CN101005208A - 用于产生电力的发电系统及方法 - Google Patents

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CN101005208A CNA2006100641665A CN200610064166A CN101005208A CN 101005208 A CN101005208 A CN 101005208A CN A2006100641665 A CNA2006100641665 A CN A2006100641665A CN 200610064166 A CN200610064166 A CN 200610064166A CN 101005208 A CN101005208 A CN 101005208A
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Abstract

提供一种用于产生电力的发电系统及方法。所述发电系统利用了主控制器，该主控制器用于基于与可再生发电机(20)相关的参数值来控制耦合到AC电网(36)和DC电网(34)的设备的操作。

Description

用于产生电力的发电系统及方法
背景技术
作为小型电网而被连接的发电系统利用了诸如化石燃料发电机和可再生发电机之类的常规发电机来给负载提供电力。与这种类型的发电系统通常相关的问题是，由耦合到小型电网的负载所消耗的功率量以及由连接到小型电网的可再生源所产生的功率在操作期间不能被集中控制。因此，需要发电系统连接这样的(运行或备用)的常规发电机，所述发电机至少具有产生100％的由电耦合到小型电网的负载所消耗的电力的容量，而不管所述可再生发电机是否可以提供一部分电力。因此，所述发电系统利用了比实际需要的更多的常规发电机，这增加了操作所述发电系统的成本，并且使所述小型电网的操作不可租以及进一步妨碍了它的大规模应用。
发明内容
提供根据一个示例性实施例的一种发电系统。该发电系统包括被配置成产生第一AC电压的第一可再生发电机。该第一可再生发电机具有被配置成产生第一消息的第一控制器，该第一消息至少具有与所述第一可再生发电机相关的第一参数值。该发电系统还包括被配置成将第一AC电压转换成DC电压的AC/DC转换器，其中所述DC电压的至少一部分通过DC电网传输。该发电系统还包括被配置成将来自AC/DC转换器的DC电压的一部分转换成通过AC电网传输的第二AC电压的DC/AC转换器。所述发电系统还包括被配置成接收所述第一消息的第二控制器。该第二控制器还被配置成基于所述第一参数值来控制第一设备的操作，该第一设备被电耦合到所述AC电网和所述DC电网中的至少一个。
提供根据另一个示例性实施例的一种利用发电系统产生电力的方法。该系统包括具有第一控制器的第一可再生发电机。该第一可再生发电机被配置成产生第一AC电压。该系统还包括在所述第一可再生发电机和DC电网之间电耦合的AC/DC转换器。该系统还包括在所述AC/DC转换器和AC电网之间电耦合的DC/AC转换器。该系统还包括与所述第一控制器可操作地通信的第二控制器。该方法包括利用所述第一可再生发电机产生第一AC电压。该方法还包括利用AC/DC转换器将所述第一AC电压转换成DC电压，其中所述DC电压的至少一部分通过所述DC电网传输。该方法还包括利用所述DC/AC转换器将来自AC/DC转换器的DC电压的一部分转换成第二AC电压，该第二AC电压通过所述AC电网传输。该方法还包括利用所述第一控制器产生第一消息，该第一消息至少具有与所述第一可再生发电机相关的第一参数值，该第一消息由所述第二控制器接收。该方法还包括利用所述第二控制器基于所述第一参数值来控制第一设备的操作，该第一设备被电耦合到所述AC电网和所述DC电网中的至少一个。
提供根据另一个示例性实施例的一种发电系统。该发电系统包括被配置成产生第一DC电压的第一可再生发电机。该第一可再生发电机具有被配置成产生第一消息的第一控制器，该第一消息至少具有与所述第一可再生发电机相关的第一参数值。所述第一DC电压的至少一部分被施加于DC电网。该发电系统还包括被电耦合到所述第一可再生发电机的DC/AC转换器。该DC/AC转换器被配置成将所述DC电压的一部分转换成通过AC电网传输的第一AC电压。该发电系统还包括被配置成接收所述第一消息的第二控制器。该第二控制器还被配置成基于所述第一参数值来控制第一设备的操作，该第一设备被电耦合到所述AC电网和所述DC电网中的至少一个。
