抑制电力网频率偏差的系统和方法技术方案

本公开内容涉及一种抑制特别是在小时交叉处的电力网相对于期望频率行为的频率偏差的方法，其中，能量存储装置连接至电力网。该方法包括：‑监测电力网的相对于期望频率行为的频率，以确定检测到的频率偏差；‑将检测到的频率偏差与阈值进行比较；‑在检测到的频率偏差超过阈值的情况下，布署存储装置以将来自电力网的能量充入该存储装置中或将来自该存储装置的能量释放到电力网中；以及‑设置可变阈值。对应的系统包括：‑到电力网的连接；‑能够选择性地连至连接的能量存储装置；‑连至连接的频率监测器；‑被配置成根据该方法选择性地设置能量存储装置的控制器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】抑制电力网频率偏差的系统和方法本公开内容涉及一种方法和系统，其被配置成抑制特别是在小时交叉处电力网相对于期望频率行为的频率偏差。通常，50Hz或60Hz或任何其他值的稳定频率行为很重要。频率偏差与电力网的电源与负载之间的不平衡相关联。电力网可以跨国界延伸并且通常包括电力线、电源和预先未知的负载。电源通常可以包括诸如很稳定和可预测的煤或其他化石燃料燃烧发电设施和/或核设施的多个能量生成设施但也包括至少在某种程度上更寄生的(spurious)诸如风、波浪和太阳能电力设施的可再生发电设施。其他供电设施也可以包括在内。电力供应设施可以被电力供应商利用。负载由家庭、工厂、企业等中的电力消费者或最终用户消耗或接收到的能量的量来限定。在本领域中已知并且在此处确认的是，可能会在电源与负载功率之间出现不平衡。注意，负载的需求方有些不可预测，而且大多数情况下无法控制。此外，可再生能源发电设施更容易出现不可预测的波动，例如意外的风平静、太阳前的云等。这些和其他影响可能引起电源与负载之间的不平衡，从而导致频率波动。此外，电力供应商提供对电力网的能量供应的预测并且具有关于电力网的能量供应的协议，预测和协议通常依据基于小时区段的电力供应，其中，供应商提供预定或预测的能量的量。在小时交叉处，供应商之间的电力供应切换会引起或加剧频率偏差。在现有技术的电力网中，这些“正常”运行环境和其他更严重的紧急情况(如发电设施与电力网断开)可能全部出现并且引起由电源与负载之间的不平衡造成的频率偏差。在本领域中已知并且在此处确认的是，初级控制器和次级控制器在适当的位置连接至电力网。这些被设计成以延迟且按比例的方式使用功率/能量储备来对抗真正的紧急情况和所引起的频率偏差。即，初级控制器(也称为FCR或PCR)和次级控制器(也称为FRR或SCR)的响应以从可检测到这样的频率偏差的时刻起的延迟表现出与任何给定时间处的特定频率偏差成比例的响应。在本领域中还已知并且在此处确认的是，初级控制器和次级控制器被不断地滥用并且被用于解决由寄生电源、寄生负载和小时交叉处引起的不平衡时的正常操作频率偏差。然而，这些初级控制器和次级控制器被设计并且旨在用于更严重和真实的紧急情况，例如能量生成设施的断开。在正常操作中或甚至仅在小时交叉时重复或甚至实际上不间断地布署初级控制器和次级控制器可能导致初级控制器和次级控制器被过度使用，因此在真实紧急情况的情况下初级控制器和次级控制器可能会失效，这可能对电力网的稳定性构成潜在威胁，特别是在这样的严重和真实的紧急情况下。然而，初级控制器和次级控制器的持续可靠运行可能已经随着时间的推移而受到损害，以至于初级控制器和次级控制器减少正常操作中的或甚至仅许多或所有小时交叉时的频率偏差的有效性可能由于对初级控制器和次级控制器的过度布署而减少。本公开内容的专利技术人确认，过去已经提出使用诸如飞轮和/或电池的能量存储装置来从电力网吸收能量或将能量释放到电力网中，从而减少频率偏差。特别地，WO-2014/121794公开了使用风力涡轮机并且向具有飞轮或电池的存储装置的电力网供电以连续地抑制相对于最大值的电力网频率偏差的发电。