CN107077111A - 公用电网、间歇能量管理系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制电力网的操作条件的方法，其中电力网具有与其连接的间歇供电电源，所述方法包括：使用能量变化控制器，通过以下方式对间歇供电电源向电力网输送的功率输出的变化性进行控制：监控间歇供电电源附近的地点的实际环境值，间歇供电电源的可用功率输出取决于实际环境值；当实际环境值正在增加并因此增加可用功率输出时，根据预定的增加比率来增加所输送的功率输出；监控该地点的预测环境值；当预测环境值正在减小时，根据预定的减小比率来减少所输送的功率输出；以及，将所输送的功率输出限制为低于预定临界值。

Description

公用电网、间歇能量管理系统
相关申请的交叉参考
本申请要求享有于2013年12月26日提交的美国临时申请61/921,077的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及公用电网控制领域，并且更具体地涉及一种公用电网、间歇能量管理系统，以及用于管理公用电网中的操作条件的方法。
背景技术
间歇式发电厂使用例如太阳能光伏模块或风力涡轮机来利用间歇能量资源进行发电。然而，太阳辐照或风速的变化会使由间歇式发电厂所产生的功率发生变化。这称为能量变化性。能量变化性可导致向电力消耗设备输出的电力的电压或频率产生变化。覆盖在地理区域上的一组发电厂、电力消耗设备以及相关的基础设施可形成电力网或公用电网。由间歇式发电厂所产生功率的变化可导致公用电网中包括电压和频率在内的操作条件的变化超出了它们的标准范围或所需范围。
如上所述，公用电网通常包括覆盖在地理区域上的多个发电厂。公用电网通常还包括电力消耗设备和电网基础设施，电网基础设施例如是用于发电厂、电力消耗设备和/或任何其他的基础设施互相连接、控制、维护和/或改进的基础设施。例如，公用电网可包括将该公用电网中的发电厂、电力消耗设备以及其他设备互相连接的电气配电线路。
通常，公用电网中的操作条件由能量管理系统进行管理。公用电网的能量管理系统控制那种使用类似煤、天然气、油或水力的连续能量资源的发电厂，并且控制例如变压器、断路器、电容器和反应器的常规的控制设备以将操作条件保持在所需范围内。由能量管理系统控制的电力参数(以下称为操作条件)可包括有功功率和无功功率、功率因数、电压和频率。
现有的公用电网存在的一个问题是：当这些电网中的间歇式发电厂的容量增长时，能量管理系统通过调节使用连续能量资源的发电厂的功率和/或通过配置常规控制设备而将这些电网的操作条件维持在所需范围内的能力变得有限。而后，这限制了公用电网在维持电网稳定性的同时从间歇式发电厂接收具有经济价值和环境价值的功率的能力，并且这可导致公用基础设施和例如配电变压器的控制设备上的额外损耗。特别是，常规的控制系统并不包括针对管理包括有间歇式发电厂的公用电网中的操作条件的充足准备。
因此，目前的需求是：一种改进的公用电网、间歇能量管理系统以及用于管理公用电网中的操作条件的方法。因此，需要一种至少能部分地解决上述或其他缺点的方案。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制电力网的操作条件的方法，其中电力网具有与其连接的间歇供电电源，所述方法包括：使用能量变化控制器，通过以下方式对间歇供电电源向电力网输送的功率输出的变化性进行控制：监控间歇供电电源附近的地点的实际环境值，间歇供电电源的可用功率输出取决于实际环境值；当实际环境值正在增加并因此增加可用功率输出时，根据预定的增加比率来增加所输送的功率输出；监控用于所述地点的预测环境值；当所述预测环境值正在减小时，根据预定的减小比率来减少所输送的功率输出；以及，将所输送的功率输出限制为低于预定临界值。
根据本发明的其他方面，提出了例如数据处理系统、间歇能量管理系统以及能量变化控制器的装置，并提出适用于这些装置的方法，以及例如上面录入有用于实现本发明方法的程序指令的计算机可读介质或产品、以及计算机程序产品或软件产品(例如包括非暂时性介质)的制品。
附图说明
通过结合附图并根据下文的详细描述，本发明实施例的进一步的特征及优点将变得更为明显，附图中：
图1为示出了根据本发明的实施例的公用电网的框图；
图2为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网的框图；
图3为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网的框图；
图4为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网的框图；
图5为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网的框图；
图6为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网的框图；
图7为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网的框图；
图8为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网的框图；
图9为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网的框图；
图10为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网的框图；
图11为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网的框图；
图12为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网的框图；
图13为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网的框图；
图14为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网的框图；
