專利名稱：并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)和控制并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例的一個或多個方面涉及一種用于將發(fā)電系統(tǒng)連接到電網(wǎng)以將功 率供應(yīng)到負(fù)載系統(tǒng)的并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)以及一種用于控制所述并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)的方法， 更具體地說，涉及一種容量增大的并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)以及一種控制并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
隨著國內(nèi)和國外環(huán)境出現(xiàn)變化，已經(jīng)意識到新的可再生電力的重要性。新的可再 生電力已經(jīng)被認(rèn)為是化石燃料的枯竭問題以及使用化石燃料來產(chǎn)生電力的環(huán)境問題的解 決方案。具體地說，通過使用太陽能來發(fā)電的光伏發(fā)電系統(tǒng)不產(chǎn)生污染并且容易安裝和維 護(hù)。因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)受到關(guān)注。這種光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為獨(dú)立地工作的獨(dú)立發(fā)電 系統(tǒng)或者與商業(yè)電網(wǎng)連接而工作的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)在設(shè)計光伏發(fā)電系統(tǒng)時就已設(shè)定的 額定電壓或額定電流來確定構(gòu)成光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器和逆變器的內(nèi)部電路元件。由于在 這種情況下光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量是固定的，所以當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量增大時，需要安裝 額外的系統(tǒng)。因此，難以確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的空間和功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例的一方面涉及一種并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)縮小了空間并提高 其功率消耗，并擴(kuò)大了其功率。本發(fā)明的一個實(shí)施例提供一種用于將發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合到電網(wǎng)以將功率供應(yīng)到負(fù)載 系統(tǒng)的并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)，所述并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)包括主電池，將存儲的功率釋放到負(fù)載 系統(tǒng)；至少一個附加電池，結(jié)合到主電池，以將存儲的功率釋放到負(fù)載系統(tǒng)；雙向轉(zhuǎn)換器， 結(jié)合到主電池和附加電池，并且雙向轉(zhuǎn)換器包括多個開關(guān)以執(zhí)行發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)之間的DC 鏈路電壓與電池電壓之間的轉(zhuǎn)換，所述多個開關(guān)中的第一開關(guān)與主電池對應(yīng)，所述多個開 關(guān)中的第二開關(guān)與附加電池對應(yīng)，其中，第一開關(guān)和第二開關(guān)彼此并聯(lián)連接；集成控制器， 基于負(fù)載系統(tǒng)使用的功率量選擇性地控制第一開關(guān)和第二開關(guān)的操作。集成控制器可包括監(jiān)測系統(tǒng)，檢測負(fù)載系統(tǒng)使用的功率量以確定檢測出的量是 否超出功率的參考量；電池控制器，在檢測出的量超出功率的參考量時確定是否將附加電 池結(jié)合到主電池；開關(guān)控制器，產(chǎn)生用于控制第二開關(guān)的操作的控制信號。并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)還可包括電池管理系統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)結(jié)合到主電池和附加電 池以控制主電池和附加電池的充電和放電。并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)還可包括雙向逆變器，雙向轉(zhuǎn)換器將從雙向轉(zhuǎn)換器輸出的DC鏈路電壓轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)的AC電壓并將電網(wǎng)的AC電壓轉(zhuǎn)換為DC鏈路電壓。