CN102005774A - 用于将可再生电源接口到电力网的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明名称为“用于将可再生电源接口到电力网的系统和方法”。提供了用于将可再生电源接口到电力网的系统和方法。在某些系统和方法中，识别可影响可再生电源的电力输出的至少一个天气状况。确定识别的至少一个天气状况对可再生电源的潜在影响。访问与至少一个以前的天气状况对可再生电源的影响相关联的历史数据。至少部分地基于确定的潜在影响和历史数据，调整供应到电力网的可再生电源的输出。

Description

用于将可再生电源接口到电力网的系统和方法 
对相关申请的交叉引用 
本申请涉及共同未决的美国专利申请序号______(律师卷号(Attorney Docket No.)19441-0375)，其在2009年8月28日提交并且名称为“Systems and Methods for Interfacing Renewable Power Sources to a Power Grid”，该申请的公开通过引用以其整体结合于本文中。 
技术领域
本发明的实施例主要涉及可再生电源，并且更具体地涉及用于将可再生电源接口(interface)到电力网的系统和方法。 
背景技术
例如光伏(PV)或太阳能电池的可再生电源在广泛的多种应用中用于电力产生。PV电池一般通过在暴露于电磁辐射时在材料中形成电压，将例如太阳光的光直接转换成电。PV电池生成的输出信号是直流(DC)信号。为了将DC信号供应到一般使用交流(AC)来操作的电力网，通常将DC信号供应到将DC信号转换到AC信号的逆变器。 
PV电池常常形成阵列。例如在较大的PV发电厂或在较小的PV发电厂的汇集(collection)利用风力涡轮或PV电池的更大阵列或分组时，可将更大的电力供应提供到电力网。如果PV电池的电力输出中的下降发生，例如由于云层或其它天气状况的效应而造成的电力输出中的下降，则可影响可调度发电单元(dispatchable power generating unit)提供的调节服务上的需求或电力网的稳定性。对于PV电池，PV电池的电力输出中的下降可较快地发生，导致电力网内的较大的尖峰(spike)。电网频率可由于各种天气状况的效应而降低到50或60Hz 的目标之下。另外，如果多个天气状况影响PV电池，例如在PV电池上方经过的云的型式(pattern)，则不稳定性可由于PV电池的电力输出中较迅速的波动而发生。 
因此，存在对于用于将可再生电源接口到电力网的系统和方法的需要。 
发明内容
一些或所有上述需要和/或问题可通过本发明的某些实施例来应对。本发明的实施例可包括用于将可再生电源接口到电力网的系统和方法。根据本发明的一个实施例，公开一种用于将例如光伏电池的可再生电源接口到电力网的方法。识别可影响可再生电源的电力输出的至少一个天气状况。确定识别的至少一个天气状况对可再生电源的潜在影响。访问与至少一个以前的天气状况对可再生电源的影响相关联的历史数据。至少部分地基于确定的潜在影响和历史数据，调整供应到电力网的可再生电源的输出。 
根据本发明的另一个实施例，公开一种用于将例如一个或多个光伏电池的一个或多个可再生电源接口到电力网的系统。该系统可包括可再生电源、至少一个传感装置和至少一个控制器。所述至少一个传感装置可以可操作以识别至少一个天气状况，所述至少一个天气状况可操作以影响可再生电源的电力输出。所述至少一个控制器可以可操作以确定所述至少一个天气状况对可再生电源的潜在影响，访问与至少一个以前的天气状况对可再生电源的影响相关联的历史数据，以及至少部分地基于确定的潜在影响和历史数据，调整供应到电力网的可再生电源的输出。 
根据本发明的另一个实施例，公开一种用于将例如光伏电池的一个或多个可再生电源接口到电力网的方法。可识别可操作以影响多个光伏电池的电力输出的多个天气状况。可确定所述多个天气状况对所述多个光伏电池的潜在影响。可访问与预定历史时期内调整所述多个 光伏电池的电力输出相关联的历史数据。至少部分地基于确定的潜在影响和访问的历史数据，可调整供应到电力网的所述多个光伏电池的输出。 
通过本发明的各种实施例的技术，认识到附加的系统、方法、设备、特征和方面。本发明的其它实施例和方面在本文中详细描述，并被视为是所要求权利的发明的一部分。参照描述和附图，能理解其它实施例和方面。 
附图说明
在如此概括地描述本发明后，现在将对附图进行参考，附图不一定按比例绘制，并且其中： 
图1是根据本发明的一说明性实施例的用于将可再生电源接口到电力网的一个示例系统的示意图。 
图2是根据本发明的一说明性实施例的用于将可再生电源接口到电力网的一个示例方法的流程图。 
图3是根据本发明的一说明性实施例的用于将可再生电源接口到电力网的另一个示例方法的流程图。 
图4是根据本发明的一说明性实施例的天气状况的型式对可再生电源的输出的潜在影响的一个示例的图形表示。 
图5是根据本发明的一说明性实施例的基于变化的缓升降(ramping)状况的可再生电源的示例输出的图形表示。 
具体实施方式
现在，将在下文参照附图，更全面地描述本发明的说明性实施例，附图中示出本发明的一些但非所有的实施例。实际上，本发明可以在许多不同的形式中实施，并且不应视为限于本文中陈述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将满足适用的法律要求。相似的数字指示各处相似的要素。 
为了本公开的目的，术语“可再生电源”可指可操作以使用例如太阳能和风的可再生能源来生成电力的任何合适的装置、系统、方法和/或装置和/或系统和/或方法的组合。可再生电源的示例包括但不限于光伏电池、光伏阵列和/或风力涡轮。在本发明的某些实施例中，可再生电源可包括发电装置和可操作以将发电装置接口到电力网的装置。例如，可再生电源可包括光伏阵列和可操作以将光伏阵列接口到电力网的一个或多个逆变器。 