图15为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网的框图；
图16为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网的框图；
图17为示出了根据本发明的实施例的间歇能量管理系统的框图；
图18为示出了根据本发明的另一个实施例的间歇能量管理系统的框图；
图19为示出了根据本发明的另一个实施例的间歇能量管理系统的框图；
图20为示出了根据本发明的另一个实施例的间歇能量管理系统的框图；
图21为示出了根据本发明的实施例的功率削减的曲线图；
图22为示出了根据本发明的实施例的斜升控制的曲线图；
图23为示出了根据本发明的实施例的增量控制的曲线图；
图24为示出了根据本发明的实施例的分布式发电削减的曲线图；
图25为示出了根据本发明的实施例的数据处理系统的框图；以及，
图26为示出了根据本发明的实施例的对数据处理系统内的用于控制电力网的操作条件的模块进行操作的流程图，所述电力网具有与其连接的间歇式供电电源。
应当注意，在整个附图中类似特征以类似附图标记标示。
具体实施方式
在下文描述中，将对细节加以说明以提供对本发明的理解。在一些实例中，没有详细描述或示出某些软件、电路、结构和方法，以便不对发明造成干扰。术语“数据处理系统”或“系统”在本文中是指用于处理数据的任何机器设备，这包括本文所描述的控制系统、控制器、能量管理系统、间歇能量管理系统、能量变化控制器、计算机系统以及网络配置。本发明可由为使数据处理系统的操作系统提供出能支持本发明要求的功能而提供的任何计算机编程语言来实现。存在的任何限制将是由于特定类型的操作系统或计算机编程语言所导致的，而这并不对本发明造成限制。本发明还可通过硬件或软、硬件结合的方式来实现。
图25为示出了根据本发明的实施例的数据处理系统3000的框图。数据处理系统3000适用于监控并控制公用电网，并且适用于充当控制系统、控制设备、可编程逻辑控制器(“PLC”)、监督控制与数据采集单元(“SCADA”)、能量管理系统(“EMS”)、能量变化控制器、间歇功率控制装置、间歇能量管理系统等。如下文所描述的那样，数据处理系统3000还适于进行数据的处理、管理、存储以及连同用户界面或图形用户界面(“GUI”)来生成、显示和调整展示报告。数据处理系统3000可以是在客户端/服务器系统中的客户端和/或服务器。例如，数据处理系统3000可以是服务器系统或个人计算机(“PC”)系统。数据处理系统3000还可以是部署在多个处理器上的分布式系统。数据处理系统3000还可以是虚拟机。数据处理系统3000包括输入设备3100、至少一个中央处理单元(“CPU”)3200、存储器3300、显示器3400以及接口设备3500。输入设备3100可包括键盘、鼠标、跟踪球、触摸感应表面或屏幕、位置跟踪设备、眼球跟踪设备或类似设备。显示器3400可包括计算机屏幕、电视屏幕、显示屏幕、终端设备、触摸感应显示表面或屏幕，或者例如打印机或绘图仪的硬拷贝生产输出设备。存储器3300可包括多种存储设备，其包括通常设置在本领域技术人员所熟知的存储器的层级结构中的内部存储器和外接大容量存储器。例如，存储器3300可包括数据库、随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”)、闪速存储器和/或磁盘设备。接口设备3500可包括一个或多个网络连接。数据处理系统3000可适用于在网络3510中与其他数据处理系统(例如，类似于数据处理系统3000的数据处理系统)通过接口设备3500进行通信。例如，接口设备3500可包括连接到比如互联网和/或另一种有线或无线网络(例如无线局域网(“WLAN”)、移动电话网络等)的网络3510的接口。为此，接口3500可包括适合的信号传送器、接收器、天线等。因此，数据处理系统3000可通过网络3510链接到其他数据处理系统。此外，接口设备3500可包括一个或多个用于将多种传感器(例如SGFREQ、S400、S200、SENVIRON)、状态(指示)输入、模拟量(测量值)输入、计数器输入、模拟量输出以及控制输出连接到数据处理系统3000的输入和输出连接部或输入和输出点。CPU 3200可包括或可操作地连接到专用协处理器、存储设备或其他硬件模块3210上。CPU 3200可操作地连接到存储了用于系统3000的综合管理的操作系统(例如3310)的存储器3300上。CPU 3200可操作地连接到用于接收用户指令或查询以及用于在显示器3400上向用户显示这些指令或查询的结果的输入设备3100上。还可通过接口设备3500来接收指令和查询，并且可通过接口设备3500来传送结果。数据处理系统3000可包括用于存储数据和编程信息的数据存储系统或数据库系统3320。数据库系统3320可包括数据库管理系统(例如3320)和数据库(例如3320)，并且可存储在数据处理系统3000的存储器3300中。通常，数据处理系统3000已经在其中存储了代表指令序列的数据，当该指令序列执行时会促使本文所述的方法得到执行。当然，数据处理系统3000可包括其他软件和硬件，其描述对于理解本发明而言不是必要的。
因此，数据处理系统3000包括用于指导该系统3000实施本发明实施例的计算机可执行程序指令。程序指令可体现为一个或多个常驻在数据处理系统3000的存储器3300中或其他别处(例如3200)的硬件模块3210或软件模块3310。备选地，程序指令可体现在计算机可读介质或产品(例如一个或多个数字视频光盘(“DVD”)、压缩光盘(“CD”)、记忆棒等)上，这些介质或产品可用于向数据处理系统3000的存储器3300传输程序指令。备选地，程序指令可嵌入在计算机可读信号中，或信号承载介质中，再或者是能通过程序指令的销售商或供应商上传到网络3510的产品中，并且这个信号或信号承载介质或产品可由终端客户或潜在买家从网络3510上通过接口(例如3500)下载到数据处理系统3000。
