用于控制混合型能量存储系统的方法和设备技术方案

在本文的教导的一个方面，控制设备(30)和相应的控制方法使用多个功率共享控制器(311‑n)中的每单元滤波，以获得用于混合型能量存储系统中的多个不同能量存储单元(221‑n)中对应的能量存储单元的功率共享命令信号。混合型能量存储系统包括两种或更多种类型的能量存储单元，并且通过使用滤波器对输入信号进行滤波而获得用于每个能量存储单元的功率共享命令信号，其中滤波器具有适配于能量存储单元的能量存储特性的滤波器响应。输入信号反映电网(10)上的负载变化，并且可以在本地生成或者由远程节点提供。尽管用于每个能量存储单元的功率共享控制环有利地可以在构架和实施方式方面相同，但每个这种环使用量身定制的、专门的滤波，并且可能使用一个或多个其他控制参数的个性化值，使得每个能量存储单元以匹配其能量存储特性的方式运行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及能量存储系统，并且具体地涉及关于两种或更多种类型的能量存储单元的混合型能量存储系统。
技术介绍
包括在海上交通工具中使用的本地化船上电网在内的混合型电网代表了具有增大兴趣和快速发展的领域，这尤其是因为这些电网由于其可能较高的效率而能够显著地减少温室气体排放。在此背景下，“混合型”电网包括一个或多个发生源以及一个或多个能量存储系统。所述一个或多个能量存储系统提供了这样一种机构：该机构存储由所述一个或多个发生源产生的能量和/或通过一个或多个再生过程获得，并将一些或所有存储能量提供给电网以例如满足峰值负荷要求和/或消除施加在所述一个或多个发生源上的需求差异。当混合型电网包括多于一种类型的能量存储单元、例如基于电池的能量存储单元和基于电容器的能量存储单元时，由这些不同类型的能量存储单元所代表的能量存储系统可以称为混合型能量存储系统。尽管不同类型的能量存储单元在混合型能量存储系统中的使用提供了更高的系统效率、或者至少更大的操作柔性的希望，但这些优点需要以增大的复杂性为代价。简言之，在没有混合型能量存储系统的智能控制的情况下，不能获得所希望的优点。另外，存在控制混合型能量存储系统的增大的复杂性和/或成本将超过这种系统的潜在的优点的实际风险。例如，对用于混合型能量存储系统的功率共享控制的已知方法扩展至涉及两种不同类型的能量存储单元的情况。这种常规背景下的控制依赖于负载功率或负载电流的测量，并且当混合型电网包括分布式负载时，这些测量通常难以获得。尽管具有该缺点，已知的方法还是
包括对测量信号进行滤波以获得用于控制第一类型的能量存储单元的滤波信号分量以及用于控制第二类型的能量存储单元的剩余信号分量。尽管上述方法在其所应用的有限的背景下是有效的，但其不能够容易地适用于涉及多种类型的能量存储单元的混合型能量存储系统。另外，上述常规方法不适合于涉及可能位于不同母线上的分布式负载的混合型能量存储系统，其中本地母线测量对于各种能量存储单元的最优操作可能是关键的。
技术实现思路
在本文的教导的一个方面，控制设备和相应的控制方法使用在多个功率共享控制器中的每单元(per-unit)滤波，以获得用于混合型能量存储系统中的多个不同能量存储单元中相应的各个能量存储单元的功率共享命令信号。混合型能量存储系统构成混合型电网的一部分并且包括两种或更多种类型的能量存储单元。用于每个能量存储单元的功率共享命令信号是通过利用滤波器对输入信号进行滤波而获得的，其中该滤波器具有适配于能量存储单元的能量存储特性的滤波器响应。所述输入信号反映了电网负载变化并且可以在本地生成或者由另一个节点提供。尽管用于每个能量存储单元的功率共享控制环可以有利地在构架和实施方面相同，但每个这种环使用量身定制的、专用的滤波并且可能使用一个或多个其他控制参数的个性化的值，使得每个能量存储单元以匹配其能量存储特性的方式操作。在一个示例性实施方式中，控制设备构造成用于控制包括两个或更多个能量存储单元的混合型能量存储系统，所述两个或更多个能量存储单元与包括一个或多个电气母线的电网相关联。能量存储单元中的至少两个具有不同的能量存储特性，并且能量存储单元中的不同能量存储单元可以与电网中的同一个电气母线相关联或者与电网中的不同电气母线相关联。所设想的控制设备包括对应于每个能量存储单元的功率共享控制器以及对应于每个能量存储单元的充电状态控制
