CN103249946A

CN103249946A - 发电系统

Info

Publication number: CN103249946A
Application number: CN2011800363194A
Authority: CN
Inventors: 八杉明
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2013-08-14
Also published as: JP5449532B2; JPWO2013084288A1; US20130144450A1; KR20130098189A; WO2013084288A1

Abstract

本发明的目的在于提供能够降低短周期以及长周期的输出变动的发电系统。提供一种发电系统（1），包括：抽蓄发电设备（3），用于对风车（2）的长周期的输出变动进行平衡化；电力储备设备（4），用于对风车（2）的短周期的输出变动进行平衡化；以及中央控制装置（5），用于对风车（2）、抽蓄发电设备（3）、以及电力储备设备（4）提供控制指令。

Description

发电系统

技术领域

本发明涉及发电系统，特别涉及具有风车的发电系统。

背景技术

以往，已知如下发电系统：将风车和蓄电装置进行组合，通过蓄电装置将风车的短周期性的输出变动进行缓和，实现稳定的供电。

此外，在美国专利第7,239,035号说明书中，公开了将风车和抽蓄发电进行组合的发电系统。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第7,239,035号说明书

发明内容

但是，风车包括短周期的输出变动和长周期的输出变动。对于短周期的输出变动，能够如以往那样通过蓄电装置将其降低。但是，对于长周期的输出变动，由于变动量大，因此如果想要通过蓄电装置来应对，则需要大容量的蓄电装置，从经济上的观点出发并不理想。

本发明的目的在于，提供能够降低短周期以及长周期的输出变动的发电系统。

用于解决课题的手段

本发明的第1方式是一种发电系统，具有：风车；可变输出发电设备，用于对所述风车的长周期的输出变动进行平衡化；电力储备设备，用于对所述风车的短周期的输出变动进行平衡化；以及中央控制部件，对所述风车、所述可变输出发电设备、以及所述电力储备设备提供控制指令，所述风车、所述可变输出发电设备、以及所述电力储备设备的输出提供给公共的电力系统，所述长周期的一个周期为数分钟以上，所述短周期的一个周期比所述长周期短。

本发明的第2方式是一种发电系统，包括：风车，具有抑制短周期的输出变动的功能；可变输出发电设备，用于对所述风车的长周期的输出变动进行平衡化；以及中央控制部件，对所述风车以及所述可变输出发电设备提供控制指令，所述风车以及所述可变输出发电设备的输出被提供给公共的电力系统，所述长周期的一个周期为数分钟以上，所述短周期的一个周期比所述长周期短。

发明效果

根据本发明，起到能够降低短周期以及长周期的输出变动的效果。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的发电系统的整体结构的图。

图2是从中央控制装置具备的功能中提取了与抽蓄发电设备和电力储备设备的控制有关的功能而表示的功能方框图。

图3是表示了风速和风车输出相关联的表格的一例的图。

图4是表示了对风车输出预测部输入的风状况预测的一例、以及对于该风状况预测的风车输出的一例的图。

图5是表示了对长周期分量提取部输入的风车的输出预测、以及从长周期分量提取部输出的长周期分量的一例的图。

图6是表示了由第1控制指令生成部处理的目标输出的一例的图。

图7是表示了由第1控制指令生成部处理的目标输出的一例的图。

图8是表示了短周期的输出变动的一例的图。

图9是用于说明梯度功率控制的效果的图。

图10是表示了本发明的其他方式的发电系统具备的风车控制装置的一结构例的图。

图11是表示了本发明的其他方式的发电系统具备的风车控制装置的一结构例的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的一实施方式的发电系统。

图1是表示本实施方式的发电系统的整体结构的图。如图1所示，发电系统1作为主要结构而包括风车2、用于将风车2的长周期的输出变动平衡化的抽蓄发电设备（可变输出发电设备）3、用于将风车2的短周期的输出变动平衡化的电力储备设备4、以及中央控制装置（中央控制部件）5。

