РЕАГИРУЮЩЕЕ НА ЧАСТОТУ УПРАВЛЕНИЕ ПОДДЕРЖАНИЕМ ЗАРЯДА СИСТЕМ НАКОПЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА ДЛЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ УСЛУГ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СЕТИ Российский патент 2013 года по МПК H02J3/32 H02J7/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к предоставлению вспомогательных услуг в электрической сети, а более точно, к регулированию частоты и синхронизированному резервированию с использованием систем накопления электричества.

Предшествующий уровень техники

В течение любого заданного периода времени, например, одних суток, операторы электросети оценивают количество энергии, необходимой для каждой секунды, минуты или часа такого периода времени. Поставщики электричества поставляют это оцененное количество энергии через электростанции. Вообще, средняя величина реальной нагрузки относительно близка к оцененному количеству. Однако, есть мгновенные отклонения требуемого количества энергии, заставляющие реальную нагрузку быть выше, чем оценка, или ниже, чем оценка.

В ответ на такие отклонения, поставщики электричества изменяют выдачу электроэнергии от электростанций, для того чтобы соответствовать нагрузке. Это изменение выдачи находящихся в подключенном к сети состоянии электростанций называется «отслеживанием нагрузки». Когда нагрузка выше, чем вырабатываемая мощность, понятно, что мощность необходимо повышать, с тем чтобы электрические устройства оставались полностью работоспособными. Фиг.1 изображает диаграмму, иллюстрирующую реальную нагрузку 110 и отслеживание 120 нагрузки электростанциями. Как может быть видно, электростанции, находящиеся в подключенном к сети состоянии не способны точно соответствовать отклонениям реальной нагрузки. Также есть вторая, менее наглядная причина, по которой мощность должна быть равной нагрузке. Если подаваемая мощность отлична от силовой нагрузки, частота переменного тока, подаваемая в дома и на коммерческие предприятия, будет отличаться от номинального стандарта, например, 50 Гц или 60 Гц. Это отличие частоты может вынуждать бытовые приборы, осветительные и другие устройства работать неэффективным или даже ненадежным образом.

Чтобы поддерживать требуемую рабочую частоту переменного тока, операторы энергосистем призывают, чтобы электростанции предоставляли вспомогательные услуги, называемые регулированием частоты. На фиг.1 линия 130 иллюстрирует, каким образом регулирование частоты требует, момент за моментом, настроек большей или меньшей мощности для сохранения частоты в требуемом рабочем диапазоне. Если нагрузка (потребление) ниже, чем подаваемая мощность, выходная частота увеличивается выше 60 Гц. Наоборот, если нагрузка больше, чем подаваемая мощность, частота уменьшается (так как генераторы замедляют свою выработку энергии). Другие подобные вспомогательные услуги также реагируют на отклонения частоты электрической сети, такие как синхронизированное резервирование, которое привлекает электростанции быстрого реагирования, которые уже синхронизированы с частотой сети и могут начинать подачу энергии очень быстро в случае отказа или другой проблемы с энергоснабжением. Услуги, такие как регулирование частоты и синхронизированное резервирование, обычно попадают в категорию, указываемую ссылкой как вспомогательные услуги электросети, так как эти услуги действуют, чтобы поддерживать основные требования подачи мощности и энергии для потребления.

Исторически регулирование частоты, синхронизированное резервирование, другие вспомогательные услуги предоставлялись электростанциями. Однако, технологии накопления энергии, такие как аккумуляторные батареи, маховики, конденсаторы или другие устройства также могут использоваться для подачи энергии в электроэнергетическую сеть. Эти технологии накопления энергии, по своей природе, также имеют возможность забирать излишнюю энергию из сети, чтобы накапливать для более позднего использования, а также разряжать энергию в сеть. Поскольку регулирование частоты требует постоянных настроек, таких как добавление, и вычитание полной энергии в системе от момента к моменту (смотрите фиг.1, линия 130), технологии накопления энергии хорошо пригодны для удовлетворения этой необходимости.

Технологии накопления энергии не создают непосредственно новую энергию, но обеспечивают повышенную эффективность в использовании энергии, вырабатываемой электростанциями, посредством лучшего приведения ее в соответствие с мгновенным изменением потребностей в электрической сети. Эта эффективность будет обеспечивать более низкую полную себестоимость и более низкие выбросы в отношении работы энергосистемы. В дополнение, технологии накопления энергии, обеспечивающие вспомогательные услуги, обеспечивают энергетические возможности существующим электростанциям сосредотачиваться скорее на производстве энергии для потребления, чем отвлекаться на услуги, требуемые для обслуживания электрической сети, потенциально отсрочивая необходимость в новых электростанциях по мере того, как потребление растет со временем.

