用於電網上的輔助服務的電力存儲系統的頻率響應電荷維持控制的製作方法

2023-07-18 04:51:01 1

專利名稱：用於電網上的輔助服務的電力存儲系統的頻率響應電荷維持控制的製作方法
技術領域：
本公開涉及在電網上提供輔助服務，更具體地涉及使用電力存儲系統的頻率調整和同步儲存。
背景技術：
對於任何一段給定的時間如一天來說，電網操作方需估算對於那段時間的每秒、 每分或每小時所需要的能量總量。電力供應商通過電廠來提供該估計的能量總量。一般來說，實際負荷的平均值相對接近於所估計的總量。但是，在所需要的能量總量中會有瞬時波動，導致實際負荷高於該估計量或低於該估計量。響應於這種波動，電力供應商改變來自電廠的電力輸出以與負荷相匹配。在線電廠的輸出中的這一變化稱為「負荷跟蹤」。當負荷高於所輸送的功率時，直觀的是需要提高功率以使電氣裝置保持全面運轉。圖1是說明了實際負荷Iio和電廠的負荷跟蹤120的圖。 可以看到，在線電廠不能與實際負荷波動精確地匹配。也有功率需要與負荷相等的次級的較不直觀的原因。如果所提供的功率與功率負荷不同，提供到家庭和商業的AC電流的頻率會與標稱標準、例如50Hz或60Hz不同。該頻率差異會導致電器、照明電器和其它裝置低效率地或甚至以不安全的方式運行。為了維持所要求的AC電流的工作頻率，電力系統操作方要求電廠提供稱為頻率調整的額外服務。在圖1中，線130表示了頻率調整如何要求隨時間或多或少地調節功率以將頻率維持在所希望的工作範圍中。如果負荷(要求)低於所提供的功率，則輸出頻率升高到超過60Hz。相反，如果負荷高於所提供的功率，則頻率降低(由於發電機降低了其能量輸出)。其它類似的輔助服務也可對電網頻率的偏離作出響應，例如同步存儲，其涉及已經與電網頻率同步並在能量供給失效或有其它問題的情況下可非常快地提供能量的快速響應電廠。一般地，由於例如頻率調整和同步存儲的服務用於對提供功率和能量消耗的核心要求起支持作用，所以其落入稱為電網的輔助服務的範疇。在過去，電廠已經提供了頻率調整、同步存儲和其它輔助服務。然而，能量存儲技術如蓄電池、飛輪、電容器或其它裝置也可用於給電網提供能量。從本質上說，這些能量存儲技術也具有從電網中獲取要被存儲以供隨後使用的多餘能量以及向電網釋放能量的功能。由於頻率調整要求隨時間不斷調整地在系統中加入和移出總能量(見圖1，線130)，因此能量存儲技術可很好地適合於達到此要求。能量存儲技術不直接產生新的能量，但是通過將電廠產生的能量與電網上需要的瞬時變化更好地匹配，其允許在電廠產生能量的使用中提高其效率。該效率將允許與操作功率系統相關的更低的總成本和更少的排放。此外，提供輔助服務的能量存儲技術允許將現有的電廠能量容量集中在用於消費而不是轉化為維持電網所需服務的能量的生產上，由於隨著時間的流逝該要求會升高，因此潛在地推遲了對新電廠的需求。但是，當與電廠相比時，大多數能量存儲技術拘泥於可提供到電網或從中取出的總能量的量或能量的持續時間。例如，在蓄電池能量存儲系統的情況中，蓄電池可達到完全沒有能量或完全充滿能量的點，並且因此不能進行在那個時刻所需要的調整功能。但是，考慮到對於電網上的有效頻率調整所需的隨時間的上下波動，在一個時刻、例如在蓄電池用完且需要能量的情況下不能執行的能量存儲單元將能夠在下一個瞬間、例如用完的蓄電池此時能夠吸收過量能量的情況下執行。為了滿足該挑戰，能量存儲技術需要一定的機構、方法和控制，其能夠實現達到頻率調整和其它輔助服務所需的能量存儲單元的最有效的電荷維持工作特徵。儘管提出了用於連接於電網的能量存儲技術的通用控制系統，但是還沒有實現能可靠地維持用於電網上輔助服務的系統性能的實際系統。因此，希望具有用於能量存儲系統的控制系統，其能將能量存儲系統的荷電狀態(SOC)或者存儲或釋放能量的性能與電網中的對頻率調整、同步存儲和其它輔助服務的瞬時需求進行可靠的協調。此外，希望此控制系統能運行以通過維持能量存儲單元的運行性能的方式來將能量存儲系統恢復到最佳的 S0C，以能夠響應用於這些服務的調度信號或自動信號。

