混合动力发电厂的制作方法

本发明涉及一种混合动力发电厂，其包括风力涡轮发电机和多个光伏模块。更具体地，本发明涉及一种混合动力发电厂，其中，根据来自风力涡轮发电机的遮蔽来布置光伏模块。本发明还涉及一种构造混合动力发电厂的方法、一种混合动力发电厂控制系统以及一种控制混合动力发电厂的方法。

背景技术：

构造包括风力发电系统和太阳能发电系统的发电厂是已知的。这样的“混合动力”发电厂通常包括多个发电站点，并且在多个发电站点生成的电力通常被传输到期望位置或被传输到一个或多个位置处的电网。

典型的混合动力发电厂布局包括与多个光伏(pv)模块或面板布置在一起的风力涡轮发电机(wtg)。

在太阳能发电厂中，通常将多个pv模块布置成包括多个pv模块串的阵列。每个串中的pv模块串联连接在一起，同时多个pv串并联连接到转换器(或逆变器)上，该转换器(或逆变器)将来自pv模块的直流(dc)电源转换为可以传输到电网的交流(ac)电源。在替代配置中，转换器被布置为将来自pv模块的dc功率转换成具有不同电压的dc功率。然后，不同电压的dc功率被传输到布置在wtg功率转换器内的dc链路，之后被传输到电网。

转换器被布置为向pv模块施加负荷特性，从而在太阳能阵列和公用电网之间提供最高的功率传递效率。负荷特性使用被称为最大功率点跟踪(mppt)的技术进行变化，以适应pv阵列的主要操作条件。以这种方式，mppt可用于在变化的操作条件下最大程度地从pv模块中的每一个中提取功率。

wtg与pv模块的协同定位增加了wtg在pv模块上投射阴影的可能性。wtg通常包括大型直立塔架、机舱和多个转子叶片，它们可能会在pv模块阵列上投射出长长的阴影。在一天的整个过程中，随着太阳在天空中的位置变化，塔架阴影在pv阵列上移动，从而在一天的不同时刻遮蔽不同的pv模块。阴影的位置也会受到一年中的时间以及发电厂的地理位置的影响。

被塔架遮蔽(foreshadowed)的任何pv模块的发电量会下降，这会导致转换器中mppt的功能欠佳。来自wtg的遮蔽还会导致pv模块经历加速劣化，这是由于在一天中wtg的阴影在pv阵列上的移动而导致的不匹配辐照度条件下pv模块的不均匀负荷而导致的。所造成的劣化导致对应的pv模块的操作效率下降。

为了帮助最大化pv发电系统的输出，位于地球北半球的混合动力发电厂被配置为使得pv模块布置在wtg的南部，从而防止wtg在pv模块上投射阴影。相反，如果混合动力发电厂位于地球南半球，则pv模块布置在wtg的北部，以避免被wtg遮蔽。

以这种方式布置混合动力发电厂会导致对应的低空间利用率，空间利用率通常以每平方公里所用土地所生成的兆瓦功率(mw/km²)为单位。较差的空间利用因子会增加单位发电量的成本，从而限制混合动力发电厂在整个生命周期内的潜在收益率。因此，这种混合动力发电厂在经济上可行的地点的数量仅限于日照强度高和/或土地成本低的区域。

本发明的目的是克服与现有技术相关联的缺点。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，提供了一种发电厂，其包括：多个光伏(pv)模块，其布置在发电厂的第一区域和第二区域中，其中相同区域中的pv模块彼此电连接，并且其中第一区域的pv模块经由第一转换器电连接到发电厂的本地电网，第二区域的pv模块经由第二转换器电连接到本地电网；以及风力涡轮发电机(wtg)，其被布置成使得wtg能够在pv模块中的至少一个上投射阴影；其中第一区域和第二区域在大致径向方向上远离wtg延伸，使得在任意时刻，两个区域中的至多一个区域至少部分地被wtg的阴影覆盖。

本发明使得pv模块能够被布置在混合动力发电厂的受阴影影响的区域中，从而增加了在其上安装发电厂的站点的土地利用率。特别地，将pv模块布置在从wtg径向延伸的分开的区域中意味着：在任意给定的时刻，被遮蔽的pv模块可以被物理隔离且被电气隔离在预定区域中，因此它们不会不利地影响阵列中其他pv模块的功率输出。

以这种方式，根据本发明的发电厂能够适应(accommodate)来自wtg的遮蔽，以限制与wtg遮蔽相关联的pv模块的劣化。本发明还通过使空间利用率(mw/km²)最大化(这导致与发电厂相关联的寿命成本的对应减少)来提高混合动力发电厂的发电容量。另外，本发明可以增大发电厂的容量因子。

根据本发明的发电厂包括不同的发电系统(包括wtg和多个pv模块)。由此，发电厂可以被定义为混合动力发电厂(hpp)。pv模块位于相同的区域中，使得它们可以有利地由转换器控制，以抵制由来自wtg的阴影引起的所述区域的时间依赖性遮蔽。

第一区域和第二区域包括pv模块，并且因此可以被定义为hpp的pv区域。第一区域和第二区域限定hpp的受阴影影响的区域的至少一部分。受阴影影响的区域对应于hpp的在特定时段内wtg的阴影会投影在其上的区域。

第一区域和第二区域在大致径向方向上远离wtg延伸，使得在任意时刻，两个区域中的至多一个区域至少部分地被wtg(12)的阴影覆盖。因此，来自wtg的阴影不能同时落在两个区域上。换句话说，第一区域和第二区域在大致径向方向上远离wtg延伸，使得在任意时刻，来自wtg的阴影只能部分地覆盖两个区域中的一个区域。应当理解，可以存在第一区域和第二区域都没有被wtg的阴影部分地覆盖的时候。这可能是由于太阳的位置而造成的，或者是因为wtg没有投射阴影(例如，在夜间)。

pv模块可以布置在围绕wtg的大致环形区域中，第一区域和第二区域对应于环形区域的区段(segment)。环形区域可以限定hpp的受阴影影响的区域。在实施例中，第一区域和第二区域可以布置成形成受阴影影响的区域的一部分，该部分形成包括两个相对的凸角区域(lobearea)的蝴蝶状形状。

