专利名称：用于电力网中功率削减的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及功率削减，以及更确切地说，涉及太阳能网络中的功率削减。
背景技术：
随着常规能源不断上升的成本和不足以及有关环境的考虑，对于如太阳能和风能的替代能源有了大量关注。太阳能发电使用光伏源以从太阳发电。在此类系统中将多个光伏源彼此电耦合来发电。由光伏源产生的电量取决于如辐照度和环境温度的自然发生的因素。辐照和环境温度在本质上是动态的且持续地变化。在一些情况中，高辐照度和低环境温度会将光伏源生成的功率提高到一定水平，从而大于逆变器能够吸收的功率，并且导致逆变器的损坏。而且，光伏源连接到电网并且通常控制为向公用设施/负载供给可变功率。但是，在公用设施处的负载小于供给的功率的情况中，公用设施电网的频率非期望地增加。 上文提到的问题可以采用功率削减系统来克服，功率削减系统选择性地削减功率。但是，目前的功率削减技术存在慢于期望的响应和恢复时间。因此，需要一种改进的系统来解决前文提到的问题。
发明内容
在一个实施例中，一种功率削减系统电耦合到功率转换器且配置成控制该功率转换器来响应功率削减需求状况调整功率转换器的输出功率。该功率削减系统包括至少一个传感器，该至少一个传感器配置成在不同时间上测量功率转换器环境中的至少一个环境因素。该功率削减系统还包括控制器，该控制器配置成基于至少一个环境因素在不同时间上调整功率曲线，以及当出现功率削减需求状况时，控制功率转换器以基于来自功率曲线的数据和功率削减需求状况提供调整的输出功率。在另一个实施例中，提供一种用于电力网中功率削减的方法。该方法包括在不同时间上获取有关环境中的至少一个环境因素的数据。该方法还包括在不同时间上基于至少一个环境因素生成功率曲线。该方法还包括在出现功率削减需求时控制功率转换器，以基于功率曲线和功率削减需求状况提供调整的输出功率。在又一个实施例中，一种包含计算机程序的计算机可读指令的非临时性计算机可读介质，当计算机可读指令被处理器执行时，促使处理器执行包括如下步骤的方法在不同时间上获取有关环境中的至少一个环境因素的数据；在不同时间上基于至少一个环境因素生成功率曲线；以及在出现功率削减需求时基于功率曲线控制功率转换器，以提供调整的输出功率。
当参考附图阅读下文详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在所有附图中，相似的符号表示相似部件，其中
图I是包括根据本发明实施例的功率削减系统的示范功率转换系统的框图表示。
图2是根据本发明实施例的包括传感器和控制器的功率削减系统的框图表示。图3是根据本发明实施例的控制器生成的功率曲线的示范曲线图表示。图4是表示根据本发明实施例的用于电力网中功率削减的方法中包含的步骤的流程图。
具体实施例方式本发明的实施例包括用于电力网中的发电系统的功率削减的系统和方法。在一个特定实施例中，发电系统包括功率转换器，该功率转换器电稱合到一个或多个光伏源且配置成提供输出功率。一种功率削减系统电耦合到功率转换器且配置成控制该功率转换器来响应功率削减需求状况调整输出功率。该功率削减系统包括至少一个传感器，该至少一个传感器配置成在不同时间上测量功率转换器环境中的至少一个环境因素。该功率削减系统还包括控制器，该控制器配置成基于至少一个环境因素在不同时间上调整功率曲线，以及 当出现功率削减需求状况时，控制功率转换器以基于来自功率曲线的数据和功率削减需求状况提供调整的输出功率。图I是包括根据本发明实施例的功率削减系统的示范功率转换系统10的框图表示。系统10包括多个光伏源12，光伏源12从太阳能产生直流(DC)功率。DC功率传送到功率转换器14。