(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣ電力グリッドに関連する物理的エンティティである複数の電力グリッドコンポーネントのダイナミックな動作の実質的な実時間監視のための方法において、
周波数モニタを複数の既知の監視位置のそれぞれにおいてＡＣ電力グリッドへ接続することによって、前記ＡＣ電力グリッドにおける前記複数の既知の監視位置でＡＣ電力信号の電力信号周波数情報を実質的に実時間で獲得し、前記複数の既知の監視位置は複数の電力グリッドコンポーネントの間であり、複数の電力グリッドコンポーネントから離れており、
デジタルコンピュータを使用して、電力グリッド事故が前記ＡＣ電力グリッドで生じたことを指示するために前記電力信号周波数情報を解析し、
前記電力信号周波数情報を用いて、デジタルコンピュータにより、電力グリッド事故の根源である前記ＡＣ電力グリッドの電力グリッドコンポーネントを実質的に実時間で識別し、
第３パーティが電力グリッド事故の根源を実質的に実時間で知ることができるように、根源の電力グリッドコンポーネントのアイデンティティを第３パーティへ通信するステップを含んでおり、
電力グリッド事故の根源である電力グリッドコンポーネントを識別する前記ステップは、前記電力信号周波数情報を前記ＡＣ電力グリッドのモデルと比較して、前記電力グリッド事故の根源である電力グリッドコンポーネントを識別する処理を含んでいる、方法。
【請求項２】
電力信号周波数情報を獲得する前記ステップは、
各監視位置においてＡＣ電力信号を記録し、
各前記記録されたＡＣ電力信号を中央データセンタへ送信し、
各前記記録されたＡＣ電力信号の周波数を決定する処理を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項３】
さらに、前記ＡＣ電力グリッドの各電力グリッドコンポーネントに対して独占的に近接して少なくとも１つの周波数モニタが存在するように、前記既知の監視位置を選択する請求項２記載の方法。
【請求項４】
さらに、前記記録されたＡＣ電力信号を時間情報で符合化する処理を含んでおり、前記根源の電力グリッドコンポーネントを識別する前記ステップは、
各周波数モニタからの前記符合化された時間情報を各電力グリッドコンポーネントに属するものとし、
電力グリッド事故の根源として電力グリッド事故に対する最も早期の時間情報に属する電力グリッドコンポーネントを識別するステップを含んでいる請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記周波数情報を解析するステップは、
正規の周波数分布を決定し、
前記正規の周波数分布からの周波数偏差警報境界を設定するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記周波数情報を解析するステップは、周波数データ速度の変化の解析を行うステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記周波数情報を解析するステップは、周波数偏差パターンの認識を行うステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項８】
さらに前記ＡＣ電力グリッドモデルとして可能な事故のマトリックスを予め決定する処理を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記ＡＣ電力グリッドの前記モデルを精巧なものにするためにさらに付加的なＡＣ電力グリッドのダイナミックな情報を使用する処理を含んでいる請求項８記載の方法。
【請求項１０】
根源の電力グリッドコンポーネントのアイデンティティを第３パーティに通信するステップは、さらに前記根源の電力グリッドコンポーネントのアイデンティティをアクセス制御されたインターネットウェブサイトへ送信し、それによって共通のインターネットブラウザプログラムを通して前記第３パーティに利用可能になる請求項１記載の方法。
【請求項１１】
さらに、警報状態インジケータを各電力グリッドコンポーネントに割当て、
第３パーティへの通信を決定するために前記警報状態インジケータを使用する処理を含んでいる請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
さらに、前記電力信号周波数情報を使用して、電力グリッド事故の大きさおよびタイミングを実質的に実時間で決定し、
電力グリッド事故の大きさおよびタイミングを前記第３パーティへ通信する処理を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項１３】
さらに、前記根源の電力グリッドコンポーネントのアイデンティティおよび大きさの決定を前記電力グリッドコンポーネントについての既知の大きさ情報と比較することによって、前記根源の電力グリッドコンポーネントのアイデンティティを確認し、それによって前記コンポーネントの識別と大きさの決定の確実性を増加させる請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
さらに、前記既知の監視位置を１組の電力グリッドコンポーネントの実質的に特有の識別を行うように選択する請求項１記載の方法。
【請求項１５】
さらに、前記既知の監視位置を減少した数の位置が１組の電力グリッドコンポーネントの実質的に特有の識別を行うように選択する請求項１記載の方法。
【請求項１６】
さらに、少なくとも１つの既知の位置を前記少なくとも１つの既知の位置が特定の電力グリッドコンポーネントの実質的に特有の識別を行うように選択する請求項１記載の方法。
【請求項１７】
さらに、関係している電力信号周波数情報に関する情報を累積し、
特性によって関係している電力信号周波数情報を分類し、