Однако большинство технологий накопления энергии, по сравнению с электростанциями, ограничены количеством полной энергии или длительностью энергии, которая может подаваться или забираться из электроэнергетической сети. Например, в случае аккумуляторных систем накопления энергии, аккумуляторная батарея может достигать точки исчерпания энергии или совершенного наполнения энергии и, таким образом, неспособна выполнять функцию регулирования, требуемую в тот момент. Однако, при условии помоментных отклонений вверх и вниз, необходимых для эффективного регулирования частоты в электрической сети, блок накопления энергии, который не способен демонстрировать эффективность в один момент, такой как случай, где аккумуляторная батарея пуста, а энергия необходима, был бы способным демонстрировать эффективность в следующий момент, такой как случай, где пустая аккумуляторная батарея доступна для поглощения избыточной энергии. Чтобы соответствовать этой сложной задаче, технологиям накопления энергии нужны механизмы, последовательность операций и элементы управления, которые обеспечивают наиболее эффективную рабочую модель поддерживания заряда блока накопления энергии при удовлетворении потребностей регулирования частоты и других вспомогательных услуг.

Хотя были предложены системы управления широкого применения для технологий накопления энергии в отношении электрических сетей, реальные системы, которые могут надежно поддерживать способность системы к вспомогательным услугам в электрической сети, не были достигнуты.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Желательно иметь систему управления для систем накопления энергии, которые могут надежно координировать состояние заряда (SOC) или емкость для накопления или разряда энергии системы накопления энергии с помоментными потребностями электрической сети в регулировании частоты, синхронизированном резервировании и других вспомогательных услугах. Дополнительно, желательно, чтобы такая система управления работала, чтобы восстанавливать систему накопления энергии до оптимального SOC некоторым образом, который поддерживает непрерывную возможность блока накопления энергии быть способным реагировать на диспетчерские или автоматические сигналы для этих услуг.

Раскрытые варианты осуществления предусматривают системы, устройства и способы для управления характеристикой заряда и разряда систем накопления энергии, энергетически связанных с электросетью, из условия чтобы он предусматривал поддержание наличия способности заряда и разряда, пригодной для регулирования частоты и других вспомогательных услуг электрической сети, когда это необходимо, и восстанавливал до заданного уровня состояния заряда (SOC), когда от находится вне активного использования и позволяют условия сети. Когда оператор запрашивает регулирование (то есть добавление или удаление энергии из сети) посредством диспетчеризации или благодаря автоматическому управлению, механизм управления подтверждает, что значение SOC будет предоставлять возможность запрошенного заряда или разряда, а затем, предоставляет возможность системе накопления энергии возможность обслуживать запрос выдачей дополнительной энергии или поглощением избыточной энергии.

Чтобы поддерживать надлежащий заряд, контролируют значение состояния заряда (SOC) устройства накопления энергии и частоту сети. Когда запрос от оператора регулировать частоту сети не обслуживается, заряд накопительного устройства может увеличиваться или уменьшаться, так что заряд может поддерживаться в пределах заданного диапазона. Как только значение SOC выпадает за пределы этого диапазона, заряд добавляется или удаляется надлежащим образом из накопительных элементов, при условии, что частота сети имеет надлежащие значения. Например, если частота сети выше первой заданной точки, то заряд может добавляться, но нет, если частота сети ниже первой заданной точки. К тому же, если частота сети ниже второй заданной точки, то заряд может удаляться, но нет, если частота сети выше второй заданной точки. Лучшее понимание принципов и преимуществ настоящего изобретения может быть получено со ссылкой на последующее подробное описание и прилагаемые чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает диаграмму, иллюстрирующую реальную нагрузку и отслеживание нагрузки, а также мощность регулирования;

Фиг.2 изображает структурную схему примерной системы накопления энергии, присоединенной к электрической сети для вспомогательных услуг;

Фиг.3 изображает блок-схему последовательности операций способа поддерживания заданного диапазона заряда в системе накопления энергии, которая используется для регулирования рабочей частоты электросети;

Фиг.4 изображает диаграмму линейной реакции на отклонения частоты в электрической сети;

Фиг.5a и 5b изображают диаграммы двух примеров поддерживания заряда для устройства накопления энергии;

Фиг.6 изображает таблицу примера соответственных действий, предпринятых для различных состояний частоты сети и состояния заряда устройства накопления энергии.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Раскрытые варианты осуществления предлагают системы, устройства и способы для поддерживания состояния заряда (SOC) устройства накопления энергии, которое энергетически связано с электросетью для предоставления вспомогательных услуг. В качестве примера, когда оператор запрашивает регулирование (то есть, добавление или удаление энергии из сети), система регулирования обслуживает запрос путем обеспечения дополнительной энергии из устройства накопления энергии или поглощения избыточной энергии в устройство накопления энергии. Для того чтобы надежно реагировать на последующие запросы оператора, заряд в устройстве накопления энергии поддерживается в пределах заданного диапазона.

