專利名稱：功率生產(chǎn)控制系統(tǒng)和方法
功率生產(chǎn)控制系統(tǒng)和方法技術(shù)領(lǐng)域
本文公開(kāi)的主題涉及能量生產(chǎn)，并且尤其涉及在存在可變的生產(chǎn)能力的情況下控 制能量生產(chǎn)設(shè)施。
背景技術(shù)：
電的形式的能量的生產(chǎn)可采取多種形式。在幾乎所有發(fā)電站的中心處的是發(fā)電 機(jī)，即通過(guò)在磁場(chǎng)和導(dǎo)體之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。被利用來(lái) 使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的能源變化很大。一種能源是風(fēng)。
風(fēng)電場(chǎng)是位于相同位置處的、用來(lái)產(chǎn)生電功率的一組風(fēng)力渦輪。單獨(dú)的渦輪與中 壓(通常為34.5kV)功率匯集系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡(luò)互連。在分站處，這個(gè)中壓電流的電壓通過(guò) 變壓器來(lái)增大，以連接到高壓傳輸系統(tǒng)上。高壓傳輸系統(tǒng)經(jīng)常指的是“電網(wǎng)”。
大型風(fēng)電場(chǎng)可由幾十個(gè)至大約100個(gè)單獨(dú)的風(fēng)力渦輪組成，并且覆蓋幾百平方英 里(平方公里)的延展面積。風(fēng)電場(chǎng)可位于近海處，以利用吹過(guò)海面或湖面的強(qiáng)風(fēng)。
如眾所周知的那樣，從風(fēng)中產(chǎn)生的電在(以下)若干個(gè)不同的時(shí)標(biāo)處可有很大的 可變性不同的小時(shí)、天和季節(jié)。還存在每年的變化，但是這不那么重要。因?yàn)榧磿r(shí)發(fā)電和 電消耗必須保持平衡，以維持電網(wǎng)穩(wěn)定性，這種可變性可對(duì)將大量風(fēng)功率結(jié)合到電網(wǎng)系統(tǒng) 中造成相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。風(fēng)能生產(chǎn)的間歇性和不可調(diào)度性可提高調(diào)節(jié)的成本、增加的操作儲(chǔ) 備，而且(在高的穿越水平時(shí))可要求提高已經(jīng)存在的能量需求管理和甩負(fù)荷。但是，這些 挑戰(zhàn)在原理上與其它形式的發(fā)電(例如核動(dòng)力或煤動(dòng)力)所造成的相當(dāng)大的挑戰(zhàn)并沒(méi)有不 同，其它形式的發(fā)電也可在意外斷電期間展現(xiàn)非常大的波動(dòng)，并且必須對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的調(diào) 節(jié)。
目前，風(fēng)電場(chǎng)是基于特定的風(fēng)力渦輪的“傾斜率”來(lái)運(yùn)行的。特定的渦輪(或其組 合)的傾斜率用千瓦/秒表達(dá)，并且表示風(fēng)力渦輪在正常操作條件下可提供的功率生產(chǎn)的 變化率。各個(gè)單獨(dú)的渦輪可具有分別表示渦輪的功率生產(chǎn)的上限和下限的變化帶的傾斜上 升率和傾斜下降率。風(fēng)電場(chǎng)總體上可具有在本文中稱為場(chǎng)傾斜率(RRs)的總輸出，這是提 供給功率匯集系統(tǒng)的全部功率變化的總和。
—般來(lái)講，公用電站(utility)公司，且尤其是與風(fēng)電場(chǎng)連接的那些公用電站，具 有保持它們產(chǎn)生的功率電網(wǎng)不受所產(chǎn)生的高的功率變化所造成的波動(dòng)的影響的要求。也就 是說(shuō)，可存在需要避免的、風(fēng)速率的增大所造成的RRis峰值。
在風(fēng)速增大的情況下，可減少(shed)產(chǎn)生的額外功率，使得風(fēng)電場(chǎng)總體上產(chǎn)生恒 定的輸出?？赏ㄟ^(guò)使功率輸出從一個(gè)水平傾斜下降到另一個(gè)水平來(lái)實(shí)現(xiàn)減少。也就是說(shuō)， 風(fēng)力渦輪中的一個(gè)或多個(gè)的轉(zhuǎn)換率從一個(gè)水平傾斜下降(基于傾斜下降信號(hào))到更低的水 平，以產(chǎn)生更低的功率輸出。但是，這會(huì)導(dǎo)致在更高的轉(zhuǎn)換率下運(yùn)行的情況下風(fēng)力渦輪可以 以別的方式產(chǎn)生的功率的損失。
