ES2880491T3

ES2880491T3 - Sistema y método de control para un sistema de almacenamiento de energía

Info

Publication number: ES2880491T3
Application number: ES18731343T
Authority: ES
Inventors: Mohammed Agamy; Kenneth Rush; Luca Tonini; Ramanujam Ramabhadran; Herman Wiegman; Ahmed Elasser
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2038-05-30
Also published as: AU2018277085B2; EP3616289B1; US20210159715A1; CA3065299A1; AU2018277085A1; EP3616289A1; WO2018222672A1; US11196278B2

Abstract

Un método para controlar un sistema de almacenamiento de energía (200), incluyendo el sistema de almacenamiento de energía una pluralidad de baterías (202A, 202B,..., 202N) que proporcionan una salida de tensión de CC acoplada a través de una pluralidad respectiva de convertidores de potencia (212A, 212B,..., 212N) a una barra colectora de CC (210), comprendiendo el método: proporcionar una o más restricciones a un algoritmo de problema de optimización caracterizado por que el método comprende además: determinar mediante el algoritmo de problema de optimización un valor de tensión de barra colectora de CC (VBUS) que da como resultado una disipación de potencia total aproximadamente mínima para la pluralidad de convertidores de potencia; calcular una variable de control respectiva para cada uno de la pluralidad respectiva de convertidores de potencia basándose en el valor de tensión de barra colectora de CC determinado; generar instrucciones ejecutables de procesador de control (242) para implementar el control de cada uno de la respectiva pluralidad de convertidores de potencia para lograr la respectiva variable de control calculada; y proporcionar a al menos un procesador (220) las instrucciones ejecutables, que cuando son ejecutadas por el al menos un procesador hacen que el al menos un procesador ordene a los respectivos de la pluralidad de convertidores de potencia para que funcionen basándose en la variable de control respectiva calculada.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método de control para un sistema de almacenamiento de energía

Reivindicación de prioridad

Esta solicitud de patente reivindica, bajo 35 U.S.C. § 119, el beneficio de la prioridad de la solicitud de patente provisional de EE. UU. con n.° de serie 62/513.102, presentada el 31 de mayo de 2017, titulada "CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR AN ENERGY STORAGE SYSTEM".

Antecedentes

La demanda mundial de energía eléctrica ha ido aumentando año tras año. La mayor parte de la demanda de energía eléctrica se satisface con energía producida a partir de fuentes de energía de combustibles fósiles convencionales, como el carbón y el gas. En los últimos años, con el aumento de los problemas del cambio climático global, ha habido un impulso para la generación de electricidad a partir de fuentes de energía renovables como la solar, eólica, geotérmica y otras fuentes.

Los generadores de turbina eólica se consideran fuentes de energía alternativas respetuosas con el medio ambiente y relativamente económicas que utilizan energía eólica para producir energía eléctrica. Además, la generación de energía solar utiliza módulos fotovoltaicos (FV) para generar electricidad a partir de la luz solar. Debido a la intermitencia del viento y la energía solar durante el día y la falta de energía solar durante la noche, la producción de energía de las turbinas eólicas y las distribuciones FV fluctúa a lo largo del día. Desafortunadamente, la demanda de electricidad no varía de acuerdo con las variaciones solares y eólicas.

Los sistemas de almacenamiento de energía pueden mitigar el problema de la variabilidad de energía a partir de fuentes de energía renovables. El exceso de energía de las plantas de energía renovable se puede almacenar en el sistema de almacenamiento de energía que luego se puede utilizar en un momento posterior o en una ubicación remota. Los sistemas de almacenamiento de energía podrían incluir el almacenamiento en baterías y otras opciones, como un almacenamiento en volante de inercia o un almacenamiento hidroeléctrico por bombeo. Con la reducción de los costes de las baterías, y debido a que la generación de energía hidroeléctrica no siempre es una opción, las baterías se están convirtiendo cada vez más en el medio de almacenamiento preferido. El flujo de energía de las baterías debe ser regulado por un convertidor de potencia electrónico para garantizar la máxima flexibilidad, integración con energía solar o eólica, operación a largo plazo, baja degradación y facilidad de mantenimiento. Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías suelen estar acoplados a la red de CA a través de un inversor que permite la carga desde la red. Estos sistemas de almacenamiento se denominan sistemas acoplados de CA y se utilizan para mitigar las variaciones de frecuencia, suprimir armónicos, soportar la tensión de la red y mejorar la calidad de la energía de la red.

Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías generalmente incluyen baterías de energía, convertidores de potencia electrónicos y un procesador de control. Se puede conectar una pluralidad de baterías a una barra colectora de CC común en el sistema de almacenamiento de energía. En tal implementación, el sistema de almacenamiento de energía puede no funcionar de manera óptima debido a discordancias entre las tensiones y capacidades de batería a medida que las celdas de la batería envejecen o se exponen a diferentes gradientes térmicos. La discordancia de tensión también puede conducir a la circulación de corriente entre las cadenas de baterías, lo que daña las baterías.

El documento US2016/028237 A1 describe un sistema de almacenamiento de energía con una pluralidad de baterías y convertidores CC/CC asociados conectados a una barra colectora de CC, en la que los convertidores se controlan para maximizar la eficiencia con respecto a las cargas de corriente de convertidor.

Por lo tanto, es deseable un método y un sistema que aborden los problemas anteriores.

Dibujos

Estas y otras características y aspectos de las realizaciones de la presente invención se entenderán mejor cuando se lea la siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos adjuntos en los que caracteres similares representan partes similares en todos los dibujos, en donde:

La Figura 1 ilustra un diagrama esquemático de un sistema de almacenamiento de energía convencional;

La Figura 2 ilustra un esquema parcial de un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con realizaciones; y

Las Figuras 3A-3B ilustran un diagrama de flujo para resolver un problema de optimización de acuerdo con realizaciones.

Descripción detallada

Incorporar sistemas y métodos generalmente proporciona control de un sistema de almacenamiento de energía que incluye una pluralidad de baterías para optimizar el funcionamiento del sistema de almacenamiento de energía. Los datos obtenidos al resolver un algoritmo de problema de optimización son utilizados por un procesador de control central para proporcionar a los procesadores de control local señales de control diseñadas para ajustar una tensión de salida de los respectivos convertidores de potencia de modo que la potencia acumulada procesada por los convertidores de potencia se minimice.

La Figura 1 ilustra un sistema convencional de almacenamiento de energía acoplado a CC 100, que incluye la barra colectora de CC 102. Una pluralidad de baterías 104 se conectan a la barra colectora de CC a través de una pluralidad respectiva de convertidores de potencia 106. Los convertidores de potencia 106 pueden cargar las baterías 104 desde una red eléctrica 110, o una fuente de energía de energía renovable 114. Desde la pluralidad de baterías 104 se puede proporcionar energía a las cargas 108 conectadas a la barra colectora de CC 102. Cada una de la pluralidad de baterías puede incluir una pluralidad de celdas de batería conectadas en serie y/o paralelo.

El convertidor de potencia conectado a una batería puede facilitar la transferencia de energía de una batería 104 a otra batería 104 y/o de una celda de batería a otra celda de batería dentro de una batería 104. Las baterías de cada batería 104 pueden cargarse desde la barra colectora de CC, y/o pueden proporcionar energía a las cargas 108 conectadas a la barra colectora de CC. El uno o más de la pluralidad de convertidores de potencia 106 pueden incluir un convertidor reductor, un convertidor elevador, un convertidor reductor-elevador, un convertidor flyback o cualquier otro convertidor de potencia de CC a CC adecuado. Las cargas 108 pueden incluir un cargador de coche, accionamientos eléctricos, cargas de iluminación, etc. Cuando una carga particular es una carga de corriente alterna (CA), puede usarse un convertidor CC a CA entre la barra colectora CC 102 y las cargas CA.

En algunas implementaciones, la barra colectora de CC del sistema de almacenamiento de energía 100 puede conectarse a la red eléctrica de CA 110 a través de un inversor 112 conectado a la red. La red eléctrica puede ser una red eléctrica de consumo, comercial y/o de servicios públicos. En algunas implementaciones, el sistema de almacenamiento de energía también se puede conectar a la fuente de energía de energía renovable 114, que puede generar energía a partir de una o más fuentes de generación de energía renovable (por ejemplo, paneles fotovoltaicos (FV), turbinas eólicas, intercambios geotérmicos o cualquier otra fuente de generación de energía renovable). La fuente de energía de energía renovable 114 se conecta al sistema de almacenamiento de energía a través de un convertidor de potencia 116.

