專利名稱：公用電網(wǎng)、控制器、以及控制公用電網(wǎng)中發(fā)電的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及公用電網(wǎng)、控制器、以及用于控制公用電網(wǎng)中發(fā)電的方法。.背景技術(shù)風能常用于在發(fā)電廠中產(chǎn)生電能，這種發(fā)電廠常稱為風電場(wind farm),例如使用巨大風力渦輪機的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動發(fā)電機。然而，由于風速和 空氣密度隨著時間變化，來自風電場發(fā)電機的功率輸出也隨著時間改變， 有時甚至在風速下降到最小閾值以下時降低為零。來自這種風電場的功 率輸出的變化可能不僅引起來自場地的功率通量數(shù)量的變化，還引起電 力系統(tǒng)中頻率的變化，所述電能通過該電力系統(tǒng)輸送到其消費者。在地 理區(qū)域上分布的電力系統(tǒng)、發(fā)電廠、以及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的組有時稱為電 網(wǎng)。來自風電場的功率輸出的下降可能造成風電場所在電網(wǎng)的局部區(qū)域 中輸送功率、以及到電網(wǎng)其它區(qū)域的輸送功率的不足。典型地，調(diào)整電 網(wǎng)中一個或多個其它發(fā)電廠的功率輸出以補償來自風電場的功率輸出的 變化。因此，風電場相對于局部電力需求(有時稱為負栽需求)、相對于 電網(wǎng)其它區(qū)域的負載需求、以及/或者相對于電網(wǎng)的整體負載需求的規(guī)模 可能改變風電場的可變功率輸出對電網(wǎng)中其它發(fā)電廠的影響。例如，當 來自風電場的功率輸出由于低風速而下降為零時，電網(wǎng)中另一個發(fā)電廠 可以滿足風電場本地的電網(wǎng)區(qū)域的總負栽需求。所述的其它發(fā)電廠典型 地為從煤、蒸汽、可燃流體、水力、和/或太陽能產(chǎn)生電能的發(fā)電廠，并 且還包括但不限于燃氣輪機發(fā)電站、核電站、或者甚至是其它的風電場。典型地， 一個電網(wǎng)包括分布在地理區(qū)域上的多個發(fā)電系統(tǒng)。該電網(wǎng) 也包括消耗電能的系統(tǒng)(有時如這里所稱的"電力系統(tǒng)")以及電網(wǎng)的基 礎(chǔ)設(shè)施，例如但不限于用于相互連接、控制、維護的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以及/或 者發(fā)電系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、和/或電網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的改進。例如，該電網(wǎng)可以 包括電力傳輸線，用于電網(wǎng)中的發(fā)電系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)中任何基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu)、和/或其任意組合的相互連接。典型地，該電網(wǎng)包括可操作地連接 到發(fā)電系統(tǒng)的中央控制系統(tǒng)，用于控制每個發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出，例如 使用處理邏輯。典型地，中央控制系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)操作員操作。由中央控制系統(tǒng)控制的發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出可以包括但不限于電能的數(shù)量、所產(chǎn)生 電能的頻率、以及/或者電能數(shù)量和/或頻率的變化率。發(fā)電系統(tǒng)可以例如每個服務(wù)電網(wǎng)內(nèi)的 一定地理區(qū)域，通過將電能輸 送到該區(qū)域來實現(xiàn)。所述發(fā)電系統(tǒng)的每個都可以包括任意類型的功率源。 例如，所述發(fā)電系統(tǒng)可以包括至少部分地由煤、蒸汽、水力、可燃性流 體、和/或太陽能產(chǎn)生電能的功率源，其中可瑪性流體例如汽油、天然氣、 柴油燃料等。此外，所述發(fā)電系統(tǒng)可以包括核電廠、燃氣輪機發(fā)電站、 和/或風電場。發(fā)明內(nèi)容考慮到上述因素，提供了一種公用電網(wǎng)，該公用電網(wǎng)包括中央控制裝置；用于產(chǎn)生電能的間歇性可再生能源；至少一種另外的發(fā)電系統(tǒng)； 以及用于控制所述間歇性可再生能源和所述至少一個另外的發(fā)電系統(tǒng)的 總功率輸出的至少一個局部控制器，其中所述中央控制裝置連接到所述 至少一個局部控制器并且適用于向所述局部控制器要求所希望的總功率 輸出。根據(jù)從屬權(quán)利要求、說明書以及附圖，本發(fā)明的其它方面、優(yōu)點和 特征是顯而易見的。依照第一個方面，電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括中央網(wǎng)絡(luò)控制器、用于產(chǎn)生電能 的非可調(diào)度能源；至少一個其它發(fā)電系統(tǒng)；以及用于控制所迷非可調(diào)度 能源和所述至少一個其它發(fā)電系統(tǒng)的總功率輸出的至少一個管理控制 器，其中所述中央網(wǎng)絡(luò)控制器耦合到所述至少一個管理控制器并且適用 于向所述管理控制器要求所希望的饋入功率。依照另外的方面，提供了 一種用于控制間歇性可再生能源輸出功率 的控制器。該控制器包括提供至少一個預(yù)測變量的至少一個預(yù)測裝置， 其中所述控制器適用于至少部分地基于所述至少一個預(yù)測變量控制所迷 功率輸出，所述至少一個預(yù)測變量選自下面量構(gòu)成的組天氣預(yù)報、風 暴警報、風速、空氣密度、輻照度、大氣湍流、降雨情況、降雪情況、 空氣溫度、濕度、調(diào)度時間表。依照另一個方面，提供了一種控制公用電網(wǎng)中發(fā)電的方法。該方法 包括以下步驟從中央電網(wǎng)控制中心傳送所希望的總功率輸出到局部控 制器；使用至少一個間歇性可再生能源產(chǎn)生電能；使用至少一個其它功 率源產(chǎn)生電能；以及控制所述至少一個間歇性可再生能源和所述至少一個其它功率源的功率輸出，從而所述至少一個間歇性可再生能源和所述 至少一個其它功率源的總功率輸出基本等于所希望的總功率輸出。


對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明的完整和充分公開包括其最佳方式將在說明書的余下部分中參考附圖進行更加具體地闡述，在附圖中 圖1顯示了依照本發(fā)明一個實施例的公用電網(wǎng)的示意圖示。 圖2顯示了依照本發(fā)明另外實施例的公用電網(wǎng)的示意圖示。 圖3顯示了依照本發(fā)明另一個實施例的公用電網(wǎng)的示意圖示。 圖4顯示了依照本發(fā)明一個另外實施例的公用電網(wǎng)的示意圖示。 圖5顯示了依照本發(fā)明再一個另外實施例的公用電網(wǎng)的示意圖示。 圖6顯示了依照本發(fā)明再一個另外實施例的公用電網(wǎng)的示意圖示。 圖7顯示了依照本發(fā)明一個實施例的局部控制器的示意圖示。 圖8顯示了依照本發(fā)明一個實施例的流程圖。圖9顯示了當使用依照本發(fā)明實施例的方法控制總輸出功率時，在 第 一種情況下功率輸出隨時間的變化。圖IO顯示了當使用依照本發(fā)明實施例的方法控制總輸出功率時，在 第二種情況下功率輸出隨時間的變化。
具體實施方式
下面將參考本發(fā)明的不同實施例，其中的一個或更多例子顯示在附 圖中。所提供的每個例子僅作為對本發(fā)明的解釋，而不是作為對本發(fā)明 的限制。例如，作為一個實施例的一部分所說明或描述的特征可以用在 或者結(jié)合到其它實施例中以產(chǎn)生另外的實施例。本發(fā)明意圖包括所有的 這些修改和變化。圖1顯示了依照本發(fā)明一個實施例的公用電網(wǎng)的示意圖。其中，公 用電網(wǎng)100包括中央電網(wǎng)控制裝置UO，其監(jiān)測和控制電網(wǎng)中的電力產(chǎn)生 和電力消耗、電網(wǎng)頻率等。在圖1中，僅詳細顯示了電網(wǎng)的一部分，而 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大部分通過參考標記150示意性地表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 當理解，電網(wǎng)的這一部分可以包括多個輸電線、電力產(chǎn)生系統(tǒng)、電力消 耗裝置等。然而，公用電網(wǎng)這一部分的詳細結(jié)構(gòu)對于本發(fā)明根本原理的 理解不是必要的，因此予以省略。風場或風電場。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，間歇性可再生功率源200也可以包括連接到電網(wǎng)100的單個風力渦輪機210和/或太陽能發(fā)電 廠。