CN115912454A - 用于控制功率生成系统的系统和方法 - Google Patents

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CN115912454A CN202211002435.0A CN202211002435A CN115912454A CN 115912454 A CN115912454 A CN 115912454A CN 202211002435 A CN202211002435 A CN 202211002435A CN 115912454 A CN115912454 A CN 115912454A
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E·尤本
C·J·科苏斯
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Abstract

提供了一种用于控制在互连点（POI）处连接到功率生成系统的功率生成子系统的系统和方法。子系统控制器接收反馈第一数据信号，该反馈第一数据信号对应于由功率生成子系统贡献给POI的无功功率或功率因数的电气参数，该第一数据信号具有第一信号保真度。子系统控制器接收指示在功率生成子系统处测量的电气参数的第二数据信号，该第二数据信号具有高于第一信号保真度的第二信号保真度。子系统控制器在第一和第二数据信号之间生成相关值，并应用该相关值以修正POI处电气参数的设定点值。子系统控制器使用修正的设定点值和第二数据信号生成用于功率生成子系统的设定点命令。

Description

用于控制功率生成系统的系统和方法
技术领域
本公开一般涉及功率生成系统，并且更特别地涉及用于控制具有功率生成子系统的功率生成系统的系统和方法。
本公开的主题涉及于2020年6月25日提交的美国专利申请序列号16/911,476以及于2021年8月4日提交的美国专利申请序列号17/393,649，这些专利申请出于所有目的通过引用并入到本文。
背景技术
可再生能源被认为是目前可用的最清洁、最环境友好的能量源之一，并且包括可再生能源资产（asset）的功率生成设施在这方面得到了越来越多的关注。这种可再生能源资产的一个示例是风力涡轮。现代风力功率生成系统通常采取具有多个这样的风力涡轮发电机的风电场的形式，这些风力涡轮发电机可操作以向为电力网提供功率的传输系统供应功率。
在现代可再生能源应用中，诸如多个风电场之类的多个功率生成子系统可在互连点（POI）（诸如与电力网的POI）处耦合在一起。随着对可再生能源的兴趣的增加，在单个POI处进行调节的功率生成子系统的数量也增加了。因此，多个功率生成子系统之间的相互作用增加，使得一个功率生成子系统的输出可能影响耦合到相同POI的其它功率生成子系统。因此，功率生成子系统中的每个的有效调节可能要求准确且及时地收集关于在POI处的电气参数的数据。
尤其值得关心的是POI处的电压调节，其中，如果每个发电厂的配置没有得到仔细协调，那么一个风电场可能会与另一个风电场不利地相互作用。例如，考虑这样一种情况，其中，两个风电场（具有各自的变电站）在彼此五英里内操作，并且每个风电场在它自己的变电站处具有测量点。这两个风力发电场的组合输出可通过例如十五英里长的功率传输线路在POI处连接到公用事业电网。两个风电场的电压的调节点在公用事业电网和长功率传输线路的交叉点处。按照惯例，将使用“线路压降补偿”功能性来估计（变电站处的）测量点和（POI处的）调节点之间的损耗。然而，该估计会因为有两个无功功率源对在电气系统内的所有点处观察到的电压有影响的事实而变得复杂。随着越来越多的发电机（风力发电场、太阳能发电场、能源储存设备、化石燃料等）安装在该区域中并连接在POI处，越来越多的安装将试图对同一点执行调节，这使得该估计更难准确地执行。
一种用于调节功率生成子系统的方法是获得在调节方案中所使用的电气参数在POI处的直接测量值。然而，在许多情况下，POI是电力网的组件，并且可能不允许功率生成子系统操作员安装传感器。因此，涉及POI的电气参数的信息可由POI操作员提供，其中功率生成子系统操作员对从POI操作员接收的信息的保真度几乎没有控制。
因此，从POI操作员接收的信息可能具有比否则对于每个功率生成子系统的有效调节所希望的保真度更低的保真度。因此，尽管利用关于POI处的电气参数的低保真度信息，但是希望的是促进有效调节每个功率生成子系统。
网络/公用事业操作员必须维持和调节它的整个系统的电压。实现这一目标的一种方式是通过在POI处捆绑于该系统的发电机来控制无功功率的产生和消耗。这些无功功率要求可能以多种方式专用于风电场操作员。最简单的是通过固定功率因数，其中，风电场在向电网生成和供应功率时需要以此类固定的功率因数（通常等于1.0）操作。然而，没有说明功率因数的准确度以及用于验证功率因数的积分间隔。并且，固定值可能偶尔会改变，例如对于冬季和夏季或高峰和空载时段。
备选地，风电场操作员可能需要调整无功功率消耗或产生，以将电压控制在为POI建立的设定点。对此类控制的准确度和响应的速度也可能有要求。
因此，希望的是促进以协调的方式关于功率因数或无功功率控制有效调节功率生成子系统中的每个，而不会在子系统内的资产（例如，风力涡轮）之间生成负相互作用。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践获知。
