CN115769454A - 混合动力发电厂快速频率响应 - Google Patents

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CN115769454A CN202180042162.XA CN202180042162A CN115769454A CN 115769454 A CN115769454 A CN 115769454A CN 202180042162 A CN202180042162 A CN 202180042162A CN 115769454 A CN115769454 A CN 115769454A
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R·门达尼亚佩雷拉
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Abstract

本发明的方面涉及一种控制连接到电力网络(26)的混合动力发电厂(12)的方法(100)。混合动力发电厂(12)包括具有用于供应额外的有功功率的有功功率储备的至少两种类型的可再生能量发电机(20；22；24)。方法(100)包括，在电力网络(26)上检测到的频率事件期间：确定(102)将被提供到电力网络(26)的有功功率的额外量，从而提供快速频率响应；基于发电机(20；22；24)的预设配置和有功功率储备来计算(104)来自用于供应有功功率的额外量的至少两种类型的发电机(20；22；24)中的每种类型的发电机的贡献；以及根据计算的贡献生成有功功率请求并将有功功率请求分派(106)给用于提供额外量的发电机。

Description

混合动力发电厂快速频率响应
技术领域
本公开涉及一种控制混合动力发电厂的方法。本发明的方面涉及混合动力发电厂控制器以及混合动力发电厂。
背景技术
电力网络的监管者和运营商希望联网的发电厂遵守“电网规范”，并为电力网络提供特殊的辅助服务。
例如，一些运营商要求发电厂在电力网络的频率偏离正常操作范围时支持电力网络。已经为风力发电厂开发了一系列的控制策略，以提供“快速频率响应”。在这些欠频或过频事件期间，当提供快速频率响应时，有功功率分别增加或减少，以抵消频率偏差。
然而，这些控制策略仅适合于风力涡轮发电机。混合动力发电厂不断增加的普及率，结合不同类型的可再生能量发电机，需要使用并适合于发电厂内的所有类型的发电机而不仅是风力涡轮发电机的新控制策略。
本发明的目的是设法解决这一需求。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种控制连接到电力网络的混合动力发电厂的方法。混合动力发电厂包括具有用于向电力网络供应额外的有功功率的有功功率储备的至少两种类型的可再生能量发电机。该方法包括，在电力网络上检测到的频率事件期间：确定将由混合动力发电厂向电力网络提供的有功功率的额外量，从而提供快速频率响应；基于发电机的预设配置和有功功率储备来计算来自用于供应有功功率的额外量的至少两种类型的发电机中的每种类型的发电机的贡献；以及根据计算的贡献生成有功功率请求并将有功功率请求分派给用于供应额外量的发电机。
频率事件可以包括欠频事件。在欠频事件期间，电力网络的频率水平下降至低于网络的标称频率。
通过根据预设配置来控制发电机的类型，可以以更加动态的方式控制发电厂。虽然许多益处取决于运营商的控制策略和意图，但是使用预设配置具有提高可用资源的使用效率和频率事件期间的储备容量的总体益处。对发电机的动态控制还确保了频率响应得到充分响应，同时允许更好地了解发电厂是如何运行的。本发明对于具有多种不同发电机类型的混合动力发电厂特别有用，因为控制可以以许多不同的方式变化，以迅速对频率事件作出反应，保持频率响应，并且在一些情况下，参与到通常不会对可再生发电厂开放的辅助服务市场。
预设配置可以包括至少两种类型的发电机之间的额外量的百分比分割。计算贡献可以包括将百分比分割应用于额外量，并且根据百分比分割将结果值分配给各类型的发电机。
方法可以包括，针对每种类型的发电机，将计算的贡献与发电机的储备的可用容量进行比较。如果计算的贡献超过可用容量，则方法可以包括调整百分比分割以占用超过量。
如果至少一种类型的发电机被配置为从储备中贡献有功功率并且使用过升压机制，则百分比分割可以包括针对储备的百分比和针对过升压的百分比。
预设配置可以包括各类型的发电机应当累积地对额外量提供最大可能贡献的序列。
计算贡献可以包括，按照序列中的发电机的类型的顺序，将额外量的剩余部分与发电机的储备的可用容量进行比较。如果剩余部分超过发电机的可用容量，则计算贡献可以包括将贡献设置为等于可用容量。如果可用容量超过剩余部分，则计算贡献可以包括将贡献设置为等于剩余部分。
