專利名稱：可再生可變發(fā)電系統(tǒng)的功率斜坡率控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來說，本發(fā)明涉及可再生發(fā)電，更具體來說，涉及用于控制可再生可變發(fā)電系 統(tǒng)中的功率斜坡率(ramp rate)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般將向公用電網(wǎng)提供電力的太陽能電場和風(fēng)電場歸類為可再生可變發(fā)電系統(tǒng)。 這些系統(tǒng)之所以產(chǎn)生可變功率是因?yàn)椋柲芑蝻L(fēng)能的收集隨云層覆蓋、風(fēng)速等而改變。每 個(gè)太陽能電場或風(fēng)電場可具有多個(gè)能量收集裝置，這些裝置可能需要功率監(jiān)視和控制以進(jìn) 行協(xié)調(diào)和向電網(wǎng)提供電力。例如，太陽能電場可包括多個(gè)光伏電池和相關(guān)聯(lián)的逆變器。風(fēng) 電場可包括多個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)和相關(guān)聯(lián)的控制器和轉(zhuǎn)換器。公用設(shè)施通常利用火力(燃 煤和燃?xì)?發(fā)電廠來穩(wěn)定化和平衡供應(yīng)給電網(wǎng)的電力，尤其是在間歇陽光時(shí)期期間(對于 太陽能電場而言)或在變化的風(fēng)力狀況期間(對于風(fēng)電場而言)。但是，火電廠可能要花費(fèi) 相對較長的時(shí)間來斜升至滿工作功率產(chǎn)生。一些燃煤發(fā)電站可能要花數(shù)個(gè)小時(shí)從0斜升至 100%滿額功率，并且可能要花費(fèi)甚至更長的時(shí)間來斜降。但是，取決于可用陽光和風(fēng)力狀 況，來自可變可再生能源的功率輸出可在幾秒鐘斜升或斜降。來自某個(gè)來源的功率輸出的 急劇變化可降低公用電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)能力，并且火力發(fā)電機(jī)組可能難以在可變電廠突然增 大功率時(shí)突然降低它們的功率。因此，需要控制可再生可變發(fā)電系統(tǒng)的功率斜坡率以與功 率斜坡響應(yīng)速率受到限制的其它類型的發(fā)電機(jī)組更兼容。還需要用于控制可再生可變發(fā)電系統(tǒng)的功率斜坡率的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
以上需要中的一些或所有需要可通過本發(fā)明的某些實(shí)施例來解決。本發(fā)明的某些 實(shí)施例可包括用于可再生可變發(fā)電系統(tǒng)中的功率斜坡率控制的系統(tǒng)和方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例，提供一種用于調(diào)節(jié)多個(gè)可變能源的共同功率輸 出(collective power output)的方法。該方法包括監(jiān)視所述多個(gè)可變能源的共同功率 輸出；至少部分地基于斜坡率極限預(yù)測所述多個(gè)可變能源的共同可用功率電平；至少部分 地基于限制所預(yù)測的共同可用功率電平的變化率修正所預(yù)測的共同可用功率電平；確定功 率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)；至少部分地基于功率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)或經(jīng)過修正的預(yù)測的共同可用功率電平生 成凈功率命令信號(hào)；至少部分地基于凈功率命令信號(hào)生成多個(gè)功率控制信號(hào)；以及利用所 述多個(gè)功率控制信號(hào)控制所述多個(gè)可變能源的共同功率輸出。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示范性實(shí)施例，提供一種可變能量功率調(diào)節(jié)器系統(tǒng)。該系統(tǒng) 可包括控制器，該控制器可進(jìn)行操作以監(jiān)視多個(gè)可變能源的共同功率輸出；至少部分地 基于斜坡率極限預(yù)測所述多個(gè)可變能源的共同可用功率電平；至少部分地基于限制所預(yù)測 的共同可用功率電平的變化率修正所預(yù)測的共同可用功率電平；確定功率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)；至 少部分地基于功率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)或經(jīng)過修正的預(yù)測的共同可用功率電平生成凈功率命令信 號(hào)；至少部分地基于凈功率命令信號(hào)生成多個(gè)功率控制信號(hào)；以及利用所述多個(gè)功率控制信號(hào)控制所述多個(gè)可變能源的共同功率輸出。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示范性實(shí)施例，提供一種可變能量電場。該可變能量電場可 包括多個(gè)可變能源，其可進(jìn)行操作以便共同向公用系統(tǒng)提供電力；以及可變能量功率調(diào) 節(jié)器系統(tǒng)，其可進(jìn)行操作以監(jiān)視所述多個(gè)可變能源的共同功率輸出，至少部分地基于斜坡 率極限預(yù)測所述多個(gè)可變能源的共同可用功率電平，至少部分地基于限制所預(yù)測的共同可 用功率電平的變化率修正所預(yù)測的共同可用功率電平，確定功率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)，至少部分地 基于功率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)或經(jīng)過修正的預(yù)測的共同可用功率電平生成凈電場功率命令信號(hào)，至 少部分地基于凈電場功率命令信號(hào)生成多個(gè)功率控制信號(hào)，以及利用所述多個(gè)功率控制信 號(hào)控制所述多個(gè)可變能源的共同功率輸出。本文將詳細(xì)描述本發(fā)明的其它實(shí)施例和方面，并且這些其它實(shí)施例和方面被視為 是要求權(quán)利的本發(fā)明的一部分?？蓞⒖家韵略敿?xì)描述、附圖和隨附權(quán)利要求來理解其它實(shí) 施例和方面。