可以基于在一天和/或一年中的特定时刻wtg造成的投射到分段上的阴影的大小和形状来确定每个区段的形状。可以基于阴影通过区段的宽度的速度来确定每个区段的形状。与wtg阴影更靠近wtg投影的部分相比，wtg阴影投影到与wtg间隔开的位置上的部分将在相对于wtg的周向方向上更快地在地面上移动。

环形区域的至少一个区段的周向宽度可以随着距wtg的距离的增加而增加。每个区段的周向宽度可以随着距wtg的距离的增加而增加。区段的增加的宽度方便地适应了wtg阴影的不同部分将在区段的周向宽度上移动的不同速度。有利地，这减少了相邻区段之间的重叠，并防止了wtg阴影投影到两个相邻布置的区域上。通过仅使给定遮蔽区域中的pv模块被禁用，增强了对pv模块的潜在控制，从而增大了pv模块的寿命。

在某些条件下，例如当hpp位于地球的北半球、区段布置为靠近wtg的正北部时，该区段的周向面积可以随着距wtg的距离的增加而减小。区段的周向宽度变窄使得其能够适应wtg阴影，该wtg阴影可以随着其沿着区段的长度在大致径向方向上远离wtg的基部延伸而变窄。

第一区域和第二区域可以通过过渡区域彼此分开，该过渡区域从wtg径向地延伸并且在第一区域和第二区域之间；该径向过渡区域可以不包括pv模块。该过渡区域有利地将第一区域和第二区域分开，使得区域之间没有重叠，因此，在任意时刻，两个区域中的至多一个区域至少部分地被wtg的阴影覆盖。

径向过渡区域可以被配置为允许被接近，以便维护与径向过渡区域相邻布置的pv模块。过渡区域可以被设计尺寸以使得其允许维修工人或机器人检查和/或修理至少与过渡区域相邻的那些pv模块。

径向过渡区域的周向宽度被配置为使得由于wtg的塔架造成的阴影的一部分在一天的预定时段内投影在径向过渡区域内。有利地，周向宽度可以防止wtg塔架的阴影与hpp的两个相邻pv区域重叠。

wtg的塔架可以被布置成在预定时段内在环形区域的一部分上投射阴影，并且其中第二区域可以在该预定时段内位于环形区域的被遮蔽部分之外。第二区域可以被布置成使得由塔架造成的wtg阴影在预定时段内不投影在第二区域上。

至少第一区域可以：a)在发电厂安装在北半球时，被布置在wtg的大致北部，或者b)在发电厂位于南半球时，被布置在wtg的大致南部。

该发电厂可以包括布置在第三区域中的pv模块，该第三区域布置在第一区域和wtg之间，并且其中第三区域中的pv模块彼此连接。

wtg的阴影可以包括第一部分和第二部分，第一部分由wtg的机舱和/或转子造成，而第二部分由wtg的塔架造成。第一区域和第三区域可以被配置为使得在一年的预定时段内，第一阴影部分大致落在第一区域上，而第二阴影部分大致落在第三区域上。

在包括第一区域和第三区域的实施例中，第一区域可以通过沿着第一区域的面向wtg的端部延伸的周向过渡区域与第三区域分开。

第三区域可以具有比第一区域更大的面积。与第三区域相比，第一区域可以被布置成更远离wtg，使得其可以方便地适应由wtg塔架造成的阴影的变窄部分。

根据本发明的另一方面，提供了一种构造发电厂的方法，该方法包括：将多个pv模块布置到发电厂的第一区域和第二区域中，第一区域和第二区域邻近发电厂的风力涡轮发电机(wtg)，使得wtg在pv模块中的至少一个上投射阴影；以及将每个区域内的pv模块连接在一起，其中，第一区域的pv模块经由第一转换器电连接到发电厂的本地电网，并且第二区域的pv模块经由第二转换器电连接到本地电网；其中，布置多个pv模块的步骤包括：布置模块以使第一区域和第二区域在大致径向方向上远离wtg延伸，使得在任意时刻，两个区域中的至多一个区域至少部分地被wtg的阴影覆盖。

布置多个pv模块的步骤可以包括：确定与wtg的大小和形状有关的wtg尺寸因子；确定与太阳相对于wtg的位置在天空中的移动有关的辐照度因子；以及根据尺寸因子和辐照度因子计算第一区域和第二区域的尺寸；其中第一区域和第二区域可以在不同的预定时间段内至少部分地被wtg的阴影覆盖。

wtg尺寸因子可以包括阴影路径数据，该阴影路径数据包括与特定发电厂站点处的wtg造成的阴影的大小和定位有关的信息。阴影路径数据还可以描述wtg阴影在一天中如何变化，以及它在一年的过程中如何变化。尺寸因子可以包括表示wtg的二维投影的面积的数值。

辐照度因子可以包括表示在特定发电厂站点处的wtg上接收的太阳光辐照度水平的数值。辐照度因子可以包括与发电厂的拟议站点相关联的相关太阳路径数据。太阳路径数据可以包括描述一天中和/或一年的整个过程中站点处的辐照水平如何变化的信息。辐照度因子还可以包括描述特定时间段内太阳在天空中的相对角度的数据。

本发明的另一方面涉及计算机软件，该计算机软件在被执行时被布置为执行根据前述段落中的任何一个的方法。本发明的又一方面涉及一种其上存储有指令的非暂时性计算机可读存储介质，该指令在由一个或多个电子处理器执行时使一个或多个电子处理器执行前述方面的方法。