如果至少一种类型的发电机被配置为从储备中贡献有功功率并且使用过升压机制，则序列可以包括用于储备的入口和用于过升压的入口。用于储备的入口在序列中可以早于用于过升压的入口。
该方法可选地包括，在过升压后的恢复的时段期间，一种类型的发电机的有功功率贡献下降到低于标称水平，在该过升压后的恢复的时段期间，使用不同类型的发电机的储备来补偿至少部分的下降。提供补偿的该类型的发电机的储备可以被保留以仅用于补偿。可替代地，该类型的发电机的储备可以被划分为用于向额外量提供贡献的储备和用于补偿的储备。提供补偿的该类型的发电机可以包括电池能量存储设备。
计算贡献可以包括将需求斜变率与针对序列中的某一类型的发电机的斜变率限值进行比较。如果需求斜变率超过斜变率限值，则计算贡献可以包括计算来自序列中的下一类型的发电机的贡献，以满足需求斜变率。
混合动力发电厂可以包括从包括以下各项的列表中选择的至少两种类型的发电机：风力涡轮发电机；电池能量存储系统；和/或光伏发电机。
混合动力发电厂可以包括风力涡轮发电机、电池能量存储系统和光伏发电机。在序列中，风力涡轮发电机和光伏发电机可以定位在电池能量存储系统之前，其中预设配置包括序列。
从属风力发电厂可以作为单独类型的可再生能量发电机被提供给混合动力发电厂的风力涡轮发电机。
在本申请的范围内，意图明确的是，前述段落、权利要求和/或以下描述和附图中阐述的各个方面、实施例、示例和替代方案以及特别是其单个特征可以独立地或以任何组合的方式使用。就是说，所有实施例和/或任何实施例的特征可以以任何方式和/或组合来进行组合，除非这样的特征不兼容。尽管原先没有以此方式声明，但是申请人保留改变任何原先提交的权利要求或相应地提交任何新的权利要求的权利，包括将任何原先提交的权利要求修改成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的权利。
附图说明
现在将参照附图，仅以示例的方式描述本发明的一个或多个实施例，其中：
图1是混合动力发电厂、其与电力网络的连接以及其控制系统的示意性图示；
图2是指示示例性频率下降的图表；
图3是根据本发明的实施例的用于操作图1中的混合动力发电厂的方法；并且
图4至图10是示出了在图3的方法期间用于确定图1中的混合动力发电厂的发电机的贡献的不同配置的实施方式的图表。
具体实施方式
一般而言，本申请涉及控制混合动力发电厂以在欠频事件期间提供额外的有功功率的方法，并且涉及用于实施这样的方法的混合动力发电厂控制器的配置。该方法利用配置，该配置也可以被认为是“方案”、“分配”或“控制策略”，发电厂的发电机根据该配置被采用以提供额外的有功功率。一般而言，该配置可以包括响应于检测到的频率事件来对由不同类型的发电机供应的功率进行划分、比例化或分割，并且这可以(例如)通过使用不同类型的发电机之间的百分比分割或指示由不同类型的发电机提供的储备功率应当被使用的顺序的序列来实现。这样的方法实现了来自混合动力发电厂的高效且完整的快速频率响应。此外，该响应是可配置的，使得发电厂或发电厂控制器的运营商能够调整如何提供快速频率响应。这种灵活性确保可以实现响应于频率下降的额外的有功功率的最优的提供。
如本文中所使用的“快速频率响应”(FFR)的术语和概念被定义为对导致频率偏差的功率不平衡的快速校正。国家或国际电力网络典型地具有标称频率，也被称为公用频率或市电频率。在世界各地，这种标称频率典型地是50Hz或60Hz。频率的变化是不被希望的，因为被供应电力的设备被配置为以具有相对严格的公差的特定频率来操作。因此，当频率偏离标称频率(甚至偏差小于1Hz)时，迅速校正偏差很重要，典型地最多在偏差的几秒钟内。因此，在这些情况下，希望快速纠正频率并将频率恢复到其标称值，并且这是由FFR提供的。电网法规可以对被认为是使频率和电网整体不稳定和/或对频率偏差不响应的发电厂进行惩罚或断开连接。
FFR涵盖惯性仿真和惯性仿真控制。FFR典型地在短时间范围中执行，并且取决于具体的电网法规。因此，根据与注入到电网以抵消频率的特定变化的有功功率的量相关的预先确定的曲线和/或预先确定的计算来供应FFR期间的频率控制。FFR应当与频率控制区分开。频率控制是将频率水平维持在标称频率附近的小的死区内，并且是在正常操作期间的系统的主要响应。FFR是在频率的变化率大于阈值时或者在频率偏离出死区或从其标称值偏离超出阈值时的特殊情况下的系统的响应。因此，如将在下文中更详细地讨论的，FFR取决于一个或多个触发。
FFR典型地由惯性控制器提供，其与频率控制器一起操作，两个控制器均设置在混合动力发电厂控制系统内。惯性控制器被配置为确定触发中的一个或多个触发，从而确定将从发电机请求的有功功率的额外量，并且相应地分派针对该有功功率的请求，视情况作为设定点或参照。
