混合动力发电厂及控制混合动力发电厂的方法

技术领域

本发明涉及一种具有多种能量资产的混合动力发电厂，该多种能量资产包括若干可再生电力生成单元(包括第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元，第一可再生电力生成单元包括多个第一风力涡轮发电机，第二可再生电力生成单元优选地包括太阳能电力单元)以及能量存储单元(诸如大型电池)。本发明还涉及用于实现本发明的对应的方法、对应的控制器和对应的计算机程序产品。

背景技术

近来，由于发生到基于非化石的能源系统的逐渐过渡，在世界各国，各种可再生能源在为本地电网生产电力方面取得了越来越大的成功，但是电网也对有效地进行可再生能源的这种整合具有要求。

例如，风力涡轮机(或风力涡轮发电机(WTG))在电网中的高渗透性已经激发了对风力涡轮发电机的关于它们应该如何促进电网的稳定性的要求。这种要求包括在由传输系统操作员(TSO)定义的所谓电网规范中，风力发电厂(有时也称为风电场)必须遵守这些电网规范，才能向电网生产电力。

近来，出现了一种新兴趋势，即，将各种可再生能源整合到具有多种能量资产(即具有若干电力生成单元(诸如风力涡轮发电机和太阳能电力单元)以及能量存储系统(诸如大型电池))的所谓的混合动力发电厂中。由于本地风力和太阳能能源的可能互补性(例如，当风相当大时，傍晚时太阳可能不会照耀)，期望的是从混合动力发电厂生产的电力被设定为处于高可靠性。

可能包括在电网规范中的一些要求包括维持一定的输送功率、电压和频率，并且可能对这些参数的变化率(例如所谓的升降速率)具有一定的限制。这些要求也预期会施加在未来的混合动力发电厂上，因此，能够根据这些混合动力发电厂的电网规范输送能量也是很重要的。

另外，集成各种电力生成源(例如风能和太阳能)也面临着新的挑战，因为它们的特性不同，尤其是它们对变化的条件和要求的响应不同。总体而言，产生最大允许量的能量也是一个首要目标，考虑到各种电力生成源及其不同的能量生产质量(例如随时间的稳定性、对混合动力发电厂内距离的控制、对变化的响应等)，这可能会有些挑战性。

因此，改进的混合动力发电厂将是有利的，并且特别地，更有效和/或更可靠的混合动力发电厂将是有利的。

发明内容

本发明的另一个目的是提供现有技术的替代方案。

特别地，可以将本发明的目的看作是提供一种混合动力发电厂，其通过遵守电网规范生产电力(特别是在某些参数发生变化时)，同时对能量生产进行优化，来解决现有技术的上述问题。

因此，在本发明的第一方面中，旨在通过提供一种混合动力发电厂来实现上述目的和若干其他目的，所述混合动力发电厂连接到相关联的电网以向所述电网生产电力，所述混合动力发电厂包括多种能量资产，所述多种能量资产包括：

-第一可再生电力生成单元，所述第一可再生电力生成单元包括多个风力涡轮发电机，

-第二可再生电力生成单元，其中，第二可再生电力生成单元不同于第一可再生电力生成单元，优选地，所述第二可再生电力生成单元包括多个太阳能电力单元，以及

-能量存储单元，其优选地是电池能量存储系统，所述能量存储单元能够存储来自所述第一和第二可再生电力生成单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，

其中，混合动力发电厂还包括布置为与多种能量资产通信的发电厂控制器，发电厂控制器被布置为接收有功功率参考，并执行所述有功功率参考与来自所述第一可再生电力生成单元和所述第二可再生电力生成单元的可用功率的第一比较，以及

执行能量存储单元的可用充电或放电能力与所述第一比较的第二比较，并将对应的设定点分配给所述能量存储单元，并且

发电厂控制器还被布置为响应于所述第一比较，将设定点分别分配给所述第一可再生电力生成单元和所述第二可再生电力生成单元，

以便根据接收到的有功功率参考从混合动力发电厂输送电力。

本发明通过在具有波动能力的不同源之间持续地拆分有功功率参考，从而保持来自混合动力发电厂的稳定的功率输出，对于获得具有不同可再生电力生成单元的混合动力发电厂特别有利。因此，本发明的发明人执行的模拟表明，可以在获得稳定且快速响应的发电厂的同时优化功率生产。关于功率生产，该模拟显示，在某些情况下，通过实施本发明可以使功率生产提高若干百分点。本发明的另一个优点是最大程度地使用电力生成单元，并且仅在需要时才使用电池。因此，在外部参考没有要求的情况下，确保了混合动力发电厂不会使电力生成单元缩减(curtail)。

