的淨需求（步驟204至步驟201)。
[0037] 如可以理解的，當基於監測的淨需求和儲能系統101上的剩餘電荷進行的推測表 明不可能滿足峰需求上限時，峰需求上限的水平可在方法200的操作期間動態變化。在這 種情況下，峰需求上限可逐漸升高，即增大，以滿足推測。方法200還可包括從需求側資源 而非儲能系統101調度電能以滿足峰需求上限。
[0038] 圖3示出了根據本發明實施例的在典型的夏季的一天由方法200的操作所得的示 例性曲線圖。在圖3的例子中，垂直軸表示以kW(千瓦）計的電功率，並且水平軸表示時刻。 在圖3中標記出峰需求期和部分峰需求期的時刻。
[0039] 圖3示出了設施負載103的總需求的曲線301、設施負載103的受控需求的曲線 302、光伏系統102的輸出的曲線303、儲能系統101的調度的曲線304和設施負載103的淨 需求的曲線309。曲線304的正值表明儲能系統101釋放電能至設施負載103,而負值表明 儲能系統101被公用電網105充電。
[0040] 受控需求的曲線302為設施負載103的總需求減去光伏系統102的輸出和儲能系 統101的輸出或輸入。當淨需求（曲線309)上升從而超過峰需求上限時（參見308)，控 制系統110命令儲能系統101以最高至全功率釋放足夠電能至設施負載103 (參見305和 306)以滿足方法200的步驟203中的峰需求上限（參見圖2)。這得到不超過峰需求上限的 受控需求的曲線302。如果儲能系統101具有足夠的能量來以全功率釋放電能經過等於或 長於峰需求期內剩餘時間的持續時間，則控制系統110命令儲能系統101在需求期的剩餘 時間內以全功率釋放電能（參見307)，即直到峰需求期結束，如在方法200的步驟205中。
[0041] 雖然上述需求上限方法僅應用於一個季節的一個時期，即在夏季峰期期間，但是 該需求上限方法也可跨不同季節的不同時期應用。通過跨不同時期優化地分配可用的調度 能量，可獲得相比於只是使用僅針對峰期的需求上限方法明顯更好的結果。例如，可通過設 置針對峰期的單獨需求上限、針對部分峰期的單獨需求上限和針對非峰期的單獨需求上限 來設置針對不同時期的需求上限。所述時期還可按季節進一步優化，例如針對夏季峰期的 單獨需求上限、針對冬季峰期的單獨需求上限等。通過組合淨需求的預測與需求上限分配， 可減小由於太陽能資源和基礎設施負載的變化所致的性能降低風險，得到較高的值。
[0042] 發明人進行建模研究以理解儲能系統的值如何隨根據其來調度所述值的淨負載 變化而變化，尤其是考慮到一旦安裝系統，則那些參數（kW和kWh)為相對固定的。實質上， 首先要確定的是，考慮到淨負載基於假定為已知的情況能夠提取的最大值是什麼。建立此 基線後，隨後能夠確定淨負載形狀和預測淨負載形狀中的誤差二者變化的影響。在探究這 些關係的過程中，發明人確定了允許從儲能系統調度電能以控制任何需求期（如，不僅是 夏季峰需求期）期間的需求的方法為最優的。這與之前基於研究其他更簡單方法的發現相 反，這些方法顯示不得不添加大量的額外持續時間來以低成本/效益比率處理部分峰和非 峰需求費用。本文公開的需求上限方法允許較短持續時間的儲能在非夏季峰期被選擇性地 調度。該需求上限方法還允許非峰需求費用減少，從而得到顯著的附加值。因為如果淨負 載低於需求上限，則該需求上限方法允許對儲能系統再充電，這允許相對短的持續時間儲 能將負載均衡延長至這一天的較晚時間同時服務峰負載。它還允許對儲能系統進行設置以 實現較長的持續時間（以低於最大功率輸出）來滿足冬季月份的部分峰和非峰需求二者。 [0043] 具體地講，調整針對不同時期尤其是針對部分峰期的需求上限水平，能夠提供顯 著效益。該需求上限方法可估計每個月份的每個時期中的最大需求，然後以小於儲能裝置 額定功率的水平設置針對每個時期的最大需求。調整這些需求上限水平只是意味著對於給 定的需求期，儲能系統被限制為輸出小於其額定功率的100%。這有效地延長了儲能系統在 此時期內的可用持續時間。降低部分峰期調度水平特別有效，因為它允許所有時刻需求費 用在適用情況下減少。適當地調整需求上限水平在減少淨負載形狀逐年變化的負面影響方 面也很有效。
