控制发电厂的方法

控制发电厂的方法
【专利摘要】一种控制发电厂的方法。提供控制在连接点处被连接到电力网的发电厂的方法。发电厂包括连接到电力存储设备的可更新电力生产设备。该方法包括确定电力网的有功功率电网要求，为可更新电力生产设备和电力存储设备获得操作参数，以电网要求和操作数据为基础确定在可更新电力生产设备和电力存储设备之间和/或从发电厂设备到电网传输的有功功率传输量，以有功功率传输量为基础为发电厂的设备计算有功功率参考，并且以有功功率参考为基础操作发电厂设备。此外，提供用于控制这种发电厂的工厂控制器和发电厂。
【专利说明】控制发电厂的方法
【技术领域】
[0001 ] 提供一种控制发电厂的方法，发电厂控制器和发电厂。
【背景技术】
[0002]电网操作者或者平衡管理机构可以确定电力生产设备，例如化石电厂，水电厂或者风电厂，可以在任何具体时间被允许生产的有功功率的基量，即由客户需要的由电网供应的电力的量，并且向馈电到电网中的任何发电厂发出适当的参考。取决于不同的因数、例如环境状态，建造和运营的电力生产单元的数目，发电厂使用的技术的种类等，这种发电厂通常由其在某种动态范围内控制有效或者有功功率的能力来表征。发电厂的有功功率响应率和无功功率响应率也取决于工厂类型。由发电厂需要的有功功率和无功功率的比例可以根据在电网上的负载和电网电压变化。在必要时电力生产工厂可以增加或减少其功率输出并且可以响应瞬间的需求情况。在使用可更新能源例如风能或者太阳能来生产或者产生电的电力生产工厂的情况下，可被输出的功率量在一定程度上取决于环境状况，例如在风电厂的情况下风的强度，或者在光电电厂的情况下一天的时间和云遮盖的程度。
[0003]由电力生产设备产生的功率量被工厂操作者控制或管理，其确保从发电厂到电网中的电力馈送无论何时总是满足电网要求。可更新发电厂的发电厂操作者，例如风电场的“导向器”被有效地与由电网操作者管理的任何能量存储设备分离或者隔离。在风电场操作者和电网操作者之间的功能性分离表示电网操作者不具有关于风电场的内部过程的任何信息，同时风电场仅能够在其已被得知之后对电网需求作出反应。这可以导致其中可更新发电厂难以达到电网规程而不“溢出”能量的情形。在其能够提供比允许馈入电网更多功率的任何时候，发电厂“溢出”能量，即防止充分发挥其潜力来操作。例如，风电厂可以响应于在电网上的高频情形被强制削减其生产。当可更新工厂在降低额定值的(de-rated)电网功率参考处操作延长的时间段以便在电网频率突然下降的情况下能够提供快速频率响应时可能出现另一这样的情形。目前，这些和相似的情况经常导致可更新发电厂例如风电厂不得不“溢出”，即浪费有价值的能量。
[0004]已建立的电力网络的另一缺点是仅电网操作者可以利用电力存储设备，其中在电网上的电力“剩余”可以被转换成适于存储和以后重新得到的形式，例如适于将能量输送回到电网中的形式。

【发明内容】

[0005]因此目的是提供操作发电厂的改进的方法，所述发电厂包括可更新电力生产工厂和电力存储工厂两者。这个目的通过如在权利要求中要求的控制发电厂的方法，工厂控制器和发电厂来实现。
[0006]控制在连接点处连接到电力网并且包括连接到至少一个电力存储设备的至少一个可更新电力生产设备的发电厂的方法，包括如下步骤:确定电力网的有功功率电网要求；为可更新电力生产设备并且为电力存储设备获得操作数据；以电网要求和操作数据为基础确定在发电厂的可更新电力生产设备和发电厂的电力存储设备之间，和/或从发电厂的功率生产设备到电网传输的有功功率传输量；以有功功率传输量为基础为发电厂的设备计算有功功率参考；并且以有功功率参考为基础来操作发电厂设备。
[0007]电力存储设备被连接到发电厂的电力生产设备，其被理解为表示由功率生产设备输出的能量可以某种方式被传输到电力存储设备中的一个或多个的意思。能量传输可以发生在电力网上。然而，优选地，发电厂的电力存储设备可以直接地由电力生产设备馈电，有效地绕过电力网。
[0008]该方法的优点是不但可更新电力生产设备而且电力存储设备可被共同地控制以便每个设备对有功或者“有效”电网要求的贡献的潜能可被充分地开发。该方法使得一个或多个可更新发电厂的操作者甚至在不利环境条件期间为可更新发电厂将稳定的电力输入提供到电网成为可能。如将在下面解释的，存储设备和功率生产设备的组合的控制允许发电厂提供(除了其作为电力供应者的功能)许多重要的辅助服务，例如短期电力系统稳定功能，短时间频率响应或惯性响应，在略微更长时间尺度上的功率振荡平滑功能，和在日间或周间时间尺度中的峰值要求功能，或在非常长的时间尺度上的季节性负载匹配。
