控制蓄電池的方法、控制蓄電池的裝置和電功率控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種控制被連接至電功率系統(tǒng)（12）的高溫蓄電池（20）的方法、一種用于控制所述蓄電池（20）的裝置和一種電功率控制系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述蓄電池（20）的溫度等于或者低于一個參考溫度時，通過充電和放電電功率對所述蓄電池（20）進行充電和放電，所述充電和放電電功率是基于預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池的過程的充電和放電電功率與相應(yīng)于充電和放電周期的充電和放電電功率的和，所述充電和放電周期中的每一個是1小時或更短的連續(xù)充電時間和1小時或更短的連續(xù)放電時間，從而用于供應(yīng)熱能至所述蓄電池（20）。
【專利說明】控制蓄電池的方法、控制蓄電池的裝置和電功率控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制蓄電池(storage battery)的方法、用于控制蓄電池的裝置和電功率控制系統(tǒng)，更具體地，涉及適用于例如控制用作蓄電池的鈉硫電池的控制蓄電池的方法、用于控制蓄電池的裝置和電功率控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，在電功率系統(tǒng)中對頻率的調(diào)整，以及在電功率系統(tǒng)中參照電功率需求對電功率供應(yīng)的調(diào)整，是通過多個電功率生成器和蓄電池來執(zhí)行的，所述電功率生成器和蓄電池被包括在該電功率系統(tǒng)中。對基于自然能的電生成裝置的所生成的電功率和所計劃的電功率之間的差的調(diào)整，以及對基于自然能的電功率生成裝置的所生成的電功率中的變化的減輕，也通過多個電功率生成器和蓄電池來執(zhí)行。蓄電池能夠比通常的電生成器更快速地改變其輸出電功率，從而對于電功率系統(tǒng)中的頻率的調(diào)整是有效的，以及對于對基于自然能的電生成裝置的所生成的電功率和所計劃的電功率之間的差的調(diào)整，和在電功率系統(tǒng)中參照電功率需求對電功率供應(yīng)的調(diào)整，也是有效的。
[0003]可被連接至電功率系統(tǒng)的高溫蓄電池包括例如鈉硫電池(下文稱作“NAS電池”)。NAS電池是高溫二次電池，具有金屬鈉和硫作為被固態(tài)電解管隔離和包封的活性物質(zhì)。當(dāng)NAS電池被加熱至從290°C至350°C范圍的高溫時，活性物質(zhì)被熔化，導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng),從而生成能量。NAS電池通常用作由多個直立的單元格(unit cell)組成的電池模塊。
[0004]高溫蓄電池被要求在電池模塊內(nèi)維持從290°C至350°C范圍的操作溫度。用于保持電池模塊內(nèi)的操作溫度的熱的供應(yīng)來自安放在電池模塊的殼體中的加熱器以及來自蓄電池自身(熱，即焦耳熱，來自蓄電池被充電和放電的時刻的電池格(battery cell),且還來自電池模塊中的導(dǎo)電部件)(參看日本已公開的專利公開文本N0.2004-047208和日本已公開的專利公開文本N0.2000-182662)。根據(jù)日本已公開的專利公開文本N0.2004-047208,殼體被熱絕緣，從而提供熱存儲效應(yīng)。
[0005]此前，還使用日本已公開的專利公開文本N0.2004-111123中所公開的方法。根據(jù)該已公開的方法，當(dāng)以預(yù)設(shè)的充電和放電模式操作鈉硫電池模塊時，預(yù)測由電池模塊所生成的熱量，以及調(diào)整電池模塊的熱絕緣，從而使得所預(yù)測的熱量和從電池模塊所輻射的熱量彼此相等，進而減輕供應(yīng)至用于加熱電池模塊的加熱器的電功率的量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]如果高溫蓄電池在功率中斷的情形中被用作電功率源，則根據(jù)下列兩種方法，蓄電池可在等待時間區(qū)(正常區(qū))操作。
[0007]根據(jù)第一方法，蓄電池在整個等待時間區(qū)被保持充滿電。更具體地，如附圖的圖25中所示，蓄電池一直被保持在100%的充電狀態(tài)(S0C)，未被充電或放電。然而，由于對于100%的S0C，需要將蓄電池保持在操作溫度(例如，300°C )，所以蓄電池的加熱器必須一直供應(yīng)有電功率，導(dǎo)致系統(tǒng)效率的降低。[0008]第二方法利用日本已公開的專利公開文本N0.2004-111123中所公開的方法。為了使得負載(例如峰值漂移)平衡，蓄電池根據(jù)預(yù)設(shè)的充電和放電模式被充電和放電，如附圖的圖26中所示。根據(jù)上述預(yù)設(shè)的充電和放電模式，蓄電池在放電結(jié)束點之前停止放電，從而留下一定量的能量用作在功率中斷的情況下的功率供應(yīng)。如圖26中所示，蓄電池在7點鐘時開始被放電且在16點鐘時停止被放電，然后在21點鐘時開始被充電且在下一天的4點鐘時停止被充電。如果蓄電池是NAS電池，則由于蓄電池在被放電時導(dǎo)致放熱反應(yīng)且在被充電時導(dǎo)致吸熱反應(yīng)，所以當(dāng)蓄電池被放電時，蓄電池的溫度升高，當(dāng)蓄電池被充電時，蓄電池的溫度下降。此外，由于當(dāng)蓄電池被放電和充電時生成焦耳熱，且焦耳熱被供應(yīng)至蓄電池，所以可以僅在從6點鐘至8點鐘時段期間向蓄電池的加熱器供應(yīng)電能，這比在第一方法中短得多。
[0009]根據(jù)第二方法，可以減小為了在蓄電池被充電和放電時加熱蓄電池而供應(yīng)至加熱器的電功率。然而，倘若在完成蓄電池的放電之后立即功率中斷，則僅僅少量的能量被存儲在蓄電池中。因而，倘若功率中斷，則所存儲的可用作功率源的能量很少。
[0010]鑒于上述問題，做出了本發(fā)明。本發(fā)明的一個目的是提供控制蓄電池的方法、用于控制蓄電池的裝置以及電功率控制系統(tǒng)，允許有效地使用蓄電池以便有助于電功率系統(tǒng)的穩(wěn)定，且可減少供應(yīng)至蓄電池的加熱器的電功率的量從而實現(xiàn)較高的系統(tǒng)效率。
[0011]【I】根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種控制被連接至電功率系統(tǒng)的高溫蓄電池的方法，所述方法包括如下步驟:當(dāng)蓄電池的溫度等于或低于一個參考溫度時，通過充電和放電電功率對所述蓄電池進行充電和放電，所述充電和放電電功率是基于一種預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池的過程的充電和放電電功率與相應(yīng)于充電和放電周期的充電和放電電功率的和，所述充電和放電周期中的每一個是I小時或更短的連續(xù)充電時間和I小時或更短的連續(xù)放電時間，從而用于供應(yīng)熱能至所述蓄電池。
[0012]因而可減少供應(yīng)至所述蓄電池的加熱器的電功率，從而增大蓄電池的系統(tǒng)效率。蓄電池的系統(tǒng)效率可表達如下:
[0013]η sys=Ed/ (Ec+Eh)
[0014]11878:系統(tǒng)效率(％)
[0015]Ed:在時段T期間的放電電功率的總量(Wh)
[0016]Ec:在時段T期間的充電電功率的總量(Wh)
[0017]Eh:在時段T期間由加熱器所消耗的電功率的總量(Wh)
[0018]時段T:例如一周。
[0019]【2】根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在所述充電和放電周期中來自所述蓄電池的充電和放電電功率可包括基于差分信號(differential signal)的充電和放電電功率,所述差分信號基于所述電功率系統(tǒng)的頻率和一個參考頻率之間的差。這樣的布置有助于所述電功率系統(tǒng)的頻率的穩(wěn)定性。
[0020]【3】根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在充電和放電周期中來自所述蓄電池的充電和放電電功率可包括基于差分信號的充電和放電電功率，所述差分信號基于由所述電功率系統(tǒng)所生成的電功率和所述電功率系統(tǒng)的電功率需求之間的差。系統(tǒng)管理器(系統(tǒng)管理裝置)預(yù)測所述電功率系統(tǒng)中時時刻刻的電功率需求，并且調(diào)整來自電生成器的輸出電功率，所述電生成器能夠增大和減小被供應(yīng)至所述電功率系統(tǒng)的電功率和所述蓄電池的輸出功率，從而供應(yīng)等于所預(yù)測的電功率需求的電功率量?？苫谟糜谡{(diào)整所述電功率系統(tǒng)中的電功率供應(yīng)和電功率需求的控制信號，來調(diào)整所述蓄電池的所述充電和放電電功率。
[0021]【4】根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在充電和放電周期中來自所述蓄電池的充電和放電電功率可包括基于差分信號的充電和放電電功率，所述差分信號基于由連接至所述電功率系統(tǒng)的基于自然能的電生成裝置所生成的電功率和所計劃的輸出電功率之間的差。這樣的布置有助于基于自然能的電生成裝置的輸出電功率的穩(wěn)定性。
[0022]【5】在方面【2】至【4】中，在充電和放電周期中來自所述蓄電池的充電和放電電功率可包括基于差分信號的高頻分量的充電和放電電功率。這樣的布置能夠最小化所述蓄電池的SOC (充電狀態(tài))中的變化。
[0023]【6】可通過具有1/3600HZ或更低的截止頻率的高通濾波器來提取所述高頻分量。
[0024]【7】根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在充電和放電周期中被供應(yīng)至所述蓄電池的熱能的量可通過增大和減小所述充電和放電電功率的平均幅度來調(diào)整。這樣的布置使得有可能在合適的范圍內(nèi)控制所述蓄電池的溫度。
[0025]【8】根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在充電和放電周期中被供應(yīng)至所述蓄電池的熱能的量可通過在一個時間區(qū)內(nèi)增大和減小執(zhí)行所述充電和放電周期的時間與未執(zhí)行所述充電和放電周期的時間的比例來調(diào)整，在所述時間區(qū)中所述蓄電池處于備用狀態(tài)(standbystate)。這樣的布置使得有可能將所述蓄電池的溫度控制在合適的范圍內(nèi)。
[0026]【9】根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一個目標(biāo)溫度Tb和一個目標(biāo)溫度Tc被設(shè)置為滿足關(guān)系Tb>Tc，通過基于一種預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池的過程的充電和放電電功率與相應(yīng)于所述充電和放電周期的充電和放電電功率的和對所述蓄電池進行充電和放電，由所述蓄電池實現(xiàn)所述目標(biāo)溫度Tb，通過控制所述蓄電池的加熱器由所述蓄電池實現(xiàn)目標(biāo)溫度Tc。由于通過附加充電和放電電功率將熱能供應(yīng)至所述蓄電池的優(yōu)先性高于通過加熱器將熱能供應(yīng)至所述蓄電池，所以可減小由加熱器所導(dǎo)致的電功率損失，并且可有效地利用所述蓄電池以穩(wěn)定頻率。