在風(fēng)減小的情況下，效率傾斜上升以滿足輸出需求(基于傾斜上升信號(hào))。也就是 說(shuō)，風(fēng)力渦輪中的一個(gè)或多個(gè)的轉(zhuǎn)換率從一個(gè)水平傾斜上升到更高的水平，以產(chǎn)生滿足需求的功率輸出。但是，在風(fēng)力大大減小的情況下(不管轉(zhuǎn)換效率)，目前可能沒(méi)有辦法滿足 功率生產(chǎn)需求。因此，公用電站必須尋找其它辦法來(lái)提供需要的功率。這可包括例如在風(fēng) 電場(chǎng)處包括柴油發(fā)電機(jī)，在風(fēng)速減小時(shí)使柴油發(fā)電機(jī)聯(lián)機(jī)，以試圖將RR場(chǎng)保持在期望速率 處或以上。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于能量生產(chǎn)設(shè)施的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包 括用于接收能量生產(chǎn)設(shè)施的測(cè)得功率輸出的指示的設(shè)備控制器，能量生產(chǎn)設(shè)施包括發(fā)電機(jī) 并且產(chǎn)生輸出信號(hào)。該系統(tǒng)還包括處理單元，其可操作地耦聯(lián)到設(shè)備控制器上，并且在可執(zhí) 行的計(jì)算機(jī)指令在處理單元上執(zhí)行時(shí)，響應(yīng)于可執(zhí)行的計(jì)算機(jī)指令而促使設(shè)備控制器在 發(fā)電機(jī)的功率儲(chǔ)備不能夠滿足要求的傾斜下降率的情況下，產(chǎn)生促使儲(chǔ)能裝置放電的輸出 信號(hào)；以及在發(fā)電機(jī)的功率容量可以滿足要求的傾斜下降率的情況下，產(chǎn)生促使儲(chǔ)能裝置 充電的輸出信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種風(fēng)電場(chǎng)。這方面的風(fēng)電場(chǎng)包括功率匯集系統(tǒng) 和耦聯(lián)到該功率匯集系統(tǒng)上的至少一個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。這方面的風(fēng)電場(chǎng)還包括耦聯(lián)到功 率匯集系統(tǒng)上的至少一個(gè)儲(chǔ)能裝置，以及耦聯(lián)到功率匯集系統(tǒng)上以測(cè)量風(fēng)電場(chǎng)的功率生產(chǎn) 速率的傳感器。這方面的風(fēng)電場(chǎng)還包括耦聯(lián)到該至少一個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)、該至少一個(gè)儲(chǔ) 能裝置以及該傳感器上的設(shè)備控制器。該設(shè)備控制器在風(fēng)電場(chǎng)的功率生產(chǎn)速率超過(guò)輸出要 求的情況下促使該至少一個(gè)儲(chǔ)能裝置存儲(chǔ)能量，并且在風(fēng)電場(chǎng)的功率生產(chǎn)速率小于風(fēng)電場(chǎng) 的輸出要求的情況下促使該至少一個(gè)儲(chǔ)能裝置放出能量。
在本發(fā)明的又一方面，提供了一種操作功率生產(chǎn)設(shè)施的方法。這方面的方法包括 在設(shè)備控制器處接收功率生產(chǎn)設(shè)施的當(dāng)前功率生產(chǎn)速率；在設(shè)備控制器處確定當(dāng)前功率生 產(chǎn)速率是低于還是高于功率生產(chǎn)速率要求；傳輸來(lái)自設(shè)備控制器的信號(hào)，以在功率生產(chǎn)速 率高于功率生產(chǎn)速率要求的情況下促使功率生產(chǎn)裝置對(duì)儲(chǔ)能裝置充電，或者在功率生產(chǎn)速 率低于功率生產(chǎn)速率要求的情況下促使儲(chǔ)能裝置放電。
根據(jù)結(jié)合附圖得到的以下描述，這些和其它優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加顯而易見(jiàn)。


在說(shuō)明書(shū)結(jié)論部分處的權(quán)利要求書(shū)中特別指出和明確要求保護(hù)了被視為本發(fā)明 的主題。根據(jù)結(jié)合附圖得到的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn) 的，在附圖中
圖1是顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、實(shí)現(xiàn)為耦聯(lián)到公用電站上的風(fēng)電場(chǎng)的 功率生產(chǎn)設(shè)施的簡(jiǎn)圖2是顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、操作功率生產(chǎn)設(shè)施且對(duì)存儲(chǔ)裝置充電 的方法的流程圖3是顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、在接收到傾斜下降率時(shí)操作功率生產(chǎn) 設(shè)施的方法的流程圖4是顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、在接收到傾斜上升率時(shí)操作功率生產(chǎn) 設(shè)施的方法的流程圖；以及
圖5顯示了基于頻率的傾斜上升率和傾斜下降率的變化的圖表。
詳細(xì)描述參照附圖以實(shí)例的方式闡明了本發(fā)明的實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征。
部件列表
100功率生產(chǎn)設(shè)施/風(fēng)電場(chǎng)
102 公用電站
104 功率源
106風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)(WTG)
