用于并联多个电源的系统和方法与流程

用于并联多个电源的系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求享有于2020年5月29日提交的第63/032,191号美国专利申请的优先权和权益，该美国专利申请的全部公开内容特此通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开总体上涉及电力传输。更具体地，本公开涉及用于控制电网上的功率的系统和方法。
4.背景
5.在电力或公用电网上，可能存在被设计成向一个或更多个负载供电的一个或更多个能量源(例如，发电机、风力涡轮机、燃气轮机、蒸汽涡轮机)。例如，电网(例如，微电网、公用电网等)可以包括与三个或更多个负载并联的两个或更多个发电机。然而，微电网通常很难设置和维护，需要专门的技能组和大量的部署时间。
6.概述
7.一种实现涉及一种方法，该方法包括由连接到电网的第一发电机组确定第一速率下的功率平均值，并且由第一发电机组生成经滤波的功率平均值。经滤波的功率平均值包括第二速率下的功率平均值。经滤波的功率平均值被用于负载控制算法中，以平衡电网上的电源的负载分担(load share)。在一些实施例中，以第二速率操作第二算法。在一些实施例中，第二速率慢于第一速率。在一些实施例中，第一发电机组可以通过对在第一速率下确定的功率平均值进行低通滤波来生成经滤波的功率平均值。
8.该方法还可以包括在第二发电机组处经由网络接收经滤波的功率平均值，并且在第二发电机组处调整第二发电机组的功率输出，使得第二发电机组的经滤波的功率平均值朝向第一发电机组的经滤波的功率平均值调整。调整第二发电机组的功率输出可包括响应于确定第二发电机组的经滤波的功率平均值低于第一发电机组的经滤波的功率平均值而增加第二发电机组的功率输出。调整第二发电机组的功率输出可包括响应于确定第二发电机组的经滤波的功率平均值高于第一发电机组的经滤波的功率平均值而减少第二发电机组的功率输出。
9.在一些实施例中，该方法还可以包括在能量储存系统(ess)处经由网络接收经滤波的功率平均值，并且在ess处调整ess的下垂曲线(droop curve)的设定点(set point)，其中，设定点影响ess对在电网上感测到的电参数的响应。调整下垂曲线的设定点可以包括响应于经滤波的功率平均值低于下限阈值而将设定点设置为最大充电配置。下限阈值可以指示第一发电机组处于第一发电机组的最小负载要求。在一些实施例中，调整下垂曲线的设定点可以包括响应于经滤波的功率平均值高于上限阈值而将设定点设置为最大放电配置。
10.附图简述
11.结合附图，根据下面的详细描述将更充分地理解本公开，在附图中，相似的附图标记表示相似的元素，其中：
12.图1是示出根据示例性实施例的负载控制系统的框图。
13.图2是根据示例性实施例的控制电网上的功率的方法的流程图。
14.图3是根据示例性实施例的根据网络的约束来对电源的功率平均值进行滤波的图。
15.图4a是根据示例性实施例的ess的下垂图。
16.图4b描绘了根据示例性实施例示出的根据第一目标的ess的下垂曲线。
17.图4c描绘了根据示例性实施例示出的根据第二目标的ess的下垂曲线。
18.图5是根据示例性实施例的ess的电压和赫兹(v/hz)控制的方法的流程图。
19.图6是根据示例性实施例的ess省电模式的方法的流程图。
20.图7是根据示例性实施例的单向(one-way)电源的下垂曲线的曲线图。
21.详细描述
22.在转到详细示出示例性实施例的附图之前，应当理解，本技术不限于在说明书中阐述或在附图中示出的细节或方法。还应当理解，术语仅用于描述的目的，且不应被视为限制性的。
23.总体上参考附图，根据示例性实施例提供了用于控制电网上的功率的系统和方法。一种系统包括连接到电网的一个或更多个电源。电网还可以连接到一个或更多个负载。在一些实施例中，电源可以包括发电机组(generator set)(“发电机组(genset)”，包括例如发动机和交流发电机的组合)、能量储存系统(ess)、单向电源(例如，太阳能电源、风力电源)和/或其他类型的电源。在一些实施例中，系统可以包括并联连接到电网的多个发电机组。为了确保每个发电机组处的功率输出与其他发电机组相平衡，发电机组可以相互通信。然而，一些网络的带宽可能会限制多个电源以足够的更新速率进行通信的能力，以保持电网上的电参数的稳定性并实时平衡每个电源分担的负载。因此，为了节省带宽，每个电源的负载分担控制算法可以被减慢和衰减。以这种方式，每个电源可以被配置成经由第一算法以第一速率(例如，50hz)做出反应，以响应于偏离标称值的电参数来调整相应的功率输出，从而试图维持电网稳定性，并且每个电源可以被配置成经由负载分担控制算法朝向标称平衡的稳态以第二速率(例如，1hz)做出反应或调整相应的功率输出。以这种方式，瞬态事件被有效地开环处理(例如，通过每个电源在受其他电源的条件的影响最小的情况下做出反应)，并且负载分担控制算法被配置成朝向标称平衡的稳态以第二速率驱动系统。
24.例如，在实施例中，第一发电机组的负载分担控制算法可以被减慢或衰减到第二速率(例如，1hz)。第一发电机组可以被配置成更新或重新计算第一速率(例如，50hz)下的功率平均值。第一发电机组可以在第一算法中使用第一速率下的功率平均值和在电网上检测到的电参数(例如，频率和电压)，以试图将在电网上感测到的电参数保持为标称值(例如，60hz和/或120vrms)或接近标称值。第一发电机组可以经由具有的截止频率为第二速率的一半的低通滤波器对功率平均值(例如，以50hz更新)进行滤波，以便生成经滤波的功率平均值。然后可以在负载分担控制算法中使用经滤波的功率平均值(例如，连同从其他电源接收到的并且在第二速率下的其他经滤波的功率平均值一起)，以便调整第一发电机组的功率输出，例如以平衡系统内的电源的负载分担。第一发电机组的经滤波的功率平均值也可以经由网络传输到其他电源(例如，其可以类似地具有在第二速率或接近第二速率下操作的负载控制算法)，并且功率平均值的较高频率分量的消除减少了网络上所需的带宽的
