儲能系統及其控制方法

專利名稱：儲能系統及其控制方法
技術領域：
根據本發明的一個以上實施例的方面涉及儲能系統及其控制方法。
背景技術：
由于環境破壞、資源損耗等等成為嚴重的問題，因此對能夠儲能并有效利用所存儲的能量的系統的興趣已增加。另外，對在開發過程中不產生污染或產生較小污染的可再生能量的興趣也已增大。已研究并開發了將現有電網(grid)、可再生能源以及存儲電能的電池系統互聯的儲能系統以應對當今的環境改變。儲能系統根據可再生能源、電池系統、電網和負載的條件具有各種操作模式，以便操作模式之間的過渡可穩定地執行。

發明內容
本發明的一個以上實施例致力于一種能夠穩定地改變操作模式的儲能系統及其控制方法。根據本發明的一個以上實施例，可以減少儲能系統的頻繁操作模式改變，并且可以提高電池和轉換器的壽命。根據本發明的實施例，一種儲能系統，包括電池；逆變器，用于從外部電源接收第一電能(power)并產生第二電能；以及轉換器，連接在所述電池與所述外部電源和所述逆變器兩者之間。所述轉換器被配置為進入介于用于對所述電池充電的充電模式與用于對所述電池放電的放電模式之間的斷(off)模式。所述轉換器可以被配置為在所述第一電能的值與所述第二電能的值之差改變極性時在設置時段進入所述斷模式。在所述轉換器在所述斷模式下時，所述轉換器可以被配置為在所述設置時段保持在所述斷模式下而不考慮所述第一電能的值與所述第二電能的值之差的變化。所述轉換器可以被配置為在所述設置時段過去之后，根據所述第一電能的值與所述第二電能的值之差在所述放電模式或所述充電模式下操作。所述轉換器可以被配置為在所述第一電能的值大于所述第二電能的值時在所述充電模式下操作以對所述電池充電，并且被配置為在所述第一電能的值小于所述第二電能的值時在所述放電模式下操作以對所述電池放電。所述第二電能可以根據連接到所述逆變器的負載所消耗的電能的量而變化。所述轉換器可以被配置為在所述第一電能的值介于第一閾值與比所述第一閾值低的第二閾值之間時進入所述斷模式。所述第二電能的值可以介于所述第一閾值與所述第二閾值之間。
所述第一閾值和所述第二閾值可以與所述第二電能的值改變相同的量。在所述轉換器在所述斷模式下時，所述轉換器可以被配置為在所述第一電能的值的變化介于所述第一閾值與所述第二閾值之間時保持在所述斷模式下。在所述轉換器在斷模式下時，所述轉換器可以被配置為在所述第一電能的值位于所述第一閾值之上或位于所述第二閾值之下時退出所述斷模式。在所述轉換器退出所述斷模式之后，所述轉換器可以被配置為根據所述第一電能的值以及所述第一閾值和所述第二閾值在所述放電模式或所述充電模式下操作。所述轉換器可以被配置為在所述第一電能的值大于所述第一閾值時在所述充電模式下操作以對所述電池充電，并且被配置為在所述第一電能的值小于所述第二閾值時在所述放電模式下操作以對所述電池放電。所述第一閾值或所述第二閾值中的至少一個可以介于上滯后值與下滯后值之間， 并且所述轉換器可以被配置為在所述第一電能的值的變化介于所述上滯后值與所述下滯后值之間時保持在所述斷模式下。根據本發明的實施例，提供一種操作儲能系統的方法，所述儲能系統包括連接在電池與外部電源和逆變器兩者之間的轉換器。所述方法包括由所述逆變器將來自所述外部電源的第一電能轉換成第二電能；并且操作所述轉換器以進入介于用于對所述電池充電的充電模式與用于對所述電池放電的放電模式之間的斷模式。所述方法可以進一步包括在所述第一電能的值小于所述第二電能的值時由所述轉換器對所述電池放電，并且在所述第一電能的值大于所述第二電能的值時由所述轉換器對所述電池充電；并且在所述第一電能的值與所述第二電能的值之差改變極性時，操作所述轉換器以在設置時段進入所述斷模式。所述方法可以進一步包括在所述轉換器在所述斷模式下時，使所述轉換器保持在所述斷模式下而不考慮所述第一電能的值與所述第二電能的值之差的變化。所述方法可以進一步包括在所述設置時段過去之后，根據所述第一電能的值與所述第二電能的值之差使所述轉換器在所述放電模式或所述充電模式下操作。所述第二電能可以根據由連接到所述逆變器的負載所消耗的電能的量而變化。所述方法可以進一步包括在所述第一電能的值小于所述第二電能的值時由所述轉換器對所述電池放電，并且在所述第一電能的值大于所述第二電能的值時由所述轉換器對所述電池充電；并且在所述第一電能的值介于第一閾值與比所述第一閾值低的第二閾值之間時，操作所述轉換器以進入所述斷模式。所述第一閾值和所述第二閾值可以與所述第二電能的值改變相同的量。所述方法可以進一步包括在所述轉換器在所述斷模式下時，在所述第一電能的值的變化介于所述第一閾值與所述第二閾值之間時使所述轉換器保持在所述斷模式下。所述方法可以進一步包括在所述轉換器在所述斷模式下時，在所述第一電能的值位于所述第一閾值之上時或者在所述第一電能的值位于所述第二閾值之下時，操作所述轉換器以退出所述斷模式。所述方法可以進一步包括在所述轉換器退出所述斷模式之后，根據所述第一電能的值以及所述第一閾值和所述第二閾值使所述轉換器在所述放電模式或所述充電模式下操作。
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所述第一閾值或所述第二閾值中的至少一個可以介于上滯后值與下滯后值之間， 并且所述方法可以進一步包括在所述第一電能的值的變化介于所述上滯后值與所述下滯后值之間時使所述轉換器保持在所述斷模式下。


