電力輔助單元和電力輔助系統的制作方法
【技術領域】
[0001]這里的一個或多個實施例涉及電力輔助單元和系統。
【背景技術】
[0002]對來自太陽、風和其他自然能源的電力的高效利用仍然是令人感興趣的。從自然能源發電往往是不穩定且不規律的，因為其依賴于天氣或環境條件。
[0003]已提出了各種方案來提高基于自然能源的發電系統的效率。一種方案涉及使用蓄電池系統(storage cell system)。例如，電力傳輸線可用于將由風力發電機生成的電力經由變壓器發送到電力系統。基于電容器的蓄電池系統可經由變壓器耦合到該傳輸線。
[0004]然而，因為變化的天氣條件，此方案不能夠可靠地供應電力。另外，難以準確地預測使用此方案所需的蓄電池的容量。另外，此方案以高速率執行充電和放電操作以便照顧至IJ輸出電力的變化，例如，因為蓄電池系統的電池的充電和放電時間傾向于較短，所以執行充電和放電的次數被增大。另外，蓄電池的壽命周期隨著時間的流逝而惡化，因為蓄電池上的負載由于以高速率執行充電和放電操作而增大。
[0005]另一種方案涉及在電源與負載之間使用可再充電電池。然后在可再充電電池上連續執行電力補償操作。例如，可再充電電池被劃分成用于永久電力補償操作的第一組和用于電力補償操作的第二組。第二組的可再充電電池在需要時可代替第一組中的可再充電電池被使用，并且在第一組的可再充電電池被回收和充電時被回收和充電。
[0006]然而，永久電力補償操作僅被用于第一組的可再充電電池中。另外，因為以高速率執行充電和放電操作以便照顧到輸出電力的變化，所以第一組的可再充電電池的壽命周期因為第一組中的電池被連續使用而惡化。另外，電池的數目和所需的存儲容量增大了成本。
[0007]另一方案涉及使用包括連接到DC總線的存儲設備(storage device)的DC饋送電力系統。這些存儲設備基于來自DC總線的電力來執行充電和放電操作。然而，難以利用此方案以高速率執行充電和放電操作，因為負載直接連接到DC總線。
【發明內容】
[0008]根據一個或多個實施例，一種電力輔助裝置包括:分支電力線，該分支電力線連接到自然能量發電系統的主線，該自然能量發電系統連接到第一系統；連接到分支電力線的第一電力存儲設備；連接到分支電力線的電力輔助DC/DC轉換器；以及連接到電力輔助DC/DC轉換器的下游側的第二電力存儲設備。
[0009]自然能量發電系統可包括被自然能量旋轉的旋轉體、要被旋轉體驅動的同步發電機以及同步發電機與系統之間的電力轉換器，電力轉換器包括執行AC/DC轉換的第一逆變器和執行DC/AC轉換的第二逆變器，第一逆變器和第二逆變器串聯連接，并且分支電力線連接到DC主線，該DC主線連接第一逆變器和第二逆變器。
[0010]自然能量發電系統可包括被自然能量旋轉的旋轉體、要被旋轉體驅動的感應發電機以及感應發電機的次級繞組中的電力轉換器，電力轉換器包括執行AC/DC轉換的第一逆變器和執行DC/AC轉換的第二逆變器，第一逆變器和第二逆變器串聯連接，并且分支電力線連接到DC主線，該DC主線連接第一逆變器和第二逆變器。
[0011]主線可包括AC主線并且電力輔助裝置包括連接到AC主線的逆變器，分支電力線連接到逆變器的下游側并且通過逆變器連接到AC主線。第一電力存儲設備可具有比第二電力存儲設備高的輸出電壓。
[0012]該裝置可包括與來自分支電力線的分支之后的電力線相對應的電力線中的DC斷路器，DC斷路器被放置在第一電力存儲設備側以從電氣上導通或切斷第一電力存儲設備和分支電力線。
[0013]逆變器可連接到與第一系統不同的第二系統，并且當從自然能量發電系統供應到第一系統的電力被停止或者供應到第一系統的電力被停止時，電力可通過逆變器被從第一電力存儲設備或第二電力存儲設備中的至少一個供應到第二系統。
