能量存儲系統和模塊通信的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種能量存儲系統，其適用于同步執行本地和非本地電源電網的控制和系統任務，并涉及一種用于所述能量存儲系統的主模塊，還涉及一種操作所述能量存儲系統的方法。
【背景技術】
[0002]運行一個電源電網的能量是由各種不同類型的發電站提供的。在此，大多數的發電站，例如核電站、燃煤電站、燃氣電站、風力發電站、沼氣站、或太陽能電站，只不過是將能量輸送至非本地電源電網的發電機。例如，非本地電源電網為配電網和輸電網，例如在德國，它們是由Ampr1n, 50Hertz, Tennet,和TransnetEnBW運營的。這些輸電網為歐洲廣域同步電網的一部分。上述發電站僅僅以發電機的的身份存在時，它們不能從電網中帶走任何額外的能量并將其存儲以備不時之需。相比之下，能量存儲系統可被用于從電源電網中吸收能量并將能量釋放到電源電網。例如，能量存儲系統為中央能量存儲系統，比如抽水蓄能電站，或者分散的能量存儲系統，比如電池存儲設備或飛輪能量存儲單元。抽水蓄能電站為能量存儲系統，其在很大程度上不受制于天氣的變化并且通常一直是可利用的狀態。通常，中央能量存儲系統被設計成擁有巨大的容量。由于該可用的容量，這些系統被適用于為非本地電源電網提供儲能，從而在非本地電源電網中合適地生效。取決于其總尺寸，抽水蓄能電站可具有幾個100MW或更多的容量，然而，在大多數情況下，發電機被設計為在滿載條件下產生電流，并且能夠以合適的效率及時地利用抽水蓄能電站的全容量。此操作方法并不適于穩定或改善與抽水蓄能電站容量相比其電力需求可忽略的小型本地電力供應系統的質量。
[0003]集中使用的電池存儲設備目前正在建設中，其目的是實施電網穩定(非本地化)任務(儲能)的實驗性的操作方法。然而，迄今為止已經規劃的設備并沒有完成任何本地化任務。然而，作為原則的問題，由于其輸出、容量和老化之間的固有關系，電池存儲系統并不十分適于這些應用，如每天多個負債周期，和由于溫度影響、系統故障與操作錯誤而迅速的降級。出于此原因，電池存儲設備需要高強度的維護。由于其具有高火災和化學風險性，電池存儲設備另外表現出環境和/或水危害性，在保護和安全方面也非常復雜。
[0004]通常，分散的能量存儲系統為穩定本地電力需求而進行了優化，卻并沒有為輸送儲能用以支持非本地電源電網而進行設計，也沒有此方面的資格。這些系統不能促成滿足所有電源電網的需求。用于形成本非和非本地都能運行的分散存儲系統的互聯到目前為止并沒有實現。
[0005]出于這個原因，最好擁有一個有效可用的能量存儲系統，該系統允許取得本地電網質量方面的改進，并同時取得所需非本地電源電網的能量供應安全方面的改進，還能因此作為一個為該兩個目的都具有足夠效果的能量存儲系統而被運行。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種有效的能量存儲系統，其允許實現取得本地電網質量方面的改進，并同時取得所需非本地電源電網的能量供應安全方面的改進。
[0007]此問題被一個具有系統存儲容量和/或系統輸出且具有不止一個能量存儲模塊的能量存儲系統所解決，每個所述能量存儲模塊具有模塊存儲容量和模塊輸出，所述能量存儲模塊的特點為具有一個或更多的電源連接，電源連接至少連接到一個非本地電源電網，從而執行非本地電源電網中的非本地化控制和系統任務，和/或連接到一個或更多的本地電源電網，從而執行本地電源電網中的本地化控制和系統任務，這是通過從連接的電源電網中吸收能量和向連接的電源電網中釋放能量來完成的，，并且所述能量存儲模塊通過一個或多個數據線互相連接；其中，能量存儲模塊其中之一被設置為主模塊，而其它能量存儲模塊被設置為從模塊，并且該主模塊設置用于對連接到數據線的所有能量存儲模塊的全面控制，而且，至少該主模塊包含至少一個接口，用于接收關于要執行的該本地化和非本地化控制和系統任務的外部控制命令，還包含一個為了存儲和執行外部控制命令的主控單元，其中，為了執行該外部控制命令，該主控單元是為了具有所有與其連接的能量存儲模塊的模塊存儲容量和模塊輸出，并為了只在不需要用于本地化的控制和系統任務的系統存儲容量和/或系統輸出的部分范圍內，執行該非本地化控制和系統任務。