圖1為示出根據本發明實施例的儲能系統的結構的框圖；圖2為示出根據本發明實施例的儲能系統的操作模式的框圖；圖3和圖4為示出根據本發明實施例的圖2的操作模式的曲線圖；圖5A-5C、6A-6B、7A-7C、8A-8B、9A-9C至圖10A-10C為示出圖2的操作模式的模擬結果的視圖；圖11至圖14為示出根據本發明其它實施例的圖2的操作模式的曲線圖；圖15為示出根據本發明另一實施例的儲能系統的操作模式的框圖；以及圖16至圖18為示出根據本發明其它實施例的圖15的操作模式的曲線圖。
具體實施例方式雖然本發明的示例性實施例能夠具有各種修改和可替代的形式，但本發明的實施例在附圖中通過示例的方式示出，并且在這里將對其進行詳細地描述。然而，應當明白，并不存在將示例性實施例限制為所公開的形式的意圖，而是相反地，示例性實施例將涵蓋落入本發明范圍內的所有修改、等同物和替代方式。下文中，現在將參照附圖更充分地描述本發明的示例性實施例，附圖中示出本發明的示例性實施例。在附圖中，相同的或對應的附圖標記表示相同的元件，因此將省略它們的描述。圖1為示出根據本發明實施例的儲能系統的結構的框圖。參見圖1，儲能系統1連接到發電系統2和電網3以向負載4供電。發電系統2利用能源產生電能。發電系統2向儲能系統1供應所產生的電能。發電系統2可以是光伏發電系統、風力發電系統、潮汐發電系統等等。然而，這是示例性實施例，因而發電系統2不限于以上所提及的類型。發電系統2可以包括利用諸如太陽熱、地熱等等之類的可再生能量產生電能的所有合適類型的發電系統。具體來說，由于太陽能電池利用陽光產生電能，并且容易安裝在家庭、工廠等等中，因此太陽能電池適合應用于分布在家庭、工廠等等中的儲能系統1。發電系統2可以包括平行排列的多個發電模塊，并且通過這些發電模塊中的每個模塊發電以構成大規模儲能系統。這里，電網3為發電廠、變電站、電力線等等的上位概念。如果電網3處于正常狀態，則電網3向儲能系統1供電以向負載4和/或電池30供電，并且電網3由儲能系統1 供電。如果電網3處于異常狀態，則電網3停止向儲能系統1供電，并且停止由儲能系統1
{共 ο負載4消耗由發電系統2產生的電能、存儲在電池30中的電能或者從電網3供應的電能。家庭或工廠中的電氣/電子設備等等可以是負載4的示例。儲能系統1將由發電系統2產生的電能存儲在電池30中，并且向電網3供應所產生的電能。儲能系統1向電網3供應存儲在電池30中的電能或者將由電網3供應的電能存儲在電池30中。如果電網3處于異常狀態，例如發生電力故障，則儲能系統1執行不間斷電源(UPS)操作以向負載4供電。即使電網3處于正常狀態，儲能系統1也可以向負載 4供應由發電系統2產生的電能或者供應存儲在電池30中的電能。儲能系統1包括控制電能轉換的電能轉換系統(PCS) 10、電池管理系統(BMS)20、 電池30、第一開關40和第二開關50。PCS 10將發電系統2、電網3和電池30的電能轉換成合適的電能，并且向需要電能的地方(例如，負載4)供電。PCS 10包括第一轉換器11、直流(DC)鏈接單元12、逆變器 (inverter) 13、轉換器(converter) 14 和集成控制器 15。電能轉換器11為連接在發電系統2與DC鏈接單元12 (例如，DC鏈接器)之間的電能轉換設備。電能轉換器11向DC鏈接單元12傳輸由發電系統2產生的電能。這里，電能轉換器11將電源電壓轉換成DC鏈接電壓。電能轉換器11根據發電系統2的類型可以為諸如轉換器、整流器電路等等之類的電能轉換電路。如果由發電系統2產生的電能為直流(DC)類型，則電能轉換器11可以為將DC電壓轉換成DC鏈接電壓的轉換器。如果由發電系統2產生的電能為交流(AC)類型， 則電能轉換器11可以為將AC電壓轉換成DC鏈接電壓的整流器電路。如果發電系統2為光伏發電系統，則電路轉換器11可以包括最大功率點跟蹤(MPPT)轉換器，該MPPT轉換器根據日射、溫度等等的改變控制MPTT以最大化由發電系統2產生的電能。當發電系統2不發電時，電能轉換器11停止其操作，使得轉換器、整流器電路等等消耗最小量的電能。DC鏈接電壓的電平由于發電系統2或電網3中的瞬間電壓降、負載4中出現峰值負載等等而可能不穩定。然而，為了轉換器14和逆變器13的正常操作應使DC鏈接電壓穩定。DC鏈接單元12連接在電能轉換器11與逆變器13之間以將DC鏈接電壓保持在穩定的 (例如，均勻的)電壓下。大規模存儲電容器等等可以用作DC鏈接單元12。逆變器13為連接在DC鏈接單元12與第一開關40之間的電能轉換設備。逆變器 13可以包括在放電模式下將從發電系統2和/或電池30輸出的DC鏈接電壓轉換成電網 3的AC電壓并輸出該AC電壓的逆變器。這里，逆變器13可以被設置為輸出均勻或基本上均勻量的電能。從逆變器13輸出的電能的量可以通過控制轉換器14的操作而被均勻地保持，這將在后面更詳細地描述。逆變器13可以包括在充電模式下整流電網3的AC電壓、將 AC電壓轉換成DC鏈接電壓并輸出DC鏈接電壓以將電網3的電能存儲在電池30中的整流器電路。該逆變器可以是雙向逆變器或者可以包括多個逆變電路。逆變器13可以進一步包括從輸出到電網3的AC電壓中去除諧波的濾波器。逆變器13可以進一步包括使從逆變器13輸出的AC電壓的相位與電網3的AC電壓的相位同步以抑制無功功率產生的鎖相環(PLL)。逆變器13執行諸如電壓變化范圍限制功能、功率因數提高功能、DC分量去除功能、瞬變現象保護功能等等之類的功能。當不使用逆變器13時， 逆變器13可以停止其操作以降低功耗。