用户可利用例如图形用户界面(“GUI”)3800(以及相关的模块3210、3310)的用户界面与数据处理系统3000交互及数据处理系统的硬件和软件模块3210、3310交互。GUI3800可用于监控、管理并访问数据处理系统3000。GUI由通用操作系统来支持，并且提供显示格式，该显示格式能让用户通过使用例如鼠标的输入设备3100而从菜单中选中被称为图标或条目的图形表征，来选择命令、执行应用程序、管理计算机文件以及执行其他功能。通常，GUI用于向用户传达信息并且接收来自用户的命令，并且GUI通常包括多种GUI对象或控制，这包括图标、工具栏、下拉菜单、文本、对话框、按键等。用户与呈现在显示器3400上的GUI 3800交互通常通过使用输入设备(例如鼠标)3100将指针或光标3900定位在目标(例如图标)3910上，并且通过在目标3910上选中或点击来完成的。通常，基于GUI的系统在显示器3400上的一个或多个“窗口”中向用户呈现应用、系统状态以及其他信息。窗口3920为显示器3400中的大约矩形区域，用户可以在该矩形区域中查看应用程序或文件。这种窗口3920可以打开、关闭、全屏显示、缩小为图标、扩大或缩小尺寸或移动到显示器3400的不同区域。多个窗口可同时显示，例如窗口包括在其他窗口内、窗口与其他窗口重叠或者窗口平铺在显示区域内。
图1为示出了根据本发明的实施例的公用电网G的框图。根据本发明的一个实施例，提供了一种用于控制在电力网或公用电网G中的间歇供电电源或系统200的功率输出变化性的方法，电力网或公用电网G包括间歇供电电源200、连续供电电源或系统300，以及功率消耗系统400。本领域技术人员应当理解，公用电网G通常包括多个发电厂或供电电源200、300以及多个功率消耗系统400。
电力网、公用电网或电网G包括一个或多个间歇供电电源200，其可通过例如太阳能光伏模块或风力发电机而在发电厂使用间歇能量资源来发电，在本文中，间歇供电电源可被称为间歇式发电厂。电网G还包括一个或多个连续供电电源300，其可以是使用类似煤、天然气、油或水力来发电的发电厂。电网G还包括一个或多个功率消耗系统400，其可以是一个或一组住宅和/或商用建筑、市政用电负载或工业用电负载、可控负载等。因此，本领域技术人员应当理解，电网G通常包括分散在地理区域上的一组发电厂200,300、电力消耗设备400以及相关的基础设施。电网G的基础设施可包括用于电网G的发电厂200,300、电力消耗设备400和/或任何基础设施的相互连接、控制、维护和/或改进的基础设施。例如，电网G可包括能将发电厂、电网G中的电力消耗设备、电网中的任何基础设施、和/或它们的任意组合相互连接的电气配电线路。如上所述，由间歇式发电厂200所产生功率的变化可导致操作条件(例如公用电网G中的电压和频率)的变化超过它们的标准范围或所需范围。
通常，公用电网G中的操作条件由能量管理系统1000进行管理。能量管理系统1000可配置成类似于上述的数据处理系统3000。公用电网的能量管理系统1000控制连续供电电源300，其可包括使用类似煤、天然气、油或水力的连续能量资源的发电厂，以及例如变压器、断路器、电容器和反应器以将操作条件保持在所需范围内的常规的控制设备320。由能量管理系统1000所控制的操作条件可包括但不限于：有功和无功功率、功率因数、电压和频率。
当公用电网G中的间歇供电电源200的容量连续增长时，能量管理系统1000通过调节使用连续能量资源的发电厂300的功率和/或通过配置常规控制设备320而将这些电网G中的操作条件维持在所需范围内的能力变得有限。而后，这限制了公用电网G在维持电网稳定性的同时从间歇式发电厂200接收具有经济价值和环境价值的功率的能力，并且这可导致公用基础设施和例如配电变压器的控制设备上的额外损耗。
再参照图1，公用电网G包括用于管理电网内的发电和消耗的能量管理系统1000。在图1中，仅详细显示了电网G的一部分，而电网G结构的大部分通过附图标记300进行图示表征，这不仅包括连续供电电源300，还包括电网G的其他组件。本领域技术人员应当理解，电网G的这部分包括一个或多个连续供电300，同时还有多条输电线、电力消耗设备400等。特别是，电网G的这部分包括常规的功率控制设备320。常规的功率控制设备320可以是配电变压器、电容器组合、反应器组合、静止无功补偿装置或其他常规的功率控制设备。此外，本领域技术人员应当理解，可以提供多个额外的常规功率控制设备320来取代仅有的单个设备。
公用电网G还包括至少一个功率消耗系统或设备400。至少一个功率消耗设备400可以是一个或一组住宅或商用建筑、各种的市政用电负载或工业用电负载、可控负在等。电网G还包括间歇供电电源或系统200。在图1中，间歇供电电源200不限于类似以太阳能或风能来发电的特定间歇能量资源。本领域技术人员应当理解，间歇供电电源200可包括：连接到电网G的各种尺寸的单个太阳能发电厂或风力发电厂，或者多个太阳能和/或风力发电厂，或者使用类似溪流水力(in-stream hydro)、波浪、潮汐的间歇能量资源的其他发电厂，或者使用间歇能量资源的任何其他混合式发电厂。并且，本领域技术人员应当理解，间歇供电电源200可包括那种使用能展示出间歇发电特性(即产生波动式功率输出)的任意能量资源的发电厂。
此外，公用电网G包括被配置成控制间歇供电电源200的输出的间歇功率控制设备220。通常，间歇功率控制设备220是功率调节设备(例如逆变器)的主要组成部分，然而，其还可被实现为独立设备。间歇功率控制设备220可实现为可编程微控制器，或备选地，由其他适合的硬件和/或软件方案来实现。间歇功率控制设备220可配置成类似于上文所述的数据处理系统3000。间歇功率控制设备220对与间歇供电电源200的操作条件相关的命令进行响应。本领域技术人员应当理解，术语“操作条件”包括但不限于：有功和无功功率、功率因数、电压和频率。
因此，间歇供电电源200还可被要求向电网G提供一定量的无功功率。在这种情况下，间歇功率控制设备220对间歇供电电源200进行调节，以提供足够量的无功功率。此外，间歇功率控制设备220和常规的功率控制设备320配置成将公用电网G中的操作条件维持在所需范围内。此外，本领域技术人员应当理解，术语“操作条件”包括但不限于：电压、频率和功率因数。