[0008]通過使用所述能量存儲系統作為一個分散的中間存儲系統，其特征在于各自連接到本地和/或非本地電源電網，該本地電網質量可通過現場本地化控制和系統任務得到改進，同時，正能量(注入該電網)或負能量(從該電網中吸收的能量)被提供給該非本地化電源電網，用于電源電網調控，以便執行非本地化控制和系統任務。以合適的方式，通過同步執行本地化和非本地化任務并同步控制所有連接的電源電網，能夠同步且有效地滿足連接的本地和非本地電源電網中的需求。此外，基于本地化和非本地化需求的結合(有效的能量存儲系統)，該系統存儲容量和該系統輸出可被有效利用，從而有助于節約資源。由于該模塊化結構包含一個主模塊，其控制了該能量存儲系統和將所需任何數量的從模塊連接到主模塊的選擇，該能量存儲系統的總容量(系統容量)和總輸出(系統輸出)可被適用于本地和/或非本地電源電網中的需求，并且，依據電網質量和可用的儲能，可以達成運行費用和運行收益之間的一個公平的折中方案。由于該模塊化結構，在運行的后期，擴大或縮小所需的能量存儲系統也成為可能，例如，為了能夠對連接的電源電網中不同的能量需求作出響應。因此，該能量存儲系統能夠一直有效運行，即不會有未使用的過剩容量。為了擴大根據本發明所述的模塊能量存儲系統，僅需連接一個新加入的能量存儲模塊到數據線，延伸到該主模塊和該能量存儲系統的電源連接，例如，連接到用于該能量存儲模塊的該公共連接點。在一個實施例中，每一個能量存儲模塊都具有一個唯一的標識，通過此標識，其可識別自身和其功能，例如，在能量存儲系統和該系統互聯中傳輸的運行數據。在一個實施例中，該主模塊和從模塊的電源連接具有一個用于被連接到該電源電網的公共連接點。因此根據本發明所述的能量存儲系統有助于根據需求(可擴展性)快速并容易地擴展該總存儲容量和該總輸出。為了實現該模塊化結構，每一個能量存儲模塊包含一個電源連接，從而每一個能量存儲模塊都適用于以一個連接到一個或更多電源電網的單獨的電子連接為特色，并且在技術系統裝置方面，能夠以很大程度上自主的的方式被操作。該術語“電源連接”應理解為是指以允許的方式適于連接到電源電網的任何一個電子接口。連接到該非本地電源電網和一個或更多的本地電源電網之一的連接，可被本領域技術人員以一種合適的方式配置，其中該連接是設計成這樣的，該電源電網(本地和非本地的)可被供應來自該彼此獨立的能量存儲系統的所需的能量，或者能量可從該電源電網中輸出。該能量存儲模塊之間的數據線可以具有任何合適的形式。在一個實施例中，該數據線被配置為一種數據總線系統，例如，CAN總線、現場總線或以太網。例如，該主模塊和連接的從模塊之間的通信可通過一份報告協議被積極地實現，其中，為了發送所述的報告協議，該分別接收的能量存儲模塊，該從模塊和/或主模塊可通過給出合適答案或作出合適反應的方式對該報告協議作出響應。由于直接請求信號，通信也可被該主控單元所啟動。
[0009]在此，該能量存儲系統既可被直接連接到一個非本地電源電網或連接到一個或更多的本地電源電網，或者該能量存儲系統又可通過一個連接著的本地電源電網被間接連接到一個非本地電源電網，只要該本地電源電網為非本地電源電網的一部分，即其被連接到非本地電源電網中。例如，本地化的控制和系統任務是保障本地所需的線電壓，通過調節該電壓信號的振幅和相位來保障無功功率補償，保障本地能量儲備向可能另外連接到的用電大戶或者啟動峰值的供應，還保障本地過剩的能量的存儲。例如，非本地化控制和系統任務為主要或次要備用電源的供應。在該電源電網中有突發事件的情況下，該備用電源保證了向電力客戶精確地供應所需的電力。為實現此，能夠產生備用電源的電站的輸出可被臨時調整，或迅速地啟動能量存儲系統，例如根據本發明所述的能量存儲系統，可被使用。所述的主要備用電源用于糾正該提供的物理電源和所需求的電源之間的失衡，其目的是恢復穩定的行頻。所述次要備用電源旨在差值出現之后恢復提供的物理電源和所需求的電源之間的平衡，其中，與主要用電源對比，只對該特定控制區中的情況，包括與其他控制區的電力交換進行考慮。此外，另外的非本地化控制和系統任務為:為支持黑啟動的能量存儲系統的供應，功率峰值的一般存儲，還有在非本地化電源電網中的無功功率補償。針對本地和/或非本地電源電網的另外的本地化或非本地化控制和系統任務，與已經存在的能量供應者聯合，成為電源冗余(失效保護操作)的供應，并且成為無功功率管理。
