CN103124076B - 配备有能量存储组件的发电器件和此类器件的控制过程 - Google Patents

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Abstract

本发明的名称是：“配备有能量存储组件的发电器件和此类器件的控制过程”。此发电器件包括设计为连接到分配网络（Res）的发电组件以及电能存储组件（2）。该器件还包括控制器（3），用于能量存储组件的操作的管理以及存储组件（2）到所述发电组件以及到所述网络的连接，由此控制器接收来源于网络、能量存储组件、发电组件以及网络操作员的一系列信息（I1、I2、I3、I4）以便在供应中断的情况下控制从能量存储组件（2）到发电组件以及到器件中的一系列辅助装置的电力的供应。

Description

配备有能量存储组件的发电器件和此类器件的控制过程
技术领域
本发明一般涉及发电器件，并且具体地涉及燃气涡轮或联合循环发电厂，其中组合使用燃气涡轮和蒸汽涡轮来驱动发电机用于电的产出。
背景技术
现存的发电器件通常涉及大规模水电、核能或化石燃料火电厂的使用，其经由传送及分配系统来供电。
由众多国家设置的CO2排放减小的目标将引起增加来自可再生的电力生成的比例，例如，至2020年在德国比例达到35%并且在法国比例达到20%。除效率的改进以外，为了它们的最优化操作起见，将要求传统的供电设施示出更大的适应性及响应性，并且将需要适应更多种间歇电源，例如风力涡轮、太阳能发电厂和其它设施（例如，波动力、地热或生物量工厂）。此多样化以及关联的产出源的数量的增加将引起对网络管理和配电系统的相当大的挑战。
现存的电产出设施和分配网络并未设计来适应这些改变，并且其结果是，缺乏出于此目的的实质性投入，长期而言不适合这些新要求的实现。
在这个水平，来自可再生的电产出增大了配电系统和网络的复杂性，导致将需要谨慎管理的能量供应状况的波动。在缺乏先进的控制的情况下，有分配系统将无效率地操作或将受到频繁干扰的风险。
从供电商和分配系统操作员的观点来看，潜在的解决方法如下：
- 传统的发电厂的增大的适应性；
- 设计用于所有水平的使用的能量存储技术的引入，作为偏移需求峰值并且允许更多数量的可再生能源的并入的组件；
- 更灵活的分配方法的引入，作为适应供应的波动并且提高效率并最优化系统操作的组件；
- 高效率预报、监测和控制系统的引入，作为对抗任何干扰的组件。
干扰（其易于由电源和分配网络的有计划修改而发生）可导致停电（断电），即给定地域内的短期或长期的电缺失，它与发电厂的故障、分配系统（输电线或变电站）的损坏、电网上的短路或过载关联。
具体地，“中断”或网络停止对于公共安全、医院、污水处理厂、矿井等而言是特别关键的问题。其它关键系统（例如电信系统）也必须配备有应急电源。由于此原因，器件配备有备用发电机（其在供电中断的情况下自动启动）。
接近燃气涡轮、蒸汽涡轮或联合循环型的发电厂的电网上的故障的发生也可产生干扰，或甚至可导致有关发电厂的停机。
此外，为了发起涡轮速度的提升，发电工厂使用按照马达模式操作的发电机而从网络分接电，并且到发电厂的辅助系统用于电力供应。为了适应持续时间若干秒的微停止，或为了确保正常停机的完成，这些发电厂也必须配备有备用电力供应设施（例如电池或柴油机引擎），并且其中在网络缺失的情况下可应用重启。
遍及网络分布的能量存储设施可用于频率变化的调节、供电的快速调整以满足需求、来自使用可再生能源的发电厂的产出的高波动水平的适应、以及停电之后的备用供电。
频率控制功能也旨在减小网络上的频率偏移。频率偏移由供电和电需求之间的失衡产生，其可发生在系统的正常操作期间的任何时间，或也发生在例如产出缺失等事件。在欧洲，标称频率设置为50.00Hz。最小瞬时频率设置为49.2Hz并且最大瞬时频率设置为50.8Hz。此对应于800mHz的频率偏移，标称频率（ENTSO-E 2009）中的最大允许动态偏移。在实践中，瞬时频率范围更大，处于从46Hz到52.5Hz的范围。
有三种水平的频率控制，即主要控制、二次控制和三次控制。
