专利名称：用于可变资源能量产生系统的管理系统的利记博彩app
技术领域：
本发明的应用领域为借助于可变资源可再生能量，更具体地借助于风能或光伏太阳能的电能广生系统。本发明的目的是提供用于可变资源电力产生系统的能量管理系统，其并入了用于能量储存及其管理的方法。该系统容许在电网中出现的需求得以满足，参与电网的调节并且有助于电网的稳定性和品质。
背景技术：
在电能产生领域内，诸如热电厂或核电厂的常规的发电厂由于电网操作员的需求而具有根据电网在每个瞬间的要求来增加或减少传递到电网的能量的手段。近年来，电网操作员所需求的所述要求正扩展到可变资源能量产生系统。本文中，可变资源能量产生系统应当为以能量的宽泛可变性为特征的那些产生系统。通常，可变资源为一些类型的非可控可再生能量，诸如基于风能或太阳能的系统中的风能或太阳能。电网中可再生能量的大规模集成要求，发电总是满足需求，从而使其正确运行。为了解决该问题，应对能源过量的第一种已知的解决方案是限制由系统所生成的能量。尽管如此，该方法暗示了使系统进一步移动而远离最优运行点而使其捕获能量的能力降低，这意味着能源的部分不能再使用并且后期不能回收。另一个已知的解决方案包括使用能够在存在能源过量的时间段期间消耗有功功率的储存装置并且当产生能源赤字时将所储存的能量返回到电网中。该技术还容许电网操作员对有功功率变化需求进行响应或者对要求通过实施主要和辅助调节功能来平衡发电和能量消耗的频率变化以协调的方式采取行动。EP2101392和EP1772939公开了包括电池或其它储存装置以及双向DC/DC转换器的系统，双向DC/DC转换器容许多余的能量朝向所述储存装置传输并且当需要时将所述能量返回到DC总线。然而，这些系统存在如下缺陷:管理DC/DC转换器生成的能量的100%需要系统的全部电力。除了增加系统的总容量之外，这通常过于昂贵。发明概述本发明公开了用于将DC电压源与电网连接的能量管理的系统和方法。在本文中，术语“DC电压源”是指从诸如例如光伏太阳能、风能或其它能源的可变可再生能源供应的DC电压源。DC电压源的一些实施例为:-如果资源为光伏，则DC电压源可以为光伏电池板本身。-在资源为风能的情况下，对于双馈送拓扑结构(DFIG)，DC电压源将由发电机和与其转子连接的AC/DC转换器形成；对于全转换器拓扑结构，DC电压源将为发电机和与其定子连接的AC/DC转换器。所提出的系统组合了 DC/DC转换器与附加开关元件的动作，附加开关元件容许储存装置的加速充电和/或放电。通过这种方式，系统能够朝向储存装置传导由系统产生的能量的100%，DC/DC转换器的尺寸适于较低功率。本文所提出的用于将DC电压源与电网连接的能量管理系统包括:-DC/AC 转换器；-至少一个控制单元；其特征在于所述能量管理系统进一步包括:一第一分支，其由与能量储存装置串联的附加开关元件形成，所述第一分支连接在DC电压源的端子之间。所述附加开关元件容许储存系统的加速充电或放电。在优选的实施方案中，附加开关元件为二极管类型。在另一优选的实施方案中，储存装置由超级电容器或电池构成。DC/DC转换器与DC电压源的端子和储存装置连接。在优选的实施方案中，DC/DC转换器由与DC电压源的端子串联连接的两个开关元件形成。DC/DC转换器另外包括电感，所述电感与所述开关元件的中点和所述储存装置的正极端子连接，构成了 DC/DC降压-升压转换器。在优选的实施方案中，可以使DC/DC转换器的尺寸适于比系统低的功率，而不有损功能。本发明的第二方案涉及使用所描述的系统的能量管理方法，该方法容许借助于对DC/AC转换器、DC/DC转换器、附加开关元件和/或DC电压源的致动而通过DC源、储存装置和电网之间的能量流的适当管理来控制与电网交换的功率流。所公开的系统的重要优点在于，通过为储存装置的输入或输出能量提供通往DC/DC转换器的可选路径，可以使所述DC/DC转换器的尺寸适于比DC源的最大功率低的功率。因此，当功率超过DC/DC转换器的最大功率时，储存装置经由附加开关元件进行充电/放电。