公用电网G还包括间歇能量管理系统1200。间歇能量管理系统1200对公用电网G中的能量变化性进行管理。间歇能量管理系统1200可配置成类似于上文所述的数据处理系统3000。根据一个实施例，间歇能量管理系统1200可包括能量变化控制器1220。
再参照图1，能量变化控制器1220与能量管理系统1000通信连接。能量管理系统1000配置成请求将间歇供电电源200的操作条件设置在所需水平上或所需范围内。能量变化控制器1220确保以协调、安全且最优的方式来操作电网组件(例如分布式发电机、可控负载、蓄电池储能器(“DG”)、电气连接系统以及开关装置)，从而向电网G输出高品质的功率和能量。
能量变化控制器1220可以是间歇能量管理系统1200的一部分并且可配置成接收来自能量管理系统1000的实时指令(例如通过通信信号)。基于来自能量管理系统1000的指令，能量变化控制器1220可应用一个或多个控制函数，其包括但不限于：削减、斜升和斜降控制、增量控制(delta control)、频率控制以及自动电压调节，从而对常规的功率控制设备320和间歇功率控制设备220的使用进行优化，同时将电网G中的操作条件维持在所需范围内。
能量变化控制器1220可执行对常规功率控制设备320和间歇功率控制设备220的控制，并且可向公用电网G中或部分公用电网G中的所有或一些控制设备220、320提供独立控制信号，这为每个受控的间歇式发电厂200建立了有功功率值和无功功率值。通过使用这些控制信号，控制设备220、320改变了公用电网G的操作条件，以便将这些条件维持在所需范围内。本领域技术人员应当理解，能量变化控制器1220可控制一个或多个通过各自的间歇功率控制设备220连接到公用电网G的间歇式发电厂200。
能量变化控制器1220可向能量管理系统1000发送控制命令，而后可将命令通信至常规功率控制设备320。备选地，控制器1220可通过通信链路或网络3510直接向常规功率控制设备320发送命令。此外，响应于在开环控制模式下将目标信号从能量管理系统1000通信至控制器1220，控制器1220可控制间歇功率控制设备220。控制器1220还可通过能量管理系统1000来控制间歇功率控制设备220。
除了上文所述的开环控制模式以外，控制器1220还可实现闭环控制。在闭环模式下，控制器1220基于反馈信号和目标信号之间的差值，会自动改变向间歇供电电源200发送的命令。在这种控制模式下，控制器1220将获得公用电网G的测量值，其包括但不限于有功功率、无功功率、功率因数、功率的变化率、频率、电压、电流或这些变量的不同组合。这些测量值中的一个或多个可用作闭环控制的反馈信号。
发电厂测量值通常是指发电厂的输出终端值。控制器1220可通过通信链路或网络3510从能量管理系统1000或从间歇供电电源200获取这些测量值。如果由控制器1220获得的测量值来自间歇供电电源200，那么可出于监控目的而将这些测量值通信至能量管理系统1000。
能量变化控制器1220可充当闭环调节器，其至少部分地基于公用电网G的当前操作条件的至少一个可变指示量，来控制一个或多个操作条件。为此，能量变化控制器1220通常与至少一个用于测量至少一个电网变量(“GV”)的传感器进行通信，使得可至少部分地基于由传感器测量的至少一个电网变量的数值来进行控制。在图1的实施例中，控制器1220与用于感测间歇供电电源200的功率输出的传感器S200、用于测量电网频率的传感器SGFREQ以及用于测量电力消耗设备或系统400的功率需求量的传感器S400进行通信。然而，本领域技术人员应当理解，传感器S200、SGFREQ和S400可测量一个或多个前述的电网变量。此外，控制器1220可设置有用于测量额外的电网变量的额外的电网传感器。
控制器1220可以多种组合方式来控制闭环模式下的一些操作条件以及开环模式下的其他操作条件。能量管理系统1000可命令控制器1220从开环控制模式向闭环控制模式转变，再转变回来。
图1中的控制器1220可在公用电网G上的不同于测量点的控制点处控制操作条件。控制器1220可执行电网模型以计算该控制点处的操作条件。电网模型可使用测量点处的测量值来计算控制点处的控制参数。控制器1220可使用公用电网G上的多个测量点和多个控制点。控制器1220可使用电网模型输出，以在开环控制模式或闭环控制模式下控制上述一个或多个控制点处的操作条件。此外，电网模型可用于实现适应性学习。
因此，一个或多个能量变化控制器1220的应用有利于对公用电网G的控制以及对其操作条件的管理。特别是，可减少对例如电变站变压器的常规功率控制设备320的操作，由此改善它们性能的可靠性并且延长它们的使用寿命。通常，间歇式发电厂200的功率输出可能会有较大的波动，这是由于它们所使用的能量资源的间歇性(例如，在太阳能能量资源上的间歇云量的影响，或在风能资源上的阵风的影响)造成的。
图21为示出了根据本发明实施例的功率削减的曲线图。图22为示出了根据本发明实施例的斜升控制的曲线图。图23为示出了根据本发明实施例的增量控制的曲线图。以及，图24为示出了根据本发明实施例的分布式发电削减的曲线图。
根据一个实施例，间歇能量管理系统1200和/或能量变化控制器1220可用于实现间歇性或变化性管理。间歇性或变化性管理配置为执行或解决下列内容。第一，由如上所述的控制机构通过减小间歇发电变化性而将与标称值的频率偏差维持在低于一定限值。这个函数可与频率控制配合使用。第二，在将电压变化维持在一定限值内的情况下提高功率品质。这是凭借间歇控制通过控制发电变化性来完成的。这个函数可与电压控制、功率因数控制以及无功功率控制配合使用。第三，优化系统操作。电压或无功功率的变化性越高，导致电容器、反应器和有载分接开关只有更加频繁地操作才能将这些参数维持在可接受的限值内。常规的发电需要对变化性进行补偿。然而，常规发电在发生斜升和斜降时的效率不足，并且可能会对环境造成较大的影响。另一方面，间歇控制可导致可再生发电的损失。与优化相关的函数被配置成能针对这些问题降低操作成本。间歇性或变化性可通过以下方式来管理，这包括：削减、斜升和斜降控制、增量控制、频率控制和自动电压调节。
