[发明专利]用于限制可变发电可再生设施功率输出变化的方法和系统

说明书

本发明提供了用于控制从可再生能量装置（10）到具有对于每单位时间的输出功率变化的预定界限的公用电网（56）的输出功率的方法和系统。所述方法和系统包括经由限制器（78）将控制器（76）的输出信号约束于上限和/或下限，其中，所述上限和/或下限包括对于每单位时间的输出功率变化的预定上界和/或下界。受约束的输出信号然后被应用于多个发电机（12、14、16）以根据预定界限来限制每单位时间的输出功率变化。

技术领域

本发明涉及用于限制可变发电可再生（renewable）设施中的功率输出变化的方法和系统。

背景技术

发电是将来自能量源的功率转换成电的过程。能量的源可以包括可再生的能量源，其来源于被不断地补充的自然过程，包括例如日光、风、雨、潮汐、波浪和地热。存在使用发电机以将来自能量源的功率转换成电的许多可再生发电设施，包括太阳能光伏（PV）电池、太阳能发电机、热电发电机、潮汐发电机、风力发电机/涡轮机以及使用任何其它能量源的其它发电机。

可再生发电设施能够被适当连接以向负载、用于进一步分配的电网和/或储蓄电功率的能量存储设备/系统（如本领域中已知的，诸如泵浦水电站、压缩空气、飞轮以及电池能量储存装置）输送功率。

具体地，能够经由风力农场（wind-farm）来产生功率，其中，发电机是被用来将风中的功率转换成电的风力涡轮机。当出于产生大量电功率以用于输送到公用电网（utilitygrid）的目的而将多个风力涡轮机放置在相同地理区域中时，风力农场被创建。最近，通过风力农场而添加到公用电网的能量的分数已显著增加。因此，需要相对于由公用电网运营商规定的多个参数来控制向公用电网输送能量的风力农场。

风力（wind power）是可变的，因为风速必然可变。一般地，风力作为风速的立方而变化。因此，风速中即使相对小的改变也导致风力中的显著改变。例如，风速从9 m/s至10m/s的增加可以导致几乎40%的风力增加。阵风能够引起甚至更多的关注。有时，风力的这种增加超过由传输系统/公用电网运营商所规定的风力场（wind park）输出中的最大可允许的变化，特别是在小型功率系统中。例如，在如同夏威夷（Hawaii）的系统中，运营商要求工厂MW输出不从“n”秒之前测量的输出变化多于以MW的某个+/-改变。

已经进行了控制风力农场功率的尝试，包括用于控制风力农场的功率斜坡率（ramp rate）的控制方案，诸如在美国专利号7,679,215中所述的。其中所述的风力农场功率比（power rate）控制方法尝试通过基于风力涡轮机发电机的共同功率输出的受监视的改变率和风力涡轮机发电机的所期望的共同功率斜坡来生成功率输出率限制信号并将该功率输出率限制信号应用于所述多个风力涡轮机发电机而限制共同功率输出的改变率。在操作中，当实际风力农场功率斜坡率增加至斜坡率请求以上时，控制器调整风力农场斜坡率，从而引起实际功率输出下降至斜坡率请求以下。结果，在一分钟持续时间上的算术和是零。然而，虽然这种方案提供与斜坡率请求相符的“平均”斜坡率，但风力农场功率仍超过此时间帧期间的最大可允许工厂输出功率，并且因而未能满足电网运营商对于输出在功率方面不从在“n”秒之前测量的输出变化多于某个+/-改变的要求。

这种方案的某些缺点包括：在短时间段内可能超过斜坡率限制；由于功率是由涡轮机斜坡率而不是涡轮机功率设定点所控制的事实而引起的非最优功率产生；以及最终该控制需要风力涡轮机中的斜坡率控制。

鉴于风力中使得输出功率变化超过规定限制的这些变化以及先前尝试的不足，在本领域中需要一种用以限制输出功率以遵照传输系统/公用电网运营商的要求的系统和方法。在本领域中此外需要提供一种控制机制，其执行输出控制功能以定界风力场输出中的变化以遵照传输系统/公用电网运营商的要求。在本领域中此外需要一种用以维持频率和负载生成平衡的系统和方法。

本发明被设计以解决这些需要。

附图说明

在以下描述中鉴于附图来解释本发明，所述附图示出：