發明內容
所公開的實施例提供了用於控制與電網能量耦合的能量存儲系統的充電和放電行為的系統、裝置和方法，使得當需要時其可提供適用於頻率調整和其它電網輔助服務的充電和放電性能的持續可用性，並在不使用和電網條件許可時恢復到特定水平的荷電狀態 (SOC)。當操作方要求通過調度或通過自動控制來進行調整(例如向電網中加入能量或從中移除能量)時，控制機構確認該SOC值將允許所要求的充電或放電，並允許能量存儲系統通過提供額外的能量或吸收多餘的能量來執行要求。為了維持適當的電荷，需監測能量存儲裝置的荷電狀態(SOC)的值和電網頻率。 當沒有執行來自操作方的調整電網頻率的要求時，可以增加或減少存儲裝置的電荷，以將電荷保持在特定的範圍中。一旦SOC值跌出該範圍，要適當地向存儲單元中增加電荷或從中移除電荷，以使電網頻率具有適當的值。例如，如果電網頻率處於第一設定點之上，那麼可加入電荷，但是如果電網頻率處於第一設定點之下，則不這樣做。而且，如果電網頻率處於第二設定點之下，那麼可以移除電荷，但是如果電網頻率處於第二設定點之上，則不這樣做。 參考下文中的詳細描述和附圖，可以更好地理解本發明的原理和優點。


圖1是顯示了實際負荷、負荷跟蹤以及調節功率的圖。圖2是與電網相連以進行輔助服務的示例性能量存儲系統的框圖。圖3是顯示了將用於調整電網工作頻率的能量存儲系統上的電荷維持在特定範圍的方法的流程圖。圖4是描述了對電網上的頻率偏移進行線性響應的曲線圖。圖5a和5b是說明了用於能量存儲裝置的電荷維持的兩個例子的曲線圖。圖6是描述了代表電網頻率的不同狀態和能量存儲裝置的荷電狀態的各自行為的例子的表格。
具體實施例方式所公開的實施例提供了用於維持與電網能量耦合以提供輔助服務的能量存儲裝置的荷電狀態(SOC)的系統、裝置和方法。作為例子，當操作方要求調整(即向電網中加入能量或從中移除能量)時，調整系統通過從能量存儲裝置中提供額外的能量或將多餘的能量吸收到能量存儲裝置中來執行該需求。為了可靠地響應於操作方隨後的需求，要將能量存儲裝置上的電荷維持在特定的範圍內。通過背景知識以及為了促進對本發明背後的原理的理解，將使用蓄電池作為能量存儲單元的頻率調整單元描述為可適用本發明原理的輔助服務的例子。可將這些原理應用到其它類型的能量存儲裝置如飛輪、電容器和其它技術的管理和控制上，其中可將值和設定點調節為適合所選系統的相關特徵。圖2是頻率調整單元200的框圖。該頻率調整單元 200可向電網205提供能量和接收來自電網的能量。例如，可通過本地變電站或輸電線來提供能量。這樣，電網可在特定的標稱頻率如60Hz下為當前負荷提供適當量的功率。頻率調整單元200包括一組能量存儲單元210，例如蓄電池。在一個實施例中使用了先進鋰離子蓄電池。該組能量存儲單元如蓄電池210與電網能量耦合。這裡所使用的用語「能量耦合」意指能量可從一個物體流到另一個物體。例如，AC或DC電流形式的電力可以雙向方式從一個物體流到另一個物體。例如，蓄電池210根據需要提供能量到電網205 或從電網205中接收能量，以便調整電網頻率。當提供能量到電網205時，DC電流從蓄電池210流到雙向AC/DC逆變器215，其將DC電流轉換成AC電流。在一個實施例中，採用換流器來實現DC到AC的轉換。當存儲來自電網的能量時，採用整流器來實現AC到DC的轉換。如本領域的技術人員所顯而易見的是，可以使用不同類型的換流器和整流器。AC電流通過變壓器220在逆變器215和電網 205之間流動。能量轉換系統(PCS) 225是用於AC/DC雙向逆變器215的邏輯控制系統。可編程邏輯控制器(PLC)指令PCS 225以使逆變器215與蓄電池210和/或電網205連接或斷開。 在一個實施例中，可通過在系統200的工作期間為常閉的手動開關來實現變壓器220和電網205之間的連接。在一個實施例中，可編程邏輯控制器(PLC)230使用程序梯形邏輯來產生實時控制。PLC 230通過數據接口(DI)線3發送和接收往來於PCS 225的數據信號。