参照图21，功率削减提供了有功功率的降低，以满足电网权限要求和/或减少发电变化性。图21中的曲线图示出了通过功率削减进行的发电变化性管理，其中P为在时间T上的最大有功功率发电，R为由功率资源变化性所导致的发电范围，以及R1为削减的发电范围(或所输送的功率输出的预定阈值)。由于R1小于R，可以看出削减会减少发电变化性。
参照图22，斜升控制限制了由功率资源增加导致的发电变化率。通过在所输送的功率输出2710和可用功率输出2720之间改变斜升限值(或增长率)2730来控制发电变化性R。当太阳能或风能资源减少时，斜降控制限制了发电的变化率。这是通过以下来实现的：预测多个地界的可用资源；基于预测而限定出发电资产的最大(或可获得的)功率；基于最大功率预测而限定出功率斜降；当倾斜超过预定限值时限定出时间周期；以及，鉴于所限定的斜降率超过了不可接受的倾斜，削减的发电资产。
参照图23，增量控制提出使发电量消减为低于当前操作条件下的最大容量。容量储备可用于在低频率的情况下进行频率上调，或注入无功功率。增量的增加提高了运转储备并且减少了过程变化性。
参照图24，分布式发电削减允许消减分布式发电机，以减小变化性并且维持运转储备。
通过对间歇供电电源200应用功率削减、斜升和斜降控制以及其他控制函数，可使公用电网G的操作条件维持在所需范围内，而无需频繁改变常规控制设备的操作。此外，电力消耗(即功率需求量)中的波动对公用电网G的操作条件的影响，可通过使用间歇能量管理系统1200和/或能量变化控制器1220来动态管理间歇供电电源200的操作条件而降低。有利的是，本发明允许公用电网G从间歇供电电源200接收可用电功率，并同时相对于电网参数将操作条件维持在所需范围内并减少由于间歇能量发电造成的电网G的额外损耗和次优操作。
控制器1220可通过如上所述的功率削减来减小变化性。能量资源(例如太阳辐照度)的变化性会导致所产生的有功功率出现变化。在辐照度变化恒定的时期内，减小削减目标将会减小有功功率的变化性，而增大削减目标将会增大有功功率的变化性。因此，通过使用功率削减，控制器1220可管理电网G中的能量变化性和操作条件。
控制器1220还可通过限制上述缓变率来减小变化性。控制器1220可通过限制有功功率的斜升率来降低有功功率的变化性。变化性随着缓变率限值的减小而减小，并且随着缓变率限值的增大而增大。因此，控制器1220可通过减小或增大控制参数的缓变率限值来管理能量变化性。
如上所述，控制器1220还可使用增量控制来管理电网G中的能量变化性和操作条件。增量控制例如提供了可用于电网频率控制的功率储备。在欠频的情况下，频率控制可使用功率储备来增加有功功率发电，以降低与额定值的频率偏差，并且因此降低了频率变化性。类似地，储备可用于改变无功功率发电，以在电压骤降或骤升的过程中支持电网电压。
控制器1220还可使用对能量变化性的统计测量来管理电网G中的能量变化性和操作条件。例如，为了测量能量偏差，控制器1220可使用控制性能标准(“CPS”)因数1和2，或其他统计测量。控制器1220可执行闭环控制来管理能量变化性。在这种模式下，控制器1220可基于测得的反馈变化性信号和目标变化性信号之间的差值来自动改变如上所述的命令。可从能量管理系统1000将目标变化性发送到控制器1220。
图2为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网G的框图。图2中的公用电网G的基本配置类似于图1中所示的电网G。然而，在图2中，能量变化控制器1220与指示了至少一个环境条件的至少一个传感器SENVIRON通信。例如，可由传感器SENVIRON来监控实际的环境值。控制器1220配置成至少部分地基于由传感器SENVIRON测量的至少一个环境条件(值)来控制操作条件的水平。由传感器SENVIRON监控的典型的环境条件可包括：风速、空气密度、辐照度、大气湍流、雨量条件、雪量条件、空气温度以及湿度。因此，传感器SENVIRON可包括风速计、空气密度计、湿度计、温度计、雨量传感器、雪量传感器、湍流传感器等。
由于间歇式发电厂200的功率输出非常依赖于环境，特别是大气条件，因此可通过将决定了间歇供电电源200的功率输出的环境条件考虑进去来提高控制器1220的控制精确度。例如，如果日射强度计传感器SENVIRON测量到电源200所在位置221处的太阳辐射有所增加，并且能量管理系统1000发送电力消耗降低的消息通知，那么控制器1220可削减间歇太阳能发电厂200的功率输出。因此，电网G中的有功功率的总体平衡可维持在所需范围内。
图3为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网G的框图。图3中的公用电网G的基本配置类似于图1中所示的电网G。然而，在图3中，能量变化控制器1220与用于提供至少一个预测变量的至少一个预测发生器700通信。例如，待预测的环境值可由预测发生器700来监控。控制器1220配置成至少部分地基于由预测发生器700提供的至少一个预测变量(值)来控制操作条件的水平。由预测发生器700预测的典型的预测变量包括：气象预报、风暴警报、风速、空气密度、辐照度、大气湍流、雨量条件、雪量条件、空气温度以及湿度。因此，预测发生器700可包括气象服务或报告系统。
因此，控制器1220可在选中的预测地界内的间歇供电电源200的所在地点或位置处预测未来的气象条件。特别是，控制器1220可确定多个气象方案，该多个气象方案根据不同的可能性而被加权。由于间歇供电电源200的功率输出非常依赖于发电厂地点221处的气象条件，因此可通过将支配间歇供电电源200的未来功率输出的未来环境条件考虑进去来提高控制器1220的控制精确度。例如，预测发生器700报告上午晴朗无云。结果，能量变化控制器1220可能必须要削减间歇式太阳能发电厂200的输出以适配预期的功率需求量。
