[发明专利]充电控制器

说明书

技术领域

本发明涉及高压输电线的功率补偿。输电线应当被理解为在3kV及以上范围内、优选地在10kV及以上范围内的用于电力传输的导体或者配电线。本发明尤其涉及一种用于在高压输电线上提供电力交换的设备。该设备包括电压源变换器(VSC，voltage source converter)和能量存储装置。本发明特别涉及对功率补偿器的电池部件的控制。

背景技术

已知多种设备和方法用于输电线上的无功功率补偿。最常用的设备包括能够可控地连接到输电线的电容器部件或者电抗器部件。连接部件优选地包括包含半导体元件的开关。在已知应用中使用的半导体元件通常包括不可熄灭(non-extinguishable)元件，例如晶闸管。已知这些种类的无功功率补偿器作为柔性交流输电系统(FACTS，flexible alternating currenttransmission system)。

已知的FACTS设备是静态补偿器(STATCOM)。STATCOM包括ac侧连接到输电线并且dc侧连接到诸如电容器部件的临时电力存储部件的电压源变换器(VSC)。在STATCOM中，控制电压幅值输出，从而使得补偿器提供无功功率或者从输电线吸收无功功率。电压源变换器包括每一个被反并联二极管旁路的至少六个自换向的半导体开关。

根据US 6 747 370(Abe)，先前已知使用高温二次电池的功率补偿系统。该补偿系统的目的是提供经济的基于高温二次电池的能量存储，其具有峰值调节(shaving)功能、负载均衡功能和品质稳定功能。该已知系统包括电力供给系统、电负载以及包括高温二次电池和功率变换系统的电能存储系统。电池是硫化钠(sodium sulfur)电池。

该系统布置在电力线的一端。负载是在正常工作状况下从电力线提供了电力供给的工厂。在发生电力供给故障的情况下，高速开关断开电力线，转而从二次电池提供电力。同时，启动备用发电机。具有硫化钠电池的已知系统表示功率补偿系统在长时间段期间提供低的功率。

在一种工作模式下，电池在日间向工厂提供额外的能量，而在夜间进行再充电。为了向工厂提供不中断的电力，布置了每一个具有500kW的变换器的并联连接的十个1280V电池单元。在又一实施例中，十个电池单元并联连接，与5MW的变换器串联连接。在该实施例中，布置一组备用电池与高温电池电路一起使用。在电池单元有故障的情况下，断开故障单元，将该备用电池组与该电路并联连接。

根据US 6 924 623(Nakamura)，先前已知用于判断二次电池的状况的方法和装置。该装置和方法的目的是提供与传统方法和装置相比更快速并且更详细的判断。该已知方法包括改变充电电流和计算电量的步骤。优选地，所公开的方法能够得出退化(degradation)的程度。

发明内容

本发明的示例性目的是寻求改善对用于输电线的功率补偿的电池部件的控制的方法。

根据本发明，通过由独立权利要求1中的特征所表征的控制设备或者由独立权利要求6中的步骤所表征的方法来实现该目的。在从属权利要求中描述了优选实施例。

根据本发明，通过充电控制器来实现功率补偿器的电池部件的控制。充电控制器包含表示虚拟电池的电池模型、多个感测部件以及包括计算机部件和存储部件的计算部件。虚拟电池模型包括电池的实际行为的模型以及包含诸如电池的内部状态、化学组成的分布、温度、电流和电压与充电状态(SOC，state of charge)属性的历史数据的存储器。

通过借助于并行观测(parallel observation)的虚拟电池模型根据多个计算所提供的电流值来估计SOC值。根据测量的电流曲线计算电池单元的电压曲线的第一值。使用每一个从测量的电流曲线少量偏移的多个并行选择的电流曲线来计算电压曲线。将每一个这样计算的电压曲线与实际测量的电压曲线进行比较。当获得计算的电压曲线和测量的电压曲线之间的紧密匹配时，选择用于匹配计算的输入电流曲线作为实际电流曲线。

根据本发明的实施例，功率补偿器包括用于控制功率补偿器的性能和动作的系统。该控制系统包含充电控制器，用于维持各个能量存储装置的充电和放电。由于钠/金属氯化物电池的充电和放电行为非常复杂，因此无法测量电池的充电状态(SOC)，而必须进行估计。此外，无法以足够的精度测量电池的电流。因此，充电控制器包括用于估计和预测电池的充电状态的SOC模块。