器。每个充电状态控制器均构造成：响应于由对应的功率共享控制器生成的功率共享命令信号，通过相关联的本地转换器单元控制对应的能量存储单元的充放电。有利地，基于包括滤波器电路的对应的功率共享控制器，为每个能量存储单元的充电状态控制器生成的功率共享命令信号适配于能量存储单元的特性，其中该滤波器电路构造成根据滤波器响应、基于对功率共享控制器的输入信号的滤波而获得经过滤波的输入信号，其中滤波器响应适配于对应的能量存储单元的能量存储特性。输入信号反映了电网中的负载变化，因此能够被理解为控制输入，功率共享控制器动态地响应于该控制输入。每个功率共享控制器还包括控制电路，该控制电路构造成生成作为经过滤波的输入信号与稳态命令信号的组合的功率共享命令信号，其中稳态命令信号表示对应的能量存储单元的目标稳态条件。在另一个实施方式中，公开了控制具有不同的能量存储特性的两个或更多个能量存储单元的方法。该方法包括：通过充电状态控制器控制每个能量存储单元的充放电，其中该充电状态控制器构造成响应于为能量存储单元各自生成的功率共享功率命令信号控制对应于能量存储单元的转换器。这里，为每个能量存储单元各自生成功率共享功率命令信号包括获得用于每个能量存储单元的反映电网上的负载变化的输入信号；通过滤波器电路对用于每个能量存储单元的输入信号进行滤波，以获得经过滤波的输入信号，其中滤波器电路具有适配于能量存储单元的能量存储特性的滤波器响应；以及将用于每个能量存储单元的经过滤波的输入信号与用于能量存储单元的稳态命令信号相结合，所述稳态命令信号表示能量存储单元的目标稳态条件。当然，本专利技术不限于上述特征和优点。本领域普通技术人员将在阅读了下文的详细描述和观察了附图之后认识到附加的特征和优点。附图说明图1是用于控制混合型能量存储系统的控制设备的一个实施方式
的框图。图2A-2C是根据多个示例性布置的控制设备的框图。图3是在用于控制混合型能量存储系统的控制设备的一个或多个实施方式中使用的延迟补偿电路的框图。图4是在本文教导的控制设备中使用的调谐滤波器的示例性滤波器特性的曲线图。图5是根据本文教导的处理的控制混合型能量存储系统的方法的一个实施方式的逻辑流图。图6是用于多个能量存储单元的功率共享和充电状态控制器布置的一个实施方式的框图。图7是用于多个能量存储单元的功率共享和充电状态控制器布置的另一个实施方式的框图。图8是用于作为混合型能量存储系统中的两种不同类型的能量存储单元的超级电容器和电池的功率共享和充电状态控制器布置的一个实施方式的框图。图9是构造成用于优化由本文教导的用于控制混合型能量存储系统的控制设备提供的控制的计算机系统的框图。具体实施方式图1示出了混合型电网或系统10，其包括一个或多个电气母线12，例如DC母线12-1,21-2。混合型电网10还包括一个或多个发生源14以及用于将发生源14耦合至相应的电气母线12的相应的耦合电路16，例如，发生源14-1通过耦合电路16-1耦合至母线12-1，而发生源14-2通过耦合电路16-2耦合至母线12-2。对于给定的电气母线12是DC母线的示例性情形，一个或多个耦合电路16各自包括AC/DC转换器。耦合电路16可以通过断路器17连接至其相应的电气母线12。注意，为了清楚起见，在不需要后缀情况下，附图标记12、14和16中的任一个都可以不带后缀地使用以表示单数或复数。在本文
的其余部分中关于本文中的某些其他附图标记采用了类似的做法。混合型电网10向一个或多个负载18提供功率，并且在本文中特别有意义的是，混合型电网10包括混合型能量存储系统20，混合型能量存储系统20包括两个或更多个能量存储单元22，其中每个能量存储单元22均通过本地转换器单元24耦合至相应的电气母线12。作为非限制性的示例，附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制设备，用于控制混合型能量存储系统，所述混合型能量存储系统包括与电网相关联的两个或更多个能量存储单元，所述电网包括一个或多个电气母线，其中所述能量存储单元中的至少两个能量存储单元具有不同的能量存储特性，并且其中所述控制设备包括：对应于每个能量存储单元的功率共享控制器，每个功率共享控制器构造成生成功率共享命令信号；以及对应于每个能量存储单元的充电状态控制器，每个充电状态控制器构造成响应于由对应的功率共享控制器生成的功率共享命令信号通过相关联的本地转换器单元控制对应的能量存储单元的充放电；每个功率共享控制器包括：滤波器电路，所述滤波器电路构造成通过根据滤波器响应对所述功率共享控制器的输入信号进行滤波而获得经过滤波的输入信号，其中所述滤波器响应适配于对应的能量存储单元的能量存储特性，所述输入信号反映了所述电网上的负载变化；以及控制电路，所述控制电路构造成生成作为经过滤波的输入信号与稳态命令信号的组合的所述功率共享命令信号，其中所述稳态命令信号表示对应的能量存储单元的目标稳态条件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.08 US 14/150,4141.