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CN102074970A - 能量管理系统和包括该能量管理系统的并网能量存储系统 - Google Patents

能量管理系统和包括该能量管理系统的并网能量存储系统 Download PDF

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CN102074970A
CN102074970A CN2010105586088A CN201010558608A CN102074970A CN 102074970 A CN102074970 A CN 102074970A CN 2010105586088 A CN2010105586088 A CN 2010105586088A CN 201010558608 A CN201010558608 A CN 201010558608A CN 102074970 A CN102074970 A CN 102074970A
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electric power
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grid
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CN2010105586088A
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文正燮
朴正泌
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Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
Samsung SDI Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种能量管理系统和包括该能量管理系统的并网能量存储系统。所述能量管理系统包括：第一接口，被配置为接收来自发电系统的第一电力；第二接口，被配置为联接至所述发电系统、电网和存储装置，并且被配置为接收来自所述发电系统的第一电力、来自所述电网的第二电力或来自所述存储装置的第三电力中至少之一，并且被配置为向所述电网或负载中至少之一供应第四电力；以及第三接口，被配置为接收来自所述存储装置的所述第三电力，并且被配置向所述存储装置供应第五电力用于存储。

Description

能量管理系统和包括该能量管理系统的并网能量存储系统
技术领域
本发明的一个或多个实施例涉及能量管理系统，更具体地说，涉及包括能量管理系统的并网能量存储系统。
背景技术
近来，对控制并利用可再生或绿色能源的兴趣日益浓厚。控制并利用各种形式的可再生能源(例如，太阳能、风力或地热)以产生电力。所产生的电力被供应给电网从而到达家庭和企业。在被供应给电网之前，所产生的电力可以存储在存储装置中。进一步，需要被放置在合适位置以解决来自可再生能源的电力供应的中断的系统。而且，需要将电力变换为可以适当存储或利用的形式。
发明内容
本发明实施例的方面致力于一种包括能量管理系统的并网能量存储系统。
本发明实施例提供一种能量管理系统，包括：第一接口，被配置为接收来自发电系统的第一电力；第二接口，被配置为联接至所述发电系统、电网和存储装置，并且被配置为接收来自所述发电系统的第一电力、来自所述电网的第二电力或来自所述存储装置的第三电力中至少之一，并且被配置为向所述电网或负载中至少之一供应第四电力；以及第三接口，被配置为接收来自所述存储装置的第三电力，并且被配置为向所述存储装置供应第五电力用于存储。
所述第二接口可以被配置为同时或在不同时间接收所述第二电力和由所述第一接口进行变换的第一电力。
所述第三接口可以进一步被配置为接收由所述第一接口进行变换的第一电力或由所述第二接口进行变换的第二电力中至少之一。
所述第三接口可以被配置为同时或在不同时间接收所述第三电力、由所述第一接口进行变换的第一电力和由所述第二接口进行变换的第二电力。
所述系统可以被配置为经由所述第三接口将所述第一电力作为所述第五电力存储在所述存储装置中，或者被配置为经由所述第二接口将所述第一电力作为所述第四电力传送给所述电网或所述负载中至少之一。
所述系统可以被进一步配置为即使所述电网处于正常操作状态下，也将所述第一电力或所述第三电力作为所述第四电力供应给所述负载。
所述系统可以被配置为经由所述第二接口和所述第三接口将来自所述电网的第二电力作为所述第五电力存储在所述存储装置中，或者被配置为向所述负载供应所述第二电力。