并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)還可包括手動操作開關(guān)，手動操作開關(guān)包括用于將附加電池結(jié) 合到雙向轉(zhuǎn)換器的機(jī)械接觸。發(fā)電系統(tǒng)可包括太陽能電池。本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種控制用于將發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合到電網(wǎng)以將功率供應(yīng)到 負(fù)載系統(tǒng)的并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)的方法，該方法包括以下步驟根據(jù)負(fù)載系統(tǒng)使用的功率量 來確定是否將附加電池結(jié)合到主電池；在將附加電池結(jié)合到主電池時將控制信號輸出到雙 向轉(zhuǎn)換器，其中，雙向轉(zhuǎn)換器包括與主電池對應(yīng)的第一開關(guān)和與附加電池對應(yīng)的第二開關(guān)， 第一開關(guān)和第二開關(guān)彼此并聯(lián)連接。確定是否將附加電池結(jié)合到主電池的步驟可包括檢測負(fù)載系統(tǒng)使用的功率量； 確定檢測出的量是否超出功率的參考量；當(dāng)檢測出的量超出功率的參考量時，確定將附加 電池結(jié)合到主電池。該方法還可包括將雙向轉(zhuǎn)換器的DC鏈路電壓轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)的AC電壓。發(fā)電系統(tǒng)可包括太陽能電池?？刂菩盘柨刹僮鞯诙_關(guān)。


附圖與說明書一起示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā) 明的原理。圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)的示意性框圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1的并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)的詳細(xì)框圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖2中的集成控制器的示意性框圖。圖4A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙向轉(zhuǎn)換器的示意性電路圖。圖4B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙向轉(zhuǎn)換器的示意性電路圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式在下面的詳細(xì)描述中，僅簡單地以說明的方式示出并描述了本發(fā)明的特定示例性 實(shí)施例。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到的，在全部不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，所 描述的實(shí)施例可以以各種不同方式修改。因此，附圖和描述應(yīng)該被認(rèn)為本質(zhì)上是說明性的， 而不是限制性的。圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)100的示意性框圖。參照圖1，并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)100包括功率管理系統(tǒng)110和存儲設(shè)備120，并網(wǎng)電 力存儲系統(tǒng)將發(fā)電系統(tǒng)130連接到電網(wǎng)(或商業(yè)電網(wǎng))140以將功率供應(yīng)到負(fù)載系統(tǒng)150。功率管理系統(tǒng)110從發(fā)電系統(tǒng)130接收功率并將功率傳輸?shù)诫娋W(wǎng)140，將功率存儲 在存儲設(shè)備120中或?qū)⒐β使?yīng)到負(fù)載系統(tǒng)150。這里，產(chǎn)生的功率是直流(DC)功率或交 流(AC)功率。功率管理系統(tǒng)110將從發(fā)電系統(tǒng)130接收的功率存儲在存儲設(shè)備120中或?qū)⒐β?供應(yīng)到電網(wǎng)140。功率管系統(tǒng)110將存儲在存儲設(shè)備120中的功率傳輸?shù)诫娋W(wǎng)140或?qū)碾娋W(wǎng)140供應(yīng)的功率存儲在存儲設(shè)備120中。功率管理系統(tǒng)110執(zhí)行用于將由發(fā)電系統(tǒng)130產(chǎn)生的功率存儲在存儲設(shè)備120中 的功率轉(zhuǎn)換以及用于將產(chǎn)生的功率供應(yīng)到電網(wǎng)140或負(fù)載系統(tǒng)150的功率轉(zhuǎn)換。功率管理 系統(tǒng)110還執(zhí)行用于將從電網(wǎng)140供應(yīng)的功率存儲在存儲設(shè)備120中的功率轉(zhuǎn)換以及用于 將存儲在存儲設(shè)備120中的功率供應(yīng)到電網(wǎng)140或負(fù)載系統(tǒng)150的功率轉(zhuǎn)換。