способ и система стабилизации мощности (варианты)

Формула изобретения

1. Способ стабилизации мощности, включающий:

аккумулирование в первом аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, если количество энергии в первом аккумуляторе не достигает первого максимального уровня; и

аккумулирование во втором аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, и когда количество энергии в первом аккумуляторе находится на первом максимальном уровне, если количество энергии во втором аккумуляторе не достигает второго максимального уровня;

передачу энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, когда количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого максимального уровня; и

прекращение передачи энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, когда количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого заданного уровня, или количество энергии во втором аккумуляторе достигнет второго максимального уровня.

2. Способ по п.1, включающий также:

подачу энергии в нагрузку из первого аккумулятора, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником энергии, если количество энергии в первом аккумуляторе не достигает первого минимального уровня; и

подачу энергии в нагрузку из второго аккумулятора, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником энергии, и когда количество энергии в первом аккумуляторе находится на первом минимальном уровне, если количество энергии во втором аккумуляторе не достигает второго минимального уровня.

3. Способ по п.1, включающий также:

передачу энергии из второго аккумулятора в первый аккумулятор, когда количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого минимального уровня; и

прекращение передачи энергии из второго аккумулятора в первый аккумулятор, когда количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого заданного уровня, или количество энергии во втором аккумуляторе достигнет второго минимального уровня.

4. Способ по п.1, включающий также:

передачу энергии между первым аккумулятором и вторым аккумулятором в течение заданного временного интервала, причем эта передача включает:

подачу энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, если количество энергии в первом аккумуляторе превышает первый заданный уровень;

подачу энергии из второго аккумулятора в первый аккумулятор, если количество энергии в первом аккумуляторе ниже первого заданного уровня; и

прекращение подачи энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор или из второго аккумулятора в первый аккумулятор, когда количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого заданного уровня, или количество энергии во втором аккумуляторе достигнет второго минимального уровня или второго максимального уровня.

5. Способ по п.1, включающий также:

изменение первого заданного уровня для первого аккумулятора и второго заданного уровня для второго аккумулятора в зависимости от профиля потребности нагрузки в мощности;

изменение первого заданного уровня для первого аккумулятора и второго заданного уровня для второго аккумулятора в зависимости от профиля энергии, вырабатываемой источником энергии; и

запрет аккумулирования энергии в первом и/или втором аккумуляторе в соответствии со следующими характеристиками аккумуляторов: температура, пониженная эффективность аккумулирования или отдачи энергии, пониженная емкость, количество циклов работы, а также механическое напряжение.

6. Способ по п.1, в котором:

аккумулирование в первом аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, дополнительно включает аккумулирование в первом аккумуляторе энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, до пороговой величины скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора; и

аккумулирование во втором аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, дополнительно включает аккумулирование во втором аккумуляторе энергии, когда она превышает сумму текущей потребности нагрузки в мощности и пороговой величины скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора.

7. Способ по п.1, включающий также:

подачу энергии в нагрузку из первого аккумулятора, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником энергии, до пороговой величины скорости разряда первого аккумулятора; и

подачу энергии в нагрузку из второго аккумулятора, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает сумму мощности, обеспечиваемой источником энергии, и пороговой величины скорости разряда первого аккумулятора, до пороговой величины скорости разряда второго аккумулятора.

8. Способ по п.6, включающий также определение пороговой величины скорости аккумулирования и отдачи энергии отдельно для первого и второго аккумуляторов в соответствии по меньшей мере с одной из следующих характеристик аккумуляторов: тип, начальная емкость, характеристическое внутреннее сопротивление, химическая стойкость, тип электролита, температура, состояние заряда, потеря емкости, эффективность аккумулирования и эффективность разряда.

9. Способ по п.6, включающий также изменение пороговой величины скорости аккумулирования для первого аккумулятора, пороговой величины скорости аккумулирования для второго аккумулятора, пороговой величины скорости отдачи энергии первого аккумулятора и пороговой величины скорости отдачи энергии второго аккумулятора в зависимости по меньшей мере от одной из следующих характеристик: охлаждающая способность и коэффициент рассеивания тепла аккумуляторов, профиль изменения температуры окружающего воздуха, потребность нагрузки в мощности, профиль интенсивности циклов заряда-разряда аккумуляторов и профиль производства энергии источником энергии.

10. Способ по п.1, включающий также аккумулирование в третьем аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, и количество энергии во втором аккумуляторе находится на втором максимальном уровне, причем:

первый аккумулятор содержит группу литиевых электрохимических элементов;

второй аккумулятор содержит группу натрий-серных электрохимических элементов и/или группу никель-кадмиевых электрохимических элементов;

третий аккумулятор содержит группу свинцово-кислотных электрохимических элементов;

емкость третьего аккумулятора превышает емкость второго аккумулятора; и

емкость второго аккумулятора превышает емкость первого аккумулятора.

11. Система стабилизации мощности, содержащая: источник энергии для обеспечения мощности;

первый аккумулятор для выборочного аккумулирования энергии, обеспечиваемой источником энергии, и выборочной отдачи аккумулированной энергии в нагрузку;

второй аккумулятор для выборочного аккумулирования энергии, обеспечиваемой источником энергии, и выборочной отдачи аккумулированной энергии в нагрузку;

контроллер потоков энергии, содержащий:

устройство контроля мощности для контроля разницы между мощностью, обеспечиваемой источником энергии, и текущей потребностью нагрузки в мощности и формирования сигнала мощности, содержащего указанную разницу;

устройство контроля первого уровня энергии для контроля уровня энергии первого аккумулятора и обеспечения сигнала первого уровня энергии, содержащего количество энергии в первом аккумуляторе;

устройство контроля второго уровня энергии для контроля уровня энергии второго аккумулятора и обеспечения сигнала второго уровня энергии, содержащего количество энергии во втором аккумуляторе;

преобразователь энергии, реагирующий на сигнал аккумулирования для преобразования энергии источника в энергию первого и/или второго аккумулятора и на сигнал коммутации для направления преобразованной энергии в первый и/или второй аккумулятор; и

контроллер для приема сигнала мощности, сигнала первого уровня энергии и сигнала второго уровня энергии, который определяет по сигналу мощности, что мощность, обеспечиваемая источником энергии, превышает текущую потребность нагрузки в энергии, и обеспечивает сигнал аккумулирования и сигнал коммутации таким образом, что энергия, превышающая текущую потребность нагрузки в мощности, аккумулируется в первом аккумуляторе, пока сигнал первого уровня энергии не будет указывать на то, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого максимального уровня, после чего контроллер изменяет сигнал коммутации таким образом, что преобразователь энергии направляет энергию, превышающую текущую потребность нагрузки в мощности, во второй аккумулятор, пока сигнал второго уровня энергии не будет указывать на то, что количество энергии во втором аккумуляторе достигло второго максимального уровня.

12. Система по п.11, в которой преобразователь энергии содержит выпрямительное устройство для преобразования энергии, обеспечиваемой источником энергии, в энергию для аккумулирования в первом и/или во втором аккумуляторе и обратный преобразователь для преобразования энергии из первого и/или второго аккумулятора в мощность, необходимую для нагрузки.

13. Система по п.11, в которой преобразователь энергии также может реагировать на первый сигнал передачи из контроллера на передачу энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, причем контроллер:

обеспечивает первый сигнал передачи, когда сигнал первого уровня энергии указывает на то, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого максимального уровня; и

прекращает обеспечение первого сигнала передачи в ответ на сигнал первого уровня энергии, указывающий на то, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого заданного уровня, или на сигнал второго уровня энергии, указывающий на то, что количество энергии во втором аккумуляторе достигло второго максимального уровня.

14. Система по п.11, в которой преобразователь энергии может также реагировать на сигнал разряда для преобразования энергии из первого и/или второго аккумулятора в мощность, необходимую для нагрузки, и сигнал коммутации для определения первого или второго аккумулятора, энергию из которого необходимо преобразовывать, и контроллер обеспечивает сигнал разряда и сигнал коммутации в преобразователь энергии, когда сигнал мощности указывает на то, что текущая потребность нагрузки в мощности превышает энергию, обеспечиваемую источником энергии, таким образом, что энергия обеспечивается из первого аккумулятора, пока сигнал первого уровня энергии не будет указывать на то, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого минимального уровня, после чего контроллер изменяет сигнал коммутации таким образом, что преобразователь энергии преобразует энергию из второго аккумулятора для нагрузки, пока сигнал второго уровня энергии не будет указывать на то, что количество энергии во втором аккумуляторе достигло второго минимального уровня.

15. Система по п.11, в которой преобразователь энергии также может реагировать на второй сигнал передачи из контроллера на передачу энергии из второго аккумулятора в первый аккумулятор, причем контроллер:

обеспечивает второй сигнал передачи энергии в преобразователь энергии в ответ на сигнал первого уровня энергии, указывающий на то, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого минимального уровня; и

прекращает обеспечение второго сигнала передачи энергии в преобразователь энергии в ответ на сигнал первого уровня энергии, указывающий на то, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого заданного уровня, или на сигнал второго уровня энергии, указывающий на то, что количество энергии во втором аккумуляторе достигло второго минимального уровня.

16. Система по п.11, в которой контроллер выборочно обеспечивает первый или второй сигнал передачи энергии в преобразователь энергии через заданный временной интервал, причем контроллер:

обеспечивает первый сигнал передачи энергии, если сигнал первого уровня энергии указывает на то, что количество энергии в первом аккумуляторе превышает первый заданный уровень;

обеспечивает второй сигнал передачи энергии, если сигнал второго уровня энергии указывает на то, что количество энергии в первом аккумуляторе ниже первого заданного уровня; и

прекращает обеспечение первого или второго сигнала передачи энергии, когда сигнал первого уровня энергии указывает на то, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого заданного уровня, или сигнал второго уровня энергии указывает на то, что количество энергии во втором аккумуляторе достигло второго минимального уровня или второго максимального уровня.

17. Система по п.11, в которой:

контроллер изменяет первый заданный уровень для первого аккумулятора и второй заданный уровень для второго аккумулятора в зависимости от профиля потребности нагрузки в мощности;

контроллер изменяет первый заданный уровень для первого аккумулятора и второй заданный уровень для второго аккумулятора в зависимости от профиля энергии, вырабатываемой источником энергии; и

контроллер запрещает аккумулирование энергии в первом и/или втором аккумуляторе в соответствии со следующими характеристиками аккумуляторов: температура, пониженная эффективность аккумулирования или отдачи энергии, пониженная емкость, количество циклов заряда-разряда, а также механическое напряжение.

18. Система по п.11, в которой:

контроллер потоков энергии обеспечивает аккумулирование в первом аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, до пороговой величины скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора; и

контроллер потоков энергии обеспечивает аккумулирование во втором аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает сумму текущей потребности нагрузки в мощности и пороговой величины скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора.

19. Система по п.11, в которой:

контроллер потоков энергии обеспечивает подачу энергии из первого аккумулятора в нагрузку, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником энергии, до пороговой величины скорости разряда первого аккумулятора; и

контроллер потоков энергии обеспечивает подачу энергии в нагрузку из второго аккумулятора, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает сумму мощности, обеспечиваемой источником энергии, и

пороговой величины скорости разряда первого аккумулятора до пороговой величины скорости разряда второго аккумулятора.

20. Система по п.18, в которой пороговые величины скоростей аккумулирования и отдачи энергии отдельно для первого и второго аккумуляторов определяются контроллером потоков энергии в соответствии по меньшей мере с одной из характеристик аккумуляторов: тип, начальная емкость, характеристическое внутреннее сопротивление, химическая стойкость, тип электролита, температура, состояние заряда, потеря емкости, эффективность аккумулирования и эффективность разряда.

21. Способ по п.18, в котором контроллер потоков энергии изменяет пороговые величины скоростей аккумулирования и отдачи энергии отдельно для первого и второго аккумуляторов в соответствии по меньшей мере с одной из следующих характеристик: охлаждающая способность и коэффициент рассеивания тепла аккумуляторов, профиль изменения температуры окружающего воздуха, потребность нагрузки в мощности, профиль интенсивности циклов заряда-разряда аккумуляторов и профиль производства энергии источником энергии.

22. Система по п.11, содержащая также третий аккумулятор для выборочного аккумулирования энергии и выборочной отдачи аккумулированной энергии, в которой:

первый аккумулятор содержит группу литиевых электрохимических элементов;

второй аккумулятор содержит группу натрий-серных электрохимических элементов и/или группу никель-кадмиевых электрохимических элементов;

третий аккумулятор содержит группу свинцово-кислотных электрохимических элементов;

емкость третьего аккумулятора превышает емкость второго аккумулятора; и

емкость второго аккумулятора превышает емкость первого аккумулятора.

23. Способ стабилизации мощности, включающий:

аккумулирование в первом аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, в течение первого заданного временного интервала, если количество энергии в первом аккумуляторе не достигает первого максимальном уровня; и

аккумулирование во втором аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, и когда она продолжает превышать потребность нагрузки в мощности после истечения первого заданного временного интервала, или когда количество энергии в первом аккумуляторе находится на первом максимальном уровне, если количество энергии во втором аккумуляторе не достигает второго максимального уровня;

передачу энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, когда количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого максимального уровня; и

прекращение передачи энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, когда количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого заданного уровня, или количество энергии во втором аккумуляторе достигнет второго максимального уровня.

24. Способ по п.23, включающий также:

передачу энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, когда количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого максимального уровня; и

прекращение передачи энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, когда количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого заданного уровня, или количество энергии во втором аккумуляторе достигнет второго максимального уровня.

25. Способ по п.23, включающий также:

передачу энергии из второго аккумулятора в первый аккумулятор, когда количество энергии во втором аккумуляторе достигнет второго максимального уровня; и

прекращение передачи энергии из второго аккумулятора в первый аккумулятор, когда количество энергии во втором аккумуляторе достигнет второго заданного уровня, или количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого заданного уровня.

26. Способ по п.23, включающий также:

подачу энергии из первого аккумулятора в нагрузку в течение второго заданного временного интервала после того, как текущая потребность нагрузки в мощности превысит мощность, обеспечиваемую источником энергии, если количество энергии в первом аккумуляторе не достигает первого минимального уровня; и

подачу энергии в нагрузку из второго аккумулятора, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником энергии, в течение второго заданного временного интервала, или когда количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого максимального уровня, если количество энергии во втором аккумуляторе не достигает второго минимального уровня.

27. Способ по п.23, включающий также:

передачу энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, когда количество энергии во втором аккумуляторе достигнет второго минимального уровня; и

прекращение передачи энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, когда количество энергии во втором аккумуляторе достигнет второго заданного уровня, или количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого минимального уровня.

28. Способ по п.23, включающий также:

передачу энергии между первым аккумулятором и вторым аккумулятором в течение заданного временного интервала, причем эта передача включает:

подачу энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, если количество энергии в первом аккумуляторе превышает первый заданный уровень;

подачу энергии из второго аккумулятора в первый аккумулятор, если количество энергии в первом аккумуляторе ниже первого заданного уровня;

прекращение подачи энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор или из второго аккумулятора в первый аккумулятор, когда количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого заданного уровня, или количество энергии во втором аккумуляторе достигнет второго минимального уровня или второго максимального уровня.

29. Способ по п.23, включающий также:

изменение первого заданного уровня для первого аккумулятора и второго заданного уровня для второго аккумулятора в зависимости от профиля потребности нагрузки в мощности;

изменение первого заданного уровня для первого аккумулятора и второго заданного уровня для второго аккумулятора в зависимости от профиля энергии, вырабатываемой источником энергии; и

запрещение аккумулирования энергии в первом и/или втором аккумуляторе в соответствии со следующими характеристиками аккумуляторов: температура, пониженная эффективность аккумулирования или отдачи энергии, пониженная емкость, количество циклов заряда-разряда, а также механическое напряжение.

30. Способ по п.23, в котором:

аккумулирование в первом аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, дополнительно включает аккумулирование энергии в первом аккумуляторе, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, до пороговой величины скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора; и

аккумулирование во втором аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, дополнительно включает аккумулирование энергии во втором аккумуляторе, когда она превышает сумму текущей потребности нагрузки в мощности и пороговую величину скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора.

31. Способ по п.23, включающий также:

подачу энергии из первого аккумулятора в нагрузку, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником энергии, до пороговой величины скорости разряда первого аккумулятора; и

подачу энергии в нагрузку из второго аккумулятора, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает сумму мощности, обеспечиваемой источником энергии, и пороговой величины скорости разряда первого аккумулятора, до пороговой величины скорости разряда второго аккумулятора.

32. Способ по п.30, включающий также определение пороговых величин скорости аккумулирования и отдачи энергии отдельно для первого и второго аккумуляторов в соответствии по меньшей мере с одной из следующих характеристик аккумуляторов:

тип, начальная емкость, характеристическое внутреннее сопротивление, химическая стойкость, тип электролита, температура, состояние заряда, потеря емкости, эффективность аккумулирования и эффективность разряда.

33. Способ по п.30, также включающий изменение пороговых скоростей аккумулирования и отдачи энергии отдельно для первого и второго аккумуляторов в соответствии по меньшей мере с одной из следующих характеристик: охлаждающая способность и коэффициент рассеивания тепла аккумуляторов, профиль изменения температуры окружающего воздуха, потребность нагрузки в мощности, профиль интенсивности циклов заряда-разряда аккумуляторов и профиль производства энергии источником энергии.

34. Способ по п.23, в котором энергия аккумулируется во втором аккумуляторе в течение второго заданного временного интервала, причем способ включает также:

аккумулирование в третьем аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, и когда она продолжает превышать потребность нагрузки в мощности после истечения второго заданного временного интервала, или когда количество энергии во втором аккумуляторе находится на втором максимальном уровне, причем:

первый аккумулятор содержит группу литиевых электрохимических элементов;

второй аккумулятор содержит группу натрий-серных электрохимических элементов и/или группу никель-кадмиевых электрохимических элементов;

третий аккумулятор содержит группу свинцово-кислотных электрохимических элементов;

емкость третьего аккумулятора превышает емкость второго аккумулятора; и

емкость второго аккумулятора превышает емкость первого аккумулятора.

35. Система стабилизации мощности, содержащая: источник энергии для обеспечения мощности;

первый аккумулятор для выборочного аккумулирования энергии, обеспечиваемой источником энергии, и выборочной отдачи аккумулированной энергии в нагрузку;

второй аккумулятор для выборочного аккумулирования энергии, обеспечиваемой источником энергии, и выборочной отдачи аккумулированной энергии в нагрузку;

контроллер потоков энергии, содержащий:

устройство контроля мощности для контроля разницы между мощностью, обеспечиваемой источником энергии, и текущей потребностью нагрузки в мощности и формирования сигнала мощности, содержащего указанную разницу;

устройство контроля первого уровня энергии для контроля уровня энергии первого аккумулятора и обеспечения сигнала первого уровня энергии, содержащего количество энергии в первом аккумуляторе;

устройство контроля второго уровня энергии для контроля уровня энергии второго аккумулятора и обеспечения сигнала второго уровня энергии, содержащего количество энергии во втором аккумуляторе;

преобразователь энергии, реагирующий на сигнал аккумулирования для преобразования энергии источника в энергию первого и/или второго аккумуляторов и на сигнал коммутации для направления преобразованной энергии в первый и/или второй аккумулятор; и

контроллер для приема сигнала мощности, сигнала первого уровня энергии и сигнала второго уровня энергии, который определяет по сигналу мощности, что мощность, обеспечиваемая источником энергии, превышает текущую потребность нагрузки в энергии, и обеспечивает сигнал аккумулирования и сигнал коммутации таким образом, что энергия, превышающая текущую потребность нагрузки в мощности, аккумулируется в первом аккумуляторе в течение первого заданного временного интервала, пока сигнал первого уровня энергии не будет указывать на то, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого максимального уровня, после чего контроллер изменяет сигнал коммутации таким образом, что преобразователь энергии направляет энергию, превышающую текущую потребность нагрузки в мощности, во второй аккумулятор, пока сигнал второго уровня энергии не будет указывать на то, что количество энергии во втором аккумуляторе достигло второго максимального уровня.

36. Система по п.35, в которой преобразователь энергии содержит выпрямительное устройство для преобразования энергии, обеспечиваемой источником энергии, в энергию для аккумулирования в первом и/или во втором аккумуляторе и обратный преобразователь для преобразования энергии из первого и/или второго аккумулятора в мощность, необходимую для нагрузки.

37. Система по п.35, в которой преобразователь энергии также может реагировать на первый сигнал передачи из контроллера на передачу энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, причем контроллер:

обеспечивает первый сигнал передачи, когда сигнал первого уровня энергии указывает на то, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого максимального уровня; и

прекращает обеспечение первого сигнала передачи в ответ на сигнал первого уровня энергии, указывающий на то, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого заданного уровня, или на сигнал второго уровня энергии, указывающий на то, что количество энергии во втором аккумуляторе достигло второго максимального уровня.

38. Система по п.35, в которой преобразователь энергии также может реагировать на второй сигнал передачи из контроллера на передачу энергии из второго аккумулятора в первый аккумулятор, причем контроллер:

обеспечивает второй сигнал передачи, когда сигнал второго уровня энергии указывает на то, что количество энергии во втором аккумуляторе достигло второго максимального уровня; и

прекращает обеспечение второго сигнала передачи в ответ на сигнал второго уровня энергии, указывающий на то, что количество энергии во втором аккумуляторе достигло второго заданного уровня, или на сигнал первого уровня энергии, указывающий на то, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого заданного уровня.

39. Система по п.35, в которой преобразователь энергии может также реагировать на сигнал разряда для преобразования энергии из первого и/или второго аккумулятора в мощность, необходимую для нагрузки, и сигнал коммутации для определения первого или второго аккумулятора, энергию из которого необходимо преобразовывать, и контроллер обеспечивает сигнал разряда и сигнал коммутации в преобразователь энергии, когда сигнал мощности указывает на то, что текущая потребность нагрузки в мощности превышает энергию, обеспечиваемую источником энергии, таким образом, что энергия обеспечивается из первого аккумулятора в течение второго заданного временного интервала, пока сигнал первого уровня энергии не будет указывать на то, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого минимального уровня, после чего контроллер изменяет сигнал коммутации таким образом, что преобразователь энергии преобразует энергию из второго аккумулятора для нагрузки, пока сигнал второго уровня энергии не будет указывать на то, что количество энергии во втором аккумуляторе достигло второго минимального уровня.

40. Система по п.35, в которой преобразователь энергии также может реагировать на первый сигнал передачи из контроллера на передачу энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, причем контроллер:

обеспечивает первый сигнал передачи, когда сигнал второго уровня энергии указывает на то, что количество энергии во втором аккумуляторе достигло второго минимального уровня; и

прекращает обеспечение первого сигнала передачи в ответ на сигнал второго уровня энергии, указывающий на то, что количество энергии во втором аккумуляторе достигло второго заданного уровня, или на сигнал первого уровня энергии, указывающий на то, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого минимального уровня.

41. Система по п.35, в которой контроллер выборочно обеспечивает первый или второй сигнал передачи энергии в преобразователь энергии через заданный временной интервал, причем контроллер:

обеспечивает первый сигнал передачи энергии, если сигнал первого уровня энергии указывает на то, что количество энергии в первом аккумуляторе превышает первый заданный уровень;

обеспечивает второй сигнал передачи энергии, если сигнал второго уровня энергии указывает на то, что количество энергии в первом аккумуляторе ниже первого заданного уровня; и

прекращает обеспечение первого или второго сигнала передачи энергии, когда сигнал первого уровня энергии указывает на то, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого заданного уровня, или сигнал второго уровня энергии указывает на то, что количество энергии во втором аккумуляторе достигло второго минимального уровня или второго максимального уровня.

42. Система по п.35, в которой:

контроллер изменяет первый заданный уровень для первого аккумулятора и второй заданный уровень для второго аккумулятора в зависимости от профиля потребности нагрузки в мощности;

контроллер изменяет первый заданный уровень для первого аккумулятора и второй заданный уровень для второго аккумулятора в зависимости от профиля энергии, вырабатываемой источником энергии; и

контроллер запрещает аккумулирование энергии в первом и/или втором аккумуляторе в соответствии со следующими характеристиками аккумуляторов: температура, пониженная эффективность аккумулирования или отдачи энергии, пониженная емкость, количество циклов заряда-разряда, а также механическое напряжение.

43. Система по п.35, в которой:

контроллер потоков энергии обеспечивает аккумулирование в первом аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, до пороговой величины скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора; и

контроллер потоков энергии обеспечивает аккумулирование во втором аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает сумму текущей потребности нагрузки в мощности и пороговой величины скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора.

44. Система по п.35, в которой:

контроллер потоков энергии обеспечивает подачу энергии из первого аккумулятора в нагрузку, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником энергии, до пороговой величины скорости разряда первого аккумулятора; и

контроллер потоков энергии обеспечивает подачу энергии в нагрузку из второго аккумулятора, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает сумму мощности, обеспечиваемой источником энергии, и предельной величины скорости разряда первого аккумулятора, до предельной величины скорости разряда второго аккумулятора.

45. Система по п.43, в которой пороговые величины скоростей аккумулирования и отдачи энергии отдельно для первого и второго аккумуляторов определяются корттроллером потоков энергии в соответствии по меньшей мере с одной из характеристик аккумуляторов: тип, начальная емкость, характеристическое внутреннее сопротивление, химическая стойкость, тип электролита, температура, состояние заряда, потеря емкости, эффективность аккумулирования и эффективность разряда.

46. Система по п.43, в которой контроллер потоков энергии изменяет пороговые величины скоростей аккумулирования и отдачи энергии отдельно для первого и второго аккумуляторов в соответствии по меньшей мере с одной из следующих характеристик: охлаждающая способность и коэффициент рассеивания тепла аккумуляторов, профиль изменения температуры окружающего воздуха, потребность нагрузки в мощности, профиль интенсивности циклов заряда-разряда аккумуляторов и профиль производства энергии источником энергии.

47. Система по п.35, содержащая также третий аккумулятор для выборочного аккумулирования энергии и выборочной отдачи аккумулированной энергии, в которой:

первый аккумулятор содержит группу литиевых электрохимических элементов;

второй аккумулятор содержит группу натрий-серных электрохимических элементов и/или группу никель-кадмиевых электрохимических элементов;

третий аккумулятор содержит группу свинцово-кислотных электрохимических элементов;

емкость третьего аккумулятора превышает емкость второго аккумулятора; и

емкость второго аккумулятора превышает емкость первого аккумулятора.

