发电系统及其操作方法技术方案

公开了一种发电系统(101)。发电系统包括耦合至DFIG(108)和PV电源(110)的发动机(106)以向DFIG(108)供应太阳能电力。发电系统(101)还包括控制器(124)，所述控制器(124)被配置成在第一操作条件下，以与针对第一期望水平的发动机功率的发动机的第一确定效率对应的第一操作速度操作发动机(106)；或者在第二操作条件下，以与要被转子绕组吸收的期望水平的第二电力和第二期望水平的发动机功率对应的第二操作速度操作发动机(106)，其中所确定的第一效率基本接近发动机(106)的第一最大可实现效率。还公开了操作发电系统(101)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发电系统及其操作方法
本申请总体上涉及电力的产生，更具体而言，涉及采用发动机和光伏(PV)电源的发电系统。
技术介绍
典型地，诸如发电机的发电系统使用诸如柴油、汽油等燃料产生可供应给本地电负载的电力。减少燃料的消耗一直是实现低成本和环境友好发电系统时进行的工作。为此目的，有各种混合发电系统可用，它们使用由发动机操作的发电机作为基本电力来源，使用某种形式的可再生能源，例如风力涡轮机，作为辅助电力来源。在这样的混合发电系统中，典型地，由可再生能源产生的电量是变化的。因此，需要一种系统用于控制由发电机产生的电力和/或由可再生能源产生的电力。
技术实现思路
根据本说明书的实施例，公开了一种发电系统。所述发电系统包括能够以可变速度操作的发动机。所述发电系统还包括机械地耦合到所述发动机的双馈式感应发电机(DFIG)。所述DFIG包括：具有转子绕组和定子绕组的发电机、电耦合至所述转子绕组的转子侧转换器、以及电耦合至所述定子绕组的线路侧转换器，其中所述发电机被配置成在所述定子绕组处产生第一电力，及在所述转子绕组处产生或吸收第二电力。此外，所述发电系统包括电耦合至所述转子侧转换器和所述线路侧转换器之间的直流(DC)链路的光伏电源，其中所述光伏电源被配置成向所述DC链路供应太阳能电力。所述发电系统还包括操作地耦合到所述发动机、所述转子侧转换器和所述线路侧转换器的控制器，所述控制器被配置成在第一操作条件下使得所述发动机能够在与针对第一期望水平的发动机功率的所述发动机的第一确定效率对应的第一操作速度下操作，其中所述第一确定效率基本接近所述发动机的最大可实现效率。或者，所述控制器被配置成在第二操作条件下，使得所述发动机能够在与要于所述转子绕组处吸收或产生的期望水平的第二电力以及第二期望水平的发动机功率对应的第二操作速度下操作。根据本说明书的实施例，一种用于操作发电系统的方法。所述方法包括在第一操作条件下使得发动机能够在与针对第一期望水平的发动机功率的所述发动机的第一确定效率对应的第一操作速度下操作，其中所述第一确定效率基本接近所述发动机的最大可实现效率，其中所述发动机机械地耦合至DFIG。所述DFIG包括具有转子绕组和定子绕组的发电机、电耦合至所述转子绕组的转子侧转换器以及电耦合至所述定子绕组的线路侧转换器。所述发电机被配置成在所述定子绕组处产生第一电力，并在所述转子绕组处产生或吸收第二电力，且其中所述转子侧转换器和所述线路侧转换器之间的DC链路电耦合至可操作以向所述DC链路供应太阳能电力的光伏电源。所述方法还包括：在第二操作条件下，使得所述发动机能够在与要在所述转子绕组处吸收或产生的期望水平的第二电力以及第二期望水平的发动机功率对应的第二操作速度下操作。