阅读说明：本技术 燃气涡轮-能量储存混合系统设计 (Gas turbine-energy storage hybrid system design ) 是由 S·张 于 2018-12-27 设计创作，主要内容包括：一种混合电力系统,其包括：至少一个第一隔离变压器,其输入被配置为能够连接到电源的输出；能量储存系统,其具有至少一个能量储存装置以及具有连接到所述至少一个能量储存装置的至少一个DC至AC转换器的电力转换系统；以及至少一个第二隔离变压器,其被配置成输入连接到所述储存系统的输出的升压隔离变压器。(A hybrid power system, comprising: at least one first isolation transformer having an input configured to be connectable to an output of a power supply; an energy storage system having at least one energy storage device and a power conversion system having at least one DC to AC converter connected to the at least one energy storage device; and at least one second isolation transformer configured to input a boost isolation transformer connected to an output of the storage system.)

燃气涡轮-能量储存混合系统设计

相关申请的交叉引用

本申请涉及并要求2017年12月29日提交的美国临时申请No.62/611,787的优先权，其内容整体以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及能量生成和储存系统。

背景技术

能量生成和储存系统是已知的。例如，美国专利公布No.2017/0331298(其内容整体以引用方式并入本文)公开了各种实施方式，包括操作混合能源系统的系统和方法，该混合能源系统包括被配置为提供满载电力输出的燃气涡轮发电机以及被配置为储存能量的储存装置。该混合能源系统包括发电机升压变压器，其中，燃气涡轮发电机和储存装置电气上共置于发电机升压变压器的低侧。操作方法包括在计划和非计划电网电力需求期间控制来自储存装置和/或燃气涡轮发电机的电力输出，以实现经济和环境性能优势。

发明内容

公开了一种混合电力系统，包括：至少一个第一隔离变压器，其输入被配置为能够连接到电源的输出；能量储存系统，其具有至少一个能量储存装置以及具有连接到所述至少一个能量储存装置的至少一个DC至AC转换器的电力转换系统；以及至少一个第二隔离变压器，其被配置成输入连接到储存系统的输出的升压隔离变压器。

还公开了一种提供电力的方法，该方法包括：经由AC电源来生成AC电力；至少经由第一隔离变压器来向输出节点提供所述电力；将能量作为DC电压储存在能量储存系统中；经由DC至AC转换器和升压隔离变压器从能量储存系统向输出节点提供电力，能量储存系统、DC至AC转换器和升压隔离变压器与AC电源和第一隔离变压器并联连接到输出节点；以及控制AC电源和能量储存系统调节提供给输出节点的电力。

还公开了一种用于控制混合电力系统的控制单元，该控制单元包括：通信接口；至少一个处理器；以及至少一个存储器，其包括计算机程序代码。所述至少一个存储器和计算机程序代码可被配置为利用所述至少一个处理器使得控制单元：经由AC电源来生成AC电力；至少经由第一隔离变压器来向输出节点提供电力；将能量作为DC电压储存在能量储存系统中；经由DC至AC转换器和升压隔离变压器从能量储存系统向输出节点提供电力，能量储存系统、DC至AC转换器和升压隔离变压器与AC电源和第一隔离变压器并联连接到输出节点；以及控制AC电源和能量储存系统调节提供给输出节点的电力。

附图说明

在结合附图阅读以下详细描述时，本公开的其它特征和优点将变得更显而易见，其中，相似的元件由相似的标号指代，并且其中：

图1示出示例性混合电力系统，其将隔离变压器的高压侧具有能量储存系统的电源(例如，燃气涡轮发电机)联接到中压(例如，2kV或更小至35kV或更大)AC母线上，以例如实现更高的性能和更低的运营成本；

