CN112400060B - 混合动力发电厂及控制混合动力发电厂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合动力发电厂(100)，其具有包括若干个可再生电力生成单元(其优选地又包括风力涡轮机和/或太阳能电力单元)以及能量存储单元(诸如电池能量系统(BES))的多种能量资产。发电厂控制器(200，PPC)从能量存储单元(ESU)接收指示功率限制(P_L3)的信息，并响应于该功率限制，根据相应能量资产的能力通过对应的加权因子(WF1，WF2，WF3)动态地修改有功功率设定点，以从所述混合动力发电厂生产有功功率。本发明可以通过根据能量资产的能力对应地修改混合动力发电厂的有功功率设定点来补偿该功率限制，以维持期望的功率生产，和/或在改变与功率生产有关的参数时维持足够平滑的升降速率。

Description

混合动力发电厂及控制混合动力发电厂的方法
技术领域
本发明涉及一种具有多种能量资产的混合动力发电厂，该多种能量资产包括若干个可再生电力生成单元(其优选地又包括风力涡轮机和/或太阳能电力单元)以及能量存储单元。本发明还涉及实现本发明的对应的方法、对应的控制器和对应的计算机程序产品。
背景技术
最近，由于发生到基于非化石的能源系统的逐渐过渡，在世界各国，各种可再生能源在为本地电网生产电力方面取得了越来越大的成功，但是电网也具有有效地整合这种可再生能源的要求。
例如，风力涡轮机在电网中的高渗透性已经激发了对风力涡轮机的关于它们应该如何促进电网的稳定性的要求。这种要求包括在由传输系统操作员(TSO)定义的所谓电网规范中，风力发电厂(有时也称为风电场)必须遵守这些规范，才能向电网生产电力。
近来，出现了一种新兴趋势，即，将各种可再生能源整合到具有多种能量资产(即具有若干个电力生成单元(诸如风力涡轮机和太阳能电力单元)以及能量存储系统(诸如大型电池))的所谓的混合动力发电厂中。由于本地风和太阳能等能源的可能互补性(例如，当风相当大时，傍晚时太阳可能不会照耀)，期望的是从混合动力发电厂生产的电力被设定为处于高可靠性。
可能包括在电网规范中的一些要求包括维持一定的输出功率、电压和频率，并且可能对这些参数的变化率(例如所谓的升降速率)具有一定的限制。这些要求也预期会施加在未来的混合动力发电厂上，因此，能够根据用于这些混合动力发电厂的电网规范输送能量也是很重要的。
因此，改进的混合动力发电厂将是有利的，并且特别地，更有效和/或更可靠的混合动力发电厂将是有利的。
发明内容
本发明的另一个目的是提供现有技术的替代方案。
特别地，可以将本发明的一个目的看作是提供一种混合动力发电厂，其通过遵守电网规范生产电力(特别是在特定参数发生变化时)来解决现有技术的上述问题。
因此，本发明的第一方面旨在通过提供一种混合动力发电厂来实现上述目的和若干个其他目的，所述混合动力发电厂连接到相关联的电网以向所述电网生产电力，所述混合动力发电厂包括多种能量资产，所述多种能量资产包括：
-第一可再生电力生成单元，优选地，所述第一可再生电力生成单元包括多个风力涡轮发电机(WTG1，WTG2)，
-第二可再生电力生成单元，优选地，所述第二可再生电力生成单元包括多个太阳能电力单元(PV1，PV2)，以及
-能量存储单元，优选地为电池能量存储系统(BES)，所述能量存储单元能够存储来自所述第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，
其中，所述混合动力发电厂还包括布置成与所述多种能量资产进行通信的发电厂控制器，所述发电厂控制器被布置成用于接收有功功率参考并对应地将有功功率设定点分配给所述多种能量资产，并且
其中，所述发电厂控制器还被布置成从所述能量存储单元接收指示功率限制的信息，并响应于所述功率限制，根据相应能量资产的能力通过对应的加权因子来动态地修改所述有功功率设定点，以相应地从所述混合动力发电厂生产有功功率。
本发明对于获得一种混合动力发电厂特别有利，在该混合动力发电厂中，一旦发生能量存储单元中或来自能量存储单元的功率限制(诸如来自电池能量存储系统的放电限制)的事件，第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元可以通过根据能量资产的能力对应地修改混合动力发电厂的有功功率设定点来有效地补偿该功率限制，从而为混合动力发电厂维持期望的功率生产(在一定范围内)，或者在改变与功率生产有关的参数时维持足够平滑的升降速率。实际上，发明人已经进行了仿真，该仿真支持本发明的在混合动力发电厂中发生功率生产的变化时的这些益处。
在本发明的上下文中，术语“混合动力发电厂”将被广义地理解为能够基于若干种能量来源来为电网生产电力的发电厂，所述若干种能量来源包括但不限于风能、太阳能、水能、热能等，从这个意义上说，混合动力发电厂具有生产电力的能量来源的集合体。应当理解，混合动力发电厂将在某种总体控制水平上被共同控制以生产电力，但是各个能量资产可以附加地或替代地具有某种程度的本地控制。还应该理解的是，混合动力发电厂可以具有较大的地理范围，例如多种能量资产可以分散在若干个位置(例如，隔开长达2、5、10、15或20km，甚至更长)，只要发电厂控制器能够提供根据本发明的某种程度的总体控制水平即可(特别是考虑到电损耗和/或控制和测量延迟)。
