專利名稱：并網(wǎng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)以及控制并網(wǎng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
公開的技術(shù)涉及一種與發(fā)電系統(tǒng)連接的并網(wǎng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)以及控制所述并網(wǎng)能 量存儲(chǔ)系統(tǒng)的方法，其中，電網(wǎng)對(duì)負(fù)載供電。
背景技術(shù)：
最近，已在發(fā)展可再生能源技術(shù)上投入了更大的興趣。由于通過可再生能源的使 用，可解決化石能源的枯竭和環(huán)境問題，因此已在許多國(guó)家積極地開展關(guān)于可再生能源的 研究。特別地，由于太陽能發(fā)電系統(tǒng)是通過使用作為可再生能源的太陽能來發(fā)電的，并且由 于太陽能發(fā)電系統(tǒng)不會(huì)引起污染，并且?guī)缀醪恍枰S護(hù)，因此，太陽能發(fā)電系統(tǒng)已引起了大 量的關(guān)注。這樣的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)通過針對(duì)多個(gè)發(fā)電模塊使用一個(gè)轉(zhuǎn)換器來轉(zhuǎn)換電 能。因此，當(dāng)每個(gè)模塊產(chǎn)生的能量的量不同時(shí)，轉(zhuǎn)換器的效率就會(huì)降低。

發(fā)明內(nèi)容
一個(gè)方面在于一種與電網(wǎng)和多個(gè)發(fā)電模塊連接的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括 用于將由多個(gè)發(fā)電模塊的每個(gè)發(fā)電模塊產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換為具有一電壓電平的DC電能的多 個(gè)轉(zhuǎn)換器；與多個(gè)發(fā)電模塊連接的多個(gè)串聯(lián)開關(guān)；以及被配置為選擇性地將多個(gè)發(fā)電模塊 相互連接的多個(gè)并聯(lián)開關(guān)。所述系統(tǒng)還包括被配置為控制多個(gè)串聯(lián)開關(guān)和多個(gè)并聯(lián)開關(guān) 以選擇性地將發(fā)電模塊的每個(gè)與至少一個(gè)選擇的轉(zhuǎn)換器連接的控制器，其中，所述選擇的 轉(zhuǎn)換器是基于由多個(gè)發(fā)電模塊的每個(gè)發(fā)電模塊產(chǎn)生的功率，從多個(gè)轉(zhuǎn)換器中選擇的。另一方面在于一種控制與多個(gè)發(fā)電模塊、電網(wǎng)和負(fù)載連接的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的方 法。所述方法包括測(cè)量由多個(gè)發(fā)電模塊的每個(gè)發(fā)電模塊產(chǎn)生的電能；以及通過控制與多 個(gè)發(fā)電模塊的每個(gè)發(fā)電模塊連接的多個(gè)串聯(lián)開關(guān)和選擇性地將多個(gè)發(fā)電模塊相互連接的 多個(gè)并聯(lián)開關(guān)來將一個(gè)或多個(gè)發(fā)電模塊與選擇的轉(zhuǎn)換器連接。所述選擇的轉(zhuǎn)換器是基于多 個(gè)發(fā)電模塊的產(chǎn)生的功率，從多個(gè)轉(zhuǎn)換器中選擇的。所述方法還包括使用選擇的轉(zhuǎn)換器將 來自一個(gè)或多個(gè)發(fā)電模塊的電能轉(zhuǎn)換為具有一電壓電平的DC電能。


結(jié)合附圖，通過下面各個(gè)實(shí)施例的描述，這些和/或其它方面將會(huì)變得清楚，并且 更易于理解，其中圖1是示出根據(jù)實(shí)施例的并網(wǎng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的示意性框圖；圖2是示出根據(jù)實(shí)施例的將圖1的并網(wǎng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)與轉(zhuǎn)換器連接的 開關(guān)裝置的詳細(xì)視圖；圖3是示出根據(jù)實(shí)施例的圖2的控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意性框圖4是示出根據(jù)實(shí)施例的控制并網(wǎng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的方法的示意性流程圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖詳細(xì)地描述特定示例性實(shí)施例。在整個(gè)說明書中，相同的標(biāo)號(hào)通常表示 相同的部件。在描述中，可省略對(duì)公知的功能和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述以不妨礙對(duì)各個(gè)發(fā)明的方 面的理解。特定實(shí)施例涉及能夠高效使用轉(zhuǎn)換器的并網(wǎng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)以及控制所述系統(tǒng)的 方法。圖1是示出根據(jù)實(shí)施例的并網(wǎng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)100的示意性框圖。