包括電池儲能系統的電力供應系統的制作方法

包括電池儲能系統的電力供應系統的制作方法
【專利摘要】公開了一種電力供應系統。根據實施方式的電力供應系統包括：充電控制單元，其被配置為控制電池儲能系統的充電/放電；以及系統控制單元，其被配置成接收從電池儲能系統輸出的電能的量，根據接收到的電能的量和所述充電控制單元的額定輸出來確定將要分配給多個充電控制單元中的每一個的電能的量，并且根據確定的結果并行控制各所述充電控制單元。
【專利說明】
包括電池儲能系統的電力供應系統
技術領域
[0001]本公開涉及為電力系統提供一種輔助服務，特別是，涉及一種用于操作用于控制電池輸出的充電控制單元的方法。
【背景技術】
[0002]電能由于易于輸送和轉化，而被廣泛使用。為了有效地利用這樣的電能，而使用了一種電池電力供應系統。該電池電力供應系統接收電力而充電。此外，當需要電力時，該電池電力供應系統釋放所充的電力。通過這樣，該電池電力供應系統可以靈活地供應電力。
[0003]具體而言，當發電系統包括電池電力供應系統時，該電池電力供應系統將進行如下操作。當負載或系統過載時，電池電力供應系統釋放所儲存的電能。當負載或系統輕負載時，電池電力供應系統從發電機或系統接收電力而被充電。
[0004]在電池電力供應系統獨立于發電系統的情況下，電池電力供應系統從外部電源接收閑置電力而被充電。此外，當系統或負載過載時，電池電力供應系統通過將所充的電力釋放而供應電力。
[0005]電力供應系統是指用于存儲由發電站過量產生的電力或不規律地產生的新的可再生能量，然后當臨時電力短缺時將電力進行輸送的存儲裝置。
[0006]具體而言，為了在必要時向需要的地方提供能量，電力供應系統在電力系統中存儲電力。換句話說，電力供應系統是包括存儲器的組件，其中系統與類似于典型的二次電池的產品集成。
[0007]電力供應系統已經成為存儲諸如風能等非穩定產生的能量并在必要時穩定地向電力系統供應回存儲的能量的基本裝置，其中風能是一種目前廣泛應用的新的可再生能源。如果沒有提供電力供應系統，由于依賴于風或陽光等不穩定的電力供應，電力系統可能會發生諸如突然停電等嚴重的問題。因此，在這種環境中，存儲領域就變得更加重要，并且擴大到本地電力存儲系統領域。
[0008]這樣的儲能系統安裝在發電系統、輸送/配電系統以及電力系統的消費者處，并用于諸如頻率調節、穩定使用新的可再生能源的發電機的輸出，峰值調節、負載均衡、應急供電等各種目的。
[0009]電力供應系統根據存儲類型大致分為物理儲能型和化學儲能型。物理儲能型可以使用栗送式發電、壓縮空氣存儲、飛輪等，而化學儲能型可以使用鋰離子電池、鉛蓄電池、鈉硫電池等。

【發明內容】

[0010]實施方式提供了一種電力供應系統，其中，系統控制單元借助于充電控制單元的自適應結構有效地控制充電控制單元。
[0011]實施方式還提供了一種電力供應系統，其中，對每個充電控制單元控制電池的輸出，使得充電控制單元能夠容易地更換。
[0012]在一個實施方式中，包括電池電力供應系統的電力供應系統包括:充電控制單元，其被配置為控制電池儲能系統的充電/放電；以及，系統控制單元，其被配置成接收從電池儲能系統輸出的電能的量，根據接收到的電能的量和所述充電控制單元的額定輸出來確定待分配給多個充電控制單元中的每一個的電能的量，并且根據所確定的結果并行控制充電控制單元。
[0013]系統控制單元根據各充電控制單元的額定輸出的等級確定待分配給各充電控制單元的電能的量。
[0014]系統控制單元根據確定的結果只控制各充電控制單元中的一部分。
[0015]系統控制單元考慮對電源供應系統進行輸入的時間的信息、天氣信息、或剩余電池容量信息以及額定輸出中的至少一個以確定待分配給各充電控制單元的電能的量。
[0016]在以下附圖和說明中闡述了一個或更多實施方式的詳細內容。通過說明書、附圖以及權利要求書，其他特征將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0017]圖1是示出電力供應系統的整體結構的框圖。
[0018]圖2是示出根據實施方式的電力供應系統的框圖。
[0019]圖3是示出根據實施方式的小容量的電力供應系統的框圖。
[0020]圖4是示出根據實施方式的電力市場的結構的概念圖。
[0021]圖5A和圖5B示出了根據實施方式的多個充電控制單元被并行控制。
