電網(wǎng)頻率響應(yīng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于確定電網(wǎng)(electrical power grid)內(nèi)的頻率響應(yīng)特征(frequency response characteristics)的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在供應(yīng)商與用戶之間通過配電網(wǎng)絡(luò)或電網(wǎng)交換電力。在這種電網(wǎng)中，電力通常由較大容量的發(fā)電站和較小容量的可再生能源的組合供應(yīng)。
[0003]在大型發(fā)電站(例如，化石燃料燃燒的或核電站)中的發(fā)電機(jī)通常包括具有較高速旋轉(zhuǎn)的較高質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)部件，因此，稱為旋轉(zhuǎn)發(fā)電(spinning generat1n)。在其正常操作的過程中，旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)存儲較大量的動能。更小的可再生能源(風(fēng)力渦輪機(jī)和太陽能發(fā)電機(jī))存儲遠(yuǎn)遠(yuǎn)更小的量的能量或者甚至根本不存儲能量。
[0004]通常，電網(wǎng)通過在電網(wǎng)的整個同步區(qū)域中均勻的標(biāo)稱電網(wǎng)頻率操作。例如，英國市電電源通常通過50Hz操作。電網(wǎng)運營商通常被迫將電網(wǎng)頻率保持在預(yù)先定義的限制內(nèi)，例如，英國市電電源應(yīng)保持在標(biāo)稱50Hz電網(wǎng)頻率的0.4 %內(nèi)。如果在電能的發(fā)電和消耗之間未保持平衡(例如，如果總發(fā)電量不能滿足在高需求周期的消耗，或者如果來自電力發(fā)電機(jī)的輸出改變，可能是由于發(fā)電機(jī)故障)，那么存儲在電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)內(nèi)的能量的凈總量可以改變。這造成旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的變化并且電網(wǎng)的工作頻率的對應(yīng)變化。因此，電網(wǎng)運營商將系統(tǒng)工作頻率用作在電網(wǎng)內(nèi)的電力的消耗與發(fā)電之間的平衡的測量。
[0005]頻率響應(yīng)特征描述電網(wǎng)頻率對在電網(wǎng)中的電力的生成與消耗之間的平衡的變化的響應(yīng)。這種頻率響應(yīng)特征的實例包括電網(wǎng)“剛度(stiffness)”和電網(wǎng)“慣性(inertia)”。
[0006]電網(wǎng)剛度(gridstiffness)是描述對規(guī)定的功率平衡變化的電網(wǎng)頻率響應(yīng)的程度(即，幅度)的性能。具有較高剛度的同步電網(wǎng)(例如)對規(guī)定的功率平衡變化顯示了網(wǎng)格頻率的較小變化。堅硬的或牢固的電網(wǎng)通常具有低電網(wǎng)阻抗并且通常具有系統(tǒng)發(fā)電容量較大的電網(wǎng)。在剛度通常是規(guī)定的電網(wǎng)的靜態(tài)性能的同時，應(yīng)注意的是，實際上，例如，在大電網(wǎng)內(nèi)，發(fā)電和消耗容量頻繁改變，例如，在新供應(yīng)商加入電網(wǎng)和/或間歇發(fā)電(例如，風(fēng)和太陽)源中或者從電網(wǎng)和/或間歇發(fā)電源中去除時。這表示實際上，電網(wǎng)剛度可以是電網(wǎng)的基本上動態(tài)的性能。
[0007]電網(wǎng)慣性是存儲在電網(wǎng)內(nèi)的能量的總量的測度，并且影響電網(wǎng)的工作頻率響應(yīng)于電網(wǎng)平衡的變化而改變的速率。具有高比例的旋轉(zhuǎn)發(fā)電的同步電網(wǎng)的區(qū)域通常具有作為旋轉(zhuǎn)動能存儲在發(fā)電機(jī)內(nèi)的大量能量(即，具有高慣性)，因此，具有將電網(wǎng)的工作頻率保持為標(biāo)稱電網(wǎng)頻率的更大容量。與此相反，具有低比例的旋轉(zhuǎn)發(fā)電的同步電網(wǎng)的區(qū)域具有較低量的存儲能量(即，具有低慣性)，因此，具有將電網(wǎng)的工作頻率保持為標(biāo)稱電網(wǎng)頻率的更小容量。因此，在電網(wǎng)的高慣性區(qū)域內(nèi)的頻率變化率小于在電網(wǎng)的低慣性區(qū)域內(nèi)的頻率變化率，并且“慣性”可表示該頻率變化率。
