(57)【要約】  マイクログリッドシステム（２００）は、電気エネルギーを供給するように構成された発電機（１０２）を含む。マイクログリッドシステムはまた、発電機に結合され、負荷（１０６）に結合され、外部グリッド（１１０）に結合された局所配電網（１０４）をも含む。マイクログリッドシステムは、所定の期間にわたる負荷のマイクログリッド需要を予測するように構成されたマイクログリッドコントローラ（２１２）をさらに含む。マイクログリッドコントローラはまた、所定の期間にわたる外部グリッドの需要情報を受信するように構成される。マイクログリッドコントローラは、予測されたマイクログリッド需要および受信された需要情報に基づいて、発電機の運用計画を決定するようにさらに構成される。さらに、マイクログリッドコントローラは、運用計画に基づいて外部グリッドに電気エネルギーを伝送するスケジュールを決定するように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクログリッドシステム（２００）であって、
１つまたは複数の負荷（１０６）に電気エネルギーを供給するように構成された１つまたは複数の発電機（１０２）と、
前記１つまたは複数の発電機（１０２）に結合され、前記１つまたは複数の負荷（１０６）に結合され、外部グリッド（１１０）に結合された局所配電網（１０４）であり、前記局所配電網（１０４）は、電気エネルギーを伝送するように構成されている、局所配電網（１０４）と、
プロセッサ（３０５、４０５）、および前記プロセッサ（３０５、４０５）に結合されたメモリ（３１０、４１０）を備えるマイクログリッドコントローラ（２１０）と、
を備え、
前記マイクログリッドコントローラ（２１０）は、前記１つまたは複数の発電機（１０２）と通信し、前記外部グリッド（１１０）と通信し、前記マイクログリッドコントローラ（２１０）は、
所定の期間にわたる前記１つまたは複数の負荷（１０６）に対するマイクログリッド需要を予測するステップ（６０２）と、
周波数調整サービスの価格設定を含む前記所定の期間にわたる前記外部グリッド（１１０）の需要情報を受信するステップ（６０４）と、
前記予測されたマイクログリッド需要および前記受信された需要情報に基づいて前記１つまたは複数の発電機（１０２）の運用計画を決定するステップ（６０６）と、
前記運用計画に基づいて前記外部グリッド（１１０）に電気エネルギーを伝送するスケジュールを決定するステップ（６０８）と
を行うように構成されている、マイクログリッドシステム（２００）。
【請求項２】
前記マイクログリッドコントローラ（２１０）は、前記スケジュールに従って前記１つまたは複数の発電機（１０２）から前記外部グリッド（１１０）への電気エネルギーの伝送を容易にするようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項３】
前記マイクログリッドコントローラ（２１０）は、
前記外部グリッド（１１０）に関連付けられたコンピュータデバイス（２０８）に前記スケジュールを送信するステップと、
前記外部グリッド（１１０）に関連付けられた前記コンピュータデバイス（２０８）から前記スケジュールに対する承認を受信するステップと、
前記受信した承認および前記スケジュールに基づいて電気エネルギーの伝送を促進するステップと
を行うようにさらに構成されている、請求項２に記載のシステム（２００）。
【請求項４】
前記マイクログリッドコントローラ（２１０）は、前記運用計画に基づいてある時点において前記外部グリッド（１１０）から受け取る電気エネルギーの量を決定するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項５】
前記マイクログリッドコントローラ（２１０）は、
前記複数の負荷（１０６）に関する履歴需要データを記憶するステップと、
前記履歴需要データに基づいて前記マイクログリッド需要を予測するステップと
を行うようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項６】
前記所定の期間は、現在の２４時間の期間に続く２４時間の期間である、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項７】
前記需要情報は、前記所定の期間中の複数の時点におけるエネルギーの価格設定情報（５０６）を含む、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項８】
前記運用計画は、前記１つまたは複数の発電機（１０２）の運用コスト、前記１つまたは複数の発電機（１０２）のうちの少なくとも１つの電力をランプアップするためのコスト、前記１つまたは複数の発電機（１０２）のうちの少なくとも１つの電力をランプアップするのにかかる時間、前記１つまたは複数の発電機（１０２）のうちの少なくとも１つの電力をランプダウンするためのコスト、前記１つまたは複数の発電機（１０２）のうちの少なくとも１つの電力をランプダウンするのにかかる時間、および伝送損失にさらに基づく、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項９】
前記運用計画は、周波数調整、運用予備力、瞬動予備力、非瞬動予備力、ランプ予備力、および需要応答を含むがこれに限定されない少なくとも１つの付帯サービスを提供することにさらに基づく、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項１０】