前記電力信号周波数情報の特性分類によって電力グリッド事故を検出するためのアルゴリズムを規定する処理を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項１８】
ＡＣ電力グリッドに関連する物理的エンティティである複数の電力グリッドコンポーネントのダイナミックな動作の実質的に実時間監視を行うシステムにおいて、
既知の位置で電力信号周波数情報を得るためその既知の監視位置において前記ＡＣ電力グリッドにそれぞれ接続されている複数の電力システム周波数モニタと、
中央データセンタとを具備し、
前記既知の監視位置は複数の電力グリッドコンポーネントの間であり、複数の電力グリッドコンポーネントから離れており、
前記中央データセンタは、
各前記周波数モニタから前記電力信号周波数情報を実質的に実時間で受信し、
電力グリッド事故が前記ＡＣ電力グリッドで発生したことの指示のために前記電力信号周波数情報を解析し、
前記電力グリッド事故の根源である前記ＡＣ電力グリッドの電力グリッドコンポーネントを実質的に実時間で識別し、
その根源の電力グリッドコンポーネントのアイデンティティを第３パーティに通知し、前記第３パーティが電力グリッド事故の根源を実質的に実時間で知ることを可能にしており、
前記中央データセンタは前記ＡＣ電力グリッドのモデルを有し、前記中央データセンタはさらに前記各周波数モニタからの前記電力信号周波数情報を前記ＡＣ電力グリッドの前記モデルに対して比較して、前記電力グリッド事故の根源のコンポーネントを識別する、システム。
【請求項１９】
各周波数モニタは各位置でＡＣ電力信号を記録し、その記録されたＡＣ電力信号を中央データセンタへ送信し、中央データセンタはそれぞれ記録されたＡＣ電力信号の周波数を決定する請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
既知の監視位置は前記ＡＣ電力グリッドの各電力グリッドコンポーネントに独占的に近接して少なくとも１つの周波数モニタが存在するように選択されている請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
各周波数モニタは記録されたＡＣ電力信号を時間情報で符合化し、前記中央データセンタは電力グリッド事故の根源として電力グリッド事故の最も早期の時間情報を有する周波数モニタに独占的に近接している電力グリッドコンポーネントを識別する請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
既知の監視位置は、１組の電力グリッドコンポーネントの実質的に特有の識別を行うように選択されている請求項１８記載のシステム。
【請求項２３】
既知の監視位置は、減少された数の位置が１組の電力グリッドコンポーネントの実質的に特有の識別を行うように選択されている請求項１８記載のシステム。
【請求項２４】
少なくとも１つの既知の監視位置は、少なくとも１つの既知の位置が特定の電力グリッドコンポーネントの実質的に特有の識別を行うように選択されている請求項１８記載のシステム。
【請求項２５】
前記ＡＣ電力グリッドの前記モデルは、可能な事故の予め定められたマトリックスを含んでいる請求項１８記載のシステム。
【請求項２６】
さらに、インターネットブラウザプログラムを通してアクセス可能なアクセス制御されたインターネットウェブサイトを含み、前記中央データセンタはさらに前記根源の電力グリッドコンポーネントのアイデンティティを前記ウェブサイトへ送信する請求項１８記載のシステム。
【請求項２７】
前記中央データセンタはさらに、
前記電力信号周波数情報を使用して、電力グリッド事故の大きさおよびタイミングを実質的に実時間で決定し、
電力グリッド事故の大きさおよびタイミングを前記第３パーティへ通知する請求項１８記載のシステム。
【請求項２８】
さらに前記電力グリッドコンポーネントについての既知の大きさ情報を含んでいるデータベースを具備し、前記中央データセンタはさらに前記根源の電力グリッドコンポーネントのアイデンティティおよび大きさの決定を前記電力グリッドコンポーネントについての既知の大きさ情報と比較することによって、前記根源の電力グリッドコンポーネントのアイデンティティを確認し、それによって前記コンポーネント識別と大きさの決定の確実性を増加させる請求項２７記載のシステム。
【請求項２９】
さらに関係する電力信号周波数情報を記憶するためのデータベースを具備し、前記中央データセンタはさらに、
関係する電力信号周波数情報を記憶するための前記データベース中に関係する電力信号周波数情報に関する情報を累積し、
特性によって関係する電力信号周波数情報を分類し、
前記電力信号周波数情報特性の分類によって電力グリッド事故を検出するためのアルゴリズムを規定する請求項１８記載のシステム。
【請求項３０】
前記第３パーティは前記電力グリッドコンポーネントのダイナミックな動作についての実質的に実時間情報に他の方法ではアクセスしない請求項１８記載のシステム。
【請求項３１】
前記根源の電力グリッドコンポーネントは、発電設備、電力送電線、変圧器、変電所の内の１つである請求項１記載の方法。
【請求項３２】
前記電力グリッド事故は、発電設備における故障、または、電力送電線の故障の内の１つである請求項１記載の方法。
【請求項３３】
各周波数モニタは、電力出力部を介して前記ＡＣ電力グリッドに接続されている請求項１記載の方法。
【請求項３４】
前記根源の電力グリッドコンポーネントは、発電設備、電力送電線、変圧器、変電所の内の１つである請求項１８記載のシステム。
【請求項３５】
前記電力グリッド事故は、発電設備における故障、または、電力送電線の故障の内の１つである請求項１８記載のシステム。
【請求項３６】
ＡＣ電力グリッドに関連する物理的エンティティである複数の電力グリッドコンポーネントのダイナミックな動作の実質的な実時間監視のための方法において、