量。因此，本文描述的系统和方法允许多个电源维持电网的稳定性，同时还使负载朝向标称稳态平衡。以这种方式，本文描述的系统和方法通过减少对高带宽网络的需要并确保连接到电网的所有电源根据各自的强度最佳地操作，简化了电源到电网(例如，微电网)的集成。此外，该系统和方法减少了建立微电网的费用、时间和维护，同时还允许可再生电源(例如，太阳能或风力电源)集成到微电网中。
25.参考图1，根据示例性实施例示出了说明负载控制系统100的框图。负载控制系统100包括一个或更多个电源101a-101c、电网102和网络103(例如，通信网络)。尽管描绘了三个电源101a-101c，但是应当理解，在一些实施例中，可以在系统100中实现附加的或更少的电源101a-101c。
26.电源101a-101c可以并联连接到电网102。也就是说，电源101a-101c各自都被配置成电连接到电网102(例如，取决于电力类型和特定应用的一个或更多个公共端子)。在一些实施例中，电源101a-101c的相应输出端子可以经由转换开关、保险丝、ats或其他触点连接到公共总线，该转换开关、保险丝、ats或其他触点可以用于将相应的电源与电网102进行电连接和断开。在一些实施例中，电源可以包括发电机、发电机组、涡轮机、发电厂、太阳能、电池设备、电子储存系统(ess)或被配置为向电网102供应电力的任何设备或系统。
27.电源101a-101c可通信地耦合到网络103，并被配置成经由网络103向系统中的其他电源101a-101c传输和接收数据。在一些实施例中，网络103是数字通信网络。网络103可以包括一个或更多个路由器、交换机或被配置成在电源101a-101c、服务器系统和/或互联网之间路由信息的其他通信硬件。
28.电源101a-101c中的每一个包括控制器105。控制器105可以包括一个或更多个处理器、存储器设备、传感器和输入/输出接口。存储器可以被配置为在其上存储机器可执行指令，当该指令由一个或更多个处理器执行时，使得处理器执行或协助执行本文描述的任何操作、方法或过程。在一些实施例中，输入/输出接口被配置成允许相应的电源经由网络或直接地与其他电源通信。在一些实施例中，传感器被配置成监控电源的各种操作参数，诸如当前输出功率、输出端子处的频率或电压(例如，以及由此地监控电网上的功率的电参数)或者电源的其他操作参数。控制器105被配置成运行负载分担算法。负载分担算法通常被配置成尝试最大化每个电源的操作参数。
29.应当理解，负载分担算法可以包括不同的操作参数或目标，这取决于具体电源。例如，发电机组的负载分担算法可以被设计成试图将发电机组的当前输出功率与总发电机组功率容量的百分比(例如，发电机组的功率平均值)与系统中的其他发电机组的当前输出功率与总发电机组功率容量的百分比(例如，其他发电机组的功率平均值)相匹配。也就是说，发电机组的负载分担算法被配置成调整相应发电机组的功率输出，使得系统中的所有发电机组按照各自的输出容量的百分比平等地分担负载。以这种方式，发电机组的负载分担算法降低了一些发电机组过度工作和一些发电机组接收(例如，而不是输出)功率的可能性，这确保了发电机组的寿命和效率最大化。
30.在另一示例中，电子储存系统(ess)可以具有不同的负载分担算法参数或目标。例如，在一些实施例中，ess负载分担算法可以动态地设置下垂参数，使得ess可以在电网的频率太高时快速有效地移除功率(例如充电)，并且在频率太低时向电网供电。ess供应的功率量或从电网接收的功率量可以表示为相对于频率的线性函数。在一些实施例中，ess被配置
成根据其他电源的功率平均值，动态地改变线性函数(例如，斜率)或设定点。参考图4a-图4c进一步讨论了ess的下垂函数。
31.在另一示例中，系统100中的单向电源(诸如风力或太阳能电源)可以具有其他算法参数或目标。例如，单向电源也可以具有下垂参数，然而，例外的是单向电源可能不从电网接收功率。单向电源可以具有被配置成根据下垂函数来行动的负载分担控制算法。单向电源的下降函数通常被配置成当电网上的频率超过标称值(例如，60hz)时削减单向电源的输出功率。参考图7进一步讨论了单向电源的下垂函数。
32.因此，发电机组的负载分担控制算法被配置成平衡发电机组中的每一个所经受的负载，并且ess和单向电源(例如，可再生电源)的负载分担控制算法被配置成快速有效地吸收电网102上经受的瞬态现象。负载分担算法还允许在瞬态事件之后的一段时间之后每个电源的最佳操作参数。例如，在瞬态事件之后，发电机组中的每一个可以迭代地或连续地调整各自的输出功率以平衡负载，单向电源可以迭代地或连续地朝着向电网102提供可能的最大量的功率(例如，最大量的可再生清洁功率)而工作，并且ess将支持负载(如果需要的话)，开始再充电，或者进入待机模式(例如，如果充满电并且不需要支持负载的话)。因此，该系统提供了电网内电源的分布式拓扑结构，这些电源可以在低带宽网络中相互通信，并且不需要监督控制器来维持稳定性和最佳操作状态，这降低了在电网或微电网内实现电源的成本和复杂性。
33.作为在网络103上通信的示例，在一些实施例中，电源101a-101c被配置成确定各自的功率平均值并将各自的功率平均值传输到系统100内的其他电源101a-101c。功率平均值可以是相对于电源的总功率容量的电源的当前功率输出。例如，电源101a可以是具有100千瓦功率容量的发电机组。电源101a的功率平均值可以是电源的当前输出(例如1千瓦)除以功率容量(例如10千瓦)，并表示为百分比(例如10％)。在一些实施例中，电源(例如，构网型(grid forming)发电机组)最初可以分享电源的输出容量(例如，kw和/或kvar)给其他电源，并且功率平均值可以是电源的当前功率输出，然后该功率输出可以被其他电源用来计算或确定相应的当前功率输出，以匹配电源的当前功率输出相对于电源的功率输出容量的百分比。在一些实施例中，功率平均值可以指示相应的电源(例如发电机组)所经受的负载的百分比。在一些实施例中，电源101a-101c可以以50hz的刷新率(例如，每秒更新或重新计算相应的功率平均值的次数)来确定相应的功率平均值。在一些实施例中，电源101a-101c可以具有大于或小于50hz的刷新率。电源101a-101c可以经由低通滤波器对功率平均值进行滤波，以便滤除功率平均值的较高频率分量(例如，瞬态事件)以创建经滤波的功率平均值。经滤波的功率平均值可以在相应的电源上使用以用于负载控制算法中，并且还被传输到其他电源。例如，在一些实施例中，第一电源101a可以以50hz的速率更新或重新计算相应的功率平均值(例如，每秒更新相应的功率平均值50次)，并使更新的或重新计算的功率平均值通过低通滤波器(例如，具有0.5hz的截止频率)，以便生成经滤波的功率平均值，并且经滤波的功率平均值可以经由网络被传输到其他电源。以这种方式，功率平均值的较高频率被过滤，并且经滤波的功率平均值可以经由网络进行传输。功率平均值的计算和滤波的进一步讨论会在下面参考图2进行讨论。
34.在一些实施例中，电源101a-101c各自将相应的功率平均值传送到其他电源101a-101c，并且电源101a-101c中的每一个的负载控制算法可以工作以平衡功率平均值，使得每
个电源(例如，发电机组)以最大化的效率操作。例如，其他发电机组可以使用功率平均值来确保每个发电机组正在输出类似的功率平均值，同时还维持电网稳定性(例如，电网102上的频率和电压的稳定性)。本地负载控制算法被配置成调整相应发电机组的功率输出，以试图确保所有发电机组平等地分担负载(例如，使得每个发电机组正在输出相对于相应输出容量的相似百分比的功率)。本地负载控制算法可以以第二速率(例如1hz)循环操作。
35.在一些实施例中，第一电源101a可以被指定为构网器(grid former)(例如，构网型发电机或构网型ess)。也就是说，每个控制器105可以被配置成将特定的发电机组识别、通信或以其他方式设置为构网型发电机组。在一些实施例中，系统内最大的发电机组(例如，连接到电网并在线)被识别或设置为构网型发电机组。在一些实施例中，构网型发电机组的指示被发送或编程到每一个发电机组的控制器中。在一些实施例中，例如，在多个发电机组具有相同总功率容量的情况下，构网型发电机可以被识别或指定为具有最低源地址(例如，具有最高总输出容量的多个发电机组中的最低源地址)的发电机组。在一些实施例中，例如，在多个发电机组具有相同总功率容量的情况下，构网型发电机可以被识别或指定为具有最高功率平均值的发电机(例如，经受最大负载的发电机)。在一些实施例中，每个控制器识别构网型发电机组。在一些实施例中，监督或主控制器可以指定构网型发电机组，并将该指定传送给控制器105中的每一个。在一些实施例中，例如，在没有发电机组连接到电网的情况下(例如，或者由于预期的断开连接或因为发电机组离线而没有合格的发电机组)，ess可以被识别或指定为构网器。
36.第一电源101a(例如，构网型发电机组)可以不运行负载控制算法。更确切地说，第一电源101a可以将电网102上的电力的频率和电压保持在预定的范围(例如，60赫兹的 /-10％，120伏的 /-10％)内。第一电源101a(例如，构网器)然后可以确定功率平均值(例如，第一电源101a的功率平均值)，并经由网络103将功率平均值传输到系统中的其他电源101b-101c。然后，其他电源可以使用接收到的第一电源101a的功率平均值来平衡负载分担并维持电网稳定性。在一些实施例中，构网型发电机组可以在本地以高执行速率(例如，50hz)限制当前功率输出，以在平衡的同时防止反向功率，并控制斜坡加载(ramp load)和斜坡卸载(ramp unload)。在一些实施例中，电源101a-101c中的每一个可以在本地以高执行速率(例如，50hz)限制当前功率输出，以在平衡的同时防止反向功率，并控制斜坡加载和斜坡卸载。
37.现在参考图2，示出了根据示例性实施例的控制电网上的功率的方法200的流程图。具体地，方法200涉及通过在网络(例如，由于当前技术的状态和实现最先进网络的成本而导致的有限带宽网络)上通信来实现电网中标称平衡的稳态操作点(例如，每个电源的稳定和优化的操作参数)。
38.在操作201中，第一电源确定功率平均值(例如，第一电源的功率平均值)。第一电源连接到电网(例如，微电网)，并且可能正在经受负载。第一电源的控制器可以确定第一电源的当前输出功率并确定功率平均值。功率平均值可以是第一电源的当前输出功率和第一电源的总容量的百分比。此外，第一电源的控制器可以对功率平均值进行滤波，诸如以减慢功率平均值的刷新率。在一些实施例中，第一电源的控制器将功率平均值滤波(例如，和/或减慢功率平均值的刷新计算)到小于期望的网络速率的刷新率。例如，在一些实施例中，可通信地耦合到第一电源的网络可能具有有限的带宽，该带宽不适合以高频(例如，50hz)传