在一个方面中，本公开涉及一种用于控制功率生成系统的方法，该功率生成系统包括连接到互连点（POI）的至少一个功率生成子系统。该方法包括在功率生成子系统的子系统控制器处接收与由功率生成子系统贡献给POI的电气参数的反馈信号相对应的第一数据信号，该电气参数在与来自POI处的其它功率生成子系统的电气参数集成之前从该功率生成子系统远程测量。例如，电气参数可在POI和用于将POI连接到功率生成子系统的传输线路的接合点处测量。电气参数是功率因数或无功功率之一，并且第一数据信号具有第一信号保真度。该方法包括接收指示在功率生成子系统处生成的电气参数的第二数据信号，第二数据信号基本上在功率生成子系统处测量，并且具有高于第一信号保真度的第二信号保真度。利用子系统控制器，该方法包括通过对第一和第二数据信号之间的值差进行滤波来在第一和第二数据信号之间生成相关值。然后，利用子系统控制器，将相关值应用于POI处的电气参数的设定点值，以生成修正的设定点值。利用子系统控制器，该方法包括：使用修正的设定点值生成用于功率生成子系统的设定点命令；并使用设定点命令来控制功率生成子系统处的功率的生成，以基本上实现POI处的电气参数的设定点值。
在一特定实施例中，滤波步骤包括对第一和第二数据信号之间的值差应用滞后滤波器。
功率生成系统可以用多种方式配置。例如，在一个实施例中，该系统可包括多个所述功率生成子系统，每个功率生成子系统具有对应的子系统控制器，其中，电气参数的设定点值对于用于执行该方法的子系统控制器中的每个是公共的。
在某些实施例中，功率生成子系统没有关于第一数据信号和第二数据信号在通信上耦合，使得来自功率生成子系统中的相应一个功率生成子系统的第一和第二数据信号对于其它子系统是未知的。
在功率生成系统的一个实施例中，功率生成子系统是连接在POI处的各个风电场，并且子系统控制器是各个风电场控制器。在该实施例中，POI处的电气参数的设定点值从连接到POI的电力网的公用事业供应商获得。
在功率生成系统的又一个实施例中，功率生成子系统是风电场内的各个风力涡轮，并且子系统控制器是各个风力涡轮控制器。在该实施例中，第一数据信号从风电场的风电场控制器获得，而POI处的电气参数的设定点值从连接到POI的电力网的公用事业供应商获得。
第一和第二数据信号保真度包括刷新率、传感器准确度、传感器分辨率或通信延迟中的至少一个的度量。
应该领会，本发明不限于功率生成子系统的该类型或配置。例如，除了风电场之外，功率生成子系统可以是太阳能发电厂、水力发电厂、混合功率生成设施或能源储存设施之一或其组合。
本公开还涵盖用于控制功率生成系统的系统的各种实施例，其中，该系统包括连接到互连点（POI）的至少一个功率生成子系统。功率生成子系统包括子系统控制器，该子系统控制器具有配置成执行多个操作的至少一个处理器，所述多个操作包括：接收与由功率生成子系统贡献给POI的电气参数的反馈信号相对应的第一数据信号，电气参数在与来自POI处的其它功率生成子系统的电气参数集成之前从该功率生成子系统远程测量，电气参数是功率因数或无功功率之一，并且第一数据信号具有第一信号保真度；接收指示在功率生成子系统处生成的电气参数的第二数据信号，第二数据信号在功率生成子系统处测量，并且具有高于第一信号保真度的第二信号保真度；通过对第一和第二数据信号之间的值差进行滤波来在第一和第二数据信号之间生成相关值；通过将相关值应用于在POI处调节的电气参数的设定点值来生成修正的设定点值；使用修正的设定点值生成用于功率生成子系统的设定点命令；以及使用设定点命令来控制功率生成子系统处的功率生成，以实现POI处的电气参数的设定点值。
在该系统的特定实施例中，生成相关值包括对第一和第二数据信号之间的值差应用滞后滤波器。
在一些实施例中，该系统可包括多个功率生成子系统，每个功率生成子系统具有对应的子系统控制器，其中，电气参数设定点值是公共的，并供子系统控制器中的每个使用以执行所述多个操作。
该系统可配置成使得所述多个功率生成子系统没有关于第一数据信号和第二数据信号在通信上耦合，从而使得来自功率生成子系统中的相应一个功率生成子系统的第一和第二数据信号对于其它功率生成子系统是未知的。
在一特定实施例中，功率生成子系统包括连接在POI处的各个风电场，并且子系统控制器是风电场控制器。在该实施例中，POI处的电气参数的设定点值从连接到POI的电力网的公用事业供应商获得。
在一备选实施例中，功率生成子系统是风电场内的各个风力涡轮，并且子系统控制器包括各个风力涡轮控制器，并且其中，第一数据信号从风电场的风电场控制器获得，而POI处的电气参数的设定点值从连接到POI的电力网的公用事业供应商获得。
在仍然其它的系统实施例中，除了风电场之外，功率生成子系统可以是太阳能发电厂、水力发电厂、混合功率生成设施或能源存储设施之一或其组合。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
本发明提供一组技术方案，如下。
技术方案1. 一种用于控制功率生成子系统的方法，所述功率生成子系统在互连点（POI）处连接到功率生成系统，所述方法包括：
在所述功率生成子系统的子系统控制器处接收与由所述功率生成子系统贡献给所述POI的电气参数的反馈信号相对应的第一数据信号，所述电气参数在与来自所述POI处的其它功率生成子系统的电气参数集成之前从所述功率生成子系统远程测量，所述电气参数是功率因数或无功功率之一，并且所述第一数据信号具有第一信号保真度；
在所述子系统控制器处接收指示在所述功率生成子系统处生成的所述电气参数的第二数据信号，所述第二数据信号在所述功率生成子系统处测量，并且具有高于所述第一信号保真度的第二信号保真度；
利用所述子系统控制器，通过对所述第一和第二数据信号之间的值差进行滤波来在所述第一和第二数据信号之间生成相关值，并将所述相关值应用于所述POI处的所述电气参数的设定点值，以生成修正的设定点值；以及
利用所述子系统控制器，使用所述修正的设定点值和所述第二数据信号生成用于所述功率生成子系统的设定点命令，并使用所述设定点命令来控制所述功率生成子系统处的功率生成，以实现所述POI处的所述电气参数的所述设定点值。
技术方案2. 如技术方案1所述的方法，其中，所述滤波包括对所述第一和第二数据信号之间的所述值差应用滞后滤波器。
技术方案3. 如技术方案1所述的方法，其中，所述功率生成系统包括多个所述功率生成子系统，每个功率生成子系统具有对应的子系统控制器，其中，所述电气参数的所述设定点值对于用于执行所述方法的所述子系统控制器中的每个子系统控制器是公共的。