48. Способ стабилизации мощности, включающий:

аккумулирование в первом аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, до пороговой величины скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора; и

аккумулирование во втором аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает сумму текущей потребности нагрузки в мощности и пороговой величины скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора;

передачу энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, когда количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого максимального уровня; и

прекращение передачи энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, когда количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого заданного уровня, или количество энергии во втором аккумуляторе достигнет второго максимального уровня.

49. Способ по п.48, включающий также:

подачу энергии из первого аккумулятора в нагрузку, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником энергии, до пороговой величины скорости разряда первого аккумулятора; и

подачу энергии в нагрузку из второго аккумулятора, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает сумму мощности, обеспечиваемой источником энергии, и пороговой величины скорости разряда первого аккумулятора, до пороговой величины скорости разряда второго аккумулятора.

50. Способ по п.48, в котором пороговые величины скоростей аккумулирования и отдачи энергии определяются отдельно для первого и второго аккумуляторов в соответствии по меньшей мере с одной из следующих характеристик аккумулятора: тип, начальная емкость, характеристическое внутреннее сопротивление, химическая стойкость, тип электролита, температура, состояние заряда, потеря емкости, эффективность аккумулирования и эффективность разряда.

51. Способ по п.48, также включающий изменение пороговых величин скоростей аккумулирования и отдачи энергии отдельно для первого и второго аккумуляторов в соответствии по меньшей мере с одной из следующих характеристик: охлаждающая способность и коэффициент рассеивания тепла аккумуляторов, профиль изменения температуры окружающего воздуха, потребность нагрузки в мощности, профиль интенсивности циклов заряда-разряда аккумуляторов и профиль производства энергии источником энергии.

52. Способ стабилизации мощности, включающий:

аккумулирование в первом аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, если энергия, превышающая текущую потребность нагрузки в мощности, не превышает пороговую величину скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора;

аккумулирование во втором аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, если энергия, превышающая текущую потребность нагрузки в мощности, превышает пороговую величину скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора;

передачу энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, когда количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого максимального уровня; и

прекращение передачи энергии из первого аккумулятора во второй аккумулятор, когда количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого заданного уровня, или количество энергии во втором аккумуляторе достигнет второго максимального уровня.

53. Способ по п.52, в котором пороговая величина скорости аккумулирования энергии второго аккумулятора превышает пороговую величину скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора.

54. Способ по п.52, включающий также:

подачу энергии в нагрузку из первого аккумулятора, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником энергии, и разница между текущей потребностью нагрузки в мощности и мощностью, обеспечиваемой источником энергии, меньше пороговой величины скорости разряда первого аккумулятора; и

подачу энергии в нагрузку из второго аккумулятора, когда разница между текущей потребностью нагрузки в мощности и мощностью, обеспечиваемой источником энергии, превышает пороговую величину скорости разряда первого аккумулятора.

55. Способ по п.52, в котором пороговые величины скоростей аккумулирования и отдачи энергии определяются отдельно для первого и второго аккумуляторов в соответствии по меньшей мере с одной из следующих характеристик аккумулятора: тип, начальная емкость, характеристическое внутреннее сопротивление, химическая стойкость, тип электролита, температура, состояние заряда, потеря емкости, эффективность аккумулирования и эффективность разряда.

56. Способ по п.52, также включающий изменение пороговых величин скоростей аккумулирования и отдачи энергии отдельно для первого и второго аккумуляторов в соответствии по меньшей мере с одной из следующих характеристик: охлаждающая способность и коэффициент рассеивания тепла аккумуляторов, профиль изменения температуры окружающего воздуха, потребность нагрузки в мощности, профиль интенсивности циклов заряда-разряда аккумуляторов и профиль производства энергии источником энергии.

Описание изобретения к патенту

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] В настоящей заявке испрашивается конвенционный приоритет на основе заявки США № 61/165,851, поданной 01.04,2009, содержание которой полностью вводится ссылкой в настоящую заявку.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Изобретение в целом относится к системам и способам стабилизации мощности, обеспечиваемой источником энергии, и более конкретно к системам и способам использования различных типов устройств аккумулирования энергии (аккумуляторов) для выборочного аккумулирования и отдачи энергии, обеспечиваемой источниками энергии, включая возобновляемые и невозобновляемые источники энергии.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] По мере роста населения земного шара, потребности в электрической энергии также увеличиваются. Ископаемые топлива (например, уголь, нефть и природный газ) уже давно используются в качестве источников энергии в электростанциях. Сжигание ископаемых топлив приводит к загрязнению воздуха, например, диоксидом углерода. Эти выбросы вредных веществ оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду и могут способствовать изменению климата. Для снижения степени загрязнения воздуха в некоторых странах приняты законы, ограничивающие допустимые уровни выбросов в воздух загрязняющих веществ. Эти законы в общем случае повышают стоимость получения электроэнергии из ископаемых топлив. Месторождения ископаемых топлив во всем мире истощаются, поскольку не происходит их пополнения, соразмерного потреблению Доступ к ископаемым топливам часто зависит от политической и экономической обстановки. Эти факторы совместно определяют растущие и нестабильные цены на энергию, получаемую из ископаемых топлив.

[0004] Одно из решений проблем загрязнения окружающей среды при получении энергии из ископаемых топлив, сокращения их запасов в месторождениях, повышения цен на ископаемые топлива и их неустойчивости, а также соответствующего законодательства заключается в использовании для получения электрической энергии других источников, таких как возобновляемые источники энергии. Возобновляемые источники, такие как ветер, солнце и геотермальные источники, в настоящее время используются на промышленной основе, и стоимость электроэнергии, извлекаемой из таких источников, в целом снижается, по мере того как они получают все большее распространение, и по мере улучшения соответствующих технологий извлечения энергии. Возобновляемые источники энергии потенциально обеспечивают решение проблем, связанных с ценами на энергоносители, доступностью и загрязнением окружающей среды, которые актуальны для получения энергии из ископаемых топлив.

[0005] Один из недостатков, связанных с возобновляемыми источниками энергии, заключается в том, что на получение энергии из них могут влиять факторы, на которые не может влиять оператор, такие как темнота, безветрие или плохая погода. Например, солнце не светит ежедневно в течение всего дня, и ветер не дует устойчиво весь день. Поэтому солнечные элементы и ветровые турбины не могут обеспечивать изо дня в день устойчивый поток энергии. Однако желательно, чтобы выходная мощность этих источником энергии была более или менее устойчивой. С другой стороны источники энергии, использующие ископаемые топлива, такие как газотурбинные генераторы, характеризуются максимальной эффективностью, достигаемой при уровне выходной мощности, определяемой конструкцией генератора, так что желательно, чтобы генератор работал с определенной выходной мощностью, соответствующей его максимальной эффективности. Однако потребности в энергии могут существенного изменяться. Таким образом, существует потребность в системе с расширенным диапазоном величины мощности, обеспечиваемой источником в нагрузку.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] В настоящем изобретении предлагается способ стабилизации мощности, обеспечиваемой в нагрузке источником энергии. В этом способе, когда мощность, производимая источником энергии, превышает текущую потребность нагрузки в мощности, избыточная энергия аккумулируется в первом аккумуляторе, пока количество энергии в этом аккумуляторе не достигнет первого максимального уровня. Во втором аккумуляторе аккумулируется энергия, производимая источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, и когда количество энергии в первом аккумуляторе находится на первом максимальном уровне, пока количество энергии во втором аккумуляторе не достигнет второго максимального уровня. В одном из вариантов осуществления изобретения стабилизация мощности, обеспечиваемой в нагрузке источником энергии, включает обеспечение энергии из первого аккумулятора в нагрузке, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником энергии, пока количество энергии в первом аккумуляторе не достигнет первого минимального уровня. Если количество энергии в первом аккумуляторе находится на первом минимальном уровне, и текущая потребность нагрузки в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником энергии, то осуществляется подача энергии в нагрузку из второго аккумулятора, пока количество энергии во втором аккумуляторе не достигнет второго минимального уровня.

[0007] В изобретении также предлагается система обеспечения мощности в нагрузке. Система содержит источник энергии, первый аккумулятор, второй аккумулятор и контроллер потоков энергии. Источник энергии вырабатывает энергию, и первый и второй аккумуляторы выборочно аккумулируют энергию, поступающую из источника энергии, и выборочно отдают ее в нагрузку. Контроллер потоков энергии содержит устройство контроля мощности, устройство контроля первого уровня энергии, устройство контроля второго уровня энергии, преобразователь энергии и контроллер. Устройство контроля мощности осуществляет контроль разницы между мощностью, обеспечиваемой источником энергии, и текущей потребностью нагрузки в мощности и формирует сигнал мощности, содержащий указанную разницу. Устройство контроля первого уровня энергии осуществляет контроль уровня энергии первого аккумулятора и обеспечивает сигнал первого уровня энергии, содержащий количество энергии в первом аккумуляторе. Устройство контроля второго уровня энергии осуществляет контроль уровня энергии второго аккумулятора и обеспечивает сигнал второго уровня энергии, содержащий количество энергии во втором аккумуляторе. Преобразователь энергии реагирует на сигнал аккумулирования, поступающий из контроллера, для выборочного преобразования энергии источника в энергию для первого и/или второго аккумулятора и на сигнал коммутации, поступающий из контроллера, для направления преобразованной энергии в первый и/или второй аккумулятор. Контроллер определяет по сигналу мощности, что мощность, обеспечиваемая источником энергии, превышает текущую потребность нагрузки в мощности, и обеспечивает сигнал аккумулирования в преобразователь энергии, так что та энергия, обеспечиваемая источником энергии, которая превышает потребность нагрузки, будет аккумулироваться в первом аккумуляторе, пока сигнал первого уровня энергии не покажет, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого максимального уровня. Если сигнал первого уровня энергии показывает, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого максимального уровня, то контроллер изменяет сигнал коммутации таким образом, чтобы преобразователь энергии направлял энергию, превышающую текущую потребность нагрузки, во второй аккумулятор, пока сигнал второго уровня энергии не покажет, что количество энергии во втором аккумуляторе достигло второго максимального уровня.

[0006] В настоящем изобретении также предлагается другой способ стабилизации мощности, обеспечиваемой в нагрузке источником энергии. В этом способе, когда мощность, производимая источником энергии, превышает текущую потребность нагрузки в мощности в течение первого заданного временного интервала, избыточная энергия аккумулируется в первом аккумуляторе, пока количество энергии в этом аккумуляторе не достигнет первого максимального уровня. Во втором аккумуляторе аккумулируется энергия, производимая источником энергии, когда она превышает текущую потребность нагрузки в мощности, и когда она продолжает превышать потребность нагрузки в мощности после истечения первого заданного временного интервала, или когда количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого максимального уровня, пока количество энергии во втором аккумуляторе не достигнет второго максимального уровня. В одном из вариантов осуществления изобретения стабилизация мощности, обеспечиваемой в нагрузке источником энергии, включает обеспечение энергии из первого аккумулятора в нагрузке в течение второго заданного временного интервала, после того как текущая потребность нагрузки в мощности превысит мощность, обеспечиваемую источником энергии, пока количество энергии в первом аккумуляторе не достигнет первого минимального уровня. Подача энергии в нагрузку из второго аккумулятора осуществляется, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником энергии, по истечении второго заданного временного интервала, или когда количество энергии в первом аккумуляторе достигнет первого максимального уровня, пока количество энергии во втором аккумуляторе не достигнет второго минимального уровня.

[0009] В изобретении также предлагается другая система обеспечения мощности в нагрузке. Система содержит источник энергии, первый аккумулятор, второй аккумулятор и контроллер потоков энергии. Источник энергии вырабатывает энергию, и первый и второй аккумуляторы выборочно аккумулируют энергию, поступающую из источника энергии, и выборочно отдают ее в нагрузку. Контроллер потоков энергии содержит устройство контроля мощности, устройство контроля первого уровня энергии, устройство контроля второго уровня энергии, преобразователь энергии и контроллер. Устройство контроля мощности осуществляет контроль разницы между мощностью, обеспечиваемой источником энергии, и текущей потребностью нагрузки в мощности и формирует сигнал мощности, содержащий указанную разницу. Устройство контроля первого уровня энергии осуществляет контроль уровня энергии первого аккумулятора и обеспечивает сигнал первого уровня энергии, содержащий количество энергии в первом аккумуляторе. Устройство контроля второго уровня энергии осуществляет контроль уровня энергии второго аккумулятора и обеспечивает сигнал второго уровня энергии, содержащий количество энергии во втором аккумуляторе. Преобразователь энергии реагирует на сигнал аккумулирования, поступающий из контроллера, для выборочного преобразования энергии источника в энергию первого и/или второго аккумулятора и на сигнал коммутации, поступающий из контроллера, для направления преобразованной энергии в первый и/или второй аккумулятор. Контроллер определяет по сигналу мощности, что мощность, обеспечиваемая источником энергии, превышает текущую потребность нагрузки в мощности, и обеспечивает сигнал аккумулирования в преобразователь энергии, так что та энергия, обеспечиваемая источником энергии, которая превышает потребность нагрузки, будет аккумулироваться в первом аккумуляторе в течение первого заданного временного интервала, пока сигнал первого уровня энергии не покажет, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого максимального уровня. Если сигнал первого уровня энергии показывает, что количество энергии в первом аккумуляторе достигло первого максимального уровня, или же мощность, обеспечиваемая источником энергии, продолжает превышать текущую потребность нагрузки в мощности по истечении первого заданного временного интервала, то контроллер изменяет сигнал коммутации, так чтобы преобразователь энергии направлял энергию, превышающую текущую потребность нагрузки, во второй аккумулятор, пока сигнал второго уровня энергии не покажет, что количество энергии во втором аккумуляторе достигло второго максимального уровня.

