(57)【要約】  グリッドに接続される設備のバックアップ電池システムから選択的な電気グリッド調整を提供する方法であって、前記バックアップ電池システムは一つ以上の電池、前記グリッドから前記電池を充電し設備負荷に供給するためのＡＣからＤＣへ転換するコンバータおよび前記設備負荷に供給するためのＤＣ―ＡＣインバータを含み、前記ＡＣ入電力はグリッド調整機能を補充するために調整されることができ、前記電池の少なくとも一部はバックアップ供給としての使用およびグリッド調整のため電力調整に割当てられ、前記電池の前記容量の第一部分はバックアップ供給としての使用に割当てられ、前記電池の前記容量の第二部分は外部供給から選択的に充電を行うことまたは前記外部供給に放電することのための使用に割当てられることを特徴とする方法。
2015514390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリッドに接続される設備のバックアップ電池システムから選択的な電気グリッド調整を提供する方法であって、
前記バックアップ電池システムは、一つ以上の電池と、前記グリッドから前記電池を充電し設備負荷に供給するためのＡＣからＤＣへ転換するコンバータと、前記設備負荷に供給するためのＤＣ―ＡＣインバータとを含み、
前記ＡＣ入電力はグリッド調整機能を補充するために調整されることができ、
前記電池の少なくとも一部はバックアップ供給としての使用およびグリッド接続に対する電力調整に割当てられ、
前記電池の前記容量の第一部分はバックアップ供給としての使用に割当てられ、前記電池の前記容量の第二部分は外部供給から選択的に充電を行うことまたは前記外部供給に放電することのための使用に割当てられることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記容量の５０〜７０％が前記第一部分のために使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電池の寿命を最適化するために、前記容量の１５〜３０％が前記第一部分または前記第二部分によって使用されないことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第二部分は調整サービスを提供するために使用され、グリッド自動化補助サービスメッセージを提供するために応答性のある前記第二部分の放電および充電を制御するための制御器が備えられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
戦記制御器はさらにモニターに適合され、前記蓄電池の状態および不良性を報告することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記グリッドは前記容量の前記第一部分まで連続的に前記電池を充電するために使用され、前記第一部分はインバータに連続的に放電され、前記設備の負荷に通常の駆動電力を提供することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第二部分に利用可能なピーク電力は前記設備負荷のピークより小さく、整流電力の総計は前記グリッド接続から負荷として現れ、負荷マネジメントスキームへの参加を可能にすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記一方向電力フローは、二方向ＡＣ−ＤＣコンバータのコストに比較したときにより低いコストの電力エレクトロニクスを介して、前記ＡＣ−ＤＣ整流ステージを実施することを可能にすることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ピークの周波数調整電力と前記設備負荷の合計が前記ピークの電池再充電電力と前記設備負荷の合計より小さくなるように選択される場合に、電力供給停止に追従する周波数調整サービスおよび電池再充電の必要性が除外可能とされ、接続電力要求を最小化するのを可能とすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
要求される機能に応じて前記ＡＣ−ＤＣコンバータに接続する部分を選択する高速度電子スイッチを有して、前記電池は異なる技術の２部分に分離され、前記２部分の一方は前記グリッド調整サービスを支持する頻繁の電力サイクル向けに特化され、前記２部分の他方は前記設備ＵＰＳ機能を支持する時おりの高放電に向けて特化されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
