CN111917136A - 控制功率导出的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及控制功率导出的方法和系统。公开了一种用于调节从能量生成系统(1)到公用电网(11)的功率导出的方法。该能量生成系统包括多个发电机(2.1，...2.i，...2.n)。该方法包括监视从系统(1)导出到公用电网(11)的实际功率(Pmeter)的步骤。该方法还包括向每个发电机(2.1，...2.i，...2.n)提供反馈信号(Pmeter)的步骤，该反馈信号包含关于由系统(1)导出到公用电网(11)的功率的信息。在每个发电机(2.1，...2.i，...2.n)处，相应的调节器(5.1，...5.i，...5.n)提供用于相关发电机的调节信号(Plimit(i)(t))。调节器能够嵌入在相应发电机的逆变器中。

Description

控制功率导出的方法和系统
技术领域
本公开一般而言涉及公用电网内的能量生成。本文公开的实施例具体而言涉及从可再生能源生成电能。特别地，本公开涉及用于调节(即，控制)从发电机系统到公用电网的功率导出的方法和系统。本文公开的实施例具体而言涉及使用低惯性发电机(诸如光伏发电机或风力涡轮机)的可再生能源系统。如本文所使用的，低惯性发电机是可以在与控制动态相比可忽略的时间间隔内减小输出功率的发电机。
背景技术
电力需求的持续增加带来了严重的污染问题，并引起了人们对发电过程的环境影响的关注。当使用化石燃料生成热能然后将其转换成机械能和电力时，尤其如此。化石燃料(固体、液体或气体形式)的燃烧生成温室气体(二氧化碳)，这被认为是造成气候改变的原因。
为了减少发电对环境的影响，已经研究了使用可再生能源，特别是太阳能和风能。
已经开发了所谓的DER(分布式能量资源)，其包括通常使用可再生能源的系统，包括小型水电、生物质、沼气、太阳能、风能和地热能源。DER在配电系统中扮演着越来越重要的角色。DER系统常常是并网的，即，它们被连接到大型公用电网。由可再生能源系统的发电机生成的电力被供应给连接到系统的本地负载。来自可再生能源的多余功率被输送到公用电网。
具有光伏发电机的电厂以及其它可再生能源系统应满足关于功率控制的若干要求。主要应用包括按需调节可再生能源系统与公用电网之间的功率流，以及电网稳定性控制，例如有功功率降额或无功功率注入，用于补偿异常电压/频率状况。
多个发电机以及其它并网设备(如负载、变压器、蓄电池)是典型的商业和工业电厂的一部分。典型的控制流程需要在可再生能源系统和公用电网之间的公共耦合点(以下简称“PCC”)处监视功率信号。基于所述功率信号，在可再生能源系统的发电机上执行特定动作。这通常通过使用PCC信号作为反馈来更新发电机设置的闭环控制来实现。
而且，当前的国家标准要求更高的电厂控制性能，如在精确的最后期限内达到控制目标，以避免在公用侧和/或电网故障时出现功率溢出。
最广泛的电厂控制应用之一是导出限制，其目的是将通过PCC从可再生能源系统到公用电网的实际有功功率流保持在预定义的限制内。
例如在美国专利No.10,139,847中公开了用于在能量导出约束内控制光伏能量生产的方法和系统。
光伏电厂可以包括与逆变器电耦合的大量光伏面板，这些逆变器将由光伏面板生成的DC电力转换成具有所需频率和相位的合适的AC电流。光伏系统可以连接到本地负载和公用电网，向其导出超过了运行负载所需功率的功率。取决于适用于安装该系统的特定国家的国家标准，可以应用阻止公用电网中无限制的功率导出的导出限制。
导出控制和导出限制目前基于外部设备(即，添加到光伏逆变器并与之结合的设备)，从而对系统的发电机进行集中式闭环控制。
在图1中示意性地图示了根据当前技术的系统。可再生能源系统100包括多个光伏发电机，在101处仅示出其中两个。发电机101电耦合到本地电网102，并向本地负载105提供功率。发电机101在所谓的公共耦合点PCC处进一步电耦合到公用电网107。超过本地负载105吸收的功率的电力可以被输送到公用电网107。功率计109检测在公用电网107中通过公共耦合点输出的功率量(Pmeter)。PCC计109将仪表反馈信号提供给控制器103。控制器103的任务是生成用于光伏发电机101的反馈控制输出信号。由控制器103生成的控制信号的目的是调制由光伏发电机101生成的电力，使得导出到公用电网107的功率不超过导出限制。例如，如果负载105吸收的功率减小，那么输出到公用电网107的功率趋于增加。导出的功率的这种增加由PCC计109检测，并且反馈信号被发送到控制器103。进而，控制器为发电机101生成旨在减少发电量的调节信号，使得导出的功率不超过目标导出限制。相反，如果负载105需要更多的功率，那么控制器103从PCC计109接收指示输出的功率下降并且可以增加发电机101生成的功率量而不超过导出限制的信号。