[0014]自然能量發電系統可包括:總體控制器，其輸出總體控制信號來控制第一電力存儲設備和第二電力存儲設備的充電和放電；接口，其接收總體控制信號，基于總體控制信號生成控制第一電力存儲設備的充電和放電的第一電池控制信號，將第一電池控制信號輸出到第一電力存儲設備，生成控制第二電力存儲設備的充電和放電的第二電池控制信號，并且將第二電池控制信號輸出到第二電力存儲設備，并且其中:可控制第一充電和放電控制和第二充電和放電控制以使得第一充電和放電控制和第二充電和放電控制被交替選擇，其中第一充電和放電控制和第二充電和放電控制可由總體控制器通過接口單元來控制，并且其中:第一充電和放電控制可包括對第一電力存儲設備和第二電力存儲設備當中的第一設備充電和放電并且同時停止對第一電力存儲設備和第二電力存儲設備當中的第二設備充電和放電，并且第二充電和放電控制可包括對第二設備充電和放電并且同時停止對第一設備充電和放電。
[0015]由總體控制器輸出的總體控制信號可包括對電力輔助DC/DC轉換器執行通/斷控制的轉換器控制命令，并且接口可基于轉換器控制命令向電力輔助DC/DC轉換器輸出控制電力輔助DC/DC轉換器的轉換器控制信號。
[0016]根據一個或多個其他實施例，一種電力輔助系統包括:根據本文描述的一個或多個實施例的電力輔助裝置，以及總體控制器，其控制第一電力存儲設備和第二電力存儲設備的充電和放電，總體控制器交替執行第一充電和放電控制和第二充電和放電控制，其中:第一充電和放電控制包括對第一電力存儲設備和第二電力存儲設備當中的第一設備充電和放電并且同時停止對第一電力存儲設備和第二電力存儲設備當中的第二設備充電和放電，并且第二充電和放電控制包括對第二設備充電和放電并且同時在被停止時對第一設備充電和放電。
[0017]總體控制器可在第一充電和放電控制中對第一設備充電和放電并且停止對第二設備的充電和放電以使得SOC變成Ql %或更小，并且在第二充電和放電控制中對第二設備充電和放電并且停止對第一設備的充電和放電以使得SOC變成Q2 %或更小，其中滿足Ql =50并且Q1〈Q2 = 100，并且其中第二充電和放電控制的時間小于第一充電和放電控制的時間。
[0018]根據一個或多個其他實施例，一種電力輔助系統包括根據本文描述的一個或多個實施例的電力輔助裝置；總體控制器，其控制第一電力存儲設備和第二電力存儲設備的充電和放電，其中總體控制器交替執行第一充電和放電控制和第二充電和放電控制，其中:在第一充電和放電控制中，第一電力存儲設備和第二電力存儲設備當中的第一設備被充電和放電以使得第一設備具有Ql%或更小的SOC，其中滿足Ql = 50，并且第一電力存儲設備和第二電力存儲設備當中的第二設備的充電和放電被停止，并且在第二充電和放電控制中，第一設備被充電和放電以使得滿足Q1+Q2 = 100并且第一設備的SOC變成Ql %或更小，并且第二設備被充電和放電以使得第二設備的SOC變成Ql %或更大到Q2%或更小。
[0019]根據一個或多個其他實施例，一種電力輔助系統包括:根據本文描述的一個或多個實施例的電力輔助裝置；總體控制器，其控制第一電力存儲設備和第二電力存儲設備的充電和放電，其中總體控制器交替執行第一充電和放電控制和第二充電和放電控制，其中:在第一充電和放電控制中，第一電力存儲設備和第二電力存儲設備當中的第一設備被充電和放電以使得第一設備具有Ql %或更小的S0C，其中滿足Ql = 50，并且第一電力存儲設備和第二電力存儲設備當中的第二設備的充電和放電被停止，并且在第二充電和放電控制中，第一設備被充電和放電以使得滿足Q1+Q2 = 100并且第一設備的SOC變成Ql %或更小，并且第二設備被充電和放電以使得第二設備的SOC變成Ql %或更大到Q2%或更小。