Controlando la tensión de la barra colectora de CC, las baterías 104 pueden cargarse desde la red eléctrica 110 y la fuente de energía renovable 114. Además, las baterías 104 también pueden suministrar energía a la red eléctrica. Además, el convertidor de potencia 116 se puede controlar de modo que se extraiga la máxima potencia de la fuente de energía renovable 114.

La Figura 2 ilustra un esquema parcial del sistema de almacenamiento de energía 200 de acuerdo con realizaciones. El sistema de almacenamiento de energía 200 puede incluir una o más baterías 202A, 202B,..., 202N acopladas a la barra colectora de CC 210. Cada una de las baterías 202A, 202B,..., 202N se conecta a la barra colectora de CC 210 a través de un respectivo convertidor de potencia 212A, 212B,..., 212N. Cada uno de la pluralidad de convertidores de potencia 212A, 212B,..., 212N puede ser un convertidor de potencia parcial. Un convertidor de potencia parcial tiene una sección de entrada configurada para recibir una primera parte de una potencia de CC, una sección de salida configurada para generar una potencia de CC que incluye una primera parte procesada de la potencia de CC recibida y una segunda parte no procesada de la potencia de CC recibida. Los convertidores de potencia 212A, 212B,..., 212N se conectan de manera que procesan solo una parte de la energía de las baterías 202A, 202B,..., 202N a la barra colectora de CC 210. La energía restante de las baterías 202A, 202B,..., 202N se transfiere directamente desde las baterías a la barra colectora de CC a través del convertidor de potencia sin procesamiento. La configuración del convertidor de potencia parcial conduce a una menor generación de calor debido a menores pérdidas en la pluralidad de convertidores de potencia 212A, 212B,..., 212N. Por consiguiente, el sistema 200 requiere un enfriamiento reducido, lo que puede permitir una reducción de la huella del sistema en comparación con los sistemas que operan bajo enfoques convencionales.

La barra colectora de CC 210 se puede conectar a la red eléctrica 110 a través del inversor 112 conectado a la red. El inversor conectado a la red eléctrica puede suministrar energía a la barra colectora 210 de CC desde la red eléctrica o proporcionar energía desde la barra colectora de CC a la red eléctrica.

En múltiples ubicaciones del sistema de almacenamiento de energía se puede distribuir una pluralidad de sensores 250. Dependiendo de su ubicación, un sensor puede monitorizar la tensión de batería, la corriente de la línea de baterías, la temperatura de batería y/o del convertidor de potencia, el funcionamiento del convertidor de potencia, la tensión de la barra colectora de CC y/u otro estado de parámetros operativos.

El procesador de control central 220 incluye la unidad de procesador 222, que ejecuta la instrucción ejecutable 242 para realizar el algoritmo de problema de optimización 244 de acuerdo con las realizaciones. El procesador de control central también puede incluir una unidad de entrada/salida 224, a través de la que el procesador de control central está en comunicación con los respectivos procesadores de control local 230 de la batería respectiva 202A, 202B,..., 202N. El procesador de control central puede incluir la unidad de memoria 226 para operaciones de memoria local y/o caché. El procesador de control central 220 puede estar en comunicación con el almacén de datos 240 a través de una red de comunicación electrónica, o estar en conexión directa con el almacén de datos.

El procesador de control central 220 y cada procesador de control local 230 pueden ser un procesador de control implementado como un dispositivo lógico programable (por ejemplo, un dispositivo lógico programable complejo (CPLD), una matriz de puertas programables en campo (FPGA), una matriz lógica programable (PAL), un microcontrolador, circuito integrado específico de aplicación (ASIC), etc.). La comunicación desde el procesador de control central a los procesadores de control local podría ser una comunicación digital. De acuerdo con implementaciones, la comunicación puede ser inalámbrica o cableada, y puede incluir diversos protocolos, por ejemplo, comunicación RS 232, Bluetooth, WIFI, ZigBee, TCP/IP, etc.

Cada procesador de control local 230 puede incluir una unidad de procesador, una unidad de memoria, una unidad de entrada/salida, con instrucciones ejecutables almacenadas en la unidad de memoria. En algunas implementaciones, el procesador de control local también puede incluir un convertidor de analógico a digital para convertir las señales analógicas recibidas (de, por ejemplo, sensores), una interfaz de usuario (por ejemplo, pantalla visual, impresora, etc.) que puede indicar el estado actual u otra información y parámetros. El procesador de control local también puede incluir un convertidor de digital a analógico para la conversión de señales digitales en señales analógicas para controlar los convertidores de potencia.