附图说明当参考附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面以及优点将得到更好的理解，其中在整个附图中，相同的标号表示相同的部分，其中：图1是根据本说明书各方面，具有发动机的电力分配系统的框图；图2是根据本说明书各方面，用于操作发电系统的示例方法的流程图；图3是根据本说明书各方面，用于为能量存储装置充电的示例方法的流程图；图4是根据本说明书各方面，用于在低负载模式中操作发动机的示例方法的流程图；图5是根据本说明书各方面，针对发动机功率(Pengine)的不同值，发动机效率(E)和操作速度(ω)之间的示例关系的图形表示；图6是根据本说明书各方面，用于在效率模式中操作发动机的示例方法的流程图；图7是根据本说明书各方面，用于在低燃料消耗模式中操作发动机的示例方法的流程图；图8是根据本说明书各方面，用于削减太阳能电力的示例方法的流程图；图9是根据本说明书各方面，用于操作发动机以控制排出的示例方法的流程图；以及图10是根据本说明书各方面，用于以增强发动机使用寿命的方式操作发动机的示例方法的流程图。具体实施方式参考本文阐述的详细附图和描述可以最好地理解本说明书。在下文中参考附图描述各种实施例。然而，本领域的技术人员将易于理解，本文相对于这些附图给出的详细描述是出于说明性目的，因为方法和系统可以扩展超过所述实施例。在以下说明书中，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文明确做出其他表述。如本文所使用，除非上下文另有明确规定，否则术语“或”并不意味着是排他性的，而是指存在的参考部件中的至少一个，且包括其中可存在参考部件的组合的情况。如本文中所使用，术语“可以”和“可以是”指示一组情形内的发生可能性；指定属性、特性或功能的拥有；和/或通过表达与认定的动词相关联的能力、技能或可能性中的一或多个来认定另一动词。因此，“可以”和“可以是”的使用指示修改后的术语明显适当、有能力或适合于所指示的能力、功能或用途，同时考虑在一些情况下修改后的术语可能有时不适当、不能或不合适。根据本说明书的一些方面，公开了一种发电系统。发电系统包括能够以可变速度操作的发动机。发电系统还包括机械地耦合到发动机的双馈式感应发电机(DFIG)。DFIG包括具有转子绕组和定子绕组的发电机、电耦合至转子绕组的转子侧转换器以及电耦合至定子绕组的线路侧转换器。发电机被配置成在定子绕组处产生第一电力，并在转子绕组处产生或吸收第二电力。此外，发电系统包括电耦合至转子侧转换器和线路侧转换器之间的直流(DC)链路的光伏电源，其中光伏电源被配置成向DC链路供应太阳能电力。发电系统还包括操作地耦合到发动机、转子侧转换器和线路侧转换器的控制器。控制器被配置成在第一操作条件下，以与针对第一期望水平的发动机功率的发动机的第一确定效率对应的第一操作速度操作发动机；或者在第二操作条件下，以与要由转子绕组吸收或产生的期望水平的第二电力和第二期望水平的发动机功率对应的第二操作速度操作发动机，其中所述第一确定效率基本接近发动机的最大可实现效率。还公开了一种操作发电系统的方法。图1是根据本说明书各方面的电力分配系统100的框图。电力分配系统100可以包括在公共耦合点(PCC)103处耦合到电网102的发电系统101。在一些实施例中，发电系统101可以经由变压器(图1中未示出)耦合到PCC103。在一些实施例中，PCC103可以耦合到本地电负载105，以便能够向本地电负载105供应交流(AC)电。电网102(例如，公用电网)可以代表用于将来自一个或多个发电站(与发电系统101不同)的电网功率(例如，电力)通过高/中压传输线输送给消费者(例如，本地电负载105)的互连网络。可以从电网102在PCC103处接收电网功率。耦合到PCC103的本地电负载105可以包括可以使用从电网102或发电系统101接收的电力操作的电气设备。在一些实施例中，发电系统101可以充当微型电网或迷你电网。本文使用的术语“微型电网”是指能够产生并供应低于10kW的电力的电力产生和供应系统。本文使用的术语“迷你电网”是指能够产生并供应10kW或更高电力的电力产生和供应系统。在一些实施例中，发电系统101可以包括一个或多个能够在可变速度下操作的发动机，例如发动机106、双馈式感应发电机(DFIG)108、至少一个光伏(PV)电源110以及能量存储装置122。