[0010] В настоящем изобретении предлагается еще один способ стабилизации мощности, обеспечиваемой в нагрузке источником энергии. Когда мощность, обеспечиваемая источником энергии, превышает текущую потребность нагрузки в мощности, осуществляется аккумулирование этой избыточной энергии в первом аккумуляторе до пороговой величины скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора. Если источник энергии обеспечивает мощность, которая превышает сумму текущей потребности нагрузки в мощности и пороговой величины скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора, то избыточная энергия аккумулируется во втором аккумуляторе. В одном из вариантов обеспечивается подача энергии из первого аккумулятора в нагрузку, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником энергии, до пороговой величины скорости разряда первого аккумулятора. Подача энергии в нагрузку из второго аккумулятора осуществляется, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает сумму мощности, обеспечиваемой источником энергии, и пороговой величины скорости разряда первого аккумулятора, до пороговой величины скорости разряда второго аккумулятора.

[0011] В настоящем изобретении предлагается еще один способ стабилизации мощности, обеспечиваемой в нагрузке источником энергии. Когда мощность, обеспечиваемая источником энергии, превышает текущую потребность нагрузки в мощности, осуществляется аккумулирование этой избыточной энергии в первом аккумуляторе, пока мощность, превышающая текущую потребность нагрузки в мощности, не превышает пороговой величины скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора. Если энергия, вырабатываемая источником энергии, превышает текущую потребность нагрузки, то она будет аккумулироваться во втором аккумуляторе в том случае, когда мощность, превышающая текущую потребность нагрузки в мощности, превышает пороговую величину скорости аккумулирования энергии первого аккумулятора. В одном из вариантов подача энергии из первого аккумулятора в нагрузку осуществляется, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником энергии, и разница между текущей потребностью нагрузки в мощности и мощностью, обеспечиваемой источником энергии, меньше пороговой величины скорости разряда первого аккумулятора. Подача энергии в нагрузку из второго аккумулятора осуществляется в том случае, когда разница между текущей потребностью нагрузки в мощности и мощностью, обеспечиваемой источником энергии, превышает пороговую величину скорости разряда первого аккумулятора.

[0012] Один или несколько дополнительных признаков, описанных ниже, могут быть введены в вышеприведенные варианты осуществления изобретения без выхода за пределы его объема.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0013] Фигура 1 - блок-схема одного из вариантов системы, предлагаемой в изобретении, для стабилизации уровня мощности, передаваемой в нагрузку, причем система содержит возобновляемый источник энергии, преобразователь энергии, линии передачи, контроллер потоков энергии и гибридную систему аккумулирования энергии.

[0014] Фигура 2 - блок-схема конфигурации системы, представленной на фигуре 1, в которой контроллер потоков энергии выполняет функции управления измерениями и аккумулированием энергии.

[0015] Фигура 3 - блок-схема конфигурации системы, представленной на фигуре 1, в которой компоненты преобразователя энергии связаны с каждым аккумулятором.

[0016] Фигура 4 - блок-схема конфигурации системы, представленной на фигуре 2, в которой контроллер потоков энергии содержит аналогово-цифровой преобразователь, таймер, центральный процессор и устройство обмена информацией.

[0017] Фигура 5 - блок-схема алгоритма осуществления способа применения и управления гибридной системой аккумулирования энергии в соответствии с различными вариантами.

[0018] Фигура 6 - блок-схема другого варианта системы стабилизации мощности, подаваемой источником энергии в нагрузку.

[0019] Фигура 7 - блок-схема системы, представленной на фигуре 6, с детализацией устройства контроллера потоков мощности.

[0020] Фигура 8 - блок-схема алгоритма осуществления одного из вариантов способа выбора аккумулятора для аккумулирования мощности, обеспечиваемой источником энергии, которая превышает текущую потребность нагрузки в мощности, в зависимости от уровня мощности и емкости аккумуляторов.

[0021] Фигура 9 - блок-схема алгоритма осуществления другого варианта способа выбора аккумулятора для аккумулирования мощности, обеспечиваемой источником энергии, которая превышает текущую потребность нагрузки в мощности, в зависимости от продолжительности ситуации, когда источник вырабатывает мощность, которая превышает текущую потребность нагрузки.

[0022] Фигура 10 - блок-схема алгоритма осуществления одного из вариантов способа выбора аккумулятора для отдачи аккумулированной энергии в нагрузку в зависимости от количества энергии в аккумуляторах и их емкости.

[0023] Фигура 11 - блок-схема алгоритма осуществления одного из вариантов способа выбора аккумулятора для отдачи энергии в нагрузку в зависимости от продолжительности ситуации, когда текущая потребность нагрузки в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником энергии.

[0024] Фигура 12 - блок-схема алгоритма осуществления одного из вариантов способа аккумулирования энергии, обеспечиваемой источником энергии, когда мощность источника превышает текущую потребность нагрузки в мощности, в зависимости от пороговой величины скорости аккумулирования энергии в аккумуляторе.

[0025] Фигура 13 - блок-схема алгоритма осуществления другого варианта способа выбора аккумулятора для аккумулирования энергии, обеспечиваемой источником энергии, когда мощность источника энергии превышает текущую потребность нагрузки в мощности, в зависимости от пороговой величины скорости аккумулирования энергии в аккумуляторе.

[0026] Фигура 14 - блок-схема одного из вариантов осуществления способа выравнивания аккумулированной энергии между несколькими аккумуляторами.

[0027] Фигура 15 - блок-схема одного из вариантов системы стабилизации мощности, передаваемой из источника энергии в нагрузку.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0028] Настоящее описание никоим образом не должно рассматриваться как ограничивающее его объем или области применения. Нижеприведенное описание предназначено для ясной и понятной иллюстрации различных вариантов осуществления изобретения. Как это станет понятно, в способы, структуры, устройства, системы, компоненты и композиции, описанные в этих вариантах, могут быть внесены различные изменения без выхода за пределы объема и сущности изобретения.

[0029] Термин "возобновляемая энергия", используемый в настоящем описании, относится к энергии, которую получают из природных источников, которые не истощаются при извлечении из них этой энергии. Примерами возобновляемых источников энергии являются ветер, солнце, источники гидроэлектроэнергии, биомасса и геотермальные источники. Как можно будет видеть из нижеприведенного подробного описания, в настоящем изобретении предлагаются различные варианты систем и способов интегрирования возобновляемых источников энергии в существующие электрические системы.

[0030] Различные варианты осуществления изобретения включают устройства для быстрого и четкого определения неисправности возобновляемого источника или линий передачи энергии для предотвращения нарушения подачи электроэнергии потребителям или ослабления последствий такого нарушения. Для оптимального управления, выбора, коммутации, синхронизации и других функций, необходимых для выбора и использования одного из нескольких имеющихся различных аккумуляторов для подачи энергии потребителю могут использоваться измерения физических характеристик, а также методы вероятностного и/или адаптивного управления. Например, может измеряться напряжение на аккумуляторе для определения состояния заряда или количества энергии в этом аккумуляторе. Кроме того, для определения состояния заряда или количества энергии в аккумуляторе может использоваться несколько различных физических параметров, таких как температура, предельное количество циклов заряда-разряда и напряжение.

[0031] Термин "гибридная система аккумулирования энергии", как он используется в настоящем описании, относится к одному или к нескольким аккумуляторам, соединенным между собой (например, к группе аккумуляторов, соединенных последовательно или параллельно), которые аккумулируют энергию в различных формах и различными способами для ее последующего высвобождения. Примеры аккумуляторов, подходящих для использования в гибридных устройствах аккумулирования энергии, включают электрохимические элементы, батареи, топливные элементы, конденсаторы, резервуары со сжатым воздухом, маховики, гидроаккумулирующие системы, электрохимические элементы с прокачкой электролита (flow batteries), термальные системы аккумулирования энергии и им подобные устройства. Специалисту в данной области будет понятно, что аккумуляторы разных типов имеют разные характеристики, подходящие для формирования гибридных систем аккумулирования энергии, составленных из группы таких аккумуляторов. Например, литиевые или литий-ионные батареи сравнительно дороги, хотя характеризуются относительно высокой плотностью энергии и имеют достаточно большой срок службы. Аналогично, маховики обычно имеют большой срок службы, но характеризуются сравнительно высокой скоростью саморазряда. Напротив, напротив свинцово-кислотные батареи имеют сравнительно невысокую удельную стоимость (стоимость единицы заряда), однако характеризуются невысокой плотностью энергии и имеют небольшой срок службы. Натрий-серные батареи характеризуются хорошим балансом между плотностью энергии и сроком службы. При разработке гибридной системы аккумулирования энергии имеющиеся аккумуляторы могут комбинироваться в различных соотношениях для достижения целей такой гибридной системы в рамках ограничений, определяемых местоположением системы, и ее предполагаемым использованием.

[0032] Возможности некоторых гибридных устройств аккумулирования энергии могут ограничиваться местоположением системы. Например, сжатый воздух обычно требует наличия больших пещер или других подземных пустот для хранения сжатого воздуха, в то время как для гидроаккумулирующих систем требуются горы, холмы, дамбы или им подобные возвышения для использования массы и силы тяжести для аккумулирования энергии. Другие гибридные устройства аккумулирования энергии могут быть довольно компактными. Например, электрохимические элементы, батареи, маховики и топливные элементы могут быть смонтированы на грузовике для быстрой установки практически в любом месте.

[0033] В соответствии с различными вариантами осуществления изобретения гибридные системы аккумулирования энергии состоят из частей, секций или отдельных аккумуляторов, характеризующихся различными плотностями энергии. Для некоторых гибридных систем аккумулирования энергии плотность энергии - это отношение энергетической емкости к весу системы. Другие гибридные системы аккумулирования энергии лучше характеризуются отношением энергетической емкости к объему системы. Оба определения эффективны для определения плотности аккумулируемой энергии в гибридной системе.

[0034] В некоторых вариантах гибридные системы аккумулирования энергии могут содержать дополнительно части, секции или отдельные аккумуляторы, имеющие разные возможности по аккумулированию энергии. Термин "емкость" характеризует количество энергии, которое может аккумулироваться в некотором аккумуляторе или в системе аккумулирования энергии. Емкость и плотность аккумулируемой энергии могут в значительной мере определять, какое количество энергии может быть получено из некоторой гибридной системы аккумулирования энергии за определенный временной интервал.

[0035] Мощность, потребляемая нагрузкой в определенные интервалы времени, определяется несколькими факторами. Например, для жилого дома потребляемая электрическая мощность может изменяться в дневное время, а ночью она снижается, и ее изменения могут быть незначительными. Аналогично, производственному предприятию может требоваться значительно больше электрической энергии, чем жилому дому, и потребляемая мощность может быть сравнительно постоянной в течение дня. Кроме того, использование компьютера или сотового телефона может требовать меньших количеств электроэнергии и для более коротких промежутков времени. График зависимости мощности или количества электроэнергии, потребляемой некоторой нагрузкой, от времени указывается в настоящем описании как профиль ожидаемого потребления мощности нагрузкой.

[0036] Используемый в настоящем описании термин "энергия" определяется как произведение мощности на время. Оптимизация гибридной системы аккумулирования энергии для использования с источником энергии может зависеть от физических характеристик и применения нагрузки, включая (без ограничения) профиль ожидаемого потребления мощности, плотности энергии в такой гибридной системе, местоположения источника энергии, типа источника энергии, местоположения гибридной системы и возможности ее транспортировки.

[0037] Как показано на фигуре 1, система 102 возобновляемой энергии включает возобновляемый источник 104 энергии, преобразователь 106 энергии, электроэнергию 108 переменного тока, линии 110 передачи энергии, контроллер 114 потоков энергии и гибридную систему 116 аккумулирования энергии.

[0038] Система 102 возобновляемой энергии устроена таким образом, чтобы она подавала электроэнергию 108 переменного тока в нагрузку 112 от возобновляемого источника 104 энергии. Энергия, поступающая из возобновляемого источника 104 энергии, преобразуется в электроэнергию 108 переменного тока, и ее фаза и частота регулируется преобразователем 106 энергии. Электроэнергия 108 переменного тока передается в нагрузку 112 по линиям 110 передачи энергии. Нагрузка 112 может быть одиночным пользователем, потребителем, заводом, городом или электрической сетью, используемой для распределения электроэнергии для любого количества потребителей, пользователей, заводов или городов. Аналогично, нагрузка 112 может быть жилым домом или фабрикой (например, одна электрическая цепь внутри жилого помещения) или группой жилых домов или фабрик.

[0039] Если возобновляемый источник 104 энергии не вырабатывает энергию по причине погодных условий или по иной причине, то электроэнергия 118 переменного тока подается в нагрузку 112 из гибридной системы 116 аккумулирования энергии. Аналогичным образом, когда работа линии 110 электропередачи нарушается по причине погодных условий или по иной причине, электроэнергия 118 переменного тока также будет подаваться в нагрузку 112 из гибридной системы 116 аккумулирования энергии. Гибридная система 116 аккумулирования энергии может быть расположена рядом с нагрузкой 112 или на некотором расстоянии от нее. Если гибридная система 116 аккумулирования энергии находится на некотором расстоянии от нагрузки 112, то к гибридной системе 116 могут быть подсоединены линии 110 электропередачи для передачи электроэнергии 118 переменного тока в нагрузку 112, или же может использоваться другое средство передачи электроэнергии. После расходования всей энергии, имеющейся в гибридной системе 116 аккумулирования энергии, подача электроэнергии 118 переменного тока в нагрузку 112 прекращается, пока запасы энергии в гибридной системе 116 не будут пополнены. Энергия может направляться в гибридную систему 116 аккумулирования энергии контроллером 114 потоков энергии из возобновляемого источника 104 энергии или из какого-либо другого источника (не показан) под управлением контроллером 114.