为了帮助解释在混合动力发电厂内提供快速频率响应，图1示出了一种典型架构，其中混合动力发电厂(HPP)连接到主传输电网作为更广泛的电力网络的部分。HPP包括三个子发电厂：电池能量存储系统、太阳能子发电厂和风力子发电厂。更一般地，如熟练的读者将理解的，HPP是包括至少两种不同类型的可再生能量发电机的发电厂。
如果本文中讨论了发电机的“类型”，则通常关于其可再生能量的来源来定义发电机的类型，使得不同类型的发电机从不同的可再生能量生成能量。例如，混合发电厂中的风力涡轮发电机可以被认为是一种类型的发电机，因为它们从风能生成能量。光伏电池可以是另一种类型的发电机，因为这些发电机从与风能不同的来源(即，太阳能)生成能量。虽然电池能量存储系统不直接生成可再生能量，但是它们可以被认为是另一种类型的发电机，因为它们能够以与风力和太阳能发电机不同的方式供应从可再生能量收集的能量。在一些实施例中，其他发电厂的发电机可以被认为是单独的类型，因为它们从不同位置的可再生能量的来源生成能量，即使来源的类型是相同的。换言之，由于位于不同的位置中，两种风力子发电厂可以被认为是不同类型的发电机。
图中所示的示例仅是代表性的，并且熟练的读者将理解HPP的其他特定架构是可能的。例如，可能的是多于三个子发电厂可以被合并在HPP中，或者HPP可以仅包括两个子发电厂。此外，熟练的读者将理解的是，形成HPP的子发电厂可以由单一发电机形成。因此，由于子发电厂可以包括单一发电机，并且混合动力发电厂需要两个或更多个子发电厂，因此混合动力发电厂可以被定义为合并至少两个可再生能量发电机的发电厂，其中由发电厂生成的功率从至少两种不同来源的可再生能量生成。虽然本文中讨论了PV、风力和电池能，还将要理解的是，其他形式的可再生能量发电机也可以视情况被包括在HPP中，并且以下描述的储备的概念也适用于其他类型的发电机。
在本文中描述的一些实施例中，HPP外部的发电厂以主从架构操作。出于本申请的目的并且为了便于描述，在发电厂在这种从属配置中操作的时间段期间，其将被视为HPP的部分。
熟练的读者将理解以下描述的方法、系统和技术还可以适用于许多不同配置的电力网络。此外，混合动力发电厂和电力网络的部件是常规的，并且因此，将为熟练的读者所熟悉。预期除图1所示和所描述的部件之外，可以合并其他公知的部件，或者可以合并其他公知的部件作为图1所示和所描述的部件的替代物。这样的改变将在技术人员的能力范围之内。
更详细地考虑图1，电力系统10合并了HPP 12。HPP 12包括三个子发电厂：太阳能子发电厂14、风力子发电厂16和电池能量存储子发电厂18。太阳能子发电厂14包括被配置为将太阳能转化成电能的多个光伏(PV)发电机20，其更普遍地被称为PV电池。风力子发电厂16包括被配置为将风能转化成电能的多个风力涡轮发电机(WTG)22。电池子发电厂18包括可操作的以根据需要储存和释放电能的多个电化学电池单元24，例如锂离子存储单元。单一的WTG 20、PV电池22或电池单元24位于这些子发电厂14、16、18中的每个子发电厂中也将是可能的。每个子发电厂14、16、18生成或释放的电能作为有功电流被传送到主传输网络或主电网26以用于分配。
如已经讨论的，快速频率响应是通过由HPP 12向主电网26提供额外的有功功率来实施的。每种类型的发电机能够在快速频率响应期间以至少一种方式提供超出其正常有功功率生成的额外的有功功率。
首先考虑风力功率，WTG 22被配置为合并了所谓的“旋转储备(spinningreserve)”。旋转储备包括被专门指定为用于快速频率响应的目的的至少额外量的有功功率生成。WTG在正常操作中具有额定功率或最大功率生成能力，例如3MW，并且旋转储备包括该额定功率的指定量。例如，额定功率的百分比可以被专门指定并标记用作旋转储备。因此，在正常功率生成期间不使用该旋转储备，使得WTG的最大输出是低于额定功率的设定量。例如，风力涡轮发电机可以具有3MW的标称功率，其中10％被指定为旋转储备。这样，0.3MW的风力涡轮机发电机的功率能力被保留用于对欠频事件作出响应，使得在正常情况下该发电机的最大有功功率生成是2.7MW。
旋转储备可以包括WTG的当前不在使用中的并且因此可用于增加生成的任何其他容量。当然，这假设风速足够高以维持这样的增加。再次使用具有10％旋转储备的3MW额定WTG的示例，如果WTG正在仅输出1.5MW，而不是其最大的2.7MW，则1.5MW仍可用作旋转储备。
WTG还能够以“过升压(over-boost)”机制的形式在短时间段内供应高于其额定值的有功功率。一般而言，如本文中所使用的过升压机制涉及高于正常操作水平或正常允许操作水平的并且只能够维持短时间段(大约几秒钟或几分钟)的发电机的功率输出。