技术方案4. 如技术方案3所述的方法，其中，所述多个功率生成子系统没有关于由所述子系统控制器中的每个子系统控制器获得的所述第二数据信号在通信上耦合，使得来自所述功率生成子系统中的第一功率生成子系统的所述第二数据信号对于所述功率生成子系统中的第二功率生成子系统的所述第二子系统控制器是未知的。
技术方案5. 如技术方案3所述的方法，其中，所述功率生成子系统是连接在所述POI处的各个风电场，并且所述子系统控制器是各个风电场控制器，并且其中，所述POI处的所述电气参数的所述设定点值从连接到所述POI的电力网的公用事业供应商获得。
技术方案6. 如技术方案3所述的方法，其中，所述功率生成子系统是风电场内的各个风力涡轮，并且所述子系统控制器是各个风力涡轮控制器，并且其中，所述第一数据信号从所述风电场的风电场控制器获得，而所述POI处的所述电气参数的设定点值从连接到所述POI的电力网的公用事业供应商获得。
技术方案7. 如技术方案1所述的方法，其中，所述第一和第二数据信号保真度包括刷新率、传感器准确度、传感器分辨率或通信延迟中的至少一个的度量。
技术方案8. 如技术方案1所述的方法，其中，所述功率生成子系统包括太阳能发电厂、水力发电厂、混合功率生成设施或能源存储设施之一。
技术方案9. 一种用于控制功率生成子系统的系统，所述功率生成子系统在互连点（POI）处连接到功率生成系统，所述系统包括：
与所述功率生成子系统一起配置的子系统控制器，所述子系统控制器包括配置成执行多个操作的至少一个处理器，所述多个操作包括：
接收与由所述功率生成子系统贡献给所述POI的电气参数的反馈信号相对应的第一数据信号，所述电气参数在与来自所述POI处的其它功率生成子系统的电气参数集成之前从所述功率生成子系统远程测量，所述电气参数是功率因数或无功功率之一，并且所述第一数据信号具有第一信号保真度；
接收指示在所述功率生成子系统处生成的所述电气参数的第二数据信号，所述第二数据信号在所述功率生成子系统处测量，并且具有高于所述第一信号保真度的第二信号保真度；
通过对所述第一和第二数据信号之间的值差进行滤波来在所述第一和第二数据信号之间生成相关值；
通过将所述相关值应用于所述POI处调节的所述电气参数的设定点值来生成修正的设定点值；
使用所述修正的设定点值生成用于所述功率生成子系统的设定点命令；以及
使用所述设定点命令来控制所述功率生成子系统处的功率生成，从而实现所述POI处的所述电气参数的所述设定点值。
技术方案10. 如技术方案9所述的系统，其中，生成所述相关值包括对所述第一和第二数据信号之间的所述值差应用滞后滤波器。
技术方案11. 如技术方案9所述的系统，进一步包括连接到所述POI的多个所述功率生成子系统，每个功率生成子系统具有对应的子系统控制器，其中，所述电气参数设定点值供所述子系统控制器中的每个子系统控制器用于执行所述多个操作，并且从连接到所述POI的电力网的公用事业供应商获得。
技术方案12. 如技术方案11所述的系统，其中，所述多个功率生成子系统没有关于由所述子系统控制器中的每个子系统控制器获得的所述第二数据信号在通信上耦合，使得来自所述功率生成子系统中的第一功率生成子系统的所述第二数据信号对于所述功率生成子系统中的第二功率生成子系统是未知的。
技术方案13. 如技术方案11所述的系统，其中，所述功率生成子系统包括连接在所述POI处的各个风电场，并且所述子系统控制器是风电场控制器，并且其中，所述POI处调节的所述电气参数的所述设定点值从连接到所述POI的电力网的公用事业供应商获得。
技术方案14. 如技术方案12所述的系统，其中，所述功率生成子系统包括风电场内的各个风力涡轮，并且所述子系统控制器包括各个风力涡轮控制器，并且其中，所述第一数据信号从所述风电场的风电场控制器获得，而所述POI处调节的所述电气参数的设定点值从连接到所述POI的电力网的公用事业供应商获得。
技术方案15. 如技术方案9所述的系统，其中，所述第一和第二数据信号保真度包括刷新率、传感器准确度、传感器分辨率或通信延迟中的至少一个的度量。
技术方案16. 如技术方案9所述的系统，其中，所述功率生成子系统包括太阳能发电厂、水力发电厂、混合功率生成设施或能源存储设施之一。
附图说明
在本说明书中参照附图阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且能够实现的授权公开，包括其最佳模式，在附图中：
图1示出了根据本公开的功率生成系统的示意图；
图2示出了根据本公开的具有多个风力涡轮的风电场的示意图；
图3示出了根据本公开的与功率生成系统一起使用的控制器的一个实施例的示意图；
图4示出了根据本公开的用于控制功率生成系统的系统的控制逻辑的一个实施例的示意图；以及
图5示出了配置用于风电场的图4的方法和系统的实施例的示意图，以及
在本说明书和附图中重复使用附图标记旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中被示出。每个示例通过解释本发明而非限制本发明的方式被提供。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖如归入所附权利要求书的范围内的这种修改和变型及其等效物。
如本文中所使用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换地使用以将一个组件与另一个组件区分开来，并且不旨在表示各个组件的位置或重要性。
除非本文中另外规定，否则术语“耦合”等是指直接耦合、固定或附接、以及通过一个或多个中间组件或特征间接耦合、固定或附接两者。
如本文在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言用于修饰任何定量表示，该定量表示可在不导致与其相关的基本功能的改变的情况下可允许地变化。因此，由诸如“约”、“大约”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量的仪器的准确度，或者用于构造或制造组件和/或系统的方法或机器的准确度。例如，近似语言可指在10%的裕度内。
