CN113439375A - 混合发电厂和用于控制混合发电厂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于向电网生产电力的混合发电厂(100)，混合发电厂包括多个能源资产；第一可再生发电单元，诸如风力涡轮发电机(WTG1、WTG2)，以及能量储存单元(EA3、ESU)，优选地是电池储能系统(BES)。混合发电厂具有布置成与该多个能源资产进行通信的发电厂控制器(PPC，200)，并且，当欠频事件发生时，能量储存单元(ESU，BES)通过提供作为在欠频事件发生时能量储存单元的充电状态(SoC)(SoC_mem)的函数的附加功率(ΔP)来在欠频事件(UFE)期间提供频率支持。因此，在欠频事件中，有可能从混合发电厂获得更稳定的功率输出。

Description

混合发电厂和用于控制混合发电厂的方法
技术领域
本发明涉及一种带有多个能源资产的混合发电厂，该多个能源资产包括若干可再生发电单元，该若干可再生发电单元包括第一可再生发电单元并且可选地包括第二可再生发电单元和能量储存单元(诸如大型电池)，该第一可再生发电单元包括多个第一风力涡轮发电机，该第二可再生发电单元优选地包括太阳能单元。本发明还涉及实施本发明的相应的方法、相应的控制器和相应的计算机程序制品。
背景技术
最近，由于正在逐步过渡到非化石能源系统，各种可再生能源在世界各国获得了越来越多的成功，为当地电网生产电力，但电网也有要求，以使这种可再生能源的整合是有效的。
例如，风力涡轮机或风力涡轮发电机(WTG)在电网中的高渗透率促使对风力涡轮发电机的要求，即它们应如何促进电网的稳定。这些要求包括在由输电系统运营商(TSO)定义的所谓电网规范中，风力发电厂，有时称为风电场，在向电网生产电力时必须遵守这些规范。
最近，有一种新的趋势是将各种可再生能源整合到所谓的混合发电厂中，该混合发电厂带有多个能源资产，即带有多个发电单元(诸如风力涡轮发电机和太阳能单元)以及储能系统(诸如大型电池)。由于当地风能和太阳能可能具有互补性，例如当风势相对较强时，太阳在傍晚时分可能不会发光，因此，人们对混合发电厂生产的电力的可靠性抱有期望。
电网规范中可能包括的一些要求，包括保持一定的输送电力、电压和频率，并可能对这些参数的变化率有一定的限制，例如所谓的斜变率。这些要求预计也会强加给未来的混合发电厂，因此，能够根据电网规范为这些混合发电厂提供能量也很重要。
附加地，在整合各种发电资源方面也有新的挑战，例如风能和太阳能，因为它们有不同的特性，特别是它们对不断变化的条件和要求的反应。总体而言，生产最大允许量的能源也是首要目标，考虑到各种发电资源及其不同的能源生产质量，这可能有些挑战性，例如随时间稳定性，对混合发电厂内的距离的控制，对电网中的变化和事件的反应等。
因此，改进的混合发电厂将是有利的，特别是更有效和/或更可靠的混合发电厂将是有利的。
发明目的
本发明的另一个目的是提供一种现有技术的替代方案。
特别是，可以认为本发明的目的是提供一种混合发电厂，它可以解决上述现有技术中在符合电网规范的情况下生产电力的问题，特别是在改变某些参数(诸如频率)时，同时优化能源生产。
发明内容
因此，上述目的和其他几个目的意指在本发明的第一方面中、通过提供一种连接到相关联的电网以向所述电网生产电力的混合发电厂来获得，混合发电厂包括多个能源资产，该多个能源资产包括：
-第一可再生发电单元，和
-能量储存单元，优选地是电池储能系统，所述能量储存单元能够储存来自所述第一可再生发电单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，
其中，混合发电厂还包括布置成与该多个能源资产进行通信的发电厂控制器，发电厂控制器布置成测量和/或接收来自电网的信息，即电网中已经发生欠频事件，并且，当这样的欠频事件发生时，发电厂控制器进一步布置成用于向能量储存单元进行通信，以通过提供作为在所述欠频事件发生时能量储存单元的充电状态的函数的附加功率(ΔP)来在欠频事件期间提供频率支持。
本发明对于获得带有不同的可再生发电单元的混合发电厂而言特别有利，该混合发电厂包括能量储存单元，其中混合发电厂能够在不可预见的欠频事件期间、在预定义时段中通过以新的有利方式利用能量储存单元来提供改进的频率支持。因此，通过实施本发明，可以从混合发电厂获得更稳定的功率输出。本发明并不局限于例如启动的情况，而是可以在正常电力生产期间实施，并在欠频事件期间激活，这一点技术人员会理解。关于电力生产，由发明人执行并在下文中更详细地解释的仿真示出，在某些情况下，实施本发明可以具有利地改善电力生产的稳定性，特别是频率稳定性。本发明的另一个优点是提供可持续的和更可预测的频率支持，甚至在多个欠频事件下。
