发电系统和能量管理方法技术方案

本发明专利技术涉及一种发电系统。该发电系统包括：总线；至少两个变换器；能量型储能单元；功率型储能单元，能量型储能单元和功率型储能单元通过各自对应的变换器并联至总线；及控制器，用来通过变换器控制能量型储能单元和功率型储能单元在充电模式和放电模式下工作在至少两种情况下：当对于能量型储能单元和功率型储能单元的总线需求功率低于门限功率时，控制器控制总线需求功率在能量型储能单元和总线之间流动；及当总线需求功率高于门限功率时，控制器控制一部分总线需求功率在能量型储能单元和总线之间流动，及控制另一部分总线需求功率在功率型储能单元和总线之间流动。本发明专利技术还涉及一种能量管理方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关一种发电系统和能量管理方法，尤其涉及一种对能量型储能单元和功率型储能单元进行能量管理的发电系统和能量管理方法。
技术介绍
能量型储能单元，例如电池，一般用在发电系统中来提供功率并可捕获能量。然而，能量型储能单元很难承受快速的功率变化需求，且给能量型储能单元以较大的功率频繁地充放电影响能量型储能单元的寿命。因此，功率型储能单元，例如超级电容，作为补充的电源被使用。功率型储能单元可在瞬间提供大的功率且能够快速吸收能量。能量型储能单元和功率型储能单元连接于一个或多个直流-直流(DC-DC)变换器来提供能量或接收能量。目前，仅根据能量型储能单元和功率型储能单元的充电状态在两者之间分配能量。此能量管理方法下的能量型储能单元和功率型储能单元的利用率较低，能量管理的效率较低。因此，有必要提供一种系统和方法来解决上面提及的至少一个技术问题。
技术实现思路
本专利技术的一个方面在于提供一种发电系统。该发电系统包括：总线；至少两个变换器；能量型储能单元；功率型储能单元，所述能量型储能单元和所述功率型储能单元通过各自对应的变换器并联至所述总线；及控制器，用来通过所述变换器控制所述能量型储能单元和所述功率型储能单元在充电模式和放电模式下工作在至少两种情况下：当对于所述能量型储能单元和所述功率型储能单元的总线需求功率低于门限功率时，所述控制器控制所述总线需求功率在所述能量型储能单元和所述总线之间流动；及当所述总线需求功率高于所述门限功率时，所述控制器控制一部分所述总线需求功率在所述能量型储能单元和所述总线之间流动，及控制另一部分所述总线需求功率在所述功率型储能单元和所述总线之间流动。本专利技术的另一个方面在于提供一种能量管理方法。该能量管理方法包括：提供能量型储能单元和功率型储能单元，所述能量型储能单元和所述功率型储能单元通过各自对应的变换器并联至总线；及通过所述变换器控制所述能量型储能单元和所述功率型储能单元在充电模式和放电模式下工作在至少两种情况下：当对于所述能量型储能单元和所述功率型储能单元的总线需求功率低于门限功率时，控制所述总线需求功率在所述能量型储能单元和所述总线之间流动；及当所述总线需求功率高于所述门限功率时，控制一部分所述总线需求功率在所述能量型储能单元和所述总线之间流动，及控制另一部分所述总线需求功率在所述功率型储能单元和所述总线之间流动。附图说明通过结合附图对于本专利技术的实施方式进行描述，可以更好地理解本专利技术，在附图中：图1所示为本专利技术的风电场发电系统的一个实施例的示意图；图2所示为本专利技术的管理能量型储能单元和功率型储能单元的能量的能量管理方法的一个实施例的流程图；图3所示为本专利技术用来实现图2中分配净功率的步骤的能量分配单元的一个实施例的示意图；图4所示为本专利技术的能量分配规则的一个实施例的曲线图；图5至图7所示为图2中分配净功率的步骤的流程图；图8所示为图2的功率型储能单元的荷电状态调整步骤的一个实施例的流程图。具体实施方式除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利技术专利申请说明书以及权利要求书中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。图1所示为一个实施例的用于将电能输送到AC电网12的风电场发电系统10。风电场发电系统10包括风力涡轮机20、风力涡轮机壳体21、AC发电机22、功率变换器24、能量型储能单元(Energy-type Energy Storage Unit)26、功率型储能单元(Power-type Energy Storage Unit)27、风力涡轮机控制系统28和风电场控制器30。风力涡轮机20用来响应于接触风力涡轮机的风而旋转，以驱动AC发电机22，从而使得AC发电机22输出AC电压。风力涡轮机20操作地连接到可控制风力涡轮机20的操作的风力涡轮机控制器28上。风力涡轮机壳体21用来将AC发电机22、功率变换器24、能量型储能单元26和风力涡轮机控制器28围绕在其中。风力涡轮机20可旋转地连接到风力涡轮机壳体21上。功率变换器24用来接收来自AC发电机22的AC电压，并将AC电压供应到AC电网12。功率变换器24进一步用来将DC电压供应到能量型储能单元26和/或功率型储能单元27，以存储由AC发电机22产生的过剩电能，或者用来从能量型储能单元26和/或功率型储能单元27获得DC电压。功率变换器24包括壳体39、整流器40、换流器42、第一DC-DC变换器44、第二DC-DC变换器45、功率变换器控制器46和放电-充电控制器48。在一个实施例中，壳体39用来将整流器40、换流器42、第一DC-DC变换器44、第二DC-DC变换器45、控制器46和放电-充电控制器48保持在其中。在另一个实施例中，第一DC-DC变换器44和/或第二DC-DC变换器45设置在壳体39的外面。第一DC-DC变换器44可操作地连接在DC电压总线41和能量型储能单元26之间，且第二DC-DC变换器45可操作地连接在DC电压总线41和功率型储能单元27之间。整流器40用来接收来自AC发电机22的AC电压，且对AC电压进行整流，以获得DC电压。整流器40将DC电压输出在DC电压总线41上。DC电压总线41将DC电压传送到换流器42、第一DC-DC变换器44和第二DC-DC变换器45上。换流器42用来接收来自DC电压总线41的DC电压，且将DC电压转换成AC电压，此AC电压从换流器42输出到AC电网12。特别地，换流器42响应接收来自功率变换器控制器46的控制信号而将AC电压输出到AC电网12。另外，功率变换器控制器46响应接收来自风电场控制器30的控制信号
