TWI868571B - 控制天然能源生產廠的方法、裝置以及天然能源生產廠 - Google Patents

Abstract

敘述一種在不足夠天然能源可用性之期間控制一天然能源生產廠(1)的方法，該天然能源生產廠(1)可連接或連接到一公用電網(8)且包含複數個能源生產實體(2a、2b、...、2f)尤其是風力渦輪機，該方法包含：從一能源儲存系統(23)將第一電力(P1)提供給該等能源生產實體(2a、2b、...、2f)；測量從該公用電網(8)提供給該等能源生產實體(2a、2b、...、2f)的第二電力(P2)；基於該第一電力(P1)及/或該第二電力(P2)及/或該能源儲存系統(23)的一充電狀態來控制該等能源生產實體(2a、2b、...、2f)及/或該能源儲存系統(23)，尤其是藉由一電廠控制器(4)及/或各自的能源生產實體控制器(5a)來控制。

Description

控制天然能源生產廠的方法、裝置以及天然能源生產廠

本發明係有關一種在不足夠天然能源可用性之期間控制一天然能源生產廠的方法及裝置，該天然能源生產廠可連接或連接到公用電網且包含複數個能源生產實體。此外，本發明係有關一種天然能源生產廠，尤其是包含複數個風力渦輪機。

包含複數個風力渦輪機的習知風電廠將風能轉換成旋轉運動，接著使用功率轉換系統將旋轉運動轉換成電能。類似地，包含光伏打電池的太陽能電廠將太陽能轉換成電能。在風力渦輪機中，功率轉換系統包括其上安裝有氣動轉子葉片的風力渦輪機轉子、傳輸系統或齒輪箱、發電機及變壓器，以及可以包括大功率變頻器的功率調節系統。由風電廠或太陽能電廠產生的電力接著被供應到電力網或也稱為公用電網，複數個消耗裝置可以從該電力網接收電力。包含在太陽能電廠中的太陽能電池板或光伏打電池將太陽能轉換成電能，電能經由逆變器、轉換器及變壓器的功率轉換系統傳輸到公用電網。

由於功率轉換系統的設計及/或功率轉換系統的低效率，電廠可能無法在所有風速下或所有等級的太陽輻照度下產生電力。通常，風電廠具有切入風速及/或切入轉子速度，它們可以是風電廠或風力渦輪機可以產生且輸送電力給公用電網的最小所需風速或轉子速度。類似地，太陽能電廠可能與最小太陽輻照度相關聯，超過該最小太陽輻照度可以產生電力。例如，太陽能電廠在夜間及黑暗時期不會產生能源。

當風力渦輪機或風電廠的風速或轉子速度低於切入速度時，則電廠必須消耗電力來供電或充電給運作及保護所必需的系統。電廠的這些系統或組件可以稱為輔助系統，且可以包括諸如泵、風扇、馬達以及燈、加熱器、控制系統、UPS及通訊系統的組件。這些系統的功率消耗可能從僅幾瓦到超過100千瓦或更多，取決於個別電廠的運作狀態及尺寸。

對於電廠營運商而言，此功率消耗可能導致高成本，因為當價格高時可能需要從電力網或公用電網購買電力。具有多個風力渦輪機、變壓器及逆變器的電廠需要以習知方式從公用電網接收電力。因此，在低天然電力可用性之期間，習知地需要從公用電網(亦即，風電廠或太陽能電廠以外的電網)提供能源消耗，以便供電給電廠內的輔助系統。另外，當電廠出現故障時，可能也需要從公用電網接收電力，以便操作輔助系統。

習知地，風電廠或太陽能電廠內的大功率消耗裝置可能會被停用，以減少系統在少風期間或無太陽能期間所消耗的電量。消耗裝置可以包括冷卻泵及風扇，當風力渦輪機未處於正常運作時，不一定需要它們來冷卻風力渦輪機。然而，可能需要許多系統來保持風力渦輪機以及太陽能電廠中的資料收集系統及逆變器的健康。例如，對於離岸風力渦輪機，除濕器及加熱器可能是必要的，以維持風力渦輪機內的氣候而防止組件上積聚濕氣及鹽分。通訊系統及諸如航空警示燈的危險規避系統對於許多風力渦輪機來說也可能是必不可少的，以允許監控風力渦輪機的健康及狀態且避免對飛機造成危險。此外，渦輪機的運作策略可能涉及變槳(pitch)及偏轉驅動器的調整，以確保渦輪機可以恢復運作或遠離風，直到風獲得實現閒置及生產的更多功率。針對此原因，已經證明的是，電廠營運商很難消除從電網獲取的功率消耗。

因此，可能需要一種方法及相對應的裝置，用於在不足夠天然能源可用性之期間控制可連接或連接到公用電網且包含複數個能源生產實體的天然能源生產廠，其中可以減少從公用電網接收的電量，及/或可以改善效率。

藉由根據獨立項的標的可以滿足此需要。本發明的有利實施例係由附屬項來敘述。

根據本發明的一個實施例，提供一種在不足夠天然能源可用性之期間控制一天然能源生產廠的方法，該天然能源生產廠可連接或連接到一公用電網且包含複數個能源生產實體的，該等能源生產實體尤其是風力渦輪機，該方法包含：從一能源儲存系統將第一電力提供給該等能源生產實體；測量從該公用電網提供給該等能源生產實體的第二電力；基於該第一電力及/或該第二電力及/或該能源儲存系統的一充電狀態來控制該等能源生產實體及/或該能源儲存系統，尤其是藉由一電廠控制器及/或各自的能源生產實體控制器來控制。

可以由一個以上的控制器部分來執行該方法，諸如部分由電廠控制器來執行且部分由個別能源生產實體的許多或複數個控制器來執行。可以在軟體及/或硬體中實行該方法。該方法可以使用能夠測量從公用電網提供給能源生產實體的第二電力的測量設備。

在執行該方法期間，天然能源生產廠可以連接到公用電網。然而，在特定時間間隔期間，天然能源生產廠可能不連接到公用電網而是可能與公用電網中斷。

天然能源生產廠可以被認為是從天然(可再生)資源(例如不包括石化)接收電力的電力生產設施，該天然資源例如包含風能、太陽能、水力能或其他。天然能源生產廠可以是可再生能源生產廠。天然能源生產廠可以包含一種類型的能源生產實體或多種不同類型的能源生產實體。

公用電網可以是AC電網，尤其是三相公用電網，複數個消耗裝置連接到或可連接到該AC電網以從公用電網接收電能。

不足夠天然能源可用性可能意謂著目前可用的天然能源或電力低於天然能源或電力，以便天然能源生產廠從天然能源或天然電力產生電能。例如，如果風速低於最小臨界值，則沒有足夠天然能源是可用的。另一個例子可能是太陽輻照度低於輻照度臨界值，使得沒有足夠的天然能源可用於操作太陽能電廠，以供發電。在不足夠天然能源可用性之期間，天然能源生產廠不能生產或產生可供應給公用電網的電能。

相反地，為了維持天然能源生產廠的功能及安全運作，該電廠可能需要電力來運作基本組件，例如輔助系統。輔助系統可以包括電廠的組件，這些組件可能需要維持電廠的安全運作，且也可能需要在不足夠天然能源可用性之期間已經過去之後重新啟動或準備重啟電廠。

能源儲存系統可以包含能夠以任何形式儲存能源但能夠轉換成電能的任何儲存系統。包含在能源生產實體中的輔助系統可以從能源儲存系統接收以電功率之形式的第一電力。理想情況下，第一電力可能足以滿足能源生產實體的(輔助)系統對電力的所有需求。尤其，該方法可以旨在控制能源儲存系統以及能源生產實體，使得第一電力足以滿足對供應給能源生產實體的電力的所有需求。

該方法可以旨在且可以配置成減少由能源生產實體從公用電網獲取電力的需求。因此，該方法可以旨在減少從公用電網提供給能源生產實體的第二電力。

為了能夠減少從公用電網提供給能源生產實體的第二電力，測量第二電力，尤其是使用測量設備來測量。測量設備可以例如構造成測量將整個天然能源生產廠連接到公用電網的節點處的電壓及/或電流(例如作用電流及/或無功電流)。

在該方法期間，基於第一電力及/或第二電力及/或能源儲存系統的充電狀態來控制能源生產實體及/或能源儲存系統。尤其，該控制方法可以包括將第二電力限制為儘可能地低，尤其是實質為零，以便不需要購買來自公用電網的電力。

此外，該方法可以配置成也控制第一電力以符合能源儲存系統的限制，尤其是包含在能源儲存系統中的轉換器或逆變器的限制。此種轉換器例如可以在其電力容量方面受到限制。當第一電力被限制時，能源儲存系統的逆變器或轉換器與習知系統相比可以縮小尺寸。

當考量第一電力、第二電力及能源儲存系統的充電狀態中的一者以上，用於控制能源生產實體及/或能源儲存系統時，可以減少從公用電網獲取的第二電力且可以注重能源儲存系統的電力容量及能源儲存系統的能源容量。藉此，可以改善電廠的操作及效率。

根據本發明的一個實施例，基於該第一電力及/或該第二電力來控制該等能源生產實體及/或該能源儲存系統包含下述中的至少一者：控制該等能源生產實體以減少或最小化該等能源生產實體的功率消耗及/或進入一休眠模式，尤其是藉由減少或停用至少一個動作；控制該等能源生產實體，使得該第二電力低於一電網電力臨界值，尤其是作用及/或無功的一電網電力臨界值，或者實質為零；控制該能源儲存系統，使得該第一電力小於尤其是作用及/或無功的一能源儲存系統電力限制。

能源生產實體可以例如被控制或命令以允許某些輔助組件的操作但可能不允許其他輔助系統被操作。在其他實施例中，可以控制個別輔助組件的個別功率消耗，尤其是依據各自輔助設備對於各自能源生產實體的安全及可靠操作的重要性而定。例如，對於特定類型的輔助組件，可以停用或啟用操作。

控制能源生產實體可以包含使用例如PI控制器，其例如接收第二電力的參考值且另外接收經測量的第二電力。其他實施方式是可行的。電力參考值或電網電力臨界值可以包含作用的電網電力臨界值及/或無功的電網電力臨界值。能源儲存系統電力限制可以由例如連接到DC能源儲存器的逆變器的各自電力限制來管理。藉此，可以提供安全及可靠的操作。

根據本發明的一個實施例，該能源儲存系統可連接或連接到至少一個能源生產實體，該至少一個能源生產實體係基於該第一電力及/或該第二電力來控制；及/或，其中該能源儲存系統可連接或連接到至少一個連接節點，一串列的能源生產實體係連接到該至少一個連接節點，且該串列的能源生產實體係基於該第一電力及/或該第二電力來控制；及/或，其中該能源儲存系統可連接或連接到一(電廠)連接節點，尤其是在一電廠變壓器的一低電壓側，所有能源生產實體係連接到該(電廠)連接節點，且所有能源生產實體係基於該第一電力及/或該第二電力來控制。

藉此實現不同級別的不同控制或供電。例如，控制或供電可以在個別能源生產實體級別上，可以在串列的能源生產實體級別上，或者可以在電廠級別上。藉此，為服務於不同的應用提供很大的彈性。不同的配置可能需要在每個串列(或群組)的電力生產實體處將能源儲存系統電連接到該等能源生產實體中之每一者，或是(僅)電連接到整個電廠的輸出節點。

根據本發明的一個實施例，該能源儲存系統包含一DC能源儲存器及一DC-AC轉換器，且尤其是一變壓器，其中控制該能源儲存系統包含尤其是藉由該電廠控制器來控制該DC-AC轉換器，其中，該能源儲存系統尤其包含下述中的至少一者：一電池能源儲存系統；一氫電解系統；一燃料電池系統；一飛輪。

DC能源儲存器可以包含電池能源儲存系統，例如也稱為BESS。藉此，支援習知可用的儲存系統。

根據本發明的一個實施例，該DC-AC轉換器在其電力容量方面受到該能源儲存系統電力限制所限制，其中，在不足夠天然能源可用性之期間，該能源儲存系統電力限制尤其低於該電廠的一標稱或經驗總電力需求。

DC-AC轉換器可以包含複數個可控制開關，這些開關可以藉由將特定的閘極訊號供應給它們的閘極來操作。DC-AC轉換器的尺寸可能使得其無法滿足在不足夠天然能源可用性之期間來自所有能源生產實體的功率消耗。因此，可以縮小DC-AC轉換器的尺寸，以便節省成本。由於該控制，例如藉由命令一些能源生產實體的一些輔助系統被停用或被下調，可以將第一電力控制在能源儲存系統電力限制以下。

根據本發明的一個實施例，控制該等能源生產實體包含：從該電廠控制器將控制訊號發送給該等能源生產實體控制器；藉由各自的該等能源生產實體控制器來控制各自的該能源生產實體的組件。

電廠控制器也可以從測量設備接收測量訊號，以便接收從公用電網提供給能源生產實體的第二電力的測量值。在本發明的特定實施例中，也測量從能源儲存系統提供給能源生產實體的第一電力且將其傳送給中央或電廠控制器。因此，電廠控制器可以接收第二電力的測量值、第一電力的測量值(及/或充電狀態)，且可以基於這些測量值來判定控制訊號，接著將其供應給個別的能源生產實體及/或儲存系統。此外，電廠控制器可以將控制訊號供應給能源儲存系統，尤其是能源儲存系統的轉換器，以便控制第一電力的流動。

根據本發明的一個實施例，控制該等能源生產實體包含：判定被允許執行至少一個電力需求動作的一能源生產實體子組合；控制該能源生產實體子組合，以執行至少一個電力需求動作；控制不包括在該子組合中的其他能源生產實體不要執行該至少一個電力需求動作；該方法尤其包含：稍後，當該能源生產實體子組合完成執行該至少一個電力需求動作時：控制不包括在該子組合中的其他能源生產實體之至少一者執行該至少一個電力需求動作。

藉此，可以將需要從公用電網汲取的電量控制得相對地低。藉此，不同能源生產實體的特定輔助系統的耗電可以在延長的時間間隔或時間段內來調度及分配，使得並非所有能源生產實體的所有輔助系統同時地運作，以便限制特定時間情況所需的總功率。藉此，可以滿足能源儲存系統的設備之限制且可以以有利的方式來限制第二電力。

根據本發明的一個實施例，該至少一個電力需求動作包含下述中的至少一者：一偏轉動作；一冷卻動作；一泵送動作；一風扇操作動作；一關閉動作；一閒置動作；一安全動作。

可能不需要在所有能源生產實體處同時地或重疊時間執行這些提及的動作中的一些動作，但可以彼此相繼地執行。此在本發明的實施例中是可行的。藉此，不同能源生產實體的動作可以以減少第二電力且也根據需要或所欲限制第一電力之方式來定時及調度。

根據本發明的一個實施例，測量該第二電力包含：測量第二作用電力及/或第二無功電力(second reactive power)，及/或其中，該等能源生產實體包含至少一個變壓器。藉此，例如不僅第二電力的作用電力且第二電力的無功電力可以取決於應用而被限制或可以被調節到特定的目標值或參考值，藉此提供很大的彈性。

根據本發明的一個實施例，該等能源生產實體包含下述中的至少一者：一風力渦輪機；一光伏打系統；一潮汐系統；一水力發電系統，其中，該不足夠天然能源可用性尤其是下述中的至少一者：一風速低於一風速臨界值；一太陽輻射低於一輻射臨界值；該等能源生產實體的一功率輸出低於一最小功率輸出臨界值。藉此，可以支援習知的系統。

根據本發明的一個實施例，將該第一電力提供給該等能源生產實體的複數個組件，且尤其是將該第二電力提供給該等能源生產實體的複數個組件，該等組件包括下述中的至少一者：一風力渦輪機輔助組件；一泵；一風扇；一馬達；用於轉動一轉子軸的一偏轉致動器；用於一風力渦輪機葉片的一變槳致動器(pitch actuator)；一冷卻系統組件；一加熱器系統組件；一照明系統；一光組件；一控制系統；一通訊系統。列出的組件可以是包含在該等能源生產實體中之一者以上的輔助設備或輔助系統的例子。依據能源生產實體而定，複數個組件或輔助系統可以包括更多或更少的以上列出的組件。

應當理解的是，在控制天然能源生產廠的方法中單獨地或以任何組合之方式揭示、說明、提供或應用的特徵也可以單獨地或以任何組合之方式應用於根據本發明的實施例之用於控制天然能源生產廠的裝置，且反之亦然。

根據本發明的一個實施例，提供一種在不足夠天然能源可用性之期間控制一天然能源生產廠的裝置，該天然能源生產廠可連接或連接到一公用電網且包含複數個能源生產實體，該等能源生產實體尤其是風力渦輪機，該裝置包含；一能源儲存系統，適於將第一電力提供給該等能源生產實體；測量設備，適於測量從該公用電網提供給該等能源生產實體的第二電力；一控制部分，尤其是包括一電廠控制器及/或各自的能源生產實體控制器，適於基於該第一電力及/或該第二電力及/或該能源儲存系統的一充電狀態來控制該等能源生產實體及/或該能源儲存系統。

可以在一個以上的單元中實行該控制部分，例如包括電廠控制器及/或各自的能源生產實體控制器。該裝置可以構造成執行根據如上所述的實施例的方法。

根據本發明的一個實施例，提供一種天然能源生產廠，其包含：複數個能源生產實體；以及根據前述實施例的裝置。根據一個實施例，複數個能源生產實體可以包含複數個風力渦輪機。

本發明的以上界定的態樣及另外的態樣從之後將敘述的實施例的例子是顯而易見的，且參考實施例的例子來說明。之後，將參考實施例的例子更詳細地敘述本發明，但本發明不侷限於此。

在附圖中示意性地顯示的天然能源生產廠1包含複數個能源生產實體2a、2b、2c、2d、2e、2f及根據本發明的一個實施例用於控制天然能源生產廠1的裝置3。

藉此，裝置3包含電廠控制器4及各自的能源生產實體控制器，在圖1中僅顯示實體控制器5a。其他能源生產實體2b、...、2f另外也包含類似的能源生產實體控制器，作為能源生產實體2a的控制器5a。根據本發明的一個實施例，裝置3更包含：安裝在連接節點7處的測量設備6，該連接節點7將天然能源生產廠1連接到輸電網8或公用電網8。輸電網8經由開關9可連接到天然能源生產廠1。

天然能源生產廠1包含電廠變壓器10，利用其提供例如100kV的次級側而連接到連接節點7。提供例如33kV的初級側係連接到匯流排11，複數個串列12a、12b、12c、12d的能源生產實體係連接在匯流排11處。例如，連接到匯流排的串列12a的風力渦輪機包含：能源生產實體2a、2b、...、2f。在所例示的實施例 中，能源生產實體包含複數個風力渦輪機，但也可包括太陽能電池。

在附圖中更詳細地顯示的能源生產實體2a包含發電機13，發電機13係連接到旋轉軸14，複數個轉子葉片15安裝在旋轉軸14處。發電機13可以包含未詳細地顯示的轉換器，轉換器能夠將可變頻率AC電力流轉換成固定頻率電力流。能源生產實體2a更包含連接到230V系統17的UPS 16。UPS 16可以在系統出現故障、尤其是能源生產實體2a出現故障之情況下，提供能源或電力。

能源生產實體2a更包含輔助設備18，輔助設備18依據特定的應用而定，可以例如包含：一個以上的泵、一個以上的風扇、一個以上的馬達、一個以上的致動器，尤其是偏轉致動器、變槳致動器、冷卻系統、加熱系統、照明系統、光組件、控制系統及/或通訊系統。輔助設備18係連接到690V系統19a。

能源生產實體2a更包含如上已經所述的能源生產實體控制器5a。經由通訊線19，控制器5a通訊地耦接到輔助設備18，且藉此能夠藉由各自的控制訊號或控制命令22來控制輔助設備18。

該等能源生產實體控制器中之每一者，諸如控制器5a，經由通訊線20通訊地連接到電廠控制器4。藉此，電廠控制器4可以經由通訊線20發送控制訊號21給能源生產實體控制器5a，於是控制器5a可以經由通訊線19將各自的控制訊號22供應給輔助設備18，以便控制輔助設備18的操作。

天然能源生產廠1更包含能源儲存系統23，能源儲存系統23可以連接到天然能源生產廠1的連接點24、25、26中的一者以上。應當注意的是，能源儲存系統23可以連接到一個以上的連接點24、25、26。根據本發明的一個特定實施例，能源儲存系統23僅連接到位於電廠變壓器10的低電壓側的連接點24。能源儲存系統包含DC-AC轉換器24a、電網監控系統(GMS)25以及變壓器26。

電廠控制器4可以從GMS 25接收測量結果及/或可以藉由控制訊號27控制轉換器24a。變壓器26可以轉換例如0.4kV/33kV或0.69kV/33kV或是更低或更高的輸出電壓。

包含在天然能源生產廠1中的裝置3係構造成在不足夠天然能源可用性之情況下執行根據本發明的一個實施例之控制天然能源生產廠1的方法。在該方法期間，將第一電力P1從能源儲存系統23(經由連接點24及/或25及/或26)提供給該串列12a的能源生產實體2a、2b、...、2f以及包含在其他串列12b、12c、12d中的其他能源生產實體。此外，藉由測量設備6來測量從公用電網8提供給能源生產實體的第二電力P2。測量設備6可以位於電廠輸出端子或是變壓器10的次級側與電網8之間的其他處，或者例如在變壓器10的初級側。

基於第一電力P1及/或第二電力P2及/或能源儲存系統23的充電狀態，電廠控制器4控制各自的能源生產實體控制器5a(及其他未例示的控制器)及/或儲存系統23。藉此，電廠控制器4經由通訊線28將各 自的控制訊號27供應給能源儲存系統23(或BESS及GMS或轉換器24a)。從電廠控制器4供應給能源生產實體控制器5a的控制訊號21a、...、21f可以例如指示或優先化以減少或最小化其功率消耗，尤其是使得第二電力P2低於預定電網電力臨界值或實質為零。此外，提供給能源生產實體控制器5a的控制訊號21a、...、21f以及從電廠控制器4提供給能源儲存系統23的控制訊號27可以使得第一電力P1小於能源儲存系統電力限制。在所例示的例子中，能源儲存系統可連接或連接到電廠變壓器10的低電壓側處的電廠連接節點24，所有能源生產實體係連接到該連接節點24。

能源儲存系統23包含：DC能源儲存器29、DC-AC轉換器24a及變壓器26，其可以是可選的。尤其，DC-AC轉換器24a在其電力容量方面可能受到上述能源儲存系統電力限制所限制。

DC能源儲存器23可以包含蓄電池及/或電池及/或燃料電池(用於將H2轉換為電或反之亦然)。

另一種或相同類型的儲存系統23a可以另外地連接到該等連接點24、25、26中的一者以上。儲存系統23a可以例如包含燃料電池、轉換器及/或主動濾波器及/或測量設備及/或變壓器，尤其是與儲存系統23類似地配置。儲存系統23a也可以由電廠控制器4藉由控制訊號27a來控制。

不同的能源生產實體2a、...、2f可以從電廠控制器4接收各自的控制訊號21a、...、21f。藉此，特 定的控制命令21a、...、21f可以指示能源生產實體子組合允許執行至少一個電力需求動作但禁止其他能源生產實體中的另一者或其他者執行各自動作。稍後，當已經完成電力需求動作時，可以被命令或允許除了能源生產實體子組合之外的其他能源生產實體執行電力需求動作。

例如，僅能源生產實體子組合，尤其是風力渦輪機，可以被允許執行偏轉動作而其他不被允許執行偏轉動作。在稍後的時間段，接著可以允許其他風力渦輪機執行偏轉動作，以便將第一電力限制在該限制以下且也減少或最小化例如從公用電網汲取的第二電力P2。

裝置3包含能源儲存系統23，其適於將第一電力P1提供給能源生產實體2a、...、2f。再者，該裝置包含測量設備6，其適於測量從公用電網8提供給能源生產實體2a、...、2f的第二電力。再者，該裝置3包含控制部分，在所示實施例中係由電廠控制器4以及個別的能源生產實體控制器5a(以及其他未明確例示的控制器)來實行。

當風力渦輪機或太陽能電池板沒有產生足夠的電力或能源時，電廠系統、尤其是用於每個能源生產實體的輔助系統，可能會消耗能源。藉由作用及無功的電流/功率測量(例如使用附圖中所示的測量設備6)，當電廠獲得能源時，電廠控制器或個別的控制器將與消耗裝置相通訊以進入「休眠」模式或最低功率消耗模式。此可能不侷限於最小值，但也可能有權控制可以同時致動多少消耗裝置。例如，由電廠控制器4發送到個別能源生產實體的控制訊號21a、...、21f可以指示預定數量的渦輪機可以僅偏轉或同時操作給定的泵或風扇以使當開始時電流湧入最小化(例如弱電網所欲的)。此可能會限制所需逆變器的尺寸及能源儲存系統23的電池放電容量。

當風力渦輪機僅產生氫氣及氧氣時，也可以使用該系統，其中整個電網在電廠變壓器或風力渦輪機變壓器之後被移除及更換(例如將…從69kV轉換為33kV)，以在風力低於可能的能源生產之期間或是在渦輪機由於錯誤而停機之情況下，提供輔助電力。

電儲存系統23可以包含電池電儲存系統，但是可以存在其他解決方案，例如利用燃料電池系統或其他能源儲存系統的氫電解。

本發明的實施例提供三種不同的模型，可以分別稱為個體級、串列級、及電廠級。當能源儲存系統23經由各自的連接點26及未例示的各自其他連接點從能源生產實體中之每一者連接到其他能源生產實體2b、...、2f時，可以實現個體級。當能源儲存系統23例如連接到點25時可以實現串列級，該點25係連接到特定串聯匯流排12a，該特定串聯匯流排12a係連接到串列的風力渦輪機或通常的能源生產實體。例如，當能源儲存系統23例如連接到電廠連接節點24時，可以形成電廠級。電廠級的耗電係例如使用測量設備6來測量。接著，電力被傳送到下述中的一者： 一渦輪機且該渦輪機供電給站點的其餘部分 串列且該串列供電給站點的其餘部分 站點，該電池供電給整個站點。

本發明的實施例提供或使用能源儲存系統來防止或減少電力流入至可再生能源電廠且用於氫渦輪機以保持系統啟動及運作，且在發電機中斷時節省關機(save shutdown)(藉此防止電廠不再成為能源消耗裝置)。優點之一可能是減低與從公用電網8購買電能相關的成本。

藉由減少或甚至避免來自外部電網的能源消耗，電廠可以藉由避免在低可再生電力生產期間使用可能由碳密集型技術及弱電網產生的能源，來減少其碳排放。

可以以改進的方式來控制在電廠級別上而不是在個別風力渦輪機級別上的功率消耗，使得能夠將功率流動控制得儘可能接近於0，尤其是關於第二電力P2。藉此，可以避免能源儲存系統的過度使用或尺寸過大。一些能源儲存系統，諸如電池電儲存器，可能具有有限數量的生命週期，且使得過度使用可能會導致生命提前結束及更換需求。

本發明之實施例可以允許控制一組特定能源生產實體的一組特定輔助設備被同時地致動或停用或啟用，以有利地判定功率逆變器及電池放電容量之尺寸。習知地，對於僅配備有電解槽的離網風力渦輪機，也沒有考量到系統在發電機切斷期間保持渦輪機及電解槽輔助系統運作。

應當注意的是，用語「包含」不排除其他元件或步驟，且「一個」或「一」不排除複數個。也可以組合結合不同實施例來敘述的元件。也應注意的是，請求項中的元件符號不應被解釋為限制請求項之範圍。

P2:第二電力 P1:第一電力 1:天然能源生產廠 2a:能源生產實體 2b:能源生產實體 2c:能源生產實體 2d:能源生產實體 2e:能源生產實體 2f:能源生產實體 3:裝置 4:電廠控制器 5a:實體控制器 6:測量設備 7:連接節點 8:公用電網 9:開關 10:電廠變壓器 11:匯流排 12a:串列

12b:串列

12c:串列

12d:串列

13:發電機

14:旋轉軸

15:轉子葉片

16:UPS

17:230V系統

18:輔助設備

19a:690V系統

19:通訊線

20:通訊線

21:控制訊號

21a:控制訊號

21b:控制訊號

21c:控制訊號

21d:控制訊號

21e:控制訊號

21f:控制訊號

22:控制訊號

23:能源儲存系統

23a:儲存系統

24:連接點

24a:DC-AC轉換器

25:連接點

26:連接點 27:控制訊號 27a:控制訊號 28:通訊線 29:DC能源儲存器 30a:變壓器 30b:變壓器 30c:變壓器 30d:變壓器 30e:變壓器 30f:變壓器

現在參考附圖來敘述本發明的實施例。本發明不侷限於所例示或所敘述的實施例。

圖1係示意性地例示根據本發明的一個實施例的天然能源生產廠，其包含根據本發明的一個實施例用於控制天然能源生產廠的裝置。

P2:第二電力

P1:第一電力

1:天然能源生產廠

2a:能源生產實體

2b:能源生產實體

2c:能源生產實體

2d:能源生產實體

2e:能源生產實體

2f:能源生產實體

3:裝置

4:電廠控制器

5a:實體控制器

6:測量設備

7:連接節點

8:公用電網

9:開關

10:電廠變壓器

11:匯流排

12a:串列

12b:串列

12c:串列

12d:串列

13:發電機

14:旋轉軸

15:轉子葉片

16:UPS

17:230V系統

18:輔助設備

19a:690V系統

19:通訊線

20:通訊線

21:控制訊號

21a:控制訊號

21b:控制訊號

21c:控制訊號

21d:控制訊號

21e:控制訊號

21f:控制訊號

22:控制訊號

23:能源儲存系統

23a:儲存系統

24:連接點

24a:DC-AC轉換器

25:連接點

26:連接點

27:控制訊號

27a:控制訊號

28:通訊線

29:DC能源儲存器

30a:變壓器

30b:變壓器

30c:變壓器

30d:變壓器

30e:變壓器

30f:變壓器

Claims (15)

1. 一種在不足夠天然能源可用性之期間控制一天然能源生產廠(1)的方法，該天然能源生產廠(1)可連接或連接到一公用電網(8)且包含複數個能源生產實體(2a、2b、...、2f)尤其是風力渦輪機，該方法包含：從一能源儲存系統(23)將第一電力(P1)提供給該等能源生產實體(2a、2b、...、2f)；測量從該公用電網(8)提供給該等能源生產實體(2a、2b、...、2f)的第二電力(P2)；基於該第一電力(P1)及/或該第二電力(P2)及/或該能源儲存系統(23)的一充電狀態來控制該等能源生產實體(2a、2b、...、2f)及/或該能源儲存系統(23)，尤其是藉由一電廠控制器(4)及/或各自的能源生產實體控制器(5a)來控制。
2. 如請求項1之方法，其中基於該第一電力(P1)及/或該第二電力(P2)來控制該等能源生產實體(2a、2b、...、2f)及/或該能源儲存系統(23)包含下述中的至少一者：控制該等能源生產實體(2a、2b、...、2f)以減少或最小化該等能源生產實體的功率消耗及/或進入一休眠模式，尤其是藉由減少或停用至少一個動作；控制該等能源生產實體(2a、2b、...、2f)，使得該第二電力(P2)低於一電網電力臨界值，尤其是有效功率及/或無效功率的一電網電力臨界值，或者實質為零；控制該能源儲存系統(23)，使得該第一電力(P1)小 於尤其是作用及/或無功的一能源儲存系統電力限制。
3. 如請求項1之方法，其中該能源儲存系統(23)可連接或連接到至少一個能源生產實體(2a)，該至少一個能源生產實體係基於該第一電力及/或該第二電力來控制；及/或其中，該能源儲存系統(23)可連接或連接到至少一個連接節點(25)，一串列(12a)的能源生產實體(2a、2b、...、2f)係連接到該至少一個連接節點(25)，且該串列的能源生產實體係基於該第一電力及/或該第二電力來控制；及/或其中，該能源儲存系統(23)可連接或連接到一電廠連接節點(24)，尤其是在一電廠變壓器(10)的一低電壓側，所有能源生產實體(2a、2b、...、2f)係連接到該電廠連接節點(24)，且所有能源生產實體係基於該第一電力及/或該第二電力來控制。
4. 如請求項2之方法，其中該能源儲存系統(23)可連接或連接到至少一個能源生產實體(2a)，該至少一個能源生產實體係基於該第一電力及/或該第二電力來控制；及/或其中，該能源儲存系統(23)可連接或連接到至少一個連接節點(25)，一串列(12a)的能源生產實體(2a、2b、...、2f)係連接到該至少一個連接節點(25)，且該串列的能源生產實體係基於該第一電力及/或該第二電力來控制；及/或其中，該能源儲存系統(23)可連接或連接到一電廠 連接節點(24)，尤其是在一電廠變壓器(10)的一低電壓側，所有能源生產實體(2a、2b、...、2f)係連接到該電廠連接節點(24)，且所有能源生產實體係基於該第一電力及/或該第二電力來控制。
5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中該能源儲存系統(23)包含一DC能源儲存器(29)及一DC-AC轉換器(24a)，且尤其是一變壓器(26)，其中控制該能源儲存系統包含尤其是藉由該電廠控制器來控制該DC-AC轉換器，其中，該能源儲存系統尤其包含下述中的至少一者：一電池能源儲存系統；一氫電解系統；一燃料電池系統；一飛輪。
6. 如請求項5中之方法，其中該DC-AC轉換器(24a)在其電力容量方面受到該能源儲存系統電力限制的限制，其中，在不足夠天然能源可用性之期間，該能源儲存系統電力限制尤其低於該電廠的一標稱或經驗總電力需求。
7. 如請求項1至4中任一項之方法，其中控制該等能源生產實體包含：從該電廠控制器(4)將控制訊號(21a、...、21f)發送給該等能源生產實體控制器(5a)； 藉由各自的該等能源生產實體控制器(5a)來控制各自的該能源生產實體(2a)的輔助設備(18)。
8. 如請求項1至4中任一項之方法，其中控制該等能源生產實體(2a、2b、...、2f)包含：判定被允許執行至少一個電力需求動作的一能源生產實體子組合；控制該能源生產實體子組合，以執行至少一個電力需求動作；控制不包括在該子組合中的其他能源生產實體不要執行該至少一個電力需求動作；該方法尤其包含：稍後，當該能源生產實體子組合完成執行該至少一個電力需求動作時：控制不包括在該子組合中的其他能源生產實體之至少一者執行該至少一個電力需求動作。
9. 如請求項8之方法，其中該至少一個電力需求動作包含下述中的至少一者：一偏轉動作；一冷卻動作；一泵送動作；一風扇操作動作；一關閉動作；一閒置動作；一安全動作。
10. 如請求項1至4中任一項之方法，其中測量該第二電力(P2)包含：測量第二有效功率電力及/或第 二無效功率電力，及/或其中，該等能源生產實體(2a、2b、...、2f)包含至少一個變壓器(30a、...、30f)。
11. 如請求項1至4中任一項之方法，其中，該等能源生產實體(2a、2b、...、2f)包含下述中的至少一者：一風力渦輪機；一光伏打系統；一潮汐系統；一水力發電系統；其中，該不足夠天然能源可用性尤其是下述中的至少一者：一風速低於一風速臨界值；一太陽輻射低於一輻射臨界值；該等能源生產實體的一功率輸出低於一最小功率輸出臨界值。
12. 如請求項1至4中任一項之方法，其中，將該第一電力(P1)提供給該等能源生產實體(2a、2b、...、2f)的複數個輔助設備(18)，且尤其是將該第二電力(P2)提供給該等能源生產實體的複數個組件，該等組件包括下述中的至少一者；一風力渦輪機輔助組件；一泵；一風扇；一馬達； 用於轉動一轉子軸的一偏轉致動器；用於一風力渦輪機葉片的一變槳致動器；一冷卻系統組件；一加熱器系統組件；一照明系統；一光組件；一控制系統；一通訊系統。
13. 一種在不足夠天然能源可用性之期間控制一天然能源生產廠(1)的裝置(3)，該天然能源生產廠(1)可連接或連接到一公用電網(8)且包含複數個能源生產實體(2a、2b、...、2f)，該等能源生產實體(2a、2b、...、2f)尤其是風力渦輪機，該裝置包含：一能源儲存系統(23)，適於將第一電力(P1)提供給該等能源生產實體(2a、2b、...、2f)；測量設備(6)，適於測量從該公用電網(8)提供給該等能源生產實體(2a、2b...、2f)的第二電力(P2)；一控制部分，尤其是包括一電廠控制器(4)及/或各自的能源生產實體控制器(5a)，適於基於該第一電力(P1)及/或該第二電力(P2)及/或該能源儲存系統(23)的一充電狀態來控制該等能源生產實體(2a、2b、...、2f)及/或該能源儲存系統(23)。
14. 一種天然能源生產廠(1)，包含：複數個能源生產實體(2a、2b、...、2f)；及如請求項13之裝置(3)。
15. 如請求項14之天然能源生產廠，其中該複數個能源生產實體(2a、2b、...、2f)包含複數個風力渦輪機。