电厂控制设施还涉及设备之间的连接，例如从功率计109到控制器103以及从控制器103到发电机101的连接。可以用几个物理通道和协议来实现连接。
除了性能之外，可靠性是电厂控制的另一个关键方面。由于控制动作的失效会导致严重的问题(例如，与公用电网断开连接和/或严重的电网故障)，因此控制器103必须实现适当的回退策略。回退策略涵盖的典型故障事件是例如PCC功率计109与控制器103之间或控制器103与发电机101之间的通信丢失。
可靠性的一个非常显著的方面是，在发电机无法发挥积极作用的情况下，外部控制器103可能需要附加的回退设备来覆盖特定故障。这在图1中由回退开关111示意性表示，在需要时由控制器103将该回退开关111断开。需要外部控制器103进行回退设备操作的示例性情况是一个或多个发电机101与控制器103之间的通信故障。在这种情况下，控制器103应通过断开外部开关111以使(一个或多个)故障发电机101与电网断开来进行回退操作。
外部控制器103和回退开关111以及相关连接的需要增加了可再生能源系统100的总成本，并且对其可靠性产生负面影响。应注意的是，例如，光伏电站可包括数百个光伏发电机，每个光伏发电机包括逆变器，该逆变器需要其自己的回退开关111以及其与外部控制器103的连接。
因此，开发能够克服或减轻当前技术系统和方法的上述限制和缺点中的一个或多个的新方法和系统将是有益的。
发明内容
根据一个方面，本文公开了一种用于调节从能量生成系统到公用电网的功率导出的方法。能量生成系统包括多个发电机，例如可再生能源发电机，其适于将可再生能源转换成电能。可再生能源发电机可以包括但不限于光伏发电机和风力发电机(风力涡轮机)。该方法包括监视从系统导出到公用电网的实际功率的步骤。该方法还包括向每个发电机提供反馈信号的步骤，该反馈信号包含关于系统导出到公用电网的功率的信息。在每个发电机处，借助于相应的调节器，计算用于相关发电机的调节信号。调节信号可以是限制信号，适于限制每个发电机生成的功率，从而限制输出到公用电网的总功率。
每个发电机都设有其自己的调节器。调节器可以是嵌入式调节器，即，它可以是发电机的逆变器的一部分。如本文中所使用的，术语逆变器包括适于以适合于在公用电网上输出的形式来转换由发电机生成的电能的任何电子设备，因此可以是转换器或包括转换器(诸如DC/AC转换器)。
在一些实施例中，调节器适于执行前馈动作。在其它实施例中，调节器可以是PI(比例-积分)调节器或PID(比例-积分-微分)调节器。
根据一些实施例，该方法包括向每个发电机提供关于由所有发电机累积地生成的总功率的信息的步骤。每个调节器可以例如接收关于由系统的每个发电机生成的功率的信息，并且聚合接收到的数据以获得与整个系统相关的总信息。然后，每个调节器可以基于所有发电机生成的总功率并且基于目标功率导出值(特别是例如导出限制值)，为相应的发电机提供前馈控制信号。
提供关于所有发电机累计生成的总功率的信息的步骤可以包括以下步骤。第一步包括在连接有每个发电机的连接网络上发布每个发电机的运行时测量结果。第二步可以包括在每个发电机运行时收集由所有发电机发布的测量结果并计算与整个系统相关的聚合数据。
根据一些实施例，可以如下获得调节信号。例如通过聚合已发布的运行时数据来计算由发电机生成的总功率。此外，计算由电耦合到发电机的负载吸收的功率。调节信号的新值根据以下来计算：调节信号的先前值、目标功率导出值、负载吸收的功率以及发电机生成的总功率。迭代地重复这些步骤，从而在下一次迭代时，调节信号的每个新值变为调节信号的先前值。
负载吸收的功率可以被计算为例如由发电机生成的总功率与从系统导出到公用电网的功率之差。
在所附权利要求中阐述了根据本公开的方法的另外的实施例和特征，这些权利要求形成本说明书的组成部分，并且在下面的具体实施方式中进一步解释。
本公开还涉及一种能量生成系统，其包括在公共耦合点处电耦合到公用电网以向该公用电网输出功率的多个发电机。每个发电机包括调节器，该调节器优选地嵌入在相应的逆变器中，例如构成逆变器不可或缺的一部分。该系统还包括至少一个功率计，该功率计适于测量由多个发电机输出到公用电网的功率。每个发电机还包括测量由发电机生成的功率的设备。发电机和至少一个仪表通过连接网络彼此连接，使得可以在发电机之间交换数据，并且还可以从功率计接收数据。该系统还可以包括本地配电网，一个或多个负载可以电连接到该本地配电网。发电机可以为负载供电。在一些情况下，负载所吸收的功率的至少一部分可以由公用电网供应，例如如果发电机生成的功率不足的话。如果发电机生成的多余功率超过了负载所需的功率，那么所述多余功率可以被导出到公用电网，前提是不超过导出限制(如果例如根据当地规章提供了这种限制)。
发电机的调节器可以适于执行如上面所限定的方法，以控制向公用电网的功率导出。
在特别有利的实施例中，发电机是可再生能源发电机，将来自可再生能源的能量转换成电能。
在一些实施例中，发电机包括光伏发电机。在其它实施例中，发电机包括风力发电机，例如风力涡轮机。