[0022]圖6是示出根據實施方式的并行操作電力供應系統中的多個充電控制單元的過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]下面，將參照附圖對各實施方式進行更詳細地描述。在下面的描述中，考慮到便于描述而給出或換用指代組件的術語“模塊”和“單元”，它們并不一定具有不同的含義或功會K。
[0024]實施方式的效果和特征，及其實施方法將通過參照附圖對下面實施方式的描述而闡明。然而，實施方式可以以不同形式實施，而不應被解釋為限于這里闡述的實施方式。相反，提供這些實施方式是為了使本公開徹底和完整，并充分地向本領域的技術人員傳達實施方式的范圍。另外，本發明僅由權利要求的范圍而限定。整個公開中相同的標號指代相同的組件。
[0025]在描述實施方式時，為了不會不必要地模糊實施方式的題材，將不提供關于公知的功能或配置的詳細描述。另外，由于這里使用的術語是考慮實施方式中的功能而被定義的，它們可以根據操作者的意圖或實踐而改變。因此，需要基于本發明的整體內容做出定義。
[0026]附圖中的每個方框和流程圖的每個步驟的組合也可以由計算機程序指令執行。由于計算機程序指令可以在通用計算機的處理器、專用計算機或其他可編程數據處理設備上加載，由計算機的處理器或其它可編程數據處理設備執行的指令創建了執行附圖中的每個方框或流程圖的每個步驟所描述的功能的手段。由于為了以特定的方式執行功能，計算機程序指令還可以存儲在可以針對計算機或其它可編程數據處理設備的計算機可用或計算機可讀存儲器中，存儲在計算機可用或計算機可讀存儲器中的指令也可以產生這樣的產品項目，該項目包括執行附圖中的每個方框和流程圖的每個步驟中描述的功能的指令手段。由于該計算機程序指令還可以安裝在計算機或其他可編程數據處理設備上，因此，通過在計算機或其它可編程數據處理設備上執行一系列操作以創建由計算機執行的進程，操作計算機或其它可編程數據處理設備的指令還可以提供用于執行附圖中的每個方框和流程圖的每個步驟中描述的功能的步驟。
[0027]另外，各方框或各步驟可表示包括用于執行特定邏輯功能(多個)的一個或多個可執行指令的模塊、段或代碼的一部分。此外，應該指出的是，一些替代的實施方式可以以這樣的方式來執行，即該方框或步驟中提到的功能以不同的順序執行。例如，依次示出的兩個塊或步驟，也可以基本上同時執行，或者有時這些塊或步驟也可以根據相應的功能以相反的順序執行。
[0028]圖1是示出電力供應系統的整體結構的框圖。如圖1所示，電力供應系統I可以同發電站2、工廠3、家庭4以及另一個發電站或消費者5—起構成一個平臺。
[0029]根據實施方式，由發電站2產生的能量可以被存儲在電力供應系統I中。此外，存儲在電力供應系統I中的能量可以被輸送到工廠3或家庭4，或者可以被出售給另一個發電站或消費者。
[0030]發電站2產生的電能隨環境或時間而有很大變化。例如，在光伏發電的情況下，發電量會隨天氣條件或日出時間而變化。在這樣的情況下，可能難以穩定地在工廠3或家4中使用所產生的電能。為了克服此限制，在發電站產生的電能可被存儲在電力供應系統中，且所存儲的電能可以穩定地輸出，使得能量可以在工廠3或家庭4中使用。此外，剩余的電能可以被出售給其他消費者5。此外，在工廠3或家庭4消耗比存儲在電力供應系統I中的電能更多的電能的情況下，可從其他發電站5購買電能。
[0031]圖2是示出根據實施方式的電力供應系統的框圖。
[0032]根據實施方式的電力供應系統100包括發電機101、直流/交流(DC/AC)變換器103、AC濾波器105、AC/AC變換器107、系統109、充電控制單元111、電池儲能系統113、系統控制單元115、負載117及DC/DC變換器121。
[0033]發電機101產生電能。在發電機是太陽能發電機的情況下，發電機101可以是太陽能電池陣列。在太陽能電池陣列中多個太陽能電池模塊彼此組合。太陽能電池模塊是用于通過串聯或并聯多個太陽能電池將太陽能轉化成電能以產生預定的電壓或電流的裝置。因此，太陽能電池陣列吸收太陽能并將其轉化成電能。此外，當發電系統是風力發電系統時，發電機101可以是用于將風能轉化為電能的風扇。然而，如上所述，發電系統100可以在沒有發電機101的情況下，只通過電池儲能系統供應電力。在這種情況下，電力供應系統100可以不包括發電機101。
[0034]DC/AC變換器103將DC電力變換成AC電力。DC/AC變換器103經由充電控制單元111接收由發電機101供應的DC電力或從電池儲能系統113放出的DC電力以將接收到的電力變換成AC電力。