前記１つまたは複数の発電機（１０２）、前記１つまたは複数の負荷（１０６）、および前記局所配電網（１０４）は、ローカルグリッドを形成する、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項１１】
マイクログリッドを調整するための、プロセッサ実行可能命令を具現化されているコンピュータ可読記憶デバイスであって、メモリ（３１０、４１０）に通信可能に結合されているマイクログリッドコントローラ（２１０）によって実行されると、前記プロセッサ実行可能命令は、前記障害検出コンピュータデバイス（２１０）に、
所定の期間にわたる１つまたは複数の負荷（１０６）に対するマイクログリッド需要を予測するステップ（６０２）と、
前記所定の期間にわたる外部グリッド（１１０）の需要情報を受信するステップ（６０４）であり、前記需要情報は、周波数調整サービスの価格設定を含む、受信するステップ（６０４）と、
前記予測されたマイクログリッド需要および前記受信された需要情報に基づいて１つまたは複数の発電機（１０２）の運用計画を決定するステップ（６０６）と、
前記運用計画に基づいて前記外部グリッド（１１０）に電気エネルギーを伝送するスケジュールを決定するステップ（６０８）と
を行わせる、コンピュータ可読記憶デバイス。
【請求項１２】
前記プロセッサ実行可能命令は、前記マイクログリッドコントローラ（２１０）に、前記スケジュールに従って前記１つまたは複数の時点における前記１つまたは複数の発電機（１０２）から前記外部グリッド（１１０）への電気エネルギーの伝送を容易にするステップを行わせる、請求項１１に記載のコンピュータ可読記憶デバイス。
【請求項１３】
前記プロセッサ実行可能命令は、前記前記マイクログリッドコントローラ（２１０）に、
前記外部グリッド（１１０）に関連付けられたコンピュータデバイス（２０８）に前記スケジュールを送信するステップと、
前記外部グリッド（１１０）に関連付けられた前記コンピュータデバイス（２０８）から前記スケジュールに対する承認を受信するステップと、
前記受信した承認および前記スケジュールに基づいて電気エネルギーの伝送を促進するステップと
を行わせる、請求項１２に記載のコンピュータ可読記憶デバイス。
【請求項１４】
前記プロセッサ実行可能命令は、前記マイクログリッドコントローラ（２１０）に、前記運用計画に基づいてある時点において前記外部グリッド（１１０）から受け取る電気エネルギーの量を決定させる、請求項１１に記載のコンピュータ可読記憶デバイス。
【請求項１５】
前記プロセッサ実行可能命令は、前記マイクログリッドコントローラ（２１０）に、
前記複数の負荷（１０６）に関する履歴需要データを記憶するステップと、
前記履歴需要データに基づいて前記マイクログリッド需要を予測するステップと
を行わせる、請求項１１に記載のコンピュータ可読記憶デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、一般に、マイクログリッドの調整に関し、より詳細には、外部グリッドからの需要を考慮してマイクログリッドを調整するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクログリッドは、グリッドに対して単一の制御可能なエンティティとして機能し、マイクログリッドがグリッド接続モードとアイランドモードの両方において動作することを可能にするためにグリッドに接続および接続切断することができる、明確に画定された電気的境界を有する相互接続された負荷および分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）のグループである。マイクログリッドの設置が米国の特定の地区および世界中で着実に増加するにつれて、商用マイクログリッドの普及は、主に所有者および運営者にとっての経済的利益に依存してきている。サブメータ資産の集約を促進し、ＤＥＲのグリッドへの統合を促進する新しい市場ルール（ニューヨークやカリフォルニアなど）が導入されている。したがって、分散型資産が周波数規制などのグリッド付帯サービス機能に参加することを促進する必要性およびインセンティブが高まっている。
【０００３】
電力系統周波数は、電力系統における電力バランスの主要な指標である。需要または負荷に関連して発電量が減少すると、周波数が公称周波数を下回って低下する可能性がある。同様に、需要の減少は、周波数を、公称周波数を超えて増加させる可能性がある。さらに、風力タービンおよび太陽電池などの断続的なエネルギー源の浸透率が高いと、系統周波数の変動の可能性が高くなる。周波数が公称周波数から逸脱しすぎると、ポンプやモータのような機器は、高周波数ではより速く動作し、低周波数ではより遅く動作するようになる。一部の機器は、運用上の問題および加速化されるメンテナンスを回避するために自動的に停止する。たとえば、電力変動に関して急激な低下が生じた場合、低周波数負荷制限コントローラが動作して、関連する負荷の一部または全部を接続切断することができる。
【０００４】