107功率匯集系統(tǒng)
108 電站分站
110 高壓傳輸系統(tǒng)
112傳感器
114設(shè)備控制器
116儲(chǔ)能裝置
117 設(shè)施通訊接口
502 傾斜上升率
504 傾斜下降率具體實(shí)施方式
本文公開(kāi)的實(shí)施例可對(duì)功率生產(chǎn)設(shè)施提供儲(chǔ)能裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，功率生產(chǎn) 設(shè)施是包括風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)。當(dāng)然，功率生產(chǎn)設(shè)施可為任何類型的功率生產(chǎn)設(shè)施， 并且可包括風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)之外的功率生產(chǎn)裝置。儲(chǔ)能裝置可存儲(chǔ)在疾風(fēng)時(shí)期期間或在需 要的能量小于風(fēng)電場(chǎng)在給定當(dāng)前風(fēng)況的情況下能夠產(chǎn)生的能量時(shí)所產(chǎn)生的過(guò)量能量。例 如，在風(fēng)減小的時(shí)期期間，這種存儲(chǔ)的能量可用來(lái)將RRis的水平保持在期望水平處或附近。 另外，一個(gè)實(shí)施例允許功率生產(chǎn)設(shè)施的設(shè)備控制器將可從功率生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)能裝置兩者中 獲得的總功率傳輸?shù)焦秒娬?，使得公用電站可相?yīng)地進(jìn)行計(jì)劃。在另一個(gè)實(shí)施例中，在電 網(wǎng)變得不穩(wěn)定或以別的方式以不規(guī)范的方式運(yùn)行的情況下，可基于電網(wǎng)頻率來(lái)調(diào)節(jié)功率生 產(chǎn)裝置的傾斜上升率和傾斜下降率，試圖使功率生產(chǎn)與功率消耗匹配。
圖1顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、耦聯(lián)到公用電站102上的功率生產(chǎn)設(shè)施100的簡(jiǎn) 圖。功率生產(chǎn)設(shè)施100在本文中可指代為風(fēng)電場(chǎng)，但是應(yīng)當(dāng)理解，風(fēng)電場(chǎng)僅是本文的教導(dǎo)可 應(yīng)用于其中的功率生產(chǎn)設(shè)施的一個(gè)實(shí)例。因此，如本文所用，用語(yǔ)功率生產(chǎn)設(shè)施不限于風(fēng)電 場(chǎng)，但是為了易于闡述，在本文中有時(shí)候可將功率生產(chǎn)設(shè)施100稱為風(fēng)電場(chǎng)。
公用電站102可為接收來(lái)自一個(gè)或多個(gè)源的功率并且將功率提供給其它電力用 戶的任何功率生產(chǎn)商。當(dāng)然，除了功率生產(chǎn)設(shè)施100之外，公用電站102可耦聯(lián)到另外的功 率源104上，以適應(yīng)由于間歇風(fēng)況引起的風(fēng)電場(chǎng)100的功率輸出的可變性。除了別的之外， 其它功率源104可包括例如熱電站、水電站或核電站。
在功率生產(chǎn)設(shè)施100是風(fēng)電場(chǎng)的情況下，其可包括一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī) (WTG) 106a. . . 106η。但是應(yīng)當(dāng)理解，WTG可為其它類型的功率生產(chǎn)裝置。
WTG可包括具有多個(gè)葉片的渦輪轉(zhuǎn)子，葉片驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子來(lái)產(chǎn)生電功率。由各 個(gè)WTG106提供的電功率傾斜率在圖1中顯示為RRWTCx。各個(gè)WTG106可包括影響它們產(chǎn)生的功率量的設(shè)定。如上所述，為了針對(duì)特定的輸入(例如風(fēng)速)而增大給定的WTG106的功 率輸出，WTG106接收大體限制WTG106的轉(zhuǎn)換率的增長(zhǎng)的傾斜上升信號(hào)。同樣地，為了針對(duì) 特定的輸入(例如風(fēng)速)而限制給定的WTG106的功率輸出的減小，WTG106接收大體限制 WTG106的轉(zhuǎn)換率的減小的傾斜下降信號(hào)。
WTG106可耦聯(lián)到功率匯集系統(tǒng)107上。在一個(gè)實(shí)施例中，功率匯集系統(tǒng)107可實(shí) 現(xiàn)為中壓分配網(wǎng)絡(luò)，中壓分配網(wǎng)絡(luò)耦聯(lián)來(lái)自多個(gè)饋送器(未顯示)的功率，各個(gè)饋送器耦聯(lián) 多個(gè)WTG106的功率輸出。在某些實(shí)施例中，通過(guò)開(kāi)關(guān)裝置將功率從WTG106耦聯(lián)到饋送器 上，開(kāi)關(guān)裝置可包括例如斷路器。一般在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中使用這種開(kāi)關(guān)裝置來(lái)在疾風(fēng)狀況 期間停止由風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行的功率生產(chǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，功率匯集 系統(tǒng)107將來(lái)自各個(gè)WTG106 (RRwtg, . . RRwtJ的功率傾斜率耦聯(lián)在一起，以產(chǎn)生系統(tǒng)功率傾 斜率輸出，其在圖1中表示為RR 。RRis可為以kW/s (千瓦/秒)為單位表示的變化率。