在额定操作状况下，出于主要频率控制响应的目的，要求发电厂维持储备容量。在欧洲，每个国家的此储备容量可不同。例如，在法国，此储备容量是+/-2.5%，并且在西班牙，此储备容量是+/-1.5%。
在来自标称频率的偏移超过200mHz之前，在30秒的时间间隔内并且对于15分钟的最大持续时间，发起主要储备容量的部署。
因此，能量存储组件还可用作对频率控制作出贡献的组件（处于连续工作并且具有快速响应能力）。
最后有必要利用无功功率控制来调节任何电压-电流相位差。并入绕组的系统负载具有磁化效应，导致无功功率的生成。尽管无功功率不输送功（与有效功率（可充电容量）向量组合），但它制定限定网络上的总能量循环的表观功率，并且也规定器件的尺寸。通过最优化功率因数，有可能减小网络缺失、最大化有效功率通量（或减小器件的尺寸）并且增强稳定性。此处再次，能量存储组件可用于此相位差的调节。
存储组件还可提供发电厂的启动所要求的能源（容量中的吸收峰等），防止有损于医院、数据处理中心以及核能发电厂的备用系统所要求的连续供应的任何微停止。
在此情境中应用动能或飞轮存储组件。这些系统（与机械电池比较）涉及连接到马达/发电机的（碳纤维、其它复合材料、钢等的）飞轮高达数万r.p.m.的速度的转动。这些系统可以在任何给定时间以动能（E k ）的形式存储/释放网络上的电的任何剩余/不足，其由飞轮质量的加速度/减速度恢复。存储/释放的能量由以下式子给出：
其中J 是转动惯量（以kg.m²为单位）并且ω是角速度（以rad.s-1为单位））。
为了防止摩擦缺失，这些存储系统由磁性轴承支撑并且装入在真空壳体中。出于注入到网络/从网络提取的信号的控制的目的（具体地，为了功率因数（）的控制），它们也配备有功率电子设备，例如整流器-逆变器组合。
为了车载系统以及在例如配电、航空航天、机动车辆（用于来自制动的动能的恢复）、铁路工业等领域中的能量供应的最佳化，除其它应用意外，此技术还用于频率控制，作为不间断电力供应的供给的解决方法。
在配电和电网的稳定性的情境中，由于这些存储系统具有小于一秒的响应时间、大约二十年的服务寿命、以及要求很少维护，所以这些存储系统极为有利。此外，不同于电池，它们不具有“存储器效应”，不易受温度变化的影响，并且允许它们充电状态的精确评价。最后它们不涉及任何再循环，并且不要求特定操作注意事项。
现在，以参考的方式，当前在市场上的一些此类装置具有超过95%的机械效率以及85%的总效率（对于完全充电/放电循环）。一些装置可以实现25kWh的存储容量，输送250 kW的瞬时容量并且经历超过150000个完整的充电/放电循环。
从现有技术已知用于防止供电中断以及用于频率和功率的控制的各种类型的系统。
在这点上，可以参考文档EP 1 900 074以及EP 1 866 717，其描述用于消耗中的峰值的适应以及服务中断的防止的各种类型的供应系统。
具体地，文档EP 1 866 717推荐使用小型网络，其包括一个或多个电产出源以及一个或多个独立系统负载，其可以响应于干扰而连接到网络。
文档US 2005-0035744、EP 1 656 722、EP 359 027、US 5 256 907、WO 2002-44555、US 4 001 666、以及JP 2003-274562描述飞轮的使用。
还可参考文档US 2004-0263116，其描述用于需求侧容量管理的智能能量分配/存储系统。使用装置用于接近使用点或产出点的能量的存储。文档JP 2003-339118描述包括风力涡轮、光伏发电单元、能量存储单元、飞轮以及充电单元的分布式能量供应系统。
发明内容
考虑以上情况，本发明提出针对以上提及的缺点的燃气涡轮或联合循环型的发电工厂的控制过程。
燃气涡轮/蒸汽涡轮或联合循环发电厂直接发电。然而，在启动期间，发电厂取决于从网络供应电力到以马达模式的发电机的电（在燃气涡轮的情况下），以及供应电力到电力润滑系统、燃料供应系统、冷却系统、加热和冷凝器放空系统（其许多包括马达驱动的泵单元和马达驱动的风扇、阀等）所要求的辅助系统的电。
在网络的缺失或网络上的故障的情况下，这些设施必须配备有冗余电力供应。