对于本领域技术人员而言，一旦考察了后面的附图和详细描述，根据所述实施例的其它系统和/或方法将变得或正是显而易见的。打算所有的这种附加系统和方法都在本发明的范围内，并且受到所附权利要求书的保护。
附图说明
图1和2是根据一个示例性实施例的发电系统的框图；以及
图3-6是根据另一个示例性实施例的利用图1和2的系统来产生电力的方法的流程图。
具体实施方式
参考图1，说明了用于产生电力的发电系统10。该发电系统10利用可再生发电机和常规发电机来产生电压，所述电压通过DC电网和AC电网被传输到负载设备。可再生发电机被定义为利用可再生能源(例如风能、太阳能、地热能、水电能)以产生电力的任何发电设备。不可再生发电机被定义为利用化石燃料(例如汽油、柴油、煤、天然气)来产生电力的任何发电设备。该发电系统10包括风力涡轮发电机20、电压转换设备22、光电池阵列24、DC/AC转换器26、微涡轮发电机28、电压转换设备30、不可再生发电机32、DC电网34、AC电网36、可控负载设备40，42、能量存储设备44、DC/AC转换器46，48、AC/DC转换器50，52、不可控负载设备54，56、主控制器58、热总线60、热(thermal)发电机62、热能存储设备64、以及热负荷66。
提供该风力涡轮发电机20来利用风能产生AC电压。该风力涡轮发电机20包括负载控制器80和发电机82。该发电机82被配置成基于涡轮叶片(未示出)的旋转而产生AC电压，该AC电压被传输到电压转换设备22。该本地控制器80被配置成控制该发电机82的操作以及基于与发电机82相关的测量的操作参数来计算所述发电机82的预测功率电平。该本地控制器80与该主控制器58可操作地通信，并且还被配置成将具有所述发电机80的该预测功率电平的消息传输给所述主控制器58。
提供该电压转换设备22来将从所述风力涡轮发电机22接收到的所述AC电压转换成施加于所述DC电网34的DC电压以及施加于所述AC电网36的AC电压。该电压转换设备22包括AC/DC转换器84、电容器86以及DC/AC转换器88。该AC/DC转换器84在所述发电机82和电容器86之间被电耦合。该电容器86被电耦合到所述AC/DC转换器84、所述DC电网34以及所述DC/AC转换器88。该DC/AC转换器88在所述电容器86和所述AC电网36之间被电耦合。在操作期间，该AC/DC转换器84将来自所述发电机82的所述AC电压转换成存储在所述电容器86中的DC电压。来自电容器86的该DC电压被施加于所述DC电网34。此外，所述DC/AC转换器88将来自电容器86的所述DC电压转换成施加于所述AC电网36的AC电压。
提供该光电池阵列24来利用太阳能产生DC电压。该光电池阵列24包括本地控制器96和光电池98。该光电池98被配置成基于由所述光电池98接收到的太阳能的量而产生DC电压，该电压被传输到所述DC电网34和所述DC/AC转换器26。该本地控制器96被配置成控制所述光电池98的操作，并且基于与所述光电池98相关的测量的操作参数来计算所述光电池98的预测功率电平。该本地控制器96与所述主控制器58可操作地通信，并且还被配置成将具有所述光电池98的预测功率电平的消息传输给主控制器58。
提供该DC/AC转换器26来将从所述光电池24接收到的所述DC电压转换成施加于所述AC电网36的AC电压。该DC/AC转换器26在所述光电池98和所述AC电网36之间被电耦合。
提供该微涡轮发电机28来产生AC电压。该微涡轮发电机28包括本地控制器106和发电机108。该发电机108被配置成产生传输到所述电压转换设备30的AC电压。该本地控制器106被配置成控制所述发电机108的操作，并且基于与所述发电机108相关的测量的操作参数来计算所述发电机108的预测功率电平。该本地控制器108与所述主控制器58可操作地通信，并且被配置成将具有所述发电机108的预测功率电平的消息传输给主控制器58。
