本公開內(nèi)容涉及用于控制微網(wǎng)中的能量存儲的控制單元的方法以及這樣的控制單元。

背景技術(shù)：

微網(wǎng)是發(fā)電、能量存儲和負(fù)載的局部化分組，其通常經(jīng)由公共耦合的點(diǎn)連接到傳統(tǒng)集中式網(wǎng)運(yùn)行。微網(wǎng)是旨在根據(jù)可以被稱為分布式發(fā)電機(jī)(DG:s)或微源的許多小能量源在本地產(chǎn)生電功率的所謂的分布式發(fā)電的結(jié)構(gòu)的部分。

在微網(wǎng)中，系統(tǒng)穩(wěn)定性利用用作微網(wǎng)的穩(wěn)定器的連續(xù)的有功和無功的功率注入的能量存儲的應(yīng)用來改進(jìn)。這樣的穩(wěn)定器的主要控制原理是分別基于本地頻率和電壓偏差的有功功率注入和無功功率注入。在大多數(shù)情形下，較大的存儲/穩(wěn)定器是經(jīng)濟(jì)的。然而，在微網(wǎng)中，取決于DG的增長、擴(kuò)張以及更高的滲透力，可能需要在現(xiàn)有微網(wǎng)中增加新的存儲/穩(wěn)定器并且其導(dǎo)致在相同微網(wǎng)中具有多個穩(wěn)定器的情形。此外，所規(guī)劃的多個穩(wěn)定器情形還可以有益于具有關(guān)鍵負(fù)載和頻率依賴性的微網(wǎng)。考慮系統(tǒng)阻尼中的DG參與，該情形也是現(xiàn)實的。

為了改進(jìn)的功率質(zhì)量，能量存儲應(yīng)當(dāng)快速作用但是它們總是具有由于額定值和在需要時剩余的能量的限制。任何特定存儲單元的充電速率和放電速率也被限制。缺點(diǎn)在于所存儲的能量的放電(或充電)的高速率可以引起導(dǎo)致功率不平衡和穩(wěn)定性問題的跳閘。在微網(wǎng)中具有多個存儲的情況下，關(guān)鍵目標(biāo)之一由此將是適當(dāng)?shù)卦诖鎯χ泄蚕砉β首⑷搿?/p>