[0008]由于在電網(wǎng)內(nèi)的頻率響應(yīng)特征可以提供電網(wǎng)響應(yīng)于消耗或發(fā)電的突然變化的方式的指示，所以有助于網(wǎng)絡(luò)運營商理解電網(wǎng)頻率響應(yīng)特征在整個電網(wǎng)上變化的方式。通常，使用相量儀表進(jìn)行電網(wǎng)工作頻率的精確的并且高分辨率的測量，來確定電網(wǎng)頻率響應(yīng)特征。由于儀表昂貴，所以實際上不廣泛地分布;通常，在輸電網(wǎng)內(nèi)的有限數(shù)量的中心節(jié)點上進(jìn)行測量。這表示測量對在電網(wǎng)內(nèi)的局部變化相對不敏感。
[0009]進(jìn)一步地，由于測量產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，所以通常離線分析測量。這表示在頻率響應(yīng)特征的確定中具有延遲;這使網(wǎng)絡(luò)運營商等難以對頻率響應(yīng)特征的變化及時做出反應(yīng)。
[0010]本發(fā)明的目標(biāo)在于，至少緩解先有技術(shù)的一些問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于在測量系統(tǒng)內(nèi)確定在電網(wǎng)的同步區(qū)域內(nèi)的頻率響應(yīng)特征的方法，電流(e I ectri c i ty)根據(jù)電網(wǎng)頻率在電網(wǎng)內(nèi)流動，其中，所述電網(wǎng)連接至被布置為消耗來自所述電網(wǎng)的電力和/或?qū)㈦娏μ峁┙o所述電網(wǎng)的第一組的一個或多個功率單元(power unit)，使得所述第一組的一個或多個功率單元的功率供應(yīng)和/或消耗的變化造成在所述電網(wǎng)內(nèi)的功率流(power flow)的變化，其中，基于控制信號的序列(asequence of control signals)對至和/或來自所述功率單元中的每一個的功率流進(jìn)行調(diào)制，從而調(diào)制所述電網(wǎng)頻率以根據(jù)所述控制信號的序列提供調(diào)頻信號(frequencymodulated signal)，所述方法包括:
[0012]在測量系統(tǒng)中測量與在所述電網(wǎng)中流動的電流的頻率相關(guān)的頻率特征；
[0013]訪問存儲與所述一個或多個功率單元的功率特征相關(guān)的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，并且基于所述數(shù)據(jù)確定與所述功率流調(diào)制相關(guān)的特征;并且
[0014]基于所測量出的頻率特征和所確定的功率流調(diào)制特征來確定與所述電網(wǎng)的至少一個區(qū)域相關(guān)聯(lián)的頻率響應(yīng)特征。
[0015]由于所需要的頻率特征測量裝置比較簡單，所以在電網(wǎng)的同步區(qū)域內(nèi)測量由具有已知的功率特征的現(xiàn)有功率單元產(chǎn)生的調(diào)頻信號的特征，能夠通過較低的成本實時或者近實時確定在電網(wǎng)內(nèi)的很多點上的頻率響應(yīng)特征。
[0016]在一些實施方式中，確定所述頻率響應(yīng)特征包括使所測量出的頻率特征與所述功率流調(diào)制特征相關(guān)聯(lián)。
[0017]在一些實施方式中，確定所述頻率響應(yīng)特征包括確定所述功率流調(diào)制特征與所測量出的頻率特征的比率。
[0018]在一些實施方式中，確定所述頻率響應(yīng)特征包括確定所述功率流調(diào)制特征相關(guān)聯(lián)和所測量出的頻率特征的比率。
[0019]在一些實施方式中，所述功率流調(diào)制特征包括與所述功率流調(diào)制相關(guān)的幅度特征。
[0020]在一些實施方式中，所述幅度特征(magnitude characteristic)包括所述功率流的幅值(amp I i tude)。
[0021]在一些實施方式中，基于以下項中的一個或多個來測量所測量出的頻率特征:交流電壓的頻率、交流電流的頻率、測量出的在所述電網(wǎng)內(nèi)流動的功率的頻率、頻率的變化率、交流電流或交流電壓的周期。
[0022]在一些實施方式中，所測量出的頻率特征包括與所述調(diào)制的信號相關(guān)聯(lián)的頻率的時間變化。
[0023]在一些實施方式中，所述頻率響應(yīng)特征包括慣性特征(inertiacharacteristic)。
[0024]在一些實施方式中，所述慣性特征包括與所述調(diào)頻信號相關(guān)聯(lián)的上升時間和下降時間中的至少一個。
[0025]在一些實施方式中，所述頻率響應(yīng)特征包括與功率平衡的每個單位變化(perunit change)的電網(wǎng)頻率的變化幅度相關(guān)的特征。
[0026]在一些實施方式中，所述第一組功率單元是分布式的一組功率單元，并且存在一種方法，包括:
[0027]根據(jù)控制模式，調(diào)制至和/或來自所述第一組的功率單元中的每個的功率流，使得協(xié)調(diào)所述多個功率單元的功率的消耗和/或供應(yīng)，以提供所述測量系統(tǒng)可檢測的具有集體頻率特征(coIlective frequency characteristic)的集體調(diào)頻信號(collectivefrequency modulated signal)。
[0028]根據(jù)控制模式調(diào)制至和/或來自所述多個功率單元中的每個的功率流，啟用一種由連接至電網(wǎng)的能夠具有功率流調(diào)制的一個到所有功率單元共同傳送給測量系統(tǒng)的方法。在使用消耗少量功率的功率單元時，這可以有利，這單獨不能產(chǎn)生足夠強(qiáng)烈以由測量系統(tǒng)可檢測的調(diào)頻信號，超過其他信號或電網(wǎng)噪聲，但是在協(xié)調(diào)時，可以共同產(chǎn)生足夠強(qiáng)烈用于在電網(wǎng)內(nèi)的期望點上檢測的調(diào)頻信號。通過這種方式，可確定頻率響應(yīng)特征的地點的數(shù)量可增加。
[0029]在一些實施方式中，包括將指定所述控制模式的信號發(fā)送給所述第一組的功率單元的每個功率單元。
[0030]在一些實施方式中，所述控制模式包括重復(fù)模式，并且根據(jù)所述重復(fù)模式連續(xù)控制進(jìn)入和/或來自所述第一組一個或多個功率單元的功率。
[0031]包括重復(fù)模式的控制模式可有利于給測量系統(tǒng)提供測量功率流模式的特征的多個機(jī)會，并且有利于由測量系統(tǒng)平均連續(xù)相同的功率流模式，以(例如)在確定在電網(wǎng)內(nèi)的慣性時允許更高的精度。
[0032]在一些實施方式中，根據(jù)所述控制模式間歇性控制進(jìn)入和/或來自所述第一組一個或多個功率單元的功率。
[0033]間歇性的控制可有利于省電的目的，允許功率單元(例如)在不需要時保持關(guān)閉。這還可有利于將數(shù)據(jù)編碼成功率流控制模式，因此，有利于通過在電網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生的功率流模式將數(shù)據(jù)傳送給測量系統(tǒng)。
[0034]在一些實施方式中，提供了一種方法，其中，所述共同調(diào)制的信號包括識別所述一組功率單元的標(biāo)識符，所述方法包括:
[0035]訪問存儲各自與所述第一組的一個或多個功率單元相關(guān)聯(lián)的一個或多個標(biāo)識符的數(shù)據(jù)庫;并且
[0036]確定在包含在所述集體調(diào)制的信號中的標(biāo)識符與存儲在所述數(shù)據(jù)庫中的一個或多個標(biāo)識符之間的對應(yīng)關(guān)系，從而識別所述第一組的一個或多個功率單元。
[0037]在一些實施方式中，存儲在所述數(shù)據(jù)庫中的每個標(biāo)識符與所述電網(wǎng)的至少一個區(qū)域相關(guān)聯(lián)并且所述方法包括基于所確定的標(biāo)識符對應(yīng)關(guān)系來確定與所確定的頻率響應(yīng)特征相關(guān)聯(lián)的區(qū)域。
[0038]在一些實施方式中，提供了一種方法，其中，所述電網(wǎng)連接至第二組的一個或多個功率單元，每個功率單元被布置為消耗來自所述電網(wǎng)的功率和/或?qū)⒐β侍峁┙o所述電網(wǎng)，所述方法包括:
[0039]基于所確定的頻率響應(yīng)特征確定用于在觸發(fā)所述第二組的一個或多個功率單元的功率消耗和/或供應(yīng)上的變化時所使用的一個或多個參數(shù);并且
[0040]傳輸所述一個或多個參數(shù)，用于在所述第二組功率單元上接收。
[0041 ]在一些實施方式中，提供了一種方法，包括:
[0042]在所述第二組的功率單元上接收所述一個或多個參數(shù)；
[0043]基于所述接收的參數(shù)獲得觸發(fā)條件；
[0044]基于在第二組功率單元局部地(locally)在所述電網(wǎng)內(nèi)流動的電力的所測量出的頻率特征，確定是否滿足所述觸發(fā)條件;并且
[0045]響應(yīng)于確定滿足所述觸發(fā)條件，改變進(jìn)入和/或來自所述第二組功率單元的功率流。
[0046]觸發(fā)功率單元的功率消耗和/或供應(yīng)的變化，可以有助于限制在電網(wǎng)內(nèi)的其他地方的功率流的變化對電網(wǎng)頻率的影響。由于頻率響應(yīng)特征響應(yīng)于功率流的變化提供(例如)與電網(wǎng)頻率的變化率相關(guān)的信息，所以在觸發(fā)參數(shù)的獲得內(nèi)包含頻率響應(yīng)特征有利。因此，功率單元的觸發(fā)參數(shù)可以定制成在局部電網(wǎng)慣性(例如)較低的情況下提供(例如)較早的響應(yīng)并且在局部電網(wǎng)慣性(例如)較高的情況下提供較晚的響應(yīng)。由于避免了可以造成不可接受的電網(wǎng)頻移的在(例如)低慣性環(huán)境內(nèi)太晚的響應(yīng)以及會對功率單元的使用造成不必要的中斷的對(例如)高慣性環(huán)境太早的響應(yīng)，所以這是一種有利的設(shè)置。同樣，例如，由于對規(guī)定的可能功率平衡變化提供了所測量出的頻率特征變化的可能幅度的指示，所以在觸發(fā)參數(shù)的獲得內(nèi)包含(例如)剛度特征有利。
[0047]在一些實施方式中，提供了一種方法，包括:
[0048]在所述測量系統(tǒng)上限定在第一時間周期期間與所述頻率特征相關(guān)聯(lián)的第一系列值以及在稍后的第二時間周期期間與所述頻率特征相關(guān)聯(lián)的第二系列值；
[0049]在所述測量系統(tǒng)上，確定基于所述第一系列值的具有第一系數(shù)集合的第一多項式函數(shù)以及基于所述第二系列值的具有第二系數(shù)集合的第二多項式函數(shù);并且
[0050]在所述測量系統(tǒng)上，基于在所述第一系數(shù)集合與所述第二系數(shù)集合之間的差，確定是否滿足所述觸發(fā)條件。
[0051]在一些實施方式中，提供了一種方法，其中，所述電網(wǎng)連接至第二組一個或多個功率單元，功率單元布置為消耗來自所述電網(wǎng)的功率和/或?qū)⒐β侍峁┙o所述電網(wǎng)，所述方法包括:
[0052]基于與和所述第二組功率單元相關(guān)聯(lián)的區(qū)域相關(guān)聯(lián)的所述確定的頻率響應(yīng)特征，確定用于觸發(fā)所述第二組一個或多個功率單元的功率消耗和/或供應(yīng)的變化的一個或多個參數(shù)；
[0053]基于所測量出的頻率響應(yīng)特征獲得觸發(fā)條件；
[0054]在與所述第二組功率單元相關(guān)聯(lián)的區(qū)域內(nèi)測量與在所述電網(wǎng)內(nèi)流動的電流的頻率相關(guān)的頻率特征；
[0055]將在與所述第二組功率單元相關(guān)聯(lián)的區(qū)域內(nèi)測量的所測量出的頻率特征傳送給所述測量系統(tǒng)；
[0056]基于傳送的所測量出的頻率特征確定是否滿足所述觸發(fā)條件;并且
[0057]響應(yīng)于確定滿足所述觸發(fā)條件給所述第二組功率單元發(fā)送改變進(jìn)入和/或來自所述第二組功率單元的功率流的請求。