在本发明的上下文中，术语“混合动力发电厂”将被广义地理解为能够基于若干种能量来源来为电网生产电力的发电厂，所述若干种能量来源包括但不限于风能、太阳能、水能、热能等，从这个意义上说，混合动力发电厂具有生产电力的能量来源的集合体。应当理解，混合动力发电厂将在某种总体控制水平上被共同控制以生产电力，其在本发明的上下文中被称为发电厂控制器(PPC)。各种能量资产可以附加地或替代地具有某种程度的本地控制(例如从控制器)。还应理解，混合动力发电厂可以具有较大的地理范围，例如，多种能量资产可以分散在若干位置(例如，隔开长达2、5、10、15或20km，甚至更长)，只要发电厂控制器能够根据本发明提供某种程度的总体控制水平即可(特别是考虑到电损耗和/或控制及测量延迟)。

在本发明的上下文中，第一可再生电力生成单元包括多个风力涡轮发电机，每个风力涡轮发电机(WTG)可以包括塔架和具有至少一个转子叶片(诸如三个叶片)的转子。转子可以连接到机舱，该机舱安装在塔架的顶部并且适于驱动位于机舱内部的发电机。转子可在风的作用下旋转。转子叶片的由风引起的旋转能量经由轴传递给发电机。因此，风力涡轮发电机能够借助于转子叶片将风的动能转换为机械能，并且随后借助于发电机将机械能转换为电力。发电机可以包括用于将发电机的交流电转换成直流电的功率转换器，以及用于将直流电转换成待注入到电网中的交流电的功率逆变器。多个风力涡轮发电机可以不同，或者它们可以是同一种类。

在本发明的上下文中，第二可再生电力生成单元可以包括多个太阳能电力单元，每个太阳能电力单元可以具有例如光伏(PV)太阳能面板、集中式太阳能电力(CSP)单元或其他能够利用太阳能辐射并将其转换为电力的太阳能电力单元。

在本发明的上下文中，能量存储单元被广义地理解为能够在能量过剩的时段期间存储来自生成电力的第一可再生电力生成单元和/或第二可再生电力生成单元的能量，然后存储该能量一段时间直到需要将能量供应到电网中为止的单元。

通常，能量存储单元也可以用于在能量较便宜的时段从电网存储能量，并且在能量较贵的时候将其释放到电网。这就是所谓的“能量套利”。因此，将理解，对于依赖于能量存储单元的混合动力发电厂，所存储的能量可以具有一定的最小规模，以在稍后的时间具有任何重要的用途。因此，考虑由能量存储单元存储0.5MWh、1MWh、2MWh、3MWh、4MWh或5MWh的最小量能量。类似地，供应给电网的电力可以能够具有一定的最小功率，例如为至少0.5MW、1MW、2MW、3MW、4MW或5MW，以遵守功率生产的相关电网规范对混合动力发电厂产生影响。替代地，能量存储单元的功率与混合动力发电厂的总功率的比率可以最小为1％、2％、3％、4％或5％，以对电网产生影响。替代地，能量存储单元的功率与混合动力发电厂的总功率的比率可以最大为20％、15％、10％、8％、6％、4％或2％，因为能量存储单元通常是在给定时刻或一段时间内平均的最昂贵的能量资产。

合适的能量存储单元可以优选地基于电化学存储(诸如电池能量存储系统(BES))，更优选地包括可充电锂离子电池(LIB)，但是在本发明内还设想了其他能量存储单元，例如基于机械存储(例如压缩空气贮存器)、电存储(例如所谓的超级电容器)、热能存储或化学能存储(例如电改气P2G)或其他适用于发电厂能量存储以及随后到电网的电力传输的能量存储装置。

在本发明的上下文中，能量存储单元的充电或放电能力应被广义地解释为通用度量，即存储在能量存储单元中的电荷量以及由此能量，和/或放电或充电速率(诸如能量/时间)，其通常是存储单元的作用。注意，能量存储单元(例如，电池)的放电或充电速率可以是动态的，因为它会作为充电状态(SoC)、最大限制、用户定义的限制等的函数而随时间变化。通常，充电状态(SoC)被相对地测量为总能力的百分数，但也可以使用其他度量(诸如与SoC相反的放电深度(DoD))。应当理解，在本发明的上下文中，能量存储单元通常具有相对高的能量存储能力，以便对电网具有显著影响，因此，能量存储单元的放电或充电速率和/或充电状态(SoC)可以是多个分散的能量存储单元(例如，多个BES，不同或类似或相同的BES)的组合或总度量，如能量存储领域的技术人员将容易理解的那样。

在本发明的上下文中，第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元以及能量存储单元可以被共同地定义为能量资产。在一个实施例中，还有其他能量资产(特别是基于化石燃料(碳基)的能量资产，这种电力生成单元基于石油、煤炭、烃气等)可以与本发明的所述能量资产协同工作。在该技术领域中，能量资产也可以称为“能量执行器”，如技术人员将容易理解的那样。这两个术语将在下面的详细描述中互换使用。

