CN101834449A - 改进电力网稳定性的系统和方法 - Google Patents

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CN101834449A CN201010132412A CN201010132412A CN101834449A CN 101834449 A CN101834449 A CN 101834449A CN 201010132412 A CN201010132412 A CN 201010132412A CN 201010132412 A CN201010132412 A CN 201010132412A CN 101834449 A CN101834449 A CN 101834449A
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Abstract

一种控制系统(200)包含耦合在电力网(120)与电力储存装置(222)之间的下降控制装置(202)，该下降控制装置配置成基于所述电力网所产生的电力的当前频率向电力储存装置分配所选安培数的电力。

Description

改进电力网稳定性的系统和方法
技术领域
本发明的领域一般涉及用于基于电力网所产生的电力的当前频率从下降控制装置向电力储存装置或从下降控制装置向电力网分配电力的系统和方法。
背景技术
电力网通常包含向电力网供电的若干发电系统以及从电力网取电的若干电气消费者。当发电和耗电基本相等时，电力网生成基本恒定频率的电力。电力网电力频率正常情况下是保持在基本稳定值的参数。欧洲系统和北美系统的额定标准电力网电力频率的示例分别是50Hz和60Hz。
瞬变特性的频率偏差可由增大或减小的消耗和/或发电系统的移除或添加引起。增大的消耗和发电系统的移除倾向于引起电力网频率的减小。减小的消耗和发电系统的添加倾向于引起电力网电力频率的增大。电力消耗和电力生成是可引起近似+0.5Hz到-0.5Hz范围的频率变化的时间相关变量。一般，频率瞬变具有短时间周期，即，按秒到分测量的，并如上所述是小幅度的。一种减轻频率瞬变幅度和持续时间的常规方法具有一定的备用发电能力，有时称为系统贮备，可用在电力网中响应于数秒的瞬变内的频率减小。例如，可促使电力网上的特定发电单元发起输出到电力网的其相关联发电的快速增大。然而，并不是所有电力网都具有可用在电力网中响应于频率改变的常规系统贮备。另外，如果添加备选电源以帮助响应频率改变，则具有常规系统贮备的电力网将受到较少损耗。
发明内容
在一方面，提供一种控制系统，其包含耦合在电力网与电力储存装置之间的下降控制(droop control)装置。所述下降控制装置配置成基于所述电力网所产生的电力的当前频率向电力储存装置分配所选安培数(amperage)的电力。
在另一方面，提供一种用于从下降控制装置向电力储存装置或电力网分配电力的方法。该方法包含确定电力网所产生的电力的当前频率，向电力储存装置分配安培数，其中安培数基于电力网所产生的电力的当前频率，并且如果电力网所产生的电力的当前频率在电力的阈限频率以下，则从电力储存装置向电力网分配第一安培数。
在又一方面，提供一种用于从下降控制装置向电力储存装置分配电力的方法。该方法包含确定电力网所产生的电力的当前频率，访问对应于电力网所产生的电力频率的安培数查找表，识别对应于电力网所产生的电力的当前频率的安培数，并向电力储存装置分配所识别的安培数。
附图说明
下面参考附图详细描述本公开。
图1是电力网系统的示范操作环境。
图2是下降控制装置电连接到电力网和电力储存装置的示范控制系统的框图。
图3是用于从下降控制装置向电力储存装置或电力网分配电力的示范方法的流程图。
具体实施方式
首先参考图1，示出了示范操作环境，并且一般指定为电力系统100。电力系统100只是适当环境的一个示例，并不意图暗示对于本公开的使用或功能范围的任何限制。电力系统100不应解释为具有与本文例证部件中的任何一个或组合有关的任何相关性或需要。例如，电力系统100可包含电力网，诸如配置为连网系统的综合风泵水力系统。在一个实施例中，电力系统100可包含闭合电力网。在另一个实施例中，电力系统100其特征可在于与来自水源(例如贮水池)的水流提供动力的水力发电机并行操作的风轮机发电机(其可由单个风轮机发电机或多个风轮机发电机实施)。因此，虽然本公开将针对综合风泵水力系统，但是由本文提供的教导所指导的本领域技术人员将认识到，本公开的范围不限于综合风泵水力系统。