通过使用过升压机制，来自风力涡轮发电机的旋转部件(例如转子本身)的动能被利用并且被改变用途，以提供对释放的有功功率的短暂提升。换言之，过升压是以有功功率的形式的动能到电能的转换。由于在使用过升压时旋转部件的动能被有效地消耗，因此在已经供应了额外的有功功率之后典型地有“恢复”时段，在该时段期间，损失的动能恢复，并且因此有功功率输出减少从而占用该动能的恢复。恢复时段取决于恢复时的风速。由于动能能够被快得多地恢复，高风速可以使恢复时段的长度忽略不计。
如上所述，过升压仅可能用于短量的时间，否则转子损失太多动能而无法恢复正常操作。尽管在使用多个发电机的情况下，过升压的时段取决于请求的额外的有功功率的量和具有过升压能力的涡轮机的数量，对于每个发电机，过升压典型地可用长达5或10秒的时段。例如，高有功功率注入可以允许仅10秒的过升压，而较低的有功功率的注入可以允许过升压能力增加到更长的时间，例如30秒或更长。
PV发电机20还能够以与上文针对WTG 22所描述的相同的方式提供有功功率的储备，其在功能上等同于旋转储备。为此，需要留出发电机的有功功率产生能力的一部分，以用于提供这样的储备。在一些情况下，PV发电机20或电池能量存储单元24还可以被配置为在条件允许的情况下提供过升压。为了简单地扩展，PV发电机和电池能量存储单元可以被配置为基于高于转换器的额定电流的电流向相关单元提供过升压。
电池能量存储单元24包括用于按需供应有功功率的电荷的储存设备，其一部分可以被指定为用于快速频率响应的有功功率的储备。在一些实施例中，电池能量存储系统的整个容量可以是为了快速频率响应的目的，即电池系统完全是为此目的设计和提供的。与PV发电机20和风力涡轮发电机22对照，电池能量存储系统24是非发电系统，并且因此储备不是发电功率之外的额外量，而是储存在储存设备内的功率的量。由于电池能量存储系统需要一些电荷才能够释放有功功率，因此可以定义限值或留出特定的电荷量以为某些情况提供储备。例如，电池系统的电荷状态的最大和最小水平可以被定义用于快速频率响应、除快速频率响应以外的频率控制以及存储系统的总操作(除了绝对最大值(即满电荷)和最小值(即完全耗尽)之外)。
回到图1，在每个子发电厂14、16、18内，发电机20、22、24中的每个发电机连接到将发电机20、22、24链接的本地电网(未示出)。子发电厂14、16、18还可以通过适当的子发电厂间电网(也未示出)或集电总线连结到彼此。经由该电网或集电总线，HPP 12经由连接网络28连接到主电网26(也被称为主电力网络)。HPP 12和主电网26在互连点(PoI)30处连接，其是HPP12和主电网26之间的接口。除非另外指示，否则应当假定对连接的部件或部件之间的连接的引用包括适当的馈线或传输线。
图1中的子发电厂14、16、18内的发电机20、22、24中的每个发电机与相应的发电机控制器(一般标识为32)相关联。在一些实施例中，发电机20、22、24的子集，例如在风力子发电厂22内的那些发电机，可以共享单一的半集中式控制器，使得发电机控制器比发电机少。对于技术人员显而易见的是，发电机控制器32可以被认为是能够以本文规定的方式操作PV电池20、WTG22和/或电池单元24的计算机系统，并且可以包括控制每个发电机20、22、24的单个部件的多个模块。
在HPP 12的操作期间，发电机控制器32操作以在其相应的(多个)发电机20、22、24处实施从混合动力发电厂控制器(HPPC)34接收的有功和无功电流请求。在一些实施例中，HPPC 34可以直接连接到发电机20、22、24而无需中间控制器，并且可以相应地分配设定点。
HPPC 34在测量点(PoM)36处连接到电力网络10，并且还直接连接到HPP 12的子发电厂14、16、18中的每个子发电厂。HPPC 34的作用是充当HPP 12与电网26之间的命令和控制接口，并且更具体地充当子发电厂14、16、18与电网运营商或传输系统运营商(TSO)38之间的命令和控制接口。HPPC 34是用于执行如上所述的控制和命令的适当的计算机系统，并且因此合并了处理器40、连接性模块42、存储器模块44和感测模块46。处理器40合并了频率控制器48和惯性控制器50。惯性控制器50常规地起到基于取决于频率的有功功率的改变来提供惯性响应的作用。惯性控制器50还可以基于如本文所讨论的频率的偏差来提供频率响应。HPPC 34还可以从能量管理系统(未示出)或通过直接测量接收关于电网26和/或连接网络28的信息。
HPPC 34连接到连接网络28，从而允许对HPP 12的输出的监测和调整以及正确地解释功率需求。HPPC 34测量各种参数，所述参数代表电网26和HPP 12的状态，并且可以用于改进HPP12的输出以最好地满足TSO 38的要求或一组电网特定要求中所阐述的要求。
在一些实施例中，HPPC 34可以被配置为与单独的发电厂(未示出)的发电厂控制器进行通信，并且发出命令以供单独的发电厂遵循。在这些实施例中，HPPC 34和单独的发电厂控制器以主从架构操作。
如上所述，HPP 12的子发电厂14、16、18能够借助特定的控制器改变其功率输出，以响应从HPPC 34接收的命令。将注意的是，图1是示意图，因此没有明确描绘传输控制命令的方式。然而，将要理解的是，可以提供适当的布线从而将HPPC 34与子发电厂14、16、18、发电机20、22、24或发电机控制器32互连。互连可以是直接连接或“点对点”连接，或者可以是在适当的协议(例如CAN总线或以太网)下操作的局域网(LAN)的部分。此外，应当理解的是，控制命令可以通过适当的无线网络进行无线传输，而不是使用布线，例如通过适当的无线网络在WiFiTM或ZigBeeTM标准(分别为IEEE802.11和802.15.4)下操作。
如上文所讨论的，HPPC 34根据专用于主电网26的一组电网要求来管理HPP 12。在该描述中，如HPPC 34所实施的，重点在于对主电网的频率的调整以及由HPP 12提供FFR。
在频率偏差期间，根据本文中描述的实施例的并且根据本文中描述的方法由HPPC34操作的HPP 12采用快速频率响应来抵消频率偏差。在频率下降到低于其标称水平的欠频事件或“频率下降”期间，HPP 12被配置为通过增加其对电网的有功功率贡献来提高频率水平。在频率上升超过其标称水平的过频事件期间，HPP 12被配置为通过降低其对电网的有功功率输出来作出反应，从而降低频率水平。
以下描述集中于欠频事件以及对这些欠频事件的快速频率响应。
图2中示出了示例性欠频事件。该事件可以分割为三个大致的时段。在第一时段(在时间t0和时间t1之间)中，频率从其标称频率开始下降，在该示例中，标称频率是50Hz。基于一个或多个触发事件，提供了FFR。在第一时段(所谓的“惯性”时段)期间，FFR正在提升，并减慢了频率的下降。在第二时段(在时间t1和时间t2之间)期间，频率的初始变化率降低，减慢到频率最小值，并且再次开始上升。该第二时段是“主要频率控制”的时段，并且是提供FFR的时段。一旦频率水平达到在标称频率的阈值内的平台期，则进入第三时段(在时间t2和t3之间)，在此期间执行“次要频率控制”。次要频率控制是使用常规频率控制将频率恢复到标称频率的频率控制，并且因此不被视为FFR的部分。
如上所述，在正常情况和FFR期间的频率控制之间存在差异。FFR由在HPPC处识别的一个或多个触发事件启动，特别是在惯性控制器内。FFR触发包括满足标准，包括：频率误差值超过阈值、频率降至低于阈值以及频率的变化率高于阈值。FFR可以在满足以下标准之一时终止：过升压时段结束；自初始触发以来时间段已经消逝；频率误差值降低到可接受的水平/频率回升到标称值附近的范围。
在图2的示例中，在第一时间段期间，频率的变化率高，并且误差值超过了其阈值，因此发生触发并且启动了快速频率响应。
作为响应，HPPC 34以及特别是惯性控制器50实施一种或多种控制策略，并且相应地控制HPP 12的发电机。在欠频事件期间，HPPC 34被配置为实施图3中的方法100。在第一步骤102中，确定为了提供FFR而由HPP 12向主电网26提供的有功功率的额外量。在已经确定了额外量之后，在下一步骤104处，HPPC 34计算来自每种类型的发电机的贡献。在图1的实施例中，发电机的类型被布置到子发电厂中，从而计算来自每个子发电厂14、16、18的贡献。贡献用于向主电网26供应有功功率的额外量。贡献是基于在HPPC 34内或由HPPC 34设置的配置或控制策略来计算的。基于计算的贡献，在下一步骤106处，HPPC 34生成并向本地控制器32或直接向发电机20、22、24分派对有功功率的额外量的请求。因此，换言之，当FFR处于有功时，即在触发之后，HPPC34确定为支持电网频率的恢复所需的额外的有功功率，并且然后根据HPPC 34正在根据其操作的配置来命令发电机20、22、24提供该额外的有功功率。以预定频率重复执行方法100以确定新的贡献。
下文参考图4至图10描述了配置和控制策略。图4至图10是示出如何提供来自每种类型的发电机的贡献以满足支持主电网所需的额外量的图表。由于每个图表具有适当的图例，因此将仅在为清楚而必要的情况下提供带有附图标记的额外标注。
图4中示出了第一配置类型。在该配置中，HPPC 34在发电机类型之间或子发电厂之间实施对额外量的百分比分割。换言之，HPPC 34确定额外量，并且将百分比分割应用于额外量从而确定需要来自每种类型的发电机的贡献。在图4的实施例中，用于频率支持的有功功率的额外量的50％将由WTG旋转储备提供，额外量的30％将由PV储备提供，并且剩余的20％将由电池能量存储系统储备提供。针对FFR的时段的总需求被示为图4中的主曲线，在下方示出了根据百分比分割的每一段。