提供该电压转换设备30来将从所述微涡轮发电机28接收到的所述AC电压转换成施加于所述DC电网34的DC电压以及施加于所述AC电网36的AC电压。该电压转换设备30包括AC/DC转换器110、电容器112以及DC/AC转换器114。该AC/DC转换器110在所述发电机108和所述电容器112之间被电耦合。该电容器112被电耦合到所述AC/DC转换器110、所述DC电网34以及所述DC/AC转换器114。该DC/AC转换器114在所述电容器112和所述AC电网36之间被电耦合。在操作期间，该AC/DC转换器110将来自所述发电机108的所述AC电压转换成存储在所述电容器112中的DC电压。来自所述电容器112的所述DC电压被施加于所述DC电网34。此外，该DC/AC转换器114将来自所述电容器112的所述DC电压转换成施加于所述AC电网36的AC电压。
提供该不可再生发电机32来通过燃烧诸如汽油、柴油或天然气之类的化石燃料来产生AC电压。该化石燃料发电机32包括本地控制器116和发电机118。该发电机118被配置成通过燃烧化石燃料来产生AC电压，该AC电压被传输到所述AC电网36。该本地控制器116被配置成控制该发电机118的操作。该本地控制器116与所述主控制器58可操作地通信，并且还被配置成诱发所述发电机118产生AC电压，以响应于来自所述主控制器58的命令消息。
参考图2，提供所述可控负载设备40来从水中产生氢气。此外，该可控负载设备40被配置成消耗来自所述AC电网36和所述DC电网34的可变量电力。该可控负载设备40包括本地控制器130和电解设备132。在所述示例性实施例中，该电解设备132被电耦合到所述AC电网36和所述DC/AC转换器46二者。在一个可选示例性实施例中，该电解设备132可以被仅仅耦合到所述DC/AC转换器和所述AC电网36中的一个。该电解设备132接收AC电压，并且利用所述AC电压来产生预定量的氢气。该本地控制器130被配置成在从水中产生所述氢气时控制由所述电解设备132所利用的电力的量。该本地控制器130与所述主控制器58可操作地通信，并且还被配置成诱发所述电解设备132消耗预定量的电力，以响应于来自所述主控制器58的具有命令功率值的消息。
所述DC/AC转换器46在所述DC电网34和所述电解设备132之间被电耦合。提供该DC/AC转换器46来将所述DC电网34上的DC电压转换成AC电压。在节点154处由所述AC电网36和所述DC/AC转换器46二者所产生的该AC电压被电解设备132利用来从水中产生氢气。
提供所述可控负载设备42来净化微咸水或盐水。此外，该可控负载设备42被配置成消耗来自所述AC电网36和所述DC电网34的可变量的电力。该可控负载设备42包括本地控制器134和脱盐设备136。该脱盐设备136被电耦合到所述DC/AC转换器48。该脱盐设备136接收AC电压以驱动水泵(未示出)，该水泵通过从水中除去盐和其它杂质来净化预定量的水。该本地控制器134被配置成在净化水时控制由该脱盐设备136所利用的电力的量。该本地控制器134与所述主控制器58可操作地通信，并且还被配置成诱发所述脱盐设备136消耗预定量的电力，以响应于来自所述主控制器58的具有命令功率值的消息。
该AC/DC转换器52在所述AC电网36和所述DC/AC转换器48之间被电耦合。该AC/DC转换器52被配置成将来自所述AC电网36的所述AC电压转换成由DC/AC转换器48接收的DC电压。该DC/AC转换器48在所述AC/DC转换器52和所述脱盐设备136之间被电耦合。该DC/AC转换器48被配置成将从所述DC电网34和所述AC/DC转换器52二者所接收的在节点158处的DC电压转换成由所述脱盐设备136利用的AC电压。
提供该能量存储设备44来存储来自所述AC电网36和所述DC电网34的电能，或者提供电能给所述DC电网34。所述能量存储设备44包括本地控制器150以及包括多个电池的电池阵列152。该电池阵列152被电耦合到所述AC/DC转换器50。该本地控制器150与所述主控制器58可操作地通信。该本地控制器150被配置成基于从所述主控制器58接收到的具有功率存储值的消息，控制所述电池阵列152是否存储来自所述电网34、36的电能，或者将电能传输到所述电网34、36。
