[发明专利]用于电网上的辅助服务的电力存储系统的频率响应电荷维持控制

说明书

技术领域

本公开涉及在电网上提供辅助服务，更具体地涉及使用电力存储系统的频率调整和同步储存。

背景技术

对于任何一段给定的时间如一天来说，电网操作方需估算对于那段时间的每秒、每分或每小时所需要的能量总量。电力供应商通过电厂来提供该估计的能量总量。一般来说，实际负荷的平均值相对接近于所估计的总量。但是，在所需要的能量总量中会有瞬时波动，导致实际负荷高于该估计量或低于该估计量。

响应于这种波动，电力供应商改变来自电厂的电力输出以与负荷相匹配。在线电厂的输出中的这一变化称为“负荷跟踪”。当负荷高于所输送的功率时，直观的是需要提高功率以使电气装置保持全面运转。图1是说明了实际负荷110和电厂的负荷跟踪120的图。可以看到，在线电厂不能与实际负荷波动精确地匹配。也有功率需要与负荷相等的次级的较不直观的原因。如果所提供的功率与功率负荷不同，提供到家庭和商业的AC电流的频率会与标称标准、例如50Hz或60Hz不同。该频率差异会导致电器、照明电器和其它装置低效率地或甚至以不安全的方式运行。

为了维持所要求的AC电流的工作频率，电力系统操作方要求电厂提供称为频率调整的额外服务。在图1中，线130表示了频率调整如何要求随时间或多或少地调节功率以将频率维持在所希望的工作范围中。如果负荷(要求)低于所提供的功率，则输出频率升高到超过60Hz。相反，如果负荷高于所提供的功率，则频率降低(由于发电机降低了其能量输出)。其它类似的辅助服务也可对电网频率的偏离作出响应，例如同步存储，其涉及已经与电网频率同步并在能量供给失效或有其它问题的情况下可非常快地提供能量的快速响应电厂。一般地，由于例如频率调整和同步存储的服务用于对提供功率和能量消耗的核心要求起支持作用，所以其落入称为电网的辅助服务的范畴。

在过去，电厂已经提供了频率调整、同步存储和其它辅助服务。然而，能量存储技术如蓄电池、飞轮、电容器或其它装置也可用于给电网提供能量。从本质上说，这些能量存储技术也具有从电网中获取要被存储以供随后使用的多余能量以及向电网释放能量的功能。由于频率调整要求随时间不断调整地在系统中加入和移出总能量(见图1，线130)，因此能量存储技术可很好地适合于达到此要求。

能量存储技术不直接产生新的能量，但是通过将电厂产生的能量与电网上需要的瞬时变化更好地匹配，其允许在电厂产生能量的使用中提高其效率。该效率将允许与操作功率系统相关的更低的总成本和更少的排放。此外，提供辅助服务的能量存储技术允许将现有的电厂能量容量集中在用于消费而不是转化为维持电网所需服务的能量的生产上，由于随着时间的流逝该要求会升高，因此潜在地推迟了对新电厂的需求。

但是，当与电厂相比时，大多数能量存储技术拘泥于可提供到电网或从中取出的总能量的量或能量的持续时间。例如，在蓄电池能量存储系统的情况中，蓄电池可达到完全没有能量或完全充满能量的点，并且因此不能进行在那个时刻所需要的调整功能。但是，考虑到对于电网上的有效频率调整所需的随时间的上下波动，在一个时刻、例如在蓄电池用完且需要能量的情况下不能执行的能量存储单元将能够在下一个瞬间、例如用完的蓄电池此时能够吸收过量能量的情况下执行。为了满足该挑战，能量存储技术需要一定的机构、方法和控制，其能够实现达到频率调整和其它辅助服务所需的能量存储单元的最有效的电荷维持工作特征。

尽管提出了用于连接于电网的能量存储技术的通用控制系统，但是还没有实现能可靠地维持用于电网上辅助服务的系统性能的实际系统。因此，希望具有用于能量存储系统的控制系统，其能将能量存储系统的荷电状态(SOC)或者存储或释放能量的性能与电网中的对频率调整、同步存储和其它辅助服务的瞬时需求进行可靠的协调。此外，希望此控制系统能运行以通过维持能量存储单元的运行性能的方式来将能量存储系统恢复到最佳的SOC，以能够响应用于这些服务的调度信号或自动信号。

发明内容

所公开的实施例提供了用于控制与电网能量耦合的能量存储系统的充电和放电行为的系统、装置和方法，使得当需要时其可提供适用于频率调整和其它电网辅助服务的充电和放电性能的持续可用性，并在不使用和电网条件许可时恢复到特定水平的荷电状态(SOC)。当操作方要求通过调度或通过自动控制来进行调整(例如向电网中加入能量或从中移除能量)时，控制机构确认该SOC值将允许所要求的充电或放电，并允许能量存储系统通过提供额外的能量或吸收多余的能量来执行要求。