儲能系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種儲能系統。該包括電池的儲能系統包括電池管理系統，其監測電池的電池狀態并控制電池的充電操作和放電操作；以及電力調節系統，其確定電池的期望控制值，獲取與包括儲能系統的電力市場相關的電力市場調整規則信息，基于所獲取的電力市場調整規則信息來計算期望控制值的死區值，并基于所計算出的期望控制值的死區值和所監測到的電池狀態對控制電池的充電操作和放電操作的電池管理系統進行控制。
【專利說明】
儲能系統
技術領域
[0001]本公開涉及一種能量系統。
【背景技術】
[0002]能量系統是將所生成的電力存儲在包括發電站、變電站和輸電線路的各種相關系統中然后選擇地和高效地根據需要來使用所存儲的電力以提高能量效率的系統。
[0003]當具有因時區和季節而顯著變化的電負載經均衡以增強總負載因子時，儲能系統可以減小電力成本、節省因增加電力設施所需的投資成本和操作成本，因此可以減少電費并節省能量。
[0004]這種儲能系統正安裝在電氣系統中的發電站、輸電和配電站以及住宅中，并執行諸如頻率調整、利用新的可再生能源實現發電機輸出穩定化、削峰、負載均衡、應急電源等功能。
[0005]儲能系統根據儲存方式基本可以分為物理儲能和化學儲能。物理儲能采用栗式發電、壓縮儲氣、飛輪等，化學儲能采用鋰離子電池、鉛蓄電池、鈉硫電池等。
[0006]與電力市場中的電價出價相關聯，儲能系統還對使用電價昂貴的時區處所儲存的能量以及在電價便宜的時區處儲能執行時間規劃操作。其優點是可以利用電價因發電量和用電量而變化這一事實來減少電力使用成本。
[0007]由于采用電價的儲能系統的時間規劃操作僅能夠利用基于時區的電價來維持所需控制值，因此未根據電力市場的調整規則而采用所需控制值的死區。從而，儲能系統為了保持所需控制值而進行重復操作，且由于重復的操作而存在的局限性在于其未能高效地進行操作。此外，由于儲能系統未能根據電力市場的調整規則來采用誤差范圍，因此存在的局限性在于不必要地重復了電池控制操作。
[0008]從而，需要一種在死區這個所需控制值的可允許范圍內操作儲能系統的控制設備和控制方法。

【發明內容】

[0009]各實施例提供了一種儲能系統。
[0010]在一個實施例中，一種包括電池的儲能系統包括電池管理系統(BMS)，其監測電池的電池狀態并控制電池的充電操作和放電操作；以及電力調節系統(PCS)，其確定電池的期望控制值，獲取與包括儲能系統的電力市場相關的電力市場調整規則信息，基于所獲取的電力市場調整規則信息來計算期望控制值的死區值，并基于所計算出的期望控制值的死區值和所監測到的電池狀態對控制電池的充電操作和放電操作的BMS進行控制。
[0011]根據各個實施例，由于本發明構思的儲能系統能夠使電池將電池的SOC級別維持在所確定的期望控制值的死區值內，因此可以避免不必要的電池控制操作。
[0012]此外，由于本發明構思可以基于所獲取的電力市場調整規則信息來計算電池的期望控制值的死區值，因此可以根據儲能系統的操作使收益最大化。
[0013]在下文的附圖和說明書中闡述了一個或多個實施例的細節。其他的特征從說明書和附圖以及從權利要求是顯而易見的。
【附圖說明】
[0014]圖1是表示根據實施例的儲能系統的配置的框圖。
[0015]圖2是根據實施例的電力市場構成的概念圖。
[0016]圖3是根據實施例的儲能系統的控制設備的操作的流程圖。
[0017]圖4至圖6是表不根據實施例的死區值的圖表。
【具體實施方式】
[0018]在【具體實施方式】和權利要求中采用的術語或詞匯不應當限制性地理解為典型的意思或詞典中標注的意思，而是應當基于發明人可以適當地界定術語的概念以采用最好的方式來描述其發明的原則，將其理解為符合本發明構思的技術精神的意思和概念。
[0019]從而，由于在【具體實施方式】中所描述的實施例和附圖中所示出的配置僅僅是示例，其并不覆蓋實施例的所有技術精神，因此應理解在提交本申請時可以存在各種等同形式或變形將其替代。
[0020]圖1是表示根據實施例的儲能系統10的配置的框圖。