轉換器14為連接在DC鏈接單元12與電池30之間的電能轉換設備。轉換器14 包括在放電模式下將存儲在電池30中的電能的電壓轉換成逆變器13所需的電壓電平(即轉換成DC鏈接電壓)的轉換器。也就是說，轉換器14對電能執行DC-DC轉換，并且輸出DC 鏈接電壓。轉換器14包括在充電模式下將從電能轉換器11輸出的電能的電壓或從逆變器 13輸出的電能的電壓轉換成電池30所需的電壓電平(即轉換成充電電壓)的轉換器。也就是說，轉換器14對電能執行DC-DC轉換，并且輸出充電電壓。如果不執行電池30的充電或放電，則轉換器14停止其操作以降低功耗。該轉換器可以為雙向轉換器或者可以包括多個轉換電路。轉換器14根據由發電系統2產生的電能的量、由負載4消耗的電能的量、由電網3 供應的電能的量或者傳遞至電網3的電能的量，在充電模式與放電模式之間改變其操作模式。下面將參照圖2至圖18描述轉換器14的詳細的模式改變操作。集成控制器15監控發電系統2、電網3、電池30和負載4的狀態，并且根據監控結果控制電能轉換器11、逆變器13、轉換器14、BMS 20、第一開關40和第二開關50的操作。 集成控制器15監控電網3中是否發生電力故障、發電系統2是否已產生電能、在確定發電系統2已產生電能的情況下所產生的電能的量、BMS 20的充電狀態、由負載4消耗的電能的量、時間等等。當電網3中發生電力故障或者供應給負載4的電能不足時，集成控制器15 確定包括在負載4中的功耗設備的優選級，并且控制負載4以向具有最高優選級的功耗設備供電。BMS 20連接到電池30，并且在集成控制器15的控制下控制電池30的充電和放電操作。BMS 20執行過充電保護功能、過放電保護功能、過電流保護功能、過電壓保護功能、過熱保護功能、單電池平衡功能等等。為此，BMS 20監控電池30的電壓、電流、溫度、電能的殘余量、壽命、充電狀態等等，并且將監控結果傳輸給集成控制器15。電池30被供應由發電系統2產生的電能或者電網3的電能、存儲電能并且將所存儲的電能供應給負載4或電網3。電池30可以包括至少一個以上串聯和/或并聯連接的電池架作為子單元。每個電池架可以包括至少一個以上串聯和/或并聯連接的電池座作為子單元。這些電池座中的每一個可以包括多個電池單元。電池30可以被實現為各種類型的電池單元，例如鋰-鎘電池、鉛蓄電池、鎳金屬氫化物(NiMH)電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池等等。電池30的電池架的數目根據儲能系統1所需的功率容量、設計條件等等來確定。例如，如果負載4的功耗大，則電池30可以被構建為包括多個電池架。如果負載4的功耗小，則電池30可以被構建為包括一個電池架。如果電池30由多層形成，則BMS 20可以包括關于這些層分別且獨立安裝的多個 BMS0例如，如果電池30按照以上所描述的電池單元級、電池座級、電池架級和電池級的順序形成，則BMS 20可以包括分別控制多個電池座的多個座BMS、分別控制多個座BMS的多個架BMS以及控制多個架BMS的系統BMS或主BMS。第一開關40和第二開關50串聯連接在逆變器13與電網3之間，并且在集成控制器15的控制下執行通/斷操作以控制發電系統2與電網3之間的電流流動。第一開關40 和第二開關50的通/斷狀態根據發電系統2、電網3和電池30的狀態來確定。更詳細地說，如果發電系統2和/或電池30的電能被供應給負載4，或者電網3的電能被供應給電池30，則第一開關40被接通。如果發電系統2和/或電池30的電能被供應給電網3，或者電網3的電能被供應給負載4和/或電池30，則第二開關50被接通。如果電網3中發生電力故障，則第二開關50被切斷，而第一開關40被接通。換句話說，發電系統2和/或電池30的電能被供應給負載4，并且供應給負載4的電能被防止流入電網3中。因此，儲能系統1被操作以防止操作電網3的電力線等等的工人因由儲能系統1供應的電能而觸電致死。諸如繼電器等等之類的能耐高電流的開關設備可以用作第一開關40和第二開關 50。現在將更詳細地描述轉換器14的操作。圖2為示出根據本發明實施例的儲能系統1的操作模式的框圖。參見圖2，儲能系統1的逆變器13輸出固定量的電能。這里，不考慮由負載4消耗的電能的量、電網3的狀態等等。從逆變器13輸出的電能的量基本上等于輸入到逆變器 13中的電能的量，其中電能的量由Pirw表示。由發電系統2產生的電能的量由Ppv表示， 并且由轉換器14輸出的電能的量或者供應給轉換器14的電能的量由1 表示。如果轉換器14向逆變器13供電，則1 具有正值。如果電能從逆變器13被供應給轉換器14，則1 具有負值。電能的量之間的關系將在下面等式1中表示出Pinv = Ppv+Pb ... (1)其中Ppv的值不是恒定的而是不斷變化的。如果Ppv與Pirw類似，并且Ppv在略微增加和略微減少之間交替，則1 在正值與負值之間變化。換句話說，轉換器14在充電模式與放電模式之間頻繁地改變其操作模式。而且，電池30在被充電與被放電之間頻繁地改變。然而，轉換器14的操作模式的頻繁改變縮短轉換器14的壽命，或者使得在轉換器14 中會更可能發生故障。而且，電池30的充電和放電操作的重復對電池30的壽命具有有害的影響。另外，以上所述的操作使儲能系統1較不穩定，因而不適合于儲能系統1。相應地， 在本發明的一個實施例中，轉換器14的操作根據發電系統2所產生的電能的量而被預先設置以解決以上所提及的問題。[第一實施例]圖3和圖4為示出根據本發明實施例的圖2的操作模式的曲線圖。