[0044] 圖4示出了根據本發明實施例的從儲能系統調度電能的方法400的流程圖。方法 400可通過控制系統110從儲能系統101調度電能來執行。在圖4的例子中，方法400包括 步驟410、420和430。這些步驟中的每一個都參照圖5、6和7來進一步說明。圖4-7的方 法僅出於示例性目的參照圖1中示出的組件進行說明。
[0045] 在圖4的例子中，方法400包括估計淨需求和基於所估計的淨需求設置需求上限 的步驟（步驟410)。該步驟可基於近期歷史數據在計劃階段離線進行並且在系統操作期 間周期性地進行。監測設施負載103的淨需求，並且基於設施負載103的實際淨需求實時 (即，在發電系統的操作期間）修改需求上限（步驟420)。在一個實施例中，設施負載103 的淨需求為設施負載103所需求的電能的量減去光伏系統102的輸出。基於對設施負載 103的淨需求與需求上限的比較對儲能系統101進行充電和放電（步驟430)。針對每個需 求期間隔執行步驟420和430。
[0046] 圖5示出了根據本發明實施例的估計淨需求和基於所估計的淨需求設置需求上 限的方法的流程圖。圖5的方法是方法400的步驟410的具體實施例（參見圖4)。圖5的 方法基於近期歷史數據在計劃階段離線進行並且在系統操作期間周期性地進行。
[0047] 在圖5的例子中，估計每個帳單期的每個T0U期中的最大需求（步驟411)。作為 具體的例子，需求費用可基於峰期需求費用、部分峰期需求費用和所有時刻需求費用在每 月一次的帳單期開帳單。該月的每個T0U期（如，峰期、部分峰期、非峰期或所有時刻）的 最大需求費用可基於歷史條件和天氣預測和/或需求進行估計。估計下個月的每個T0U期 的最大需求費用可在當月結束時進行。
[0048] 在圖5的例子中，估計在帳單期內每個T0U期中的最優需求降低（步驟412)。經 優化的需求降低將每個需求期中最大的需求降低設置為小於或等於儲能系統101的額定 功率的100%的百分比。經優化的需求降低可基於使用歷史數據的經濟優化。經優化的需 求降低可針對整年設置，或可基於前一個月，或另一個所關注的時間段。
[0049] 針對每個時期的最優需求上限可基於所估計的在每個帳單期的每個T0U期中的 最大需求和所估計的在帳單期內每個T0U期中的最優需求降低來計算（步驟413)。例如， 最優需求上限可為所估計的最大需求減去最優需求降低。最優需求上限隨後在發電系統的 操作期間用作需求上限，如在圖7的方法中。最優需求上限可在發電系統的操作期間進行 動態調節，如參照圖6所說明。
[0050] 圖6示出了根據本發明實施例的修改需求上限的方法的流程圖。圖6的方法是方 法400的步驟420的具體實施例（參見圖4)。針對每個需求期間隔實時（即在發電系統的 正常操作期間）執行圖6的方法。圖6的方法有利地允許動態調節需求上限以適應變化的 負載條件。
[0051] 在圖6的例子中，監測設施負載103的淨需求直到間隔結束（步驟421)。將設 施負載103的淨需求的平均值與之前計算（參見圖5的步驟413)的需求上限比較（步驟 422)。如果設施負載103的淨需求的平均值大於或等於所估計的最大需求，則控制系統110 將所估計的最大需求重置至與緊鄰的上一個間隔的實際淨需求相同的水平（步驟422至步 驟423)並且通過從新的所估計的最大需求減去最優需求降低重新計算需求上限。否則，如 果設施負載103的淨需求的平均值小於所估計的最大需求，則控制系統110隻是繼續監測 設施負載103的淨需求直到間隔結束（步驟422至步驟421)。
[0052] 圖7示出了根據本發明實施例的對儲能系統充電和放電的方法的流程圖。圖7的 方法是方法400的步驟430的具體實施例（參見圖4)。針對每個需求期間隔實時（即在發 電系統的正常操作期間）執行圖7的方法連同圖6的方法。