为了本公开的目的，术语“天气传感装置”可指有利于识别和/或跟踪一个或多个天气状况的任何合适装置、系统、方法和/或装置和/或系统和/或方法的组合。天气传感装置的示例包括但不限于多普勒型雷达、其它雷达装置、气象卫星、风力传感器、热量或温度传感器、湿度或水分(moisture)传感器、降雨或雨量指示器、辐照度传感器等。另外，天气状况可由可再生电源本身传感或在可再生电源本身传感。例如，天气状况可由于它们影响可再生电源或可再生电源的部分而被检测到。术语“天气传感装置”和“传感装置”在本公开中能可交换地利用。 
公开的是用于将例如光伏(PV)电池的一个或多个可再生电源接口到电力网的系统和方法。可识别例如云等可影响可再生电源的电力输出的天气状况，并且可确定天气状况对可再生电源的输出的潜在影响。在某些实施例中，可识别例如云的型式的天气状况的型式，并且可确定识别的天气型式的潜在影响。按照所期望的，可基于与天气状况相关联的一个或多个测量的和/或确定的特性来确定或计算天气状况和/或天气型式的潜在影响。基于确定的潜在影响，可采取一个或多个控制动作以将天气状况对电力网的效应降到最低，并保持电力网的稳定性。例如，可缓降(ramp down)、关闭或以其它方式调整将PV电池接口到电力网的一个或多个逆变器的输出。作为另一个示例，可控制一个或多个逆变器的缓降和/或缓升(ramp up)速率的输出以便保持电力网的稳定性。作为仍有的另一个示例，可从一个或多个补充 电源提供补充电力到电力网。结果，在电力网中可保持较稳定的状况。 
本发明的各种实施例可包括一个或多个专用计算机、系统和/或特定机器，它们有利于确定天气状况或天气状况的型式可能对可再生电源具有的潜在影响和至少部分地基于确定的潜在影响来采取的控制动作，例如调整来自供应到电力网的可再生电源的输出。按照各种实施例中所期望的，专用计算机或特定机器可包括广泛的多种不同软件模块。如下面更详细解释的，在某些实施例中，这些各种软件组件可用于收集天气状况信息，确定识别的天气状况的潜在影响，以及至少部分地基于确定的潜在影响来采取各种控制动作。 
本文中描述的本发明的实施例可具有确定天气状况和/或天气状况的型式对一个或多个可再生电源的潜在效应或影响的技术效果。本发明的实施例可还具有至少部分地基于确定的潜在影响来调整供应到电力网的可再生电源的输出以便保持和/或增强电力网的稳定性的技术效果。 
图1是根据本发明的一说明性实施例的一个示范系统100的框图，其用于将可再生电源接口到电力网。图1中示出的系统100包括一个或多个光伏电池105，并因此可适用于利用光伏电池的可再生电源，例如太阳能发电厂。然而，本发明的各种实施例可同样适用于其它可再生电源，例如，风力场或风力涡轮场。 
参照图1，系统100可包括一个或多个光伏电池105、一个或多个逆变器110、电力网115及至少一个控制单元120。按照本发明的各种实施例中所期望的，可利用任何数量的光伏(PV)电池105。另外，按照各种实施例中所期望的，PV电池105可形成一个或多个PV阵列、太阳能电池板和/或太阳能电池组件(solar module)。另外，PV电池105可形成阵列、电池板和/或电池组件的各种分组，例如，形成位于与彼此的相对紧密邻近处或位于相同的一般地理区域内的较小太阳能厂(solar plant)。PV电池105可以可操作以通过利用光伏效应，将例如太阳光的光直接转换成电。基于暴露于电磁辐射，在PV电池 105中可形成电压。按照本发明的各种实施例中所期望的，可利用广泛的多种不同类型的PV电池105，包括但不限于晶体硅电池、真空淀积电池、薄膜电池、多结(multi-junction)光伏电池等。 
各种天气状况和/或天气状况的型式可影响PV电池105的输出。例如，部分或完全遮蔽可减少或降低PV电池105的输出。此类遮蔽可由于部分或所有PV电池105上方的云层而发生，从而导致到达PV电池105的光量中的减少。如下面更详细解释的，本发明的各种实施例可操作以识别例如云层和云型式的可影响PV电池105的输出的天气状况和/或天气型式，并且一旦识别了一个或多个天气状况，便采取适当的动作。 
PV电池105可输出直流(DC)信号。为了将DC信号供应到电力网，例如电力网115，DC信号可转换成交流(AC)信号。所述至少一个逆变器110可以可操作以将PV电池105输出的一个或多个DC信号转换成可供应或提供到电力网115的一个或多个合适的AC信号。在某些实施例中，AC电力可经一个或多个逆变器装置，直接从PV电池105的各个模块提供到电力网115。在其它实施例中，PV电池105的多个模块的输出可经单个逆变器或逆变器装置，作为AC电力提供到电力网115。与逆变器110相关联的广泛的多种各种变压器、开关和/或控制电路可用于调整供应到电力网115的AC信号的电压和/或频率。另外，按照某些实施例中期望的，可利用一个或多个三相逆变器。 
电力网115可以是任何合适的电网络或有利于电力传输和/或分配的电网络的组合。任何数量的发电装置可按照所期望的来利用以将电力供应到电力网115，包括但不限于燃气涡轮、蒸汽涡轮、地热发电装置、风力涡轮、光伏电池等。可进行将电力网115保持在较恒定频率或在例如大约50赫兹到大约60赫兹的可接受频率的范围内的尝试。例如发电装置或发电系统的输出中的波动的瞬时事件可影响电力网的频率和稳定性。在某些情况下，瞬时事件可由于一个或多个天气状况和/或天气型式影响发电装置或系统的输出而发生。如下面更详细 解释的，本发明的实施例可以可操作以识别天气状况和识别的天气状况对发电装置的潜在影响。在此方面，供应到电力网115的发电装置的输出可进行调整以便保持电力网115内的稳定性。 
系统100可还包括至少一个控制单元120。控制单元120可以可操作以控制例如图1中所示的光伏电池105和逆变器110的可再生电源的至少一部分操作。控制单元120可还可操作以控制供应到电力网115的可再生电源的输出，以便保持电力网115内的稳定性。在本发明的各种实施例中，供应到电力网115的输出的控制可至少部分地基于识别的天气状况和/或天气型式以及识别的天气状况和/或天气型式对可再生电源的潜在影响的确定。 