图2示出可用于控制单元的实施方式以例如方便控制混合电力系统的实施方式的各方面的示例性通信网络架构的框图；

图3示出可由控制单元的实施方式用来例如控制混合电力系统的实施方式的各方面的示例性流程图。

具体实施方式

图1示出示例性混合电力系统100，其将电源102(例如，在一个或多个并联隔离变压器104的高压侧具有能量储存系统106的一个或更多个燃气涡轮发电机)联接到中压AC母线126(例如，2kV至35kV)上，以例如实现更高的能量供给/负载性能和更低的运营成本。

在提供多个燃气涡轮发电机(GTG)102的情况下，各个这样的发电机经由隔离变压器104连接到中压AC母线126。各个GTG 102可通过保护开关124与中压AC母线126隔离，并且各个GTG 102可单独地计量以管理其所生成的电力和操作条件。

还可提供一个或多个蓄电池能量储存系统(BESS)106。各个BESS 106可包括电力转换系统(PCS)以及并联连接在公共DC母线114上的一个或多个蓄电池组108。各个蓄电池组108可包括串联连接的多个蓄电池模块122。

在示例性的图1中的实施方式中，蓄电池能量储存系统106的电力转换系统110连接到低(或中)压AC母线118(例如，小于2kV或其它合适的电压)，然后连接到升压隔离变压器116，然后连接到中(或高)压AC母线(例如，高于2kV的电压)。一组蓄电池能量储存系统单元可经由保护开关128与中压AC母线126隔离，该保护开关128可按已知方式配置。

混合系统100可连接到负载122(例如，公共或其它公用电网122)。它可经由已知配置的站点保护开关130与电网隔离。整个系统100可通过公共联接点处的站点计量器132来计量

混合系统100还可形成它自己的微电网，并且在这种情况下，它可连接到负载122。

现在将更详细地描述图1的实施方式。

至少一个第一隔离变压器104的输入(例如，升压变压器的低侧电压)被配置为可连接到电源102的输出。

具有至少一个能量储存装置108的能量储存系统106和具有例如至少一个DC至AC转换器111的电力转换系统110连接到至少一个能量储存装置108。各个能量储存装置108可以是例如一个或更多个并联蓄电池和/或具有连接到蓄电池DC母线114的一个或更多个蓄电池模块112的蓄电池组(例如，串联连接的蓄电池)。当然，可使用其它合适的储存装置，例如电容器(例如，中压或高压电容器)，以为低压AC母线(例如，小于2kV)提供足够的电压。

被配置成升压隔离变压器116的至少一个第二隔离变压器116的低压侧输入连接到能量储存系统106的输出。例如，各个升压变压器116连接到各个DC至AC转换器111的输出处的低压AC母线118。

如所示的混合电力系统100可包括用于生成AC电力的电源102。

如已经提及的，电源102可以是例如燃气涡轮发电机、或并联连接的多个燃气涡轮发电机、或任何其它合适的发电机系统或装置。各个燃气涡轮发电机102或GTG可例如从0MW条件逐渐上升，以满足50MW或100MW或更小或更大的满载条件。第一隔离变压器104可按期望将电压升压至任何合适的电压，以用于向负载122提供期望的电力。

至少一个第一隔离变压器104可包括多个隔离变压器104，各个隔离变压器104分别并联连接到多个燃气涡轮发电机102之一。

能量储存系统100可包括多个能量储存装置108，各个多个能量储存装置108包括已经提及的至少一个蓄电池模块112。

至少一个第二隔离变压器116可包括多个隔离升压变压器116，多个隔离升压变压器116中的每一个连接到能量储存系统106的多个DC至AC转换器111之一。能量储存系统106可例如提供独立于电源电压的输出电压，因此经由升压变压器116将输出升压至与电压变压器104的输出相同的电压，以满足负载122的电力需求(例如，50MW)。

输出节点120可被提供作为用于连接第一隔离变压器104的输出和第二隔离变压器116的并联输出的连接(例如，节点120是公用电网，或连接到电网，或连接到与公用电网隔离的微电网站点中的负载122)。