[0035]AC濾波器105濾除已變換成AC電力的電力中的噪聲。根據本發明的【具體實施方式】，可以省略AC濾波器105。
[0036]AC/AC變換器107對已濾除噪聲的AC電力的電壓等級進行變換，以便將AC電力供應給系統109或負載117。基于【具體實施方式】，可以省略AC/AC變換器107。
[0037]系統109是將許多發電站、變電站、輸配電線路以及負載相互集成于一體以在其中生成和使用電力的系統。
[0038]負載117從發電系統接收電能并消耗電能。電池儲能系統113從發電機101接收電能并進行充電，或者根據系統109或負載117的電力供應和需求狀態釋放所充的電能。更具體地，當系統109或負載117為輕負載時，電池儲能系統113從發電機101接收閑置電力而進行充電。當系統109或負載117過載時，電池儲能系統113釋放所充電力以將其供應給系統109或負載117。根據時區，系統109或負載117的電力供應和需求狀態可能有很大的差別。因此，電力供應系統100不考慮系統109或負載117的電力供應和需求狀態而統一地供應由發電機101供應的電力是低效率的。因此，根據系統109或負載117的電力供應和需求狀態，電力供應系統100通過使用電池儲能系統113調整供應的電力量。通過這樣，電力供應系統100可高效率地將電力供應給系統109或負載117。
[0039]DC/DC變換器121變換由電池儲能系統113供應或接收的DC電力的等級。根據本發明的【具體實施方式】，可以省略DC/DC變換器121。
[0040]系統控制單元115控制DC/AC變換器103以及AC/AC變換器107的操作。系統控制單元115可以包括用于控制電池儲能系統113的充電和放電的充電控制單元111。充電控制單元111控制電池儲能系統113的充電和放電。當系統109或負載117過載時，充電控制單元111接收電池儲能系統113供應的電力，并將其輸送到系統109或負載117。當系統109或負載117為輕負載時，充電控制單元111接收從外部電力供應源或發電機101供應的電力，并將其輸送給電池儲能系統113。
[0041]圖3是示出根據實施方式的小容量的電力供應系統的框圖。
[0042]根據本發明的實施方式的小容量電力供應系統200包括:發電機101、DC/AC變換器103、AC濾波器105、AC/AC變換器107、系統109、充電控制單元111、電池儲能系統113、系統控制單元115、第一 DC/DC變換器119、負載117以及第二 DC/DC變換器121。
[0043]相比于圖2的系統，圖3的系統還包括第一 DC/DC變換器119。第一 DC/DC變換器119對由發電機101產生的DC電力的電壓進行變換。對于小容量的電力供應系統200，由發電機101產生的DC電力的電壓很低。因此，為了將由發電機101供應的電力輸入到DC/AC變換器103，有必要提升電壓。第一 DC/DC變換器119將由發電機101產生的電力的電壓變換為能夠輸入到DC/AC變換器103的電壓。
[0044]圖4是示出根據實施方式的電力市場的結構的概念圖。
[0045]參照圖4，電力市場包括電力子公司、獨立電力生產商、電力購買協議(PPA)提供者、社區能源供應商、韓國電力交易所、韓國電力公司、客戶、大型客戶以及特定社區的客戶。截至2014年，國內發電企業包括從韓國電力公司分離出來的6個電力子公司和288個獨立電力生產商。
[0046]電力子公司、獨立電力生產商、電力購買協議提供者以及社區能源供應商可以代表發電企業，可以在韓國電力交易所對取決于它們自己的發電機能夠產生的電力的量的發電容量進行競標，并可以在競標中獲得利潤。
[0047]每個電力子公司和每個獨立電力生產商在韓國電力交易所競標他們每臺發電機在每日基礎上的可用的發電容量，且韓國電力交易所運作電力市場。
[0048]韓國電力公司以電力市場中確定的價格購買電力，并向客戶提供所購買的電力。因此，韓國電力公司負責電力傳輸、分配和銷售。
[0049]PPA提供者可能是PPA的承包商，并且，PPA提供者向電力市場對其現有的發電容量進行競標。電力交易的支付并不是按電力市場決定的價格進行結算的，而是按與韓國電力公司的PPA合同進行結算的。此外，所得的結算規則可以被添加到電力市場的結算規則信息中。
[0050]社區能源供應商通過具有一定規模的發電機進行發電，并在其得到許可的地區直接銷售所產生的電力。此外，社區能源供應商可以直接從韓國電力公司或電力市場購買不足的電力，或者可以向韓國電力公司和電力市場出售剩余電力。