[0027]【10】根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一個預(yù)設(shè)溫度可被確立為一個上限溫度，在所述上限溫度時允許所述蓄電池被充電和放電，以及當(dāng)所述蓄電池的溫度變?yōu)榈扔诨蚋哂谒鲱A(yù)設(shè)溫度時，所述蓄電池可不通過基于預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池的過程的充電和放電電功率與相應(yīng)于所述充電和放電周期的充電和放電電功率的和來被充電和放電。將附加充電和放電電功率供應(yīng)至所述蓄電池防止所述蓄電池的溫度上升過高，同時執(zhí)行基本充電和放電(基于一種預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池的過程的充電和放電)。
[0028]【11】根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于通過根據(jù)第一發(fā)明所述的方法來控制蓄電池的裝置。
[0029]所述蓄電池可被有效地利用，以有助于所述電功率系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因而，可減小供應(yīng)至所述蓄電池的加熱器的電功率，從而增大所述蓄電池的系統(tǒng)效率。
[0030]【12】根據(jù)本發(fā)明的第三方面的電功率控制系統(tǒng)在所述`電功率控制系統(tǒng)中納入了根據(jù)本發(fā)明的第二方面的裝置，其中所述電功率系統(tǒng)的頻率從頻率計(frequency meter)輸入至所述裝置，所述頻率計與所述電功率系統(tǒng)結(jié)合。
[0031]【13】根據(jù)本發(fā)明的第四方面的電功率控制系統(tǒng)在所述電功率控制系統(tǒng)中納入了根據(jù)本發(fā)明的第二方面所述的裝置，其中所述電功率系統(tǒng)的頻率或所述電功率系統(tǒng)的頻率和一個參考頻率之間的差從一個電功率公司或一個系統(tǒng)管理器輸入至所述裝置。
[0032]【14】根據(jù)本發(fā)明的第五方面的電功率控制系統(tǒng)在所述電功率控制系統(tǒng)中納入了根據(jù)本發(fā)明的第二方面的裝置，其中所述預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池的過程包括在所述電功率系統(tǒng)經(jīng)歷功率中斷的一個時間區(qū)內(nèi)將電功率從所述蓄電池供應(yīng)至負載的過程。
[0033]【15】根據(jù)本發(fā)明的第六方面的電功率控制系統(tǒng)在所述電功率控制系統(tǒng)中納入了根據(jù)本發(fā)明的第二方面的裝置，其中所述預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池的過程包括平衡負載的過程。
[0034]【16】根據(jù)本發(fā)明的第七方面的電功率控制系統(tǒng)在所述電功率控制系統(tǒng)中納入了根據(jù)本發(fā)明的第二方面的裝置，其中所述預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池的過程包括平滑基于自然能的電功率的過程。
[0035]如上面所描述的，根據(jù)本發(fā)明的控制蓄電池的方法、用于控制蓄電池的裝置以及電功率控制系統(tǒng)，使得能夠有效地利用蓄電池，用于有助于電功率系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且可減小供應(yīng)至所述蓄電池的加熱器的電功率，從而用于實現(xiàn)更高的系統(tǒng)效率。
[0036]從下面的描述結(jié)合附圖，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)勢將更加明了，在所述附圖中借助于示意性實施例示出本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1是一個 電功率系統(tǒng)的方框圖，所述電功率系統(tǒng)納入了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電功率控制系統(tǒng)；
[0038]圖2是第一較高電平控制器(higher-level controller)的方框圖；
[0039]圖3是第一較高電平控制器的處理順序的流程圖；
[0040]圖4是示出了第一較高水平控制器的處理順序中的來自蓄電池的輸出電功率、加熱器電功率、蓄電池的溫度和蓄電池的SOC的變化；
[0041]圖5是示出了指令充電和放電電功率值由基本充電和放電電功率值和附加充電和放電電功率值計算的方式的一個實施例的圖表；
[0042]圖6是示出了指令充電和放電電功率值由基本充電和放電電功率值和附加充電和放電電功率值計算的方式的另一實施例的圖表；
[0043]圖7是第二較高電平控制器(第三較高電平控制器、第四較高電平控制器)的一個方框圖；
[0044]圖8是所述第二較高電平控制器的處理順序的流程圖；
[0045]圖9是示出了所述第二較高電平控制器計算一個比例系數(shù)的方案(比例控制)的方框圖；
[0046]圖10是示出了所述第二較高電平控制器計算一個比例系數(shù)的方案(PID控制)的方框圖；
[0047]圖11是示出了所述第二較高電平控制器(第五較高電平控制器)計算一個充電和放電指令值的方案的方框圖；
[0048]圖12是所述第二較高電平控制器的處理順序中的頻率差、溫度差、比例系數(shù)(絕對值)和指令充電和放電電功率值的變化；
[0049]圖13是示出了所述第二較高電平控制器的處理順序中蓄電池的輸出電功率、加熱器電功率、蓄電池的溫度、蓄電池的SOC的變化；
[0050]圖14是示出了第三較高電平控制器(第五較高電平控制器)計算充電和放電指令值的方案的實施例(使用高通濾波器)的方框圖；
[0051]圖15是示出了當(dāng)差A(yù)f的依賴時間的變化包括低頻分量和高頻分量時，差A(yù)f、指令充電和放電電功率值、加熱器電功率、蓄電池的溫度以及蓄電池的SOC的變化的圖表；
[0052]圖16是示出了當(dāng)差Δ f的依賴時間的變化包括低頻分量和高頻分量時，所提取的高頻分量差A(yù)fH、指令充電和放電電功率值、加熱器電功率、蓄電池的溫度和蓄電池的SOC的變化的圖表；
[0053]圖17是第四較高電平控制器的方框圖；
[0054]圖18是示出了第四較高電平控制器的處理順序中的指令充電和放電電功率值、加熱器電功率、蓄電池的溫度和蓄電池的SOC的變化的圖表；
[0055]圖19是納入了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的第五較高電平控制器的電功率系統(tǒng)的方框圖；
[0056]圖20是第五較高電平控制器的方框圖；
[0057]圖21是示出了第五較高電平控制器的處理順序中的電功率值差、蓄電池的溫度、比例系數(shù)(絕對值)和指令充電和放電電功率值的圖表；
[0058]圖22是納入了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的第六較高電平控制器的電功率系統(tǒng)的方框圖；
[0059]圖23是示出了第六較高電平控制器中第二鏈路電功率生成系統(tǒng)的所生成的電功率、來自蓄電池的輸出電功率、加熱器電功率、蓄電池溫度和蓄電池SOC的變化；
[0060]圖24是納入了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的第七較高電平控制器的電功率系統(tǒng)的方框圖；
[0061]圖25是示出了在用于高溫蓄電池的等待時間區(qū)(正常區(qū))中的操作過程(第一過程)的問題的圖表；以及
[0062]圖26是示出了在用于高溫蓄電池的等待區(qū)(正常區(qū))中的操作過程(第一過程)的問題的圖表。
【具體實施方式】
[0063]下面將參考圖1至圖24來描述根據(jù)本發(fā)明的多個實施方案的控制蓄電池的方法、用于控制蓄電池的裝置以及電功率控制系統(tǒng)。
[0064]根據(jù)本發(fā)明的多個實施方案，當(dāng)高溫蓄電池的溫度等于或者低于一個參考溫度時，所述蓄電池通過充電和放電電功率被充電和放電，所述充電和放電電功率是基于預(yù)設(shè)的操作蓄電池的過程的充電和放電電功率(基本充電和放電電功率)與相應(yīng)于連續(xù)的充電時間和連續(xù)的放電時間的充電和放電周期的充電和放電電功率(附加充電和放電電功率)的和，所述連續(xù)的充電時間和連續(xù)的放電時間中的每一個都等于或者小于I小時，由此蓄電池被供應(yīng)有熱能。
[0065]通過基本充電和放電電功率來對蓄電池進行充電和放電的目的(基本應(yīng)用)表示如下基本應(yīng)用:所述基本應(yīng)用優(yōu)選地由所述蓄電池服務(wù)，根據(jù)本發(fā)明的實施方案的控制方法被應(yīng)用至所述蓄電池。所述基本應(yīng)用包括，例如，在功率中斷(中斷期功率供應(yīng))的情形中用作電功率源的應(yīng)用，根據(jù)一種負載平衡模式來操作的應(yīng)用(負載平衡)，以及操作用于吸收或減輕從自然能所生成的電功率中的變化的應(yīng)用(自然能平滑)。
[0066]根據(jù)多個實施方案，所述高溫蓄電池包括鈉硫電池。然而，本發(fā)明還適用于氯化鈉鎳電池、鈉熔融鹽電池(sodium molten salt battery)、硫化鐵鋰電池(lithium ironsulfide battery)等。
[0067]如圖1中所示，電功率系統(tǒng)12在其中納入了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電功率控制系統(tǒng)10，所述電功率系統(tǒng)12包括:匯流條14，被供應(yīng)有商業(yè)電功率；主線16，被供應(yīng)有來自所述匯流條14的電功率；多個負載(第一負載18a和第二負載18b);以及，蓄電池20，被連接至所述主線16。所述蓄電池20包括一個或多個電池單元22。作為一個典型實施例，在圖1中,所述蓄電池20包括單個電池單元22。
[0068]所述主線16通過主斷路器(main circuit breaker)24被連接至所述匯流條14。所述第一負載18a通過第一斷路器24a和第一變壓器26a被連接至所述主線16，所述第二負載18b通過第二斷路器24b和第二變壓器26b被連接至所述主線16。通過電功率傳感器28來測量所述匯流條14上的電功率。
[0069]所述電池單元22包括:多個高溫電池模塊30 ;以及，電池控制器32，用于控制所述電池模塊30。所述電池模塊30中的每一個都包括:多個電池格34 ;溫度傳感器36,用于檢測電池模塊30中的溫度；以及，加熱器38，用于供應(yīng)熱能。SOC計算器40被連接至所述電池單元22，用于確定所述電池單元22中所存儲的電能的全部的量，即所述電池單元22的充電狀態(tài)(SOC)。所述SOC計算器40可通過如下方式來計算所述電池單元22的SOC:通過基于所述電池格34兩端的電壓來檢測充電結(jié)束點，從所述充電結(jié)束點的狀態(tài)開始，對從所述電池格34充電和放電的電流進行積分。
[0070]根據(jù)本實施方案的電功率控制系統(tǒng)10包括:PCS (功率調(diào)節(jié)系統(tǒng))42，被連接至電池單元22;以及，較高電平控制器44，用于輸出充電和放電指令至所述PCS42。
[0071]所述PCS42 (通過第三斷路器24c被連接至所述主線16)包括:DC_AC轉(zhuǎn)換器46 ；以及，第三變壓器26c，被連接在所述DC-AC轉(zhuǎn)換器46的AC端子和第三斷路器24c之間。所述PCS42根據(jù)來自所述較高電平控制器44的充電和放電指令來對蓄電池20進行充電和放電。所述蓄電池20被連接至所述PCS42的DC-AC轉(zhuǎn)換器46的DC端子。