在本发明的背景下，术语“欠频事件”(UFE)可以定义为低于目标频率的偏差，优选地是在由电网规范和/或输电系统运营商(TSO)定义的频率死区之下，该目标频率诸如通常由输电系统运营商(TSO)设定的约50赫兹或约60赫兹。技术人员会明白，这些用于频率控制的第一类死区可以是约0.005赫兹、0.01赫兹、0.02赫兹或0.05赫兹，甚至可以达到0.1赫兹或0.5赫兹。
在本发明的背景下，术语“混合发电厂”将被广义地理解为能够基于数种能源为电网生产电力的发电厂，该数种能源包括但不限于风能、太阳能、水能、热能等，即混合发电厂具有生产电力的能源的混合。应当理解的是，混合发电厂将会在某种总体控制水平上被集体控制以生产电力，这在目前背景下被称为发电厂控制器(PCC)。各种能源资产可以附加地或备选地具有某种程度的本地控制，例如从属控制器。还应当理解的是，混合发电厂可以具有很大的地理范围，例如该多个能源资产可以分散在数个位置，例如相距2、5、10、15或20公里，甚至更远，只要发电厂控制器能够根据本发明提供某种程度的整体控制水平即可，特别是考虑到电气损耗和/或控制和测量延迟。
在本发明的背景下，第一可再生发电单元包括多个风力涡轮发电机，每个风力涡轮发电机(WTG)可以包括塔架和带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的发电机。转子在风的作用下可旋转。风引起的转子叶片的旋转能量经由轴传递给发电机。因此，风力涡轮发电机能够借助于转子叶片将风的动能转换为机械能，随后借助于发电机转换为电能。发电机可以包括用于将发电机交流电转换为直流电的功率转换器和用于将直流电转换为注入到电网中的交流电的功率逆变器。该多个风力涡轮发电机可以是不同的，也可以是同类的。
在本发明的背景下，第二可再生发电单元可以包括多个太阳能单元，每个太阳能单元可以具有例如光伏(PV)太阳能板、聚光太阳能(CSP)单元或能够利用太阳辐射并将其转换为电能的其他太阳能单元。
在本发明的背景下，能量储存单元应当被广义地理解为这样的单元，该单元能够储存来自在过剩能量时段中发电的第一和/或第二可再生发电单元的能量，然后将能量储存一段时间，直到将能量供应到电网中的需求出现。一般而言，第一和第二可再生发电单元是可再生的，因为它们依赖于可再生能源，这些能源在人类的时间尺度上是可以补充的，例如来自太阳、风、雨、潮汐、波浪和/或地热资源。
一般而言，能量储存单元也可以用来在能源便宜的时候储存来自电网的能源，并且在能源昂贵的时候将其释放到电网。这被称为“能源套利”。因此，可以理解的是，对于依赖能量储存单元的混合发电厂而言，储存的能量可能有一定的最小尺寸，以在以后的时间里有任何重要用途。因此，人们认为要由能量储存单元储存的能量的最小量为0.5兆瓦时、1兆瓦时、2兆瓦时、3兆瓦时、4兆瓦时或5兆瓦时。类似地，供应给电网的电力可能能够达到一定的最小功率，例如至少0.5兆瓦、1兆瓦、2兆瓦、3兆瓦、4兆瓦或5兆瓦，以对遵守用于电力生产的相关电网规范的混合发电厂产生影响。备选地，能量储存单元功率与混合发电厂的总功率之比可以最小是1％、2％、3％、4％或5％，以对电网产生影响。备选地，能量储存单元功率与混合发电厂的总功率之比可以最大是20％、15％、10％、8％、6％、4％或2％，因为能量储存单元通常是最昂贵的能源资产，无论是在某一时刻还是在某一时段的平均。
合适的能量储存单元优选基于电化学储存，例如电池储能系统(BES)，更优选地包括可充电的锂离子电池(LIB)，但本发明也考虑了其他能量储存单元，例如基于机械储存(例如压缩空气库)、电储存(例如所谓的超级电容器)、热能储存或化学能储存(例如电力转气体P2G)或适合发电厂能量储存和随后向电网的功率输送的其它能量储存手段。当能量储存单元不是基于能量的电气储存时，例如压缩空气或热储存，技术人员将会理解，充电状态(SoC)可以是指对能量储存单元可用能量的量的测量。