[0009]利用该方法，不再与电力生产设备隔离地实施电力存储设备的管理，以便这些设备现在可以被操作以通过当前适用的电网要求来补偿置于电力生产设备上的限制，从而允许其能力的最佳利用。除了满足任何能量需求以外，该方法还允许发电厂提供辅助服务而同时减少能量溢出。
[0010]用于控制在连接点处连接到电力网并且包括连接到至少一个电力存储设备的至少一个可更新电力生产设备的发电厂的工厂控制器，包括用于确定电力网的有功功率电网要求的输入装置；用于获得可更新电力生产设备和电力存储设备的操作数据的数据收集装置；用于以电网要求和操作数据为基础来确定在发电厂的可更新电力生产设备和发电厂的电力存储设备之间，和/或从发电厂的电力生产设备到电网传输的有功功率传输量的传输量确定模块；用于以有功功率传输量为基础为发电厂设备计算有功功率参考的参考计算模块；和用于将参考分配到发电厂设备使得电力设备操作以在连接点处满足电网要求的分配单元。
[0011]因为工厂控制器基本上是在公用电网和发电厂的电力设备之间，发电厂可以被看作将电力馈入电网的单一实体。工厂控制器的优点是电力存储设备的控制和电力生产设备的控制可以以如此方式组合以致这些设备中的每个可以根据其能力在电网连接点或者“共同连接点”(通常被缩写为PCC)处对有功功率做出贡献。这也允许电力存储设备和电力生产设备总是使用到其最佳能力，并且使得可更新发电厂的操作者即使在不利于可更新发电厂的环境条件期间将稳定电力输入提供到电网成为可能。与其中存储和生产设备必须被独立地操作和控制的已知系统相比，存储和电力生产设备的组合的控制允许具有较少能量溢出的更准确的斜坡控制(ramping regulation)。因此工厂控制器可以利用存储技术的各种组合的不同能力来为电力生产设备和电力存储设备计算最佳有功功率参考以便发电厂是顺从电网的，而同时能够提供服务，例如辅助服务的有利组合，并且同时确保最小的能量溢出。
[0012]发电厂包括连接到至少一个电力存储设备的至少一个可更新的电力生产设备，并且发电厂被实现用于在连接点处到电力网的连接并包括用于使用该方法控制发电厂的工厂控制器。
[0013]发电厂的优点是其可控制任何数目的电力生产设备和任何数目的电力存储设备，同时这些电力设备可具有任何合适的类型或性质。电力生产设备的不同的或变化的生产能力可以在任何一个实例与电力存储设备的不同的或变化的存储能力最佳地组合，同时在发电厂到电网的连接点处总是满足电网有功或者“有效”功率要求。
[0014]特别有利的实施例和特征由从属权利要求给出，如在下面的描述中揭示的。不同权利要求种类的特征可以被适当地组合以给出本文未描述的更多实施例。
[0015]互连电力生产设备和电力存储设备的布置被理解为共同构成“发电厂”。如上面表明的，对于在地理上分开的电力设备，在发电厂的电力生产设备和电力存储设备之间的能量传输可发生在电网上，使得发电厂可被看作“分布式工厂”或“虚拟”工厂。即使设备在地理上互相远离，它们可以被工厂控制器共同地控制。因此，在下面但在不以任何方式限制本发明的情况下，术语“发电厂”，“虚拟电厂”，“集体电厂”，“组合电厂”和“聚集电厂”可以具有相同的意思并且可以被互换地使用。发电厂可以被电网看作单一实体。发电厂的设备到电网的连接点可以被共同地看作单一连接点，其也可以被称作“虚拟的”，“组合的”或“聚集的”连接点。在优选的实施例中，电力生产和存储设备可以在地理上互相相对地靠近并且优选地在一个共同连接点处馈入电网。
[0016]电力生产设备通常被用来产生电力，所述电力被馈送到用于消耗的电力网中。在这样的背景下，其中一些产生的电力可按要求被传输到电力存储设备。因此，在下面，但在不以任何方式限制本发明的情况下，术语“电力设备”可以指代电力生产设备或者电力存储设备。
[0017]“设备”可以包括单一单元或者其可以包括多个单元。例如，电力生产设备诸如风电场可以包括任何数目的电力产生单元，在这种情况下是风力涡轮机。在下面，再次在不以任何方式限制本发明的情况下，术语“电力产生单元”和“涡轮机”可被互换地使用。同样地，电力存储设备可以包括多个存储单元，例如包括由共同的控制器控制的电池或蓄电池堆的电池存储装置。发电场的每个设备可以具有其自身的本地控制器。
[0018]发电厂控制器可以通过为该电力设备的控制器，例如为在风电场情况下的“场导向器”产生参考来直接地管理电力设备。在这种情况下，发电厂控制器优选地与场导向器通信，其又将该参考分配到风电场的各个单元。
[0019]在发电厂中，可更新电力生产设备可以包括包含风电厂；潮汐电厂；太阳能电厂的电力生产设备的组中的任何一个，或者任何其它类型的能够生成可馈入电力网的和/或被转换用于在发电厂的电力存储装置中存储的能量的可更新电力生产设备。当然，发电厂也可以另外包括传统的(即非“可更新的”)电力生产设备。