所述系统可以被配置为经由所述第二接口将来自所述存储装置的第三电力作为所述第四电力供应给所述电网或所述负载。
所述第一接口可以包括被配置为将所述第一电力从DC电或AC电变换为DC第六电力的第一电力变换器。
所述第一电力变换器可以进一步被配置为执行最大功率点跟踪控制以获得所述发电系统产生的最大功率。
所述第二接口可以包括第二电力变换器，并且所述第三接口可以包括第三电力变换器，其中所述第二电力变换器被配置为：将所述DC第六电力变换为所述第四电力，所述第四电力是AC电；将来自所述第三电力变换器的第七电力从DC电变换为所述第四电力；并将所述第二电力从AC电变换为第八电力，所述第八电力是DC电，并且其中所述第三电力变换器被配置为：将所述第六电力或所述第八电力变换为所述第五电力；并将所述第三电力变换为所述第七电力。
所述第二电力变换器可以进一步被配置为控制电力变换效率。
所述第三电力变换器可以进一步被配置为控制电力变换效率。
所述能量管理系统可以进一步包括：位于所述第二电力变换器与所述电网和所述负载之间的第一开关；以及位于所述第一开关与所述电网之间的第二开关，其中所述第一开关和所述第二开关被配置为根据来自控制器的控制信号被控制。
所述控制器可以被配置为接通所述第一开关并断开所述第二开关以向所述负载供应所述第四电力。
所述能量管理系统可以进一步包括控制器，所述控制器被配置为：从所述第一电力变换器、所述第二电力变换器和所述第三电力变换器中至少之一接收电压检测信号、电流检测信号或温度检测信号中至少之一；向所述第一电力变换器、所述第二电力变换器或所述第三电力变换器中至少之一输出脉宽调制控制信号；监控所述存储装置、所述电网或所述负载中至少之一的状态；确定驱动模式；并且控制所述第一电力变换器、所述第二电力变换器以及所述第三电力变换器中至少之一的变换操作和/或效率或者控制所述第一开关和所述第二开关。
所述能量管理系统可以进一步包括DC稳定器，所述DC稳定器位于所述第一电力变换器和所述第三电力变换器与所述第二电力变换器之间，并且被配置为在所述第二电力变换器的输入端处和所述第三电力变换器的输入端处维持恒定的DC电压电平。
所述DC稳定器可以包括电容器。
所述第一接口可以包括最大功率点跟踪变换器，所述最大功率点跟踪变换器被配置为：将所述第一电力从AC电或DC电变换为第六电力，所述第六电力是DC电；并且执行最大功率点跟踪控制，用于跟踪来自所述发电系统的最大输出电压。
所述第二接口可以包括双向逆变器，并且所述第三接口可以包括双向变换器，其中所述双向逆变器被配置为：将所述第六电力从DC电变换为所述第四电力，所述第四电力是AC电；将来自所述双向变换器的第七电力从DC电变换为所述第四电力；并将所述第二电力从AC电变换为第八电力，所述第八电力是DC电，并且其中所述双向变换器被配置为：将所述第六电力或所述第八电力变换为所述第五电力；并将所述第三电力变换为所述第七电力。
所述能量管理系统可以进一步包括DC环节电容器，所述DC环节电容器位于所述双向逆变器与所述MPPT变换器和所述双向变换器之间，并且被配置为：向所述双向逆变器或所述双向变换器供应所述第六电力；并且使所述双向变换器的输入端处和所述双向逆变器的输入端处的DC电压电平稳定。
所述能量管理系统可以进一步包括电池管理系统，所述电池管理系统位于所述第三接口与所述存储装置之间，并且被配置为控制所述存储装置的充电操作和放电操作。
所述电池管理系统可以进一步被配置为通过确定所述存储装置的电压、电流和温度，来执行过充电保护功能、过放电保护功能、过流保护功能、过热保护功能或单电池平衡操作中至少之一。
所述存储装置可以包括电池。
本发明的另一实施例提供一种包括所述能量管理系统和所述存储装置的能量存储系统。
附图说明
附图和说明书一起示出本发明的示例性实施例，并且和描述一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明实施例的并网能量存储系统的框图；
图2是图1的并网能量存储系统的详细框图；
图3是根据本发明另一实施例的并网能量存储系统的框图；
图4是示出图3的并网能量存储系统中电力信号和控制信号的流动的图；
图5是示出根据本发明实施例的并网能量存储系统的操作的流程图；以及
图6是示出根据本发明实施例的并网能量存储系统的操作的流程图。
某些附图标记的说明：
100、200：并网能量存储系统
110、210：能量管理系统
120：存储装置              130、230：发电系统
140、240：电网             150、250：负载
111：第一电力变换器        112：第二电力变换器
113：第三电力变换器        114：控制器
116、216：第一开关         117、217：第二开关