在本发明的背景下，能量储存单元的充电或放电能力应被广义地解释为对储存在能量储存单元中的电荷的量、从而能量的量，和/或放电或充电的速率，通常是能量储存单元的效能(例如能量/时间)的常规测量。请注意，能量储存单元(例如电池)的放电或充电的速率可以是动态的，即它作为充电状态(SoC)、最大限制、用户定义的限制等的函数而随时间变化。通常，充电状态(SoC)是以总能力的百分比来相对地测量的，但也可以使用其他措施，如放电深度(DoD)是SoC的倒数。应当理解的是，本背景下的能量储存单元通常具有相对较高的能量存储能力，以便对电网产生重大影响，因此能量储存单元的放电或充电的速率，和/或充电状态(SoC)可以是用于多个分散的能量储存单元(例如多个BES，不同或相似或相同的BES)的综合或集体测量，能量储存领域的技术人员将会很容易理解。
在本发明的背景下，第一和第二可再生发电单元和能量储存单元可以被统称为能源资产。在一实施方式中，还有其他能源资产，特别是基于化石燃料(碳基)的能源资产可以与本发明的所述能源资产合作，这种发电单元是基于石油、煤、碳氢化合物气体等的。在这一技术领域，能源资产也可以被称为“能源致动器”，这一点技术人员将会很容易理解。这两个术语将在下面的详细描述中互换使用。
同样，在本发明的背景下，能源资产中的第一个可以被认为是第一可再生发电单元。第一可再生发电单元然后可以继而包括多个风力涡轮发电机(WTG)。这些风力涡轮发电机然后可以再次具有共享或共同的特征，例如，大型风力涡轮机阵列或风场中的多个非常相似或相同的风力涡轮发电机。类似地，能源资产中的第二个可以被认为是第二可再生发电单元。第二可再生发电单元然后可以继而包括多个太阳能单元。这些太阳能单元然后可以再次具有共享或共同的特征，例如，大型太阳能阵列中的多个非常相似或相同的太阳能单元，例如PV单元。
可用功率应当理解为可再生发电单元能够生产的电力。可用功率可能随时间变化。对于风力涡轮发电机而言，它可能取决于风速和/或风向，对于太阳能单元而言，它可能取决于太阳辐照度。
在一个实施方式中，第一可再生发电单元可以包括多个风力涡轮发电机，这种风力涡轮发电机是一种优选的可再生发电单元。附加地或备选地，混合发电厂可以包括第二可再生发电单元，第二可再生发电单元与第一可再生发电单元不同，所述第二可再生发电单元优选地包括如上所述的多个太阳能单元，例如光伏(PV)太阳能板、聚光太阳能(CSP)单元或能够利用太阳辐射并将其转换为电能的其他太阳能单元。在其他实施方式中，所述能量储存单元还能够存储来自所述第二可再生发电单元的能量，并且发电厂控制器可以进一步布置成与第二可再生发电单元进行通信。
在优选的实施方式中，所述附加功率(ΔP)可以在所述欠频事件的整个持续时间中作为在所述欠频事件发生时能量储存单元的充电状态(SoC)的函数来提供。因此，技术人员将会理解，取决于典型欠频事件的持续时间和在所需的相应功率方面所需的频率支持，有可能为本实施方式确定推荐的能量储存单元的尺寸和/或配置。备选地，所述附加功率(ΔP)可以至少在所述欠频事件(诸如计算或估计的平均UFE)的持续时间的一部分(诸如欠频事件的10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％)中作为在所述欠频事件发生时能量储存单元的充电状态(SoC)的函数来提供。
在其他实施方式中，所述函数可以是在所述欠频事件发生时能量储存单元的充电状态的线性函数，因为这可以使能量储存单元在欠频事件期间能够进行简单且稳健的反应。应当理解的是，通常本发明将会在实际的混合发电厂中与一些其他频率控制方法结合实施，以达到其他目的，或者是在内部由于例如安全/生产限制的电厂约束，和/或是在外部从TSO给出，因此当然应当理解，在混合发电厂中可以实施备选的频率控制制度，本发明的控制仅在UFE期间并且在没有被其他频率控制制度推翻或降低优先级的情况下被激活。优选地，所述线性函数的斜率取决于电网的频率(f)，例如通过提供频率响应表(锁定表，LUT)或技术人员可获得的其他依赖性。备选地或附加地，所述线性函数的斜率可以进一步取决于能量储存单元的配置。
在一些实施方式中，发电厂控制器可以布置成保留来自能量储存单元的预定义水平的充电状态，以在发生欠频事件的情况下提供频率支持，来自能量储存单元的所述预定义水平的充电状态以上的水平可用于在没有欠频事件时从混合发电厂进行电力生产，以确保频率支持的稳定性。附加地，发电厂控制器可布置成在当前的充电状态(SoC)低于来自能量储存单元的所述预定义水平的充电状态时优先对能量储存单元进行充电，以在欠频事件期间提供频率支持的甚至进一步的稳定性。
在一些实施方式中，混合发电厂可以进一步包括：
