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CN105978009A - 包括电池储能系统的电力供应系统 - Google Patents

包括电池储能系统的电力供应系统 Download PDF

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CN105978009A CN201610090033.9A CN201610090033A CN105978009A CN 105978009 A CN105978009 A CN 105978009A CN 201610090033 A CN201610090033 A CN 201610090033A CN 105978009 A CN105978009 A CN 105978009A
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Abstract

公开了一种电力供应系统。根据实施方式的电力供应系统包括：系统控制单元，其被配置为设置多个电池的第一系统垂度曲线；以及，充电控制单元，其被配置为基于所述第一系统垂度曲线控制所述多个电池的充电/放电。

Description

包括电池储能系统的电力供应系统
技术领域
本公开涉及为电力系统提供一种辅助服务，并且具体地，涉及一种操作用于控制电池的充电/放电的充电控制单元的方法。
背景技术
电力供应系统是指用于存储由发电站过量产生的电力或不规律地产生的新的可再生能量，然后当临时电力短缺时将电力进行输送的存储装置。
具体而言，为了在必要时向需要的地方提供能量，电力供应系统在电力系统中存储电力。换句话说，电力供应系统是包括存储器的组件，其中系统与类似于典型的二次电池的产品集成。
电力供应系统已经成为存储诸如风能等非稳定产生的能量并在必要时稳定地向电力系统供应回存储的能量的基本装置，其中风能是一种目前广泛应用的新的可再生能源。如果没有提供电力供应系统，由于依赖于风或阳光等不稳定的电力供应，电力系统可能会发生诸如突然停电等严重的问题。因此，在这种环境中，存储领域就变得更加重要，并且扩大到本地电力存储系统领域。
这样的储能系统安装在发电系统、输送/配电系统以及电力系统的消费者处，并用于诸如频率调节、稳定使用新的可再生能源的发电机的输出，峰值调节、负载均衡、应急供电等各种目的。
电力供应系统根据存储类型大致分为物理储能型和化学储能型。物理储能型可以使用泵送式发电、压缩空气存储、飞轮等，而化学储能型可以使用锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池等。
发明内容
实施方式提供了一种通过为各电池设置一个系统垂度曲线来提高电池的充电/放电的效率的电力供应系统。
实施方式还提供一种用于通过基于每个电池的SOC等级而设置每个电池的垂度曲线来提高电池的充电/放电的效率的电力供应系统。
在一个实施方式中，一种包括电池储能系统的电力供应系统包括：系统控制单元，其被配置为设置多个电池的第一系统垂度曲线；以及，充电控制单元，其被配置为基于第一系统垂度曲线控制多个电池的充电/放电。
充电控制单元可以从多个电池获取充电状态(SOC)等级信息，而系统控制单元可以基于从充电控制单元获取的SOC等级信息生成第二系统垂度曲线，并且可以同等地对多个电池设置第二系统垂度曲线。
所述系统控制单元基于预设定数据或系统频率中的至少一个来设置所述第一系统垂度曲线。
系统控制单元可以基于从多个电池获取的SOC等级信息的平均值设置第二系统垂度曲线。
系统控制单元可以基于从多个电池获取的多段SOC等级信息中的与基准值具有最大差值的一段SOC等级信息来设置第二系统垂度曲线，其中，基准值可以是在系统初始设计时设置的值或基于系统频率的值中的至少一个。
充电控制单元可以从所述多个电池获取SOC等级信息，其中，所述系统控制单元可以基于从所述充电控制单元获取的SOC等级信息确定用于生成第二系统垂度曲线的基准频率。
基准频率可以是针对每个电池来确定的。
系统控制单元可以将所确定的基准频率发送给所述充电控制单元，其中，充电控制单元可以基于接收到的基准频率生成第二系统垂度曲线，并且，可以根据所述第二系统垂度曲线控制电池。
在以下附图和说明中阐述了一个或更多实施方式的详细内容。通过说明书、附图以及权利要求书，其他特征将是显而易见的。
附图说明
图1是示出电力供应系统的整体结构的框图；
图2是示出根据实施方式的电力供应系统的框图；
图3是示出根据实施方式的小容量的电力供应系统的框图；