输功率平均值。第一电源可以将功率平均值的刷新或重新计算速率减慢到适合在网络上传输的速率(例如，1hz)。此外，在一些实施例中，控制器可以经由具有的截止频率为网络速率(例如，网络可以在没有带宽问题的情况下传输的速率)除以2的低通滤波器来对功率平均值进行滤波。例如，如果来自电源的数据(例如，功率平均值)可以在网络上以1赫兹(hz)被发送和接收，则第一电源可以在传输功率平均值之前，用截止频率为0.5hz的低通滤波器对功率平均值进行滤波。参照图3进一步详细讨论了对功率平均值的滤波。
39.在操作202中，功率平均值(例如，确定的或经滤波的功率平均值)经由网络从第一电源传输到系统内的其他电源。可以经由网络以数字方式进行传输。在一些实施例中，功率平均值由其他电源中的每一个接收，并被用于控制电网上的功率(例如，负载分担)。在一些实施例中，其他电源可以类似地确定相应的功率平均值(例如，经滤波的功率平均值以节省带宽)，并且可以将相应的功率平均值传输到电网上的多个电源(例如，包括第一电源)。在一些实施例中，第一电源还可以包括第一电源的身份的指示，使得其他电源可以识别功率平均值属于系统内的哪个电源。
40.在操作203中，第一电源和其他电源使用功率平均值来实现最佳稳态操作条件(例如，经由在第二速率或接近第二速率下操作的本地负载控制算法)。也就是说，电源可以在本地负载控制算法中使用功率平均值来尝试和匹配功率平均值，使得每一个电源分担电网的负载。例如，系统中的其他发电机组可以工作以基于从一个或更多个其他电源接收到的经滤波的功率平均值和本地负载控制算法来实现标称平衡的稳态操作点。在一些实施例中，第一电源可以是构网型发电机组。构网型发电机组可以调节电网上的频率和电压，而不调整构网型发电机组的负载分担。
41.例如，系统内的其他发电机组可以从第一电源接收功率平均值(例如，经滤波的功率平均值)，并在(例如，在第二速率或接近第二速率下操作的)本地负载控制算法中使用经滤波的功率平均值，以试图匹配第一电源(例如，构网型发电机组)的经滤波的功率平均值。在其中其他发电机组中的一个或更多个具有比第一电源的功率平均值更高的功率平均值的示例中，该一个或更多个其他发电机组可以降低相应的功率输出以试图匹配第一电源的功率平均值。作为响应，第一电源可以检测到或确定电网上的频率和电压正在下降，并且继而开始输出更多的功率，从而平衡负载分担(例如，通过增加第一电源的功率平均值并降低一个或更多个其他发电机组的功率平均值)。在其中其他发电机组中的一个或更多个具有比第一电源的功率平均值更低的功率平均值的另一示例中，该一个或更多个其他发电机组可以增加相应的功率输出。作为响应，第一电源可以检测到或确定电网上的频率和电压正在上升，并且继而开始减少第一电源的功率输出，从而平衡负载分担(例如，通过增加其他发电机组的功率平均值和降低第一电源的功率平均值)。在一些实施例中，其他发电机组(例如，不是构网型发电机组的发电机组)可以类似地在将它们相应的功率平均值与第一电源的功率平均值(例如，构网型发电机组的功率平均值)进行比较之前，对相应的功率平均值进行计算和滤波。
42.现在参考图3，示出了根据示例性实施例的根据网络的约束确定电源的功率平均值的图300。也就是说，该图描绘了电源的控制器在确定适合于在有限带宽网络上传输的功率平均值时的处理流程。
43.电源可以计算第一速率(例如，50hz)下的功率平均值301，该功率平均值包含网络
带宽无法适应的太高的频率。网络速率是允许在有限带宽网络上传输功率平均值的速率。因此，负载控制算法可以被设置为兼备适应(例如，由于网络的带宽约束而选定的)网络速率的第二速率，并且经滤波的功率平均值可以经由具有的截止频率为第二速率(例如，其可以被选择为网络速率)的一半的低通滤波器被滤波。电源将第一速率下的功率平均值301馈送到低通滤波器302中，以去除大于网络速率(例如，1hz)除以2的频率成分。低通滤波器302可以是截止频率为网络速率除以2的一阶低通滤波器。然后，低通滤波器302可以将第二速率下的功率平均值(例如，经滤波的功率平均值)经由网络303输出到其他电源，并输出到电源上的负载分担控制算法304。滤波确保了在传输之前去除高于奈奎斯特频率的频率成分，这提高了所传输的功率平均值的准确度。
44.现在参照图4a，示出了根据示例性实施例的ess的下垂图400。具体地，下垂图400描绘了ess的各种下垂曲线设定点，这些设定点可以基于从电源(例如，构网型发电机组)接收到的功率平均值来动态地设置或调整。动态ess下垂曲线设定点允许ess为发电机组提供支持(例如，当发电机组处于或接近最小负载要求时通过充电来吸收负载，或者当发电机组处于或接近最大负载容量时提供功率)，并且还吸收电网上经受的瞬态事件。
45.下垂图400具有指示ess的输出功率的y轴401和指示所感测到的电网上的功率的电参数(例如，频率和电压)的x轴402。下垂图400包括操作范围403。操作范围403指示ess相对于电网的电参数的潜在功率输出反应。例如，为了说明的目的，详细讨论了操作范围403内的第一曲线410、第二曲线411和第三曲线412。曲线410、411和412指示ess将如何响应于检测到电网的频率和/或电压偏离标称值而做出反应(例如，输出功率或从电网接收功率)。应当理解，曲线410、411和412仅以举例的方式表示，并且在操作范围内存在潜在曲线的连续体(a continuum of potential curves)。作为附加参考，操作范围403的顶部480指示从ess到电网的最大功率输出量(例如，100％)，并且操作范围403的底部481指示ess从电网消耗的最大功率消耗量(例如，-100％)。
46.第一曲线410指示最大充电下垂状态，其中ess被配置成即使电网的频率和/或电压低于标称值也进行充电(例如，从电网接收功率)。然而，如果电网的频率和电压落在下限阈值490以下，ess将输出功率。下限阈值可以是标称频率和电压值的-10％。
47.第二曲线411指示零功率下垂状态，其中ess被配置成如果电网的频率和电压高于标称值，则进行充电(例如，从电网接收功率)，并且如果电网的频率和/或电压低于标称值，则向电网输出功率。标称频率和/或电压可以基于电网的具体应用或位置来进行设置。
48.第三曲线412指示最大放电状态，其中ess被配置成即使电网的频率和/或电压高于标称值也进行放电(例如，向电网输出功率)。然而，如果电网的频率和/或电压高于上限阈值491，则ess将进行充电(例如，从电网接收功率)。下限阈值可以是标称频率和/或电压值的 10％。
49.ess可以基于从电源(例如，构网型发电机组)接收到的功率平均值，动态地选择ess将遵循哪条曲线410、411或412。例如，如果构网型发电机组具有低功率平均值(例如，指示发电机组当前没有输出显著量的功率，这可能接近违反构网型发电机组的最小负载阈值)，则ess可以动态地或自动地选择遵循第一曲线410，使得ess可以充电并提供附加的负载。在另一示例中，如果构网型发电机组具有中值功率平均值(例如，指示发电机组正在输出相对于容量的中值功率量)，则ess可以动态地或自动地选择遵循第二曲线411，使得当频
率和电压处于标称值但仍可用于支持瞬态事件时，ess不会接收或输出功率。在又一示例中，如果构网型发电机组具有高功率平均值(例如，指示发电机组正在输出相对于容量的高功率量)，则ess可以动态地或自动地选择遵循第三曲线412，使得当频率和电压处于标称值时ess正在输出最大功率量，以试图支持构网型发电机组(例如，并且由此支持其他发电机组，因为它们也正迭代地朝向标称操作设定点或平衡状态工作)。
50.第一曲线410、第二曲线411和第三曲线412的斜率可以被设置或动态地改变为足够陡峭以实现电网稳定性。曲线的陡度(steepness)可以取决于所实现的特定电网。例如，对于其中ess被部署在具有预期大瞬态事件的系统中的应用，可以增加曲线的陡度以确保ess对大瞬态事件相应地做出反应。在其他实施例中，曲线可以是非线性的。在一些实施例中，ess可以从监督控制器或其他设备接收命令来设置ess将遵循的曲线。在一些实施例中，ess可以基于系统的短期损坏曲线来限制瞬时功率输出。例如，ess可以通过改变下垂曲线的斜率以超过系统的额定值来限制瞬时功率(例如，改变斜率到零或接近零，超过系统的额定值)。
51.为了说明的目的，一起参考图4b和图4c。图4b描绘了根据示例性实施例示出的根据第一目标的ess的下垂曲线450。图4c描绘了根据示例性实施例示出的根据第二目标的ess的下垂曲线460。在一些实施例中，ess的目标可以经由用户输入或命令来被设置。例如，用户输入或命令可以通过设备(例如，监督控制器)经由网络传输到ess，或者经由ess控制器上的用户界面被输入。目标可以包括用于千瓦(kw)输出目标和/或千伏-安培电抗(kvar)输出目标的多个不同设置。
52.例如，用于ess的kw输出目标的目标可以包括根据发电机约束设置的充电、最大充电设置、跟随需求设置(follow demand setting)、最大放电设置和/或输出kw设定点。根据发电机约束设置的充电可以向ess指示对ess充电同时保持由上限阈值(例如，预定义的发电机kw上限约束设定点)决定的对发电机功率输出的限制的目标。例如，在根据发电机约束设置的充电中，ess可以确定或访问下垂曲线，该下垂曲线允许ess在发电机组(例如，构网器)的功率平均值低于上限阈值时进行充电(例如，通过消耗差值)。最大充电设置可指示ess在不使发电机组过载的情况下尽可能快地充电。例如，在最大充电设置中，ess可以确定下垂曲线(例如，下垂曲线410)，该下垂曲线指定ess使用发电机组中可用的所有kw进行充电，而不使发电机组过载。发电机组的功率平均值可以被用于确定可用于充电的kw量。在最大放电设置中，ess可以确定或访问下垂曲线(例如，曲线412)，该下垂曲线允许ess输出尽可能多的功率，直到零(例如，或预定义的较低发电机负载限值)发电机负载(例如，其由功率平均值向ess指示)。在输出kw设定点设置中，ess可以保持期望的或预定义的kw输出。
53.作为说明性示例，图4b描绘了跟随需求设置中的下垂曲线图450。曲线图450包括指示ess在跟随需求设置中的kw输出的y轴455、指示系统负载kw的x轴456和下垂曲线459。可以经由从发电机组(例如，构网器)接收到的功率平均值向ess指示系统负载kw，或者通过在输出处的感测来确定系统负载kw。在跟随需求设置中，ess可以确定或访问下垂曲线，使得ess将发电机组的功率(例如，由ess基于功率平均值确定)限制在下限阈值451(例如，预定义的发电机kw较低约束设定点)和上限阈值452内。如果功率平均值超过上限阈值452或低于下限阈值451，则ess将试图提供或消耗差值，以便将发电机组的功率平均值维持在下限和上限阈值的范围内。下垂曲线(例如，曲线图450上的下垂曲线)的形状可以在 /-100％
处变平，以将输出限制到安全水平，而不管母线波动(bus fluctuation)如何。