118：DC环节部分            211：MPPT变换器
212：双向逆变器            213：双向变换器
214：综合控制器            215：BMS
220：电池
具体实施方式
在以下详细描述中，仅仅以图示说明的方式示出和描述本发明的某些示例性实施例。本领域技术人员会认识到，所描述的实施例可以以各种不同的方式进行修改，都不背离本发明的精神或范围。相应地，附图和描述应当被视为本质上是示例性的而不是限制性的。相同的附图标记在整个说明书中表示相同的元件。
将参照附图更详细地描述本发明的实施例。下面将描述用于理解根据本发明实施例的操作的某些部分，并且为了不使对本发明的理解复杂化，可能省略某些其它部分。
图1是根据本发明实施例的并网能量存储系统100的框图。
参见图1，本实施例的并网能量存储系统100包括能量管理系统110和存储装置120，并且并网能量存储系统100连接至发电系统130、电网140和负载150。
能量管理系统110接收来自发电系统130的电力，并且将电力传送给电网140，或者将电力存储在存储装置120中，或者将电力供应给负载150。所产生的电力可以是直流(DC)电或交流(AC)电。
能量管理系统110将发电系统130中产生的电力存储在存储装置120中，或者将所产生的电力传送给电网140，或者将所产生的电力供应给负载150。另外，能量管理系统110可以将存储在存储装置120中的电力传送给电网140，可以向负载150供应所存储的电力，或者可以将从电网140供应的电力存储在存储装置120中。而且，能量管理系统110例如在电网140的电力故障期间，执行异常状态下的不间断电源(UPS)操作，能量管理系统110可以被配置为向负载150供应电力。另外，即使在电网140处于正常状态时，能量管理系统110也可以将发电系统130产生的电力和存储在存储装置120中的电力供应给负载150。
能量管理系统110执行用于将所产生的电力存储在存储装置120中的电力变换操作、用于将所产生的电力传送给电网140或负载150的电力变换操作、用于将电网140的电力存储在存储装置120中的电力变换操作以及用于将存储在存储装置120中的电力供应给电网140或负载150的电力变换操作。另外，能量管理系统110监控存储装置120、电网140和负载150的状态，以便将发电系统130产生的电力、从电网140供应的电力或存储在存储装置120中的电力分配给存储装置120、电网140和/或负载150。
存储装置120是用于存储从能量管理系统110供应的电力的大容量存储装置。供应的电力从发电系统130产生的电力变换得到，或者从电网140供应的公用电力变换得到。存储在存储装置120中的电力可以根据能量管理系统110的控制供应给电网140或负载150。存储装置120包括二次可再充电电池，例如镍镉电池、铅酸蓄电池、镍金属氢化物(NiMH)电池、锂离子电池和/或锂聚合物电池。
在本实施例中，并网能量存储系统100被配置为包括能量管理系统110和存储装置120。然而，本发明不限于此，并且并网能量存储系统可以包括与存储装置整体形成的能量管理系统。
发电系统130包括用于通过使用可再生能源，例如诸如太阳能、风力或潮汐能之类的能源产生电能的系统。例如，当发电系统130是光伏发电系统时，太阳能电池阵将太阳光变换为电能。另外，光伏发电系统包括彼此串联和/或并联连接的多个模块以及支持器。然而，发电系统130可以可替代地包括用于通过使用其它一些合适类型的能源和/或动力源产生电能的系统。
将参照图2更详细地描述能量管理系统110和包括能量管理系统110的并网能量存储系统100的结构。
图2是图1的并网能量存储系统100的详细框图。
参见图2，能量管理系统110包括第一电力变换器111、第二电力变换器112、第三电力变换器113、控制器114、第一开关116、第二开关117以及DC环节部分118。能量管理系统110连接(或联接)至发电系统130、存储装置120、电网140以及负载150。图2的组件之间电力的流动由实线表示，并且控制信号的流动由虚线表示。
第一电力变换器111连接(或联接)在发电系统130与第一节点N1之间，并且对发电系统130产生的电力(或第一电力)进行变换，以向第一节点N1传送电力。发电系统130产生的电力可以是DC电或AC电，并且相应地，第一电力变换器111分别将AC电或DC电变换为不同电压的DC电。第一电力变换器111可以执行整流操作以将AC电变换为DC电(或第六电力)，或者可以作为将DC电变换为不同电压的DC电(或第六电力)的变换器工作。另外，第一电力变换器111执行最大功率点跟踪(MPPT)控制，以便根据控制器114的控制(或控制信号)获得由光伏发电系统131、风力发电系统132或潮汐发电系统133产生的最大功率。
