CN114747111A - 用于电网稳定性的可再生发电站中有功功率控制 - Google Patents

用于电网稳定性的可再生发电站中有功功率控制 Download PDF

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Abstract

本发明的各个方面涉及一种用于控制连接到电网的可再生发电站以减少电网的所测量频率相对于目标频率的偏差的方法。该方法包括：确定在第一时间点与第二时间点之间定义的预测间隔上的预测功率梯度；以及在预测间隔期间的第三时间点处，如果第三时间点处的所测量频率低于目标频率，则根据最小有功功率电平来控制发电站输出有功功率，如果第三时间点处的所测量频率高于目标频率，则根据最大有功功率电平来控制发电站输出有功功率。最大有功功率电平和最小有功功率电平是基于预测功率梯度的。

Description

用于电网稳定性的可再生发电站中有功功率控制
技术领域
本发明涉及一种控制可再生能源发电站的方法、可再生能源发电站控制器、风力涡轮机发电站以及更一般地涉及可再生能源发电站。
背景技术
最近投入使用的可再生发电站，更具体地说是风力发电站，在连接到电网时，预计能够运行并适应多种不同的情况。风力发电站通常包括多个风力涡轮发电机，也称为风力发电场(wind park)或风电场(wind farm)。发电站的监管和一般运行由发电站控制系统或控制器(PPC)控制，PPC执行电网运营方(例如，输电系统运营方(TSO)或配电系统运营方(DSO))或国家或地区特定电网互联要求(称为“电网规范”)规定的运行限制和要求。
一些电网运营方实施与电网稳定性相关的风力发电站运行要求。电网的稳定性通常是与频率相关地进行测量的。通常，如果电网频率改变为高于或低于设定的限制(例如，频率死区)，则电网运营方需要特定的控制。如本领域技术人员容易理解的，死区包括围绕标称频率的上限和下限。
从历史上看，在频率死区之内，电网运营方并未期望风力发电站和其他可再生发电站采取措施来提高电网的稳定性。然而，可再生能源的普及率越来越高，与传统的不可再生能源相比，可再生能源的供电相对不稳定，这导致电网运营方对其运行实施了更严格的要求。一些电网运营方现在要求风力发电站进行操作来抵消相对于标称频率的任何偏差，即使是在频率死区之内。这些措施有助于提高电网的整体稳定性—如果能够尽早消除偏差，则可以避免更有害的偏差。然而，由于历史上，风力发电站不需要在死区之内采取任何动作，因此当前的控制方法不适用于死区之内的应用。
本发明的目的是解决与现有技术相关的一个或多个缺点。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制连接到电网的可再生发电站以减少电网的所测量频率相对于目标频率的偏差的方法。该方法包括：确定在第一时间点与第二时间点之间定义的预测间隔上的预测功率梯度；以及，在预测间隔期间的第三时间点处，如果在第三时间点处的所测量频率低于目标频率，则根据最小有功功率电平来控制发电站输出有功功率，如果在第三时间点处的所测量频率高于目标频率，则根据最大有功功率电平来控制发电站输出有功功率。最大有功功率电平和最小有功功率电平是基于预测功率梯度的。
在可再生发电站中实施该方法的有利结果是改善发电站对电网稳定性的贡献。该方法特别适合于在频率偏差在频率死区之内时使用，因为它是一种直接性的控制方法，不需要复杂的计算或发电机(如风力涡轮机、光伏电池单元(cell)或电池(battery))或辅助设备的复杂操作。从长远来看，通过实施该方法来减少死区中的偏差以确保电网的频率的稳定性，提供了整体稳定性并且减少了严重频率偏差量。
确定预测功率梯度可以包括：接收针对第一时间点的有功功率电平和针对第二时间点的有功功率电平；以及将预测功率梯度确定为所接收的有功功率电平之间的梯度。可替换地，确定预测功率梯度可以包括：从输电系统运营方接收预测功率梯度。
针对第一时间点的有功功率电平可以包括所测量有功功率电平。可替换地，针对第一时间点的有功功率电平可以包括针对先前预测间隔的第二时间点所接收的有功功率电平。
针对第二时间点的有功功率电平可以从风力发电站外部的预测源接收。
最大有功功率电平的值可以是在第三时间点处的预测功率梯度的值。最小有功功率电平的值可以是在第三时间点处的预测功率梯度的值。
最大有功功率电平的值可以小于在第三时间点处的预测功率梯度的值。最小有功功率电平的值可以大于在第三时间点处的预测功率梯度的值。