如上所示，多个电存储组件当前是可用的，其将确保发电工厂（例如燃气涡轮/蒸汽涡轮发电厂以及联合循环发电厂）的操作或停机。这些组件可用于负载转移的目的，用于到泵、风扇、或柜的供应电力（在网络或发电厂故障的情况下）以及用于电池的低电压和中等电压供应的输送。
在网络停止或“中断”的情况下，必须提供将允许h.v.及m.v.辅助系统的备用发电组件以完成轴线的停机和/或在安全模式中的发电机的启动，其中可应用的。
典型地，这些组件包括柴油机引擎，其中的一些是冗余的，其必须总是维持在预热及预润滑状况以准备启动。此外，作为安全措施，这些引擎必须经历常规启动测试。
给定它们仅经受不定时使用，这些存储和产出设施的获取、安装、供应和修整的投资是相当大的。
此外，通常可以假设电池在时间上的逐步退化，给定此退化与每个充电和放电循环关联（滞后现象）。
另外的问题是这些存储和产出组件的响应时间，并且限制此响应时间会限制关于网络和发电厂的故障的影响。
根据它的一个方面，本发明提出发电器件以及此类器件的控制过程，其使用飞轮型的能量存储组件来呈递以下功能：
- 频率和电压控制（在稳态和瞬时状况下）；
- 网络微停止的适应；
- 在断电的情况下，相关存储组件的最佳充电状态的维持；
- 以机械形式存储的能量的使用来支持发电厂停机（包含轴超速现象的限制）；
- 在延长网络停止的情况下，对发电厂启动的支持；
- 由从可再生的生成电力的组件的各种功率电子部件以及由飞轮能量存储组件生成的谐波的被动或主动补偿。
鉴于以上情况，本发明的目标是具有以上提及的特性的连接到网络的发电工厂的响应性、适应性以及操作可靠性的改进。
更具体地，本发明的目标是发电器件，包括发电组件，设计其用于连接到分配网络（其并入电能存储组件）。
此器件也包括控制器，用于能量存储组件的操作的管理以及存储组件到所述发电组件和/或到所述网络的连接，以便最大化其使用。控制器接收来源于网络、能量存储组件、发电组件以及网络操作员的一系列信息，以便控制从能量存储组件输送到网络及器件的辅助系统的电的产出。
因此，控制器能够从网络接收信息（电压、频率、有功或无功功率的增大或减小的需求）并且它因此配备有用于管理能量存储组件的充电和放电的组件，以便确保多个功能的连续执行并且维持用于执行这些功能中的每个的最佳充电水平（局部或最大）的先验值。
存储组件的并入允许其作为支持资源（用于响应与燃气涡轮的启动关联的当前需求峰值）的使用。存储组件将允许额定容量的减小，或甚至启动所要求的发电机组中的冗余的消除。
一旦启动，由辅助系统的启动来生成负载需求。能量存储组件允许平滑有效功率的需求。在此情况下，控制器必须确保在负载需求中的峰值之间的能量存储组件的最大充电，因此允许启动系统设计为具有标称响应能力（其低于负载需求中的峰值所指示的能力）的尺寸。例如，启动系统可根据具有常数斜率的线性电力特性而设计尺寸。
控制器还可检测网络电压或发电厂电压中在阈值之下的突然下降，在阈值之下辅助系统将不再正确操作。
根据器件的另外的特性，控制器能够基于能量存储组件中可用的能量来调节器件中可用的主要储备容量的水平。
根据又一特性，控制器能够响应于网络操作员的请求而控制从能量存储组件到网络的供电。
控制器能够应网络操作员的请求并且受制于能量存储组件中可用的能量而对网络上的频率控制作出贡献。
控制器还能够在预定持续时间的电压降的情况下控制从能量存储组件到发电厂的辅助系统的供电。
例如，其中发电组件包括连接到燃气涡轮或蒸汽涡轮的发电机，一旦发电组件停机，控制器能够从发电组件的轴线的惯性发起能量存储组件的充电。
在一个实施例中，控制器能够调节将从能量存储组件中可用的能量输送到网络的有功和/或无功功率的水平。
例如，能量存储组件包括连接到马达/发电机的至少一个飞轮和/或一系列电池的组合。
为了维持飞轮的转动，可以使用一系列辅助电源（例如电池或可再生能量型），其连接到它们关联的功率电子部件并且能够维持充电的飞轮的转动。
例如，能量存储组件包括用于调节存储组件中的电流、电压和频率的功率电子部件。
本发明的目标也包含发电器件的控制过程，发电器件包括设计为连接到分配网络的发电组件，并且包括电能存储组件以及控制器，该控制器用于能量存储组件的操作的管理以及存储组件到所述发电组件以及到所述网络的连接。