El almacén de datos 240 puede incluir instrucciones ejecutables 242, algoritmo de problemas de optimización 244 y registros de datos de entrada/sensor 246. Los registros de datos de sensor/entrada pueden incluir lecturas de sensor monitorizado obtenidas de uno o más sensores 250. Los procesadores de control local pueden monitorizar uno o más sensores 250 ubicados en diversas ubicaciones del sistema de almacenamiento de energía 200, y proporcionan los datos al almacén de datos. Los sensores pueden monitorizar, detectar dinámicamente y/o medir datos como, entre otros, las condiciones de funcionamiento de la batería, las condiciones de funcionamiento del convertidor de potencia, la tensión de la barra colectora de CC, las condiciones de la red de energía, las condiciones ambientales (por ejemplo, irradiancia solar, temperatura, velocidad del viento, etc.). Las condiciones de funcionamiento de la batería pueden incluir la duración de la batería, la detección de fallos de la batería, etc. Los datos de entrada almacenados en los registros de datos de entrada/sensor 246 pueden incluir especificaciones, características y/o parámetros relacionados con las baterías, los convertidores de potencia y el inversor de lado de la red, por ejemplo, pero no limitado a, límites de tensión/corriente de la batería, vida útil de la batería, límites de temperatura, límites de capacidad de tensión/corriente de la barra colectora y otras restricciones. Estos datos de entrada pueden ser utilizados por el algoritmo de problemas de optimización.

La potencia procesada por los respectivos convertidores de potencia 212A, 212B,..., 212N puede depender de una diferencia entre la tensión de batería respectiva (V^{b 1}, V^b2,..., V^Bn) y la tensión de barra colectora de CC 210 (V^{b u s}). Cuanto menor sea la diferencia entre la tensión de la batería respectiva 202A, 202B,..., 202N y la tensión de la barra colectora de CC, menor será la potencia procesada en el convertidor. De acuerdo con realizaciones, el procesador de control central 220 puede proporcionar comandos de control a uno o más de los respectivos procesadores de control local 230 para ajustar el convertidor de potencia respectivo para controlar la tensión de la barra colectora de CC a una tensión de la barra colectora de CC de referencia (V^ref) que puede minimizar la potencia total acumulada procesada por la pluralidad de convertidores de potencia. Los comandos de control del procesador de control central se pueden adaptar a la batería respectiva 202A, 202B,..., 202N, es decir, cada convertidor de potencia se puede ajustar de forma independiente.

De acuerdo con una realización, el procesador de control 220 puede controlar la tensión de barra colectora de CC mediante la manipulación del índice de modulación del inversor 112 conectado a la red. El índice de modulación de inversor es una relación entre la tensión de corriente alterna (CA) pico a pico del inversor y la tensión de CC del inversor. De acuerdo con una realización, si una o más de las cargas 108 incluye un convertidor electrónico de potencia (por ejemplo, carga de carga de vehículo eléctrico (VE)), el procesador de control 220 también puede proporcionar comandos de control para que el convertidor electrónico de potencia de la carga controle la tensión de barra colectora de CC.

De acuerdo con realizaciones, un algoritmo de problemas de optimización determina un valor de tensión de referencia (V^ref) para la tensión (V^{b u s}) de la barra colectora de CC 210 que puede dar como resultado una eficiencia de conversión de potencia de CC a CC aproximadamente máxima para cada convertidor de potencia 212A, 212B,..., 212N. Maximizar la eficiencia de conversión de potencia de cada convertidor de potencia da como resultado una alta eficiencia total de conversión de potencia para el sistema. Dada una cantidad N de baterías, cada una con su respectiva tensión de batería V^{b 1}, V^b2,..., V^Bny tensión de barra colectora de CC V^{b u s}, el problema de optimización se puede expresar minimizando la potencia media (o en algunas implementaciones, la máxima) disipada en cada uno de los convertidores de potencia. Alternativamente, el problema de optimización se puede expresar como minimizar la pérdida total de energía disipada en todos los convertidores de potencia conectados a las baterías. La solución de problema de optimización es una tensión de barra colectora de CC de modo que la potencia total procesada de todos los convertidores de potencia se minimice. Las restricciones para el problema de optimización pueden incluir límites de temperatura en las baterías, límites de corriente de las baterías, límite de tensión de barra colectora de CC, antigüedad de las baterías o combinaciones de los mismos.

De acuerdo con realizaciones, la solución de optimización puede minimizar la potencia media disipada en cada convertidor de nivel de cadena de baterías; o minimizar la potencia máxima disipada en cualquier convertidor de nivel de cadena de baterías; o minimizar la pérdida total de energía disipada en todos los convertidores CC-CC conectados a cadenas de baterías. Las restricciones al resultado de optimización pueden incluir, entre otras, el límite de intervalo de temperaturas de batería; límite de capacidad de corriente de cadena de baterías; límite de tensión de barra colectora de CC; antigüedad de la batería; requisitos de enfriamiento de componentes, variación de edad dentro y/o entre la cadena de baterías; y tipo de batería. En algunas implementaciones, la solución de optimización puede minimizar la temperatura disipada en cada convertidor de nivel de cadena de baterías y/o en la batería de cada cadena.

La solución del problema de optimización (es decir, V^ref) se puede expresar como:

V ref»V m in (EC. 1)

II ^£[Ilmin, Umax], . . . , III ^E[Illmin, Illmax] ^{(EC. 2)}

Donde una tensión de barra colectora de CC permisible mínima (V^Bus_min) se basa en las características de los inversores conectados a la red;

I1,..., In representa la corriente a través de una línea de baterías L1,..., Ln;

[11 ^min, I1 ^max],..., [In^min, In^max] representa los respectivos intervalos de corriente para las líneas de batería L1,..., Ln; y

donde para cada línea de baterías, los respectivos intervalos de corriente dependen de las respectivas tensiones de batería ^{V b 1, ... ,}V^Bny los respectivos valores de estado de carga (SOC) SOC1,..., SOCn de cada línea de baterías.

Las Figuras 3A-3B ilustran un diagrama de flujo del proceso 300 para resolver un problema de optimización de acuerdo con realizaciones para controlar un sistema de almacenamiento de energía. Se accede a los datos de sensor y datos de entrada para su uso en la solución del problema de optimización, etapa 305. Los datos de sensor se pueden obtener de los sensores, o se puede acceder a los registros de datos de entrada/sensor 246, que incluyen, entre otros, niveles de tensión de cadena de baterías (y la batería individual constituyente), estado de carga (SOC) de las baterías, tensión de red (Vac). En una realización, el procesador de control central utiliza el índice de modulación del convertidor conectado a la red para determinar la tensión de barra colectora de CC. Los datos de entrada pueden incluir parámetros y características de las baterías, convertidores de potencia, inversores conectados a la red, cargas, etc. En una realización, las características del inversor conectado a la red incluyen una curva de eficiencia, una potencia nominal y el índice de modulación del inversor conectado a la red. De acuerdo con las realizaciones, una solución de optimización puede equilibrar la energía entre una o más baterías 202A, 202B,..., 202N basándose en las curvas de energía y la temperatura.

Se calcula una tensión de barra colectora de CC permisible mínima (V^Bus_min), etapa 310, basándose en las características del inversor conectado a la red. V^Bus_mines una restricción en la tensión de barra colectora de CC porque a tensiones inferiores a V^Bus_min, el inversor conectado a la red puede no funcionar con una eficiencia de rendimiento óptima, es decir, una eficiencia de rendimiento superior a un valor preseleccionado.

Se calcula una diferencia de tensión de línea base ^AV entre V^Bus_miny las tensiones de cadena de baterías VB1, VB2,..., VBn, etapa 315. En la etapa 320, V^refse determina resolviendo un problema de optimización (EC. 1 y 2) para maximizar la eficiencia de los convertidores de potencia 212A, 212B,..., 212N. El problema de optimización puede incluir una pluralidad de restricciones (por ejemplo, mantener V^ref> V^Bus_miny mantener la corriente a través de cada convertidor de potencia dentro de un intervalo mínimo y máximo. Las condiciones de funcionamiento, características y/o parámetros de las baterías pueden restringir el problema de optimización. En una realización, el intervalo de corriente de convertidor de potencia mínimo y máximo se puede determinar basándose en el estado de carga y las tensiones de las baterías.