继续参照图1，控制单元120可以是合适的处理器驱动装置，其能够控制经一个或多个逆变器110供应到电力网115的PV电池105的输出。合适的控制单元的示例包括但不限于应用特定的电路、微控制器、小型计算机、个人计算机、服务器及例如此类。在某些实施例中，控制单元120可以是与可再生电源相关联的监控命令和数据采集(SCADA)系统或可结合到该系统中。控制单元120可包括有利于计算机可读指令的执行以控制控制单元120的操作的任何数量的处理器121。通过执行与控制供应到电力网115的PV电池105的输出相关联的计算机可读指令，控制单元120可形成控制电力输出经逆变器110到电力网115的供应的专用计算机。 
除一个或多个处理器121外，控制单元120可包括一个或多个存储器装置122、一个或多个输入/输出(“I/O”)接口123及一个或多个网络接口124。一个或多个存储器装置122可以是任何合适的存储器装置，例如，高速缓存、只读存储器装置、随机存取存储器装置、磁存储装置等。一个或多个存储器装置122可存储控制单元120利用的数据、可执行指令和/或各种程序模块，例如，数据126、操作系统125和/或天气模块127或天气应用。数据126可包括与PV电池105的操作相关联的存储数据、与电力网110相关联的存储数据、与一个或多 个识别的天气状况相关联的存储数据、与一个或多个识别的天气状况的型式相关联的存储数据、与天气状况和/或天气型式相关联的历史数据、与PV电池105的输出相关联的历史数据、与识别的天气状况相关联的确定的特性关联的存储数据、与各种天气状况的确定的潜在影响相关联的存储数据、与一个或多个天气状况相关联的存储历史数据和/或与连接到电力网110的其它发电装置和/或系统相关联的存储数据。 
在本发明的某些实施例中，控制单元120可包括经执行以有利于控制单元120的操作的任何数量的软件应用。软件应用可包括可由一个或多个处理器121来执行的计算机可读指令。计算机可读指令的执行可形成有利于控制供应到电力网的PV电池105的输出的专用计算机。作为软件应用的示例，控制单元120可包括控制控制单元120的一般操作并有利于附加软件应用的执行的操作系统(“OS”)125。控制单元120还可包括天气模块127或天气应用，天气模块127或天气应用可操作以确定一个或多个识别的天气状况对PV电池105的输出的潜在影响，并至少部分地基于确定的潜在影响，控制供应到电力网115的PV电池105的输出。天气模块127可接收各种数据，例如与一个或多个识别的天气状况相关联的数据。按照所期望的，可从与控制单元120通信的一个或多个传感装置接收与一个或多个识别的天气状况相关联的数据。备选的是，天气模块127可至少部分地基于至少一部分PV电池105的输出中确定的更改，识别天气状况。在某些实施例中，天气模块127还可确定和/或接收与识别的天气状况相关联的各种特性，例如，天气状况的地点、天气状况的规模或估计规模、天气状况的移动方向、天气状况的移动速率或速度、天气状况的不透明度等。另外，天气模块127可确定天气状况对PV电池105或对另一可再生电源的潜在影响。例如，天气模块127可确定PV电池105的输出中可由天气状况(例如正在接近的或已遮挡到PV电池105的至少一部分阳光的云)导致的潜在损失。至少部分地基于潜在影响，天 气模块127可按照本发明的各种实施例中所期望的来采取一个或多个控制动作，以便保持电力网115的稳定性。控制动作的示例包括但不限于缓降或减少通过逆变器110供应到电力网115的PV电池105的输出和/或引导或请求电力通过一个或多个补充电源到电力网115的供应，以便补偿PV电池105的任何输出损失。虽然天气模块127示为单个软件模块或软件应用，但天气模块127可按照本发明的各种实施例中所期望的，包括任何数量的软件模块、应用、例程和/或子例程。 
另外，在某些实施例中，天气模块127可以可操作以识别正在接近和/或可影响PV电池105的一个或多个天气型式。按照本发明的各种实施例中所期望的，可识别广泛的多种不同的天气型式，例如，一系列的接近的云。可以用于识别天气状况的类似方式，识别一个或多个天气型式。例如，可从一个或多个传感装置接收与天气型式相关联的信息。可确定与天气型式和/或天气型式中包括的天气状况相关联的各种特性。另外，可确定天气型式和/或天气型式中包括的天气状况对PV电池105的潜在影响。可至少部分地基于确定的潜在影响，调整供应到电力网115的PV电池105的输出。根据本发明的一方面，天气模块127还可访问与以前识别的天气状况和/或天气型式相关联的历史数据。在调整供应到电力网115的PV电池105的输出中，可利用至少一部分访问的历史数据。例如，可分析与缓升和/或缓降供应到电力网的输出相关联的历史数据，并可至少部分地基于历史数据，调整将来的缓升降。在此方面，可减少迅速缓升降状况，并且可在电力网115中保持较大的稳定性。 
一个或多个I/O接口123可有利于控制单元120与一个或多个输入/输出装置之间的通信，例如，通用串行总线端口、串行端口、磁盘驱动器、CD-ROM驱动器和/或一个或多个用户接口装置，例如显示器、键盘、小键盘、鼠标、控制面板、触摸屏显示器、麦克风等，这些装置有利于与控制单元120的用户交互。一个或多个I/O接口123可用于从广泛的多种输入装置接收或收集数据和/或用户指令。接收的 数据可由天气模块127按照本发明的各种实施例中所期望的来处理和/或存储在一个或多个存储器装置122中。 
一个或多个网络接口124可有利于将控制单元120连接到一个或多个合适的网络135，例如，局域网、广域网、因特网、蜂窝网络、射频网络、蓝牙启用的网络、Wi-Fi启用的网络、基于卫星的网络、任何有线网络、任何无线网络等。在此方面，控制单元120可经一个或多个网络135从一个或多个传感装置、外部装置、网络组件和/或系统来接收测量数据、其它天气状况数据和/或指令。例如，控制单元120可经一个或多个网络135从任何数量的合适传感装置来接收与天气状况相关联的测量数据和/或与天气状况相关联的其它数据。作为另一个示例，控制单元120可经一个或多个合适的网络135按照本发明的各种实施例中所期望的从一个或多个外部系统或装置来接收与识别的天气状况相关联的数据。 