同样，在本发明的上下文中，第一能量资产可以被视为第一可再生电力生成单元。然后，第一可再生电力生成单元又可以包括多个风力涡轮发电机(WTG)。这些风力涡轮发电机然后又可以具有共享或共同的特性，例如是大型风力涡轮机阵列或风电场中的多个非常类似或相同的风力涡轮发电机。类似地，第二能量资产可以被视为第二可再生电力生成单元。然后，第二可再生电力生成单元又可以包括多个太阳能电力单元。这些太阳能电力单元然后又可以具有共享或共同的特征，例如是大型太阳能阵列中的多个非常类似或相同的太阳能电力单元(例如PV单元)。

可用功率应理解为可再生电力生成单元能够产生的功率。可用功率可以随时间变化。对于风力涡轮发电机，它可以取决于风速和/或风向，对于太阳能电力单元，它可以取决于太阳辐照度。

在一个实施例中，当所述有功功率参考与可用功率的第一比较的结果是所述有功功率参考大于可用功率，从而指示功率不足时，发电厂控制器取决于第二比较被布置为将对应的设定点分配给能量存储单元，以通过使能量存储单元放电来至少部分地补偿所述功率不足。

在另一个相关实施例中，所述第二比较可以指示来自能量存储单元的可用充电或放电能力足以补偿由第一比较指示的功率不足，并且发电厂控制器被布置为将对应的设定点分配给所述能量存储单元，从而以有利的方式产生所需的功率。

在又一实施例中，其中所述第二比较可以指示来自能量存储单元的可用充电或放电能力不足以补偿由第一比较指示的功率不足，并且发电厂控制器被布置为将对应的设定点分配给所述能量存储单元，以通过可用的充电或放电能力尽可能地补偿功率不足。

在一个实施例中，发电厂控制器还可以被布置为将高于来自所述第一可再生电力生成单元和所述第二可再生电力生成单元的另外指示的所述可用功率的设定点分别分配给所述第一可再生电力生成单元和/或所述第二可再生电力生成单元。因此，本发明特别有利的是可再生电力生成单元可以产生比另外预期的更高水平的功率，原因是由于太阳和风的固有不稳定性使得难以估计或可靠地测量可用功率。模拟显示了预期的百分比增长，这是一个显著的结果。因此，尽管现代控制回路具有毫秒级的响应时间，但是来自可再生电力生成单元的可用功率可能会延迟几秒钟。当然应当理解，即使可以将设定点设定为高于另外指示的可用功率，也应当遵守并且不应推翻可再生电力生成单元的安全极限。

在一个特别有利的实施例中，混合动力发电厂可以独立于所述第二比较而具有高于指示的可用功率的设定点。

在另一个特别有利的实施例中，分别用于所述第一可再生电力生成单元和/或所述第二可再生电力生成单元的设定点可以等于有功功率参考。在其他实施例中，设定点被设定为比有功功率参考高10％、20％或30％等，但是当然仍然遵守可再生电力生成单元的安全极限。在一些变型中，在风力涡轮发电机和太阳能电力单元能量资产之间以及它们将超过它们的可用限制运行的情况期间，也可以存在重新分配。如本领域技术人员将理解的那样，各种控制回路(反馈或前馈)可以随时间尝试对其进行进一步优化。

在另一实施例中，当所述有功功率参考与所述可用功率的所述第一比较的结果是所述有功功率参考小于可用功率，从而指示功率过剩时，发电厂控制器取决于第二比较可以被布置为将对应的设定点分配给能量存储单元，以便尽可能地对能量存储单元进行充电，以在以后的时间重复使用该能量。

在另一个相关的实施例中，发电厂控制器(PPC)取决于第二比较可以被布置为将对应的设定点分配给能量存储单元以利用能量存储单元的全部或部分充电能力对能量存储单元进行充电，并且被配置为将对应的设定点分别分配给所述第一可再生电力生成单元和所述第二可再生电力生成单元。

在另一实施例中，发电厂控制器(PPC)可以进一步被布置为响应于所述第二比较将设定点分别分配给所述第一可再生电力生成单元和所述第二可再生电力生成单元，以便根据接收到的有功功率参考从混合动力发电厂输送电力，即，在功率过剩的情况下，用于可再生电力生成单元的设定点也可以取决于第二比较。

在一些实施例中，优选地来自传输系统操作员(TSO)并且使用混合动力有功功率控制器的有功功率参考可以基于混合动力发电厂的期望操作模式来计算混合动力发电厂参考，并且发电厂控制器被布置为执行所述混合动力发电厂参考与来自所述第一可再生电力生成单元和所述第二可再生电力生成单元的可用功率的所述第一比较。因此，通过转换为本地混合动力发电厂参考，可以执行更多改进的控制。

在一些实施例中，来自所述第一可再生电力生成单元和/或所述第二可再生电力生成单元的可用功率可以至少部分地基于气象条件和/或预报，所述气象条件和/或预报包括所述第一可再生电力生成单元的风力条件和/或预报，以及优选地来自所述第二可再生电力生成单元的太阳能条件和/或预报，以对可用功率作出更精确的预报。替代地或附加地，可用功率可以包括来自相同位置和/或类似情况下的先前测量值或测量值历史的元素或特征。

在一些实施例中，混合动力发电厂还可以包括：

-用于推导混合动力发电厂中的电损耗的估计值的模块；

-用于基于来自多种能量资产的总功率生产与公共耦合点(PoC)处的功率测量值之间的差来推导混合动力发电厂中的电损耗的测量值的模块，以及

-调节器，其被布置为在发电厂控制器的有功功率控制回路中应用电损耗的估计值和电损耗的测量值，所述有功功率控制回路被布置为控制混合动力发电厂在公共耦合点处的有功功率生产，

其中，使用所述调节器计算来自所述第一可再生电力生成单元和/或所述第二可再生电力生成单元的可用功率。因此，如果功率的估计值可能例如由于电损耗而与实际测量值不同，则该实施例可以对其进行补偿和/或减小，从而导致可用功率的甚至更好的值。

在第二方面，本发明涉及一种用于控制混合动力发电厂的方法，所述混合动力发电厂连接到电网以向所述电网生产电力，所述混合动力发电厂包括多种能量资产，所述多种能量资产包括：

-第一可再生电力生成单元，所述第一可再生电力生成单元包括多个风力涡轮发电机，

-第二可再生电力生成单元，其中，第二可再生电力生成单元不同于第一可再生电力生成单元，优选地，所述第二可再生电力生成单元包括多个太阳能电力单元，以及

-能量存储单元，其优选地是电池能量存储系统，所述能量存储单元能够存储来自所述第一和第二可再生电力生成单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，

其中，所述方法包括：

-控制发电厂控制器(PPC)以与多种能量资产进行通信，所述发电厂控制器被布置为接收有功功率参考，

-执行所述有功功率参考与来自所述第一可再生电力生成单元和所述第二可再生电力生成单元的可用功率的第一比较，

-执行所述能量存储单元的可用充电或放电能力与所述第一比较的第二比较，并且将对应的设定点分配给所述能量存储单元，以及

-响应于所述第一比较，将设定点分别分配给所述第一可再生电力生成单元和所述第二可再生电力生成单元，以便根据接收到的有功功率参考从混合动力发电厂输送电力。

在第三方面，本发明涉及一种发电厂控制器(PPC)，其用于控制连接到相关联的电网以向所述电网生产电力的相关联的混合动力发电厂，所述混合动力发电厂包括多种能量资产，所述多种能量资产包括：

-第一可再生电力生成单元，所述第一可再生电力生成单元包括多个风力涡轮发电机，

-第二可再生电力生成单元，其中，第二可再生电力生成单元不同于第一可再生电力生成单元，优选地，所述第二可再生电力生成单元包括多个太阳能电力单元，以及

-能量存储单元，其优选地是电池能量存储系统，所述能量存储单元能够存储来自所述第一和第二可再生电力生成单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，

其中，所述发电厂控制器被布置为与多种能量资产通信，所述发电厂控制器被布置为接收有功功率参考，并且执行所述有功功率参考与来自所述第一可再生电力生成单元和所述第二可再生电力生成单元的可用功率的第一比较，以及

执行能量存储单元的可用充电或放电能力与所述第一比较的第二比较，以及将对应的设定点分配给所述能量存储单元，并且所述发电厂控制器还被布置为响应于所述第一比较，将设定点分别分配给所述第一可再生电力生成单元和所述第二可再生电力生成单元，

以便根据接收到的有功功率参考从混合动力发电厂输送电力。

在第四方面，本发明涉及一种计算机程序产品，其适于使计算机系统控制根据本发明的第一方面和/或第二方面的混合动力发电厂，所述计算机系统包括至少一个计算机，所述至少一个计算机具有与其相连的数据存储装置。

本发明的该方面的特别但非排他性的优点在于：本发明可以通过一种计算机程序产品来实现，该计算机程序产品在被下载或上传到计算机系统中时使得计算机系统执行本发明的第二方面的操作。

在另一方面，本发明涉及一种数据存储介质，在所述数据存储介质上可以提供这种计算机程序产品，即，所述计算机程序产品可以提供在任何种类的计算机可读介质上或者通过网络提供。

本发明的各个方面可以各自与任何其他方面组合。通过以下参考所描述的实施例的描述，本发明的这些和其他方面将变得显而易见。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述本发明。附图示出了实现本发明的一种方式，并且不应被解释为限制落入所附权利要求书的范围内的其他可能的实施例。

图1是根据本发明的实施例的混合动力发电厂的发电厂控制器的简化示意图，

图2是表示本发明的概要的示意流程图，

图3是根据本发明的另一实施例的混合动力发电厂的示意图，

图4是根据本发明的另一实施例的混合动力发电厂的更详细的图，

图5是功率过剩情况下的能量资产的示意图，

图6是功率不足情况下的能量资产的示意图，

图7-9示出了根据本发明的混合动力发电厂的三种不同情况(称为用例1、2和3)的模拟图，以及

图10是表示根据本发明的计算机程序产品或根据本发明的方法的操作的概要/细节的示意系统图。

具体实施方式

图1是根据本发明的实施例的混合动力发电厂的发电厂控制器(PPC)200的简化示意图。

混合动力发电厂100(参见图3和图4)包括布置为与多种能量资产(图1中未示出)通信的发电厂控制器PPC 200，该发电厂控制器被布置为优选地从传输系统操作员(TSO)接收有功功率参考P_REF,ext，并使用混合动力有功功率控制器210基于例如混合动力发电厂的期望操作模式(诸如频率控制、有功功率削减等)计算混合动力发电厂参考Prefhpp。