一种控制设备，用于控制混合型能量存储系统，所述混合型能量存储系统包括与电网相关联的两个或更多个能量存储单元，所述电网包括一个或多个电气母线，其中所述能量存储单元中的至少两个能量存储单元具有不同的能量存储特性，并且其中所述控制设备包括：对应于每个能量存储单元的功率共享控制器，每个功率共享控制器构造成生成功率共享命令信号；以及对应于每个能量存储单元的充电状态控制器，每个充电状态控制器构造成响应于由对应的功率共享控制器生成的功率共享命令信号通过相关联的本地转换器单元控制对应的能量存储单元的充放电；每个功率共享控制器包括：滤波器电路，所述滤波器电路构造成通过根据滤波器响应对所述功率共享控制器的输入信号进行滤波而获得经过滤波的输入信号，其中所述滤波器响应适配于对应的能量存储单元的能量存储特性，所述输入信号反映了所述电网上的负载变化；以及控制电路，所述控制电路构造成生成作为经过滤波的输入信号与稳态命令信号的组合的所述功率共享命令信号，其中所述稳态命令信号表示对应的能量存储单元的目标稳态条件。2.根据权利要求1所述的控制设备，其中，作为提供给所述功率共享控制器中的至少一个功率共享控制器的所述输入信号具有与其相关联的通信延迟，并且其中所述至少一个功率共享控制器中的每一个还包括延迟补偿电路，所述延迟补偿电路构造成基于预测作为针对对应的能量存储单元获得的低延迟本地电网测量的函数的所述输入信号的值而补偿所述通信延迟。3.根据权利要求2所述的控制设备，其中，所述延迟补偿电路构造成基于由所述输入信号指示的所述本地电网测量的估测值与所述本地电网测量的对应的实际值之间的追踪差而适配所述输入信号的预测。4.根据权利要求1所述的控制设备，其中，所述两个或更多个能量存储单元包括第一能量存储单元和第二能量存储单元，并且其中，所述控制设备包括对应于所述第一能量存储单元的第一功率共享控制器和第一充电状态控制器以及对应于所述第二能量存储单元的第二功率共享控制器和第二充电状态控制器，并且其中所述第一功率共享控制器和所述第二功率共享控制器以串联的布置耦合，使得对所述第二功率共享控制器的所述输入信号被提供为来自所述第一功率共享控制器的输出信号，并且其中所述第一功率共享控制器构造成生成作为对所述第一功率共享控制器的所述输入信号与由所述第一功率共享控制器生成的功率共享命令信号之间的差的输出信号。5.根据权利要求1所述的控制设备，其中，每个功率共享控制器构造成相对于其他的一个或多个功率共享控制器自主地操作，并且其中，每个功率共享控制器均构造成接收与其他的一个或多个功率共享控制器共同的所述输入信号，或者接收来自针对对应的能量存储单元的本地电网测量的所述输入信号。6.根据权利要求1所述的控制设备，其中，所述功率共享控制器中的至少一个功率共享控制器中的所述滤波器电路是适应性滤波器电路，并且其中每个适应性滤波器电路均构造适配其滤波器响应为下述项中的至少一项的函数：频率响应的命令变化；增益的命令变化；从所述能量存储单元的测量的稳态或电荷状态条件得到的调节信号；以及对应的最大或最小稳态或电荷状态设定。7.根据权利要求1所述的控制设备，其中，对每个功率共享控制器的所述输入信号均包括表示母线电压测量信号与名义电压设定之间的差的差分信号。8.根据权利要求1所述的控制设备，其中，每个功率共享控制器中的所述控制电路构造成基于获得组合信号并且进一步基于使所述组合信号经过限幅器而生成所述功率共享命令信号，其中所述组合信号是通过将经过滤波的输入信号与表示用于对应的能量存储单元的目标稳态充电或放电功率、稳态充电或放电电流、或稳态电荷状态的
\t稳态命令信号相组合而获得的。9.根据权利要求1所述的控制设备，其中，所述控制设备的第一功率共...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁嘉祺，亓丽，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH