[发明专利]使电力网旋转备用损失最小化的系统和方法

说明书

技术领域

本说明书公开的主题涉及用于发电的方法和系统，并且更具体地，涉及既连接至风力发电系统又连接至其他非风力发电系统(如燃气涡轮发电机)的电力网(electric power grid)。

背景技术

电力网通过在发电设施处发电并随后通过各种电力传输线路将所述电分配至电力用户来分配电力。发电机在许多(如果不是大多数)情况下由一个或多个旋转发电机组成。有时，旋转发电机由水电站坝、大型柴油发动机或燃气涡轮机驱动；在许多情况下，所述发电机由蒸汽提供动力。

当发电机是所谓的旋转发电机(即，燃气涡轮发电机或蒸汽涡轮发电机)时，它通常不以峰值(即，100％容量)运转，而是在正常情况下具有一定旋转备用裕量(spinning reserve margin)地运转，所述旋转备用裕量是通过增大在线(即，已经运行并且连接至发电设施)发电机的功率输出可获得的额外发电容量。对大多数发电机而言，这种电力增大通过增大施加至涡轮机转子的扭矩(例如，通过增大涡轮机的气体或蒸汽流或压力)来获得。维持一定旋转备用对高效且及时的发电是重要的，因为通过采用旋转备用容量几乎可实时满足增大的电力需求。这与通常只能有些延迟地进入在线状态的非旋转备用(即，当前未运行或连接至所述系统的额外发电容量)形成对比。

由于需要足够的电力网旋转备用来适应例如高峰需求负载要求并且避免电力中断、限电、停电等，倾向于通过例如以下方式将电力网旋转备用维持在相对保守的水平：使许多燃气涡轮机运行但维持每个燃气涡轮机处于充分低于容量的运行速率，以便允许响应于增大的需求而接近瞬时地增加发电。因为旋转发电机倾向于在其接近100％容量时以较高效率运转，在低于容量下运行倾向于导致效率低下(称为电力网旋转备用损失)。因此，将期望通过降低备用裕量要求来使电力网旋转备用损失最小化，同时维持足够的旋转备用以满足预期的峰值负载。

发明内容

根据本发明的实施例，公开一种包括电力网的电力系统，所述电力网包括一个或多个发电机。所述电力网可配置用于确定所述一个或多个非风力发电机的旋转备用裕量，并且用于确定与所述电力网关联的区域的影响风力发电能力的至少一个大气或环境因素。所述电力网可进一步配置用于基于所述至少一个大气或环境因素来确定连接至所述电力网的风力发电系统的近期风力发电能力。所述电力网可进一步配置用于确定电力网旋转备用预测要求，并且基于所述近期风力发电能力和所述电力网旋转备用预测要求而接收、启动和/或传输来调整所述一个或多个非风力发电机的发电。

所述电力系统进一步配置用于确定非风力发电机对所述电力网的旋转备用的贡献；并且进一步配置用于基于所述近期风力发电能力、所述非风力发电机对所述电力网的所述旋转备用的贡献和所述电力网旋转备用预测要求而提供指令来调整所述一个或多个非风力发电机的发电。

其中，所述一个或多个非风力发电机选自包括以下各项的组：燃气涡轮发电机、蒸汽涡轮发电机、电池组和电容器组。

其中，所述电力系统进一步配置用于从所述风力发电系统所处的区域或利用由所述风力发电系统产生的电力的区域中获得所述至少一个大气或环境因素。

其中，所述至少一个大气或环境因素选自包括以下各项的组：风速、风向、风电机叶片上的结冰、雷击和用于离岸单元的浪高。

其中，所述系统进一步配置用于响应于近期风力发电能力增大的确定而通过减少所述一个或多个非风力发电机的发电来调整此发电，并且其中所述电力系统进一步配置用于响应于近期风力发电能力减小的确定而通过增加所述一个或多个非风力发电机的发电来调整此发电。

其中，所述电力系统供应多个区域，其中每个区域由至少一个风力发电系统和至少一个在线电力网供应，所述电力系统进一步配置用于基于每个区域的所述近期风力发电能力和所述电力网旋转备用预测要求来同时调整每个区域中的一个或多个非风力发电机。

其中，基于所述近期风力发电能力和所述电力网旋转备用预测要求来调整所述一个或多个非风力发电机的发电的所述指令包括信号。

在本发明的另一个方面，公开一种方法，所述方法可包括：确定由一个或多个非风力发电机供应的在线电力网的旋转备用裕量；确定影响与所述在线电力网关联的区域的风力发电能力的至少一个大气或环境因素；基于所述至少一个大气或环境因素来确定连接至所述在线电力网的风力发电系统的近期风力发电能力；确定电力网旋转备用预测要求；以及基于所述近期风力发电能力、所述旋转备用裕量和/或所述电力网旋转备用预测要求提供指令来调整所述一个或多个非风力发电机的发电。