功率管理系 統(tǒng)110監(jiān)視存儲設(shè)備120、電網(wǎng)140和負(fù)載系統(tǒng)150的狀態(tài)，以分配由發(fā)電系統(tǒng)130產(chǎn)生的 功率或從電網(wǎng)140供應(yīng)的功率。存儲設(shè)備120是存儲從功率管理系統(tǒng)110供應(yīng)的功率的大容量存儲設(shè)備。這里， 供應(yīng)的功率是由發(fā)電系統(tǒng)130產(chǎn)生并被功率管理系統(tǒng)110轉(zhuǎn)換的功率，或者是由電網(wǎng)140 供應(yīng)的并被功率管理系統(tǒng)110轉(zhuǎn)換的商業(yè)功率。存儲在存儲設(shè)備120中的功率根據(jù)功率管 理系統(tǒng)110的控制被供應(yīng)到電網(wǎng)140或負(fù)載系統(tǒng)150。存儲設(shè)備120包括具有與初始設(shè)定 量對應(yīng)的容量的主存儲單元，以及一個或多個附加存儲單元，添加附加存儲單元以根據(jù)由 負(fù)載系統(tǒng)150使用的功率量來擴(kuò)展并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)100的容量。發(fā)電系統(tǒng)130是利用電源產(chǎn)生電功率的系統(tǒng)。發(fā)電系統(tǒng)130產(chǎn)生電功率并將電功 率輸出到并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)100。發(fā)電系統(tǒng)130是光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、潮汐發(fā)電 系統(tǒng)或利用可再生電力(例如，太陽熱或地?zé)?產(chǎn)生電功率的發(fā)電系統(tǒng)。具體地說，太陽能 電池利用陽光產(chǎn)生電功率并且容易安裝在家庭、工廠等中，因此將太陽能電池應(yīng)用到在家 庭中分配的并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)100中。電網(wǎng)140可包括發(fā)電廠、變電站、電力線等。如果電網(wǎng)140正常地工作，則電網(wǎng)140 將功率供應(yīng)到并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)100或負(fù)載系統(tǒng)150，并從并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)100接收功 率。如果電網(wǎng)140不正常工作，則電網(wǎng)140停止通過并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)100將功率供應(yīng)到 負(fù)載系統(tǒng)150，和/或停止通過并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)100接收功率。負(fù)載系統(tǒng)150消耗從存儲設(shè)備120或電網(wǎng)140供應(yīng)的功率，并且負(fù)載系統(tǒng)150可 以是家庭、工廠等。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)200的詳細(xì)框圖。參照圖2，并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)200(在下文中，稱作功率存儲系統(tǒng))包括功率轉(zhuǎn)換 器211、雙向逆變器212、雙向轉(zhuǎn)換器213、集成控制器214、電池管理系統(tǒng)(BMS) 215和直流 (DC)鏈路系統(tǒng)(link system) 216ο功率存儲系統(tǒng)200連接到發(fā)電系統(tǒng)230、電網(wǎng)240和負(fù) 載系統(tǒng)250。功率轉(zhuǎn)換器211連接在發(fā)電系統(tǒng)230和第一節(jié)點(diǎn)附之間，并將從發(fā)電系統(tǒng)230輸 出的電壓轉(zhuǎn)換為第一節(jié)點(diǎn)W的DC鏈路電壓。功率轉(zhuǎn)換器211的操作根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)230的 種類而改變。如果發(fā)電系統(tǒng)230是輸出交流(AC)電壓的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)或潮汐發(fā)電系統(tǒng)，則 功率轉(zhuǎn)換器211將發(fā)電系統(tǒng)230輸出的AC電壓整流為第一節(jié)點(diǎn)Μ的DC鏈路電壓。如果 發(fā)電系統(tǒng)230是輸出DC電壓的太陽能電池等，則功率轉(zhuǎn)換器211將發(fā)電系統(tǒng)230輸出的DC 電壓轉(zhuǎn)換為第一節(jié)點(diǎn)W的DC鏈路電壓。例如，如果發(fā)電系統(tǒng)230是太陽能電池，則功率轉(zhuǎn) 換器211是最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)轉(zhuǎn)換器，MPPT將太陽能電池輸出的DC電壓轉(zhuǎn)換為第一 節(jié)點(diǎn)m的DC鏈路電壓，并使用根據(jù)太陽輻照度、溫度等的變化來跟蹤最大功率電壓的MPPT 算法。MPPT轉(zhuǎn)換器執(zhí)行用來對從太陽能電池輸出的DC電壓升壓并輸出升壓后的DC電壓的 升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器功能，和/或執(zhí)行MPPT控制功能。