[0072]電池控制器32基于來自各個電池模塊30的溫度傳感器36的溫度信息來控制所述加熱器38。通過第四變壓器26d和所述電池控制器32向所述加熱器38供應(yīng)來自所述主線16的電功率。所述電池控制器32將來自所述溫度傳感器36的溫度信息供應(yīng)至所述較高電平控制器44。所述SOC計算器40將SOC信息供應(yīng)至所述較高電平控制器44。
[0073]所述匯流條14與頻率計48結(jié)合,所述頻率計48檢測流過匯流條14的電流的頻率(系統(tǒng)頻率f )。表示由頻率計48所檢測的頻率的信息，是從頻率計48被供應(yīng)至較高電平控制器44。
[0074]所述主斷路器24和第一斷路器至第四斷路器24a、24b、24c以如下方式打開和閉合。在所述匯流條14被供應(yīng)電功率的時間區(qū)期間，所述主斷路器24和所述第一斷路器至第四斷路器24a、24b、24c被閉合(電氣連接)。相反地，在所述匯流條14未被供應(yīng)電功率的時間區(qū)期間，即在電功率系統(tǒng)12經(jīng)歷功率中斷的時間區(qū)期間，所述第三斷路器24c被閉合(電氣連接)且所述主斷路器24被打開(電氣斷開連接)。所述第一斷路器24a和所述第二斷路器24b中的一個(相應(yīng)于被優(yōu)先供應(yīng)電功率的負載)被閉合。
[0075]下面將參考圖2至圖24來描述較高電平控制器44的配置細節(jié)和過程操作。
[0076]下面將參考圖2至圖6來描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的較高電平控制器(下文中稱作“第一較高電平控制器44A”)。如圖2中所示，所述第一較高電平控制器44A包括:基本充電和放電電功率輸出部分50，用于輸出基于預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池20的過程的基本充電和放電電功率值；附加充電和放電電功率輸出部分52,用于計算和輸出附加充電和放電電功率值；以及，充電和放電指令輸出部分54,用于從所述基本充電和放電電功率值與所述附加充電和放電電功率值計算一個指令充電和放電電功率值，以及用于將所述指令充電和放電電功率值輸出至所述PCS42。
[0077]例如，如果預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池20的方法是在功率中斷情形中使用的將所述蓄電池20用作電功率源的操作方法，則當(dāng)所述電功率系統(tǒng)12未經(jīng)歷功率中斷時，所述基本充電和放電電功率輸出部分50輸出O (零)，以及當(dāng)所述電功率系統(tǒng)12經(jīng)歷功率中斷時，所述基本充電和放電電功率輸出部分50輸出一個基本充電和放電電功率值，所述基本充電和放電電功率值等于由負載所消耗的電功率。所述較高電平控制器44基于來自電壓傳感器55 (所述電壓傳感器55被連接至匯流條14)的電壓值信息來確定所述電功率系統(tǒng)12是否正在經(jīng)歷功率中斷。
[0078]如果預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池20的方法是根據(jù)一種用于負載平衡的模式來操作所述蓄電池20的操作方法,貝U所述基本充電和放電電功率輸出部分50輸出一個依賴于一種預(yù)設(shè)充電和放電模式的基本充電和放電電功率值。例如，在某些規(guī)定時間中的每一個時，所述基本充電和放電電功率輸出部分50輸出一個預(yù)設(shè)充電和放電電功率值作為一個基本充電和放電電功率值。
[0079]如果預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池20的方法是操作所述蓄電池20從而吸收和減輕從自然能所生成的電功率中的變化的操作方法，則所述基本充電和放電電功率輸出部分50輸出一個基本充電和放電電功率值，所述基本充電和放電電功率值起到吸收和減輕從自然能所生成的電功率中的變化的作用。
[0080]所述附加充電和放電電功率輸出部分52被供應(yīng)有來自各個電池模塊30中的溫度傳感器36的溫度信息，且被供應(yīng)有來自SOC計算器40的SOC信息。當(dāng)所述電池模塊30的溫度等于或者低于一個參考溫度(預(yù)設(shè)溫度Ta，在稍后進行描述)并且SOC落入一個參考范圍內(nèi)(例如，從10%至90%)時，所述附加充電和放電電功率輸出部分52輸出一個不同于O的附加充電和放電電功率值。
[0081]所述充電和放電指令輸出部分54從所述基本充電和放電電功率值與所述附加充電和放電電功率值來計算一個指令充電和放電電功率值，所述基本充電和放電電功率值由所述基本充電和放電電功率輸出部分50輸出，所述附加充電和放電電功率值由所述附加充電和放電電功率輸出部分52輸出。所述充電和放電指令輸出部分54將所述指令充電和放電電功率值輸出至所述PCS42。
[0082]下面將描述所述電池模塊30的預(yù)設(shè)溫度。所述預(yù)設(shè)溫度包括:上限溫度Tmax2(例如，340°C )、低于所述上限溫度Tmax2的上限溫度Tmaxl (例如，330°C )、低于所述上限溫度Tmaxl的預(yù)設(shè)溫度Ta (例如，305°C )、低于所述預(yù)設(shè)溫度Ta的目標(biāo)溫度Tb (例如，300°C )以及低于所述目標(biāo)溫度Tb的目標(biāo)溫度Tc (例如，295°C)。[0083]所述上限溫度Tmax2是這樣一個上限溫度，在該上限溫度以下時，所述蓄電池20被允許充電和放電。當(dāng)所述蓄電池20的溫度變?yōu)榈扔诨蚋哂谒錾舷逌囟萒max2時，所述蓄電池20被強制停止充電和放電。所述上限溫度Tmaxl是這樣一個上限溫度，通過該上限溫度來計算一個附加充電和放電電功率值。當(dāng)所述蓄電池20的溫度變?yōu)榈扔诨蚋哂谒錾舷逌囟萒maxl時，所述附加充電和放電電功率值被設(shè)置為O。所述預(yù)設(shè)溫度Ta是一個參考溫度，用于確定所述附加充電和放電電功率值是否可被設(shè)置為一個不同于O的值。當(dāng)所述蓄電池20的溫度變?yōu)榈扔诨虻陀谒鲱A(yù)設(shè)溫度Ta時，所述附加充電和放電電功率值被允許設(shè)置為一個不同于O的值。在下文中，預(yù)設(shè)溫度Ta將被稱作“參考溫度Ta”。所述目標(biāo)溫度Tb是當(dāng)所述電池模塊30被附加地充電和放電時，由所述電池模塊30所實現(xiàn)的目標(biāo)溫度。所述目標(biāo)溫度Tc是當(dāng)所述電池模塊通過所述加熱器38加熱時，由所述電池模塊30所實現(xiàn)的目標(biāo)溫度。所述電池控制器32供應(yīng)電功率至所述電池模塊30的加熱器38，從而供應(yīng)熱能至溫度比所述目標(biāo)溫度Tc低的所述電池模塊30，用于使得所述電池模塊30的溫度逼近所述目標(biāo)溫度Tc。
[0084]所述充電和放電模式與從所述基本充電和放電電功率輸出部分50輸出的所述預(yù)設(shè)溫度(所述上限溫度TmaXl、TmaX2，所述參考溫度Ta和所述目標(biāo)溫度Tb、Tc)被存儲在所述第一較高電平控制器44A的存儲器(未示出)中。
[0085]下面將參考圖3中示出的流程圖來描述所述第一較高電平控制器44A的處理順序。
[0086]在圖3中示出的步驟SI中，所述附加充電和放電電功率輸出部分52通過將由來自所述電池控制器32的溫度信息所指示的溫度與所述參考溫度Ta進行比較，來確定所述蓄電池20的溫度(即，所述電池模塊30中的溫度)是否等于或低于所述參考溫度Ta (例如，305°C)。如果所述蓄電池20的溫度等于或低于所述參考溫度Ta，則控制行進至步驟S2，在所述步驟S2期間，所述附加充電和放電電功率輸出部分52通過將由來自所述SOC計算器40的SOC信息所表示的SOC (百分數(shù))與所述參考范圍(例如，從10%至90%)進行比較，來確定所述蓄電池20的SOC是否落入所述參考范圍中。如果所述蓄電池20的SOC落入所述參考范圍中，則控制行進至步驟S3，在所述步驟S3期間，所述附加充電和放電電功率輸出部分52根據(jù)所述輸入溫度信息(指示所述電池模塊30中的溫度)和所述目標(biāo)溫度Tb之間的差，來計算一個附加充電和放電電功率值。此時，所述附加充電和放電電功率輸出部分52設(shè)置一個附加充電和放電電功率值，使得所述充電時間和放電時間中的每一個都將在從約幾秒至I小時的范圍內(nèi)。
[0087]在步驟SI中，如果所述附加充電和放電電功率輸出部分52確定所述蓄電池20的溫度高于所述參考溫度Ta，或者在步驟S2中，如果所述附加充電和放電電功率輸出部分52確定所述蓄電池20的SOC未落入所述參考范圍內(nèi)，則控制行進至步驟S4，在所述步驟S4期間，所述附加充電和放電電功率輸出部分52將O (零)作為所述附加充電和放電電功率值輸出至所述充電和放電指令輸出部分54。
[0088]在步驟S3或步驟S4之后，控制行進至步驟S5，在所述步驟S5期間，所述充電和放電指令輸出部分54從所述基本充電和放電電功率值和所述附加充電和放電電功率值計算一個指令充電和放電電功率值，然后將所述指令充電和放電電功率值輸出至所述PCS42。此后，控制行進至步驟S6，在所述步驟S6期間，所述第一較高電平控制器44A確定是否存在一個系統(tǒng)終止請求。如果不存在一個系統(tǒng)終止請求，則控制返回至步驟Si，重復(fù)步驟SI至S6。如果存在一個系統(tǒng)終止請求，則所述第一較高電平控制器44A的處理順序被帶至結(jié)束。
[0089]根據(jù)所述第一實施方案，如果所述蓄電池20的溫度T等于或低于所述參考溫度Ta，并且如果所述蓄電池20的SOC落入所述參考范圍內(nèi)，則所述附加充電和放電電功率值(依賴于所述蓄電池20的溫度T和所述參考溫度Ta之間的差)與所述基本充電和放電電功率值相加，且它們的和被輸出至所述PCS42作為所述指令充電和放電電功率值。因而，如圖4中所示，當(dāng)所述蓄電池20的溫度T變?yōu)榈扔诨虻陀谒鰠⒖紲囟萒a時，所述蓄電池20在重復(fù)的充電和放電周期中被充電和放電，所述充電和放電周期中的每一個都由一個連續(xù)的充電時間和一個連續(xù)的放電時間構(gòu)成，且所述充電和放電周期中的每一個都在約幾秒至I小時的范圍內(nèi)，以及所述蓄電池20輸出一個依賴于所述充電和放電周期的電功率量。因而，所述蓄電池20被供應(yīng)熱能，且所述蓄電池20的溫度T被維持在所述目標(biāo)溫度Tb附近(目標(biāo)溫度Tb±5°C)。結(jié)果，除非當(dāng)所述蓄電池20被活化(activate)時，否則不向所述蓄電池20的加熱器38供應(yīng)電功率(加熱器電功率)，從而增大了所述蓄電池20的系統(tǒng)效率。具體地，由于當(dāng)所述蓄電池因被充電和放電而被供應(yīng)熱能時所述電池格34自身變熱，這不同于當(dāng)所述蓄電池20被供應(yīng)來自加熱器38的熱能時，所述電池格34被均勻加熱。此外，相比于如果所述電池格34被供應(yīng)來自所述加熱器38 (所述加熱器38被布置在所述電池格34 (在所述電池模塊30內(nèi))的外側(cè))的熱能，由于電池格34是自加熱，所以電池格34被更加有效地供應(yīng)熱能。此外，由于所述連續(xù)充電時間和所述連續(xù)放電時間中的每一個都很短，即在從幾秒至I小時的范圍內(nèi)，所以當(dāng)所述蓄電池20在一個周期中被放電時，所述SOC中的任何減小都很小，所述SOC中的減小在下一周期中進行補償。因此，所述SOC被防止顯著減小，并且能被維持基本恒定(例如，在80%附近)。步驟S2的確定過程用于防止當(dāng)所述SOC接近100%或0%時所述蓄電池20被放電。然而，由于如上面所描述的，所述蓄電池20的SOC能被保持為基本恒定，所以可免除步驟S2的確定過程。