根据本发明的一方面，可利用广泛的多种合适的传感装置和/或技术来识别天气状况和/或天气型式。合适的传感装置和/或技术的示例包括但不限于多普勒型雷达装置、可操作以检测和/或跟踪天气状况和/或天气型式的其它雷达装置、可操作以检测和/或跟踪天气状况的一个或多个卫星、热量或温度传感器、湿度或水分传感器、降雨或雨量指示器、可操作以检测天气状况的辐照度传感器、激光测距仪和/或其它激光装置或传感器、可操作以检测天气状况的其它传感器和/或至少部分地基于天气状况对一部分可再生电力系统的效应的天气状况(一旦它到达光伏阵列或其它可再生电力系统)的检测。按照本发明的各种实施例中所期望的，可利用任何合适的传感装置、技术和/或传感装置和/或技术的组合。如果利用多个装置和/或技术，则按照所期望的，利用相应装置和/或技术进行的测量和/或确定可组合在一起或以其它方式连同彼此来使用，以获得更大的准确度或获得更多的天气相关的数据。 
参照图1，可操作以检测和/或跟踪天气状况和/或天气型式的合适 传感装置的一个示例是雷达装置132，例如多普勒型雷达装置或基于卫星的传感装置。雷达装置132可生成和输出由天气状况反映的微波或其它测试信号，并且雷达装置132可传感从天气状况返回的回波。在此方面，雷达装置132可识别天气状况和/或天气型式，并测量或确定用于识别的天气状况和/或型式的径向速度(radial velocity)。作为另一个示例，例如极地轨道运行(polar orbiting)或对地同步卫星的气象卫星可用于跟踪和/或监视天气状况和/或天气型式。雷达装置132、气象卫星装置和/或它们相关联的系统可以可操作以将与识别的天气状况相关联的数据经一个或多个合适的网络135传递到控制单元122。 
可操作以检测和/或跟踪天气状况和/或天气型式的合适传感技术的另一个示例涉及一个或多个传感器和/或传感阵列的使用。如图1中所示，任何数量的传感器130a-n可定位在光伏电池105的附近和/或离光伏电池105的一个或多个预定距离处。在本发明的某些实施例中，这些传感器130a-n可各自包括可操作以检测光量的一个或多个辐照度传感器。例如，辐照度传感器可按照瓦特每平方米来测量接收的光。在此方面，辐照度传感器可以可操作以检测或识别可影响PV电池105的输出的天气状况。 
在某些实施例中，例如辐照度传感器的传感器130a-n可定位在离PV电池105的一个或多个预定距离处。在此方面，可在例如云的天气状况和/或例如云的型式的天气型式到达PV电池105之前识别天气状况和/或型式。作为一个示例，传感器130a-n可定位在位于PV电池105周围的一个或多个环或附近的圆中或之内。在此方面，天气状况和/或型式可在它们从任何方向或从多个方向接近PV电池105时得以识别。不必在环或圆内的每个位置包括传感器，并且在环或圆内两个传感器之间可利用任何期望距离。例如，在本发明的各种实施例中，传感器130a-n可定位在离PV电池105大约一英里、大约半英里、大约四分之一英里处和/或任何其它期望距离处。另外，按照所期望的， 传感器130a-n可在除环之外的其它配置中定位。传感器130a-n采取的测量和/或可与传感器130a-n相关联的任何控制器所进行的确定或计算可经一个或多个合适的网络135传递到控制单元120。 
传感器130a-n的每个可以可操作以检测至少一个天气状况。在某些实施例中，可至少部分地基于已检测到天气状况的一个或多个传感器130a-n的地点来确定特定天气状况的地点。例如，可为任何数量的传感器130a-n存储地点信息。作为另一个示例，可将全球定位系统(GPS)装置与每个传感器130a-n相关联，并且可为传感器130a-n确定地点信息。广泛的多种不同技术可按照所期望的用于确定检测到的天气状况的其它特性，例如，检测到的天气状况的移动速率(例如，速度)和/或移动方向。作为一个示例，通过在PV电池105周围的多个环内定位传感器，可确定识别的天气状况的速度和/或方向。一旦相应环中定位的两个或更多传感器已检测到天气状况，便可确定天气状况的方向或大致方向。类似地，可基于对于天气状况在各种传感器之间行进所花费的时间，确定或计算天气状况的速度或大致速度。例如，两个传感器检测到天气状况所在的时间可连同这两个传感器之间的距离来利用，以计算天气状况的大致速度。 
对于上述示例，可能在其中检测到天气状况的每个位置放置单个传感器，例如130a-n。作为放置传感器的另一个示例，传感器的阵列可放置在PV电池105周围或附近的各个位置。通过利用在每个位置或地点的传感器的阵列，可在每个位置或地点确定识别的天气状况的速度和/或方向。在此方面，可以可能利用传感装置的单个环。例如，在天气状况在传感器130a-n的阵列上方经过时可检测和监视天气状况。随后，可确定和/或计算天气状况的地点、方向和/或速度。地点可基于传感器的阵列的地点来确定。方向或大致方向可例如基于跨传感器阵列的光能中检测到减小的顺序来确定。例如，如果阵列中最北的传感器检测到光能中的减小，并且随后定位于第一传感器的南边的传感器检测到光能中的减小，则可确定检测到的天气状况正从北向南 移动。类似地，可例如基于跨传感器阵列的光能中检测到减小的顺序来确定检测到的天气状况的速度或大致速度。例如，在第一传感器检测到光能中减小所在的时间和在第二传感器检测到光能中减小所在的时间可关联这两个传感器之间的距离来利用，以确定或计算检测到的天气状况的速度或大致速度。 
作为用于检测天气状况的方法的另一示例，一旦天气状况到达或以其它方式影响PV电池105，便可检测到它。可监视PV电池105的输出，并且输出中的减小可检测和/或确定为天气状况到达PV电池105的至少一部分和/或在其上方经过或越过其移动。以如上所述利用辐照度传感器阵列的类似方式，可在天气状况在PV电池105上方经过或越过PV电池105移动时，确定和/或计算识别的天气状况的移动的速率和/或方向、地点。随后，可将供应到电力网115的其余PV电池105的输出减少或以其它方式进行调整，以便保持和/或增强电力网115的稳定性，或减少本地负载平衡要求的影响。 