參照?qǐng)D1，并網(wǎng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)100 (以下，能量存儲(chǔ)系統(tǒng))與發(fā)電系統(tǒng)130、電網(wǎng)140 連接，并且可對(duì)負(fù)載150供電。發(fā)電系統(tǒng)130使用能源產(chǎn)生電能，并且將電能輸出給能量存儲(chǔ)系統(tǒng)100。發(fā)電系統(tǒng) 130可以是(例如)太陽能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)或潮汐發(fā)電系統(tǒng)，并且可以是可再生能 源(如太陽能熱或地?zé)?。特別地，太陽能電池從太陽光產(chǎn)生電能，并且可容易地被安裝在 房子或工廠中，因此可與能量存儲(chǔ)系統(tǒng)100—起被適當(dāng)?shù)厥褂茫瞿芰看鎯?chǔ)系統(tǒng)100可被 安裝在房子中。發(fā)電系統(tǒng)130包括并聯(lián)的多個(gè)發(fā)電模塊1到N，并且每個(gè)發(fā)電模塊產(chǎn)生電 能。在一些實(shí)施例中，發(fā)電系統(tǒng)130是大容量能量系統(tǒng)。電網(wǎng)140可包括發(fā)電站、變電站、電力線等。當(dāng)電網(wǎng)140在正常狀態(tài)中時(shí)，電網(wǎng)140 可對(duì)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)100和/或負(fù)載150供電，并且可接收從能量存儲(chǔ)系統(tǒng)100供應(yīng)的電能。 當(dāng)電網(wǎng)140在異常狀態(tài)時(shí)，電網(wǎng)140不會(huì)對(duì)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)100或負(fù)載150供電，并且能量存 儲(chǔ)系統(tǒng)不會(huì)對(duì)電網(wǎng)140供電。負(fù)載150消耗由發(fā)電系統(tǒng)130產(chǎn)生的電能、存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置120中的電能或由電 網(wǎng)140供應(yīng)的電能。負(fù)載150可以是(例如)房子或工廠。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)100可將由發(fā)電系統(tǒng)130產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置120中，將產(chǎn) 生的電能發(fā)送給電網(wǎng)140、將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置120中的電能發(fā)送給電網(wǎng)140，并且將由電網(wǎng) 140供應(yīng)的電能存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置120中。在異常情況期間(例如，在電網(wǎng)140無法供電的停 電期間)，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)100可通過執(zhí)行不間斷供電(UPS)操作來對(duì)負(fù)載150供電。此外， 即使當(dāng)電網(wǎng)140在正常狀態(tài)中時(shí)，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)100也可將從發(fā)電系統(tǒng)130產(chǎn)生的電能或 存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置120中的電能供應(yīng)給負(fù)載150。能量存儲(chǔ)100可包括轉(zhuǎn)換器111、雙向逆變器112、雙向轉(zhuǎn)換器113、綜合控制器 114、電池管理系統(tǒng)(BMS) 115、直流電(DC)鏈接單元116、以及開關(guān)裝置117。轉(zhuǎn)換器111連接在發(fā)電系統(tǒng)130和第一節(jié)點(diǎn)N 1之間，并且將從發(fā)電系統(tǒng)130產(chǎn) 生的電能發(fā)送給第一節(jié)點(diǎn)m。轉(zhuǎn)換器111的操作可根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)130的類型而改變。當(dāng)發(fā) 電系統(tǒng)130是輸出AC電能的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)或潮汐發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，轉(zhuǎn)換器111將發(fā)電系統(tǒng)130 的AC電能轉(zhuǎn)換成DC電能，并將該DC電能輸出給第一節(jié)點(diǎn)W。當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)130是輸出DC 電能的太陽能電池時(shí)，轉(zhuǎn)換器111從發(fā)電系統(tǒng)130接收DC電能，并且將DC電能供應(yīng)給第一 節(jié)點(diǎn)Ni。