將在圖1中顯示為RRjs的變化率提供給電站分站108。分站108可包括將RR場(chǎng)耦 聯(lián)到高壓傳輸系統(tǒng)110上的變壓器。高壓傳輸系統(tǒng)110通常稱為“電網(wǎng)”。具體而言，變壓 器可提高其輸入的電壓，因此可將該電壓提供給高壓傳輸系統(tǒng)110，并且可通過(guò)高壓傳輸系 統(tǒng)Iio傳送。高壓傳輸系統(tǒng)Iio耦聯(lián)到公用電站102上。
功率生產(chǎn)設(shè)施100還可包括耦聯(lián)到高壓傳輸系統(tǒng)110上的傳感器112。傳感器112 測(cè)量電站分站108輸出的電壓和電流(例如功率)。傳感器112可為包括變壓器和變流器 的電網(wǎng)測(cè)量裝置。當(dāng)然，傳感器還可耦聯(lián)到功率匯集系統(tǒng)107而非高壓傳輸系統(tǒng)110上，或 者耦聯(lián)到高壓傳輸系統(tǒng)110和功率匯集系統(tǒng)107兩者上。
傳感器112可耦聯(lián)到設(shè)備控制器114上。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備控制器114通過(guò) 通訊接口 117耦聯(lián)到公用電站102上。設(shè)施接口 117可允許在設(shè)備控制器114和公用電站 102之間進(jìn)行雙向信號(hào)傳送。設(shè)施接口 116可實(shí)現(xiàn)為通訊網(wǎng)絡(luò)或硬件接口。
設(shè)備控制器114可以以各種各樣的方式實(shí)現(xiàn)。例如，設(shè)備控制器可為包括用于執(zhí) 行本文公開(kāi)的一些或全部過(guò)程的處理單元的計(jì)算裝置。在現(xiàn)有技術(shù)中，設(shè)備控制器114將 傾斜率(作為傾斜上升信號(hào)或傾斜下降信號(hào))提供給單獨(dú)的WTG106。在操作中，傾斜率的 變化不是瞬間發(fā)生的。相反，根據(jù)可由設(shè)備控制器114從公用電站102接收的功率生產(chǎn)“設(shè) 定點(diǎn)”，特定的WTG106的傾斜率可傾斜上升，以滿足某些功率要求，并且可傾斜下降以滿足 更低的功率要求。
在公用電站要求更高的功率設(shè)定點(diǎn)的情況下，控制WTG106的傾斜上升率，以滿足 公用電站傾斜上升要求。在一些情況下，這可導(dǎo)致WTG106在劣于最佳的效率下運(yùn)行，并且 可導(dǎo)致功率損失。類似地，在風(fēng)減小的情況下，WTG106的效率可增大(WTG根據(jù)傾斜上升率 傾斜上升)，以試圖使WTG的輸出與公用電站102需要的功率匹配。當(dāng)然，可存在這樣的情 況其中WTG106并不接收足夠的風(fēng)來(lái)滿足輸出要求。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的設(shè)備控制器114可 配置成以便處理現(xiàn)有技術(shù)中的這些和其它缺點(diǎn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，功率生產(chǎn)設(shè)施100可包括與WTG106并聯(lián)地耦聯(lián)的儲(chǔ)能裝置116。 儲(chǔ)能裝置116可為能夠存儲(chǔ)電能以備后用的任何類型的裝置。實(shí)例包括但不限于飛輪和電 池。在一個(gè)實(shí)施例中，WTG所產(chǎn)生的過(guò)量能量可存儲(chǔ)在儲(chǔ)能裝置116中。可通過(guò)功率匯集 系統(tǒng)107將能量提供給儲(chǔ)能裝置116。在一個(gè)實(shí)施例中，儲(chǔ)能裝置116可用來(lái)對(duì)分站108提 供存儲(chǔ)的能量，以補(bǔ)充WTG106所提供的能量。
WTG106和儲(chǔ)能裝置116耦聯(lián)到設(shè)備控制器114上。設(shè)備控制器114將信號(hào)提供給 WTG106，以改變它們的輸出(RRwtcx)來(lái)滿足某些輸出要求。如以下論述的那樣，WTG106可能 不能夠滿足功率要求，并且儲(chǔ)能裝置116可傾斜上升，以幫助滿足功率要求。在圖1中，用 以控制WTG的傾斜率的信號(hào)顯示為，而用以控制儲(chǔ)能裝置116的傾斜率的信號(hào)顯 示為RR^^_we。應(yīng)當(dāng)理解，儲(chǔ)能裝置116可既從功率匯集系統(tǒng)107接收功率，又將功率提 供給功率匯集系統(tǒng)107，這取決于其在特定時(shí)間里的配置或操作模式。這個(gè)配置/操作模式 (充電或放電)例如由其從設(shè)備控制器114中接收到的信號(hào)控制。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，公用電站102可通過(guò)設(shè)施接口 117與設(shè)備控制器114通訊，以調(diào) 節(jié)需要的能量的量。為了滿足這些變化，設(shè)備控制器114可使WTG106中的一個(gè)或多個(gè)傾斜 上升或傾斜下降。可需要兩個(gè)值來(lái)定義傾斜率、功率跨度(span)和時(shí)間間隔。設(shè)備控制器 114可用傳感器112監(jiān)測(cè)(持續(xù)地或周期性地)功率生產(chǎn)設(shè)施100所產(chǎn)生的實(shí)際功率。