[0020]總體控制器可接收指示所生成的電力的狀態的電力監視信號，并且基于電力監視信號計算與分支電力線的輔助電力相對應的充電和放電命令波形并且執行第一充電和放電控制和第二充電和放電控制以使得分支電力線的充電和放電波形變成該充電和放電命令波形。
[0021]總體控制器可對基于具有基于電力監視信號計算出的幅度和充電和放電周期的三角波和方波的組合的三角波近似分段，生成要被應用到第一充電和放電控制的第一充電和放電命令和要被應用到第二充電和放電控制的第二充電和放電命令并且控制第一電力存儲設備和第二電力存儲設備。
[0022]總體控制器可接收指示電力的狀態的電力監視信號，基于電力監視信號計算與分支電力線的輔助電力相對應的三角波的充電和放電命令波形，將三角波分段成要被應用到第一充電和放電控制的第一充電和放電命令和要被應用到第二充電和放電控制的第二充電和放電命令，并且控制第一電力存儲設備和第二電力存儲設備。
[0023]總體控制器可執行:第三充電和放電控制，其中Ql = 50，第一電力存儲設備和第二電力存儲設備的第一設備被充電和放電以使得第一設備的SOC變成Ql %或更小，并且同時第二設備的充電和放電被停止；第四充電和放電控制，其中Q1+Q2 = 100，第一設備被充電和放電以使得第一設備的SOC變成Ql %或更小，并且同時第二設備被充電和放電以使得第二設備的SOC變成Ql %或更大到Q2 %或更小；以及第五充電和放電控制，其中第一充電和放電控制和第二充電和放電控制被組合，以及第六充電和放電控制，其中第三充電和放電控制和第四充電和放電控制被按預定比率組合。
【附圖說明】
[0024]通過參考附圖詳細描述示范性實施例，特征對于本領域技術人員將變得清楚，附圖中:
[0025]圖1示出了風力發電系統和電力輔助系統的實施例；
[0026]圖2A和2B示出了第一電力檢測信號的電力波形的示例；
[0027]圖3A至3C示出了第一充電和放電模式的示例波形；
[0028]圖4A至4C示出了第二充電和放電模式的示例波形；
[0029]圖5A至5C示出了第三充電和放電模式的示例波形；
[0030]圖6A至6C示出了第四充電和放電模式的示例波形；
[0031]圖7A至7C示出了第五充電和放電模式的示例波形；
[0032]圖8示出了風力發電系統和電力輔助系統的另一實施例；
[0033]圖9示出了風力發電系統和電力輔助系統的另一實施例；
[0034]圖10示出了風力發電系統和電力輔助系統的另一實施例；
[0035]圖11示出了風力發電系統和電力輔助系統的另一實施例；
[0036]圖12示出了風力發電系統和電力輔助系統的另一實施例；
[0037]圖13A至13D示出了充電和放電模式的示例波形；
[0038]圖14A至14D示出了另一充電和放電模式的示例波形；
[0039]圖15示出了風力發電系統和電力輔助系統的另一實施例；
[0040]圖16示出了風力發電系統和電力輔助系統的另一實施例；
[0041]圖17示出了風力發電系統和電力輔助系統的另一實施例；
[0042]圖18示出了風力發電系統和電力輔助系統的另一實施例；
[0043]圖19示出了風力發電系統和電力輔助系統的另一實施例；并且
[0044]圖20示出了風力發電系統和電力輔助系統的另一實施例。
【具體實施方式】
[0045]以下參考附圖更充分描述示例實施例；然而，這些實施例可以以不同形式來體現，而不應當被解釋為僅限于本文記載的實施例。更確切地說，提供這些實施例是為了使得本公開將會透徹且完整，并且將會把示范性實現方式充分地傳達給本領域技術人員。實施例可被組合以形成額外的實施例。
[0046]第一實施例
[0047]圖1示出了風力發電系統10和電力輔助系統2的實施例。風力發電系統10是連接到系統40的自然能量發電系統。風力發電系統10包括風車11 (例如，被風旋轉的主體)、連接到風車11的旋轉軸并被該旋轉體驅動的同步發電機12以及轉換由同步發電機12生成的電力的電力轉換單元13。