[0020]类似地，在发电厂中，电力存储设备可以包括包含热存储设备；电池存储设备；调速轮存储设备；压缩空气存储设备的可逆电力存储设备的组中的任何一个，或者任何其它类型的能够转换电能并且将其以稍后可再次以电能来重新得到的形式存储的电力存储设备。优选地，电力存储设备是当需要时可以提供有功功率的可逆电力存储设备，例如可使用电流被充电的电池，并且当被放电时其输出电流。另一实例可以是水电设备，对于该设备，电能被用来将水泵送到贮水池中，并且当存储的水被用来驱动涡轮机时其再次输出电。当然，发电厂也可以另外包括以不同形式输出能量的一个或多个非可逆电力存储设备，例如合成天然气设备，对于合成天然气设备，电能被用来合成气体。气体可在不经历任何进一步转换的情况下直接由消费者供应。当可逆存储设备满负荷的任何时候，这种非可逆存储设备可被用来吸收多余能量。
[0021]除了仅将电力提供到电网之外，在一些电力市场中提供辅助服务的能力变得更有意义。控制发电厂的该方法允许其提供宽范围的这种服务。例如，惯性响应可以作为服务被提供到电网操作者。从发电厂的角度来看，这可以例如涉及减少由风电厂供应到该电网的电力输出，同时任何多余的电力被“留置”在存储设备中并且不溢出。类似地，可以通过从存储设备重新得到一部分需要的电力来提供惯性响应，并且使用来自生产设备的电力来弥补其余部分。因此保护这些电力生产设备的电力产生单元而不必提供要求的电力“峰值”。这样，涡轮机到超过额定功率值的峰值负载的暴露被减少。该方法利用可更新发电厂例如基于涡轮机的风电场可以在非常短的时间内提供惯性响应的事实(惯性响应的实例可以是对于10秒的持续时间，在I秒内输送5%的电力)，并且将其与利用存储的电力来增加涡轮机功率输出的可能性相组合，以便发电厂可以满足峰值要求同时确保涡轮机受到较少的磨损。
[0022]此外，通过在单一发电厂中共同地控制电力存储和电力生产设备，在不必溢出功率的情况下，可极大地延长在其内可将运转备用提供作为辅助服务的时间的长度。运转备用是在可用功率(即发电厂可以提供的最大值)和实际功率(即发电厂实际提供的功率)之间的差。运转备用(spinning reserve)是一些公用事业喜欢有的辅助服务,因为它给予它们一接到通知就上调(regulate up)的能力。例如，气体润轮机可被操作为在75%的额定处运转，以便一接到通知其可斜升到100%。这种服务可以向电网操作者出售。可更新发电厂例如风电厂可能会更高效地提供这种服务。
[0023]而且，发电厂的设备的共同的控制允许电力生产单元例如涡轮机在更长时间段上斜降，而同时逐渐地增加存储的水平，以便在工厂级的到电网中的电力输出表现为快速斜坡。在涡轮机级的实际的“平缓的斜坡”可有利地延长涡轮机的寿命，因为其意味着涡轮机受到较少的磨损。类似地，在存储设备处功率输入的逐渐增加也与在存储设备的部件上较少的磨损相关联。
[0024]优选地，根据网络的发电厂的设备通过合适的通信网络被连接到工厂控制器。这种连接允许空间分离的设备的控制器交换数据，例如存储设备的存储能力，该数据可用在为电力设备确定参考或者调整点的过程中，如在下面将被解释的。
[0025]工厂控制器的参考计算单元优选地产生适应电力设备的能力的参考。因此，在具体地优选的实施例中，得到发电厂设备的操作数据的步骤包括得到表明或者量化由可更新电力生产设备的功率输出的最新的或者瞬时的数据，以及表明或者量化电力存储设备的存储能力的最新的或者瞬时的数据。例如，风电场的电力生产设备可以报告瞬时可用有功功率输出，瞬时有功功率输出，可用惯性响应幅度和持续时间，要求响应能力，上斜坡能力，下斜坡能力，电力系统稳定器能力等中的任何一个或者全部。当其根据其最近接收到的并且仍适用的参考操作时，这些值可以反映风电场的性能。类似的信息可以从发电厂的能量存储单元得到，其可以报告瞬时可用有功功率输出，瞬时有功功率输出，有功功率输出，有功功率输入，短期输入/输出波动，上斜坡能力，下斜坡能力，电力系统稳定器能力等中的任何一个或者全部。[0026]为了最佳地或者最高效地使用这个数据，参考计算模块也优选地在发电厂的到电网的连接点处确定合计的瞬间情形。因此，在更多优选实施例中，得到发电厂设备的操作数据的步骤包括在发电厂到电力网的连接点处测量净功率。已知净的或者合计的变量的值，并且已知每个电力设备的单个贡献和潜能，参考计算单元可以为每个电力设备计算单个参考以得到所需的合计值，同时利用每个电力设备的潜能和尽可能少的能量溢出。通过当这种能量可用时利用在存储设备中存储的能量，并且通过当电网变化或者斜坡限制要求减少的功率输送时存储短期电力剩余，使得组合的工厂更高效。
[0027]可更新发电厂例如风电场的电力输出可以受到显著的波动，使得风电场有时可以生产比由电网实际需要的更多的电力。然而，电力存储设备通常将具有最大容量，即存储能量的有限的或受限的容量。因此，在优选实施例中，当在电力存储设备中存储的电力达到或超过上阈值时，计算用于电力存储设备的有功功率参考以将其存储的电力的量传输到电网。这样，总是可以为其中设备例如风电场可以输送比其可馈入电网更多电力的情形保留一定量的“自由空间”。电力存储设备可在适当的时间被完全地或者部分地耗尽，例如在当风电场不能输送大量电力到电网时的低风状态、或者阴天状态期间，或者在当太阳能电厂不能输送大量或者任何电力到电网时的夜晚期间。
[0028]电网控制器可以发出命令或者请求到发电厂以增加其输出，即将其输出斜坡上升。通常，应该在特定持续时间上并且以特定速率增加输出。使用该方法，传输量确定模块确定可以通过发电厂的可更新电力生产设备将多少有功功率直接输送到电网，并且多少有功功率需要从一个或多个电力存储设备中被传输，以便“补偿”发电厂的可更新电力生产设备的任何缺欠。合适的有功功率参考由参考计算模块来计算或者求解并且被分配到发电厂设备。因此，该方法使得包括可更新电力设备的发电厂将其功率输出以由电网控制器指定的速率斜坡上升成为可能，并且从可更新工厂的能量溢出被减少。
[0029]类似地，电网控制器可以发出命令请求到发电厂以减少其输出，即将其输出斜坡下降。在斜坡下降阶段期间，到电网的功率输出应该在特定持续期间上以稳定速率减少。在用于可更新发电厂的现有技术控制方法中，电力生产单元可能不得不被控制以在这种斜坡下降阶段期间和在这种斜坡下降阶段之后生产比其能够生产的更少的电力，使得电力被有效地浪费或者溢出(首先通过不生产它)。因此，在更多优选实施例中，当斜坡下降时，计算有功功率参考以将电力量从可更新发电厂传输到存储设备，以便遵守斜坡下降限制。这样，超过瞬间斜坡下降值的任何多余或者剩余电力可以被有效地“留置”在存储设备中，以便可更新发电厂仅继续生产有功功率，即使到电网的输出被斜坡下降。当在斜坡下降阶段期间时间进行时，被传输到存储设备的电力的量可以稳定增力口。优选地，短期快速响应存储设备例如电池存储单元被首先“填充”，并且此后任何多余的电力可被用来将其它设备例如合成天然气设备驱动或者充电。
[0030]取决于各种因素例如一天的时间等，电网要求可以一接到相对短的通知就变化。然而，可更新电力生产设备可能不总是能够一经请求就仅增加其输出。例如，在低风状态期间，风电场可能不能增加其电力输出。类似地，在阴天或者多云状态期间，光电电场可能不能响应于电网要求的增加。因此，在更多优选的实施例中，当电网有功功率要求被增加时，计算用于电力存储设备的有功功率参考以将其存储的电力的量传输到电网。这样，在可逆电力存储设备中存储的任何可用电力可被“开发”以补偿电力缺欠。类似地，当电网频率低于电网频率需求时，当可更新电力生产设备不能输送更多电力时，或者当存储设备可以输送有功功率以减少机械负载或在电力生产设备上的磨损时，优选地计算用于电力存储设备的有功功率参考以将其存储的电力的量传输到电网。
[0031]为了能够在发电厂的到电网的连接点处提供这种对电力缺欠的响应，该方法优选相应地管理设备。因此，在更多优选实施例中，当在电力存储设备中存储的电力水平小于下阈值时，计算用于电力存储设备的有功功率参考以将有功功率从发电厂的可更新电力生产设备传输到电力存储设备。例如，在电力生产设备能够生产比需要馈入电网的更多电力的任何时候，其中一些或者所有这种多余电力可被用来确保最小水平的电力被存储在每个电力存储设备中。也可以计算有功功率参考使得相比于到电网的功率输出，最小电力水平的存储被给予优先，以便能够扩展对电网供应者提供辅助服务。在优选实施例中，发电厂可以被签约以提供有功功率和固定水平的运转备用，例如25MW (即25MW的斜坡上升能力)。对于包括风电场和电池存储水平低的蓄电池的发电厂，该斜坡上升能力仅可以通过例如将风电厂参考降低额定值25MW来实现。当在电池被充电的同时存储水平被逐渐增加时，风电厂功率参考被降低额定值的量可以逐渐地被减少，从而确保存储和生产装置的组合的能力保持基本上恒定在25MW。因此，在这种情形下，电力生产设备的运转备用优选地以存储的电力水平为基础被减少。
[0032]如上面表明的，传输系统可能在其响应环境条件变化的能力方面受限制或约束。例如，风力涡轮机的功率输出可以以比传输系统能吸收的更快的速率增加。对于利用“紧的”功率斜坡率限制来操作的常规操作的可更新电厂，这可能是问题。因此，在更多优选实施例中，存储设备的有功功率参考被动态地调整。例如，存储设备的充电或放电水平可以基于风力条件的变化动态地调整，从而从阵风中存储能量而不是溢出在其中包含的能量。与常规操作的发电厂例如被建立以达到相同斜坡率目标的风电厂相比，通过以这种方式组合对存储设备和电力生产设备的控制，风电厂可以以最小的风力溢出实现定义明确的斜坡。因此，发电厂可以在整个电网稳定性方面提供有利的改进。
[0033]由传统电力生产设备如煤或核电厂支配的电网可以经历电力系统振荡。具有大的电力电子转换器的可更新发电厂可以通过输送根据对应幅度波动的电力来输出有助于取消掉或者平滑这种振荡的电力，但具有来自电网的自然振荡的相位偏移。因此，在更多优选实施例中，电力量可以被传输到发电厂的一个或多个电力设备，或者从发电厂的一个或多个电力设备传输以有意地弓丨起发电厂的输出的受控振荡。
[0034]类似地，在更多优选实施例中，电力量可被传输到发电厂的一个或多个电力存储设备或从发电厂的一个或多个电力存储设备传输以补偿发电厂的一个或多个可更新电力生产设备的输出的振荡。在可更新发电厂的输出中的任何“峰”或“槽”可因而通过来自一个或多个合适的短期快速响应电力存储装置留置或者重新得到的电力来被平滑。
[0035]这样，根据需要，可开发在电力存储设备中存储的电力的任何备用以补偿不均匀的电力系统输出，并且可以利用任何存储能力以“留置”甚至小的多余电力量。通过以这种方式组合对存储和电力生产设备的控制，发电厂可以在不从风力涡轮机溢出电力的情况下，提供电网稳定作为辅助服务。
[0036]在另一优选实施例中，可以通过临时增加从一个或多个存储设备的电力输送来提供快速动作频率过低响应或者惯性响应，从而通过允许短期装备过载来增加实际生产的电力的水平。这去除了对在与能量溢出相关联的预减少功率水平下操作发电厂的需要。例如，如果存在少的风或者没风，惯性响应可以被提供为存储电力与短期风力涡轮机需求减少组合的组合。这样，对电网要求的组合的或共同的响应被优化以对于给定的条件达到期望的或者需要的惯性响应水平，而不是以隔离的方式控制风力涡轮机，其是对于传统发电厂的情况。在该方法中，每个设备对共同惯性响应的单独贡献的大小可以在存储设备和生产设备之间被动态地平衡，以便与惯性响应相关联的能量溢出和机械应力可以被非常有利地最小化。
[0037]因为可更新电力生产设备的潜能可以取决于许多因素，参考计算单元优选地考虑可提供关于这种可更新电力设备的潜能的信息的任何变量，参数或者约束。例如，可以以非完备的预报变量(例如天气预报，生产预报，电力价格预报等)的组中的一个或多个为基础来为不久的将来估计风电场生产有功功率和/或提供辅助服务的能力。类似地，可以使用一个或多个变量例如存储周期成本和关于其存储周期历史的知识来估计可逆电力存储设备的能力。通过利用这种风力或能量预报，工厂控制器可以充分利用设备的潜能以在日，周或者甚至月的尺度上实现电力输送转变。
[0038]通常，电力生产设备被实现和控制以在输出处的负载上突然增加或减小的情况下避免瞬变现象。发电厂被设计为用预定义的频率下垂来响应频率变化。因此，在更多优选实施例中，根据在共同连接点处电力设备的组合的下垂和/或根据电力设备的局部下垂来实施控制电力设备的步骤。这样，当其响应频率事件时，电力设备可以共同地对具有最小能量溢出和/或在生产设备上减小的机械负载的期望的频率下垂曲线操作。
[0039]以电网要求和操作数据为基础来为发电厂设备计算有功功率参考的步骤相当于为发电厂设备的操作确定“设备贡献计划”，即由每个设备在满足电网要求，存储多余电力，响应临界状态等方面作出的一组单独的贡献。这种设备贡献计划考虑到必须满足的电网要求以及发电厂的设备中的每个的潜能或者能力。
[0040]根据结合附图考虑的下面详细的描述，本发明的其它目的和特征将变得显而易见。然而，应该理解，设计各图只是为了说明的目的并且不作为对本发明限制的定义。
【专利附图】

【附图说明】
[0041]图1示出根据实施例的发电厂控制器和发电厂。
[0042]图2示出用于该方法的流程图。
[0043]图3示出连接到电力网的电力设备的现有技术布置。
[0044]图4示出用于在根据实施例的发电厂中使用的电力存储设备的符号表示。
[0045]图5示出在使用根据实施例的方法操作发电厂期间出现的一些功率传输情形的图。
[0046]在各图中，相似数字从头到尾指的是相似的物体。在各图中的物体不必要按比例绘制。
【具体实施方式】
[0047]图1示出在根据实施例的发电厂I中的发电厂控制器100的功能框图。发电厂控制器100可以控制多个电力设备101，102，103，104。这里，电力设备包括具有多个风力涡轮机WT的第一风电场101，第二可更新电力生产设备102，电力存储设备103例如电池或者水电站，和另一电力存储设备104。当然，发电厂I可以包括任何数目的可更新电力生产设备和任何数目的电力存储设备，电力生产和电力存储设备的任何组合，并且不被限制到此处提到的类型。在这个实施例中，电力生产设备101，102和电力存储设备103，104被互连，即由箭头表明的，电力可以独立于电网3在这些设备之间传输。当然，尽管此处未示出，电力存储设备103，104也可以使用来自电网3的电力被充电。电力生产设备101，102被示出为在连接点30处馈入电网3，此处仅示意地表明。
[0048]工厂控制器100被提供有各种类型的信息:电网有功功率要求Pref由电网或者工厂操作者4提供。这是工厂I的期望的有功功率输出，即在到电网3的连接点30处测量的有功功率。也提供在连接点30处的瞬时测量值Pmeas。在控制单元10中计算在期望的值和实际值之间的差Pdiff。
[0049]数据收集单元13从设备101，102，103，104中的每个收集相关的瞬时性能数据130，例如存储设备103，104的存储能力，在存储设备103，104中存储的可用电力，风电场101的每个电力生产单元WT的瞬时功率输出，操作的电力生产单元WT的数目等。
[0050]计算模块11接收瞬间性能数据130，差值Pdiff，并且也可以接收任何其它相关参数15，例如存储寿命和成本，生产成本，天气预报等。性能数据130可以包括量化可用电力生产，实际电力生产，可用的存储电力输入输出，充电水平，斜坡能力，可用的频率过低响应，惯性响应，电力系统稳定器能力，斜坡能力上升/下降等的值。
[0051]利用该信息，计算模块11计算可在发电厂的设备之间传输的有功功率的量，即每个设备101，102，103，104为了满足网络需要和/或充分利用发电厂的电力生产能力可作出的贡献。这个信息作为设备贡献厂被转发到分配单元12以为设备101，102，103，104中的每个计算有功功率参考ref_101，ref_102，ref_103，ref_104。在电力生产设备例如风电场101的情况下，利用对该风`电场101特有的了解，例如在风电场中每个涡轮机WT的放置，在每个涡轮机WT处测量的平均风速等，场导向器可以通过计算用于涡轮机WT的单独的参考来在风电场的涡轮机WT之间分配或者划分其参考ref_101。类似地，电力存储设备103可以包括多个存储装置B例如电池B，并且设备控制器可以为存储装置B中的每个将输入参考ref_103转换到单独的参考。
[0052]通过以这种方式考虑所有相关输入信息来计算参考ref_101，ref_102, ref_103,ref_104，在用于发电厂I的连接点30处满足电网要求，而同时确保每个设备101，102，103，104的最佳操作并且由风电场溢出最小的能量。
[0053]图2示出用于方法步骤的简化的过程流程图2，表明可被实施的步骤以为例如在计算模块11中的发电厂的设备确定功率参考。在该实施例中，基于电网要求和在连接点处测量的瞬时功率，初始步骤200被提供有功率参考Pdiff.，例如需要的有功功率的量。可以根据如下的多个决定步骤201，202，203，…，204的结果修改功率参考:在第一决定步骤201中，作出关于是否提供第一辅助服务的询问。如果“是”，则在第一计算步骤211中通过对应的量修改功率参考以给出修改的功率参考Pref_l ;否则，功率参考保持不变并且被发送到第二决定步骤202，在那里作出关于是否提供辅助服务的询问。如果“是”，则在第二计算步骤212中通过对应的量改变功率参考以给出修改的功率参考Pref_2 ;否则，功率参考保持不变等。在完成所有可能的决定步骤之后，未变化的功率参考PdifT或者修改的功率参考Pref_l，Pref_2，Pref_3，Pref_4到达终止步骤。这个功率参考然后在发电厂的设备之间被分配。该图仅示出四个决定步骤201，202，203，…，204和四个计算步骤211，212，213，…，214，但是应该理解，在过程流程图中可以使用任何数目的决定步骤和计算步骤或决定步骤和计算步骤的组合，如由小点表明的。
[0054]在前面简化的实例中，提供多个辅助服务中的一个，并且以降低的优先级顺序排列决定步骤201，202，203，…，204，其中最高优先级服务的决定步骤201排在首位。当然，过程流程图可以允许同时提供几个辅助服务。为此，在计算步骤中计算的修改的功率参考可以被用作对随后决定步骤的输入。在这样的实施例中，决定步骤也可以特定的优先级顺序排列，以便具有高优先级的辅助服务被首先考虑。在决定过程中的辅助服务的优先级可以取决于本地要求或者规定。
[0055]例如，如果需要惯性响应，有功功率参考由合适的值来校正；如果需要频率响应，有功功率参考被进一步调整。如果需要斜坡限制，可以对有功功率参考作出进一步调整。如果运转备用或者电力系统稳定器服务被投标到市场中，可以对有功功率参考作出进一步调整。如果传输限制是有效的，这个限制可以被应用到有功功率参考。无论其是由生产设备101，102单独输送还是由生产设备101，102和存储设备103，104的组合来输送；或者是否任何多余电力被存储在存储设备103，104中，最终结果是具有导致从图1的虚拟工厂到电网的所需有功功率输送的有功功率参考的设备贡献14计划。使用设备贡献14计划，以用于每个设备 101，102，103，104 的单独参考 ref_101，ref_102, ref_103, ref_104 的形式的有功功率传输量于是在工厂控制器100的分配单元12中被计算，并且被分配到发电厂I的设备101，102，104，如上面在图1中表明的。
[0056]图3示出电力网络8的现有技术布置，其包括电力生产装置80例如风电场80和在独立连接点31，32处连接到电力网3的电力存储装置81。电网控制器4监控在电网3上的情况并且通知电力 生产装置需要的电网有功功率Pref。电力生产装置80包括将提供的电网要求值Pref转换到适合的参考802中以控制电力生产设备801的输出的工厂控制器800。电力生产装置80根据其能够满足其电网要求Pref的程度来将电力馈送到电网3中。电力存储设备81例如水电站81可以使用来自电网3的多余的电力来将水泵送到贮水池中。为了能够传输有功功率(存储盈余或者补偿缺欠)，发电厂80，81给电网控制器4提供关于其当前状况的信息803，813。然后电网控制器可以决定从电网3传输一些电力以通过对电力存储装置81发出合适的参考Pref_81来将其存储在电力存储设备81中。
[0057]然而，因为它们不被共同地控制，发电厂80，81不得不独立地管理某些情形，例如频率响应，惯性响应等，导致风电厂80有时溢出电力以便提供该辅助服务。类似地，如果工厂80，81均投标运转备用作为辅助服务，当其电池具有显著的充电水平时，存储装置81仅能提供运转备用，并且当预报足够强的风力时，风电厂只能提供运转备用。类似地，如果工厂80，81投标电力系统稳定器服务，这可能容易导致在风电厂80处的能量溢出。而且，如果工厂80，81必须满足快速斜坡下降要求，风电场80的涡轮机易遭受应力，因为风电场80被迫使满足这个要求而不管在其涡轮机上的负载。因此这种工厂80，81的独立控制与从可更新工厂80的更大能量溢出，在一定条件下在可更新电厂80上的较大应力，和在一些天气条件下提供辅助服务的有限能力相关联。这可以导致该电力网络的发电厂80，81从一些辅助服务市场中被排除。[0058]图4示出用于在发电厂中使用的电力存储设备103，104或者电力存储设备103，104的单元的符号表示。用于该方法的设备贡献计划将旨在至少存储能量的最小量Smin，以便存储设备103，104可以总是至少针对某时间段“补充”电力生产缺欠。类似地，在发电厂的“正常”操作期间，该方法将旨在留下一些可用容量，由小于存储设备103，104的总容量Sfull的水平Smax表明。存储能量的实际水平或者量S，连同其它参数Smin，Smax和Sfull对厂控制器是已知的，以便厂控制器可以使用这个信息决定多余电力是否能被存储在存储设备103，104中并且存储多少(由向内指向的箭头表明)，或者存储的电力是否能从存储设备103，104重新得到并且得到多少(由向外指向的箭头表明)。
[0059]图5示出表明在发电厂中可能出现的一些电力传输情形的功率[kW]相对于时间[t]的非常简化的图。图Pren示出可更新发电厂的波动的输出。固定的线Pref示出稳态传输约束，并且斜线Pramp示出在传输约束中的变化，表明吸收生产的能量的下降的电网能力。在斜坡下降时间11*(1内，电网有功功率要求稳定地下降。在可更新发电厂生产多于电网可以瞬间吸收的任何时候，由多余区域“X”表明，这个多余电力X可以被传输到发电厂的电力存储设备103，104。类似地，在可更新电力设备未能满足承诺的电力输送的任何时候，由缺欠区域“D”表明的缺欠可以通过重新得到在电力存储设备中存储的电力来被弥补或补偿。该图示出例如当风力增加到导致生产的能量超过瞬时要求(诸如在斜坡下降过程期间瞬时减少的电网要求)的水平时，能量可以被传输到存储设备。类似地，当风力减小时，能量可以从存储设备中重新得到并且被馈送到电网中，使得风力涡轮机不能满足瞬时要求，但是发电厂作为整体可以通过使用其中一些存储的能量来满足要求。当其能量输出大于存储设备吸收多余电力的能力，即存储设备是“充满的”，并且功率参考Pref，Pramp已经被发电厂实现的时候，能量仅由电力生产设备例如风电厂溢出。能量在传统可更新发电厂中被更频繁得多地溢出并且以更大的量被溢出，因为这些不能以通过发电厂成为可能的方便的和高效的方式“留置”其剩余电力。
[0060]尽管本发明已经以优选实施例和对其的变型的形式被公开，将理解在不脱离本发明的范围的情况下可以对其作出大量的附加的修改和变型。
[0061]为了清楚起见，应该理解遍及本申请使用“一”或“一个”不排除多个，并且“包括”不排除其它步骤或元件。“单元”或者“模块”的提及不排除使用超过一个的单元或模块。
【权利要求】
1.一种控制连接到电力网的发电厂的方法，所述发电厂包括包含连接到电力存储设备的可更新电力生产设备的发电厂设备，所述方法包括: 确定所述电力网的有功功率电网要求； 为所述可更新电力生产设备并且为所述电力存储设备获得操作数据； 基于所述有功功率电网要求和所述操作数据，确定在所述可更新电力生产设备和所述电力存储设备之间和/或从发电厂设备到所述电力网传输的有功功率传输量； 基于有功功率传输量计算用于所述可更新电力生产设备和/或所述电力存储设备的有功功率参考；并且 基于所述有功功率参考来操作所述可更新电力生产设备和/或所述电力存储设备。
2.根据权利要求1的方法，其中所述操作数据包括在所述发电厂的电力存储设备中存储的电力量的指示和/或由所述发电厂的可更新电力生产设备输出的电力的指示。
3.根据权利要求1的方法，其中当在所述电力存储设备中存储的电力大于上阈值时，计算用于电力存储设备的有功功率参考以将存储的电力的量传输到所述电力网。
4.根据权利要求1的方法，其中计算所述有功功率参考以根据所述电力生产设备的功率输出和斜坡限制从电力存储设备传输电力量或者将电力量传输到电力存储设备。
5.根据权利要求1的方法，其中当增加电网有功功率要求时，计算用于电力存储设备的有功功率参考以将存储的电力的量传输到所述电力网。
6.根据权利要求1的方法，其中当电网频率低于电网频率需求时，计算用于电力存储设备的有功功率参考以将存储的电力的量传输到所述电力网。
7.根据权利要求1的方法，其`中当在电力存储设备中存储的电力水平小于下阈值时，计算用于电力存储设备的有功功率参考以将有功功率从所述发电厂的可更新电力生产设备传输到所述电力存储设备。
8.根据权利要求1的方法，其中对于致力于提供运转备用作为辅助服务的可更新电力生产设备，为所述发电厂的所述设备计算有功功率参考以提供全部的运转备用并且最小化所述可更新电力生产设备的能量溢出。
9.根据权利要求8的方法，其中，当在电力存储设备中存储的电力超过一定水平时，电力生产设备的运转备用基于存储的电力水平被减少。
10.根据权利要求1的方法，其中有功功率的一个或多个量被传输到所述发电厂的一个或多个电力存储设备或者从所述发电厂的一个或多个电力存储设备传输以补偿施加在所述发电厂的可更新电力生产设备上的功率变化率限制。
11.根据权利要求1的方法，其中为所述发电厂的设备计算有功功率参考以使一个或多个可更新电力生产设备的输出平滑和/或使振荡电网功率平滑。
12.根据权利要求1的方法，其中，对于致力于提供惯性响应作为辅助服务的发电厂，计算有功功率参考使得传输到所述电力网的功率包括从所述存储设备中的一个或多个重新得到的有功功率的第一部分和由所述生产设备中的一个或多个生成的有功功率的第二部分。
13.一种用于控制连接到电力网的发电厂的工厂控制器，所述发电厂包括包含连接到电力存储设备的可更新电力生产设备的发电厂设备，所述工厂控制器包括: 输入装置，其用于确定所述电力网的有功功率电网要求；数据收集装置，其用于获得所述可更新电力生产设备和所述电力存储设备的操作数据； 传输量确定模块，其用于基于所述有功功率电网要求和所述操作数据确定在所述可更新电力生产设备和所述电力存储设备之间和/或从所述可更新电力生产设备到所述电力网传输的有功功率传输量； 参考计算模块， 用于基于所述有功功率传输量为所述发电厂设备计算有功功率参考，以及 用于将所述参考分配到所述发电厂设备使得发电厂设备操作以满足电网要求。
14.一种包括连接到至少一个电力存储设备的至少一个可更新电力生产设备的发电厂，其中所述发电厂被连接到电力网并且包括根据权利要求13的工厂控制器用以使用根据权利要求1的方法来控制所述发电厂设备。
15.根据权利要求14的发电厂， 其中电力生产设备选自由风电厂，潮汐电厂，太阳能电厂，和其组合构成的组，并且其中电力存储设备选自由热存储设备，电池存储设备，调速轮存储设备，压缩空气存储设备，合成天然气存储设备，和其组 合构成的组。
【文档编号】H02J3/28GK103825295SQ201310568773
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2012年11月16日
【发明者】K.S.尼尔森, M.施泰特鲁普 申请人:西门子公司