[0040] На фигуре 2 представлена более подробная блок-схема системы 102 возобновляемой энергии, на которой показано, что контроллер 114 потоков энергии содержит измерительный блок 120 и блок 122 управления аккумулированием энергии. В рассматриваемом варианте контроллер 114 содержит измерительный блок 120 и блок 122 управления аккумулированием энергии для измерения, вычисления, реагирования и управления в случаях отказа возобновляемого источника 104 энергии и/или линий 110 передачи электроэнергии.

[0041] Измерительный блок 120 может быть устроен таким образом, чтобы он обеспечивал определение выходной мощности, обеспечиваемой возобновляемым источником 104 энергии, и/или отказа линий 110 электропередачи путем измерения одного или нескольких физических характеристик возобновляемого источника 104 энергии и/или линий 110. Эти физические характеристики включают (без ограничения) напряжение, ток, время, температуру и механическое напряжение.

[0042] Для обеспечения точных измерений физических характеристик может использоваться непосредственный физический контакт между измерительным блоком 120 и возобновляемым источником 104 энергии и/или линиями 110 электропередачи. Например, для измерения напряжения может использоваться непосредственное соединение щупа(ов) вольтметра с возобновляемым источником 104 и/или линиями 110 электропередачи, а для измерения температуры может использоваться непосредственный физический контакт термистора или термометра с указанными компонентами. Способы измерения с использованием непосредственного физического контакта включают (без ограничения) аналоговые, цифровые и/или другие способы сравнения.

[0043] Для измерения физических характеристик, относящихся к возобновляемому источнику 104 энергии и/или к линиям 110 передачи энергии, также могут использоваться косвенные способы. Например, измерение физических характеристик может быть невозможно с использованием способов прямого измерения, поскольку возобновляемый источник 104 энергии и/или линии 110 передачи могут быть закрытыми компонентами или находиться в удаленном (или недоступном) месте. Способы косвенного измерения могут включать, например, индуктивную связь, емкостную связь и оптическую связь.

[0044] Блок управления 122 аккумулированием энергии может быть реализован с использованием аппаратных средств, программных средств или их сочетаний. Блок управления 122 аккумулированием энергии может быть программируемым устройством и может получать информацию от измерительного блока 120. Блок управления 122 аккумулированием энергии может осуществлять логическую обработку входных сигналов, например, сигналов, полученных из измерительного блока 120, и может формировать выходные сигналы для использования в системе, включая подачу энергии в гибридную систему 116 аккумулирования энергии. Блок управления 122 аккумулированием энергии может использовать вероятностные и/или адаптивные способы управления (то есть, обучающиеся алгоритмы) для обеспечения оптимального управления, выбора, коммутации, синхронизации и любых других функций, необходимых для выбора и использования одного из нескольких различных аккумуляторов, которые обеспечивают аккумулирование ее и ее отдачу в форме электроэнергии переменного тока в нагрузку 112.

[0045] На фигуре 3 представлена более подробная блок-схема системы 102 возобновляемой энергии, на которой иллюстрируется более подробно схема гибридной системы 116 аккумулирования энергии. В иллюстративном варианте, представленном на фигуре 3, гибридная система 116 аккумулирования энергии содержит блоки 124 преобразования энергии, аккумуляторы 126 и блоки 128 преобразования энергии.

[0046] Блоки 124 преобразования энергии обеспечивают преобразование электроэнергии переменного тока в форму энергии, подходящую для аккумулирования соответствующей аккумулирующей средой или аккумулятором. Блоки 124 преобразования энергии могут обеспечивать пополнение энергии в аккумуляторах 126 после их полного разряда или же при любом уровне заряда. Различные компоненты могут обеспечивать системы и способы преобразования энергии для аккумулирования в аккумуляторах 126. Например, электроэнергия переменного тока может использоваться для привода воздушного компрессора для получения сжатого воздуха, который закачивается в пещеру или в резервуар. Кроме того, электроэнергия может, например, использоваться в зарядном устройстве для аккумуляторных батарей, в зарядном генераторе или в другой электрической машине, предназначенной для зарядки электрохимического элемента или батареи.

[0047] Аккумуляторы 126 запасают или аккумулируют энергию, обеспечиваемую блоками 124 преобразования энергии, для последующей отдачи аккумулированной энергии в блоки 128 преобразования энергии, так что эта энергия может быть подана из блоков 128 в нагрузку 112 в форме электроэнергии переменного тока. Например, первый аккумулятор может быть электрохимическим элементом, электрохимической батареей или группой таких устройств, второй аккумулятор может быть группой топливных элементов, и третий аккумулятор может быть гидроаккумулирующим устройством. Количество и типы носителей энергии в аккумуляторах 126 могут зависеть от конфигурации и местонахождения системы 102 возобновляемой энергии, требуемой емкости и плотности энергии этой системы. Специалисту в данной области технике будет понятно, что факторы, учитываемые в первую очередь при конструировании системы 102, могут меняться от одной системы к другой. Например, в одной системе 102 возобновляемой энергии могут использоваться два разных носителя энергии в аккумуляторах 126, в то время как в аккумуляторах 126 другой системы 102 может использоваться четыре разных носителя энергии. В общем случае аккумуляторы выбирают таким образом, чтобы минимизировались общие эксплуатационные расходы гибридной системы аккумулирования энергии. Общие эксплуатационные расходы включают начальные затраты на приобретение материалов, стоимость установки и технического обслуживания в течение всего срока службы такой гибридной системы аккумулирования энергии. В одном из вариантов гибридной системы аккумулирования энергии, которую легко можно расширять, 10% аккумулируемой энергии обеспечивается литий-ионной батареей, 30% обеспечивается натрий-серной батареей и 60% обеспечивается свинцово-кислотной батареей. Литий-ионная батарея используется для большинства циклов (то есть, аккумулирование или разряд для стабилизации мощности, обеспечиваемой источником 104 энергии для нагрузки 112) ввиду ее длительного срока службы (большое число циклов заряда-разряда) и высокой стоимости для заданной емкости. Натрий-серная батарея используется для более длительных и более глубоких циклов ввиду сбалансированности ее срока службы и стоимости аккумулируемого заряда. Свинцово-кислотная батарея используется для очень длительных циклов ввиду ее невысокого срока службы и низкой стоимости аккумулируемого заряда. Объединяя достоинства таких различных типов аккумуляторов, используемых в разных соотношениях, можно снизить затраты на приобретение материалов и на установку, а также расходы на техническое обслуживание, и общий срок службы может максимизирован в условиях ограничений, действующих в конкретной системе.

[0048] Блоки 128 преобразования энергии преобразуют энергию, накопленную в аккумуляторах 126, в электрическую энергию 118 переменного тока для передачи в нагрузку 112. В общем случае, энергия, накопленная в гибридной системе 116 аккумулирования энергии, находится в форме, не подходящей для использования в электрической сети (например, для передачи по линиям 110), или же если это электрическая энергия, то ее фаза или частота могут не подходить для использования потребителем. Для преобразования энергии, содержащейся в некотором носителе аккумулятора, в электрическую энергию 118 переменного тока для передачи в нагрузку 112 используются различные системы и способы. Например, высвобождение энергии из водоема гидроаккумулирующей системы включает выпуск воды из водоема и обеспечение ее прохождения под действием силы тяжести через турбину, которая вращает электрический генератор, вырабатывающий электроэнергию 118 переменного тока. В одном из вариантов осуществления изобретения эта система также содержит устройство корректировки фазы и частоты электроэнергии 118 переменного тока в соответствии с ранее используемыми величинами для подачи в нагрузку 112. В другом варианте в качестве источника энергии для блока преобразования энергии, вырабатывающего электроэнергию 118, может быть топливный элемент. В другом варианте блок преобразования энергии обеспечивает преобразование в электроэнергию 118 переменного тока энергии, вырабатываемой электрохимическим элементом.

[0049] На фигуре 4 приведена более подробная схема блока 122 управления аккумулированием энергии, который содержит различные функциональные компоненты, такие как аналогово-цифровой преобразователь 130, таймер 132, центральный процессор (ЦП) 134 и блок 136 обмена информацией.

[0050] Компоненты блока 122 управления аккумулированием энергии могут быть реализованы с использованием аппаратных средств, программных средств или их сочетаний. Для обеспечения оптимального управления, выбора, коммутации, синхронизации и любых других функций, необходимых для выбора и использования одного из нескольких различных аккумуляторов 126, которые обеспечивают энергию для ее преобразования в электроэнергию 118 переменного тока для передачи в нагрузку 112, могут использоваться вероятностные и/или адаптивные методы управления. Кроме того, поступающая электроэнергия переменного тока передается в гибридную систему 116 аккумулирования энергии для пополнения и поддержания необходимых или оптимальных уровней энергии в аккумуляторах 126. Блок 122 управления аккумулированием энергии может выполнять и другие функции без выхода за пределы объема настоящего изобретения, например функцию равномерного распределения энергии между аккумуляторами 126.

[0051] Обмен информацией и управление компонентами системы 102 может осуществляться с использованием подходящих средств связи, таких как, например, телефонная сеть, интрасеть, расширенная интрасеть, Интернет, терминалы, например терминалы точек продаж, карманные цифровые устройства (например, Palm Pilot®, Blackberry®, сотовый телефон, терминал и т.п.), средства связи в режиме реального времени, спутниковые средства связи, средства связи с задержками (не в режиме реального времени), беспроводные средства связи, средства связи с ретрансляторами, локальная вычислительная сеть, глобальная вычислительная сеть, виртуальная частная сеть, сетевые или непосредственно подсоединенные устройства, клавиатура мышь и/или другие подходящие средства обмена информацией или ввода данных. Коммуникационные протоколы обмена информацией между компонентами могут предусматривать как последовательную, так и параллельную передачу данных.

[0052] На фигуре 5 иллюстрируется способ 500 использования носителей, обеспечивающих аккумулирование энергии, и аккумуляторов с различной емкостью для стабилизации мощности, обеспечиваемой возобновляемым источником энергии. На стадии 138 ЦП 134 определяет работоспособность возобновляемого источника 104 энергии. Если возобновляемый источник энергии неработоспособен, то ЦП 134 на стадии 150 выбирает аккумулятор или гибридную систему аккумулирования энергии для подачи энергии для преобразования в электроэнергию переменного тока на стадии 152. На стадии 148 электроэнергия переменного тока, полученная на стадии 152, передается в нагрузку 112. Если на стадии 138 определяется, что возобновляемый источник энергии работоспособен, то на стадии 140 возобновляемая энергия преобразуется в электроэнергию переменного тока. На стадии 142 ЦП 134 определяет необходимость пополнения энергии в гибридной системе 116 аккумулирования энергии. Если гибридная система 116 аккумулирования энергии нуждается в пополнении энергией, то электроэнергия переменного тока подается на стадии 144 в гибридную систему 116, и ЦП 134 переходит на стадию 146. Если гибридная система 116 аккумулирования энергии не нуждается в пополнении энергией, то осуществляется переход со стадии 142 на стадию 146. На стадии 146 ЦП 134 определяет работоспособность линии 110 передачи энергии. Если линия 110 передачи неработоспособна, то ЦП 134 переходит на стадию 150, на которой выбирается оптимальный аккумулятор. Если на стадии 146 определяется, что линия 110 передачи энергии работоспособна, то электроэнергия переменного тока передается на стадии 148 в нагрузку 122 из оптимального аккумулятора через соответствующий блок преобразования энергии.

[0053] Необходимо понимать, что вышеописанный способ может представлять собой замкнутый контур и быть итеративным, и он может содержать дополнительные стадии без выхода за пределы объема изобретения. Для содействия выполнению функций измерения, управления и обмена информацией внутри системы 102 возобновляемой энергии в блоке 114 управления потоками энергии используются различные функциональные компоненты, такие как аналогово-цифровой преобразователь 130, таймер 132, центральный процессор (ЦП) 134 и блок 136 обмена информацией.

[0054] На фигуре 6 представлена блок-схема системы 600, передающей энергию в нагрузку 602. Система 600 содержит источник 604 энергии, контроллер 606 потоков энергии, первый аккумулятор 608 и второй аккумулятор 610. Первый аккумулятор 608 и второй аккумулятор 610 составляют гибридную систему 612 аккумулирования энергии. Источник 604 энергии может быть возобновляемым источником энергии, таким как ветровая турбина или солнечная панель, обеспечивающие изменяющуюся выходную мощность, или невозобновляемым источником энергии, таким как газовая турбина, которая обеспечивает на выходе сравнительно постоянную мощность. В любом случае текущая потребность нагрузки 602 в мощности изменяется, и контроллер 606 потоков энергии выборочно аккумулирует энергию в аккумуляторах и обеспечивает передачу энергии из них в соответствии с текущей потребностью нагрузки 602 в мощности.