[0090]通常，隨著電功率的充電量的絕對值(充電電功率的時間積分)和電功率的放電量的絕對值(放電電功率的時間積分)的和變大，當(dāng)所述蓄電池20被充電和放電時由所述蓄電池20自身所生成的焦耳熱也更大。(在本實施方案中，由于所述充電電功率值和所述電功率的充電量是負的，而所述放電電功率值和所述電功率的放電量是正的，所以下文中將涉及所述電功率的充電量的絕對值和所述電功率的放電量的絕對值)。
[0091]圖5示出了指令充電和放電電功率值由基本充電和放電電功率值和附加充電和放電電功率值計算的一個實施例。相比于如果所述基本充電和放電電功率值被用作所述指令充電和放電電功率值，當(dāng)所述附加充電和放電電功率值被增加至所述基本充電和放電電功率值時，所述指令充電和放電電功率值(所述電功率的充電量的絕對值和所述電功率的放電量的絕對值的和)更大，從而更多的焦耳熱在所述蓄電池20中生成。
[0092]更具體地，如圖5中所示，基本充電和放電電功率值在放電時間tl中被設(shè)置為+0.1MW，在充電時間t2中被設(shè)置為+0.1MW。因而，所述電功率的充電量的絕對值和所述電功率的放電量的絕對值的和可由0.1.tl+0.1.t2MWh表示。如果假設(shè)基本充電和放電電功率值在放電時間tl中被設(shè)置為+0.5MW且在充電時間t2中被設(shè)置為-0.5MW，則所述電功率的充電量的絕對值與所述電功率的放電量的絕對值的和可由0.6.tl+0.4.t2MWh表示。因而，明顯的是，相比于如果所述基本充電和放電電功率值被用作所述指令充電和放電電功率值，這使得所述指令充電和放電電功率值(所述電功率的充電量的絕對值和所述電功率的放電量的絕對值的和)更大，從而更多的焦耳熱在所述蓄電池20中生成。[0093]圖6示出了其中指令充電和放電電功率值由基本充電和放電電功率值和附加充電和放電電功率值計算的另一實施例。根據(jù)圖6中示出的實施例，即使將所述基本充電和放電電功率值和所述附加充電和放電電功率值加在一起，所述指令充電和放電電功率值(所述電功率的充電量的絕對值和所述電功率的放電量的絕對值的和)與用作所述指令充電和放電電功率值的所述基本充電和放電電功率值相比保持基本不變。
[0094]更具體地，如圖6中所示，基本充電和放電電功率值在所述放電時間tl中被設(shè)置為+0.5MW，在所述充電時間t2中被設(shè)置為+0.5MW。因而，所述電功率的充電量的絕對值和所述電功率的放電量的絕對值的和可由0.5 -tl+0.5 *t2MWh表示。如果假設(shè)基本充電和放電電功率值在放電時間tl中被設(shè)置為+0.5MW以及在充電時間t2中被設(shè)置為-0.5MW，類似于圖5中所示實施例的情形，則所述電功率的充電量的絕對值與所述電功率的放電量的絕對值的和可由1.0 ^tlMWh表示。假設(shè)所述充電時間tl與所述充電時間t2彼此基本相同，則所述指令充電和放電電功率值(所述電功率的充電量的絕對值與所述電功率的放電量的絕對值的和)與用作所述指令充電和放電電功率值的所述基本充電和放電電功率值相比保持基本不變。
[0095]如果所述基本充電和放電電功率值相對大，如圖6中所示，則所述蓄電池20的溫度T不太可能變?yōu)榈扔诨蛘咝∮谒鰠⒖紲囟萒a(例如，305°C)。即使所述蓄電池20的溫度T變?yōu)榈扔诨蛘咝∮谒鰠⒖紲囟萒a，但是由于所述基本充電和放電電功率值相對大，所以所述蓄電池20的溫度T通常上升至等于或高于所述參考溫度Ta的一個值。如果所述蓄電池20的溫度T低于所述參考溫度Ta，并且如果圖6中所示的情形繼續(xù)，則所述附加充電和放電電功率值的幅度增大，使得相比于如果所述基本充電和放電電功率值被用作所述指令充電和放電電功率值，當(dāng)所述附加充電和放電電功率值被增加至所述基本充電和放電電功率值時所產(chǎn)生的所述指令充電和放電電功率值(所述電功率的充電量的絕對值和所述電功率的放電量的絕對值的和)更大。
[0096]下面將參考圖7至圖13來描述根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的較高電平控制器(下文中稱作“第二較高電平控制器44B”)。
[0097]根據(jù)第二實施方案，基本應(yīng)用包括，例如，作為中斷期功率供應(yīng)的應(yīng)用和作為用于執(zhí)行負載平衡的功率供應(yīng)的應(yīng)用。通過附加充電和放電電功率對所述蓄電池進行充電和放電的目的(即，附加應(yīng)用)表示使用蓄電池連同其他調(diào)整設(shè)備的應(yīng)用，根據(jù)所述第二實施方案的控制方法被應(yīng)用至所述蓄電池連同其他調(diào)整設(shè)備。所述附加應(yīng)用包括，例如，用于頻率調(diào)整的應(yīng)用，以及用于相對于電功率需求來調(diào)整電功率供應(yīng)的應(yīng)用。
[0098]如圖7中所示，所述第二較高電平控制器44B包括:基本充電和放電電功率輸出部分50、附加充電和放電電功率輸出部分52以及充電和放電指令輸出部分54(所述在上面都已進行了描述)，以及，用于獲取系統(tǒng)頻率f的系統(tǒng)頻率獲取部分56。所述附加充電和放電電功率輸出部分52包括比例系數(shù)計算器60，用于基于所述蓄電池20的溫度(電池溫度T)和所述目標(biāo)溫度Tb (例如，300°C)之間的差A(yù)T來計算比例系數(shù)K。所述附加充電和放電電功率輸出部分52基于所述系統(tǒng)頻率f和參考頻率fa之間的差A(yù)f (差分信號)來計算一個附加充電和放電電功率值，然后將所計算的附加充電和放電電功率值輸出至所述充電和放電指令輸出部分54。
[0099]下面將參考圖8中所示的流程圖來描述所述第二較高電平控制器44B的處理順序。稍后將要進行描述的相對于第五較高電平控制器44E的處理順序也將涉及圖8。
[0100]在圖8所示的步驟SlOl中，所述附加充電和放電電功率輸出部分52確定從比例系數(shù)被更新的前一時間(前一更新比例系數(shù)時間)算起已經(jīng)過的時段是否已達到用于更新比例系數(shù)的預(yù)設(shè)時段(比例系數(shù)更新時段)。如果在所述第二較高電平控制器44B被活化之后，所述控制順序第一次經(jīng)歷步驟S101，或者如果從所述前一比例系數(shù)更新時間算起已經(jīng)過的時段已達到所述比例系數(shù)更新時段，則控制行進至步驟S102，在步驟S102期間，所述附加充電和放電電功率輸出部分52確定所述電池溫度T是否等于或者低于所述參考溫度Ta。如果所述電池溫度T等于或者低于所述參考溫度Ta，則控制行進至步驟S103，在步驟S103期間，所述附加充電和放電電功率輸出部分52確定所述蓄電池20的SOC是否落入所述參考范圍內(nèi)。如果所述蓄電池20的SOC落入所述參考范圍內(nèi)，則控制行進至步驟S104，在步驟S104期間，所述比例系數(shù)計算器60基于所述電池溫度T和所述目標(biāo)溫度Tb之間的差Λ T計算所述比例系數(shù)K。
[0101]下面將參考圖9和圖10來描述計算所述比例系數(shù)K的過程。
[0102]如圖9中所示，根據(jù)一種比例控制方案，減法器62計算所述電池溫度T和所述目標(biāo)溫度Tb之間的差Λ T (=T-Tb),以及乘法器64將所述差Λ T乘以參考比例系數(shù)Κρ，從而產(chǎn)生一個當(dāng)前的比例系數(shù)K。參考比例系數(shù)Kp基于仿真、實驗等來預(yù)設(shè)，并且連同表示參考溫度Ta和目標(biāo)溫度Tb的信息一起被存儲在所述第二較高電平控制器44Β的存儲器(未示出)中。當(dāng)計算所述比例系數(shù)K時，從所述存儲器中讀取所述目標(biāo)溫度Tb和所述參考比例系數(shù)Κρ，并且如上面所描述的，所述電池溫度T從所述電池控制器32被供應(yīng)至所述第二較高電平控制器44Β。根據(jù)數(shù)值的一個實施例，如果所述電池溫度T是295°C以及所述目標(biāo)溫度Tb是300°C，則所述電池溫度T和所述目標(biāo)溫度Tb之間的差Λ T被計算為295-300=-5°C。如果所述參考比例系數(shù)Kp是+4，例如，則所述比例系數(shù)K被計算為-5 X (+4) =-20MH/Hz。
[0103]根據(jù)一種PID控制方案，如圖10中所示，減法器62計算所述電池溫度T和所述目標(biāo)溫度Tb之間的差A(yù)T，而PID計算器66將所述差A(yù)T乘以第一參考比例系數(shù)Kp，將所述差A(yù)T的積分乘以第二參考比例系數(shù)Ki，將所述差Λ T的微分乘以第三參考比例系數(shù)Kd，并且將所計算的積相加，以產(chǎn)生一個當(dāng)前的比例系數(shù)K。所述第一參考比例系數(shù)Κρ、所述第二參考比例系數(shù)Ki以及所述第三參考比例系數(shù)Kd基于仿真、實驗等來預(yù)設(shè)，并且連同表示所述參考溫度Ta和所述目標(biāo)溫度Tb的信息被存儲在所述第二較高電平控制器44Β的存儲器(未示出)中。
[0104]如果在圖8的步驟S102中所述附加充電和放電電功率輸出部分52確定所述電池溫度T高于所述參考溫度Ta，或者如果在步驟S103中所述附加充電和放電電功率輸出部分52確定所述蓄電池20的SOC未落入所述參考范圍內(nèi)，則控制行進至步驟S105，在步驟S105期間，所述比例系數(shù)計算器60將所述比例系數(shù)K設(shè)置為OMW/Hz。
[0105]在步驟S104或步驟S105之后，控制行進至步驟S106，在步驟S106期間，所述比例系數(shù)計算器60將所述比例系數(shù)K更新為一個當(dāng)前的比例系數(shù)，所述當(dāng)前的比例系數(shù)待被所述附加充電和放電電功率輸出部分52使用，從而計算一個附加充電和放電電功率值(在步驟S104或步驟S105中所計算的比例系數(shù))。[0106]在步驟S106之后，或者如果在步驟SlOl中從所述前一比例系數(shù)更新時間算起已經(jīng)過的時段未達到所述比例系數(shù)更新時段，控制行進至步驟S107，在步驟S107期間，所述附加充電和放電電功率輸出部分52基于所述比例系數(shù)K和在所述系統(tǒng)頻率f與所述參考頻率fa之間的差A(yù)f (=f_fa)來計算一個附加充電和放電電功率值。此后，在步驟S108中，所述充電和放電指令輸出部分54從所述基本充電和放電電功率值和所述附加充電和放電電功率值來計算一個指令充電和放電電功率值D，然后將所述指令充電和放電電功率值D輸出至所述PCS42。
[0107]下面將參考圖11來描述計算所述基本充電和放電電功率值和所述附加充電和放電電功率值的過程。圖11的括號中所示的變量Pa、Pl等將相對于由第五較高電平控制器44E (稍后進行描述)所執(zhí)行的、計算所述基本充電和放電電功率值和所述附加充電和放電電功率值的一個過程來使用。
[0108]如圖11中所不，減法器68計算所述系統(tǒng)頻率f和所述參考頻率fa之間的差Δ f,乘法器70將所述差Λ f乘以由所述比例系數(shù)計算器60計算的比例系數(shù)K，從而產(chǎn)生一個附加充電和放電電功率值K.Af0然后，加法器72將所述附加充電和放電電功率值K.Af與一個基本充電和放電電功率值Dt相加，從而產(chǎn)生所述指令充電和放電電功率值D。所述系統(tǒng)頻率f從頻率計48 (與所述匯流條14結(jié)合)供應(yīng)，以及所述參考頻率fa從所述存儲器讀取。根據(jù)數(shù)值的一個實施例，如果所述系統(tǒng)頻率f和所述參考頻率fa之間的差A(yù)f是-0.1Hz (假設(shè)系統(tǒng)頻率f〈所述參考頻率fa)，所述基本充電和放電電功率值Dt為0，以及所述比例系數(shù)K是-20MW/HZ，則所述附加充電和放電電功率值K.Λ f被計算為-0.1HzX-20MW/Hz,以及所述指令充電和放電電功率值D被計算為0+ (-0.1HzX_2(MW/Hz) =+2麗。限幅器74被連接在加法器72后面的一個級處。所述限幅器74用于限制由所述加法器72所生成的所述指令充電和放電電功率值D，使得它的值將不會超過所述蓄電池20的一個可允許的最大輸出電功率值。例如,如果所述蓄電池20的所述可允許的最大輸出電功率值為±1麗，以及由所述加法器72所生成的所述指令充電和放電電功率值D為+2MW，則所述限幅器74將所述指令充電和放電電功率值D限制為+1麗。從所述限幅器74輸出的所述指令充電和放電電功率值D被輸出至所述PCS42作為所述指令充電和放電電功率值D。