风力发电机102和水力发电机104所生成的电力(通过变压器112)耦合到公共电力总线114，该总线在所例证的实施例中是AC总线。如将在下文例证的，然而，DC总线(例如诸如风轮机转换器的DC链路)也可用作公共总线，其可提供减少硬件冗余方面的节省。还示出耦合到公共电力总线114的是各种局部负载116和118，它们可表示单纯阻抗负载、电动机负载或具有电力接口的负载，以及其它储能装置诸如电池。因为图1的实施例表示连网系统，因此还例证了公共电力总线114到电力网120的连接，包含与其关联的每一个电力网发电源(一般在122描绘)。
除了风力和水力发电机的局部并行组合，在一个实施例中，电力系统100还可有选择地配置有附加电力生成或储存源123，诸如例如汽油机/柴油机提供动力的发电机、涡轮机、光电池、燃料电池或蓄电池。
如图1所示的，综合风泵水力系统(例如电力系统100)可通过局部控制124和集中监督控制126来管理，以便克服与风力发电相关联的间歇性问题。监督控制126通过通信总线128与各个局部控制124通信。对于独立配置，电力部件(例如风力或水力)之一动态确定系统电压和频率参考，使得局部控制124或监督控制126提供负载共享能力。监督控制126还配置成提供能源管理和调节控制。为此，监督控制可配置成通过可应用网络，诸如例如局域网(LAN)、广域网(WAN)、因特网、无线网络等，接收各种类型的输入数据(例如风力、水力预报信息)。
电气电力网通常包含向电力网供电的若干发电装置以及从电力网取电的若干电气消费者。当发电和耗电基本相等时，电力网生成基本恒定的频率例如60单位(Hz)的电力。然而，如果发电和耗电不相等，则可引起瞬变特性的频率偏差。这些偏差可由消耗的改变例如电力消耗的增大或减小，和/或一个或多个发电系统的发电机移除或添加的改变引起。例如，增大的消耗和/或发电系统的移除倾向于引起电力网电力频率的减小，而减小的消耗和/或一个或多个发电系统的添加倾向于引起电力网电力频率的增大。
为了稳定电力网电力频率，常规电力网利用发电装置，诸如燃气涡轮发电机和蒸汽涡轮发电机，向电力网提供下降控制。在这些常规系统中，发电装置的电力输出的改变由电力网所产生的电力频率的偏差激励，这向电力网提供了发电的自动调整，并因此帮助稳定电力网所产生的电力频率。例如，如果电力网所产生的电力频率下降到目标或阈限频率以下，则发电装置的电力输出将与电力网所产生的电力频率的下降幅度成比例地上升。然而，如上面所提到的，并不是所有电力网系统都具有提供下降控制的发电装置，并且未配置成补偿间歇性问题的系统将在电力网电力频率上具有更大且更多的频率波动。
本文描述的系统和方法提供了一种不依赖于常规发电装置的备选下降控制。这对于没有常规发电系统的电力网系统不仅是有利的，而且没有常规发电装置的电力网系统将受到较少的损耗，因为包含了备选下降控制，对常规发电装置的依赖将更少。另外，备选下降控制给消费者提供了向电力网供电的能力，这可给消费者提供来自电力公司的较低费用，电力公司拥有向消费者供电的电力网。
随着技术的提高，越来越多的产品正在变得较少依赖于化石燃料，而更多依赖于电力。例如，插入式混合车辆正在变得越来越普及。这些插入式混合车辆由从电力储存装置诸如可再充电电池接收电力的电动机提供动力。插入式混合车辆可插入到120伏插座(例如每天晚上在家，或在工作日期间在停车库)并充电。由此，随着插入式混合汽车不断增长的趋势，越来越多的家庭具有含大量电力的电力储存装置。因此，可能期望在电力网(例如电力网120)与电力储存装置之间提供下降控制，其中下降控制装置配置成基于电力网120所产生的电力的当前频率向电力储存装置分配所选安培数的电力。备选地，可能期望提供配置成基于电力网120所产生的电力的当前频率从电力储存装置向电力网120汲取所选安培数的电力的下降控制装置。如果电力网120的电力频率例如低于额定标准电力网电力频率，诸如50Hz或60Hz，则下降控制装置可从电力储存装置汲取电力，并向电力网传送电力，以帮助稳定电力网所产生的电力频率。另外，如果电力网120的电力频率例如高于额定标准电力网电力频率，则下降控制装置可以致力于降低电力网所产生的电力频率的适当比率从电力网向电力储存装置分配电力。
图2描绘了例证下降控制装置202电连接到电力网120和电力储存装置222的示范控制系统200的框图。在一个实施例中，下降控制装置202耦合在电力网诸如电力网120与电力储存装置222之间。如下面详细描述的，下降控制装置202配置成基于电力网120所产生的电力的当前频率向电力储存装置222分配安培数。由本文提供的教导所指导的本领域技术人员要理解和认识到，图2中所示的控制系统200的总体体系结构只是一个适当环境的示例，并不意图暗示对于本公开的使用或功能范围的任何限制。控制系统200的总体体系结构不应解释为具有与在本文例证的部件中的任何单个部件或组合有关的任何相关性或需要。