图4是示出根据实施方式的电力市场的结构的概念图；
图5是示出根据实施方式的用于控制多个电池的充电/放电的垂度曲线图；
图6是示出根据实施方式的控制电池的充电/放电的方法的流程图；
图7是示出根据另一实施方式的控制电池的充电/放电的方法的流程图。
具体实施方式
下面，将参照附图对各实施方式进行更详细地描述。在下面的描述中，考虑到便于描述而给出或换用指代组件的术语“模块”和“单元”，它们并不一定具有不同的含义或功能。
实施方式的效果和特征，及其实施方法将通过参照附图对下面实施方式的描述而阐明。然而，实施方式可以以不同形式实施，而不应被解释为限于这里阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式是为了使本公开彻底和完整，并充分地向本领域的技术人员传达实施方式的范围。另外，本发明仅由权利要求的范围而限定。整个公开中相同的标号指代相同的组件。
在描述实施方式时，为了不会不必要地模糊实施方式的题材，将不提供关于公知的功能或配置的详细描述。另外，由于这里使用的术语是考虑实施方式中的功能而被定义的，它们可以根据操作者的意图或实践而改变。因此，需要基于本发明的整体内容做出定义。
附图中的每个方框和流程图的每个步骤的组合也可以由计算机程序指令执行。由于计算机程序指令可以在通用计算机的处理器、专用计算机或其他可编程数据处理设备上加载，由计算机的处理器或其它可编程数据处理设备执行的指令创建了执行附图中的每个方框或流程图的每个步骤所描述的功能的手段。由于为了以特定的方式执行功能，计算机程序指令还可以存储在可以针对计算机或其它可编程数据处理设备的计算机可用或计算机可读存储器中，存储在计算机可用或计算机可读存储器中的指令也可以产生这样的产品项目，该项目包括执行附图中的每个方框和流程图的每个步骤中描述的功能的指令手段。由于该计算机程序指令还可以安装在计算机或其他可编程数据处理设备上,因此，通过在计算机或其它可编程数据处理设备上执行一系列操作以创建由计算机执行的进程，操作计算机或其它可编程数据处理设备的指令还可以提供用于执行附图中的每个方框和流程图的每个步骤中描述的功能的步骤。
另外，各方框或各步骤可表示包括用于执行特定逻辑功能(多个)的一个或多个可执行指令的模块、段或代码的一部分。此外，应该指出的是，一些替代的实施方式可以以这样的方式来执行，即该方框或步骤中提到的功能以不同的顺序执行。例如，依次示出的两个块或步骤，也可以基本上同时执行，或者有时这些块或步骤也可以根据相应的功能以相反的顺序执行。
图1是示出电力供应系统的整体结构的框图。如图1所示，电力供应系统1可以同发电站2、工厂3、家庭4以及另一个发电站或客户5一起构成一个平台。
根据实施方式，由发电站2产生的能量可以被存储在电力供应系统1中。此外，存储在电力供应系统1中的能量可以被输送到工厂3或家庭4，或者可以被出售给另一个发电站或客户。
发电站2产生的电能随环境或时间而有很大变化。例如，在光伏发电的情况下，发电量会随天气条件或日出时间而变化。在这样的情况下，可能难以稳定地在工厂3或家4中使用所产生的电能。为了克服此限制，在发电站产生的电能可被存储在电力供应系统中，且所存储的电能可以稳定地输出，使得能量可以在工厂3或家庭4中使用。此外，剩余的电能可以被出售给其他客户5。此外，在工厂3或家庭4消耗比存储在电力供应系统1中的电能更多的电能的情况下，电能可从其他发电站5购买。
图2是示出根据实施方式的电力供应系统的框图。
根据实施方式的电力供应系统100包括发电机101、直流/交流(DC/AC)变换器103、AC滤波器105、AC/AC变换器107、系统109、充电控制单元111、电池储能系统113、系统控制单元115、负载117及DC/DC变换器121。
发电机101产生电能。在发电机是太阳能发电机的情况下，发电机101可以是太阳能电池阵列。在太阳能电池阵列中多个太阳能电池模块彼此组合。太阳能电池模块是用于通过串联或并联多个太阳能电池将太阳能转化成电能以产生预定的电压或电流的装置。因此，太阳能电池阵列吸收太阳能并将其转化成电能。此外，当发电系统是风力发电系统时，发电机101可以是用于将风能转化为电能的风扇。然而，如上所述，发电系统100可以在没有发电机101的情况下，只通过电池储能系统供应电力。在这种情况下，电力供应系统100可以不包括发电机101。
DC/AC变换器103将DC电力变换成AC电力。DC/AC变换器103经由充电控制单元111接收由发电机101供应的DC电力或从电池储能系统113放出的DC电力以将接收到的电力变换成AC电力。
AC滤波器105滤除已变换成AC电力的电力中的噪声。根据本发明的具体实施方式，可以省略AC滤波器105。
AC/AC变换器107对已滤除噪声的AC电力的电压等级进行变换，以便将AC电力供应给系统109或负载117。基于具体实施方式，可以省略AC/AC变换器107。
系统109是将许多发电站、变电站、输配电线路以及负载相互集成于一体以在其中生成和使用电力的系统。
负载117从发电系统接收电能并消耗电能。电池储能系统113从发电机101接收电能并进行充电，或者根据系统109或负载117的电力供应和需求状态释放所充的电能。更具体地，当系统109或负载117为轻负载时，电池储能系统113从发电机101接收闲置电力而进行充电。当系统109或负载117过载时，电池储能系统113释放所充电力以将其供应给系统109或负载117。根据时区，系统109或负载117的电力供应和需求状态可能有很大的差别。因此，电力供应系统100不考虑系统109或负载117的电力供应和需求状态而统一地供应由发电机101供应的电力是低效率的。因此，根据系统109或负载117的电力供应和需求状态，电力供应系统100通过使用电池储能系统113调整供应的电力量。通过这样，电力供应系统100可高效率地将电力供应给系统109或负载117。
DC/DC变换器121变换由电池储能系统113供应或接收的DC电力的等级。根据本发明的具体实施方式，可以省略DC/DC变换器121。
系统控制单元115控制DC/AC变换器103以及AC/AC变换器107的操作。系统控制单元115可以包括用于控制电池储能系统113的充电和放电的充电控制单元111。充电控制单元111控制电池储能系统113的充电和放电。当系统109或负载117过载时，充电控制单元111接收电池储能系统113供应的电力，并将其输送到系统109或负载117。当系统109或负载117为轻负载时，充电控制单元111接收从外部电力供应源或发电机101供应的电力，并将其输送给电池储能系统113。
图3是示出根据实施方式的小容量的电力供应系统的框图。
根据本发明的实施方式的小容量电力供应系统200包括：发电机101、DC/AC变换器103、AC滤波器105、AC/AC变换器107、系统109、充电控制单元111、电池储能系统113、系统控制单元115、第一DC/DC变换器119、负载117以及第二DC/DC变换器121。
相比于图2的系统，图3的系统还包括第一DC/DC变换器119。第一DC/DC变换器119对由发电机101产生的DC电力的电压进行变换。对于小容量的电力供应系统200，由发电机101产生的DC电力的电压很低。因此，为了将由发电机101供应的电力输入到DC/AC变换器103，有必要提升电压。第一DC/DC变换器119将由发电机101产生的电力的电压变换为能够输入到DC/AC变换器103的电压。
图4是示出根据实施方式的电力市场的结构的概念图。
参照图4，电力市场包括电力子公司、独立电力生产商、电力购买协议(PPA)提供者、社区能源供应商、韩国电力交易所、韩国电力公司、客户、大型客户以及特定社区的客户。截至2014年，国内发电企业包括从韩国电力公司分离出来的6个电力子公司和288个独立发电商。
电力子公司、独立电力生产商、电力购买协议提供者以及社区能源供应商可以代表发电企业，可以在韩国电力交易所对取决于它们自己的发电机能够产生的电力的量的发电容量进行竞标，并可以在竞标中获得利润。
每个电力子公司和每个独立电力生产商在韩国电力交易所竞标他们每台发电机在每日基础上的可用的发电容量，且韩国电力交易所运作电力市场。
韩国电力公司以电力市场中确定的价格购买电力，并向客户提供所购买的电力。因此，韩国电力公司负责电力传输、分配和销售。
PPA提供者可能是PPA的承包商，并且，PPA提供者向电力市场对其现有的发电容量进行竞标。电力交易的支付并不是按电力市场决定的价格进行结算的，而是按与韩国电力公司的PPA合同进行结算的。此外，所得的结算规则可以被添加到电力市场的结算规则信息中。
社区能源供应商通过具有一定规模的发电机进行发电，并在其得到许可的地区直接销售所产生的电力。此外，社区能源供应商可以直接从韩国电力公司或电力市场购买不足的电力，或者可以向韩国电力公司和电力市场出售剩余电力。
合同电力至少为30,000kW的大型客户可以在没有韩国电力公司的干预下直接从电力市场购买所需的电力。
一个电力供应系统100可以包括电池储能系统113。此外，电池储能系统113可以包括多个电池(未图示)和用于控制每个电池的充电控制单元111。包括在电力供应系统100中的多个电池可具有不同等级的充电状态(SOC)。换言之，多个电池可以具有不同的当前剩余电能的量。