应当理解，所提及的hpp可以形成具有多个wtg的电厂，其中wtg中的至少一些在其受阴影影响的区域中具有pv。在电厂的情况下，电厂控制器可用于控制电厂中的所有wtg和pv。

与本发明的方法步骤相关联的参数和指令被提供为电子数据，该电子数据存储在嵌入在发电厂的发电厂控制器或wtg控制器内的计算机或逻辑系统的非易失性内存部件上。

如本文所使用的那样，术语“控制器”将被理解为包括单个控制器或控制单元和共同操作以提供所需控制功能的多个控制器或控制单元。可以提供一组指令，该组指令在被执行时使所述控制器或控制单元实现本文描述的控制技术(包括以下描述的方法)。该组指令可以被嵌入在一个或多个电子处理器中，或者替代地，该组指令可以被提供为将由一个或多个电子处理器执行的软件。例如，第一控制器可以以在一个或多个电子处理器上运行的软件来实现，并且一个或多个其他控制器也可以以在一个或多个电子处理器(其可选地是与第一控制器相同的一个或多个处理器)上运行的软件来实现。

然而，应当理解，其他布置也是有用的，因此，本发明不旨在限于任何特定的布置。在任何情况下，上述的一组指令可以嵌入计算机可读存储介质(例如，非暂时性存储介质)中，该计算机可读存储介质可以包括用于存储机器或电子处理器/计算设备可读形式的信息的任何机制，该机制包括但不限于：磁存储介质(例如软盘)；光学存储介质(例如cd-rom)；磁光存储介质；只读内存(rom)；随机存取内存(ram)；可擦可编程内存(例如eprom和eeprom)；闪存；或用于存储此类信息/指令的电介质或其他类型的介质。

应当理解，前述内容仅代表关于可能包括的发电厂的特定子系统，以及那些子系统与控制单元的布置的可能性中的一些。因此，应当理解，包括其他或附加子系统和子系统布置的发电厂的实施例仍在本发明的精神和范围内。附加子系统可以包括例如与任何wtg控制功能有关的系统。

在本申请的范围内，明确的意图是：在前面的段落、权利要求和/或以下说明书和附图中阐述的各个方面、实施例、示例和替代方案(尤其是其各个特征)可以独立使用或以任何组合使用。也就是说，可以以任何方式和/或组合来组合所有实施例和/或任何实施例的特征，除非这些特征不兼容。申请人保留更改任何原始提交的权利要求或相应地提交任何新权利要求的权利，所述权利包括修改任何原始提交的权利要求以使其从属于任何其他权利要求和/或结合任何其他权利要求的任何特征，尽管原始时未以那种方式要求权利。

附图说明

现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的一个或多个实施例，其中：

图1是混合动力发电厂及其与主传输电网的连接的示意图；

图2是根据本发明的实施例的混合动力发电厂的示意图；

图3是在混合动力发电厂中使用的太阳能发电机的示意图；

图4是管控根据本发明的实施例的混合动力发电厂的设计的流程图；

图5是管控图2的混合动力发电厂的区段的设计的流程图；

图6至图9是根据本发明的实施例的在图2的混合动力发电厂中使用的替代电转换器布置的示意图；以及

图10是图1的混合动力发电厂的示意图，其描绘了发电厂部件之间的替代连接策略。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考了形成其一部分且示出本发明的具体实施例的附图。对这些实施例进行了足够详细的描述，以使本领域普通技术人员能够制造和使用它们。

图1示出了混合动力发电厂(hpp)10的基本架构，其中风力涡轮发电机(wtg)12(通常更常被称为“风力涡轮机”)和多个光伏(pv)模块14经由本地电力网络16电连接到主传输电网17。多个pv模块14分布在wtg12可以在特定时刻在其上投射阴影的区域上。该区域定义了hpp10的受阴影影响的区域20。

pv模块14被分组到离散的pv区域18中。给定pv区域18中的多个pv模块14电连接在一起以限定pv串40。每个pv串40连接到转换器22或逆变器，转换器22或逆变器又经由本地电力网络16连接到wtg12。pv区域18的每一个中的pv模块14被布置成使得在任意给定时刻，pv区域18中的至多一个区域至少部分地被wtg12的阴影覆盖。pv模块14或面板包括多个单独的pv电池，它们全部串联连接在一起以生成共同的电功率输出。

在实施例中，pv区域18中的每一个电连接到一个以上的转换器22，以这种方式，转换器能够转换来自任一区域中的pv的功率。这允许hpp10使用的转换器22的数量比pv区域18的数量少一个。在图1的示例中，其中，存在两个区域，仅一个转换器可以被使用，则该转换器将仅转换来自不处于wtg的阴影中的区域中的pv的功率。

根据一天中的时间以及一年中的时间，wtg12的阴影投影在受阴影影响的区域20的不同部分上。受阴影影响的区域20在图1中被示出为具有以wtg12为中心的椭圆形形状。如将在下面更详细地解释的那样，受阴影影响的区域20可根据投射在hpp10的站点上的来自wtg12的阴影的大小和形状而包括许多不同的形状。pv模块14被分组到第一区域18a和第二区域18b中，其中每个区域都位于受阴影影响的区域20中。替代地，区域18a、18b中的一个可以位于受阴影影响的区域之外。

第一区域18a中的模块连接到第一转换器22a，同时第二区域18b中的模块与第二转换器22b互连。通过使用断路器(优选地在转换器中使用断路器)，对应于每个第一区域18a的pv模块与本地电力网络16断开连接，并且由此与布置在第二区域18b中的pv模块断开电连接。第一区域18a的多个pv模块可以串联连接以形成pv串。pv串可以与第一区域18a的至少一个另外的pv串一起并联连接到第一转换器22a。替代地，第一区域18a中的所有pv模块14可以串联连接到第一转换器22a。应当理解，第二区域18b的pv模块14可以以与第一区域18a的pv模块14相同的方式连接在一起。