在一些实施例中，发电系统101还可以包括操作地耦合到发动机106和DFIG108中至少一个的控制器124。控制器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发电系统(101)，包括：能够以可变速度操作的发动机(106)；双馈式感应发电机(DFIG)(108)，所述双馈式感应发电机(108)机械地耦合至所述发动机并包括：具有转子绕组(132)和定子绕组(130)的发电机(112)、电耦合至所述转子绕组(132)的转子侧转换器(114)、以及电耦合至所述定子绕组(130)的线路侧转换器(116)，其中所述发电机(112)被配置成在所述定子绕组(130)处产生第一电力，并且在所述转子绕组(132)处产生或吸收第二电力；电耦合至所述转子侧转换器(114)和所述线路侧转换器(116)之间的直流(DC)链路(118)的光伏电源(110)，其中所述光伏电源(110)被配置成向所述DC链路(118)供应太阳能电力；以及控制器(124)，所述控制器(124)被操作地耦合至所述发动机(106)、所述转子侧转换器(114)和所述线路侧转换器(116)并被配置成：在第一操作条件下，使得所述发动机(106)能够在与针对第一期望水平的发动机功率的发动机(106)的第一确定效率对应的第一操作速度下操作，其中所述第一确定效率基本接近所述发动机(106)的第一最大可实现效率；或者在第二操作条件下，使得所述发动机(106)能够在与要由所述转子绕组(132)产生或吸收的期望水平的第二电力以及第二期望水平的发动机功率对应的第二操作速度下操作。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.17 IN 2016410209051.一种发电系统(101)，包括：能够以可变速度操作的发动机(106)；双馈式感应发电机(DFIG)(108)，所述双馈式感应发电机(108)机械地耦合至所述发动机并包括：具有转子绕组(132)和定子绕组(130)的发电机(112)、电耦合至所述转子绕组(132)的转子侧转换器(114)、以及电耦合至所述定子绕组(130)的线路侧转换器(116)，其中所述发电机(112)被配置成在所述定子绕组(130)处产生第一电力，并且在所述转子绕组(132)处产生或吸收第二电力；电耦合至所述转子侧转换器(114)和所述线路侧转换器(116)之间的直流(DC)链路(118)的光伏电源(110)，其中所述光伏电源(110)被配置成向所述DC链路(118)供应太阳能电力；以及控制器(124)，所述控制器(124)被操作地耦合至所述发动机(106)、所述转子侧转换器(114)和所述线路侧转换器(116)并被配置成：在第一操作条件下，使得所述发动机(106)能够在与针对第一期望水平的发动机功率的发动机(106)的第一确定效率对应的第一操作速度下操作，其中所述第一确定效率基本接近所述发动机(106)的第一最大可实现效率；或者在第二操作条件下，使得所述发动机(106)能够在与要由所述转子绕组(132)产生或吸收的期望水平的第二电力以及第二期望水平的发动机功率对应的第二操作速度下操作。2.根据权利要求1所述的发电系统，其中所述第一操作条件包括如下中的至少一项：所述太阳能电力低于负载需求和所述线路侧转换器(116)的额定功率，启用了效率模式，或者设置了预定义效率模式。3.根据权利要求1所述的发电系统，其中所述第二操作条件包括如下中的至少一项：所述太阳能电力低于负载需求但大于所述线路侧转换器(116)的额定功率并低于所述线路侧转换器(116)的额定功率和所述转子侧转换器(114)的额定功率之和，启用了低燃料消耗模式，或者设置了预定义低燃料消耗模式。4.根据权利要求1所述的发电系统，其中为了在所述第一操作速度下操作所述发动机(106)，所述控制器(124)被配置成基于负载需求和太阳能电力的水平确定所述第一期望水平的发动机功率。