控制发电站输出有功功率可以包括：接收在第三时间点处的所测量频率；将所测量频率与目标频率进行比较；以及确定所测量频率是高于、低于还是等于目标频率。
如果确定所测量频率等于目标频率，则控制发电站输出有功功率可以包括：控制发电站维持其当前运行。
如果确定在第三时间点处的所测量频率高于目标频率，则控制发电站输出有功功率可以包括：将发电站在第三时间点处的有功功率输出电平与在第三时间点处的预测功率梯度的值进行比较；并且，如果确定有功功率输出电平高于预测功率梯度，则将最大有功功率电平作为有功功率设定点传送给发电站，或者，如果确定有功功率输出电平等于或低于预测功率梯度，则控制发电站维持其当前运行。
控制发电站输出有功功率可以包括：将发电站的有功功率输出电平限制至有功功率设定点。
如果确定在第三时间点处的所测量频率低于目标频率，则控制发电站输出有功功率可以包括：将发电站在第三时间点处的有功功率输出电平与预测功率梯度进行比较；以及，如果确定当前有功功率输出电平低于预测功率梯度，则将最小有功功率电平作为有功功率设定点传送给发电站；或者，如果确定有功功率输出电平等于或高于预测功率梯度，则控制发电站维持其当前运行。
控制发电站输出有功功率可以包括：运行补偿设备以提供额外有功功率。控制发电站输出有功功率可以包括：对发电站的一台或多台发电机进行过载(overrate)以提供额外有功功率，从而将发电站的有功功率输出电平提高到有功功率设定点。控制发电站输出有功功率可以包括：使用允许增加一台或多台发电机的有功功率输出的任何合适技术。
目标频率可以是电网的标称频率。
根据本发明的另一方面，提供了一种发电站控制器，其被配置为实现如上所述的方法。
在本申请的范围内，明确地意图是，可以独立地或以任何组合的方式实现在前述段落、权利要求书和/或以下描述和附图中列出的各个方面、实施例、示例和可替代方案，尤其是其各个特征。亦即，所有实施例和/或任何实施例的特征可以以任何方式和/或组合进行组合，除非这些特征不兼容。申请人保留更改任何原始提交的权利要求或相应地提交任何新权利要求的权利，包括修改任何原始提交的权利要求以从属于任何其他权利要求和/或合并任何其他权利要求的任何特征(尽管最初并未要求这些权利要求)的权利。
附图说明
现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的一个或多个实施例，在附图中：
图1是风力发电站、其与电网的连接及其控制系统的示意图；
图2是根据本发明一个实施例的操控图1的控制系统运行的流程图，用于控制风力发电站以减少电网频率相对于标称频率的偏差；
图3是展示根据本发明的一个实施例，在图2中如何执行控制发电站的步骤的流程图；以及
图4a和4b分别显示了在不实施图2和3的方法的情况下和在实施图2和3的方法的情况下的两个示意图，图示说明了在预测间隔上风力发电站的示例性有功功率输出以及电网的相应频率水平。
具体实施方式
图1图示说明了一种典型的架构，在该架构中，风力发电站(WPP)连接到主输电网，作为更广泛电网的一部分。如本领域技术人员所理解的，WPP包括至少一台风力涡轮发电机(WTG)，并且也被称为风力发电场或风电场。WTG通常被称为风力涡轮机。所示的示例仅是代表性的，本领域技术人员将理解，其他具体架构也是可能的，涉及风力发电站、其他可再生能源的发电站、风力涡轮发电机和其他可再生能源发电源，诸如包含光伏电池单元的太阳能发电站以及包含电池的发电站。因此，本发明还一般性地涉及可再生能源发电站和可再生能源发电机，而不是特定于如图中所示的风力发电站和发电机。此外，本领域技术人员将理解，下文也描述的方法、系统和技术可适用于许多不同的电网配置。此外，风力发电站和电网的组件是传统的，因此本领域技术人员会很熟悉。预期的是，除了图1中所示和描述的组件之外或者作为图1中所示和描述的组件的替代，还可以加入其他已知组件。这种变化将在本领域技术人员的能力范围之内。
图1显示了包含WPP 12的电网10。WPP 12包括多个WTG 14。多个WTG 14中的每一个WTG14将风能转换为电能，电能作为有功功率从WTG 14传输到主输电网络(也称为电网或主电网16)以进行分配。
WPP 12还包括补偿设备17，诸如同步调相机和/或静态补偿设备(STATCOM)和/或其他发电机类型，诸如电池或光伏电池单元(在混合电站中)，其配置为根据需要来提供有功和/或无功功率支持。根据本发明实施例操作的一些WPP 12中，可以不存在补偿设备17。