一般来说，本公开涉及用于控制功率生成系统的系统和方法，功率生成系统具有在互连点（POI）处连接到电力网的的多个功率生成子系统，其中，无功功率（消耗或产生）或功率因数由功率生成子系统贡献给POI以调节电网上的电压。特别地，本公开可包括一种系统和方法，该系统和方法可利用来自就在POI处集成之前的某个位置的低保真度电气参数信号作为支撑控制操作的基线来促进功率生成子系统的有效操作。该信号是具有相对较低的保真度的反馈无功功率或功率因数信号。因此，本文呈现的系统和方法可利用与从功率生成子系统获得的无功功率或功率因数的相同特性相对应的高保真度电气参数信号来克服低保真度电气参数信号的不希望保真度。具体来说，这些系统和方法可利用高保真度信号和低保真度信号来对具有足够保真度的来自POI的信号进行建模。建模的信号可用于控制功率生成子系统中的每个，而这些功率生成子系统又向POI提供无功功率或功率因数，以作为POI处的电压调节的手段。因此，从来自功率生成子系统的功率传输线路与POI的接合处传送的低保真度信号可充当基线，以促进多个功率生成子系统的异步控制，而不需要在功率生成子系统之间进行通信或协调。
现在参考附图，图1示出了根据本公开的功率生成系统100的一个实施例的示意图。如图1中所描绘，在一实施例中，功率生成系统100可包括经由通信（例如，功率传输线路）链路124连接到POI 122的至少一个功率生成子系统120。例如，在所示实施例中，功率生成系统100包括连接到POI 122的多个所述功率生成子系统120。此外，在此类实施例中，POI122可以是功率生成子系统120电耦合到电力网126的点。
现在参考图2，在一实施例中，（这个或这些）功率生成子系统120可配置为功率生成设施128，诸如风电场。然而，在附加实施例中，功率生成设施128可以是任何其它合适的功率生成设施，诸如水力发电厂、太阳能发电厂、能量存储厂、化石燃料发电机场所和/或其组合，诸如混合功率生成设施。在一实施例中，如图所示，功率生成设施128可包括如本文所描述的多个功率生成资产130，诸如多个风力涡轮132。应该领会，功率生成设施128可经由通信/传输链路124耦合到POI 122。
如图2和图3中所描绘，在一实施例中，（这个或这些）功率生成子系统120可配置为功率生成资产130。例如，如本文所描述的功率生成资产130可配置为风力涡轮132、太阳能电池板、水力发电设施、潮汐发电机、波浪发电机（waive generator）和/或化石燃料发电机。在此类实施例中，（这个或这些）功率生成资产130可经由通信链路124耦合到功率生成设施128的POI 122，并最终耦合到电力网126。
（这个或这些）功率生成子系统120还可包括子系统控制器200。例如，如图2所示，当配置为风力涡轮132时，子系统控制器200可集中在风力涡轮的机舱内。然而，在其它实施例中，子系统控制器200可位于（这个或这些）功率生成子系统120的任何其它组件内或位于（这个或这些）功率生成子系统120的外部的位置。此外，子系统控制器200可在通信上耦合到（这个或这些）功率生成子系统120的任意数量的组件，以便控制这些组件。因此，子系统控制器200可包括计算机或其它合适的处理单元。因此，在若干个实施例中，子系统控制器200可包括合适的计算机可读指令，这些指令在实现时将子系统控制器200配置成执行各种不同的功能，诸如接收、传送和/或执行设定点命令。
仍然参考图2，一个或多个传感器134可设置在（这个或这些）功率生成子系统120上，以监测（这个或这些）功率生成子系统120的性能。还应领会，如本文中所使用，术语“监测”及其变型指示（这个或这些）功率生成子系统120的各种传感器可配置成提供所监测的参数的直接测量值或此类参数的间接测量值。因此，本文所描述的传感器可例如用于生成指示（这个或这些）功率生成子系统120处的电气参数的数据信号。
在一实施例中，（这个或这些）传感器134可配置为操作状况传感器。例如，（这个或这些）传感器134可配置成在子系统120处以及在传输链路或线路124和POI 122的接合点处或附近监测（这个或这些）功率生成子系统120的输出的电气参数（如图1中的所述多个传感器所指示）。因此，（这个或这些）传感器134可以是用于监测（这个或这些）功率生成子系统120的电气输出的电流传感器、电压传感器、温度传感器、功率传感器和/或频率计。例如，（这个或这些）传感器134可配置成生成指示与由（这个或这些）功率生成子系统120发展的电压、电流、功率（实功率或无功功率）、功率因数和/或频率有关的电气参数的数据信号。
现在参考图1-4，呈现了根据本公开用于控制功率生成系统100的系统300的多个实施例的描绘。特别如图3所示，示出了可包含在子系统控制器200内的合适组件的一个实施例的示意图。例如，如图所示，子系统控制器200可包括配置成执行各种计算机实现的功能（例如，如本文中所公开，执行方法、步骤、计算等以及存储相关数据）的一个或多个处理器206和（一个或多个）相关联的存储器装置208。另外，子系统控制器200还可包括通信模块210，以促进在子系统控制器200与（这个或这些）功率生成子系统120的各种组件和POI 122之间通信。此外，通信模块210可包括传感器接口212（例如，一个或多个模数转换器），以容许将从（这个或这些）传感器134传送的信号转换为可以通过处理器206理解和处理的信号。应该领会，（这个或这些）传感器134可使用任何合适的方法在通信上耦合到通信模块210。例如，（这个或这些）传感器134可经由有线连接耦合到传感器接口212。然而，在其它实施例中，（这个或这些）传感器134可经由无线连接诸如通过使用本领域中已知的任何合适的无线通信协议耦合到传感器接口212。另外，通信模块210还可可操作地耦合到操作状态控制模块214，操作状态控制模块214配置成响应于设定点的生成，改变至少一个功率生成资产操作状态。