长周期例如是指一个周期为数分钟以上，在本实施方式中假设20分钟以上。此外，短周期是指比长周期短的周期，在本实施方式中假设一个周期为几秒至几十秒的范围。

来自风车2、抽蓄发电设备3以及电力储备设备4的输出通过公共的联系点A提供给公共的电力系统6。

在图1中，例示了具有一台风车2的情况，但也可以设置多台风车2。在具有多个风车2时，抽蓄发电设备3以及电力储备设备4工作，以分别将多个风车2的总输出中的长周期、短周期的输出变动进行平衡化。此外，对于抽蓄发电设备3以及电力储备设备4也可以分别设置多台。

抽蓄发电设备3作为主要的结构而包括泵31、下部蓄水池32、上部蓄水池33、以及控制装置34。抽蓄发电设备3利用泵31，从下部蓄水池32向上部蓄水池33提上水，并从上部蓄水池33向下部蓄水池32泄水，从而进行发电。

在从中央控制装置5接受了表示消耗电力的指令时，使泵31驱动，并从下部蓄水池32向上部蓄水池33提上水，从而消耗电力，在从中央控制装置5接受了表示提供电力的指令时，将通过从上部蓄水池33向下部蓄水池32泄水而获得的发电电力提供给电力系统6。抽蓄发电设备3中的电力消耗、发电等的控制由控制装置34进行。

电力储备设备4具有电池、电容（电容器）等的蓄电装置41、电力变换装置42、以及控制装置43。在从中央控制装置5接受了消耗风车2的输出的指令时，经由电力变换装置42，将电力蓄电至蓄电装置41，在从中央控制装置5接受了进行电力供应的指令时，将在蓄电装置41中蓄电的电力经由电力变换装置42提供给电力系统6。电力变换装置42的控制由控制装置43进行。

中央控制装置5基于从管理电力系统6的电力管理室（例如，电力公司等）通知的联系点A中的请求输出信息以及频率信息等，例如生成使联系点A中的输出成为目标电力的、风车2的输出指令，并分别发送给风车2。由此，风车2基于从中央控制装置5提供的输出指令，控制输出电力以及输出电流。

此外，中央控制装置5基于风车2的设置区域的风状况预测信息，获得风车2的输出预测，并利用该输出预测，分别算出使风车2的长周期以及短周期的输出变动平衡化的抽蓄发电设备3的控制指令以及电力储备设备4的控制指令，并将这些控制指令分别输出到抽蓄发电设备3以及电力储备设备4。

图2是从中央控制装置5具备的各种功能中提取了与抽蓄发电设备3以及电力储备设备4的控制有关的功能而表示的功能方框图。如图2所示，中央控制装置5具有风车输出预测部11、长周期分量提取部12、第1控制指令生成部13、第2控制指令生成部14、发送部15。

风车输出预测部11作为输入信息而取得风车2的设置区域的风状况预测信息，并根据该风状况预测信息，预测风车2的输出。例如，风车输出预测部11以规定的时间间隔重复进行从当前起至一定时间后（例如，12个小时后）为止的风车2的输出预测。

风车输出预测部11具有例如将风速和风车输出相关联的表格或者函数，并利用该表格或者函数来预测风车2的输出。图3是表示了将风速和风车输出相关联的表格的一例的图，图4是表示了对风车输出预测部11输入的风状况预测的一例、以及对于该风状况预测的风车2的输出预测的一例的图。

这里，作为风状况预测信息，例如能够利用从气象局提供的中等尺度模型的风状况预测信息。此外，也可以设为基于从气象局提供的气象数据以及风车2的设置区域中的地形数据，进行考虑了地形之后的精度更高的风状况预测，并采用该风状况预测信息。

长周期分量提取部12从在风车输出预测部11获得的风车2的输出预测，提取长周期分量。例如，长周期分量提取部12能够通过低通滤波器而提取长周期分量。图5表示对长周期分量提取部12输入的风车2的输出预测、以及从长周期分量提取部12输出的长周期分量的一例。