-用于推导出混合发电厂中的电气损耗的估计值的模块；
-用于基于来自该多个能源资产的综合电力生产与共同耦合点(PoC)处的电力测量之间的差异来推导出混合发电厂中的电力损耗的测量值的模块，以及
-调节器，其布置成在发电厂控制器中的有功功率控制回路中应用用于电气损耗的估计值和用于电气损耗的测量值，有功功率控制回路布置成控制混合发电厂在公共耦合点处的有功功率生产。
其中，使用所述调节器来计算来自所述第一可再生发电单元和/或所述第二可再生发电单元的可用功率。因此，如果功率的估计可能例如由于电气损耗而与实际测量值不同，则该实施方式可以补偿和/或减少这种情况，从而获得用于可用功率的更好的值。
在第二方面中，本发明涉及一种用于控制混合发电厂的方法，混合发电厂连接到电网以向所述电网生产电力，混合发电厂包括多个能源资产，该多个能源资产包括：
-第一可再生发电单元，和
-能量储存单元，优选地是电池储能系统，所述能量储存单元能够储存来自所述第一可再生发电单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，
其中，该方法包括：
-与该多个能源资产进行通信，
-测量和/或接收来自电网的信息，即电网中已经发生欠频事件，以及
-当这样的欠频事件发生时，通过提供作为在所述欠频事件发生时能量储存单元的充电状态(SoC)的函数的附加功率(ΔP)来在欠频事件期间提供频率支持。
在第三方面中，本发明涉及一种用于控制连接到相关联的电网以向所述电网生产电力的相关联的混合发电厂的发电厂控制器，混合发电厂包括多个能源资产，该多个能源资产包括：
-第一可再生发电单元，和
-能量储存单元，优选地是电池储能系统，所述能量储存单元能够储存来自所述第一可再生发电单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，
其中，发电厂控制器布置成与该多个能源资产进行通信，发电厂控制器布置成测量和/或接收来自电网的信息，即电网中已经发生欠频事件，并且，当这样的欠频事件发生时，发电厂控制器进一步布置成与能量储存单元进行通信，以通过提供作为在所述欠频事件发生时能量储存单元的充电状态(SoC)的函数的附加功率(ΔP)来在欠频事件期间提供频率支持。
在第四方面中，本发明涉及一种计算机程序制品，其适于使包括具有与其相连的数据存储装置的至少一个计算机的计算机系统能够控制根据本发明的第一和/或第二方面的混合发电厂。
本发明的这一方面特别但不受限的有利之处在于，因为本发明可以由计算机程序制品完成，该计算机程序制品使计算机系统在被下载或上传到计算机系统时能够执行本发明的第二方面的操作。
在又一个方面中，本发明涉及一种数据存储介质，这种计算机程序制品可以在该数据存储介质上(即在任何种类的计算机可读介质上)提供，或通过网络提供。
本发明的各个方面可以各自与其他任何方面相结合。本发明的这些和其他方面将会从参照所描述的实施方式的以下描述中易于发现。
附图说明
现在将会结合附图对本发明进行更详细的描述。这些附图示出实施本发明的一种方式，而不应被解释为对属于所附权利要求范围内的其他可能的实施方式的限制。
图1是根据本发明的一实施方式的混合发电厂的发电厂控制器(PPC)的简化示意图，
图2是根据本发明的功率频率图表，
图3是根据本发明的另一个实施方式的混合发电厂的示意图，
图4是根据本发明的另一个实施方式的混合发电厂的更详细的图，
图5是在欠频事件(UFE)期间，频率偏差和能量储存单元的充电状态(SOC)的示意图，
图6示意性地示出带有随时间的频率偏差曲线(A)的图表，
图7-8示出混合发电厂响应于图6中的频率偏差曲线(A)的四种不同情况的仿真图，
图9示意性地示出带有与图6相似的随时间的频率偏差曲线(B)的另一个图表，
图10-11示出混合发电厂响应于图9中的频率偏差曲线(B)的四种不同情况的仿真图，以及
图12是表示根据本发明的计算机程序制品或根据本发明的方法的操作的概要/细节的示意性系统图。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施方式的混合发电厂的发电厂控制器(PPC)200的简化示意图。
参照图3和图4，混合发电厂100包括布置成与该多个能源资产(在图1中未示出)进行通信的发电厂控制器PPC200，发电厂控制器布置成用于接收优选来自传输系统运营商(TSO)的有功功率参考P_REF,ext，并且，使用混合有功功率控制器210、基于例如混合发电厂的所需操作模式(如频率控制、有功功率削减等)来计算混合发电厂参考Prefhpp。