在傾斜上升循環(huán)(風(fēng)增大或者公用電站102設(shè)定增大的功率輸出設(shè)定點(diǎn))中，設(shè) 備控制器114通過(guò)將單獨(dú)的命令發(fā)送給WTG106和儲(chǔ)能裝置116來(lái)控制設(shè)施100的傾斜率 (RRis)。在此循環(huán)期間，可行的是同時(shí)提高WTG的傾斜率(RRwtcx)以及消耗存儲(chǔ)在儲(chǔ)能裝置 116中的能量來(lái)滿足需求。當(dāng)所有的WTG的可行的功率超過(guò)要求的功率時(shí)，儲(chǔ)能裝置116可 充電。
在傾斜下降循環(huán)(降低的功率設(shè)定點(diǎn))中，設(shè)備控制器114調(diào)節(jié)WTG106的功率輸 出(通過(guò)通訊線路142上的信號(hào)RI^々_wtc)，從而使得所產(chǎn)生的額外能量在WTG106的傾斜 下降之前首先用來(lái)對(duì)儲(chǔ)能裝置116充電?？蛇M(jìn)行充電，直到儲(chǔ)能裝置116完全充好電為止。 在對(duì)儲(chǔ)能裝置116完全充好電之后，WTG106就傾斜下降，以滿足更低的功率設(shè)定點(diǎn)。這樣， 在現(xiàn)有技術(shù)中將會(huì)損失掉的至少一些額外功率就被存儲(chǔ)起來(lái)以備后用。
在風(fēng)已減小的情況下，設(shè)備控制器114不控制WTG106的傾斜下降率。也就是說(shuō)， 如果風(fēng)減小到足夠低的水平(不管設(shè)備控制器114的操作如何)，功率生產(chǎn)設(shè)施100可能 不能夠滿足要求的設(shè)定點(diǎn)。在這種情況下，設(shè)備控制器114就可配置成以便促使儲(chǔ)能裝置 116(通過(guò)信號(hào)放電，以滿足公用電站設(shè)定的經(jīng)調(diào)節(jié)的傾斜下降率。換句話說(shuō)， 當(dāng)風(fēng)減小且由風(fēng)電場(chǎng)100產(chǎn)生的功率比公用電站102設(shè)定的傾斜率下降得更快時(shí)，設(shè)備控 制器114就促使儲(chǔ)能裝置116放電，以滿足公用電站102的功率要求，直到(但愿)風(fēng)增大 或公用電站降低功率要求為止。
如上所述，設(shè)備控制器114可通過(guò)設(shè)施接口 117耦聯(lián)到公用電站102。設(shè)施接口 117可允許設(shè)備控制器114和公用電站在它們之間傳輸信息，例如，諸如，公用電站102向 功率生產(chǎn)設(shè)施100要求的功率傾斜率(例如RRjs)的量。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備控制器114 可將風(fēng)電場(chǎng)100的配置好的傾斜率的電變量和這些值的可用性提供給公用電站102。也就 是說(shuō)，設(shè)備控制器114可配置成以便計(jì)算功率生產(chǎn)設(shè)施100可提供給公用電站102的上升 和下降傾斜率可用性(分別為RRM^lffltt和RRTP^ffltt)。在一個(gè)實(shí)施例中，可基于功率生產(chǎn) 設(shè)施100的可能的功率、功率設(shè)定點(diǎn)和儲(chǔ)能裝置116的充電狀態(tài)之間的關(guān)系來(lái)計(jì)算可用性。 使用這個(gè)信息，公用電站102可能能夠改進(jìn)功率資源規(guī)劃。例如，當(dāng)斷電限值超過(guò)RRt降可用時(shí)，公用電站就可啟動(dòng)其它功率源104中的一個(gè)(例如傳統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備)來(lái)使傾斜下降率 穩(wěn)定。
圖2顯示了用于在風(fēng)逐漸減小的情況下控制風(fēng)電場(chǎng)的操作的過(guò)程的流程圖。應(yīng)當(dāng)理解，例如可通過(guò)設(shè)備控制器114(圖1)來(lái)執(zhí)行圖2所示的過(guò)程。當(dāng)然，也可在風(fēng)電場(chǎng)的其 它部分中或在另一個(gè)位置處進(jìn)行該過(guò)程。在以下描述中，將使用用語(yǔ)風(fēng)電場(chǎng)。但是，如上所 述，本教導(dǎo)不限于風(fēng)電場(chǎng)，而且本教導(dǎo)可應(yīng)用于其它類型的功率生產(chǎn)設(shè)施。
