專利名稱：太陽能發(fā)電站的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
太陽能發(fā)電站的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)本發(fā)明涉及發(fā)電站監(jiān)控和發(fā)電站調(diào)節(jié)方案，所述方案考慮到對光伏能量生成設(shè)備的運行的進一步要求。擴大再生 能源導(dǎo)致對能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的可用性和運行可靠性提出了新的要求，這是因為能量需求量的時間上的波動現(xiàn)在伴隨有波動性的和難以預(yù)測的能量供應(yīng)。為了保證將來有高度可用的和穩(wěn)定的供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，德國立法委員會和網(wǎng)絡(luò)公司協(xié)會通過頒布再生能源法案(EEG，2008年10月)和中壓準(zhǔn)則(2009年I月)的修改，為把具有超過IOOkWp的再生能量生成設(shè)備作為可控發(fā)電站并入現(xiàn)有的供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)在法律和技術(shù)方面創(chuàng)立基礎(chǔ)。因此，對光伏發(fā)電站的規(guī)劃、系統(tǒng)技術(shù)和運行產(chǎn)生新的要求。尤其是，可靠的過程控制系統(tǒng)和智能發(fā)電站管理在實旋放率和可擔(dān)負的成本方面起重大的作用。到目前為止，網(wǎng)絡(luò)公司對網(wǎng)絡(luò)安全管理，發(fā)電站調(diào)節(jié)裝置，保護功能以及應(yīng)用的過程控制接口方面還沒有制定統(tǒng)一的、詳細的要求。因此導(dǎo)致，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接點的電壓級和負責(zé)的網(wǎng)絡(luò)公司出現(xiàn)非常不同的要求。因此建議，在與負責(zé)的網(wǎng)絡(luò)公司協(xié)商，要求他們加入網(wǎng)絡(luò)安全管理時，同時申請入網(wǎng)。原則上規(guī)定，裝機容量超過IOOkW的設(shè)備必須加入網(wǎng)絡(luò)安全管理。在這一點上，光伏發(fā)電站的有功功率饋電可以通過網(wǎng)絡(luò)公司給定一個容量級限制在發(fā)電站裝機容量的一個確定的百分比(目前是100%、60%、30%、0%)。這通過一個由網(wǎng)絡(luò)公司設(shè)定的過程控制接口實施，發(fā)電站的調(diào)節(jié)系統(tǒng)與該接口連接。必要時借助過程控制系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)公司通知該設(shè)定值的成功實現(xiàn)。至今，在現(xiàn)有技術(shù)中降低容量被當(dāng)作單純的控制來執(zhí)行。就是說，一個來自能源供應(yīng)商的設(shè)置點命令直接被發(fā)送給發(fā)電站內(nèi)全部現(xiàn)有的逆變器(inverter)并且全部被減小到相同的百分比值。由于在發(fā)電站內(nèi)部傳輸能量時會出現(xiàn)損失以及有時會發(fā)生逆變器不能使用(例如，維修時關(guān)掉設(shè)備)，這導(dǎo)致產(chǎn)能損失可能超過要求的減小量。本發(fā)明的一個目的是提供一個沒有現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點的系統(tǒng)。該目的通過權(quán)利要求1、9或12的特征解決。在從屬的權(quán)利要求中對本發(fā)明的優(yōu)選的結(jié)構(gòu)形式進行詳細說明。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，用于調(diào)節(jié)包括多個能量生成單元的再生能量生成設(shè)備(regenerative energy generation installation)的系統(tǒng)包括一個用于接收預(yù)定的設(shè)定值(Pst5ll)的信號輸入端，一個用于測量能量生成設(shè)備的輸出端處的一個實際值(Pist)的測量裝置，和一個以設(shè)置值(Pstjll)和測得的實際值(Pist)為基礎(chǔ)對能量生成單元進行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)裝置。替代簡單的監(jiān)控，本發(fā)明提供的調(diào)節(jié)裝置使可靠性和效率都得以提高。調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)量可以是有功功率，無功功率，位移因數(shù)，功率因數(shù)，網(wǎng)絡(luò)頻率和/或主電壓。調(diào)節(jié)裝置能夠處理能量生成單元的測量值。動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以包括一個或多個不同類型的能量生成單元的接口單元。調(diào)節(jié)裝置可以考慮到能量生成設(shè)備的無源功率元件。