除了布置在受阴影影响的区域20中的pv模块14之外，可以在相对于wtg12的向前位置(其定义hpp10的不受阴影影响的区域36)中布置单独的一组pv模块14。不受阴影影响的区域36可以布置在受阴影影响的区域20之外的任何位置。如图1所示，一对不受阴影影响的pv区域36均连接到中央转换器38。替代地，每个不受阴影影响的区域36可以设置有单独的转换器38。

在上面描述的实施例中，hpp10位于地球的北半球，因此来自wtg12的阴影朝向wtg12的北部偏移，因为在大部分时间中太阳在天空中的位置位于wtg12的南部。因此，受阴影影响的区域20相对于wtg12在向北的方向上偏移。第一区域18a和第二区域18b相对于wtg12布置成使得在任何给定时刻，两个区域18中的至多仅一个区域至少部分地被wtg12的阴影覆盖。本领域技术人员应当理解，如果混合动力发电厂10位于地球的南半球，则受阴影影响的区域20可以相对于wtg12在向南的方向上偏移。

hpp10在本地电力网络16内的互连点(poi)24处连接到主传输电网17。poi24形成hpp10的本地电力网络16与主传输电网17之间的接口。本地电力网络16包括多条电连接线(在图1中以实线示出)，其根据hpp10的要求，将发电区域中的每一个电连接在一起。主传输电网17可以是国际、国家或区域电网(诸如大不列颠国家电网)，并且因此可能需要跨越高达250公里左右或更远的距离。因此，主电网17的电压电平可以远高于hpp10的本地电力网络16的电压电平。

本地电力网络16包括保护系统(未示出)，其用于保护网络中的各个部件在极端操作条件(包括极端天气事件)内或之后免受损坏。例如，设想在每条连接线中至少包括适当的断路器。在下文中，除非另有说明，否则如上所述，应假定对hpp10的部件被连接或部件之间的连接的提及包括合适的连接线(也称为传输线)。

hpp10的调节和一般操作由发电厂控制系统或控制器(ppc)26控制。ppc26通过一系列电缆(在图1中被示出为虚线)连接到转换器22和38以及wtg12，使得ppc26可以控制来自多个pv模块14和wtg12的电输出，以使hpp10能够满足传输电网17的需求。应当理解，可以提供其他合适的连接设备以将ppc26与hpp10的各个部件互连。该互连可以是直接连接或“点对点”连接，也可以是在合适的协议(例如can总线或以太网)下操作的局域网(lan)的一部分。另外，应当理解，除了使用电缆，还可以在合适的无线网络(例如在wifi^tm或zigbee^tm标准(分别为ieee802.11和802.15.4)下操作的无线网络)上无线地传输控制命令。

ppc26还在测量点(pom)28处连接到本地电力网络16，这使得ppc26能够监测hpp10到传输电网17的输出。ppc26的作用是用作各种发电设备(即，pv模块14和wtg12)与电网操作员或传输系统操作员(tso)之间的命令和控制接口。tso负责向ppc26指示传输电网的需求和要求。ppc26作为命令和控制接口，解释由电网操作员对其请求的功率输送需求，并管理wtg12和pv转换器22以满足那些要求，同时考虑其他操作因素(诸如电网故障和输出或测量的电网电压的突然变化)。

ppc26是用于执行如上所述的控制和命令的合适的计算机系统，并且因此结合有处理模块、连接模块、内存模块和感测模块。为了监测和调节hpp10的输出并正确解释功率需求，ppc26连接到主变压器和poi24之间的传输线。

ppc26被配备为测量将由hpp10供应给传输电网17的代表性功率输出。此外，ppc26还可以测量功率输出的参数(诸如频率和电压，以及hpp10与主电网之间的无功功率交换以及主电网17的电压电平)。ppc26可以将测量的参数与具体的电网要求进行比较，并相应地将控制命令传送到hpp10的具体部件。优选地，hpp10能够通过改变wtg12和/或pv转换器22的操作来响应于从ppc26接收的命令而改变其无功功率输出。

wtg12和多个pv区域18各自表示hpp10内的单独的发电站点。第一区域18a和第二区域18b中的每一个区域中的pv模块14通过吸收太阳能辐射来生成作为直流(dc)电的电力。因此，转换器22接收由pv模块14生成的作为dc电的电力，该dc电可以在被传输到电网17之前被放大或以其他方式被修改。在ppc26的控制下，转换器22将dc电转换成ac电(即，转换器22用作逆变器)，然后经由poi24将ac电传输到主传输电网17。转换器22还可以被配置为将来自pv模块14的dc电转换为更适于在本地电力网络16内传输的不同电压的dc电。然后，不同电压的dc电可以通过中央逆变器(未示出)被逆变为ac电，然后被传输到主传输电网17。

在图3中示出了根据本发明的在hpp10中使用的pv模块14的示例布置。多个pv模块14安装在pv台15上，该pv台15包括可移动以允许pv模块14旋转以及朝向太阳枢转的支撑结构21。pv台15具有相对于与pv台15的x方向对准的旋转轴线的固定定向。这样，pv模块14被布置成面向大致向南的方向。pv台15还关于与pv台15的y方向对准的另一旋转轴线固定。因此，pv模块14朝着赤道以0度和90度之间的倾斜角倾斜或枢转。这样，0度倾斜对应于pv模块14大致平行于地面，90度倾斜表示pv模块14以对应的竖直定向布置。