[0021]參照圖1，儲能系統10可以包括電力調節系統(PCS)10、發電系統200、電池300、電池管理系統(BMS)310、系統400以及負載500。
[0022]PCS 100可以是儲能系統10的控制設備。
[0023]PCS 100可以將發電系統200所生成的電力儲存在電池300中或者向系統400或負載500發送該電力。此外，PCS 100可以向系統400或向負載500發送電池300中所儲存的電力。PCS 100也可以將從系統400供應的電力儲存在電池300中。
[0024]此外，PCS 100可以基于電池300的荷電狀態(SOC)級別來控制電池300的充電或放電。
[0025]此外，PCS100可以基于電力市場的電價、發電系統200的發電計劃以及系統400的電力需求來針對儲能系統的操作做出時間規劃。下文提供了相關描述。
[0026]發電系統200利用能量源來發電。
[0027]例如，發電系統200可以利用礦物燃料、原子能燃料以及可再生能源中的一個或多個來發電。
[0028]在一實施例中，發電系統200可以是利用諸如太陽能發電系統、風力發電系統、潮汐能發電系統等可再生能源的可再生發電系統。
[0029]系統400可以包括發電站、變電站、輸電線路等。系統400可以向PCS100和負載500供應中的一個或多個供電，并且還從PCS 100接收電力。在異常狀態中，系統400可以不向PCS 100和負載500中的一個或多個供電，也可以不從PCS 100接收電力。
[0030]負載500從發電系統200、電池300以及系統400中的一個或多個接收電力并消耗所接收的電力。
[0031]例如，負載500可以包括住宅、大廈、工廠等。
[0032]在下文中，詳細描述了控制上述儲能系統10的PCS100。
[0033]PCS 100可以包括電力變換單元110、集成控制單元160、第一變換器130、第二變換器140、第一開關150和第二開關170。
[0034]電力變換單元110可以連接至發電系統200和第一節點NI之間。電力變換單元100可以向第一節點NI發送發電系統200所生成的電力，并將輸出到第一節點NI的輸出電壓變換成直流(DC)鏈電壓。因此，電力變換單元110可以工作以便于發電系統200產生的電力可以供應至電池300、系統400和負載500中的一個或多個。
[0035]根據發電系統200的類型，電力變換單元110可以包括變換器和整流器電路中的一個或多個。例如，電力變換單元110可以包括在發電系統200產生DC電力時將DC電力變換成DC電力的DC/DC變換器。作為另一示例，電力變換單元110可以包括在發電系統200生成AC電力時將交變電流(AC)電力變換成DC電力的整流器電路。
[0036]此外，電力變換單元110可以包括最大電力點追蹤(MPPT)變換器，其執行MPPT控制為了能夠根據太陽輻射、溫度、風速等量的變化使發電系統200所生成的電力最大化。
[0037]電力變換單元110可以在發電系統200沒有生成電力時使電力消耗最小化。
[0038]集成控制單元160可以與控制電池300的充電和放電的BMS 310連接，并可以獲取與電池300的SOC相關的SOC信息。此外，集成控制單元160可以使儲存在電池300中的能量傳送至系統400和負載500中的一個或多個。此外，集成控制單元160可以使發電系統200生成的電力能夠用于對電池300充電。
[0039]集成控制單元160可以將從電力變換單元110輸出的電力與逆變器輸出指令值進行比較，并根據比較的結果來控制第二變換器140和第一變換器130中的一個或多個。
[°04°]例如，當從電力變換單元110輸出的電力超出逆變器輸出指令值時，集成控制單元160可以控制第二變換器140和第一變換器130中的一個或多個以便于與輸出電力和逆變器輸出指令值之間的差值對應的電力充入到電池300中。從而，第二變換器140可以以充電模式工作且第一變換器130可以向負載500或系統400供應與逆變器輸出指令值對應的電力。
