[发明专利]利用仪表后能量存储的动态电力路由的系统和方法

说明书

一种系统包括灵活数据中心和能量存储单元，该能量存储单元接收和存储来自一个或多个电网规模的电力生成单元的电力。能量存储单元和灵活数据中心在仪表后连接到(一个或多个)电力生成单元，使得它们通常不经受电网传输和分配费用。通过各种方法，基于各种条件和操作指令在(一个或多个)电力生成单元、能量存储单元、灵活数据中心和/或电网之间路由仪表后电力。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年9月14日提交的美国专利申请No.16/132,011的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本说明书涉及一种用于控制对“仪表后”电力的使用的系统。

背景技术

通过地区和国家电力电网分配的电力的价格由发电、管理和输配电(“TD”)成本组成。TD成本是消费者为电力支付的总价的很大一部分。TD成本包括资本成本(土地、装置、变电站、电线等)、电力传输损失以及操作和维护成本。通常在本地站(例如，煤、天然气、核能和可再生资源)处以2.4kV AC(交流)至69kV AC的中压等级来生成电力，然后在AC-AC升压变压器中将其转换成115kV AC或更高的高电压。TD成本在生成的电力离开本地站并转换成高电压电力以便传输到电网的那一刻已经发生。

向本地站操作者支付离开本地站并进入电网的电量的可变市场价格。但是，电网稳定性要求在进入电网的电量与从电网使用的电量之间存在平衡。电网稳定性和拥堵是电网操作者的责任，并且电网操作者应采取措施(包括削减)以在必要时减少本地站的电力供应。通常，将降低为发电所支付的市场价格，以便消除本地站的发电动力。在一些情况下，市场价格会变为负值，从而给继续向电网供电的本地站操作者带来成本。电网操作者有时可以明确地指示本地站操作者减少或停止本地站向电网供应的电量。

电力市场波动、电力系统条件(诸如功率因子波动或本地站启动和测试)以及导致发电减少或中断的操作指令都会对可再生能源发电机造成不同的影响，并且会在一天中多次发生以及持续不确定的时间段。尤其是，削减是特别成问题的。

根据国家可再生能源实验室的技术报告TP-6A20-60983(2014年3月)：

削减[是]通常在非自愿的基础上，减少发电机在给定的可用资源(例如，风或阳光)下所产生的输出。当操作者或公用事业公司命令风力发电机和太阳能发电机减少输出以最小化传输拥堵或以其他方式管理系统或实现资源的最优混合时，会导致削减。风力资源和太阳能资源的削减通常是由于传输拥堵或缺乏传输接入而发生的，但其也可能由于诸如在低负载时段期间的过量发电之类的原因而发生，该过量发电由于电压或互连问题会导致基本负载发电机达到最小发电阈值，或导致基本负载发电机维持频率要求，特别是对于小型隔离电网。削减是维持系统能量平衡的众多工具之一，这些工具还包括电网容量、水力发电和热力发电、需求响应、存储和机构变更。决定使用哪种方法主要是经济和操作实践的问题。

如今“削减”并不一定意味着它在2000年代初期所做的削减。从那时起，电力行业发生了两次巨变，从而改变了削减实践：无燃料成本的公用事业规模的风力部署以及批发电力市场的发展。这些同时发生的变化带来了新的运营挑战，但也扩大了用于解决这些挑战的基于市场的工具的范围。

实践因地区和市场设计而显著变化。在具有集中组织的批发电力市场和风力发电经验的地方，手动风力削减流程正逐渐被基于经济调度的、透明的基于报价的市场机制所取代。基于经济学调度发电的市场协议也可能导致可再生能源发电厂的发电量少于在可用的风或阳光下潜在产生的发电量。电网操作者通常用其它术语来称呼它，诸如“向下调度”。在主要由垂直整合的公用事业公司服务的地方，公用事业公司与风力开发商之间的购电协议(PPA)越来越多地包含针对削减应急费用的金融规定。

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输出的一些减少是由风力操作者如何评估调度与不调度之间的关系来确定的。电网运营者响应于潜在的可靠性事件来确定其它风力削减。还有其它的削减是由于风力发电在输电受限地区中的过度发展。