发电厂控制器(PPC)200还被布置为响应于第一比较将设定点PrefPGS、PS_1、PS_2(以及特别是Pset1…Pset,n)分配给第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元，以及将一个或多个对应的设定点PS_3、PrefESS(更特别地是Pset,ess1…Pset,essn)分配给能量存储单元ESU(参见图3-4)，以便根据接收到的有功功率参考P_REF,ext从混合动力发电厂输送电力，该有功功率参考P_REF,ext如图1所示被转换为Prefhpp。混合动力分派器220接收Prefhpp控制信号并计算用于电力生成单元的PrefPGS控制信号，以及用于能量存储单元或系统ESS的PrefESS控制信号。然后，在下一个级别，使用PGS分派器230将PrefPGS信号分配或分派给各个电力生成单元(例如WTG或PV)。同样地，然后，使用ESS分派器240将PrefESS信号分配或分派给处于较低级别中的能量存储单元(例如多个电池)。

图2是表示本发明的概要的示意流程图。

发电厂控制器200被布置为执行所述混合动力发电厂参考Prefhpp与从第一可再生电力生成单元EA1、1RPGU和第二可再生电力生成单元EA2、2RPGU测量和/或估计的可用功率PavailPGS的第一比较C1，以执行如下计算：电力生成单元是否存在功率过剩或功率不足。是否将功率过剩计算为加号“+”以及将功率不足计算为减号“-”，仅取决于数学上的便利性或惯例，并且不改变本发明的应用和原理。替代地，可以仅应用数值差异。本质上，当来自电力生成单元的可用功率大于发电厂有功功率参考Prefhpp时，就会有功率过剩，如流程图中的下分支所示；相反，当来自电力生成单元的可用功率小于混合动力发电厂的有功功率参考Prefhpp时，就会出现功率不足的情况，如流程图中的上分支所示。这在第二比较中确定，从而得出分支C2a：不足的功率，以及C2b：过剩的功率。

如果有来自电力生成单元的过剩功率可用，则尽可能多的过剩功率将用于给能量存储系统ESS或能量存储单元ESU充电。将用于为ESS充电的过剩功率的实际量取决于ESS的当前总充电能力。ESS的充电能力“ChargeCap”取决于当前状态，该状态基于反馈信息(诸如最大充电功率、充电状态(SoC)等)以及用户优选设置(诸如最大充电设定点，频率控制允许、预留的充电等)。

如果总充电能力大于过剩功率，则所有过剩功率都将用于充电。如果总充电能力小于过剩功率，则用于充电的过剩功率将限于充电能力。

在例如多个BES的情况下，将基于用户指定的设置(诸如优先级，百分比权重，充电能力份额，充电状态等)为各个BES分配设定点Pset,ess。

充电设定点可能会被超出过剩功率的手动充电请求否决，这意味着混合动力发电厂的有功功率参考无法被满足。这是为了例如在电价低时，允许用户对ESS强制充电。

如果来自电力生成系统的功率不足，则通过使ESS尽可能地放电来弥补不足的功率。通过使ESS放电可以弥补的不足的功率的实际量取决于ESS的当前总放电能力。ESS的放电能力取决于其当前状态，该状态基于反馈信息(诸如最大放电功率、充电状态(SoC)等)以及用户优选设置(诸如最大放电设定点，F-Ctrl允许、预留的放电等)。如果总放电能力大于不足的功率，则所有不足的功率均由放电补偿。如果总放电能力小于不足的功率，则将使用所有放电能力。在多个ESS的情况下，将基于用户指定的设置(诸如优先级、百分比权重、充电能力份额、充电状态等)为各个ESS分配SP。

在有过剩的功率可用于充电的情况下，总充电设定点将指示由于功率过剩而被请求的充电，并且必需稍后被添加到发电厂有功功率参考中：

PrefPGS＝Prefhpp+PrefESS

在未设置充电设定点的情况下(由于功率不足，即在流程图的上分支中)，则发电厂有功功率设定点将仅被分配为：

PrefPGS＝Prefhpp

这样做是为了使第一和第二电力生成单元在任何可能的情况下最多产生Prefhpp的功率，因为不会希望使ESS比必须的更多地放电。然后，PrefPGS将是电力生成单元或系统必须补偿的参考。在多个电力生成单元的情况下，基于用户指定的设置(诸如优先级、百分比权重、可用功率权重等)完成各个电力生成单元的设定点的分配。附加地或替代地，由于其他情况(诸如对额定功率的限制)，设定点可能会受到限制。