由长周期分量提取部12提取的长周期分量被输出到第1控制指令生成部13以及第2控制指令生成部14。

第1控制指令生成部13根据来自长周期分量提取部12的长周期分量以及目标输出，生成作为至抽蓄发电设备3的输出控制指令的第1控制指令。更具体来说，第1控制指令生成部13通过某规定的期间（例如，6个小时或者12个小时等），生成将时刻以及第1控制指令相关联的时间表信息。

该时间表信息通过如（1）式所示那样从目标输出减去长周期分量而求出。

Pc(t)=Pr(t)-Pw_L(t) （1）

在上述（1）式中，Pc(t)是作为至抽蓄发电设备的输出控制指令的第1控制指令，Pr(t)是目标输出，Pw_L(t)是在长周期分量提取部12中提取的长周期分量。

这里，如图6所示，目标输出可以是预先决定的一定的值，也可以是如图7所示那样，基于长周期分量，在每个规定的期间动态决定的值。例如，如图7所示，将长周期分量按照每个规定的时间而划分，并设定在每个区间对长周期分量进行了平衡化后的值作为目标输出。可以任意地设定上述一个区间的时间，例如可以设定为抽蓄发电设备3的控制循环，也可以基于来自系统侧的指令而设定。此外，各区间的长度可以是一定的，也可以是变动的。

第2控制指令生成部14作为输入信息而取得来自长周期分量提取部12的长周期分量以及风车2的实测输出，并根据这些信息而生成作为至电力储备设备4的输出控制指令的第2控制指令。例如，第2控制指令生成部14将如（2）式所示那样从长周期分量减去了风车2的实测输出的值作为输出控制指令。

Pb(t)=Pw(t)-Pw_L(t) （2）

在上述（2）式中，Pb(t)是作为至电力储备设备4的输出控制指令的第2控制指令，Pw(t)是风车2的实测输出，Pw_L(t)是在长周期分量提取部12提取的长周期分量。

另外，对于上述第2控制指令的计算方法，并不限定于上述例子。例如，可以应用利用蓄电装置41使短周期中的风车2的输出变动降低的公知技术。

这样，第2控制指令并非是如上述第1控制指令那样通过规定期间而调度的，而是每次基于风车2的实测输出与长周期分量而决定的。

由第1控制指令生成部13以及第2控制指令生成部14生成的第1控制指令以及第2控制指令通过发送部15分别输出到抽蓄发电设备3的控制装置34以及电力储备设备4的控制装置43。

在抽蓄发电设备3中，控制装置34基于从中央控制装置5接收到的第1控制指令的时间表信息，控制泵31等，从而进行与第1控制指令相应的电力消耗或者电力供应。具体来说，在第1控制指令是消耗电力的指令时，驱动泵31，使下部蓄水池32的水移动至上部蓄水池33，从而消耗来自风车2的输出，在第1控制指令是提供电力的指令时，将通过将在上部蓄水池33中储备的水向下部蓄水池32泄水而产生的发电电力提供给联系点A。

由此，进行如图6、图7所示那样的风车2的长周期的变动分量与目标输出一致的控制，能够对长周期中的风车2的输出变动进行平衡化。

此外，在电力储备设备4中，控制装置43基于从中央控制装置5接收到的第2控制指令控制电力变换装置42，从而进行与第2控制指令相应的充放电。具体来说，在为消耗电力的指令的情况下，经由电力变换装置42将风车2的输出充电至蓄电装置41，在为提供电力的指令的情况下，经由电力变换装置42将蓄电装置41的电力放电，从而向联系点A提供电力。

由此，进行如图8所示那样的风车2的短周期的变动分量与目标输出一致的控制，能够对短周期中的风车2的输出变动进行平衡化。

在具有这样的结构的发电系统1中，由中央控制装置5重复执行以下的控制。

首先，对中央控制装置5的风车输出预测部11输入风状况预测信息，并根据该风状况预测信息获得风车2的输出预测。接着，在长周期分量提取部12中，根据风车2的输出预测，提取长周期分量，并将该提取的长周期分量输出到第1控制指令生成部13以及第2控制指令生成部14。