В качестве уровня техники и для содействия пониманию принципов за изобретением, блок регулирования частоты, который применяет аккумуляторные батареи в качестве элементов накопления энергии, будет описан в качестве примера вспомогательной услуги, к которой могут быть применены принципы изобретения. Можно применять эти принципы для регулирования и управления другими типами устройств накопления энергии, таких как маховики, конденсаторы и другие технологии, в каком случае, значения и заданные точки могли бы быть настроены, чтобы учитывать существенные характеристики выбранной системы. Фиг.2 изображает структурную схему блока 200 регулирования частоты. Блок 200 регулирования частоты выдает и принимает энергию в и из электросети 205. Например, энергия может выдаваться через местную подстанцию или линии передачи. Таким образом, электросеть выдает надлежащее количество мощности для текущей нагрузки на заданной номинальной частоте, например, 60 Гц.

Блок 200 регулирования частоты включает в себя набор элементов 210 накопления энергии, таких как аккумуляторные батареи. В одном из вариантов осуществления, используются современные литий-ионные аккумуляторные батареи. Набор элементов накопления энергии, таких как аккумуляторные батареи 210, энергетически связан с электросетью. В качестве используемого в материалах настоящей заявки, термин «энергетически связанный» означает, что энергия может перетекать из одного объекта в другой. Например, электричество в виде переменного или постоянного тока может перетекать из одного объекта в другой двунаправленным образом. Аккумуляторные батареи 210 выдают энергию в сеть 205 или принимают энергию из сети 205, по необходимости, например, для регулирования частоты сети.

При выдаче энергии в сеть 205, постоянный ток идет из аккумуляторных батарей 210 в двунаправленные преобразователи 215 переменного тока в постоянный ток (AC/DC), которые преобразуют постоянный ток в переменный ток. В одном из вариантов осуществления, инверторы используются для преобразования постоянного тока в переменный ток. При накоплении энергии из сети, выпрямители используются для преобразования переменного тока в постоянный ток. Могут использоваться другие типы инвертеров и выпрямителей, как будет очевидно специалисту в данной области техники. Переменный ток протекает между преобразователями 215 и сетью 205 через трансформатор 220.

Система 225 преобразования энергии (PCS) является системой логического управления для двунаправленных преобразователей 215 AC/DC. Программируемый логический контроллер (ПЛК, PLC) дает PCS 225 команду присоединить или отсоединить преобразователи 215 от аккумуляторных батарей 210 и/или сети 205. В одном из вариантов осуществления соединение между трансформатором 220 и сетью 205 может происходить посредством ручного переключателя, который нормально замкнут во время работы системы 200.

В одном из вариантов осуществления программируемый логический контроллер 230 (ПЛК) использует многозвенную программную логику для создания управления в реальном времени. ПЛК 230 отправляет и принимает сигналы данных в PCS 225 через линию 3 интерфейса данных (DI). Примерными входными сигналами в ПЛК 230 из PCS 225 являются сигнал состояния готовности, а примерными выходными сигналами из ПЛК 230 являются количество энергии для заряда или разряда и команды для присоединения/отсоединения преобразователей 215 к/от сети 205 и/или аккумуляторных батарей 210.

Чтобы сохранять аккумуляторные батареи в состоянии, которое дает им возможность реагировать на запросы для добавления энергии в или поглощения энергии из сети, система 200 включает в себя систему 235 управления аккумуляторными батареями (BMS). BMS 235 выравнивает элементы 210 аккумуляторной батареи и поддерживает сведения о состоянии заряда (SOC) элементов. SOC аккумуляторных батарей 210 является измерением текущей способности аккумуляторных батарей отдавать и принимать энергию. Примерными входными сигналами в ПЛК 230 из BMS 235, через линию 4 DI, являются допустимые мощности аккумуляторных батарей 210 (например, МВт·с), отказы и SOC.

В одном из вариантов осуществления, SOC является процентным отношением, которое проходит от 0% до 100%, где 100% означает, что больше энергия не может накапливаться в аккумуляторных батареях 210. В одном из аспектов, SOC вычисляют по уровням напряжения разомкнутой цепи и/или замкнутой цепи. Однако, SOC может быть вычислен любым количеством способов, которые известны специалисту в данной области техники.

Удаленный терминал 250 (RTU) может использоваться для присоединения к системе 255 диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) через линию 1 DI. В одном из вариантов осуществления, SCADA ассоциативно связана с оператором (например, энергосистемой общего пользования), который управляет сетью 205. Примерные входные сигналы из SCADA 255 в ПЛК 230 включают в себя запрос на регулирование частоты сети. Запрос может включать в себя количество энергии (например, в МВт) для заряда или разряда и может включать в себя частоту сети.

Примерные выходные сигналы из ПЛК 230 включают в себя состояние и работоспособность системы 200. В одном из вариантов осуществления, ПЛК 230 может отправлять информацию в SCADA 255 о SOC или своих возможностях, так что SCADA 255 знает заранее, может или нет система предоставлять услугу.

ПЛК 230 также может принимать сигналы данных через линию 2 DI из измерительного преобразователя 260, который присоединен к сети 205. Измерительный преобразователь 260 считывает сигнал переменного тока в сети 205, чтобы определять частоту электричества, доставляемого через сеть.

В одной из реализаций, источник 265 бесперебойного питания (ИБП, UPS) подает питание на ПЛК 230. В еще одном варианте осуществления, ПЛК 230 отправляет и принимает сигналы (через линию 5 DI) из блока 240 HVAC (системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха), чтобы обеспечивать надлежащие условия окружающей среды для аккумуляторных батарей 210 и других компонентов. Примерными входными сигналами в ПЛК 230 из HVAC 240 являются температура и влажность, а примерными выходными сигналами в HVAC являются настройки термостата.

В еще одной другой реализации, компьютер 245 присоединен к ПЛК 230 для управления, программирования или настройки параметров ПЛК 230. Компьютер 245 также может использоваться для контроля системы 200. Примерными входными сигналами из компьютера 245 в ПЛК 230 являются сигналы выключения и запуска. Примерными выходными сигналами в компьютер 245 являются события журнала регистрации, данные журнала регистрации и сообщения о предупредительных сигналах.

Когда выполняется регулирование частоты, запрос может приниматься в ПЛК 230 от оператора электросети через SCADA 255 и RTU 250. Запрос может включать в себя команды для поглощения энергии из или добавления энергии в электросеть. В одном из вариантов осуществления, запрос предписывает, сколько энергии следует передать или скорость для передачи. В ответ, энергия передается в/из сети в зависимости от того, должен ли запрос увеличивать или уменьшать текущую частоту сети, либо, равноценно, поглощать или добавлять энергию.

После этого регулирование может прекращаться в ответ на другой диспетчерский запрос от оператора. Например, оператор может считать, что частота сети находится на или около требуемой номинальной частоты. Оператор также может полагать, что частота, вероятно, не должна скоро измениться, например, потому, что оператор может предвидеть, что выработка энергии находящихся в подключенном к сети состоянии станций будет соответствовать ожидаемой нагрузке. В еще одном примере, регулирование может прекращаться на основании измерения системой 200 того, что частота сети находится на или около требуемой частоты. Регулирование также может прекращаться по другим причинам, таким как детектирование отказа.

Во время регулирования SOC аккумуляторных батарей может значительно подниматься или падать. Например, аккумуляторные батареи могут передать значительное количество энергии в сеть, таким образом, оставляя аккумуляторные батареи с очень небольшим зарядом (например, SOC около 20%). В еще одном примере, аккумуляторные батареи могут принять много энергии из сети, таким образом, оставляя аккумуляторные батареи с высокой величиной заряда (например, SOC около 85%). В обоих из этих случаев, аккумуляторные батареи находятся в плохом состоянии, чтобы продолжать регулировать частоту сети, если вспомогательной энергии необходимо, соответственно, добавляться или поглощаться. Таким образом, для обеспечения более надежного обслуживания, заряд в аккумуляторных батареях модифицируется в соответствии с принципами изобретения, чтобы поддерживать его в пределах требуемого диапазона в течение наибольшего возможного количества времени.

Модификация может состоять в том, чтобы как следует увеличивать или уменьшать заряд. Модификация происходит, только когда это полезно, чтобы уравновешивать потребность в надлежащем SOC с общими потребностями распределительной энергосистемы. В соответствии с одной из реализаций, выполняется модификация, в то время как частота сети находится в зоне нечувствительности, которая не требует никакого регулирования. В течение этого времени, заряд может добавляться/удаляться до тех пор, пока значение SOC, которое может контролироваться в ПЛК 230 на основании информации из BMS 230, находится в пределах заданного диапазона. Например, диапазон может быть центрирован вокруг 50%, так что система 200 может равным образом выдавать или принимать энергию. В других вариантах осуществления, целевое состояние может быть выше или ниже, чем около 50%, например, когда известно, что вероятна большая передача в определенном направлении.

Фиг.3 изображает блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую общий способ поддерживания заданного диапазона заряда на аккумуляторных батареях, которые используются для регулирования рабочей часты электросети, в течение времени, в которое система 200 не является добавляющей или поглощающей мощность для обеспечения регулирования частоты. На этапе 310, получают текущее значение SOC. Например, ПЛК 230 может принимать SOC из BMS 235. В одном из вариантов осуществления, значение SOC контролируют на периодической основе.