[0109]如果通過圖8中的步驟S105將所述比例系數(shù)K保持設(shè)置在O處，則所述充電和放電指令輸出部分54將所述基本充電和放電電功率值Dt輸出至所述PCS42作為所述指令充電和放電電功率值D。
[0110]在步驟S109中，所述第二較高電平控制器44B確定是否存在一個系統(tǒng)終止請求。如果不存在一個系統(tǒng)終止請求，則控制返回至步驟S101，重復(fù)步驟SlOl至S109。如果存在一個系統(tǒng)終止請求，則所述第二較高電平控制器44B的處理順序被帶至結(jié)束。
[0111]上面所描述的所述比例系數(shù)更新時段被限定為在所述比例系統(tǒng)K已被更新之后直至所述比例系數(shù)K被下一次更新的時段，所述比例系數(shù)更新時段被設(shè)置為例如在I分鐘至I小時范圍內(nèi)的值。在所述比例系數(shù)更新時段期間，所述比例系數(shù)K保持恒定。然而，所述差變化，使得所述附加充電和放電電功率值變化。在已輸出一個指令充電和放電電功率值之后直至輸出下一指令充電和放電電功率值的時段被設(shè)置為例如在I秒至4秒范圍內(nèi)的值。[0112]如圖12中所示，通過所述第二較高電平控制器44B，例如，所述電池溫度T在所述比例系數(shù)更新時間tl時高于所述參考溫度Ta。因而，所述比例系數(shù)K被設(shè)置為0，以及所述附加充電和放電電功率值被設(shè)置為O麗。如果所述參考充電和放電電功率值為0，則由于所述指令充電和放電電功率值也為0，所以所述蓄電池20未被充電和放電，所述電池溫度T減小。在下一比例系數(shù)更新時間t2，一旦經(jīng)過一個比例系數(shù)更新時段Ca，則所述電池溫度T低于所述參考溫度Ta。因而，將所述比例系數(shù)K設(shè)置為依賴于在所述比例系數(shù)更新時間t2時所述電池溫度T和所述目標(biāo)溫度Tb之間的差Λ T的值Ka，以及將所述附加充電和放電電功率值設(shè)置為依賴于所述比例系數(shù)Ka和所述差Λ f的一個值，并且將所述值與所述基本充電和放電電功率值Dt相加，它們的和依序輸出作為所述指令充電和放電電功率值D。根據(jù)所述指令充電和放電電功率值D，所述PCS42為所述蓄電池20充電和放電，所述指令充電和放電電功率值D被依序供應(yīng)至所述PCS42。更具體地，當(dāng)所述系統(tǒng)頻率f〈所述參考頻率fa (S卩，所述差Λ f〈0Hz)時，所述蓄電池20被放電，從而供應(yīng)DC電功率。所述DC電功率被DC-AC轉(zhuǎn)換器46轉(zhuǎn)換成AC電功率，所述AC電功率通過所述第三變壓器26c和所述第三斷路器24c被供應(yīng)至所述主線16。當(dāng)所述系統(tǒng)頻率f>所述參考頻率fa (B卩，所述差Δ f>0Hz)時，所述蓄電池20通過DC電功率充電，所述DC電功率是通過所述DC-AC轉(zhuǎn)換器46從AC電功率轉(zhuǎn)換成的，所述AC電功率通過所述第三斷路器24c和所述第三變壓器26c從所述主線16供應(yīng)。
[0113]由于所述比例系數(shù)K被設(shè)置為值Ka(非0)，所以除了所述基本充電和放電電功率，所述蓄電池20還通過所述附加充電和放電電功率被充電和放電。因此,所述蓄電池20被供應(yīng)有附加的熱能，所述附加的熱能比如果所述比例系數(shù)K被設(shè)置為O時的熱能更大。
[0114]在下一比例系數(shù)更新時間t3時，所述電池溫度T低于所述參考溫度Ta。因此，將所述比例系數(shù)K設(shè)置為依賴于所述電池溫度T和所述目標(biāo)溫度Tb之間的差Λ T的值Kb，以及將所述指令充電和放電電功率值D設(shè)置為依賴于所述比例系數(shù)Kb和所述差Λ f的一個值，且所述值被依序輸出。由于所述差A(yù)T具有的值小于時間t2時的差A(yù)T，所以所述比例系數(shù)Kb也被改變?yōu)樾∮谒霰壤禂?shù)Ka的值。因此，所述指令充電和放電電功率值D也變?yōu)榫哂邢鄳?yīng)較小的值。
[0115]根據(jù)所述第二實施方案，如圖13中所示，當(dāng)所述蓄電池20的溫度T變?yōu)榈陀谒鰠⒖紲囟萒a時，所述蓄電池20在重復(fù)的充電和放電周期中被充電和放電，所述重復(fù)的充電和放電周期中的每一個都具有一個連續(xù)的充電時間和一個連續(xù)的放電時間，并且所述重復(fù)的充電和放電周期中的每一個都在約幾秒至I小時的范圍內(nèi)，并且所述蓄電池20輸出一個依賴于所述充電和放電周期的電功率量。因此，所述蓄電池20被供應(yīng)熱能，使得所述蓄電池20的溫度T被保持在所述目標(biāo)溫度Tb附近(目標(biāo)溫度Tb±5°C )。結(jié)果，所述蓄電池20的加熱器38未被供應(yīng)電功率(加熱器電功率)(除非當(dāng)所述蓄電池20被活化時)，從而增大了所述蓄電池系統(tǒng)12的系統(tǒng)效率。此外，由于所述連續(xù)的充電時間和所述連續(xù)的放電時間中的每一個都很短，在從幾秒至I小時的范圍內(nèi)，所以所述SOC可被維持基本恒定(例如，在80%附近)。
[0116]在這一系列的充電和放電周期中，來自所述蓄電池20的所述充電和放電電功率與在所述系統(tǒng)頻率f和所述參考頻率fa之間的差A(yù)f成比例。由于所述充電和放電電功率通過所述第三斷路器24c被供應(yīng)至所述主線16，所以所述充電和放電電功率被用作用于減輕所述匯流條14上的系統(tǒng)頻率f中的變化的電功率。除非另有聲明，所述充電和放電電功率有助于所述系統(tǒng)頻率f的穩(wěn)定性。此外，由于來自所述蓄電池20的所述充電和放電電功率(輸出電功率)依賴于所述比例系數(shù)K，所述比例系數(shù)K基于所述電池溫度T和所述目標(biāo)溫度Tb之間的差A(yù)T (即，所述比例系數(shù)是根據(jù)一種比例控制方案或者一種PID控制方案來設(shè)置的)，所以所述蓄電池20的電池溫度T可有效率地收斂至所述目標(biāo)溫度Tb。
[0117]在本實施方案中，基于來自與所述匯流條14結(jié)合的所述頻率計48的頻率信息來獲得所述系統(tǒng)頻率f。替代地，所述系統(tǒng)頻率f可從電功率公司或系統(tǒng)管理器獲取，或者可獲取所述系統(tǒng)頻率f和所述參考頻率fa之間的差Λ f。
[0118]在上面描述的本實施方案中，所述附加的應(yīng)用已被描述為用于頻率調(diào)整的應(yīng)用。然而，替代地，如果所述附加的應(yīng)用是用于相對于電功率需求調(diào)整電功率供應(yīng)的應(yīng)用，則所述附加充電和放電電功率輸出部分52可基于所述比例系數(shù)K和從所述電功率系統(tǒng)所生成的電功率與所需求的電功率之間的差來計算所述附加充電和放電電功率值，然后將所計算的所述附加充電和放電電功率值輸出至所述充電和放電指令輸出部分54。
[0119]根據(jù)本發(fā)明的第三實施方案的較高電平控制器(下文中稱作“第三較高電平控制器44C”)與所述第二較高電平控制器44B基本上具有相同的配置，但是如圖14中所示，就用于計算所述指令充電和放電電功率值D的過程的一部分而言與其不同。圖14的括號中所示的變量Pa、Pl等相對于由稍后進行描述的第六較高電平控制器所執(zhí)行的、計算所述指令充電和放電電功率值的一個過程來使用。
[0120]更具體地，根據(jù)所述第三實施方案的所述第三較高電平控制器44C與所述第二較高電平控制器44B的不同之處在于，減法器68被用于計算所述系統(tǒng)頻率f和所述參考頻率fa之間的差Λ f，高通濾波器76被用于從所述差A(yù)f的依賴時間的變化中提取高頻分量中的變化。之后所述高通濾波器76在隨后的一級將所提取的變化供應(yīng)至乘法器70。所述高通濾波器76生成一個輸出信號Λ--，當(dāng)所述差A(yù)f中的變化較大時，所述輸出信號AfH的絕對值較大，當(dāng)所述差中的變化較小時，所述輸出信號AfH的絕對值較小。
[0121]例如，如圖15中所示，所述差A(yù)f的依賴時間的變化包括低頻分量AfL和高頻分量Λ--。所述低頻分量AfL在延長時段中保持正或者負，所述延長時段是一個比例系數(shù)更新時段Ca的至少一半。因而，如果基于所述差A(yù)f計算一個指令充電和放電電功率值D，則所述蓄電池20僅在所述延長時段中被連續(xù)充電或者放電，從而所述蓄電池20的SOC容易顯著變化。另一方面，所述高頻分量AfH在一個短時段內(nèi)容易經(jīng)歷從正到負的轉(zhuǎn)變，或者從負到正的轉(zhuǎn)變。如圖16中所示，所述高通濾波器76僅提取所述高頻分量Λ--，以及所述第三較高電平控制器44C基于所述高頻分量AfH計算一個指令充電和放電電功率值D。因而，所述蓄電池20在短時段中被交替充電和放電，以及所述蓄電池20的SOC被防止變化。與所述高頻分量AfH不同之處，即低頻分量AfL，不是通過所述高通濾波器76提取的。所述高通濾波器76優(yōu)選地具有1/3600HZ的截止頻率，例如，用于減輕所述SOC中的變化。
[0122] 根據(jù)所述第三實施方案，僅僅放電電功率(正的電功率)和充電電功率(負的電功率)(基于所述高頻分量Λ--)通過所述DC-AC轉(zhuǎn)換器46、所述第三變壓器26c和所述第三斷路器24c被供應(yīng)至所述主線16，從而有助于所述系統(tǒng)頻率f的穩(wěn)定性。
[0123]根據(jù)本發(fā)明的第四實施方案的較高電平控制器(下文中稱作“第四較高電平控制器44D”)與所述第二較高電平控制器44B (參看圖7)具有基本相同的配置，但是與其不同之處在于使用一個上限溫度Tmaxl和一個比例系數(shù)Km (其中Km是I或者更大的值)。
[0124]下面將參考圖17中所示的流程圖來描述所述第四較高電平控制器44D的處理順序。
[0125]如圖17中所示，步驟S201至S206中的處理順序與上面描述的第二較高電平控制器44B的處理順序(圖8中所示的步驟SlOl至S106)相同，下面將不再詳細描述。
[0126]在步驟S206之后，或者如果在步驟S201中從所述前一比例系數(shù)更新時間算起已經(jīng)過的時段未達到所述比例系數(shù)更新時段，控制行進至步驟S207，在步驟S207期間，所述附加充電和放電電功率輸出部分52計算一個附加充電和放電電功率值。如上面所描述的，通過所述第二較高電平控制器44B，如圖11中所示出的，所述比例系數(shù)K乘以所述差A(yù)f，從而計算一個附加充電和放電電功率值。然而，通過所述第四較高電平控制器44D，代替于所述比例系數(shù)K，一個比例系數(shù)(KmXK)乘以所述差A(yù)f，從而計算一個附加充電和放電電功率值。
[0127]此后，在步驟S208中，所述充電和放電指令輸出部分54確定所述電池溫度是否等于或者低于所述上限溫度Tmaxl。如果所述電池溫度等于或者低于所述上限溫度TmaxlJlJ控制行進至步驟S209，在步驟S209期間，所述充電和放電指令輸出部分54從所述基本充電和放電電功率值和所述附加充電和放電電功率值計算一個指令充電和放電電功率值D，然后將所述指令充電和放電電功率值D輸出至所述PCS42。如果所述電池溫度被確定為高于所述上限溫度Tmaxl，則控制行進至步驟S210，在步驟S210期間，所述充電和放電指令輸出部分54將所述附加充電和放電電功率值設(shè)置為O，計算一個指令充電和放電電功率值D，然后將所計算的充電和放電電功率值D輸出至所述PCS42。