其中存储装置被不断地被布署，以均衡用于向电力网供电的涡轮机输出。然而，只要这可以确定，例如电池和飞轮中的这样的能量存储装置似乎仅在常规的初级或次级控制器的框架中被考虑，这表现出固定的时间延迟和成比例响应。根据本公开内容，根据可能取决于当日时刻或其他考虑因素的系统参数来设置变化的阈值，以优化该方法。其中，例如，确定df阈值。当频率超过阈值时，布署存储装置以成比例地抵消偏差，以便抑制频率偏差。在df阈值以下，算法可以通过充电(或放电)存储装置的容量——优选地达到50％的水平——来准备用于下一个上升或下降峰值的存储装置。以这种方式，存储装置可以对正df峰值或负df峰值作出反应。还可以设置充电(放电)进行的速率。原则上，阈值可以以这种方式例如根据当日时刻动态地被调整。统计显示，最大峰值总是出现在一天中的同一个小时。在这些时刻处，阈值可以被设置成50mHz或更高。在一天的其他时刻处，阈值可以被降低到20或30mHz。因此，阈值的可变适应可以与预期峰值的严重性和/或抑制阈值以下的实际上所有峰值所需的可用存储容量(或至少实际上所有峰值，例如所有这样的峰值的80％)和/或初级控制器的可用性等相关联。模拟和测试的结果对于600MW/36MWh的存储装置配置已经产生20,7％的df峰值的降低，并且在整个模拟的一天中产生9,0％的df峰值的降低(平均每小时的改进)。此外，使用该算法，布署的初级控制器功率降低了29％。[更具体地，在示例性情况下，基于阈值控制布署的没有添加存储装置的PCR可以是1544MW，但是基于阈值控制设置的具有存储装置的PCR预期为1096MW；减少448MW]。显然地，可变阈值也证明在除了小时交叉以外的其他情况下是有益的。已经开发了本公开内容中的原理以解决和减少或甚至减轻现有技术的缺点，并且至少减少或甚至避免滥用初级控制器和次级控制器以解决可能被考虑为正常操作的不平衡和相关联的频率偏差。为此，提供了所附独立方法和系统权利要求中的特征组件。本公开内容还涉及在所附独立方法和系统权利要求中限定的框架内的多个优选实施方式。此外，将参照所附实施方式附图在以下实施方式描述中讨论许多优选实施方式，其中，实施方式的任何方面都不会对所附独立方法和系统权利要求的保护范围具有限制作用。在实施方式描述和附图中，相同或相似的附图标记可以用于优选实施方式的相同或相似的特征。在附图中，图1示出了任意时间段中的频率偏差的曲线；图2示出了根据本公开内容的系统的简化示例性实施方式；图3和图4示出了电力网上的频率行为的功率峰值的统计分析；图5和图6例示了抑制频率偏差所需的最大能量的量；图7例示了用于抑制频率偏差的大能量需求；图8和图9示出了峰值覆盖率的分析；图10示出了每小时调整的阈值的示例；图11示出了图10的方案在单个小时交叉处对初级控制器(PCR)的布署的影响；图12示出了将飞轮配置与示例性基于电池的配置进行比较的表；图13示出了基于飞轮的配置的示例；图14示出了测试比例算法的结果；图15例示了基于静态阈值水平的算法的测试结果；图16示出了在特定小时交叉处根据频率偏差提取的df/dt；图17示出了能够从频率偏差的数据中推导出的示例性模式；图18示出了10个月的整个示例性数据集的平均周模式；图19示出了通过将频率曲线按“小时”分组可以检测到每小时具有相似值的峰值高度(和方向)；图20示出了由于在小时交叉之前补偿基频水平在高度和方向方面的设置更清楚的相似性；图21示出了小时交叉的特征形状；图22右侧示出了动态阈值函数的效果；图23示出了能量消耗逐渐变化与能量生成和输入混合的逐步适应之间的平衡；图24还示出了就像图21的小时交叉处的频率行为的一般形状；图25示出了接近小时交叉的第一示例，在该第一示例中，所有观测值都是负的；图26示出了小时交叉的第二个示例，在该第二个示例中，观测值大部分在正区域中，小部分在负区域中；图27示出了观测值均