DC鏈路系統(tǒng)216結(jié)合在第一節(jié)點(diǎn)附和雙向逆變器212之間，以將第一節(jié)點(diǎn)附的 DC鏈路電壓保持為DC連接電平。由于發(fā)電系統(tǒng)230或電網(wǎng)240的瞬時電壓下降、負(fù)載系 統(tǒng)250產(chǎn)生的峰值負(fù)載等，導(dǎo)致第一節(jié)點(diǎn)m的DC鏈路電壓會變得不穩(wěn)定。然而，為了正常 地操作雙向轉(zhuǎn)換器213和雙向逆變器212，使第一節(jié)點(diǎn)m的DC鏈路電壓穩(wěn)定。安裝DC鏈 路系統(tǒng)216來使第一節(jié)點(diǎn)m的DC鏈路電壓的電平穩(wěn)定，并且DC鏈路系統(tǒng)216可由電容器 等構(gòu)成。電容器是電解質(zhì)電容器、聚合物電容器、多層陶瓷電容器(MLCC)等。DC鏈路系統(tǒng) 216單獨(dú)地安裝在本實(shí)施例中，然而本發(fā)明不限于此。例如，可選地，DC鏈路系統(tǒng)可被實(shí)現(xiàn) 為雙向轉(zhuǎn)換器213、雙向逆變器212或功率轉(zhuǎn)換器211的內(nèi)部的一部分。雙向逆變器212是連接在第一節(jié)點(diǎn)附和電網(wǎng)240之間的功率轉(zhuǎn)換器。雙向逆變 器212將從電網(wǎng)240輸入的AC電壓整流為將要存儲在電池220中的DC電壓。雙向逆變器 212將從發(fā)電系統(tǒng)230或電池220輸出的DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓，并將所述AC電壓輸出到 電網(wǎng)M0。雙向逆變器212包括濾波器，濾波器從由電網(wǎng)240供應(yīng)的AC電壓去除諧波、限制 電壓變化范圍、提高功率因子、去除DC分量和/或保護(hù)不受瞬變現(xiàn)象影響。雙向轉(zhuǎn)換器213是結(jié)合在第一節(jié)點(diǎn)附和電池220之間的功率轉(zhuǎn)換器。雙向轉(zhuǎn)換 器213將第一節(jié)點(diǎn)m的DC鏈路電壓轉(zhuǎn)換為將要存儲在電池220中的DC電壓，并將存儲在 電池220中的DC電壓轉(zhuǎn)換為將被傳輸?shù)降谝还?jié)點(diǎn)m的DC鏈路電壓。例如，如果雙向轉(zhuǎn)換 器213利用由發(fā)電系統(tǒng)230產(chǎn)生的DC功率或從電網(wǎng)240供應(yīng)的AC功率對電池220充電， 則雙向轉(zhuǎn)換器230作為將第一節(jié)點(diǎn)m的DC鏈路電壓降低為電池存儲電壓的降壓轉(zhuǎn)換器進(jìn) 行操作。如果雙向轉(zhuǎn)換器213向電網(wǎng)240或負(fù)載系統(tǒng)250供應(yīng)充入到電池220中的功率， 則雙向轉(zhuǎn)換器213作為將電池存儲電壓升壓至第一節(jié)點(diǎn)m的DC鏈路電壓的升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn) 行操作。雙向轉(zhuǎn)換器213包括用于執(zhí)行電池存儲電壓和DC鏈路電壓之間的轉(zhuǎn)換的開關(guān)器 件(在下文中稱作開關(guān))。所述開關(guān)可以是一個或多個開關(guān)。例如，開關(guān)可包括與主電池對 應(yīng)的一個開關(guān)或一組開關(guān)以及與一個或多個附加電池對應(yīng)的一個開關(guān)或一組開關(guān)。在一個 實(shí)施例中，如果開關(guān)包括多個開關(guān)，則所述多個開關(guān)彼此并聯(lián)連接并具有相同的電容來防 止損壞(或減小損壞的可能性)。開關(guān)均可以是場效應(yīng)晶體管(FET)、雙極結(jié)晶體管(BJT) 等。雙向轉(zhuǎn)換器213預(yù)測負(fù)載系統(tǒng)的最大功率量來確定開關(guān)或開關(guān)組的數(shù)量，以預(yù)先將開 關(guān)或開關(guān)組與附加電池的數(shù)量對應(yīng)。雙向轉(zhuǎn)換器213根據(jù)集成控制器214的控制信號通過 選擇與放電的電池對應(yīng)的開關(guān)或開關(guān)組來執(zhí)行開關(guān)操作。因此，如果負(fù)載系統(tǒng)250使用的 功率量超出功率的參考量，則與附加電池對應(yīng)的開關(guān)器件操作，而不需要安裝額外的功率 存儲系統(tǒng)，從而容易增大將要供應(yīng)的功率的量。后面將參照圖4A和圖4B更詳細(xì)地描述雙 向轉(zhuǎn)換器213電池220存儲從發(fā)電系統(tǒng)230或電網(wǎng)240供應(yīng)的功率。電池220包括釋放所存儲 的功率的主電池220a和附加電池220b。