從PCS 225 到PLC 230的示例性輸入是準備就緒的狀態信號，來自PLC 230的示例性輸出是充電或放電的能量總量，以及使逆變器215與電網205和/或蓄電池210連接/斷開的指令。為了維持蓄電池處於能夠使其響應要求以將能量加入到電網或從電網中吸收能量的狀態下，系統200包括蓄電池管理系統(BMS) 235。BMS 235使蓄電池單元210保持平衡，並且保持有單元的荷電狀態(SOC)的信息。蓄電池210的SOC是蓄電池發送和接收能量的當前容量的度量。從BMS 235經DI線4到PLC 230的示例性輸入是蓄電池210的功率性能(例如以MWsec計)、故障和SOC0在一個實施例中，SOC是一個從0%到100%的百分數，其中100%意味著在蓄電池 210中不能存儲更多的能量。在一個方面，通過開路和/或閉路電壓水平來計算S0C。但是， 如本領域的技術人員所熟知的那樣，可通過多種方法來計算S0C。
可採用遠程終端單元(RTU) 250經DI線1來和監控與數據採集(SCADA)系統255 相連。在一個實施例中，SCADA與操作電網205的操作方(如公用系統)相關聯。從SCADA 255到PLC 230的示例性輸入包括調整電網頻率的要求。該要求可包括充電或放電的能量總量(以麗計)，並且可包括電網頻率。來自PLC 230的示例性輸出包括系統200的狀態和可用性。在一個實施例中，PLC 230可給SCADA 255發送關於SOC或其容量的信息，以便於SCADA 255提前知道系統是否可提供服務。PLC 230也可通過DI線2接收來自與電網205耦合的換能器260的數據信號。換能器260檢測電網205上的AC信號，以確定在電網上傳輸的電的頻率。在一個實施方案中，不間斷電源(UPS) 265向PLC 230提供功率。在另一個實施例中，PLC 230向HVAC單元240發送信號和從中接收信號(經過DI線5)，以便為蓄電池210 和其它部件維持適當的環境條件。從HVAC 240到PLC 230的示例性輸入是溫度和溼度，並且到HVAC的示例性輸出是溫控器設置。在另外一個實施方案中，計算機245與PLC 230相連，以控制、編程或設置PLC 230 的參數。計算機245也可用於監控系統200。從計算機245到PLC 230的示例性輸入是關閉和開啟信號。到計算機245的示例性輸出是日誌事件、日誌數據和警報報告。當進行頻率調整時，可在PLC 230處經由SCADA 255和RTU 250接收來自電網操作方的要求。該要求可包括從電網中吸收能量或向電網加入能量的指令。在一個實施例中， 該要求說明了有多少能量要傳輸或傳輸比率。作為響應，根據該要求是要增加或降低當前電網頻率還是要同等地吸收或加入能量，從而將能量傳輸到電網中或從電網中傳輸出來。此後，可響應於來自操作方的其它調度要求而停止調整。例如，操作方可認為電網頻率處於或接近於所希望的標稱頻率。操作方也可認為該頻率不大可能會很快變化，例如由於操作方預測了通過在線電廠產生的能量將會與預期負荷相匹配。在另一個例子中，基於通過系統200的電網頻率處於或接近於希望值的測量可停止該調整。由於其它原因如檢測到故障，也可以停止調整。在調整期間，蓄電池的SOC可顯著地上升或下降。例如，蓄電池已經向電網傳輸了相當大量的能量，因此使蓄電池具有非常低的電荷(例如大約20%的S0C)。在另一個例子中，蓄電池已經從電網中接收了大量的能量，因此使蓄電池具有相當大量的電荷(例如大約85%的S0C)。在這兩個例子中，如果需要分別地加入或吸收更多的能量，則蓄電池是在一種不佳狀況中繼續調整電網頻率。因此，為了提供更可靠的服務，根據本發明的原理來改變蓄電池中的電荷，以在儘可能最大量的時間內保證其處在所要求的範圍中。上述改變是適當地增加或減少電荷。該改變僅在這樣做能使對於適當SOC的需求與對於配電系統的整體需求相平衡時才進行。根據一個實施方案，當電網頻率處於不需要調整的死區時進行該改變。在此時間內可加入/移除電荷，直到可由PLC 230基於來自BMS 230的信息而監控到的SOC值處於特定的範圍中。