該過(guò)程在方框202處開(kāi)始，在此處確定公用電站所期望的風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)定點(diǎn)超過(guò)了 以高的或最大的轉(zhuǎn)換率運(yùn)行的電場(chǎng)的WTG的功率輸出容量。如果WTG可滿足設(shè)定點(diǎn)，就不 調(diào)用圖2中的過(guò)程，并且設(shè)備控制器僅提高WTG效率(例如其使它們傾斜上升)，以像現(xiàn)有 技術(shù)中那樣滿足設(shè)定點(diǎn)。
在方框204處，該過(guò)程促使儲(chǔ)能裝置116(圖1)開(kāi)始放電到功率匯集系統(tǒng)107中。 可控制儲(chǔ)能裝置116(圖1)的放電速率，從而使其與WTG106(圖1) 一起滿足設(shè)定點(diǎn)。
圖3顯示了用于在公用電站降低了風(fēng)電場(chǎng)的功率設(shè)定點(diǎn)或功率由于更低的風(fēng)況 而降低的情況下控制風(fēng)電場(chǎng)的操作的過(guò)程的流程圖。傾斜下降率設(shè)定點(diǎn)是由公用電站提供 的。在方框302處，從公用電站或可控制風(fēng)電場(chǎng)的輸出要求的其它外部實(shí)體接收更低的功 率設(shè)定點(diǎn)。在方框304處，確定是否在WTG處存在足夠的功率儲(chǔ)備來(lái)滿足要求的傾斜下降 率。也就是說(shuō)，在方框304處，確定風(fēng)電場(chǎng)的功率生產(chǎn)容量是否超過(guò)了公用電站設(shè)定的功率 需求。在超過(guò)了公用電站設(shè)定的功率需求的情況下，風(fēng)電場(chǎng)可產(chǎn)生比需要的更多的功率，并 且該過(guò)程移動(dòng)到方框306。在現(xiàn)有技術(shù)中，這種過(guò)量容量可能已經(jīng)損失掉了。
在方框306處，對(duì)儲(chǔ)能裝置充電，直到其完全充好電為止。當(dāng)然，儲(chǔ)能裝置的充電 速率將取決于風(fēng)電場(chǎng)可超過(guò)需求的量。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備控制器114可從儲(chǔ)能裝置 116(圖1)中接收儲(chǔ)能裝置116的充電水平的指示。因此，回頭參看圖1，在一個(gè)實(shí)施例中， 在設(shè)備控制器114和儲(chǔ)能裝置116之間的儲(chǔ)能通訊路徑140可為雙向的。
當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，在特定的風(fēng)電場(chǎng)具有多個(gè)儲(chǔ)能裝置的情況下，圖3所示的過(guò)程可 停留在方框306中，直到所有的儲(chǔ)能裝置都完全充好電為止。當(dāng)然，在一些情況下，其它外 部條件(例如從公用電站接收到風(fēng)況的變化或新設(shè)定點(diǎn))可促使設(shè)備控制器116在儲(chǔ)能裝 置完全充好電之前開(kāi)始新的或不同的過(guò)程。在這種情況下，圖3所示的過(guò)程就可終止，并且 新的過(guò)程開(kāi)始。
在方框308處，在儲(chǔ)能裝置已經(jīng)完全充好電之后，設(shè)備控制器114(圖1)就可向下 減小WTG的轉(zhuǎn)換率，使得來(lái)自它們的功率輸出滿足公用電站設(shè)定的傾斜率。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的功 率輸出滿足新設(shè)定點(diǎn)時(shí)，圖3所示的過(guò)程就完成了。
在WTG不能滿足要求的傾斜下降率的情況下，在方框310處，確定儲(chǔ)能裝置是否在 放電。如果儲(chǔ)能裝置在放電的話，就意味著風(fēng)電場(chǎng)之前依靠?jī)?chǔ)能裝置來(lái)滿足設(shè)定點(diǎn)，并且仍 然必須這樣，因?yàn)橐呀?jīng)確定了新設(shè)定點(diǎn)超過(guò)了 WTG的功率生產(chǎn)容量。在這種情況下，在方框 312處，儲(chǔ)能裝置的放電速率提高，從而使得風(fēng)電場(chǎng)的總功率輸出滿足公用電站接收到的要 求的傾斜率。
如果儲(chǔ)能裝置不在放電(如在方框310處確定的那樣)，就意味著儲(chǔ)能裝置已經(jīng)放 過(guò)電了，并且風(fēng)電場(chǎng)的確還不能滿足公用電站接收到的傾斜率，因此該過(guò)程結(jié)束。當(dāng)然，可 存在用于將功率生產(chǎn)的這個(gè)不足通知給公用電站的其它過(guò)程。
圖4顯示了可在風(fēng)電場(chǎng)的功率生產(chǎn)要求提高的情況下執(zhí)行的另一個(gè)過(guò)程。在方框 402處，從公用電站或可控制風(fēng)電場(chǎng)的輸出要求的其它外部實(shí)體接收到新的功率設(shè)定點(diǎn)。這 個(gè)新的功率設(shè)定點(diǎn)高于當(dāng)前的功率設(shè)定點(diǎn)。傾斜上升設(shè)定點(diǎn)也是由公用電站提供的。
在方框404處，確定WTG的傾斜上升率容量是否超過(guò)了要求的傾斜上升率。如果 沒(méi)有超過(guò)的話，在方框406處，WTG的轉(zhuǎn)換率就提高，以滿足新設(shè)定點(diǎn)(新的傾斜上升率)。 這與在沒(méi)有儲(chǔ)能裝置的情況下在典型的風(fēng)電場(chǎng)中執(zhí)行的情況相類似。
在要求的傾斜上升率不超過(guò)WTG的當(dāng)前傾斜上升容量的情況下，過(guò)程移動(dòng)到方框 408，在此處，設(shè)備的WTG的功率轉(zhuǎn)換得到提高。在方框410處，儲(chǔ)能裝置放電，以滿足新的 傾斜上升率。這可包括基于WTG功率生產(chǎn)相對(duì)于新的傾斜上升率的不足來(lái)設(shè)定儲(chǔ)能裝置的 放電速率。
前述描述是基于公用電站將傾斜上升率和傾斜下降率提供給設(shè)備控制器的假設(shè) 的。也就是說(shuō)，傾斜上升率和傾斜下降率是公用電站設(shè)定的設(shè)定點(diǎn)。但是，可存在這樣的情 況其中設(shè)備控制器本身可能能夠調(diào)節(jié)從公用電站接收到的傾斜率，以更好地匹配運(yùn)行條 件。
為此，一個(gè)實(shí)施例可包括基于電網(wǎng)的頻率(例如圖1的高壓傳輸系統(tǒng)110的頻率) 來(lái)修改RRjs的值(以及最終修改各個(gè)WTG的RR)。傳感器112 (圖1)可能能夠監(jiān)測(cè)這個(gè)頻 率和那個(gè)信息，以進(jìn)行設(shè)備控制。在電網(wǎng)頻率大于期望量的情況下，可假設(shè)風(fēng)電場(chǎng)以低于需 求的速率產(chǎn)生功率。在電網(wǎng)頻率小于期望量的情況下，可假設(shè)風(fēng)電場(chǎng)以超過(guò)需求的速率產(chǎn) 生功率。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可不依賴于設(shè)備控制器114(圖1)發(fā)送的命令而基于電網(wǎng)的頻 率來(lái)修改傾斜上升率和傾斜下降率。一般而言，當(dāng)系統(tǒng)頻率下降到最小頻率閾值( ^^,Μ ) 以下時(shí)，設(shè)備控制器可提高功率生產(chǎn)，且當(dāng)系統(tǒng)頻率高于最大頻率時(shí)，設(shè)備控制器 可降低功率生產(chǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)操作模式可在這兩個(gè)頻率閾值之間起作用。取決于 風(fēng)電場(chǎng)的當(dāng)前操作是基于傾斜上升率還是傾斜下降率，可進(jìn)行兩個(gè)可行變化中的一個(gè)。在 電網(wǎng)頻率朝 ·κκ^、Λ降低的情況下，傾斜上升率提高，以使頻率穩(wěn)定，并且傾斜下降率降低， 以保護(hù)不受大的功率下降(其可影響電網(wǎng)頻率)的影響。在頻率相對(duì)于的值增大的 情況下，上述行為可反過(guò)來(lái)。也就是說(shuō)，傾斜上升率降低，以保護(hù)不受大的功率峰值的影響， 功率峰值可影響電網(wǎng)頻率，并且傾斜下降率提高，以使頻率穩(wěn)定。圖5顯示了基于頻率的傾 斜上升率502和傾斜下降率504的變化(或曲線)的圖表。圖5中的圖表顯示了相對(duì)于沿 著X軸的電網(wǎng)的fg^tt (在美國(guó)典型地為60Hz)和Y軸上的電場(chǎng)的傾斜率規(guī)格化的電網(wǎng)頻 率。當(dāng)然，傾斜上升率502曲線和傾斜下降率504曲線的形狀可采取任何形狀，而且圖5所 示的那些僅是作為實(shí)例的。
為了支持本文的教導(dǎo)，可使用各種分析構(gòu)件，包括數(shù)字和/或模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)可 具有諸如處理器或存儲(chǔ)介質(zhì)、存儲(chǔ)器、輸入、輸出、通訊鏈路(有線、無(wú)線、脈沖漿(mud)、光 學(xué)或其它)、用戶接口、軟件程序、信號(hào)處理器(數(shù)字或模擬)的構(gòu)件和其它這種構(gòu)件(例 如電阻器、電容器、電感器和其它)，以便以本領(lǐng)域眾所周知的若干種方式中的任何一種來(lái) 提供本文公開(kāi)的裝置和方法的操作和分析?？紤]到這些教導(dǎo)可(但不需要)與存儲(chǔ)在計(jì)算 機(jī)可讀介質(zhì)上的一組計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括存儲(chǔ)器(ROM、 RAM)、光學(xué)裝置(CD-ROM)或磁裝置(磁盤、硬盤驅(qū)動(dòng)器)或在執(zhí)行時(shí)促使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)本發(fā) 明的方法的任何其它類型。除了本公開(kāi)描述的功能之外，這些指令可提供裝備操作、控制、 數(shù)據(jù)收集和分析以及被系統(tǒng)設(shè)計(jì)者、擁有者、用戶或其它此類人員認(rèn)為有關(guān)的其它功能。