输出节点120是用于经由中压AC母线126将混合电力系统100的电力提供给负载122(可以是例如公用电网)的连接。

混合电力系统100可包括串联连接在至少一个第一隔离变压器104的输出与输出节点120之间的电源馈线保护开关124和计量器126。

混合电力系统100可包括串联连接在至少一个隔离升压变压器116的输出与输出节点120之间的能量储存馈线保护开关128。

混合电力系统100可包括连接到输出节点120处的输出的站点保护开关130和站点计量器132，串联在输出节点120和负载122之间。保护开关124、128、130中的每一个可以是例如已知的继电器或其它合适的装置，其允许监测和控制过电流、过电压和/或超功率条件以根据需要保护系统100(例如，通过在给定阈值时跳至开路条件)和/或提供隔离。

混合电力系统100可包括控制单元134，其用于经由双向和控制线来控制电源102和能量储存系统106的输出。例如，控制单元134可基于例如负载条件、蓄电池模块112的充电状态、燃气涡轮的期望控制以及要提供给负载122的期望输出的期望爬坡速率使用例如已知前馈和/或反馈回路来调节从电源102和/或能量储存装置106提供的输出电力。计量器126可以是例如提供电压、电流和/或功率反馈，如站点计量器132可用于控制由电源系统100提供给负载122(例如，公用电网或微电网)的电力。控制单元134可根据例如用户输入和/或操作者所提供的负载需求计划表来控制。蓄电池充电可基于市场或其它指定的条件，示例性目标是通过以任何已知方式优化成本、性能和操作信息来传输计划的能量。控制单元134可按已知方式发出指令以启动和停止电源系统100、向能量储存系统蓄电池充电，以及使输出以指定的爬坡速率逐渐上升以满足指定的需求。可控制燃气涡轮以例如结合能量储存系统106的输出提供恒定输出和/或期望的爬坡速率。在示例性实施方式中，能量储存系统106可例如通过风能、太阳能、地热能等来充电，并且电源可提供备用能量。

混合能源系统100还可包括与电力转换和负载122的平衡关联的已知电力电子设备。

还公开了一种用于提供电力的方法，该方法包括：经由AC电源102来生成AC电力；经由至少第一隔离变压器104向输出节点120供电；将能量作为DC电压储存在能量储存系统106中；经由诸如DC至AC转换器(或AC至AC频率转换器)和升压隔离变压器116的电力转换系统从能量储存系统106向输出节点120供电，能量储存系统106、DC至AC转换器和隔离变压器116与AC电源102和第一隔离变压器104并联连接到输出节点120；以及控制AC电源102和能量储存系统106调节提供给输出节点120的电力。

在示例性实施方式中，如已经公开的，输出节点120可连接到公用电网。

参照图2和图3，实施方式可包括用于控制混合电力系统100的各方面的控制单元134。如所示的示例性控制单元134具有通信接口206、至少一个处理器202以及包括存储在其上的计算机程序代码的至少一个存储器204。至少一个存储器204和计算机程序代码被配置为利用至少一个处理器202，使得控制单元134实现示例性方法300。例如，处理器202可使得控制单元134执行以下步骤。步骤302可以是使得控制单元134经由AC电源102生成AC电力。步骤304可以是使得控制单元134至少经由第一隔离变压器104向输出节点120供电。步骤306可以是使得控制单元134将能量作为DC电压储存在能量储存系统106中。步骤308可以是使得控制单元134经由DC至AC转换器和升压隔离变压器116从能量储存系统106向输出节点120供电，能量储存系统106、DC至AC转换器和升压隔离变压器116与AC电源102和第一隔离变压器104并联连接到输出节点120。步骤310可以是使得控制单元134控制AC电源102和能量储存系统106调节提供给输出节点120的电力。