如本文中所使用，术语“处理器”不仅指在本领域中称为包含在计算机中的集成电路，而且还指控制器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器（PLC）、专用集成电路和其它可编程电路。另外，（这个或这些）存储器装置208一般可包括（一个或多个）存储器元件，包括但不限于计算机可读介质（例如，随机存取存储器（RAM））、计算机可读非易失性介质（例如，闪存）、软盘、致密盘-只读存储器（CD-ROM）、磁光盘（MOD）、数字多功能盘（DVD）和/或其它合适的存储器元件。此类（一个或多个）存储器装置208一般可配置成存储合适的计算机可读指令，所述指令在由（这个或这些）处理器206实现时将子系统控制器200配置成执行各种功能。各种功能可包括但不限于：获得指示POI 122和（这个或这些）功率生成子系统120处的电气参数的数据信号、生成电气参数的建模值、以及基于建模值生成设定点命令，如本文所描述，以及各种其它合适的计算机实现的功能。在一实施例中，建模值的生成可经由子系统控制器200的反馈保真度改善模块216来实现。
仍然参考图1-4，特别参考图4，在一实施例中，系统300的子系统控制器200可配置成获得指示POI 122处的电气参数（但是在将该电气参数与来自其它功率生成子系统120的其它电气参数集成之前）的第一数据信号302。例如，该电气参数可由一个或多个传感器134检测和测量，所述一个或多个传感器134在POI处可操作地配置成检测传输链路124和POI的接合点处的电气参数。此类传感器134可由公用事业电网操作员拥有或运营。在本文所阐述的特定实施例中，电气参数对应于无功功率（Q）或功率因数（PF）。因此，参考图1，将理解，第一数据信号不是POI的无功功率或功率因数值（它将包括来自连接到POI 122的所有子系统的（Q）或（PF）贡献并受其影响）。数据信号302对应于由到POI的连接点处的各个子系统贡献的（Q）或（PF）值，并且因此，在传输链路/线路124与POI 122之间的接合点处或仅在其上游（例如，相邻）测量或确定。
在一实施例中，其中，（这个或这些）功率生成子系统120配置为功率生成设施128，诸如具有多个风力涡轮的风电场、太阳能发电厂、水力发电厂或混合功率生成设施，可从相应的功率生成设施128的控制器接收第一数据信号302，以使得设施内的资产共享公共第一数据信号。在该实施例中，其中，（这个或这些）功率生成子系统120配置为各个风力涡轮132，可从风电场（经由风电场控制器）接收第一数据信号302，并且风电场内的风力涡轮132共享公共第一数据信号302。
在一实施例中，第一数据信号302可具有第一信号保真度。第一信号保真度可以是刷新率、传感器准确度、传感器分辨率和/或通信延迟的度量。例如，第一数据信号302可以按超过10秒的刷新率从POI 122处或与其相邻进行传送。相应地，子系统控制器200可例如每14秒接收一次反映POI 122处的电气参数的更新。在一实施例中，这可视为是低保真度信号。应该领会，POI 122处或其附近的实时电气参数值与最新报道的电气参数值之间的差可能会随着自来自POI 122的上次更新以来过去的时间增加而发展和增加。而这又可能导致（这个或这些）功率生成子系统120以比否则可利用来自POI 122的更高保真度信号（例如，以显著更大的频率刷新的信号）获得的效率更低的效率点操作。还应该领会，POI 122和（这个或这些）功率生成子系统120可由不同的实体拥有。因此，（这个或这些）功率生成子系统120可具有有限的能力来影响第一信号保真度，以便改善（这个或这些）功率生成子系统120的操作效率。
仍然特别参考图4，在一实施例中，系统300的子系统控制器200可配置成获得指示（这个或这些）功率生成子系统120处的电气参数（（Q）或（PF））的第二数据信号304。第二数据信号304的值反映功率生成子系统120处的电气参数的输出。因此，应该领会，对于相同的电气参数，第二数据信号304的值可以是第一数据信号302的值的某一部分。
在一实施例中，可从（这个或这些）传感器134和/或（这个或这些）功率生成子系统120的任何其它合适的组件接收第二数据信号304。因此，第二数据信号可具有高于第一信号保真度的第二信号保真度。例如，在一实施例中，（这个或这些）传感器134可按超过每秒两次的刷新率（例如，每40毫秒（ms）一次的刷新率）生成第二数据信号304。因此，子系统控制器200可基本上连续地接收指示功率生成子系统120的输出的第二数据信号304。应该领会，由于第二数据信号304的更高保真度，所以子系统控制器200可对功率生成子系统120处的电气参数的值具有比POI 122处的电气参数的值准确得多的理解，直到诸如子系统控制器200接收到更新的第一数据信号的时间为止。因此，虽然子系统控制器200可对功率生成子系统120的性能/效率具有准确的理解，但是仅仅基于第一和第二数据信号302、304，子系统控制器200可能无法准确地知道功率生成子系统120是否关于满足POI 122的无功功率或功率因数的要求高效地操作。
为了利用第一和第二数据信号302、304来确定（这个或这些）功率生成子系统120的有效操作状态，在一实施例中，子系统控制器200可配置成在306处为POI 122处的电气参数的期望设定点生成第一设定点修正值318（“相关值”）。子系统控制器200可利用较高保真度的第二数据信号304来补偿较低保真度的第一数据信号302，以生成第一设定点修正值318。然后，子系统控制器200可利用该设定点修正值来控制（这个或这些）功率生成子系统120。