Para cada convertidor de potencia se calcula una eficiencia de inversor conectado a la red (pac) y una eficiencia de CC (qdc), etapa 325. Para cada convertidor de potencia se calcula una eficiencia total de conversión de potencia (qconv), etapa 330, mediante la Ecuación 3:

(EC. 3)

Se perturba la magnitud de V^ref, etapa 335. La eficiencia de punto de funcionamiento de cada cadena de baterías se vuelve a evaluar usando la Ecuación 3, etapa 337, aplicando el valor ahora perturbado de V^ref. Se realiza una evaluación, etapa 340, para determinar si una perturbación en V ^refprovocó un cambio en la eficiencia total de conversión de potencia qconv, es decir, induciendo un cambio en la eficiencia para cualquiera de las cadenas de baterías. De acuerdo con realizaciones, la evaluación se realiza restando la eficiencia de conversión de potencia total más reciente de la segunda conversión de potencia total más reciente para obtener una diferencia absoluta entre estas dos eficiencias de conversión de potencia total.

Si no hay cambio en la eficiencia total de convertidor, se cambia la polaridad (dirección de perturbación) de la perturbación V^ref, etapa 345. El proceso 300 continúa entonces de regreso a la etapa 335.

Si se determina que la eficiencia total de convertidor ha cambiado (en la etapa 340), el proceso 300 continúa a la etapa 350. En la etapa 350, la eficiencia total de convertidor se compara con un umbral predeterminado. Si la eficiencia total de convertidor es mayor que el umbral predeterminado, se retiene la polaridad de perturbación, etapa 355. El proceso 300 continúa entonces de regreso a la etapa 335. El umbral predeterminado se puede definir basándose en los objetivos de diseño generales para el sistema de almacenamiento de energía en sí, por ejemplo, basado en el rendimiento del diseño de eficiencia del sistema en función de las tensiones de conversión, basado en la eficiencia del convertidor de potencia, otros factores del componente/sistema, o una combinación de los mismos.

Si la eficiencia total del convertidor no es mayor que el umbral predeterminado, entonces el proceso 300 continúa a la etapa 360. En la etapa 360, los ciclos de trabajo individuales para los convertidores de potencia 212A, 212B,..., 212N y el inversor conectado a la red se calculan usando la magnitud de la presente iteración de V ^ref. El procesador de control central 220 puede generar instrucciones ejecutables y proporcionar las instrucciones, etapa 365, a los respectivos controladores locales 214, 216 para el control de los convertidores de potencia y el inversor para implementar los valores de ciclo de trabajo individuales. Los ciclos de trabajo individuales para los convertidores de potencia y el inversor conectado a la red son solo un tipo de variable de control que se puede calcular utilizando la magnitud de la iteración actual de V^ref. Además del ciclo de trabajo, otras variables de control que se pueden calcular incluyen, pero no se limitan a estas, frecuencia y desplazamiento de fase.

Los sistemas y métodos incorporados aumentan la eficiencia de la fase de conversión de CC a CC en el sistema de almacenamiento de energía. Con esta mayor eficiencia, se pueden integrar convertidores de potencia de CC a CC más pequeños y de menor coste con las cadenas de baterías para optimizar localmente cada cadena. La mayor eficiencia alivia la degradación del rendimiento de los sistemas convencionales debido a las discordancias de las cadenas de baterías. Debido a una reducción en la pérdida de calor generada, incorporar sistemas y métodos reduce los requisitos de enfriamiento del sistema de almacenamiento de energía y brindan protección local integrada dentro del sistema de almacenamiento de energía.

Para los convertidores de potencia parcial, la potencia procesada en el convertidor es proporcional a la diferencia entre V^batteryy V^ref(AV = | V^battery-V^ref|). Por lo tanto, configurar V^refde manera que AV se minimice permite minimizar la clasificación del convertidor CC/CC (por ejemplo, si AV/V^battery= 20 %, entonces se puede diseñar un convertidor de 12 kW para una potencia de cadena de 60 kW con 48 kW de avance), lo que da como resultado una conversión de muy alta eficiencia. Para los convertidores de procesamiento de potencia completa, minimizar AV minimiza el ciclo de trabajo/utilización del convertidor, lo que mejora la eficiencia de conversión general

Incorporar sistemas y métodos se pueden implementar en sistemas de almacenamiento de energía independientes de las tecnologías de fabricación de los dispositivos de energía y baterías incorporadas en el sistema de almacenamiento de energía. Por ejemplo, los convertidores de potencia fabricados con materiales con banda prohibida amplia (carburo de silicio, nitrato de galio, etc.) están dentro del alcance de esta divulgación.