每个WTG 14与相应的WTG控制器15相关联。在一些示例中，一组WTG可以共享单个半集中式WTG控制器，因此WTG控制器的数量比WTG少。如本领域技术人员所理解的，WTG控制器15可以被认为是能够以本文所述的方式操作WTG 14的计算机系统，并且可以包括控制WTG的单个组件的多个模块或仅仅单个控制器。WTG控制器15的计算机系统可以根据经由通信网络下载或从计算机可读存储介质编程到其上的软件来进行操作。
在WPP 12的正常运行期间，WTG控制器15进行操作以实现从发电站控制器(PPC)22接收的有功和无功电流请求或设定点。在异常情况下，WTG控制器15进行操作以满足预定的网络要求，并且还进行动作来保护WTG 14免受任何潜在有害条件的影响。正常运行可以被定义为在主电网16的电压电平和频率水平在可接受水平(通常是围绕标称电压或频率值的电压或频率死区)内时的情况。当电压和/或频率不在可接受水平时，则出现异常情况。本文所述的方法通常与发电站的正常运行相关。
WPP 12通过连接网络18连接到主电网16。WPP 12和主电网16在互连点(PoI)20处连接，该点是WPP 12和主电网16之间的接口。
PPC 22在测量点(PoM)24处连接到电网，并直接连接到WPP 12。PPC 22的作用是充当在WPP 12和电网16之间，更具体地说，在WPP 12和电网运营方26(如上所述，其可以是TSO或DSO)之间，的命令和控制接口。PPC 22是用于执行上述控制和命令的适合的计算机系统，并且因此包括处理模块28、连接模块30、存储器模块32和感测模块34。PPC 22还可以从能量管理系统(未示出)接收关于电网16和/或本地总线、变电站和网络的信息。WPP 12能够根据从PPC 22接收到的命令改变其功率输出或电流输出。
PPC 22被装配来测量各种参数，包括WPP 12将在PoI 20处提供给主电网16的代表性功率输出。由于PoM 24不在PoI 20处，因此，所测量的参数仅是代表性的，因为在PoM 24和PoI 20之间以及在PoM 24和PPC 22之间的线路中的损耗可能会对测量产生影响。可以对所述损失进行适当补偿，以确保测量准确。
PPC 22以适当的方式向WPP 12传送控制命令。需要注意的是，图1是示意图，因此没有明确描述将控制命令传递到WPP 12的方式。然而，应当理解，可以提供适当的布线来互连PPC 22和WPP 12。互连可以是直接连接或“点对点”连接，或者可以是根据适当的协议(例如CAN总线或以太网)运行的局域网(LAN)的一部分。此外，应当理解，控制命令可以通过适当的无线网络无线传递，而不是使用布线，所述无线网络例如根据WiFiTM或者ZigBeeTM(分别为IEEE 802.11和802.15.4)标准来运行。
电网运营方26进行操作以协调来自电网10的针对电力/功率的供应和需求，通常是为了避免主电网16的频率和电压出现不必要的高水平偏差。为了协调供应和需求，电网运营方26通过生成对在某个未来时间点处的可用供应的预测，来对可用供应和需求进行平衡。所述预测是针对连接到主电网16的每个发电站生成的，因此，在图1的电网10中，电网运营方26至少生成对在未来某一点处的WPP 12的预期输出的预测。在生成对供应的预测时，电网运营方26能够识别潜在的发电不足或发电过量，并相应地采取动作。在预定时间段(以下称为预测间隔)结束时，针对未来的某个设定时间点生成所述预测。因此，可以将预测间隔视为被定义在标记预测间隔的开始的第一时间点与标记预测间隔的结束的第二时间点之间。针对预测间隔的结束(即在第二时间点处)，生成预测输出。
图1的示意图应仅作为风力发电站12的代表。风力发电站的可替代配置是已知的，并且预计除了图1所示和描述的组件之外或者作为图1所示和描述的组件的替代，还可以加入其他已知组件。这种变化将在本领域技术人员的能力范围内。
在WPP 12运行期间，主电网16的频率水平可能偏离主电网16的标称频率水平。国家电网的标称频率水平通常为50Hz或60Hz，具体数值可能因国家而异。在频率死区之内，相对于标称频率的频率偏差通常是可以接受的。频率死区可以是标称频率任一侧的区域。例如，在50Hz网络中，频率死区可以为49.85Hz至50.15Hz，即标称频率的任一侧为15Hz。如果电网的频率偏离到死区之外的水平，则连接到网络和电网的发电站都有特定的保护设备和/或控制机制，用以确保频率偏差不会对电网造成损害，并且因此使其能够快速地返回死区之内。