有利地，发电机具有低惯性或没有惯性。如本文中所理解的，低惯性或无惯性发电机是其输出可以改变的发电机，例如，响应于调节信号以相对于控制动态(即，调节器的动态)可以忽略的时间延迟而改变。
可替代地，发电机可以包括燃料电池，或发电机组(例如，包括柴油发动机)，或水力能源。
在一些实施例中，发电机可以包括蓄能器或与蓄能器组合，在蓄能器中可以以任何形式的可存储能量存储电能。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考以下具体实施方式，将容易获得对本发明公开的实施例及其许多附带优点的更完整理解，因为它们变得更好理解，在附图中：
图1图示了根据上述现有技术的系统的示意图；
图2图示了根据本公开的使用光伏面板的可再生能源系统的示例性实施例；
图3图示了示例性实施例中图示本公开的迭代控制方法的功能框图；
图4和5图示了根据本公开的控制方法的改进实施例；
图6图示了概述根据本公开的回退策略控制的流程图；
图7图示了用于处理发电机和功率计之间的数据传播的电抗器模式；以及
图8图示了控制步骤执行序列的示意图。
具体实施方式
根据本文公开的实施例，为了克服或减轻用于功率导出调节的当前技术系统和方法的缺点和不足，提供了一种基于分布式算法的新颖设计。系统的所有发电机都相互独立地自主参与总体控制。这在实践当中意味着每个发电机实际上都独立地使用反馈信号，例如来自功率计的反馈信号，该反馈信号提供关于实际导出到公用电网的有功功率的信息。每个发电机还接收并使用其它控制输入，并产生所需的控制动作。本文公开的系统和方法还依赖于在发电机和其它控制设备(诸如测量由系统导出到公用电网的功率的功率计)之间提供可靠的控制信息交换的连接网络。
虽然在本说明书中将具体地参考导出限制，即，参考旨在将导出到公用电网的功率维持在目标值以下的调节任务，但是本文公开的方法和系统也可以用于执行与功率导出相关的附加的或不同的调节功能。例如，本文公开的系统和方法可以用于调节或控制导出到公用电网的有功功率。
在这种方法的优点当中，以下值得一提。获得了无缝集成，因为一旦启用发电机进行电厂控制，就无需外部控制设备。而且，连接网络确保在发电机之间自动共享相关设置(例如，构成系统的几个发电机的额定功率)，使得不需要附加配置。而且，获得了故障安全系统。如从实施例的以下具体实施方式中将变得更加清楚的，如果一个或多个发电机发生故障，那么其它发电机仍可以执行控制动作。而且，每个发电机在执行回退动作时是自主的，例如，如果发生故障，那么将其自身从控制回路中排除。单点故障实际上仍然是用于测量可再生能源系统导出到公用电网的功率的功率计。为了降低故障风险，可以使用冗余配置，例如提供第二个仪表。
在下面的描述中，将参考光伏电站。但是，应理解的是，当在不同的可再生能源系统中实现该方法时，也可以得到本文公开的至少一些优点，所述不同的可再生能源系统包括不同种类的可再生能源，诸如集中式太阳能发电厂、风电场、波浪能收集厂、燃料电池系统等。
更一般而言，本文公开的方法和系统与低惯性发电机(即，与控制动态相比能够基本上没有延迟地改变输出功率的发电机)相结合可以是有益的。
现在转向附图，图2图示了示例性的可再生能源系统1的示意图，该可再生能源系统1包括多个n个光伏发电机2.1，...2.i，...2.n。每个光伏发电机可以包括光伏面板3.1，…3.i，...3.n的阵列和逆变器4.1，...4.i，...4.n。每个逆变器4.1，...4.i，...4.n设有调节器5.1，...5.i，…5.n。在本文公开的实施例中，调节器是嵌入式调节器。如本文所使用的，术语“嵌入式调节器”是形成逆变器的一部分的调节器或控制器，其与背景技术的配置不同，在背景技术的配置中，将单独的控制器添加到逆变器的集群中(参见图1，外部控制器103)。逆变器从光伏面板3.1，...3.i，...3.n收集DC电力并将其转换成AC电力，然后将AC电力分配到本地电网7上。负载9可以电连接到本地电网7。本地电网在公共耦合点PCC连接到公用电网。
每个发电机2.1，...2.i，...2.n生成输出功率Pout(1)，…Pout(i)，…Pout(n)。所生成的功率的一部分Ploads被供应给与本地电网7相连的负载9，而剩余的功率Pmeter被导出到公用电网11。功率计13(也称为PCC计)测量导出到公用电网11的功率Pmeter，并且向每个发电机提供反馈信号，该反馈信号也被标记为Pmeter，其包含关于导出的功率的信息。例如，反馈信号可以是导出到公用电网11的有功功率的值。可以提供连接网络8以用于功率计13与发电机2.1，...2.i，…2.n之间的数据传输。连接网络8还在发电机之间传输数据，例如每个发电机发布在网络上以供其它发电机使用的多播数据，其目的将从以下描述中变得更加清楚。