根据此过程的一个特性，通过参考能量存储组件并且参考来源于网络、能量存储组件以及发电组件的一系列信息而控制用于输送到网络以及器件的辅助系统的发电，并且控制存储组件用于不同功能的连续执行，并且维持两个功能之间的最佳充电状态。
在一个实现模式中，基于能量存储组件中可用的能量而调节器件中可用的主要储备容量的水平。
由存储组件输送到网络的能量有利地包括由分配网络操作员通知的能量需求与由发电组件供应的能量之间的差，其受燃气涡轮及蒸汽涡轮的惯性限制。
例如，使用能量存储组件中可用的能量应分配网络操作员的请求而调节网络频率。
在一个实现模式中，其中发电组件包括连接到燃气涡轮或蒸汽涡轮的发电机，在发电组件停机阶段期间从发电组件中的轴线的惯性充电能量存储组件。
优选能量存储组件能够支持器件的启动，由此限制网络或发电机组上的任何当前需求以及网络停止。
例如，能量存储组件能够通过供应电力到发电组件的辅助系统来支持发电组件的停机。
根据另外的实现模式，控制器检测/接收关于网络中的电压降的信息，并且从能量存储组件供电到发电厂的辅助系统。
有可能对维持网络上的电压作出贡献，并且在网络上的预定的持续时间的电压降的情况下，从能量存储组件供电给发电厂辅助系统。
也可能使用能量存储组件中可用的能量来调节将输送到网络的有功和/或无功功率的水平。
附图说明
本发明的另外的目标、特征和优势将从下文描述（其仅以示例的方式而不以限制的方式提供）参考附图而变得明显，在附图中：
图1示出根据本发明的配备有电能存储组件的发电器件的示意图；
图2示出满足用于支持频率控制的能量需求的控制器的操作的示意图；
图3示出图示与器件的启动关联的电流消耗的突然上升的曲线；
图4示出根据本发明的使用用于电的产出的附加的系统的发电器件的另一实施例的图示；
图5示出频率和电压控制的示例的示意图；以及
图6示出图示由控制器应用的控制原理以及应用于存储设施的管理的原理的构造图。
具体实施方式
首先，参考图1，将描述根据本发明的发电器件的架构。
如图1（其示出燃气涡轮或联合循环发电工厂的部分的示意表示）所示，此类发电器件包括发电单元1（例如燃气涡轮（GT）），其耦合到发电机并且经由变压器T连接到分配网络Res。
在发电厂的正常操作期间，发电单元输送电力到网络。在启动期间，发电机按照马达模式运行并且从网络分接电来驱动涡轮。
器件还配备有各种类型的辅助系统Aux，用于辅助性功能的执行，具体而言马达驱动的润滑泵以及马达驱动的冷却风扇、涡轮燃料供应系统以及一系列阀等。
器件还配备有组件2用于以动能的形式存储能量（动能存储系统或KESS）。例如，但不作为限制，以包括至少一个飞轮（例如，由碳纤维、复合材料或钢构造等组成）的单元的形式来提供这样的组件2，飞轮通过马达/发电机（向其供应有来自网络的电流）的动作而转动，并且能够将飞轮的动能转换成电能，并且还能够将由发电机的转动而生成的动能转换成电用于存储组件2的再充电。
将看到辅助系统和能量存储组件经由受控于控制器3的断路器Disj1而连接在变压器与发电单元之间。如下文更详细地描述的，控制器连接到器件的主元件以及网络Res，具体地用于关于网络和器件的操作的信息的检索。控制器并入所有必需的软件和硬件，并且适当地编程用于根据检索到的信息来控制能量存储组件的充电和放电以及用于发起关于器件的操作的控制功能的执行所要求的连续的充电和/或放电阶段。
也在变压器T与发电单元1之间提供另外的断路器Disj2。
控制器管理动能存储组件的操作，因此确保保证响应于网络上的事件的发电厂的可靠性和适应性所要求的各种功能的执行。
由控制器所部署的管理过程也设计为扩展KESS型能量存储组件的功能性以包含至今已经具体到发电厂的功能。具体地，控制器设计为召集主要储备容量（总体或局部）的实现中的能量存储组件，具体而言在附加的负载需求的第一秒期间，以便抵消由燃气涡轮的加速度、蒸汽循环的惯性以及对发电厂负责的各种约束所施加的发电厂容量提升的限制。
由网络操作员规定此储备容量。在此情况下，可要求燃气涡轮/蒸汽涡轮或联合循环来将它的工作点降低到低至95%的数字（取决于有关的国家）或作为其中要求附加容量的峰值负载设施操作。
应观察到相继执行由存储组件呈递的功能，由此控制器确保两个功能之间的能量存储组件的最佳充电，并且维持将执行的每个功能的最佳和首要充电状态。