然而，由于电力供应系统100旨在稳定地提供电能，如果多个电池具有不同的SOC等级，可能难以稳定地供给电能。具体地，电能应当是从多个电池同等地输出的，这样使整个电力供应系统100的输出电能可以保持恒定。另外，多个电池应该同等地充电，使得之后电能可以同等地放出。如果电能没有同等地被充入到电池中或从电池放出，则特定的电池可能过载，这可能会缩短电力供应系统的整体寿命。
因此，为了有效地进行多个不同电池的充电/放电，需要一定的标准。
图5是示出根据实施方式的用于控制多个电池的充电/放电的垂度曲线图。
如图5所示，根据实施方式，用于控制电池充电/放电的基准点可以被设置在大约60Hz。因此，为了系统的稳定性的目的，要求多个电池保持约60Hz的频率。
在具体实施方式中，当电池的频率低于60Hz的基准频率时，充电控制单元111可以对电池充电。当电池的频率高于60Hz的基准频率，充电控制单元111可以使电池放电。
这里，响应于充电控制单元111的控制而进行的充电/放电的量可以根据垂度曲线来确定。因此，恢复电池的基准频率所需的充电/放电量可以随垂度曲线而变化。此外，垂度曲线可以随SOC等级或电池的频率值而变化。
在实施方式中，对于每个电池的垂度曲线可以由充电控制单元111设置。在另一实施方式中，对于每个电池的垂度曲线可以由用于控制充电控制单元111的系统控制单元设置。将基准流程图对各个实施方式进行详细说明。
图6是示出根据实施方式的控制电池的充电/放电的方法的流程图。
图6的实施方式涉及这样一种方法，其中，系统控制单元115为多个电池设定一个垂度曲线来控制电池的充电/放电。
系统控制单元115用一个系统垂度曲线对包括在一个电源系统100中的多个电池(S101)进行设置。具体而言，设置普遍应用于多个电池的一个垂度曲线。对于电池的垂度曲线的设置可以由系统控制单元115通过控制用于控制每个电池的充电控制单元111而执行。因此，每一个充电控制单元111根据设定的垂度曲线控制每个电池的充电/放电。由于电池的充电/放电是根据一个系统垂度曲线进行控制的，所以每个电池的频率或SOC等级可以保持同等。
此处，在一个实施方式中，系统控制单元115可以在预设定数据的基础上设定系统垂度曲线。这里，预设定数据可以是在系统最初设计时基于主要用于相应的国家或地区的系统频率而设置的数据。
在另一个实施方式中，系统控制单元115可以在当前系统频率的基础上设置系统垂度曲线。这里，系统频率可以表示从发电厂3接收到的电能的频率。在系统垂度曲线是基于系统频率而设定的情况下，整个供电系统100的稳定性可以得到改善。详细地说，由于提供的电能的频率与用于存储电能的电池的频率相匹配，充电/放电的稳定性可以得到改善。
系统控制单元115获得每个电池的SOC等级信息，并根据设定的垂度曲线进行充电/放电(S103)。具体地，系统控制单元115可以通过包括在供电系统100中的充电控制单元115获取每个电池的SOC等级信息。在具体的实施方式中，SOC等级信息可以表现为赫兹(Hz)信息。
在使用一个垂度曲线控制充电/放电的情况下，可对多个电池的SOC等级进行同等地管理。然而，在特定的电池的SOC等级与其他电池的SOC的等级在最初为不同的情况下，可能难以使用基于系统频率或预设定数据而设置的垂度曲线有效地进行充电/放电。
因此，需要评估当前设置的垂度曲线的效率，使得每个电池高效率地进行充电/放电，并且系统控制单元115收集作为评价依据的每个电池当前的SOC等级信息。系统控制单元115获取每个电池的SOC等级信息的期间可以根据预先设定的值来确定。此外，当使用的电能的量较大时，该期间可以被确定为较短，或当使用的电能的量较小时，该周期可以被确定为较长。此外，该期间可以在最近的SOC等级信息的基础上确定。例如，在最近的SOC等级的信息与基准频率存在很大差别的情况下，SOC等级信息可以在较短期间内获取，以便在短时间内稳定电力供应系统。因此，垂度曲线可以连续地改变，从而可以迅速地稳定电池的SOC等级。
系统控制单元115在所获得的SOC等级信息的基础上动态地改变系统垂度曲线(S105)。具体地，在得到的各电池的SOC等级与基准等级不同的情况下，系统控制单元115可以重新设置用于高效执行电池的充电/放电的垂度曲线。