在一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器111執(zhí)行最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制以根據(jù)綜合控制器 114獲得由太陽能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)或潮汐發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的最大功率。轉(zhuǎn)換器111包 括分別與發(fā)電系統(tǒng)130的多個(gè)發(fā)電模塊1到N對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換器1到N。經(jīng)由開關(guān)裝置117可 選擇性地將轉(zhuǎn)換器1到N與發(fā)電模塊1到N連接。開關(guān)裝置117可將發(fā)電模塊同時(shí)連接到至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器或?qū)l(fā)電模塊每次連接到一個(gè)轉(zhuǎn)換器。DC鏈接單元116可連接在第一節(jié)點(diǎn)m和雙向逆變器112之間以將第一節(jié)點(diǎn)附的 DC電壓電平維持在DC鏈接電平(link level)。由于發(fā)電系統(tǒng)130或電網(wǎng)140的瞬時(shí)電壓 驟降或在負(fù)載150中產(chǎn)生的峰值負(fù)載，在第一節(jié)點(diǎn)m的電壓電平可能是不穩(wěn)定的。然而， 對(duì)于雙向轉(zhuǎn)換器113和雙向逆變器112的正常操作，在第一節(jié)點(diǎn)m的電壓最好是穩(wěn)定的。 DC鏈接單元116可穩(wěn)定在第一節(jié)點(diǎn)m的DC電壓電平，并且DC鏈接單元116可包括電容 器。電容器可以是鋁電解電容器、聚合物電容或高電壓、大電流多層陶瓷電容器(MLCC)。在 一些實(shí)施例中，可將DC鏈接單元116形成為單獨(dú)的部件，但是也可將DC鏈接單元形成在雙 向轉(zhuǎn)換器113、雙向逆變器112或轉(zhuǎn)換器111中。雙向逆變器112是連接在第一節(jié)點(diǎn)m和電網(wǎng)140之間的電能轉(zhuǎn)換器。雙向逆變 器112對(duì)來自電網(wǎng)140的AC電壓進(jìn)行整流以產(chǎn)生將要存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置120中的DC電能。 雙向逆變器112還將來自發(fā)電系統(tǒng)130或電池120的DC電壓轉(zhuǎn)換為將要被輸出給電網(wǎng)140 的AC電壓。雙向逆變器112還可包括用于從將要被輸出給電網(wǎng)140的AC電壓去除特定頻 率分量的濾波器，并且雙向逆變器112可執(zhí)行各種其它功能，如限制電壓變化、提高功率因 數(shù)、去除DC分量、防止瞬時(shí)現(xiàn)象等。雙向轉(zhuǎn)換器113是連接在第一節(jié)點(diǎn)m和電池120之間的電能轉(zhuǎn)換器。雙向轉(zhuǎn)換器 113將在第一節(jié)點(diǎn)m的DC鏈接電壓轉(zhuǎn)換為將要存儲(chǔ)在電池120中的DC電壓，并且將存儲(chǔ) 在電池120中的電壓轉(zhuǎn)換為將要發(fā)送給第一節(jié)點(diǎn)m的DC鏈接電壓電平。例如，當(dāng)從發(fā)電 系統(tǒng)130產(chǎn)生的DC電能或從電網(wǎng)140供應(yīng)的AC電能被存儲(chǔ)在電池120中時(shí)，雙向轉(zhuǎn)換器 113可操作為用于將第一節(jié)點(diǎn)m的DC鏈接電壓電平調(diào)整為電池存儲(chǔ)電壓的降壓轉(zhuǎn)換器。 當(dāng)充入電池120中的電能被供應(yīng)給電網(wǎng)140或負(fù)載150時(shí)，雙向轉(zhuǎn)換器113可操作為用于 將電池存儲(chǔ)電壓調(diào)整為在第一節(jié)點(diǎn)m的DC鏈接電壓電平的升壓轉(zhuǎn)換器。電池120存儲(chǔ)從發(fā)電系統(tǒng)130或電網(wǎng)140供應(yīng)的電能。電池120可以是任何各種 類型的電池。例如，電池120可以是鎳鎘電池、鉛蓄電池、鎳氫電池(NiMH)、鋰離子電池或 鋰聚合物電池?？梢孕纬呻姵?20的多個(gè)電池。可基于能量存儲(chǔ)系統(tǒng)100中要求的電能容 量、設(shè)計(jì)條件等來確定電池的數(shù)量。BMS 115與電池120連接，并且根據(jù)綜合控制器114來控制電池120的充電操作和 放電操作。經(jīng)由BMS 115，將放電電流從電池120發(fā)送給雙向轉(zhuǎn)換器113和將充電電流從 雙向轉(zhuǎn)換器113發(fā)送給電池120。BMS 115還可包括各種特性(如過充保護(hù)、過放電保護(hù)、 過流保護(hù)、過壓保護(hù)、過熱保護(hù)、電池平衡等)以保護(hù)電池120。為此，BMS 115可監(jiān)控電池 120的電壓、電流、溫度、剩余電量、壽命等，并且將該信息發(fā)送給綜合控制器114。在一些實(shí) 施例中，與電池120分離地形成BMS 115，但也可將BMS 115和電池120集成于電池包中。綜合控制器114從電網(wǎng)140接收包括關(guān)于電網(wǎng)140的電壓、電流、溫度等的信息。 綜合控制器114基于關(guān)于電網(wǎng)140的信息來確定在電網(wǎng)140中是否發(fā)生了異常情況。