蓄電池において、システムの前記充電状態を自動的に評価する方法であって、
セルの各ストリングのために、
入力ストリング電流値とストリング電圧値を受信すること、
名目のセルインピーダンスとストリング電流を使用して相殺電圧を決定し、これによって内部セル電圧の評価を決定すること、
電圧範囲を縮尺し、低通過フィルターを通して出力を通過させ、電圧に基づく充電状態（ＳＯＣ）測定を提供すること、
並行して、前記電流値を統合して充電カウントを提供すること、
前記充電カウントを縮尺し、結果を高通過フィルターを通して通過させて電流に基づく充電状態を提供すること、
前記電流に基づく充電状態と前記電圧に基づく充電状態を組合せ、平均して、充電状態の評価を行うこと、
を実行することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力の平滑化および電力の調整サービスを提供するための電池容量のバックアップの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代システムにおける商用電源の供給は、発電、配伝および電送の複雑な相互作用によって提供される。需要側において、顧客は同じような複雑な混合状態にあるため、調整されない態様での供給のレベルの可変性を必要とする。これは、すべてリアルタイムで起こる。発電所が日中特定の時間に製造の特定のレベルを供給するために契約され、何十分の時間的尺度を有するライン上およびライン外に運ばれる供給によって補足されても、需要の可変性は供給と負荷が必ずしも一致しないことを意味する。この結果、発電より負荷が下回るときに発電速度（頻度）を上げ、負荷が発電出力を超えるとき、速度（頻度）を下げることとなってしまっている。
【０００３】
電力需要の短期の変化に対応するサービスは、需要に対する発電出力のマッチングおよび目標とする頻度を維持することを支援することによって修正する。これらのサービスは、需要が容量を上回るときに余分の電力を供給するか、発電された容量が需要を上回るときに、供給を下方に調整する。
調整サービスを提供する１つの方法は、セットポイント周辺で、特に石炭火電力プラントと比較して反応が速いためガス燃焼タービンで化石燃料発生器の出力を変化させることである。調整サービスの他の電源は、発電出力が基本のセットポイント、値について変化するポンプによる水力発電がある。圧縮空気およびはずみ車を含む他のシステムも公知である。
【０００４】
調整サービスを提供する他の方法は、大型の蓄電池を使用する。過剰な電力供給の過程で、電池が充電される。付加的な電力出力が調整のために必要とされるときに、ＤＣ記憶出力からＡＣを作り出すために電力コンバータが使用される。これは、比較的迅速に、かつ高い信頼性を有してなすことができる。これを達成する効率的システムが存在するが、電池系システムのための電池システム、制御電子装置および電力エレクトロニクスに関連した比較的大資本費用も存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一つの目的はより効率的な方法の調整サービスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の広い型において、調整サービスは無停電電源装置（ＵＰＳ）または類似のシステムのためのバックアップ供給の一部である蓄電池システムの容量の一部を使用して提供される。蓄電池の容量の一部が調整サービスのために使われることができ、また、要求されるバックアップ供給を提供するために電池容量の蓄えを維持する。
一態様によれば、本発明はグリッドに接続されるバックアップ電池システムから選択的な電力供給および蓄積を提供する方法を提供する。このシステムは一つ以上の蓄電池、電池を充電するためのＡＣからＤＣへのコンバータおよび電池から放電される電流をＡＣに変換するためのＤＣ―ＡＣインバータを含む。ここで、ＡＣはバックアップ供給またはグリッドへ戻す外部供給のために選択的に供給されることができる。また、電池の少なくとも一部はバックアップ供給としての使用およびグリッドへの供給戻しの使用のために割当てられる。そして、この種の電池の容量の第一部分がバックアップ供給として使用され、この種の電池容量の第二部分は、前記外部供給源から選択的に充電するためかまたは前記外部供給源に放電して使用するために割り当てられる。
【０００７】
本発明の実施態様の特定の効果は電池ハードウェアが定期的に充電および放電され。パフォーマンスおよび不良性をモニタされることができるということである。一方、従来のＵＰＳは断続的に駆動され、要求されるまで電池の状態はわからない。