第二电力变换器112连接(或联接)在第一节点N1与电网140之间，并且作为逆变器工作，以将第一电力变换器111变换后的DC电变换为用于电网140的AC电(或第四电力)，或者将第三电力变换器113变换后的DC电变换为用于电网140的AC电(或第四电力)。另外，第二电力变换器112执行整流操作，也就是说，将从电网140供应的公用AC电力(或第二电力)变换为DC电(或第八电力)，以将该DC电传送给第一节点N1。并且，第二电力变换器112根据控制器114的控制而控制电力的变换效率。
第三电力变换器113连接(或联接)在第一节点N1与存储装置120之间，并且将经由第一节点N1供应的DC电变换为不同电压的DC电(或第五电力)，以将变换后的DC电传送给存储装置120。另外，第三电力变换器113将存储在存储装置120中的DC电(或第三电力)变换为不同电压的DC电(或第七电力)，以将变换后的DC电传送给第一节点N1。也就是说，第三电力变换器113作为将DC电变换为不同电压的DC电的变换器工作。并且，第三电力变换器113根据控制器114的控制而控制变换效率。
第一开关116连接(或联接)在第二电力变换器112与第二节点N2之间。第二开关117连接在第二节点N2与电网140之间。第一开关116和第二开关117被配置为根据控制器114的控制而阻止电力在第二电力变换器112、电网140和负载150之间流动(例如，第二电力和/或第四电力)。第一开关116和第二开关117可以是断路器。第一开关116和第二开关117的开关操作由控制器114控制。
DC环节部分118维持第一节点N1处的DC电压电平处于DC环节电平。第一节点N1处的电压电平可能由于发电系统130或电网140的瞬时电压跌落或者负载150的峰值负载而不稳定。然而，为了使第二电力变换器112和第三电力变换器113正常工作，应当稳定第一节点N1处的电压。因此，DC环节部分118维持第一节点N1处的DC电压电平处于恒定的DC环节电压电平。
控制器114控制并网能量存储系统100的总体操作。控制器114接收第一电力变换器111、第二电力变换器112和第三电力变换器113所检测的电压检测信号、电流检测信号和温度检测信号，然后向第一至第三电力变换器111、112和113的开关装置输出脉宽调制(PWM)控制信号，以控制变换效率。另外，控制器114监控存储装置120、电网140和负载150的状态，并且根据所监控的存储装置120、电网140和负载150的状态确定驱动模式，例如，用于将发电系统130产生的电力供应给电网140的电力供应模式，用于将电力存储在存储装置120中的电力存储模式，以及用于将电力供应给负载150的电力供应模式。控制器114根据所确定的驱动模式，控制第一至第三电力变换器111、112和113的变换操作和效率以及第一开关116和第二开关117的接通/断开操作。
发电系统130产生电力(或第一电力)，并且向能量管理系统110输出所产生的电力。发电系统130可以是光伏发电系统131、风力发电系统132或潮汐发电系统133。另外，发电系统130可以是从诸如地热之类的可再生能源产生电力的发电系统。具体而言，通过使用光伏能源发电的太阳能电池可以容易地安装在房间或工厂中，因此可能适用于分布在每个房间中的并网能量存储系统100。
电网140可以包括发电厂、变电站和输电线缆。当电网140处于正常状态时，电网140根据第一开关116和第二开关117的接通/断开而向存储装置120或向负载150供应电力，并且接收从存储装置120供应的电力或从发电系统130产生的电力。当电网140处于例如由电故障或电修理工作引起的异常状态时，从电网140向存储装置120或负载150的电力供应被停止，并且从存储装置120向电网140的电力供应也被停止。
负载150消耗发电系统130产生的电力、存储在存储装置120中的电力和/或从电网140供应的电力。负载150可以是例如房间或工厂。
图3是根据本发明另一实施例的并网能量存储系统200的框图。
参见图3，能量管理系统210包括MPPT变换器211、双向逆变器212、双向变换器213、综合控制器214、电池管理系统(BMS)215、第一开关216、第二开关217以及DC环节电容器218。能量管理系统210连接至电池220、包括太阳能电池板231的光伏(PV)发电系统230、电网240以及负载250。