[0051]合同電力至少為30，000kW的大型客戶可以在沒有韓國電力公司的干預下直接從電力市場購買所需的電力。
[0052]在電力供應系統100中，用于控制電池儲能系統113的充電控制單元111可以是多個。此外，多個充電控制單元111可以具有不同的特性。例如，充電控制單元111可以具有對電池儲能系統113中所存儲的電能進行變換的不同的效率，使得能量可以在工廠4或家庭3中使用。此外，充電控制單元111可以具有用于最有效地進行變換的不同的電能輸出程度。
[0053]因此，實施方式提出了一種電力供應系統，其中，充電控制單元111被分配以處理從電池儲能系統113輸出的電能的不同比率，以實現最佳的變換效率。此外，實施方式提出了一種電力供應系統，其中，不同的電能變換比率分別分配到充電控制單元111，使得即使充電控制單元111的一些發生故障，也可以簡單地更換發生故障的充電控制單元111。
[0054]圖5A和5B示出了根據實施方式的多個充電控制單元111被并行控制。
[0055]如圖5A所示，一般情況下，每個充電控制單元111以相同的比率執行電能變換，同時，電力供應系統100經由系統控制單元115運行充電控制單元111。在這種情況下，可以很容易地設計控制邏輯，但并沒有考慮充電控制單元111的不同特性。另外，隨著充電控制單元111不斷地進行電能變換，充電控制單元111的一部分出現故障的情況是很難處理的。例如，假設輸出了電池儲能系統113中所存儲的約30 %的電能，三個充電控制單元111常規地以相同的比率變換輸出電能。
[0056]然而，當變換整個存儲容量的30%時，第二充電控制單元和第三充電控制單元可以表現出最高效率，然而，當變換整個存儲容量的10 %時，第一充電控制單元表現出最高效率。此處，表現出最高的變換效率的電能輸出量可以被稱為額定輸出。
[0057]在這種情況下，由于第二充電控制單元和第三充電控制單元在表現出低變換效率的區間進行變換，就整個電力供應系統而言充電控制單元的操作可能是效率低下的并行操作。
[0058]因此，在實施方式中，如圖5B所示，充電控制單元111被控制，以使各充電控制單元111以不同比率進行電能變換。在【具體實施方式】中，當系統控制單元115控制充電控制單元
111時，系統控制單元115可以根據各充電控制單元111的特性調整變換比率。例如，當第一充電控制單元變換整個儲存電能的約30%而表現出最高效率的情況下，系統控制單元115將電池儲能系統113的所有電能輸出30%分配給第一充電控制單元。可以不將電能分配給第二和第三充電控制單元。
[0059]結果，根據從電池儲能系統113輸出的電能的量，充電控制單元111被控制以最有效地進行變換，由此，整個電力供應系統的效率得以最大化。此外，由于充電控制單元111中的一些可能未使用，這些未使用的充電控制單元111的壽命可以延長。另外，在充電控制單元111的一部分出故障的情況下，因為電能變換只由沒有故障的充電控制單元111執行，而可以容易地更換有故障的充電控制單元111。
[0060]在實施方式中，電力供應系統100可以控制充電控制單元111在每個時區的并行操作。例如，該電力供應系統100可以包括具有高額定輸出的第一充電控制單元111和具有低額定輸出的第二充電控制單元111。在白天，由于電能消耗量大，操作具有高額定輸出的充電控制單元111可能是高效的。在夜間，由于電能消耗量相對較小，操作具有低額定輸出的充電控制單元111可能是高效的。
[0061]關于該操作，電力供應系統100可以根據累積數據存儲一天的電能使用量，并且可確定充電控制單元111中的哪些應當被操作。詳細地，在白天，電力供應系統100可以經由系統控制單元115單獨操作第一充電控制單元111，而在夜間，可以單獨操作第二充電控制單元 111 ο
[0062]在另一實施方式中，電力供應系統100可以根據天氣信息并行操作充電控制單元111。例如，由于在熱天或冷天時電能消耗量大，操作具有高額定輸出的充電控制單元111是高效的。因此，電力供應系統100可以根據預先存儲的或更新的天氣信息經由系統控制單元115控制充電控制單元111的并行操作。
[0063]在另一個實施方案中，電力供應系統100可以根據存儲在電池儲能系統113中的電能的量經由系統控制單元115控制充電控制單元111。
[0064]例如，在系統控制單元115確定電池儲能系統113的剩余電能的量較小的情況下，系統控制單元115可控制充電控制單元111，使得僅操作具有低的額定輸出的充電控制單元