例如，該範圍可以50%左右為中心，以便於系統200可相等地提供或接受能量。在其它實施例中，例如當已知在特定方向上可能有大的傳輸時，目標狀態可高於或低於約50%。圖3是說明了將蓄電池的電荷維持在特定範圍中的一般方法的流程圖，其中該蓄電池用於在系統200不加入或吸收功率以提供頻率調整的時間內調整電網的工作頻率。在步驟310中，獲得當前的SOC值。例如，PLC 230可從BMS 235中接收S0C。在一個實施例中，周期性地監測SOC值。在步驟320中，獲得對電網頻率的測量。例如，PLC 230可接收由換能器260周期性地測得的電網頻率。檢查所接收的頻率，以確定其是否處在一已建立的死區中。例如，可確定其是否處於60Hz士0.025Hz的範圍中。該範圍可與操作方用來確定何時批准用於系統200的頻率調整的請求的範圍相同，或其可以不同。例如，僅當瞬時工作頻率在 60Hz士0. 05Hz的範圍之外時，才會發出用於調整的要求。如果瞬時電網頻率處於死區範圍之外，那麼SOC的調節是不適當的，這是由於當頻率為高時能量到電網的傳輸或當頻率為低時能量向電網外的傳輸1可導致需要自身的調整。在這種情況下，圖3的過程終止，並且PLC在步驟325處繼續其它的任務。但是，如果電網頻率在死區內，則在步驟330處做出SOC是否處於由所希望的上限 Ll和下限L2來定義的維持範圍之外的決定。在一個實施方案中，Ll可等於蓄電池總容量的45%，L2可等於容量的55%。如下文將更加詳細地描述的那樣，在步驟340中，如果SOC 處於維持範圍之外但電網頻率處於死區中，則改變電荷。例如，如果確定需要使SOC處於約 45% -55%之間的範圍中，那麼可針對約35%的SOC來改變電荷。在此情況下，通過將能量從電網傳輸到存儲單元來改變S0C。如果在步驟330處確定SOC處在維持範圍中，則在電網和存儲單元之間不發生能量傳輸，並且在步驟325處過程繼續進行。在電荷的改變期間，在步驟350處繼續監測電網頻率，以確定其是否已經移出死區。如果已經移出死區，則系統停止充電，並在步驟325處繼續。如果電網頻率仍在死區內， 則過程進行步驟360。在步驟360中，確定SOC值是否已經返回到一可接受的值。在一個實施例中，該可接受的範圍與用於確定在步驟330中電荷是否需要改變的範圍相同。在另一個實施例中， 該可接受的範圍更小。例如，可以改變電荷直到SOC為50%或接近50%。否則，SOC的值可在該範圍的一端附近波動，並且重複地要求電荷改變。如果SOC沒有達到可接受的值，則重複步驟340-360。一旦在步驟360處已經確定SOC處於可接受的水平，系統200停止充電過程並在步驟325處繼續。可以多種不同的方式開始如圖3所示的過程。在一個實施方案中，PLC 230可通過換能器260直接監測電網的頻率，以確定該頻率何時處於已建立的死區中。當檢測到該條件時，PLC可開始圖3所示的過程，以判斷存儲單元的SOC是否需要改變，如果是，則進行改變。在另一實施方案中，PLC可解釋接收自系統操作方的指令，以確定工作頻率是否在死區中。例如，如果給特定電力提供商的指令是以相對低的傳輸比率來加入或吸收能量，則在該時刻未被要求這樣做的其它供應商可推斷出工作頻率非常接近於標稱頻率，並且因此開始如圖3所示的過程。作為第三種可能，系統操作方本身可發出狀態信息以表明工作頻率何時處於死區，或發送明確的指令以開始SOC維護過程。下面將參考圖4和5來詳細描述用於調整電網頻率和用於調節存儲單元的SOC的特定過程。圖4是說明了用來調整電網頻率的系統操作的一個實施例的圖。縱軸表示所檢測的單位為赫茲的電網頻率，橫軸表示在存儲單元和電網之間傳輸的單位為兆瓦的能量總量。在圖4所示的例子中，將60Hz用作標稱電網頻率。在圖4所示圖中的虛線之間的區域代表了響應範圍，其中電網頻率在標稱值周圍的波動是可以容忍的，不需要調整。在所示例子中死區為60Hz士0. 05Hz。應當理解，死區包括的頻率可比在該例中描述的0. IOHz的範圍更大或更小。