本発明の他の重要な効果は、ＵＰＳのオーナーまたはオペレータが蓄電池および付随する電子機器および他の基盤設備への資本投資から追加収入を導くことができるということである。付加の電池容量が必要とされるが、これは電気グリッドに調整サービスを提供することから得られる容量で相殺される
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の例示の実施態様は添付の図面を参照して記載する。
【図１】図１は、典型的オンラインＵＰＳ回路である。
【図２】図２は、充電の様相および概念上の電池システムのための時間に対する電力のグラフである。
【図３】図３は、本発明の１つの実施を例示しているフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の図示する実施を示しているブロック図である。
【図５】図５は、本発明の充電状態の決定のプロセスを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、主として鉛蓄電池の実装、特に鉛超蓄電池実装に関して記載する。しかしながら、本発明の原理は、他の化学蓄電系、例えばリチウム・ポリマー、リチウム・イオン、ナトリウム硫化物、ニッケル・カドミウムまたはこの種の他のいかなる化学系に適用することができる。この原理は、他の蓄積技術、例えば超コンデンサおよびウルトラキャパシタに適用されることもできる。この種の蓄積技術のいずれかの組合せに適用することもできる。明細書および請求項の記載を通じて電池という用語が用いられるときには、前後関係において特別に明示しない限り、この種の電池および蓄積装置を含むことを意図する。
【００１０】
提供される実施例は本発明の実施態様の例示を意図しており、本発明の範囲を限定するために考慮されるべきものではないことは当然である。当業者に自明であるように、多く代替の実施形態が可能である。
図１は、本発明が適用される典型的な従来のオンラインＵＰＳシステムを例示する。この種のＵＰＳは、供給から入電力をとって、それを入電力フィルターに通してＡＣをＤＣに整流する。これは、電池を充電し、ＤＣ−ＡＣインバータをデータセンターまたは類似の設備に供給するために用いられる。入って来るＡＣ供給が失われるとき、電池出電力をＤＣ−ＡＣインバータを介して設備に供給する。
【００１１】
図１を参照すると、更に詳細には、オンラインＵＰＳは本線電力供給からの入電力ライン１５を含む。通常専用の変電所から３つの位相電力として配電される、この供給は問題の設備にとって充分な評価にあることはいうまでもない。ヒューズ２１を通過した後に、主要な経路に入って来るＡＣは整流器／充電器２２によって整流される。これは、それから、電池３０を充電するために入力される。整流された出電力は、インバータ２３にも入電力される。これはＡＣを生じ、次いでヒューズ２４およびスイッチ２５を通して出力１６に出電力され、その後設備に電力供給される。この構成では、インバータおよび整流器は、常にオンである。ＵＰＳが修理のためラインから切り離されているとき、電力を供給するための保守バイパス１１および付随するスイッチ１３がある。
【００１２】
他のＵＰＳ構成が可能であること、例えば、複数の電池モジュール、共有される冗長なシステム、待機システムなどを使用することは、当業者によって自明である。適切な実施態様で、本発明はこれらのいずれかに適用されることができる。
図１に示されるこの種の装置の効果は、設備が受け取るＡＣ電力が整流されて、次いで逆変換される結果、クリーンであり、人工物および電流のゆらぎを回避することである。更に、周波数および電圧がインバータによって制御されるので、パラメータＡＣの中で、設備は常に高品質電流を受信する。電源が故障する場合、インバータは従前通り続けるがエネルギーは電池から来る。例えば、これは、長期にわたる停止期間の場合には、オンラインに持ってこられるディーゼルまたは他のローカル・バックアップ発電のための時間を提供する。短い停電の間、設備の電力ユーザは、入って来るＡＣのいかなる損失も気づかないだろう。
【００１３】
この種のバックアップ設備は、典型的には、通信またはデジタル処理ハードウェア、例えばデータセンター、通信交換またはセル塔、サーバーファーム等に関するものである。本発明は原則として小さい動作に適用できるが、縮尺の問題は実際的には、対応する大きい電池容量を有するより大きいサイトに最も適用できることを示唆する。