发电机2.1，...2.i，...2.n的每个调节器5.1，...5.i，...5.n适用于提供控制信号以调节由每个发电机2.1，...2.i，...2.n输送的功率Pout(1)，...Pout(i)，…Pout(n)。反馈信号Pmeter被提供给所述调节器5.1，...5.i，...5.n中的每一个，并且每个调节器都会为相关的发电机2.1，...2.i，…2.n生成控制信号。如将在本文描述的，调节器可以提供前馈动作，这是特别有利的，因为可以获得更快的控制响应。而且，前馈调节不需要调节器参数的调谐。
每个调节器5.1，...5.i，...5.n可以被实现为硬件设备、控制软件或混合的硬件和软件设备，并且可以嵌入到相关发电机2.1，...2.i，…2.n的逆变器中或形成其一部分。
基于由相应调节器5.1，...5.i，...5.n提供的控制信号，每个发电机2.1，...2.i，...2.n的输出功率Pout(1)，…Pout(i)，…Pout(n)维持在各自的限制阈值Plimit(1)，…Plimit(i)，...Plimit(n)以下。在图2的图中，PoutTOT指示由逆变器2.1，...2.i，...2.n生成的总功率。调节器5.1，...5.i，...5.n适用于限制每个发电机2.1，...2.i，...2.n生成的功率，使得总功率输出PoutTOT减去负载9吸收的功率Ploads维持在目标功率导出限制值PPCC以下。每个调节器执行控制算法以基于总功率输出PoutTOT和在公共耦合点PCC处导出到公用电网11的有功功率Pmeter为相关逆变器提供限制信号。逆变器2.1，...2.i，...2.n的限制信号旨在将导出到公用电网11的实际功率Pmeter维持在目标功率导出限制值PPCC以下。
调节器5.1，...5.i，...5.n及其相关的控制回路的实施例在图3的图中示出。用于第i个发电机2.i的单个控制回路在图3的图中示出。应该理解的是，为每个发电机提供相同的控制回路，并且为每个发电机执行相同的算法。关于图2描述的每个物理量在图3的图中示出，后面跟着指示时间变量的指示符(t)。
控制算法基于负载功率估计(Pload(t))组合了反馈信号和前馈动作。由发电机2.1，...2.i，...2.n生成的总功率PoutTOT(t)与来自PCC计13的反馈信号(Pmeter)一起用作前馈输入，以计算由负载9吸收的功率Pload(t)。在控制算法的每次迭代(t)处，由发电机2.1，...2.i，...2.n生成的总功率由每个调节器如下计算：
Figure BDA0002483620980000101
由负载9吸收的功率计算如下：
Pload(t)＝PoutTOT(t)-Pmeter(t) (2)
计算总功率PoutTOT(t)需要每个调节器5.1，...5.i，...5.n了解每个发电机2.1，...2.i，...2.n生成的功率。每个第i个发电机2.i将其生成的功率Pout(i)(t)的值发布在连接网络8上，使得每个发电机接收关于所有发电机生成的功率的数据，并且可以根据公式(1)计算总功率PoutTOT(t)。在本说明书的后面部分将提供关于数据传输和数据共享的更多细节。
由每个发电机生成的有功功率可以由相关的逆变器测量，并由所述逆变器在连接网络上传输。为此，每个逆变器4.1，...4.i，...4.n都可以设有功率计和与连接网络8建立数据通信关系的传输设施。
基于目标有功功率(即，可以导出到公用电网11的最大有功功率)，在控制回路的时间点(t)的每次迭代中，第i个发电机2.i的调节器5.i如下计算发电机5.i的新的功率限制信号Plimit(i)(t)：
Figure BDA0002483620980000102
其中Plimit(i)(t-1)是在先前的迭代步骤(t-1)中计算的旧的功率限制信号。
反馈信号Pmeter(t)由每个发电机2.1，...2.i，...2.n的控制单元以同步刷新周期获取。可以根据反应器模式执行数据传播和处理，如稍后将更详细描述的。
同时，每个控制单元对由相应发电机2.i生成的功率Pout(i)(t)进行采样，并在连接网络8上发送采样的功率值，以便每个发电机的每个控制单元都能获得全部功率样本并计算总的生成的功率PoutTOT(t)。
在一些实施例中，仪表采样被用作用于调节的同步事件，即，每当从PCC计13获取新的仪表样本时，每个迭代步骤就会发生。
调节器5.1，...5.i，…5.n的配置可以通过在发电机2.1，...2.i，...2.n之间共享发电机的额定功率(即，每个发电机2.i的最大额定有功功率PnomGEN(i))来完成。由于发电机额定功率是一条静态信息，其在操作期间不变，因此额定有功功率可以只在发电机被首次引入系统时由发电机共享一次。
通过在每个发电机2.1，...2.i，...2.n处提供调节器以及用于将反馈信号Pmeter和每个发电机的测得的有功功率Pout(i)传输到系统1的每个调节器的连接网络8，不需要外部控制器。每个发电机2.i的每个调节器5.i从网络8接收足够的信息，以在由控制算法执行的每个迭代步骤中计算限制信号Plimit(i)。