由存储组件部署的过程（其由控制器管理）兼容这些基于不定时的存储组件的使用，并且允许由燃气涡轮呈递功能的转移到所述存储组件，由此最大化此资源的利用。
与由现有技术已知的解决方法（其中在电池的使用与动能存储组件的使用之间没有具体区分）相反，KESS型系统在充电和再充电特性、以及没有滞后现象方面比电池具有明显优势。
在发电工厂中的KESS型能量存储组件2的并入将允许网络上的事件的发电工厂的更有效适应，即：大量电压降、或网络缺失（描述为术语“中断”）。
KESS型能量存储组件还可代替发电厂运行用于主要储备容量的输送，或可以通过消除与再循环泵的启动或发电机的启动关联的当前需求中的峰值来支持发电厂启动。在实践中，KESS型能量存储组件2将允许出于启动的目的所要求的有效功率需求的平滑。
因此本发明提出一种组件，用于耦合到燃气涡轮或联合循环发电厂的KESS型能量存储组件2的最大利用。
如将从图1中看到的，控制器在它的输入处接收来源于网络Res的一系列信息I1。
控制器也接收与能量存储组件2的操作关联的信息I2、来源于发电厂的信息I3、以及来源于网络操作员的信息I4。
可以有利地提供通信组件用于网络操作员、发电厂以及能量存储组件2之间的通信的建立。
除所传送的信息之外，控制器还接收来自网络操作员的信息，具体而言：出于对网络的频率控制的目的而实现的频率、电压、有效功率需求，或无功功率控制容量的需求。控制器还接收来自发电厂的信息，具体而言：发电厂和KESS中可用的主要储备容量的水平。
使用此信息以及来源于发电厂的信息，控制器管理KESS型能量存储组件2的充电和放电的水平。
控制器管理与启动和辅助启动系统关联的能量需求，并且承担发电厂的m.v.网络中的无功功率的控制。
控制器还负责断路器Disj2的操作，其允许到/从主网络Res的发电机的连接/断开。
动能存储组件2所承担的第一功能包含主要储备容量的输送，其结果是涡轮必须操作在例如不多于其标称容量的95%（若不操作为峰值负载设施）。应网络操作员的请求必须将储备容量输送到网络，因此其在发电设施的缺失的情况下将具有它们的布置中的能量储备。因此，此储备容量通过将频率维持在50Hz或60Hz（取决于有关的网络的类型和特性）的量级的值而对网络的稳定性作出贡献。
在此情况下，动能存储组件将更快速地响应于网络操作员的需求，由此限制任何产生的失效序列，或延长网络上的其它发电机所要求的响应时间。
控制器必须确保由动能存储组件的快速放电以kWh或MWh为单位的到网络的能量供应，其等于网络操作员所召集的能量需求减去由发电厂的发电机供应的能量之间的差。
图2图示与发电厂所生成的设置点相关的容量响应特性，并且其中曲线TG表示由燃气涡轮所输送的容量，曲线TV表示由蒸汽涡轮所输送的容量并且Pvolant表示由能量存储组件2所输送的容量，从图2中可以看到，在所有的情况中，缺乏组件2的情况下，燃气涡轮的容量提升斜率以及蒸汽涡轮的容量提升斜率限制了器件的容量提升斜率。发电厂的容量提升不仅取决于发电厂的尺寸以及有关燃气涡轮的类型，还限制于蒸汽循环的惯性。在较大的发电厂中，此斜率可典型地为每分钟10-25MW的量级或更高用于发电厂的最近生成。
因此，能量存储组件2的使用允许容量中的短期和突然增加的实现，因此改进发电厂的容量提升斜率以及它的响应时间，并且允许作为结果的对需求的准确响应（曲线A）。
将观察到，用于此功能的局部实现的动能存储组件的使用提供了多个优势：
- 对主要储备容量的召集的快速响应；
- 涡轮的操作点中的短期增加的可能，其理由是可以由存储组件整个或是部分地输送主要储备容量；
- 峰值负载操作的减小。其中可以由存储组件完全地实现需求，这将允许维护循环的减小，其与过烧模式中的服务时间的减小关联（即，操作，由此批准更高的排气温度并且因此有更高的火焰温度），因此允许基础容量增加3-7%（取决于燃烧类型），但以器件的退化为代价。
接着通过存储组件的召集的用于主要储备容量的输送的控制器的每个响应，通过生成对断路器Disj1用于存储组件到网络的连接以及到与所述存储组件关联的马达的电力的供应的命令，控制器将发起所述存储组件的再充电。
