專利名稱：儲能系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)本發(fā)明的實施例的各個方面涉及一種儲能系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
由于諸如環(huán)境破壞和自然資源的衰竭的問題，用于存儲電力以及有效地利用存儲 的電力的系統(tǒng)比之前獲得更多的關(guān)注。此外，新的可再生能源(例如，光伏電力)的重要性 也在增加。特別是，由于可再生能源從近乎于無窮無盡的自然資源(例如，陽光、風或潮汐) 獲取，并且在能源消耗期間不產(chǎn)生污染，因此正對利用可再生能源的方法進行積極地研究 和開發(fā)。通過將信息技術(shù)應用到傳統(tǒng)的電網(wǎng)，傳統(tǒng)的電網(wǎng)可變?yōu)橹悄茈娋W(wǎng)系統(tǒng)，智能電網(wǎng) 系統(tǒng)通過在供電器和用電設備之間交換信息改善或優(yōu)化了能源效率。此外，已經(jīng)提出了結(jié)合光伏技術(shù)和不間斷電源(UPS)的光伏系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個或多個實施例致力于一種儲能系統(tǒng)以及控制該儲能系統(tǒng)的方法，以 便即使在電網(wǎng)的非正常運行的情況下(例如，斷電)，也以提高的效率來利用存儲在電池中 的電力。根據(jù)本發(fā)明的實施例的另外的方面將在下面的說明書中被部分地闡述，部分根據(jù) 說明書將是清楚的。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例，儲能系統(tǒng)包括最大功率點跟蹤(MPPT)轉(zhuǎn)換 器，用于將由可再生能源發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換為第一電力，并將第一電力輸出到第一 節(jié)點；雙向逆變器，連接在第一節(jié)點和第二節(jié)點之間，電網(wǎng)和負載連接到第二節(jié)點，雙向逆 變器用于將經(jīng)第一節(jié)點輸入的第一電力轉(zhuǎn)換為第二電力并將第二電力輸出到第二節(jié)點，以 及用于將由電網(wǎng)提供的電力轉(zhuǎn)換為第一電力并將第一電力輸出到第一節(jié)點；電池，用于存 儲第三電力；雙向轉(zhuǎn)換器，連接在電池和第一節(jié)點之間，雙向轉(zhuǎn)換器用于將由電池輸出的第 三電力轉(zhuǎn)換為第一電力并經(jīng)由第一節(jié)點將第一電力輸出到雙向逆變器，并且將由雙向逆變 器經(jīng)由第一節(jié)點輸出的第一電力轉(zhuǎn)換為第三電力并將第三電力存儲在電池中；集成控制 器，基于優(yōu)先權(quán)等級將第三電力提供給負載。集成控制器可被配置為基于存儲在電池中的第三電力的量和負載的優(yōu)先權(quán)等 級，將存儲在電池中的第三電力提供給負載。集成控制器可被配置為如果接收到斷電信號，則基于負載的優(yōu)先權(quán)等級將第三 電力選擇性地提供給負載。所述儲能系統(tǒng)還可包括第一開關(guān)，連接在雙向逆變器和負載之間；第二開關(guān)，連接在第二節(jié)點和電網(wǎng)之間。 集成控制器可被配置為當接收到斷電信號時，斷開第二開關(guān)。所述負載可包括至少兩個負載，所述儲能系統(tǒng)還可包括連接在第二節(jié)點和所述至 少兩個負載之間的至少兩個開關(guān)，所述至少兩個開關(guān)分別用于控制向所述至少兩個負載的 供電，其中，集成控制器被配置為基于存儲在電池中的第三電力的量和所述至少兩個負載 的優(yōu)先權(quán)等級，來控制所述至少兩個開關(guān)。集成控制器還可包括監(jiān)控器，用于監(jiān)控存儲在電池中的第三電力的量；用戶設 置單元，用于設置所述至少兩個負載的優(yōu)先權(quán)等級；計算機，用于確定存儲在電池中的第三 電力的量和所述至少兩個負載的優(yōu)先權(quán)等級；控制信號產(chǎn)生器，用于在計算機的控制下產(chǎn) 生用于選擇性地將存儲在電池中的第三電力提供給所述至少兩個負載的控制信號。所述儲能系統(tǒng)還可包括電池管理系統(tǒng)(BMS)，用于在集成控制器的控制下對存 儲在電池中的第三電力的充入/釋放進行管理，其中，集成控制器還包括BMS控制器，用于 控制BMS。所述儲能系統(tǒng)還可包括DC鏈接單元，用于將第一節(jié)點的DC電壓的電壓電平保持 在DC鏈接電平。可再生能源發(fā)電系統(tǒng)可包括光伏系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例，儲能系統(tǒng)包括第一電力轉(zhuǎn)換器，用于將由可再 生能源發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換為第一電力；第二電力轉(zhuǎn)換器，用于將第一電力轉(zhuǎn)換為第 二電力并將第二電力存儲在電池中，以及將存儲在電池中的第二電力轉(zhuǎn)換為第一電力；第 三電力轉(zhuǎn)換器，用于轉(zhuǎn)換第一電力并將轉(zhuǎn)換后的第一電力輸出到負載或電網(wǎng)，以及將由電 網(wǎng)提供的電力轉(zhuǎn)換為第一電力；集成控制器，用于控制第一電力轉(zhuǎn)換器、第二電力轉(zhuǎn)換器和 第三電力轉(zhuǎn)換器，從而基于存儲在電池中的第二電力的量和負載的優(yōu)先權(quán)等級來選擇性地 向負載供電。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例，提供一種控制儲能系統(tǒng)的方法，所述儲能系統(tǒng) 連接到可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、負載和電網(wǎng)，所述儲能系統(tǒng)包括最大功率點跟蹤(MPPT)轉(zhuǎn) 換器，用于將由可再生能源發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換為第一電力，并將第一電力輸出到第 一節(jié)點；電池，用于存儲第一電力；雙向逆變器，用于轉(zhuǎn)換第一節(jié)點的第一電力、將轉(zhuǎn)換后 的第一電力輸出到負載或電網(wǎng)以及轉(zhuǎn)換由電網(wǎng)提供的第二電力并將轉(zhuǎn)換后的第二電力輸 出到第一節(jié)點；雙向轉(zhuǎn)換器，用于轉(zhuǎn)換第一節(jié)點的第一電力，將轉(zhuǎn)換后的第一電力存儲在電 池中，并轉(zhuǎn)換存儲在電池中的第三電力并將轉(zhuǎn)換后的第三電力輸出到第一節(jié)點；以及集成 控制器。所述方法包括確定存儲在電池中的第三電力的量是否在第一臨界電量之上；在 存儲在電池中的第三電力的量在第一臨界電量之上的情況下，向負載供電而不考慮負載的 優(yōu)先權(quán)等級，在存儲在電池中的第三電力的量低于第一臨界電量的情況下，確定負載的優(yōu) 先權(quán)等級；基于確定的負載的優(yōu)先權(quán)等級，選擇性地向負載供電。所述方法還可包括設置所述優(yōu)先權(quán)等級，使得所述負載被分為第一優(yōu)先權(quán)負載、 第二優(yōu)先權(quán)負載和第三優(yōu)先權(quán)負載。所述選擇性地向負載供電的步驟可包括向第一優(yōu)先權(quán)負載和第二優(yōu)先權(quán)負載供 H1^ ο
所述方法還可包括接收斷電信號，斷電信號指示電網(wǎng)中的斷電，其中，當接收到 斷電信號時，確定存儲在電池中的第三電力的量。所述方法還可包括確定存儲在電池中的第三電力的量是否在第二臨界電量之 上，其中，當存儲在電池中的第三電力的量低于第二臨界電量時，僅向第一優(yōu)先權(quán)負載供電。
所述方法還可包括確定存儲在電池中的第三電力的量是否在第三臨界電量之 上，其中，當存儲在電池中的第三電力的量低于第三臨界電量時，阻斷向所述負載的供電。所述方法還可包括當接收到斷電信號時，斷開連接在儲能系統(tǒng)和電網(wǎng)之間的開關(guān)。可再生能源發(fā)電系統(tǒng)是光伏的。所述方法還包括將第一節(jié)點的電壓電平穩(wěn)定在DC鏈接電平。


通過下面結(jié)合附圖對實施例的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面將會變得清楚 并更易于理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的連接到電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)的框圖；圖2是圖1中示出的連接到電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)的電力和控制信號的流程圖；圖3是用于描述實施例的示圖，在該實施例中，圖1的集成控制器基于負載的優(yōu)先 權(quán)等級選擇性地供電；圖4是圖1所示的集成控制器的框圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將詳細描述實施例，其示例在附圖中表示，其中，相同的標號始終表示相同的 元件。在這一點，描述的實施例可具有不同形式并不應被理解為限于在此闡述的描述。因 此，以下僅通過參照附圖描述實施例，以解釋本發(fā)明的各方面。在本發(fā)明的實施例的描述中，可省略與實施例相關(guān)的常用技術(shù)或結(jié)構(gòu)。此外，應該基于整個說明書的內(nèi)容來解釋說明書的術(shù)語。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的連接到電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)100的框圖。參照圖1，電力管理系統(tǒng)110包括最大功率點跟蹤(以下，稱為“MPPT”)轉(zhuǎn)換 器111、雙向逆變器112、雙向轉(zhuǎn)換器113、集成控制器114、電池管理系統(tǒng)(以下，稱為 “BMS”)115、第一開關(guān)116、第二開關(guān)117和直流(DC)鏈接單元118。電力管理系統(tǒng)110連 接到電池120、光伏源(以下，稱為“PV”)130、電網(wǎng)140和負載150。盡管在圖1中的實施 例中，連接到電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)100包括電力管理系統(tǒng)110和電池120，但是本發(fā)明不限于此， 連接到電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)100可以是集成了電力管理系統(tǒng)110和電池120的電力管理系統(tǒng)或 連接到電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)。盡管針對PV 130描述了圖1的實施例，然而本發(fā)明不限于此，可以使用任何各種 可再生能源發(fā)電系統(tǒng)來替換PV 130。