如上所述，努力减少相对于标称频率的任何偏差是有用的，即使是在电网的死区之内。采取动作来减少偏差的WPP有助于其所连接的电网的整体稳定性，降低电网未来不稳定以及发生更严重偏差的可能性。
图2的方法100是一种适合于控制WPP 12以减少在主电网16的频率死区之内的相对于标称频率的偏差的方法，其目的是改善或至少有助于主电网16的稳定性。
总体而言，图2的方法100用于确保当主电网16的频率(由PPC 22测量或接收)与标称频率不同时，PPC 22采取动作来控制WPP 12，从而有助于主电网16的稳定，而不是导致其不稳定。WPP 12能够通过根据终端用户对主电网16的需求，以特定电平向主电网16提供有功功率，来有助于主电网16的稳定。
与终端用户对主电网16的需求相比，WPP 12产生的有功功率过多或不足会导致主电网16的频率水平发生变化。如果主电网16的频率水平高于标称频率水平，且WPP 12正在产生的有功功率高于所需水平，即过度发电，则WPP 12则是正在进一步提高频率水平，并且由此通过导致相对于标称频率水平的偏差的增加而破坏主电网16的稳定性。类似地，如果主电网16的频率水平低于标称频率水平，且WPP 12产生的有功功率低于所需水平，即发电不足，则WPP 12则是正在进一步降低频率水平，并且由此通过导致相对于标称频率水平的偏差的增加而破坏主电网16的稳定性。
另一方面，当主电网16的频率水平高于标称水平时发电不足以及当主电网的频率水平低于标称水平时发电过剩则是所期望的，因为WPP 12由此被认为有助于主电网16的稳定。
图2的方法100用于抵消在频率水平分别高于或低于标称水平时发电过量或发电不足造成的不稳定效应。通过采用电网运营方26进行动作来对可用供应和终端用户的需求进行平衡的方式，可以识别和/或防止导致不稳定的发电过量或发电不足。
如上文结合图1所述，电网运营方26通过生成对可用供应的预测来对可用供应和需求进行平衡，以识别潜在的发电不足或发电过量，并采取相应的动作。针对连接到主电网16的每个发电站的定期预测间隔做出预测。每个预测间隔的长度可以是任何时间段。例如，每个预测间隔的时间段可从以下各项中选择：5分钟；10分钟；15分钟；30分钟；或者1小时。在其他示例中，预测间隔可以是任意长度的时间。预测可以从电网运营方26外部的来源(例如国家预测服务)接收。
因此，图2的方法100从步骤102开始，在步骤102中，确定在预测间隔上的预测功率梯度。如上所述，在第一时间点与第二时间点之间的一段时间上定义预测间隔，第一时间点与第二时间点分别标记所述预测的开始和结束。因此，预测功率梯度被提供为在针对第一时间点的有功功率电平与针对第二时间点的有功功率电平之间的梯度或斜率。应理解，术语“梯度”在这里用于指两点之间的实际直线或斜坡(slope)，而不是直线的陡度的数值。因此，可以将特定时间处的预测功率梯度上的点与在该时间处的测量值进行比较。
预测功率梯度定义了一个阈值，用于指示WPP 12产生的有功功率过多或不足。在这方面，在所述预测的起点和终点之间的所述预测的梯度被用作针对终端用户需求的近似值，并且因此可用于相应地指示发电过量或发电不足。如果第一时间点和第二时间点处的有功功率电平相同，则梯度可以是平坦的。
在该步骤102中，确定预测功率梯度可以包括：PPC 22直接从电网运营方26或从其他地方(例如与PPC 22、WPP 12或电网运营方26相关联的外部预测服务)接收预测功率梯度。可替换地，确定预测功率梯度可以包括：PPC 22接收在第一时间点处和第二时间点处的有功功率电平，针对第二时间点的有功功率电平是从预测服务接收的预测电平，并且基于其接收的有功功率电平来计算预测功率梯度。在另一个可替代方案中，确定预测功率梯度可以包括：PPC 22接收预测风廓线，从该预测风廓线可随后计算出功率梯度。
针对第一时间点的有功功率电平可以通过来自WPP 12的测量值来确定，或者可以被确定为可被重新使用的、在紧邻的前一预测间隔的结束处的有功功率电平。针对第二时间点的有功功率电平是WPP 12预期在预测间隔的第二时间点处产生的有功功率电平。
可以设想，在PPC 22接收针对第一和第二时间点的有功功率电平的一些实施例中，有功功率电平将在预测间隔的第一时间点之前接收，以便可以在预测间隔开始之前生成梯度。可替换地，在其他实施例中，可以在预测间隔的开始处接收所述有功功率电平中的一者或两者，以便在尽可能接近预测间隔的开始的时刻生成梯度。类似地，在电网运营方26直接向PPC 22提供预测功率梯度的实施例中，梯度是在预测间隔的第一时间点之前或第一时间点处提供的。