作为用于检测天气状况和/或天气型式的方法的仍有的另一示例，一旦天气状况或型式到达PV电池的第一阵列或第一组，便可检测天气状况或型式，并且可调整PV电池的其它阵列或组的输出以便保持和/或增强电力网115的稳定性。例如，多个商用和/或民用光伏阵列、单元和/或发电厂可位于彼此的附近处之内或位于相同的一般区域(general area)之内。在天气状况和/或天气型式影响一个或多个光伏阵列或单元时，可检测和/或跟踪天气状况和/或天气型式。以如上所述利用辐照度传感器阵列的类似方式，可检测和/或跟踪天气状况和/或型式。在此方面，可确定和/或计算识别的天气状况的移动的速率和/或方向、地点。随后，在天气状况到达其它光伏阵列或单元和/或在其上方经过或越过其移动时，可调整其它光伏阵列或单元的输出。 
虽然上面描述了用于检测可影响PV电池105的输出的天气状况的装置和/或技术，但本发明的实施例同样可适用于其它类型的可再生电源，例如风力涡轮。以类似的方式，可利用合适的传感器和/或技术 来识别和/或检测可影响风力场和/或风力涡轮的输出的天气状况。从风力涡轮供应到电力网115的电量随后可进行调整以便保持和/或增强电力网115的稳定性。 
按照所期望的，本发明的实施例可包括具有比图1中所示的更多或更少组件的系统100。图1的系统100仅通过示例的方式提供。 
图2是根据本发明的一说明性实施例的流程图，其示出用于将可再生电源接口到电力网的一个示例方法200。该方法可与一个或多个可再生电源(例如图1中所示的系统100)关联利用。 
方法200可在框205开始。在框205，可识别或检测可影响例如图1中所示的PV电池105的可再生电源的输出的一个或多个天气状况。按照本发明的各种实施例中所期望的，可识别例如云层、部分云层、雾等广泛的多种不同类型的天气状况。广泛的多种合适的传感装置、系统和/或技术可按照本发明的各种实施例中所期望的来用于识别和/或检测天气状况。合适的传感装置、系统和/或技术的示例包括但不限于多普勒型雷达、其它雷达装置、气象卫星、热量或温度传感器、湿度或水分传感器、降雨或雨量指示器、辐照度传感器、其它传感器和/或在天气状况到达并在PV电池105上方经过或越过其移动时检测天气状况。 
一旦在框205已经识别出天气状况，便可在框210继续操作，框210在本发明的某些实施例中是可选的。在框210，可确定和/或计算与识别的天气状况相关联的一个或多个特性。特性可由传感装置本身和/或由控制单元(例如图1中所示的控制单元120，其从一个或多个传感装置接收与天气状况相关联的数据)来确定和/或计算。按照本发明的各种实施例中所期望的，可测量、确定和/或计算广泛的多种不同特性。可测量、确定和/或计算的特性的示例包括但不限于穿过识别的天气状况传输的光的辐照度、识别的天气状况的不透明度、识别的天气状况的高度、识别的天气状况的当前地点、识别的天气状况的移动的速率、识别的天气状况的移动的方向、识别的天气状况的投影轨道 (projected trajectory)等。 
在框210确定与识别的天气状况相关联的一个或多个特性后，可在框215继续操作。在框215，可确定或计算识别的天气状况对PV电池105的潜在影响。天气状况的潜在影响可包括由于天气状况到达PV电池105和/或在其上方经过或越过其而将发生的PV电池105的电力输出中估计的损失。可为所有PV电池105或为PV电池105的某些部分、阵列或电池来确定潜在影响。另外，按照本发明的各种实施例中所期望的，确定的潜在影响可将天气状况到达PV电池105所在的估计的或实际的时间、将受影响或潜在地将受影响的PV电池105的数量、其中各个PV电池105将受影响的顺序等考虑在内。作为计算PV电池105的电力输出中估计的损失的一种备选，本发明的某些实施例可假设由于识别的天气状况而引起的电力中的一定损失。例如，可假设天气状况可导致PV电池105的电力输出中的完全损失。相应地，可对PV电池105的确定的潜在影响可包括电力输出中一定损失的假设。 
除确定天气状况对PV电池105的电力输出的潜在影响之外或作为其备选，可确定天气状况对例如图1中所示的电力网115的电力网的潜在影响。例如，可确定天气状况对电力网115的稳定性的潜在影响。 
一旦在框215已确定天气状况对PV电池105和/或电力网115的潜在影响，便可在框220继续操作。在框220，可至少部分地基于确定的潜在影响，调整供应到电力网(例如图1中所示的电力网115)的PV电池105的输出。在此方面，可减少天气状况对电力网115的影响，并且可保持电力网115的稳定性。为了控制供应到电力网115的PV电池105的输出，可调整将PV电池105接口到电力网115的一个或多个逆变器(例如逆变器110)的输出。例如，可缓降或减少逆变器110的输出以便在天气状况在PV电池105上方经过时减少天气状况对电力网115的效应。在此方面，可避免由于PV电池105的 电力输出中的急剧减少而导致的电力网115内的尖峰。另外，可控制供应到电力网115的电力输出的缓降速率。在此方面，可根据例如公用事业管制的管制要求，缓降电力输出。 
在框225(其在本发明的某些实施例中可以是可选的)，可通过利用一个或多个补充电源，补充出自PV电池105的一些或所有损失电力。在某些实施例中，补充电源可连同缓降逆变器110来利用以便保持电力到电力网115的稳定供应。在其它实施例中，可利用补充电源而不调整逆变器110。 
按照本发明的各种实施例中所期望的，可利用广泛的多种不同的补充电源。某些补充电源可直接提供电力到电力网115。示例包括可操作以产生供应到电网的电力的任何合适的发电装置或发电系统，例如燃气涡轮、蒸汽涡轮、其它光伏电池或阵列及其相关联逆变器、风力涡轮等。在某些实施例中，峰化器(peaker)装置、峰化器涡轮或峰化器可用于以较迅速方式将电力供应到电力网115以补偿PV电池105的输出中的损失。峰化器可以是能够较快上升以开始发电的装置。其它补充电源可将电力提供到逆变器110，并且逆变器110可将电力供应到电力网115。例如，一个或多个蓄电池、蓄电池阵列或蓄电池装置可将补充电力供应到逆变器110，补充电力随后可供应到电力网115。作为另一个示例，电力可从不受天气状况影响的PV电池105的部分来供应。 
另外，在本发明的某些实施例中，一个或多个电容器、电容器组或电容装置可连同逆变器110来利用。电容器可在逆变器输出的电力供应到电力网115之前存储该电力。由于电力存储在电容器中，天气状况对PV电池105的影响可降到最低和/或得以延迟。在此方面，可提供更大的响应时间以便补偿由于天气状况所致的PV电池105的电力输出。另外，逆变器110的电力下降速率可减少，以用于减少电力网115中尖峰的可能性。 