當(dāng)電 網(wǎng)140在異常狀態(tài)中時(shí)，綜合控制器114將存儲(chǔ)在電池120中的電能或由發(fā)電系統(tǒng)130產(chǎn) 生的電能輸出給負(fù)載150，并且防止來自能量存儲(chǔ)系統(tǒng)100的電能供應(yīng)給電網(wǎng)140。為此， 負(fù)載看來不能直接與電網(wǎng)連接，如圖1中所示。 綜合控制器114控制能量存儲(chǔ)系統(tǒng)100的每個(gè)組件以將存儲(chǔ)在電池120中的電能 供應(yīng)給電網(wǎng)140。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)100將存儲(chǔ)在電池120的電能提供給電網(wǎng)140以免費(fèi)供應(yīng)電能或?qū)㈦娔艹鍪劢o電網(wǎng)140管理實(shí)體。 綜合控制器114發(fā)送控制轉(zhuǎn)換器111、雙向逆變器112和雙向轉(zhuǎn)換器113的每個(gè) 的開關(guān)操作的脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制信號(hào)。PWM控制信號(hào)通過具有根據(jù)轉(zhuǎn)換器111、雙向 逆變器112和雙向轉(zhuǎn)換器113的每個(gè)的輸入電壓最佳控制的占空比，將由于轉(zhuǎn)換器111、雙 向逆變器112和雙向轉(zhuǎn)換器113執(zhí)行的電能轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的損耗最小化。為此，綜合控制器 114接收與在轉(zhuǎn)換器111、雙向逆變器112和雙向轉(zhuǎn)換器113的每個(gè)輸入端感測(cè)的電壓、電 流和溫度對(duì)應(yīng)的信號(hào)，并且基于感測(cè)信號(hào)發(fā)送轉(zhuǎn)換器控制信號(hào)和逆變器控制信號(hào)。綜合控 制器114測(cè)量發(fā)電系統(tǒng)130的發(fā)電模塊1到N的每個(gè)發(fā)電模塊的輸出功率，并且選擇性地 將發(fā)電模塊1到N與轉(zhuǎn)換器111連接。以下將描述關(guān)于綜合控制器114的選擇性地連接轉(zhuǎn) 換器111的操作。圖2是示出根據(jù)一些實(shí)施例的將能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200的發(fā)電系統(tǒng)230與轉(zhuǎn)換器211 連接的開關(guān)裝置的更詳細(xì)的示圖。圖3是示出根據(jù)一些實(shí)施例的圖2的控制器214的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)的示意性框圖。參考圖2，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200與太陽能發(fā)電系統(tǒng)230連接，但是本發(fā)明不限于太陽 能發(fā)電系統(tǒng)230，因此，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200可與另外的發(fā)電系統(tǒng)連接。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)200將 由太陽能發(fā)電系統(tǒng)230產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)在電池220中，并且將電能供應(yīng)給電網(wǎng)240或負(fù)載 250。太陽能發(fā)電系統(tǒng)230包括多個(gè)太陽能電池模塊230a、230b和230c，其中，太陽能電 池模塊根據(jù)照射在其上的日照量來輸出DC電流。太陽能電池模塊230a、230b和230c根據(jù) 其不同的情況(如太陽輻射、溫度和驅(qū)動(dòng)操作點(diǎn)(driveoperating point))而具有不同的 輸出。太陽能電池模塊230a、230b和230c的每個(gè)可包括串聯(lián)的或并聯(lián)的多個(gè)太陽能電池 以獲得期望的輸出。在圖2的系統(tǒng)中，示出了 3個(gè)太陽能電池模塊，但是可根據(jù)安裝位置或 設(shè)計(jì)來形成更多的太陽能電池模塊以獲得期望量的功率。轉(zhuǎn)換器211將從發(fā)電系統(tǒng)230輸出的DC電能轉(zhuǎn)換為期望電壓電平的DC電能。轉(zhuǎn) 換器211包括分別與太陽能電池模塊230a、230b和230c對(duì)應(yīng)的開聯(lián)的多個(gè)轉(zhuǎn)換器211a、 211b和211c。在圖2中，形成了 3個(gè)轉(zhuǎn)換器211，但是可形成與發(fā)電系統(tǒng)230的數(shù)量對(duì)應(yīng)的 更多或更少的轉(zhuǎn)換器211。所以，由太陽能電池模塊230a、230b和230c的每個(gè)輸出的電能 可被單獨(dú)地、獨(dú)立地轉(zhuǎn)換以提高轉(zhuǎn)換器211的電能轉(zhuǎn)換效率。此外，根據(jù)由太陽能電池模塊 230a、230b和230c產(chǎn)生的功率量來控制轉(zhuǎn)換器211a、211b和211c以選擇性地進(jìn)行操作。 例如，每個(gè)太陽能電池模塊根據(jù)太陽能電池模塊230a、230b和230c的用于產(chǎn)生能量的天氣 情況、安裝位置和安裝方向來產(chǎn)生不同量的功率。在這種情況下，當(dāng)操作與太陽能電池模塊 230a、230b和230c連接的所有轉(zhuǎn)換器時(shí)，轉(zhuǎn)換器的效率就降低了。