发电厂控制器(PPC)200进一步布置成响应于第一比较，用于将设定点PrefPGS，PS_1，PS_2、特别是Pset1...Pset,n分配给第一可再生发电单元和第二可再生发电单元，并将一个或多个相应的设定点PS_3，PrefESS、特别是Pset,ess1....Pset,essn分配给能量储存单元ESU，参照图3-4，以便按照接收到的有功功率参考P_REF,ext从混合发电厂输送电力，该有功功率参考被转换为Prefhpp，如在图1中示出的。混合调度器220接收Prefhpp控制信号并计算用于发电单元的PrefPGS控制信号，以及用于能量储存单元或系统ESS的PrefESS控制信号。在下一级别处，PrefPGS信号然后使用经由PGS调度器230分配或调度到各个发电单元，例如WTG或PV。同样，PrefESS信号然后使用经由ESS调度器240分配或调度到较低级别中的能量储存单元，诸如多个电池。
图2是根据本发明的示意性功率频率图表，其中，如在图1中示出的，发电厂控制器PPC，200布置成与该多个能源资产通信，发电厂控制器布置成测量和/或接收来自电网的信息，即电网1000中已经发生欠频事件(UFE)，参照图3。当这样的欠频事件发生时，发电厂控制器进一步布置成向能量储存单元ESU或BES通信，以通过提供作为所述欠频事件发生时能量储存单元的充电状态SoC(在下面称为SoC_mem)的函数的附加功率ΔP来在欠频事件(UFE)(例如意外的频率下降)期间提供频率支持，如在图2中示意性地表示的。
图3是根据本发明的另一个实施方式的混合发电厂的示意图。混合发电厂100连接到相关联的电网1000以向电网生产电力，混合发电厂包括多个能源资产EA1、EA2和EA3。
因此，第一可再生发电单元EA1或1RPGU是工厂100的一部分，即在本实施方式中是多个风力涡轮发电机，WTG1和WTG2，以及第二可再生发电单元EA2，2RPGU，即在本实施方式中是多个太阳能单元，PV1和PV2。为了简单起见，在本实施方式中仅表示两个风力涡轮发电机和太阳能单元，当然，技术人员会明白，在本发明的教学和原理内，原则上可以考虑任何数量的可再生发电单元。
此外，能量储存单元ESU或系统ESS是工厂100的一部分，优选地是电池储能系统BES，其能够储存来自所述第一和第二可再生发电单元(即来自风力涡轮发电机WTG1和WTG2和来自太阳能单元PV1和PV2)的能量，并且能量储存单元布置成用于在需要时向所述电网1000输送电力。能量储存单元被表示为第三能源资产EA3。
混合发电厂100还包括发电厂控制器(PPC)200，该控制器布置成与该多个能源资产进行通信(即接收关于它们的状态/条件的信息)并通常向它们中的每个发送控制信号，并且发电厂控制器特别布置成用于接收例如由电网运营商提供的有功功率参考(如PPC的左侧表示的)，并相应地将有功功率设定点P_S1、P_S2和P_S3分配给该多个能源资产，如在图1和3中示出的。作为中间控制信号，混合电厂参考Prefhpp也被使用。可以提及的是，在一些实施方式中，WTG调度器可以构成控制器PPC200的一部分。P_REF是从电网运营商(TSO)(即图1中的Pref,ext)或从用户处接收到的参考，但其也可以来自另一个控制器，诸如频率控制器，诸如由信号名称Pref_freq_ctrl表示的。发电厂控制器200可以包括风力涡轮发电机WTG调度器230a、PV调度器230b和BES调度器240，如在图3中示意性地表示的。
一般而言，预计PPC 200将会与WTG1和WTG2直接通信，并且其将会通过专用的BES和PV控制器(类似于发电厂控制器PPC，但专门用于PV和BES)与储能BES和PV1和PV2通信。这些专用的控制器然后将会把设定点分配给各个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)。在所示的实施方式中，控制器PPC 200经由设定点分离器进行通信，设定点分离器然后将设定点PS_1、PS_2和PS_3进一步分配给用于每个能源资产的调度器。
还考虑到有可能通过本地控制器向WTG分配设定点。也就是说，主PPC将设定点分配给一个/多个从PPC，例如对于带有大量风力涡轮发电机(诸如超过20个风力涡轮发电机，或超过40个风力涡轮发电机)的大型风场。