在第1控制指令生成部13中，根据长周期分量与目标输出，生成第1控制指令的时间表信息，该第1控制指令的时间表信息经由发送部15而发送到抽蓄发电设备3的控制装置34。

此外，在第2控制指令生成部14中，被输入长周期分量与风车2的实测输出，根据这些信息而生成第2控制指令。第2控制指令经由发送部15而发送到电力储备设备4的控制装置43。

由此，基于第1控制指令的时间表信息，控制抽蓄发电设备3，并基于第2控制指令，控制电力储备设备4。

如以上说明那样，根据本实施方式的发电系统1，根据风车的设置区域的风状况预测信息而进行风车2的输出预测，并根据该输出预测提取长周期的输出变动分量，生成使该长周期输出变动平衡化的第1控制指令而发送给抽蓄发电设备3，并生成通过从风车2的实测输出减去长周期的输出变动而获得的使短周期的输出变动平衡化的第2控制指令而发送给电力储备设备4。

这样，基于第1控制指令以及第2控制指令控制抽蓄发电设备3以及电力储备设备4，因此风车的短周期以及长周期的输出变动被平衡化，能够将稳定的电力提供给电力系统6。

此外，与抽蓄发电设备3相比，电力储备设备4的响应速度快，短周期的输出变动的平衡化好。此外，与电力储备设备4相比，抽蓄发电设备3的容量大，大容量的输出变动的平衡化好。

从而，对短周期的输出变动的平衡化利用电力储备设备4，对长周期的输出变动的平衡化利用抽蓄发电设备3，从而能够实现利用了具有适当的响应性和适当的规模的发电设备的输出变动的平衡化。由此，与以往的仅在电力储备设备中进行长周期以及短周期的变动的平衡化的情况相比，能够降低系统的成本。

进而，基于第1控制指令的时间表信息而控制抽蓄发电设备3，因此能够预先掌握发电预定时间与所需的水的量。由此，例如，根据时间表信息事先使所需的水量移动至上部蓄水池33，从而能够抑制伴随无用的水的移动的电力消耗。

在本实施方式的发电系统1中，基于第1控制指令的时间表信息而控制抽蓄发电设备3，但在风车2的实际的输出与风车的预测输出不同时，在电力储备设备4中吸收其差异（参照上述（2）式）。

但是，在风车2的实际的输出与风车的预测输出相差甚远时，通过上述（2）式计算的第2控制指令会超过电力储备设备4的容量，通过电力储备设备4也无法将变动全部吸收。因此，在这样的情况下，也可以再次重新进行风车的输出预测，再次生成对于抽蓄发电设备3的第1控制指令的时间表信息，并将新的第1控制指令的时间表信息输出到抽蓄发电设备3。

在本实施方式中，基于风状况预测信息而预测了风车输出，但并不限定于该例子，例如，也可以根据过去的风车的输出历史来预测数分钟或者几十分钟后为止的风车输出，并基于该预测结果而提取长周期分量，并利用该长周期分量而进行上述的抽蓄发电设备3以及电力储备设备4的控制。

此外，在本实施方式中，设作为用于对风车2的长周期的变动进行平衡化的设备而利用抽蓄发电设备3，但也可以设代替其而利用大型的电力储备设备，例如利用能够故意变动火力发电等的输出的发电设备等。

此外，在本实施方式中，设对短周期的输出变动的平衡化利用了电力储备设备4，但也可以设为代替其而采用风车的控制中的所谓的“梯度功率控制（倾斜率控制）”。

该“梯度功率控制”是在IEC6140025-2中的C.2的b项中规定的控制方法，如图9所示，是抑制风车的短周期的输出变动的控制方法。

图10表示采用了梯度功率控制的风车控制装置20的功能方框图。如图10所示，在根据转速来决定输出指令值为止的处理步骤中，通过设置低通滤波器（变动抑制部件）21而抑制输出指令值的变动。具体来说，风车控制装置20具有低通滤波器21以及转速-输出变换表格22。

