发电系统和操作发电系统的相关方法
【技术领域】
[0001]本申请一般涉及电功率的生成，以及更具体来说涉及采用变速发动机和光伏(PV)电源的发电系统。
【背景技术】
[0002]通常，发电系统、例如发电机使用诸如柴油、汽油等的燃料来生成电功率，其能够提供给本地电气负载。降低燃料消耗是实现低成本和环境友好的发电系统方面的正进行努力。为此，各种混合发电系统是可用的，其将由恒速发动机所操作的发电机用作主电源，并且将某种形式的可再生能源、例如风力涡轮机用作辅助电源。
[0003]在这类混合发电系统中，随着由可再生能源所生成的功率的量增加，由恒速发动机所操作的发电机所生成的功率需要降低。为了这样做，恒速发动机需要以低负载来操作。通常，恒速发动机在低于某个阈值极限(例如25%)的负载下具有低效率。此外，恒速发动机以这类低负载进行操作不利地影响整个维护周期和恒速发动机的健康。
【发明内容】
[0004]按照本发明的实施例，公开一种发电系统。该发电系统包含变速发动机、双馈感应发电机(DFIG)和光伏(PV)电源。DFIG包含至少部分基于变速发动机的操作速度来生成第一电功率的发电机、电耦合到发电机的转子侧转换器以及线路侧转换器，并且其中转子侧转换器和线路侧转换器经由直流(DC)链路彼此电耦合。PV电源生成第二电功率。PV电源电耦合到DC链路以在DC链路上供应第二电功率，其中发电机和线路侧转换器还耦合到本地电气负载和电网的至少一个，以向本地电气负载供应第一电功率以及第二电功率的至少一部分。
[0005]按照本发明的实施例，公开一种用于操作采用DFIG的发电系统的方法。DFIG包含电耦合到转子侧转换器和公共耦合点(PCC)的发电机，PCC电耦合到线路侧转换器以及本地电气负载和电网的至少一个。该方法包含基于PV电源在DFIG的转子侧转换器与线路侧转换器之间的DC链路所供应的第二电功率的量以及本地电气负载的负载要求、电网功率的可用性、转子侧转换器和线路侧转换器的额定功率、变速发动机的效率和转子侧转换器和线路侧转换器的效率中的至少一个来确定机械耦合到发电机的变速发动机的预期操作速度。该方法还包含以所确定操作速度来操作变速发动机，以便由发电机生成第一电功率。此外，该方法还包含向PCC供应第一电功率以及第二电功率的至少一部分的至少一个。
[000?]按照本发明的实施例，公开一种发电系统。该发电系统包含变速发动机和DFIG。DFIG包含至少部分基于变速发动机的操作速度来生成第一电功率的发电机、电耦合到发电机的转子侧转换器以及线路侧转换器，其中转子侧转换器和线路侧转换器经由DC链路彼此电耦合。该发电系统还包含向DC链路供应第二电功率的PV电源和供应第三电功率的能量储存装置中的至少一个，其中变速发动机的操作速度基于第二电功率和第三电功率中的至少一个来确定。此外，发电机和线路侧转换器耦合到本地电气负载，以向本地电气负载供应第一电功率以及第二电功率的至少一部分。
[0007]技术方案1:一种发电系统，包括:
变速发动机；
双馈感应发电机(DFIG)，其中所述DFIG包括至少部分基于所述变速发动机的操作速度来生成第一电功率的发电机、电耦合到所述发电机的转子侧转换器和线路侧转换器，并且其中所述转子侧转换器和所述线路侧转换器经由直流(DC)链路彼此电耦合;以及
光伏(PV)电源，生成第二电功率，并且电耦合到所述DC链路，以向所述DC链路供应所述第二电功率，
其中所述发电机和所述线路侧转换器还耦合到本地电气负载和电网中的至少一个，以向所述本地电气负载供应所述第一电功率以及所述第二电功率的至少一部分。
[0008]技术方案2:如技术方案I所述的发电系统，其中，所述变速发动机可通过利用柴油、天然气、废热循环、发生炉煤气、生物气或者其组合来操作。
[0009]技术方案3:如技术方案I所述的发电系统，其中，所述PV电源经由DC-DC转换器来耦合到所述DC链路。
[0010]技术方案4:如技术方案I所述的发电系统，还包括在操作上耦合到所述变速发动机、所述DFIG和所述PV电源中的一个或多个的中央控制器，其中所述中央控制器配置成基于所述本地电气负载的负载要求、电网功率的可用性、所述转子侧转换器和所述线路侧转换器的额定功率、由所述PV电源所生成的所述第二电功率的量、所述变速发动机的效率以及所述转子侧转换器和所述线路侧转换器的效率中的至少一个来控制所述变速发动机和所述DFIG中的一个或多个的操作。
[0011]技术方案5:如技术方案4所述的发电系统，其中，所述转子侧转换器和所述线路侧转换器的所述额定功率基于由所述PV电源可产生的所述第二电功率的最大量来选择。
[0012]技术方案6:如技术方案5所述的发电系统，其中，所述转子侧转换器和所述线路侧转换器的每个的所述额定功率等于由所述PV电源可产生的所述第二电功率的所述最大量的一半。
[0013]技术方案7:如技术方案4所述的发电系统，其中，所述中央控制器配置成如果所述电网功率是可用的则将所述变速发动机的所述操作速度降低为零或者基本上接近零。
[0014]技术方案8:如技术方案4所述的发电系统，其中，所述中央控制器还配置成如果所述电网功率是可用的则根据所述第二电功率的所述量以及所述转子侧转换器和所述线路侧转换器的所述额定功率，通过所述转子侧转换器和所述线路侧转换器中的至少一个向所述本地电气负载供应所述第二电功率的至少一部分。
[0015]技术方案9:如技术方案4所述的发电系统，其中，所述中央控制器配置成如果所述电网功率是不可用的，所述第二电功率的所述量小于所述负载要求，并且所述变速发动机没有达到预期操作速度，则控制构成所述本地电气负载的电气装置集合，以降低所述负载要求。
[0016]技术方案10:如技术方案4所述的发电系统，还包括耦合到所述PV电源或所述DC链路的一个或多个能量储存装置。
[0017]技术方案11:如技术方案10所述的发电系统，其中，所述中央控制器配置成如果所述电网功率是不可用的，所述第二电功率的所述量小于所述负载要求，并且所述变速发动机没有达到预期操作速度，则向所述本地电气负载供应来自所述一个或多个能量存储装置的第三电功率，以满足所述负载要求。
[0018]技术方案12:如技术方案10所述的发电系统，其中，所述中央控制器配置成如果所述线路侧转换器发生故障，则将所述第二电功率的至少一部分存储在所述一个或多个能量储存装置中。
[0019]技术方案13:如技术方案10所述的发电系统，其中，所述中央控制器配置成如果所述第一电功率的要求低于阈值，则实现向所述本地电气负载供应来自所述一个或多个能量储存装置的所述第三电功率的一部分。
[0020]技术方案14:如技术方案10所述的发电系统，其中，所述一个或多个能量储存装置电耦合到所述变速发动机，以供应启动所述变速发动机的功率。
[0021]技术方案15:如技术方案4所述的发电系统，其中，所述中央控制器配置成如果所述电网功率是不可用的，则以基于所述负载要求和所述PV电源所生成的所述第二电功率的所述量所确定的所述操作速度来操作所述变速发动机。
[0022]技术方案16:—种操作采用双馈感应发电机(DFIG)的发电系统的方法，其中，所述DFIG包括电耦合到转子侧转换器和公共耦合点(PCC)的发电机，所述PCC电耦合到线路侧转换器以及本地电气负载和电网中的至少一个，所述方法包括:
基于由光伏(PV)电源在所述DFIG的所述转子侧转换器与所述线路侧转换器之间的直流(DC)链路所供应的第二电功率的量与所述本地电气负载的负载要求、电网功率的可用性、所述转子侧转换器和所述线路侧转换器的额定功率、所述变速发动机的效率以及所述转子侧转换器和所述线路侧转换器的效率中的至少一个来确定机械耦合到所述发电机的变速发动机的预期操作速度；
以所确定操作速度来操作所述变速发动机，以便由所述发电机生成第一电功率;以及向所述PCC供应所述第一电功率以及所述第二电功率的至少一部分中的至少一个。
[0023]技术方案17:如技术方案16所述的方法，还包括:如果所述电网功率是不可用的，所述第二电功率的所述量小于所述负载要求，并且所述变速发动机没有达到预期