图3是根据本发明的另一实施例的混合动力发电厂的示意图。混合动力发电厂100连接到相关联的电网1000以向电网生产电力，该混合动力发电厂包括多种能量资产EA1、EA2和EA3。

因此，第一可再生电力生成单元EA1或1RPGU是发电厂100的一部分，即，在该实施例中为多个风力涡轮发电机WTG1和WTG2，以及第二可再生电力生成单元EA2、2RPGU，即在该实施例中为多个太阳能电力单元PV1和PV2。为了简单起见，在该实施例中仅示出了两个风力涡轮发电机和太阳能电力单元，但是，本领域技术人员当然将理解，原则上在本发明的教导和原理内设想了任何数量的可再生电力生成单元。

附加地，能量存储单元ESU或系统ESS是发电厂100的一部分，其优选地是电池能量存储系统BES，该电池能量存储系统能够存储来自所述第一和第二可再生电力生成单元(即来自风力涡轮发电机WTG1和WTG2，以及太阳能电力单元PV1和PV2)的能量，并且能量存储单元被布置为在需要时将电力输送到所述电网1000。能量存储单元被指示为第三能量资产EA3。

混合动力发电厂100还包括发电厂控制器(PPC)200，其被布置为与多种能量资产通信，即，接收关于它们的状态/条件的信息，并且大体上向它们中的每一个发送控制信号，并且发电厂控制器尤其是被布置为接收例如由电网操作员提供的有功功率参考(如PPC左侧所示)，并对应地将有功功率设定点P_S1、P_S2和P_S3分配给多种能量资产，如图1和图3所示。作为中间控制信号，混合动力发电厂参考Prefhpp也被使用。可以提及的是，在一些实施例中，WTG分派器可以形成控制器PPC 200的一部分。P_REF是从电网操作员(TSO)接收的参考(即图1中的Pref,ext)或从用户接收的参考，但是它也可以来自另一个控制器(诸如信号名称Pref_freq_ctrl所指示的频率控制器)。发电厂控制器200可以包括如图3中示意性指示的风力涡轮发电机WTG分派器230a、PV分派器230b和BES分派器240。

通常，期望PPC 200将直接与WTG1和WTG2通信，并且它将通过专用的BES和PV控制器(类似于发电厂控制器PPC，但专门用于PV和BES)与能量存储器BES以及PV1和PV2通信。然后，这些专用控制器会将设定点分配给各个PV阵列转换器或各个ES转换器(即PV和ES系统由多个单元组成，就像风力发电厂系统一样)。在所示的实施例中，控制器PPC200经由设定点拆分器(SPLITTER)进行通信，然后设定点拆分器将设定点PS_1、PS_2和PS_3进一步分派给用于每种能量资产的分派器。

还可以设想，可以通过本地控制器将设定点分配给WTG。即，一个主PPC将设定点分配给一个/多个从PPC，例如，所述一个/多个从PPC用于具有大量风力涡轮发电机(诸如超过20台风力涡轮发电机，或超过40台风力涡轮发电机)的大型风力涡轮机园区。

图4是根据本发明的另一实施例的混合动力发电厂的更详细的图。图4(图4A和图4B)是根据本发明的另一实施例的混合动力发电厂的示意图。因此，除了图3所示的混合动力发电厂之外，混合动力发电厂100还特别包括模块310，该模块310用于推导混合动力发电厂中的电损耗的估计值。此外，存在模块320，该模块320用于基于来自多种能量资产(在此EA1是WTG致动器，EA2是PV致动器，并且EA3是BES致动器)的总功率生产Pprod与电网1000的公共耦合点(PoC)处的功率测量值Pmeas之间的差来推导混合动力发电厂中的电损耗的测量值。此外，发电厂控制器包括作为有功功率控制器的调节器300，该调节器300被布置为将电损耗的该估计值和电损耗的测量值应用于发电厂控制器200的有功功率控制回路中，该有功功率控制回路被布置为控制混合动力发电厂100在公共耦合点处的有功功率生产。

图5是功率过剩情况下的能量资产的示意图。

因此，在图5A中，首先执行比较(如由圆圈1指示)，以便确定有功功率参考P_REF,ext或更具体地说是混合动力发电厂参考Prefhpp大于还是小于来自第一可再生电力生成单元EA1、1RPGU和第二可再生电力生成单元EA2、2RPGU的可用功率PavailPGS(参见图3和图4)。在该情况下，可以看到可用功率PavailPGS更大，然后可以尽可能地存储过剩功率。在图5A中，进行能量存储单元EA3、ESU的可用充电或放电能力(例如由充电状态指示)与第一比较的结果(即，过剩的功率)的第二比较(如由圆圈2指示)，该第二比较指示能量存储单元的可用充电高于过剩的功率，因此所有过剩的功率都可以存储起来供以后使用。因此，来自第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元的过剩的功率将被存储，如图5A的最右列中示意性地指示的那样。