在一实施例中，其中，第一信号保真度例如受由POI 122传送的第一数据信号302的刷新率的限制，第一数据信号302只在传输瞬间准确地反映POI 122处的电气参数，其中反映的准确度潜在地降低，直到POI 122传送下一个第一数据信号值。因此，可采用较高保真度的第二数据信号304来建模/预测在第一数据信号302的刷新之间的间隔中第一数据信号302的值本该是多少。例如，在一实施例中，其中，第一数据信号302具有15秒的刷新率，并且第二数据信号304具有50 ms的刷新率，可在50 ms间隔内计算第一设定点修正值318，直到在15秒后接收到刷新的第一数据信号302为止。换句话说，由于可采用第二数据信号304来在刷新之间的时段中改善第一数据信号302的保真度，所以第一数据信号302可充当系统300的基线。应该领会，虽然前面的解释针对与各自的刷新率相关的保真度，但是本文所描述的概念同样适用于与诸如传感器准确度、传感器分辨率和/或通信延迟的其它模态有关的保真度。
特别地仍然参考图4，在一实施例中，子系统控制器200可在310处至少部分地基于电气参数的第一设定点修正值318生成用于（这个或这些）功率生成子系统120的设定点命令。响应于设定点命令，（这个或这些）功率生成子系统120可在312处生成可由（这个或这些）传感器134和/或（这个或这些）功率生成子系统120的组件测量的量的功率。
如图4的314处所进一步描绘，系统300的子系统控制器200可配置成通过首先确定第一数据信号302的值与第二数据信号304的值之间的差来生成设定点修正值318。因为第一数据信号302的值可反映由于功率生成子系统120与POI 122之间的相对较长的功率传输线路124而产生的失真或损耗，而第二数据信号的值将不反映此类失真或损耗，所以第一数据信号302的值可能不同于（例如，低于）第二数据信号304的值。
如在316处所描绘，子系统控制器200可对第一数据信号302和第二数据信号304之间的差进行滤波以生成设定点修正值318（相关值）。例如，在一实施例中，对如在步骤314所确定的第一数据信号302和第二数据信号304之间的差进行滤波可包括对该差应用滞后滤波器。在一实施例中，对如在步骤314中所确定的第一数据信号302和第二数据信号304之间的差进行滤波可包括对该差应用静态（例如，固定时间常数）滞后滤波器、动态（例如，改变的时间常数）滞后滤波器、指数滤波器、带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器和/或卡尔曼滤波器。
仍然参考图4，系统300可包括耦合到POI 122的多个功率生成子系统（例如，多个风电场），诸如第一功率生成子系统136和第二功率生成子系统138。第一和第二功率生成子系统136、138中的每个功率生成子系统可包括子系统控制器200。第一功率生成子系统136可利用本文所描述的步骤来使用对于第一功率生成子系统136唯一的第一数据信号302和第二数据信号304来基于第一设定点修正值318生成设定点命令，从而在312处促进通过第一功率生成子系统136发电。同样地，第二功率生成子系统138可利用本文所描述的步骤来使用对于第二功率生成子系统138唯一的第一数据信号325和第二数据信号322来基于第二设定点修正值318生成设定点命令328，从而在330处促进通过第二功率生成子系统138发电。
如图4中进一步描绘，第一和第二功率生成子系统136、138可能没有关于第一数据信号302、325和第二数据信号304、322在通信上耦合。换句话说，第一和第二功率生成子系统136、138可能没有接收第一和第二数据信号的相同广播，并且可能没有彼此传递其传感器134的各自输出。取代需要通信链路，系统300通过要求功率生成子系统120中的每个基于它们各自的建模值（而这些建模值又基于对于每个子系统唯一的广播的第一数据信号）生成各自的设定点命令来促进对所述多个功率生成子系统120进行异步控制。例如，在一实施例中，其中，所述多个功率生成子系统120配置为至少两个风电场，系统300不要求在风电场之间具有通信链路。应该领会，风电场之间缺少通信链路可减少/消除在彼此分散一定距离和/或由不同实体操作的风电场之间协调时固有的成本和/或复杂度。还应该领会，在风电场的风力涡轮之间缺少通信链路可减少/消除风电场的通信基础设施的成本、复杂度和/或带宽要求。
还应该领会，在一实施例中，其中，所述多个功率生成子系统120关于从各自的传感器134接收的数据信号彼此在通信上解耦，所述多个功率生成子系统120可关于发电操作的其它方面在通信上耦合。例如，所述多个功率生成子系统120可以是分布式传感器网络的一部分，其中，来自分布式环境传感器的读数在参与者之中共享，同时仍然关于各自的数据信号保持分隔。
返回参考图1，在一实施例中，所述多个功率生成子系统120之间的通信解耦可视为是通信气隙140。在一实施例中，在第一和第二功率生成子系统136、138之间建立通信气隙140可增强各自的功率生成子系统120相对于通信耦合的功率生成子系统的网络安全态势。功率生成子系统120的网络安全态势可指示功率生成子系统对网络攻击的相对脆弱性。因此，减少或消除到（这个或这些）功率生成子系统120的通信接入点可减少入侵的许多可能途径，并且从而增加（这个或这些）功率生成子系统120的网络安全态势。
返回参考图4，在一实施例中，系统300的子系统控制器200可配置成在332处将第一数据信号302与至少一个数据有效性参数进行比较。例如，在一实施例中，数据有效性参数可包括第一数据信号的可接受值的范围、所需的刷新间隔、所需的信号质量和/或经选择以指示第一数据信号302的有效性状态的参数的任何其它组合。在一实施例中，其中，334处的比较指示第一数据信号302无效，子系统控制器200可在336处忽略第一数据信号302。在此类实施例中，子系统控制器200可配置成使用最后已知的有效第一数据信号302来生成建模值。在一附加实施例中，子系统控制器200可配置成利用默认的第一数据信号302，直到诸如可接收到有效的第一数据信号302的时间为止。
图5是用于操作图4的功率生成系统300的方法的示意图，功率生成系统300配置成通过控制来自多个单独的风电场的无功功率或功率因数来在POI处进行协调式电压调节，其中，风电场中的每个担任功率生成子系统136、138，并且包括担任子系统控制器200的风电场控制器。