这些值仅以示例的方式使用，并且将要理解的是，可以根据需要或根据其他标准在HPPC 34内改变和重新配置百分比分割。例如，在一些实施例中，可以在安装时在HPPC 34内配置百分比分割，并且不能够被改变。在其他实施例中，百分比分割可以由运营商经由运营商接口进行配置。
在一些实施例中，百分比分割可以响应于由HPPC 34接收的与电网26和/或HPP 12及其发电机20、22、24的操作有关的数据。图5中示出了其具体示例。在该示例中，作为WTG22的储备的部分的可用功率由于风速的改变而波动。因此，将由WTG 22提供的可用功率的改变被传送到HPPC 34。如果在针对WTG 22的计算的贡献和来自WTG 22的可用功率之间的对比期间确定WTG 22不能够供应其贡献，则HPPC 34可以确定可用有功功率容量中的短缺，并且暂时调整百分比分割以增加PV 20和电池能量存储系统24的贡献从而占用该短缺。
如图5中所示，在时间t1处，从WTG 22开始的可用功率开始下降。在此之后的每个时间点处(在其期间，HPPC 34正在计算分割)，WTG的贡献减小。当WTG 22根本无法供应额外的功率时，在点t2处可以看出，PV 20和电池存储设备24提供了有功功率的额外量。这两个剩余资产之间的分割是根据加权平均计算的，该加权平均根据其原始比率对短缺进行分割。在涡轮机正在供应50％，PV正在供应30％以及电池存储设备正在供应20％的示例中，将涡轮机百分比降低到0％将致使该50％在PV和电池存储设备之间根据其原始比率进行分割，使得PV的贡献增加30％至60％，并且电池存储设备的贡献增加至40％。
在该示例中，HPPC 34还可以从PV和电池存储系统接收数据以确保额外量的重新分配不超过这两个发电系统的可用容量。如果超过了子发电厂的容量，则HPPC 34可以从该子发电厂请求满容量并再次计算短缺，从而确定将由一个或多个剩余的子发电厂提供的进一步的贡献。
作为百分比分割的替代方案，HPPC 34实施发电机的类型和/或子发电厂的优先级列表或序列，根据该优先级列表或序列，额外量应当被满足。根据该配置，HPPC 34确定额外量，并且基于可用发电机的序列和容量来确定针对子发电厂或发电机的类型的贡献。按照该序列，计算贡献以等于该类型的发电机能够供应的额外量的最大值，直到贡献的累计总量等于额外量。
图6中示出了使用优先级序列的示例。在图6的示例中，在序列中首先是WTG的储备，随后是PV的储备，并且最后是电池存储系统的储备。发电机的类型中的每种类型的功率限值/可用容量通过由分别用于WTG、PV和电池存储系统的附图标记62、72、82标识的黑线示出。
可以看出，首先，在t0和t1之间的区域中，额外量小于序列中的第一种类型的发电机(WTG)的可用容量。因此，WTG的储备用于满足整个额外量。由于额外量小于该类型的发电机的容量，因此发送给WTG的请求等于额外量。
随后，在t1和t2之间，额外量超过WTG的容量。在该时段期间，HPPC 34确定WTG独自无法满足额外量，并且因此从WTG请求最大贡献，其等于可用储备容量。HPPC 34随后确定PV是否可以在占用由WTG提供的可用容量后供应额外量的剩余部分。如在t1和t2之间所见的，如果剩余部分小于PV的容量，则请求剩余部分。如果剩余部分大于PV的容量，则HPPC从PV请求最大贡献，并且前进到序列中的下一个(在这种情况下是电池能量存储系统)，在过程中的每一步骤处确定序列中的下一个是否可以满足额外量的剩余部分。在t2和t3之间，超过了WTG和PV发电机的累积容量，因此接下来使用电池能量存储储备。存储储备可以提供额外量的剩余部分，该剩余部分是额外量减去序列中较早的发电机(PV发电机和WTG)的储备容量。该过程像这样继续进行直到快速频率响应结束。
如果在响应期间，各类型的发电机中的一种类型的发电机的容量增加或减少，则相应地重新分配贡献，但仍利用该序列。以下图10中描述并示出了该现象。
虽然序列在这里被严格地指示为一次一个发电机，但是该序列可以包括将一次使用的多种类型的发电机或子发电厂。例如，在根据实施例的序列中，可以在序列中首先指示WTG和PV，然后指示电池能量存储系统。在该实施例中，在利用电池能量存储系统的储备之前，HPPC 34在WTG和PV之间初步分割额外量，直到它们两者的储备容量被完全利用。
除了百分比分割和序列实施例之外，还有可以用于改进混合动力发电厂的快速频率响应的多个额外特征。