在另一种情况下，如图5B所示，首先执行比较(如圆圈1下面指示)，以便确定有功功率参考P_REF,ext或更具体地说是混合动力发电厂参考Prefhpp大于还是小于来自第一可再生电力生成单元EA1、1RPGU和第二可再生电力生成单元EA2、2RPGU的可用功率PavailPGS(参见图3和图4)。在该情况下，再次看到可用功率PavailPGS更大，然后可以存储过剩功率中的一些。在图5B中，再次进行能量存储单元EA3、ESU的可用充电或放电能力(例如充电状态)与第一比较的结果(即过剩的功率)的第二比较，该第二比较指示能量存储单元的可能充电低于过剩的功率，因此只能存储有限量的过剩功率供以后使用。

因此，来自第一可再生电力生成单元和第二可再生电力生成单元的有限量的过剩功率将被存储，如图5B的最右列中示意性地指示的那样。因此，发电厂控制器PPC 200然后将设定点PrefPGS、PS_1、PS2分别分配给所述第一可再生电力生成单元EA1、1RPGU和所述第二可再生电力生成单元EA2、2RPGU，以便根据接收到的有功功率参考P_REF,ext或Prefhpp从混合动力发电厂输送电力，PrefPGS控制信号低于可用功率PavailPGS，如示意性地指示的那样。

图6是与图5中的图类似的在功率不足的情况下的能量资产的示意图。因此，在图6A和图6B中，首先执行比较(如圆圈1下面指示)，以便确定有功功率参考P_REF,ext或更具体地说是混合动力发电厂参考Prefhpp大于还是小于来自第一可再生电力生成单元EA1、1RPGU和第二可再生电力生成单元EA2、2RPGU的可用功率PavailPGS(参见图3和图4)。但是，在图6A和图6B中，都存在功率不足情况，其中可用功率低于控制信号Prefhpp所表示的期望功率需求。

在图6A中，再次进行能量存储单元EA3、ESU的可用充电状态与第一比较的结果(即不足的功率)的第二比较，该第二比较指示能量存储单元的可能放电在数值上大于不足的功率(如圆圈2下面指示)。因此，通过使ESU放电，可以通过使ESU进行对应放电来弥合该功率差距，从而从混合动力发电厂产生所需的功率Prefhpp。然而，在本发明的一个特别有利的实施例中，电力生成系统的设定点PrefPGS被设定为等于Prefhpp水平或以预定量(例如10％、20％、30％、40％或50％)低于Prefhpp，以产生比所需功率更大的功率，和/或可能地以更稳定的方式产生功率。

在图6B中，第二比较表明能量存储单元ESU的可能放电在数值上小于不足的功率(如圆圈2下面指示)。因此，即使能量存储单元最大程度地放电，混合动力发电厂也无法产生足够的功率。然而，在本发明的另一个特别有利的实施例中，电力生成系统的设定点PrefPGS被设定为等于Prefhpp或以预定量(例如10％、20％、30％、40％或50％)低于Prefhpp，以产生比所需功率更大的功率，和/或可能地以更稳定的方式产生功率。

图7-9示出了根据本发明的混合动力发电厂100的三种不同情况(称为用例1、2和3)的模拟图。纵轴是任意功率单位(p.u.)，并且横轴是测量时间(以秒为单位)。

图7“用例1”示出了在风力涡轮发电机“涡轮机”、太阳能电力单元“PV”和能量存储器“电池”等混合动力能量资产之间的分派，其中风力涡轮发电机的优先级高于太阳能电力单元。首先，发电厂控制器在大约10秒的时间传送大约0.55p.u.的设定点，其中混合动力发电厂开始向电网输送电力(Pref,ext，高于零p.u.)。在稍后的时间(大约50秒)，混合动力发电厂接收大约1p.u.的Pext,ref，即总功率生产应增加到更高的水平。发电厂控制器PPC然后将大约0.6p.u.的设定点分配给风力涡轮发电机(参见子图“涡轮机”)，可以看出WTG会在几秒钟内对该新设定点做出反应。同时，PV单元(参见子图“太阳能”)正在从不产生任何功率的状态逐渐上升到略低于0.3p.u.的水平。可以看出，相对于WTG，PV单元以较慢的方式上升，即PV单元需要约25秒才能达到期望的设定点。在大约50秒时，能量存储单元(参见子图“电池”)从大约-0.4p.u.的负功率生产(即，由于功率过剩，电池正在被充电)变为电池向混合动力发电厂的总功率生产输送略低于0.04p.u.的情况。可以看出，混合动力发电厂的总功率生产(Pmeas)(参见子图“发电厂”)可以相对快速地响应于外部有功功率参考Pref,ext所需的变化，即使各种能量资产具有不同的响应特征(如图7所示)。