可以实现本文描述的系统和方法的改进实施例，以便解决在操作期间可能出现的特定问题。
在一些情况下，低强度、不均匀的太阳辐射会导致一些或所有发电机2.1，...2.i，...2.n可以生成的输出功率低于由相应调节器计算的Plimit。即使实现了导出限制目标，这种情况也会隐藏一些陷阱。
实际上，如果负载功率Pload(t)减小，因此导出功率Pmeter(t)变得大于目标PPCC，那么在Pmeter(t)增加之后的后续迭代步骤中，Plimit(t)的减小将是使用先前的有功功率限制(即，Plimit(t-1))进行计算的。由于新的受限功率值Plimit(t)仅在低于实际可用功率后才会生效，因此所应用的控制动作将对系统没有影响或仅有部分影响，特别是在第一次控制迭代中。
为了应对这种情况，根据改进的实施例，还可以开发上述控制算法以便识别上述低照射或不均匀照射条件，并且如果所讨论的第i个发电机(2.i)的可用功率Pout(i)(t)小于Plimit(t-1)，则为新的Plimit(t)的计算应用替代的公式。改进的控制算法的实施例在图4中示出。
如果对于给定的发电机2.i在时间点(t)满足以下条件：
Plimit(i)(t-1)>Pout(i)(t)并且
Pmeter(t)>PPCC(t) (4)
那么调节器将根据以下公式而不是上面的公式(3)来生成限制信号Plimit(i)(t)：
Figure BDA0002483620980000121
即，新的限制信号Plimit(i)(t)将根据实际输出功率Pout(i)(t)而不是根据先前迭代计算出的限制信号Plimit(i)(t-1)进行计算。
在一些情况下，公式(5)的应用会导致在各种发电机2.1，...2.i，...2.n之间不均匀平衡的控制效果。为了应对不平衡的情况(即，控制回路的迭代步骤的执行导致发电机在不平衡的状况下工作的情况)，可以进一步改进算法。
如果不同发电机2.i的各种光伏面板的低照射或不均匀(不均一)照射导致一个或一些发电机的算法在计算新的功率限制值Plimit(i)(t)时应用公式(5)而不是公式(3)，那么会出现这种不平衡条件。
但是，在其它情况下也会出现不平衡的工作条件。例如，当一个或多个发电机2.1，...2.i，...2.n停止参与控制时，会出现不平衡情况。例如，如果由于故障、由于维护目的、由于软件升级或由于任何其它原因而使得发电机暂时与电网断开连接，那么会发生这种情况。如果发生这种情况，那么仍保持连接且仍在操作的其它发电机将增加生成的功率，以匹配来自负载9的功率请求。如果先前断开的发电机在某个时间点重新启动，那么它们将保持零功率，只要其它发电机维持当前的负载即可。这意味着一些发电机将在满负载下操作，而其它发电机实际上将保持不活动状态。
为了防止出现不平衡的操作状况或启动重新平衡例程，例如，可以提供一种改进的控制方法来共享每个发电机的控制输出(即，Plimit(i)(t)信号)，例如通过规定每个发电机进行通信(例如通过在连接网络8上进行多播)将其Plimit(i)(t)值传输到所有其它发电机。以这种方式，每个第i个发电机2.i的调节器5.i可以计算限制信号的偏差。可以使用合适的统计函数来计算偏差。在一些实施例中，统计函数可以是当前Plimit(i)(t)值的方差σ2。在其它实施例中，统计函数可以是标准偏差或其它合适的统计函数。
如果偏差(例如方差)高于给定的最大阈值Plimit-varianceMAX，那么不会根据公式(3)计算前馈算法的输出，而是按照
Figure BDA0002483620980000131
因此，当方差变得高于预设阈值时，意味着相关数量的发电机正在提供不均匀控制效果，通过按比例分配每个发电机上的估计负载(即，与每个第i个发电机2.i的标称功率PnomGEN(i)相对于整个系统1的标称功率PnomPLANT成比例)来恢复平衡。
可以进一步改进本文公开的方法和系统，以提供由发电机2.1，...2.i，...2.n彼此独立实现的回退策略。在发电机处发生故障或发电机发生故障的情况下，可以实现回退策略。在本公开中，两种故障状况将被视为触发回退策略的因素，即：
Figure BDA0002483620980000132
没有反馈信号：当发电机的调节器没有从PCC计13接收到反馈信号Pmeter时，发生这种故障；
Figure BDA0002483620980000133
反馈超出目标：当反馈信号Pmeter超出预期目标时，例如，如果PCC计13测得的导出功率高于公用电网11上可导出的最大功率，发生这种故障。
为了使第i个通用发电机2.i进入回退状态，可以提供计数器或定时器，当一个或多个故障状况未决时，计数器或定时器运行。仅当不存在任何上述故障状况时，计数器才会复位。如果计数器超过最后期限阈值Tdeadline，那么发电机进入回退状态，并且控制器将立即应用特定的恢复设置，例如将生成的功率限制在可以确保满足PCC目标的最小值。计数器值等同于时间间隔。因此，出于相同的目的，可以实现定时器而不是计数器。在本文中，时间间隔可以被理解为还包括合适计数器的计数。