方法200可在框225后结束。 
图2的方法200中描述的操作不一定必须以图2中陈述的次序来执行，而是相反可以任何合适的次序来执行。另外，在本发明的某些实施例中，可执行比图2中陈述的所有要素或操作更多或更少的要素或操作。 
虽然图2的方法200描述了可通过PV电池105来利用的操作，但方法200可同样可适用于其它类型的可再生电源，例如风力涡轮。例如，可测量或确定风力状况中的损失，并且可确定或计算其对风力场的潜在影响。供应到电力网的风力涡轮的输出随后可进行调整以便保持电力网的稳定性。 
图3是根据本发明的一说明性实施例的流程图，其示出用于将可再生电源接口到电力网的一个示例方法300。该方法可与例如图1中所示的系统100的一个或多个可再生电源关联利用。另外，方法300可用于识别可影响可再生电源的天气型式或天气状况的型式，并调整供应到电力网的可再生电源的输出。 
方法300可在框305开始。在框305，可识别或检测可影响例如图1中所示的PV电池105的可再生电源的输出的天气型式。识别的天气型式可包括多个识别的天气状况，例如，一系列的云。按照本发明的各种实施例中所期望的，可识别例如云层、部分云层、雾等广泛的多种不同类型的天气状况。广泛的多种合适的传感装置、系统和/或技术可按照本发明的各种实施例中所期望的来用于识别和/或检测天气状况。合适的传感装置、系统和/或技术的示例包括但不限于多普勒型雷达、其它雷达装置、气象卫星、热量或温度传感器、湿度传感器、辐照度传感器、其它传感器和/或在天气状况到达并在PV电池105上方经过或越过其移动时检测天气状况。 
一旦在框305已经识别出天气型式或一系列天气状况，便可在框310继续操作，框310在本发明的某些实施例中是可选的。在框310，可确定和/或计算与识别的天气型式和/或天气型式中包括的天气状况相关联的一个或多个特性。特性可由传感装置本身和/或由控制单元 (例如图1中所示的控制单元120，其从一个或多个传感装置来接收与天气状况相关联的数据)来确定和/或计算。按照本发明的各种实施例中所期望的，可测量、确定和/或计算广泛的多种不同特性。可测量、确定和/或计算的特性的示例包括但不限于穿过天气型式中包括的天气状况传输的光的辐照度、天气型式中包括的天气状况的不透明度、天气型式中包括的天气状况的高度、天气型式和/或包括的天气状况的当前地点、天气型式中包括的各种天气状况之间的距离(例如，天气型式中两片云之间的距离)、天气型式和/或包括的天气状况的移动的速率、天气型式和/或包括的天气状况的移动的方向、天气型式和/或包括的天气状况的投影轨道等。 
在框310确定与识别的天气型式相关联的一个或多个特性后，可在框315继续操作。在框315，可确定或计算识别的天气型式对PV电池105的潜在影响。在确定天气型式对PV电池105的潜在影响中，可确定天气型式中包括的天气状况的潜在影响。天气型式的潜在影响可包括由于天气型式中包括的天气状况到达PV电池105和/或在其上方经过或越过其移动而将发生的PV电池105的电力输出中估计的损失。潜在影响还可包括天气型式中估计的间断(例如，云之间的间断)，其中，可增加PV电池105的电力输出。可为所有PV电池105或PV电池105的某些部分、阵列或电池确定潜在影响。另外，按照本发明的各种实施例中所期望的，确定的潜在影响可将天气状况到达PV电池105所在的估计的或实际的时间、将受影响或潜在地将受影响的PV电池105的数量、其中各种PV电池105将受影响的顺序等考虑在内。作为计算PV电池105的电力输出中估计的损失的一种备选，本发明的某些实施例可假设由于识别的天气状况而引起的电力中的一定损失。例如，可假设天气状况可导致PV电池105的电力输出中的完全损失。相应地，对PV电池105的确定的潜在影响可包括电力输出中一定损失的假设。 
根据本发明的一方面，PV电池105的输出的历史行为可用于确定 天气型式或天气状况的潜在影响。例如，可存储与用于将PV电池105接口到电力网115的逆变器110的缓升和/或缓降相关联的历史数据。一旦识别随后的天气型式，便访问至少一部分存储的历史数据，并将其考虑用于确定天气型式的潜在影响。例如，可分析更早天气状况的影响以便估计将来天气状况的影响。作为另一个示例，可为天气型式确定对于逆变器115的估计缓升降波动。例如，如果在天气型式中识别了云/无云/云的顺序，便可确定缓降、缓升、缓降的估计缓升降顺序。可访问并利用由于以前天气状况所引起的以前的缓升降状况相关联的历史数据，以确定用于识别的天气型式的估计缓升降顺序。另外，如下面参照框320更详细所述的，可将访问的历史数据考虑用于调整供应到电力网115的PV电池105的输出以便保持电力网115中的稳定性。 
除确定天气状况对PV电池105的电力输出的潜在影响之外或作为其备选，可确定天气状况对电力网(例如图1中所示的电力网115)的潜在影响。例如，可确定天气状况对电力网115的稳定性的潜在影响。 
一旦在框315已确定天气型式对PV电池105和/或电力网115的潜在影响，便可在框320继续操作。在框320，可至少部分地基于确定的潜在影响，调整供应到电力网115的PV电池105的输出。在此方面，可减少天气型式对电力网115的影响，并且可保持电力网115的稳定性。为了控制供应到电力网115的PV电池105的输出，可调整将PV电池105接口到电力网115的一个或多个逆变器(例如逆变器110)的输出。例如，可缓降或减少逆变器110的输出以便在例如云的天气状况在PV电池105上方经过时减少天气型式对电力网115的效应。在此方面，可避免由于PV电池105的电力输出中的急剧减少而导致的电力网115内的尖峰。另外，可控制供应到电力网115的电力输出的缓降速率。在此方面，可根据例如公用事业管制的管制要求，缓降电力输出。作为另一个示例，在其中例如云的天气状况未正 在影响PV电池105的情况下，可缓升或增加逆变器110的输出。 