在本发明的上下文中，第一可再生电力生成单元可以包括多个风力涡轮机，每个风力涡轮机或风力涡轮发电机(WTG)可以包括塔架和具有至少一个转子叶片(诸如三个叶片)的转子。转子可以连接到机舱，该机舱安装在塔架的顶部并且适于驱动位于机舱内部的发电机。转子可在风的作用下旋转。转子叶片的由风引起的旋转能量经由轴传递给发电机。因此，风力涡轮机能够借助于转子叶片将风的动能转换为机械能，并且随后借助于发电机将机械能转换为电力。发电机可以包括用于将发电机的交流电转换成直流电的功率转换器，以及用于将直流电转换成待注入到电网中的交流电的功率逆变器。多个风力涡轮机可以不同，或者它们可以是同一种类。
在本发明的上下文中，第二可再生电力生成单元可以包括多个太阳能电力单元，每个太阳能电力单元可以具有例如光伏(PV)太阳能面板、集中式太阳能电力(CSP)单元或其他能够利用太阳能辐射并将其转换为电力的太阳能电力单元。
在本发明的上下文中，能量存储单元被广义地理解为能够在能量过剩的时段期间存储来自生成电力的第一可再生电力生成单元和/或第二可再生电力生成单元的能量，然后存储该能量一段时间直到需要将能量供应到电网中为止的单元。通常，能量存储单元也可以用于在能量较便宜的时段从电网存储能量，并且在能量较贵的时候将其释放到电网。这就是所谓的“能量套利”。因此，将理解，对于依赖于能量存储单元的混合动力发电厂，所存储的能量可以具有一定的最小规模，以在稍后的时间具有任何重要的用途。因此，考虑由能量存储单元存储0.5MWh、1MWh、2MWh、3MWh、4MWh或5MWh的最小量能量。类似地，供应给电网的电力可以能够具有一定的最小功率，例如为至少0.5MW、1MW、2MW、3MW、4MW或5MW，以遵守功率生产的相关电网规范对混合动力发电厂产生影响。替代地，能量存储单元的功率与混合动力发电厂的总功率的比率可以最小为1％、2％、3％、4％或5％，以对电网产生影响。替代地，能量存储单元的功率与混合动力发电厂的总功率的比率可以最大为20％、15％、10％、8％、6％、4％或2％，因为能量存储单元通常是在给定时刻或一段时间内平均的最昂贵的能量资产。
合适的能量存储单元可以优选地基于电化学存储(诸如电池能量存储系统(BES))，更优选地包括可充电锂离子电池(LIB)，但是在本发明内还可以设想其他能量存储单元，例如基于机械存储(例如压缩空气贮存器)、电存储(例如所谓的超级电容器)、热能存储或化学能存储(例如电改气P2G)或其他适用于发电厂能量存储以及稍后到电网的电力传输的能量存储装置。
在本发明的上下文中，能量存储单元的功率限制被广义地理解为如下含义：它可以直接或间接地与导致能量存储单元当前和/或短时间后可以放电和/或充电的有限功率生产的任何参数相关。通常，期望功率限制可以反映即时充电/放电能力。这意味着对应于控制回路采样时间和通信延迟的最大延迟(例如，在30ms至200ms的范围内)。特别地，功率限制可以描述可用于放电和/或充电的能力或资源。替代地或附加地，指示功率限制的信息可以与存储能量的能力有关，例如，能量存储单元距离能量存储的全功率(fullcapability)有多近。优选地，功率限制可以与更优选地基于电化学存储的电池能量存储系统(BES或BESS)的充电和/或放电限制有关。例如，发电厂控制器(PPC)可以接收电池的充电状态，并在某些假设和条件下自行确定充电和放电功率。
在本发明的上下文中，第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元以及能量存储单元可以被共同地定义为能量资产。不排除其他能量资产(特别是基于化石燃料(碳基)的能量资产)可以与本发明的所述能量资产相结合，这种电力生成单元基于石油、煤炭、烃气等。在本技术领域中，如技术人员将容易理解的那样，能量资产也可以被称为“能量执行器(energy actuator)”。这两个术语将在下面的详细描述中互换使用。
在有利的实施例中，混合动力发电厂还可以包括：
-用于导出混合动力发电厂中的电损耗的估计值的模块；
-用于基于来自多种能量资产的总计功率生产与公共耦合点(PoC)处的功率测量值之间的差导出混合动力发电厂中的电损耗的测量值，以及
-调节器，其被布置成将电损耗的估计值和电损耗的测量值应用于发电厂控制器的有功功率控制回路中，所述有功功率控制回路被布置成控制混合动力发电厂在公共耦合点处的有功功率生产。
因此，如果功率的估计值可能例如由于电损耗而与实际测量值不同，则该实施例可以对此进行补偿和/或减小。在另一个有利的实施例中，指示功率限制的信息可以包括来自作为第三能量资产的能量存储单元(例如电池能量存储系统(BES))的充电和/或放电限制，尽管其他限制也可以形成根据本发明的该功率限制的一部分。附加地，第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元可以分别形成第一能量资产和第二能量资产，并且如果来自第三资产的功率限制导致功率参考与来自多种能量资产的总计功率生产之间的差，则发电厂控制器(PPC)然后被布置成通过对应的权重变化因子来修改所述第一能量资产和第二能量资产的有功功率设定点，所述权重变化因子是功率参考与从所述第一能量资产和第二能量资产测量的总计功率生产之间的所述差的函数。此外，混合动力发电厂然后可以优选地基于来自每个能量资产的可用功率和/或额定功率，使能量资产的每个对应的权重变化因子进一步是来自每个能量资产的功率的函数。