На этапе 320 получают измерение частоты сети. Например, ПЛК 230 может принимать измеренную частоту сети из измерительного преобразователя 260 на периодической основе. Принятую частоту проверяют, чтобы определить, находится ли она в установленной зоне нечувствительности. Например, может производиться определение, находится ли она в диапазоне 60 Гц ±0,025 Гц. Этот диапазон может быть таким же, как диапазон, который оператор использует для определения, когда оправдан запрос в систему 200 для регулирования частоты, или он может быть иным. Например, запрос на регулирование мог бы производиться, только когда мгновенная рабочая частота находится вне диапазона 60 Гц ±0,05 Гц.

Если мгновенная частота сети находится вне зоны нечувствительности, то регулирование SOC не обязательно, поскольку передача энергии в сеть, когда частота высока, или из сети, когда частота низка, может вызывать необходимость в саморегулировании. В этом случае последовательность операций по фиг.3 завершают, и ПЛК остается на других задачах на этапе 325.

Однако если частота сети находится в пределах зоны нечувствительности, на этапе 330 производят определение, находится ли SOC вне диапазона поддержания, определенного желательными верхним и нижним пределами L1 и L2. В одной из реализаций L1 мог бы быть равным 45% полной емкости аккумуляторной батареи, а L2 мог бы быть равным 55% емкости. На этапе 340, заряд изменяют, если SOC находится вне диапазона поддержания, но частота сети находится в пределах зоны нечувствительности, как более подробно пояснено в дальнейшем. Например, если определено, что желательно иметь SOC в диапазоне между приблизительно 45%-55%, то заряд может изменяться для SOC приблизительно в 35%. В таком случае SOC изменяют передачей энергии из сети в накопительные элементы. Если SOC определено как находящееся в пределах диапазона поддержания на этапе 330, никакая передача энергии не происходит между сетью и накопительными элементами, и последовательность операций продолжают на этапе 325.

Во время изменения заряда частоту сети непрерывно контролируют, чтобы определять, вышла ли она из зоны нечувствительности, на этапе 350. Если это происходит, система 200 прекращает зарядку и остается на этапе 325. Если частота сети остается в пределах зоны нечувствительности, последовательность операций переходит на этап 360.

На этапе 360 производят определение, вернулось ли значение SOC в допустимое значение. В одном из вариантов осуществления допустимый диапазон является тем же диапазоном, который используют для определения, нужно ли изменять заряд на этапе 330. В другом варианте осуществления, допустимый диапазон является меньшим. Например, заряд может изменяться до тех пор, пока SOC не находится на или близко к 50%. Иначе значение SOC может колебаться возле одного края диапазона и требовать многократного изменения заряда. Если SOC не достигло допустимого значения, этапы 340-360 повторяют. Как только SOC было определено находящимся на допустимом уровне, на этапе 360, система 200 прекращает последовательность операций зарядки и остается на этапе 325.

Последовательность операций, проиллюстрированная на фиг.3, может запускаться некоторым количеством разных способов. В одном из вариантов осуществления, ПЛК 230 может непосредственно контролировать частоту электроэнергии сети, с помощью измерительного преобразователя 260, для определения, когда частота находится в пределах установленной зоны нечувствительности. Когда это состояние детектировано, ПЛК может инициировать последовательность операций по фиг.3, чтобы оценивать, необходимо ли изменять SOC накопительных элементов, и, если так, приступать к модификации.

В еще одной реализации ПЛК может интерпретировать команды, которые приняты от системного оператора, чтобы определять, находится ли рабочая частота в зоне нечувствительности. Например, если команды для определенных поставщиков электричества предназначены для добавления или поглощения энергии на относительно низкой скорости передачи, другие поставщики, которых не просят поступать таким образом в тот момент времени, могут делать вывод, что рабочая частота находится довольно близко от номинальной частоты и, тем самым, инициировать последовательность операций по фиг.3.

В качестве третьей возможности системный оператор сам может отправлять информацию о состоянии для указания, когда рабочая частота находится в зоне нечувствительности, или отправлять явную команду для инициирования процедуры поддержания SOC.

Конкретные последовательности операций для регулирования частоты сети и для настройки SOC накопительных элементов далее будут описаны более подробно, со ссылкой на фиг.4 и 5. Фиг.4 изображает диаграмму, иллюстрирующую один из вариантов осуществления работы системы для регулирования частоты сети. Вертикальная ось представляет детектированную частоту сети в Герцах, а горизонтальная ось изображает количество энергии, переданной между накопительными элементами и сетью, в мегаваттах. В примере на фиг.4, 60 Гц используется в качестве номинальной частоты сети. Зона между пунктирными линиями на диаграмме на фиг.4 представляет диапазон реагирования, в котором отклонения частоты сети вокруг номинального значения допускаются без необходимости осуществлять регулирование. В проиллюстрированном примере, зоной нечувствительности является 60 Гц ±0,05 Гц. Будет принято во внимание, что частота, охваченная зоной нечувствительности, может быть большей или меньшей, чем диапазон 0,10 Гц, изображенный в этом примере.