[0041]由于逆變器輸出指令值為低于發電系統200生成的電力的值，集成控制單元160可以控制第二變換器140以便于除了逆變器輸出指令值之外的剩余電力被充入到電池300中。從而，電池300的SOC級別可以對應于期望值。
[0042]作為另一示例，當從電力變換單元110輸出的電力低于逆變器輸出指令值時，集成控制單元160可以控制第二變換器140和第一變換器130中的一個或多個以便于電池300釋放與逆變器輸出指令值和輸出電力之間的差值對應的電力。從而，第二變換器140以放電模式工作且第一變換器130向負載500或系統供應與逆變器輸出指令值對應的電力。在這種情況下，由于逆變器輸出指令值為高于發電系統200生成的電力的值，集成控制單元160可以使電池300能夠放電。從而，電池300的SOC級別可以對應于期望值。
[0043]此外，集成控制單元160可以控制PCS100的總體操作并確定儲能系統10的操作模式。集成控制單元160可以確定對于第一操作模式、第二操作模式、第三操作模式、第四操作模式等的操作，其中在第一操作模式中所生成的電力供應至系統400，在第二操作模式中所生成的電力供應至負載500，在第三操作模式中所生成的電力儲存在電池300中，在第四操作模式中從系統400發送的電力儲存在電池300中。
[0044]集成控制單元可以發送控制電力變換單元110、第一變換器130、第二變換器140、第一開關150和第二開關160中的每個的開關操作的控制信號。控制信號可以指可以通過根據每個變換器或逆變器的輸入電壓對占空比的最優控制而根據變換器或逆變器的電力變換使損耗最小化的信號。集成控制單元160可以從電力變換單元、第一變換器110和第二變換器140中每個的輸入和輸出中的一個或多個來接收感測電壓、電流和溫度的信號，并基于所接收的感測信號來發送控制信號。
[0045]上述集成控制單元160可以包含在PCS100中或者也可以是分離的部件。
[0046]第一變換器130可以變換電壓的大小，并且還可以將AC電力變換成DC電力或將DC電力變換成AC電力。
[0047]第一變換器130可以包括變換器和逆變器中的一個或多個。
[0048]在實施例中，第一變換器130可以置于電力變換單元110和第一開關150之間。第一變換器130可以包括電力變換器。
[0049]從而，第一變換器130可以以放電模式將從發電系統200或從電池300輸出的DC鏈電壓變換成AC電壓并向系統400輸出AC電壓。
[0050]此外，第一變換器130可以將系統400的AC電壓整流成能夠以充電模式將系統400的電力儲存在電池300中，將AC電壓變換成DC鏈電壓并向電池300輸出DC鏈電壓。
[0051]第一變換器130可以包括用于去除輸出至系統400的AC電壓中的諧波的濾波器。
[0052]特別地，第一變換器130可以包括用于使第一變換器130輸出的AC電壓的相位與系統400的AC電壓的相位同步從而抑制無功電力的生成的鎖相環電路。
[0053]此外，第一變換器130可以執行電壓變化范圍限制、功率因數改進、DC成分移除、暫態現象保護等功能。
[0054]第一變換器130可以在不需要向負載500和系統400中的一個或多個供應發電系統200生成的電力和在電池300中所儲存的電力中的一個或多個時來最小化電力消耗。此外，第一變換器130可以在不需要系統400的電力同時對電池300充電時來最小化電力消耗。
[0055]第二變換器140可以變換電壓的大小，并且還可以將AC電力變換成DC電力或將DC電力變換成AC電力。
[0056]第二變換器140可以包括變換器和逆變器中的一個或多個。
[0057]在實施例中，第二變換器140可以以放電模式將儲存在電池300中的電力變換成與第一變換器對應的電壓電平并輸出變換后的電力。例如，第二變換器140可以通過DC/DC變換將儲存在電池300中的電力變換成DC鏈電壓并輸出變換后的電力。
[0058]第二變換器140可以以充電模式將流經第一節點NI的流入充電電力變換成與電池300對應的電壓電平并輸出變換后的電力。例如，第二變換器140可以通過DC/DC變換將流入充電電力變換成充電電壓并輸出變換后的電力。在這種情況下，充電電力可以是由發電系統200生成的電力或經由第一變換器130從系統400供應的電力。