功率转换器14接收DC功率并将DC功率转换成馈送到电网16的输出功率。在一个实施例中，该输出功率是交流(AC)功率。功率转换器14耦合到功率削减系统18，功率削减系统18控制功率转换器14生成的输出功率。功率削减系统18响应功率削减需求状况调整输出功率。功率削减需求状况基于服务连接到电网的负载/公用设施所需的输出功率。在一个实施例中，该功率削减需求状况分别取决于电网是负载不足或过载而产生削减需求或恢复需求。因功率削减需求产生的命令可以由控制器发送到功率转换器或可以由电网操作者发送到功率转换器，从而促成取决于监视的电网状况的削减或恢复功率。在负载小且所提供的输出功率高于所需求的情况下，生成削减需求以减少传送到公用设施的输出功率的量。在示范实施例中，削减需求包括将输出功率削减到原输出功率的60%、30%或0%的需求。而且，在先前出现过削减以及传送到负载的输出功率变得小于服务连接到电网的负载所需的输出功率的情况下，生成恢复需求。在一个实施例中，恢复需求包括将输出功率恢复到高于先前削减的功率电平的功率电平。在一些实施例(未示出)中，功率转换器14可以包括多个功率转换器，其中一个示例包括耦合到DC至AC逆变器的DC至DC转换器，且功率削减系统18可操作以控制DC至AC逆变器。图2是根据本发明实施例的功率削减系统18的框图表示。功率削减系统18控制功率转换器14(图I)以根据功率削减需求状况提供调整的输出功率。功率削减系统18包括控制器20，控制器20向功率转换器14传送控制信号22以用于生成调整的输出功率。在一个实施例中，控制信号22用来控制用于操作功率转换器14的电压电平以生成调整的输出功率。控制器20从控制器20生成的功率曲线基于至少一个环境因素和功率削减需求状况来识别该电压电平。在一个实施例中，功率曲线存储在功率削减系统18内提供的数据存储装置24中，并且可以采用功率查找表的形式。控制器20从功率查找表识别电压电平，并且控制功率转换器14的操作来提供调整的输出功率。在备选实施例中，控制器20还可以控制从功率曲线识别的、用于操作功率转换器的电流电平。
图3是根据本发明实施例的控制器20生成的功率曲线30的示范图形表示。控制器20基于至少一个环境传感器26测量的至少一个环境因素生成功率曲线30。在一实施例中，该至少一个环境因素包括温度和辐照度，并且由温度传感器和辐照度传感器来测量。控制器20获取至少一个环境因素的值28，并使用该信息来计算功率曲线30。如图所示，功率曲线30包括以伏特表示电压的X轴32。功率曲线30包括以安培表示电流以及以瓦特表示功率的Y轴34。控制器20获取至少一个环境因素的值28，并根据由控制器20从数学模型计算的预测的电压和预测的电流来生成功率曲线30。在一个实施例中，控制器20包括矩阵形式的光伏阵列模型，以计算光伏源12生成的预测的电压和预测的电流。由于环境因素的动态特性，控制器20在不同时间上获取值28，并相应地调整功率曲线30。控制器20则实时地准备就绪，当功率削减需求状况出现时，基于最近计算的功率曲线30、识别用于操作功率转换器14以生成功率削减需求状况所需的调整的输出功率的电压或电流电平。正如所描绘的，曲线36表示在正常操作状况下生成的功率。曲线38表示异常操作状况下生成的功率。曲线40表示正常操作状况下的电压电流特征。曲线42表示异常操作状况下的电压电流特征。正如本文所使用的，术语“正常操作状况”和“异常操作状况”与电网处的具体负载以及具体光伏阵列相对，并且可以根据不同的给定的情况而变化。电流44表示功率转换器14(图I)的功率极限。曲线44指示可以在点46和48表示的不同电压下输送的相同功率。