周波数モニタを各監視位置において電力出力部を介してＡＣ電力グリッドへ接続することによって、前記ＡＣ電力グリッドにおける複数の既知の監視位置で電力グリッド周波数を実質的に実時間で測定し、前記複数の既知の監視位置は複数の電力グリッドコンポーネントの間であり、複数の電力グリッドコンポーネントから離れており、
デジタルコンピュータを使用して、電力グリッド事故が前記ＡＣ電力グリッドで生じたことを指示するために前記測定された電力グリッド周波数を解析し、
デジタルコンピュータを使用して、前記測定された電力グリッド周波数に基づいて、前記電力グリッドコンポーネットにまたは前記電力グリッドコンポーネントからの動作データに直接アクセスせずに、電力グリッド事故の根源である前記ＡＣ電力グリッドの電力グリッドコンポーネントを実質的に実時間で識別し、
第３パーティが電力グリッド事故の根源を実質的に実時間で知ることができるように、根源の電力グリッドコンポーネントのアイデンティティを第３パーティへ通信するステップを含んでおり、
デジタルコンピュータを使用して、電力グリッド事故の根源である前記ＡＣ電力グリッドの電力グリッドコンポーネントを実質的に実時間で識別する前記ステップは、前記測定された電力グリッド周波数を前記ＡＣ電力グリッドのモデルと比較して、前記電力グリッド事故の根源である電力グリッドコンポーネントを識別することを含んでいる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＡＣ電力グリッド監視に関し、特に、本発明は電力グリッド周波数検出および報告装置のネットワークから集収された情報を使用することによってＡＣ電力グリッドを構成するコンポーネントのダイナミックな動作の実質的な実時間監視を行うための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力グリッドの動作についての情報は信頼性の理由から、設備、発電、送電オペレータにとって貴重であるが、この情報はまた経済的な理由で広い範囲の人々にとっても貴重である。例えばこのような情報は特に、自由市場で電力を売買するビジネスに係わる企業に貴重である。しかしながら、発電所のオペレータは現在、市場の他の参加者に対してこの情報を開放していない。
【０００３】
米国特許第6,714,000号および第6,771,058号明細書に記載されているような電力グリッドの動作についての情報を種々のエンドユーザへ通信する報告システムが存在するが、それらの有用性に対して制限がある。米国特許第6,714,000号および第6,771,058号明細書に記載されているシステムは高電圧の送電線に対して実質的に妨害されないアクセスを必要とする。特定位置のある電力グリッドコンポーネントはこのようなシステムを使用して効率的に監視されることができない。例えば高電圧送電線は全ての位置においてアクセス可能ではない可能性がある。
【０００４】
ＡＣ電力グリッド動作は発電および消費が連続的におよび瞬時に平衡されることを必要とする。この平衡はキー動作パラメータ、即ち電力グリッドの電圧および周波数を許容可能なレベルに維持するために必要である。完全な発電および消費の平衡は実際的ではなく、従って電力グリッドはキー動作パラメータである偏差を可能にするように設計されている。電力グリッド周波数における偏差は主に発電と電力消費の負荷が平衡から逸脱するときに発生される。アクチブな制御システムは電力消費負荷の変化に応答して、支配信号として電力グリッド周波数を使用して発電機の電力出力を調節することにより継続して平衡を行うようにしている。発電および電力消費負荷の小さい不平衡は、電力グリッドの周波数において、通常は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの所望の周波数から小さい動作的に許容可能な偏差を生じる。突然の発電機の損失、或いは高電圧送電線のような別の重要な電力グリッドコンポーネントの故障は発電と電力消費の負荷との間に平均より大きな不平衡を生じ、したがって周波数の偏差は大きくなる。電力グリッドオペレータは周波数における最大の偏差と、このような事故期間に許容される平衡周波数状態へ回復するための最大の時間を調節し、電力グリッドを横切って発電と電力消費との間の動作平衡のインジケータとして電力グリッド周波数を使用する。したがって電力システム周波数は電力グリッドの動作についての有用な情報を含んでいることが明白である。
【０００５】
三角技術を使用するＡＣ電力グリッド周波数を測定し監視する現在の方法は、ＡＣ電力グリッドの動作の経歴的な解析のためのデータを生成する。例えば技術は発電所の故障およびグリッド上の多くの点での一時的にダイナミックな周波数における送電線の破壊のような電力グリッド事故の影響を解析し、このような事故の結果をモデル化し、電力システムコンポーネントに対して動作的変化を提案して、最も効率的に電力グリッドの安定度を維持するために、周波数モニタのネットワークからのデータを使用することを記載している。しかしながら、現在、このような周波数データを使用してＡＣ電力グリッドのコンポーネントのダイナミックな動作の実時間監視および報告のための方法およびシステムは存在しない。
【０００６】
したがって、ＡＣ電力グリッドのコンポーネントのダイナミックな動作の実質的に実時間の監視のための方法およびシステムが必要とされている。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、以下の説明を読むことによって容易に明白になり認識されるように、この要求およびその他を満足させる。
【０００８】