[0059]第一開關150和第二開關170可以在第一變換器130和第二節點N2之間串聯連接。第一開關150和第二開關170中的每個可以從集成控制單元160接收控制信號并基于所接收的控制信號來執行開關操作。從而，第一開關150和第二開關170中的每個可以執行開/關操作來控制發電系統200和系統400之間的電流流動。第一開關150和第二開關170中的每個可以基于發電系統200、電池300和系統400中的一個或多個的狀態來執行開關操作。
[0060]在實施例中，在負載500所要求的電力量大于發送至負載500的電力量的情況下，第一開關150和第二開關170可以打開以便于電力從發電系統200和系統400中的每個發送至負載500。此外，當從發電系統200和系統400發送至負載500的電力小于負載500所要求的電力時，第一開關150和第二開關170中的一個或多個可以執行開關操作以便于儲存在電池300中的電力供應至負載500。
[0061]在另一實施例中，在系統400具有電力斷供時，第二開關170可以關閉且第一開關150可以打開。從而，可以向發電系統200和電池300中的一個或多個供電。此外，由于可以中斷到系統400的電力供應，因此可以防止在系統400處工作時發生的事故。
[0062]BMS 310可以連接至電池300來控制電池300的充電或放電操作。此外，BMS 310可以監測包括SOC級別即電池300的荷電狀態的電池狀態。此外，BMS 310可以向集成控制單元160發送與電池300的狀態相關的電池狀態信息。例如，BMS 310可以監測電池300的電壓、電流、溫度、電力余量、壽命和荷電狀態中的一個或多個，并向集成控制單元160發送所監測到的電池狀態信息。
[0063]BMS 310可以執行保護電池300的保護操作。例如，BMS 310可以對電池300執行過充電保護、、過放電保護、過電流保護、過電壓保護、過熱保護和電芯均衡功能中的一個或多個。
[0064]此外，BMS 310可以調節電池300的SOC級別。特別地，BMS 310可以從集成控制單元160接收控制信號并基于所接收的控制信號來調節電池300的SOC級別。下文提供了相關描述。
[0065]電池300可以接收并儲存發電系統生成的電力和系統400的電力中的一個或多個。電池300可以向系統400和負載500中的一個或多個供應所儲存的電力。電池300可以包括至少一個電池電芯(battery cell)且每個電池電芯可以包括多個裸電芯。
[0066]圖2是根據實施例的電力市場構成的概念圖。
[0067]參照圖2，電力市場構成包括發電集團旗下的發電公司、獨立發電業務運營商、購電協議(PPA)業務運營商、區域電業務運營商、韓國電力交易所、韓國電力集團(KEPCO)Jg費者、大眾消費者以及特定區域消費者。在2014年，上述國內發電公司包括從KEPCO分拆出來的六個發電集團旗下的發電公司以及年288個獨立發電業務運營商。
[0068]發電集團旗下的發電公司、獨立發電業務運營商、PPA業務運營商和區域電業務運營商可以指發電公司，可以通過韓國電力交易所，針對根據屬于上述每個的發電設備可能生成的電力量所可能供應的容量進行投標，并根據投標獲取收益。
[0069]發電集團旗下的發電公司和獨立發電業務運營商中的每個可每天通過韓國電力交易所針對每個公司所擁有的發電機所能供應的電力量進行投標，韓國電力交易所管理電力市場。
[0070]KEPCO以在電力市場中確定的成本購買電力并將所購買的電力供應給消費者。從而，KEPCO負責輸電、配電和銷售。
[0071]PPA業務運營商可以指購電協議業務運營商并針對可以通過電力市場供應的容量進行投標。此外，PPA業務運營商進行調整以便于電力交易成本根據與KEPCO簽署的供求合同而不是在電力市場中確定的量來適用。此外，對應的調整規則可以包含在電力市場調整規則信息中。
[0072]區域電業務運營商是通過一定規模的發電設施來發電并在經許可的特定區域中直接銷售所生成的電力的業務運營商。此外，區域電業務運營商可以從KEPCO或電力市場直接購買必要的電力，或將過剩電力銷售給KEPCO或電力市場。