Когда мгновенная частота сети лежит в пределах приемлемого диапазона, никакого регулирования не происходит, то есть преобразователям 215 дается команда размыкать соединение между сетью 205 и накопительными элементами 210, так что никакая энергия не передается между ними. Как только частота переходит за пределы этого диапазона, преобразователи активизируются для передачи энергии в направлении, соответствующем тому, находится ли частота выше или ниже номинального значения. В примере на фиг.4 положительные значения на горизонтальной оси представляют передачу энергии из накопительных элементов в сеть. Таким образом, как только частота падает ниже номинального значения в 60 Гц на более чем 0,05 Гц, инверторы активизируются для преобразования постоянного тока из накопительных элементов в переменный ток и подают его в сеть. Наоборот, если частота превышает номинальное значение на более чем приемлемый допуск, выпрямители активизируются для преобразования мощности из сети в постоянный ток и подачи его в накопительные элементы.

В примере на фиг.4 количество энергии, передаваемой в или из сети, линейно пропорционально величине, на которую мгновенная частота сети отклоняется от номинальной частоты. Однако, другие функции также могут применяться для зависимости между отклонением частоты и количеством передаваемой энергии, такие как полином высшего порядка, который проходит через начало координат диаграммы.

На фиг.5a и 5b изображены диаграммы, иллюстрирующие два примера операций для поддержания SOC накопительных элементов в соответствии с принципами изобретения. На этих диаграммах, вертикальная ось представляет SOC ячеек. Как обсуждено ранее, эта операция происходит только в то время, как мгновенная частота лежит в пределах зоны нечувствительности. В примере на фиг.5a, применяется ступенчатая функция, из условия чтобы постоянная мощность передавалась в или из сети, в то время как накопительные элементы, соответственно, разряжаются или заряжаются. В проиллюстрированном примере, передача зарядки или разрядки происходит только в то время как SOC находится вне диапазона поддержания. Как только SOC уменьшается до верхнего предела, например, 55%, или увеличивается до нижнего предела, например, 45%, уровень передачи переключается на 0 МВт. Как обсуждено ранее, однако, как только зарядка или разрядка инициирована, когда SOC находится вне диапазона, она может продолжаться до того времени, пока SOC не достигает значения 50% или близкого к нему.

В примере на фиг.5b уровень передачи является функцией состояния заряда. В этом случае полином третьего порядка применяется для определения количества энергии, которая должна передаваться в соответствии с SOC. Полиномы более высокого порядка также могут применяться.

Другие факторы могут применяться для определения уровня заряда или разряда накопительных элементов. Например, предпочтительнее, чем состояние заряда, уровень передачи может быть функцией частоты сети в пределах зоны нечувствительности. В качестве еще одного примера, уровень заряда может понижаться в соответствии с долей рынка поставщика электричества. Это может делаться для избежания вероятности, что поставщик с большой долей рынка, а отсюда, большой величиной емкости накопления, отрицательно влиял бы на общее состояние сети, представляя собой слишком большую нагрузку во время зарядки своих накопительных элементов, или добавляя слишком большую энергию в сеть при разрядке своих накопительных элементов.

Таблица на фиг.6 дает пример операций, которые выполняются для предоставления вспомогательных услуг в электросети и поддержания SOC накопительных элементов, которые используются для обеспечения таких услуг. Строки таблицы соответствуют трем соответственным диапазонам SOC, а именно, выше верхнего предела L2 (выше диапазона), между пределами L1 и L2 (в диапазоне) и ниже нижнего предела L1 (ниже диапазона). Столбцы таблицы изображают разные соответственные диапазоны для частоты сети относительно номинальной заданной точки, например, 60 Гц.

Ячейки таблицы с более темным оттенком указывают действия, которые предпринимаются в ответ на формулировку или команду, отправленную от оператора услуг. Более светлый оттенок указывает действия, которые предпринимаются для обеспечения поддержания заряда. Когда мгновенная частота является очень низкой или очень высокой, то есть, находится вне зоны нечувствительности, предпринимаемым действием является разряд накопительных элементов в сеть, или заряд накопительных элементов из сети, соответственно, при условии, что накопительные элементы имеют достаточную емкость для выполнения требуемого действия. Когда частота находится в пределах зоны нечувствительности, но на заданной точке, действие, которое должно выполняться, зависит от частоты и SOC. Если частота ниже заданной точки, накопительные элементы разряжаются, когда SOC выше диапазона, и слабо заряжаются, когда SOC ниже диапазона. Если частота выше заданной точки, накопительные элементы слабо разряжаются, когда SOC выше диапазона, и заряжаются, когда SOC ниже диапазона.