主電池220a和附加電池220b中的每個的電池單 體串聯(lián)或并聯(lián)地結(jié)合以使電池220具有增大的容量和功率。主電池220a和附加電池220b 的容量可相同。主電池220a和附加電池220b被實(shí)現(xiàn)為各種合適的電池單體類型(例如，鎳 鎘電池、鋁電池、鎳金屬氫化物電池(NiMH)、鋰離子電池、鋰聚合物電池等)的任意電池單 體。在本實(shí)施例中安裝了主電池220a和附加電池220b，但是根據(jù)負(fù)載系統(tǒng)250使用的功率 的量，一個或多個附加電池可彼此結(jié)合來增大電池220的容量。例如，如果從發(fā)電系統(tǒng)230 和/或電網(wǎng)240供應(yīng)的功率小于負(fù)載系統(tǒng)250使用的功率的量，則功率可從主電池220a供應(yīng)到負(fù)載系統(tǒng)250來補(bǔ)償功率的短缺。如果從主電池220a釋放的功率不足以補(bǔ)償功率的 短缺，則還可從附加電池220b向負(fù)載系統(tǒng)250供應(yīng)功率。根據(jù)將要補(bǔ)充的可使用功率的量 來確定增加的附加電池的數(shù)量。主電池220a和附加電池220b通過BMS 215結(jié)合到雙向轉(zhuǎn) 換器213，并通過連接器217機(jī)械地并電附著到功率存儲系統(tǒng)200。連接器217可以是具有 機(jī)械接觸的手動操作開關(guān)，連接器217可只結(jié)合到附加電池220b，然而也可結(jié)合到主電池 220a。如果連接器217結(jié)合到主電池220a和附加電池220b兩者，則連接器217被選擇性 地打開和/或關(guān)閉以分別在主電池220a或附加電池220b放電時防止功率回流至附加電池 220b或主電池220a中或保護(hù)功率免于回流至附加電池220b或主電池220a中。BMS 215結(jié)合到電池220并根據(jù)集成控制器214控制電池220的充電和放電操作。 電池220通過BMS 215將功率釋放到雙向轉(zhuǎn)換器213，雙向轉(zhuǎn)換器213利用通過BMS 215的 功率對電池220充電。BMS 215執(zhí)行過充電保護(hù)功能、過放電保護(hù)功能、過電流保護(hù)功能、 過電壓保護(hù)功能、過熱保護(hù)功能、單元均衡功能等來保護(hù)電池220。因此，BMS 215監(jiān)測電 池220的電壓、電流、溫度、功率剩余量、壽命等，并將相關(guān)信息傳輸?shù)郊煽刂破?14。BMS 215包括結(jié)合到主電池220a的BMS 215a和結(jié)合到附加電池220b的BMS215b。BMS 215a 和BMS 21 分別結(jié)合到主電池220a和附加電池220b (基于一對一)。在本實(shí)施例中，BMS 215與電池220分開，然而也可構(gòu)成這樣的電池包，其中BMS 21 和主電池220a整體地設(shè) 置為單體，BMS 215b和附加電池220b整體地設(shè)置為單體。集成控制器214監(jiān)測發(fā)電系統(tǒng)230和電網(wǎng)240的狀態(tài)來控制BMS 215、雙向轉(zhuǎn)換器 213、雙向逆變器212和功率轉(zhuǎn)換器211的操作。集成控制器214還根據(jù)負(fù)載系統(tǒng)250使用 的功率的量來選擇性地控制雙向轉(zhuǎn)換器213的與主電池220a對應(yīng)的開關(guān)以及雙向轉(zhuǎn)換器 213的與附加電池220b對應(yīng)的開關(guān)的操作。圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖2中的集成控制器214的示意性框圖。參照圖3，集成控制器214包括監(jiān)測系統(tǒng)310、充電控制器330和放電控制器350。 現(xiàn)在將參照圖2和圖3描述集成控制器214。監(jiān)測系統(tǒng)310監(jiān)測發(fā)電系統(tǒng)230、功率存儲系統(tǒng)200、電網(wǎng)240和負(fù)載系統(tǒng)250的 狀態(tài)。監(jiān)測系統(tǒng)310通過BMS 215監(jiān)測電池220的功率剩余量、電壓、電流和溫度。當(dāng)輸入 和/或輸出雙向轉(zhuǎn)換器213、雙向逆變器212和功率轉(zhuǎn)換器211的電壓、電流、溫度和AC電 壓時，監(jiān)測系統(tǒng)310監(jiān)測AC相位。監(jiān)測系統(tǒng)310監(jiān)測電網(wǎng)240的電壓、電流、溫度和AC相 位，并監(jiān)測電網(wǎng)240處于正常狀態(tài)還是處于異常狀態(tài)。監(jiān)測系統(tǒng)310監(jiān)測負(fù)載系統(tǒng)250使 用的功率的量，并確定檢測出的功率的量是否超出功率存儲系統(tǒng)200的功率參考量。充電控制器330控制BMS 215、雙向轉(zhuǎn)換器213、雙向逆變器212和功率轉(zhuǎn)換器 211，以將從發(fā)電系統(tǒng)230或電網(wǎng)240供應(yīng)的功率存儲到電池220中。如果利用從電網(wǎng)240 供應(yīng)的功率對電池200充電，則雙向逆變器212根據(jù)充電控制器330的控制信號將從電網(wǎng) 240供應(yīng)的AC電壓整流為第一節(jié)點(diǎn)m的DC鏈路電壓。