当发电机处于回退状态时，它将监视良好状况(不存在故障)并在一定时间Trestore内持续，然后退出回退状态并恢复操作控制。
在图6的框图中示意性地总结了以上总结的回退策略的示例性实施例。在框201中，调节器检查是否可从PCC计13获得反馈信号。如果反馈信号可用，那么控制转到框202，在此调节器检查反馈信号是否在预设目标内。如果是这种情况，那么控制器根据上述算法来计算控制值Plimit(i)(t)(参见框203)。由于不存在故障状况，因此可以复位回退计数器或定时器FC(框204)，并且从框201开始再次迭代该过程。
如果在框201处没有反馈信号可用，那么执行框205：调节器检查回退计数器或回退定时器是否已超过时间限制(或最大重复迭代次数)，超过该时间限制，发电机将进入回退状态并执行回退策略(框206)。
如果已经达到最大阈值，那么将发电机置于回退状态并且调节器设置回退控制值(框207)。已检测到故障情况(缺少反馈信号)的发电机2.i将离开框206表示的回退状态，并且在满足特定条件时恢复到正常操作状况(框200)，这将在后面进行描述。例如，在框207处，可以将发电机与电网7隔离，或者可以将其功率水平设置为最小值。
相反，如果在框205处调节器确定回退定时器未超过，那么控制再次移至框201，并开始新的循环。
现在转到框201，如果反馈信号可用，那么在框202中，调节器检查该反馈信号是否在目标之内。如果反馈信号不在目标内(即，Pmeter(t)>PPCC)，那么调节器设置控制值Plimit(i)(t)(参见框208)，然后转到框209，并检查回退定时器或计数器是否高于最大阈值。如果已超过最大阈值，那么将发电机置于回退状态。
在图6的示例性实施例中，回退状态取决于发电机是从框205进入回退状态(缺少反馈信号)还是从框209进入回退状态(反馈不在目标内)而不同。第二回退状态由框210表示。当调节器进入回退状态210时，设置回退控制值(参见框211)。这个回退控制值可以与在框207处设置的回退控制值相同。
在图6所示的实施例中，发电机离开框206的回退状态(在图6中称为“受保护的回退状态”)应满足的条件与离开框210的回退状态应满足的条件不同。
如果发电机已经进入受保护的回退状态(框206)，那么如果不存在故障状况(在框212处检查到的反馈信号可用，并且在框213处检查到的反馈在目标内)持续预设的时间间隔(由保护定时器计算，参见框214)，那么发电机将返回到正常操作状态(框200)。如果存在故障状况中的至少一个，那么重新设置保护定时器(框215)，并且在框207处再次开始迭代循环。
上面描述并在框206中概述的受保护的回退例程确保受检测到的故障(反馈信号不可用)影响的发电机不会过早重新进入正常操作状况。
当反馈信号不在目标内时，也可以使用相同的例程，而不是使用下面描述并在框210中概述的例程。但是，在图6的流程图中概述的示例性实施例中，由于反馈信号未在目标之内而进入回退状态的发电机一旦检测到无故障就将重新进入正常操作条件，如框210中表示的例程。在框216和217中，检查相应故障状况的存在或不存在。
由每个发电机2.1，...2.i，...，2.n执行的上述过程确保如果出现故障状况(回退信号Plimit(i)(t)不在目标内和/或如果没有可用的反馈信号)持续一定时间段或一定数量的迭代周期，那么发电机进入回退状态(框206或框210)。
已进入回退状态的发电机将在给定的时间段内或者在控制算法的给定迭代次数内保持所述状况(即使已消除故障)，然后再次切换至正常操作状况，特别是如果触发回退状态的故障是缺少反馈信号。在图6的示例性实施例中，如果故障是由于反馈信号不在目标内，那么一旦故障状况消除，进入回退状态的发电机就可以恢复到正常操作(框210)。
用于前馈控制实施方式的数据传播可以根据反应器模式执行，在图7的图中概述。这涉及面向事件的行为，其中在每个发电机上运行的控制任务在执行动作之前等待特定的触发器。在当前应用中，主要的触发事件是：
-第一事件是反馈样本的接收。反馈样本是仪表测量结果；
-第二事件是回退超时，如上文结合图6所描述的。
反馈样本接收事件在每个控制步骤处周期性地生成，因此实际上被发电机2.1，...2.i，...2.n的控制器5.1，...5.i，...5.n用作同步信号。而且，反馈事件允许控制算法所需的运行时数据的同步传播。
下表列出了取决于相应的触发器事件(左侧列)的控制反应(右侧列)：
Figure BDA0002483620980000161
当已经接收到所有发电机2.1，...2.i，...2.n的所有输入数据时，或者在预定义的超时值(例如100ms)到期之后，在异步线程中执行控制步骤。