Отдельные детали специфичных аспектов настоящего изобретения могут комбинироваться любым пригодным образом, не выходя из сущности и объема вариантов осуществления изобретения. Однако другие варианты осуществления изобретения могут быть ориентированы на специфичные варианты осуществления, относящиеся к каждому отдельному аспекту, или особые комбинации этих отдельных аспектов.

Например, вышеизложенные примеры были описаны в контексте регулирования частоты, при котором, мощность добавляется в или поглощается из сети в целях отслеживания нагрузки. В этой ситуации, решение добавлять или поглощать мощность основано на мгновенном значении рабочей частоты относительно установленных пороговых значений, например, границ зоны нечувствительности. Принципы, описанные в материалах настоящей заявки, равным образом применимы к другим вспомогательным услугам, которые соответствуют изменениям рабочей частоты сети. Например, чтобы реагировать на быстрое падение рабочей частоты, параметр, такой как скорость изменения частоты, мог бы применяться в дополнение к или вместо мгновенного значения рабочей частоты, в качестве сигнала запуска для команды добавлять мощность в сеть. В пределах разных применений для вспомогательных услуг заданные точки устройства изменяются для таких услуг с использованием той же самой управляющей и логической структуры, описанной для регулирования частоты.

Будет понятно, что настоящее изобретение, как описано выше, может быть реализовано в виде управляющей логики с использованием аппаратных средств и/или компьютерного программного обеспечения модульным или единым образом. На основании раскрытия и доктрин, приведенных в материалах настоящей заявки, рядовой специалист в данной области техники будет понимать и принимать во внимание другие пути и/или способы для реализации настоящего изобретения с использованием аппаратных средств и комбинации аппаратных средств и программного обеспечения.

Любые программные компоненты или функции, описанные в этом описании изобретения, могут быть реализованы в качестве машинной программы, которая должна выполняться процессором с использованием любого пригодного компьютерного языка, например, такого как Java, C++ или Perl, например, с использованием традиционных или объектно-ориентированных технологий. Машинная программа может храниться в качестве последовательности команд или директив на машинно-читаемом носителе для хранения и/или передачи, пригодные носители включают в себя оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM), магнитный носитель, такой как привод жесткого диска или гибкий диск, либо оптический носитель, такой как компакт-диск (CD) или DVD (цифровой многофункциональный диск), флэш-память, и тому подобное. Машинно-читаемый носитель может быть любой комбинацией таких запоминающих устройств.

Вышеприведенное описание примерных вариантов осуществления было представлено для целей иллюстрации и описания. Они не подразумеваются исчерпывающими или ограничивающими изобретение описанной точной формой, и многие модификации и варианты возможны в свете вышеизложенных доктрин. Варианты осуществления описаны для пояснения принципов изобретения и его практических применений, чтобы, тем самым, дать другим специалистам в данной области техники возможность использовать изобретение в различных вариантах осуществления и с различными модификациями, которые пригодны для конкретного предполагаемого использования.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение надежности. Предложены системы, устройства и способы для поддержания состояния заряда устройства накопления энергии, таких как аккумуляторные батареи, маховики, конденсаторы или другие технологии, которые энергетически связаны с электросетью, для обеспечения вспомогательных услуг. Чтобы надежно реагировать на запросы регулировать сеть, заряд в устройстве накопления энергии поддерживается или восстанавливается до заданного диапазона некоторым образом, который оптимизирует готовность устройства накопления энергии обеспечивать вспомогательные услуги в свете состояния сети. Состояние заряда (SOC) устройства накопления энергии и частота сети могут контролироваться. Когда запрос от оператора регулировать частоту сети не обслуживается, заряд устройства накопления энергии может увеличиваться или уменьшаться, так что заряд может поддерживаться в пределах определенного диапазона. Как только SOC попадает вне первого диапазона, заряд может добавляться или удаляться из устройства накопления энергии, когда частота сети имеет надлежащие значения, например, если частота сети находится соответственно выше первой заданной точки или ниже второй заданной точки. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ реагирования на изменения рабочей частоты электросети посредством устройств накопления энергии, которые энергетически связаны с электросетью, содержащий этапы, на которых: определяют, находится ли рабочая частота электросети в пределах предварительно определенного диапазона номинальной рабочей частоты; если рабочая частота определена находящейся вне указанного диапазона, регулируют частоту сети, передавая энергию между устройством накопления энергии и электросетью; если рабочая частота находится в пределах указанного диапазона, определяют, находится ли состояние заряда (SOC) устройства накопления энергии в пределах заранее определенных границ; и передают энергию между устройством накопления энергии и электросетью для приведения SOC в пределы заранее определенных границ, когда рабочая частота находится в пределах указанного диапазона, а SOC устройства накопления энергии находится вне заранее определенных границ.