所以，根據(jù)由太陽能電池 模塊230a、230b和230c產(chǎn)生的功率量來從轉(zhuǎn)換器211a、211b和211c中選擇性地操作至少 一個(gè)轉(zhuǎn)換器以提高轉(zhuǎn)換器的效率。根據(jù)太陽能電池模塊230a、230b和230c的狀態(tài)來控制 轉(zhuǎn)換器211以遵循最大輸出點(diǎn)。雙向逆變器212將從電網(wǎng)240輸入的AC電壓整流為將被存儲(chǔ)在電池220中的DC 電壓，并且輸出DC電壓。此外，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)換為將被輸出到電網(wǎng)240的AC電壓，并且輸出AC電壓。雙向轉(zhuǎn)換器213將從發(fā)電系統(tǒng)230輸出的DC電壓轉(zhuǎn)換為電池存儲(chǔ)電壓，并且將電池存儲(chǔ)電壓轉(zhuǎn)換為將被供應(yīng)給雙向轉(zhuǎn)換器212的DC鏈接電壓電平。電池220存儲(chǔ)從發(fā)電系統(tǒng)230或電網(wǎng)240供應(yīng)的電能?？蓪㈦姵?20和BMS(未 示出)集成為電池包。開關(guān)217包 括形成于將太陽能電池模塊230a、230b和230c與轉(zhuǎn)換器211a、211b 和211c串聯(lián)的線上的串聯(lián)開關(guān)SWa、Sffb和SWc ；以及用于分別將太陽能電池模塊230a與 太陽能電池模塊230b連接、將太陽能電池模塊230b與太陽能電池模塊230c連接、將太陽 能電池模塊230c與太陽能電池模塊230a連接的并聯(lián)開關(guān)SW1、SW2和SW3。可根據(jù)控制器 214中的操作算法來控制串聯(lián)開關(guān)SWa、SWb和SWc和并聯(lián)開關(guān)SW1、SW2和SW3的接通-斷 開操作?？刂破?14根據(jù)最大輸出點(diǎn)控制轉(zhuǎn)換器211。為此，控制器214測(cè)量由太陽能電 池模塊230a、230b和230c輸出的功率量，并且控制轉(zhuǎn)換器211在根據(jù)具有各種算法的操作 來產(chǎn)生最大輸出的操作模式中操作?？刂破?14經(jīng)由開關(guān)217來將太陽能電池模塊230a、 230b和230c與轉(zhuǎn)換器211a、211b和211c連接(以這樣的方式)來使發(fā)電效率最優(yōu)化。例 如，在一些實(shí)施例中，控制器214測(cè)量由太陽能電池模塊230a、230b和230c的每個(gè)產(chǎn)生的 功率量，并且防止經(jīng)由開關(guān)217的在產(chǎn)生低功率量的太陽能電池模塊和轉(zhuǎn)換器211的轉(zhuǎn)換 器之間的連接。另外，控制器214將產(chǎn)生低功率量的太陽能電池模塊與轉(zhuǎn)換器211中的同一 轉(zhuǎn)換器連接，以增加輸入到轉(zhuǎn)換器的電能，從而提高轉(zhuǎn)換器的效率并且延長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的壽命。 此外，控制器214周期性地監(jiān)控轉(zhuǎn)換器的情況以排除具有故障的轉(zhuǎn)換器(例如，停止運(yùn)行的 轉(zhuǎn)換器)，從而將系統(tǒng)操作中的錯(cuò)誤最小化。參照?qǐng)D3，控制器214包括發(fā)電測(cè)量單元301、轉(zhuǎn)換器監(jiān)控器303、計(jì)算器305和 開關(guān)控制器307。控制器214可與圖1中的綜合控制器114集成，或可與圖1中的綜合控制 器114分離地形成。發(fā)電測(cè)量單元301測(cè)量太陽能電池模塊230a、230b和230c的每個(gè)的輸出功率 Pout0可周期性地測(cè)量輸出功率Pout，或可基于情況根據(jù)操作者的期望來測(cè)量輸出功率 Pout。轉(zhuǎn)換器監(jiān)控器203可周期性地監(jiān)控并且警告關(guān)于轉(zhuǎn)換器211a、211b和211c的操 作情況和缺陷。轉(zhuǎn)換器監(jiān)控器203匯集記錄轉(zhuǎn)換器211a、211b和211c的缺陷、更換時(shí)間、 操作數(shù)量和操作時(shí)間的數(shù)據(jù)庫，并且周期性或非周期性地更新數(shù)據(jù)庫。計(jì)算器305從發(fā)電測(cè)量單元301接收由太陽能電池模塊230a、230b和230c的每 個(gè)輸出的功率，并且還從轉(zhuǎn)換器監(jiān)控器203接收關(guān)于轉(zhuǎn)換器211a、211b和211c的信息。計(jì) 算器305基于所述信息將由太陽能電池模塊230a、230b和230c輸出的功率與參考值進(jìn)行 比較。開關(guān)控制器307基于由計(jì)算機(jī)305執(zhí)行的比較來選擇至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器，并且將控 制信號(hào)輸出給開關(guān)217來接通與選擇的轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)的串聯(lián)開關(guān)和并聯(lián)開關(guān)以將太陽能電 池模塊230a、230b和230c和至少一個(gè)選擇的轉(zhuǎn)換器連接。例如，可根據(jù)轉(zhuǎn)換器的操作時(shí)間、 轉(zhuǎn)換器的操作數(shù)量、轉(zhuǎn)換器的排列順序、可選的選擇等來選擇轉(zhuǎn)換器。圖4是根據(jù)一些實(shí)施例的控制能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的方法示意性流程圖。