動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以包括一個用于把信息反饋給一個上級系統(tǒng)(例如，網(wǎng)絡(luò)控制中心或一個發(fā)電站的一個控制計算機)的信號輸出端。因此，也可以把調(diào)節(jié)裝置擴展到上一個層面?？梢杂梢粋€上級系統(tǒng)(例如，網(wǎng)絡(luò)控制中心或一個發(fā)電站的一個控制計算機)接
收設(shè)置值(Pstjll)。調(diào)節(jié)裝置可以有一個簡單而耐用的PID控制器。也可以使用其它傳統(tǒng)的控制器或其它的控制器，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，包括多個能量生成單元的再生能量生成設(shè)備包括一個如上所述的能量生成設(shè)備的動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。把再生能量生成設(shè)備與能量生成設(shè)備的動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接起來，其優(yōu)勢在于，在記錄和/或接口方面不需要采取措施或只需采取少量的措施。能量生成單元可以是例如逆變器、整流器或DC/AC轉(zhuǎn)換器。再生能量生成設(shè)備可以包括一個光伏能量生成設(shè)備。光伏能量生成設(shè)備的輸出功率有時波動很大，因此特別適合本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，用于調(diào)節(jié)包括多個能量生成單元的再生能量生成設(shè)備的方法包括下述步驟-接收一個設(shè)置值(Psq11)-測量在能量生成設(shè)備的一個輸出端處的一個實際值(Pist)-和以設(shè)置值(Pstjll)和測得的實際值(Pist)為基礎(chǔ)對能量生成單元進行調(diào)節(jié)?？梢杂梢粋€上級系統(tǒng)(例如，網(wǎng)絡(luò)控制中心或一個發(fā)電站的一個控制計算機)接
收設(shè)置值(Pstjll)。信息可以被發(fā)送給一個上級系統(tǒng)(例如，網(wǎng)絡(luò)控制中心或一個發(fā)電站的一個控制計算機)。因此，也可以把調(diào)節(jié)裝置擴展到上一個層面?？梢蕴幚韥碜阅芰可稍O(shè)備的其它測量值和/或外部的測量值，以便使控制裝置變得更加智能，就是說，能夠更好地適應(yīng)當(dāng)時的形勢。本發(fā)明提供了更多的光伏-系統(tǒng)技術(shù)方案，從全面地、不依賴制造商地對大型光伏發(fā)電站進行監(jiān)控到利用發(fā)電站調(diào)節(jié)的智能概念實現(xiàn)控制室的功能。這些概念支持和改進帶監(jiān)控的發(fā)電站。主要目的是，根據(jù)能源供應(yīng)商的要求降低容量(capacity)。通過測量發(fā)電站的實際輸出功率以及與設(shè)定值進行比較和在一個閉合的調(diào)節(jié)鏈相應(yīng)地再調(diào)節(jié)逆變器控制可以避免這種產(chǎn)能損失。這種閉合調(diào)節(jié)概念可以通過使用通過監(jiān)視得到的數(shù)據(jù)得到進一步的改善。為此，在計算調(diào)節(jié)時需考慮，所有設(shè)備零部件在當(dāng)時是否可以使用以及是否是滿負荷，并且借此使需要降低的容量分配給各個逆變器。這一方面有助于從發(fā)電站的各個狀態(tài)出發(fā)盡可能快和高效地執(zhí)行調(diào)節(jié)。另一方面，一個發(fā)電站內(nèi)的不同裝機容量和甚至不同制造商的逆變器也可以借此被納入功率管理以及動態(tài)地分配負載(或由于減小而減小的負載)。該概念也可以應(yīng)用到調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)連接點處的電參數(shù)(例如位移因數(shù)cos-Phi、主頻率或主電壓)。尤其是，無功功率補償通過不同的、對每個逆變器進行有針對性的調(diào)節(jié)在發(fā)電站的有功功率產(chǎn)能和負載分配方面帶來優(yōu)勢?？梢杂砂凑毡景l(fā)明的調(diào)節(jié)裝置進行操作的各個光伏發(fā)電站的額外的、可能的要求可以包括下述各點，但是并不局限于此-在網(wǎng)絡(luò)連接點，使位移因數(shù)(COSCp)穩(wěn)定到一個固定的預(yù)定值；-在網(wǎng)絡(luò)連接點，使位移因數(shù)(COSCp)穩(wěn)定到一個可變的、由網(wǎng)絡(luò)公司通過一個過程控制接口預(yù)定的值；-依據(jù)饋入的有功功率或已有的主電壓，按照一個預(yù)定的曲線，以一個預(yù)定的速度對位移因數(shù)(COSCp)進行再調(diào)節(jié)；-準(zhǔn)備短路電流(低電壓穿越(faultride through))；-在超頻或頻率不足時按照一個預(yù)定的圖把有功功率降至關(guān)斷；-在超頻或頻率不足時按照一個預(yù)定的電壓-時間圖斷開生成設(shè)備；-通過一個預(yù)定的過程控制接口把實際值傳遞給網(wǎng)絡(luò)公司；本發(fā)明涵蓋下述各點-過程控制系統(tǒng)的硬件和軟件，接口有〇發(fā)電站內(nèi)和網(wǎng)絡(luò)連接點處的測量用換能器〇無線電中央遙控接收器(radio