轉換器14的操作模式的確定被設置如下。<設置操作-1>轉換器14的操作在轉換器14的操作模式改變閾值點出現之后的預先設置的時間內停止(改變成斷狀態，也就是，斷模式)。參見圖3，上部的曲線圖示出由發電系統2產生的電能的量，而下部的圖曲線圖示出供應到電池30或由電池30供應的電能的量。從逆變器13輸出的電能的預先設置的量， 即逆變器13的額定功率，被設置為ft·。Ppv在第一時間tl之前比ft·高，并且這指示發電系統2產生比逆變器13所需的電能的量大的電能的量。因此，與Ppv的超出ft·的一部分對應的電能用于對電池30充電。由于Ppv在第一時間tl因發電系統2所產生的電能的量減少而下降到ft"之下， 因此轉換器14在預先設置的時間ts內停止其操作。換句話說，轉換器14將其操作模式從充電模式改變為斷狀態。當轉換器14在斷狀態下時，盡管Ppv的值變化，轉換器14也不改變其操作模式。在預先設置的時間ts過去之后，轉換器14根據Ppv的值將其操作模式改變為放電模式或充電模式。在圖3中，由于在預先設置的時間ts過去之后，即在第二時間t2時， Ppv保持比ft·低，因此轉換器14從斷狀態改變為放電模式。參見圖4，上部的曲線圖示出發電系統2所產生的電能的量，而下部的曲線圖示出供應到電池30或由電池30供應的電能的量。從逆變器13輸出的電能的預先設置的量，即逆變器13的額定功率，被設置為ft·。Ppv在第一時間tl之前比ft·低，并且這指示發電系統2產生比逆變器13所需的電能的量少的電能的量。因此，與I^r-Ppv對應的電能從電池30放電以補充Ppv。由于Ppv在第一時間tl因發電系統2所產生的電能的量增加而上升到ft·之上，因此轉換器14在預先設置的時間ts內停止其操作。換句話說，轉換器14從放電模式改變為斷狀態。當轉換器14在斷狀態下時，盡管Ppv的值變化，轉換器14也不改變其操作模式。在預先設置的時間ts過去之后，轉換器14根據Ppv的值將其操作模式改變為放電模式或充電模式。在圖4中，由于在預先設置的時間ts過去之后，即在第二時間t2時， Ppv保持比ft·高，因此轉換器14從斷狀態改變為充電模式。圖5A-5C和圖6A-6B示出利用通常的方法控制轉換器14的模擬結果，而圖7A-7C 和圖8A-8B示出利用根據本發明實施例的方法控制轉換器14的模擬結果。參見圖5A-5C，圖5A示出由發電系統2產生的電能的量，圖5B示出轉換器14的操作，并且圖5C示出逆變器13的電能。圖5B中的實線指示轉換器14何時在充電模式下操作，而圖5B中的虛線示出轉換器14何時在放電模式下操作。圖5A-5C示出在發電系統 2所產生的電能的量迅速減少時利用通常的方法控制轉換器14的模擬結果。在圖5A中，發電系統2所產生的電能的量迅速減少。在圖5B中，與該減少對應， 轉換器14的操作模式頻繁改變。在圖5C中，逆變器13的電能抖動。參見圖6A-6B，這些曲線圖分別與圖5B和圖5C的用框標記的放大部分對應。在圖 6A中，轉換器14的操作模式在充電模式、斷狀態和放電模式之間頻繁改變。在圖6B中，逆變器13的電能不是恒定的而是不穩定地變化。參見圖7A-7C，在圖7A中，當發電系統2所產生的電能的量快速減少時，轉換器14 從充電模式改變為斷狀態，并且即使當發電系統2所產生的電能的量變化時，轉換器14也在預先設置的時間內保持斷狀態，如圖7B所示。而且，在預先設置的時間過去之后，檢測由發電系統2產生的電能的量以確定操作模式。轉換器14將其操作模式改變成所確定的操作模式。在一個實施例中，在預先設置的時間過去之后，發電系統2所產生的電能的量的減少被保持，因而轉換器14從斷狀態改變成放電模式。在圖7C中，逆變器13的電能是穩定的。參見圖8A-8B，這些圖分別與圖7B和圖7C的用框標記的放大部分對應。在圖8A 中，轉換器14保持斷狀態，然后改變成放電模式。因此，操作模式的改變僅僅執行一次，因而逆變器13的電能是穩定的。9A-9C示出利用通常的方法控制轉換器14的其它模擬結果。圖10A-10C示出利用根據本發明的一個實施例的方法控制轉換器14的其它模擬結果。參見圖9A-9C，圖9A示出由發電系統2產生的電能的量，圖9B示出轉換器14的操作，并且圖9C示出逆變器13的電能。圖9B中的實線指示轉換器14何時在充電模式下操作，而圖9B中的虛線示出轉換器14何時在放電模式下操作。圖9A-9C示出在發電系統 2所產生的電能的量逐漸減少時利用通常的方法控制轉換器14的其它模擬結果。在圖9A中，發電系統2所產生的電能的量逐漸減少。在圖9B中，與該減少對應， 在發電系統2所產生的電能的量減少的情況下，轉換器14在充電模式與斷狀態之間頻繁改變其操作模式。而且，當發電系統2所產生的電能的量進一步減少時，轉換器14在斷狀態與放電模式之間頻繁改變其操作模式。在圖9C中，逆變器13的電能抖動。