尺寸适于较低功率的DC/DC转换器较不庞大且较轻，从而有利于运输和组装任务，此夕卜，经济上更廉价。另外，在可再生能源下跌的情况下，其它常规的源(诸如热、组合循环、水电等)能够通过参与辅助调节而起作用。尽管如此，这些源具有比以并入本发明所提出的系统的可再生能源为特征的那些源更慢的动态功率变化。因此，本发明容许进行必要/所需的调节以避免每种可再生源的缺陷特性，诸如:-固有的功率波动吸收到可再生能源中，-DC电压源的电流浪涌。本发明的另一重要优点在于，其容许对下面的功率需求进行响应:-有功产生的电力控制。-产生的电力变化的控制。-电力储备的产生。所提出的系统通过依照需求的不同种类的能量管理实现了前述目标。在可用能源大于所需要的能源的期间，转换器和附加开关元件的适当管理容许根据如下两种可选的运行模式来实施储存装置的充电:通过DC/DC转换器或者通过附加开关元件。下文中，根据优选的实施方案对这些充电模式进行简要描述:通过DC/DC转换器:这种类型的充电容许DC源和储存装置在不同的电压下工作，以使DC源能够在对应于最大功率点的电压处工作，同时多余的能量以较低的电压储存在储存装置中。
通过附加开关元件:在动态地疏散到电网的电力减少大于所容许的电力减少的情形下，需要经由DC/DC转换器。充电以加速方式进行，激活附加开关元件，以使DC电压源的电压和储存装置的电压相等。可选地，在所需要的能量大于能源所供应的能量的时刻，转换器和附加开关元件的适当管理容许能量根据两种可选的运行模式从储存装置朝向电网释放。下文中，根据优选的实施方案对这两种放电模式进行简要说明:通过DC/DC转换器:如果储存装置所需要的电力低于DC/DC转换器的电力，则通过DC/DC转换器实施放电，这容许DC源和储存装置的工作电压不同。通过附加开关元件:如果储存装置所需要的电力大于DC/DC转换器的电力，则通过附加开关元件实施放电。这容许满足能源的宽范围变化，而无需使DC/DC转换器的尺寸过大。为了操作系统以使得可以进行储存装置的加速放电，需要将DC电压源的电压保持在最小运行电压以上的值。通过这种方式，在迅速需要额外电力供应的时刻，通过将DC电压源的电压值降低至低于或等于储存装置的电压值的值来立即实现这点。在优选的实施方案中，所提出的发明容许对系统所产生的有功功率的控制。所述功率的控制是基于次序来执行的，该次序能够由电网操作员或系统的监督控制器或控制单元或者在内部根据表、参数等来限定。电网操作员的次序能够通过设备的总控制器发送到每个单个设备的控制单元。次序还能够基于根据斜坡的功率变化或容许对电网系统的其余产生源进行响应的剖面图。另外，本文所提出的系统能够通过使系统的输出适于电网系统的其余产生源所要求的动力学特性来抵消可变资源的功率变化。在可再生能源下跌的情况下，其它常规的源(诸如热、组合循环、水电等)能够通过参与辅助调节而起作用。尽管如此，这些源具有比以可变资源为特征的那些资源更慢的动态功率变化。例如，常规的能源具有大约每分钟4%的动态功率变化，同时可变资源产生系统的动力学特性能够在几秒内达到80%。在可变资源的下跌大于能够抵消常规源的下跌的情形下，本文所提出的系统将为所要求的响应动力学特性供应所要求的差值。在本发明的优选实施方案中，储存装置的充电可通过经由AC/DC转换器从电网供应系统来进行。这容许储存装置充当受控充电装置，使设备的能量平衡为负或低于由DC电压源所确立的能量平衡。在由多个发电单元形成的设备的情况下，储存解决方案可见于每个发电单元或设备中，例如在系统的输出处。本发明暗示了考虑到每个单个设备(而不是全部设备)的储存，以使能源的使用最优化。依照电网电压及其拓扑结构，选择储存装置的电压以使其小于DC源的标定值并且大于由DC/AC转换器所要求的最小运行电压。下文中，为了便于对本说明书的更佳理解以及形成其一体部分，附有图，其中以示例性且非限制性的方式表示出了本发明的目的。