雙向轉(zhuǎn)換器230將第一節(jié)點(diǎn)m的 DC鏈路電壓轉(zhuǎn)換為電池存儲電壓電平的DC電壓。轉(zhuǎn)換后的DC電壓通過BMS 215充入到電 池220中。如果利用從發(fā)電系統(tǒng)230供應(yīng)的功率對電池220充電，則功率轉(zhuǎn)換器211將從 發(fā)電系統(tǒng)230供應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換為第一節(jié)點(diǎn)m的DC鏈路電壓，雙向轉(zhuǎn)換器213將DC鏈路電 壓轉(zhuǎn)換為電池存儲電壓，并根據(jù)充電控制器330的控制信號通過BMS 215來使電池220充 有電池存儲電壓。根據(jù)充電控制器330的控制信號，選擇并操作雙向轉(zhuǎn)換器213的與充有電池存儲電壓的電池220對應(yīng)的開關(guān)。放電控制器350控制BMS 215、雙向轉(zhuǎn)換器213、雙向逆變器212，以根據(jù)負(fù)載系統(tǒng) 250使用的功率的量來將存儲在電池220中的功率供應(yīng)到負(fù)載系統(tǒng)250。如果電池220對 負(fù)載系統(tǒng)250放電，則根據(jù)放電控制器350的控制信號，雙向轉(zhuǎn)換器213將通過BMS 215輸 出的電池存儲電壓轉(zhuǎn)換為DC鏈路電壓，并且雙向逆變器212將DC鏈路電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)載系 統(tǒng)250的AC電壓。因此，將AC電壓供應(yīng)到負(fù)載系統(tǒng)250。放電控制器350包括電池控制器 370和開關(guān)控制器390。電池控制器370將從發(fā)電系統(tǒng)230和/或電網(wǎng)240供應(yīng)的功率量與 負(fù)載系統(tǒng)250使用的功率量進(jìn)行比較，如果負(fù)載系統(tǒng)250使用的功率量大于供應(yīng)的功率量， 則電池控制器370通過BMS 215控制主電池220a來釋放存儲在主電池220a中的功率。如 果負(fù)載系統(tǒng)250使用的功率量仍然大于供應(yīng)的功率量，則電池控制器370使附加電池220b 連接以釋放存儲在附加電池220b中的功率。根據(jù)將要供應(yīng)到負(fù)載系統(tǒng)250的最大功率量 來確定附加電池的數(shù)量。這里，開關(guān)控制器390將控制信號輸出到雙向轉(zhuǎn)換器213的與放 電電池對應(yīng)的并聯(lián)連接的開關(guān)，從而使選擇的開關(guān)執(zhí)行開關(guān)操作。開關(guān)控制器390輸出用 于控制功率轉(zhuǎn)換器211和雙向逆變器212的開關(guān)操作的脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制信號。根 據(jù)轉(zhuǎn)換器或逆變器的輸入電壓來控制PWM控制信號的負(fù)載循環(huán)(duty cycle)，以減少由于 轉(zhuǎn)換器或逆變器的功率轉(zhuǎn)換而導(dǎo)致的功率損失。因此，雖然使用的功率量增大，但是將電池 添加到單個功率存儲系統(tǒng)并選擇性地操作雙向轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)的開關(guān)，而無需安裝額外的功 率存儲系統(tǒng)。因此，增大了單個功率存儲系統(tǒng)的容量。圖4A和圖4B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可用于雙向轉(zhuǎn)換器213的電路的示意性電路 圖。為了便于描述和理解，僅示意性地示出了開關(guān)的結(jié)構(gòu)。參照圖4A，雙向轉(zhuǎn)換器213包括電路413a，電路413a在充電時用作降壓式降壓轉(zhuǎn) 換器(decompression-type buck converter)并在放電時用作升壓轉(zhuǎn)換器。雙向轉(zhuǎn)換器213 包括用于將DC鏈路電壓轉(zhuǎn)換為電池電壓的充電開關(guān)Q11，以及用于將電池電壓轉(zhuǎn)換為DC鏈 路電壓的放電開關(guān)Q12，使主電池220a進(jìn)行充電和放電。雙向轉(zhuǎn)換器213還包括用于將DC 鏈路電壓轉(zhuǎn)換為電池電壓的充電開關(guān)Q21，以及用于將電池電壓轉(zhuǎn)換為DC鏈路電壓的放電 開關(guān)Q22，以使附加電池220b進(jìn)行充電和放電。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，充電開關(guān)Qll和 Q21的功能可變?yōu)榉烹婇_關(guān)Q12和Q22的功能。雙向轉(zhuǎn)換器213根據(jù)從集成控制器214輸 入的主電池控制信號S1驅(qū)動充電開關(guān)Qll或放電開關(guān)Q12，并根據(jù)附加電池控制信號&驅(qū) 動充電開關(guān)Q21或放電開關(guān)Q22。參照圖4B，雙向轉(zhuǎn)換器213包括控制四個FET的全橋逆變電路413b，全橋逆變電 路41 通過以下方式執(zhí)行DC電壓和DC電壓之間的轉(zhuǎn)換，即，將DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓，使 AC電壓升壓或降壓，然后將升壓或降壓后的AC電壓轉(zhuǎn)換為與不一樣的DC電壓。