本発明の一般の原理は、電池容量がバックアップをそれぞれのサイトに提供するために部分的に使用され、調整サービスを電気グリッドに部分的に提供するために使用されることである。十分に大きな電池は、調整サービスを提供する容量と共に、必要なバックアップ容量を考慮に入れるために設けられている。電池は、通常、多数の相互に連結したセルとして設けられている。電池が単一ユニットまたは取付けで形成することができるか、または分布され得ることはいうまでもない。
【００１４】
図３は、本発明の実施に従ってシステムの典型的動作を例示しているフローチャートである。３１において、グリッド電圧があるかどうか決定する。グリッド電圧がない場合、整流ステージはスイッチを切られ３５、電力を維持するようにインバータ電圧を調整する。
グリッド電圧が存在する場合、３２において、ＵＰＳまたは電池に欠陥があるかどうか調べる。誤りがある場合、３６においてアラーム状態が起こされる。それから、そうでない場合には、３３において、整流電力を調整電力に加えて必要な設備電力を供給するように調整する。次に、３４においてインバータ電圧は必要な設備電力を維持するために調整され、最初に戻る。
【００１５】
図２は、時間と共に本発明で使用される充電状態（ＳＯＣ）と要求された名目上の電池の電力を模式的に示す。左の軸は、ＭＷにおける調整電力を示し、右軸は、充電の％状態を示す。調整電力は、グリッドの要求された調整電力を提供するために、頻繁に正から負にゆらいでいることが分かる。充電状態は、反対の方向に、電力曲線より遅れてゆっくり変化する。この実施例において、充電の基本状態は約７０％である。
【００１６】
グラフ上の点線として示される６０％のレベルを下回る蓄積された電池のエネルギーは、付随する設備のためのバックアップ電力の用途のために予約されている。このように調整のサービスを提供する電池の動作によって、上下に移動する充電状態を引き起こすが、バックアップサービスのための６０％の容量を留保する。
グラフはグリッド接続がなくなることにより調整信号が失われる最終点を示す。電池が設備にバックアップ電力を供給する間に、ＳＯＣは下降し、通常１５分経過してゼロに落ちる。
【００１７】
本発明の実施態様のシステムにおいて、ＵＰＳバックアップ・システムのオペレータは、いわば＋／―２０ＭＷの調整サービスを供給する傾向にある。調整制御信号に応じて調整のサービスを提供するために、調整サービス電池容量も充電または放電される。後者は、電気グリッドシステムによって変化する。例えば、ＰＪＭ急速反応調節信号およびサンプル信号の説明は、http://pim.com/markets-and-operations/ancillarv-services/mkt-based-reaulation.aspx#Sliderltem１において見つけることができる。この種のシステムは、グリッドの背景状態の一部を形成するが、当業者に自明であるため更に説明しない。
【００１８】
本発明の典型的実施形態において、複合ＵＰＳおよび調整サービス容量は、電池容量の平均約７０％の電池に蓄積されたエネルギーを有する。調整の要求に応じるときに、蓄積されたエネルギーは６０％と８０％の容量との間で揺動する。６０％の電池容量が必要なバックアップ時間に設備電力を供給するのに十分であるように、電池蓄積量の大きさが設定される。
【００１９】
顧客がバックアップ電力の要件に対して追加の蓄積容量、例えば通常の要求に対して追加の６７％を必要とすることは十分ある。ＤＣ―ＡＣインバータの電力エレクトロニクスは同一のままであるが、ＡＣ―ＤＣ整流ステージの電力エレクトロニクスはＵＰＳ系負荷とピークの調整の要求を扱う増加した容量が必要とされる。
完全に充電される状態、バックアップ電力を印加しやすい状態でセルを有する従来のＵＰＳシステムを作動することは通常のことである。しかしながら、サイトのオーナーは、電力が引き出されるまで、セルが最適に実行していないかどうかわからない。従来のシステムは二、三か月ごとの放電によりテストされるが、これは電池を含むシステム構成要素を連続的に動かす本発明ほど高い保証を提供しない。本発明の実施形態によれば、電池は高い出電力レベルで絶えず稼働され、その結果、電池のセルの状態の駆動中の評価を得ることができる。
【００２０】
例えば、６０―８０％の充電（ＳＯＣ）の一部充電状態において作動するために、それは、ＳＯＣを算出するのに必要である。セルＳＯＣの従来の技術評価は、システムの充電を停止すること、安定な電圧のため２、３時間を待つこと、これを充電状態の評価者として使用することを含む。この後に、充電または放電が行われる位置クーロンは数えられてセル容量メジャーに基づいて充電・放電され、新しいＳＯＣを評価するために使用される。