点46表示用于操作功率转换器14的高电压低电流点(出于举例的目的约为850伏特和1070安培)，以及点48表示用于操作功率转换器14的低电压高电流点(出于举例的目的约为390伏特以及2350安培)。在一个示例中，在异常操作状况的情况下，通过控制点46处的功率曲线中的电压来控制功率转换器14生成的功率。作为备选，可以通过控制如点48所示的功率曲线中的电压来控制功率,点48处所示的功率曲线具有的电压比点46的电压更低。在温度低且辐照度高的情况中，点46处的电压可以如此地高以致于它可能导致在点46处操作可能产生对逆变器的损坏。在此情况中，建议点48处的 削减。在其他情况中，点46是所期望的，因为在点48处操作时较高电流导致较高损耗。因此，需要就何时选择一个点替代另一个点做出决策。可以使用光伏阵列的数学模型通过使用温度传感器和辐照度传感器提供的数据预先计算点46处的电压来做出此决策。在一个示例中，只要模型在点46处计算的电压小于可能导致对逆变器的损坏的阈值电压，则控制器20将该点46削减功率。图4是表示根据本发明实施例用于电力网中功率削减的方法50中包括的步骤的流程图。方法50包括在步骤52中，在不同时间上获取有关环境中的至少一个环境因素的数据。在一个实施例中，获取有关该至少一个环境因素的数据包括环境中的辐照和温度的测量。在步骤54中，计算有关该至少一个环境因素获取的数据以生成功率曲线。方法50还包括在步骤56中，在功率削减需求时控制功率转换器，以基于功率曲线提供调整的输出功率。在一个实施例中，通过从功率曲线识别用于操作功率转换器以提供调整的输出功率的电压电平，来控制功率转换器。在另一个实施例中，在功率削减需求时控制功率转换器，以按60%容量、30%的容量或0%的容量操作。在示范实施例中，在功率削减需求时控制功率转换器，以按高于先前削减的功率电平的功率电平操作功率转换器。根据一个方面，提供了一种功率削减系统，其可电耦合到功率转换器且配置成控制功率转换器以响应功率削减需求状况的出现调整功率转换器的输出功率，该功率削减系统包括至少一个传感器，其配置成在不同时间上测量功率转换器的环境中的至少一个环境因素；以及控制器，其配置成基于至少一个环境因素在不同时间上调整功率曲线，以及当出现功率削减需求状况时控制功率转换器，以基于来自功率曲线的数据和功率削减需求状况提供调整的输出功率。优选地，该功率曲线包括光伏功率曲线，以及其中该至少一个传感器包括辐照传感器或温度传感器。优选地,该功率削减需求状况的出现促成削减需求或恢复需求。进一步地,该削减需求包括将输出功率削减到输出功率的60%、30%或0%的需求。进一步地，该恢复需求包括将输出功率恢复到高于先前削减的功率电平的功率电平的需求。优选地，该功率削减系统包括用于存储功率曲线的数据存储装置。优选地，该控制器基于功率削减需求状况从功率曲线识别用于操作功率转换器以提供调整的输出功率的电压电平。进一步地，该控制器通过评估两个电压电平选项中较高 者是否在功率转换器的阈值电压内(并且如果情况如此，则使用较高的电平电压选项)，在两个电压电平选择之间进行选择。进一步地，该控制器从基于功率曲线生成的查找表识别电压电平。根据另一个方面，提供了一种方法，包括在不同时间上获取有关环境中的至少一个环境因素的数据；在不同时间上基于至少一个环境因素生成功率曲线；以及在出现功率削减需求状况时控制功率转换器，以基于功率曲线和功率削减需求状况提供调整的输出功率。优选地，控制功率转换器包括从不同时间上生成的功率曲线识别用于操作功率转换器的电压电平，以提供调整的输出功率。优选地，在功率削减需求时控制功率转换器包括按60%的容量、30%的容量或0%的容量操作功率转换器。优选地，在功率削减需求时控制功率转换器包括按高于先前削减的功率电平的功率电平操作功率转换器。