图8是类似于图7的情形，但取而代之，各种能量资产(风力涡轮发电机“涡轮机”与太阳能电力单元“太阳能”)之间被分派相等的权重(50％)。因此，首先，WTG(参见子图“涡轮机”)从大产生约0.55p.u.下降到略低于0.3p.u.，并且在大约50秒的时间处，风力涡轮发电机的功率生产上升到约0.6p.u.，而同时PV单元从约0.25p.u.增加到略低于0.3p.u.，并且能量存储单元(参见子图“电池”)再次从约-0.4p.u.的负功率生产(即电池正在被充电)变为电池通过相应地放电输送略低于0.04p.u.的情况。

图9是如下情况，其中初始时存在功率过剩，并且电池(参见子图“电池”)正在被充电，即约-0.4p.u.的负功率生产。随后，在约50秒处出现另一种情况，其中，与PavailPGS相比，混合动力发电厂无法完全输送由接收到的Pref,ext信号所表示的所需功率，并且能量存储单元的放电能力约为0.04p.u.，因此，来自混合动力发电厂的功率不足。尽管如此，全参考PrefPGS仍被发送或分派给电力生成系统(参见子图“涡轮机”和“太阳能”)，即使它们具有有限的可用功率PavailPGS。因此，通过将这样的设定点或控制信号分派给电力生成系统，实际上产生了比认为可用的功率更多的功率，其原因与可靠地估计或测量来自基于可再生能源的电力生成系统的可用功率的困难性有关。这是本发明的一个特别有利的实施例：即使在50秒之后不能完全产生期望的功率Pref,ext，从混合动力发电厂收获的功率也超过了Pmeas(高于PavailPGS和Pprod,ess)的预期。

图10是表示根据本发明的计算机程序产品或根据本发明的方法的操作的概要/细节的示意性系统图。因此，一种用于控制混合动力发电厂的方法，该混合动力发电厂100连接到电网100以向所述电网生产电力，该混合动力发电厂包括多种能量资产，所述多种能量资产EA1、EA2和EA3(参见图3和图4)包括：

-Sa第一可再生电力生成单元EA1、1RPGU，所述第一可再生电力生成单元包括多个风力涡轮发电机WTG1、WTG2，

-Sb第二可再生电力生成单元EA2、2RPGU，其中，第二可再生电力生成单元不同于第一可再生电力生成单元，优选地，所述第二可再生电力生成单元包括多个太阳能电力单元PV1、PV2，以及

-Sc能量存储单元EA3、ESU，其优选地是电池能量存储系统BES，所述能量存储单元能够存储来自所述第一和第二可再生电力生成单元的能量，并在需要时向所述电网输送电力，

其中，该方法包括：

S1控制发电厂控制器(PPC)200以与多种能量资产通信，该发电厂控制器被布置为接收有功功率参考P_REF,ext、Prefhpp，

S2执行所述有功功率参考P_REF,ext或Prefhpp与来自所述第一可再生电力生成单元EA1、1RPGU和所述第二可再生电力生成单元EA2、2RPGU的可用功率PavailPGS的第一比较C1(参见图2)，

S3执行能量存储单元EA3、ESU的可用充电或放电能力与所述第一比较的第二比较C2a、C2b，并将对应的设定点PS_3、PrefESS分配给所述能量存储单元EA3、ESU，并且

总而言之，本发明涉及一种用于向电网生产电力的混合动力发电厂100，该混合动力发电厂包括多种能量资产：第一可再生电力生成单元(诸如风力涡轮发电机WTG1、WTG2)；第二可再生电力生成单元(诸如多个太阳能电力单元PV1、PV2)；以及能量存储单元(诸如电池能量存储系统BES)。发电厂控制器PPC 200被布置为执行有功功率参考P_REF,ext、Prefpp与来自第一和第二可再生电力生成单元的可用功率PavailPGS的第一比较C1，以及执行能量存储单元的可用充电或放电能力与所述第一比较的第二比较C2(参见图1和图2)。响应于该第一比较，向第一和第二可再生电力生成单元分配设定点PrefPGS，以便根据接收到的有功功率参考P_REF,ext或Prefhpp从混合动力发电厂输送电力(参见图3和图4)。

可以借助于硬件、软件、固件或这些的任何组合来实现本发明。本发明或其某些特征还可以被实现为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的软件。

本发明的实施例的各个要素可以以任何合适的方式在物理上、功能上和逻辑上实现在诸如单个单元中、多个单元中或作为独立功能单元的一部分。本发明可以在单个单元中实现，或者可以在物理上和功能上都分布在不同的单元和处理器之间。

尽管已经结合特定实施例描述了本发明，但是本发明不应被解释为以任何方式限于所给出的示例。本发明的范围将根据所附的权利要求书来解释。在权利要求的上下文中，术语“包括”不排除其他可能的要素或步骤。另外，提及诸如“一”或“一个”等的引用不应被解释为排除多个。权利要求中关于附图中指示的元件的附图标记的使用也不应被解释为限制本发明的范围。此外，可以将不同权利要求中提及的单个特征有利地组合，并且在不同权利要求中提及这些特征并不排除特征的组合是不可能和有利的。