[0053] 在圖7的例子中，控制系統110讀取當前間隔的需求上限並且監測設施負載103 的淨需求直到當前間隔結束（步驟431)。當前間隔的需求上限可例如在計劃階段或在操作 期間周期性地進行離線計算後（參見圖5的步驟413)或如參照圖6所述進行實時調節後 (參見圖6的步驟423)，存儲在寄存器中、表中或作為變量。控制系統110可基於當前時間 和日期選擇當前間隔的需求上限。然後控制系統110比較設施負載103的淨需求與需求上 限（步驟432)。
[0054] 當設施負載103的淨需求預期大於需求上限（如，基於淨需求的當前趨勢）時，控 制系統110查看放電鎖定是否到位（步驟432至步驟433)。儲能系統101的充電或放電 可基於一個或多個標準（諸如T0U期、儲能系統101的充電狀態、需求期中剩餘的時間等） 根椐實施方式來禁止。當放電鎖定到位時，即放電被禁止時，控制系統110不執行儲能系統 101的放電。相反地，控制系統110隻是繼續監測設施負載103的淨需求（步驟433至步驟 431)。否則，當放電鎖定沒有到位時，控制系統110將儲能系統101設置為放電模式（步驟 433至步驟434)。控制系統110確定由儲能系統101放電的輸出功率（步驟435)。在一個 實施例中，控制系統110基於至少以下條件確定由儲能系統101放電的輸出功率：
[0055] a)命令的功率=設施負載103的淨需求減去需求上限 [0056] b)功率極限（最優需求降低）
[0057] c)能量極限（儲能系統101的可用充電狀態在間隔結束時等於0%所處於的功 率）
[0058] 儲能系統101的可用充電狀態（S0UC)是儲能系統101中剩餘的可用電能基於所 需的循環範圍深度的百分比。控制系統110還可使用其他因數或方法確定由儲能系統101 釋放的輸出功率，而不會減損本發明的優點。
[0059] 控制系統110命令儲能系統101以輸出功率放電（步驟436)，並且繼續監測設施 負載103的淨需求（步驟436至步驟431)。
[0060] 當設施負載103的淨需求預期不大於需求上限時，控制系統110查看充電鎖定是 否到位（步驟432至步驟437)。當充電鎖定到位，即充電被禁止時，控制系統110不執行儲 能系統101的充電而只是繼續監測設施負載103的淨需求（步驟437至步驟431)。否則， 當充電鎖定沒有到位時，控制系統110將儲能系統101設置為充電模式（步驟437至步驟 438)。控制系統110確定對儲能系統101進行充電的輸入功率（步驟439)。在一個實施例 中，控制系統110基於至少以下條件確定對儲能系統101進行充電的輸入功率：
[0061] a)命令的功率=需求上限減去設施負載103的淨需求
[0062] b)功率極限（儲能系統銘牌充電功率101，以kW計）
[0063] c)能量極限（儲能系統101的S0UC在間隔結束時等於100%所處於的功率）
[0064] 控制系統110還可使用其他因數或方法確定對儲能系統101充電的輸入功率，而 不會減損本發明的優點。
[0065] 控制系統110命令儲能系統101以輸入功率充電（步驟440)。在一個實施例中， 儲能系統101使用來自公用電網105的電能充電。然後控制系統110繼續監測設施負載 103的淨需求（步驟440至步驟431)。
[0066] 圖8示出了根據本發明實施例的由圖4-7的方法的操作所得的示例性曲線圖。在 圖8的例子中，垂直軸表示以kW計的電功率，並且水平軸表示時刻。在圖8中標記出峰需 求期和部分峰需求期的時刻。非峰需求期在峰需求期和部分峰需求期之外的時刻出現。
[0067] 圖8示出了設施負載103的總需求的曲線351、設施負載103的受控需求的曲線 352、光伏系統102的輸出的曲線353、儲能系統101的充電和放電的曲線354和設施負載 103的淨需求的曲線379。受控需求的曲線352為設施負載103的總需求減去光伏系統102 和儲能系統101的輸出。當淨需求（曲線379)在峰需求期內上升從而超過峰需求上限時 (參見365)，控制系統110命令儲能系統101釋放足夠電功率以滿足峰需求上限（參見371 和372)，如在圖4的步驟430中，以及如在圖7的步驟438-440中進一步詳述。這得到不超 過峰需求上限的受控需求的曲線352。