【００２１】
この技術に関する１つの課題は充電が電流の積分で決定され、統合プロセスは高い精度の電流測定値を必要とし、これはエラーの蓄積に至る。それは、従って、ＳＯＣを再調整するために周期的に安定な電圧方法に戻るのに必要である。この再調整はシステムが充電および放電を行うのを止めることを必要とし、この間にそれは調整サービスを提供することができない。
【００２２】
本発明の実施態様によれば、システムが動作する間、セルのＳＯＣは測定されることができる。いかなるセルのためにも、電圧は、内部セル電圧の評価で相殺される。セル電流が名目インピーダンスによって逓倍したので、これは算出される。そして、使用中にセルを代表する。そして、「内部」セル電圧の評価を得る。測定された電圧は、次いで、内部電圧の評価を得るために、２―２４時間のかなりの時間定数によってフィルターに通される。電流は、充電計測を提供するために集積され、我々がセル電圧のために使用する低いパス値と同様である高いパス時定数によってフィルターに通される。
【００２３】
充電評価の我々の状態は、正味のＳＯＣ評価を提供するために、低パス電圧ＳＯＣ評価を現在のＳＯＣ評価の高いパス積分と結合する。この方法の利点は、システムがＳＯＣ計測を再調整するために停止される必要はないことである。更なる利点は、低い精度で、低い超す値の電流測定で十分であるため、長期の電流の積分について強調する必要がないことである。
【００２４】
図５を参照する。ストリング電圧７０およびストリング電流７１（後述する下記のセンサからの）は、充電評価プロセスの状態に入電力を提供する。ストリング電圧は７２においてストリング電流を乗算される名目セルインピーダンスの値で相殺される。そして、それはそれから内部セル電圧７４の評価を提供する。これは、７６において充電の電圧状態のためのセル電圧範囲によって縮尺されて、低い通過フィルター７７を通過した。
【００２５】
並行して、統合した電流７３は、クーロン７５の充電カウントを決定するために処理される。これは、充電のクーロン状態のセルクーロン容量に縮尺されて、高通過フィルター８０を通過した。次いで、７７および７８からの値は、合計され充電評価８１の状態を提供する。
好ましい形態において、ＳＯＣ評価はポイカート（効果）を考慮する。そこにおいて、
より高い放電速度はより高い内部インピーダンスを経験し、それ故、電池はこのような状況の下でより少ない電力を供給することが可能である。実質的に、より高い速度の引き込み電流は、電池の利用できる収容電力を減らす。ＳＯＣ評価において、この効果は考慮され、その結果、より速い放出または充電はより累積的なＡｈｒ算出に高く傾く。
【００２６】
更なる好ましい形態において、フィルター時間定数は、電池が負荷される場合２〜２４時間の所定値か、電池の負荷が低下される場合０．２〜２時間の所定値から選ばれる。
単に例示として、部分的なＳＯＣの６０〜８０％の値が提供さる。本発明は、電池およびセルタイプおよび構成と互換性を持ついかなる適切な部分的のＳＯＣ値によっても原則として実施することができることは自明である。
【００２７】
本発明のシステムの実用的な実施例は、図４を参照して説明する。このシステムは東ペン・ウルトラＢａｔｔｅｒｉｅｓの２―セルモジュールによって１６０含む。そして、それは２つのＩＳＯ輸送容器で包まれることができる。３２セル４０、４１、４２の各スタックは、各３２―セルスタック４０，４１，４２の頂上に、Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｍｏｄｕｌｅ（ＢＭＭ）４３、４４，４５を有する。明快さのために、３つのｃｅｌｌｓｔａｃｋｓだけは示される、しかし、この種のシステムで、１０のスタック、それぞれ付随するＢＭＭを有するが必要とされることは明らかである。
【００２８】
セルスタック４０、４１、４２にも、例えば固体バスを介して、電力エレクトロニクス４９へＤＣ接続６０を有する。電力エレクトロニクスは、グリッド６１からＡＣを受け取って、セルスタックを荷電するためそれを整流して、ＡＣ電源を設備に提供するためにＤＣを転化し、更に、調整サービスをネットワークに提供することを必要とするときに、制御ＡＣ（ＳＣＰ４８からの指示に従って）を出電力する。
【００２９】