图2的方法100的下一步104是在预测间隔期间执行的。可以设想，在预测间隔期间，将在多个规则间隔的时间点处重复该步骤104。至少，该步骤将在预测间隔中的一个时间点处执行。该时间点可以被认为是在预测区间之中的第三时间点。在一些实施例中，第三时间点可以与第一时间点或第二时间点相同。
在该步骤104，在预测间隔期间，根据最小有功功率电平或根据最大有功功率电平来控制WPP 12输出有功功率。根据哪一个有功功率电平来控制WPP 12则是基于在该时间处主电网16的所测量频率的。具体而言，如果在执行步骤104的时间点处的所测量频率低于目标频率或频率阈值(其通常为标称频率)，则方法100的该步骤104包括：根据最小有功功率电平来控制WPP 12输出有功功率，即处于最小有功功率电平或高于最小有功功率电平。如果所测量频率高于目标频率，则方法100的该步骤104包括：根据最大有功功率电平来控制WPP 12输出有功功率，即处于最大有功功率电平或低于最大有功功率电平。
最大有功功率电平和最小有功功率电平是基于在先前步骤102中所确定的预测功率梯度的，其被用作有功功率阈值。在一些实施例中，最大有功功率电平和最小有功功率电平是该时间点处的梯度的值。在其他实施例中，最大有功功率电平和最小有功功率电平是基于在该时间点处的梯度的值的，但分别成比例地小于或大于所述梯度以提供缓冲区。
图3显示了如何执行图2的方法100的控制步骤104的示例。图3中的流程图的步骤是在确定预测功率梯度的步骤102之后，在预测间隔期间执行的。
在确定预测功率梯度后，在图3中执行两个比较步骤108、110。在一个比较步骤108中，将来自WPP 12的当前有功功率输出与预测功率梯度的当前值进行比较。通过当前有功功率输出和预测功率梯度的当前值，来表示在预测间隔期间的某个时间点(即，第三时间点)处的有功功率输出和预测功率梯度的值。换言之，在预测间隔期间的时间点T处，将针对该时间点T的WPP 12的有功功率输出PT与该时间点T处的预测功率梯度的值mT进行比较。有功功率输出可以由PPC 22直接测量或以其他方式接收。
在另一个比较步骤110中，将当前电网频率水平与目标频率水平进行比较。换言之，在时间点T处，将时间点T处的主电网16的频率水平fT与目标频率(在该情况下，目标频率为标称频率f0)进行比较。主电网16的频率水平可以由PPC 22直接测量或以其他方式接收。
执行两个比较步骤108、110以确定相关参数是高于还是低于其相关阈值或目标。在预测间隔期间，可以在每个预测间隔内的规则间隔的时间点处重复所述比较步骤。例如，规则间隔的时间点可以以0.5s、1s、3s、4s、5s、10s、1分钟或5分钟间隔开。
该方法的下一步骤112是确定所述比较的结果是否需要改变WPP 12的控制的步骤。在步骤112中，有三个结果导致流程图返回到比较步骤108、110，而不需要对WPP 12的控制进行任何更改，即响应于步骤112的“是”。这里，在控制WPP 12以在不改变的情况下继续其操作时提供了对WPP 12的控制。
这三个结果是其中WPP 12正在稳定主电网16和/或其中频率水平处于标称频率的结果。从步骤112可以看出，这三个结果是：(1)主电网16的频率水平等于标称频率，即fT＝f0；(2)WPP 12的有功功率输出等于或小于在该时间点处的梯度的值，且主电网16的频率水平大于标称频率，即PT≤mT且fT>f0；或(3)WPP 12的有功功率输出等于或大于在该时间点处的梯度水平，且主电网16的频率水平小于标称频率，即PT≥mT且fT<f0。
如果比较结果不符合这些要求，例如，如果WPP 12的有功功率输出和主电网16的频率水平这两个参数都高于其各自的阈值/目标或低于其各自的阈值/目标，即PT>mT且fT>f0或PT<mT且fT<f0，则步骤112的回答为“否”。在这些结果中，WPP 12被认为是导致主电网16不稳定，并且需要改变WPP 12的有功功率输出。因此，在步骤114，根据梯度来生成WPP 12的有功功率设定点并将其输出到WPP 12。有功功率设定值被设为mT，即在时间T处的梯度的值。当在图2的步骤104的上下文中考虑时，有功功率设定点的设置实质上是：针对有功功率输出和频率水平二者均高于其各自的阈值/目标的情况设置WPP 12的最大有功功率输出，并针对有功功率输出和频率水平二者均低于其各自的阈值/目标的情况设置WPP 12的最小有功功率输出。