參照?qǐng)D3和圖 4描述控制能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的方法。在S400中，發(fā)電測(cè)量單元301測(cè)量由發(fā)電模塊的每個(gè)輸出的功率，S卩，輸出功率Pout?？芍芷谛缘?、非周期性地或根據(jù)操作者的期望來測(cè)量輸出功率Pout。在S410中，計(jì)算器305將由太陽能電池模塊230a、230b和230c的每個(gè)輸出的功 率量與第一比較值A(chǔ)進(jìn)行比較。第一比較值A(chǔ)可以是轉(zhuǎn)換器輸出最大功率所需的輸入功率 的百分比(例如，所需輸入功率的70%)。在S420中，如果存在具有比第一比較值A(chǔ)大的輸出功率的發(fā)電模塊，則開關(guān)控制 器307接通與所述發(fā)電模塊連接的串聯(lián)開關(guān)。因此，具有比第一比較值A(chǔ)大的輸出功率的 發(fā)電模塊經(jīng)由串聯(lián)開關(guān)與相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器連接，并且連接的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電能。在S430中，計(jì)算器305將由具有比第一比較值A(chǔ)小的輸出功率的剩余太陽能電池 模塊的每個(gè)輸出的功率量相加，并且確定該總和是否小于第二比較值B。第二比較值B可以 是轉(zhuǎn)換器輸出最大功率所需的輸入功率的百分比。第二比較值B可以是比第一比較值A(chǔ)大 的值(例如，所需輸入功率的80% )。在S440中，如果所述總和小于第二比較值B，則開關(guān)控制器307從沒有操作的轉(zhuǎn)換 器中選擇具有短的操作時(shí)間的轉(zhuǎn)換器，并且將具有比第一比較值A(chǔ)小的輸出功率的發(fā)電模 塊與選擇的轉(zhuǎn)換器連接(S440)。為了將具有比第一比較值A(chǔ)小的輸出功率的發(fā)電模塊的每 個(gè)與選擇的轉(zhuǎn)換器連接，接通相應(yīng)的串聯(lián)開關(guān)和并聯(lián)開關(guān)。如果所述總和大于第二比較值B，則在S450中，計(jì)算器305將由剩余太陽能電池模 塊中的兩個(gè)輸出的功率量相加，并且將該總和與第二比較值B進(jìn)行比較。計(jì)算器305將由 一個(gè)發(fā)電模塊輸出的功率量P和由先前發(fā)電模塊輸出的功率P-或由下一個(gè)發(fā)電模塊輸出 的功率量P+的總和與第二比較值B進(jìn)行比較。如果由相鄰發(fā)電模塊輸出的功率量的總和小于第二比較值B，則在S460中，開關(guān) 控制器307將該相鄰的兩個(gè)發(fā)電模塊與在沒有操作的轉(zhuǎn)換器中具有短的操作時(shí)間的轉(zhuǎn)換 器連接。為了將所述相鄰的兩個(gè)發(fā)電模塊的每個(gè)與選擇的轉(zhuǎn)換器連接，接通相應(yīng)的串聯(lián)開 關(guān)和并聯(lián)開關(guān)。當(dāng)P和P-的總和以及P和P+的總和都小于第二比較值B時(shí)，轉(zhuǎn)換器可選 擇功率量的總和更接近第二比較值B的模塊。如果由相鄰發(fā)電模塊輸出的功率量的總和大于第二比較值B，則在S470中，開關(guān) 控制器307將所述相鄰發(fā)電模塊的每個(gè)與相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器連接。那么，接通與所述相鄰發(fā)電 模塊的每個(gè)連接的串聯(lián)開關(guān)。在一個(gè)示例中，如果僅太陽能電池模塊230a的輸出功率Pl大于第一比較值A(chǔ)，則 接通串聯(lián)開關(guān)SWa。將剩余的太陽能電池模塊230b和230c的輸出功率P2和P3相加。當(dāng) P2+P3的總和小于第二比較值B時(shí)，將太陽能電池模塊230b和230c與在轉(zhuǎn)換器211b和 211c中具有短的操作時(shí)間的轉(zhuǎn)換器(例如，轉(zhuǎn)換器211b)連接。所以，接通串聯(lián)開關(guān)SWb和 并聯(lián)開關(guān)SW2。如果太陽能電池模塊230b和230c的P2+P3的總和大于第二比較值B，則接 通串聯(lián)開關(guān)SWb和串聯(lián)開關(guān)SWc。 在另一示例中，當(dāng)由太陽能電池模塊230a、230b和230c輸出的功率量都小于第一 比較值A(chǔ)時(shí)，將由太陽能電池模塊230a、230b和230c輸出的功率量都相加。當(dāng)P1+P2+P3 的總和小于第二比較值B時(shí)，太陽能電池模塊230a、230b和230c與在轉(zhuǎn)換器211a、211b和 211c中具有短的操作時(shí)間的轉(zhuǎn)換器(例如，轉(zhuǎn)換器211b)連接。所以，接通串聯(lián)開關(guān)SWb和 并聯(lián)開關(guān)SWl和SW2。如果太陽能電池模塊230a、230b和230c的輸出功率的P1+P2+P3的總 和大于第二比較值B，則將太陽能電池模塊230a、230b和230c的輸出功率相加。如果P1+P2的總和大于第二比較值B并且P2+P3的總和小于第二比較值B，則太陽能電池模塊230b和 230c與在轉(zhuǎn)換器211a、211b和211c中具有短的操作時(shí)間的轉(zhuǎn)換器211b連接。所以，接通 串聯(lián)開關(guān)SWb和并聯(lián)開關(guān)SW2。