[發明專利]用于限制可變發電可再生設施功率輸出變化的方法和系統

在審

• 申請號: 201410229689.5
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN104214046A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: N.M.雅茲吉;R.J.尼爾森;馬洪濤;W.F.克拉克
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 臧永杰;劉春元

本發明提供了用于控制從可再生能量裝置（10）到具有對于每單位時間的輸出功率變化的預定界限的公用電網（56）的輸出功率的方法和系統。所述方法和系統包括經由限制器（78）將控制器（76）的輸出信號約束于上限和/或下限，其中，所述上限和/或下限包括對于每單位時間的輸出功率變化的預定上界和/或下界。受約束的輸出信號然后被應用于多個發電機（12、14、16）以根據預定界限來限制每單位時間的輸出功率變化。

技術領域

本發明涉及用于限制可變發電可再生（renewable）設施中的功率輸出變化的方法和系統。

背景技術

發電是將來自能量源的功率轉換成電的過程。能量的源可以包括可再生的能量源，其來源于被不斷地補充的自然過程，包括例如日光、風、雨、潮汐、波浪和地熱。存在使用發電機以將來自能量源的功率轉換成電的許多可再生發電設施，包括太陽能光伏（PV）電池、太陽能發電機、熱電發電機、潮汐發電機、風力發電機/渦輪機以及使用任何其它能量源的其它發電機。

可再生發電設施能夠被適當連接以向負載、用于進一步分配的電網和/或儲蓄電功率的能量存儲設備/系統（如本領域中已知的，諸如泵浦水電站、壓縮空氣、飛輪以及電池能量儲存裝置）輸送功率。

具體地，能夠經由風力農場（wind-farm）來產生功率，其中，發電機是被用來將風中的功率轉換成電的風力渦輪機。當出于產生大量電功率以用于輸送到公用電網（utilitygrid）的目的而將多個風力渦輪機放置在相同地理區域中時，風力農場被創建。最近，通過風力農場而添加到公用電網的能量的分數已顯著增加。因此，需要相對于由公用電網運營商規定的多個參數來控制向公用電網輸送能量的風力農場。

風力（wind power）是可變的，因為風速必然可變。一般地，風力作為風速的立方而變化。因此，風速中即使相對小的改變也導致風力中的顯著改變。例如，風速從9 m/s至10m/s的增加可以導致幾乎40%的風力增加。陣風能夠引起甚至更多的關注。有時，風力的這種增加超過由傳輸系統/公用電網運營商所規定的風力場（wind park）輸出中的最大可允許的變化，特別是在小型功率系統中。例如，在如同夏威夷（Hawaii）的系統中，運營商要求工廠MW輸出不從“n”秒之前測量的輸出變化多于以MW的某個+/-改變。

已經進行了控制風力農場功率的嘗試，包括用于控制風力農場的功率斜坡率（ramp rate）的控制方案，諸如在美國專利號7,679,215中所述的。其中所述的風力農場功率比（power rate）控制方法嘗試通過基于風力渦輪機發電機的共同功率輸出的受監視的改變率和風力渦輪機發電機的所期望的共同功率斜坡來生成功率輸出率限制信號并將該功率輸出率限制信號應用于所述多個風力渦輪機發電機而限制共同功率輸出的改變率。在操作中，當實際風力農場功率斜坡率增加至斜坡率請求以上時，控制器調整風力農場斜坡率，從而引起實際功率輸出下降至斜坡率請求以下。結果，在一分鐘持續時間上的算術和是零。然而，雖然這種方案提供與斜坡率請求相符的“平均”斜坡率，但風力農場功率仍超過此時間幀期間的最大可允許工廠輸出功率，并且因而未能滿足電網運營商對于輸出在功率方面不從在“n”秒之前測量的輸出變化多于某個+/-改變的要求。

這種方案的某些缺點包括：在短時間段內可能超過斜坡率限制；由于功率是由渦輪機斜坡率而不是渦輪機功率設定點所控制的事實而引起的非最優功率產生；以及最終該控制需要風力渦輪機中的斜坡率控制。

鑒于風力中使得輸出功率變化超過規定限制的這些變化以及先前嘗試的不足，在本領域中需要一種用以限制輸出功率以遵照傳輸系統/公用電網運營商的要求的系統和方法。在本領域中此外需要提供一種控制機制，其執行輸出控制功能以定界風力場輸出中的變化以遵照傳輸系統/公用電網運營商的要求。在本領域中此外需要一種用以維持頻率和負載生成平衡的系統和方法。

本發明被設計以解決這些需要。

附圖說明

在以下描述中鑒于附圖來解釋本發明，所述附圖示出：