图4为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网G的框图。在图4中，控制器1220与至少一个经济效益发生器710通信。经济效益发生器710提供了至少一个经济效益变量，其通常是从操作成本、燃油价格、电能的市场价格以及功率传输费所组成的组合中来选择的。控制器1220配置为至少部分地基于由经济效益发生器710提供的经济效益变量(值)来控制操作条件的水平。因此，控制器1220可基于经济因素和其他条件来控制间歇供电电源200。
例如，可基于功率电网的操作成本相对于电力销售收入的平衡来优化能量变化性。一方面，减小变化性意味着从间歇供电电源200降低了功率输出。另一方面，增大变化性会导致电网设备(例如配电变压器和电容器)的过渡损耗以及常规功率资源(例如燃煤发电厂)的次优操作模式。通过对能量变化进行优化，控制器1220允许功率电网操作的经济优化。
图5为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网G的框图。图5中的公用电网G的基本配置类似于图1中所示的电网G。然而，图5中的电力消耗设备400配备有至少一个需求量控制设备420。
图6为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网G的框图。图6中的公用电网G的基本配置类似于图2中所示的电网G。然而，图6中的电力消耗设备400配备有至少一个需求量控制设备420。
图7为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网G的框图。图7中的公用电网G的基本配置类似于图3中所示的电网G。然而，图7中的电力消耗设备400配备有至少一个需求量控制设备420。
图8为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网G的框图。图8中的公用电网G的基本配置类似于图4中所示的电网G。然而，图8中的电力消耗设备400配备有至少一个需求量控制设备420。
图9为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网G的框图。图9中的公用电网G的基本配置类似于图1中所示的电网G。然而，图9中的公用电网G还包括具有至少一个存储控制设备620的能量存储设备600。
图10为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网G的框图。图10中的公用电网G的基本配置类似于图2中所示的电网G。然而，图10中的公用电网G还包括具有至少一个存储控制设备620的能量存储设备600。
图11为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网G的框图。图11中的公用电网G的基本配置类似于图3中所示的电网G。然而，图11中的公用电网G还包括具有至少一个存储控制设备620的能量存储设备600。
图12为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网G的框图。图12中的公用电网G的基本配置类似于图4中所示的电网G。然而，图12中的公用电网G还包括具有至少一个存储控制设备620的能量存储设备600。
图13为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网G的框图。图13中的公用电网G的基本配置类似于图5中所示的电网G。然而，图13中的公用电网G还包括具有至少一个存储控制设备620的能量存储设备600。
图14为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网G的框图。图14中的公用电网G的基本配置类似于图6中所示的电网G。然而，图14中的公用电网G还包括具有至少一个存储控制设备620的能量存储设备600。
图15为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网G的框图。图15中的公用电网G的基本配置类似于图7中所示的电网G。然而，图15中的公用电网G还包括具有至少一个存储控制设备620的能量存储设备600。
图16为示出了根据本发明的另一个实施例的公用电网G的框图。图16中的公用电网G的基本配置类似于图8中所示的电网G。然而，图16中的公用电网G还包括具有至少一个存储控制设备620的能量存储设备600。
图17为示出了根据本发明实施例的间歇能量管理系统1200。在图17中，间歇能量管理系统1200包括间歇能量资源预测发生器240。间歇能量资源预测发生器240接收来自多个传感器S200,SGFREQ,S400和/或来自预测发生器700的输入。间歇能量资源预测发生器240配置成基于所接收的信息提供对预测地界内使用的间歇能量资源的预测。间歇能量管理系统1200还可包括间歇发电预测发生器260，其配置成评估在选中的预测地界内的间歇供电电源200的操作条件。例如，间歇发电预测发生器260可基于间歇能量资源预测来确定间歇供电电源200的功率输出。此外，间歇发电预测发生器260可根据所评估的功率输出来确定预测地界内的间歇供电电源200是否能产生能量管理系统1000所要求的所需操作条件水平。
间歇能量管理系统1200还可包括功率需求量预测发生器280，其配置成评估电力消耗设备400的总功率需求量。例如，功率需求量预测发生器280可基于气象预报来确定电力消耗设备400的功率需求量。
间歇能量管理系统1200还可包括功率流预测发生器285，其配置成评估预期的操作条件(该操作条件包括但不限于：在选中的预测地界内的公用电网G中的电压、频率以及功率因数)，并且将这些条件通信至能量变化控制器1220。
间歇能量管理系统1200还可包括报告生成器290，其配置成向能量管理系统1000报告：在预测地界内是否能够产生出间歇供电电源200的操作条件的所需水平，以及电网G中的操作条件是否可维持在所需范围内。报告生成器290还可配置成向能量管理系统1000报告由间歇发电预测发生器280所确定的间歇供电电源200的操作条件经评估的水平。