在后面，間歇性可再生功率源將通過風力系統(tǒng)來進行舉例說明，而 不是對本發(fā)明的范圍進行限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不脫離本 發(fā)明范圍的情況下，任何展示出間歇性電力產(chǎn)生行為、即波動行為的其 它能源可以用作間歇性能源，所迷的波動行為是不可調(diào)度的或者僅在較 小的程度上可調(diào)度。進一步，對于風力系統(tǒng)200,公用電網(wǎng)100包括另外 的發(fā)電系統(tǒng)300。至少一個另外的發(fā)電系統(tǒng)300可以是燃煤火力發(fā)電廠、 蒸汽發(fā)電廠、可燃流體發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、燃氣渦輪發(fā)電廠、沼氣發(fā) 電廠、核電廠中的任意一種或者任何其它發(fā)電系統(tǒng)。此外對于發(fā)電系統(tǒng)， 作為補充或者替代，可以使用允許對電力供應(yīng)進行調(diào)度的電力儲存廠或 者設(shè)備作為電力系統(tǒng)300。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不背離本發(fā) 明范圍的情況下，可以提供多個另外的發(fā)電系統(tǒng)300而不是僅僅一個。 風力系統(tǒng)200和至少一個另外的發(fā)電系統(tǒng)300 ^J己置成用于產(chǎn)生電能， 并且適用于將所述電能饋送到公用電網(wǎng)100中。此外，公用電網(wǎng)100包括局部控制器400，其適用于控制風力系統(tǒng) 200和至少一個另外的發(fā)電系統(tǒng)300的總功率輸出，如箭頭所指示。典型 地，局部控制器400被實現(xiàn)為可編程微控制器，但也可以由任何其它適 當?shù)挠布蜍浖桨柑娲鷮崿F(xiàn)，例如固定邏輯控制裝置電路。對比于中 央電網(wǎng)控制裝置110,局部控制器僅適用于控制其本地的發(fā)電系統(tǒng)200 和300,而沒有連接到電網(wǎng)中的更多遠程區(qū)域。此外，局部控制器適用于 控制風力系統(tǒng)200和為非風力系統(tǒng)的至少一個另外的發(fā)電系統(tǒng)300的總 輸出功率。從而，局部控制器400適用于控制由風力系統(tǒng)200和另外的 發(fā)電廠300饋送入公用電網(wǎng)IOO的電力總量。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解， 術(shù)語"總功率輸出，，包括有功功率和無功功率。因此，中央電網(wǎng)控制裝 置110也可以要求由發(fā)電系統(tǒng)200和300提供一定數(shù)量的無功功率通量。 在這種場合，局部控制器400調(diào)節(jié)發(fā)電系統(tǒng)200、 300以提供足夠量的無 功功率通量。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當理解，局部控制器400自身不需要 直接控制風力系統(tǒng)200和發(fā)電廠300。而是，風力系統(tǒng)200和發(fā)電廠300 可以具有自己單獨的控制系統(tǒng)，例如風力渦輪控制器。然而，局部控制 器400可以對風力系統(tǒng)200和發(fā)電廠300中的每一個指令特定的輸出功 率。此外，局部控制器400與中央控制裝置110相連接。中央電網(wǎng)控制裝置U0適用于向局部控制器400要求所希望的風力系統(tǒng)200和發(fā)電廠 300的總輸出功率。然而，中央電網(wǎng)控制裝置IIO并非自身連接到風力系 統(tǒng)200和發(fā)電廠300。因此，風力系統(tǒng)200和發(fā)電廠300僅通過局部控制 器400控制。局部控制器400可以被配置成用于從中央電網(wǎng)控制裝置110 接收實時信號。如此，局部控制器400可以參與動態(tài)調(diào)度和發(fā)電機組功 率輸出自動控制(ACG),這是電網(wǎng)頻率動態(tài)調(diào)節(jié)的標準型功能。vt人而， 一個或多個局部控制器400的應(yīng)用便于對>^用電網(wǎng)100的控 制。尤其是，中央控制裝置110可以依靠于所需求的總功率輸出，所述 總功率輸出由于局部控制器400的控制而^皮提供。典型地，由于變化的 風速或者其它原因，風力系統(tǒng)200的功率輸出將是高度波動的。如杲這 種風力系統(tǒng)200是本地發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，這個本地發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施 的饋入功率也將由于波動風力的量而是波動的。