优选地，获取有关该至少一个环境因素的数据包括测量环境中的辐照和温度。进一步地，控制功率转换器包括通过评估两个电压电平选项中较高者是否在阈值内(并且如果情况如此，则使用较高的电平电压选项)，以在两个电压电平选择之间进行选择、从而处理功率削减需求。根据又一个方面，提供了一种包含计算机程序的计算机可读指令的非临时性计算机可读介质，当计算机可读指令被处理器执行时，促使处理器执行方法，该方法包括如下步骤在不同时间上获取有关环境中的至少一个环境因素的数据；在不同时间上基于至少一个环境因素生成功率曲线；以及在功率削减需求时基于功率曲线和功率削减需求状况控制功率转换器，以提供调整的输出功率。根据再一个方面，提供了一种系统，其包括至少一个光伏电源；功率转换器，其电耦合到至少一个光伏电源且配置成提供输出功率；以及功率削减系统，其电耦合到功率转换器且配置成控制功率转换器以响应功率削减需求状况调整输出功率，该功率削减系统包括至少一个传感器，其配置成在不同时间上测量功率转换器的环境中的至少一个环境因素；以及控制器，其配置成基于至少一个环境因素在不同时间上调整功率曲线，以及当出现功率削减需求状况时，控制功率转换器以基于来自功率曲线的数据和功率削减需求状况提供调整的输出功率。优选地，该至少一个传感器包括辐照传感器和温度传感器。优选地,该功率削减需求状况的出现促成削减需求或恢复需求。优选地，该功率削减需求状况包括降低输出功率的需求；以及其中该恢复需求包括将输出功率恢复到高于先前削减的功率电平的功率电平的需求。优选地，该控制器从功率曲线识别用于操作功率转换器的电压电平，以基于功率削减需求状况提供调整的输出功率。用于上文描述的电力网中功率削减的系统的多种实施例包括电耦合到功率转换 器的功率削减系统，该功率削减系统能够实现基于功率削减需求状况来调整输出功率。该功率削减系统包括控制器，该控制器基于功率削减需求、从功率曲线识别用于操作功率转换器以生成调整的输出功率的电压或电流电平。这减少了用于根据功率削减需求调整输出功率的时间，从而促成更好的效率。要理解的是，本领域技术人员将认识到，不同实施例的多种特征是可互换的，以及本领域普通技术人员可以混合和匹配所描述的多种特征以及每种特征的其他公知等效物以构造根据本公开的原理的额外系统和技术。因此，要理解，所附权利要求意在涵盖落在本发明的真实精神内的所有此类修改和更改。虽然本文仅图示并描述本发明的某些特征，但是本领域技术人员将设想到许多修改和更改。因此，要理解，所附权利要求规定为涵盖落在本发明的真实精神内的所有此类修改和更改。10功率转换系统
12光伏电源 14功率转换器
16电网
18功率削减系统 20控制器 22控制信号 24存储装置 26传感器 28传感器测量的值 30功率曲线
32以伏特表示电压的X轴 34以安培表示电流的Y轴 36表示正常操作状况下生成的功率的曲线 38表示异常操作状况下生成的功率的曲线 40表示正常操作状况下生成的电流的曲线 42表示异常操作状况下生成的电流的曲线 44表示功率转换器的功率极限的曲线 46高电压低电流点48高电流低电压点
50用于电力网中功率削减的方法
52在不同时间上获取有关环境中至少一个环境因素的数据 54在不同时间上基于至少一个环境因素生成功率曲线 56在出现功率削减需求状况时控制功率转换器，以基于功率曲线和功率削减需求状况提供调整的输出功率
权利要求
1.一种功率削减系统(18)，其可电耦合到功率转换器(14)且配置成控制所述功率转换器(14)，以响应功率削减需求状况的出现调整所述功率转换器(14)的输出功率，所述功率削减系统(18)包括 至少一个传感器(26)，其配置成在不同时间上测量所述功率转换器(14)的环境中的至少一个环境因素；以及 控制器(20)，其配置成基于所述至少一个环境因素在不同时间上调整功率曲线(30)，以及当出现所述功率削减需求状况时，控制所述功率转换器(14)以基于来自所述功率曲线的数据和所述功率削减需求状况提供调整的输出功率。