MPPT变换器211将从太阳能电池板231输出的DC电压(或第一电力)变换为第一节点N1的DC电压。由于太阳能电池板231的输出依赖于诸如太阳辐射和温度之类的天气条件以及负载条件而改变，因此MPPT变换器211控制太阳能电池板231以产生最大电量。也就是说，MPPT变换器211作为使太阳能电池板231输出的DC电压升压并输出升压后的DC电压的升压式DC-DC变换器工作，并且作为MPPT控制器工作。例如，MPPT变换器211可以输出大约300V至大约600V范围内的DC电压。另外，MPPT变换器211执行MPPT控制，用于跟踪来自太阳能电池板231的最大输出电压。MPPT控制可以通过扰动观察(P&O)控制方法、增量电导(IncCond)控制方法或功率-电压控制方法来执行。P&O控制方法通过测量太阳能电池板231的电流和电压来增大或减小基准电压。IncCond控制方法通过将太阳能电池板231的输出电导与增量电导进行比较来控制输出的DC电压，而功率-电压控制方法通过使用功率-电压特性的斜率来控制输出的DC电压。也可以使用其它的MPPT控制方法。
DC环节电容器218并联连接(或联接)在第一节点N1与双向逆变器212之间。DC环节电容器218向双向逆变器212或双向变换器213供应从MPPT变换器211输出的DC电压(或第六电力)，同时将DC电压电平维持在DC环节电平，例如DC 380V。DC环节电容器218可以是铝电解质电容器、聚合物电容器或多层陶瓷电容器(MLC)。第一节点N1处的电压电平可能由于从太阳能电池板231输出的DC电压的变化、电网240的瞬时电压跌落或者负载250处发生的峰值负载而不稳定。因此，DC环节电容器218向双向变换器213和双向逆变器212提供稳定的DC环节电压，用于正常操作双向变换器213和双向逆变器212。在图3中示出的本实施例中，DC环节电容器218独立形成，然而，DC环节电容器218可以包括在双向变换器213、双向逆变器212或MPPT变换器211中。
双向逆变器212连接(或联接)在第一节点N1与电网240之间。双向逆变器212将从MPPT变换器211输出的DC电压(或第六电力)和从双向变换器213输出的DC电压(或第七电力)变换为电网240或负载250的AC电压(或第四电力)，并且将从电网240供应的AC电压(或第二电力)变换为DC电压(或第八电力)以将该DC电压传送给第一节点N1。也就是说，双向逆变器212既作为用于将DC电压变换为AC电压的逆变器工作，也作为用于将AC电压变换为DC电压的整流器工作。
双向逆变器212将经由第一开关216和第二开关217从电网240输入的AC电压(或第二电力)整流为待存储在电池220中的DC电压(或第八电力)，并且将从电池220输出的DC电压变换为用于电网240的AC电压(或第四电力)。输出到电网240的AC电压应当匹配电网240的电力质量标准，例如0.9或更大的功率因数以及5％或更小的总谐波失真(THD)。为此，双向逆变器212对AC电压的相位与电网240的相位进行同步以防止产生无功功率(或者，以减小产生无功功率的可能性)，并且调整AC电压电平。另外，双向逆变器212可以包括用于从向电网240输出的AC电压中去除谐波的滤波器，并且该滤波器可以具有诸如限制电压变化范围、提高功率因数、去除(或减少)DC分量以及瞬变现象保护之类的功能。本实施例的双向逆变器212既作为将发电系统230或电池220的DC电变换为待供应给电网240或负载250的AC电的逆变器执行，又作为将从电网240供应的AC电变换为待供应给电池220的DC电的整流器执行。
双向变换器213连接在第一节点N1与电池220之间，并且将第一节点N1处的DC电压(或第六电力或第八电力)变换为待存储在电池220中的DC电压(或第五电力)。另外，双向变换器213将存储在电池220中的DC电压(或第三电力)变换为待传送给第一节点N1的合适的DC电压(或第七电力)电平。例如，当光伏发电系统230产生的DC电(或第一电力)被充入电池220中或者从电网240供应的AC电(或第二电力)被充入电池220中时，即在电池充电模式下，双向变换器213充当将第一节点N1处的DC电压电平或由DC环节电容器218维持的DC环节电压电平，例如380V的DC电压，减压(或降低)至电池存储电压，例如100V的DC电压的变换器。另外，当电池220中充入的电力(或第三电力)被供应给电网240或负载250时，即在电池放电模式下，双向变换器213充当将电池存储电压，例如100V的DC电压，升压至第一节点N1处的DC电压电平或DC环节电压电平，例如380V的DC电压的变换器。本实施例的双向变换器213将光伏发电系统230产生的DC电或从电网240供应的AC电变换得到的DC电变换为待存储在电池220中的DC电，并且将存储在电池220中的DC电变换为待输入双向逆变器212中的DC电，用于向电网240或负载250供应DC电。
电池220存储从光伏发电系统230或电网240供应的电力。电池220可以包括彼此串联或并联连接的多个单电池，以增大电池220的容量和输出，并且电池220的充电和放电操作由BMS 215或综合控制器214控制。电池220可以包括各种合适种类的单电池，例如镍镉电池、铅酸蓄电池、NiMH电池、锂离子电池和/或锂聚合物电池。构成电池220的单电池的数目可以根据并网能量存储系统200所需的功率容量/或设计电池220的条件来确定。