在具有这样的结构的风车控制装置20中，风车2的轴转速或发电机的叶轮转速通过低通滤波器21而被平衡化，且利用转速-输出变换表格22来决定与平衡化后的转速相应的输出指令值。所决定的输出指令值被输出到发电机控制装置（省略图示）以及螺旋角（pitch angle）控制装置（省略图示），发电机以及叶片的螺旋角被控制。

例如，在梯度功率控制中，通过使作为输入信息的转速通过低通滤波器而将其平衡化，并据此来设定输出指令值，因此能够出现即便转速上升，风车输出也不会与此相应地上升的情况。此时，剩余能量被用于叶轮的转速上升，但此时控制螺旋角而防止发生过旋转。

如以上说明那样，代替电力储备设备4而通过风车的控制对短周期的输出变动进行平衡化，从而可以不需要电力储备设备4，能够实现系统的简化。

另外，除了图10所示的结构之外，还可以例如设为如图11所示那样，在转速-输出变换表格22的后级设置低通滤波器21。

此外，也可以设为代替上述低通滤波器21而利用速率限制器（变动抑制部件）。此时，速率限制器可以设置在图10、图11所示的低通滤波器21的位置。速率限制器的设定值优选设定为对抑制短周期变动做贡献的变化率（例如，200kW/sec左右）。

此外，在上述例子中，基于转速而决定了输出指令值，但也可以设为代替其而基于风速来决定输出指令值。此时，代替转速-输出变换表格22而应用将风速和输出指令值相关联的风速-输出变换表格。

标号说明

1 发电系统

2 风车

3 抽蓄发电设备

4 电力储备设备

5 中央控制装置

6 电力系统

20 风车控制装置

21 低通滤波器

22 转速-输出变换表格

31 泵

32 下部蓄水池

33 上部蓄水池

34、43 控制装置

41 蓄电装置

42 电力变换装置。

Claims

1.一种发电系统，具有：

风车；

可变输出发电设备，用于对所述风车的长周期的输出变动进行平衡化；

电力储备设备，用于对所述风车的短周期的输出变动进行平衡化；以及

中央控制部件，对所述风车、所述可变输出发电设备、以及所述电力储备设备提供控制指令，

所述风车、所述可变输出发电设备、以及所述电力储备设备的输出提供给公共的电力系统，

所述长周期的一个周期为数分钟以上，所述短周期的一个周期比所述长周期短。

2.如权利要求1所述的发电系统，其中，

所述中央控制部件从所述风车的输出预测提取长周期分量，并对所述可变输出发电设备输出用于对所提取的长周期分量进行平衡化的第1控制指令。

3.如权利要求2所述的发电系统，其中，

所述中央控制部件将时刻和所述第1控制指令通过规定的期间被相关联的第1控制指令的时间表信息输出给所述可变输出发电设备。

4.如权利要求2或3所述的发电系统，其中，

所述中央控制部件取得竖立所述风车的区域的风状况预测信息，并从风状况预测信息获得所述风车的输出预测。

5.如权利要求2至4的任一项所述的发电系统，其中，

所述中央控制部件通过从所述风车的实测输出减去所述长周期分量而算出第2控制指令，并将其输出到所述电力储备设备。

6.如权利要求5所述的发电系统，其中，

所述中央控制部件在所述第2控制指令超过了所述电力储备设备的容量时，重新进行所述风车的输出预测，从而再次生成所述第1控制指令的时间表信息，并将所生成的所述第1控制指令的时间表信息输出到所述可变输出发电设备。

7.如权利要求1至6的任一项所述的发电系统，其中，

所述可变输出发电设备是抽蓄发电设备。

8.一种发电系统，包括：

风车，具有抑制短周期的输出变动的功能；

可变输出发电设备，用于对所述风车的长周期的输出变动进行平衡化；以及

中央控制部件，对所述风车以及所述可变输出发电设备提供控制指令，

所述风车以及所述可变输出发电设备的输出被提供给公共的电力系统，

9.如权利要求8所述的发电系统，其中，

所述风车具有用于基于转速或风速而决定输出指令值的风车控制部件，

所述风车控制部件具有用于将所述输出指令值的变动抑制在允许范围内的变动抑制部件。