PV 130產(chǎn)生電能并將電能輸出到電力管理系統(tǒng)110。 這里，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)還可以是風能發(fā)電系統(tǒng)、潮汐能發(fā)電系統(tǒng)、或者從可再生能源 (例如，太陽能或地熱能)產(chǎn)生電能的任何各種系統(tǒng)。例如，從陽光產(chǎn)生電能的太陽能電池可容易地安裝在住宅和工廠中，因此太陽能電池適于被布置到住宅的連接電網(wǎng)的儲能系統(tǒng) 100。電網(wǎng)140包括發(fā)電廠、變電站和輸電線。電網(wǎng)140在電網(wǎng)140的正常運行期間根 據(jù)第一開關(guān)116和第二開關(guān)117的接通/斷開狀態(tài)向電池120或負載150供電，并且電網(wǎng) 140接收從PV 130或電池120提供的電力。當電網(wǎng)140沒有正常運行(例如，意外斷電或 由于電氣作業(yè)導致的斷電)時，停止從電網(wǎng)140到電池120或負載150的供電，并且也停止 從PV 130或電池120到電網(wǎng)140的供電。負載150消耗由PV 130產(chǎn)生的電力、存儲在電池120中的電力或從電網(wǎng)140供應 的電力，并且負載150可以是住宅或工廠的電負載。MPPT轉(zhuǎn)換器111將從太陽能電池131輸出的DC電壓轉(zhuǎn)換為將被傳輸?shù)降谝还?jié)點 Nl的DC電壓。由于太陽能電池131的輸出受溫度變化(例如，日光通量(solar flux)和 溫度)和負載條件的影響，因此MPPT轉(zhuǎn)換器111控制太陽能電池131以最大效率來發(fā)電。 換句話說，MPPT轉(zhuǎn)換器111用作升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器和MPPT控制器兩者，所述升壓DC-DC轉(zhuǎn) 換器提升由太陽能電池131輸出的DC電壓。例如，由MPPT轉(zhuǎn)換器111輸出的DC電壓可以 從約300V至約600V。此外，MPPT轉(zhuǎn)換器111用作MPPT控制器，以根據(jù)日光通量和溫度的 變化來跟蹤太陽能電池131輸出的最大功率的電壓。例如，MPPT轉(zhuǎn)換器111可執(zhí)行擾動觀 察(P&0)控制方法、增量電導(IncCond)控制方法或者功率-電壓控制(power-to-voltage control)方法。P&0控制方法是這樣的方法測量太陽能電池的功率和電壓，同時基于該測 量來增加或減少參考電壓。IncCond控制方法是這樣的方法基于對太陽能電池的輸出電 導和增量電導的比較來控制太陽能電池。功率-電壓控制方法是這樣的方法基于表示功 率-電壓關(guān)系的曲線的斜率來控制太陽能電池。此外，可執(zhí)行除了上述控制方法之外的任 何合適的MPPT控制方法。

DC鏈接單元118內(nèi)聯(lián)于第一節(jié)點附和雙向逆變器112之間。DC鏈接單元118保 持從MPPT轉(zhuǎn)換器111輸出的DC電壓為DC鏈接電壓(例如，380V的DC電壓)，并將DC鏈 接電壓提供給雙向逆變器112或雙向轉(zhuǎn)換器113。這里，DC鏈接單元118可以是鋁電解電 容器、聚合物電容器(polymer capacitor)或多層陶瓷電容器(MLCC)或者其他合適的電容 器。第一節(jié)點W的電壓電平可能會由于從太陽能電池131輸出的DC電壓的變化、電網(wǎng)140 的瞬間或瞬時電壓驟降或負載150的峰值負載而不穩(wěn)定。因此，通過DC鏈接單元118，可為 雙向轉(zhuǎn)換器113和雙向逆變器112的正常運行提供穩(wěn)定的DC鏈接電壓。盡管在圖1示出的實施例中將DC鏈接單元118示出為獨立的部件，但DC鏈接單 元118可集成在雙向轉(zhuǎn)換器113、雙向逆變器112或MPPT轉(zhuǎn)換器111中。雙向逆變器112內(nèi)聯(lián)于第一節(jié)點m與電網(wǎng)140之間。雙向逆變器112執(zhí)行將從 MPPT轉(zhuǎn)換器111輸出的DC電壓和從雙向轉(zhuǎn)換器113輸出的DC電壓轉(zhuǎn)換為交流(AC)電壓， 以被提供給電網(wǎng)140或負載150 ；將由電網(wǎng)140提供的AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓；以及將該DC 電壓傳輸給第一節(jié)點附。換句話說，雙向逆變器112用作用于將DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓的 逆變器以及用于將AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓的整流器。雙向逆變器112執(zhí)行將經(jīng)由第一開關(guān)116和第二開關(guān)117從電網(wǎng)140輸入的AC 電壓整流為將存儲在電池120中的DC電壓，并輸出該DC電壓；以及將由電池120輸出的 DC電壓轉(zhuǎn)換為將被傳輸給電網(wǎng)140的AC電壓，并輸出該AC電壓。這里，輸出到電網(wǎng)140的AC電壓應滿足電網(wǎng)140的電能質(zhì)量標準(例如，高于0.9的功率因數(shù)以及5%以內(nèi)的總諧 波失真(THD))。為了滿足該標準，雙向逆變器112通過將輸出AC電壓的相位與電網(wǎng)140的 相位同步來減少無效電力(invalid power)的產(chǎn)生。