全橋逆變 電路41 將用于使附加電池220b進(jìn)行充電和放電的開關(guān)Q21、Q22、Q23和QM與用于使主 電池220a進(jìn)行充電和放電的開關(guān)Qll、Q12、Q13和Q14分別并聯(lián)連接。雙向轉(zhuǎn)換器213根 據(jù)從集成控制器214輸入的主電池控制信號Sl驅(qū)動開關(guān)Q11、Q12、Q13和Q14，并根據(jù)附加 電池控制信號S2驅(qū)動開關(guān)Q21、Q22、Q23和Q24。雙向轉(zhuǎn)換器213不限于上述實(shí)施例，并且可以是包括根據(jù)用于使電池進(jìn)行充電和 放電的電路的設(shè)計的開關(guān)的其他種類的逆變器或轉(zhuǎn)換器。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制功率存儲系統(tǒng)的方法的示意性流程圖。
參照圖5，在操作S501中，集成控制器監(jiān)測負(fù)載系統(tǒng)，以檢測每單位時間由負(fù)載系 統(tǒng)使用的功率量。在操作S503中，集成控制器確定檢測出的量是否超出功率的參考量。功率的參考 量被定義為在包括主電池的功率存儲系統(tǒng)中初始設(shè)置的功率量。如果每單位時間由負(fù)載系 統(tǒng)使用的功率量大于從發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)供應(yīng)的功率量，則集成控制器使主電池放電。如果 從主電池釋放的功率沒有滿足每單位時間由負(fù)載系統(tǒng)使用的功率量，則集成控制器使附加 電池放電。如果檢測出的量超出了功率的參考量，則在操作S505中使附加電池與主電池一 起結(jié)合。使附加電池和BMS結(jié)合到位于后面的節(jié)點(diǎn)處的雙向轉(zhuǎn)換器。如果檢測出的量未超 出功率的參考量，則集成控制器繼續(xù)監(jiān)測負(fù)載系統(tǒng)，以在操作S501中檢測每單位時間由負(fù) 載系統(tǒng)使用的功率量。在操作S507中，將從附加電池釋放的功率供應(yīng)到負(fù)載系統(tǒng)。如果結(jié)合附加電池， 則根據(jù)集成控制器的控制信號選擇雙向轉(zhuǎn)換器的與附加電池對應(yīng)的開關(guān)，并根據(jù)所選開關(guān) 的開關(guān)操作來將附加電池的電池存儲的電壓轉(zhuǎn)換為DC鏈路電壓。DC鏈路電壓通過雙向逆 變器轉(zhuǎn)換為負(fù)載系統(tǒng)的AC電壓，并將AC電壓供應(yīng)到負(fù)載系統(tǒng)。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例中的一個或多個實(shí)施例，并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng) 包括具有用于以陣列布置的電池的開關(guān)的單個雙向轉(zhuǎn)換器。因此，利用并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng) 來驅(qū)動電池的陣列而不必安裝額外的功率存儲系統(tǒng)來增加并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)的容量。因 此，縮小了并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)的尺寸，并且容易擴(kuò)展并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)的容量。雖然已經(jīng)結(jié)合特定示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明的各方面，但是應(yīng)該理解的是，本 發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，而是相反，本發(fā)明意圖覆蓋包括在權(quán)利要求及其等同物的精 神和范圍內(nèi)的各種修改和等同布置。
權(quán)利要求
1.一種用于將發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合到電網(wǎng)以將功率供應(yīng)到負(fù)載系統(tǒng)的并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)，所 述并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)包括主電池，將存儲的功率釋放到負(fù)載系統(tǒng)；至少一個附加電池，結(jié)合到主電池，以將存儲的功率釋放到負(fù)載系統(tǒng)； 雙向轉(zhuǎn)換器，結(jié)合到主電池和附加電池，并且雙向轉(zhuǎn)換器包括多個開關(guān)以執(zhí)行發(fā)電系 統(tǒng)和電網(wǎng)之間的DC鏈路電壓與電池電壓之間的轉(zhuǎn)換，所述多個開關(guān)中的第一開關(guān)與主電 池對應(yīng)，所述多個開關(guān)中的第二開關(guān)與附加電池對應(yīng)，其中，第一開關(guān)和第二開關(guān)彼此并聯(lián) 連接；集成控制器，基于負(fù)載系統(tǒng)使用的功率量選擇性地控制第一開關(guān)和第二開關(guān)的操作。