然而，局部控制器400 控制在本地基礎(chǔ)設(shè)施中的其它的、例如常規(guī)的發(fā)電廠300,從而所希望的 總輸出功率饋送入公用電網(wǎng)100中。因此，間歇性功率源和可調(diào)度功率 源、例如風電場和燃氣渦輪在局部控制器400的控制下作用就像單個實 體一樣。例如，局部控制器400可以適用于將風力系統(tǒng)200和發(fā)電廠300 的總輸出功率控制為基本恒定，例如等于由中央控制裝置110要求的所 希望的總功率輸出。在其它實施例中，局部控制器40可以適用于控制風 力系統(tǒng)200和發(fā)電廠300的總輸出功率以便僅在預(yù)定的范圍內(nèi)變化，即 保持在預(yù)定區(qū)域內(nèi)。例如，所述范圍可以由中央控制裝置110確定并且 被傳送到局部控制器400。在另外的實施例中，局部控制器400可以適用 于控制風力系統(tǒng)200和發(fā)電廠300的總輸出功率以便依照預(yù)定的時間表 改變。例如，所述時間表可以由中央控制裝置110確定并且^皮傳送到局 部控制器400。所述時間表可以考慮到大功率消耗在每一天的時間、例如 早晨和午餐時間，以及低功率消耗的時間、例如在夜間。由于上述可以 在局部控制器400中執(zhí)行的控制策略，風力系統(tǒng)200所產(chǎn)生功率的統(tǒng)計 概率大大提高，并且可以例如允許永久性減少了礦物或核發(fā)電。此外， 由于風力生產(chǎn)可以由發(fā)電廠300進行本地備用，電網(wǎng)IOO在嚴重天氣情 況、例如暴風雪過程中的穩(wěn)定性問題可以得到減小。典型地，局部控制器400是閉環(huán)的調(diào)節(jié)器，其至少部分地基于至少 一個變量控制功率輸出，所述變量指示公用電網(wǎng)IOO的當前狀態(tài)。因此， 局部控制器400典型地連接到至少一個傳感器，該傳感器用于測量至少8一個電網(wǎng)變量，從而可以至少部分地基于由所述傳感器測量的至少一個電網(wǎng)變量進行控制。典型地，至少一個電網(wǎng)變量選自下面量所構(gòu)成的組 有功功率、無功功率、間歇性可再生功率源的功率輸出、替代發(fā)電系統(tǒng) 的功率輸出、電流、電壓、頻率、功率因數(shù)、功率變化速率。在圖1的 實施例中，局部控制器400連接到用于感測風力系統(tǒng)200的功率輸出的 傳感器410、用于感測發(fā)電廠300的功率輸出的傳感器411、以及用于測 量電網(wǎng)頻率的傳感器412。然而本領(lǐng)域4支術(shù)人員應(yīng)當理解，傳感器410、 411、 412可以測量前面提到的電網(wǎng)變量中的任意一個或多個。此外，局 部控制器400可以配備用于測量另外的電網(wǎng)變量的另外的電網(wǎng)傳感器。圖2顯示了依照本發(fā)明另外的實施例的公用電網(wǎng)100的示意圖示。 公用電網(wǎng)IOO的基本配置類似于圖1中所示的電網(wǎng)。然而，局部控制器 400連接到指示至少一個環(huán)境條件的至少一個傳感器420。局部控制器 400適用于至少部分地基于由傳感器420測量的至少一個環(huán)境條件來控 制總功率輸出。由傳感器420監(jiān)測的典型環(huán)境條件包括風速、空氣密度、 輻照度、大氣湍流、降雨情況、降雪情況、空氣溫度、以及濕度。因此， 傳感器420可以包括風速計、空氣密度計、濕度計、溫度計、降雨傳感 器、降雪傳感器、湍流傳感器等。由于風力系統(tǒng)200的功率輸出強烈依 賴于環(huán)境的、尤其是大氣的條件，所以局部控制器400的控制精確性可 以通過考慮這些確定風力系統(tǒng)200的功率輸出的環(huán)境條件來提高。例如， 如果風速計420測量到風速下降，局部控制器400可以提高發(fā)電廠300 的功率輸出。從而，風力系統(tǒng)200和發(fā)電廠300的總功率輸出可以保持 在恒定的水平，盡管風力系統(tǒng)200的輸出由于無風而下降。圖3顯示了依照本發(fā)明另一個實施例的公用電網(wǎng)的示意圖示。公用 電網(wǎng)100的基本配置類似于圖1中所示的電網(wǎng)。然而，局部控制器400 連接到提供至少一個預(yù)測變量的至少一個預(yù)測裝置430。局部控制器400 適用于部分地基于由預(yù)測裝置430提供的至少一個預(yù)測變量來控制總功 率輸出。由預(yù)測裝置430預(yù)測的典型預(yù)測變量包括天氣預(yù)報、風暴警報、 風速、空氣密度、輻照度、大氣湍流、降雨情況、降雪情況、空氣溫度、 濕度、以及調(diào)度時間表。因此，預(yù)測裝置430可以包括氣象服務(wù)。從而， 局部控制器400可以在預(yù)定的預(yù)測范圍內(nèi)預(yù)期風力場200處的未來天氣 情況。尤其是，局部控制器400可以確定用不同概率加權(quán)的多種氣象情 況。由于風力系統(tǒng)200的功率輸出強烈依賴于風力場處的天氣情況，局部控制器400的控制精確性可以通過考慮控制風力系統(tǒng)200的未來功率 輸出的未來的天氣情況來提高。例如，預(yù)測裝置430可以報告風暴警報， 在風力場200處在接下來的2小時內(nèi)風暴出現(xiàn)的概率為95%。那么，局部 控制器400可以在風暴到達風電場之前關(guān)閉風電場中的風力渦輪機210。 同時，局部控制器400可以增大常規(guī)發(fā)電廠300的功率輸出。從而，風 力系統(tǒng)200和發(fā)電廠300的總功率輸出可以保持在恒定水平，或者至少 在預(yù)定的范圍內(nèi)，即使風力系統(tǒng)2 00的輸出由于渦輪機關(guān)閉而下降為零。在圖4所示的再一個實施例中，局部控制器400連接到至少一個經(jīng) 濟效率裝置435。經(jīng)濟效率裝置435提供至少一個經(jīng)濟效率變量，該變量 典型地選自下面的量所構(gòu)成的組運行成本、燃料價格、電能的市場價 格、或者輸電費用。局部控制器400適用于至少部分地基于由經(jīng)濟效率 裝置435提供的經(jīng)濟效率變量來控制總功率輸出。從而，局部控制器400 可以還可以基于經(jīng)濟因素決定縮減/增加或關(guān)閉/開啟發(fā)電機。例如，柴 油機的燃料價格可能高于氣體。在這種場合，局部控制器400可以決定 關(guān)閉柴油機而不是燃氣輪機。此外，如杲當前電能的市場價格不具有吸 引力，局部控制器400可以決定存儲能量而不是將其饋送入電網(wǎng)。最后 應(yīng)當理解，經(jīng)濟信息可以由獨立的經(jīng)濟效率裝置435或者通過中央電網(wǎng) 控制裝置110(如虛線所指示的)提供給局部控制器400。當然，通過將經(jīng) 濟考慮應(yīng)用到局部控制器400的運行可以增加利潤。在圖7所示的另一個實施例中，預(yù)測裝置440集成在局部控制器400 中。集成的預(yù)測裝置440從外部傳感器和/或外部預(yù)測裝置430接收輸入。 集成的預(yù)測裝置440適用于基于所接收的信息提供如上所述的預(yù)定預(yù)測 范圍內(nèi)的預(yù)報。局部控制器400進一步包括總功率輸出估計裝置450，其 適用于估計預(yù)定的預(yù)測范圍內(nèi)的總功率輸出。例如，輸出估計裝置450 可以基于天氣預(yù)報模擬風力系統(tǒng)200的功率輸出。此外，估計裝置450 可以根據(jù)所估計的功率輸出在預(yù)測范圍內(nèi)確定由中央電網(wǎng)控制裝置110 要求的所希望的總功率輸出是否可以由風力系統(tǒng)200和發(fā)電廠300產(chǎn)生。 典型地，局部控制器400還包括報告裝置460，其適用于在預(yù)測范圍內(nèi)向 中央電網(wǎng)控制裝置110報告是否可以產(chǎn)生所希望的總功率輸出。此外報 告裝置460還適用于將估計裝置450確定的估計總功率輸出報告給中央 電網(wǎng)控制裝置110。從而，由局部控制器400向中央電網(wǎng)控制裝置110 通知預(yù)期的總功率輸出并且可以在需要時安排對策。例如，如果風力系統(tǒng)200在風暴期間必須完全關(guān)閉并且發(fā)電廠300不具備足夠的最大功率 以保持所希望的總輸出功率的情況下，可以增加電網(wǎng)的另一個部分150 的電力生產(chǎn)。從而，局部控制器400的控制精確性可以通過考慮控制風 力系統(tǒng)200的未來功率輸出的天氣預(yù)報或其它預(yù)報而提高。此外，預(yù)測 裝置440還可以考慮調(diào)度時間表，從而考慮預(yù)定的預(yù)測范圍內(nèi)的電力要 求。這也可以提高局部控制器400的控制精確性，因為例如，當大功率 負栽或者大量的4交小功率負栽在短時間內(nèi)連接到電網(wǎng)時電網(wǎng)的頻率將下 降。例如，在早晨時段和午飯時間存在較大的功率需求，而在夜間的需 求顯著較小。圖5顯示了依照本發(fā)明進一步實施例的公用電網(wǎng)的示意圖示。公用 電網(wǎng)100的基本配置類似于圖1中所示的電網(wǎng)，但局部控制器400連接 到用于環(huán)境條件的傳感器420、預(yù)測裝置430、以及經(jīng)濟效率裝置435。局部控;器400的控;精確性和效率可以進一步"i^高一: '圖6顯示了依照本發(fā)明再一個實施例公用電網(wǎng)的示意圖示。在此， 公用電網(wǎng)100包括按著區(qū)域性分組的多個間歇性發(fā)電系統(tǒng)和替代性可調(diào) 度電廠。間歇性發(fā)電系統(tǒng)和其它電廠連接到公用電網(wǎng)100，例如通過電力 線。此外，例如工廠、私人家庭等的負栽(未示出)連接到電網(wǎng)并且被提 供電能。每個區(qū)域性發(fā)電組被如上所述的局部控制器400控制。此外， 每個局部控制器400連接到中央電網(wǎng)控制裝置110。從而，中央電網(wǎng)控制 裝置110通過局部控制器400控制電網(wǎng)100中的電力生產(chǎn)。代替直接控 制風電場和發(fā)電廠，中央控制裝置110僅將對所希望的總功率輸出的要 求發(fā)送到每個局部控制器400。然后，局部控制器400必須提供所要求的 功率輸出或者報告所要求的功率輸出由于天氣條件、天氣預(yù)報等而無法 提供?？蛇x地，局部控制器400可以提供估計的電力生產(chǎn)時間表到中央 控制裝置UO，從而中央控制裝置IIO可以在一個或多個局部控制器400 不能提供所希望的總功率輸出的情況下采取對策。從而，公用電網(wǎng)110 具有分級結(jié)構(gòu)，其將總功率輸出的控制和穩(wěn)定性委托給局部控制器400。 由于局部控制器400可以對區(qū)域性天氣條件作出反應(yīng)并且可以對天氣預(yù) 報進行考慮，甚至對于較高的風力電網(wǎng)穿透性也可以保持電網(wǎng)的穩(wěn)定性。圖8顯示了依照本發(fā)明實施例的流程圖。在第一步，所希望的總功 率輸出從中央電網(wǎng)控制中心傳送到局部控制器。所希望的總功率輸出可以是恒定數(shù)值或者一個范圍，總輸出功率可以在此范圍內(nèi)變化。接下來， 所述至少一個風功率源和所述至少一個其它功率源的功率輸出由局部控 制器控制，從而至少一個間歇性功率源和至少一個其它功率源的總功率 輸出基本上等于所希望的總功率輸出。在這個實施例中，電能由至少一 個風功率源和至少一個其它功率源產(chǎn)生。在一個實施例中，所述控制總 功率輸出的步驟包括估計在預(yù)定的預(yù)報周期內(nèi)的總功率產(chǎn)量，并且確定 所述估計的總功率產(chǎn)量是否足夠用于提供在所述預(yù)報周期內(nèi)所希望的總 功率輸出。如果不能提供所希望的總功率輸出，則將報告到中央電網(wǎng)控 制裝置。可選地，還可以將能夠產(chǎn)生所希望的總輸出數(shù)值的信息報告到 中央控制裝置。依照另外的實施例，獲得至少一個預(yù)測變量，并且至少 部分地基于所述至少一個預(yù)測變量估計所述總功率輸出。典型地，所述 預(yù)測變量包括天氣預(yù)報、風暴警報、風速、空氣密度、大氣湍流、降雨 情況、降雪情況、空氣溫度、濕度、或者調(diào)度時間表。在本發(fā)明的一個 進一步的實施例中，將對于預(yù)報周期的估計總功率輸出的時間表報告給 中央控制裝置。從而，中央控制裝置可以確定電網(wǎng)中的電力生產(chǎn)時間安 排。圖9顯示了當使用依照本發(fā)明實施例的方法控制總輸出功率時，在 第一種情況下功率輸出隨時間的變化。在圖9所示的實施例中，由中央 控制裝置要求的所希望的總輸出功率隨著時間是恒定的。然而，風速是 波動的，從而風力系統(tǒng)的功率輸出也相應(yīng)地是波動的。本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)當理解，風力系統(tǒng)存在最大的功率輸出，使得即使對于更高的風速， 輸出功率也永遠不會超出這個限度。區(qū)域組中的另一個發(fā)電廠由局部控 制器控制，以補充風力系統(tǒng)的電力生產(chǎn)，從而可以保持基本恒定的總輸 出功率。然而，預(yù)報數(shù)據(jù)建議在不久的將來將是無風的，使得平均風速將下降。從而，由風力系統(tǒng)產(chǎn)生的估計功率輸出也相應(yīng)于風速而下降。 結(jié)果，必須提高其它發(fā)電廠的輸出功率以保持所要求的所希望的總輸出 功率。如可以從圖9看出的，雖然風力系統(tǒng)的功率輸出下降，仍可以保 持所希望的總輸出功率。圖IO顯示了當使用依照本發(fā)明實施例的方法控制總輸出功率時，在 第二種情況下功率輸出隨時間的變化。這里，中央電網(wǎng)控制裝置也要求恒定的總輸出功率。然而，預(yù)測裝置報告有風暴警報，導致風速顯著增 大。風暴期間的風速對于風力渦輪機來說太大，因而在風暴到達風力場之前必須關(guān)閉風力渦輪機。從而，對于該風力場，所估計的風力功率輸出下降為零。類似于圖9中所示的例子，當風力功率輸出降低時，提高 其它發(fā)電廠的功率輸出。然而如所顯示的，即使其它發(fā)電廠達到最大功 率輸出，也無法達到所希望的總功率輸出。