各ＢＭＭ４３、４４、４５は、３２の差動の電圧入電力（別体セルごとに）および８つの温度センサ入電力（図示せず）を有するマイクロ―プロセッサに制御された電気モジュールである。温度入電力は、３２台のセルモジュールの範囲内にサンプル・サイトでモニタリングを考慮に入れる。各セルは、それぞれのＢＭＭによって個々にモニタされるその電圧を有する。
【００３０】
ＢＭＭｓは、電池ストリング・マスターコントローラ（ＳＭＣ）４７へ戻って通信４６を提供するＣＡＮ通信バスをそれぞれ有する。これは、望ましい試料速度、例えば、通常１／分においてセル電圧と温度を記録するように、ＢＭＭｓの組が制御されるのを可能にする。ＳＭＣ４７は、便利に産業パッケージされたＰＣであって、ストリング電流センサ（図示せず）からの付加的な入力を有する。これは、便宜的にＨｉｏｋｉ９７０９ホール効果精度電流センサでもよい。ＳＭＣは、さまざまなセル電圧入電力およびストリング電流（ストリングのすべてのセルに同じである）を受信して、上記の方法を使用してストリングＳＯＣおよび個々のセルのＳＯＣを算出する。
【００３１】
本システムは、システム制御プロセッサ（ＳＣＰ）４８によって制御される。これは、ＳＭＣ４７、データ接続５０を経た電動エレクトロニクス４９および遠隔データセンター５２（または同類）に外部のデータリンク５１を介して接続されている。
電池ストリングの状態を評価するために、以下の手順が使用される。もし必要ならストリングが所定の目標ＳＯＣに放出される場合、定期的に電池ストリングはＳＣＰ４８によって休止とされる。それは一定期間の間休止することができ、負荷抵抗を介して、または、接続されたＡＣ−ＤＣコンバータを介して、電力の負荷は電池ストリングに適用される。より速い速度、通常１ｋ／秒で、ＢＭＭｓは試料にセットされる。例えば、これは、１００のサンプル、負荷ステップより前の５０および後の５０でもよい。
【００３２】
これらのサンプルはプロットされ、従来の曲線および線に合っている方法が各セルについて参照される電圧ステップ振幅を定めるために用いられる。観察された電圧ステップは、セル抵抗に直接関係し、セルの良否状態（ＳＯＨ）の指標である。このＳＯＨ測定はサイトから遠いデータセンター５１に記録され、セルのＳＯＨの変化は失敗しているセルを示す傾向を決定するために時経列的にモニタリングされる。測定雑音の高レベルを有する装置のために、ＢＭＭｓに対する電力供給は感受性が高いＳＯＨ測定期間の間分離されることができる。各ＢＭＭの内蔵電源回路は、ＢＭＭがこの種の隔離期間の間に作動し続けるために充分な蓄えを有する。
【００３３】
６０％の最大エネルギー蓄積から始まるときに、３２０のセルのセットは１ＭＷのＵＰＳ電力を１０分間提供することを目的とする。蓄積されたエネルギーの６０―８０％の範囲において作動する間に、３２０の調整電力の＋／―０．５ＭＷを提供することもできる。
この３２０―セル電池は、電力エレクトロニクス４９、例えば、電力容量を５０％増加する電動エレクトロニクスの入電力ＡＣ―ＤＣ整流器ステージを有するLibert ＮＸＬ１１００ｋＶＡ／１１００ｋＷのＵＰＳ電力エレクトロニクスに接続している。
【００３４】
ＡＣグリッド接続が損失すると、ＳＣＰ４８はシステムが頻度調節サービスを提供するのを停止する。次いで、ＳＣＰはそれから電力エレクトロニクス４９にセルのスタックから完全な負荷・サポートを開始するように指示する。これは、電池が５〜１０分間、システム負荷を支持するために放出される従来のＵＰＳ動作である。代わりの実施形態として、ＡＣ接続の損失時に、電力エレクトロニクス４９はＡＣグリッドから接続を切り離して、入電力ＳＣＰ４８を無視して負荷をサポートするために電池を放電し始める。
【００３５】
ＳＣＰ４８は、システムの全体の制御を提供する。それは、適切なインタフェース装置、この場合ＳｅｃｕｒｅＮｅｔ―ＲＴインタフェースモジュールを介して、事業の管轄官庁、例えば米国東部のＰＪＭから、頻度調節信号を受け入れる。適切なインタフェースがシステムの位置に適した頻度調節信号システムに依存することは自明である。
次いで、システム・コントローラはｍｏｄｂｕｓインタフェースを経たリーバートＮＸＬを整流器出電力レベルを調整するために制御する。そして、ＤＣ―ＡＣインバータを介して設備負荷と共にＰＪＭ調節要請を満たす。Ｅｃｏｕｌｔシステム・コントローラも、電池状態、電圧、温度、ＳＯＣをモニタする。ＳＭＣから、電池状況が境界条件を上回る場合、頻度調節機能を使用不能にすることができる。更なるＥｃｏｕｌｔシステム・コントローラは、異なるＵＰＳおよび電池状況を記録して、データをＵＰＳインストールから離れたデータセンターに送信する。
【００３６】