图2中所示的下降控制装置202可以是任何适当的计算装置。在一个实施例中，下降控制装置202包含个人计算机、台式计算机、膝上型计算机、手持装置和/或消费电子装置。然而，应该注意，本公开不限于实现在这种计算装置上，而是在本文描述的实施例范围内，可以实现在任何适当计算装置上。
在一个实施例中，下降控制装置202包含直接或间接耦合如下装置的总线210：存储区212、一个或多个处理器214、一个或多个呈现部件216、输入/输出端口218和输入/输出部件220。在另一个实施例中，下降控制装置202包含配置成感测电力网120所产生的电力的当前频率的频率感测部件。
总线210表示一个或多个总线可以是什么(诸如地址总线、数据总线或它们的组合)。虽然为了清楚起见，用线示出了图2的各种框，但实际上，描画各种部件并不是如此清晰，并且用了比喻，更准确地，线将是灰色的并且模糊。例如，可将呈现部件诸如显示装置视为I/O部件。再者，某些处理器包含板上存储器。要认识到，这是该技术的特性，并且反复强调，图2的图解只是可结合本公开的一个或多个实施例使用的示范下降控制装置的例证。
下降控制装置202可包含各种计算机可读介质。作为示例，而非限制，计算机可读介质可包含随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存或其它存储技术；CDROM、数字通用盘(DVD)或其它光或全息介质、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其它磁存储装置、载波或可用于编码期望信息并由下降控制装置202访问的任何其它介质。
存储区212可包含易失性和/或非易失性存储器形式的计算机储存介质。存储器可以是可拆卸的、不可拆卸的，或者它们的组合。示范硬件装置包含固态存储器、硬盘驱动器、光盘驱动器等等。在一个实施例中，存储区212存储要分配给电力储存装置的安培数的查找表。每个安培数对应于电力网的电力频率。
下降控制装置202可包含从各种实体诸如存储器212或I/O部件220读取数据的一个或多个处理器214。在一个实施例中，处理器214编程为识别电力网120所产生的电力的当前频率。一旦电力网所产生的电力的当前频率已知，处理器214就编程为访问存储器212中的安培数查找表，其中每个安培数对应于电力网120的电力频率。接下来，处理器214编程为识别对应于电力网120所产生的电力的当前频率的安培数，然后向电力储存装置222分配安培数。备选地，处理器214编程为从电力储存装置汲取特定量的安培数，并从电力储存装置222向电力网120输送汲取的电力。
在一个实施例中，呈现部件216向用户或其它装置呈现数据指示。示范呈现部件包含显示装置、扬声器、打印部件、振动部件等等。在一个实施例中，呈现部件216(例如用户接口)配置成允许用户输入从电力储存装置222汲取的一定量安培数，或分配给电力储存装置222的一定量安培数。
在一个实施例中，I/O端口218允许下降控制装置202逻辑上耦合到其它装置，包含I/O部件220，其中一些可以是嵌入式的。例证性部件包含麦克风、操纵杆、游戏垫、卫星反射器、扫描仪、打印机、无线装置等等。
现在参考图3，现在将参考图1和2描述一种用于从下降控制装置向电力储存装置或电力网分配电力的方法。在302，确定电力网(例如电力网120)所产生的电力的当前频率。在304，确定电力网120所产生的电力的当前频率是否在目标频率(例如额定频率诸如60Hz)以下。在306，如果确定电力网120所产生的电力的当前频率在目标频率以下，则将基于电力网所产生的电力的当前频率的安培数分配给电力储存装置(例如电力储存装置222)。也就是说，分配给电力储存装置222的安培数量可与电力网120所产生的电力的当前频率直接相关。在一个实施例中，例如基于电力网所产生的电力的当前频率与额定标准电力网电力频率之间的差，增大分配给电力储存装置222的安培数。这可通过利用查找表(如下描述)或其它方式诸如数学公式实现，其将所分配的安培数量与电力网120的电力的当前频率在目标频率以下的量直接相关。
在304，如果确定电力网120所产生的电力的当前频率不在目标频率以下，则在308，确定电力网120所产生的电力的当前频率是否在目标频率以上。在310，如果确定电力网120所产生的电力的当前频率在目标频率以上，则将基于电力网120所产生的电力的当前频率的安培数分配给电力储存装置222。也就是说，随着电力网120所产生的电力频率的增大，分配给电力储存装置222的安培数可以增大。由此，分配给电力储存装置222的安培数量可直接与电力网120所产生的电力的当前频率相关。例如可基于电力网120所产生的电力的当前频率与额定标准电力网电力频率之间的差，减小分配给电力储存装置222的安培数。这可通过利用查找表或其它手段诸如数学公式来实现，其将所分配的安培数与电力网120的电力的当前频率直接相关。例如，在一个实施例中，访问存储在存储器212中的查找表。查找表包含对应于可分配给电力储存装置222的安培数的电力频率。例如，如果电力网120所产生的电力的当前频率是59.5Hz，则访问查找表以识别对应于59.5Hz频率的安培数。在312，如果确定电力网120的电力的当前频率不在目标频率以上，则将标准安培数(例如当电力网120稳定在目标频率时电力储存装置222从电力网120汲取的安培数)分配给电力储存装置222。