參見圖10A-10C，在圖IOA中，當發電系統2所產生的電能的量逐漸減少時，轉換器 14從充電模式改變為斷狀態，并且即使當發電系統2所產生的電能的量變化時，轉換器14 也在預先設置的時間內保持斷狀態，如圖IOB所示。在預先設置的時間過去之后，檢測由發電系統2產生的電能的量以確定操作模式，并且轉換器14將其操作模式改變成所確定的操作模式。在圖IOB中，在預先設置的時間過去之后，由于發電系統2所產生的電能的量不斷減少并且下降到逆變器13中設置的輸出電能的量之下，因此轉換器14從斷狀態改變成放電模式。在圖IOC中，逆變器13的電能是穩定的。如上所述，如果發電系統2產生的電能的量在ft·(即轉換器14的操作模式改變閾值)周圍略微變化，然后達到該閾值，則轉換器14在預先設置的時間ts內停止操作。因此， 防止轉換器14過度地改變其操作模式，轉換器14的壽命增加，并且轉換器14的故障發生減少。包括轉換器14的儲能系統1的穩定性得到保證。[第二實施例]圖11和圖12為示出根據本發明另一實施例的圖2所示的轉換器14的操作模式的曲線圖。轉換器14的操作模式的確定被設置如下。<設置操作_2>轉換器14的斷狀態部分被設置。參見圖11，上部的曲線圖示出由發電系統2產生的電能的量，而下部的曲線圖示出供應到電池30或由電池30供應的電能的量。從逆變器13輸出的電能的預先設置的量， 即逆變器13的額定功率，被設置為ftx)。轉換器14被切斷所在的斷狀態部分的上限被設置為ft~a，并且該斷狀態部分的下限被設置為ft~b。Ppv在第一時間tl之前比Pra高，并且這指示發電系統2產生比逆變器13所需的電能的量大的電能的量。因此，未供應給逆變器13 的過剩電能用于對電池30充電。當Ppv在第一時間tl因發電系統2所產生的電能的量減少而下降到Pra之下時，轉換器14將其操作模式從充電模式改變成斷狀態。轉換器14在 Ppv下降到Prb之下的第二時間t2將其操作模式從斷狀態改變為放電模式。當由發電系統 2產生的電能的量在第一時間tl與第二時間t2之間但在Pra與Prb之間(即在該斷狀態部分內)變化時，轉換器14在這里保持斷狀態。參見圖12，上部的曲線圖示出由發電系統2產生的電能的量，而下部的曲線圖示出供應到電池30或由電池30供應的電能的量。從逆變器13輸出的電能的預先設置的量， 即逆變器13的額定功率，被設置為ftx)。轉換器14被切斷所在的斷狀態部分的上限被設置為ft~a，并且該斷狀態部分的下限被設置為ft~b。Ppv在第一時間tl之前比Prb低，并且這指示發電系統2產生比逆變器13所需的電能的量少的電能的量。因此，與Pro-Ppv對應的電能由電池30供應以補充Ppv。當Ppv在第一時間tl因發電系統2所產生的電能的量增加而上升到Prb之上時，轉換器14將其操作模式從放電模式改變成斷狀態。轉換器14在 Ppv上升到Pra之上的第二時間t2將其操作模式從斷狀態改變為充電模式。當由發電系統 2產生的電能的量在第一時間tl與第二時間t2之間但在Pra與Prb之間(即在該斷狀態部分內)變化時，轉換器14在這里保持斷狀態。在圖11和圖12的實施例中，Pro被設置在斷狀態部分的中間，但不限于此。例如，Pro可以被設置為等于Pra或I^rb。如上所述，從逆變器13輸出的電能的量被設置為ftx)。而且，盡管由發電系統2產生的電能的量與Pro不同，但轉換器14停止操作所在的斷狀態部分被設置。因此，防止轉換器14過度改變其操作模式，轉換器14的壽命增加，并且轉換器14的故障發生減少。而且，包括轉換器14的儲能系統1的穩定性得以保證。[第三實施例]圖13和圖14為示出根據本發明另一實施例的圖2所示的轉換器14的操作模式的曲線圖。轉換器14的操作模式的確定被設置如下。〈設置操作_3>轉換器14的斷狀態部分被設置。斷狀態部分的滯后部分被設置。參見圖13，上部的曲線圖示出由發電系統2產生的電能的量，而下部的曲線圖示出供應到電池30或由電池30供應的電能的量。如在圖11的實施例中那樣，在當前實施例中，逆變器13的額定功率被設置為ftx)，斷狀態部分的上限被設置為ft~a，并且斷狀態部分的下限被設置為ft~b。而且，在當前實施例中，滯后部分相對于Pra和Prb被設置為Wil、 Ph2, Ph3和拖4。滯后部分防止轉換器14的操作模式改變頻繁發生，并且下面將更詳細地描述其詳細的描述。當Ppv在第一時間tl之前比即斷狀態部分的上限)高時，轉換器14在充電模式下操作。Ppv在第一時間tl因發電系統2所產生的電能的量的減少而下降到Pra下方。當Ppv在斷狀態部分內時，轉換器14將其操作模式從充電模式改變成斷狀態。在Ppv下降到Pra下方之后，Ppv在Pra周圍抖動。因此，盡管Ppv在某種程度上上升到Pra之上，但轉換器14的操作模式并沒有改變到充電模式。這將會防止轉換器14 的操作模式改變頻繁發生，并且其判據在這里為Wil。換句話說，Ppv在第一時間tl之后上升并且在第二時間t2上升到Pra之上。然而，當Ppv如在第三時間t3那樣未超過Phl時， 轉換器14保持斷狀態。然而，如果Ppv下降到Ph2之下，然后上升到Pra之上，則轉換器14 的操作模式從斷狀態改變到充電模式。當Ppv在第三時間t3之后不斷地減少，并且在第四時間t4下降到Prb之下，從而 Ppv離開斷狀態部分時，轉換器14將其操作模式從斷狀態改變成放電模式。即使Ppv下降到Prb之下、在Prb周圍抖動并且在某種程度上上升到Prb之上，轉換器14也不會將其操作模式改變為斷狀態。這將會防止轉換器14的操作模式改變頻繁發生，并且其判據在這里為拖3。換句話說，Ppv在第四時間t4之后上升并且在第五時間t5 上升到Prb之上。然而，如果Ppv不超過Ph3時，則轉換器14保持放電模式。因此，供應到電池30或由電池30供應的電能的量隨著Ppv的變化而變化。然而，如果Ppv在第六時間 t6下降到Ph4之下，然后上升到Prb之上，則轉換器14將其操作模式從放電模式改變到斷狀態。參見圖14，上部的曲線圖示出由發電系統2產生的電能的量，而下部的曲線圖示出供應到電池30或由電池30供應的電能的量。如在圖13的實施例中那樣，在當前實施例中，逆變器13的額定功率被設置為ftx)，斷狀態部分的上限為設置為ft~a，并且斷狀態部分的下限被設置為ft~b，并且滯后部分被設置為Phi、Ph2、Ph3和Ph4。