[0010]一個適于被作為主控模塊使用的能量存儲模塊必須至少包含一個主控單元和一個用于接收外部控制命令的借口。只要一個能量存儲系統的多于一個能量存儲模塊中的一個能量存儲模塊滿足這些要求，由于其設備，此能量存儲模塊就能被作為主控模塊。然而如果多個能量存儲模塊滿足該組件相關的要求，那么這些能量存儲模塊中的任何一個都可以被定義為主控模塊。例如，基于該硬件或軟件，此定義可被指定在該能量存儲系統的安裝上。在進一步的示例性實施例中，該合適的能量存儲模塊本身以一種有組織的方式確定一個主控模塊也是可能的。通過這種方式，確保了在所需的能量存儲模塊的任何組合中，總是有一個能量存儲模塊承擔主控模塊的角色，并且在所有的連接已經被建立后，該能量存儲系統會自動準備就緒。例如，完成啟用后，該合適的能量存儲模塊的控制單元被設計為發送一個主信號，于是，該發送上述主信號的第一個能量存儲模塊自動成為了該能量存儲系統中所述的主模塊。隨后，其他的能量存儲模塊會自動變成從模塊。在本發明范圍中，本領域技術人員也可提交其他選擇標準，用于確定該能量存儲模塊中的主模塊。
[0011]在此，該非本地電源電網是指以跨區的方式擴展到非常大范圍的一個電源電網，并且該非本地化控制和系統任務在其中被執行。例如，非本地電源電網為輸電網(公共電源電網)。例如在德國，該公共電源電網由四個輸電網組成，它們由網絡運營商Ampr1n、50Hertz、Tennet和TransnetEnBW所運營。該四種傳輸網絡一起形成了德國的系統控制網絡(在控制權方面的協作)。在其他國家，合適的傳輸網絡由其他網絡運營商所運營。在傳輸網絡中，電源電網的頻率保持在一個穩定值(頻率控制)。在歐洲的上級廣域同步電網由在個別狀態的各自的傳輸網絡組成，其也必須被視為非本地電源電網，然而，目前僅有為了備用電源的標準已明確。該非本地化控制和系統任務在各自的傳輸網絡中被實施。本發明所述的本地電源電網為電源系統，上述本地化的控制和系統任務在其中被執行。通常，本地電力供應系統在空間中被相當地分隔開，例如，一個在設備現場的室內電源系統或者一個在建筑或建筑群內的電源系統。
[0012]該術語“接收”是指任何類型的活動，在其中外部數據被發送到能量存儲系統。例如這些外部數據是控制命令，在其基礎上，該能量存儲系統被該主控系統所控制。該外部數據通過外部系統被傳輸，例如，為了本地化控制和系統任務的本地電源電網的控制系統，和/或非本地電源電網的控制系統，一個高級的互聯控制或為了本地化和/或非本地化控制和系統任務的本地測量點。這些控制命令包括該本地化和非本地化控制和系統任務，在其可能性和其他一般條件的范圍內，其通過根據本發明所述的能量存儲系統而被執行。例如，該傳輸可通過一個通信網絡被實現。該能量存儲系統包含一個或更多的接口用于接收外部數據。所述接口可以是任何適于此目的的接口。根據該連接的通信網絡，該接口可形成以建立一個連接，例如，連接到一個基于無線的網絡，一個移動網絡，一個高可用性連接，一個基于IECG的網絡，一個有線電話網，一個電源電網中借助電源電纜的數據連接，或者一個計算機網絡(例如因特網)。該優勢在于多個可選接口至少在該主控模塊中可用。如果發生了通過上述網絡之一的一個連接中斷，該主控模塊可被設計為通過一個替代網絡借助一個主模塊的不同接口重新建立連接。由于接口冗余，可能的重要控制命令仍然可通過可選的通信網絡被接收到。其中，潛在的子通信網絡是基于無線的、基于電纜的或基于電流的通信網絡，例如，通過移動網絡、互聯網、普通電話網或者借助于供電網絡中的電源電纜通過一個數據連接。但是，該外部數據(控制命令)也可通過從一個相應的數據載體驅動(例如一個⑶-ROM)被讀取的一個接口或通過一個數據載體接口(例如一個一個USB閃存盤)而被一個數據載體所接收。或者，該外部控制命令也可通過一個相應的用戶界面(屏幕和鍵盤)而被直接輸入所接收。
[0013]在一個實施例中，所述的能量存儲系統被連接到一個非本地電源電網和一個或更多的本地供電網絡。這里，在各自連接的電源電網中該本地化和非本地化控制和系統任務以邏輯方式分別被執行。在一個進一步的實施例中，該能量存儲系統僅被連接到一個或更多的本地電源電網，至少其中之一被連接到該非本地供電網絡。在此例中，該非本地化控制和系統任務在各自的本地電源電網中被執行，而該非本地化控制和系統任務在該非本地電源電網中通過連接在該非本地電源電網上的本地電源電網被執行。在某些運行狀態，例如，在一個或多個電源電網故障的情況下，出于安全原因，一個能量存儲系統也能夠從該非本地電源電網被完全斷開。例如，此斷開可能在時間上有限制。同樣也可適用于該本地電源電網。
[0014]其中，根據本發明所述的能量存儲模塊可以是任何合適的能量存儲模塊類型，由于其存儲性能和存儲參數，其不僅能夠承擔本地化控制和系統任務，而且另外也能夠通過提供主要或次要備用電源承擔非本地網絡中的非本地化控制和系統任務