参考图5，第一数据信号302对应于在POI处测量的来自风电场的各个无功功率（Q）或功率因数（PF）（但是没有与所有风电场的组合输出集成）。操作电力网的公用事业供应商可为由风电场提供的无功功率（Q）或功率因数（PF）规定设定点值402（Q/PFsetpoint）。POI也可视为是与电力网的连接点。第二数据信号304对应于来自担任第一功率生成子系统136的各个风电场的本地无功功率（Q）或功率因数（PF）。在步骤305，生成第一302和第二304数据信号之间的差值。
在图5中的步骤314，对在步骤305获得的差值进行滤波，以获得相关值（Q/PFDelta）318。滤波过程可包括应用滞后滤波器。
在步骤408，将相关值（Q/PFDelta）318应用于设定点值402（Q/PFsetpoint），以生成反馈信号413（Q/PFFdbk）。在步骤417，将反馈信号413（Q/PFFdbk）应用于第二数据信号304（Q/PFlocal），以生成无功功率或功率因数误差信号400（Q/PFerror）。在步骤310，使用该误差信号400来生成无功功率命令（Qcmd）407，将该命令407传送到风电场内的各个风力涡轮，并供各个风力涡轮控制器用于在风力涡轮级别的无功功率或功率因数控制/响应。
本领域技术人员将意识到来自不同实施例的各种特征的可互换性。类似地，所描述的各种方法步骤和特征以及每一种这样的方法和特征的其它已知的等效物可以由本领域的普通技术人员混合和匹配，以根据本公开的原理构造附加系统和技术。当然，要理解，不一定可以根据任何特定实施例实现上文描述的所有此类目标或优点。因此，例如，本领域技术人员将意识到，本文中所描述的系统和技术可以用实现或优化如本文中所教导的一个优点或一组优点的方式体现或实行，而不一定实现如本文中所教导或建议的其它目标或优点。
本书面描述使用示例来公开本发明（包括最佳模式），并且还使得本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书定义，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括与权利要求书的字面语言没有区别的结构要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言没有实质性区别的等效结构要素，则此类其它示例旨在处于权利要求书的范围内。
本发明的进一步方面由以下条款的主题提供：
条款1：1. 一种用于控制功率生成子系统的方法，功率生成子系统在互连点（POI）处连接到功率生成系统，该方法包括：在功率生成子系统的子系统控制器处接收与由功率生成子系统贡献给POI的电气参数的反馈信号相对应的第一数据信号，电气参数在与来自POI处的其它功率生成子系统的电气参数集成之前从功率生成子系统远程测量，电气参数是功率因数或无功功率之一，并且第一数据信号具有第一信号保真度；在子系统控制器处接收指示在功率生成子系统处生成的电气参数的第二数据信号，第二数据信号在功率生成子系统处测量，并且具有高于第一信号保真度的第二信号保真度；利用子系统控制器，通过对第一和第二数据信号之间的值差进行滤波来在第一和第二数据信号之间生成相关值，并将相关值应用于POI处的电气参数的设定点值，以生成修正的设定点值；以及利用子系统控制器，使用修正的设定点值和第二数据信号生成用于功率生成子系统的设定点命令，并使用设定点命令来控制功率生成子系统处的功率的生成，从而实现POI处的电气参数的设定点值。
条款2：条款1的方法，其中，滤波包括对第一和第二数据信号之间的值差应用滞后滤波器。
条款3. 前述任一条款的方法，其中，功率生成系统包括多个功率生成子系统，每个功率生成子系统具有对应的子系统控制器，其中，电气参数的设定点值对于用于执行该方法的子系统控制器中的每个是公共的。
条款4：前述任一条款的方法，其中，所述多个功率生成子系统没有关于由子系统控制器中的每个获得的第二数据信号在通信上耦合，使得来自功率生成子系统中的第一功率生成子系统的第二数据信号对于功率生成子系统中的第二功率生成子系统的第二子系统控制器是未知的。
条款5：前述任一条款的方法，其中，功率生成子系统是连接在POI处的各个风电场，并且子系统控制器是各个风电场控制器，并且其中，POI处的电气参数的设定点值从连接到POI的电力网的公用事业供应商获得。
条款6：前述任一条款的方法，其中，功率生成子系统是风电场内的各个风力涡轮，并且子系统控制器是各个风力涡轮控制器，并且其中，第一数据信号从风电场的风电场控制器获得，而POI处的电气参数的设定点值从连接到POI的电力网的公用事业供应商获得。
条款7：前述任一条款的方法，其中，第一和第二数据信号保真度包括刷新率、传感器准确度、传感器分辨率或通信延迟中的至少一个的度量。
条款8：前述任一条款的方法，其中，功率生成子系统包括太阳能发电厂、水力发电厂、混合功率生成设施或能源存储设施之一。
条款9：一种用于控制功率生成子系统的系统，功率生成子系统在互连点（POI）处连接到功率生成系统，该系统包括：与功率生成子系统一起配置的子系统控制器，子系统控制器包括配置成执行多个操作的至少一个处理器，所述多个操作包括：接收与由功率生成子系统贡献给POI的电气参数的反馈信号相对应的第一数据信号，电气参数在与来自POI处的其它功率生成子系统的电气参数集成之前从功率生成子系统远程测量，电气参数是功率因数或无功功率之一，并且第一数据信号具有第一信号保真度；接收指示在功率生成子系统处生成的电气参数的第二数据信号，第二数据信号在功率生成子系统处测量，并且具有高于第一信号保真度的第二信号保真度；通过对第一和第二数据信号之间的值差进行滤波来在第一和第二数据信号之间生成相关值；通过将相关值应用于在POI处调节的电气参数的设定点值来生成修正的设定点值；使用修正的设定点值生成用于功率生成子系统的设定点命令；以及使用设定点命令来控制功率生成子系统处的功率生成，以实现POI处的电气参数的设定点值。
条款10：条款9的系统，其中，生成相关值包括对第一和第二数据信号之间的值差应用滞后滤波器。