機能的で信頼性の高いグリッドを促進するために、様々な地域グリッドを運用する独立系統運用機関（ＩＳＯ）は、６０ヘルツ（Ｈｚ）すなわち１秒当たりのサイクル数（特定の国では５０  Ｈｚ）に非常に近い電気周波数を維持する必要がある。したがって、グリッド運用機関は、適切な周波数を維持するために、常に発電と需要とを平衡させるように模索している。発電と需要との間の不平衡は、マイクログリッド資源の使用によって緩和することができる。しかし、機器の操作にかかるコスト、発電をランプアップまたはランプダウンするのにかかる時間、および資源の利用可能性など、考慮されなければならないマイクログリッド資源の利用には多くの制約がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／００３９１４５号明細書
【発明の概要】
【０００６】
一態様では、マイクログリッドシステムが提供される。マイクログリッドシステムは、１つまたは複数の負荷に電気エネルギーを供給するように構成された１つまたは複数の発電機を含む。マイクログリッドシステムはまた、１つまたは複数の発電機に結合され、１つまたは複数の負荷に結合され、外部グリッドに結合された局所配電網を含む。局所配電網は、電気エネルギーを伝送するように構成される。マイクログリッドシステムは、プロセッサと、プロセッサに結合されたメモリとを含むマイクログリッドコントローラをさらに含む。マイクログリッドコントローラは、１つまたは複数の発電機と通信し、外部グリッドと通信する。マイクログリッドコントローラは、所定の期間にわたる１つまたは複数の負荷に対するマイクログリッド需要を予測するステップと、周波数調整サービスの価格設定を含む所定の期間にわたる外部グリッドの需要情報を受信するステップと、予測されたマイクログリッド需要および受信された需要情報に基づいて１つまたは複数の発電機の運用計画を決定するステップと、運用計画に基づいて外部グリッドに電気エネルギーを伝送するスケジュールを決定するステップとを行うように構成されている。
【０００７】
さらなる態様において、マイクログリッドを調整するためのコンピュータに基づく方法が提供される。この方法は、メモリと通信する少なくとも１つのプロセッサを含むマイクログリッドコントローラを使用して実施される。方法は、所定の期間にわたる１つまたは複数の負荷に対するマイクログリッド需要を予測するステップと、周波数調整サービスの価格設定を含む所定の期間にわたる外部グリッドの需要情報を受信するステップと、予測されたマイクログリッド需要および受信された需要情報に基づいて１つまたは複数の発電機の運用計画を決定するステップと、運用計画に基づいて外部グリッドに電気エネルギーを伝送するスケジュールを決定するステップとを含む。
【０００８】
別の態様では、マイクログリッドを調整するためのプロセッサ実行可能命令が具現化されたコンピュータ可読記憶デバイスが提供される。メモリに通信可能に結合されているマイクログリッドコントローラによって実行されると、プロセッサ実行可能命令は、マイクログリッドコントローラに、所定の期間にわたる１つまたは複数の負荷に対するマイクログリッド需要を予測するステップと、周波数調整サービスの価格設定を含む所定の期間にわたる外部グリッドの需要情報を受信するステップと、予測されたマイクログリッド需要および受信された需要情報に基づいて１つまたは複数の発電機の運用計画を決定するステップと、運用計画に基づいて外部グリッドに電気エネルギーを伝送するスケジュールを決定するステップと、を行わせる。
【０００９】
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的なマイクログリッドユーティリティシステムの概略図である。
【図２】図１に示すマイクログリッドユーティリティシステムを調整するための例示的なシステムの概略図である。
【図３】図２に示すシステムと共に使用され得るクライアントデバイスの例示的な構成の概略図である。
【図４】図２に示すシステムと共に使用され得る障害検出コンピュータデバイスの例示的な構成の概略図である。
【図５】図１に示すマイクログリッドユーティリティシステムを調整する例示的なプロセスのブロック図である。
【図６】図２に示すシステムを用いて図１に示すマイクログリッドユーティリティシステムを調整するプロセスのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
特に明記しない限り、本明細書において提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を図示するものである。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用できると考えられる。したがって、本図面は、本明細書で開示する実施形態を実施するために必要とされる、当業者には既知の、従来の特徴をすべて含むことを意味しない。
【００１２】
以下の明細書および特許請求の範囲において、いくつかの用語に言及するが、それらは以下の意味を有すると規定する。
【００１３】
単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。
【００１４】
「任意の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「任意に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、続いて記載された事象または状況が生じてもよいし、また生じなくてもよいことを意味し、かつ、その説明が、事象が起こる場合と、それが起こらない場合と、を含むことを意味する。
【００１５】
本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似を表す言葉は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動できる任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ（ａｂｏｕｔ）」、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組み合わせおよび置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。
【００１６】
本明細書で用いられる「プロセッサ」および「コンピュータ」という用語および関連する用語、たとえば「処理デバイス」、「コンピューティングデバイス」、および「コントローラ」は、従来技術においてコンピュータと呼ばれているそれらの集積回路に限定されず、広く、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）、プログラマブル論理ユニット（ＰＬＵ）、特定用途向け集積回路、およびその他のプログラム可能な回路を意味し、これらの用語は、本明細書において互換的に用いられる。本明細書で説明する実施形態では、メモリは、以下に限らないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ可読媒体、およびフラッシュメモリなどのコンピュータ可読不揮発性媒体を含むことができる。あるいは、フロッピーディスク、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、および／またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）もまた、使用することができる。また、本明細書で説明する実施形態では、追加の入力チャネルは、以下に限定されないが、マウスおよびキーボードなどの運用機関インターフェースに関係するコンピュータ周辺機器であってもよい。あるいは、たとえば、これに限定されないが、スキャナを含むことができる他のコンピュータ周辺装置も使用することができる。さらに、例示的な実施形態では、追加の出力チャネルは、これに限定されないが、運用機関インターフェースモニタを含むことができる。
【００１７】
さらに、本書で用いられる「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は交換可能であり、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、クライアントおよびサーバによって実行するための、メモリに記憶された任意のコンピュータプログラムを含む。
【００１８】
本明細書で用いられる「非一時的コンピュータ可読媒体」という用語は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールおよびサブモジュール、あるいは任意のデバイスの他のデータなどの情報の短期的および長期的記憶のための任意の方法または技術で実施される、任意の有形のコンピュータに基づくデバイスを表すことを意図している。したがって、本明細書に記載する方法は、これらに限らないが、記憶デバイスおよびメモリデバイスを含む、有形の非一時的コンピュータ可読媒体で具現化された実行可能命令として符号化することができる。このような命令は、プロセッサによって実行された場合に、本明細書に記載する方法の少なくとも一部をプロセッサに実行させる。さらに、本明細書に用いられる「非一時的コンピュータ可読媒体」という用語は、すべての有形のコンピュータ可読媒体を含み、これらは非一時的コンピュータ記憶デバイスを含むが、これに限定されるものではなく、揮発性および不揮発性媒体、ならびにファームウェア、物理および仮想記憶デバイス、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの取り外し可能および取り外し不可能な媒体、ならびにネットワークもしくはインターネットなどの他の任意のデジタルソース、ならびにこれまでに開発されたデジタル手段を含むが、これらに限定されるものではなく、一時的な伝播する信号がその唯一の例外である。
【００１９】
さらにまた、本明細書で用いられる「リアルタイム」という用語は、関連する事象が発生する時、所定のデータを測定および収集する時、データを処理する時、ならびに事象および環境に対するシステム応答の時のうちの少なくとも１つを意味する。本明細書に記載する実施形態では、これらの動作および事象は、実質的に同時に起こる。
【００２０】
本明細書に記載の方法およびシステムは、マイクログリッドの調整を可能にする。さらに、本明細書に記載の方法およびシステムは、コストを削減し収益性を改善しながら、マイクログリッドの動作の最適化を容易にする。これらの方法およびシステムは、外部送電網に電気エネルギーおよび付帯サービスを提供することを容易にする。また、本明細書に記載されたシステムおよび方法は、単一のタイプのシステム、ユーティリティ、または電源に限定されず、外部送電網またはユーティリティシステムに寄与することができる任意のシステムまたはユーティリティを用いて実装することができ、そのユーティリティの直接制御される部分になることがない。ローカルマイクログリッドおよび外部グリッドの負荷の将来の需要を予測することによって、本明細書に記載のシステムおよび方法は、ローカルマイクログリッドの運用機関が、経済的かつ効率的な方法で必要な資源を提供することを容易にする。