图4是根据本发明的另一个实施方式的混合发电厂的更详细的图。图4(4A和4B)是根据本发明的另一个实施方式的混合发电厂的示意图。因此，除了图3所示的混合发电厂外，混合发电厂100还特别包括用于推导出混合发电厂中的电气损耗的估计值的模块310。此外，还呈现用于基于来自该多个能源资产(这里EA1是WTG致动器，EA2是PV致动器，EA3是BES致动器)的综合电力生产Pprod与在与电网1000的共同耦合点(PoC)处的功率测量Pmeas之间的差异来推导出混合发电厂中的电气损耗的测量值的模块320。此外，发电厂控制器包括调节器300，其是有功功率控制器，布置成将用于电气损耗的该估计值以及用于电气损耗的测量值应用在发电厂控制器200中的有功功率控制回路中，有功功率控制回路布置成控制混合发电厂100在共同耦合点处的有功功率生产。
图5是在欠频事件(UFE)期间频率偏差(上图)和能量储存单元的充电状态(SoC)(下图)的示意图，示意性地表示为频率线在t_UFE时低于虚线“极限”，例如来自TSO的频率死区。还示意性地示出的是所述欠频事件发生时能量储存单元的充电状态(SoC)；“SoC_memory”或在下文中只提及SoC_mem。能量储存单元是图3中的第三能源资产EA3，更具体地说，是导致功率输出Pout_BES的电池能源系统BES。同样，能量储存单元在图4B中示出为“BES致动器”，在欠频事件(UFE)的情况下，在需要时向电网提供附加电力。
图6示意性地示出带有随时间(以秒为单位)频率偏差曲线(A)的图表。因此，从约t＝0秒的初始50赫兹频率开始，频率突然下降到49赫兹，并在这个水平上停留约300秒，随后约500秒逐步增加到50赫兹，然后在约650秒处再次下降到49赫兹。最后，在800秒前不久，频率回到50赫兹的理想值。这种频率代表一些电网中经历的带有两次频率下降的典型频率事件。
图7-8示出混合发电厂响应于来自图6的频率偏差曲线(A)的四种不同情况的仿真图表。在这些仿真中，ΔP表示从发电厂控制器PCC传输到能量储存单元的参考信号，并且Pprod表示从能量储存单元输送到电网的实际功率，当充电状态SoC高于零时，两者基本相同。因此，在图7中，充电状态最初是能量储存单元(例如电池能源系统BES)的40％，而在图8中，充电状态最初是能量储存单元(例如电池能源系统BES)的100％。为了比较，本发明在图7A和图8A中没有启用，以方便展示本发明在SoC_mem分别为40％和100％的图7B和图8B中实施的效果。对于未启用本发明的仿真(“无SoCMemory”)，响应是执行完全放电(即传输的能量为100％)的情况下的最先进的响应。
当从图7B考虑本发明的效果时，可以观察到来自BES的初始响应Pprod更多被限制在约40％(图7A最初为100％)，但BES然后在500秒后发生第二次频率下降时能量不会空。因此，本发明在来自图6的频率事件UFE下在更长的时间中提供更大的稳定性。同样，在图8中，本发明的效果很明显，因为在500秒后第二次频率下降时，BES中的能量或SoC相对较高，再次产生更好的随时间稳定性。
图9示意性地示出带有与图6相似的频率偏差曲线(B)随时间变化的另一个图表，但总共带有三个频率下降，由此在这个欠频事件UFE期间需要能量储存单元有更高的能力以进行频率支持。这种频率也代表一些电网中经历的带有随后一系列的频率下降的典型频率事件。
图10-11再次示出在两种不同的初始SoC水平下混合发电厂响应于图9中的频率偏差曲线(B)的四种不同情况的仿真图；图10为100％，图11为50％。同样对于这些仿真，ΔP指示传输到能量储存单元的参考信号，并且Pprod指示从能量储存单元传输到电网的实际功率，当充电状态SoC高于零时，这两者基本相同。因此，图10A和11A特别展示本发明在稳定性方面的效果，因为在图9所示的UFE曲线B期间，能量储存单元能够在相对较长的时间内输送电力，从而向电网提供频率支持。因此，例如如图11B所见，能量储存单元通过在初始频率下降期间生产大约100％而在大约500秒后已经耗尽能量，而如图11A所见，实施本发明的能量储存单元ESU将会执行频率支持超过1500秒。因此，从在初始降频时生产约50％(本例中SoC_mem也是50％)中节省的能量允许在UFE期间进行更长的频率支持。
图12是表示根据本发明的计算机程序制品或根据本发明的方法的操作的概要/细节的示意性系统图。因此，一种用于控制混合发电厂的方法；混合发电厂100连接到电网1000以向所述电网生产电力，混合发电厂包括多个能源资产：
Sa第一可再生发电单元，EA1，1RPGU，和
Sb能量储存单元，EA3，ESU，优选地是电池储能系统BES，所述能量储存单元能够储存来自所述第一可再生发电单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，
其中，该方法包括
S1与该多个能源资产进行通信，
S2测量和/或接收来自电网的信息，即电网中已经发生欠频事件UFE，以及
S3当这样的欠频事件发生时，通过提供作为所述欠频事件发生时能量储存单元的充电状态SoC SoC_mem的函数的附加功率ΔP来在欠频事件UFE期间提供频率支持，如图7-8和10-11所示。
综上所述，本发明涉及一种用于向电网生产电力的混合发电厂100，混合发电厂包括多个能源资产；第一可再生发电单元(诸如风力涡轮发电机，WTG1，WTG2)和能量储存单元，EA3，ESU，优选地是电池储能系统BES。混合发电厂具有布置成与该多个能源资产进行通信的发电厂控制器PPC，200，并且，当欠频事件发生时，能量储存单元，ESU，BES)通过提供作为欠频事件发生时能量储存单元的充电状态SoC SoC_mem的函数的附加功率ΔP来在欠频事件UFE期间提供频率支持，如图2中示意性示出。因此，在欠频事件期间，有可能从混合发电厂获得更稳定的功率输出。
本发明可以借助于硬件、软件、固件或它们的任何组合来实现。本发明或其某些特征也可以作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来实施。
本发明的实施方式的各个元件可以在物理上、功能上和逻辑上以任何合适的方式实施，诸如在单一单元中实施、在多个单元中实施或作为单独功能单元的一部分来实施。本发明可以在单一单元中实施，也可以在物理上和功能上分布在不同的单元和处理器之间。
尽管本发明已经结合具体的实施方式进行描述，但不应理解为以任何方式局限于所提出的实施例。本发明的范围应根据所附的权利要求集进行解释。在权利要求的背景中，术语“包括”或“包含”并不排除其他可能的元件或步骤。另外，提到诸如“一”或“一个”等参考不应当理解为排除多个。在权利要求书中对附图中所示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，在不同的权利要求中提到的个别特征，可能会有利地组合，并且在不同的权利要求中提到这些特征并不排除特征的组合是不可能的和有利的。

Claims (16)

1.一种连接到相关联的电网(1000)以向所述电网生产电力的混合发电厂(100)，混合发电厂包括多个能源资产，所述多个能源资产(EA1，EA3)包括：
-第一可再生发电单元(EA1，1RPGU)，和
-能量储存单元(EA3，ESU)，优选地是电池储能系统(BES)，所述能量储存单元能够储存来自所述第一可再生发电单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，
其中，混合发电厂还包括布置成与所述多个能源资产进行通信的发电厂控制器(PPC，200)，所述发电厂控制器布置成测量和/或接收来自电网的信息，即电网中已经发生欠频事件(UFE)，并且，当这样的欠频事件发生时，发电厂控制器进一步布置成用于向能量储存单元(ESU，BES)进行通信，以通过提供作为所述欠频事件发生时能量储存单元的充电状态(SoC)(SoC_mem)的函数的附加功率(ΔP)来在欠频事件(UFE)期间提供频率支持。
2.根据权利要求1所述的混合发电厂，其中，第一可再生发电单元包括多个风力涡轮发电机(WTG1，WTG2)。
3.根据权利要求1或2所述的混合发电厂，其中，混合发电厂包括第二可再生发电单元(EA2，2RPGU)，第二可再生发电单元与第一可再生发电单元不同，所述第二可再生发电单元优选地包括多个太阳能单元(PV1，PV2)。
4.根据权利要求3所述的混合发电厂，其中，所述能量储存单元还能够存储来自所述第二可再生发电单元的能量，并且其中，所述发电厂控制器(PPC，200)进一步布置成与第二可再生发电单元(EA2)进行通信。
5.根据权利要求1所述的混合发电厂，其中，所述附加功率(ΔP)在所述欠频事件(UFE)的整个持续时间中作为所述欠频事件发生时能量储存单元的充电状态(SoC)(SoC_mem)的函数来提供。
6.根据权利要求1所述的混合发电厂，其中，所述附加功率(ΔP)至少在所述欠频事件(UFE)的持续时间的一部分期间作为所述欠频事件发生时能量储存单元的充电状态(SoC)(SoC_mem)的函数来提供。
7.根据前述权利要求中任一项所述的混合发电厂，其中，所述附加功率(ΔP)作为能量储存单元的充电状态(SoC)的函数来提供，所述函数是在所述欠频事件发生时能量储存单元的充电状态(SoC_mem)的线性函数。
8.根据权利要求7所述的混合发电厂，其中，所述线性函数的斜率取决于电网的频率(f)。
9.根据权利要求7或8所述的混合发电厂，其中，所述线性函数的斜率进一步取决于能量储存单元(ESU，BESS)的配置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的混合发电厂，其中，发电厂控制器(PPC)布置成从能量储存单元(ESU，BES)保留预定义水平的充电状态(SoC_RES)，以在发生欠频事件(UFE)的情况下提供频率支持，来自能量储存单元(ESU，BES)的高于所述预定义水平的充电状态(SoC_RES)的水平能够用于在没有欠频事件(UFE)时从混合发电厂(100)进行电力生产。
11.根据权利要求10所述的混合发电厂，其中，发电厂控制器(PPC)布置成在当前的充电状态(SOC)低于来自能量储存单元(ESU，BES)的所述预设定水平的充电状态(SoC_RES)时优先对能量储存单元(ESU，BES)进行充电。
12.根据前述权利要求中任一项的混合发电厂，其中所述欠频事件(UFE)是不可预见的事件。
13.根据前述权利要求中任一项所述的混合发电厂，混合发电厂还包括：
-用于推导出混合发电厂中的电气损耗的估计值的模块，
-用于基于来自所述多个能源资产的综合电力生产与共同耦合点(PoC)处的电力测量之间的差异来推导出混合发电厂中的电力损耗的测量值的模块，以及
-调节器，其布置成在发电厂控制器中的有功功率控制回路中应用用于电气损耗的估计值和用于电气损耗的测量值，有功功率控制回路布置成控制混合发电厂在公共耦合点处的有功功率生产，
其中，使用所述调节器(300)来计算来自所述第一可再生发电单元(EA1，1RPGU)和/或所述第二可再生发电单元(EA2，2RPGU)的可用功率。
14.一种用于控制混合发电厂的方法，混合发电厂(100)连接到电网(1000)以向所述电网生产电力，混合发电厂包括多个能源资产，所述多个能源资产(EA1，EA3)包括：
-第一可再生发电单元(EA1，1RPGU)，和
-能量储存单元(EA3，ESU)，优选地是电池储能系统(BES)，所述能量储存单元能够储存来自所述第一可再生发电单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，
其中，所述方法包括
-与所述多个能源资产进行通信，
-测量和/或接收来自电网的信息，即电网中已经发生欠频事件(UFE)，并且，
-当这样的欠频事件发生时，通过提供作为在所述欠频事件发生时能量储存单元的充电状态(SoC)(SoC_mem)的函数的附加功率(ΔP)来在欠频事件(UFE)期间提供频率支持。
15.一种用于控制连接到相关联的电网(1000)以向所述电网生产电力的相关联的混合发电厂(100)的发电厂控制器(200)，混合发电厂包括多个能源资产，所述多个能源资产(EA1、EA3)包括：
-第一可再生发电单元(EA1，1RPGU)，和
-能量储存单元(EA3，ESU)，优选地是电池储能系统(BES)，所述能量储存单元能够储存来自所述第一可再生发电单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，
其中，发电厂控制器(PPC，200)布置成与所述多个能源资产进行通信，发电厂控制器布置成测量和/或接收来自电网的信息，即电网中已经发生欠频事件(UFE)，并且，当这样的欠频事件发生时，发电厂控制器进一步布置成向能量储存单元(ESU，BES)进行通信，以通过提供作为在所述欠频事件发生时能量储存单元的充电状态(SoC)(SoC_mem)的函数的附加功率(ΔP)来在欠频事件(UFE)期间提供频率支持。
16.一种计算机程序制品，其适于使包括具有与其相连的数据存储装置的至少一个计算机的计算机系统能够控制根据前述权利要求中任一项的混合发电厂。
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