该AC/DC转换器50在所述AC电网36和所述电池阵列152之间被电耦合。所述AC/DC转换器50被配置成将来自所述AC电网36的所述AC电压转换成由所述电池阵列152接收的DC电压。
该不可控负载设备54被电耦合到所述DC电网34。该不可控负载设备54被配置成当该设备被激活时消耗来自所述DC电网34的预定常量的电力。例如，该不可控设备54包括电灯、电动机、加热元件等等中的一个或多个。
该不可控负载设备56被电耦合到所述AC电网36。该不可控负载设备56被配置成当该设备被激活时消耗来自所述AC电网36的预定常量的电力。例如，该不可控负载设备56包括电灯、电动机、加热元件等等中的一个或多个。
提供该AC电网36来将来自所述DC/AC转换器88、104、114以及化石燃料发电机32的AC电压传输到负载设备。在该示例性实施例中，该AC电网36包括小型电网。应当注意，该AC电网36可以作为独立的小型电网来操作，或者可以被电耦合到一次(primary)电网。例如，该AC电网36可以作为用于在岛上分配功率给负载设备的独立的小型电网来操作。
提供该DC电网34来将来自所述AC/DC转换器84、100、110以及电池阵列152的DC电压传输到负载设备。在该示例性实施例中，所述DC电网34包括小型电网。
提供该主控制器58来协调通过所述风力涡轮发电机20、所述光电池阵列24、所述微涡轮发电机28以及所述化石燃料发电机32的电力产生。所述主控制器58还被提供来控制通过所述可控负载设备40、42的电力消耗以及通过所述能量存储设备44的电力消耗或电力输送。所述主控制器58与本地控制器80、96、106、116、130、134以及150可操作地通信。特别是，所述主控制器58被配置成产生具有命令值的消息，所述消息被传输给本地控制器80、96、106、116、130、134以及150，以用于分别控制发电机20、24、28、32和设备40、42、44的操作。
热发电机62被热耦合到发电机82、光电池98、发电机108以及发电机118，以从其中提取热能。该热发电机62通过热总线60将包含所提取的热能的液体传输给所述热能存储设备64以及所述热负荷66。所述热能存储设备64被配置成存储来自在其中的所述液体的热能。
参考图3-6，现在将解释利用所述发电系统10产生电力的方法。
在步骤170，所述风力涡轮发电机20产生AC电压。
在步骤172，所述AC/DC转换器84将来自所述风力涡轮发电机20的所述AC电压转换成DC电压，其中所述DC电压的至少一部分通过所述DC电网34传输。
在步骤174，所述DC/AC转换器88将来自所述AC/DC转换器84的所述DC电压的一部分转换成AC电压，所述AC电压通过所述AC电网36传输。
在步骤176，所述本地控制器80确定第一预测功率值，该第一预测功率值表示将由所述风力涡轮发电机20为所述DC电网34和所述AC电网36产生的电力的预测量。
在步骤178，所述本地控制器80将具有所述第一预测功率值的第一消息传输给所述主控制器58。
在步骤180，所述光电池阵列24产生DC电压，所述DC电压被施加于所述DC电网34和所述DC/AC转换器26。
在步骤184，所述DC/AC转换器26将来自光电池阵列24的所述DC电压的一部分转换成通过所述AC电网36传输的AC电压。
在步骤186，所述本地控制器96确定第二预测功率值，该第二预测功率值表示将由所述光电池阵列24为所述DC电网34和所述AC电网36产生的电力的预测量。
在步骤188，所述本地控制器96将具有所述第二预测功率值的第二消息传输给所述主控制器58。
在步骤190，所述微涡轮发电机28产生AC电压。
在步骤192，所述AC/DC转换器110将来自所述微涡轮发电机28的所述AC电压转换成DC电压，其中所述DC电压的至少一部分通过所述DC电网34传输。
在步骤194，所述DC/AC转换器114将来自所述AC/DC转换器110的所述DC电压的一部分转换成通过所述AC电网36传输的AC电压。
在步骤196，所述本地控制器106确定第三预测功率值，该第三预测功率值表示将由所述微涡轮发电机28为所述DC电网34和所述AC电网36产生的电力的预测量。
在步骤198，所述本地控制器106将具有所述第三预测功率值的第三消息传输给所述主控制器58。