Además, las baterías de diferentes resistencias, edades y/o químicas (degradadas o no) también están dentro del alcance de esta divulgación.

De acuerdo con algunas realizaciones, una aplicación de programa informático almacenada en una memoria no volátil o en un medio legible por ordenador (por ejemplo, memoria de registro, caché de procesador, RAM, ROM, disco duro, memoria flash, CD ROM, medios magnéticos, etc.) puede incluir código o instrucciones ejecutables que, cuando se ejecutan, pueden instruir y/o hacer que un controlador o procesador realice los métodos descritos en este documento, como un método para resolver un problema de optimización para minimizar la potencia acumulada procesada por los convertidores de potencia de un sistema de almacenamiento de energía, como se describe anteriormente.

El medio legible por ordenador puede ser un medio legible por ordenador no transitorio que incluye todas las formas y tipos de memoria y todos los medios legibles por ordenador, excepto una señal de propagación transitoria. En una implementación, la memoria no volátil o el medio legible por ordenador puede ser una memoria externa.

Aunque se han descrito aquí métodos y hardware específicos, obsérvese que puede proporcionarse cualquier número de otras configuraciones de acuerdo con realizaciones de la invención. Por lo tanto, aunque se han mostrado, descrito y señalado características novedosas fundamentales de la invención, se entenderá que pueden realizarse diversas omisiones, sustituciones y cambios en la forma y los detalles de las realizaciones ilustradas y en su funcionamiento. por los expertos en la técnica sin apartarse del alcance de la invención. Las sustituciones de elementos de una realización a otra también están totalmente previstas y contempladas. La invención se define únicamente con respecto a las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para controlar un sistema de almacenamiento de energía (200), incluyendo el sistema de almacenamiento de energía una pluralidad de baterías (202A, 202B,..., 202N) que proporcionan una salida de tensión de CC acoplada a través de una pluralidad respectiva de convertidores de potencia (212A, 212B,..., 212N) a una barra colectora de CC (210), comprendiendo el método:

proporcionar una o más restricciones a un algoritmo de problema de optimización caracterizado por que el método comprende además:

determinar mediante el algoritmo de problema de optimización un valor de tensión de barra colectora de CC (V^BUS) que da como resultado una disipación de potencia total aproximadamente mínima para la pluralidad de convertidores de potencia;

calcular una variable de control respectiva para cada uno de la pluralidad respectiva de convertidores de potencia basándose en el valor de tensión de barra colectora de CC determinado;

generar instrucciones ejecutables de procesador de control (242) para implementar el control de cada uno de la respectiva pluralidad de convertidores de potencia para lograr la respectiva variable de control calculada; y

proporcionar a al menos un procesador (220) las instrucciones ejecutables, que cuando son ejecutadas por el al menos un procesador hacen que el al menos un procesador ordene a los respectivos de la pluralidad de convertidores de potencia para que funcionen basándose en la variable de control respectiva calculada.

2. El método de la reivindicación 1, al menos uno de la pluralidad de convertidores de potencia es un convertidor de potencia parcial, el método incluye ordenar a el al menos un convertidor de potencia parcial que funcione basándose en la variable de control respectiva calculada para esa parte de potencia procesada por el al menos un convertidor de potencia parcial.

3. El método de la reivindicación 1, el algoritmo de problema de optimización incluye

determinar una primera tensión de referencia de barra colectora de CC (V^ref);

perturbar el primer valor de tensión de referencia de barra colectora de CC en una primera dirección en una primera magnitud para obtener una segunda tensión de referencia de barra colectora de CC;

restar una primera eficiencia total de conversión de potencia de una segunda eficiencia total de conversión de potencia para obtener una diferencia absoluta, la primera eficiencia total de conversión de potencia basada en la primera tensión de referencia de barra colectora de CC y la segunda eficiencia total de conversión de potencia basada en la segunda tensión de referencia de barra colectora de CC; y

si la diferencia absoluta es menor o igual a un umbral predeterminado, entonces calcular la variable de control de convertidor de potencia respectiva basándose en el segundo valor de tensión de referencia de barra colectora de CC;

de lo contrario, si la diferencia con signo es mayor que un umbral predeterminado, entonces se retiene la dirección de perturbación, se aumenta la magnitud de la perturbación y se vuelve a calcular la segunda eficiencia de conversión de potencia.