[0128]在步驟S209或者步驟S210之后，控制行進至步驟S211，在步驟S211期間，所述第四較高電平控制器44D確定是否存在一個系統(tǒng)終止請求。如果不存在一個系統(tǒng)終止請求，則控制返回至步驟S201，重復(fù)步驟S201至S211。如果存在一個系統(tǒng)終止請求，則所述第四較高電平控制器44D的處理順序被帶至結(jié)束。
[0129]由于所述第四較高電平控制器44D使用所述比例系數(shù)(KmXK)代替所述比例系數(shù)K，如圖18中所示，所以所述附加充電和放電電功率值大于所述第二較高電平控制器44B的情形，從而所述指令充電和放電電功率值D顯著更大，導(dǎo)致所述蓄電池20的溫度以較高的速率上升。執(zhí)行步驟S208至S210中的處理順序，從而間斷地而非連續(xù)地增加不同于O的附加充電和放電電功率，進而將所述蓄電池20保持在適于充電和放電的溫度，即接近所述目標(biāo)溫度Tb的溫度。
[0130]通常，所述系統(tǒng)頻率f和所述參考頻率fa之間的差Λ f在較大負載變化的時間區(qū)內(nèi)以及在電生成器(所述電生成器能夠改變所生成的電功率用于頻率調(diào)整)的容量較小的時間區(qū)內(nèi)變得較大。此外，所述系統(tǒng)頻率f和所述參考頻率fa之間的差A(yù)f在較小負載變化的時間區(qū)內(nèi)以及在電生成器(所述電生成器能夠改變所生成的電功率用于頻率調(diào)整)的容量較大的時間區(qū)內(nèi)變得較小。
[0131]由于所述第四較高電平控制器44D能夠間歇地增加附加充電和放電電功率，所以所述第四較高電平控制器44D能夠有效地有助于所述系統(tǒng)頻率f的穩(wěn)定性，并且通過使得所述附加充電和放電電功率值在所述系統(tǒng)頻率f和所述參考頻率fa之間的差△ f大的時間區(qū)內(nèi)較大，可將所述蓄電池20保持在適于充電和放電的溫度。[0132]對于在一個預(yù)測的太陽輻射量和一個實際的太陽輻射量之間的差較大的時間區(qū)內(nèi)的太陽能功率生成，以及對于在一個預(yù)測的風(fēng)功率值和一個實際的風(fēng)功率值較大的時間區(qū)內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電廠(wind farm)功率生成，基于自然能的電生成裝置的所生成的電功率和所計劃的電功率之間的差變得較大。此外，對于在一個預(yù)測的太陽輻射量和一個實際的太陽輻射量之間的差較小的時間區(qū)內(nèi)的太陽能功率生成，以及對于在一個預(yù)測的風(fēng)功率值和一個實際的風(fēng)功率值較小的時間區(qū)內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電廠功率生成，所述差變得較小。
[0133]由于所述第四較高電平控制器44D能夠間歇地增加附加充電和放電電功率，所以所述第四較高電平控制器44D能夠有效地有助于所述系統(tǒng)頻率f的穩(wěn)定性，并且通過使得所述附加充電和放電電功率值在基于自然能的電生成裝置的所生成的電功率和所計劃的電功率之間的差較大的時間區(qū)內(nèi)較大，可將所述蓄電池20保持在適于充電和放電的溫度。
[0134]如圖19中所不，所述電功率系統(tǒng)12 (所述電功率系統(tǒng)12在其中納入了所述電功率控制系統(tǒng)10)可包括第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A，多個基于自然能的電生成系統(tǒng)(例如，風(fēng)力發(fā)電廠功率生成系統(tǒng)，下文中稱作“第一電功率生成系統(tǒng)100A”)被連接至所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A。所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A通過第四斷路器24d被連接至所述匯流條14。
[0135]所述第一電功率生成系統(tǒng)100A中的每一個通過斷路器(未示出)被連接至第一分支線路104A，且每一個都包括風(fēng)力發(fā)電廠電生成器106和變壓器108。所述第一分支線路104A通過所述第四斷路器24d被連接至所述主線16。來自所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A的輸出電功率(所生成的電功率)通過所述第四斷路器24d被供應(yīng)至所述匯流條14。所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A具有連接至第一電功率傳感器IlOA的輸出端子，第一電功率傳感器IlOA測量來自所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A的輸出電功率Pl。
[0136]根據(jù)本發(fā)明的第五實施方案的較高電平控制器(下文中稱作“第五較高電平控制器44E”)被應(yīng)用至所述電功率系統(tǒng)12，所述電功率系統(tǒng)12包括所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A。所述第五實施方案的基本應(yīng)用包括，例如，在功率中斷情況下用作電功率源的應(yīng)用，以及用于負載平衡的應(yīng)用。第五實施方案的附加應(yīng)用包括，例如，在風(fēng)力發(fā)電廠功率生成中用于自然能平滑的應(yīng)用。用于減輕來自所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A的輸出功率Pl中的變化的電功率被用作附加充電和放電電功率，從而將熱能供應(yīng)至所述蓄電池20，用于將所述蓄電池20保持在所述目標(biāo)溫度Tb附近的溫度(目標(biāo)溫度Tb ± 5 °C )。
[0137]更具體地，所述第五較高電平控制器44E具有基本與所述第二較高電平控制器44B相同的配置。如圖20中所示，所述第五較高電平控制器44E包括所述基本充電和放電電功率輸出部分50、所述附加充電和放電電功率輸出部分52和所述充電和放電指令輸出部分54 (在上面已經(jīng)進行了描述)，以及電功率值獲取部分112，用于通過所述第一電功率傳感器IlOA獲取所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A的電功率值P1。
[0138]下面將參考圖8中所示的流程圖來描述所述第五較高電平控制器44E的處理順序。
[0139]在圖8所示的步驟SlOl中，所述附加充電和放電電功率輸出部分52確定從所述比例系數(shù)已被更新的前一時間(前一更新比例系數(shù)時間)算起已經(jīng)過的時段是否已達到用于更新所述比例系數(shù)的預(yù)設(shè)時段(比例系數(shù)更新時段)。如果在所述第五較高電平控制器44E已被活化之后，控制第一次經(jīng)歷步驟S101，或者如果從所述前一比例系數(shù)更新時間算起已經(jīng)過的時段已經(jīng)達到所述比例系數(shù)更新時段，則控制行進至步驟S102，在所述步驟S102期間，所述附加充電和放電電功率輸出部分52確定所述電池溫度T是否等于或低于所述參考溫度Ta。如果所述電池溫度T等于或低于所述參考溫度Ta，則控制行進至步驟S103，在步驟S103期間，所述附加充電和放電電功率輸出部分52確定所述蓄電池20的SOC是否落入所述參考范圍內(nèi)。如果所述蓄電池20的SOC落入所述參考范圍內(nèi)，則控制行進至步驟S104，在步驟S104期間，所述比例系數(shù)計算器60基于所述電池溫度T和所述目標(biāo)溫度Tb之間的差A(yù)T來計算所述比例系數(shù)K。上面已經(jīng)描述了計算所述比例系數(shù)K的過程(參看圖9和圖10)，下面將不再進行描述。
[0140]如果在步驟S102中所述附加充電和放電電功率輸出部分52確定所述電池溫度T高于所述參考溫度Ta，或者如果在步驟S103中所述附加充電和放電電功率輸出部分52確定所述蓄電池20的SOC未落入所述參考范圍內(nèi)，則控制行進至步驟S105，在步驟S105期間，所述比例系數(shù)計算器60將所述比例系數(shù)K設(shè)置為OMW/Hz。
[0141]在步驟S104或步驟S105之后，控制行進至步驟S106，在步驟S106期間，所述比例系數(shù)計算器60將所述比例系數(shù)K更新為一個當(dāng)前的比例系數(shù)(即，在步驟S104或步驟S105中所計算的比例系數(shù))，所述比例系數(shù)K被所述附加充電和放電電功率輸出部分52用于計算所述附加充電和放電電功率值。
[0142]在步驟S106之后，或者如果在步驟101中從所述前一比例系數(shù)更新時間算起已經(jīng)過的時段未達到所述比例系數(shù)更新時段，控制返回至步驟S107，在步驟S107期間，所述附加充電和放電電功率輸出部分52基于所述比例系數(shù)K和所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A的輸出電功率值Pl與所計劃的輸出電功率值Pa之間的差ΛΡ (差分信號)計算一個附加充電和放電電功率值。此后，在步驟S108中，所述充電和放電指令輸出部分54從所述基本充電和放電電功率值和所述附加充電和放電電功率值計算一個指令充電和放電電功率值，然后將所述指令充電和放電電功率值D輸出至所述PCS42。
[0143]所述附加充電和放電電功率值和所述指令充電和放電電功率值D以如下方式計算。如圖11的括號中所示，減法器68計算所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A的輸出電功率值Pl和所計劃的輸出電功率值Pa之間的差ΛΡ，乘法器70將所述差ΛΡ乘以由所述比例系數(shù)計算器60所計算的比例系數(shù)K，從而產(chǎn)生一個附加充電和放電電功率值K 〃 ΛΡ。加法器72將所述附加充電和放電電功率值K.△ P與所述基本充電和放電電功率值Dt相加，它們的和通過限幅器74處理為所述指令充電和放電電功率值D。所述指令充電和放電電功率值D被輸出至PCS42。替代地，如圖14的括號中所指示的，所述減法器68計算所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A的輸出電功率值Pl和所計劃的輸出電功率值Pa之間的差ΛΡ，所述高通濾波器76從所述差Λ P中提取高頻分量ΛΡΗ。乘法器70將所述高頻分量Λ PH乘以由所述比例系數(shù)計算器60所計算的比例系數(shù)K，從而產(chǎn)生一個附加充電和放電電功率值K 〃 ΔΡΗ.加法器72將所述附加充電和放電電功率值K 〃 Λ PH與所述基本充電和放電電功率值Dt相加，然后它們的和通過所述限幅器74處理為所述指令充電和放電電功率值D。所述指令充電和放電電功率值D被輸出至所述PCS42。如果在圖8的整個步驟S105中，所述比例系數(shù)K保持設(shè)置為0，則所述充電和放電指令輸出部分54將所述基本充電和放電電功率值Dt輸出至所述PCS42作為所述指令充電和放電電功率值D。在步驟S109中，所述第五較高電平控制器44Ε確定是否存在一個系統(tǒng)終止請求。如果不存在一個系統(tǒng)終止請求，則控制返回至步驟S101，重復(fù)步驟SlOl至S109。如果存在一個系統(tǒng)終止請求，則所述第五較高電平控制器44E的處理順序被帶至結(jié)束。