因此，能量管理系统1000由间歇能量管理系统1200来通知间歇供电电源200的操作条件的预期水平和网G中的操作条件，并且如果必要的话，可以安排适当的措施。例如，如果间歇供电电源200不具有足够的资源来维持操作条件的所需水平以及电网G由此所需的操作条件，那么可在电网G的另一部分中增加发电。因此，可通过将支配间歇供电电源200的未来功率输出的气象预测或其他预测考虑进去来提高间歇能量管理系统1200的控制精确度。此外，可以通过选中的预测地界内的功率需求量预测发生器280来考虑电力消耗设备400的功率需求量。
图18为示出了根据本发明的另一个实施例的间歇能量管理系统1200的框图。图18中的间歇能量管理系统1200的基本配置类似于图17中所示的间歇能量管理系统。然而，在图18中，公用电网G包括配备有能与能量变化控制器1220通信的至少一个需求量控制设备420的电力消耗设备400。
图19为示出了根据本发明的另一个实施例的间歇能量管理系统1200的框图。图19中的间歇能量管理系统1200的基本配置类似于图17中所示的间歇能量管理系统。然而，在图19中，公用电网G包括配备有能与能量变化控制器1220通信的至少一个存储控制设备620的能量存储设备600。
图20为示出了根据本发明的另一个实施例的间歇能量管理系统1200的框图。图20中的间歇能量管理系统1200的基本配置类似于图17中所示的间歇能量管理系统。然而，在图20中，公用电网G包括配备有至少一个需求量控制设备420的电力消耗设备400以及配备有至少一个存储控制设备620的能量存储设备600。需求量控制设备600和存储控制设备620与能量变化控制器1220进行通信。
参照图18-图20，根据一个实施例，间歇能量资源预测发生器240、间歇发电预测发生器260、功率需求量预测发生器280、功率流预测发生器285、报告生成器290以及能量变化控制器1220可通过间歇能量管理系统1200内的各个软件模块3310来实现。根据另一个实施例，间歇能量资源预测发生器240、间歇发电预测发生器260、功率需求量预测发生器280、功率流预测发生器285、报告生成器290以及能量变化控制器1220可通过间歇能量管理系统1200内的或与之连接的各个硬件模块3210来实现。
上述方法的方面可借助于流程图进行概括。
图26为示出了根据本发明实施例的对数据处理系统(例如1200、1220、3000)内的用于控制电力网(或公用电网G)的操作条件的模块(例如3310)进行操作3100的流程图，其中电力网G具有与其连接(即电气连接)的间歇供电电源200。
在步骤3101中，操作3100开始。
在步骤3102中，使用能量变化控制器1220，通过以下步骤来控制向公用电网G输出的间歇供电电源200的功率输出2710的变化性R。
在步骤3103中，监控间歇供电电源200附近的地点211的实际环境值，其中间歇供电电源200的可用功率输出2720取决于该实际环境值。
在步骤3104中，当实际环境值正在增加并且因此增加可用功率输出2720时，所输送的功率输出2710根据预定增加比率2730而增加。
在步骤3105中，监控地点221的预测环境值。
在步骤3106中，当预测环境值正在减小时，所输送的功率输出2710根据预定减小比率而减少。
在步骤3107中，所输送的功率输出2710被限制为低于预定临界值R1。
在步骤3108中，操作3100结束。
在上述方法中，操作条件可以是频率或频率变化性。操作条件可以是电压或电压变化性。间歇供电电源200可包括风力涡轮机，其中实际环境值为实际风速，并且其中预测环境值为预测风速。间歇供电电源200可包括光伏阵列，其中实际环境值为实际太阳辐照度，并且其中预测环境值为预测太阳辐照度。间歇供电电源200可以是一个或多个间歇供电电源200。操作条件可以是一个或多个操作条件。
还是在上述方法中，电力网G可具有与其连接的连续供电电源300。该方法还可包括对连续供电电源300输送的功率输出进行控制，以进一步控制电力网G的操作条件。连续供电电源300输送的功率输出可以是输送的无功功率输出。该方法还可包括生成对连续供电电源300的可用功率输出的预测。可以基于预测对连续供电电源300输送的功率输出进行控制。连续供电电源可以是一个或多个连续供电电源300。连续供电电源300可以是热力供电电源300。连续供电300可以是水力供电电源300。
还是在上述方法中，电力网G可具有与其连接的可控负载(或功率消耗设备)400。该方法还可包括对可控负载400的功率消耗进行控制，以进一步控制电力网G的操作条件。可控负载400的功率消耗可以是无功功率消耗。可控负载400可以是一个或多个可控负载400。
还是在上述方法中，电力网G可具有与其连接的能量存储设备600。该方法还可包括对能量存储设备600输送的功率输出进行控制，以进一步控制电力网G的操作条件。能量存储设备600可以是一个或多个能量存储设备600。
还是在上述方法中，实际环境值可以由传感器SENVIRON来监控。传感器可位于接近间歇供电电源200的地点221处。
最后，在上述方法中，电力网G可以是公用电网G。
根据一个实施例，上述步骤3101-3108中的每一个可以通过各自的软件模块3310来实现。根据另一个实施例，上述步骤3101-3108中的每一个可以通过各自的硬件模块3210来实现。根据另一个实施例，上述步骤3101-3108中的每一个可以通过软件3310和硬件模块3210的结合来实现。例如，图26代表的框图示出了数据处理系统3000内的特定硬件模块3101-3108(统称3210)互相连接，每个硬件模块3101-3108适用于或配置成实施本发明方法的各个步骤。因此，本发明有利地改进了数据处理系统3000的操作。
尽管本发明的方面主要是以方法进行论述的，但是本领域普通技术人员应当理解，如上所述的关于数据处理系统3000的装置可经过编程来实现对本发明的方法的实践。而且，用于与数据处理系统300一起使用的制品，例如预录式存储设备或其他类似的计算机可读介质或在其上录入有程序指令的计算机程序产品，可管理数据处理系统300，从而有助于实施本发明的方法。应当理解的是，这种装置、产品以及制品也落入本发明的范围之内。