本発明はＵＰＳおよび整流器およびインバータステージのための特定のハードウェア実装に関して記載されるが、多くの異なる変形例が可能であることは自明である。
例えば、整流器ステージ、電池およびＤＣ―ＡＣインバータステージからなるＵＰＳトポロジの代わりに、調整のためにグリッドへの独立したＤＣ−ＡＣ出電ステージを設けることができる。しかしながら、電力の整流技術がインバータ技術より通常著しく低コストであるためこれは好まれない。
【００３７】
本発明の更なる利点は、しばしば、この目的のために確保されるＳＯＣの部分より大きいバックアップ電力容量があることである。これは、停電の場合には、ネットワークが停止し、調整サービスを必要としないためである。貯蔵されるいかなる電力も、従って、バックアップ目的のために使われることができる。換言すれば、本発明の実施態様で利用可能な最小限のバックアップ電力は予約のバックアップ電力容量であり、ほとんどすべての状況で、それはその予約の容量より大きい。
【００３８】
本発明は、需要反応負荷として純粋に行うこともできる。すなわち、システムは、下方の調整設備だけとして作動して、グリッドへ電力を提供しない。
２つの部分に分割されるデータセンターのＵＰＳを有する本発明を実施することは可能である。標準であるものは合同のバックアップおよび調整サービスである供給およびもう一方のバックアップを取る。後者は、好ましくは超電池に基づく。これによって、超電池部分が調節の混合およびデータセンターの最小限のおよび最大出電力レベルによって圧迫されることのないコスト／の利点のために最適化されるＵＰＳ機能を提供することができる。データセンター需要における変化は、標準ＵＰＳ部分によって管理される。例えば、１．５ＭＷデータセンターは、１ＭＷの超電池ＵＰＳおよび０．５ＭＷの標準ＵＰＳによって供給される。１ＭＷの超電池ＵＰＳは、調整入力を最大にして、１ＭＷの調整を提供して、調整信号に応じて０および２ＭＷの間でどこでも引き出す。データセンター・ベース負荷が日中１．５ＭＷから１．１ＭＷまで落ちる場合、超電池部分が１ＭＷの調整サービスを提供し続けることができるように、従来の０．５ＭＷのＵＰＳからの出電力は０．１ＭＷに減少する。
【００３９】
本発明のための超電池は、例えば、「複合型電気自動車アプリケーション用の超電池の開発」Ｌ．Ｔ．Ｌａｍ、Ｒ．Ｌｏｕｅｙ、Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅｓジャーナル、Ｖｏｌ１５８、発行２、２００６年８月２５日、１１４０―１１４８頁に記載されている。これらは、イースト・ペン社から市販されている。
本発明は特定のサイトのためのバックアップ・システムに関して記載してきたが、システムは複数のサイトに適用してもよい。同様に、引用した電池容量は、共通のサイト上である必要はなく、その近傍に位置する必要さえない。仮想物体を使用することは公知であり、負荷または発電の集合体であって、その一部はグリッドを介して制御される。同様に、本発明は仮想サービスプロバイダでありえ、一まとまりの蓄積設備を有し、おそらく多様なタイプがあって調整サービスを提供するために共通に制御され得る。この種の仮想サービスは、発電、例えば上記の制御電池蓄積および他の負荷および／または発電構成要素の混成でありえ、一緒に稼働してサービスをグリッドに提供し、効率および仮想オペレータのための戻りを最適化する。
【００４０】
特に有利な仮想の実施例は、特に分散発電が風、ＰＶ太陽光または他の断続的な発電源であるときに、有効な調整を提供するために、上記のように提供される蓄積部と共に分散発電を使用することができる。
【図１】
2015514390.tif 000003
【図２】
2015514390.tif 000004
【図３】
2015514390.tif 000005
【図４】
2015514390.tif 000006
【図５】
2015514390.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月20日(2015.3.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリッドに接続される設備のバックアップ電池システムから選択的な電気グリッド調整を提供する方法であって、
前記バックアップ電池システムは、一つ以上の電池と、前記グリッドから前記電池を充電するためのＡＣからＤＣへ転換するコンバータと、前記設備負荷に供給し、選択的に前記グリッドに供給するためのＤＣからＡＣに変換するためのインバータとを含み、