此外，雙向逆變器112可包括用于將 高頻從輸出到電網(wǎng)140的AC電壓中移除的濾波器，并可執(zhí)行諸如限制電壓變化范圍、提高 功率因數(shù)、移除DC分量和保護不受瞬變現(xiàn)象影響的各種功能。根據(jù)本發(fā)明的實施例的雙向 逆變器112用作用于將發(fā)電系統(tǒng)或電池120的DC電壓轉(zhuǎn)換為將被供應給電網(wǎng)140或負載 150的AC電壓的逆變器，并且用作用于將由電網(wǎng)140供應的AC電壓轉(zhuǎn)換為將被供應給電池 120的DC電壓的整流器。雙向轉(zhuǎn)換器113內(nèi)聯(lián)于第一節(jié)點m與電池120之間，并將第一節(jié)點附的DC電壓 轉(zhuǎn)換為將被存儲在電池120中的DC電壓。此外，雙向轉(zhuǎn)換器113將存儲在電池120中的DC 電壓轉(zhuǎn)換為將被發(fā)送到第一節(jié)點W的DC電壓。例如，在用PV 130產(chǎn)生的DC電給電池120 充電的電池充電模式中，雙向轉(zhuǎn)換器113用作將第一節(jié)點m的DC電壓的電壓電平或DC鏈 接單元118保持的DC鏈接電壓的電壓電平(例如，DC 380V)降低至將被存儲在電池120中 的電壓的電壓電平(例如，DC 100V)的轉(zhuǎn)換器。另外，在存儲在電池120中的電被供應給 電網(wǎng)140或負載150的電池放電模式中，雙向轉(zhuǎn)換器113用作將存儲在電池120中的電壓 的電壓電平(例如，DC 100V)升壓至第一節(jié)點m的DC電壓的電壓電平或DC鏈接電壓的 電壓電平(例如，DC 380V)的轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本發(fā)明的實施例的雙向轉(zhuǎn)換器113將由PV 130 產(chǎn)生的DC電或從由電網(wǎng)140供應的AC電轉(zhuǎn)換的DC電轉(zhuǎn)換為將被存儲在電池120中的DC 電，以及將存儲在電池120中的DC電轉(zhuǎn)換為將被輸入到雙向逆變器112的DC電，從而DC 電可被供應給電網(wǎng)140或負載150。電池120存儲由PV 130或電網(wǎng)140供應的電力。為了增大容量和功率輸出，電池 120可包括串聯(lián)或并聯(lián)的多個電池單體。電池120的充電和放電操作由BMS 115或集成控 制器114控制。電池120可包括各種類型的電池單體，例如，鎳鎘(NiCd)電池單體、鉛酸電 池單體、鎳金屬氫化物 (NiMH)電池單體、鋰離子電池單體和/或鋰聚合物電池單體。構(gòu)成 電池120的電池單體的數(shù)量可基于連接到電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)100的期望的電力容量(power capacity)或設計條件來確定。BMS 115連接到電池120并基于來自集成控制器114的指令來控制對電池120進 行充電和使電池120放電的操作。經(jīng)由BMS 115來傳輸從電池120到雙向轉(zhuǎn)換器113的 放電電力(discharging power)和從雙向轉(zhuǎn)換器113到電池120的充電電力(charging power) 0此外，BMS 115可執(zhí)行各種功能來保護電池120，所述功能包括過充電保護、過放電 保護、過電流保護、過熱保護和電池單體均衡(cell balancing) 0因此，BMS 115可檢測電 池120的電壓、電流和溫度，可基于檢測的信息計算荷電狀態(tài)(以下，稱為“S0C”)和健康狀 態(tài)(以下，稱為“S0H”)，并且可監(jiān)控電池120的剩余電量和壽命。BMS 115可包括一個或多個傳感器，用于檢測電池120的電壓、電流和溫度；微計 算機，用于基于由一個或多個傳感器檢測的信息來確定過充電、過放電、過電流、電池單體 均衡、SOC和S0H;保護電路，用于在微計算機的控制下執(zhí)行各種功能，例如，充電/放電禁 止、熔斷器跳閘(fuse tripping)和冷卻。這里，如圖1所示，BMS 115被集成在電力管理 系統(tǒng)110中并與電池120分離。然而，本發(fā)明不限于此，BMS 115和電池120可集成在單個 電池組中。此外，BMS 115在集成控制器114的控制下控制對電池120進行充電和使電池120放電的操作，并將關(guān)于電池120的狀態(tài)的信息(例如，基于SOC計算的已充電量)發(fā)送 到集成控制器114。第一開關(guān)116內(nèi)聯(lián)于雙向逆變器112和第二節(jié)點N2之間。第二開關(guān)117內(nèi)聯(lián)于 第二節(jié)點N2和電網(wǎng)140之間。第一開關(guān)116和第二開關(guān)117可以是在集成控制器114的 控制下接通或斷開的開關(guān)。第一開關(guān)116和第二開關(guān)117控制(例如，允許或阻斷)從PV 130或電池120向電網(wǎng)140或負載150提供的電力流，并且控制(例如，允許或阻斷 )從電 網(wǎng)140向負載150或電池120提供的電力流。例如，在由PV 130產(chǎn)生的電力或存儲在電池 120中的電力被供應給電網(wǎng)140的情況下，集成控制器114接通第一開關(guān)116和第二開關(guān) 117。然而，在僅對負載150供電的情況下，集成控制器114僅接通第一開關(guān)116而斷開第 二開關(guān)117。另外，在電網(wǎng)140的電力僅被供應給負載的情況下，集成控制器114斷開第一 開關(guān)116而接通第二開關(guān)117。