111。對于另一個例子，在系統控制單元115確定電池儲能系統113的剩余電能的量較大的情況下，系統控制單元115可控制充電控制單元111，使得僅具有高的額定輸出的充電控制單元111被操作。
[0065]圖6是示出根據實施方式的并行操作電力供應系統100中的多個充電控制單元111的過程的流程圖。
[0066]系統控制單元115接收電池儲能系統113輸出的電能(S1I)。
[0067]系統控制單元115基于所接收的輸出的量確定待分配給充電控制單元111的電能的量(S103)。具體地，系統控制單元115可以具有關于當前包括在電力供應系統中的充電控制單元111的額定輸出的數據。額定輸出的數據可以在初始設計時被存儲，并且當充電控制單元111被替換時可以被重新存儲。因此，系統控制單元115將所存儲的額定輸出的數據與電能輸出量相比較，以確定待由充電控制單元111變換的電能的量。
[0068]具體而言，系統控制單元115確定待分配到充電控制單元111的電池儲能系統113的輸出，以使其最接近于每個充電控制單元111的額定輸出。另外，考慮到額定輸出值以及當前時間、天氣情況、或電池儲能系統113的剩余容量中的至少一個，系統控制單元115確定待分配到充電控制單元111的電池儲能系統113的輸出。
[0069]因此，系統控制單元115可以將不同的電能的量分配給充電控制單元111以進行變換，并且可以根據每個充電控制單元111的額定輸出的等級來確定分配的量。
[0070]系統控制單元115基于確定的結果控制充電控制單元111的并行操作。詳細地，系統控制單元115可以控制待由每個充電控制單元111執行的電能變換的程度。在【具體實施方式】中，可以僅對充電控制單元111的一部分進行操作，或對所有充電控制單元111進行操作以執行不同的電能變換。
[0071]根據實施方式，在電力供應系統中，系統控制單元可以借助于充電控制單元的自適應結構有效地控制充電控制單元。
[0072]此外，根據實施方式，在電力供應系統中，對每個充電控制單元控制電池的輸出，使得能夠很容易地更換充電控制單元。
[0073]雖然已經參照數個示例性實施方式對一些實施方式進行了描述，但應該理解的是，本領域的技術人員可以設計出落入本公開原理的精神和范圍內許多其他的修改和實施方式。在本公開、附圖及所附權利要求的范圍內可以對主題組合布置的組成部件和/或布置做出各種變化和改進。除了組成部件和/或布置中的變化和修改之外，對于本領域技術人員來說，替代使用也將是顯而易見的。
【主權項】
1.一種用于控制包括電池電力供應系統的電力供應系統的方法，所述方法包括: 接收從電池儲能系統輸出的電能的量； 根據接收到的電能的量和多個充電控制單元的額定輸出，確定待分配給所述多個充電控制單元中的每一個的電能的量;以及 根據所確定的結果并行控制各所述充電控制單元， 其中，確定待分配的電能的量包括考慮以下信息中的至少一個以確定待分配的電能的量:對電源供應系統進行輸入的時間的信息、天氣信息、或剩余電池容量信息以及所述額定輸出。2.根據權利要求1所述的方法，其中，待分配給各充電控制單元的電能的量是根據各充電控制單元的額定輸出的等級而確定。3.根據權利要求2所述的方法，其中，所述并行控制各所述充電控制單元包括根據所確定的結果只控制各所述充電控制單元中的一部分。4.一種包括電池電力供應系統的電力供應系統，包括: 充電控制單元，其被配置為控制電池儲能系統的充電/放電；以及 系統控制單元，其被配置成接收從電池儲能系統輸出的電能的量，根據接收到的電能的量和所述充電控制單元的額定輸出來確定待分配給多個充電控制單元中的每一個的電能的量，并且根據所確定的結果并行控制所述充電控制單元。5.根據權利要求4所述的電力供應系統，其中，所述系統控制單元根據各充電控制單元的額定輸出的等級確定待分配給各充電控制單元的電能的量。6.根據權利要求5所述的電力供應系統，其中，所述系統控制單元根據所確定的結果只控制各所述充電控制單元中的一部分。7.根據權利要求4所述的電力供應系統，其中，所述系統控制單元考慮對電源供應系統進行輸入的時間的信息、天氣信息，或剩余電池容量信息以及所述額定輸出中的至少一個以確定待分配給各充電控制單元的電能的量。
【文檔編號】H02J7/00GK105914803SQ201610090354
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月17日
【發明人】沈在成
【申請人】Ls產電株式會社