微網(wǎng)中的多個能量存儲的控制是公知的，例如WO 2013/005875公開了一種用于微網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，微網(wǎng)具有可以將電荷值的狀態(tài)輸出到中央控制設(shè)備的第一能量存儲和用于基于來自中央控制設(shè)備的命令來控制輸出的第二能量存儲。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標(biāo)是借助于用于控制能量存儲中的至少一個的新穎控制機(jī)制來改進(jìn)具有多個能量存儲的微網(wǎng)的穩(wěn)定性。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種由用于控制微網(wǎng)中的第一能量存儲的第一控制單元執(zhí)行的方法。該方法包括計算針對第一能量存儲的第一存儲容量參數(shù)。該方法還包括將關(guān)于第一存儲容量參數(shù)的容量信息發(fā)送到被配置用于控制微網(wǎng)中的第二能量存儲的至少第二控制單元。該方法還包括從第二控制單元接收關(guān)于針對第二能量存儲的第二存儲容量參數(shù)的容量信息。該方法還包括基于第一存儲容量和第二存儲容量來計算針對第一能量存儲的第一功率共享比率。該方法還包括基于所計算的第一功率共享比率來發(fā)送包括信息的控制信號，以用于控制所述第一能量存儲以根據(jù)第一功率共享比率將功率量注入到微網(wǎng)中來校正微網(wǎng)中的所觀察到的偏差(例如，與參考值的頻率和/或電壓偏差)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于控制微網(wǎng)中的第一能量存儲的第一控制單元。第一控制單元包括：處理器電路；以及數(shù)據(jù)存儲單元，其存儲可由所述處理器電路運(yùn)行的指令，因而所述控制單元可操作為計算針對第一能量存儲的第一存儲容量參數(shù)。第一控制單元還能用于將關(guān)于第一存儲容量參數(shù)的容量信息發(fā)送到被配置用于控制微網(wǎng)中的第二能量存儲的至少第二控制單元。第一控制單元還可操作用于從第二控制單元接收關(guān)于針對第二能量存儲的第二存儲容量參數(shù)的容量信息。第一控制單元還可操作用于基于第一存儲容量和第二存儲容量來計算針對第一能量存儲的第一功率共享比率。第一控制單元還可操作用于基于所計算的第一功率共享比率來發(fā)送包括信息的控制信號，以用于控制所述第一能量存儲以根據(jù)第一功率共享比率將功率量注入到微網(wǎng)中來校正微網(wǎng)中的所觀察到的偏差。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于微網(wǎng)的能量存儲。該能量存儲包括：能量存儲設(shè)備，例如電池或飛輪；以及能量存儲控制器，其包括本發(fā)明的第一控制單元的實施例。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種微網(wǎng)，其包括：至少一個DG；以及多個能量存儲，每個能量存儲包括本發(fā)明的控制單元的實施例。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括計算機(jī)可執(zhí)行組件，該計算機(jī)可執(zhí)行組件用于當(dāng)計算機(jī)可執(zhí)行組件在包含在控制單元中的處理器電路上運(yùn)行時使控制單元執(zhí)行本發(fā)明的方法的實施例。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種計算機(jī)程序，其包括計算機(jī)程序代碼，其當(dāng)運(yùn)行在控制單元的處理器電路上時能夠使控制單元計算針對微網(wǎng)中的第一能量存儲的第一存儲容量參數(shù)。代碼還能夠使得控制單元將關(guān)于第一存儲容量參數(shù)的容量信息發(fā)送到被配置用于控制微網(wǎng)中的第二能量存儲的至少第二控制單元。代碼還能夠使得控制單元從第二控制單元接收關(guān)于針對第二能量存儲的第二存儲容量參數(shù)的容量信息。代碼還能夠使得控制單元基于第一存儲容量和第二存儲容量來計算針對第一能量存儲的第一功率共享比率。代碼還能夠使得控制單元基于所計算的第一功率共享比率來發(fā)送包括信息的控制信號，以用于控制所述第一能量存儲以根據(jù)第一功率共享比率將功率量注入到微網(wǎng)中來校正微網(wǎng)中的所觀察到的偏差。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括：本發(fā)明的計算機(jī)程序的實施例；以及計算機(jī)可讀裝置，計算機(jī)程序被存儲在其上。

通過將第一能量存儲的存儲容量參數(shù)發(fā)送到第二控制單元，并從所述第二控制單元接收第二能量存儲的典型的對應(yīng)的存儲容量參數(shù)，第一控制單元能夠在無需中央控制單元的情況下在本地計算針對第一存儲單元的功率共享比率。能量存儲中的每個與它自己的控制單元相關(guān)聯(lián)，例如利用例如被集成在它的存儲控制中的它的存儲單元被定位在本地。存儲容量參數(shù)可以例如從相應(yīng)的能量存儲的(或所有參與的)控制單元中的每個被廣播到微網(wǎng)中的參與到功率共享中的其他控制單元中的全部。

根據(jù)本發(fā)明的分散式協(xié)調(diào)控制可以提供更經(jīng)濟(jì)且穩(wěn)定的系統(tǒng)操作以及在允許添加或移除微網(wǎng)中的能量存儲中的靈活性。

一般地，在權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語應(yīng)當(dāng)根據(jù)它們在技術(shù)領(lǐng)域中的普通意義來理解，除非本文另外明確定義。對“一/一個/該元件、裝置、組件、單元、步驟、等等”的所有引用應(yīng)當(dāng)被開放式地理解為指代元件、裝置、組件、單元、步驟、等等的至少一個實例，除非另外明確陳述。本文公開的任何方法的步驟不必以所公開的確切順序來執(zhí)行，除非明確陳述。對“第一”、“第二”等等用于本公開內(nèi)容的不同的特征/組件的使用僅僅旨在將特征/組件與其他相似的特征/組件區(qū)分開并且不旨在影響特征/組件的任何順序或等級。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖通過舉例的方式來描述實施例，在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的微網(wǎng)的實施例的示意性電路圖。