本発明は電力グリッド周波数検出および報告装置のネットワークから集収された情報を使用して発電所またはその他のＡＣ電力グリッドコンポーネントのあるダイナミックな動作の決定を可能にする方法およびシステムである。本発明は発電所の故障のような電力グリッド事故の実質的に実時間の検出および報告を可能にする。実質的に実時間の検出および報告は電力グリッドの事故後、数分ではなく秒以下であると規定される。本発明の方法およびシステムはある電力グリッド事故を実質的に実時間で識別し、そのような事故の位置および性質をエンドユーザへ、特にある電力グリッドコンポーネントの動作についての情報に実質的に実時間で別の方法でアクセスできないエンドユーザへ通信するために周波数モニタのネットワークを使用する。電力グリッド事故の位置および性質は電力グリッド事故により生じた周波数偏差の伝播特性を表す情報を提供するネットワークモデルを使用して、１以上の周波数モニタにより検出され報告された周波数偏差を解釈することによって決定される。事故の位置は識別された発電所のような特定の電力グリッドコンポーネントにも関連され、さらに生成される情報の経済的価値を増加する。本発明は電力グリッド事故のサブセットについての情報を捕捉するだけでありながら、さらにある重要な状態下で既存のシステムよりも有効に動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】発電所の発電機の損失を記録した報告システムからのデータのグラフ。
【図２】図１で記録された発電機の損失の時間を含む電力供給出力部で測定された周波数データのグラフ。
【図３】ＡＣ電力グリッドのコンポーネントのダイナミックな動作の実質的に実時間の監視のための例示的なシステムのブロック図。
【図４】例示的な周波数モニタのブロック図。
【図５】ＡＣ電力グリッドのコンポーネントのダイナミックな動作の実質的に実時間の監視のための例示的な方法の幾つかのステップを示す論理フローチャート。
【図６】ＡＣ電力グリッドのコンポーネントのダイナミックな動作の実質的に実時間の監視のための例示的な方法の幾つかのステップを示す論理フローチャート。
【図７】ＡＣ電力グリッドのコンポーネントのダイナミックな動作の実質的に実時間の監視のための例示的な方法の幾つかのステップを示す論理フローチャート。
【図８】ＡＣ電力グリッドのコンポーネントのダイナミックな動作の実質的に実時間の監視のための例示的な方法の幾つかのステップを示す論理フローチャート。
【図９】ＡＣ電力グリッドのコンポーネントのダイナミックな動作の実質的に実時間の監視のための例示的な方法の幾つかのステップを示す論理フローチャート。
【図１０】ＡＣ電力グリッドのコンポーネントのダイナミックな動作の実質的に実時間の監視のための例示的な方法の幾つかのステップを示す論理フローチャート。
【図１１】通常の配電周波数帯域および警報状態周波数帯域を示す周波数データサンプルヒストグラム。
【図１２】図２の周波数データとそのデータの周波数の３点導関数解析のグラフ。
【図１３】６個のコンポーネントＡＣ電力グリッドの概略図。
【図１４】関心のある特定の電力グリッドコンポーネントに対して限定的に近隣の周波数モニタを有するＡＣ電力グリッドの一部分の概略図。
【詳細な説明】
【００１０】
通常、電力システムの周波数情報はＡＣ電力グリッドの状態を監視するために使用され、この情報はその後、適切な電力グリッド周波数を維持するために個々の電力グリッドコンポーネントに対する動作的な変更を行うために使用される。しかしながらここで説明するように、この電力グリッド周波数情報はまた、ある状態下で電力グリッドの特定のコンポーネントのダイナミックな動作を決定するためにも使用されることができる。通常、ダイナミックな動作は発電設備の状態および出力、送電線状態および負荷、或いはその他の関連する電力システムの動作パラメータを含むことができる。特に補償動作に応答できる電力グリッドオペレータの能力よりも短い時間フレーム内で、発電所のような電力グリッドコンポーネントで大きい動作変化が生じた時、周波数背景雑音から弁別されるのに十分な大きさの周波数偏差が発生される（前記背景雑音は全ての他の電力グリッドコンポーネントにおける多数の小さい連続的な変化の結果である）。したがって、発電所が故障したときまたは高電圧の送電線が故障する等のようなある電力グリッド事故は、電力グリッド周波数の測定から抽出されることのできる情報を生成する。これらの事故は電力グリッド周波数測定データで統計的に識別されることができ、事故の大きさ（例えば発電所の故障期間中に失われたメガワットの発電量）のような情報は周波数の変化から推測されることができる。
【００１１】
例えば図１および図２は発電所の故障の影響を示している。図１は２００４年８月４日午前９時２３分のオハイオ州オークハーバーにある発電所の９２５メガワットの発電機の突然の損失を記録した米国特許第6,714,000号および第6,771,058号明細書に記載されているような報告システムからのデータのグラフ10を示している。図２は類似の時間期間におけるケンタッキー州ルーイヴィルの電力出力位置で測定された周波数データのグラフ12である。ほぼ午前９時２３分の周波数データについてのグラフ12に示されている測定された周波数の大きな突然の低下14はオークハーバーの発電機の故障の結果である。
【００１２】
電力グリッド周波数の偏差はそのＡＣ電力グリッドの特性にしたがって、有限の速度でＡＣ電力グリッドを横切って伝播する。電力グリッドの特性はネットワークを構成している電力グリッドコンポーネント、ネットワークアーキテクチャ、電力グリッドの複雑なネットワークを含むコンポーネントの物理的状態により決定される。この説明の目的で、電力グリッドコンポーネントはＡＣ電力グリッドに関連されるある物理的エンティティである。本発明に対する関係する電力グリッドの主要なコンポーネントは発電設備、電力送電線、変圧器、変電所、負荷である。ネットワークアーキテクチャは電力線のセグメントの長さ、相互接続パターン、変圧器、負荷、発電機の位置を含んでいる。コンポーネントの物理的状態は電力線負荷、電力位相、電圧レベル、発電機の出力、電力消費率を含んでいる。電力グリッドに関連される特別なパラメータは任意の種々の電力システムモデル、例えばイリノイ州シャンペインのパワーワールドコーポレイションから市販されているモデルを使用して決定されることが可能である。