[0055] Специалисту в данной области техники будет понятно, что контроллер 606 потоков энергии может напрямую подключать источник 604 энергии к нагрузке 602 и выборочно аккумулировать и передавать энергию для этого подключения, или же контроллер 606 может содержать устройства корректировки фазы, частоты и амплитуды, необходимой для подключения источника 604 энергии к нагрузке 602. Кроме того, в одном из вариантов контроллер 606 потоков энергии управляет несколькими источниками энергии для обеспечения текущей потребности нагрузки 602 в мощности. Например, в одном из вариантов к нагрузке 602 напрямую подсоединяется газовая турбина, а ветровая турбина подсоединяется к нагрузке 602 через контроллер 606 потоков энергии, который выборочно аккумулирует энергию, получаемую от ветровой турбины и газовой турбины, в зависимости от мощности, передаваемой каждым источником энергии, и от текущей потребности нагрузки 602 в мощности. Специалисту в данной области техники также будет понятно, что система 600 может содержать любое количество и любые типы вышеописанных источников энергии и аккумуляторов. В одном из вариантов первый аккумулятор является литиевым электрохимическим элементом, емкость которого составляет 10% от общей емкости всех аккумуляторов, второй аккумулятор является натрий-серным или никель-кадмиевым электрохимическим элементом, емкость которого составляет 30% от общей емкости всех аккумуляторов, и третий аккумулятор является свинцово-кислотным электрохимическим элементом, емкость которого составляет 60% от общей емкости всех аккумуляторов.

[0056] Как показано на фигуре 7, контроллер 606 потоков энергии содержит преобразователь 702 энергии, контроллер 704, устройство 706 контроля мощности, устройство 708 контроля первого уровня энергии и устройство 710 контроля второго уровня энергии. Преобразователь 702 энергии получает энергию из источника 604 энергии и преобразует ее для аккумулирования либо в первом аккумуляторе 608, либо во второй аккумуляторе 610, или же передает энергию в нагрузку 602. В одном из вариантов по меньшей мере один из аккумуляторов 608, 610 является электрохимическим элементом, и преобразователь 702 содержит выпрямитель для преобразования энергии от источника 604 в энергию, которая может аккумулироваться по меньшей мере в одном из аккумуляторов 608, 610, и обратный преобразователь для преобразования энергии, поступающей по меньшей мере от одного из аккумуляторов 608, 610, в энергию, подходящую для нагрузки 602. Дополнительно преобразователь энергии корректирует амплитуду, частоту и фазу тока, передаваемого в нагрузку 602. Преобразователь энергии также преобразует энергию, накопленную в первом аккумуляторе 608 и во втором аккумуляторе 610, в энергию, подходящую для использования в нагрузке 602. Дополнительно преобразователь энергии содержит матричный коммутатор или группу преобразователей энергии для передачи энергии между аккумуляторами (то есть, между первым 608 и вторым 610 аккумуляторами). В одном из вариантов аккумуляторы 608, 610 содержат компоненты преобразователя энергии для преобразования накопленной в аккумуляторах энергии в форму, подходящую для преобразователя 702 энергии.

[0057] Устройства 706, 708, 710 контроля или датчики обеспечивают сигналы, указывающие контроллеру 704 на определенные состояния. Устройство 706 контроля мощности (то есть, датчик мощности) обеспечивает сигнал, указывающий контроллеру 704 текущее потребление мощности нагрузкой 602. В одном из вариантов сигнал мощности указывает разницу между мощностью, обеспечиваемой источником 604 энергии, и текущим потреблением мощности нагрузкой 602. В другом варианте сигнал мощности указывает напряжение на нагрузке 602. Устройство 708 первого уровня энергии обеспечивает в контроллере 704 сигнал первого уровня энергии, указывающий количество энергии в первом аккумуляторе 608. Устройство 710 второго уровня энергии обеспечивает в контроллере 704 сигнал второго уровня энергии, указывающий количество энергии во втором аккумуляторе 610. В одном из вариантов сигналы первого и второго уровней энергии указывают напряжение на соответствующем аккумуляторе. В другом варианте сигналы первого и второго уровней указывают на состояние заряда соответствующего аккумулятора, определяемое в соответствии по меньшей мере с одним из следующих параметров: напряжение, емкость, температура, механическое напряжение и ток соответствующего аккумулятора.

[0058] Контроллер 704 в соответствии с сигналом мощности, с сигналами первого и второго уровней энергии передает в преобразователь 702 сигналы управления для выборочного отбора и/или аккумулирования энергии в каждом из аккумуляторов (например, в первом 608 и втором 610 аккумуляторах). В одном из вариантов контроллер 704 управляет преобразователем 702 энергии путем выборочной передачей в него сигнала аккумулирования, сигнала коммутации, сигнала разряда, первого сигнала передачи и второго сигнала передачи. Специалист в данной области техники может понять, что эти сигналы могут передаваться с использованием системы параллельной или последовательной передачи данных. Каждый сигнал может быть передан по выделенной линии в преобразователь 702 энергии, или же сигналы могут быть переданы в преобразователь 702 энергии как набор состояний сигналов в составе пакета информации при последовательной передаче данных. Преобразователь 702 энергии по сигналу аккумулирования энергии обеспечивает аккумулирование энергии, обеспечиваемой источником 604 энергии, по меньшей мере в одном из аккумуляторов 608, 610. Преобразователь 702 энергии по сигналу коммутации обеспечивает срабатывание матричного коммутатора аккумуляторов внутри преобразователя 702 энергии для направления энергии, подлежащей аккумулированию, по меньшей мере в один аккумулятор, заданный контроллером 704, или определение аккумулятора, из которого должна извлекаться энергия для преобразования и подачи в нагрузку 602. Преобразователь 702 энергии по сигналу разряда обеспечивает извлечение энергии по меньшей мере из одного из аккумуляторов 608, 610, преобразование извлеченной энергии обеспечения мощности, необходимой в нагрузке 602, и передачу мощности в нагрузку. Преобразователь 702 энергии по первому сигналу передачи обеспечивает передачу энергии из первого аккумулятора 608 во второй аккумулятор 610. Преобразователь 702 энергии по второму сигналу передачи обеспечивает передачу энергии из второго аккумулятора 610 в первый аккумулятор 608.

[0059] На фигуре 8 представлена схема способа выбора аккумулятора для аккумулирования энергии, обеспечиваемой источником 604 энергии, которая превышает текущую потребность нагрузки 602 в мощности, причем осуществление способа начинается на стадии 802. На стадии 804 контроллер 704 определяет, превышает ли мощность, обеспечиваемая источником 604 энергии, текущую потребность нагрузки 602 в мощности. Если мощность, обеспечиваемая источником 604 энергии, не превышает текущую потребность нагрузки 602 в мощности, то выполнение способа заканчивается на стадии 806. Если мощность, обеспечиваемая источником 604 энергии, превышает текущую потребность нагрузки 602 в мощности, то контроллер 704 определяет на стадии 808 готовность первого аккумулятора 608. В одном из вариантов определение готовности первого аккумулятора 608 включает по меньшей мере одно из следующих действий: определение достижения количеством энергии в первом аккумуляторе 608 максимального порогового уровня для первого аккумулятора 608, определение превышения температурой первого аккумулятора 608 заданного максимального значения, определение превышения числа циклов заряда-разряда первого аккумулятора 608 заданного предельного количества циклов, определение падения эффективности разряда первого аккумулятора 608 ниже заданного минимального значения, и определение превышения механического напряжения в первом аккумуляторе 608 заданного предельного значения. Если ни одно из этих неблагоприятных условий для первого аккумулятора 608 не выполняется (или условие не проверяется), то контроллер определяет, что первый аккумулятор 608 находится в состоянии готовности, и переходит на стадии 810 аккумулирования энергии в первом аккумуляторе, после чего следует возвращение на стадию 804. Если первый аккумулятор 608 находится в состоянии неготовности, то контроллер 704 переходит на стадии 812 к определению готовности второго аккумулятора 610. В одном из вариантов вторым аккумулятором 610 является натрий-серный электрохимический элемент, и его готовность определяется путем проверки условий, аналогичных условиям для первого аккумулятора 608. Если на стадии 812 определяется, что второй аккумулятор находится в состоянии готовности, то контроллер на стадии 814 передает в преобразователь 702 энергии команду на аккумулирование энергии во втором аккумуляторе 610, после чего следует переход на стадию 804. Если на стадии 812 определяется, что второй аккумулятор 610 находится в состоянии неготовности, то контроллер 704 переходит на стадию 806 (конец). Дополнительно контроллер 704 может передать команду в преобразователь 702 энергии на уменьшение потока энергии из источника 604 в нагрузку 602 для ее защиты от избыточной мощности. Специалисту в данной области техники будет понятно, что контроллер 704 может быть устроен таким образом, чтобы он мгновенно прерывал выполнение способа, схема которого представлена на фигуре 8, если текущая потребность нагрузки 602 в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником 604 энергии.

[0060] На фигуре 9 представлена схема способа выбора аккумулятора для аккумулирования энергии, обеспечиваемой источником 604 энергии, которая превышает текущую потребность нагрузки 602 в мощности, причем осуществление способа начинается на стадии 902. На стадии 904 контроллер 704 определяет, превышает ли мощность, обеспечиваемая источником 604 энергии, текущую потребность нагрузки 602 в мощности. Если мощность, обеспечиваемая источником 604 энергии, не превышает текущей потребности нагрузки 602 в мощности, то выполнение способа заканчивается на стадии 906. Если мощность, обеспечиваемая источником 604 энергии, превышает текущую потребность нагрузки 602 в мощности, то контроллер 704 определяет на стадии 908 готовность аккумулятора 608. Если контроллер 704 определяет на стадии 908, что первый аккумулятор 608 находится в состоянии готовности, то контроллер переходит на стадию 910 аккумулирования энергии в первом аккумуляторе и затем переходит на стадию 912. На стадии 912 контроллер 704 определяет, аккумулируется ли уже энергия в первом аккумуляторе в течение первого заданного временного интервала. Если время аккумулирования энергии в первом аккумуляторе 608 не превышает первого заданного временного интервала, то контроллер 704 возвращается на стадию 912. В противном случае, то есть, если энергия аккумулируется в первом аккумуляторе 608 уже в течение первого заданного временного интервала, контроллер 704 переходит на стадию 914 определения готовности второго аккумулятора. Аналогично, если контроллер 704 определяет на стадии 908, что первый аккумулятор 608 находится в состоянии неготовности, то следует переход на стадию 914. На стадии 914 контроллер 704 определяет готовность второго аккумулятора 610. Если на стадии 914 определяется, что второй аккумулятор 610 находится в состоянии готовности, то контроллер 704 на стадии 916 передает в преобразователь 702 энергии команду на аккумулирование энергии во втором аккумуляторе 610, после чего следует переход на стадию 904. Если на стадии 914 определяется, что второй аккумулятор 610 находится в состоянии неготовности, то контроллер 704 переходит на стадию 906 (конец). Дополнительно контроллер 704 может передать команду в преобразователь 702 энергии на уменьшение потока энергии из источника 604 в нагрузку 602 для ее защиты от избыточной мощности. Специалисту в данной области техники будет понятно, что контроллер 704 может быть устроен таким образом, чтобы он мгновенно прерывал выполнение способа, схема которого представлена на фигуре 9, если текущая потребность нагрузки 602 в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником 604 энергии.

[0061] Как показано на фигуре 10, блок-схема способа выбора аккумулятора для извлечения из него энергии с последующим преобразованием и передачей в нагрузку 602 начинается на стадии 1002. На стадии 1004 контроллер 704 определяет, превышает ли мощность, обеспечиваемую источником 604 энергии, текущая потребность нагрузки 602 в мощности. Если текущая потребность нагрузки 602 в мощности не превышает мощность, обеспечиваемую источником 604 энергии, следует переход на стадию 1006 (конец). Если же текущая потребность нагрузки 602 в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником 6042 энергии, то контроллер 704 переходит на стадию 1008 и определяет готовность первого аккумулятора 608. Готовность первого аккумулятора 608 для разряда определяется на основе тех же условий, которые используются для аккумулирования энергии в первом аккумуляторе 608 за исключением того, что контроллер 704 определяет достижение количеством энергии в аккумуляторе 608 первого минимального уровня вместо первого максимального уровня. Если на стадии 1008 определяется, что первый аккумулятор 608 находится в состоянии готовности, то контроллер 704 передает соответствующие команды в преобразователь 702 энергии, выполняя которые тот обеспечивает извлечение энергии из первого аккумулятора 608, преобразование энергии в форму, подходящую для нагрузки 602, и передачу на стадии 1010 преобразованной энергии в нагрузку 602. Если первый аккумулятор 608 находится в состоянии неготовности, то контроллер переходит на стадию 1012 определения готовности второго аккумулятора 610. Если второй аккумулятор 610 находится в состоянии неготовности, то следует переход на стадию 1006 (конец). Если определяется, что второй аккумулятор 610 находится в состоянии готовности, то контроллер 704 передает соответствующие команды в преобразователь 702 энергии, выполняя которые тот обеспечивает извлечение энергии из второго аккумулятора 610, преобразование энергии в форму, подходящую для нагрузки 602, и передачу на стадии 1014 преобразованной энергии в нагрузку 602. Затем контроллер 704 возвращается на стадию 1004. Специалисту в данной области техники будет понятно, что контроллер 704 может быть устроен таким образом, чтобы он мгновенно прерывал выполнение способа, схема которого представлена на фигуре 10, если мощность, обеспечиваемая источником 604 энергии, равна и/или превышает текущую потребность нагрузки 602 в мощности.