在图3中，pv台15被示出为包括十二个pv模块14，其布置成三行，每行四个pv模块14。但是，应当理解，pv模块14可以以任何数量的合适配置来布置，而不会脱离本发明的范围。例如，pv模块14可以布置成跨pv区域18布置的单个线性行或列。pv台还可以包括太阳能跟踪器，该太阳能跟踪器自动控制pv台以使pv模块14定向为使得它们面向来自太阳的入射光。为了实现所需的跟踪，pv台15可以被配置为通过使pv台15能够在x方向和/或y方向上旋转来跟踪太阳的移动。pv台15围绕x轴的旋转使得pv模块14能够在一天的过程中随着太阳从东到西移动来跟踪其在天空中的轨迹。pv台15围绕y轴的旋转使得pv模块14还能够在全天跟踪太阳的抛物线式升起和降落。ppc26可以被配置为根据wtg12的遮蔽条件向pv台15的太阳能跟踪系统输出控制命令，以控制pv模块14围绕x轴和/或y轴的旋转。以这种方式，ppc26能够改善pv模块14的发电。

pv模块14的移动可以由hpp10的操作员手动控制，以便使pv模块14朝向来自太阳的传入辐射定向。pv模块14的定向可以通过电动致动装置的手动操作来实现；该电动致动装置被布置成使转pv模块14旋转。此外，本领域技术人员将清楚，pv模块14可以根据任何其他合适的定向装置来定向，而不会脱离本发明。

wtg12将风能转换成电能，该电能作为功率从wtg12传递到主传输电网17，以进行分配。wtg12包括立在地面上的固定塔架和机舱，该机舱坐落在塔架的顶部，并承载有涡轮轴、变速箱、制动器和发电机。多个涡轮叶片附接到中央轮毂，该中央轮毂在机舱外部安装到涡轮轴。涡轮叶片使轴在风的影响下旋转，进而驱动发电机生成电力，该电力通常被提供为交流电(ac)。然后，由wtg产生的电力被传输到hpp10中与其他发电站点的公共连接点24。wtg12生成有功功率和无功功率，这是本领域技术人员容易理解的。wtg12可以替代地被配置为将dc功率输出到dc集电电网(本地网络16)。dc可以在被传输到主传输电网17之前被转换成ac功率。

wtg12结合有至少一个中央处理器(未示出)，该中央处理器被配置为监测wtg12的操作状态以维持优化的发电，并且还被配置为与ppc26和wtg12外部的其他控制系统进行通信。中央处理器能够改变wtg12的其他部件的操作，以响应于来自ppc26的命令影响wtg12的无功和有功功率输出的变化。ppc26还通过中央处理器被供应与wtg12的操作和监测有关的信息。中央处理器还可以包括控制涡轮叶片的角度的叶片桨距控制器，以及控制风力涡轮机相对于风的位置的偏航驱动器。

参考图2，现在将更详细地描述根据本发明的实施例的hpp10内的pv区域18的布局。如同图1所示的hpp10一样，hpp10包括布置在hpp10的受阴影影响的区域20中的多个pv模块14。受阴影影响的区域20被分成以wtg12为中心的多个离散的pv区域。wtg12被布置成使得其能够在布置在pv区域18内的pv模块14中的至少一个上投射阴影。

多个pv模块14布置在受阴影影响的区域20的第一区域18a中。第一区域18a中的pv模块14的一部分彼此电连接以限定第一pv串40a。另一组pv模块14布置在受阴影影响的区域20的第二区域18b中。第二区域18b中的pv模块14电连接以限定第二pv串40b。每个串中的pv模块14彼此串联连接。第一区域18a和第二区域18b中的每一个可以包括多个pv串，并且每个区域内的pv串可以彼此并联连接。第一区域18a和第二区域18b在大致径向方向上远离wtg12延伸，使得在任意时刻，两个区域中的至多一个区域至少部分地被wtg12的阴影覆盖。

间隙(clearance)区域30限定围绕wtg12的基部的其中未布置pv模块14的区域。间隙区域30同心地位于受阴影影响的区域20内，使得pv区域18形成围绕wtg12的环形区域，其中pv区域18限定该环形区域的区段。在hpp10的操作期间，来自wtg12的塔架的阴影在任何预定时段内将仅在环形区域的一部分上投射阴影，并且阴影部分可以仅部分地覆盖环形区域的单个区段。第一区域18a和第二区域18b被布置成使得：如果第一区域18a的区段被阴影42部分地覆盖，则对应于第二区域18a的区段位于环形区域的被遮蔽部分之外。特别地，环形区域的每个区段的周向宽度被布置为随着距wtg12的距离的增加而增加。

过渡区域32在第一pv区域18a和第二pv区域18b之间限定间隙。过渡区域32从wtg12径向地延伸并且在第一区域18a和第二区域18b之间。以这种方式，径向过渡区域32限定环形区域的其中未布置pv模块14的一部分。过渡区域32可以设置在受阴影影响的区域20内的相邻pv区域18中的每一个之间。特别地，对应于每个过渡区域32的区段被设计尺寸为使得wtg阴影42将永远不会落在两个相邻的pv区域18上。此外，过渡区域32可用于pv模块14之间的电缆布线。它们还可在相邻的pv区域18之间形成接近路径，以允许维护与过渡区域32相邻布置的pv模块14。

pv区域18和过渡区域32被设计形状和尺寸以使得：由于wtg的阴影42，在特定区域上的阴影投射持续时间可以针对一天和一年的不同时段精确计算。此外，可以容易地确定指定区域将受到来自wtg12的遮蔽的影响的时段，使得可以开发合适的控制策略来预测何时停用每个pv区域18。以这种方式，pv区域18和过渡区域32被设计形状和尺寸以使得在整年中的一天的任意时刻，可以规定哪些区域至少部分地被wtg的阴影42遮蔽。

hpp10的布局还使得能够规定wtg12的哪个部件(即，塔架或机舱/叶片)在特定区域中造成遮蔽。预测特定区域可能何时以及在多长时间内被遮蔽使得更容易在那些指定区域中的pv模块上执行常规维护工作。此外，由于每个区域中的pv模块都可以与阵列的其余部分断开连接，因此也可以中断该区域中的电缆连接，而不会影响任何其他pv区域。这使得执行例行维护(诸如清洁pv模块)能够更加安全地进行。

根据上述布局布置的混合动力发电厂能够通过限制pv模块的操作效率损失和劣化来适应来自wtg12的阴影，同时最大化空间利用率(以mw/km²为单位)。pv模块14的增加的操作效率导致与hpp10相关联的寿命成本的对应减少。

如上所述，典型的wtg12包括机舱，该机舱坐落在塔架的顶部。涡轮叶片安装到机舱并在风的影响下绕其旋转。机舱还可以围绕塔架的纵向轴线旋转，以便将叶片定位在接收风的最佳位置。wtg12的这些可移动部分可以在一天中的不同时段以及在一年中的不同时段内在pv模块14上投影进一步且更复杂的阴影。

返回图2，该发电厂包括一组被布置在受阴影影响的区域20内的第三区域18c中的pv模块14；该第三区域18c被布置在第一区域18a和wtg12之间。第三区域18c还通过周向过渡区域34与第一区域18a分开，周向过渡区域34沿着第一区域18a的面向wtg12的端部延伸。该第三区域18c中的多个pv模块14彼此串联连接以形成第三pv串40c。如同第一区域18a和第二区域18b一样，第三区域18c可以包括多个可以彼此并联连接的pv串。参考图2，周向过渡区域34横向于第一和第二pv区域(18a、18b)中的每一个的面向wtg的端部延伸。本领域技术人员应当理解，过渡区域(34)可以被布置成与两个相邻pv区域(例如，如图2所示的第一和第三pv区域18a、18c)的周边的形状一致，以便在它们之间提供缓冲区。

wtg12的阴影42包括第一部分44和第二部分46，第一部分44由wtg12的机舱和转子投射，第二部分46由塔架投射。第一pv区域18a和第三区域18c分别被配置为使得在一年的预定时段内，第一阴影部分44大致落在第一区域18a上，第二阴影部分46大致落在第三区域18c上。第一区域18a和第三区域18c的这种分开导致围绕wtg12形成的环形区域的进一步分割。

同心分离的区域能够隔离分别由wtg12的塔架和机舱造成的阴影投射的不同部分。在控制pv模块14的功率输出时，受阴影影响的区域20的同心分割可以提供更大的灵活度，如将在下面更详细描述的那样。

在发电厂的使用期间，第一区域18a中的pv模块将在一年的大部分时间内避免被遮蔽。相比之下，布置在第三区域18c中的pv模块在一年中的大部分时间内由于wtg12的塔架或机舱所投射的阴影而受到遮蔽。

第四pv区域18d限定受阴影影响的区域20的位于wtg12前面的部分。第四pv区域18d在很大程度上不受wtg12的塔架造成的阴影的影响。然而，布置在这些向前区域中的pv模块14在夏季、尤其是在太阳处于天空最高点的中午时，仍可能被wtg12的机舱和涡轮叶片遮蔽。尽管第四pv区域18d仍然受到wtg12的遮蔽，但是由于pv模块14远离wtg12倾斜，遮蔽对pv模块14的影响受到限制。因此，第四pv区域18d并没有像大致布置在wtg12后部的其他pv区域18那样被周向分割。

除了布置在受阴影影响的区域20中的pv模块之外，在相对于wtg12的向前位置中布置了单独的一组pv模块14，该组pv模块限定hpp10的第一不受阴影影响的区域36a。又一组pv模块14布置在第二不受阴影影响的区域36b中，该第二不受阴影影响的区域36b大致位于受阴影影响的区域20的西部。更一般地，hpp可以包括多个布置在受阴影影响的区域之外的任何位置的不受阴影影响的区域。这些不受阴影影响的pv区域36可各自连接到它们自己的转换器38。这些不受影响的区域可以包括连接在多个pv串40中的pv模块14。

替代地，不受阴影影响的区域36可以共同连接到中央转换器38。本领域技术人员应当理解，不受阴影影响的区域36也可以布置在wtg12的北部和东部，只要它们位于受阴影影响的区域20之外即可。与受阴影影响的区域18中的pv模块相反，不受阴影影响的区域36的形状和大小不受wtg的阴影42的通过的约束。因此，可以为中央转换器38选择更大的转换器额定值。

图4示出了描绘设计方法50的流程图，通过该方法可以确定根据本发明的hpp10的布局。方法50被实施为构造发电厂构造的一部分。方法50以hpp10的基本布局开始，该基本布局结合有站点的所有相关架构参数(其包括例如wtg12的数量、pv模块14的数量以及相关联的电气设备的布置)。

方法50分为第一过程52和第二过程54，第一过程52用于确定每个pv区域18的布置，第二过程54确定hpp10的所有其余部件的布局。这两个单独的过程的结果然后进行组合以产生hpp10的最终布局。通过分离与布置受阴影影响的pv区域18相关联的设计工作，本发明的方法50能够优化pv模块14相对于wtg12所使用的空间的利用率，从而最大化hpp10的发电容量。

第一设计过程52的处理步骤在图6所示的流程图中示出。在第一步骤56中，分析气象数据以确定与太阳相对于wtg的位置在天空中的移动有关的辐照度因子。辐照度因子包括与hpp10的拟议站点相关联的相关太阳路径数据。太阳路径数据还包括描述在一天中和/或一年的过程中该站点处的辐照水平如何变化的信息。辐照度因子还包括描述在规定时间段内太阳在天空中的相对角度的数据。

在并发步骤58中，结合wtg12的尺寸来分析同一气象数据，以便确定对应于wtg的大小和形状的wtg尺寸因子。wtg尺寸因子包括阴影路径数据，该阴影路径数据包括与由wtg12造成的阴影的大小和定位有关的信息。阴影路径数据还描述了wtg阴影在全天如何变化，以及它在一年的过程中如何变化。

wtg的阴影路径在整个一天中发生变化，使得在清晨和傍晚，由于太阳的低辐照度，来自pv模块14的输出减小。pv模块14的输出还受到pv模块14的遮蔽增加的影响，这是由于在这样的时段内由wtg12在pv阵列上投射的较长的阴影所导致的(这又是由于太阳在天空中的位置的高度降低引起的)。

wtg的阴影的位置和大小还会在一年的过程中发生变化。例如，在冬季，太阳在天空中的高度降低会产生更长的阴影，这些阴影会投射在较窄范围的pv区域18上。相比之下，夏季的阴影通常较短，并且会在较大范围的pv区域18中移动，因为太阳在天空中要高得多，并且可以在一天中的更多个小时中可见。

在步骤60中，辐照度因子(在步骤56中导出)和wtg尺寸因子(在步骤58中导出)被用于确定每个pv区域和/或过渡区域的尺寸。pv区域18被确定为使得在任意时刻至多一个区域至少部分地被wtg的阴影覆盖。

根据步骤60的方法，与hpp10的站点有关的气象和地理数据(即站点的纬度和海拔高度)都被用于确定每个pv区域18的布置。因此，由于要在其上构造hpp10的站点的具体情况，任何特定hpp10内的pv区域18的配置可能是唯一的。

wtg12的尺寸还被用于确定间隙区域30的形状和相对尺寸，该间隙区域30就位于wtg12的基部。间隙区域30的边界限定了pv区域的大小和形状，以及限定wtg12周围的在其中不能放置pv模块的最小区域。

在步骤62中，阴影路径数据用于导出包括每个pv区域18的pv模块14和转换器22的最佳电配置。最后，对于布置在hpp10的其他wtg12周围的pv模块14重复该方法。

上述设计方法50可以包括一组指令，当该组指令由处理装置执行时，使得可以确定混合动力发电厂10的架构布局。该组指令可以嵌入一个或多个电子处理器中，或者替代地，该组指令可以被提供为将由一个或多个电子处理器执行的软件。

根据本发明构造混合动力发电厂使得能够改善风力发电系统和太阳能发电系统(即wtg和pv模块)的协同定位，从而导致与可靠地将此类系统集成到主传输电网相关联的电厂成本电平衡(ebop)大大降低。hpp的有利布局还导致pv模块阵列的产量增加。

现在，将参考图6至图9更详细地描述根据本发明的实施例的在pv模块14和转换器22之间提供的电连接的一系列示例性布置。如上所述，每个pv区域18中的pv模块14中的至少一些串联连接以形成pv串40。pv串40连接到转换器22。图6示出了这样的布置，其中单个转换器22与pv串40连接，使得其限定串逆变器。串逆变器将来自pv模块14串的dc电源转换成可以传输到hpp10的本地电力网络中的ac电源。

图6所示的逆变器包括连接到pv串40的dc/ac转换器22。pv串40包括串联连接在一起的多个pv模块14。如上所述，转换器22被布置为控制布置在pv串40中的pv模块14。转换器22可以被布置为操作最大功率点跟踪(mppt)功能，该功能通过确保来自pv模块14的开路电压(voc)在对应于转换器22的有效操作的预定mppt电压范围内，来允许转换器22控制来自pv串40的dc功率输出。

如果voc在预定范围之外(由于wtg12遮蔽一个或多个pv模块14)，则可以将来自pv串40的dc功率输出与hpp10的本地电力网络断开连接。每个pv串40被连接到单独的转换器22，该转换器22可操作以控制与其连接的pv模块14的输出。mppt功能可以由容纳在转换器22内的单独的控制单元或控制器来执行。替代地，mppt功能可以包括能够由转换器22的中央控制器执行的一组指令。

在图7中示出了替代布置，其中多个pv串40并联连接到单个逆变器组件25。转换器组件25包括连接到多个mppt模块23(其为dc/dc转换器的形式)的ac/dc转换器22。每个mppt模块23连接到单个pv串40，从而控制来自与其连接的pv模块14的输出。

图8示出了替代布置，其中多个pv串40经由单独的dc/dc转换器27(也称为dc优化器)连接到公共dc/ac转换器22。dc优化器以与上述mppt模块类似的方式操作，因为它们被布置为控制来自每个pv串40的dc输出。在替代布置中，dc优化器的dc输出可以连接到dc集电总线而不是中央转换器22。在wtg12被配置为向本地电力网络16供应dc电(因此没有设置其自身的逆变器)的情况下，与多个pv串40相关联的dc/ac转换器22可以与wtg12共享。

图9中示出了又一替代布置，其中转换器22连接到多个pv串40。然而，在该布置中，每个pv模块14在pv串40内经由其自身的微转换器29连接到转换器22，该微转换器29根据上述mppt模块来控制pv模块14的dc输出。pv串布置在两个单独的pv区域上，使得两个pv串40a、40b布置在第一pv区域18a中，并且另一个pv串41a布置在第二pv区域18b中。pv串40a、40b和41c中的每一个与单个转换器22并联连接。单独的微转换器29可以连接到每个pv模块14或连接到安装于单个pv台15的一组pv模块14。

图6至图9所示的转换器布置中的任何一种可以用于控制连接在单个pv串40中的pv模块14。连接在单个pv串40中的pv模块14位于相同的pv区域18中。pv串40可以包括安装为单独的pv结构的多个pv模块14。上述图7至图9中示出的布置采用中间dc优化功能，该中间dc优化功能在逆变器将dc功率转换为ac功率之前使用。dc优化功能(无论其是mppt还是单独的dc优化器)用于动态地控制pv模块14的输出，以抵制由wtg12的阴影引起的pv区域18的时间依赖性遮蔽。

作为上述实施例的进一步替代，pv模块14可以连接到wtg12，使得来自pv模块14的功率输出能够利用设置在在其中的功率管理硬件(例如，电子开关设备、变压器、中央转换器)。替代地，转换器22可以连接到wtg，使得来自转换器22的功率输出可以连接到wtg12，以便在传输到主传输电网17之前执行对电功率输出的进一步处理。根据替代实施例，可以在本地电力网络16内使用公共开关设备来控制pv模块14和wtg12两者的输出。替代地，可以使用公共变压器和开关设备。此外，可以在同一hpp10内使用公共变压器、开关设备和转换器。

返回图1，现在将描述用于使用ppc26控制pv模块14的输出的控制策略。ppc26基于由wtg12造成的遮蔽条件来控制第一pv区域18a的第一转换器22a。ppc26被布置为从wtg12接收关于其操作状态的实时数据。该实时数据指示机舱相对于塔架的相对定向和/或叶片相对于机舱和/或塔架的相对位置。

ppc26还被配置为接收指示一年中的天和月份的时间的日期，从而确定由wtg12造成的阴影的程度。wtg阴影的程度的特征在于所确定的阴影的大小和形状以及在该时间的特定时刻阴影进行投影的方向。

替代地，ppc26可以被配置为基于位于受阴影影响的区域上的关键位置处的传感器来确定wtg阴影的程度。此外，ppc26可以基于单个pv模块14或多个模块的功率输出来确定wtg阴影的程度。

当ppc26检测到wtg阴影正遮蔽第一pv区域18a的pv模块14时，其在转换器22a的dc、ac或dc和ac侧将第一转换器22a断开连接。通过避免由于在遮蔽条件下操作而导致的劣化，这将延长pv模块的操作寿命。

ppc26还向第一转换器22a输出无功功率(q)设定点，由于来自wtg12的遮蔽，该第一转换器22a已与第一pv区域18a中的pv模块14断开连接。一旦第一pv区域18a不再受wtg遮蔽，则pv模块14再次被加载，并且第一转换器22a将供应有功(p)和无功(q)功率设定点两者。

ppc26被配置为根据wtg的遮蔽条件向pv台15的太阳能跟踪系统输出控制命令，以实现最佳的pv发电。

在图10中示出了hpp10的替代实施例，其中，hpp10包括wtg12，该wtg12与两个pv区域18协同定位在hpp10的受阴影影响的区域20内。在该实施例中，pv模块14和wtg12共享公共的电气基础设施。特别地，pv区域18中的每一个包括多个pv串40，并且每个pv串40经由单独的转换器22电连接到wtg12。转换器22是dc/dc转换器，其电连接到wtg12。从pv供应到wtg的功率由wtg的转换器的至少一部分进行转换，并因此被供应给本地电力网络。替代地，pv串40可以直接连接到wtg12，而不需要单独的串转换器。wtg12的转换器可以根据本地网络的类型向本地电力网络提供dc或ac。

如同先前描述的hpp布置一样，然后使用一组电线或电缆将公共wtg转换器连接到本地电力网络16。wtg12连接到wtg控制器402并由其控制，该wtg控制器402可操作以控制wtg12的输出。wtg控制器402还经由远程输入/输出(i/o)设备400(tbcn)或控制节点连接到pv串转换器22中的每一个。通过控制节点，wtg控制器402还被配置为根据wtg遮蔽条件来控制pv模块14的输出。

现在将更详细地描述用于使用wtg控制器402控制pv模块14的输出的控制策略。wtg控制器402基于由wtg12引起的遮蔽条件来控制pv区域18中的至少一个转换器22。wtg控制器402被配置为从wtg12接收关于其操作状态的实时数据。该实时数据指示wtg12的机舱相对于塔架的相对定向和/或wtg12的叶片相对于机舱和/或塔架的相对位置。

wtg控制器402还被配置为接收指示一年中的天和月份的时间的日期，从而确定由wtg12造成的阴影的程度。wtg阴影的程度的特征在于所确定的阴影的大小和形状以及在该时间的特定时刻阴影进行投影的方向。

替代地，wtg控制器402可以被配置为基于位于受阴影影响的区域320上的关键位置处的传感器来确定wtg阴影的程度。此外，wtg控制器402可以基于单个pv模块14或多个模块的功率输出来确定wtg阴影的程度。

当wtg控制器402检测到wtg阴影正在遮蔽pv区域18的pv模块14时，它将与pv模块14连接在其中的pv串40相关联的对应转换器22断开连接。转换器22在输入或输出侧断开连接(即，如果转换器22是逆变器，则在dc或ac端口断开连接，或者如果转换器22是dc/dc转换器，则在任一dc端口上断开连接)。通过避免由于在遮蔽条件下进行操作而导致的劣化，这将延长pv模块14的操作寿命。

wtg控制器402还可以将无功功率(q)设定点输出到pv转换器22(该pv转换器22已经由于来自wtg12的遮蔽而与受影响的pv区域18中的pv模块14断开连接)，因为转换器可以用于提供无功功率。一旦受阴影影响的pv区域18不再受wtg遮蔽，则pv模块14再次被加载，并且对应的转换器22将供应有功(p)和无功(q)功率设定点两者。

本文描述的示例仅是代表性的，并且本领域技术人员应当理解，其他具体架构也是可能的。此外，混合动力发电厂和电力网络的部件是常规的，因此对于本领域技术人员而言将是熟悉的。例如，图2的图应仅被用作示例性hpp的表示。hpp的替代配置是已知的，并且期望除了图2中示出和描述的部件之外或作为其替代，可以结合其他已知的部件。这种改变将在技术人员的能力范围内。特别地，根据hpp中包括的pv模块和wtg的数量，预期hpp中将结合附加的变电站或变压器。

在不脱离所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对以上示例进行许多修改。例如，尽管该系统在此被描述为应用于包括多个pv模块和wtg的混合动力发电厂，但是也可以将该系统应用于相对于在它们的操作期间在pv模块阵列上投射阴影的任何其他结构布置的太阳能pv发电厂。本领域技术人员还应当理解，上述dc/ac转换器中的每一个可被布置为以1相或3相电源输出ac电功率。