剩余大陽能電池模塊230a可經(jīng)由串聯(lián)開關(guān)SWa與轉(zhuǎn)換器 211a連接，或可等待直到下一次測(cè)量功率的產(chǎn)生。當(dāng)P1+P2的總和以及P2+P3的總和都大 于第二比較值B時(shí)，太陽能電池模塊230a、230b和230c分別經(jīng)由開關(guān)SWa、SWb和SWc與轉(zhuǎn) 換器211a、211b和211c連接。當(dāng)P1+P2的總和以及P2+P3的總和都小于第二比較值B時(shí)， 選擇具有與第二比較值B接近的總和(即P1+P2的總和)的模塊，并且將選擇的模塊與在 轉(zhuǎn)換器211a和211b中具有短的操作時(shí)間的轉(zhuǎn)換器211b連接。所以，接通串聯(lián)開關(guān)SWb和 并聯(lián)開關(guān)SW1。可將模塊230c連接到轉(zhuǎn)換器211a或211c，或可等待直到下一次測(cè)量功率 的產(chǎn)生，并且這些連接是可選的。如上所述，根據(jù)以上的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，并網(wǎng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)包括多發(fā)電模塊和 多個(gè)轉(zhuǎn)換器，從而能夠單獨(dú)地、獨(dú)立地操作轉(zhuǎn)換器。此外，并網(wǎng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)包括在發(fā)電模塊和轉(zhuǎn)換器之間連接的多個(gè)串開關(guān)和在發(fā) 電模塊之間連接的多個(gè)并聯(lián)開關(guān)，以基于由發(fā)電模塊產(chǎn)生的電選擇性地操作轉(zhuǎn)換器，從而 提高轉(zhuǎn)換器的效率。 雖然已經(jīng)參照示例性實(shí)施例具體顯示和描述了各個(gè)發(fā)明的方面，但是領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，以對(duì)其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的各 種改變。
權(quán)利要求
1.一種與電網(wǎng)和多個(gè)發(fā)電模塊連接的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括多個(gè)轉(zhuǎn)換器，用于將由多個(gè)發(fā)電模塊的每個(gè)產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換成具有一電壓電平的DC 電能；多個(gè)串聯(lián)開關(guān)，與多個(gè)發(fā)電模塊連接；多個(gè)并聯(lián)開關(guān)，被配置為選擇性地將多個(gè)發(fā)電模塊相互連接；控制器，被配置為控制多個(gè)串聯(lián)開關(guān)和多個(gè)并聯(lián)開關(guān)以選擇性地將發(fā)電模塊的每個(gè)與 至少一個(gè)選擇的轉(zhuǎn)換器連接，其中，選擇的轉(zhuǎn)換器是基于由多個(gè)發(fā)電模塊的每個(gè)產(chǎn)生的功 率從多個(gè)轉(zhuǎn)換器中選擇的。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中控制器包括發(fā)電測(cè)量單元，被配置為測(cè)量由多個(gè)發(fā)電模塊的每個(gè)產(chǎn)生的功率；計(jì)算器，被配置為將產(chǎn)生的功率的每個(gè)與一個(gè)或多個(gè)參考值進(jìn)行比較；開關(guān)控制器，被配置為將控制信號(hào)輸出給并聯(lián)開關(guān)和串聯(lián)開關(guān)以基于比較來將發(fā)電模 塊的每個(gè)與選擇的轉(zhuǎn)換器連接。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，選擇的轉(zhuǎn)換器具有最短操作時(shí)間。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，開關(guān)控制器被配置為選擇性地接通與具有比第一 參考值大的產(chǎn)生的功率的發(fā)電模塊連接的串聯(lián)開關(guān)。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，如果具有比第一參考值小的產(chǎn)生的功率的發(fā)電模 塊的產(chǎn)生的功率的總和小于第二參考值，則開關(guān)控制器被配置為接通串聯(lián)開關(guān)和并聯(lián)開關(guān) 以將具有比第一參考值小的產(chǎn)生的功率的發(fā)電模塊與另一選擇的轉(zhuǎn)換器連接。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，如果具有比第一參考值小的產(chǎn)生的功率的發(fā)電模 塊的產(chǎn)生的功率的總和大于第二參考值，并且如果具有比第一參考值小的產(chǎn)生的功率的兩 個(gè)發(fā)電模塊的產(chǎn)生的功率的總和小于第二參考值，則開關(guān)控制器被配置為接通相應(yīng)的串聯(lián) 開關(guān)和并聯(lián)開關(guān)以將所述兩個(gè)發(fā)電模塊與另一選擇的轉(zhuǎn)換器連接。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述兩個(gè)發(fā)電模塊相鄰。