[0073]需要合同需求為30000kW或更多的大眾消費者可以直接在電力市場中購買必要的電力，而不是通過KEPCO購買。
[0074]在下文中，基于上述配置和細節描述了本發明構思的儲能系統的控制設備的控制方法。
[0075]圖3是根據實施例的儲能系統的控制設備的操作的流程圖。
[0076]參照圖3，在步驟SlOl中集成控制單元160確定對于電池300的期望控制值。
[0077]集成控制單元160可以基于根據時區、發電系統200的發電和耗電、系統400和負載500的電價來確定對電池300進行充電或放電的期望控制值。集成控制單元160還可以采用基于時區的時間規劃的形式來生成經確定用于電池300的充電和放電操作的期望控制值。
[0078]由于集成控制單元160如何確定電池300的期望控制值是已知的，因此省略了相關的詳細描述。
[0079]在步驟S103中集成控制單元160獲取電力市場調整規則信息。
[0080]集成控制單元160可以從相關服務器(未示出)獲取包括電力市場調整規則信息的電力市場數據。在這種情況下，電力市場數據可以包括基于時區的電價、在電力市場中所投標或拍賣的電力量以及電力市場調整規則中的一個或多個。此外，電力市場調整規則可以包括電力量的調整量、容量的調整量以及額外調整量。例如，電力市場調整規則信息可以包括與頻率追蹤(G/F)技術相關的調整規則信息。
[0081]在非專利文獻“調整規則指南”(2009年6月由電交易所發布)中公開了電力市場調整規則。
[0082]在步驟S105中集成控制單元160基于所獲取的電力市場調整規則信息來計算期望控制值的死區值。
[0083]集成控制單元160可以基于所獲取的電力市場調整規則信息來計算步驟SlOl中確定的電池300的期望控制值的死區值。集成控制單元160可以基于所獲取的電力市場調整規則信息來計算期望控制值的死區值，其中所需控制值的死區值根據儲能系統10的操作來使收益最大化。
[0084]在實施例中，集成控制單元160可以基于所獲取的電力市場調整規則來獲取與可允許誤差范圍相關的信息并基于與所獲取的誤差范圍相關的信息來計算期望控制值的死區值。例如，集成控制單元160可以在所獲取的可允許誤差范圍為4%時將0.96X、1.04X計算為所確定的期望控制值X的死區值。
[0085]集成控制單元160還可以根據所獲取的電力市場調整規則信息和所確定的期望控制值中的一個或多個來計算期望控制值的非對稱死區值。特別地，集成控制單元160可以計算與期望控制值具有不同差值的多個死區值。例如，集成控制單元160可以在根據所獲取的可允許誤差范圍的死區范圍為0.08時將0.94X、1.02X計算為所確定的期望控制值X的死區值。
[0086]在本例中，期望控制值的死區值可以指期望控制值的可允許誤差范圍。從而，集成控制單元160或BMS 310可以在控制電池300的充電操作和放電操作時在期望控制值的死區值內控制電池300的操作。從而，集成控制單元160或BMS 310可以在數值在期望控制值的死區值內時確定與期望控制值對應。
[0087]在下文中，參照圖4至圖6描述了集成控制單元160的死區值的計算。
[0088]圖4至圖6是表不根據本發明的實施例的死區值的圖表。
[0089]在實施例中，參照圖4，集成控制單元160可以基于所獲取的電力市場調整規則信息來計算期望控制值的死區范圍。此外，集成控制單元160可以基于所計算的死區范圍來計算與期望控制值具有相同差值的多個死區值。從而，集成控制單元160可以計算期望控制值的第一死區值-Dl和期望控制值的第二死區值+Dl。
[0090]在另一實施例中，參照圖5，集成控制單元160可以基于所獲取的電力市場調整規則信息來計算期望控制值的死區范圍。此外，集成控制單元160可以基于所計算出的死區范圍來計算與期望控制值具有不同差值的多個死區值。從而，集成控制單元160可以計算期望控制值的第三死區值-D2和期望控制值的第四死區值+D3。