在步骤200，所述AC电网36将AC电压提供给所述可控负载设备40，并且所述DC/AC转换器46将来自所述DC电网34的所述DC电压转换成由所述可控负载设备40接收的AC电压。
在步骤202，所述AC电网36将AC电压提供给所述AC/DC转换器52，所述AC/DC转换器52将来自所述AC电网36的AC电压转换成DC电压，来自所述AC/DC转换器52和所述DC电网34的所述DC电压利用所述DC/AC转换器48被转换成由可控负载设备42接收的AC电压。
在步骤204，所述DC电网34将DC电压提供给所述能量存储设备44，并且所述AC/DC转换器50将来自所述AC电网36的所述AC电压转换成由所述能量存储设备44接收的DC电压。
在步骤206，基于第一、第二、第三预测功率值中的至少一个，所述主控制器58为接收来自所述DC电网34和所述AC电网36的电力的可控负载设备40、42分别确定第一和第二命令功率值(P1，P2)。
在步骤208，所述主控制器58将分别具有第一和第二命令功率值(P1，P2)的第四和第五消息分别传输给所述可控负载设备40、42的本地控制器130、134。
在步骤210，所述本地控制器130、134分别基于所述第一和第二命令功率值(P1，P2)分别调节由所述可控负载设备40、42所消耗的功率量。
在步骤212，所述主控制器58基于所述第一、第二、第三预测功率值中的至少一个来确定能量存储设备44的功率存储值(P3)。
在步骤214，所述主控制器58将具有所述功率存储值(P3)的第六消息传输给所述能量存储设备44的本地控制器150。
在步骤216，所述本地控制器150基于所述功率存储值(P3)来调节由所述能量存储设备44存储或输送到所述DC电网34的功率量。
在步骤218，所述主控制器58基于所述第一、第二和第三预测功率值中的至少一个来确定不可再生发电机32的命令输出功率值。
在步骤220，主控制器58将具有命令输出功率值的第七消息传输到不可再生发电机32中的本地控制器116。
在步骤222，所述不可再生发电机32产生通过所述AC电网36传输的AC电压。
在步骤224，所述本地控制器116基于所述命令输出功率值来调节由所述不可再生发电机32输出给所述AC电网36的功率量。
在步骤226，所述热发电机62通过热总线60将来自所述风力涡轮发电机20、所述光电池阵列24、所述微涡轮发电机28以及所述不可再生发电机32中至少一个的热能发送给热负荷设备64和热能存储设备66中的至少一个。在步骤226之后，该方法结束。
本发明的发电系统10及方法提供优于其它发电系统的相当大的优点。特别是，所述发电系统10利用了主控制器，该主控制器用于基于与可再生发电机相关的参数值来控制耦合到AC电网和DC电网的设备的操作。
上述的方法可以以计算机程序代码的形式来体现，该计算机程序代码包含在诸如软盘、CD ROM、硬盘驱动器或任何其它计算机可读存储介质之类的有形介质中所包含的指令，其中所述计算机程序代码被载入所述主控制器58以及本地控制器80、96、106、116、130、134和150中并且由其来执行。
虽然参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以作出各种改变，并且可以用等同物来代替其元件。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明的教导作出许多修改以适于特定情况。因此，打算本发明并不限于所公开的用于执行本发明的实施例，而是本发明包括落入所打算的权利要求书的范围内的所有实施例。而且，术语第一、第二等等的使用并不表示重要性的任何顺序，而是使用术语第一、第二等等来将一个元件与另一个元件区分开来。
                    附图标记列表
10：发电系统
20：风力涡轮发电机
22：电压转换设备
24：光电池阵列
26：DC/AC转换器
28：微涡轮发电机
30：电压转换设备
32：不可再生发电机
34：DC电网
36：AC电网
40、42：可控负载设备
44：能量存储设备
46、48：DC/AC转换器
50、52：AC/DC转换器
54、56：不可控负载设备
58：主控制器
60：热总线
62：热发电机
64：热能存储设备
66：热负荷
80：本地控制器
82：发电机