在又一有利实施例中，由发电厂控制器(PPC)分配给能量存储单元的有功功率设定点可以由第三能量资产由第三能量资产中的所述功率限制导致的能力来确定，其优选地基于来自所述第三能量资产的可用功率和/或额定功率，这将在下面进一步详细说明。还可以设想，可以应用第三能量资产的能力的其他测量值。
在一些实施例中，混合动力发电厂可以以如下模式进行操作：其中，发电厂控制器(PCC)将有功功率设定点分配给能量存储单元，所述有功功率设定点在混合动力发电厂的外部确定，例如以用于能量套利。它也可以被视为相对于控制回路的外部，例如混合动力发电厂中的另一控制回路的外部。
在其他实施例中，混合动力发电厂可以以减少削减模式(curtailment reductionmode)进行操作，其中，发电厂控制器(PCC)进行操作以通过相应地给所述能量存储单元(ESU)充电以及因此存储否则将丢失的能量来减小或限制：
-第一可再生电力生成单元、优选地为所述多个风力涡轮发电机(WTG1，WTG2)中的一个或多个风力涡轮发电机的削减，和/或
-第二可再生电力生成单元、优选地为所述多个太阳能电力单元(PV1，PV2)中的一个或多个太阳能电力单元的削减。
有益地，混合动力发电厂可以处于恒定功率控制模式，其中，发电厂控制器(PCC)进行操作以根据有功功率参考维持来自混合动力发电厂的基本恒定的功率水平，所述操作特别地包括使能量存储单元相应地放电，因为电网规范经常要求这样做。
有益地，混合动力发电厂可以处于频率控制模式，其中，发电厂控制器(PCC)进行操作以通过由混合动力发电厂生产的对应功率来平衡频率变化，该操作特别地包括使能量存储单元(ESU)进行放电或充电，因为电网规范也经常要求这样做。
在一些实施例中，混合动力发电厂可以以发电厂控制器的多个模式进行操作，并且其中，多个模式中的至少一个模式优先于其余模式。在一个示例中，所述减少削减模式、所述恒定功率控制模式或所述频率控制模式可以优先于其中有功功率设定点在混合动力发电厂的外部确定的模式。
在第二方面，本发明涉及一种用于控制混合动力发电厂的方法，所述混合动力发电厂连接到相关联的电网以向所述电网生产电力，所述混合动力发电厂包括多种能量资产，所述多种能量资产包括：
-第一可再生电力生成单元，优选地，所述第一可再生电力生成单元包括多个风力涡轮发电机(WTG1，WTG2)，
-第二可再生电力生成单元，优选地，所述第二可再生电力生成单元包括多个太阳能电力单元(PV1，PV2)，以及
-能量存储单元，优选地为电池能量存储系统(BES)，所述能量存储单元能够存储来自所述第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，
其中，所述方法包括控制布置成与所述多种能量资产进行通信的发电厂控制器(PPC)，所述发电厂控制器被布置成用于接收有功功率参考并对应地将有功功率设定点分配给所述多种能量资产；并且
其中，所述方法还包括从所述能量存储单元接收指示功率限制的信息，并响应于所述功率限制，根据相应能量资产的能力通过对应的加权因子动态地修改所述有功功率设定点，以相应地从所述混合动力发电厂生产有功功率。
在第三方面，本发明涉及一种用于控制相关联的混合动力发电厂的功率控制器，所述混合动力发电厂连接到相关联的电网以向所述电网生产电力，所述混合动力发电厂包括多种能量资产，所述多种能量资产包括：
-第一可再生电力生成单元，优选地，所述第一可再生电力生成单元包括多个风力涡轮发电机(WTG1，WTG2)，
-第二可再生电力生成单元，优选地，所述第二可再生电力生成单元包括多个太阳能电力单元(PV1，PV2)，以及
-能量存储单元，优选地为电池能量存储系统(BES)，所述能量存储单元能够存储来自所述第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，
其中，所述发电厂控制器(PPC)被布置成与所述多种能量资产进行通信，所述发电厂控制器被布置成用于接收有功功率参考并对应地将有功功率设定点分配给所述多种能量资产；并且其中，所述发电厂控制器还被布置成从所述能量存储单元接收指示功率限制的信息，并响应于所述功率限制，根据相应能量资产的能力通过对应的加权因子动态地修改所述有功功率设定点，以相应地从所述混合动力发电厂生产有功功率。
在第四方面，本发明涉及一种计算机程序产品，其适于使计算机系统控制根据本发明的第一方面和/或第二方面的混合动力发电厂，所述计算机系统包括至少一个计算机，所述至少一个计算机具有与其相连的数据存储装置。
本发明的该方面的特别但非排他性的优点在于：本发明可以通过一种计算机程序产品来实现，该计算机程序产品在被下载或上传到计算机系统中时使得计算机系统执行本发明的第二方面的操作。
在另一方面，本发明涉及一种数据存储介质，在所述数据存储介质上可以提供这种计算机程序产品，即，所述计算机程序产品可以提供在任何种类的计算机可读介质上或者通过网络提供。
本发明的各个方面可以各自与任何其他方面组合。通过以下参考所描述的实施例的描述，本发明的这些和其他方面将变得显而易见。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明。附图示出了实现本发明的一种方式，并且不应被解释为限制落入所附权利要求书的范围内的其他可能的实施例。
图1是根据本发明的实施例的混合动力发电厂的示意图，
图2是根据本发明的另一实施例的混合动力发电厂的示意图，