[0048]電力轉換單元13包括第一發電系統逆變器13a和第二發電系統逆變器13b。第一發電系統逆變器13a經由主線Lll接收由同步發電機12生成的AC電力，將AC電力轉換成DC電力(例如，AC/DC轉換)，并且將DC電力輸出到主線L12。第二發電系統逆變器13b將主線L12的DC電力轉換成AC電力(例如，DC/AC轉換)并且將AC電力輸出到主線L13。
[0049]主線L13連接到系統40，變壓器42介于其間。因此，風力發電系統10的輸出電力被變壓器42變換并被供應到系統40。由風力發電系統10和用于該系統的電源41供應的電力被通過變壓器43或變壓器45供應到工廠44或家庭46。
[0050]電力輔助系統2包括連接到風力發電系統10的主線L12的電力輔助單元20和被配置為總體控制電力輔助單元20的總體控制單元29。
[0051]電力輔助單元20包括有一端連接到風力發電系統10的主線L12的斷路器21、連接到斷路器21的另一端的分支電力線L22、作為連接到分支電力線L22的第一電力存儲設備的第一電池組(cell bank) 23、連接到分支電力線L22的電力輔助DC/DC轉換器24、作為通過電力線L23連接到電力輔助DC/DC轉換器24的下游側的第二電力存儲設備的第二電池組25以及接口單元26。
[0052]在示范性實施例中，在電力輔助單元20的情況下，接近主線L12的那側被稱為上游側，并且遠離主線L12的那側被稱為下游側。
[0053]斷路器21改變風力發電系統10的主線L12與電力輔助單元20的分支電力線L22之間的切斷/導通。當電力輔助單元20執行電力輔助操作時(例如，當第一電池組23和/或第二電池組25執行充電和放電時)，斷路器21將主線L12和分支電力線L22導通。
[0054]如果在一側生成過電流或者發生異常(例如，如果由于雷擊而生成異常電壓)，則斷路器21自動地或者在總體控制單元29的控制下(通過沒有示出的控制信號線)切斷主線L12與分支電力線L22之間的連接。
[0055]第一電池組23對應于高速率的充電和放電，并且可例如由鋰離子電池形成。第一電池組23具有與風力發電系統10的主線L12相同的端子電壓，例如第一電池組23的端子電壓可以是800V。
[0056]第二電池組25被配置為對應于高速率的充電和放電，并且可例如由鋰離子電池形成。第二電池組25可具有與第一電池組23相同的端子電壓。例如，如果第一電池組23的端子電壓是800V，則第二電池組25可被配置為具有3V或更大和600V或更小的端子電壓。
[0057]第一電池組23或第二電池組25的端子電壓可通過改變鋰離子電池中使用的電池的類型和數目來預先確定。第二電池組25的端子電壓在另一實施例中可具有不同的電壓范圍。例如，第二電池組25的端子電壓可以是600V或更大，并且可與第一電池組23的端子電壓相同。
[0058]在示范性實施例中，第一電池組23和第二電池組25由鋰離子電池形成。在其他實施例中，第一電池組23和第二電池組25可由不同類型的電池形成，例如但不限于鉛電池、NaS電池和N1-Cd電池。
[0059]電力輔助DC/DC轉換器24連接到第二電池組25的輸出端子，并且可通過提升輸出端子的電壓來連接到分支電力線L22。電力輔助DC/DC轉換器24的輸入電壓范圍被設置在根據第二電池組25的端子電壓的預定范圍的范圍內。通過采用這種配置，可以靈活地改變第二電池組25的存儲容量。
[0060]因此，例如，如果在安裝風力發電系統10和電力輔助單元20之后要依據使用條件改變電力輔助單元20的整體存儲容量，則通過改變電力輔助單元20的存儲容量，例如通過改變第二電池組25的電池的數目，可執行精細控制。
[0061]另外，由于電力輔助DC/