當電網的瞬時頻率在可接受的範圍中時不進行調整，即指示逆變器215斷開電網 205和存儲單元210之間的連接，使得在它們之間沒有能量傳輸。一旦頻率超出該範圍，便激活逆變器以沿著與頻率是否在標稱值之上或之下的相應方向來傳輸能量。在圖4所示的例子中，橫坐標上的正值代表了能量從存儲單元到電網的傳輸。因此，一旦頻率低於60Hz 的標稱值超過0. 05Hz，便激活逆變器以將來自存儲單元的DC電流轉換為AC電流，並且將其提供到電網中。相反，如果頻率高於標稱值超過可接受的容忍度，便激活整流器以將來自電網的功率轉化成DC電流，並將其提供到存儲單元中。在圖4的例子中，輸送到或來自於電網的能量總量與瞬時電網頻率偏離於標稱頻率的量成線性比例。然而也可採用其它函數來表徵頻率偏移和能量輸送量之間的關係，例如穿過圖形原點的高階多項式。圖如和恥是說明了用於根據本發明的原理來維持存儲單元的SOC的操作的兩個例子的圖形。在這些圖形中，縱軸表示單元的S0C。如前所述，該操作僅發生在瞬時頻率處於死區中時。在圖fe的例子中使用了階躍函數，因此當存儲單元放電或充電時，相應地將固定比率的能量輸送到電網中或從電網中取得固定比率的能量。在所示例子中，僅當SOC 處於維持範圍之外時才發生充電和放電傳輸。一旦SOC降低到上限如55%，或升高到下限如45%時，傳輸比率則切換到0麗。但是如前所述，當SOC處於該範圍之外時，一旦充電或放電開始，其可持續進行，直到例如SOC達到50%的值或接近於其的時候為止。在圖恥的例子中，傳輸比率是荷電狀態的函數。在該情況下，使用三階多項式來確定根據SOC所要傳輸的能量總量。也可以使用高階多項式。也可使用其它因素來確定存儲單元的充電或放電比率。例如，傳輸比率可為在死區中的電網頻率的函數，而不是荷電狀態的函數。作為另一個例子，充電比率可根據電力供應商的市場份額而減弱。這樣可避免具有大市場份額的供應商和因此很大的存儲容量對電網的整體狀態帶來不利影響的可能性，這種影響通過當其存儲單元充電時帶來過大的負荷或當其存儲單元放電時給電網加入太多的能量來體現。圖6的表提供了執行用以對電網提供輔助服務和維持用於支持這些服務的存儲單元的SOC的操作的例子。表中的行對應於SOC的三個相應範圍，即高於上限L2(以上範圍)、限值Ll和L2之間(範圍中)和低於下限Ll (以下範圍)。表中的列描述了電網頻率相對於標稱設定值如60Hz的不同的對應範圍。帶有較深色陰影的表格單元說明了響應於發送自服務操作方的規則或指令而採取的動作。較淺色陰影單元說明了為提供電荷維持而採取的動作。當瞬時頻率非常低或非常高、即在死區之外時，假設存儲單元具有足夠的容量來進行所要求的動作，則所採取的動作分別是存儲單元向電網放電，或從電網給存儲單元充電。當頻率在死區中但不在設定點處時，要進行的動作取決於頻率和S0C。如果頻率低於設定點，那麼當SOC為以上範圍時存儲單元放電，而當SOC為以下範圍時存儲單元進行涓流充電。如果頻率高於設定值，那麼當 SOC為以上範圍時存儲單元進行涓流放電，而當SOC為以下範圍時存儲單元充電。
在不脫離本發明實施例的精神和範圍的前提下，本發明的特定方面的具體細節可以任何適當的方式進行組合。但是，本發明的其它實施例可針對與每個單獨的方面有關的特定實施例，或者這些單獨方面的特定結合。例如，前述例子是在頻率調整的上下文中進行的描述，在其中為了負荷跟蹤的目的而向電網中加入能量或從電網中吸收能量。在該情況中，加入或吸收能量的決定是基於相對於所建立的閾值、例如死區極限的工作頻率瞬時值。這裡所描述的原理同等適用於可響應於電網工作頻率中的變化的其它輔助服務。例如，為了響應於工作頻率的快速降低，作為工作頻率的瞬時值的附加或替代，可使用諸如頻率變化率的參數來作為用於向電網加入能量的指令的觸發器。在用於輔助服務的不同應用中，可使用用於頻率調整的相同控制和邏輯結構來改變用於該服務的裝置的設定值。可以理解，如上所述的本發明可以模塊化或集成化的方式以使用硬體和/或使用計算機軟體的控制邏輯的形式來實施。