特别是，根据本发明的一个实施例，指令序列(当其运行时其会导致将要由数据处理系统3000执行的如本文所述的方法)可包含在数据载体产品中。该数据载体产品可加载到数据处理系统3000中并由数据处理系统运行。此外，根据本发明的一个实施例，指令序列(当其运行时会导致将要由数据处理系统3000执行的如本文所述的方法)可包含在计算机软件产品中或计算机程序产品(例如包括永久介质)中。该计算机软件产品或计算机程序产品可加载到数据处理系统3000中并由数据处理系统运行。此外，根据本发明的一个实施例，指令序列(当其运行时其会导致将要由数据处理系统3000执行的如本文所述的方法)可包含在具有协处理器或存储器的集成电路产品(例如硬件模块或模块3210)中。集成电路产品可安装在数据处理系统3000中。
上述实施例可贡献于改进的公用电网G、间歇能量管理系统1200以及用于管理公用电网G中的操作条件的方法，并且可带来一个或多个优势。例如，应用一个或多个能量变化控制器1220有助于控制公用电网G并且管理其操作条件。特别是，可减少对类似功率配电变压器的常规功率控制设备320的操作，由此改进了其性能的可靠性并且延长了它们的使用寿命。
本发明的上述实施例仅用于举例。本领域技术人员应当理解，可以对这些实施例做出细节上的各种变型，所有这些均落入本发明的范围之内。

Claims (26)

1.一种用于控制电力网的操作条件的方法，所述电力网具有与其连接的间歇供电电源，所述方法包括：
使用能量变化控制器，通过以下方式对所述间歇供电电源向所述电力网输送的功率输出的变化性进行控制：
监控所述间歇供电电源附近的地点的实际环境值，所述间歇供电电源的可用功率输出取决于所述实际环境值；
当所述实际环境值正在增加并因此增加可用功率输出时，根据预定的增加比率来增加所输送的功率输出；
监控所述地点的预测环境值；
当所述预测环境值正在减小时，根据预定的减小比率来减少所输送的功率输出；以及，
将所输送的功率输出限制为低于预定临界值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述操作条件为频率或频率变化性。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述操作条件为电压或电压变化性。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述间歇供电电源包括风力涡轮机，其中所述实际环境值为实际风速，并且其中所述预测环境值为预测风速。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述间歇供电电源包括光伏阵列，其中所述实际环境值为实际太阳辐照度，并且其中所述预测环境值为预测太阳辐照度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述间歇供电电源为一个或多个间歇供电电源。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述操作条件为一个或多个操作条件。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电力网具有与其连接的连续供电电源。
9.根据权利要求9所述的方法，还包括对所述连续供电电源所输送的功率输出进行控制，以进一步控制所述电力网的操作条件。
10.根据权利要求10所述的方法，其中，所述连续供电电源所输送的功率输出为输送的无功功率输出。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括生成对所述连续供电电源的可用功率输出的预测。
12.根据权利要求12所述的方法，其中，基于所述预测而对所述连续供电电源所输送的功率输出进行控制。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述连续供电电源为一个或多个连续供电电源。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述连续供电电源为热力供电电源。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，所述连续供电电源为水力供电电源。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电力网具有与其连接的可控负载。
17.根据权利要求17所述的方法，还包括对所述可控负载的功率消耗进行控制，以进一步控制所述电力网的操作条件。
18.根据权利要求18所述的方法，其中，所述可控负载的功率消耗为无功功率消耗。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述可控负载为一个或多个可控负载。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电力网具有与其连接的能量存储设备。
21.根据权利要求21所述的方法，还包括对所述能量存储设备所输送的功率输出进行控制，以进一步控制所述电力网的操作条件。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述能量存储设备为一个或多个能量存储设备。
23.根据权利要求1所述的方法，其中，所述实际环境值由传感器监控。
24.根据权利要求24所述的方法，其中，所述传感器位于接近所述间歇供电电源的地点。
25.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电力网为公用电网。
26.一种用于控制电力网的操作条件的能量变化控制器，所述电力网具有与其连接的间歇供电电源，所述能量变化控制器包括：
与存储器连接的处理器；以及
位于所述存储器内并且由所述处理器控制或执行的至少一个硬件和软件模块中的，所述模块包括可由所述处理器执行的、能促使所述能量变化控制器实施根据权利要求1至26中任一项所述的方法的计算机可读指令。
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