當Ppv在第一時間tl之前比Prb (其為斷狀態部分的下限)低時，轉換器14在放電模式下操作。Ppv在第一時間tl因發電系統2所產生的電能的量的增加而上升到Prb之上。當Ppv在斷狀態部分內時，轉換器14將其操作模式從放電模式改變成斷狀態。即使Ppv上升到Prb之上、在Prb周圍抖動并且在某種程度上下降到Prb之下，轉換器14也不會將其操作模式改變為放電模式。這將會防止轉換器14的操作模式改變頻繁發生，并且其判據在這里為拖4。換句話說，Ppv在第一時間tl之后減少并且在第二時間t2 下降到Prb之下。然而，如果Ppv在第三時間t3未下降到Ph4之下，則轉換器14保持斷狀態。然而，如果Ppv上升到Ph3之上，然后下降到Prb之下，則轉換器14將其操作模式從斷狀態改變到放電模式。當Ppv在第三時間t3之后不斷地增加，并且在第四時間t4上升到Pra之上，從而 Ppv離開斷狀態部分時，轉換器14將其操作模式從斷狀態改變成充電模式。即使Ppv上升到Pra之上、在Pra周圍抖動并且在某種程度上下降到Pra之下，轉換器14也不會將其操作模式改變為斷狀態。這將會防止轉換器14的操作模式改變頻繁發生，并且其判據在這里為拖2。換句話說，Ppv在第四時間t4之后減少并且在第五時間t5 下降到Pra之下。然而，如果Ppv未下降到Ph2之下，則轉換器14保持充電模式。因此，供應到電池30或由電池30供應的電能的量隨著Ppv的變化而變化。然而，如果Ppv在第六時間t6上升到Phl之上，然后下降到Pra之下，則轉換器14將其操作模式從充電模式改變到斷狀態。如上所述，從逆變器13輸出的電能的量被設置為ftx)。而且，盡管由發電系統2產生的電能的量與Pro不同，但轉換器14停止操作的斷狀態部分被設置。因此，防止轉換器 14過度改變其操作模式，轉換器14的壽命增加，并且轉換器14的故障發生減少。而且，包括轉換器14的儲能系統1的穩定性得以保證。另外，由于滯后部分被設置在斷狀態部分的邊界上，因此可以防止在斷狀態部分的邊界附近發生轉換器14的操作模式的頻繁改變。已參照圖2至圖14描述了本發明，其中在圖2至圖14中示出本發明的示例性實施例。然而，本發明可以以許多不同的形式具體實現，并且不應當被解釋為限于這些實施例。 例如，“設置操作-I”和“設置操作_3”可以結合。具體來說，如果發電系統2所產生的電能的量增加(或減少)以進入斷狀態部分， 則轉換器14在預先設置的時間內將其操作模式改變成斷狀態。就這一點來說，即使當操作模式在離開斷狀態部分之后由于發電系統2所產生的電能的變化太大而應當被改變成其相反的操作模式，轉換器14也在預先設置的時間內保持其斷狀態操作模式。然后，在預先設置的時間之后，轉換器14通過判斷由發電系統2產生的電能的量而在充電模式、放電模式和斷狀態之一下操作。換句話說，轉換器14的操作模式的轉換可以通過時間、斷狀態部分和滯后部分并發地(例如，同時)確定。圖15為示出根據本發明另一實施例的儲能系統1的操作模式的框圖。參見圖15，儲能系統1向電網3供應固定量的電能，即向電網3出售固定量的電能。這里，供應給電網3的電能的量為Pg，而由負載4消耗的電能的量為P1。從逆變器13 輸出的電能的量基本上等于輸入到逆變器13中的電能的量。這里，從逆變器13輸出的電能的量和輸入到逆變器13中的電能的量由Pinv表示。由發電系統2產生的電能的量由Ppv 表示，并且從轉換器14輸出的電能的量或供應給轉換器14的電能的量由1 表示。如果轉換器14向逆變器13供電，則1 具有正值。如果電能被供應給電池30，則1 具有負值。電能的量之間的關系將在下面的等式2中表示出Pg = Pinv-PlPinv = Ppv+Pb — (2)其中Pl和Ppv的值不是恒定的而是不斷變化的。1 根據Pl和Ppv的值的變化在為正值與為負值之間變化。換句話說，轉換器14在充電模式與放電模式之間頻繁地改變其操作模式。而且，電池30在被充電與被放電之間改變。然而，如上所述，轉換器14的操作模式的頻繁改變縮短轉換器14的壽命，或者使得在轉換器14中更可能發生故障。而且，電池30的充電和放電操作的重復對電池30的壽命具有有害的影響。而且，以上所描述的操作使儲能系統1較不穩定，因而不適合于儲能系統1。因此，在一個實施例中，轉換器14的操作根據發電系統2所產生的電能的量和負載4所消耗的電能的量而被預置，以解決以上所提及的問題。[第四實施例]圖16為示出根據本發明實施例的圖15所示的轉換器14的操作模式的曲線圖。轉換器14的操作模式的確定被設置如下。〈設置操作_4>轉換器14的操作在轉換器14的操作模式改變閾值點發生之后的預先設置的時間內停止(改變到斷狀態)。參見圖16，上部的曲線圖示出由發電系統2產生的電能的量，而下部的曲線圖示出供應到電池30或由電池30供應的電能的量。從逆變器13輸出的電能的預先設置的量， 即逆變器13的額定功率，被設置為ft·。在當前實施例中，由于1 被設置為恒定，因此ft·隨著Pl變化。在圖16中，ft·在第一時間tl與第二時間t2之間變化一次，然后在第三時間 t3再一次變化。Ppv在第一時間tl之前比ft·高，并且這指示發電系統2產生比逆變器13所需的電能的量大的電能的量。