圖2是包括根據(jù)本發(fā)明的控制單元的實施例的存儲控制器的示意性框圖。

圖3是包括根據(jù)本發(fā)明的控制單元的實施例的存儲控制器的更詳細(xì)的示意性框圖。

圖4是圖示了根據(jù)本發(fā)明的基于針對頻率偏差的增益的在能量存儲之間的功率共享的實施例的示意性圖形。

圖5是圖示了根據(jù)本發(fā)明的基于針對頻率偏差的增益的在能量存儲之間的功率共享的另一實施例的示意性圖形。

圖6是圖示了不同能量存儲的存儲容量參數(shù)的不同示例的示意性柱狀圖。

圖7是圖示了不同能量存儲的存儲容量參數(shù)的不同示例的另一示意性柱狀圖。

圖8是本發(fā)明的控制單元的實施例的示意性功能框圖。

圖9是本發(fā)明的控制單元的實施例的示意性組件框圖。

圖10是本發(fā)明的方法的實施例的示意性流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)在將在后文中參考附圖更完整地描述實施例，其中示出了某些實施例。然而，采用許多不同的形式的其他實施例在本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)是可能的。相反，通過舉例的方式提供下面的實施例使得本公開內(nèi)容將是透徹的且完整的并且將完整地將本公開內(nèi)容的范圍傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。類似的附圖標(biāo)記在說明書中指代類似的元件。

圖1圖示了微網(wǎng)1的實施例，微網(wǎng)1包括：多個分布式發(fā)電機(jī)(DG)5以及多個能量存儲2，每個能量存儲2包括能量存儲設(shè)備4，例如電池或飛輪；以及本地存儲控制器3，其用于控制能量存儲設(shè)備4的功率的充電/放電，例如功率到微網(wǎng)中的注入。根據(jù)本發(fā)明，存儲控制器3可以例如經(jīng)由無線電或有線信號傳送(可能廣播)進(jìn)行通信以與彼此交換相應(yīng)的能量存儲2的存儲容量參數(shù)，以用于使得能夠在無需中央控制單元的情況下以分散式方式控制存儲2。

圖2圖示了包括存儲控制器3的能量存儲2的實施例，存儲控制器3被配置用于借助于也形成能量存儲2的部分的轉(zhuǎn)換器23控制能量存儲設(shè)備4，經(jīng)由轉(zhuǎn)換器23能量存儲設(shè)備4被連接在微網(wǎng)1中。根據(jù)本發(fā)明，存儲控制器3包括在本文中被稱為存儲初級控制22的常規(guī)控制模塊以及在本文中被稱為存儲參與控制器的控制單元21。根據(jù)本發(fā)明，參與控制器21在與微網(wǎng)中的其他能量存儲功率共享中支配能量存儲2的參與。參與控制器21獲得能量存儲設(shè)備4的一個或多個容量參數(shù)，例如存儲的可用能量(能量狀態(tài))、額定功率、電流限制、和/或充電速率限制和/或放電速率限制。例如能量狀態(tài)采樣的頻率可以處于每1-10分鐘的范圍內(nèi)，其比初級控制器中的控制環(huán)慢得多。參數(shù)可以同樣或備選地涉及除了能量存儲設(shè)備4的能量存儲2的其他部分，例如轉(zhuǎn)換器的額定功率，等等(例如，電壓源轉(zhuǎn)換器，VSC)。其存儲這些參數(shù)并將其發(fā)送到微網(wǎng)1中的其他能量源的一個或多個其他參與控制器。相同的流程由其他能量存儲遵循，因而參與控制器21還從其他參與控制器接收(一個或多個)對應(yīng)的容量參數(shù)?；谒约旱拇鎯Φ娜萘繀?shù)以及從參與到功率共享中的其他存儲接收到的參數(shù)，參與控制器21計算功率共享比率，例如需要被注入到微網(wǎng)中以使其穩(wěn)定化需要的總功率量的多少(例如，百分比)應(yīng)當(dāng)由它自己的存儲2注入。基于該比率，參與控制器21將控制信號發(fā)送到初級控制22，然后初級控制22執(zhí)行轉(zhuǎn)換器23中的開關(guān)的控制以用于注入來自能量存儲設(shè)備4的恰當(dāng)?shù)墓β柿俊＠?，參與控制器21可以使用功率共享比率來計算與控制信號一起被發(fā)送到初級控制22的增益。在本發(fā)明的一些實施例中，參與控制器21還將功率共享比率發(fā)送到參與到功率共享中的其他能量存儲，并且因此還接收由其他參與控制器計算的對應(yīng)的功率共享比率。這可以具有允許參與控制器中的每個以利用其他參與控制器的計算來檢查其計算的優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明的一些實施例中，參與控制器還可以通常從有故障的能量存儲的參與控制器或從微網(wǎng)1中的其他元件接收關(guān)于其他能量存儲2的故障等等的信息。這樣的故障消息可以例如通知參與控制器故障的能量存儲不再能夠參與到功率共享中，或者僅僅能夠在指定程度上參與。參與控制器21可以之后當(dāng)計算其功率共享比率時說明這一點(diǎn)。