當電網(wǎng)140不能正常運行時(例如，斷電或引入線(service wiring)問題)，第 二開關(guān)117阻斷對電網(wǎng)140的供電，從而儲能系統(tǒng)100執(zhí)行儲能系統(tǒng)的單邊運行。這里，集 成控制器114將電力管理系統(tǒng)110與電網(wǎng)140分離，同時保持對電網(wǎng)140的跟蹤，以防止 出現(xiàn)近距離事故(例如，維修人員被電擊)，并防止由于電網(wǎng)140的不正常運行導致的電網(wǎng) 140對電力設備的有害影響。另外，當電網(wǎng)140不正常運行時，在儲能系統(tǒng)的單邊運行的情 況下，在電網(wǎng)140從不正常狀態(tài)恢復并且由PV 130產(chǎn)生的電力或存儲在電池120中的電力 (或能量)被供應給負載150時，在電網(wǎng)140的電壓與由已經(jīng)處于單邊運行的電池120輸出 的電壓之間會發(fā)生相位差，從而電力管理系統(tǒng)110會被損壞。因此，集成控制器114執(zhí)行單 邊運行控制以防止上述問題。集成控制器114控制電力管理系統(tǒng)110或儲能系統(tǒng)100的總體操作。根據(jù)本發(fā)明 的實施例，集成控制器114檢測電網(wǎng)140的斷電信號，并且在接收到斷電信號的情況下，集 成控制器114執(zhí)行用于將存儲在電池120中的DC電力傳輸?shù)截撦d150的控制操作。在此 情況下，為了將存儲在電池120中的電力提供給負載150，集成控制器114關(guān)閉雙向逆變器 112和MPPT轉(zhuǎn)換器111，開啟雙向轉(zhuǎn)換器113，通過使用存儲在電池120中的電力對第一節(jié) 點W的電壓執(zhí)行恒定電壓控制，并通過開啟雙向逆變器112將電力提供給負載150。此外， 在PV 130可以運行的情況下，集成控制器114可選擇性地運行MPPT轉(zhuǎn)換器111，以逐漸地 將由PV 130產(chǎn)生的電力連同存儲在電池120中的電力提供給負載150。根據(jù)本發(fā)明的實施例，集成控制器114可基于分配給多個負載的優(yōu)先權(quán)和存儲在 電池120中的電量來選擇性地將電力提供給所述多個負載。例如，在足夠的電力被充入電 池120中的情況下，集成控制器114向所有的負載供電。在充入電池120的電力接近電池 120的總?cè)萘康囊话氲那闆r下，集成控制器114僅向第一優(yōu)先權(quán)負載和第二優(yōu)先權(quán)負載供 電。在充入電池120的電力小于電池120的總?cè)萘康囊话氲那闆r下，集成控制器114僅向 第一優(yōu)先權(quán)負載供電。在充入電池120中的電力為最小的情況下，集成控制器114阻斷向 所有負載的供電。這里，第一優(yōu)先權(quán)負載可包括這樣的裝置(例如，必需的消費電子產(chǎn)品 (例如，冰箱))即使在斷電期間或者當不能提供足夠的電力時，也應該向所述裝置持續(xù)地 供電。第二優(yōu)先權(quán)負載可以是TV或照明裝置，第三優(yōu)先權(quán)負載可以是可選的電子產(chǎn)品(例 如，音頻裝置)。然而，負載的優(yōu)先權(quán)等級不限于此，用戶可以設置其他的優(yōu)先權(quán)等級(例 如，隨機優(yōu)先權(quán)等級)。
圖2是圖1中示出的連接到電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)100的電力和控制信號的流程圖。圖2示出圖1所示的連接到電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)100的內(nèi)部組件之中的集成控制器 114的控制流和電力流。如圖2所示，由MPPT轉(zhuǎn)換器111轉(zhuǎn)換的DC電壓被提供給雙向逆變 器112和雙向轉(zhuǎn)換器113。DC電壓被雙向逆變器112轉(zhuǎn)換為AC電壓并被提供給電網(wǎng)140， 或者被雙向轉(zhuǎn)換器113轉(zhuǎn)換為將被存儲在電池120中的DC電壓并經(jīng)由BMS 115而被提供 給 電池120。存儲在電池120中的DC電壓通過雙向轉(zhuǎn)換器113而被轉(zhuǎn)換為將被輸入到雙 向逆變器112的DC電壓，雙向逆變器112將所述轉(zhuǎn)換的DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓以滿足電網(wǎng) 140的標準并提供給電網(wǎng)140。集成控制器114控制連接到電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)100的整體操作，并確定連接到電網(wǎng) 的儲能系統(tǒng)100的運行模式。換句話說，集成控制器114確定是否將產(chǎn)生的電力提供給電 網(wǎng)140，確定是否將產(chǎn)生的電力提供給負載，確定是否將產(chǎn)生的電力存儲在電池120中，確 定是否將電網(wǎng)140提供的電力存儲在電池120中等。集成控制器114將控制信號發(fā)送到MPPT轉(zhuǎn)換器111、雙向逆變器112和雙向轉(zhuǎn)換 器113中的每個，以控制MPPT轉(zhuǎn)換器111、雙向逆變器112和雙向轉(zhuǎn)換器113中的每個的操 作(例如，切換操作)。這里，控制信號可基于輸入到轉(zhuǎn)換器或逆變器中的每個的電壓通過 執(zhí)行優(yōu)化的占空比控制來降低或最小化由于轉(zhuǎn)換器或逆變器的電力轉(zhuǎn)換導致的電力損失。 