現(xiàn)在將參考隨附圖表和圖，附圖不一定按比例繪制，并且其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的說明性有功或視在功率調(diào)節(jié)器的框圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的說明性修正功能的框圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的另一個(gè)說明性修正功能的框圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的關(guān)于時(shí)間的電廠功率輸出的圖表。圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施例的方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖更全面地描述本發(fā)明的實(shí)施例。但是，本發(fā) 明能以許多不同的形式實(shí)施，并且不應(yīng)理解為局限于本文所闡述的實(shí)施例；而是，提供這些 實(shí)施例是為了使本公開詳盡完整，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_(dá)本發(fā)明的范圍。通篇 中類似的數(shù)字表示類似的要素。本文中所使用的術(shù)語“示范性”定義成表示“實(shí)例”。本發(fā)明的某些實(shí)施例可使得能夠控制各個(gè)和共同可再生可變發(fā)電系統(tǒng)的功率斜 坡率。根據(jù)某些示范性實(shí)施例，本發(fā)明可用于限制可變發(fā)電系統(tǒng)的平均斜坡率。根據(jù)其它示 范性實(shí)施例，本發(fā)明可依賴于所測量的電廠的斜坡率智能地對斜坡率限制器響應(yīng)整形。根 據(jù)本發(fā)明的某些示范性實(shí)施例，可變能量功率調(diào)節(jié)器系統(tǒng)可進(jìn)行操作以在可變發(fā)電廠突然 下降時(shí)允許快速功率改變(仍受到平均斜坡率的限制)，但是允許快速恢復(fù)至之前值。根據(jù) 本發(fā)明的其它示范性實(shí)施例，可變能量功率調(diào)節(jié)器系統(tǒng)還可進(jìn)行操作以在電場的功率輸出 在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)處于穩(wěn)定的功率電平時(shí)允許相對緩慢、平滑的功率變化率。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，可按照功率輸出發(fā)生改變時(shí)的周期的函數(shù)控制可變發(fā) 電廠的斜坡率。例如，某個(gè)平均功率斜坡率可在約1分鐘的時(shí)間窗內(nèi)居支配地位，而另一個(gè) 平均功率斜坡率可在諸如10-15分鐘的更長周期內(nèi)居支配地位。這些斜坡率可適用于各種 范圍的操作，包括啟動(dòng)、正常操作和關(guān)閉。根據(jù)示范性實(shí)施例，各個(gè)和共同可變功率源的功 率輸出的控制可基于多個(gè)時(shí)間周期，每個(gè)時(shí)間周期具有獨(dú)立的可設(shè)置斜坡率極限。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，功率斜坡率的控制可通過由可變能量功率調(diào)節(jié)器系統(tǒng)傳送給各個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)、太陽能電池板逆變器或其它各個(gè)可再生可變能源的功率設(shè)置點(diǎn) 來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，平均斜坡率可定義為固定時(shí)間周期內(nèi)功率的變化 率、或所計(jì)算的瞬時(shí)變化率的平均值。數(shù)學(xué)上，平均斜坡率可如下定義
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)多個(gè)可變能源(104)的共同功率輸出的方法，所述方法的特征在于 監(jiān)視(102)所述多個(gè)可變能源(104)的共同功率輸出；至少部分地基于斜坡率極限(108，112)預(yù)測所述多個(gè)可變能源(104)的共同可用功率 電平(116，118)；至少部分地基于限制(204，310)所述預(yù)測的共同可用功率電平(116，118)的變化率修 正所述預(yù)測的共同可用功率電平(116，118)； 確定功率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)(149)；至少部分地基于所述功率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)(149)或所述經(jīng)過修正的預(yù)測的共同可用功率 電平(134)生成凈功率命令信號(hào)(156)；至少部分地基于所述凈功率命令信號(hào)(156)生成多個(gè)功率控制信號(hào)(166)；以及 利用所述多個(gè)功率控制信號(hào)(166)控制所述多個(gè)可變能源(104)的共同功率輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中預(yù)測共同可用功率電平(116，118)至少部分地基于 在第一持續(xù)時(shí)間(110)內(nèi)的第一期望共同功率斜坡率(108)和在第二持續(xù)時(shí)間(114)內(nèi)的 第二期望共同功率斜坡率(112)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)測的共同可用功率電平(116，118)可以用于 控制所述可變能源(104)的共同功率輸出，其中所述可變能源(104)的功率輸出的共同變 化率不會(huì)超過所述第一持續(xù)時(shí)間(110)內(nèi)的所述第一期望共同功率斜坡率(108)，也不會(huì) 超過所述第二持續(xù)時(shí)間(112)內(nèi)的所述第二期望共同功率斜坡率(112)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中修正所述預(yù)測的共同可用功率電平(116，118)至少 部分地基于期望的共同功率斜坡率(108，112)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中控制所述多個(gè)可變能源(104)的共同功率輸出還包 括將功率參考信號(hào)(150)傳送給所述多個(gè)可變能源(104)，其中所述功率參考信號(hào)(150)是 作為所述經(jīng)過修正的預(yù)測的共同可用功率電平(134)和所述功率調(diào)節(jié)器設(shè)置點(diǎn)(149)中的 最小值確定的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中控制所述多個(gè)可變能源(104)的共同功率輸出還基 于所述多個(gè)可變能源(104)的額定功率(158)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中生成功率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)(149)包括提供有功功率設(shè)置 點(diǎn)(138)或視在功率設(shè)置點(diǎn)(140)。
8.—種可變能量功率調(diào)節(jié)器系統(tǒng)(100)，其特征在于 控制器，其可進(jìn)行操作以監(jiān)視(102)多個(gè)可變能源(104)的共同功率輸出；至少部分地基于斜坡率極限(108，112)預(yù)測所述多個(gè)可變能源(104)的共同可用功率 電平(116，118)；至少部分地基于限制(204，310)所述預(yù)測的共同可用功率電平(116，118)的變化率修 正所述預(yù)測的共同可用功率電平(116，118)； 確定功率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)(149)；至少部分地基于所述功率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)(149)或所述經(jīng)過修正的預(yù)測的共同可用功率 電平(134)生成凈功率命令信號(hào)(156)；至少部分地基于所述凈功率命令信號(hào)(156)生成多個(gè)功率控制信號(hào)(166)；以及利用所述多個(gè)功率控制信號(hào)(166)控制所述多個(gè)可變能源(104)的共同功率輸出。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述控制器還可進(jìn)行操作以便至少部分地基于在第 一持續(xù)時(shí)間(110)內(nèi)的第一期望共同功率斜坡率(108)和在第二持續(xù)時(shí)間(114)內(nèi)的第二 期望共同功率斜坡率(112)生成預(yù)測的共同可用功率電平(116，118)。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中預(yù)測的共同可用功率電平(116，118)可以用于控制 所述可變能源(104)的共同功率輸出，其中所述可變能源(104)的功率輸出的共同變化率 不會(huì)超過所述第一持續(xù)時(shí)間(110)內(nèi)的所述第一期望共同功率斜坡率(108)，也不會(huì)超過 所述第二持續(xù)時(shí)間(112)內(nèi)的所述第二期望共同功率斜坡率(112)。
11.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述控制器還可進(jìn)行操作以便至少部分地基于期 望的共同功率斜坡率(108，112)修正所述預(yù)測的共同可用功率電平(116，118)。
12.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述控制器還可進(jìn)行操作以通過將功率參考信號(hào) (150)傳送給所述多個(gè)可變能源(104)來控制所述多個(gè)可變能源(104)的共同功率輸出，其 中所述功率參考信號(hào)(150)是作為所述經(jīng)過修正的預(yù)測的共同可用功率電平(134)和所述 功率調(diào)節(jié)器設(shè)置點(diǎn)(149)中的最小值確定的。
13.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述控制器還可進(jìn)行操作以基于所述多個(gè)可變能 源(104)的額定功率(158)控制所述多個(gè)可變能源(104)的共同功率輸出。
14.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述控制器還可進(jìn)行操作以生成包括有功功率設(shè) 置點(diǎn)(138)或視在功率設(shè)置點(diǎn)(140)的功率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)(149)。
15.一種太陽能電場，其特征在于多個(gè)可變能源和逆變器(104)，其可進(jìn)行操作以共同向公用系統(tǒng)供應(yīng)電力；以及 可變能量功率調(diào)節(jié)器系統(tǒng)(100)，其可進(jìn)行操作以 監(jiān)視(102)所述多個(gè)可變能源和逆變器(104)的共同功率輸出； 至少部分地基于斜坡率極限(108，112)預(yù)測所述多個(gè)可變能源和逆變器(104)的共同 可用功率電平(116，118)；至少部分地基于限制(204，310)所述預(yù)測的共同可用功率電平(116，118)的變化率修 正所述預(yù)測的共同可用功率電平(116，118)； 確定功率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)(149)；至少部分地基于所述功率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)(149)或所述經(jīng)過修正的預(yù)測的共同可用功率 電平(134)生成凈電場功率命令信號(hào)(156)；至少部分地基于所述凈電場功率命令信號(hào)(156)生成多個(gè)功率控制信號(hào)(166)；以及 利用所述多個(gè)功率控制信號(hào)(166)控制所述多個(gè)可變能源和逆變器(104)的共同功率 輸出。
16.如權(quán)利要求15所述的太陽能電場，其中所述可變能量功率調(diào)節(jié)器系統(tǒng)(100)包 括可進(jìn)行操作以執(zhí)行機(jī)器可讀指令的處理器，所述指令配置成基于在第一斜坡率持續(xù)時(shí)間 (110)內(nèi)的第一共同功率斜坡率極限(108)計(jì)算第一預(yù)測可用功率(116)，并基于在第二持 續(xù)時(shí)間(114)內(nèi)的第二共同功率斜坡率極限(112)計(jì)算第二預(yù)測可用功率(118)。
17.如權(quán)利要求16所述的太陽能電場，其中所述處理器還可進(jìn)行操作以通過經(jīng)由閉環(huán) PID反饋控制系統(tǒng)將功率參考信號(hào)(150)傳送給所述多個(gè)可變能源和逆變器(104)來控制 所述多個(gè)可變能源(104)的共同功率輸出，其中所述功率參考信號(hào)(150)是作為所述經(jīng)過修正的預(yù)測的共同可用功率電平(134)和所述功率調(diào)節(jié)器設(shè)置點(diǎn)(149)中的最小值確定 的。
18.如權(quán)利要求16所述的太陽能電場，其中所述處理器還可進(jìn)行操作以至少部分地基 于期望的共同功率斜坡率(108，112)修正所述預(yù)測的共同可用功率電平(116，118)。
19.如權(quán)利要求16所述的太陽能電場，其中所述處理器還可進(jìn)行操作以基于所述多個(gè) 可變能源和逆變器(104)的額定功率(158)控制所述多個(gè)可變能源和逆變器(104)的共同功率輸出。
20.如權(quán)利要求16所述的太陽能電場，其中所述處理器還可進(jìn)行操作以生成由有功功 率設(shè)置點(diǎn)(138)或視在功率設(shè)置點(diǎn)(140)表征的功率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)(149)。
全文摘要
本發(fā)明的某些實(shí)施例可包括用于控制可再生可變發(fā)電系統(tǒng)中的功率斜坡率的系統(tǒng)和方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例，提供一種用于限制功率斜坡率的方法。該方法可包括通過以下步驟來調(diào)節(jié)多個(gè)可變能源(104)的共同功率輸出監(jiān)視(102)所述多個(gè)可變能源(104)的共同功率輸出；至少部分地基于斜坡率極限(108，112)預(yù)測所述多個(gè)可變能源(104)的共同可用功率電平(116，118)；至少部分地基于限制(204，310)所預(yù)測的共同可用功率電平(116，118)的變化率修正所預(yù)測的共同可用功率電平(116，118)；確定功率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)(149)；至少部分地基于功率調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)(149)或經(jīng)過修正的預(yù)測的共同可用功率電平(134)生成凈功率命令信號(hào)(156)；至少部分地基于凈功率命令信號(hào)(156)生成多個(gè)功率控制信號(hào)(166)；以及利用所述多個(gè)功率控制信號(hào)(166)控制所述多個(gè)可變能源(104)的共同功率輸出。
文檔編號(hào)H02J3/46GK102097827SQ20101053653
公開日2011年6月15日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月26日
發(fā)明者A·柯奇納, J·G·甘地, M·E·卡迪納爾 申請人:通用電氣公司