圖3圖示了能量存儲2的另一實施例，其中更詳細(xì)地示出了初級控制的實施例。參與控制器21是如關(guān)于圖2所描述的，并且計算下垂增益，針對實(還被稱為有功)功率參考P_ref被表示為m，并且針對相應(yīng)的的功率參考Q_ref的計算被表示為n，其被發(fā)送到初級控制器22的下垂控制器作為控制信號中的信息。在微網(wǎng)1中的靠近能量存儲2在其處被配置為將電流注入到微網(wǎng)中的點(diǎn)的點(diǎn)處測量頻率f_meas和電壓V_rneas。將這些測量的值與參考設(shè)置點(diǎn)值進(jìn)行比較以獲得偏差Δf和ΔV?；趶膮⑴c控制器接收到的這些偏差以及增益m和n，計算功率參考P_ref和Q_ref，例如，計算為P_ref＝m×Δf，并且Q_ref＝n×ΔV，也參見圖4和圖5。在初級控制22中的電流參考生成模塊中，將功率參考與能量存儲的對應(yīng)的測量的功率注入值P_meas和Q_meas進(jìn)行比較以計算有功功率電流參考i_dref和無功功率電流參考i_qref(d和q指示在控制中使用的d軸和q軸)。之后在初級控制22中的電流控制模塊中將電流參考與對應(yīng)的測量的注入的電流i_dmeas和i_qmeas進(jìn)行比較以產(chǎn)生到VSC 23的脈寬調(diào)制(PWD)控制信號以用于控制從能量存儲設(shè)備4注入到微網(wǎng)1中的電流。

圖4圖示了可以如何基于三個能量存儲的所計算的頻率偏差M和所計算的相應(yīng)的增益m1、m2和m3，來計算三個能量存儲(存儲1、存儲2和存儲3)的有源功率參考P1、P2和P3，三個能量存儲參與功率共享以用于將總有源功率P＝P1+P2+P3注入到微網(wǎng)中，根據(jù)圖4的實施例，m1:m2:m3與P1:P2:P3成比例。下垂的斜率是反饋控制環(huán)的增益并且可以基于在存儲中剩余的能量、額定功率或任何其他約束來選擇(在穩(wěn)定性限制內(nèi))。然而，應(yīng)當(dāng)指出，增益不必是線性的。一些存儲的增益可以例如是指數(shù)的或梯形的。