[0062] Как показано на фигуре 11, блок-схема способа выбора аккумулятора для извлечения из него энергии с последующим преобразованием и передачей в нагрузку 602 начинается на стадии 1102. На стадии 1104 контроллер 704 определяет, превышает ли мощность, обеспечиваемую источником 604 энергии, текущая потребность нагрузки 602 в мощности. Если текущая потребность нагрузки 602 в мощности не превышает мощность, обеспечиваемую источником 604 энергии, следует переход на стадию 1106 (конец). Если же текущая потребность нагрузки 602 в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником 602 энергии, то контроллер 704 переходит на стадию 1108 и определяет готовность первого аккумулятора 608. Готовность первого аккумулятора 608 для разряда определяется на основе тех же условий, которые используются для аккумулирования энергии в первом аккумуляторе 608 за исключением того, что контроллер 704 определяет достижения количеством энергии в аккумуляторе 608 первого минимального уровня вместо первого максимального уровня. Если на стадии 1108 определяется, что первый аккумулятор находится в состоянии готовности, то контроллер 704 определяет, передавалась ли энергия из первого аккумулятора в течение второго заданного временного интервала. Если на стадии 1108 контроллер 704 определяет, что первый аккумулятор 608 находится в состоянии готовности, и энергия из первого аккумулятора 608 не передавалась в нагрузку 602 в течение второго заданного временного интервала, то контроллер 704 передает соответствующие команды в преобразователь 702 энергии, выполняя которые тот обеспечивает извлечение энергии из первого аккумулятора 608, преобразование энергии в форму, подходящую для нагрузки 602, и передачу на стадии 1112 преобразованной энергии в нагрузку 602. Если же на стадии 1108 контроллер 704 определяет, что первый аккумулятор 608 находится в состоянии неготовности, или энергия из первого аккумулятора передавалась в нагрузку 602 в течение второго заданного временного интервала, то процессор 704 переходит на стадию 1114 определения готовности второго аккумулятора 610. Если второй аккумулятор 610 находится в состоянии неготовности, то следует переход на стадию 1106 (конец). Если определяется, что второй аккумулятор 610 находится в состоянии готовности, контроллер 704 передает соответствующие команды в преобразователь 702 энергии, выполняя которые тот обеспечивает извлечение энергии из второго аккумулятора 610, преобразование энергии в форму, подходящую для нагрузки 602, и передачу на стадии 1116 преобразованной энергии в нагрузку 602. Затем контроллер 704 возвращается на стадию 1104. Специалисту в данной области техники будет понятно, что контроллер 704 может быть устроен таким образом, чтобы он мгновенно прерывал выполнение способа, схема которого представлена на фигуре 11, если мощность, обеспечиваемая источником 604 энергии, равна и/или превышает текущую потребность в мощности нагрузки 602.

[0063] Как показано на фигуре 12, блок-схема способа аккумулирования энергии, обеспечиваемой источником 604 энергии, которая превышает текущую потребность в мощности нагрузки 602, начинается на стадии 1202. На стадии 1204 контроллер 704 определяет, превышает ли мощность, обеспечиваемая источником 604 энергии, текущую потребность в мощности нагрузки 602, и если не превышает, то следует переход на стадию 1206 (конец). Если мощность, обеспечиваемая источником 604 энергии, превышает текущую потребность в мощности нагрузки 602, то контроллер 704 определяет на стадии 1208 готовность первого аккумулятора 608 к аккумулированию энергии. Если первый аккумулятор 608 находится в состоянии готовности, то контроллер 704 передает соответствующие команды в преобразователь 702 энергии, выполняя которые тот обеспечивает на стадии 1210, чтобы скорость передачи энергии в первый аккумулятор 608 не превышала пороговой величины скорости аккумулирования энергии первым аккумулятором 608. На стадии 1212 контроллер 704 определяет, превышает ли разница между мощностью, обеспечиваемой источником 604 энергии, и текущей потребностью нагрузки 602 в мощности пороговую величину скорости аккумулирования энергии первым аккумулятором 608. Если разница между мощностью, обеспечиваемой источником 604 энергии, и текущей потребностью в мощности нагрузки 602 не превышает пороговую величину скорости аккумулирования энергии первым аккумулятором 608, контроллер 704 возвращается на стадию 1204. Если разница между мощностью, обеспечиваемой источником 604 энергии, и текущей потребностью в мощности нагрузки 602 превышает пороговую величину скорости аккумулирования энергии первым аккумулятором 608, то контроллер 704 на стадии 1214 проверяет готовность второго аккумулятора 610. Если второй аккумулятор 610 находится в состоянии неготовности, контроллер 704 возвращается на стадию 1204. Если второй аккумулятор 610 находится в состоянии готовности, то контроллер 704 передает соответствующие команды в преобразователь 702 энергии, выполняя которые тот обеспечивает на стадии 1216 аккумулирование во втором аккумуляторе 610 энергии, обеспечиваемой источником 604 энергии, которая превышает сумму текущей потребности в мощности нагрузки 602 и пороговой величины скорости аккумулирования первого аккумулятора 608, и контроллер 704 возвращается на стадию 1204. Специалисту в данной области техники будет понятно, что способ, схема которого приведена на фигуре 12, может также использоваться при разряде аккумуляторов 608, 610 для обеспечения соответствия выходной мощности контроллера 606 потоков энергии текущей потребности нагрузки 602 в мощности. В одном из вариантов контроллер 704 изменяет пороговую величину скорости аккумулирования для первого аккумулятора, пороговую величину скорости аккумулирования для второго аккумулятора, пороговую величину скорости разряда первого аккумулятора и пороговую величину скорости разряда второго аккумулятора в зависимости по меньшей мере от одной из следующих характеристик: охлаждающей способности и коэффициента рассеивания тепла аккумуляторов, ожидаемого характера (профиля) изменения температуры окружающего воздуха, ожидаемой потребности нагрузки в мощности, ожидаемого профиля интенсивности циклов заряда-разряда аккумуляторов и профиля производства энергии источником энергии. Контроллер 704 изменяет пороговые величины скоростей заряда и разряда аккумуляторов в зависимости от вышеуказанных характеристик, специфичных для места расположения энергетической системы, для максимизации эффективности всей системы 600. Специалисту в данной области техники будет понятно, что контроллер 704 может быть устроен таким образом, чтобы он мгновенно прерывал выполнение способа, схема которого представлена на фигуре 12, если текущая потребность нагрузки 602 в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником 604 энергии.

[0064] Как показано на фигуре 13, схема способа аккумулирования энергии, обеспечиваемой источником 604 энергии, которая превышает текущую потребность нагрузки 602 в мощности, начинается на стадии 1302. На стадии 1304 контроллер 704 определяет, превышает ли мощность, обеспечиваемая источником 604 энергии, текущую потребность нагрузки 602 в мощности, и если не превышает, то следует переход на стадию 1306 (конец). Если мощность, обеспечиваемая источником 604 энергии, превышает текущую потребность нагрузки 602 в мощности, то контроллер 704 определяет на стадии 1308 готовность первого аккумулятора 608 к аккумулированию энергии. Если первый аккумулятор 608 находится в состоянии готовности, то контроллер 704 определяет на стадии 1310, превышает ли разница между мощностью, обеспечиваемой источником 604 энергии, и текущей потребностью нагрузки 602 в мощности пороговую величину скорости аккумулирования энергии первым аккумулятором 608. Если не превышает, то контроллер 704 передает соответствующие команды в преобразователь 702 энергии, выполняя которые тот обеспечивает на стадии 1312 аккумулирование энергии в первом аккумуляторе 608, и затем возвращается на стадию 1304. Если разница между мощностью, обеспечиваемой источником 604 энергии, и текущей потребностью нагрузки 602 в мощности превышает пороговую величину скорости аккумулирования энергии первым аккумулятором 608 (стадия 1310), или этот аккумулятор находится в состоянии неготовности (стадия 1308), то контроллер 704 на стадии 1314 проверяет готовность второго аккумулятора 610. Если второй аккумулятор 610 находится в состоянии неготовности, то следует переход на стадию 1306 (конец). Если второй аккумулятор 610 находится в состоянии готовности, контроллер 704 передает соответствующие команды в преобразователь 702 энергии, выполняя которые тот обеспечивает на стадии 1316 аккумулирование во втором аккумуляторе 610 энергии, обеспечиваемой источником 604 энергии, которая превышает текущую потребность нагрузки 602 в мощности, и контроллер 704 возвращается на стадию 1304. Специалисту в данной области техники будет понятно, что способ, схема которого приведена на фигуре 13, может также использоваться при разряде аккумуляторов 608, 610 для обеспечения соответствия выходной мощности контроллера 606 потоков энергии текущей потребности нагрузки 602 в мощности. Специалисту в данной области техники будет понятно, что контроллер 704 может быть устроен таким образом, чтобы он мгновенно прерывал выполнение способа, схема которого представлена на фигуре 13, если текущая потребность нагрузки 602 в мощности превышает мощность, обеспечиваемую источником 604 энергии.

[0065] Как показано на фигуре 14, выполнение способа выравнивания уровней энергии в первом 608 и втором 610 аккумуляторах начинается на стадии 1402. Затем на стадии 1404 контроллер 704 определяет, истек ли заданный временной интервал. Если заданный временной интервал истек, то на стадии 1406 контроллер 704 передает в преобразователь 702 энергии соответствующие команды на передачу энергии, выполняя которые тот обеспечивает передачу энергии между первым 608 и вторым 610 аккумуляторами, пока количество энергии в первом аккумуляторе не достигнет первого заданного уровня, и после этого контроллер 704 возвращается на стадию 1402. Если заданный временной интервал не истек, контроллер 704 переходит к определению на стадии 1408 достижения количеством энергии в любом из аккумуляторов максимального или минимального уровней. Если указанные уровни не достигнуты, то контроллер 704 возвращается на стадию 1402. Если достигнут один из указанных уровней, контроллер 704 передает соответствующие команды на передачу энергии в преобразователь 702 энергии, выполняя которые тот обеспечивает передачу энергии из аккумулятора, количество энергии в котором достигло максимального уровня, или передачу энергии в аккумулятор, количество энергии в котором достигло минимального уровня. Контроллер 704 прекращает передачу энергии, когда аккумулятор, количество энергии в котором достигло максимального или минимального уровня, достигает заданного уровня энергии. В одном из вариантов заданные уровни энергии, связанные с каждым аккумулятором, изменяются в зависимости от ожидаемого профиля изменения потребности нагрузки в мощности и от ожидаемого профиля изменения энергии, обеспечиваемой источником. То есть, собранная информация о потребности нагрузки в мощности и о выходной мощности источника энергии за определенный период используется для адаптации алгоритмов аккумулирования и отдачи энергии для максимизации эффективности всей системы 600, и заданные уровни энергии (а именно, первый и второй заданные уровни энергии) являются искомыми состояниями заряда (например, в процентах от емкости) соответствующих аккумуляторов.

[0066] На фигуре 15 представлен пример системы 1500 стабилизации мощности, обеспечиваемой источником энергии в нагрузку. Система 1500 присоединяется через трансформатор 1504 к шине 1502 между источником энергии и нагрузкой. В этом примере источник энергии представляет собой сочетание газовой турбины и ветровой турбины, причем ветровая энергия составляет от 15% до 35% от энергии, подаваемой в нагрузку, потребляющую всего от примерно 85 МВт до примерно 210 МВт. В этом примере профиль потребности нагрузки в мощности представляет собой круглосуточное потребление вне зависимости от времени года, и профиль производства энергии источника энергии также представляет собой круглосуточную выработку энергии вне зависимости от времени года. Как уже указывалось, профили производства и потребления энергии используются для определения переменных внутри системы (например, минимального и максимального уровней энергии для каждого аккумулятора, заданных уровней энергии для каждого аккумулятора и т.п.). В рассматриваемой системе почти 90% циклов находятся в диапазоне от 2 МВт/мин до 4 МВт/мин. Трансформатор 1504, используемый в системе, представляет собой трансформатор 480Y/277V-22900A мощностью 2500 кВА, который предлагается на рынке рядом поставщиков, известных специалистам. Шина 1502, используемая в системе, рассчитана на напряжение 22,9 кВт с частотой примерно 60 Гц.

[0067] Система 1500 содержит первую натрий-серную батарею 1506, вторую натрий-серную батарею 1508, литий-ионную батарею 1510 и свинцово-кислотную батарею 1512. Емкость литий-ионной батареи 1510 составляет 10% процентов от всей емкости аккумуляторов системы 1500. Емкость натрий-серных батарей 1506 и 1508 составляет 30% процентов от всей емкости аккумуляторов системы 1500. Емкость свинцово-кислотной батареи составляет 60% процентов от всей емкости аккумуляторов системы 1500. В рассматриваемом примере система, использующая только свинцово-кислотные батареи, имела бы срок службы 3-4 года, в то время как ожидаемый срок службы вышеуказанного сочетания аккумуляторов составляет 10-15 лет.

[0068] Каждая из указанных батарей снабжена соответствующим прерывателем 1514, 1516, 1518 и 1520 постоянного тока и соответствующим зарядным устройством 1522, 1524, 1526 и 1528. Когда система 1500 передает энергию в шину 1502 первый и/или второй прерыватели 1514 и 1516 постоянного тока регулируют мощность, передаваемую из первой 1506 и/или второй 1508 натрий-серной батареи в первый обратный преобразователь 1530. Первый обратный преобразователь 1530 преобразует постоянный ток с выхода первого 1514 и/или второго 1516 прерывателя постоянного тока в переменный ток частотой 60 Гц. Первый фильтр 1534 удаляет шумовые гармоники из сигнала 60 Гц, 480 В и подает его в первое измерительное устройство 1538. Первое измерительное устройство 1538 контролирует потоки энергии между системой 1500 и шиной 1502, собирая данные для использования при корректировке алгоритмов, определяющих батареи, которые должны использоваться для аккумулирования и отдачи энергии в зависимости от состояния системы. Аналогичным образом, когда система 1500 передает энергию в шину 1502, третий 1518 и/или четвертый 1520 прерыватели постоянного тока регулируют мощность, передаваемую из литий-ионной батареи 1510 и/или свинцово-кислотной батареи 1512 во второй обратный преобразователь 1532. Второй обратный преобразователь 1532 обеспечивает сигнал 480 В частотой 60 Гц во второй фильтр 1536 гармонических составляющих, который осуществляет фильтрацию сигнала для второго измерительного устройства 1540. Энергия, передаваемая из первого 1538 и второго 1540 измерительных устройств, проходит через трансформатор 1504 в шину 1502.