处理器202的实施方式可以至少是可伸缩处理器、可并行化处理器中的一个，并且针对多线程处理能力进行了优化。在一些实施方式中，处理器202可以是图形处理单元(GPU)。在一些实施方式中，处理器202可以是根据预期的网络流量(例如，数据流)选择处理能力的超级计算机或量子计算机。处理器202可包括能够对至少一个指令执行操作的任何集成电路或其它电子装置(或装置的集合)，包括但不限于精简指令集核心(RISC)处理器、CISC微处理器、微控制器单元(MCU)、基于CISC的中央处理单元(CPU)和数字信号处理器(DSP)。这些装置的硬件可被集成到单个基板(例如，硅“管芯”)上，或者在两个或更多个基板之间分布。处理器202的各种功能方面可仅被实现为与处理器202关联的软件或固件。

可选地，存储器204可与处理器202关联。存储器204的实施方式可包括易失性存储器存储(例如，RAM)、非易失性存储器存储(例如，ROM、闪存等)或二者的一些组合。例如，存储器可包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术CDROM、数字多功能盘(DVD)或其它光学存储、磁碟、磁带、磁盘存储或其它磁存储装置、或者可用于存储期望的信息并且可由处理器202访问的任何其它介质。根据示例性实施方式，存储器204可以是非暂时性计算机可读介质。如本文所使用的术语“计算机可读介质”(或“机器可读介质”)是表示参与向处理器202提供指令以便于执行的任何介质或任何存储器，或者以机器(例如，计算机)可读取的形式存储或发送信息的任何机制的可扩展术语。这种介质可存储要由处理元件和/或控制逻辑执行的计算机可执行指令以及由处理元件和/或控制逻辑操纵的数据，并且可采取许多形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。

传输介质包括同轴线缆、铜线和光纤，包括包含或形成母线的线。传输介质也可采取声波或光波的形式(例如，在无线电波和红外数据通信期间生成的那些)，或者其它形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)。计算机可读介质的形式包括例如软盘、软磁盘、硬盘、磁带或任何其它磁介质、CD-ROM、任何其它光学介质、打孔卡、纸带、带有孔图案的任何其它物理介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、、任何其它存储器芯片或盒、如下所述的载波、或者计算机可从其读取的任何其它介质。

用于实现上述任何方法的指令可按计算机程序代码的形式存储在存储器204中。计算机程序代码可包括程序逻辑、控制逻辑或其它算法，其可基于或可不基于人工智能(例如，机器学习技术、人工神经网络技术等)。

在一些实施方式中，控制单元134可以是通信网络200的一部分或与之连接。例如，控制单元134可包括交换机、发送器、收发器、路由器、网关等，以方便经由方便受控和协调的信号传输和处理的通信协议进行通信。可通过允许控制单元134形成通信接口206的通信协议来建立通信链路。通信接口206可被配置为允许控制单元134和另一装置(例如，计算机装置或处理器)形成通信网络200。例如，控制单元134可被配置为与混合电力系统100的组件所关联的控制处理器(例如，芯片、扩展卡、微控制器、PID控制器等)通信，并且方便控制单元134与混合电力系统100的至少一个组件之间的数据传输。通信网络200可被配置成远程有线或无线网络，例如以太网、电话、Wi-Fi、蓝牙、无线协议、蜂窝、卫星网络、云计算网络等。通信网络的实施方式可被配置成预定网络拓扑。这可包括网状网络拓扑、点对点网络拓扑、环形(或对等)网络拓扑、星形(点对多)网络拓扑或其任何组合。

另外，混合电力系统100的任何组件可具有应用编程接口(API)和/或其它接口，其被配置为方便与系统100的组件通信的控制单元134执行命令和控制系统100的各方面。控制单元134的实施方式可被编程为生成用户接口，其被配置为方便系统100的各种操作方面的控制和显示。

本领域技术人员将理解，在不脱离其精神或基本特性的情况下，本发明可按其它特定形式具体实现。因此，目前所公开的实施方式在所有方面均被认为是例示性的，而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求指示，而非上面的描述，落在其含义和等同范围内的所有改变旨在被涵盖于其中。