2.如權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)，其中，所述集成控制器包括 監(jiān)測系統(tǒng)，檢測負(fù)載系統(tǒng)使用的功率量以確定檢測出的量是否超出功率的參考量； 電池控制器，確定在檢測出的量超出功率的參考量時是否將附加電池結(jié)合到主電池； 開關(guān)控制器，產(chǎn)生用于控制第二開關(guān)的操作的控制信號。
3.如權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)，所述并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)還包括電池管理系 統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)結(jié)合到主電池和附加電池以控制主電池和附加電池的充電和放電。
4.如權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)，所述并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)還包括雙向逆變 器，雙向逆變器將從雙向轉(zhuǎn)換器輸出的DC鏈路電壓轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)的AC電壓并將電網(wǎng)的AC電 壓轉(zhuǎn)換為DC鏈路電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)，所述并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)還包括手動操作開 關(guān)，手動操作開關(guān)包括用于將附加電池結(jié)合到雙向轉(zhuǎn)換器的機(jī)械接觸。
6.如權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)，其中，發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池。
7.—種控制用于將發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合到電網(wǎng)以將功率供應(yīng)到負(fù)載系統(tǒng)的并網(wǎng)電力存儲系 統(tǒng)的方法，該方法包括以下步驟根據(jù)負(fù)載系統(tǒng)使用的功率量來確定是否將附加電池結(jié)合到主電池； 在將附加電池結(jié)合到主電池時將控制信號輸出到雙向轉(zhuǎn)換器，其中，雙向轉(zhuǎn)換器包括 與主電池對應(yīng)的第一開關(guān)和與附加電池對應(yīng)的第二開關(guān)，第一開關(guān)和第二開關(guān)彼此并聯(lián)連 接。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，確定是否將附加電池結(jié)合到主電池的步驟包括 檢測負(fù)載系統(tǒng)使用的功率量；確定檢測出的量是否超出功率的參考量；當(dāng)檢測出的量超出功率的參考量時，確定將附加電池結(jié)合到主電池。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括將雙向轉(zhuǎn)換器的DC鏈路電壓轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)的AC電壓。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，控制信號操作第二開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于將發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合到電網(wǎng)的并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)及其控制方法，所述并網(wǎng)電力存儲系統(tǒng)包括主電池，將存儲的功率釋放到負(fù)載系統(tǒng)；至少一個附加電池，結(jié)合到主電池，以將存儲的功率釋放到負(fù)載系統(tǒng)；雙向轉(zhuǎn)換器，結(jié)合到主電池和附加電池，并且雙向轉(zhuǎn)換器包括多個開關(guān)以執(zhí)行發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)之間的DC鏈路電壓與電池電壓之間的轉(zhuǎn)換，所述多個開關(guān)中的第一開關(guān)與主電池對應(yīng)，所述多個開關(guān)中的第二開關(guān)與附加電池對應(yīng)，其中，第一開關(guān)和第二開關(guān)彼此并聯(lián)連接；集成控制器，基于負(fù)載系統(tǒng)使用的功率量選擇性地控制第一開關(guān)和第二開關(guān)的操作。
文檔編號H02J3/32GK102088190SQ201010566980
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者樸鐘鎬 申請人:三星Sdi株式會社