ripple receiver)和網(wǎng)絡(luò)公司的過程控制接口〇不同制造商的逆變器；-在一個預(yù)定的時間(標(biāo)準(zhǔn)一分鐘)內(nèi)按照網(wǎng)絡(luò)公司的設(shè)定值把有功功率限制在一個預(yù)定的限制級；-在網(wǎng)絡(luò)公司取消有功功率限制之后慢慢地、監(jiān)控地啟動受扼流的發(fā)電站(derated power station)；-在網(wǎng)絡(luò)連接點把無功功率調(diào)節(jié)到一個預(yù)定的、靜態(tài)的或動態(tài)的位移因數(shù)(COSCp);-在網(wǎng)絡(luò)連接點把無功功率調(diào)節(jié)到一個預(yù)定的、與有功功率或主電壓無關(guān)的位移因數(shù)(COSCp);-當(dāng)饋入的有功功率最小時，發(fā)電站的電力分配系統(tǒng)內(nèi)的無源電抗的無功功率補償(例如，與輸電變電站(power substation)之間長的地下電纜線路)；-當(dāng)主頻率與網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性之間有偏差時，根據(jù)主頻率降低有功功率；-監(jiān)控發(fā)電站內(nèi)保護功能的所有通斷過程(欠電壓或過電壓關(guān)斷)；-部分地實施發(fā)電站內(nèi)的保護功能，例如關(guān)斷仍然存在的短路(如果這不能通過低壓側(cè)的各逆變器得到保證的話)；-通過各種通信接口和過程控制接口向網(wǎng)絡(luò)公司反饋發(fā)電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)置值和實際值；-把對可能的、目前的有功功率饋電的實時-產(chǎn)能預(yù)測反饋給網(wǎng)絡(luò)公司(用于在限制有功功率時確定虧損的產(chǎn)能)；-把全部的測量值和調(diào)解值以及發(fā)電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)的全部參數(shù)納入持續(xù)的發(fā)電站內(nèi)的監(jiān)控，用于O反饋發(fā)電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)的狀態(tài)〇檢測發(fā)電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功能和故障
〇當(dāng)與發(fā)電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)有偏差時自動故障報警〇對網(wǎng)絡(luò)公司的所有設(shè)定結(jié)果以及在監(jiān)控時采取的相應(yīng)的控制和調(diào)節(jié)過程進行存檔，以便以后作為反應(yīng)時間和產(chǎn)能虧損的驗證。下面借助附圖
對本發(fā)明進行詳細的說明，附圖有圖I是再生能量生成設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)的框圖。圖2是發(fā)電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)的框圖。附圖只用于解釋本發(fā)明，但是沒有局限。附圖和各零部件不是按比例繪制的。用相同的參考符號表示相同或類似的零部件。
圖I顯示的是再生能量生成設(shè)備的動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的框圖。能量生成設(shè)備可以是例如太陽能發(fā)電站，風(fēng)能發(fā)電站和水利發(fā)電站。能量生成設(shè)備有多個逆變器形式的能量生成單元。對這些逆變器進行調(diào)節(jié)，以便在輸出端或能量生成設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)饋入點把容量(P、Q)和/或電參數(shù)(位移因數(shù)、功率因數(shù)、主頻率和/或主電壓)調(diào)節(jié)到設(shè)定值。在第一步，系統(tǒng)監(jiān)控再生能量生成設(shè)備和在第二步系統(tǒng)對再生能量生成設(shè)備進行調(diào)節(jié)。設(shè)定值可以作為個體值或作為一個上級系統(tǒng)(例如，網(wǎng)絡(luò)控制中心)的共同向量被傳遞給能量生成設(shè)備或來自能量生成設(shè)備的控制計算機。對于無功功率Q，可以例如設(shè)定一個固定值或與饋電的有功功率或主電壓的相關(guān)性。無論是設(shè)定為一個固定的值還是指定成在一段時間內(nèi)的具體下降和上升都可以由調(diào)節(jié)裝置實施。預(yù)定值或設(shè)置值被提供給一個調(diào)節(jié)裝置，例如，一個PID控制器。就像一個在輸出端或發(fā)電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接點處由測量用轉(zhuǎn)換器或變換器測得的實際值?？刂破骺刂贫鄠€逆變器，而這些逆變器也可以是不同型式。為此，為了完成不同的記錄或調(diào)節(jié)逆變器的信號電平，可以提供有一個或多個接口單元。接口單元可以集成在控制器內(nèi)或是一個獨立的單元。調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以接收逆變器的測量值，以便可以使例如其可用性、負載、工作點一同集成在調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)，從而使損失最小化。此外，控制器可以考慮無源功率元件(例如變壓器和線纜等)和拓撲結(jié)構(gòu)(例如調(diào)節(jié)系統(tǒng)的不同的線纜長度或特性)，從而使損失最小化。該系統(tǒng)調(diào)節(jié)能量生成單元的分布式系統(tǒng)，以便防止或最小化由于能量生成設(shè)備的資源的饋入減小或非最優(yōu)使用而導(dǎo)致的損失。圖2是一個發(fā)電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)的示意圖，即，圖I所示系統(tǒng)所處的環(huán)境。例如，網(wǎng)絡(luò)公司的控制中心包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)與發(fā)電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)通信，以便設(shè)定數(shù)值和獲得有關(guān)發(fā)電站狀態(tài)的信息和測量值。為此，發(fā)電站調(diào)節(jié)裝置有一個過程控制接口。過程控制接口與網(wǎng)絡(luò)公司的控制系統(tǒng)之間的通信通過熟知的有線或無線的通信信道完成?？刂葡到y(tǒng)接口直接或間接地與發(fā)電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制器功能相連接?？刂破鞴δ軐?yīng)于圖I所示的調(diào)節(jié)環(huán)路的內(nèi)部部分，即對應(yīng)于控制器并考慮到圖I所示的無源功率元件?？刂破鞴δ芫哂幸粋€或多個用于連接逆變器的雙向接口，這在圖I已經(jīng)論述過。此外，控制器功能具有一個或多個用于連接發(fā)電站監(jiān)視器的雙向接口，從而在調(diào)節(jié)時可以獲得和考慮到有關(guān)整個發(fā)電站狀態(tài)的信息。另一方面，控制器功能可以把來自調(diào)節(jié)裝置的數(shù)值和/或結(jié)果輸出給發(fā)電站監(jiān)視器并在那里使用?？刂破鞴δ芫哂幸粋€或多個用于連接特殊測量系統(tǒng)的雙向接口，從而可以使其它信息納入調(diào)節(jié)裝置。特殊測量系統(tǒng)可以包括，例如，負責(zé)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)饋電點的測量用變壓器。特殊測量系統(tǒng)可以為智能調(diào)節(jié)裝置提供來自發(fā)電站的其它測量值以及外部數(shù)據(jù)，例如，實時-隔離數(shù)據(jù)、溫度影響、風(fēng)量測量數(shù)據(jù)和天氣預(yù)測。除此之外，特殊測量系統(tǒng)把全部對于調(diào)節(jié)裝置來說重要的測量值、狀態(tài)或預(yù)定值提供給控制器功能。
可以使用對初級能源(陽光、熱量、風(fēng))以及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)負載需求量(負載概況)的能量預(yù)測值作為調(diào)節(jié)裝置或控制器功能的附加的輸入數(shù)據(jù)。這些輸入數(shù)據(jù)可以通過能源供應(yīng)商、網(wǎng)絡(luò)公司或外部服務(wù)商的數(shù)據(jù)接口獲得并且用于調(diào)節(jié)設(shè)備。此外，能量存儲概念被納入發(fā)電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)。為此，規(guī)定有用于連接能量存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，所述能量存儲系統(tǒng)例如是飛輪質(zhì)量蓄能系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、壓縮空氣存儲系統(tǒng)、抽水蓄能系統(tǒng)等。此外，系統(tǒng)對能源供應(yīng)商或網(wǎng)絡(luò)公司的要求進行分析，以在中短期時間內(nèi)通過輸入接口提供能量。數(shù)據(jù)接口和輸入接口可以是模擬或數(shù)字接口。把存儲系統(tǒng)內(nèi)可使用的能量以及智能地估算的在預(yù)測的時間段內(nèi)期望的能量儲備反饋給能源供應(yīng)商、發(fā)電站運營商或其它的上級控制系統(tǒng)。系統(tǒng)也對廢熱發(fā)電系統(tǒng)(cogenerative system)進行調(diào)節(jié)和監(jiān)控。這是由具有不 同初級載能體的能量生成單元組成的系統(tǒng)。因此，可以通過一個中央控制器對包括例如光狀逆變器、風(fēng)力渦輪機、蓄電池系統(tǒng)和柴油備用發(fā)電系統(tǒng)的成套設(shè)備進行調(diào)節(jié)和監(jiān)控，滿足來自外部的在有功功率、無功功率、頻率特性和主電壓特性等方面的要求。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)再生能量生成設(shè)備的系統(tǒng)，所述再生能量生成設(shè)備包括多個能量生成 單元，所述系統(tǒng)包括信號輸入端，用于接收預(yù)定的設(shè)置值(pS()11)，測量裝置，用于測量所述能量生成設(shè)備的輸出端處的實際值(pist)，以及調(diào)節(jié)裝置，用于基于所述設(shè)置值(pS()11)和所測量到的實際值(pist)對能量生成單元進 行調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于動態(tài)調(diào)節(jié)再生能量生成設(shè)備的系統(tǒng)，其中，調(diào)節(jié)的變量 是有功功率、無功功率、位移因數(shù)、功率因數(shù)、主頻率和/或主電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于動態(tài)調(diào)節(jié)再生能量生成設(shè)備的系統(tǒng)，其中，所述調(diào)節(jié) 裝置處理所述能量生成單元的測量值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的用于動態(tài)調(diào)節(jié)再生能量生成設(shè)備的系統(tǒng)，包 括用于不同類型的能量生成單元的一個或多個接口單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項所述的用于動態(tài)調(diào)節(jié)再生能量生成設(shè)備的系統(tǒng)，其 中，在調(diào)節(jié)時考慮所述能量生成設(shè)備的無源功率元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項所述的用于動態(tài)調(diào)節(jié)再生能量生成設(shè)備的系統(tǒng)，包 括用于把信息反饋給上級系統(tǒng)的信號輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項所述的用于動態(tài)調(diào)節(jié)再生能量生成設(shè)備的系統(tǒng)，其 中，由上級系統(tǒng)接收所述設(shè)置值(PS()11)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項所述的用于動態(tài)調(diào)節(jié)再生能量生成設(shè)備的系統(tǒng)，其 中，所述調(diào)節(jié)裝置包括PID控制器。
9.一種包括多個能量生成單元的再生能量生成設(shè)備，所述再生能量生成設(shè)備包括根據(jù) 權(quán)利要求1至8中的任一項所述的用于動態(tài)調(diào)節(jié)能量生成設(shè)備的系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的再生能量生成設(shè)備，其中，所述能量生成單元是逆變器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的再生能量生成設(shè)備，包括光伏能量生成設(shè)備。
12.一種用于調(diào)節(jié)再生能量生成設(shè)備的方法，所述再生能量生成設(shè)備包括多個能量生 成單元，所述方法包括下述步驟-接收設(shè)置值-測量所述能量生成設(shè)備的輸出端處的實際值(Pist)，以及-基于所述設(shè)置值(PS()11)和所測量到的實際值(Pist)對能量生成單元進行調(diào)節(jié)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的調(diào)節(jié)方法，其中，由上級系統(tǒng)接收所述設(shè)置值(PS()11)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的調(diào)節(jié)方法，其中，信息被發(fā)送到上級系統(tǒng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中的任一項所述的調(diào)節(jié)方法，其中，處理來自所述能量生成 設(shè)備的其它測量值和/或外部的測量值。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于動態(tài)調(diào)節(jié)再生能量生成設(shè)備的系統(tǒng)，所述再生能量生成設(shè)備包括多個能量生成單元。所述系統(tǒng)包括信號輸入端，用于接收預(yù)定的標(biāo)稱值(Psoll)；測量裝置，用于測量所述能量生成設(shè)備的輸出端處的實際值(Pist)；以及調(diào)節(jié)裝置，用于基于所述標(biāo)稱值(Psoll)和所測量到的實際值(Pist)對能量生成單元進行調(diào)節(jié)。
文檔編號H02J3/38GK102668299SQ201080036783
公開日2012年9月12日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者延斯·凱斯勒, 斯特凡·加勒爾 申請人:斯蓋特朗能源有限公司