应当理解，图3的流程图仅作为示例，并且判断步骤112可以用其他方式表述。在另一个流程图中，可以执行测试，通过确定是否是相反的情况(相反的情况即PT>mT且fT>f0或PT<mT且fT<f0)，来确定WPP 12是否正在破坏主电网16的稳定，从而回答“是”导致设置有功功率设定点，而回答“否”导致重复所述比较步骤。
在一些实施例中，频率比较步骤110可以先于有功功率比较步骤108，根据频率比较的结果执行不同的比较。在其他实施例中，有功功率比较步骤108可以先于频率比较步骤110，根据有功功率比较的结果执行不同的比较。
如上所述，对于步骤112中所图示说明的三个结果，即fT＝f0，PT≤mT且fT>f0或PT≥mT且fT<f0，WPP 12实际上已经在预测功率梯度定义的最小有功功率输出电平处或高于该最小有功功率输出电平运行和/或在预测功率梯度定义的最大有功功率输出电平处或低于该最大有功功率输出电平运行。在可替代实施例中，可以根据需要向风力涡轮机提供最大有功功率电平或最小有功功率电平，而不考虑有功功率输出的水平，由此WPP 12在所需边界内运行。换言之，图2的方法100的控制步骤104将仅是基于频率的比较，并且分别基于频率是高于、低于还是等于标称频率，输出到WPP 12的设定点将是最大设定点或最小设定点或无设定点。
为了提供图2的方法100和图3的步骤104的上下文，现在将结合图4a和4b描述方法100的实现示例。
图4a图示说明了两个图表116、118，分别图示说明了在预测间隔期间WPP 12的典型有功功率输出和在频率死区之内的主电网16的频率水平。上图表116图示说明了在预测间隔的开始T1与预测间隔的结束T2之间的有功功率输出Pnormal、针对预测间隔的开始的有功功率电平P1、针对预测间隔的结束的有功功率电平P2以及在有功功率电平P1、P2之间的预测功率梯度m。下图表118图示说明了主电网16的频率水平f、标称频率f0以及上限和下限死区值fupper、flower。这里使用标称频率f0作为目标频率。
应注意的是，在图4a中，示出了在未实施图2和图3的方法的情况下WPP 12正常输出的有功功率电平显示，但出于比较的目的，包括了预测功率梯度。换言之，示出了执行图2的方法所需的信息，但没有示出结果。取而代之的是，对该方法的结果进行描述。
提供图4b以图示说明应用了图2和图3的方法的相同预测区间。在图4b中，分别提供了两个图表120和118，第一个图表120图示说明了在应用了图2和图3的方法的情况下WPP12的有功功率输出，并且第二个图表118图示说明了在预测间隔期间在频率死区之内的主电网16的频率水平，如同图4a所示。上图表120图示说明了在预测间隔的开始T1与预测间隔的结束T2之间的有功功率输出Padjusted，以及针对预测间隔的开始的有功功率电平P1、针对预测间隔的结束的有功功率电平P2以及在有功功率电平P1、P2之间的预测功率梯度m，如同图4a所示。如同图4a所示，下图表118图示说明了主电网16的频率水平f、标称频率f0以及上限和下限死区值fupper、flower。
如图4a和4b所示，已知针对预测间隔的开始的有功功率电平P1，并且还提供了有功功率电平P2。预测功率梯度m也已经在两个电平P1和P2之间计算得到，如图4a和4b二者所示。因此，步骤102已经被执行，因为预测功率梯度已经被确定。
在该间隔期间，WPP 12通常以可变电平输出有功功率Pnormal，如图4a的上图表116所示。同时，在预测间隔期间，主电网16的频率水平f在死区限制fupper，flower内变化。为了清晰和便于讨论，预测间隔被分为五个不同的时段141至145，每个时段说明不同的场景，现在将按顺序讨论这些时段。
在第一个时段141中，在图4a和图4b二者中的预测间隔的开始处，有功功率电平以与有功功率电平P1相同的值开始。在第一时段141期间，主电网16的频率水平f等于标称频率水平f0。
因此，当应用如图3所示的步骤104时，在该时段141中所有时间T处，频率水平f始终不高于或低于标称频率，而是等于标称频率，并且因此图3的步骤112的回答为“是”。按照图3的流程，重复比较步骤108、110，不采取任何动作，如图4b的图表120所示。对于时段141中的所有比较，回答都是“是”。因此，在第一时段141中所有时间T处的有功功率电平都不重要，因为在时段141中所有时间T处的电网的频率水平f都等于标称频率。