因此，與Ppv的超過ft·的一部分對應的電能用于對電池30充電。當Ppv在第一時間tl因發電系統2所產生的電能的量減少而下降到ft"之下時， 轉換器14在預先設置的時間ts內停止操作。換句話說，轉換器14從充電模式改變為斷狀態。當轉換器14在斷狀態下時，轉換器14不會因為Ppv的值的變化而改變其操作模式。因此，盡管ft"在第一時間tl與第二時間t2之間變化，但這個在預先設置的時間ts內不會被 ^慮ο在預先設置的時間ts過去之后，轉換器14根據Ppv的值將其操作模式改變為放電模式或充電模式。在圖16中，當Ppv在預先設置的時間ts過去之后，即在第二時間t2 保持比ft"低時，轉換器14從斷狀態改變為放電模式。當Ppv在第三時間t3隨著ft·的減少而上升到ft"之上時，轉換器14在預先設置的時間ts內停止操作。換句話說，轉換器14從放電模式改變到斷狀態。而且，由于Ppv在預先設置的時間ts過去之后比ft·高，因此轉換器14在第四時間t4從斷狀態改變到充電模式。如上所述，當轉換器14根據發電系統2所產生的電能的量和負載4所消耗的電能的量在操作模式改變閾值周圍操作并且滿足改變其操作模式的條件時，轉換器14在預先
14設置的時間ts內停止操作。因此，防止轉換器14過度改變其操作模式，轉換器14的壽命增加，并且轉換器14的故障發生減少。而且，包括轉換器14的儲能系統1的穩定性得以保證。[第五實施例]圖17為示出根據本發明另一實施例的圖15所示的轉換器14的操作模式的曲線圖。轉換器14的操作模式的確定被設置如下。〈設置操作_5>轉換器14的斷狀態部分被設置。參見圖17，上部的曲線圖示出由發電系統2產生的電能的量，而下部的曲線圖示出供應到電池30或由電池30供應的電能的量。從逆變器13輸出的電能的預先設置的量， 即逆變器13的額定功率，被設置為ftx)。轉換器14被切斷所在的斷狀態部分的上限被設置為ft~a，并且該斷狀態部分的下限被設置為ft~b。圖17的轉換器14的操作基本上與參照圖11和圖12描述的轉換器14的操作相同，因此這里將省略其詳細描述。然而，如在圖16 的實施例中所描述的那樣，在當前實施例中，Pro隨著Pl的變化而變化。而且，屬于該斷狀態部分的Pra和I^rb隨著Pl的變化而變化。換句話說，Pra和Prb與ftx)的值改變相同的量。因此，由Pl的變化而引起的Pra和Prb的變化連同Ppv的變化一起將被考慮以改變轉換器14的操作模式。如上所述，當轉換器14根據發電系統2所產生的電能的量和負載4所消耗的電能的量在操作模式改變閾值周圍操作時，轉換器14停止操作所在的斷狀態部分被設置。因此，防止轉換器14過度改變其操作模式，轉換器14的壽命增加，并且轉換器14的故障發生減少。而且，包括轉換器14的儲能系統1的穩定性得以保證。[第六實施例]圖18為示出根據本發明另一實施例的圖15所示的轉換器14的操作模式的曲線圖。轉換器14的操作模式的確定被設置如下。〈設置操作_6>轉換器14的斷狀態部分被設置。斷狀態部分的滯后部分被設置。參見圖18，上部的曲線圖示出由發電系統2產生的電能的量，而下部的曲線圖示出供應到電池30或由電池30供應的電能的量。從逆變器13輸出的電能的預先設置的量， 即逆變器13的額定功率，被設置為ftx)。轉換器14被切斷所在的斷狀態部分的上限為設置為ft~a，該斷狀態部分的下限被設置為ft~b，并且滯后部分相對于Pra和Prb被設置為Wil、 Ph2、Ph3和拖4。圖18的轉換器14的操作基本上與參照圖13和圖14描述的轉換器14的操作相同，因此這里將省略其詳細描述。然而，如在圖16和圖17的實施例中的那樣，在當前實施例中，Pro隨著PI的變化而變化。而且，屬于斷狀態部分的Pra和I^rb以及屬于滯后部分的Phl至Ph4隨著Pl的變化而變化。因此，由Pl的變化而引起的Ppv的變化以及 Pra, Prb和Phl至Wi4的變化將被考慮以改變轉換器14的操作模式。如上所述，如果轉換器14根據發電系統2所產生的電能的量和負載4所消耗的電能的量在操作模式改變閾值周圍操作，則轉換器14停止操作所在的斷狀態部分被設置。因此，防止轉換器14過度改變其操作模式，轉換器14的壽命增加，并且轉換器14的故障發生減少。而且，包括轉換器14的儲能系統1的穩定性得以保證。另外，滯后部分被設置在斷狀態部分的邊界上以防止在斷狀態部分上或附近發生轉換器14的操作模式的頻繁改變。已參照圖15至圖18描述了本發明，其中圖15至圖18示出本發明的示例性實施例。然而，本發明可以以許多不同的形式具體實現，并且不應當被解釋為限于這些實施例。 例如，“設置操作_4”和“設置操作_6”可以結合。具體來說，當發電系統2所產生的電能的量增加(或減少)以進入斷狀態部分時， 轉換器14在預先設置的時間內將其操作模式改變成斷狀態。就這一點來說，即使當操作模式在離開斷狀態部分之后由于發電系統2所產生的電能的改變太大而應當被改變成其相反操作模式，轉換器14也在預先設置的時間內保持其斷狀態操作模式。然后，在預先設置的時間之后，轉換器14通過判斷由發電系統2產生的電能的量而在充電模式、放電模式和斷狀態之一下操作。換句話說，轉換器14的操作模式的轉換可以通過時間、斷狀態部分和滯后部分并發地(例如，同時)確定。雖然已參照本發明的示例性實施例具體示出并描述了本發明，但本領域普通技術人員應當明白，在不背離如以下權利要求所限定的本發明的精神和范圍及其等同物的情況下，可以在這里對形式和細節做出各種改變。
權利要求