基於這裡所提供的公開和教導，本領域的普通技術人員將明白並理解其它方式和/或方法，以使用硬體和硬體與軟體的組合來實施本發明。在此應用中所描述的任何軟體部分或函數可實施為由處理器使用任何適當的計算機語言(如Java、C++或Perl)並利用例如傳統的或面向對象的技術來執行的軟體代碼。 該軟體代碼可存儲為在計算機可讀的用於存儲和/或傳輸的媒介上的一系列指令或命令， 適用的媒介包括隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、磁性介質如硬碟驅動器或軟盤，或者光學介質如高密度盤(CD)或DVD (數字通用光碟)、快閃記憶體存儲器等。計算機可讀介質可為這些存儲器件的任意結合。上述示例性實施例是為了說明和描述的目的而提出的。其並不是窮舉性的，也不用於將本發明限制在所述的精確形式，根據上述教導可以做出多種改變和變型。對實施例進行描述是為了解釋本發明的原理和其實際應用，因此，本領域的其他技術人員能夠以各種實施例和帶有如適合於特定的使用計劃的多種改變來使用本發明。
權利要求
1.一種通過與電網能量耦合的能量存儲裝置來對電網的工作頻率變化作出響應的方法，該方法包括確定電網的工作頻率是否處於標稱工作頻率的預定範圍中；如果確定所述工作頻率在所述範圍之外，通過在所述能量存儲裝置和電網之間傳輸能量來調整電網頻率；如果所述工作頻率在所述範圍之內，確定所述能量存儲裝置的荷電狀態(SOC)是否處於預定的極限中；並且當所述工作頻率在所述範圍中且所述能量存儲裝置的SOC在所述預定極限之外時，在所述能量存儲裝置和電網之間傳輸能量，以使SOC處於所述預定極限中。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括使用從中接收SOC值的能量存儲裝置管理系統來監測所述荷電狀態(SOC)；和使用從中接收電網頻率的換能器來監測所述電網頻率，並且在可編程邏輯控制器處接收所述SOC值和電網頻率。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述電網和能量存儲裝置之間傳輸能量，以便在基於電網工作頻率的比率下調整頻率。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述比率是電網工作頻率的線性函數。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述比率是電網工作頻率的非線性函數。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述非線性函數是高於一階的多項式。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在電網和能量存儲裝置之間傳輸能量，以便在基於SOC的比率下使SOC處於所述預定極限中。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在電網和能量存儲裝置之間傳輸能量，以便在基於電網工作頻率的比率下使SOC處於所述預定極限中。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在電網和存儲單元之間傳輸能量，以便在基於能量存儲裝置的容量的比率下使SOC處於所述預定極限中。
10.一種通過與電網能量耦合的能量存儲裝置來對電網的工作頻率變化作出響應的方法，該方法包括確定電網的工作頻率的參數是否處於預定範圍中；如果確定所述工作頻率參數在所述範圍之外，通過在所述能量存儲裝置和電網之間傳輸能量來調節電網頻率；如果所述工作頻率在所述範圍之內，確定所述能量存儲裝置的荷電狀態(SOC)是否處於預定的極限中，以及所述工作頻率是否處於標稱工作頻率附近的預定波段中；並且當所述工作頻率在所述預定波段中且所述能量存儲裝置的SOC在所述預定極限之外時，在所述能量存儲裝置和電網之間傳輸能量，以便使SOC處於所述預定極限中。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述參數是工作頻率的瞬時值。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述預定波段等於所述預定範圍。