【００１３】
電力グリッド周波数の偏差は負荷点における電力消費の増加または発電設備から出力された電力の変化のような電力グリッドコンポーネントのある動作により発生され、これらの偏差は新しい瞬間的な平衡周波数が設定されるまでグリッドを通じて伝播する。実際には、電力グリッドコンポーネント動作における多くの小さい連続的な偏差の結果は真の平衡の可能性をなくし、ＡＣ電力グリッドは周波数の狭い許容可能な帯域によりダイナミックな平衡を維持するように動作される。しかしながら周波数の大きな偏差は、十分な平衡破壊でＡＣ電力グリッドを横切って伝播するので、これらは識別可能に異なる時間でグリッドの異なる点で測定されることができる。
【００１４】
前述したように、多くのダイナミックな動作は電力システム周波数に影響する。ここで与えられている例は発電所の故障のような事故で生じる周波数破壊を説明しているが、ここで説明されている方法は利用可能な情報品質にのみしたがって、さらに重要性が低い電力グリッド事故の監視に使用されることができる。したがって、本発明は重大な電力グリッド事故の測定および報告を考慮するが、本発明はここでの教示の技術的範囲から逸脱せずに、広範囲の電力システムのダイナミックな動作(例えば、十分な情報入力がある場合、単一の白熱電球をオンに切り換える程度のたいしたことのない事故)を測定するために使用されることができる。
【００１５】
図３は、ＡＣ電力グリッドのコンポーネントのダイナミックな動作の実質的に実時間の監視のための例示的なシステムのブロック図である。電力グリッドは送電および配電線により相互節されている発電所16、18、20からなる。この特定の実施形態では、システムは複数の電力システム周波数検出および報告装置、または既知の監視位置で電力信号周波数情報を得るために既知の監視位置のＡＣ電力グリッドに接続されている周波数モニタ22、24、26を有している。周波数モニタ22、24、26は中央データセンタ28に接続されるか、ネットワーク化されている。好ましくは、周波数モニタ22、24、26は電力出力部またはその他の電力グリッドコンポーネントに接続され、それによって各位置の電力信号周波数情報の確実な測定が行われる。
【００１６】
図４は信号測定モジュール30、信号処理モジュール32、データ送信モジュール34を有する例示的な周波数モニタ29のブロック図である。このような各周波数モニタ29は好ましくは電力出力部35に接続され、それによってモニタの位置の電力グリッドの局部周波数は確実に検出されることができる。このことに関して、種々の市販されている周波数モニタ、例えばカリフォルニア州パソドブレのアービタシステムズまたはワシントン州エヴェレットのリライアブルパワーメーターにより販売されているような周波数モニタが本発明の目的を実現するために使用されることができると考えられる。周波数モニタは連続的またはディスクリートにこのような電力信号周波数情報を収集し、記録することができる。信号測定モジュール30では、電力出力部で測定されるＡＣ電力信号波形は好ましくはグリッドレベル電圧レベル（米国および北米では１１０Ｖ、欧州では２２０Ｖ）から減衰される。信号処理モジュール32は未処理のＡＣ電力信号波形をデジタル化し、ＧＰＳまたは原子時計の無線送信のような確実な時間ソースから得られた時間コードを適用し、処理されたデータの送信を準備する。最後に、データ送信モジュール34はデジタル化されたデータを中央データセンタ28（図３参照）へ通信するために設けられている。好ましくは、データはイーサネット（登録商標）のような陸線伝送手段を介して送信される。勿論、無線、衛星通信、マイクロ波通信および／または光ファイバリンクまたは類似の陸線送信を含むがそれらに限定されない種々の他のデータ送信技術が本発明の技術的範囲を逸脱せずに使用されることができる。
【００１７】
図５乃至図１０は本発明によるＡＣ電力グリッドのコンポーネントのダイナミックな動作の実質的に実時間の監視のための例示的な方法の幾つかのステップを示す論理フローチャートであり、S100で前記ＡＣ電力グリッド上の複数の既知の監視位置でＡＣ電力信号に対して電力信号周波数情報を実質的に実時間で獲得し、S102で電力グリッド事故が前記ＡＣ電力グリッドで生じたという指示について前記電力信号周波数情報を解析し、S104で前記電力信号周波数情報を使用して電力グリッド事故の根源である電力グリッドコンポーネントを実質的に実時間で識別し、S106で根源の電力グリッドコンポーネントのアイデンティティをエンドユーザへ通信するステップを含んでおり、それによってそのユーザは電力グリッド事故の発生源と大きさを実質的に実時間で知ることができる。
【００１８】
最初のステップはS100であり、ＡＣ電力グリッド上の複数の既知の監視位置でＡＣ電力信号に対する電力信号周波数情報を実質的に実時間で獲得する。このステップS100は前述したように複数の電力システム周波数モニタを使用することにより、または類似のネットワークを既に配備されている単一または複数のエンティティからこのような情報を受信することにより実現されることができる。前者の場合、方法は図６に示されているようにS108で周波数モニタを各前記複数の既知の監視位置で前記ＡＣ電力グリッドへ接続し、S110で各位置のＡＣ電力信号を記録し、S112で各前記記録されたＡＣ電力信号を中央データセンタへ送信し、S114で前記記録された各ＡＣ電力信号の周波数を決定する各ステップを含んでいる。好ましくは前述したように、正確なタイミング情報または時間コードが記録されたＡＣ電力信号で符合化され、それによって多数の位置からの信号は任意の周波数偏差がＡＣ電力グリッドを横切って伝播するときに正確に比較されることができる。したがってこの方法はS115の記録されたＡＣ電力信号を時間情報で符合化するステップを含むこともできる。