图3和图4示出了根据本发明的混合动力发电厂的两种不同情况的仿真图，以及
图5是表示根据本发明的计算机程序产品或根据本发明的方法的操作的概要/详细的系统示意图。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施例的混合动力发电厂100的示意图。混合动力发电厂100连接到相关联的电网1000以向电网生产电力，该混合动力发电厂包括多种能量资产EA1、EA2和EA3。
因此，第一可再生电力生成单元EA1或1RPGU是电厂100的一部分，即在该实施例中为多个风力涡轮发电机WTG1和WTG2，而第二可再生电力生成单元EA2、2RPGU即在该实施例中为多个太阳能电力单元PV1和PV2。为了简单起见，在该实施例中仅示出了两个风力涡轮机和太阳能电力单元，但是，本领域技术人员当然将理解，原则上在本发明的教导和原理内可以设想任何数量的可再生电力生成单元。
另外，能量存储单元EA3或ESU是电厂100的一部分，优选地为电池能量存储系统(BES)，该电池能量存储系统(BES)能够存储来自所述第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元(即来自风力涡轮发电机WTG1和WTG2，以及太阳能电力单元PV1和PV2)的能量，并且能量存储单元被布置成在需要时将电力输送到所述电网1000。
混合动力发电厂还包括发电厂控制器PPC 200，该发电厂控制器PPC200被布置成与多种能量资产进行通信，即接收关于它们的状态/条件的信息并且通常向它们中的每一个发送控制信号，并且该发电厂控制器特别地被布置成用于接收例如由电网操作员提供的有功功率参考P_REF(如PPC的左侧所示)，并对应地将有功功率设定点P_S1、P_S2和P_S3分配给多种能量资产，如图1所示。可以提及，在一些实施例中，WTG分配器可以形成控制器PPC200的一部分。P_REF是从电网操作员(TSO)或用户接收到的参考，但是它也可以来自另一控制器——诸如由信号名称Pref_freq_ctrl表示的频率控制器。
通常，期望控制器PPC 200将直接与WTG1和WTG2进行通信，并且它将通过专用ES和PV控制器(类似于发电厂控制器PPC，但专门用于PV和BES)与能量存储器BES以及PV1和PV2进行通信。然后，这些专用控制器会将设定点分配给各个PV阵列转换器或各个ES转换器(即PV和ES系统由多个单元组成，就像风力发电厂系统一样)。在所示的实施例中，控制器PPC200经由设定点拆分器进行通信，然后设定点拆分器将设定点PS_1、PS_2和PS_3进一步分配给每种能量资产的本地分配器。
还可以设想，可以通过本地控制器将设定点分配给WTG。也就是说，一个主PPC将设定点分配给例如用于具有大量风力涡轮发电机(诸如超过20台风力涡轮机，或者超过40台风力涡轮机)的大型风力涡轮机发电厂的一个/多个从PPC。
此外，发电厂控制器200PPC还被布置成从能量存储单元ESU接收指示功率限制P_L3的信息(例如来自BES的充电和/或放电限制)，并响应于所述功率限制根据相应能量资产的能力通过对应的加权因子WF1、WF2、WF3动态地修改有功功率设定点，以相应地从混合动力发电厂生产有功功率。如示意图所示，电厂生产由P_out_HPP给定的功率。
考虑与图1所示的电厂相似的装机功率为1pu的混合动力发电厂100。该电厂包括WT、PV和BESS能量资产，其装机功率的比例如下：
WT＝0.5pu，PV＝0.4pu，以及BESS＝0.1pu。
其给出执行器的以下权重：
W_wt＝(P_wt)/(P_wt+P_pv+P_bess)＝0.5pu，
类似地，
W_pv＝0.4pu，
W_bess＝0.1pu。
假设电厂的总有功功率参考P_ref_hpp现在基于其权重为0.3pu；WT、PV和BESS能量资产将经历以下设定点P_S1、P_S2和PS_3：
WT＝0.3pu*W_wt＝0.15pu，
类似地，
PV＝0.12pu，BESS＝0.03pu。
这解释了基于执行器能力或执行器权重(因为这种分数在本领域中也是已知的)的设定点分配的基本原理。
在理论方法中，如果认为BES通常受到充电和放电功率的限制(例如，充电和放电功率受充电状态的限制，充电和放电功率由于相对于总电厂尺寸的BES尺寸而受到限制，等等)，则假设功率限制已满(换句话说，充电/放电功率为零)，那么将希望将该充电/放电限制转移到混合动力发电厂中的剩余能量资产(在这种情况下为WTG和PV)。
一种方法是将充电/放电限制平均分配给两个执行器组(即能量资产)，而不管它们在电厂中的权重为多少：
WT＝P_ref_hpp*(W_wt+W_bess/2)，
以及
PV＝P_ref_hpp*(W_pv+W_bess/2)。
如果电池的充电/放电限制未满——换句话说，电池可以处理一些充电/放电设定点，但不能处理控制回路基于总电厂参考P_ref_hpp和BES权重所要求的全设定点，那么，由于充电/放电限制而导致BES无法实现的功率参考量必须被移至WT和PV执行器组。
这是通过根据如上所述的权重变化因子来更改/改变WT和PV执行器的权重来实现的。因此，WT和PV执行器参考将被计算为如下：
WT＝P_ref_hpp*(W_wt+W_ch_factor_bess*(W_wt/(W_wt+W_pv)))
PV＝P_ref_hpp*(W_pv+W_ch_factor_bess*(W_pv/(W_wt+W_pv)))；