在第二时段142中，频率水平f下降到标称频率f0以下，并且因此在标称频率f0与死区的下限flower之间。根据图2，因此应根据最小有功功率电平对WPP 12进行控制。如图4a所示，在没有任何控制的情况下，有功功率电平Pnormal下降到预测功率梯度m以下，并且因此WPP 12增大了主电网16的不稳定。
当应用图2和图3的方法时，步骤112的回答为“否”，因为在第二时段中PT<mT且fT<f0。因此，控制步骤106在整个时段142期间将有功功率设定点设置为梯度的值mT。因此，如图4b所示，只要频率值保持在标称频率以下，就可以识别最小有功功率，并且根据最小设定点来控制WPP 12。
为了将有功功率电平增加到有功功率设定点，WPP 12可以使用补偿设备17将其有功功率输出增加到设定点和/或过载WTG 14中的一个或多个，以在短时间内提供增加的有功功率输出。
可替换地或附加地，可以使用其他方式来增加从WPP 12输出的有功功率电平。这里可以使用任何提供额外有功功率产生或控制方法的设备，这些设备能够从WPP 12的WTG14释放额外有功功率。例如，在一些实施例中，可以通过对风力涡轮机叶片进行俯仰调整并控制WTG 14中的发电机和转换器系统来实现来自WPP 12的输出的过载或功率提升，以将有功功率电平增加到有功功率设定点，从而允许产生更多功率，而不考虑将会产生的额外磨损。
可替换地，可以通过如下方式来利用额外的有功功率：在预测间隔之内执行短期预测，以确定这些较短时段期间内的预期输出，并基于短期预测和预测功率梯度来确定是否需要功率提升。在这些实施例中，一个单独的预测系统预测在预测间隔之内的短时段上的功率输出，并且将该预测的短期预测输出与整个时段内的实际输出进行比较，以估计预测的功率输出是否将会在该时段结束处实现。如果预测的功率输出将会被实现，且输出将会高于预测功率梯度，则无需增大功率。然而，如果预测的功率输出预计低于预测功率梯度，和/或如果预测的功率输出预计高于预测功率梯度，但基于测量和气象数据的后续估计表明预测功率梯度将不会被满足，则执行针对WPP 12的WTG 14的输出的功率提升。上述方法可以进行组合，以基于预测来评估涡轮机的磨损，并且在允许的情况下基于控制方法来产生额外功率。
图4a图示说明的第三时段143的开始是有功功率电平再次上升到梯度以上的位置。由于频率水平仍然低于标称频率且有功功率电平现在高于梯度所指示的值，因此WPP12的工作电平高于由低于标称频率的频率水平所指定的最低电平。因此，对步骤112的回答为“是”，因此不采取进一步的动作，并且再次执行比较。在整个第三时段143期间，回答都是“是”，因此在整个时段143期间都没有采取任何动作。如图4a和4b所示，WPP 12的有功功率电平在此时段143中是相同的。
在第四时段144中，WPP 12的有功功率输出电平保持在梯度的值之上，但是频率水平上升到标称频率f0与死区上限fupper之间的水平。这意味着有功功率电平和频率水平都高于其各自的阈值，即，在步骤112中PT>mT且fT>f0，因此步骤112的回答为“否”，并且因此有功设定点被设置为mT，即为WPP 12设置最大有功功率设定点，以限制其发电量。
在这种情况下，通过应用限制措施(例如，对WTG 14的叶片进行俯仰调整)从而产生较低的有功功率电平，或者在极端情况下，通过利用备用负载或向转子施加制动力，来对WPP 12的有功功率输出进行限制。与有功功率的增加的情况相同，这里可以使用用于适当地限制WPP 12的有功功率产生的任何方法。如图4b所示，在整个时段144期间，该限制将WPP12的有功功率输出降低至梯度的值。
最后，在第五时段145中，有功功率电平再次下降到梯度以下，但频率水平保持在标称频率以上，并且因此不超过最大有功功率，步骤112的回答为“是”，并且在该时段145期间执行的任何比较不需要采取任何动作。WPP 12正在提供的有功功率低于最大有功功率电平。
在一些实施例中，可以仅根据WPP 12能够如何被控制，来实现对最大有功功率电平或最小有功功率电平中仅一者的设置。通常，在补偿设备不可用的情况下，可能将会仅根据需要而按照最大有功功率电平对WPP 12进行控制，因为WPP 12能够主动地限制有功功率输出，但是在不使用补偿设备的情况下，很难根据需要增加有功功率输出。
应当理解，在不脱离本申请的范围的情况下，可以对本发明进行各种改变和修改。

Claims (15)

1.一种用于控制连接到电网的可再生发电站以减少所述电网的所测量频率相对于目标频率的偏差的方法，所述方法包括：
确定在第一时间点与第二时间点之间定义的预测间隔上的预测功率梯度；以及