[0091]在又一實施例中，參照圖6，集成控制單元160可以基于所獲取的電力市場調整規則信息來計算期望控制值的死區范圍。此外，集成控制單元160可以基于所計算出的死區范圍來計算與期望控制值具有不同差值的多個死區值。從而，集成控制單元160可以計算期望控制值的第五死區值-D4和期望控制值的第六死區值+D5。
[0092]如上所述的期望控制值，死區范圍和死區值可以是用于頻率控制的頻率。此外，死區值還可以是單值或基于表格的表格值。在這種情況下，死區值的表格值還可以具有矢量、矩陣或張量中一個或多個的類型。
[0093]死區范圍計算的細節和死區值計算僅僅是用于解釋的示例且上述集成控制單元160可以根據使用者或設計者的選擇的來設定。
[0094]再次參考圖3。
[0095]在步驟S107中，集成控制單元160獲取與電池300的狀態相關的電池狀態信息。
[0096]集成控制單元160可以從BMS310獲取包括與電池相關的SOC級別信息的電池狀態信息。如上所述，BMS 310可以監測電池300的電壓、電流、溫度、電力余量、壽命和荷電狀態中的一個或多個，并向集成控制單元160發送所監測到的電池狀態信息。
[0097]在步驟S109中，集成控制單元160基于所計算出的死區值和所獲取的電池狀態信息來控制電池300的充電操作和放電操作。
[0098]集成控制單元160可以基于所獲取的電池狀態信息中的SOC級別信息來控制電池300的充電或放電操作以便于電池300的SOC級別包含在所計算出的死區值內。例如，集成控制單元160可以基于所獲取的電池300的SOC級別信息和所計算出的死區值來控制BMS 310的電池控制操作以便于電池300的SOC級別包含在所計算出的死區值內。在這種情況下，集成控制單元160或BMS 310可以通過頻率控制來控制電池300的操作。
[0099 ]因此，由于本發明構思的儲能系統1能夠使電池300將電池的SOC級別維持在所確定的期望控制值的死區值內，因此可以避免不必要的電池控制操作。此外，由于本發明構思可以基于所獲取的電力市場調整規則信息來計算電池的期望控制值的死區值，因此可以最大化根據儲能系統的操作的利益。
[0100]上文主要描述了示例性實施例，其僅僅是例子，且并不限制本發明構思。本領域技術人員可以理解上文未提到的許多變形和應用可以不背離實施例的必要特征來實施。例如，在實施例中特別表示的每個部件可以變化。此外，應理解與這種變化和這種應用相關的區別點包含到下文權利要求書所界定的本發明構思的范圍中。
【主權項】
1.一種包括電池的儲能系統，所述儲能系統包括: 電池管理系統，其監測所述電池的電池狀態并控制所述電池的充電操作和放電操作；以及 電力調節系統，其確定所述電池的期望控制值，獲取與包括所述儲能系統的電力市場相關的電力市場調整規則信息，基于所獲取的電力市場調整規則信息來計算所述期望控制值的死區值，并基于所計算出的期望控制值的死區值和所監測到的電池狀態對控制所述電池的充電操作和放電操作的所述電池管理系統進行控制。2.根據權利要求1所述的儲能系統，其中，所述電池管理系統監測所述電池的電壓、電流、溫度、電力余量、壽命以及荷電狀態中的一個或多個。3.根據權利要求1所述的儲能系統，其中，所述電池狀態信息包括與所述電池相關的荷電狀態級別信息，并且 所述電池管理系統使所述荷電狀態級別維持在所計算出的死區值內。4.根據權利要求1所述的儲能系統，其中，所述電力調節系統基于所獲取的電力市場調整規則信息來計算多個死區值，即與所計算的期望控制值具有相同差值的第一死區值和第二死區值。5.根據權利要求1所述的儲能系統，其中，所述電力調節系統基于所獲取的電力市場調整規則信息來計算多個死區值，即與所計算的期望控制值具有相同差值的第三死區值和第四死區值。6.根據權利要求1所述的儲能系統，其中，所述電力調節系統將所計算的死區值計算為與所述儲能系統的頻率控制對應的頻率值。
【文檔編號】H02J15/00GK105871072SQ201610080183
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月4日
【發明人】沈在成
【申請人】Ls產電株式會社