图1示出了包括容许储存装置的加速充电/放电的附加开关元件的本发明的优选实施方案。图2示出了本发明的系统的另一优选实施方案，其中附加开关元件为二极管。发明详述图1和图2示出了本发明的系统⑴的实施例，其中观察到DC源(5)与第一分支和第二分支连接，第一分支包括DC/DC转换器(2)，所述第二分支包括与储存装置(4)串联的附加开关元件(3，3’)。该实施例的DC/DC转换器(2)由两个串联的开关元件和连接在所述两个开关元件的中点和第二分支的中点之间、附加开关元件(3，3’)和储存装置(4)之间的电感构成。从图中可以观察到，DC/DC转换器⑵的每个开关元件由在反并联位置布置有二极管的晶体管形成。图1还示出了由二极管处于反并联位置的晶体管形成的附加开关元件(3)，同时图2的附加开关元件(3’ )仅包括二极管。最后，这些元件与DC/AC转换器(6)连接，DC/AC转换器(6)依次与电网(7)连接。本文所提出的系统的特征在于，至少一个控制单元控制系统(I)的输出功率，管理DC源(5)、储存装置⑷和电网(7)之间的作用于DC/AC转换器(6)、DC/DC转换器(2)和由开关元件(3，3’ )和/或DC电压源(5)形成的第一分支上的能量流。下文描述了本系统(I)的不同的运行模式。在第一个场所，在能源大于所要求的能源的期间，系统(I)容许储存装置(4)以两种不同的方式进行充电:通过DC/DC转换器(2):这种类型的充电允许DC源(5)在不同于储存装置(4)的电压下工作。这容许所生成的能量的最大化，使DC源(5)在对应于光伏和风能系统的情况下的最大功率点的电压下工作。此外，储存装置(4)的充电将由控制单元支配，控制单元将确定动力学特性和充电水平。在风能或光伏应用中，例如，将容许负荷保持在其标定值以下，以使在需要时疏散到电网(7)的电力的限制能够将多余的能量传导到储存系统(4)。通过附加开关元件(3，3’ ):在动态地疏散到电网(7)的电力减少大于所容许的电力减少的情形下，需要经由DC/DC转换器(2)。充电是通过激活附加开关元件(3，3’)来进行的，以使DC电压源(5)的电压和储存装置(4)的电压相等。具体地，对于风能系统，这种运行方式容许吸收阵风，从而减少系统的机械负荷并且保持应对由于电网(7)事件的结果引起的瞬变过程的DC电压源(5)的控制。所提出的解决方案因而暗示为其中疏散的能量不能被回收的诸如并入制动断续器的常规系统的备选方案。尽管如此，所提出的发明的储存装置(4)容许在正常范围内重新确立运行点之际将能量返回到电网(7)。在本发明的优选实施方案中，储存装置(4)的充电能够通过经由AC/DC转换器(6)从电网(7)供给储存装置(4)来执行。这容许储存装置(4)充当受控负荷，设备的能量平衡为负或低于由DC电压源(5)所确立的能量平衡。另一方面，在电网(7)所需要的能量大于能源所供应的能量的时刻，能量从储存装置(4)朝向电网(7)放出。存在两种放电模式:
通过DC/DC转换器(2):如果储存装置(4)所需要的电力低于DC/DC转换器(2)的电力，则放电通过DC/DC转换器⑵来实施，这容许DC源(5)和储存装置⑷的工作电压不同。通过附加开关元件(3，3’ ):如果储存装置(4)所需要的电力大于DC/DC转换器(2)的电力，则放电通过附加开关元件(3，3’ )来实施。这容许满足能源的宽范围变化，而无需使DC/DC转换器(2)的尺寸过大。为了操作系统(I)以使得可以进行储存装置⑷的加速放电，需要将DC电压源
(5)的电压保持在最小运行电压以上的值。通过这种方式，在迅速需要额外电力供应的时亥IJ，通过将DC电压源(5)的电压值降低至低于或等于储存装置(4)的电压值的值来立即实现这点，使得DC电压源(5)的电压和储存装置(4)的电压通过储存装置(4)的放电而变得相等。最小运行电压应当由能源的应用或来源来确定。在风能应用的情况下，最小运行电压应当使得其在安全限制内起作用，以使得必须考虑到电网(7)的电压和电机所施加的电压。该电压，无论是双馈送拓扑结构中的转子的电压还是在全转换器拓扑结构中的定子的电压，依次由旋转速度施加。
权利要求