匀分布的另一种情况；图28示出了紧挨整个小时之后的频率斜率的测量；图29示出了没有应用负载管理(没有阈值的动态调整)的实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制特别是在小时交叉处电力网相对于期望频率行为的频率偏差的方法，其中，能量存储装置连接至所述电力网，并且其中，所述方法包括：‑监测所述电力网相对于所述期望频率行为的频率，以确定检测到的频率偏差；以及‑将所检测到的频率偏差与阈值进行比较；所述方法的特征在于，‑在所检测到的频率偏差超过所述阈值的情况下，布署所述存储装置以将来自所述电力网的能量充入所述存储装置中或将来自所述存储装置的能量释放到所述电力网中；以及‑设置可变阈值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.11 NL 20162511.一种抑制特别是在小时交叉处电力网相对于期望频率行为的频率偏差的方法，其中，能量存储装置连接至所述电力网，并且其中，所述方法包括：-监测所述电力网相对于所述期望频率行为的频率，以确定检测到的频率偏差；以及-将所检测到的频率偏差与阈值进行比较；所述方法的特征在于，-在所检测到的频率偏差超过所述阈值的情况下，布署所述存储装置以将来自所述电力网的能量充入所述存储装置中或将来自所述存储装置的能量释放到所述电力网中；以及-设置可变阈值。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：以与所述存储装置相关联的最大速率将来自所述电力网的能量充入所述存储装置中或将来自所述存储装置的能量释放到所述电力网中。3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：-根据所述电力网和/或所述方法的历史行为数据，确定将所述电力网的预定部分的频率偏差抑制到所述阈值所需的功率(以W为单位的P)的量；-根据所述电力网和/或所述方法的历史行为数据，确定将所述电力网的预定部分的频率偏差抑制到所述阈值所需的能量(以Wh为单位的E)的量；-配置所述存储装置以表现出至多近似等于所确定的能量的量与所确定的功率的量的比率的存储能量与存储功率的比率。4.根据权利要求3所述的方法，其中，配置所述存储装置还包括：将所述存储能量和所述存储功率中的任一者或两者降低到所确定的能量和所确定的功率中的任一者或两者的至多70％，优选地至多55％，更优选地至多40％，并且最优选地大约三分之一。5.根据权利要求3或4所述的方法，还包括：将所述存储能量与存储功率的比率降低到所确定的能量的量与所确定的功率的量的比率的至多75％，更优选地大约50％。6.根据前述权利要求中任一项或多于一项所述的方法，还包括：设置固定阈值。7.根据前述权利要求中任一项或多于一项所述的方法，还包括：-根据所述电力网和/或所述方法的历史行为数据，统计地确定在时间段的过程中何时统计地出现较大或较小的频率偏差；以及-设置要在统计地预期出现较大频率偏差的那些时刻处采用的至少一个第一较高阈值，以及设置要在统计地预期出现较小频率偏差的那些时刻处采用的第二较低阈值。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述时间段是包括一天、一周、一个月和一年的组中的至少一个。9.根据前述权利要求中任一项或多于一项所述的方法，还包括：-根据所述电力网和/或所述方法的历史行为数据，统计地确定至少两个频率曲线；-确定与所述频率曲线中的每一个频率曲线相关联的至少一个阈值；-监测频率随...

【专利技术属性】
技术研发人员：伦德特·维瑟，约翰内斯·科内利斯·克隆德，
申请(专利权)人：S四能源公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL