[发明专利]光伏电站输出

说明书

要求优先权

本申请基于35U.S.C.§119(e)要求于2009年2月13日提交的序号为61/152,345的美国临时专利申请的优先权，该临时专利申请的全部内容通过引用被包含。

技术领域

本发明涉及光伏电站输出。

背景技术

光伏电站正在成为实际中能够产生数十兆瓦的电网级发电设备，从而降低了光伏模块的成本。为了满足对可再生能量的需求，正在建造更大的电站预计光伏电站的准入容量是大的。光伏电站可以产生短期的、快速地改变(例如，多达每分钟额定功率的100％或者每分钟额定功率的200％)的可变输出功率。所述可变输出功率可能是因孤立的、移动的云朵引起的阴影而造成的。由于该原因，所以能源生产者和电网运营者会认为大的光伏电站(即，大于2MW)是不可预测的。

通过用能够比诸如燃煤电站和核电站的基底负载发电站响应得相对要快的水力涡轮发电机、蒸汽涡轮发电机和燃气轮发电机配置用于负载跟踪、旋转备用、电压支持和频率调节的后备发电容量，来控制电网的稳定性、可靠性和电能质量。其中，电网的稳定性、可靠性和电能质量可能会受到大的光伏电站可变性的负面影响。后备发电源不会具有导致大的太阳能光伏电站的短期可变性的响应特性。

减小大的太阳能光伏电站的短期可变性将会减少对后备发电的需要。以并网配电级(69kV和更小)连接的大的光伏电站会根据网络或馈电线的容量和阻抗而引入电压偏差和闪变。减小短期可变性将减弱电压影响和/或允许调压装置起作用。

附图说明

图1是全球辐照度的曲线图。

图2是具有DC连接的电池的光伏电站的示意图。

图3是具有AC连接的电池的光伏电站的示意图。

图4是具有发电机的光伏电站的示意图。

图5是具有燃料电池的光伏电站的示意图。

图6是具有低变化率控制的光伏电站输出的说明性曲线。

图7是具有高变化率控制的光伏电站输出的说明性曲线。

具体实施方式

在有利的天气和云状况下太阳能电站往往是可预测的，表现为：产能与每日的太阳周期相符，还算接近每日的峰荷分布。然而，当孤立的积云掠过光伏阵列时，光伏太阳能有短期可变性，从而减少或消除太阳辐射的直射分量。云带来的变化效果宽，从稀薄卷云的减少10％或15％直至浓厚积云(雷雨云砧)的减少50％-70％。在云掠过时，光伏阵列会仅通过太阳辐射的漫射分量发电。图1示出了全球辐照度，其说明太阳辐射的比较快速的变化是可能的。光伏电站的功率输出分布与图1中示出的全球辐照度分布非常相似。

足够大、多兆瓦光伏电站的短期可变性会对输电网稳定性产生负面影响，这就需要配置大量的调制和旋转备用源以应对光伏电站输出的突变和巨变。此外，连接到配电网的光伏电站会对网络上的负载造成电力潮流、电压闪变和调压问题，并且会引起将使网络保护装置失效的条件。

可以通过包括作为光伏电站的一部分的辅助电源来减少短期可变性。辅助电源可以是储能系统，例如如本领域所知晓的电解电池型装置或液流电池，电解电池型装置例如为电容器电池(例如，铅酸电池、镍镉电池、钠电池或锂离子电池)。辅助电源也可以是供选择的发电装置，例如燃料电池或者通过由气体或液体和/或压缩空气供给动力的原动机和/或飞轮驱动的发电机。辅助电源可以是由两个或更多个前面描述的类型的装置组成的系统。辅助电源可以具有在几秒内响应功率控制信号的能力，并且能够以每分钟大于光伏电站额定值的100％或者每分钟大于光伏电站额定值的200％的比率改变功率水平。

这种布置可以控制光伏电站输出功率的改变率，以模拟热电站(例如，蒸汽涡轮发电和燃气轮发电)的更缓慢的响应特性。较少变化的光伏电站输出通过所有可用的电网发电资源来确保对短期太阳可变性的有效、稳定的响应。用来控制光伏电站输出变化率(亦称作缓变率)的光伏电站的构造如在附图中所示并在下面进行了描述。

大体上讲，一种由大的、连接到电网的光伏电站产生较少变化的输出功率的方法可以包括从光伏阵列接收光伏功率、测量光伏功率的变化率以及调整来自可控辅助电源和光伏功率转换器的功率，其中，组合的光伏功率和辅助电源的输出功率被设定为在给定的功率输出率变化范围内运行，所述给定的功率输出率变化范围定义了对电站输出功率变化率的最大允许正负限。