在上式中：
W_wt，W_pv——WT和PV执行器组基于其在混合动力发电厂中的装机功率份额的权重。
W_ch_factor_bess——权重变化因子(其示出BES必须分配给其他执行器组的权重)，其被计算为如下：
W_ch_factor_bess＝(Pref_hpp*W_bess–Pcharging)/Pref_hpp；
项(W_wt/(W_wt+W_pv))和(W_pv/(W_wt+W_pv))示出了分别上述权重变化因子WCF中的多少被分别分配给WT和PV执行器。
在本发明的另一个实施例中，上述算法被修改为使得分配权重变化因子WCF的这个项还基于WT和/或PV执行器的可用功率。然而，这还没有通过仿真进行探索，但是期望这可以实现为具有基于可用功率而不是如上所述的装机功率的对应能力或权重W_wt和W_pv。然后，可以添加新的权重参数W_wt_pava和W_pv_pava作为单独的因子，其以某种方式被包含在上述公式中，以反映基于可用功率的权重。原因在于，如果设定点基于一些能量资产的限制而动态地变化，则可能会要求其他资产提供高于其装机功率的参考。
因此，本发明的一般原理是按如下方式给混合动力发电厂100中的每组能量资产分派权重。
·基于每种能量资产的权重分配由有功功率控制回路的有功功率控制器200生产的有功功率设定点。
·如果用于能量存储的能量资产受到一个或多个功率限制P_L3(例如，能量存储单元的充电和放电功率的限制)，则更改其他剩余资产的权重，使得它们的功率反映出电池功率限制(改变执行器权重)。换句话说，分配给剩余资产的设定点以反映能量存储单元的该功率限制的量对应地增大或减小。
·然后，控制器将额定设定点发送给WT和PV执行器，并将调节后的总电厂参考P_ref_hpp与WT和PV执行器生产的和之间的差发送给BES。这发生在预定义的条件下，这些预定义条件解决电池充电/放电限制与总电厂参考与WT和PV执行器生产的和之间的差之间的关系。
·在与上述不同的条件下，控制器然后将修改后的参考发送给WT和PV执行器。WT和PV执行器的权重是修改后的权重，其一方面反映了相应的执行器基于它们相应的装机功率的权重，另一方面反映了基于电池的充电/放电限制、电厂总参考以及WT、PV和BES的权重的权重变化因子WCF。
BES参考由充电/放电限制(其取决于总电厂参考与WT和PV执行器组生产的和之间的差的符号(sign))和基于BESS装机功率的加权总电厂参考之间的最小值来设定。这是BES设定点由有功功率回路给定的情况。
BES设定点也可以在外部(即通过外部设定点)设定，在这种情况下，BES参考由充电/放电限制(其取决于总电厂参考与WT和PV执行器组生产的和之间的差的符号)和外部BES设定点之间的最小值设定。
该方法的该特定能力允许根据定义的优先级和规则进行充电和放电。因此，在图1中，示意性地示出了在本发明的上下文中设定点拆分器可以如何接收规则和/或优先级以实现更高级的控制算法。这将在下面进一步解释，特别是在测量生产的功率和输送到电网的实际功率时。
因此，在本发明的特别有利的实施例中，控制器200可以使用来自WTG和PV的有功功率生产的和(在图1中示出为P_out_WTG_PV)，而不仅仅是它们的可用功率的和。这是因为可用功率信号实际上是估计值而不是测量值，因此可能不准确，从而导致有功功率控制器响应的准确性较低。
图2(图2A和图2B两者)是根据本发明的另一实施例的混合动力发电厂的示意图。因此，除了图1所示的混合动力发电厂之外，混合动力发电厂100还包括用于导出混合动力发电厂中的电损耗的估计值的模块310。此外，存在模块320，其用于基于来自多种能量资产(此处EA1是WTG执行器，EA2是PV执行器，并且EA3是BES执行器)的总计功率生产Pprod与在与电网1000的公共耦合点(PoC)处的功率测量值Pmeas之间的差来导出混合动力发电厂中的电损耗的测量值。此外，发电厂控制器包括调节器300，该调节器300被布置成将电损耗的该估计值和电损耗的测量值应用于发电厂控制器200的有功功率控制回路中，有功功率控制回路被布置成控制混合动力发电厂100在公共耦合点处的有功功率生产。
在其他实施例中，本发明的这种特定能力允许根据定义的优先级和规则进行充电和放电，该定义的优先级和规则在图1和图2中示意性示出以可用于进行控制。
这样的电池充电和放电规则可以由针对混合动力发电厂100定义的各种操作模式指定。例如：
-减少削减模式，在该模式下，混合动力发电厂尝试减少削减——通过给电池充电(在用户设定点或频率控制设定点削减的情况下)，
-恒定输出控制模式，在该模式中，混合动力发电厂应尝试根据功率参考P_REF维持恒定功率水平——通过使电池放电(仅在用户设定点的情况下)，
-频率控制模式，在该模式中，电厂应尝试根据频率下垂特性来调节其输出功率——通过使电池放电(在欠频的情况下，在减少削减中捕获过频(充电))，
-电池的手动控制，其中电池由外部设定点而非由回路设定点控制——充电/放电，
-套利，其中电池由外部设定点控制，例如由混合动力发电厂的外部的设定点控制，而不是由回路设定点控制——充电/放电(本质上与手动控制类似)。
考虑到多个操作模式可以同时起作用的事实，可以在上述模式中的两个或更多个之间建立优先级。
例如：
-由于频率控制而引起的充电和放电优先于由于套利或手动控制而引起的充电和放电。这是为了避免在尝试进行频率控制时(即需要遵守下垂特性)处理干扰抑制。