而是，總功率輸出下降到其 它發(fā)電廠的功率輸出。因此，在所要求的所希望的總功率輸出和風暴期間的實際可能輸出功率之間存在功率缺口 △。這一功率缺口 A必須由電 網(wǎng)中的其它發(fā)電系統(tǒng)的增加電力產(chǎn)量來閉合。然而，由于局部控制器的 預(yù)測能力，這種功率缺口可以^^好地提前預(yù)測。因而，即使對于像火力 發(fā)電廠這樣的反應(yīng)緩慢的電廠也可以足夠早地提高發(fā)電。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，本發(fā)明在風力參與的公用電網(wǎng)穩(wěn)定性方面提高了統(tǒng)計可信度。從而，可以縮減常^L的核電和/或火力發(fā)電廠，而 不會危及電網(wǎng)穩(wěn)定性和/或充足的電力供應(yīng)。同樣，計入天氣預(yù)報和實際 天氣情況也提高了風力電力產(chǎn)量的可預(yù)測性。具有局部控制器的電網(wǎng)的 分級結(jié)構(gòu)提高了可靠性，這是因為其中的控制是基于局部的和/或區(qū)域性 的數(shù)據(jù)。此外，由于中央電網(wǎng)控制可以基于有保證的局部功率輸出數(shù)值， 同時控制的細節(jié)可以被委托給局部控制器，所以中央電網(wǎng)控制也變得容 易。上面的描述使用例子對發(fā)明進行公開，包括最佳的方式，并且也使 得任何的本領(lǐng)域技術(shù)人員能構(gòu)制造和使用本發(fā)明。雖然已經(jīng)以多個特定 實施例的方式描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認可，本發(fā)明在權(quán)利要求書的實質(zhì)和范圍內(nèi)可以實施為各種修改。特別是，上面描述的各個 實施例相互間非排他的特征可以彼此結(jié)合。尤其是，風力系統(tǒng)和太陽能 電力系統(tǒng)可以等同意義地用于本發(fā)明的上下文環(huán)境中，因為兩者都代表 間歇性能源。本發(fā)明的可專利性范圍由權(quán)利要求限定，并且可以包括本 領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它例子。如果例子中所具有的結(jié)構(gòu)單元并非不同 于權(quán)利要求的字面語言，或者如杲包括具有與權(quán)利要求的字面語言非實 質(zhì)性差異的等價結(jié)構(gòu)單元，那么這樣的其它例子屬于權(quán)利要求的范圍。部件列表100公用電網(wǎng)110中央電網(wǎng)控制裝置150電網(wǎng)(網(wǎng)絡(luò))200間歇性可再生功率源210風力渦輪積i300另外的發(fā)電系統(tǒng)400局部控制器410傳感器411傳感器412傳感器420用于環(huán)境變量的傳感器430外部預(yù)測裝置435經(jīng)濟效率裝置440內(nèi)部預(yù)測裝置450估計裝置460報告裝置△功率輸出缺口
權(quán)利要求
1.一種公用電網(wǎng)(100)，包括中央控制裝置(110)，間歇性可再生功率源(200)，用于產(chǎn)生電能；至少一個另外的發(fā)電系統(tǒng)(300)；以及至少一個局部控制器(400)，用于控制所述間歇性可再生功率源(200)和所述至少一個另外的發(fā)電系統(tǒng)(300)的總功率輸出，其中所述中央控制裝置(110)連接到所述至少一個局部控制器(400)并且適用于向所述局部控制器(400)要求所希望的總功率輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的公用電網(wǎng)，其中所述局部控制器(400)適用于 控制所述總功率輸出以按照由所迷中央控制裝置(110)指定的時間表進 行改變、和/或保持在預(yù)定范圍內(nèi)、和/或保持基本恒定。
3, 根據(jù)權(quán)利要求1或2的公用電網(wǎng)，其中所述中央控制器(400)連 接到用于測量至少一個電網(wǎng)變量的至少一個傳感器(410)，其中所述局部 控制器(400)適用于至少部分地基于由所述傳感器(410, 411, 412)測量 的所述至少一個電網(wǎng)變量來控制總功率輸出，其中所述至少一個電網(wǎng)變 量選自下面的量構(gòu)成的組有功功率、無功功率、間歇性可再生功率源 的功率輸出、替代性發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出、電流、電壓、頻率、功率因 數(shù)、功率變化率；和/或其中所述局部控制器(400)連接到指示至少一個 