2. Способ по п.1, дополнительно содержащий этапы, на которых: контролируют состояние заряда (SOC) системой управления устройства накопления энергии, из которой принимают значение SOC; и контролируют частоту сети измерительным преобразователем, из которого принимают частоту сети, при этом значение SOC и частоту сети принимают в программируемом командоаппарате.

3. Способ по п.1, в котором энергию передают между сетью и устройством накопления энергии для регулирования частоты на уровне, который основан на рабочей частоте сети.

4. Способ по п.3, в котором уровень является линейной функцией рабочей частоты сети.

5. Способ по п.3, в котором уровень является нелинейной функцией рабочей частоты сети.

6. Способ по п.5, в котором нелинейная функция является полиномом порядка, более высокого, чем первый.

7. Способ по п.1, в котором энергию передают между сетью и устройством накопления энергии для приведения SOC в пределы заранее определенных границ на уровне, который основан на SOC.

8. Способ по п.1, в котором энергию передают между сетью и устройством накопления энергии для приведения SOC в пределы заранее определенных границ на уровне, который основан на рабочей частоте сети.

9. Способ по п.1, в котором энергию передают между сетью и накопительными элементами для приведения SOC в пределы заранее определенных границ на уровне, который основан на емкости устройства накопления энергии.

10. Способ реагирования на изменения рабочей частоты электросети посредством устройств накопления энергии, которые энергетически связаны с электросетью, причем способ, содержащий этапы, на которых: определяют, находится ли параметр рабочей частоты электросети в пределах предварительно определенного диапазона; если параметр рабочей частоты определен находящимся вне указанного диапазона, настраивают частоту сети, передавая энергию между устройствами накопления энергии и электросетью; если рабочая частота находится в пределах указанного диапазона, определяют, находится ли состояние заряда (SOC) устройств накопления энергии в пределах заранее определенных границ, и находится ли рабочая частота в пределах предварительно определенной полосы около номинальной рабочей частоты; и передают энергию между устройством накопления энергии и электросетью для приведения SOC в пределы заранее определенных границ, когда рабочая частота находится в пределах предварительно определенной полосы, а SOC устройства накопления энергии находится вне заранее определенных границ.

11. Способ по п.10, в котором упомянутый параметр является мгновенным значением рабочей частоты.

12. Способ по п.11, в котором предварительно определенная полоса равна предварительно определенному диапазону.

13. Способ по п.11, в котором предварительно определенная полоса является меньшей, чем предварительно определенный диапазон.

14. Способ по п.10, в котором параметр является скоростью изменения рабочей частоты.

15. Система для реагирования на изменения рабочей частоты электрораспределительной сети, содержащая: по меньшей мере одно устройство накопления энергии; преобразователь, который, в ответ на команду для добавления энергии в или для поглощения энергии из сети, выборочно соединяет накопительный элемент с сетью для передачи энергии между устройством накопления энергии и сетью; и система поддержания состояния заряда (SOC), которая определяет, находится ли рабочая частота электросети в пределах предварительно определенного диапазона номинальной рабочей частоты, определяет, находится ли SOC устройства накопления энергии в пределах заранее определенных границ, и управляет преобразователем для передачи энергии между устройством накопления энергии и электросетью, чтобы приводить SOC в пределы заранее определенных границ, когда рабочая частота находится в пределах указанного диапазона, а SOC устройства накопления энергии находится вне заранее определенных границ.

16. Система по п.15, в которой система поддержания SOC включает в себя измерительный преобразователь, который поставляет данные в отношении рабочей частоты сети.

17. Система по п.15, в которой система поддержания SOC включает в себя контроллер, который дает команду преобразователю соединять и разъединять устройство накопления энергии и сеть.

18. Система по п.17, в которой контроллер дает команду преобразователю передавать энергию на обозначенном уровне.

19. Система по п.18, в которой контроллер дает команду преобразователю передавать энергию между сетью и устройством накопления энергии на уровне, который основан на SOC.

20. Система по п.18, в которой контроллер дает команду преобразователю передавать энергию между сетью и устройством накопления энергии на уровне, который основан на рабочей частоте сети.

21. Система по п.20, в которой уровень является нелинейной функцией рабочей частоты сети.

22. Система по п.21, в которой нелинейная функция является полиномом порядка, более высокого, чем первый.

23. Система по п.18, в которой контроллер дает команду преобразователю передавать энергию между сетью и устройством накопления энергии на уровне, который основан на емкости устройства накопления энергии.

24. Система по п.17, дополнительно включающая в себя систему управления накопительными элементами, которая выдает данные в контроллер в отношении состояния заряда устройства накопления энергии.