BMS215连接至电池220，并且根据综合控制器214的控制对电池220的充电/放电操作进行控制。从电池220向双向变换器213释放的电力和从双向变换器213充入电池220的电力经由BMS 215传送。另外，BMS 215可以具有诸如过充电保护、过放电保护、过流保护、过热保护以及单电池平衡操作之类的功能。为此，BMS 215探测电池220的电压、电流和温度以确定电池220的荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)，从而监控电池220的剩余电力和寿命。
BMS 215可以包括：执行用于探测电池220的电压、电流和温度的检测功能并确定过充电、过放电、过流、单电池平衡、SOC和SOH的微型计算机，以及根据微型计算机的控制信号保护电池220的充电/放电、冷却和熔丝熔化的保护电路。图3中，BMS 215包括在能量管理系统210中，并且与电池220分离，然而，可以将包括BMS 215和电池220的电池组形成为整体。另外，BMS 215控制电池220的充电和放电操作，并且向综合控制器214传送电池220的状态信息，例如关于从所确定的SOC中获得的充电量的信息。
第一开关216连接在双向逆变器212与第二节点N2之间。第二开关217连接在第二节点N2与电网240之间。第一开关216和第二开关217在综合控制器214的控制下接通或断开，并供应或阻止光伏发电系统230或电池的电力到电网240或到负载250，并且供应或阻止来自电网240的电力到负载250或电池220。例如，当向电网240供应光伏发电系统230产生的电力或存储在电池220中的电力时，综合控制器214接通第一开关216和第二开关217。另外，当向负载250仅供应来自电网240的电力时，综合控制器214断开第一开关216并接通第二开关217。
当电网240中发生异常情况，例如发生电故障或需要修理配电线路时，第二开关217阻止到电网240的电力供应，并且使并网能量存储系统200根据综合控制器214的控制单独工作。此时，综合控制器214将能量管理系统210与电网240分离，以防止诸如造成对线路进行管理或修理的工人的电击之类的事故发生(或减少其可能性)，并且防止电网240由于异常状态的操作而对电气设备产生负面影响(或减少电网240由于异常状态的操作而对电气设备产生负面影响的可能性)。另外，当电网240从异常状态的操作恢复至正常状态时，即在向负载250供应光伏发电系统230所产生的电力或存储在电池220中的电力时，电网240的电压与处于单独操作状态的电池220的输出电压之间产生相位差，因此，能量管理系统210可能被损坏。综合控制器214执行防止单独操作的控制，以便解决上述问题。
综合控制器214控制能量管理系统210的总体操作。将参照图4更详细地描述综合控制器214的控制操作。
图4是示出图3的并网能量存储系统200中电力信号和控制信号的流动的图。
参见图4，示出图3的并网能量存储系统200中内部组件之间电力的流动和综合控制器214的控制流。如图4所示，由MPPT变换器211变换后的DC电平电压被供应给双向逆变器212和双向变换器213。另外，供应给双向逆变器212的DC电平电压由双向逆变器212变换为待供应给电网240的AC电压，或者供应给双向变换器213的DC电平电压由双向变换器213变换为待充入电池220中的DC电压，并经由BMS 215充入电池220。充入电池220的DC电压由双向变换器213变换为双向逆变器212的输入DC电压电平，然后，由双向逆变器212变换为适合电网标准的AC电压以供应给电网240。
综合控制器214控制并网能量存储系统200的总体操作，并且确定系统200的操作模式，例如，确定是将所产生的电力供应给电网、负载，还是存储在电池中，并且确定是否将从电网供应的电力存储在电池中。
综合控制器214传输用于控制MPPT变换器211、双向逆变器212和双向变换器213的开关操作的控制信号。控制信号可以通过针对每个变换器或逆变器的输入电压控制占空比来减少由变换器211或213或者逆变器212执行的电力变换所引起的功率损耗。为此，综合控制器214接收用于检测MPPT变换器211、双向逆变器212和双向变换器213中每一个的输入端子处的电压、电流和温度的信号，并且基于所接收的检测信号传输变换器控制信号和逆变器控制信号。
综合控制器214从电网240接收电网信息，包括关于电网状态的信息以及关于电网的电压、电流和温度的信息。综合控制器214确定电网240中是否发生异常情况以及电网的电力是否恢复，并且在恢复电网240的电力之后，通过用于阻止到电网240的电力供应的控制操作以及对双向逆变器212的输出与电网240的供应电力进行匹配的控制操作，执行防止单独操作的控制。