1.一種儲能系統，包括電池；逆變器，用于從外部電源接收第一電能并產生第二電能；以及轉換器，連接在所述電池與所述外部電源和所述逆變器兩者之間，所述轉換器被配置為進入介于用于對所述電池充電的充電模式與用于對所述電池放電的放電模式之間的斷模式。
2.根據權利要求1所述的儲能系統，其中所述轉換器被配置為在所述第一電能的值與所述第二電能的值之差改變極性時在設置時段進入所述斷模式。
3.根據權利要求2所述的儲能系統，其中在所述轉換器在所述斷模式下時，所述轉換器被配置為在所述設置時段保持在所述斷模式下而不考慮所述第一電能的值與所述第二電能的值之差的變化。
4.根據權利要求2所述的儲能系統，其中所述轉換器被配置為在所述設置時段過去之后，根據所述第一電能的值與所述第二電能的值之差在所述放電模式或所述充電模式下操作。
5.根據權利要求1所述的儲能系統，其中所述第二電能根據連接到所述逆變器的負載所消耗的電能的量而變化。
6.根據權利要求1所述的儲能系統，其中所述轉換器被配置為在所述第一電能的值介于第一閾值與比所述第一閾值低的第二閾值之間時進入所述斷模式。
7.根據權利要求6所述的儲能系統，其中所述第二電能的值介于所述第一閾值與所述第二閾值之間。
8.根據權利要求6所述的儲能系統，其中所述第一閾值和所述第二閾值與所述第二電能的值改變相同的量。
9.根據權利要求6所述的儲能系統，其中，在所述轉換器在所述斷模式下時，所述轉換器被配置為在所述第一電能的值的變化介于所述第一閾值與所述第二閾值之間時保持在所述斷模式下。
10.根據權利要求6所述的儲能系統，其中，在所述轉換器在斷模式下時，所述轉換器被配置為在所述第一電能的值位于所述第一閾值之上或位于所述第二閾值之下時退出所述斷模式。
11.根據權利要求10所述的儲能系統，其中，在所述轉換器退出所述斷模式之后，所述轉換器被配置為根據所述第一電能的值以及所述第一閾值和所述第二閾值在所述放電模式或所述充電模式下操作。
12.根據權利要求6所述的儲能系統，其中所述第一閾值或所述第二閾值中的至少一個介于上滯后值與下滯后值之間，并且所述轉換器被配置為在所述第一電能的值的變化介于所述上滯后值與所述下滯后值之間時保持在所述斷模式下。
13.一種操作儲能系統的方法，所述儲能系統包括連接在電池與外部電源和逆變器兩者之間的轉換器，所述方法包括由所述逆變器將來自所述外部電源的第一電能轉換成第二電能；并且操作所述轉換器以進入介于用于對所述電池充電的充電模式與用于對所述電池放電的放電模式之間的斷模式。
14.根據權利要求13所述的操作儲能系統的方法，進一步包括在所述第一電能的值小于所述第二電能的值時由所述轉換器對所述電池放電，并且在所述第一電能的值大于所述第二電能的值時由所述轉換器對所述電池充電；并且在所述第一電能的值與所述第二電能的值之差改變極性時，操作所述轉換器以在設置時段進入所述斷模式。
15.根據權利要求14所述的操作儲能系統的方法，進一步包括在所述轉換器在所述斷模式下時，使所述轉換器保持在所述斷模式下而不考慮所述第一電能的值與所述第二電能的值之差的變化。
16.根據權利要求14所述的操作儲能系統的方法，進一步包括在所述設置時段過去之后，根據所述第一電能的值與所述第二電能的值之差使所述轉換器在所述放電模式或所述充電模式下操作。
17.根據權利要求13所述的操作儲能系統的方法，其中所述第二電能根據由連接到所述逆變器的負載所消耗的電能的量而變化。
18.根據權利要求13所述的操作儲能系統的方法，進一步包括在所述第一電能的值小于所述第二電能的值時由所述轉換器對所述電池放電，并且在所述第一電能的值大于所述第二電能的值時由所述轉換器對所述電池充電；并且在所述第一電能的值介于第一閾值與比所述第一閾值低的第二閾值之間時，操作所述轉換器以進入所述斷模式。
19.根據權利要求18所述的操作儲能系統的方法，其中所述第一閾值和所述第二閾值與所述第二電能的值改變相同的量。
20.根據權利要求18所述的操作儲能系統的方法，進一步包括在所述轉換器在所述斷模式下時，在所述第一電能的值的變化介于所述第一閾值與所述第二閾值之間時使所述轉換器保持在所述斷模式下。
21.根據權利要求18所述的操作儲能系統的方法，進一步包括在所述轉換器在所述斷模式下時，在所述第一電能的值位于所述第一閾值之上時或者在所述第一電能的值位于所述第二閾值之下時，操作所述轉換器以退出所述斷模式。
22.根據權利要求21所述的操作儲能系統的方法，進一步包括在所述轉換器退出所述斷模式之后，根據所述第一電能的值以及所述第一閾值和所述第二閾值使所述轉換器在所述放電模式或所述充電模式下操作。
23.根據權利要求18所述的操作儲能系統的方法，其中所述第一閾值或所述第二閾值中的至少一個介于上滯后值與下滯后值之間，并且所述方法進一步包括在所述第一電能的值的變化介于所述上滯后值與所述下滯后值之間時使所述轉換器保持在所述斷模式下。
全文摘要
提供了一種儲能系統及其控制方法。相應地，所述儲能系統的操作模式被穩定地改變。所述儲能系統包括電池；逆變器，用于從外部電源接收第一電能并產生第二電能；以及轉換器，連接在所述電池與所述外部電源和所述逆變器兩者之間。所述轉換器被配置為進入介于用于對所述電池充電的充電模式與用于對所述電池放電的放電模式之間的斷模式。
文檔編號H02J7/00GK102593956SQ201110156830
公開日2012年7月18日 申請日期2011年6月3日 優先權日2011年1月12日
發明者李成任 申請人:三星Sdi株式會社