-由于减少削减(用户设定点)而引起的充电优先于由于套利或手动控制而引起的放电。这是为了避免生产损失和生产过剩。
-由于减少削减(用户设定点)而引起的充电与由于套利或手动控制而引起的充电具有相同的优先级，并且取决于哪一个是最大值。
-由于套利或手动控制而引起的充电优先于由于恒定输出控制(用户设定点)而引起的放电。
-选项1(始终遵循P_REF)：由于恒定输出控制(用户设定点)而引起的放电优先于由于套利或手动控制而引起的放电。使用此选项，手动放电将被忽略。
选项2(遵循P_REF-手动放电限制)：
由于恒定输出控制(用户设定点)而引起的放电的优先级和由于套利或手动控制而引起的放电的优先级取决于哪一个最小。选择两者中的最小值。使用此选项，可以手动控制允许的放电水平。
-由于手动控制而引起的充电和放电优先于由于套利而引起的充电和放电。
这样定义的优先级是定义电池设定点何时由有功功率回路指定以及何时由外部参考指定的优先级。
图3和图4示出了根据本发明的混合动力发电厂的两种不同情况的仿真图，纵轴的度量为pu，横轴的度量为时间(以秒为单位)。这些情况或用例示出了来自混合动力发电厂及其发电厂控制器PPC 200的初步模型的初步仿真结果。
图3和图4的图表中示出了以下信号：
<Pmeas>是PoM处的测量功率；
<Pprod>是来自WTG、PV和BES的功率生产的和；
<Pset>是回路的有功功率参考，即P_ref_hpp；
<P_prod_bess>是来自电池的有功功率生产；
<P_prod_pvwpp>是来自PV和WTG的实际功率生产；
<Pref_hpp-Pprod_pv_wpp>是本发明的设定点拆分器接收的参考减去上述的<P_prod_pvwpp>；
<State>是示出何时将电池的参考计算为(<Pset>减去<P_prod_pvwpp>)，并且WTG和PV接收额定参考(在这种情况下，该状态等于1)，或者何时能量存储单元或电池以及PV和WTG参考根据修改后的权重公式进行计算(在这种情况下，该状态等于0)的信号；
<DisChLim>是电池的放电功率限制；
<ChLim>是电池的充电限制。
图3示出了其中功率参考P_REF(称为Pset)从0阶跃到大约0.95pu的仿真。可以观察到以下内容：
·电厂参考减去WT&PV生产大于放电限制，即，基于电池权重计算电池放电参考(仅用于WT和PV执行器)(状态“0”)。
·一旦电厂参考减去WT&PV生产小于放电限制，则将电池放电参考计算为电厂参考减去WT&PV生产(状态“1”)。
注意，生产的功率Pprod和测量的功率Pmeas在大约11秒的时间内显示出相当平滑的过渡，其中电池的功率生产P_prod_bess是恒定的，并且显示出功率曲线的升降速率(即斜率)如何朝着期望的功率生产P_REF(此处是Pset)合理地稳定，其实际上恰好落入当前的电网规范容差带内。
图4示出了其中功率参考P_REF(称为Pset)从0阶跃到大约0.95pu，然后回到大约0.6pu的仿真。可以观察到以下内容：
与图4中的用例1相同，但是注意，当设定点阶跃到0.6pu时，电池正在充电，即以刚好在-0.2以上的负pu值充电。再次注意，生产的功率Pprod和测量的功率Pmeas在从大约20秒到35秒的时间间隔内显示出相当平滑的过渡，其中电池P_prod_bess从放电变为充电，并且显示出对应的功率曲线的升降速率(即斜率)如何在电池的该过渡期间以及直到混合动力发电厂生产的功率达到约为0.6pu的新的常值为止的期间合理地稳定。
图5是表示根据本发明的计算机程序产品或根据本发明的方法的操作的概要的系统示意图。该方法涉及控制混合动力发电厂，该混合动力发电厂100连接到相关联的电网1000以向所述电网生产电力，该混合动力发电厂包括多种能量资产(参见图1和图2)，多种能量资产EA1、EA2和EA3包括：
Sa：第一可再生电力生成单元，即第一能量资产EA1和1RPGU，优选地，所述第一可再生电力生成单元包括多个风力涡轮发电机，例如图1和图2中的WTG1、WTG2，
Sb：第二可再生电力生成单元，即第二能量资产EA2和2RPGU，优选地，所述第二可再生电力生成单元包括多个太阳能电力单元，例如图1和图2中的PV1和PV2，以及
Sc：能量存储单元，即第三能量资产EA3和ESU，优选地为电池能量存储系统(BES)(参见图1和图2)，所述能量存储单元能够存储来自所述第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，
其中，该方法包括：
S1：控制被布置成与多种能量资产进行通信的发电厂控制器PPC，200，该发电厂控制器被布置成用于接收有功功率参考P_REF，并对应地将有功功率设定点P_S1、P_S2和P_S3分配给多种能量资产，以及
S2：从能量存储单元ESU接收指示功率限制P_L3的信息，并响应于所述功率限制，根据相应能量资产的能力通过对应的加权因子WF1、WF2和WF3动态地修改有功功率设定点，以相应地从混合动力发电厂生产有功功率。
总而言之，本发明涉及一种混合动力发电厂100，其具有多种能量资产，所述多种能量资产包括若干个可再生电力生成单元(其又优选地包括风力涡轮机和/或太阳能电力单元)以及能量存储单元(诸如电池能量系统BES)。发电厂控制器200，PPC从能量存储单元ESU接收指示功率限制P_L3的信息(参见图1和图2)，并响应于该功率限制，根据相应能量资产的能力通过对应的加权因子WF1、WF2、WF3(参见上面的公式)动态地修改有功功率设定点，以从混合动力发电厂生产有功功率。本发明可以通过根据能量资产的能力对应地修改混合动力发电厂的有功功率设定点来补偿该功率限制，以维持期望的功率生产，和/或在改变与功率生产有关的参数时维持足够平滑的升降速率(参见图3和图4)。