综合控制器214通过与BMS 215的通信接收电池状态信号，即指示电池的充电/放电状态的信号，并且基于所接收的信号确定系统200的操作模式。另外，综合控制器214根据操作模式向BMS 215传输用于控制电池充电/放电的信号，并且BMS 215根据所传输的信号控制电池220的充电和放电操作。
图5是示出根据本发明实施例的操作并网能量存储系统的方法的流程图。
参见图5，在操作500中，可再生能源产生系统产生电力。可再生能源产生系统可以是但不限于光伏发电系统、风力发电系统和/或潮汐发电系统，并且所产生的电力可以是DC电或AC电。在操作502中，将所产生的电力的电压变换为DC环节电压。DC环节电压是基于操作500中所产生的具有不稳定电压电平的电力的、待输入至逆变器或变换器的、具有恒定DC电压电平的DC电压。
在操作504中，确定是将操作500中产生的电力供应给电网或负载，还是存储在电池中。操作504的上述确定基于系统的当前售电价格、所产生的电量、所需的负载的功耗量和/或充入电池的电力。作为操作504之确定的结果，若确定将所产生的电力存储在电池中，则在操作506和508中，将操作502中变换得到的DC环节电压变换为电池充电电压并将其充入电池。
作为操作504之确定的结果，若将所产生的电力供应给电网或负载，则在操作510中，将操作502中变换得到的DC环节电压变换为与电网或负载的AC电压标准对应的AC电压。在操作512中，确定将AC电压供应给电网还是负载。在操作514中，将AC电压供应给电网，并且在操作516中，将AC电压供应给负载。
图6是示出根据本发明另一实施例的操作并网能量存储系统的方法的流程图。
参见图6，在操作600中监控电网条件。电网条件可以包括关于电网中是否发生电故障、电网中电力是否恢复、配电线路是否被修理的信息，以及关于电网的电压、电流和温度的信息。在操作602中，检测电网中是否发生异常状态。在操作604中，阻止到电网的电力供应。当阻止到电网的电力供应时，并网能量存储系统可以单独工作在稳定状态下。在操作606，选择电池放电模式。此时，若可再生能源产生系统产生充足的电力，则可以向负载供应可再生能源产生系统所产生的电力。在操作608中，向负载供应存储在电池中的电力。在操作610中，确定电网的异常情况是否结束。若确定电网的异常情况结束，则在操作612中解除电网的阻止。在解除电网的阻止之前，可以检查电网中电力的当前状态，然后可以测试电网的电压是否与能量存储系统的并网电压即供给电网的电力彼此匹配。在操作614中，选择电池充电模式，并且在操作616中，在电池中存储可再生能源产生系统产生的电力或电网的电力。执行充电到使电池可以在上述异常情况下充分供电的电平，之后，如果需要，则向电池、负载或电网供应可再生能源产生系统所产生的电力。
尽管已结合若干示例性实施例对本发明进行了描述，但应当理解，本发明并不限于所公开的实施例，而是相反地，本发明意在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围及其等同物内的各种改进和等同布置。

Claims (25)

1.一种能量管理系统，包括：
第一接口，被配置为接收来自发电系统的第一电力；
第二接口，被配置为联接至所述发电系统、电网和存储装置，并且被配置为接收来自所述发电系统的第一电力、来自所述电网的第二电力或来自所述存储装置的第三电力中至少之一，并且被配置为向所述电网或负载中至少之一供应第四电力；以及
第三接口，被配置为接收来自所述存储装置的第三电力，并且被配置为向所述存储装置供应第五电力用于存储。
2.根据权利要求1所述的能量管理系统，其中所述第二接口被配置为同时或在不同时间接收所述第二电力和由所述第一接口进行变换的第一电力。
3.根据权利要求1所述的能量管理系统，其中所述第三接口进一步被配置为接收由所述第一接口进行变换的第一电力或由所述第二接口进行变换的第二电力中至少之一。
4.根据权利要求3所述的能量管理系统，其中所述第三接口被配置为同时或在不同时间接收所述第三电力、由所述第一接口进行变换的第一电力和由所述第二接口进行变换的第二电力。
5.根据权利要求1所述的能量管理系统，其中所述系统被配置为经由所述第三接口将所述第一电力作为所述第五电力存储在所述存储装置中，或者被配置为经由所述第二接口将所述第一电力作为所述第四电力传送给所述电网或所述负载中至少之一。
6.根据权利要求5所述的能量管理系统，其中所述系统进一步被配置为即使所述电网处于正常操作状态下，也将所述第一电力或所述第三电力作为所述第四电力供应给所述负载。