条款11：前述任一条款的系统，进一步包括连接到POI的多个功率生成子系统，每个功率生成子系统具有对应的子系统控制器，其中，电气参数设定点值供子系统控制器中的每个使用以执行所述多个操作，并且是从连接到POI的电力网的公用事业供应商获得的。
条款12：前述任一条款的系统，其中，所述多个功率生成子系统没有关于由子系统控制器中的每个获得的第二数据信号在通信上耦合，使得来自功率生成子系统中的第一功率生成子系统的第二数据信号对于功率生成子系统中的第二功率生成子系统是未知的。
条款13：前述任一条款的系统，其中，功率生成子系统包括连接在POI处的各个风电场，并且子系统控制器是风电场控制器，并且其中，在POI处调节的电气参数的设定点值从连接到POI的电力网的公用事业供应商获得。
条款14：前述任一条款的系统，其中，功率生成子系统包括风电场内的各个风力涡轮，并且子系统控制器包括各个风力涡轮控制器，并且其中，第一数据信号从风电场的风电场控制器获得，而在POI处调节的电气参数的设定点值从连接到POI的电力网的公用事业供应商获得。
条款15：前述任一条款的系统，其中，第一和第二数据信号保真度包括刷新率、传感器准确度、传感器分辨率或通信延迟中的至少一个的度量。
条款16：前述任一条款的系统，其中，功率生成子系统包括太阳能发电厂、水力发电厂、混合功率生成设施或能源存储设施之一。

Claims (10)

1.一种用于控制功率生成子系统的方法，所述功率生成子系统在互连点POI处连接到功率生成系统，所述方法包括：
在所述功率生成子系统的子系统控制器处接收与由所述功率生成子系统贡献给所述POI的电气参数的反馈信号相对应的第一数据信号，所述电气参数在与来自所述POI处的其它功率生成子系统的电气参数集成之前从所述功率生成子系统远程测量，所述电气参数是功率因数或无功功率之一，并且所述第一数据信号具有第一信号保真度；
在所述子系统控制器处接收指示在所述功率生成子系统处生成的所述电气参数的第二数据信号，所述第二数据信号在所述功率生成子系统处测量，并且具有高于所述第一信号保真度的第二信号保真度；
利用所述子系统控制器，通过对所述第一和第二数据信号之间的值差进行滤波来在所述第一和第二数据信号之间生成相关值，并将所述相关值应用于所述POI处的所述电气参数的设定点值，以生成修正的设定点值；以及
利用所述子系统控制器，使用所述修正的设定点值和所述第二数据信号生成用于所述功率生成子系统的设定点命令，并使用所述设定点命令来控制所述功率生成子系统处的功率生成，以实现所述POI处的所述电气参数的所述设定点值。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述滤波包括对所述第一和第二数据信号之间的所述值差应用滞后滤波器。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述功率生成系统包括多个所述功率生成子系统，每个功率生成子系统具有对应的子系统控制器，其中，所述电气参数的所述设定点值对于用于执行所述方法的所述子系统控制器中的每个子系统控制器是公共的。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述多个功率生成子系统没有关于由所述子系统控制器中的每个子系统控制器获得的所述第二数据信号在通信上耦合，使得来自所述功率生成子系统中的第一功率生成子系统的所述第二数据信号对于所述功率生成子系统中的第二功率生成子系统的所述第二子系统控制器是未知的。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述功率生成子系统是连接在所述POI处的各个风电场，并且所述子系统控制器是各个风电场控制器，并且其中，所述POI处的所述电气参数的所述设定点值从连接到所述POI的电力网的公用事业供应商获得。
6.如权利要求3所述的方法，其中，所述功率生成子系统是风电场内的各个风力涡轮，并且所述子系统控制器是各个风力涡轮控制器，并且其中，所述第一数据信号从所述风电场的风电场控制器获得，而所述POI处的所述电气参数的设定点值从连接到所述POI的电力网的公用事业供应商获得。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二数据信号保真度包括刷新率、传感器准确度、传感器分辨率或通信延迟中的至少一个的度量。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述功率生成子系统包括太阳能发电厂、水力发电厂、混合功率生成设施或能源存储设施之一。
9.一种用于控制功率生成子系统的系统，所述功率生成子系统在互连点POI处连接到功率生成系统，所述系统包括：
与所述功率生成子系统一起配置的子系统控制器，所述子系统控制器包括配置成执行多个操作的至少一个处理器，所述多个操作包括：
接收与由所述功率生成子系统贡献给所述POI的电气参数的反馈信号相对应的第一数据信号，所述电气参数在与来自所述POI处的其它功率生成子系统的电气参数集成之前从所述功率生成子系统远程测量，所述电气参数是功率因数或无功功率之一，并且所述第一数据信号具有第一信号保真度；
接收指示在所述功率生成子系统处生成的所述电气参数的第二数据信号，所述第二数据信号在所述功率生成子系统处测量，并且具有高于所述第一信号保真度的第二信号保真度；
通过对所述第一和第二数据信号之间的值差进行滤波来在所述第一和第二数据信号之间生成相关值；
通过将所述相关值应用于所述POI处调节的所述电气参数的设定点值来生成修正的设定点值；
使用所述修正的设定点值生成用于所述功率生成子系统的设定点命令；以及
使用所述设定点命令来控制所述功率生成子系统处的功率生成，从而实现所述POI处的所述电气参数的所述设定点值。
10.如权利要求9所述的系统，其中，生成所述相关值包括对所述第一和第二数据信号之间的所述值差应用滞后滤波器。
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