可以借助于硬件、软件、固件或这些的任何组合来实现本发明。本发明或其某些特征还可以被实现为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的软件。
本发明的实施例的各个要素可以以任何合适的方式在物理上、功能上和逻辑上实现在诸如单个单元中、多个单元中或作为独立功能单元的一部分。本发明可以在单个单元中实现，或者可以在物理上和功能上都分布在不同的单元和处理器之间。
尽管已经结合特定实施例描述了本发明，但是本发明不应被解释为以任何方式限于所给出的示例。本发明的范围将根据所附的权利要求书来解释。在权利要求的上下文中，术语“包括”不排除其他可能的要素或步骤。另外，提及诸如“一”或“一个”等的引用不应被解释为排除多个。权利要求中关于附图中指示的元件的附图标记的使用也不应被解释为限制本发明的范围。此外，可以将不同权利要求中提及的单个特征有利地组合，并且在不同权利要求中提及这些特征并不排除特征的组合是不可能和有利的。

Claims (13)

1.一种混合动力发电厂(100)，其连接到相关联的电网(1000)以向所述电网生产电力，所述混合动力发电厂包括多种能量资产，所述多种能量资产(EA1，EA2，EA3)包括：
-第一可再生电力生成单元(EA1，1RPGU)，所述第一可再生电力生成单元包括多个风力涡轮发电机(WTG1，WTG2)，
-第二可再生电力生成单元(EA2，2RPGU)，所述第二可再生电力生成单元包括多个太阳能电力单元(PV1，PV2)，以及
-能量存储单元(EA3，ESU)，所述能量存储单元为电池能量存储系统(BES)，所述能量存储单元能够存储来自所述第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，
其中，所述混合动力发电厂还包括被布置成与所述多种能量资产进行通信的发电厂控制器(PPC，200)，所述发电厂控制器被布置成用于接收有功功率参考(P_REF)并对应地将有功功率设定点(P_S1，P_S2，P_S3)分配给所述多种能量资产，并且
其中，所述发电厂控制器还被布置成从所述能量存储单元(ESU)接收指示功率限制(P_L3)的信息，并响应于所述功率限制，根据相应能量资产的能力通过对应的加权因子(WF1，WF2，WF3)动态地修改所述有功功率设定点，以相应地从所述混合动力发电厂生产有功功率，
其中，所述混合动力发电厂还包括：
-用于导出混合动力发电厂中的电损耗的估计值的模块(310)；
-用于基于来自所述多种能量资产(EA1，EA2，EA3)的总计功率生产(Pprod)与公共耦合点(PoC)处的功率测量值(Pmeas)之间的差导出混合动力发电厂中的电损耗的测量值的模块(320)，以及
-调节器(300)，其被布置成将电损耗的估计值和电损耗的测量值应用于发电厂控制器的有功功率控制回路中，所述有功功率控制回路被布置成控制混合动力发电厂在所述公共耦合点处的有功功率生产。
2.根据权利要求1所述的混合动力发电厂，其中，指示功率限制(P_L3)的信息包括来自作为第三能量资产(EA3)的能量存储单元(ESU)的充电和/或放电限制。
3.根据权利要求2所述的混合动力发电厂，其中，所述第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元分别形成第一能量资产(EA1)和第二能量资产(EA2)，并且如果来自所述第三能量资产(EA3)的功率限制(P_L3)导致所述功率参考(P_REF)与来自所述多种能量资产的总计功率生产(Pprod)之间的差，则所述发电厂控制器(PPC)然后被布置成通过对应的权重变化因子(WCF1，WCF2)修改所述第一能量资产(EA1)和第二能量资产(EA2)的有功功率设定点，所述对应的权重变化因子(WCF1，WCF2)是所述功率参考(P_REF)与从所述第一能量资产和第二能量资产测量的总计功率生产(Pprod)之间的所述差的函数。
4.根据权利要求3所述的混合动力发电厂，其中，能量资产(EA1，EA2)的每个对应的权重变化因子(WCF1，WCF2)还是来自每个能量资产的功率的函数，并且是基于来自每个能量资产的可用功率和/或额定功率的函数。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的混合动力发电厂，其中，由所述发电厂控制器(PPC)分配给所述能量存储单元(EA3，ESU)的有功功率设定点(P_S3)由所述第三能量资产的由所述第三能量资产中的所述功率限制导致的能力来确定，并且是基于来自所述第三能量资产的可用功率和/或额定功率来确定。
6.根据权利要求2-4中任一项所述的混合动力发电厂，其中，所述混合动力发电厂以如下模式进行操作：其中，所述发电厂控制器(PCC)将所述有功功率设定点(P_S3)分配给所述能量存储单元(EA3，ESU)，所述有功功率设定点(P_S3)在所述混合动力发电厂的外部确定。