根据本发明的一方面，在调整供应到电力网115的PV电池105的输出中，可利用历史数据。在此方面，可减少发生较快缓升和缓降的情况，使得电力网115内有更大的稳定性。例如，如果历史数据指示供应的输出在预定的历史时期内已经缓升和/或缓降，如在刚过去的5分钟、10分钟、30分钟内，则基于当前天气型式的输出调整可在将减少、平均和/或平滑整体缓升降的方式中确定，以便为电力网115提供更大的稳定性。在此方面，短期和较长期缓升降限制可得到满足。在多个天气状况导致多个相应缓升降状况的情况中，缓升和缓降速率可进行调整以接近一个或多个平均缓坡(ramp)速率，由此使电力网115中有更大的稳定性。下面参照图4和5，更详细地讨论基于历史数据来平均或平滑缓坡速率的一个示例。 
方法300可在框320后结束。 
图3的方法300中描述的操作不一定必须以图3中陈述的次序来执行，而是相反可以任何合适的次序来执行。另外，在本发明的某些实施例中，可执行比图3中陈述的所有元素或操作更多或更少的元素或操作。例如，按照所期望的，以类似于如上在图2的框225中所述的类似方式，可从一个或多个补充电源供应电力到电力网115。此外，按照本发明的各种实施例中所期望的，图3的方法300可连同任何合适的可再生电源来利用。 
图4是根据本发明的一说明性实施例的天气状况的型式对可再生电源的输出的潜在效应的一个示例400的图形表示。参照图4，例如传感器410的一个或多个合适传感装置可以可操作以在天气状况接近一个或多个PV电池405时识别检测天气型式315或一系列天气状况。在某些实施例中，传感器410(其可包括如上参照图1所讨论的任何合适的传感装置)可在天气型式415到达PV电池405前识别天气型式415。例如，可在离PV电池405的可观测距离420处识别天气型式415。可观测距离420可以是任何合适的距离，该距离允许适当调 整供应到例如电力网115的电力网的PV电池405的输出以便保持电力网115内的稳定性。例如，可观测距离420可以是半英里、1英里、2英里等。 
天气型式415可包括多个天气状况，例如多片云。如图4中所示，天气型式415中包括的两个天气状况或两片云之间可存在间隔或间隙。这些间隔或间隙可导致其中供应到电力网115的电力输出以重复方式缓升和缓降的情况。较迅速的缓升和缓降可导致电力网115中的不稳定。例如，可能难以从一个或多个补充电源(例如，燃气涡轮、蒸汽涡轮等)提供电力到电力网115以解决(account for)PV电池405的电力输出中的波动。根据本发明的一方面，供应到电力网115的PV电池输出的缓升降或缓坡速率可受到控制以便保持电力网115内更大的稳定性。在本发明的某些实施例中，缓坡速率的控制可至少部分地基于与已经影响PV电池405的以前天气状况和/或天气型式相关联的历史数据，例如，预定时期内(例如刚过去的5分钟、10分钟、15分钟、30分钟内等)已经影响PV电池405的云。 
图5是根据本发明的一说明性实施例的基于变化的缓升降状况的可再生电源的示例输出的图形表示。图5中所示的示例输出可以是基于图4中所示的天气型式415的图4中所示的PV电池405的示例输出。另外，图5中示出将历史数据考虑在内的益处。 
参照图5，为三种情况示出PV电池405的输出。第一种情况505是其中不进行PV电池405的控制缓升降的情况。第二种情况510是其中为各个天气状况调整PV电池405的输出以便保持例如电力网115的电力网内更大稳定性的情况。第三种情况515是其中将历史缓升降数据考虑在内并将其用于平均或平滑缓升降速率以便导致电力网115内比第二种情况510中所实现的更大的稳定性的情况。对于三种情况505、510和515的每种情况，示出当前时间“T”520之前发生的历史缓升降和当前时间与将来时间点“T1”525之间的预测的将来缓升降。 
关于第一种情况505，不为PV电池405的输出进行校正的缓升降。 换而言之，提供到电力网115的输出中的损失可直接归因于影响PV电池405的天气型式415中包括的天气状况。例如，当云在PV电池405上方经过时，PV电池405的电力输出减小，并且当没有云在PV电池405上方经过时，电力输出增加。第一种情况505可导致供应到电力网115的输出中的较迅速波动和/或导致由于电力输出更改的量值而引起电力网115中一个或多个尖峰，由此导致电力网115内的不稳定性。 
第二种情况510涉及供应到电力网115的PV电池405的输出的控制的缓升降。例如，可在例如云的天气状况到达PV电池405之前，基于天气状况的识别来控制缓降和缓升速率。在此方面，可减少供应到电力网115的PV电池405的输出中的迅速更改。第二种情况510中的控制的缓升降可类似于通过上面参照图2所述的方法200来实现的缓升降。然而，第二种情况510可能不将历史数据和/或历史缓升降考虑在内。在过去已经发生较迅速缓升降的情况中，即使缓坡速率受到控制，但由于较迅速的缓升和缓降状况，电力网115中也可能发生不稳定状况。例如，短期最大缓坡速率可与较长期的最大缓坡速率不同。相应地，控制缓坡速率以解决单个天气状况可能对电力网稳定性具有较有限的效应。然而，为多个天气状况以类似的方式来控制缓坡速率可导致超过长期最大缓坡速率的长期缓坡速率，由此导致电力网115内的不稳定性。 
第三种情况515涉及供应到电力网115的PV电池405的输出的控制的缓升降，并且将历史缓升降行为和/或PV电池输出考虑在内。一旦识别了天气型式415，便可确定天气型式415的潜在影响。随后，在调整缓坡速率以解决识别的天气型式415时，可将历史缓升降行为(例如，时间“T”520之前发生的缓升降)考虑在内。例如，如果输出在预定的历史时期内(例如在刚过去的5分钟、10分钟、15分钟或30分钟内)已缓升和/或缓降，则用于识别的天气型式415的缓升降速率可减少或减小。在某些实施例中，可将用于识别的天气型式415 的缓升降速率确定为过去或历史缓坡速率的函数。例如，可基于多个历史缓升降状况来减少缓升降速率。如图5中所示，缓升速率和缓降速率均可减少。在此方面，可在电力网115中保持更大的稳定性。另外，可高效地控制补充电源以补偿由于天气型式415造成的PV电池405的损失电力。按照所期望的，缓升降速率可随着时间过去来平滑以接近供应到电力网115的平均电力。另外，可调整缓升降速率以保持在自平均电力的预定或期望的电力更改内。 