【００１９】
電力信号周波数情報が得られると、次のステップS102は電力グリッド事故が前記ＡＣ電力グリッドで生じたという指示、または平衡周波数状態からの偏差が存在するという指示について前記電力信号周波数情報を解析する。電力グリッド事故の実質的に実時間の報告を実現するために、自動化された周波数偏差検出方法が使用される。図１１および図１２は電力グリッド事故の自動化された検出を可能にする２つのこのような方法を示している。図１１はデータにおける周波数分布解析を示し、測定された周波数の正常の分布を示す周波数帯域36と警報状態を示す周波数帯域38を定める。正規の分布帯域36の外側に入る周波数は自動化された事故の警報をトリガーする周波数を規定するために使用される。図１２は電力グリッド事故を検出するための周波数データの偏差解析を示している。図１および図２を参照して前述した２００４年８月４日の発電所の故障シナリオからのデータはこの説明に使用される。電力グリッド事故に関連される周波数40の特定の変化率は事故ではない状態の正規の周波数変化率よりも大きい。勿論、種々の他のデータ処理技術が本発明の技術的範囲を逸脱せずに、自動化された周波数偏差検出を行うために使用されることができ、それには周波数事故パターン認識、周波数事故継続時間、周波数事故回復時間解析が含まれるが、それらに限定されない。前述の方法はＡＣ電力信号波形から得られた周波数データで生じる偏差の自動化された警報に基づいている。このことに関して、位相シフト解析および信号相互相関を含むがそれに限定されない種々の信号処理技術が本発明の技術的範囲を逸脱せずに波形周波数のシフトを検出するために未処理のＡＣ電力信号波形を解析するために適用されることができる。
【００２０】
図５を参照すると、電力グリッド事故の根源である電力グリッドコンポーネントを実質的に実時間で識別するS104のステップは２以上の周波数モニタからの時間コード化された周波数情報を比較し、その後、観察されている周波数偏差の根源を決定するために数学的な技術を使用することにより実現される。１つのこのような技術は最初に、監視されているＡＣ電力グリッドの簡潔にされたネットワークモデルを使用し、顕著な周波数偏差の根源の可能性がある全ての電力グリッドコンポーネント（通常は発電設備であるがそれに限定されない）を識別する。ＡＣ電力グリッドのネットワークモデルはイリノイ州シャンペインのパワーワールドコーポレイションのような会社から市販されており、良好な効果をもたらすために使用されることができるが、この例示的な実施形態では、簡単化されたモデルは計算速度を最大にするために使用される。このようなモデルのキーエレメントはこれらが伝播速度の概念を捕捉することである。測定されたまたは想定された状態下でモデルを動作すると、種々の電力グリッドコンポーネントをキーモデルパラメータに関して特定の解状態にし、その後特定の電力グリッドコンポーネントに関連される値を変更し、一連の短時間を通してモデルを反復するステップが、モデルを横切る電力グリッド周波数偏差伝播パターンを生成する。この電力グリッド周波数偏差伝播のパターンはその後、伝播を起こす事故の電力システムコンポーネントの位置と大きさを識別するために実際の測定値と整合されることができる。この技術は図８に示されており、電力グリッド事故の根源である電力グリッドコンポーネントを識別するために前記電力信号周波数情報を前記ＡＣ電力グリッドのモデルと比較するステップS116を含んでいる。
【００２１】
６個の電力システムのコンポーネント（３個は発電設備で３個は送電線）用のこの技術の１例は通常、全ての材料の観点でこれらのモデルの機能および動作を説明するのに適している。図１３はこのような簡単化されたネットワークの概略図である。電力システムの事故は発電所Ａ、発電所Ｂ、発電所Ｃで生じる可能性があり、周波数モニタ１、周波数モニタ２、周波数モニタ３で検出される電力周波数偏差を発生する。各発電所から各モニタまでの伝播時間はモデル化されているＡＣ電力グリッドの現在の状態に近い入力で電力の流れのモデルを動作させ、（例えば発電所が故障してゼロの電力出力になるとき）各発電所で代わりに事故を発生し、十分に小さい時間のインクリメントステップでモデルを作動し、各発電所から各モニタへの各事故の伝播時間を記録することによって決定される。前述したように各電力グリッドコンポーネントに関連されるＡＣ電力グリッドの物理的形状およびパラメータにしたがって変化するこの伝播時間は各発電所から各モニタまでの「伝播距離」と呼ばれる。想定される条件のセットにより、モデルの伝播距離（秒で表される）は以下のようになる。  
【表１】
0005425978.tif 000002
【００２２】
周波数モニタからのデータを解釈するために、周波数偏差の任意の周波数モニタにおける第１の検出に関連される時間は時間ゼロとラベルを付されるので、伝播距離の差の表が有効である。したがって、伝播距離の差のマトリックス（秒で表される）は以下のようになる。  
【表２】
0005425978.tif 000003
【００２３】
各モニタでは、任意の発電所での事故は伝播距離の差の特有のアレイを生成することが明白である。したがって、ＡＣ電力グリッドと関連されるコンポーネントの状態に対して適切な入力値を有する適切な間隔でのＡＣ電力グリッドの電力流動モデルを動作させることによって、伝播距離の差の特有のアレイは電力システムコンポーネントの任意のセットに対して生成され維持されることができる。この方法の利点は、周波数モニタの実際のネットワークからの測定された周波数偏差を処理するとき計算時間が減少されることであり、他の方法もまた本発明の技術的範囲を逸脱せずに使用されることができる。