鉴于控制步骤执行的异步性质，一旦已经接收到所有逆变器测量结果或超时值到期，就保证控制处理程序能够发起新的控制步骤，以先到者为准：同时在并行线程中执行控制算法。这在图8的图中以绘图方式表示。在一些实施例中，最小控制步骤时间已被估计为135ms。
虽然在以上描述中参考了前馈控制，但是在其它实施例中，可以使用不同的调节器，例如PI(比例-积分)或PID(比例-积分-微分)调节。
如果使用PID或PI调节，该算法将管理以下信号：
-反馈信号：由PCC计13测得的公共耦合点PCC处的有功功率(Pmeter)。
-目标：PCC处的目标有功功率(PPCC)；
-输出：应用于相应的发电机2.1，...2.i，...2.n的有功功率限制信号Plimit(t)。
控制方法将如下实现。每个发电机的每个控制单元每隔一个同步刷新周期(Tmeter)获取导出到公用电网11的有功功率的样本(Pmeter(t))。仪表采样被用作调节的同步事件；即，每当获取一个新的仪表样本Pmeter(t)时，都对样本Pmeter(t)进行处理并应用限制信号Plimit(i)(t)。
可以通过在所有发电机之间共享发电机额定功率(即，系统1的每个发电机的最大额定有功功率PnomGEN(i))来配置每个发电机的调节器。而且，PI或PID调节器的参数可以在算法表征或电厂调试期间进行调谐。
当使用PI或PID调节器将流经PCC的实际有功功率流(Pmeter)保持在预定限制以下时，当PCC处的功率误差为负时(即，当PPCC≤Pmeter时)，快速且进取的控制动作是特别有益的。相反，当PCC处的功率误差为正时(即，PPCC≥Pmeter时)，可以使用较慢且平稳的调节。这开辟了使用具有非对称系数的PID调节器的可能性，从而实现更高效的控制动作。但是，另一方面，需要更复杂的调谐过程，而上述前馈调节器则不需要。
虽然已经根据各种具体实施例描述了本发明，但是对于本领域普通技术人员清楚的是，在不脱离权利要求书的精神和范围的情况下，可以进行许多修改、改变和省略。此外，除非本文另有说明，否则根据替代实施例，任何过程或方法步骤的次序或顺序都可以改变或重新排序。

Claims (24)

1.一种用于调节从能量生成系统(1)到公用电网(11)的功率导出的方法，其中能量生成系统包括多个发电机(2.1，...2.i，...2.n)；所述方法包括以下步骤：
监视从系统(1)导出到公用电网(11)的实际功率(Pmeter)；
向每个发电机(2.1，...2.i，...2.n)提供相同的反馈信号(Pmeter)，所述反馈信号(Pmeter)包含关于由系统(1)导出到公用电网(11)的功率的信息；
在每个发电机(2.1，...2.i，...2.n)处，借助于相应的调节器(5.1，...5.i，...5.n)提供调节信号(Plimit(i)(t))以调节由相关发电机输送的功率(Pout(1)，…Pout(i)，…Pout(n))。
2.如权利要求1所述的方法，其中，响应于所述反馈信号，调节信号限制由发电机供应的功率，使得由系统(1)导出到公用电网(11)的功率维持在目标功率导出限制值(PPCC)或低于目标功率导出限制值(PPCC)。
3.如权利要求1所述的方法，其中每个调节器(5.1，...5.i，...5.n)是前馈调节器。
4.如权利要求2所述的方法，其中每个调节器(5.1，...5.i，...5.n)是前馈调节器。
5.如权利要求1所述的方法，其中调节器被嵌入在相关发电机的逆变器中。
6.如权利要求2至4中的任一项所述的方法，其中调节器被嵌入在相关发电机的逆变器中。
7.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
向每个发电机(2.1，...2.i，...2.n)提供关于所有发电机(2.1，...2.i，...2.n)累计生成的总功率(PoutTOT)的信息；
并且其中每个调节器(5.1，...5.i，...5.n)基于由所有发电机生成的总功率(PoutTOT)以及基于目标功率导出值，特别是导出限制值(PPCC)，向相应的发电机(2.1，...2.i，...2.n)提供控制信号(Plimit(t))。
8.如权利要求7所述的方法，其中控制信号(Plimit(t))是前馈控制信号。
9.如权利要求2至6中的任一项所述的方法，还包括以下步骤：
向每个发电机(2.1，...2.i，...2.n)提供关于所有发电机(2.1，...2.i，...2.n)累计生成的总功率(PoutTOT)的信息；
并且其中每个调节器(5.1，...5.i，...5.n)基于由所有发电机生成的总功率(PoutTOT)以及基于目标功率导出值，特别是导出限制值(PPCC)，向相应的发电机(2.1，...2.i，...2.n)提供控制信号(Plimit(t))。
10.如权利要求9所述的方法，其中控制信号(Plimit(t))是前馈控制信号。