54.此外，用于ess的kvar输出目标的目标可以包括功率因数校正设置和/或输出kvar设定点。在输出kvar设定点中，ess可以维持或试图维持期望的预定义kvar输出。此外，作为说明性示例，图4c描绘了跟随需求设置中的下垂曲线图460。曲线图460包括指示ess在功率因数校正设置中的kvar输出的y轴465、指示系统负载kvar的x轴466、以及下垂曲线469。在功率因数校正设置中，ess可以向负载提供kvar，以维持或试图维持发电机组的单位功率因数。此外，ess可以限制kvar输出，以便不超过ess的kvar额定值(例如，由最大值和最小值处的平坦下垂曲线指示)。应当理解，当ess处于硬件额定值的上限约束时，kw需求可以优先于kvar需求或目标。在输出kvar设定点中，ess可以维持或试图维持期望的预定义kvar输出。
55.现在参考图5，示出了根据示例性实施例的ess的电压和赫兹(v/hz)控制的方法500的流程图。方法500描述了响应于经受瞬态事件来控制ess的输出电参数(例如，电压和频率)的方法。具体地，固态逆变器(例如，作为ess上的逆变器)将根据控制器内的设定参数(例如，电网的标称值)输出频率和电压。然而，当电网上发生瞬态事件(例如，大负载的开启)时，电网上的发电机组经受增加的负载并减速(例如，从而降低电网上功率的输出频率和/或电压)。结果，ess做出反应并以电网的标称值输出功率，如果负载太大，这可能导致ess跳闸、故障或以其他方式断开连接(例如，因为ess试图吸收全部负载)。ess在瞬态事件期间的断开连接可能使电网上的其他ess也出现故障、跳闸或断开连接，从而导致级联故障。因此，方法500描述了一种动态地和自动地减少ess的输出电压和/或频率以模拟发电机组对瞬态事件的反应以便防止在瞬态事件期间跳闸的方法。此外，ess和发电机组之间的所协调的v/hz响应也可以减少电源之间的无功功率流的量，并改善系统的整体响应。
56.在操作501中，ess访问电网上的发电机组的电压和频率响应。例如，ess可以从构网型发电机组接收功率容量、功率平均值或关于瞬态事件可能如何影响构网型发电机组(例如，或整个系统)的函数的信息。在一些实施例中，电网上的发电机组的电压和频率响应可以存储在ess上的存储器中。在一些实施例中，ess可以基于功率容量、功率平均值或关于发电机组的其他信息，动态地计算或估计瞬态事件可能如何影响电网上的发电机组的电压和/或频率输出的函数。
57.在操作502中，ess可以检测到电网上的瞬态事件正在发生。例如，ess可以检测到频率和电压正偏离标称值。在一些实施例中，ess可以基于频率和电压偏离标称值的量来确定瞬态事件的程度(例如，瞬态事件的极限)。在一些实施例中，ess可以经由来自诸如监督控制器的另一设备的通信接收到大瞬态事件正在发生或即将发生(例如，大负载即将或正在连接到电网的指示)。作为响应，例如，为了准备好大负载连接(例如，预定义大小的负载)，ess可以基于负载的大小，尽可能多地或按预定义的量加载发电机组(例如，通过输出较少的电力或消耗功率并由此使发电机组增加功率输出以维持电网稳定性)，以便避免发电机组的马力响应的滞后。一旦大负载被连接，ess可以(例如，通过检测电网上的状况)检测到大负载已经被连接或者接收到来自设备(例如，诸如监督控制器)的指示，并且开始增加来自ess的功率输出量以吸收由大负载连接引起的瞬态事件。例如，ess可以自动从充电切换到放电，或者自动将功率放电量增加将允许连接大负载的量，使得发电机组负载(例如，增加后的发电机组负载)保持相对不变。例如，功率输出变化的确切量可以基于ess的功率输出容量和大负载的大小的预定义(例如，接收到的指示)。以这种方式，大的瞬态事件
(例如，大负载的添加)可以由电网上的电源主动处理，这提高了电网稳定性。
58.在操作503中，ess可以调整ess的输出功率的频率和电压。例如，ess可以调整输出功率的频率和电压以模拟发电机组的频率和电压响应。以这种方式，ess可以在瞬态事件期间向电网提供必要的支持，同时减少电源之间的无功功率流，并且还减少了会导致ess断开连接的故障的可能性。ess可以根据在操作501中估计的、确定的或访问的函数来调整输出功率的频率和电压。在一些实施例中，ess可以不遵循函数，而是ess可以匹配电网上检测到的频率和电压并输出最大功率，同时连续地(例如，或迭代地)调整ess的输出频率和电压以匹配电网的当前频率和电压输出(例如，当发电机组有时间做出反应并赶上时，电网的当前频率和电压输出应该返回到标称)。在一些实施例中，ess的输出的频率和电压可以具有最小阈值(例如-10％)，无论电网上检测到的频率和电压如何，ess都不会低于该最小阈值(例如，或试图匹配到该最小阈值以下)。
59.现在参考图6，示出了根据示例性实施例的ess省电模式的方法600的流程图。也就是说，在一些实施例中，ess可以包括省电模式。省电模式可以是操作期间(例如，当连接到电网时)的模式，其中ess可用，但是被门控(gated)使得ess不输出或接收功率。也就是说，在省电模式下，ess可以(例如，经由母线)连接到电网并监控电网上的电参数，但处于休眠状态以避免切换损耗。
60.在操作601中，ess确定应该启动省电模式。当ess在预定义的时间量内检测到不需要来自ess的功率并且不需要功率来给ess充电时，ess可以自动进入省电模式。在一些实施例中，ess可以响应于从用户或用户的计算设备接收到手动输入或命令而确定应该启动省电模式。在一些实施例中，ess可以确定其他电源连接到电网，并且ess上的功率需求低于下限阈值(例如，预定义的值)或位于预定义的较低范围(例如，容量的0-20％功率输出)内，并且作为响应，ess可以确定ess能够停止输出功率并进入省电模式。例如，ess可以通过从其他电源接收功率平均值(例如，来自构网型发电机组的经滤波的功率平均值)来确定其他电源连接到电网。
61.在操作602中，响应于在操作601中做出的确定，ess进入省电模式。省电模式可以将ess从电网中选通(gate)，这可以减少寄生功耗。在一些实施例中，ess可以使开关断开，使得ess与电网电气地断开连接。然而，当处于省电模式时，ess可以监控电网上的电力的频率和电压。
62.在操作603中，ess可以确定需要ess来获得电网稳定性，并且重新连接到电网。例如，ess可以监控电网上的电力的频率和电压是否偏离标称范围(例如，偏离标称值 /-3％)。响应于检测到频率和/或电压已经偏离标称范围，ess可以选通回到电网上，直到电网稳定性恢复并且ess功率需求已经消退(例如，电网的频率和电压返回到标称范围)。例如，在操作603中，ess可以使开关闭合，这会将ess重新连接到电网，使得ess可以通过输出或接收功率来提供电网稳定性。
63.现在参考图7，描绘了单向电源的曲线图700。例如，单向电源可以包括太阳能电源、风力电源或被配置成连接到电网并向电网输出功率的其他可再生电源。换句话说，单向电源可以仅被配置为向电网输出功率，而不从电网接收功率。
64.曲线图700包括指示单向电源的功率输出水平(例如，以％kw和％kvar为单位)的y轴701和指示电网上的电力值(例如，电力的频率和/或电压)的x轴702。曲线图700还包括下
垂曲线703，该下垂曲线703指示单向电源的功率输出水平相对于检测到的、监控到的或确定的电网上的电力值的响应。也就是说，下垂曲线703可以在单向电源的控制器内被设置或动态地确定，使得单向电源被配置成只要电力正在被电网上的ess或负载消耗，就最大化电源的功率输出。
65.例如，当单向电源确定或检测到电网上的频率和/或电压处于标称值(例如，60hz和/或240v)时，单向电源被配置成向电网输出可能的最大量(例如，或者暂时过载，这可以支持电网稳定性)的功率(例如，100％)。以这种方式，当电网运行稳定时(例如，以处于标称值的电力运行)，单向电源(例如，可再生电源)向电网输出最大量的可再生功率，这确保电网由尽可能多的可再生能量支持。下垂曲线703指示当频率或电压超过标称值时，单向电源将削减输出功率，这允许单向电源对电网瞬态现象做出反应，从而维持电网稳定性。应当理解，可以设置或动态调整下垂曲线703的斜率或下垂曲线703的确切的函数，以确保维持电网稳定性。例如，可以在特定实施方式(例如，具有大的预期瞬态现象的实施方式)中增加超过标称值的下垂曲线的斜率，或者可以在其他实施方式中减少超过标称值的下垂曲线的斜率。在瞬态事件之后，单向电源可以迭代地或连续地将功率输出调整回最大值(例如100％)，以便确保正在使用最大量的可再生功率，这增加了电网的效率。以这种方式，单向电源可以积极地将功率推送到(例如，输出更多的功率到)电网上，使得其他电源可以减少相应的输出功率并最大化电网的效率。例如，电源(例如，单向电源和/或发电机组)可以实现局部受限的反向功率流控制算法，以适应具有较高延迟的较慢网络(例如，由于有限的带宽)，并且在不通过网络进行通信的情况下积极地朝向标称平衡稳态工作。
66.类似于上面参考ess的用户定义的目标或监督定义的目标所解释的。单向电源还可以具有由用户输入或经由监督控制器定义的目标。例如，单向电源可以具有最大导出(export)和/或输出kw设定点的kw目标。此外，单向电源可以具有功率因数校正或输出kvar设定点设置的kvar目标。具有最大导出kw设置的单向电源可以把100％的功率输出作为目标。然而，如下所述，如果发电机组低于较低的负载限值或其功率输出为0％，则可能不会输出100％的功率输出。具有输出kw设置的单向电源可以输出预定义的kw幅度。类似地，具有输出kvar设置的单向电源可以输出或试图输出预定义量的kvar幅度。此外，具有功率因数校正设置的单向电源可以输出尽可能多的kvar，以试图保持发电机组的单位功率因数。
67.作为另一示例，单向电源可以确定功率平均值，将功率平均值滤波为合适的网络速率(例如，如参考图2和图3所解释的)，并将功率平均值传输到其他电源。其他电源可以使用单向电源的功率平均值来削减功率输出(例如，如果单向功率平均值指示单向电源没有输出高于50％的功率平均值)，使得单向电源会通过将单向电源的功率输出增加到最大量来响应削减的功率(例如，作为电网上的频率和/或电压的下降被单向电源感测到或确定)，从而再次最大化电网的效率。
68.作为另一个示例，单向电源可以从其他电源(例如，从构网型发电机组)中的一个或更多个接收功率平均值(例如，经滤波的功率平均值)，并使用功率平均值来最大化操作条件。例如，功率平均值可以指示构网型发电机组处于或接近指示发电机组的最小负载要求的下限阈值，或者发电机组没有输出任何功率(例如，功率平均值为0)。作为响应，单向电源(例如，太阳能或风力电源的逆变器)可以削减太阳能或风力电源的功率输出，诸如以防止流向发电机组的反向功率流。例如，单向电源可以接收功率平均值，确定功率平均值低于
阈值(例如，预定义的阈值)，并且作为响应，降低单向电源的功率输出，使得发电机组不会接收到反向功率流或高于最小负载阈值。单向电源可以响应于接收到的每个功率平均值而迭代地削减功率输出，或者可以将功率输出削减与功率平均值低于阈值的量相关的量。以这种方式，单向电源可以使用功率平均值来最大化发电机组或其他电源的操作条件和寿命。
69.以上参考附图描述了本公开。这些附图示出了实现本公开的系统和方法和程序的具体实施例的某些细节。然而，用附图描述本公开不应被解释为对本公开强加可能存在于附图中的任何限制。本公开设想了在用于完成其操作的任何机器可读介质上的方法、系统和程序产品。本公开的实施例可以使用现有的计算机处理器实现，或者由为了这个目的或另一目的合并的专用计算机处理器或由硬连线系统来实现。本文中没有权利要求元素应根据35u.s.c.