【００２４】
周波数偏差が２以上の監視位置で測定されたとき、送信されるデータは事故の根源を識別するために使用されることができる。この例ではこの明細書で前に説明した偏差識別プロセスは事故に関連される可能性がある重大な偏差が各モニタにおける次の時間で生じたことを決定する。  
【表３】
0005425978.tif 000004
【００２５】
各モニタで検出された偏差の時間を比較することによって、モニタ１、２、３に対する周波数伝播差のアレイは（０，０，２）であるので、事故が発電所Ａで生じたことが容易に確認されることができる。勿論、実際には、使用されるネットワークモデルはこの例で示されているよりも実質的に複雑である可能性がある。
【００２６】
したがって、図８を参照すると、周波数情報をＡＣ電力グリッドのモデルと比較する技術はさらに、ＡＣ電力グリッドモデルとして、可能な故障のマトリックスを予め決定するステップS118を含むことができる。さらに、モデルはＡＣ電力グリッドのモデルを精密にするために付加的なＡＣ電力グリッドのダイナミックな情報を使用するステップS120を用いて強化されることができる。電流発生器の出力レベル、送電線の流れ等のような種々の電力システムコンポーネントの物理的状態についてのほぼ実時間のデータを電力グリッドモデルへ含めることによって、伝播距離のようなパラメータを決定するときに電力グリッドモデルの正確性を顕著に増加させることができる。
【００２７】
不正確なＡＣ電力グリッド物理データ、キー電力グリッドコンポーネントに関連される部分的または不正確な値、周波数偏差識別におけるタイミング誤差または統計的な不確定さ（まとめて「誤差源」と言う）から電力の流れのモデルの不確実さが生じるために、実際に測定された値からの結果はモデル（または他のモデル化技術からの他の等価の尺度）からの伝播距離の差に正確に一致しない。ある場合には、これらの誤差源はモデルの動作を破壊する程十分に信号を破壊しないが、他の例では、所望の情報の正確なモデル決定を行うことが可能ではないこともあり得る。この後者の場合には、適合アルゴリズムまたは他の技術が電力グリッド事故の最も可能性の高い根源を推理するために使用されることができる。
【００２８】
好ましくは、システムのオペレータは、コンポーネントが電力グリッド事故を起こした場合に２以上の周波数モニタからの周波数情報が根源コンポーネントとしてコンポーネントのうちの１つを識別するのに十分であるような方法によって周波数モニタの位置を選択する。これは関心のある各電力グリッドコンポーネントの周波数モニタについて伝播距離を計算し、十分な数のこれらの距離が特有であるか適切に異なることを確認することによって実現されることができる。周波数のモニタ位置、ＡＣ電力グリッドの物理的特性、電力グリッドの状態に基づいて、比較的少数のモニタが比較的多数の電力グリッドコンポーネントにおける電力グリッド事故を特有に識別するのに適した情報を提供できる。しかしながら場合によっては、より多くのモニタが必要とされる可能性もある。したがって図９に示されているように予備ステップは、位置が１組の電力グリッドコンポーネントの実質的に特有の識別を行うように、電力信号周波数情報を得るための既知の監視位置を選択するS122である。これは実質的に特有の識別が実現可能であることを確実にするためにＡＣ電力グリッドにおける異なる周波数モニタの配置によるモデルシミュレーションの動作を含めた種々の方法により実現されることができる。
【００２９】
種々の最適化技術によって、周波数モニタの数は最少量に減少されることができる。本発明の好ましい方法は、最初に、教育された意見に基づいてモニタの位置付けを決定し、その後、最適化の制約が満たされるまでモニタの位置およびモニタ数を変更する多数のシミュレーションを通してモデルを動作することであるが、本発明の技術的範囲を逸脱せずに（遺伝アルゴリズムのような）他の技術が使用されることができる。したがって予備ステップは電力信号周波数情報を得るための既知の監視位置を選択し、したがって減少された数の位置が１組の電力グリッドコンポーネントの実質的に特有の識別を行うステップS124を含むことができる。
【００３０】
特定の電力システムコンポーネントにおける電力システム事故の位置の決定で高い正確度を可能にするが、より大きなモニタグループの必要とする周波数モニタ位置を選択する別の技術では、各特定の電力グリッドコンポーネントに十分に排他的に近隣して周波数モニタを位置させる。電力グリッドコンポーネントに対する十分に限定的な近隣は、そのコンポーネントで事故が発生したとき、十分で独占的な近接の周波数モニタが常に最初に偏差を検出するように規定されている。換言すると、モニタは問題の各コンポーネントの「隣」に位置され、それによって電力グリッドコンポーネントと前記モニタとの間の伝播距離はその電力グリッドコンポーネントとネットワーク上の全ての他の周波数モニタとの間の伝播距離よりも小さい。このような方法で２つ程の少数の装置からの信号は電力グリッド事故の根源のコンポーネントのアイデンティティを決定するために使用されることができる。このような構造の１例が図１４に示されており、ここでは周波数モニタ１は発電所Ａに対して独占的に近接し、周波数モニタ２は発電所Ｂに対して独占的に近接し、周波数モニタ３は発電所Ｃに対して独占的に近接している。したがって図９で表されているように、予備ステップが代わりに各電力グリッドコンポーネントに対して独占的に近接する少なくとも１つの既知の位置が存在するように既知の監視位置を選択するステップS126を含んでもよい。したがって、各周波数モニタに対して符合化された時間情報を対応する電力グリッドコンポーネントに属させることによって、電力グリッド事故の最も早期の時間情報に属する電力グリッドコンポーネントが電力グリッド事故の根源として識別されることができる。これらのステップは符合化された時間情報を各電力グリッドコンポーネントに所属させるS128と、電力グリッド事故の根源として電力グリッド事故に対する最も早期の時間情報に属する電力グリッドコンポーネントを識別するステップS130として図７に示されている。