4. El método de la reivindicación 1, la una o más restricciones incluyen al menos uno de un estado de batería respectivo y una curva de eficiencia de conversión de potencia respectiva para cada una de la pluralidad de baterías y cada uno respectivo de la pluralidad de convertidores de potencia.

5. El método de la reivindicación 3, que incluye calcular la segunda eficiencia total de conversión de potencia usando una eficiencia de un inversor conectado a la red (112) y una eficiencia de cada convertidor de potencia respectivo.

6. El método de la reivindicación 1, que incluye restringir una tensión de barra colectora de CC mínima a uno de una pluralidad de valores que hacen que un inversor conectado a la red (112) funcione con una eficiencia de rendimiento por encima de una eficiencia predeterminada.

7. El método de la reivindicación 3, que incluye resolver el algoritmo de problema de optimización para obtener la primera tensión de referencia de barra colectora de CC mediante:

restringir la primera tensión de referencia de barra colectora de CC para que sea mayor que una tensión de barra colectora de CC mínima; y

restringir una corriente respectiva a través de cada uno de los convertidores de potencia respectivos de la pluralidad de convertidores de potencia para que esté dentro de un intervalo predeterminado.

8. El método de la reivindicación 7, que incluye determinar el intervalo predeterminado para cada corriente respectiva basándose en una tensión de batería respectiva y un valor de estado de carga respectivo para cada una de las baterías respectivas de la pluralidad de baterías acopladas al convertidor de potencia respectivo.

9. Un medio legible por ordenador no transitorio que tiene almacenadas en él instrucciones que cuando son ejecutadas por un procesador hacen que el procesador realice un método para controlar un sistema de almacenamiento de energía (200) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

10. Un sistema para controlar un sistema de almacenamiento de energía (200), comprendiendo el sistema de almacenamiento de energía:

una pluralidad de baterías (202A, 202B,..., 202N) que proporcionan una salida de tensión de CC, cada una de la pluralidad de baterías acopladas a través de una pluralidad respectiva de convertidores de potencia (212A, 212B,..., 212N) a una barra colectora de CC (210);

un primer procesador (220) en comunicación con una pluralidad de segundos procesadores (250), un segundo procesador respectivo en comunicación con uno respectivo de la pluralidad de convertidores de potencia;

el primer procesador en comunicación con un almacén de datos (240) que contiene instrucciones ejecutables (242) que cuando son ejecutadas por el primer procesador hacen que el primer procesador realice un método que incluye:

proporcionar una o más restricciones a un algoritmo de problema de optimización;

11. El sistema de la reivindicación 10, que incluye al menos uno de la pluralidad de convertidores de potencia que es un convertidor de potencia parcial, siendo las instrucciones ejecutables para hacer que el procesador resuelva el algoritmo de problema de optimización ordenando al menos un convertidor de potencia parcial que funcione basándose en la variable de control respectiva calculada para esa parte de potencia procesada por el al menos un convertidor de potencia parcial.

12. El sistema de la reivindicación 10, que incluye instrucciones ejecutables para hacer que el procesador resuelva el algoritmo de problema de optimización mediante:

determinar una primera tensión de referencia de barra colectora de CC (V^ref);

de lo contrario, si la diferencia absoluta es mayor que un umbral predeterminado, entonces se mantiene la primera dirección, se aumenta la magnitud de la perturbación y se vuelve a calcular la segunda eficiencia de conversión de potencia.

13. El sistema de la reivindicación 10, que incluye instrucciones ejecutables para hacer que el procesador resuelva el algoritmo de problema de optimización incluyendo como una o más restricciones al menos uno de un estado de batería respectivo y una curva de eficiencia de conversión de potencia respectiva para cada una de la pluralidad de baterías y cada uno respectivo de la pluralidad de convertidores de potencia.

14. El sistema de la reivindicación 10, que incluye instrucciones ejecutables para hacer que el procesador resuelva el algoritmo de problema de optimización calculando la segunda eficiencia total de conversión de potencia usando un inversor conectado a la red (112), la eficiencia y la eficiencia de cada convertidor de potencia respectivo.

15. El sistema de la reivindicación 10, que incluye instrucciones ejecutables para hacer que el procesador resuelva el algoritmo del problema de optimización restringiendo una tensión de barra colectora de CC mínimo a uno de una pluralidad de valores que hacen que un inversor conectado a la red (112) funcione con una eficiencia de rendimiento superior a la anterior. una eficiencia predeterminada.