在具体实施方式中，系统控制单元115可以基于从电池收集的平均SOC等级设置新的垂度曲线。在另一个实施方式中，系统控制单元115可以基于从电池收集的SOC等级中的与基准值具有最大差的SOC等级来设置新的垂度曲线。这里，基准值可以表示在系统最初设计的一般情况下该电池充电/放电的效率最大化的值。此外，该基准值可以表示基于系统频率的值。系统控制单元115将基于所获得的SOC等级而最新设置的垂度曲线传送给用于控制每个电池的充电控制单元111，以改变系统垂度曲线。
图7是示出根据另一实施方式的控制电池的充电/放电的方法的流程图。
系统控制单元115获得每个电池的SOC等级信息(S201)。具体地，系统控制单元115通过充电控制单元111获得每个电池的SOC等级信息。
系统控制单元115将基于从每个电池收集的SOC等级信息的基准频率传输给每个充电控制单元111(S203)。具体而言，系统控制单元115可以获取每个电池的SOC等级信息，并且可以确定在不同的SOC等级优化的基准频率。此外，系统控制单元115可以将所确定的基准频率发送到用于控制每个电池的充电控制单元111。确定基准频率可以以与前面参照图6所描述的确定新垂度曲线的过程相同的方式进行。
充电控制单元111基于从系统控制单元115接收的基准频率生成垂度曲线以控制电池(S205)。具体而言，充电控制单元111可以接收基于每个电池的SOC等级的基准频率，并可以根据接收到的基准频率生成垂度曲线。此外，在所生成的垂度曲线的基础上，充电控制单元111控制电池的充电/放电。
一般来说，根据图6的实施方式，系统控制单元115应该计算的数据量是较小的，但用于向每个充电控制单元111传送垂度曲线的通信所需的数据量会增加。相反，根据图7的实施方式，由于基准频率被单独发送到各个充电控制单元111，系统控制单元115应该计算的数据量会增加，但通信所需的数据量会减少。
因此，图6的实施方式可能有利于包括多个电池和充电控制单元的电力供应系统。具体地，控制的效率可以通过单独使用一个系统垂度曲线控制多个电池而得到改善。另外，图7的实施方式可有利于包括小数目的电池和充电控制单元的电力供应系统。具体来说，通过为每个电池生成定制的垂度曲线，可以精确地控制充电/放电。
根据实施方式，电力供应系统可以通过为电池设定一个垂度曲线来提高电池的充电/放电的效率。
此外，根据实施方式，通过根据每个电池的SOC等级设定每个电池的垂度曲线，电力供应系统可以提高电池的充电/放电的效率。
虽然已经参照数个示例性实施方式对一些实施方式进行了描述，但应该理解的是，本领域的技术人员可以设计出落入本公开原理的精神和范围内许多其他的修改和实施方式。在本公开、附图及所附权利要求的范围内可以对主题组合布置的组成部件和/或布置做出各种变化和改进。除了组成部件和/或布置中的变化和修改之外，对于本领域技术人员来说，替代使用也将是显而易见的。

Claims (8)

1.一种包括电池储能系统的电力供应系统，包括：
系统控制单元，其被配置为设置多个电池的第一系统垂度曲线；以及
充电控制单元，其被配置为基于所述第一系统垂度曲线控制所述多个电池的充电/放电。
2.根据权利要求1所述的电力供应系统，其中，所述充电控制单元从所述多个电池获取充电状态(SOC)等级信息，
其中，所述系统控制单元基于从所述充电控制单元获取的所述SOC等级信息生成第二系统垂度曲线，并且同等地对所述多个电池设置第二系统垂度曲线。
3.根据权利要求2所述的电力供应系统，其中，所述系统控制单元基于预设定数据或系统频率中的至少一个设置所述第一系统垂度曲线。
4.根据权利要求3所述的电力供应系统，其中，所述系统控制单元基于从所述多个电池获取的所述SOC等级信息的平均值设置所述第二系统垂度曲线。
5.根据权利要求3所述的电力供应系统，其中，所述系统控制单元基于从所述多个电池获取的多段所述SOC等级信息中的与基准值具有最大差的一段SOC等级信息来设置所述第二系统垂度曲线，
其中，所述基准值是在系统初始设计时设置的值或基于系统频率的值中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的电力供应系统，
其中，所述充电控制单元从所述多个电池获取SOC等级信息，
其中，所述系统控制单元基于从充电控制单元获取的SOC等级信息确定用于生成第二系统垂度曲线的基准频率。
7.根据权利要求6所述的电力供应系统，其中，所述基准频率是针对每个电池来确定的。
8.根据权利要求6所述的电力供应系统，
其中，所述系统控制单元将所确定的基准频率发送给所述充电控制单元，
其中，所述充电控制单元基于接收到的基准频率生成所述第二系统垂度曲线，并根据所述第二系统垂度曲线控制电池。
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