84：AC/DC转换器
86：电容器
88：DC/AC转换器
96：本地控制器
98：光电池
106：本地控制器
108：发电机
110：AC/DC转换器
112：电容器
114：DC/AC转换器
118：发电机
116：本地控制器
130：本地控制器
132：电解设备
134：本地控制器
136：脱盐设备
150：本地控制器
152：电池阵列
154：节点
158：节点

Claims (10)

1、一种发电系统，包括：
第一可再生发电机(20)，其被配置成产生第一AC电压，该第一可再生发电机(20)具有被配置成产生第一消息的第一控制器(80)，该第一消息至少具有与所述第一可再生发电机(20)相关的第一参数值；
AC/DC转换器(84)，其被配置成将所述第一AC电压转换成DC电压，其中所述DC电压的至少一部分通过DC电网(34)传输；
DC/AC转换器(88)，其被配置成将来自AC/DC转换器(84)的所述DC电压的一部分转换成通过AC电网(36)传输的第二AC电压；以及
第二控制器(58)，其被配置成接收所述第一消息，该第二控制器(58)还被配置成基于所述第一参数值来控制第一设备(40)的操作，该第一设备(40)被电耦合到所述AC电网(36)和所述DC电网(34)中的至少一个。
2、如权利要求1所述的发电系统，其中所述第一可再生发电机(20)包括风力涡轮发电机和地热发电机中的至少一种。
3、如权利要求1所述的发电系统，其中所述第一参数值包括第一预测功率值，该第一预测功率值表示将由所述第一可再生发电机(20)产生的电力的预测量。
4、如权利要求3所述的发电系统，其中所述第一设备(40)包括可控负载设备，该可控负载设备接收来自所述AC电网(36)和所述DC电网(34)中的至少一个的电力。
5、如权利要求4所述的发电系统，其中所述第二控制器(58)还被配置成基于所述第一预测功率值来确定第一命令功率值，该第二控制器(58)还被配置成产生具有第一命令功率值的第二消息，该第二消息由所述可控负载设备(40)接收，该可控负载设备(40)被配置成基于所述第一命令功率值来调节由所述可控负载设备(40)所消耗的功率量。
6、如权利要求4所述的发电系统，其中所述可控负载设备(40)包括电解设备、脱盐设备、电灯以及电动机中的至少一种。
7、如权利要求3所述的发电系统，其中所述第一设备包括能量存储设备(44)，该能量存储设备接收来自所述AC电网(36)和所述DC电网(34)中的至少一个的电力。
8、一种用于利用发电系统产生电力的方法，该系统具有第一可再生发电机(20)，该第一可再生发电机具有第一控制器(80)，该第一可再生发电机(20)被配置成产生第一AC电压，该系统还具有在所述第一可再生发电机(20)和DC电网(34)之间电耦合的AC/DC转换器(84)，该系统还具有在所述AC/DC转换器(84)和AC电网(36)之间电耦合的DC/AC转换器(88)，该系统还具有与所述第一控制器(80)可操作地通信的第二控制器(58)，该方法包括：
利用所述第一可再生发电机(20)产生第一AC电压；
利用所述AC/DC转换器(84)将所述第一AC电压转换成DC电压，其中所述DC电压的至少一部分通过所述DC电网(34)传输；
利用所述DC/AC转换器(88)将来自所述AC/DC转换器(84)的所述DC电压的一部分转换成第二AC电压，该第二AC电压通过所述AC电网(36)传输；
利用所述第一控制器(80)产生第一消息，该第一消息至少具有与所述第一可再生发电机(20)相关的第一参数值，该第一消息由所述第二控制器(58)接收；以及
基于所述第一参数值，利用所述第二控制器(58)来控制第一设备(40)的操作，该第一设备(40)被电耦合到所述AC电网(36)和所述DC电网(34)中的至少一个。
9、如权利要求8所述的方法，其中所述第一参数值包括第一预测功率值，该第一预测功率值表示将由所述第一可再生发电机(20)产生的电力的预测量。
10、如权利要求9所述的方法，其中所述第一设备(40)包括可控负载设备，该可控负载设备接收来自所述AC电网(36)和所述DC电网(34)中的至少一个的电力。
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