§
112第六段的规定被解释，除非使用短语“用于...的装置”明确地列举了该元素。此外，本公开中的元素、组分或方法步骤并没有被规定为专用于公众，而不管该元素、组分或方法步骤是否在权利要求中被明确地列举。
70.如上所述，在本公开的范围内的实施例包括程序产品，其包括机器可读存储介质，该机器可读存储介质用于携带或其上存储有机器可执行指令或数据结构。这样的机器可读存储介质可以是可以由具有处理器的计算机或其他机器访问的任何可用介质。作为例子，这样的机器可读存储介质可以包括ram、rom、eprom、eeprom、cd rom或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁性存储设备、或可用于携带或存储机器可执行指令或数据结构形式的期望的程序代码并且可由具有处理器的计算机或其他机器访问的任何其他介质。上述项的组合也被包括在机器可读存储介质的范围内。机器可执行指令包括例如使计算设备或机器执行某个功能或某组功能的指令和数据。如本文所提及的机器或计算机可读存储介质不包括暂时性介质(即空间中的信号)。
71.本公开的实施例在方法步骤的一般上下文中被描述，方法步骤可以在一个实施例中由程序产品来实现，该程序产品包括例如以由在联网环境中的机器执行的程序模块的形式的机器可执行指令，例如程序代码。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。机器可执行指令、相关联的数据结构和程序模块表示用于执行本文公开的方法的步骤的程序代码的例子。这样的可执行指令或相关联的数据结构的特定顺序表示用于实现在这些步骤中描述的功能的相应动作的例子。
72.本公开的实施例可以使用到具有处理器的一个或更多个远程计算机的逻辑连接在联网环境中被实施。逻辑连接可以包括在这里作为例子而不是限制而呈现的局域网(lan)和广域网(wan)。这样的联网环境在办公室范围或企业范围的计算机网络、内联网和互联网中很常见，并且可以使用各种不同的通信协议。本领域中的技术人员将认识到，这样的网络计算环境通常将包含许多类型的计算机系统配置，包括个人计算机、手持设备、多处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费电子设备、网络pc、服务器、小型计算机、大型计算机等。本公开的实施例还可以在分布式计算环境中被实施，其中任务由通过通信网络链接(通过硬连线链路、无线链路或通过硬连线链路或无线链路的组合)的本地和远程处理设备来执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地和远程的存储器存储设备(memory storage device)中。
73.用于实现本公开的整个系统或部分的示例性系统可以包括计算设备，该计算设备
包括例如处理单元、系统存储器和将包括系统存储器的各种系统组件耦合到处理单元的系统总线。系统存储器可以包括只读存储器(rom)和随机存取存储器(ram)或其他非暂时性存储介质。计算机还可以包括用于从磁性硬盘读取和写入磁性硬盘的磁性硬盘驱动器、用于从可移动磁盘读取或写入可移动磁盘的磁盘驱动器以及用于从可移动光盘例如cd rom或其他光学介质读取或写入可移动光盘例如cd rom或其他光学介质的光盘驱动器。驱动器及其相关联的机器可读介质为计算机提供机器可执行指令、数据结构、程序模块和其他数据的非易失性存储。
74.应当注意，虽然本文提供的流程图示出了方法步骤的特定顺序，但是应当理解，这些步骤的顺序可能与所描绘的不同。也可以同时或部分同时地执行两个或更多个步骤。这种变化将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计人员的选择。应当理解，所有这样的变化都在本公开的范围内。同样，本公开的软件和web实现可以用具有基于规则的逻辑和其他逻辑的标准编程技术来实现，以完成各种数据库搜索步骤、关联步骤、比较步骤和决策步骤。还应当注意，如在本文和权利要求书中使用的词语“组件”旨在包括使用一行或更多行软件代码的实现和/或硬件实现和/或用于接收手动输入的设备。
75.为了说明和描述的目的呈现了本公开的实施例的前述描述。它并没有被规定为无遗漏的或将本公开限制到所公开的精确形式，并且根据上述教导，修改和变化是可能的，或者可以从本公开的实践中获得修改和变化。实施例被选择和描述，以便解释本公开的原理及其实际应用，以使得本领域技术人员能够在各种实施例中以及以适合于所设想的特定用途的各种修改来利用本公开。