2.如权利要求I所述的系统(18)，其中，所述控制器(20)基于所述功率削减需求状况、从所述功率曲线(30)识别用于操作所述功率转换器(14)以提供所述调整的输出功率的电压电平。
3.如权利要求2所述的系统(18)，其中，所述控制器(20)从基于所述功率曲线(30)生成的查找表识别所述电压电平。
4.一种方法，包括 在不同时间上获取有关环境中的至少一个环境因素的数据； 在不同时间上基于所述至少一个环境因素生成功率曲线(30);以及在出现功率削减需求状况时控制功率转换器(14)，以基于所述功率曲线(30)和所述功率削减需求状况提供调整的输出功率。
5.如权利要求4所述的方法，其中，在所述功率削减需求时控制所述功率转换器(14)包括按60%的容量、30%的容量或0%的容量操作所述功率转换器(14)。
6.一种包含计算机程序的计算机可读指令的非临时性计算机可读介质，当所述计算机可读指令被处理器执行时，促使所述处理器执行方法，所述方法包括如下步骤 在不同时间上获取有关环境中的至少一个环境因素的数据； 在不同时间上基于所述至少一个环境因素生成功率曲线(30);以及在功率削减需求时基于所述功率曲线(30)和所述功率削减需求状况控制功率转换器(14)，以提供调整的输出功率。
7.一种功率转换系统(10)，包括 至少一个光伏电源(12)； 功率转换器(14)，其电耦合到所述至少一个光伏电源(12)且配置成提供输出功率；以及 功率削减系统(18)，其电耦合到所述功率转换器(14)且配置成控制所述功率转换器(14)以响应功率削减需求状况调整所述输出功率，所述功率削减系统(18)包括 至少一个传感器(26)，其配置成在不同时间上测量所述功率转换器(14)的环境中的至少一个环境因素；以及 控制器(20)，其配置成基于所述至少一个环境因素在不同时间上调整功率曲线(30)，以及当出现所述功率削减需求状况时，控制所述功率转换器(14)以基于来自所述功率曲线的数据和所述功率削减需求状况提供调整的输出功率。
8.如权利要求7所述的系统(10)，其中，所述至少一个传感器(26)包括辐照传感器和温度传感器。
9.如权利要求7所述的系统(10)，其中，所述功率削减需求状况的出现促成削减需求或恢复需求。
10.如权利要求7所述的系统(10)，其中，所述功率削减需求状况包括降低所述输出功率的需求，以及其中所述恢复需求包括将所述输出功率恢复到高于先前削减的功率电平的功率电平的需求。
全文摘要
本发明名称为“用于电力网中功率削减的系统和方法”。一种功率削减系统(18)电耦合到功率转换器(14)且配置成控制该功率转换器(14)来响应功率削减需求状况调整功率转换器(14)的输出功率。功率削减系统(18)包括至少一个传感器(26)，至少一个传感器(26)配置成在不同时间上测量功率转换器(14)的环境中的至少一个环境因素。功率削减系统(18)还包括控制器(20)，控制器(20)配置成基于至少一个环境因素在不同时间上调整功率曲线(30)，以及当出现功率削减需求状况时，控制功率转换器(14)以基于来自功率曲线(30)的数据和功率削减需求状况提供调整的输出功率。
文档编号H02J3/00GK102904245SQ20121026241
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月27日 优先权日2011年7月29日
发明者S.F.S.埃尔-巴巴里, J.M.德贝多, D.史密斯, A.W.加尔布雷思 申请人:通用电气公司