11.如权利要求7所述的方法，其中提供关于由所有发电机(2.1，...2.i，...2.n)累计生成的总功率(PoutTOT)的信息的步骤包括以下步骤：
在连接网络(8)上发布每个发电机(2.1，...2.i，...2.n)的运行时测量结果，其中每个发电机连接到连接网络(8)；
在每个发电机处，收集由所有发电机发布的运行时测量结果，并计算与整个系统相关的聚合数据。
12.如权利要求9所述的方法，其中提供关于由所有发电机(2.1，...2.i，...2.n)累计生成的总功率(PoutTOT)的信息的步骤包括以下步骤：
在连接网络(8)上发布每个发电机(2.1，...2.i，...2.n)的运行时测量结果，其中每个发电机连接到连接网络(8)；
在每个发电机处，收集由所有发电机发布的运行时测量结果，并计算与整个系统相关的聚合数据。
13.如权利要求1至5、7、8和11中的任一项所述的方法，其中提供调节信号的步骤包括以下步骤：
(a)计算由发电机(2.1，...2.i，...2.n)生成的总功率(PoutTOT)；
(b)计算由电耦合到发电机(2.1，...2.i，...2.n)的负载(9)吸收的功率(Pload(t))；
(c)根据以下来计算调节信号的新的值(Plimit(i)(t))：调节信号的先前值((Plimit(i)(t-1))、目标功率导出值(PPCC)、负载(9)吸收的功率(Pload(t))和发电机生成的总功率(PoutTOT)；
(d)迭代地重复步骤(a)-(c)，从而在下一次迭代时，调节信号的每个新的值变为调节信号的先前值。
14.如权利要求13所述的方法，其中由负载(9)吸收的功率(Pload(t))被计算为由发电机(2.1，...2.i，...2.n)生成的总功率(PoutTOT(t))与从系统(1)导出到公用电网(11)的功率之差。
15.如权利要求13所述的方法，其中：
如果来自发电机的可用功率(Pout(i)(t))低于由调节信号确定的受限功率值(Plimit(i)(t-1))；并且
导出到公用电网(11)的功率(Pmeter(t))高于目标功率导出限制值(PPCC)，
那么所述发电机的调节信号的新的值根据以下来计算：所述发电机的实际功率输出(Pout(i)(t))、目标功率导出限制值(PPCC)、由负载(9)吸收的功率(Pload(t))，以及由发电机生成的总功率(PoutTOT)。
16.如权利要求14所述的方法，其中：
如果来自发电机的可用功率(Pout(i)(t))低于由调节信号确定的受限功率值(Plimit(i)(t-1))；并且
导出到公用电网(11)的功率(Pmeter(t))高于目标功率导出限制值(PPCC)，
那么所述发电机的调节信号的新的值根据以下来计算：所述发电机的实际功率输出(Pout(i)(t))、目标功率导出限制值(PPCC)、由负载(9)吸收的功率(Pload(t))，以及由发电机生成的总功率(PoutTOT)。
17.如权利要求1至5、7、8和11中的任一项所述的方法，包括以下步骤：
计算代表发电机的调节信号的值的分布的统计变量(σ2)；
如果所述统计变量高于阈值，那么执行使发电机生成的功率重新平衡的步骤。
18.如权利要求17所述的方法，其中统计变量选自：方差；以及标准差。
19.如权利要求1至5、7、8和11中的任一项所述的方法，还包括以下步骤：
检查所述发电机(2.1，...2.i，...2.n)中的一个是否发生至少一个故障状况；
如果发生所述故障状况，那么将发生故障状况的发电机切换为回退操作状况。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述至少一个故障状况选自：缺少反馈信号(Pmeter)；以及反馈信号(Pmeter)超出预设目标(PPCC)。
21.如权利要求19所述的方法，其中，如果所述至少一个故障状况持续预定时间段，那么执行切换为回退操作状况的步骤。
22.如权利要求1至5、7和9中的任一项所述的方法，其中每个发电机包括逆变器(4.1，...4.i，...4.n)。
23.如权利要求1至5、7、8和11中的任一项所述的方法，其中系统(1)包括以下一项或多项：
太阳能能源，包括至少一个光伏面板；
风力能源，包括至少一个风力涡轮机；
水电能源，包括至少一个水源；
燃料电池；
发电机组；
蓄电池。
24.一种能源系统(1)，包括：
多个发电机(2.1，...2.i，...2.n)，在公共耦合点处电耦合到公用电网(11)；其中每个发电机包括调节器(5.1，...5.i，...5.n)；
功率计(13)，适于测量由多个发电机导出到公用电网(11)的功率；
连接网络，以数据交换关系将发电机和功率计彼此连接；
其中每个调节器适于执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法。
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