[0068] 相似地，當淨需求（曲線379)在部分峰需求期內上升從而超過部分峰需求上限時 (參見367)，控制系統110命令儲能系統101釋放足夠電功率以滿足部分峰需求上限（參 見373)，如在方法400的步驟430中，以及如在圖7的步驟438-440中進一步詳述。在部 分峰需求期內的某一時刻，平均淨需求大於所估計的最大部分峰需求。作為響應，控制系統 110動態地將所估計的最大部分峰需求增大至較高水平，如在圖4的步驟420中，以及如在 圖6的步驟421-423中進一步詳述，從而得到經調節的部分峰需求上限（參見366)。
[0069] 在圖8的例子中，曲線354的負值表明儲能系統101正在充電，並且正值表明儲能 系統101正在放電。儲能系統101的充電在淨需求小於需求上限時發生（參見375-377)， 如在圖4的步驟430中，以及如在圖7的步驟434-436中進一步詳述。
[0070] 在圖8的例子中，淨需求從16:00時刻起超過夏季峰需求上限並且儲能系統101 放電以維持該需求水平（曲線354的正值）。17:00時刻標記峰需求期結束和部分峰需求 期的開始，所以需求上限水平重置為部分峰值。需注意，該方法允許儲能系統101在淨需求 降至需求上限以下時充電，延長可維持該需求上限水平的持續時間，有效地在下午的部分 峰需求期期間平均化淨需求。在18:15時刻，動態需求上限重置使得當設施需求超過之前 預測水平時部分峰需求上限向上重置。非峰需求期始於20:30時刻。還可加上非峰需求上 限，使得儲能系統101的再充電不影響非峰期或所有時刻需求費用。在一些情況下，儲能系 統101還可在非峰需求期內放電，以維持非峰期或所有時刻需求上限。不同時期內每個經 調整的需求上限水平參數可通過對光伏系統、儲能系統和設施負載建模，並且迭代地解出 最大可實現值來調節。這可定期（如每月一次）執行使得可更好地適應變化的條件。
[0071] 上述實施例涉及受持續時間限制的儲能。在儲能不受持續時間限制的其他實施例 中，如就由設施提供的天然氣作燃料的微型燃氣輪機而言，可能存在其他約束，例如需要優 化的燃料成本和操作成本以及維護成本，但持續時間將不會是約束。然而，如本文所述，建 立預測的需求，動態地重置該需求並且確定每個需求期內的最優調度水平可直接應用於不 受持續時間限制的儲能。
[0072] 本發明公開了用於從儲能系統調度電能的方法和設備。雖然已提供了本發明的具 體實施例，但是應當理解，這些實施例是用於舉例說明的目的，而不用於限制。通過閱讀本 發明，許多另外的實施例對於本領域的普通技術人員而言將是顯而易見的。
【權利要求】
1. 一種從儲能系統調度電能的方法，所述方法包括： 監測設施負載的電能需求； 針對需求期設置需求上限； 在所述需求期內將所述設施負載的所述電能需求與所述需求上限比較； 響應於確定所述設施負載的所述電能需求預期小於所述需求上限，確定儲能系統是否 能夠在等於或長於所述需求期中剩餘時間的持續時間內以放電極限調度電能；以及 響應於確定所述儲能系統能夠在等於或長於所述需求期中所述剩餘時間的所述持續 時間內以所述放電極限調度電能，以所述放電極限從所述儲能系統釋放電能。
2. 根據權利要求1所述的方法，還包括： 響應於確定所述設施負載的所述電能需求預期大於所述需求上限，基於所述需求上限 從所述儲能系統釋放電能。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中所述儲能系統釋放與所述設施負載的所述電能需 求水平和所述需求上限水平之間差值相等的電能。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中所述儲能系統包括蓄電池。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中所述放電極限處於所述蓄電池的100%額定功率 下。