[0144]如圖21中所示，通過所述第五較高電平控制器44E，例如，在一個比例系數(shù)更新時間tl時，所述電池溫度T高于所述參考溫度Ta。因而，所述比例系數(shù)K被設(shè)置為0，所述附加充電和放電電功率值被設(shè)置為0MW。如果所述參考充電和放電電功率值為0，則由于所述指令充電和放電電功率值也為0，所以所述蓄電池20未被充電和放電，所述電池溫度T下降。在下一比例系數(shù)更新時間t2時，所述電池溫度T變得低于所述參考溫度Ta。因而，所述比例系數(shù)K被設(shè)置為值Ka，所述值Ka依賴于在所述比例系數(shù)更新時間t2時的所述電池溫度T和所述目標(biāo)溫度Tb之間的差A(yù)T。所述附加充電和放電電功率值被設(shè)置為依賴于所述比例系數(shù)Ka和所述差Λ P的一個值，并且與所述基本充電和放電電功率值Dt相加，它們的和被依序輸出作為所述指令充電和放電電功率值D。所述PCS42根據(jù)所述指令充電和放電電功率值D對所述蓄電池20進行充電和放電，所述指令充電和放電電功率值D被依序供應(yīng)至所述PCS42。更具體地，當(dāng)所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102Α的輸出電功率Pl〈所計劃的輸出電功率Pa時，所述蓄電池20被放電，從而供應(yīng)所述DC電功率，所述DC電功率首先被所述DC-AC轉(zhuǎn)換器46轉(zhuǎn)換成AC電功率，然后被供應(yīng)至所述主線16。當(dāng)所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102Α的輸出電功率Pl大于所計劃的輸出電功率Pa時，所述蓄電池20通過DC電功率充電，所述DC電功率是由所述DC-AC轉(zhuǎn)換器46從由所述主線16供應(yīng)的AC電功率轉(zhuǎn)換而成。
[0145]在下一比例系數(shù)更新時間t3時，由于所述電池溫度T低于所述參考溫度Ta，所述比例系數(shù)K被設(shè)置為依賴于所述電池溫度T和所述目標(biāo)溫度Tb之間的差Λ T的一個值Kb，而所述指令充電和放電電功率值D被設(shè)置為依賴于所述比例系數(shù)Kb和所述差ΛΡ的一個值，且所設(shè)置的值被依序輸出。由于所述差Λ T具有的值小于時間t2時的所述差A(yù)T，所以所述比例系數(shù)Kb也被改變?yōu)樾∮谒霰壤禂?shù)Ka的一個值。因此，所述指令充電和放電電功率值D也變得相應(yīng)較小。
[0146]在一系列充電和放電周期期間，來自所述蓄電池20的所述充電和放電電功率與在所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A的所述輸出電功率值Pl和所計劃的輸出電功率值Pa之間的差ΛΡ成比例，并且對于減輕所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A的輸出電功率值Pl相對于所計劃的輸出電功率值Pa的變化起作用。換句話說，在這一系列的充電和放電周期期間，來自所述蓄電池20的所述充電和放電電功率被用作減輕所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A的輸出電功率值Pl中的變化的電功率，并且有助于來自所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A的輸出功率的穩(wěn)定性。由于來自所述蓄電池20的所述充電和放電電功率還依賴于所述比例系數(shù)K，所述比例系數(shù)K基于所述電池溫度T和目標(biāo)溫度Tb之間的差ΔΤ (即，根據(jù)一種比例控制方案或一種PID控制方案的比例系數(shù))，所以所述蓄電池20的電池溫度T可有效率地收斂至所述目標(biāo)溫度Tb。
[0147]如圖14中所示，所述高通濾波器76僅提取高頻分量Λ fH，所述第五較高電平控制器44E基于所述高頻分量△ fH計算一個附加充電和放電電功率值與一個指令充電和放電電功率值D。因而，所述蓄電池20在短時段中被交替地充電和放電，防止所述蓄電池20的SOC變化。
[0148]由于在所述附加的應(yīng)用中，上述充電和放電電功率被用于代替加熱器38，所以在所述附加的應(yīng)用中，所述蓄電池20未被連續(xù)地供應(yīng)電功率(所述附加充電和放電電功率)。然而，由于所述附加的應(yīng)用中的所述充電和放電電功率在所述附加的應(yīng)用中實現(xiàn)了一種作用(即，平滑自然能)，因而有助于所述系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性，提供了如下優(yōu)勢，包括:防止對電功率系統(tǒng)中的熱力發(fā)電站(thermal power plant)的潤輪的磨損和損害,減小總體設(shè)施容量例如電功率系統(tǒng)中的電生成器和蓄電池20，以及由于能夠高速改變蓄電池20的輸出功率所實現(xiàn)的快速調(diào)整等。
[0149]如圖22中所不，電功率系統(tǒng)12 (所述電功率系統(tǒng)12在其中納入了所述電功率控制系統(tǒng)10)，可包括第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B，多個基于自然能的電生成系統(tǒng)(例如，太陽能功率生成系統(tǒng)，下文中還稱作“第二電功率生成系統(tǒng)100B”)被連接至所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B。所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B通過第五斷路器24e被連接至所述匯流條14。第二電功率傳感器IlOB被連接至所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B的輸出端子，所述第二電功率傳感器IlOB測量來自所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B的輸出電功率P2。具有所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B的電功率系統(tǒng)12的其他電路部件和連接件，與具有所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A的電功率系統(tǒng)12的那些基本相同。
[0150]所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B在用于生成電功率的有限時間區(qū)內(nèi)操作，因為所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B依賴于太陽輻射以生成電功率。例如，所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B從8點鐘至16點鐘生成電功率，且在16點鐘至下一天的8點鐘基本不生成電功率。
[0151]根據(jù)本發(fā)明的第六實施方案的較高電平控制器(下文中稱作“第六較高電平控制器44F”)被應(yīng)用至所述電功率系統(tǒng)12，所述電功率系統(tǒng)12包括所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B。所述第六實施方案的基本應(yīng)用包括，例如，作為用于自然能平滑的電功率源的應(yīng)用，所述第六實施方案的附加應(yīng)用包括用于頻率調(diào)整的應(yīng)用，以及用于相對于電功率需求調(diào)整電功率供應(yīng)的應(yīng)用。
[0152]更具體地，根據(jù)所述第六實施方案，用于減輕所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B的輸出電功率P2中的變化的電功率被輸出作為所述基本充電和放電電功率。如果當(dāng)所述輸出電功率P2經(jīng)歷小的變化(例如，在整個天空中是多云的時間區(qū)內(nèi))或者當(dāng)沒有所述輸出電功率P2 (例如，在夜晚)時，所述電池溫度T低于所述參考溫度Ta，則所述第六較高電平控制器44F操作以最小化系統(tǒng)頻率f中的變化，類似于所述第二較高電平控制器44B和所述第三較高電平控制器44C中的情形，從而將熱能供應(yīng)至所述蓄電池20，進而將所述電池溫度T保持在所述目標(biāo)溫度Tb附近(目標(biāo)溫度Tb ± 5 °C )。
[0153]下面將參考圖8和圖23中所示的流程圖來描述所述第六較高電平控制器44F的處理順序。
[0154]由于例如所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B從8點鐘至16點鐘生成電功率，則所述基本充電和放電電功率輸出部分50將輸出基本充電和放電電功率,用于吸收或減輕由所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B所生成的電功率中的變化。此時，由于所述電池溫度T高于所述參考溫度Ta，如圖23中所示，在圖8的步驟S105中將所述比例系數(shù)K設(shè)置為OMW/Hz。此外，此時，所述附加充電和放電電功率值變?yōu)镺，并且所述充電和放電指令輸出部分54輸出所述基本充電和放電電功率值作為所述指令充電和放電電功率值。結(jié)果，來自所述蓄電池20的輸出電功率P吸收或減輕由所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B所生成的電功率P2中的變化，從而平滑所生成的電功率P2，以產(chǎn)生所計劃的輸出電功率Pa。
[0155]隨著由所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B所生成的電功率P2中的變化減小，所述電池溫度T逐漸下降。當(dāng)所述電池溫度T變?yōu)榈扔诨虻陀谒鰠⒖紲囟萒a時，執(zhí)行圖8中所示的步驟S103和隨后的步驟的處理順序。
[0156]如圖23中所示，在晚上，在完成減輕由所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B所生成的電功率P2中的變化之后，所述第六較高電平控制器44F控制所述蓄電池20，從而生成與所述系統(tǒng)頻率f和所述參考頻率fa之間的差成比例的充電和放電電功率。從而，在夜晚，防止所述蓄電池20的溫度顯著降低，并且在夜晚，還防止所述蓄電池20的SOC變化。由于所生成的充電和放電電功率通過所述第三斷路器24c被供應(yīng)至所述主線16，所以所述充電和放電電功率被用作最小化所述匯流條14和所述主線16上的系統(tǒng)頻率f中的變化的電功率，即，有助于所述系統(tǒng)頻率f的穩(wěn)定性。此外，由于由所述蓄電池20所生成的充電和放電電功率依賴于所述比例系數(shù)K，所述比例系數(shù)K基于所述電池溫度T和所述目標(biāo)溫度Tb之間的差Λ T (B卩，根據(jù)一種比例控制方案或一種PID控制方案的比例系數(shù))，所以所述蓄電池20的電池溫度T可有效率地收斂至所述目標(biāo)溫度Tb。
[0157]如圖24中所示，所述電功率系統(tǒng)12可包括如上面所描述的所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102Α以及所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102Β。
[0158]根據(jù)本發(fā)明的第七實施方案的較高電平控制器(下文中稱作“第七較高電平控制器44G”)被應(yīng)用至所述電功率系統(tǒng)12，所述電功率系統(tǒng)12包括所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102Α和所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102Β。第七實施方案的基本應(yīng)用包括，例如，作為用于自然能(太陽能功率生成)平滑的電功率源的應(yīng)用，以及所述第七實施方案的附加應(yīng)用包括用于自然能(風(fēng)力發(fā)電廠功率生成)平滑的應(yīng)用。