13.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述預定波段小於所述預定範圍。
14.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述參數是工作頻率的變化率。
15.一種用於對配電網的工作頻率變化作出響應的系統，包括至少一個能量存儲裝置；響應命令以向電網中加入能量或從電網中吸收能量的逆變器，其選擇性地使所述存儲單元與電網相耦合，以在能量存儲裝置和電網之間傳輸能量；和荷電狀態(SOC)維持系統，其確定電網的工作頻率是否處於標稱工作頻率的預定範圍中，確定能量存儲裝置的SOC是否處於預定的極限中，並且當工作頻率在所述範圍中且能量存儲裝置的SOC在所述預定極限之外時控制所述逆變器，以在能量存儲裝置和電網之間傳輸能量，從而使SOC處於所述預定極限中。
16.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述SOC維持系統包括提供與電網工作頻率有關的數據的換能器。
17.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述SOC維持系統包括指令所述逆變器連接和斷開能量存儲裝置和電網的控制器。
18.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，所述控制器指令逆變器以在指定的比率下傳輸能量。
19.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述控制器指令逆變器在電網和能量存儲裝置之間在基於SOC的比率下傳輸能量。
20.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述控制器指令逆變器在電網和能量存儲裝置之間在基於電網工作頻率的比率下傳輸能量。
21.根據權利要求20所述的方法，其特徵在於，所述比率是電網工作頻率的非線性函數。
22.根據權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述非線性函數是高於一階的多項式。
23.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述控制器指令逆變器在電網和能量存儲器件之間在基於能量存儲裝置容量的比率下傳輸能量。
24.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，還包括存儲單元管理系統，其向控制器提供與能量存儲裝置的荷電狀態相關的數據。
全文摘要
本發明涉及用於維持能量存儲裝置的荷電狀態的系統、裝置，和方法，所述能量存儲裝置例如為與電網能量耦合以支持輔助服務的蓄電池、飛輪、電容器或其它技術。為了可靠地響應調整電網的要求，根據電網的狀況以優化能量存儲裝置的準備狀態維持能量存儲裝置上的電荷或將其恢復到特定範圍以提供輔助服務。可監測能量存儲裝置的荷電狀態(SOC)和電網頻率。當來自操作方的調整電網頻率的要求沒有被執行時，可增加或減少能量存儲裝置的電荷，從而將電荷維持在特定的範圍中。一旦SOC跌出第一範圍，則在電網頻率具有適當值、例如如果電網頻率分別處於第一設定點之上或第二設定點之下時，將電荷加入到或移出能量存儲裝置。
文檔編號H02J7/00GK102326315SQ200980149553
公開日2012年1月18日 申請日期2009年10月8日 優先權日2008年10月9日
發明者普萊文·H·卡特帕爾, 約翰·C·謝爾頓 申請人:Aes有限公司