[发明专利]用于使用能量存储单元来输送和分配系统负载的快速作用的分布式电力系统

说明书

对相关申请的交叉参考

本申请要求在2005年6月17日提交的名称为“DISTRIBUTEDPOWER GENERATION FOR TRANSMISSION AND DISTRIBUTIONSYSTEM LOAD USING UNITERRUPTIBLE POWER SOURCES”的美国临时专利申请No.60/692,062的优先权利益，其公开通过引用结合于此。本申请涉及在2005年7月5日提交的名称为“SYSTEM AND METHODFOR MANAGING POWER DISTRIBUTION”的共同未决且共同转让的美国专利申请序列号11/175,970，其公开通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及公用事业公司(utility)高峰需求管理领域，用于减少停电(blackout)、电压不足(brownout)和其它公用事业电力系统风险，以及用于提供持续的电力、增加的可靠性以及附加的储备容量余量，而无需昂贵且不利于环境的附加的输送、分配或发电资源。

背景技术

电是特殊的商品，因为其不易存储，且通常从其产生到消费仅有极短的时间。由于这些原因，因此电的成本高度依赖于由在使用时负载的变化所引起的发电、输送以及分配系统约束。

电力产业受到电需求负载可变性的阻碍，电需求负载可变性在关键时期可导致电力消耗高峰，这危胁发电和输送系统的完整性。这些紧急情形可导致受限制的容量事件(即电压不足)和/或中断(即停电)。

通常，当增加新的发电站(或其它辅助服务设备)以满足需求时，本地用户变得依赖于该“必须运行”系统资源的工作。辅助服务设备分类成计划设备(容量，能量)，系统控制和调度(dispatch)设备，无功电源和电压控制设备(reactive supply and voltage control device)，能量不均衡设备，运行储备、调整和频率响应设备。而且，这些系统资源的存在经常在本地区之外产生不期望的失真，这对较大系统的其它部分可产生巨大的拥塞效应。再者，这会产生多米诺效应，重复地要求更多本地化的“必须运行”发电机以及其它减轻系统设备(mitigating system device)来满足高峰需求。让所述系统的任何部分在必须运行条件下工作可进一步推进市场价格以及发行操纵(emission manipulation)。

然而对于这种威胁，传统的反应是建设更大的发电、输送及分配系统容量，这种行为已变得代价高昂，从而导致在研究更加快速、经济且有利于环境的方案方面的实现滞后。目前，实现更大负载均衡(高峰降低)的过程包括设计用于影响消费者电力消耗的可变费率鼓励及抑制措施。尽管不太成功，但是这些努力被设计用于避免高峰并填补消耗低点。通过建设小的发电单元以满足基本负载增长和作为调峰电站的实践，该过程还被扩大。

同样，单独的独立电力生产产业已经得到发展，增加了供应侧发电和辅助能源服务的混合。有助于电力服务网络的元件数量已变得复杂并且带来自身的一组电力管理问题。尽管对更多电力的寻求是显然的，但最重要的是管理近期即将上线的许多较小系统的手段。该趋势的一个示例是强调可再生的但通常零星存在的源，比如太阳能和风力农场，其进一步增加了能源以及能量传递管理过程的复杂性。

图1示出了典型的市售不间断电源10。UPS设备12以在线方式连接到电网11和负载13上。许多UPS系统使用可替代、可充电的内部电池，如果电网电源扰动或中断，则从该电池向负载提供大量不间断电力。对于电池型UPS，如果电网电源在电池电力耗尽之前未恢复，则负载将经受电力中断。大多数UPS系统还包括数据端口14，可利用软件对该端口进行配置，以便有序地关断负载。在电网扰动或中断期间，从UPS到负载的关断指令是响应于不再能支持所附着的负载的电池。从完全被充电到关断指令的时间是UPS系统的最大“运行时间”。

UPS的“运行时间”取决于电池容量(或针对非电池系统的燃料供应)以及所附着负载的能量消耗速率。对于电池型UPS系统，UPS系统包括电池充电器，一旦电网电力恢复，则使内部电池返回到已充电状态。完全放电的电池典型地需要2-6小时来达到90％的容量。在决定购买时，运行时间是决定因素，因此对于正确地确定UPS系统的整个生命周期是很关键的。对于电池型UPS系统，电池是运行时间降级的主要根源，因此其被设计成易于替换。UPS电池在正常情况下通常持续4-6年。我们知道在许多商业电池型UPS系统上见到的电池水平指示器是非常不准确的，例如其指示可用的运行时间有几小时，而实际上可能仅有几分钟。