7.根据权利要求1所述的能量管理系统，其中所述系统被配置为经由所述第二接口和所述第三接口将来自所述电网的第二电力作为所述第五电力存储在所述存储装置中，或者被配置为向所述负载供应所述第二电力。
8.根据权利要求1所述的能量管理系统，其中所述系统被配置为经由所述第二接口将来自所述存储装置的第三电力作为所述第四电力供应给所述电网或所述负载。
9.根据权利要求1所述的能量管理系统，其中所述第一接口包括被配置为将所述第一电力从DC电或AC电变换为DC第六电力的第一电力变换器。
10.根据权利要求9所述的能量管理系统，其中所述第一电力变换器进一步被配置为执行最大功率点跟踪控制以获得所述发电系统产生的最大功率。
11.根据权利要求9所述的能量管理系统，
其中所述第二接口包括第二电力变换器，并且所述第三接口包括第三电力变换器，
其中所述第二电力变换器被配置为：
将所述DC第六电力变换为所述第四电力，所述第四电力是AC电；
将来自所述第三电力变换器的第七电力从DC电变换为所述第四电力；并
将所述第二电力从AC电变换为第八电力，所述第八电力是DC电，并且
其中所述第三电力变换器被配置为：
将所述第六电力或所述第八电力变换为所述第五电力；并
将所述第三电力变换为所述第七电力。
12.根据权利要求11所述的能量管理系统，其中所述第二电力变换器进一步被配置为控制电力变换效率。
13.根据权利要求11所述的能量管理系统，其中所述第三电力变换器进一步被配置为控制电力变换效率。
14.根据权利要求11所述的能量管理系统，进一步包括：位于所述第二电力变换器与所述电网和所述负载之间的第一开关；以及位于所述第一开关与所述电网之间的第二开关，其中所述第一开关和所述第二开关被配置为根据来自控制器的控制信号被控制。
15.根据权利要求14所述的能量管理系统，其中所述控制器被配置为接通所述第一开关并断开所述第二开关以向所述负载供应所述第四电力。
16.根据权利要求11所述的能量管理系统，进一步包括控制器，所述控制器被配置为：
从所述第一电力变换器、所述第二电力变换器和所述第三电力变换器中至少之一接收电压检测信号、电流检测信号或温度检测信号中至少之一；
向所述第一电力变换器、所述第二电力变换器或所述第三电力变换器中至少之一输出脉宽调制控制信号；
监控所述存储装置、所述电网或所述负载中至少之一的状态；
确定驱动模式；并且
控制所述第一电力变换器、所述第二电力变换器和所述第三电力变换器中至少之一的变换操作和/或效率或者控制所述第一开关和所述第二开关。
17.根据权利要求11所述的能量管理系统，进一步包括DC稳定器，所述DC稳定器位于所述第一电力变换器和所述第三电力变换器与所述第二电力变换器之间，并且被配置为在所述第二电力变换器的输入端处和所述第三电力变换器的输入端处维持恒定的DC电压电平。
18.根据权利要求17所述的能量管理系统，其中所述DC稳定器包括电容器。
19.根据权利要求1所述的能量管理系统，其中所述第一接口包括最大功率点跟踪变换器，所述最大功率点跟踪变换器被配置为：
将所述第一电力从AC电或DC电变换为第六电力，所述第六电力是DC电；并且
执行最大功率点跟踪控制，用于跟踪来自所述发电系统的最大输出电压。
20.根据权利要求19所述的能量管理系统，其中所述第二接口包括双向逆变器，并且所述第三接口包括双向变换器，
其中所述双向逆变器被配置为：
将所述第六电力从DC电变换为所述第四电力，所述第四电力是AC电；
将来自所述双向变换器的第七电力从DC电变换为所述第四电力；并
将所述第二电力从AC电变换为第八电力，所述第八电力是DC电，并且
其中所述双向变换器被配置为：
将所述第六电力或所述第八电力变换为所述第五电力；并
将所述第三电力变换为所述第七电力。
21.根据权利要求20所述的能量管理系统，进一步包括DC环节电容器，所述DC环节电容器位于所述双向逆变器与所述最大功率点跟踪变换器和所述双向变换器之间，并且被配置为：
向所述双向逆变器或所述双向变换器供应所述第六电力；并且
使所述双向变换器的输入端处和所述双向逆变器的输入端处的DC电压电平稳定。
22.根据权利要求1所述的能量管理系统，进一步包括电池管理系统，所述电池管理系统位于所述第三接口与所述存储装置之间，并且被配置为控制所述存储装置的充电操作和放电操作。
23.根据权利要求22所述的能量管理系统，其中所述电池管理系统进一步被配置为通过确定所述存储装置的电压、电流和温度，来执行过充电保护功能、过放电保护功能、过流保护功能、过热保护功能或单电池平衡操作中至少之一。
24.根据权利要求1所述的能量管理系统，其中所述存储装置包括电池。
25.一种能量存储系统，包括权利要求1所述的能量管理系统和所述存储装置。
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