圖5圖示了與圖4中相似的情形，但是具有施加在第一能量存儲(存儲1)上的功率限制P1lim。有源功率參考之后被計算為P＝P1lim+P2+P3，其中兩個其他能量存儲(存儲2和存儲3)的功率參考P2和P3根據(jù)限制存儲1的功率的它們相應(yīng)的增益m2和m3而增大。

圖6圖示了具有三個能量存儲(存儲1、存儲2和存儲3)的情形，其中存儲1具有大量備用存儲能量，其可用于注入到微網(wǎng)中，但是其相對接近于它的電流限制，這意味著其不能夠增加它的注入的電流太多。因此，如果電流共享比率是基于每個存儲中的可用存儲能量的，則存儲1可能達(dá)到它的電流限制，例如將此報告為故障或?qū)⒋藞蟾娼o將必須補(bǔ)償?shù)钠渌芰看鎯Α＠?，較小的存儲3離它的電流限制最遠(yuǎn)并且因此能夠增大它的電流輸出以進(jìn)行補(bǔ)償。

圖7圖示了具有圖6的三個存儲的情形，其中限制存儲1在其在功率共享中的參與并且使其為20％的固定功率共享比率。此外，這可以被報告給其他參與控制器作為故障或類似情況。其他能量存儲的功率共享比率被調(diào)節(jié)為進(jìn)行補(bǔ)償。在一些情況下，存儲可以被完全停用，并且剩余的能量存儲被通知并補(bǔ)償。這些比率計算可以同樣/備選地基于不同的屬性，例如以用于將功率供應(yīng)給關(guān)鍵負(fù)載、靈敏電網(wǎng)位置、等等。

圖8是存儲參與控制器21的實施例的功能圖示。根據(jù)該實施例，基于自有的和接收到的存儲容量來計算第一功率共享比率。之后，基于例如具有停用的信息的任何故障消息來調(diào)節(jié)功率共享比率，限制任何其他功率存儲的斷開或故障。之后，將經(jīng)調(diào)節(jié)的功率共享比率與從其他能量存儲接收到的對應(yīng)的功率共享比率進(jìn)行交叉檢查，并且在必要時調(diào)節(jié)為與這些協(xié)調(diào)一致以獲得最終功率共享比率，最終功率共享比率被存儲并被用于控制電流注入，并且被廣播到其他能量存儲。

圖9圖示了控制單元的實施例，即本文中討論的參與控制器21或存儲控制器3?？刂茊卧?1包括處理器電路91，例如中央處理單元(CPU)。處理器電路91可以包括以(一個或多個)微處理器形式的一個或多個處理單元。然而，具有計算能力的其他適當(dāng)?shù)脑O(shè)備能夠被包含在處理器電路91中，例如專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)。處理器電路91被配置為運(yùn)行存儲在一個或幾個存儲單元(例如存儲器)的數(shù)據(jù)存儲92中的計算機(jī)程序產(chǎn)品93的存儲介質(zhì)94上的一個或幾個計算機(jī)程序或軟件(SW)95。存儲單元包括如本文中討論的計算機(jī)可讀裝置94，并且可以例如采用隨機(jī)訪問存儲器(RAM)、閃存或其他固態(tài)存儲器或硬盤或其組合的形式。處理器電路91還可以被配置為根據(jù)需要將數(shù)據(jù)存儲在存儲92中?？刂茊卧?1還包括用于將用于控制能量存儲2的控制信號發(fā)送到例如初級控制22的控制接口96。另外，控制單元21包括用于發(fā)送和接收來自微網(wǎng)1中的其他能量存儲的對應(yīng)控制單元的信息信號的通信接口97。