而产生由换流器42所接收的控制信号。第一DC-DC变换器44用来接收来自DC电压总线41的DC电压。第一DC-DC变换器44响应来自放电-充电控制器48的控制信号而调节DC电压的电压水平，且将DC电压输出到能量型储能单元26。能量型储能单元26接收来自第一DC-DC变换器44的DC电压输出，且将电能存储在其中。第一DC-DC变换器44进一步用来响应来自放电-充电控制器48的另一个控制信号而利用来自能量型储能单元26的电能输出DC电压到DC电压总线41上。类似于第一DC-DC变换器44，第二DC-DC变换器45用来接收来自DC电压总线41的DC电压。第二DC-DC变换器45响应来自放电-充电控制器48的控制信号而调节DC电压的电压水平，且将DC电压输出到功率型储能单元27。功率型储能单元27接收来自第二DC-DC变换器45的DC电压输出，且将电能存储在其中。第二DC-DC变换器45进一步用来响应来自放电-充电控制器48的另一个控制信号而利用来自功率型储能单元27的电能输出DC电压到DC电压总线41上。在一个实施例中，第一DC-DC变换器44和第二DC-DC变换器45为独立的装置。在另一个实施例中，第一DC-DC变换器44和第二DC-D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电系统，其特征在于，其包括：总线；至少两个变换器；能量型储能单元；功率型储能单元，所述能量型储能单元和所述功率型储能单元通过各自对应的变换器并联至所述总线；及控制器，用来通过所述变换器控制所述能量型储能单元和所述功率型储能单元在充电模式和放电模式下工作在至少两种情况下：当对于所述能量型储能单元和所述功率型储能单元的总线需求功率低于门限功率时，所述控制器控制所述总线需求功率在所述能量型储能单元和所述总线之间流动；及当所述总线需求功率高于所述门限功率时，所述控制器控制一部分所述总线需求功率在所述能量型储能单元和所述总线之间流动，及控制另一部分所述总线需求功率在所述功率型储能单元和所述总线之间流动。

【技术特征摘要】
1.一种发电系统，其特征在于，其包括：总线；至少两个变换器；能量型储能单元；功率型储能单元，所述能量型储能单元和所述功率型储能单元通过各自对应的变换器并联至所述总线；及控制器，用来通过所述变换器控制所述能量型储能单元和所述功率型储能单元在充电模式和放电模式下工作在至少两种情况下：当对于所述能量型储能单元和所述功率型储能单元的总线需求功率低于门限功率时，所述控制器控制所述总线需求功率在所述能量型储能单元和所述总线之间流动；及当所述总线需求功率高于所述门限功率时，所述控制器控制一部分所述总线需求功率在所述能量型储能单元和所述总线之间流动，及控制另一部分所述总线需求功率在所述功率型储能单元和所述总线之间流动。2.如权利要求1所述的发电系统，其特征在于：在所述功率型储能单元的电压超出所述功率型储能单元的电压需求范围时，所述控制器用来控制功率在所述能量型储能单元和所述功率型储能单元之间流动，来维持所述功率型储能单元的电压在所述电压需求范围内。3.如权利要求2所述的发电系统，其特征在于：所述控制器用来预测风速且根据预测的风速生成所述功率型储能单元的需求电压，且所述需求电压在所述电压需求范围内。4.如权利要求3所述的发电系统，其特征在于：所述控制器用来根据所述功率型储能单元的额定电压生成所述需求电压。5.如权利要求1所述的发电系统，其特征在于：在所述总线需求功率高于所述门限功率的情况下，当所述流过功率型储能单元的功率低于功率型储能单元的最大额定功率时，所述控制器用来控制所述在能量型储能单元和总线之间流动的功率等于所述门限功率。6.如权利要求1所述的发电系统，其特征在于：在所述总线需求功率高
\t于所述门限功率的情况下，当所述总线需求功率高于功率型储能单元的最大额定功率和所述门限功率的和时，所述控制器用来控制所述在功率型储能单元和总线之间流动的功率等于所述功率型储能单元的最大额定功率。7.如权利要求1所述的发电系统，其特征在于：所述控制器包括斜率限制器，用来限制所述能量型储能单元和总线之间流动的功率的变化速率。8.如权利要求1所述的发电系统，其特征在于：所述控制器包括低通滤波器，用来过滤所述能量型储能单元和总线之间流动的功率。9.如权利要求1所述的发电系统，其特征在于：所述发电系统进一步包括发电端装置，用来产生交流电。10.如权利要求9所述的发电系统，其特征在于：所述控制器用来根据所述发电端装置产生的交流电的功率和电网需求功率之间的差值生成所述总线需求功...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彤，李荣，付旭，伯纳德·P·兰达，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US