在一个实施例中，分配或汲取分配给电力储存装置222或从电力储存装置222汲取的安培数，直到确定电力网120所产生的电力的不同频率。因此，随着电力网120所产生的电力频率的实时波动，分配给电力储存装置222或从其汲取的安培数也可实时波动。在备选实施例中，在所选时段内，分配或汲取分配给电力储存装置222或从其汲取的安培数。也就是说，下降控制装置202可实时识别电力网120所产生的电力频率的改变，并因此实时改变分配给电力储存装置222或从其汲取的安培数量。在另一个实施例中，下降控制装置222可定期识别电力网120所产生的电力频率的改变，并因此在所选时段内提供分配给电力储存装置222的安培数。备选地，向电力储存装置222分配或从其汲取安培数，直到电力网120所产生的电力的频率稳定在目标电力网频率，例如诸如60Hz的额定电力网频率。
所写的这个说明书使用示例公开了本发明，包括最佳模式，还使本领域的任何技术人员都能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，并执行任何综合方法。本发明的可专利范围由权利要求书定义，并且可包括本领域技术人员可想到的其它示例。这种其它示例意图在权利要求书的范围内，如果它们具有不同于权利要求书字面语言的结构元素的话，或者如果它们包括具有与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构元素的话。
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  212   存储器
  214   处理器
  216   呈现部件
  218   输入/输出端口
  220   输入/输出部件
  222   电力储存装置
  302   确定电力网所产生的电力的当前频率级
  304   所确定的频率级在目标频率以下？
  306   从电力储存装置向电力网分配安培数
  308   所确定的频率在目标频率以上？
  310   向电力储存装置分配增大级的安培数
  100   电力系统
  312   向电力储存装置分配标准安培数

Claims (8)

1.一种控制系统(200)，包括耦合在电力网(120)与电力储存装置(222)之间的下降控制装置(202)，所述下降控制装置配置成基于所述电力网所产生的电力的当前频率向所述电力储存装置分配所选安培数的电力。
2.如权利要求1所述的控制系统(200)，其中所述下降控制装置(222)包括配置成感测所述电力网(120)所产生的电力的当前频率的频率感测部件。
3.如权利要求1所述的控制系统(200)，其中所述下降控制装置(202)包括配置成允许用户确定所选安培数的用户接口。
4.如权利要求1所述的控制系统(200)，其中所述下降控制装置(202)包括用于存储要分配给所述电力储存装置(222)的安培数查找表的存储区(212)，每一个安培数对应于所述电力网(120)的电力的频率。
5.如权利要求1所述的控制系统(200)，其中所述下降控制装置(202)包括编程为执行如下操作的处理器(214)：
识别所述电力网(120)所产生的电力的当前频率；
访问安培数查找表，其中每一个安培数对应于所述电力网的电力的频率；
识别对应于所述电力网所产生的电力的当前频率的第一安培数；以及
向所述电力储存装置(222)分配第一安培数的电力。
6.如权利要求1所述的控制系统(200)，其中所述下降控制装置(202)包括编程为执行如下操作的处理器(214)：
识别电力网(120)所产生的电力的当前频率；
访问安培数查找表，其中每一个安培数对应于所述电力网的电力的频率；
识别对应于所述电力网所产生的电力的当前频率的第一安培数；以及
从所述电力储存装置(222)汲取第一安培数的电力，并向所述电力网输送所汲取的电力。
7.如权利要求6所述的控制系统(200)，其中第一安培数的电力从所述电力储存装置(222)汲取，并被分配到所述电力网(120)，直到电力网频率稳定在第一电力网频率。
8.如权利要求1所述的控制系统(200)，其中所述电力储存装置(222)是可再充电电池。
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