[0069] Когда система 1500 аккумулирует энергию, поступающую из шины 1502, первое 1538 и/или второе 1540 измерительные устройства получают энергию из трансформатора 1504 и передают ее в первое, второе, третье и/или четвертое зарядное устройства 1522, 1524, 1526 и 1528, соответственно. Каждое зарядное устройство преобразует ток напряжением 480 В и частотой в 60 Гц в постоянный ток для передачи в соответствующую батарею. Специалисту в данной области техники понятно, что батареи 1506, 1508, 1510 и 1512 могут принимать и аккумулировать электрическую энергию от соответствующих зарядных устройств 1522, 1524, 1526 и 1528 с разными напряжениями постоянного тока. Кроме того, зарядные устройства могут быть устроены таким образом, чтобы они обеспечивали зарядку в целом всей батареи или по отдельным элементам батареи, а также выравнивание зарядов элементов каждой из батарей.

[0070] В другом примере система стабилизации мощности, обеспечиваемой газотурбинной электростанцией в нагрузку, использует сочетание литий-ионных батарей (10%), натрий-серных батарей (30%) и свинцово-кислотных батарей (60%). В этом примере профиль потребления нагрузки представляет собой круглосуточное потребления независимо от времени года. Хотя газотурбинные генераторы могут работать с почти постоянной выходной мощностью, и это является их оптимальным режимом работы, однако текущая потребность нагрузки в мощности постоянно изменяется. Таким образом, электростанция должна изменять выходную мощность газотурбинных генераторов, причем необходимо иметь резервные дизельные генераторы для обеспечения потребности в мощности, которая выходит за пределы возможностей газотурбинных генераторов. В рассматриваемом примере гибридная система аккумулирования энергии обеспечивает возможность работы газовых турбин с оптимальной эффективностью, причем в этом случае снижается количество резервных дизельных генераторов, или же они вообще не используются, в результате чего снижается количество выбросов вредных веществ и стоимость электростанции.

[0071] В другом примере используется транспортируемая система для стабилизации мощности, обеспечиваемой ветровой турбиной, которая содержит маховик, литий-ионные батареи и свинцово-цинковые батареи. В этом примере профиль потребности нагрузки в мощности может быть неизвестен ввиду транспортабельности системы, в то время как выходная мощность источника энергии (а именно, ветровой турбины или турбин) в течение суток изменяется. В одном из вариантов система изучает суточный профиль потребности нагрузки в мощности и корректирует параметры управления для оптимизации эффективности использования энергии в системе. В системе может использоваться любая ветровая турбина из числа установок, предлагаемых, например, компаниями Vestas Wind Systems и General Electric Company (например, V47 мощностью 660 кВт компании Vestas Wind Systems). В этом примере система рассчитывается таким образом, чтобы обеспечивалась максимальная плотность аккумулируемой энергии и простота использования, которая связана с ее транспортабельностью, в результате чего может обеспечиваться постоянная мощность для малой или умеренной нагрузки с использованием возобновляемой энергии. Такая система может заменить или расширить местную установку электроснабжения, которая обеспечивается небольшими генераторами, работающими от двигателей внутреннего сгорания или от дизельных двигателей. В системе могут также использоваться солнечные элементы, обеспечивающие мощность для нагрузки.

[0072] В другом примере система содержит одну или несколько больших ветровых турбин, из числа турбин, предлагаемых компаниями Vestas Wind Systems и General Electric Company (например, ветровая турбина General Electric мощностью 2,5 МВт или модель V112 мощностью 3,0 МВт компании Vestas Wind Systems) для обеспечения энергией промышленного предприятия. В общем случае промышленное предприятие потребляет постоянную мощность в определенном временном интервале, в то время как мощность, вырабатываемая ветровыми турбинами, все время меняется. В такой системе может использоваться суточный профиль потребности нагрузки в мощности, который не меняется в зависимости от времени года, и суточный профиль производства энергии ветровой турбиной, разный для разных времен года. В этом примере гибридная система аккумулирования энергии содержит группу маховиков и группу свинцово-кислотных батарей. Маховики обеспечивают реакцию на резкие изменения разницы между мощностью, обеспечиваемой ветровыми турбинами, и мощностью, необходимой для промышленного предприятия, а свинцово-кислотные батареи используются для обеспечения предприятия энергией в периоды слабого ветра. К системе также может быть подключена электростанция, или же в ней могут использоваться дизельные генераторы, установленные на предприятии, для случая, когда затянувшийся период безветрия превышает возможности свинцово-кислотных батарей по обеспечению предприятия энергией.

[0073] В одном из вариантов используется способ стабилизации мощности, обеспечиваемой источником энергии в нагрузку, который включает определение пороговых величин скоростей аккумулирования и отдачи энергии отдельно для первого и второго аккумуляторов в соответствии по меньшей мере с одной из следующих характеристик аккумуляторов: тип, начальная емкость, характеристическое внутреннее сопротивление, химическая стойкость, тип электролита, температура, состояние заряда, потеря емкости, эффективность аккумулирования и эффективность разряда.

[0074] В одном из вариантов используется способ стабилизации мощности, обеспечиваемой источником энергии в нагрузку, который включает изменение пороговых величин скоростей аккумулирования и отдачи энергии отдельно для первого и второго аккумулятора в соответствии по меньшей мере с одной из следующих характеристик: охлаждающая способность и коэффициент рассеивания тепла аккумуляторов, профиль изменения температуры окружающего воздуха, потребность нагрузки в мощности, профиль интенсивности циклов заряда-разряда аккумуляторов и профиль производства энергии источником энергии.

[0075] В одном из вариантов используется способ стабилизации мощности, обеспечиваемой источником энергии в нагрузку, который включает аккумулирование энергии в первом, или во втором, или в третьем аккумуляторе. Способ включает дополнительно аккумулирование в третьем аккумуляторе энергии, производимой источником энергии, когда его мощность превышает текущую потребность нагрузки в мощности, и количество энергии во втором аккумуляторе находится на втором максимальном уровне. Первый аккумулятор содержит группу литиевых электрохимических элементов. Второй аккумулятор содержит группу натрий-серных электрохимических элементов и/или группу никель-кадмиевых электрохимических элементов. Третий аккумулятор содержит группу свинцово-кислотных электрохимических элементов. Емкость третьего аккумулятора превышает емкость второго аккумулятора. Емкость второго аккумулятора превышает емкость первого аккумулятора.

[0076] В одном из вариантов используется система обеспечения мощности в нагрузке, содержащая источник энергии, первый аккумулятор, второй аккумулятор, а также контроллер потоков энергии, содержащий устройство контроля мощности, устройство контроля первого уровня энергии, устройство контроля второго уровня энергии, преобразователь энергии и контроллер. Пороговые величины скоростей аккумулирования и отдачи энергии по каждому из аккумуляторов определяются контроллером потоков энергии в соответствии по меньшей мере с одной из следующих характеристик аккумуляторов: тип, начальная емкость, характеристическое внутреннее сопротивление, химическая стойкость, тип электролита, температура, состояние заряда, потеря емкости, эффективность аккумулирования и эффективность разряда.

[0077] В одном из вариантов используется система обеспечения мощности в нагрузке, содержащая источник энергии, первый аккумулятор, второй аккумулятор, а также контроллер потоков энергии, содержащий устройство контроля мощности, устройство контроля первого уровня энергии, устройство контроля второго уровня энергии, преобразователь энергии и контроллер. Контроллер потоков энергии изменяет пороговую величину скорости аккумулирования для первого аккумулятора, пороговую величину скорости аккумулирования для второго аккумулятора, пороговую величину скорости разряда для первого аккумулятора и пороговую величину скорости разряда для второго аккумулятора в соответствии по меньшей мере с одной из следующих характеристик: охлаждающая способность и коэффициент рассеивания тепла аккумуляторов, профиль изменения температуры окружающего воздуха, потребность нагрузки в мощности, характера интенсивности циклов заряда-разряда аккумуляторов и характера производства энергии источником энергии.

[0078] В одном из вариантов используется система обеспечения мощности в нагрузке, содержащая источник энергии, первый аккумулятор, второй аккумулятор, а также контроллер потоков энергии, содержащий устройство контроля мощности, устройство контроля первого уровня энергии, устройство контроля второго уровня энергии, преобразователь энергии и контроллер. Система содержит также третий аккумулятор для выборочного аккумулирования энергии и выборочной отдачи аккумулированной энергии. Первый аккумулятор содержит группу литиевых электрохимических элементов. Второй аккумулятор содержит группу натрий-серных электрохимических элементов и/или группу никель-кадмиевых электрохимических элементов. Третий аккумулятор содержит группу свинцово-кислотных электрохимических элементов. Емкость третьего аккумулятора превышает емкость второго аккумулятора, и емкость второго аккумулятора превышает емкость первого аккумулятора.

[0079] Различные принципы изобретения были рассмотрены в настоящем описании на иллюстративных вариантах его осуществления. Однако на практике могут быть выполнены многие модификации и изменения вышеуказанных стадий, композиций, пропорций, элементов, компонентов и материалов, в дополнение к вариантам, не рассмотренным в описании, и в особенности адаптированные к конкретным условиям окружающей среды и к условиям эксплуатации, без выхода за пределы объема изобретения. Другие изменения и модификации вариантов осуществления настоящего изобретения станут очевидны специалистам в данной области техники, и такие изменения и модификации находятся в пределах объема изобретения. Более конкретно, способы, иллюстрируемые на фигурах 8-14, могут использоваться в различных сочетаниях друг с другом.

[0080] Различные варианты осуществления изобретения описываются со ссылками на прилагаемые фигуры, которые лишь иллюстрируют изобретение и никоим образом не ограничивают его объем. Эти варианты описаны с достаточной степенью подробности, чтобы специалисты в данной области техники могли реализовать изобретение на практике, однако необходимо понимать, что могут использоваться и другие варианты, и что изменения логических, механических и электрических схем, а также и другие изменения могут быть осуществлены без выхода за пределы объема изобретения. Таким образом, настоящее описание приведено лишь в целях иллюстрации, и никоим образом не ограничивает объем изобретения. Например, стадии, описанные в любом из рассмотренных способов, могут быть выполнены в любом порядке и, если не указано иное, они не ограничиваются лишь указанным порядком. Более того, любые функции или стадии могут быть выполнены одной или несколькими третьими сторонами. Кроме того, любое указание одного компонента может подразумевать несколько компонентов, и любая ссылка на несколько компонентов может означать один компонент.

[0081] Поскольку специалисты в данной области техники знакомы с известной технологией передачи данных по сетям, с разработкой приложений и обычными электрическими схемами систем (и элементами отдельных компонентов систем), рассмотренными в настоящем описании, то подробное описание здесь таких известных компонентов, приложений и сетей не является необходимым. Далее, соединительные линии, показанные на различных фигурах, предназначены для обозначения функциональных взаимосвязей и/или физических соединений между различными элементами. Необходимо отметить, что при практическом осуществлении систем могут использоваться и другие альтернативные или дополнительные функциональные взаимосвязи или физические соединения.

[0082] Кроме того, приведенные в настоящем описании функциональные блоки блок-схем алгоритмов могут представлять сочетания средств, обеспечивающих выполнение определенных функций, сочетания стадий, обеспечивающих выполнение определенных функций, и программные средства для выполнения определенных функций. Также будет понятно, что каждый функциональный блок блок-схем алгоритмов и сочетания таких функциональных блоков могут быть реализованы с использованием специализированных логических схем и/или компьютерных систем, которые выполняют определенные функции или стадии, или же с использованием сочетания специализированных аппаратных и программных средств.

[0083] Положительные качества, другие достоинства и решения проблем были описаны в отношении конкретных вариантов осуществления изобретения. Однако положительные качества, другие достоинства, решения проблем и любые элементы, которые могут обеспечивать положительные качества, другие достоинства, решения проблем или делать их выраженными в большей степени, не должны рассматриваться как критические, необходимые или существенные признаки или элементы изобретения. Соответственно, объем изобретения ограничивается только его формулой, которая может быть включена в заявку, в которой указывается положительный эффект настоящего изобретения, причем указание элемента в единственном числе не должно пониматься как "один и только один", а как "один или более", если в явной форме не указано иное. Более того, если в пункте формулы изобретения используется фраза типа "по меньшей мере один из А, В и С", то такая фраза должна пониматься, что в рассматриваемом варианте может использоваться только А, может использоваться только В, может использоваться только С, или же может использоваться любое сочетание А, В и С, например, А и В, А и С, В и С, или А, В и С.Хотя некоторые варианты могут описываться как способ, однако подразумевается, что этот способ может быть осуществлен в форме последовательности команд для компьютера, записанном на материальном машиночитаемом носителе, таком как магнитное или оптическое устройство, или магнитный или оптический диск. Все структурные, химические и функциональные эквиваленты элементов вышеописанных вариантов осуществления изобретения, которые известны специалистам в данной области техники, охватываются объемом изобретения.