[0159]所述第七較高電平控制器44G (其與所述第五較高電平控制器44Ε具有基本相同的配置)，將用于減輕所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102Β的輸出電功率Ρ2中的變化的電功率用作基本充電和放電電功率。所述第七較高電平控制器44G還將用于減輕所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102Α的輸出電功率Pl中的變化的電功率作為附加充電和放電電功率，從而用于為所述蓄電池20供應(yīng)熱能，進而將所述蓄電池20保持在所述目標(biāo)溫度Tb附近的溫度(目標(biāo)溫度Tb ± 5 °C )。
[0160]下面將參考圖8和圖23中所示的流程圖來描述所述第七較高電平控制器44G的處理順序。
[0161]由于所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B從例如8點鐘至16點鐘生成電功率,所述基本充電和放電電功率輸出部分50輸出基本充電和放電電功率,從而用于吸收或減輕由所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B所生成的電功率中的變化。此時，如圖23中所示，由于所述電池溫度T高于所述參考溫度Ta，在圖8的步驟S105中，所述比例系數(shù)K被設(shè)置為OMW/Hz。此外，此時，所述附加充電和放電電功率值變?yōu)?，所述充電和放電指令輸出部分54輸出所述基本充電和放電電功率值作為所述指令充電和放電電功率值。結(jié)果，來自所述蓄電池20的所述輸出電功率P吸收或減輕由所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B所生成的電功率P2中的變化，從而平滑所生成的電功率P2，以得到所計劃的輸出電功率Pa。
[0162]當(dāng)由所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B所生成的電功率P2變?yōu)榧s為O時，所述電池溫度T逐漸下降。當(dāng)所述電池溫度T變?yōu)榈扔诨虻陀谒鰠⒖紲囟萒a時，執(zhí)行圖8中所示的步驟S103和隨后的步驟的處理順序。
[0163]如圖23中所示，在晚上，在完成減輕由所述第二鏈路電功率生成系統(tǒng)102B所生成的電功率P2中的變化之后，所述第七較高電平控制器44G控制所述蓄電池，從而基于所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A的所述輸出電功率值Pl和所計劃的電功率值Pa之間的差Δ P生成充電和放電電功率，類似于所述第五較高電平控制器44E的情形。因而，防止所述蓄電池20的溫度在夜晚顯著降低，以及還防止所述蓄電池20的SOC在夜晚改變。由于所生成的充電和放電電功率通過所述第三斷路器24c被供應(yīng)至所述主線16，所以所生成的充電和放電電功率被用作減輕所述第一鏈路電功率生成系統(tǒng)102A的輸出電功率Pl相對于所計劃的電功率Pl的變化的電功率。此外，由于由所述蓄電池20所生成的充電和放電電功率依賴于所述比例系數(shù)K，所述比例系數(shù)K基于所述電池溫度T和所述目標(biāo)溫度Tb之間的差Λ T (B卩，根據(jù)一種比例控制方案或一種PID控制方案所確定的比例系數(shù))，所以所述蓄電池20的電池溫度T可有效率地收斂至所述目標(biāo)溫度Tb。
[0164]在所述第六實施方案和第七實施方案中，所述基本應(yīng)用包括用于自然能(太陽能功率生成)平滑的應(yīng)用。然而，所述基本應(yīng)用還可包括用于平滑其他自然能源(例如，風(fēng)力發(fā)電廠功率生成)的應(yīng)用。
[0165]下面將描述所述電功率控制系統(tǒng)10的某些改型。所述第一至第七較高電平控制器44Α至44G將還共同地稱作“較高電平控制器44”。
[0166]所述較高電平控制器44還可獨立于所述PCS42安裝，或者可被納入在所述PCS42中。替代地，所述較高電平控制器44可被納入在具有比所述較高電平控制器44更高的電平的管理裝置中，或者可被納入在所述電池控制器32中。
[0167]此外，所述較高電 平控制器44的部分功能可被納入在所述PCS42中。替代地，所述較高電平控制器44的部分功能可被納入在具有比所述較高電平控制器44更高的電平的管理裝置中，或者可被納入在所述電池控制器32中。
[0168]根據(jù)本發(fā)明的多個實施方案的電功率系統(tǒng)被有效地用作在功率中斷情形中的電功率源。然而，所述電功率系統(tǒng)還可用于平滑自然能功率生成系統(tǒng)的輸出電功率，從而平衡負載，等等。
[0169]在上述實施方案中，通過高通濾波器76處理所述差A(yù)f，從而提取高頻分量Λ--。然而，通過一階延遲濾波過程來處理所述差Λ f，從而產(chǎn)生低頻分量Λ fL，可從所述差A(yù)f中減去所述低頻分量AfL,從而提取高頻分量Λ--。
[0170]所述第一至第七較高電平控制器44Α至44G的功能可通過具有執(zhí)行控制程序的CPU和存儲器的計算機實現(xiàn)，或者所述功能可通過硬件設(shè)備實現(xiàn)。
[0171]根據(jù)本發(fā)明的控制蓄電池的方法、用于控制蓄電池的裝置和電功率控制系統(tǒng)不限于上述實施方案，而是在不背離隨附權(quán)利要求中所陳述的本發(fā)明的范圍的前提下，可對所述多個實施方案進行各種改變和改型。
【權(quán)利要求】
1.一種控制被連接至電功率系統(tǒng)(12)的高溫蓄電池(20)的方法，所述方法包括如下步驟: 當(dāng)所述蓄電池(20 )的溫度等于或者低于一個參考溫度時，通過充電和放電電功率對所述蓄電池(20)進行充電和放電，所述充電和放電電功率是基于預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池的過程的充電和放電電功率與相應(yīng)于充電和放電周期的充電和放電電功率的和，所述充電和放電周期中的每一個是I小時或更短的連續(xù)充電時間和I小時或更短的連續(xù)放電時間，從而用于供應(yīng)熱能至所述蓄電池(20 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述充電和放電周期中來自所述蓄電池(20)的充電和放電電功率包括基于一個差分信號的充電和放電電功率，所述差分信號基于所述電功率系統(tǒng)(12)的頻率和一個參考頻率之間的差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述充電和放電周期中來自所述蓄電池(20)的充電和放電電功率包括基于一個差分信號的充電和放電電功率，所述差分信號基于由所述電功率系統(tǒng)(12)所生成的電功率和所述電功率系統(tǒng)(12)的電功率需求之間的差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述充電和放電周期中來自所述蓄電池(20)的充電和放電電功率包括基于一個差分信號的充電和放電電功率，所述差分信號基于由連接至所述電功率系統(tǒng)(12)的一個基于自然能的電生成裝置所生成的電功率和所計劃的輸出電功率之間的差。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的方法，其中在所述充電和放電周期中來自所述蓄電池(20)的充電和放電電功率包括基于所述差分信號的高頻分量的充電和放電電功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中通過一個高通濾波器(76)來提取所述高頻分量，所述高通濾波器(76)具有1/3600HZ或更低的截止頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其中通過增大和減小所述充電和放電電功率的平均幅度，來調(diào)整所述充電和放電周期中被供應(yīng)至所述蓄電池(20)的熱能的量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其中在所述充電和放電周期中被供應(yīng)至所述蓄電池(20)的熱能的量，通過在一個時間區(qū)內(nèi)增大和減小執(zhí)行所述充電和放電周期的時間與未執(zhí)行所述充電和放電周期的時間的比例來調(diào)整，在所述時間區(qū)中所述蓄電池(20)處于備用狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其中一個目標(biāo)溫度Tb和一個目標(biāo)溫度Tc被設(shè)置為滿足關(guān)系Tb>Tc，通過基于預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池的過程的充電和放電電功率與相應(yīng)于所述充電和放電周期的充電和放電電功率的和對所述蓄電池(20)進行充電和放電，由所述蓄電池(20)實現(xiàn)所述目標(biāo)溫度Tb，通過控制所述蓄電池(20)的加熱器(38)由所述蓄電池(20 )實現(xiàn)所述目標(biāo)溫度Tc。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其中一個預(yù)設(shè)溫度被確立為一個上限溫度，所述蓄電池(20 )在所述上限溫度時被允許充電和放電，當(dāng)所述蓄電池(20 )的溫度變?yōu)榈扔诨蚋哂谒鲱A(yù)設(shè)溫度時，所述蓄電池(20)不通過基于所述預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池的過程的充電和放電電功率與相應(yīng)于所述充電和放電周期的充電和放電電功率的和來被充電和放電。
11.用于控制蓄電池的裝置，通過根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法。
12.電功率控制系統(tǒng)，在所述電功率控制系統(tǒng)中包括根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述電功率系統(tǒng)(12)的頻率從一個頻率計(48)輸入至所述裝置，所述頻率計(48)與所述電功率系統(tǒng)(12)結(jié)合。
13.電功率控制系統(tǒng)，在所述電功率控制系統(tǒng)中包括根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述電功率系統(tǒng)(12)的頻率，或者所述電功率系統(tǒng)(12)的頻率和一個參考頻率之間的差從一個電功率公司或一個系統(tǒng)管理器輸入至所述裝置。
14.電功率控制系統(tǒng)，在所述電功率控制系統(tǒng)中包括根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池的過程包括:在所述電功率系統(tǒng)(12)經(jīng)歷功率中斷的一個時間區(qū)內(nèi)，將電功率從所述蓄電池(20)供應(yīng)至一個負載的過程。
15.電功率控制系統(tǒng)，在所述電功率控制系統(tǒng)中包括根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池的過程包括平衡負載的過程。
16.電功率控制系統(tǒng)，在所述電功率控制系統(tǒng)中包括根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述預(yù)設(shè)的操作所述蓄電池的過程 包括平滑基于自然能的電功率的過程。
【文檔編號】H02J3/32GK103748734SQ201280040312
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月19日
【發(fā)明者】八田哲也, 甲斐昭宏 申請人:日本礙子株式會社