因此，集成控制器114接收檢測信號，并基于檢測信號發(fā)送轉(zhuǎn)換器控制信號和逆變器控制 信號，其中，檢測信號是通過檢測MPPT轉(zhuǎn)換器111、雙向逆變器112和雙向轉(zhuǎn)換器113中的 每個的輸入端子的電壓、電流和溫度獲得的信息。此外，集成控制器114從電網(wǎng)140接收電網(wǎng)信息，該電網(wǎng)信息包括電網(wǎng)的狀態(tài)信息 (例如，關(guān)于電網(wǎng)的電壓、電流和溫度的信息)?；陔娋W(wǎng)信息，集成控制器114確定電網(wǎng) 140的運行狀態(tài)并確定是否執(zhí)行電網(wǎng)140的電力恢復，并且在電力恢復后，通過阻斷到電網(wǎng) 140的供電以及對雙向逆變器112的輸出和提供給電網(wǎng)140的電力進行匹配，來防止電網(wǎng) 140的單邊運行。集成控制器114與BMS 115通信，接收電池狀態(tài)信號(例如，電池充電/放電狀態(tài) 信號)，并基于電池充電/放電狀態(tài)信號來確定整個系統(tǒng)的運行模式。此外，基于運行模式， 集成控制器114將電池充電/放電控制信號發(fā)送到BMS115，BMS 115基于電池充電/放電 控制信號來控制電池120的充電/放電。根據(jù)本發(fā)明的實施例，集成控制器114可基于分配給負載的優(yōu)先權(quán)和存儲在電池 120中的電量來選擇性向負載150供電。因此，在存儲在電池120中的電力被完全釋放之 前，集成控制器114可從負載150中分離出具有較高優(yōu)先權(quán)的負載，并且可優(yōu)先向具有較高 優(yōu)先權(quán)的負載供電。圖3是用于描述實施例的示圖，在該實施例中，集成控制器114基于負載150的優(yōu) 先權(quán)等級選擇性地供電。參照圖3，示出了連接到第二節(jié)點N2的負載150，負載150包括第一優(yōu)先權(quán)負載 151、第二優(yōu)先權(quán)負載152、第三優(yōu)先權(quán)負載153。這里，第一優(yōu)先權(quán)負載151包括這樣的裝 置(例如，必需的消費電子產(chǎn)品或設備(例如，冰箱))即使在斷電期間或者當不能提供足 夠的電力時，也應該向所述裝置持續(xù)地供電。第二優(yōu)先權(quán)負載152可以是TV或照明裝置， 第三優(yōu)先權(quán)負載153可以是選擇性的或可選的電子產(chǎn)品(例如，音頻裝置)。然而，負載的優(yōu)先權(quán)等級不限于此，用戶可以設置不同的(例如，隨機的)優(yōu)先權(quán)等級。開關(guān)154、155和 156分別內(nèi)聯(lián)于第二節(jié)點N2與負載151至153中的每個之間，開關(guān)154至156中的每個在 集成控制器114的控制下選擇性地向第一優(yōu)先權(quán)負載151至第三優(yōu)先權(quán)負載153供電。換 句話說，開關(guān)154至156中的每個由集成控制器114接通/斷開，并控制向第一優(yōu)先權(quán)負載 151至第三優(yōu)先權(quán)負載153的供電。圖4是圖1所示的集成控制器114的框圖。參照圖4，集成控制器114包括微計算機400、監(jiān)控單元410、BMS控制單元420、 控制信號產(chǎn)生單元430和用戶設置單元440。微計算機400控制集成控制器114的整體操作。微計算機400可以確定存儲在電 池中的電力的量和負載151至負載153的優(yōu)先權(quán)等級。監(jiān)控單元410監(jiān)控存儲在電池120 中的電量。此外，監(jiān)控單元410檢測電網(wǎng)140的狀態(tài)并接收斷電信號。監(jiān)控單元410不僅 檢測電網(wǎng)140的狀態(tài)，還檢測MPPT轉(zhuǎn)換器111、雙向逆變器112和雙向轉(zhuǎn)換器113的電壓、 電流和溫度，并且監(jiān)控電池120的狀態(tài)(例如，電壓、電流、充電/放電狀態(tài)、壽命等)。BMS控制單元420與BMS 115 (在圖1中示出)通信，并控制對電池120進行充電 /使電池120放電的操作。根據(jù)本發(fā)明的實施例，在斷電的情況下，BMS控制單元420控制 使存儲在電池120中的電力釋放的操作。 控制信號產(chǎn)生單元430在微計算機400的控制下根據(jù)負載150的優(yōu)先權(quán)等級，來 產(chǎn)生用于供電的控制信號。換句話說，控制信號產(chǎn)生單元430產(chǎn)生用于接通/斷開分別連 接到負載151至負載153(圖3中示出)中的每個的開關(guān)154至開關(guān)156(圖3中示出)的 控制信號。此外，控制信號產(chǎn)生單元430產(chǎn)生用于開啟/關(guān)閉MPPT轉(zhuǎn)換器111、雙向逆變器 112和雙向轉(zhuǎn)換器113的控制信號。用戶設置單元440基于用戶選擇來設置負載150的優(yōu)先權(quán)等級。換句話說，用戶 設置單元440指定第一優(yōu)先權(quán)負載、第二優(yōu)先權(quán)負載和第三優(yōu)先權(quán)負載。下面描述根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的控制儲能系統(tǒng)的方法。首先，設置負載的優(yōu)先權(quán)等級。這里，可由用戶隨機設置優(yōu)先權(quán)等級。隨后，確定 存儲在電池中的電量。在存儲在電池中的電量在第一臨界電量之上的情況下，向所有負載供電而不管優(yōu) 先權(quán)等級。