5.根据权利要求4所述的发电系统，其中所述控制器(124)被进一步配置成：基于与所述第一期望水平的发动机功率对应的所述发动机(106)的效率和速度特性，确定与所述第一确定效率对应的所述第一操作速度；以及基于所述发电机(112)的转差经由所述转子侧转换器(114)向所述DC链路供应所述第二电力，或者从所述DC链路(118)吸收所述第二电力。6.根据权利要求5所述的发电系统，其中所述控制器(124)被进一步配置成，在所述第一操作速度为次同步速度时，通过所述转子侧转换器(114)经由所述发电机(112)向公共耦合点(PCC)(103)供应所述太阳能电力的至少一部分，其中所述PCC(103)电耦合至本地电负载(105)和电网(102)之一者或两者。7.根据权利要求6所述的发电系统，其中所述控制器(124)被进一步配置成，在所述第一操作速度为超同步速度时，经由所述线路侧转换器(116)向所述PCC(103)供应所述太阳能电力的至少一部分和所述第二电力。8.根据权利要求1所述的发电系统，其中，在所述第二操作条件下，为了在所述第二操作速度下操作所述发动机(106)，所述控制器(106)被配置成：基于所述太阳能电力以及所述线路侧转换器(116)的额定功率和所述转子侧转换器(114)的额定功率之和，确定要经由所述转子侧转换器(114)向所述转子绕组(132)供应的所述第二电力；基于负载需求和所述太阳能电力确定所述第二期望发动机功率；确定与所述确定的第二期望发动机功率和所述确定的第二电力对应的所述第二操作速度；以及在所述第二操作速度下操作所述发动机(106)。9.根据权利要求1所述的发电系统，其中，在所述第二操作条件中，所述控制器(124)被配置成：基于负载需求和所述太阳能电力确定所述第二期望发动机功率；基于所述发动机(106)的效率和速度特性，确定与对应于所述第二期望发动机功率的第二确定效率对应的第三操作速度；以及在所述第三操作速度下操作所述发动机(106)。10.根据权利要求1所述的发电系统，还包括耦合至所述DC链路(118)的能量存储装置(122)。11.根据权利要求10所述的发电系统，其中所述控制器(124)被进一步配置成如果为以下情况则使得所述能量存储装置(122)能够充电：由所述光伏电源(110)产生的所述太阳能电力大于负载需求；所述太阳能电力大于所述线路侧转换器(116)的额定功率和所述转子侧转换器(114)的额定功率之和；或者在所述定子绕组(130)处产生的所述第一电力大于负载需求。12.根据权利要求10所述的发电系统，其中，如果负载需求大于所述太阳能电力且所述负载需求和所述太阳能电力之间的差异小于阈值，则所述控制器(124)被配置成：对所述能量存储装置(122)放电以满足所述负载需求；以及一旦所述能量存储装置(122)被放电，则以与最大可实现效率对应的操作速度操作所述发动机(106)。13.根据权利要求10所述的发电系统，其中所述控制器(124)被进一步配置成如果所述能量存储装置(122)被充电且如果有如下情况，则削减所述太阳能电力：所述太阳能电力大于负载需求；所述太阳能电力大于所述线路侧转换器(116)的额定功率和所述转子侧转换器(114)的额定功率之和；或者所述发动机(106)操作于超同步速度，且所述太阳能电力大于所述线路侧转换器(116)的所述额定功率。14.根据权利要求1所述的发电系统，其中，所述控制器(124)被进一步配置成如果有如下情况，则削减所述太阳能电力：所述太阳能电力大于负...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·加尼瑞迪，A·R·科尔瓦尔卡，S·拉马坎德拉帕尼克尔，A·K·蒂瓦里，S·S·阿拉马尼科帕，S·塔蒂科恩达，Y·Y·科尔哈特卡，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US