[0058]以上實施方式能夠在用作一些或所有電網(wǎng)的中央控制中心執(zhí)行(例如)是否滿足觸發(fā)條件的確定。由于能夠集中控制觸發(fā)、集中覆蓋觸發(fā)(一種集中控制在功率單元上的功率流的方法)，所以這可有利，并且與用于在每個裝置上的這些功能的需要先有技術(shù)方法的設(shè)備相比，還可啟用一種觸發(fā)條件確定的更劃算的方法。
[0059]在一些實施方式中，所述第二組功率單元與所述第一組功率單元相同。
[0060]在一些實施方式中，所述功率調(diào)制包括實際功率和無功功率中的至少一個的調(diào)制。
[0061]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于確定在電網(wǎng)的同步區(qū)域內(nèi)的頻率響應(yīng)特征的測量系統(tǒng)，其中，電流根據(jù)電網(wǎng)頻率在該電網(wǎng)中流動并且所述電網(wǎng)連接至被布置為消耗來自所述電網(wǎng)的電功率和/或?qū)㈦姽β侍峁┙o所述電網(wǎng)的一組的一個或多個功率單元，使得通過所述功率單元的功率供應(yīng)和/或消耗的變化造成在所述電網(wǎng)中的功率流的變化，其中，基于控制信號的序列對至和/或來自所述功率單元中的每一個的功率流進(jìn)行調(diào)制，從而調(diào)制所述電網(wǎng)頻率以提供調(diào)頻信號，所述測量系統(tǒng)被布置為:
[0062]測量與在所述電網(wǎng)中流動的電流的頻率相關(guān)的頻率特征；
[0063]訪問存儲與所述一個或多個功率單元的功率特征相關(guān)的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫并且基于所述數(shù)據(jù)確定與所述功率流的調(diào)制相關(guān)的特征;并且
[0064]基于所測量出的頻率特征和所確定的功率流調(diào)制特征來確定與所述電網(wǎng)的至少一個區(qū)域相關(guān)聯(lián)的頻率響應(yīng)特征。
[0065]在一些實施方式中，本發(fā)明的第二方面包括和與上面相對于本發(fā)明的第一方面列出的各種實施方式相關(guān)聯(lián)的所有特征對應(yīng)的特征。
[0066]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種功率控制裝置，用于使用一個或多個關(guān)聯(lián)的功率單元來提供對在電網(wǎng)的同步區(qū)域中流動的電流的頻率上的變化的響應(yīng)，其中，所述電網(wǎng)連接至測量系統(tǒng)，所述測量系統(tǒng)被布置為確定在所述區(qū)域內(nèi)的該電網(wǎng)的頻率響應(yīng)特征并且基于所測量出的頻率響應(yīng)特征來確定一個或多個觸發(fā)參數(shù)，所述功率控制裝置被布置為:
[0067]從所述測量系統(tǒng)間歇性地接收一個或多個參數(shù)，從所確定的頻率響應(yīng)特征獲得所述參數(shù)；
[0068]基于所接收到的一個或多個參數(shù)獲得觸發(fā)條件；
[0069]基于測量出的在所述電網(wǎng)中流動的電功率的頻率特征來確定是否滿足所述觸發(fā)條件;并且
[0070]響應(yīng)于確定滿足了所述觸發(fā)條件而改變至和/或來自所述功率單元的功率流。
[0071 ]在一些實施方式中，所接收到的一個或多個參數(shù)中的一個包括所述觸發(fā)條件。
[0072]在一些實施方式中，所述頻率響應(yīng)特征包括慣性特征。
[0073]在一些實施方式中，所述頻率響應(yīng)特征包括與功率平衡的每個單位變化的電網(wǎng)頻率的變化幅度相關(guān)的特征。
[0074]在一些實施方式中，功率控制裝置被布置為:
[0075]限定在第一時間周期期間與所述頻率特征相關(guān)聯(lián)的第一系列值以及在稍后的第二時間周期期間與所述頻率特征相關(guān)聯(lián)的第二系列值；
[0076]確定基于所述第一系列值的具有第一系數(shù)集合的第一多項式函數(shù)以及基于所述第二系列值的具有第二系數(shù)集合的第二多項式函數(shù);并且
[0077]基于在所述第一系數(shù)集合