6. 根據權利要求1所述的方法，還包括： 當所述設施負載的所述電能需求超過所述最大預期需求時，在包括所述儲能系統的發 電系統的操作期間動態地調節所述需求上限。
7. 一種發電系統，包括： 儲能系統； 光伏系統，其被耦接以向設施負載提供電能；以及 控制系統，其被配置成控制電能從所述儲能系統釋放至設施負載，所述控制系統被配 置成監測所述設施負載對電能的需求，以在需求期內比較所述設施負載的所述需求與需求 上限，並且基於所述設施負載對電能的所述需求與所述需求上限的比較以放電率從所述儲 能系統釋放電能。
8. 根據權利要求7所述的發電系統，其中所述控制系統被配置成當所述儲能系統具有 足夠的電能從而能夠在等於或長於所述需求期的剩餘時間的持續時間內以全功率放電時， 將電能從所述儲能系統以全功率釋放至所述設施負載。
9. 根據權利要求7所述的發電系統，其中所述儲能系統包括蓄電池。
10. 根據權利要求7所述的發電系統，其中所述控制系統被配置成當所述設施負載的 所述需求大於最大預期需求時，調節所述需求上限。
11. 根據權利要求10所述的發電系統，其中所述控制系統增大所述需求上限。
12. 根據權利要求7所述的發電系統，其中所述儲能系統耦接至公用電網。
13. 根據權利要求12所述的發電系統，其中當所述設施負載的所述需求小於所述需求 上限時，所述儲能系統用來自所述公用電網的電能充電。
14. 一種從儲能系統調度電能的方法，所述方法包括： 監測設施負載對電能的需求； 在第一需求期內比較所述設施負載對電能的第一需求與第一需求上限； 檢測到所述設施負載對電能的所述第一需求預期大於所述第一需求上限； 響應於檢測到所述設施負載對電能的所述第一需求預期大於所述第一需求上限，以第 一輸出功率將電能從儲能系統釋放至所述設施負載； 檢測到所述設施負載對電能的所述第一需求預期不大於所述第一需求上限；以及 響應於檢測到所述設施負載對電能的所述第一需求預期不大於所述第一需求上限，以 第一輸入功率對所述儲能系統充電。
15. 根據權利要求14所述的方法，還包括： 檢測到在所述第一需求期內所述設施負載對電能的所述第一需求大於所述最大預期 需求；以及 響應於檢測到在所述第一需求期內所述設施負載對電能的所述第一需求的所述平均 值大於所述最大預期需求，增大所述第一需求上限。
16. 根據權利要求14所述的方法，其中所述儲能系統使用來自公用電網的電能以所述 第一輸入功率充電。
17. 根據權利要求14所述的方法，其中所述儲能系統包括蓄電池。
18. 根據權利要求14所述的方法，還包括： 在所述第一需求期後的第二需求期內比較所述設施負載對電能的第二需求與第二需 求上限； 檢測到所述設施負載對電能的所述第二需求預期大於所述第二需求上限；以及 響應於檢測到所述設施負載對電能的所述第二需求預期大於所述第二需求上限，在所 述第二需求期內以第二輸出功率將電能從所述儲能系統釋放至所述設施負載。
19. 根據權利要求18所述的方法，還包括： 檢測到所述設施負載對電能的所述第二需求不大於所述第二需求上限；以及 響應於檢測到所述設施負載對電能的所述第二需求不大於所述第二需求上限，以第二 輸入功率對所述儲能系統充電。
20. 根據權利要求18所述的方法，還包括： 檢測到在所述第二需求期內所述設施負載對電能的所述第二需求大於所述第二預期 最大需求；以及 響應於檢測到在所述第二需求期內所述設施負載對電能的所述第二需求大於所述第 二最大需求，增大所述第二需求上限。
【文檔編號】G05D3/12GK104220945SQ201280067619
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2012年12月11日 優先權日:2012年1月20日
【發明者】卡爾·J·S·利諾克斯 申請人:太陽能公司