图6示出了使用多于一种类型的发电机来初步满足对有功功率的需求。这在一种类型的发电机的斜变率可能不足以高到初步满足需求的情况下是有用的。在图7中，频率响应在t0处开始。序列配置按WTG、PV、电池的顺序正在被使用。在t0和t1之间可以看出，最初WTG的斜变率太低而不满足对有功功率的需求。因此，为了满足需求，有功功率也由PV供应。来自PV的贡献被保持，直到WTG提升到仅由WTG满足需求或请求WTG的容量的点。
当应用在百分比分割模式中时，与PV和电池存储设备相比，WTG的较慢的斜变率可以通过短暂移动百分比分割来补偿从而对其占用。该原则与关于图5所应用的相同，其中可用容量低于由PPC请求的百分比。
当然，将要理解的是，系统可以被配置为合并了对应于最大斜变率的斜变率限值，在最大斜变率处，可能需要额外的有功功率。
如已经描述的，一些可再生能量发电机(特别是WTG，并且偶尔是PV发电机)被配置为提供所谓的“过升压”机制。在过升压是可能的且被允许的情况下，它可以用作与原始储备分开的额外“类型”的储备。因此，对于图1中的三个子发电厂，可能有四个或者甚至可能五个额外的用于FFR的有功功率的来源。
通常，过升压仅用作最后的手段，尽管如果需要，它可以以与已经描述的任何储备相同的方式使用。然而，其短期性质使其自身暂时升高有功功率输出，从而满足高额外量请求。
图8中示出了该情况的示例。在图8中，使用序列配置，其中序列读出为：WTG储备、PV、电池、WTG过升压。因此，如图8中所示，最初，当频率事件发生时，请求最大WTG和PV贡献，并且由电池存储设备贡献额外量的剩余部分。在时间t过升压处，所需的额外量增加到高于存储系统所能提供的水平，即超过了存储系统的容量。此时，序列中的前三种类型的发电机正在通过提供其整个可用储备容量来提供其最大贡献。结果，序列指示过升压是满足需求的下一个生成类型。因此，在t过升压之后，在tx处，WTG过升压机制被尽可能长时间地利用，或者直到不再需要其贡献。
还如上文描述的，过升压需要随后恢复的时段。图8中示出了在额外的有功功率水平已经回到零之后的恢复的时段。恢复致使有功功率水平下降。
在一些实施例(例如图9的实施例)中，可以使用HPP 12内的其他发电机的一个或多个储备来缓解过升压恢复。例如，如图9中所示，电池存储储备可以用于在恢复时段期间补充有功功率水平。在所示的实施例中，在FFR和在过升压之后的恢复两者期间使用电池能量存储系统。然而，在其他情况下，电池能量存储设备可以专门被保留以仅在过升压恢复期间使用。虽然这里描述的电池能量存储系统用于对恢复时段补偿，但将要理解的是，任何类型的发电机或子发电厂都可以用于此目的。
提供本实施例可以使得能够参与频率控制辅助服务(FCAS)市场，例如澳大利亚的应急FCAS市场和爱尔兰的辅助服务市场。这些市场需要对于预先确定的时间段持续提供额外的有功功率，该预先确定的时间段可以是大约几秒、几十秒或几百秒。例如，爱尔兰市场和澳大利亚市场两者具有五分钟或300秒等的设定时间范围，以及除此之外的其它范围。根据本文中描述的实施例操作HPP 12可以增加发电厂能够提供辅助服务的时间，用于实现在持续的时间段(可能长达并且也许超过300秒)内操作和提供额外的有功功率的可能性。图10中示出了该情况的示例。
在图10中，可以看出HPP 12正在以优先级模式操作。当频率事件在0秒处发生时，没有用于WTG储备支持的容量，因此使用了PV储备功率，其中正在利用存储有功功率以补充额外的有功功率的量的剩余部分。一旦风力功率储备在大约30秒处可用时，HPPC 34起到减小从电池能量存储系统使用的存储功率的量的作用，并且增加来自WTG的请求的有功功率。PV和WTG的可用容量的变化沿着整个300秒窗口继续变化。例如，在大约200秒处，WTG和PV的容量足够高以至于存储系统在40秒的时段中不被利用。
在大约130秒直到160秒，其在图10中用圆圈中的数字(1)标识，PV和WTG的容量低，并且用于FFR的存储储备不足以满足满容量。因此，根据优先级序列，HPPC 34起到实施WTG的过升压能力以弥补短缺的作用。在(1)之后，涡轮机的恢复时段发生，由电池存储储备进行补偿。
虽然上述描述是关于欠频事件提供的，但将要理解的是，在过频事件中，频率也可能上升超过标称频率。上述技术也可以应用于过频事件，使得包括百分比分割和优先级序列的配置应用于如何削减来自各类型的发电机的有功功率。如将要理解的，这将参照发电机(特别是WTG)的最小可行输出进行管理。
将要理解的是，可以对本发明作出各种改变和修改而不脱离本申请的范围。

Claims (15)

1.一种控制连接到电力网络(26)的混合动力发电厂(12)的方法(100)，所述混合动力发电厂(12)包括具有用于向所述电力网络(26)供应额外的有功功率的有功功率储备的至少两种类型的可再生能量发电机(20；22；24)；所述方法(100)包括，在所述电力网络(26)上检测到的频率事件期间：