8.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，如果具有比第一參考值小的產(chǎn)生的功率的發(fā)電模 塊的產(chǎn)生的功率的總和大于第二參考值，并且具有比第一參考值小的產(chǎn)生的功率的兩個(gè)發(fā) 電模塊的產(chǎn)生的功率的總和大于第二參考值，則開關(guān)控制器被配置為接通與所述兩個(gè)發(fā)電 模塊連接的串聯(lián)開關(guān)。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述兩個(gè)發(fā)電模塊相鄰。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，發(fā)電模塊包括太陽能電池。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括電池；一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器，被配置為將來自電網(wǎng)的電能或來自多個(gè)發(fā)電模塊的電能充入所述 電池。
12.—種控制與多個(gè)發(fā)電模塊、電網(wǎng)和負(fù)載連接的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的方法，所述方法包括測(cè)量由多個(gè)發(fā)電模塊的每個(gè)產(chǎn)生的功率；通過控制與多個(gè)發(fā)電模塊的每個(gè)連接的多個(gè)串聯(lián)開關(guān)和選擇性地將多個(gè)發(fā)電模塊相 互連接的多個(gè)并聯(lián)開關(guān)來將一個(gè)或多個(gè)發(fā)電模塊與選擇的轉(zhuǎn)換器連接，其中，選擇的轉(zhuǎn)換器是基于多個(gè)發(fā)電模塊的產(chǎn)生的功率從多個(gè)轉(zhuǎn)換器中選擇的；使用選擇的轉(zhuǎn)換器將來自一個(gè)或多個(gè)發(fā)電模塊的電能轉(zhuǎn)換成具有一電壓電平的DC電能。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，選擇的轉(zhuǎn)換器在多個(gè)轉(zhuǎn)換器中具有最短操作時(shí)間。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括 將產(chǎn)生的功率的每個(gè)與參考值進(jìn)行比較；將控制信號(hào)輸出給串聯(lián)開關(guān)和并聯(lián)開關(guān)以基于比較將發(fā)電模塊的每個(gè)與選擇的轉(zhuǎn)換 器連接。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，控制信號(hào)接通與具有比第一參考值大的產(chǎn)生的 功率的發(fā)電模塊連接的串聯(lián)開關(guān)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括確定具有比第一參考值小的產(chǎn)生的功率的發(fā)電模塊的產(chǎn)生的功率的總和是否小于第二參考值；如果產(chǎn)生的功率的總和小于第二參考值，則接通串聯(lián)開關(guān)和并聯(lián)開關(guān)以將具有比第一 參考值小的產(chǎn)生的功率的發(fā)電模塊與另一選擇的轉(zhuǎn)換器連接。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括如果具有比第一參考值小的產(chǎn)生的功率的發(fā)電模塊的產(chǎn)生的功率的總和大于第二參 考值，則確定具有比第一參考值小的產(chǎn)生的功率的兩個(gè)發(fā)電模塊的產(chǎn)生的功率的總和是否小于第二參考值；如果所述兩個(gè)發(fā)電模塊的總和小于第二參考值，則接通串聯(lián)開關(guān)和并聯(lián)開關(guān)以將所述 兩個(gè)發(fā)電模塊與另一選擇的轉(zhuǎn)換器連接。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述兩個(gè)發(fā)電模塊相鄰。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括如果所述兩個(gè)發(fā)電模塊的產(chǎn)生的功率的總和大于第二參考值，則接通與所述兩個(gè)發(fā)電 模塊連接的串聯(lián)開關(guān)。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括將來自電網(wǎng)的電能或來自多個(gè)發(fā)電模塊的電 能充入電池。
全文摘要
公開了一種并網(wǎng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)以及控制并網(wǎng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的方法。并網(wǎng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)可通過測(cè)量多個(gè)發(fā)電模塊的產(chǎn)生的功率并且基于測(cè)量選擇性地操作轉(zhuǎn)換器來提高轉(zhuǎn)換器的效率。
文檔編號(hào)H02J7/02GK102097821SQ201010569879
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者崔魯尼 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社