[发明专利]能量产生系统及其控制

说明书

技术领域

本发明涉及能量产生系统和相关控制方法，更具体来说，本发明涉及包括风力发电厂的能量产生系统。

背景技术

能量产生系统传统上依赖于主要由矿物燃料和核动力供应能量的电力网。这类传统能源可轻松地满足响应型能源供应的需要，因此能量产生系统的分析和控制一直相当简单。在这类能量产生系统中，通常使用意外事故分析以便于系统管理。意外事故分析通常用于分析能量产生系统的电力网中假设的干扰状况的影响。这种意外事故分析涉及分析可信意外事故的大集合，通过这种分析，实时识别可能在电力网中产生不稳定性或过载的多个紧急意外事故。

图1中示出构成传统能量产生系统(未示出)的组成部分的处理系统1中的典型意外事故分析模块10的示例。监控和数据获取系统12从电力网(未示出)收集测量和状态指示14并将其传送到状态和拓扑估计器16。估计器16分析收集的测量和指示并计算出表示实时电力网实际状态的数学模型。模型和状态从估计器16传送18到意外事故分析引擎20，它是意外事故分析模块10的一组件。大量(N)可信意外事故的列表22也传送24到引擎20。使用从估计器16和列表22接收的数据，引擎20基于通过逐个应用N个可信意外事故中的每一个而修改的当前网络状态来计算严重性指数。这些计算被传送26到排序和分类模块28，在排序和分类模块28中这些计算根据严重性指数来被评级。从所评级的计算中，具有最严重评级的那些评级的计算被整理以构成意外事故的小子集(n)，这个小子集传送30出意外事故分析模块以构成最坏意外事故输出32。

最坏意外事故子集n典型地是大约几十个，并且紧急意外事故N的完整列表具有成千上万个成员。这样，意外事故分析的过程可在合理时间内完成，通常只研究单个意外事故和两个意外事故的几种组合。

在传统能量产生系统中，N中包括的意外事故类型为单个组件（例如电力线、发电机或其它设备物件）的中断。通常，例如汇流条故障之类的故障也可以被建模；这涉及故障汇流条的断电以及所有线路和连接到相应汇流条的能量产生单元的断开。虽然此类意外事故的建模涉及多个组件，它仍是源于故障汇流条所在的变电站的局部效应的建模。

将天然、间歇性的能源(例如风能、太阳能、潮汐或波浪能)集成到能量产生系统的电力网对能量产生系统的管理和控制提出了新的挑战。主要挑战是由于其电力产生的间歇性，而这取决于气象，例如风速、太阳辐照度等。这种间歇性表示，与能量产生可主动和准确地调度的传统能源(例如矿物燃料)相比，从再生能源产生的电力较不可靠。

可随风力发电出现的与意外事故分析相关的情况示例包括在广阔地理区域出现的极强风、大区域风力的突然减弱以及广阔地理区域风力的突然增强。

在出现极强风时，受影响的风力涡轮机具有内置自保护机制以将其从电力网断开以防受损。如果极强风于数十分钟的持续时间内在广阔地理区域出现，这种风力涡轮机的大量断开会导致从能量产生系统输出的能量大大下降并无法满足能量需求。

某个地理区域的天气锋变化可伴随突然减弱的风力；这会导致能量产生的突然下降，即能量产生系统的输出可能不足以满足用户需求。

广阔区域的风力突然增强也可能导致所产生风能的快速增加；这又会使风力发电单元附近的传输线路过载。在几分钟之内，这将导致线路断开，并且如果没有其它传输路径可输送风力发电所产生的能量，这将导致风力发电的间接损失。如果有其它路径，能量将在这些其它路径上输送，这些路径同样有过载和断开的风险。在这类情况中，级联线路断开蔓延成大范围停电并不罕见。

能量产生系统输出的这类突然下降相当有可能导致停电。即使停电得以避免，也可能出现需要用户轮流断开连接的情况。这些情况中的每一种都会导致用户的不便以及可能的能量产生系统运营商的收入损失。

此外，风力发电通常由坐落于电力网上不同位置的许多小风力田或单元提供。这些风力田将可能受到相同天气因素的影响，可能时间上有所延迟，因此它们以一种相干的方式受干扰影响。例如，如果暴雨锋先经过断开的风力田，极有可能相同的暴雨将移到其它区域并造成类似的效果。这类风力发电可导致在中度风暴发的情况下产量突然增大，在风力突然减弱的情况下产量突然减少，或在风速极高的情况下由于风力田断开连接而造成的断开连接或完全停产。

可以看到，这表示能量产生系统的风力发电组件的中断或干扰不再不相关，而这是构成意外事故分析典型方法的基础的假设。因此，在意外事故分析中将发电机视作单独单元的惯例方式将导致对风力发电组件过于乐观的评级。