确定(102)将由所述混合动力发电厂(12)向所述电力网络(26)提供的有功功率的额外量，从而提供快速频率响应；
基于所述发电机(20；22；24)的预设配置和所述有功功率储备，计算(104)来自用于供应所述有功功率的额外量的所述至少两种类型的发电机(20；22；24)中的每种类型的发电机的贡献；以及
根据所述计算的贡献生成有功功率请求并将所述有功功率请求分派(106)给用于供应所述额外量的所述发电机。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，所述预设配置包括所述至少两种类型的发电机(20；22；24)之间的所述额外量的百分比分割。
3.根据权利要求2所述的方法(100)，包括：对于每种类型的发电机(20；22；24)，将所述计算的贡献与所述发电机(20；22；24)的储备的可用容量进行比较，并且如果所述计算的贡献超过所述可用容量，则调整所述百分比分割以占用超过量。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法(100)，其中，至少一种类型的发电机(20；22；24)被配置为从储备中贡献有功功率并且使用过升压机制，并且其中，所述百分比分割包括针对所述储备的百分比和针对所述过升压的百分比。
5.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，所述预设配置包括序列，在所述序列中所述类型的发电机(20；22；24)应当累积地对所述额外量提供最大可能贡献。
6.根据权利要求5所述的方法(100)，其中，计算(104)所述贡献包括：按照所述序列中的发电机(20；22；24)的类型的顺序，将所述额外量的剩余部分与所述发电机(20；22；24)的储备的所述可用容量进行比较，并且其中，如果所述剩余部分超过所述发电机(20；22；24)的所述可用容量，则将所述贡献设置为等于所述可用容量，并且其中，如果所述可用容量超过所述剩余部分，则将所述贡献设置为等于所述剩余部分。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法(100)，其中，至少一种类型的发电机(20；22；24)被配置为从储备中贡献有功功率并且使用过升压机制，并且其中，所述序列包括用于所述储备的入口和用于所述过升压的入口，用于所述储备的所述入口在所述序列中早于用于所述过升压的所述入口。
8.根据权利要求7所述的方法(100)，包括：在过升压后的恢复的时段期间，一种类型的发电机(20；22；24)的所述有功功率贡献下降到低于标称水平，在所述过升压后的恢复的时段期间，使用不同类型的发电机(20；22；24)的所述储备来补偿至少部分的所述下降。
9.根据权利要求8所述的方法(100)，其中，提供补偿的所述类型的发电机(20；22；24)的所述储备被保留以仅用于补偿。
10.根据权利要求8所述的方法(100)，其中，所述类型的发电机(20；22；24)的所述储备被划分为用于向所述额外量提供贡献的储备和用于补偿的储备。
11.根据权利要求8至10中的任何一项所述的方法(100)，其中，提供补偿的所述类型的发电机(20；22；24)包括电池能量存储设备(24)。
12.根据权利要求5至11中的任何一项所述的方法(100)，其中，计算(104)所述贡献包括：将需求斜变率与针对所述序列中的一个类型的发电机(20；22；24)的斜变率限值进行比较，并且如果所述需求斜变率超过所述斜变率限值，则计算来自所述序列中的下一类型的发电机(20；22；24)的贡献以满足所述需求斜变率。
13.根据权利要求1至12中的任何一项所述的方法(100)，其中，所述混合动力发电厂(12)包括从包括以下各项的列表中选择的至少两种类型的发电机(20；22；24)：风力涡轮发电机(22)；电池能量存储系统(24)；和/或光伏发电机(20)。
14.根据当从属于权利要求5至12中的任何一项时的权利要求13所述的方法(100)，其中，所述混合动力发电厂(12)包括风力涡轮发电机(22)、电池能量存储系统(24)和光伏发电机(20)，并且其中，在所述序列中，所述风力涡轮发电机(22)和所述光伏发电机(20)位于所述电池能量存储系统(24)之前。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的方法(100)，其中，从属风力发电厂作为单独类型的可再生能量发电机被提供给所述混合动力发电厂(12)的所述风力涡轮发电机(22)。
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