在接着存储组件的每个召集的时刻中，或在网络操作员要求网络上的有效功率的吸收来作为减小网络频率的组件的时间，使用来自网络的电力来完成再充电。
然而，在网络电压突然下降的情况下，存储组件必须一直维持充电的最小水平。基于将输送到所有设备的最小能量（易受作为持续几秒的电压降的结果的干扰）来估计此最小充电。
由控制器和存储组件呈递的另外的功能性涉及支持燃气涡轮的启动的供给。出于在中断的情况下的启动的目的，此支持允许独立于网络的电流的输送所要求的发电系统的重新设计尺寸。在此情况下，如图3中所示，电流和容量需求的特征在于消耗中的短期峰值，每个峰值对应于发电机的供应所要求的器件上的给定装置（例如用于润滑和冷却系统的马达驱动的循环泵单元，或负载换向逆变器（LCI））的启动。
为了备用发电机组的当前需求的稳定性，控制器将召集所有能量存储组件以便满足与这些装置的启动关联的电力需求以及增强的响应时间。可因此重新设计备用发电设施的尺寸。
此外，一旦涡轮停机，控制器致动断路器Disj1及Disj2，以使发电机将连接到存储组件2。然后，使用由关联的马达/发电机转换成电的发电机的转动速度的上升来再充电存储组件2，以使存储组件2完全再充电。因此，使用发电单元1的轴线的动能并且同时限制与发电机的任何突然断开关联的超速，在停机阶段完成存储组件的再充电。
因此，使用在发电厂附近的另外的备选发电组件（例如，基于可再生的使用或电池的使用）或使用备用发电设施（例如，传统上用于器件的安全正常停机或启动的柴油机引擎），所存储的动能可维持不确定的时期（具有表示仅额定容量的2%的损耗）。然而，在任何时候，可直接从网络充电惯性存储组件2，紧接着恢复用于供电的网络的可用性。图4表示配备有此类用于发电的备用组件的器件。
图4示出经由断路器Disj2连接到网络Res的变压器T、发电机1及它的关联的发电单元、以及以动能的形式的电能存储组件2，如从图4中将看到的，中等电压（m.v.）网络配备有多个附加的能源（例如S1、S2、S3以及S4），例如包括经由变压器（例如T’）并且经由断路器Disj3（其也受控于控制器3（未在此图表中表示））连接到m.v.网络的可再生能量（例如太阳能、风力等）的转换系统。
将看到，m.v.网络也配备有与变压器T"和断路器Disj4关联的发电机励磁器4并且配备有也与变压器T'''和断路器Disj5关联的静态变频器SFC。
在燃气涡轮/蒸汽涡轮的重启期间，或在联合循环模式中的操作期间，惯性存储组件可用作支持设施用于抵消与泵（具体而言为再循环泵）的启动以及到负载换向逆变器LCI的电力供应关联的电流峰值。因此，存储组件将允许柴油机引擎（其在传统上用于涡轮重启）的额定容量的减小，或甚至可输送启动的初始时刻所要求的能量，因此提供用于所述引擎的启动的充分时间并且消除其连续预热或预润滑的需要。
因此，存储系统允许有效功率需求的平滑。在此情况下，控制器管理在很短时间内将输送的能量，因此允许对消耗中的所有峰值的响应。
因此可以设计器件的启动系统的尺寸用于遵从常数容量斜率，服从有限负载需求。
可以考虑用于设计能量存储组件2的尺寸的三个准则。
第一考虑可以是与器件上的设备的启动关联的消耗中的峰值的消除，如参考图3以前所示的。
第二考虑可以是在传统上适合器件的柴油机引擎系统的最大单元容量的限制。
最后，它可以是旨在通过确保其容量的常数增加（倾斜）而限制对备用发电机组的约束。
如上所示，在网络缺失或中断的情况下，控制器2致动附加的断路器Disj2用于发电机与网络的断开以及在“安全”模式中它的停机的开始。控制器也将致动断路器Disj1用于发电机1到能量存储组件2的连接。
由关联的马达/发电机转换成电的轴线的速度的突然增加用于存储组件2的再充电。因此，作为与超速关联的惯性的结果，存储组件可在几秒内完全充电。
由于传统系统必须不断地预润滑并预热以便允许其快速启动，所以用于存储组件的再充电的此系统相对于传统系统（例如基于柴油机引擎的使用）有利。
由动能存储系统的使用消除这些缺点，由控制器将响应于中断而适当地为动能存储系统充电用于停机序列（其持续大约10分钟）所要求的到辅助的电力供应。