圖10圖示了本發(fā)明的方法的實施例。該方法由用于控制微網(wǎng)1中的第一能量存儲2的第一控制單元21(或可能3)執(zhí)行?？刂茊卧?1計算101針對第一能量存儲2的第一存儲容量參數(shù)。將關(guān)于所計算101的第一存儲容量參數(shù)的容量信息發(fā)送102到至少第二控制單元21或3，該至少第二控制單元21或3被配置用于控制微網(wǎng)1中的第二能量存儲2。之前，在計算101和發(fā)送102之后或期間，從第二控制單元接收103針對第二能量存儲的第二存儲容量參數(shù)的容量信息。之后，基于所計算101的第一存儲容量和接收到103的第二存儲容量，來計算104針對第一能量存儲2的第一功率共享比率。最終，基于所計算104的第一功率共享比率來發(fā)送111(例如，到初級控制22或直接到轉(zhuǎn)換器23)包括信息(例如，增益)的控制信號，以用于控制所述第一能量存儲2以根據(jù)第一功率共享比率將功率量P1注入到微網(wǎng)1中，來校正微網(wǎng)1中的所觀察到的偏差Δf和/或ΔV。

在本發(fā)明的一些實施例中，還將關(guān)于第一功率共享比率的比率信息發(fā)送106到至少第二控制單元。并且，對應(yīng)地，從第二控制單元接收107包括關(guān)于如由第二控制單元計算的針對第二能量存儲的第二功率共享比率的信息的比率信息。任選地，還已經(jīng)基于第一存儲容量和第二存儲容量來計算105針對第二能量存儲的第二功率共享比率，由此所發(fā)送106的比率信息還可以包括關(guān)于第二功率共享比率的信息，從而允許第二控制單元將其與它自己的計算進(jìn)行比較。任選地，第一控制單元21在發(fā)送111控制信號之前將來自第二控制單元的第二功率共享比率與由第一控制單元計算104的第二功率共享比率進(jìn)行比較109。

在本發(fā)明的一些實施例中，接收到107的比率信息還包括關(guān)于如由第二控制單元21計算的第一功率共享比率的信息，由此該方法還可以包括在發(fā)送111控制信號之前，將接收到107的關(guān)于第一功率共享比率的信息與由第一控制單元21計算104的第一功率共享比率進(jìn)行比較108。

在本發(fā)明的一些實施例中，由第一控制單元21基于第一功率共享比率來計算110第一功率共享增益m1(或可能為m1limit)，由此基于所計算104的第一功率共享比率而發(fā)送111的控制信號信息還可以包括關(guān)于所述第一功率共享增益m1的信息。

在本發(fā)明的一些實施例中，計算101第一存儲容量參數(shù)是基于第一能量存儲2中的可用能量、第一能量存儲2的功率比率、第一能量存儲1的電流限制和/或第一能量存儲2的充電速率限制/放電速率限制的。

下面跟著本發(fā)明的另一方面。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于控制微網(wǎng)1中的第一能量存儲2的第一控制單元21。控制單元包括用于計算101針對第一能量存儲2的第一存儲容量參數(shù)的裝置(例如，處理器電路91)。控制單元還包括用于將關(guān)于第一存儲容量參數(shù)的容量信息發(fā)送102到被配置用于控制微網(wǎng)中的第二能量存儲2的至少第二控制單元21的裝置(例如，處理器電路91與通信接口97協(xié)作)?？刂茊卧€包括用于從第二控制單元21接收103關(guān)于針對第二能量存儲2的第二存儲容量參數(shù)的容量信息的裝置(例如，處理器電路91與通信接口97協(xié)作)?？刂茊卧€包括用于基于第一存儲容量和第二存儲容量來計算104針對第一能量存儲2的第一功率共享比率的裝置(例如，處理器電路91)?？刂茊卧€包括用于基于所計算的第一功率共享比率來發(fā)送111包括信息的控制信號的裝置(例如，與控制接口96協(xié)作的處理器電路91)，以用于控制所述第一能量存儲2以根據(jù)第一功率共享比率將功率量P1注入到微網(wǎng)1中來校正微網(wǎng)中的所觀察到的偏差Δf和/或ΔV的裝置。

以上已經(jīng)主要參考幾個實施例描述了本公開內(nèi)容。然而，如容易由本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到的，除了以上公開的實施例之外的其他實施例在如由隨附權(quán)利要求限定的本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)同樣是可能的。