前記インバータのＡＣ出力は前記グリッドに選択的に接続され、グリッド調整を提供するために調整されることができ、
前記電池の少なくとも一部は前記設備のバックアップ供給としての使用およびグリッド調整に割当てられ、
前記電池の前記容量の第一部分はバックアップ供給としての使用に割当てられ、前記電池の前記容量の第二部分は前記コンバータを介して前記グリッドから選択的に充電を行うことまたは前記コンバータを介して前記グリッドに放電することにより、グリッド調整のための使用に割当てられることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記容量の５０〜７０％が前記第一部分のために使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電池の寿命を最適化するために、前記容量の１５〜３０％が前記第一部分または前記第二部分によって使用されないことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第二部分は調整サービスを提供するために使用され、グリッド自動化補助サービスメッセージを提供するために応答性のある前記第二部分の放電および充電を制御するための制御器が備えられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記制御器はさらにモニターに適合され、前記蓄電池の状態および不良性を報告することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記グリッドは前記容量の前記第一部分まで連続的に前記電池を充電するために使用され、前記第一部分はインバータに連続的に放電され、前記設備の負荷に通常の駆動電力を提供することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第二部分に利用可能なピーク電力は前記設備負荷のピークより小さく、整流電力の総計は前記グリッド接続から負荷として現れ、負荷マネジメントスキームへの参加を可能にすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記一方向電力フローは、二方向ＡＣ−ＤＣコンバータのコストに比較したときにより低いコストの電力エレクトロニクスを介して、前記ＡＣ−ＤＣ整流ステージを実施することを可能にすることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記グリッド調整機能が周波数調整電力を要求し、前記設備が設備負荷を有し、前記システムがピーク再充電電力を有し、
前記周波数調整電力と前記設備負荷の合計が前記ピークの電池再充電電力以下となるように選択されると、電力供給停止に追従する周波数調整サービスおよび電池再充電の必要性が除外され、接続電力要求を最小化するのを可能とすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記電池の第一部分はバックアップ電池充電のための時折の高放電を支持するために採用される手法によって提供され、前記第二部分は頻繁に電力を供給するために採用される手法によって提供され、前記システムはさらに、要求される機能に応じて前記ＡＣ−ＤＣコンバータに接続する部分を選択するための高速度電子スイッチを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
蓄電池において、システムの前記充電状態を自動的に評価する方法であって、
セルの各ストリングのために、
入力ストリング電流値とストリング電圧値を受信すること、
名目のセルインピーダンスとストリング電流を使用して相殺電圧を決定し、これによって内部セル電圧の評価を決定すること、
電圧範囲を縮尺して出力を生成し、低通過フィルターを通して出力を通過させ、電圧に基づく充電状態測定を提供すること、
並行して、前記電流値を統合して充電カウントを提供すること、
前記充電カウントを縮尺し、結果を高通過フィルターを通して通過させて電流に基づく充電状態を提供すること、
前記電流に基づく充電状態と前記電圧に基づく充電状態を組合せ、平均して、充電状態の評価を行うこと、
を実行することを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2015514390.tif 000008
2015514390.tif 000009
2015514390.tif 000010
2015514390.tif 000011
2015514390.tif 000012