雖然已經(jīng)結(jié)合僅有限數(shù)量的實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是應(yīng)當(dāng)容易地理解，本發(fā)明不限于這種公開(kāi)的實(shí)施例。相反，可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改，以便結(jié)合此前未描述 但是與本發(fā)明的精神和范圍相稱的任何數(shù)量的改型、更改、替換或等效布置。另外，雖然已 經(jīng)對(duì)本發(fā)明的各實(shí)施例進(jìn)行了描述，但將理解的是，本發(fā)明的各方面可包括所描述的實(shí)施 例中的僅一些。因此，本發(fā)明不應(yīng)視為受前述描述的限制，而是僅由所附的權(quán)利要求書(shū)的范 圍限制。
權(quán)利要求
1.一種用于能量生產(chǎn)設(shè)施的控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括設(shè)備控制器(114)，用于接收包括發(fā)電機(jī)(106)并且產(chǎn)生輸出信號(hào)的所述能量生產(chǎn)設(shè) 施(100)的測(cè)得功率輸出的指示；處理單元，可操作地耦聯(lián)到所述設(shè)備控制器上，并且當(dāng)可執(zhí)行的計(jì)算機(jī)指令在所述處 理單元上執(zhí)行時(shí)，響應(yīng)于所述可執(zhí)行的計(jì)算機(jī)指令而促使所述設(shè)備控制器在所述發(fā)電機(jī)的功率儲(chǔ)備不能滿足要求的傾斜下降率的情況下，產(chǎn)生促使儲(chǔ)能裝置放 電的輸出信號(hào)；以及在所述發(fā)電機(jī)的功率容量可以滿足要求的傾斜下降率的情況下，產(chǎn)生促使所述儲(chǔ)能裝 置充電的輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述設(shè)備控制器產(chǎn)生促使所述儲(chǔ)能 裝置充電直到所述儲(chǔ)能裝置完全充好電為止的信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)是風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī) (106)，并且進(jìn)一步包括耦聯(lián)到所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)和至少一個(gè)儲(chǔ)能裝置(116)上的功率匯集系統(tǒng)(107)，所 述功率匯集系統(tǒng)在所述至少一個(gè)儲(chǔ)能裝置的一個(gè)操作模式中將能量提供給所述至少一個(gè) 儲(chǔ)能裝置，并且在所述至少一個(gè)儲(chǔ)能裝置的另一個(gè)操作模式中接收來(lái)自所述至少一個(gè)儲(chǔ)能 裝置的能量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括耦聯(lián)到所述設(shè)備控制器上且耦聯(lián)到所述功率生產(chǎn)設(shè)施的輸出上的傳感器(112)，所述 傳感器將所述測(cè)得功率輸出的指示提供給所述設(shè)備控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器還將所述功率生產(chǎn)設(shè)施 的輸出處的頻率的指示提供給所述設(shè)備控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述設(shè)備控制器產(chǎn)生促使耦聯(lián)到所 述設(shè)備控制器上的功率生產(chǎn)裝置基于所述功率生產(chǎn)設(shè)施的所述輸出處的頻率來(lái)改變操作 的信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述設(shè)備控制器將指示當(dāng)前的功率 生產(chǎn)容量的信號(hào)提供給公用電站(102)，所述當(dāng)前的功率生產(chǎn)容量包括位于所述功率生產(chǎn) 設(shè)施和儲(chǔ)能裝置處的功率生產(chǎn)裝置的功率生產(chǎn)容量。
全文摘要
本發(fā)明涉及功率生產(chǎn)控制系統(tǒng)和方法。一種用于能量生產(chǎn)設(shè)施的控制系統(tǒng)包括用于接收能量生產(chǎn)設(shè)施的測(cè)得功率輸出的指示的設(shè)備控制器，能量生產(chǎn)設(shè)施包括發(fā)電機(jī)并且產(chǎn)生輸出信號(hào)。該系統(tǒng)還包括處理單元，該處理單元可操作地耦聯(lián)到設(shè)備控制器上，并且在可執(zhí)行的計(jì)算機(jī)指令在處理單元上執(zhí)行時(shí)，響應(yīng)于可執(zhí)行的計(jì)算機(jī)指令而促使設(shè)備控制器在發(fā)電機(jī)的功率儲(chǔ)備不能滿足要求的傾斜下降率的情況下，產(chǎn)生促使儲(chǔ)能裝置放電的輸出信號(hào)；以及在發(fā)電機(jī)的功率容量可以滿足要求的傾斜下降率的情況下，產(chǎn)生促使儲(chǔ)能裝置充電的輸出信號(hào)。
文檔編號(hào)H02J3/28GK102044880SQ20101053323
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日
發(fā)明者A·柯希納, E·烏本 申請(qǐng)人:通用電氣公司