7.根据权利要求6所述的混合动力发电厂，其中，所述混合动力发电厂以减少削减模式进行操作，其中，所述发电厂控制器(PCC)进行操作以通过相应地给所述能量存储单元(ESU)充电来减小或限制：
-所述第一可再生电力生成单元、即所述多个风力涡轮发电机(WTG1，WTG2)中的一个或多个风力涡轮发电机的削减，和/或
-所述第二可再生电力生成单元、即所述多个太阳能电力单元(PV1，PV2)中的一个或多个太阳能电力单元的削减。
8.根据权利要求7所述的混合动力发电厂，其中，所述混合动力发电厂处于恒定功率控制模式，其中，所述发电厂控制器(PCC)进行操作以根据有功功率参考(P_REF)来维持来自混合动力发电厂的基本恒定的功率水平(Pmeas)，所述操作包括使能量存储单元(ESU)相应地放电。
9.根据权利要求8所述的混合动力发电厂，其中，所述混合动力发电厂处于频率控制模式，其中，所述发电厂控制器(PCC)进行操作以通过由所述混合动力发电厂生产的对应功率来平衡频率变化，所述操作包括使所述能量存储单元(ESU)进行放电或充电。
10.根据权利要求9所述的混合动力发电厂，其中，所述混合动力发电厂以所述发电厂控制器的多个模式进行操作，并且其中，所述多个模式中的至少一个模式优先于其余模式。
11.根据权利要求10所述的混合动力发电厂，其中，所述减少削减模式、所述恒定功率控制模式或所述频率控制模式优先于其中所述有功功率设定点(P_S3)在所述混合动力发电厂的外部确定的模式。
12.一种用于控制混合动力发电厂的方法，所述混合动力发电厂(100)连接到相关联的电网(1000)以向所述电网生产电力，所述混合动力发电厂包括多种能量资产，所述多种能量资产(EA1，EA2，EA3)包括：
-第一可再生电力生成单元(EA1，1RPGU)，所述第一可再生电力生成单元包括多个风力涡轮发电机(WTG1，WTG2)，
-第二可再生电力生成单元(EA2，2RPGU)，所述第二可再生电力生成单元包括多个太阳能电力单元(PV1，PV2)，以及
-能量存储单元(EA3，ESU)，所述能量存储单元为电池能量存储系统(BES)，所述能量存储单元能够存储来自所述第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，
其中，所述方法包括控制被布置成与所述多种能量资产进行通信的发电厂控制器(PPC，200)，所述发电厂控制器被布置成用于接收有功功率参考(P_REF)并对应地将有功功率设定点(P_S1，P_S2，P_S3)分配给所述多种能量资产，并且
其中，所述方法还包括从所述能量存储单元(ESU)接收指示功率限制(P_L3)的信息，并响应于所述功率限制，根据相应能量资产的能力通过对应的加权因子(WF1，WF2，WF3)动态地修改所述有功功率设定点，以相应地从所述混合动力发电厂生产有功功率，
其中，所述混合动力发电厂还包括：
-用于导出混合动力发电厂中的电损耗的估计值的模块(310)；
-用于基于来自所述多种能量资产(EA1，EA2，EA3)的总计功率生产(Pprod)与公共耦合点(PoC)处的功率测量值(Pmeas)之间的差导出混合动力发电厂中的电损耗的测量值的模块(320)，以及
-调节器(300)，其被布置成将电损耗的估计值和电损耗的测量值应用于发电厂控制器的有功功率控制回路中，所述有功功率控制回路被布置成控制混合动力发电厂在所述公共耦合点处的有功功率生产。
13.一种用于控制相关联的混合动力发电厂(100)的功率控制器(200)，所述混合动力发电厂(100)连接到相关联的电网(1000)以向所述电网生产电力，所述混合动力发电厂包括多种能量资产，所述多种能量资产(EA1，EA2，EA3)包括：
-第一可再生电力生成单元(EA1，1RPGU)，所述第一可再生电力生成单元包括多个风力涡轮发电机(WTG1，WTG2)，
-第二可再生电力生成单元(EA2，2RPGU)，所述第二可再生电力生成单元包括多个太阳能电力单元(PV1，PV2)，以及
-能量存储单元(EA3，ESU)，所述能量存储单元为电池能量存储系统(BES)，所述能量存储单元能够存储来自所述第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，
其中，所述发电厂控制器(PPC，200)被布置成与所述多种能量资产进行通信，所述发电厂控制器被布置成用于接收有功功率参考(P_REF)并对应地将有功功率设定点(P_S1，P_S2，P_S3)分配给所述多种能量资产，并且
其中，所述发电厂控制器还被布置成从所述能量存储单元(ESU)接收指示功率限制(P_L3)的信息，并响应于所述功率限制，根据相应能量资产的能力通过对应的加权因子(WF1，WF2，WF3)动态地修改所述有功功率设定点，以相应地从所述混合动力发电厂生产有功功率，
其中，所述混合动力发电厂还包括：
-用于导出混合动力发电厂中的电损耗的估计值的模块(310)；
-用于基于来自所述多种能量资产(EA1，EA2，EA3)的总计功率生产(Pprod)与公共耦合点(PoC)处的功率测量值(Pmeas)之间的差导出混合动力发电厂中的电损耗的测量值的模块(320)，以及
-调节器(300)，其被布置成将电损耗的估计值和电损耗的测量值应用于发电厂控制器的有功功率控制回路中，所述有功功率控制回路被布置成控制混合动力发电厂在所述公共耦合点处的有功功率生产。
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