此外，在备用柴油机引擎失效或不可用性的情况下（发电厂传统上装备有备用柴油机引擎用于设备的安全停机的必需的电的供应），也可召集惯性存储组件2作为用于涡轮的正常停机以及在满意状况下的涡轮的停机所要求的必要辅助（例如润滑和冷却系统）的供应。
控制器还能够检测网络上的在给定阈值之下的突然的电压降，其中发电厂连接到该网络。例如，这可涉及在至少2秒的时期上的电压降的检测。在此情况下，控制器3将致动断路器Disj1和能量存储组件来确保供应非常易受电压降影响的部件所要求的存储组件2上的最小充电容量的维持。
还将注意，本发明提出用于燃气涡轮或联合循环发电器件的控制过程，燃气涡轮或联合循环发电器件允许在稳态或瞬时状况下的频率控制或电压控制的部署。
参考图5，可以由控制器组合管理两个控制功能，第一，用于有效功率的供应或有效功率P的吸收（通过控制能量存储组件的充电和放电），以及第二，一旦有效功率的水平已经安全，用于包括网络上的无功功率Q的供应或吸收的第二功能的供给。
将注意，控制系统可同时最优化这两种控制功能。作为示例，有效功率的最大生成/吸收可限制为近似13.4%，因此允许高达最大表观功率的50%的值的无功功率（电感性或电容性）的生成。
最后可参考图6，图6是控制器所部署的控制过程的示意表示，其以逻辑图的形式示出但不作为限制，并且图6表示根据控制器所接收的信息将呈递的各种功能，以及用于所述存储组件的充电和放电以及存储组件到分配网络或发电厂网络的连接的能量存储组件的管理。
如从此图中将看出的，有包括发电厂的状态的监测的初始阶段（阶段10），例如通过检查工厂状态变量的值。例如，将确定发电机是在运行中还是停机。如果发电机停机，在网络缺失的情况下，例如通过检查中断变量来检测，则由电池的使用维持存储在能量存储组件中的能量。相反地，如果网络维持在运行中，则通过使用网络或通过使用第二能源（例如，可再生的）来维持所存储的能量（阶段11）。如果需要器件的启动，则在所述能量存储组件中存储的能量将用于此目的（阶段12）。
如果在以前的阶段10中已经确定发电厂在运行中，则在检测到网络缺失的情况下（阶段13），将从发电机充电能量存储组件（在发电机断开的情况下），或将以其它方式从柴油机引擎充电能量存储组件（阶段14）。
在下一阶段15中，例如由主要服务变量的控制来检测主要储备容量的需求。如果召集主要储备，则取决于能量存储组件的状态将供应或吸收对应于容量需求与发电厂能够供应的容量之间的差的容量水平（阶段16）。相反地，在阶段17中，将检测网络上的过压以及发电厂的内部网络上的过压（LVRT变量）。在分配网络或发电厂的内部网络上的过压的情况下，将电力输送到辅助系统以便允许容量的吸收，并且根据能量存储组件的充电水平将无功功率输送到网络（阶段18）。
在没有过压的情况下，例如由频率调节变量的控制，将检测频率控制功能的要求（阶段19）。如果是此情况，则根据必需的频率控制并且根据能量存储组件的充电状态而将供应或吸收容量（阶段20）。
最后，如果不要求频率控制，则在下一阶段21中生成谐波值，并且将谐波滤出（阶段22）。然后过程回到以前的阶段10，用于监测发电厂的状态。

Claims (21)

1.一种发电器件，包括：
发电组件，所述发电组件用于耦合到发电机的燃气涡轮、蒸汽涡轮或联合循环型、或可再生能源、或所述组件中的一些或所有的组合，所述发电组件设计为连接到分配网络(Res)；
能量存储组件(2)，其用于存储动能和电能，所述能量存储组件连接到所述分配网络；
备用发电组件；以及
控制器(3)，用于管理所述能量存储组件的操作以及所述能量存储组件(2)到所述发电组件以及到所述分配网络的连接；其中，所述控制器接收分别来源于所述分配网络、所述能量存储组件、所述发电组件以及网络操作员的一系列信息(I1、I2、I3、I4)，以便控制从所述能量存储组件输送到所述分配网络和所述发电器件的辅助系统的电的产出。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述控制器能够基于所述能量存储组件中可用的能量来调节所述发电器件中可用的主要储备容量的水平。
3.根据权利要求1和2中的一项所述的器件，其特征在于，所述控制器能够响应于所述网络操作员的请求而控制从所述能量存储组件(2)到所述分配网络的供电。