在存儲在電池中的電量低于第一臨界電量并且在第二臨界電量之上的情況下， 向第一優(yōu)先權(quán)負載和第二優(yōu)先權(quán)負載供電，而阻斷向第三優(yōu)先權(quán)負載的供電。例如，在充入 到電池的電力在電池的總?cè)萘康?0%以上的情況下，接通開關(guān)154至開關(guān)156以向所有的 DC負載供電。在充入到電池的電力低于電池的總?cè)萘康?0%并在電池的總?cè)萘康?0%以 上的情況下，僅接通開關(guān)154至開關(guān)155并斷開開關(guān)156以阻斷向第三優(yōu)先權(quán)負載的供電。在存儲在電池中的電量低于第二臨界電量并且在第三臨界電量之上的情況下，僅 向第一優(yōu)先權(quán)負載供電。例如，在充入到電池的電力低于電池的總?cè)萘康?0%并在電池的 總?cè)萘康?0%以上的情況下，僅接通開關(guān)154并斷開其他的開關(guān)155至開關(guān)156，從而向第 一優(yōu)先權(quán)負載供電，并且阻斷向第二優(yōu)先權(quán)負載和第三優(yōu)先權(quán)負載的供電。在存儲在電池中的電量低于第三臨界電量的情況下，阻斷向所有負載的供電。例 如，在充入到電池的電力低于電池的總?cè)萘康?0%的情況下，阻斷向所有負載的供電，以防 止電池被完全放電。因此，可穩(wěn)定地運行連接到電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)100。因此，基于電池的剩余電力，通過選擇性地向設置有優(yōu)先權(quán)等級的負載供電，電力可在較長的時間段內(nèi)被提供 給用戶優(yōu)先期望的負載，從而可提高能量使用的效率。在另一實施例中，不考慮第三臨界電量，在存儲在電池中的電量低于第二臨界電 量的情況下，僅向第一優(yōu)先權(quán)負載供電或者阻斷向所有負載的供電。在另一實施例中，不考慮第二臨界電量和第三臨界電量，在存儲在電池中的電量 低于第一臨界電量的情況下，向第一優(yōu)先權(quán)負載和第二優(yōu)先權(quán)負載供電。 如上所述，根據(jù)上面的本發(fā)明的一個或多個實施例，即使在斷電的情況下，根據(jù)本 發(fā)明的實施例的儲能系統(tǒng)也可以以提高的效率來利用存儲在電池中的電力。應該理解，在此描述的示例性實施例應當被認為僅是出于描述的意義，而不用于 限制的目的，相反，在此描述的示例性實施例意在覆蓋權(quán)利要求及其等同物的精神和范圍 內(nèi)的各種修改和等同布置。每個實施例內(nèi)的特征或方面的描述通常應該被認為是可用于其 他實施例中的其他相似特征或方面。
權(quán)利要求
1.一種儲能系統(tǒng)，包括最大功率點跟蹤轉(zhuǎn)換器，用于將由可再生能源發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換為第一電力， 并將第一電力輸出到第一節(jié)點；雙向逆變器，連接在第一節(jié)點和第二節(jié)點之間，電網(wǎng)和負載連接到第二節(jié)點，雙向逆變 器用于將經(jīng)第一節(jié)點輸入的第一電力轉(zhuǎn)換為第二電力并將第二電力輸出到第二節(jié)點，并且 將由電網(wǎng)提供的電力轉(zhuǎn)換為第一電力并將第一電力輸出到第一節(jié)點； 電池，用于存儲第三電力；雙向轉(zhuǎn)換器，連接在電池和第一節(jié)點之間，雙向轉(zhuǎn)換器用于將由電池輸出的第三電力 轉(zhuǎn)換為第一電力并經(jīng)由第一節(jié)點將第一電力輸出到雙向逆變器，以及用于將由雙向逆變器 經(jīng)由第一節(jié)點輸出的第一電力轉(zhuǎn)換為第三電力并將第三電力存儲在電池中； 集成控制器，基于優(yōu)先權(quán)等級將第三電力提供給負載。
2.如權(quán)利要求1所述的儲能系統(tǒng)，其中，集成控制器被配置為基于存儲在電池中的第 三電力的量和負載的優(yōu)先權(quán)等級，將存儲在電池中的第三電力提供給負載。
3.如權(quán)利要求1所述的儲能系統(tǒng)，其中，集成控制器被配置為如果所述儲能系統(tǒng)接收 到斷電信號，則基于負載的優(yōu)先權(quán)等級將第三電力選擇性地提供給負載。
4.如權(quán)利要求1所述的儲能系統(tǒng)，還包括 第一開關(guān)，在雙向逆變器和負載之間； 第二開關(guān)，在第二節(jié)點和電網(wǎng)之間。
5.如權(quán)利要求4所述的儲能系統(tǒng)，其中，集成控制器被配置為當接收到斷電信號時，斷開第二開關(guān)。
6.如權(quán)利要求1所述的儲能系統(tǒng)，其中，所述負載包括至少兩個負載，所述儲能系統(tǒng)還 包括連接在第二節(jié)點和所述至少兩個負載之間的至少兩個開關(guān)，所述至少兩個開關(guān)分別用 于控制向所述至少兩個負載的供電，其中，集成控制器被配置為基于存儲在電池中的第三電力的量和所述至少兩個負載 的優(yōu)先權(quán)等級，來控制所述至少兩個開關(guān)。
7.如權(quán)利要求1所述的儲能系統(tǒng)，其中，所述負載包括至少兩個負載，集成控制器包括監(jiān)控器，用于監(jiān)控存儲在電池中的第三電力的量； 用戶設置單元，用于設置所述至少兩個負載的優(yōu)先權(quán)等級；計算機，用于確定存儲在電池中的第三電力的量和所述至少兩個負載的優(yōu)先權(quán)等級； 控制信號產(chǎn)生器，用于在計算機的控制下產(chǎn)生用于選擇性地將存儲在電池中的第三電 力提供給所述至少兩個負載的控制信號。