【００３１】
さらに、周波数モニタの位置を選択するための技術は組み合わせられることができ、全体的に減少された数の位置が電力グリッドコンポーネントの実質的に特有の識別を行うように位置が選択されるが、位置が特定の電力グリッドコンポーネントの実質的に特有の識別を行うように少なくとも１つの既知の位置を選択する。したがって、図９に示されている予備ステップは、位置が特定の電力グリッドコンポーネントの実質的に特有の識別を行うように少なくとも１つの既知の位置を選択するステップS132を含むこともできる。
【００３２】
いずれにせよ、適切な数学的周波数事故検出および位置決定アルゴリズムが適用されると、特定の電力グリッド事故が識別され、実質的に実時間で監視されることができる。特定の電力出力部における周波数の監視に関連されるデジタル化されたデータは中央データセンタで受信され、電力グリッド事故の根源である電力グリッドコンポーネントを実質的に実時間で識別するために必要なコンピュータ処理解析が、好ましくはデジタルコンピュータプログラムによって行われる。さらに、周波数情報は電力グリッド事故の大きさ、タイミング、その他の特性を決定するために使用されることができる。したがって、この方法は図５に示されているように、電力信号周波数情報を使用して実質的に実時間で電力グリッド事故の大きさおよびタイミングを決定するステップS134も含むことができる。
【００３３】
図３を参照すると、システムは特定の発電所または発電機により発生される電力量のような電力グリッドコンポーネントについての既知の大きさ情報を含むデータベース42を含むこともできる。中央データセンタ28はその後、事故の根源のコンポーネントの識別および大きさ決定を既知の情報と比較することによりその根源コンポーネントの識別を確かめるために既知の大きさ情報データベース42にアクセスすることができる。したがって中央データセンタ28はその根源のコンポーネントの識別を証明するために電力グリッドコンポーネントの既知の大きさ情報を使用することができる。このステップは、根源のコンポーネントの識別および大きさ決定を電力グリッドコンポーネントについての既知の大きさ情報と比較することにより根源コンポーネント識別を確かめるステップS136として図５に示されている。
【００３４】
図３に再度戻ると、電力グリッド事故根源コンポーネントのアイデンティティと、大きさおよびタイミングのようなその他の情報はその後、１以上の第３パーティまたはエンドユーザ44へ通信される。この情報の通信はエンドユーザ44には主要な関心事である。このような第３パーティへの通信がデータの送出を通してアクセス制御されたインターネットウェブサイト46へ送られることが考えられ、それは好ましく、それによってこれはネットスケーブナビゲータ（商標名）またはマイクロソフトインターネットエクスプローラ（商標名）のような共通のインターネットブラウザプログラムを通してエンドユーザに利用可能であるが、他の通信方法も良好な効果をもたらすために使用されることができる。これらのステップは根源コンポーネントのアイデンティティをエンドユーザへ通信するステップS106と電力グリッド事故の大きさおよびタイミングをエンドユーザに通信するステップS138として図５に示されている。根源コンポーネントのアイデンティティをアクセス制御されたウェブサイトへ送出し、それによってこれが共通のブラウザプログラムを通じてエンドユーザに利用可能であるS140と、警報状態インジケータを各電力グリッドコンポーネントへ割当てるS142と、エンドユーザへの通信を決定するため状態インジケータを使用するS144とを含んでいる付加的なステップが図１０に示されている。警報状態インジケータの重要性は、（大きさ、位置または他のパラメータに基づいた）予め識別された重要度の電力グリッド事故が生じたときに直ちにエンドユーザに通知することである。この情報は例えばエネルギ物資の購入または販売を取引するために市場で貴重であり、エンドユーザは可能な限り迅速および明白にこのような情報を受信することで恩恵を受ける。
【００３５】
最後に、図３に示されているシステムは関係する電力信号周波数情報を記憶するためのデータベース48を有することもできる。データの累積および解析を通して、特別な周波数偏差特性は自動化された警報アルゴリズムの範囲が規定されることを可能にする特別な電力グリッド事故に整合されることができ、これは異なるタイプの電力グリッド事故を最適に検出する。したがって図５に示されているように、例示的な方法はさらに関心のある電力信号周波数情報に関する情報を累積するS146と、特性によって問題とする電力信号周波数情報を分類するS148と、前記電力信号周波数情報特性分類によって電力グリッド事故を検出するためアルゴリズムを規定するS150のステップとを含むことができる。
【００３６】
当業者は本発明の教示または特許請求の範囲に記載された技術的範囲を逸脱せずに付加的な構成およびステップが可能であることを認識するであろう。この詳細な説明と、説明した例示的な実施形態の特定の詳細は主として理解を明白にするために行われたものであり、この説明を読むことにより変形が当業者に明白になり、請求された本発明の技術的範囲を逸脱せずに行われることができるので、それらの説明は限定と理解されてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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