在所述预测间隔期间的第三时间点处，如果所述第三时间点处的所测量频率低于所述目标频率，则根据最小有功功率电平来控制所述发电站输出有功功率，如果所述第三时间点处的所测量频率高于所述目标频率，则根据最大有功功率电平来控制所述发电站输出有功功率，其中：
所述最大有功功率电平和所述最小有功功率电平是基于所述预测功率梯度的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述预测功率梯度包括：
接收针对所述第一时间点的有功功率电平和针对所述第二时间点的有功功率电平；以及
将所述预测功率梯度确定为在接收到的有功功率电平之间的梯度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，针对所述第一时间点的有功功率电平包括所测量有功功率电平。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，针对所述第一时间点的有功功率电平包括针对先前预测间隔的第二时间点接收到的有功功率电平。
5.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的方法，其中，针对所述第二时间点的有功功率电平是从所述发电站外部的预测源接收的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述预测功率梯度包括：从输电系统运营方接收所述预测功率梯度。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的方法，其中，所述最大有功功率电平的值或所述最小有功功率电平的值是在所述第三时间点处的所述预测功率梯度的值。
8.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的方法，其中，所述最大有功功率电平的值小于在所述第三时间点处的所述预测功率梯度的值，或者所述最小有功功率电平的值大于在所述第三时间点处的所述预测功率梯度的值。
9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的方法，其中，控制所述发电站输出有功功率包括：
接收在所述第三时间点处的所测量频率；
将所述所测量频率与所述目标频率进行比较；
确定所述所测量频率是高于、低于还是等于所述目标频率；以及
如果确定所述所测量频率等于所述目标频率，则控制所述发电站维持其当前运行。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，如果确定在所述第三时间点处的所测量频率高于所述目标频率，则控制所述发电站输出有功功率包括：
将所述发电站在所述第三时间点处的有功功率输出电平与在所述第三时间点处的所述预测功率梯度的值进行比较；
如果确定所述有功功率输出电平高于所述预测功率梯度，则将所述最大有功功率电平作为有功功率设定点传送给所述发电站；以及
如果确定所述有功功率输出电平等于或低于所述预测功率梯度，则控制所述发电站维持其当前运行。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，控制所述发电站输出有功功率还包括：将所述发电站的有功功率输出电平限制至所述有功功率设定点。
12.根据权利要求9至11中任一权利要求所述的方法，其中，如果确定在所述第三时间点处的所测量频率低于所述目标频率，则控制所述发电站输出有功功率包括：
将所述发电站在所述第三时间点处的有功功率输出电平与所述预测功率梯度进行比较；以及
如果确定当前有功功率输出电平低于所述预测功率梯度，则将所述最小有功功率电平作为有功功率设定点传送给所述发电站；以及
如果确定所述有功功率输出电平等于或高于所述预测功率梯度，则控制所述发电站维持其当前运行。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，控制所述发电站输出有功功率还包括：运行补偿设备以提供额外有功功率，和/或对所述发电站的一台或多台发电机进行过载以提供额外有功功率，从而将所述发电站的有功功率输出电平提高到所述有功功率设定点。
14.根据权利要求1至13中任一权利要求所述的方法，其中，所述目标频率是所述电网的标称频率。
15.一种发电站控制器，其被配置为实现根据权利要求1至14中任一权利要求所述的方法。
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