8.如權(quán)利要求7所述的儲能系統(tǒng)，還包括電池管理系統(tǒng)，用于在集成控制器的控制下 對存儲在電池中的第三電力的充入/釋放進行管理，其中，集成控制器還包括電池管理系統(tǒng)控制器，用于控制電池管理系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求1所述的儲能系統(tǒng)，還包括DC鏈接單元，用于將第一節(jié)點的DC電壓的 電壓電平保持在DC鏈接電平。
10.如權(quán)利要求1所述的儲能系統(tǒng)，其中，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)包括光伏系統(tǒng)。
11.一種儲能系統(tǒng)，包括第一電力轉(zhuǎn)換器，用于將由可再生能源發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換為第一電力；第二電力轉(zhuǎn)換器，用于將第一電力轉(zhuǎn)換為第二電力并將第二電力存儲在電池中，以及 將存儲在電池中的第二電力轉(zhuǎn)換為第一電力；第三電力轉(zhuǎn)換器，用于轉(zhuǎn)換第一電力并將轉(zhuǎn)換后的第一電力輸出到負載或電網(wǎng)，以及 將由電網(wǎng)提供的電力轉(zhuǎn)換為第一電力；集成控制器，用于控制第一電力轉(zhuǎn)換器、第二電力轉(zhuǎn)換器和第三電力轉(zhuǎn)換器，從而基于 存儲在電池中的第二電力的量和負載的優(yōu)先權(quán)等級來選擇性地向負載供電。
12.—種控制儲能系統(tǒng)的方法，所述儲能系統(tǒng)連接到可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、負載和電 網(wǎng)，所述儲能系統(tǒng)包括最大功率點跟蹤轉(zhuǎn)換器，用于將由可再生能源發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力 轉(zhuǎn)換為第一電力，并將第一電力輸出到第一節(jié)點；電池，用于存儲第一電力；雙向逆變器， 用于轉(zhuǎn)換第一節(jié)點的第一電力、將轉(zhuǎn)換后的第一電力輸出到負載或電網(wǎng)以及轉(zhuǎn)換由電網(wǎng)提 供的第二電力并將轉(zhuǎn)換后的第二電力輸出到第一節(jié)點；雙向轉(zhuǎn)換器，用于轉(zhuǎn)換第一節(jié)點的 第一電力，以將轉(zhuǎn)換后的第一電力存儲在電池中，以及用于轉(zhuǎn)換存儲在電池中的第三電力 并將轉(zhuǎn)換后的第三電力輸出到第一節(jié)點；以及集成控制器，所述方法包括確定存儲在電池中的第三電力的量是否在第一臨界電量之上；在存儲在電池中的第三電力的量在第一臨界電量之上的情況下，向負載供電而不考慮 負載的優(yōu)先權(quán)等級，在存儲在電池中的第三電力的量低于第一臨界電量的情況下，確定負 載的優(yōu)先權(quán)等級；基于確定的負載的優(yōu)先權(quán)等級，選擇性地向負載供電。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括設置所述優(yōu)先權(quán)等級，使得所述負載被分為第 一優(yōu)先權(quán)負載、第二優(yōu)先權(quán)負載和第三優(yōu)先權(quán)負載。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，選擇性地向負載供電的步驟包括向第一優(yōu)先權(quán) 負載和第二優(yōu)先權(quán)負載供電。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括接收斷電信號，斷電信號指示電網(wǎng)中的斷電，其中，當接收到斷電信號時，確定存儲在電池中的第三電力的量。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括確定存儲在電池中的第三電力的量是否在第 二臨界電量之上，其中，當存儲在電池中的第三電力的量低于第二臨界電量時，僅向第一優(yōu)先權(quán)負載供電。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括確定存儲在電池中的第三電力的量是否在第 二臨界電量之上，其中，當存儲在電池中的第三電力的量低于第二臨界電量時，阻斷向所述負載的供電。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括當接收到斷電信號時，斷開連接在儲能系統(tǒng)和 電網(wǎng)之間的開關(guān)。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)是光伏的。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括將第一節(jié)點的電壓電平穩(wěn)定在DC鏈接電平。
全文摘要
公開一種連接電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)及其控制方法。所述儲能系統(tǒng)根據(jù)負載的優(yōu)先權(quán)等級運行，從而即使在電網(wǎng)的非正常運行的情況下，也以提高的效率來利用存儲在電池中的電力。
文檔編號H02J15/00GK102111018SQ201010620059
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者李恩羅 申請人:三星Sdi株式會社