1.用于将DC电压源(5)与电网(7)连接的能量管理系统(1)，其包括: -DC/AC转换器(6)，其与所述DC源(5)的端子连接； -至少一个控制单元； 其特征在于，所述能量管理系统进一步包括: -第一分支，其由与能量储存装置(4)串联的附加开关元件(3，3’ )形成，所述第一分支连接在所述DC电压源(5)的端子之间； -DC/DC转换器(2)，其与所述DC电压源(5)的端子和所述储存装置(4)连接。
2.根据权利要求1所述的系统(1)，其中，所述DC/DC转换器(5)由如下部分形成: -分支，其由与所述DC电压源(5)的端子串联连接的两个开关元件形成；以及 -电感，其与所述开关元件的中点以及与所述储存装置(4)的正极端子连接。
3.根据权利要求2所述的系统(1)，其中，所述DC/DC转换器(5)的每个开关元件包括二极管处于反并联位置的晶体管。
4.根据任一前述权利要求所述的系统(1)，其中，附加开关元件(3，3’)选自二极管(3’ )和二极管处于反并联位置的晶体管(3)之间。
5.根据任一前述权利要求所述的系统(1)，其中，所述DC/DC转换器(2)为降压-升压类型。
6.根据任一前述 权利要求所述的系统(1)，其中，所述储存装置(4)选自超级电容器和电池之间。
7.根据权利要求1所述的系统(1)，其中，所述DC电压源是从光伏或风能类型的可再生能源供应的。
8.用于系统的能量管理方法，其由如下部分形成: -DC/AC转换器(6)，其与DC源(5)的端子连接； _控制单兀； -第一分支，其由与能量储存装置(4)串联的附加开关元件(3，3’ )形成，所述第一分支连接在所述DC电压源(5)的端子之间； -DC/DC转换器(2)，其与所述DC电压源(5)的端子和所述储存装置(4)连接， 其特征在于，所述能量管理方法包括:控制与作用于DC/AC转换器(6)、DC/DC转换器(2)、附加开关元件(3，3’ )和/或DC源(5)上的电网(7)交换的功率流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述系统(I)的输出功率的控制是基于次序实施的。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述次序是由电网操作员或系统的监督控制器或控制单元基于表或参数来确定的。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述次序是基于根据斜坡的功率变化或容许对电网系统的其余发电源进行响应的剖面图。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，从所述储存装置(4)朝向所述DC/AC转换器的能量流是通过附加开关元件(3，3’ )和/或通过所述DC/DC转换器(2)传输的。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述控制单元根据能量流来控制所述DC源(5)的电压。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述储存装置(4)保持在其标定负荷值以下以吸收由于电网(7)的事件引起的电流浪涌并且控制所述DC源(5)的电压。
15.根据权利要求8所述的方法，其中，所述储存装置(4)通过所述DC/DC转换器(2)进行充电或放电。
16.根据权利要求8所述的方法，其中，所述储存装置(4)通过附加开关元件(3，3’)进行充电或放电。
17.根据权利要求8所述的方法，其中，所述储存装置(4)通过所述DC/AC转换器(6)从所述电网(X)充电或放 电。
全文摘要
本发明的目的是提供用于可变资源能量产生系统的能量管理系统，其合并了用于能量储存及其管理的方法。该系统容许在电网中出现的需求得以满足，帮助调节电网并且有助于电网的稳定性和品质。
文档编号H02J7/34GK103201929SQ201080068584
公开日2013年7月10日 申请日期2010年8月11日 优先权日2010年8月11日
发明者R·冈萨雷斯塞诺赛因, A·卡卡马约尔, J·科洛马卡拉霍拉 申请人:英格蒂姆能源科技有限公司