環(huán)境條件的至少一個傳感器(420),其中所述局部控制器(400)適用于至 少部分地基于由所述傳感器(420)測量的至少一個環(huán)境條件來控制總功 率輸出，其中所迷至少一個環(huán)境條件選自下面量構(gòu)成的組風速、空氣 密度、輻照度、大氣湍流、降雨情況、降雪情況、空氣溫度、濕度；和/ 或其中所述局部控制器(400)連接到提供至少一個經(jīng)濟效率變量的至少 一個經(jīng)濟效率裝置(435),所述至少一個經(jīng)濟效率變量選自下面量構(gòu)成的 組運行成本、燃料價格、電能的市場價格、輸電費用，其中所迷局部 控制器(400)適用于至少部分地基于由所述經(jīng)濟效率裝置(435)提供的至 少一個經(jīng)濟效率變量來控制總功率輸出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l到3的任一項的公用電網(wǎng)，其中所述局部控制器 (400)連接到提供至少一個預(yù)測變量的至少一個預(yù)測裝置(430, 440),其至少一個;測變;來控制總功率輸出:其中;斤述至少一個預(yù)測變;選自下面量構(gòu)成的組天氣預(yù)報、風暴警報、風速、空氣密度、輻照度、大 氣湍流、降雨情況、降雪情況、空氣溫度、濕度、調(diào)度時間表。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4的任一項的公用電網(wǎng)，其中所述局部控制器 (400)包括總功率輸出估計裝置(450)，其適用于在預(yù)定的預(yù)測范圍內(nèi)估 計總功率輸出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5的任一項的公用電網(wǎng)，其中所迷局部控制器 (400)包括報告裝置(460),其適用于向中央控制裝置U10)報告至少一個 間歇性可再生功率源(200)和至少一個另外的發(fā)電系統(tǒng)(300)是否能夠產(chǎn) 生所希望的總功率輸出、和/或向中央控制裝置(UO)報告在預(yù)定的預(yù)測 范圍內(nèi)所估計的總功率輸出。
7. —種控制公用電網(wǎng)中發(fā)電的方法，包括以下步驟從中央電網(wǎng)控制中心傳送所希望的總功率輸出到局部控制器；使用至少 一個間歇性可再生功率源來產(chǎn)生電能；使用至少一個其它功率源來產(chǎn)生電能；以及控制所述至少一個間歇性可再生功率源和所述至少一個其它功率源 的功率輸出，使得所述至少一個間歇性可再生功率源和所述至少一個其 它功率源的總功率輸出基本等于所希望的總功率輸出。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，進一步包括以下步驟 在預(yù)定的預(yù)測周期內(nèi)估計總電力產(chǎn)量；確定所述估計的總電力產(chǎn)量是否足夠用于在所述預(yù)測周期內(nèi)提供所 希望的總功率輸出；以及如杲不能提供所希望的總功率輸出，向中央電網(wǎng)控制裝置報告在預(yù) 測周期內(nèi)不能提供總功率輸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中在估計步驟中，獲得至少一個預(yù)測 變量，并且其中至少部分地基于至少一個預(yù)測變量來估計總功率輸出， 所述至少一個預(yù)測變量選自下面量構(gòu)成的組天氣預(yù)報、風暴警報、風 速、空氣密度、輻照度、大氣湍流、降雨情況、降雪情況、空氣溫度、 濕度、調(diào)度時間表。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9的方法，其中所述報告步驟包括向中央控 制裝置提供對于預(yù)測周期的所估計的總功率輸出的時間表。
全文摘要
提供了一種公用電網(wǎng)(100)，該公用電網(wǎng)(100)包括中央控制裝置(110)、用于產(chǎn)生電能的間歇性可再生功率源(200)；至少一個另外的發(fā)電系統(tǒng)(300)；以及用于控制所述間歇性可再生功率源(200)和所述至少一個另外的發(fā)電系統(tǒng)(300)的總功率輸出的至少一個局部控制器(400)，其中所述中央控制裝置(110)連接到所述至少一個局部控制器(400)并且適用于向所述局部控制器(400)要求所希望的總功率輸出。
文檔編號H02J3/46GK101247049SQ20081007421
公開日2008年8月20日 申請日期2008年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月13日
發(fā)明者A·布克, H·H·盧策 申請人:通用電氣公司