4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述控制器(3)能够应所述网络操作员的请求并且受制于所述能量存储组件中可用的能量而参与所述分配网络上的频率控制。
5.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述控制器能够在预定持续时间的电压降的情况下控制从所述能量存储组件(2)到所述辅助系统的供电。
6.根据权利要求1和5中的一项所述的器件，其特征在于，其中所述发电组件包括连接到所述燃气涡轮或所述蒸汽涡轮的发电机，一旦所述发电组件停机，所述控制器能够从所述发电器件的轴线的惯性发起所述能量存储组件的充电。
7.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述控制器(3)能够调节从所述能量存储组件中可用的能量输送到所述分配网络的有功和/或无功功率的水平。
8.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述能量存储组件包括连接到马达/发电机的至少一个飞轮和/或一系列电池的组合。
9.根据权利要求8所述的器件，其特征在于，所述发电器件包括连接到其关联的功率电子部件的一系列辅助电源，其能够维持充电的飞轮的转动。
10.根据权利要求9所述的器件，其特征在于，所述辅助电源是所述电池或可再生能量型。
11.根据权利要求1项所述的器件，其特征在于，所述能量存储组件包括用于调节所述存储组件中的电流、电压以及频率的功率电子部件。
12.一种发电器件的控制过程，所述发电器件包括设计为连接到分配网络(Res)的发电组件、能量存储组件(2)以及控制器(3)，所述控制器(3)用于管理所述能量存储组件的操作以及所述存储组件(2)到所述发电组件和到所述分配网络的连接，其中，所述控制过程包括：
接收分别来源于所述分配网络、所述能量存储组件以及所述发电组件的一系列信息(I1、I2、I3)；
基于接收到的所述一系列信息来控制从所述能量存储组件输送到所述分配网络和所述发电器件的辅助系统的发电；
控制所述能量存储组件用于不同功能的连续执行；
响应于分配网络操作员的指令来控制从所述能量存储组件将电能供应到所述分配网络；并且
维持两个功能之间的最佳充电状态。
13.根据权利要求12所述的过程，其特征在于，基于所述能量存储组件中可用的能量来调节在所述发电器件中可用的主要储备容量的水平。
14.根据权利要求12和13中的一项所述的过程，其特征在于，由所述能量存储组件输送到所述分配网络的能量包括由所述分配网络操作员通知的能量需求与受限于燃气涡轮和蒸汽涡轮的惯性的由所述发电组件供应的能量之间的差。
15.根据权利要求12所述的过程，其特征在于，使用所述能量存储组件中可用的能量应所述分配网络操作员的请求来调节网络频率。
16.根据权利要求12所述的过程，其特征在于，其中所述发电组件包括连接到燃气涡轮或蒸汽涡轮的发电机，在所述发电组件的停机阶段期间，从所述发电组件中的轴线的惯性充电所述能量存储组件。
17.根据权利要求12所述的过程，其特征在于，所述能量存储组件能够支持所述发电器件的启动，由此限制所述分配网络或发电机组上的任何当前需求以及网络缺失。
18.根据权利要求12所述的过程，其特征在于，所述能量存储组件能够通过供应所述发电组件的所述辅助系统来支持所述发电组件的停机。
19.根据权利要求12所述的过程，其特征在于，所述控制器检测/接收关于所述分配网络中的电压降的信息，并且从所述能量存储组件(2)供电到所述辅助系统。
20.根据权利要求19所述的过程，其特征在于，在预定持续时间的所述分配网络上的电压降的情况下，对维持所述分配网络上的电压作出贡献，并且从所述能量存储组件(2)供电给所述辅助系统。
21.根据权利要求12所述的过程，其特征在于，使用所述能量存储组件中可用的能量来调节输送到所述分配网络的有功和/或无功功率的水平。
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