本发明在上面参照根据本发明的示例实施例的系统、方法、设备和/或计算机程序产品的框图和流程图来描述。将理解，框图和流程图的一个或多个框以及框图和流程图中框的组合分别能够由计算机可执行程序指令来实现。同样地，根据本发明的一些实施例，框图和流程图的一些框可能不一定需要以所示次序来执行，或者根本可能不一定需要执行。 
这些计算机可执行程序指令可加载到通用计算机、专用计算机、处理器或其它可编程数据处理设备上以产生特定的机器，使得在计算机、处理器或其它可编程数据处理设备上执行的指令形成用于实现流程图一个或多个框中指定的一个或多个功能的部件。这些计算机程序指令还可存储在计算机可读存储器中，其能引导计算机或其它可编程数据处理设备以特定方式来运转，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生某个制造物品，所述制造物品包括实现流程图一个或多个框中指定的一个或多个功能的指令部件。作为一个示例，本发明的实施例可提供用于一种计算机程序产品，其包括具有计算机可读程序代码或程序指令包含于其中的计算机可用媒体，所述计算机可读程序代码适用于被执行以实现流程图一个或多个框中指定的一个或多个功能。计算机程序指令还可加载到计算机或其它可编程数据处理设备上，以促使一系列操作要素或步骤在计算机或其它可编程设备上执行以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现流程图一个或多个框中指定的功能的要素或步骤。 
相应地，框图和流程图的框支持用于执行指定功能的部件的组合、用于执行指定功能的要素或步骤的组合以及用于执行指定功能的程序指令部件。还将理解，框图和流程图的每个框及框图和流程图中框的组合能通过执行指定功能、要素或步骤的专用的基于硬件的计算机系统来实现，或通过专用硬件和计算机指令的组合来实现。 
虽然本发明已连同目前所视为是最可行的和各种实施例来描述，但要理解，本发明并不限于公开的实施例，而是相反，旨在涵盖随附权利要求的精神和范围内包括的各种修改和等效布置。 
此书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统并执行任何结合的方法。本发明可取得专利的范围在权利要求中定义，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有并未与权利要求的字面语言不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们旨在位于权利要求的范围内。 
部件列表 
100-系统 
105-光伏电池 
110-逆变器 
115-电力网 
120-控制单元 
121-处理器 
122-存储装置 
123-输入/输出接口 
124-网络接口 
125-操作系统 
126-数据 
127-天气模块 
130a-n-传感器 
132-雷达装置 
135-网络 
200-方法 
205-框 
210-框 
215-框 
220-框 
225-框 
300-方法 
305-框 
310-框 
315-框 
320-框 
400-示例 
405-光伏电池 
410-传感器 
415-天气型式 
420-可观测距离 
500-示例输出 
505-第一种情况 
510-第二种情况 
515-第三种情况 
520-当前时间 
525-将来时间点。 

Claims (9)

1.一种用于将可再生电源(105)接口到电力网(115)的方法(300)，所述方法(200)包括：
识别(305)可操作以影响所述可再生电源(105)的电力输出的至少一个天气状况；
确定(215)所述至少一个天气状况对所述可再生电源(105)的潜在影响；
访问与至少一个以前的天气状况对所述可再生电源(105)的影响相关联的历史数据(125)；以及
至少部分地基于所确定的潜在影响和所述历史数据(126)，调整(320)供应到所述电力网的所述可再生电源(105)的输出。
2.如权利要求1所述的方法，其中识别(305)至少一个天气状况包括利用至少一个雷达、至少一个卫星、至少一个传感器或至少一个辐照度传感器来识别至少一个天气状况。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
确定(310)与所识别的至少一个天气状况相关联的一个或多个特性，
其中确定(315)所述至少一个天气状况的潜在影响包括至少部分地基于所述一个或多个确定的特性来确定潜在影响。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述一个或多个特性包括穿过所述至少一个天气状况传输的光的辐照度、所述至少一个天气状况的不透明度、所述至少一个天气状况的地点、所述至少一个天气状况的移动的速率或所述至少一个天气状况的移动的方向中的至少一项。
5.如权利要求1所述的方法，其中：
所述可再生电源包括至少一个光伏电池(105)，并且
调整(320)所述可再生电源的输出包括减少由所述至少一个光伏电池(105)经至少一个逆变器(110)供应到所述电力网(115)的电力的量。
6.如权利要求1所述的方法，其中：
所述可再生电源(105)包括至少一个光伏电池(105)，
所述至少一个天气状况包括多个天气状况，以及
调整所述可再生电源的输出包括缓升和缓降由所述至少一个光伏电池(105)经至少一个逆变器(110)供应到所述电力网(115)的电力的量以解决所述多个天气状况。
7.如权利要求6所述的方法，其中缓升和缓降供应到所述电力网(115)的电力的量包括至少部分地基于所述至少一个光伏电池(105)的历史输出来缓升和缓降电力的量。
8.如权利要求1所述的方法，其中访问历史数据(126)包括访问对于预定时期的历史数据。
9.如权利要求1所述的方法，还包括：
从一个或多个补充电源提供电力到所述电力网(115)。
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