【００２１】
図１は、例示的なマイクログリッドユーティリティシステム１００の概略図である。例示的な実施形態では、マイクログリッドユーティリティシステム１００は、電気エネルギーの生成および送達を対象としているが、限定ではなくガスおよび水などの他のユーティリティベースの資源を、本明細書に記載のシステム１００および方法と共に使用することができる。例示的な実施形態では、マイクログリッドユーティリティシステム１００は、スマートグリッドシステムとして構成されている。
【００２２】
例示的な実施形態では、マイクログリッドユーティリティシステム１００は、少なくとも１つの発電機１０２を含む。発電機１０２の例には、限定ではなく、ディーゼル発電機、熱電併給（ＣＨＰ）発電機、電池電力貯蔵、燃料電池、および電解槽などの非再生可能な供給源が含まれる。さらに、発電機１０２の例には、限定ではなく風力タービン、地熱ポンプ、太陽電池、および水力発電所などの再生可能エネルギー源が含まれる。例示的な実施形態では、発電機１０２は、局所配電網１０４を介して電力を伝送する。局所配電網１０４は、電気エネルギーがその宛先にルーティングされることを容易にする複数の導管およびスイッチなどの機器を含むが、これに限定されない。例示的な実施形態では、局所配電網１０４は、発電機１０２、複数の負荷１０６、および、外部グリッド接続１０８を介する外部グリッド１１０に電気的に接続される。負荷１０６の例には、電気エネルギーを消費する事業所および住宅が含まれる。いくつかの実施形態では、負荷１０６は、スマートメータ（図示せず）を介して、局所配電網１０４に接続される。いくつかの実施形態では、マイクログリッドユーティリティシステム１００は、ローカルグリッドとしても知られる。
【００２３】
外部グリッド１１０は、別個の調整される配電網を表す。いくつかの実施形態では、外部グリッド１１０は地域グリッドである。他の実施形態では、外部グリッド１１０は、別のマイクログリッドユーティリティシステム１００である。外部グリッド接続１０８は、マイクログリッドユーティリティシステム１００が、外部グリッド１１０から電気エネルギーを受け取り、または外部グリッド１１０に電気エネルギーを伝送することを容易にする。いくつかの実施形態では、マイクログリッドユーティリティシステム１００は、外部グリッド１１０から電気エネルギーを購入することができる。これらの実施形態では、マイクログリッドユーティリティシステム１００は、余分な電気エネルギーを外部グリッド１１０に販売することもできる。例示的な実施形態では、外部グリッド接続１０８は、マイクログリッドユーティリティシステム１００と外部グリッド１１０との間の接続を切断するために開くことができる回路遮断器である。
【００２４】
図２は、マイクログリッドユーティリティシステム１００（図１に示す）を調整するための例示的なシステム２００の概略図である。例示的な実施形態では、システム２００は、マイクログリッドユーティリティシステム１００を介した電気エネルギーの伝送を調整し、負荷１０６（図１に示す）が必要な電力を受け取ることを保証し、（図１に示す）外部グリッド１１０への接続を使用して、余分な必要とされる電力を受け取るか、または、余分な電力を発散するために使用される。下記により詳細に説明するように、マイクログリッドコントローラ２１０としても知られるマイクログリッドコンピュータデバイス２１０は、（ａ）所定の期間にわたる１つまたは複数の負荷１０６に対するマイクログリッド需要を予測するステップと、（ｂ）周波数調整サービスの価格設定を含む所定の期間にわたる外部グリッド１１０の需要情報を受信するステップと、（ｃ）予測されたマイクログリッド需要および受信された需要情報に基づいて１つまたは複数の発電機１０２（図１に示す）の運用計画を決定するステップと、（ｄ）運用計画に基づいて外部グリッド１１０に電気エネルギーを伝送するスケジュールを決定するステップと、を行うように構成することができる。
【００２５】
例示的な実施形態では、発電機コンピュータデバイス２０２が、発電機１０２の動作を調整する。発電機コンピュータデバイス２０２は、マイクログリッドコントローラ２１０と通信している。発電機コンピュータデバイス２０２は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、ダイヤルイン接続、ケーブルモデム、インターネット接続、ワイヤレス、および専用高速総合デジタル通信網（ＩＳＤＮ）回線などのネットワークを含むがこれらに限定されないインターフェースを介してマイクログリッドコントローラ２１０に結合する。いくつかの実施形態では、発電機コンピュータデバイス２０２は、局所配電網１０４（図１に示す）を介してマイクログリッドコントローラ２１０と通信している。いくつかの実施形態では、各々が発電機コンピュータデバイス２０２に対応する複数の発電機１０２がマイクログリッドユーティリティシステム１００に含まれる。他の実施形態では、マイクログリッドユーティリティシステム１００は、単一の発電機１０２および対応する発電機コンピュータデバイス２０２を含む。例示的な実施形態では、発電機コンピュータデバイス２０２は、マイクログリッドコントローラ２１０から発電機１０２の運用のための命令を受信する。
【００２６】
例示的な実施形態では、局所配電デバイス２０４は、局所配電網１０４を制御し、発電機１０２から負荷１０６および外部グリッド１１０への電気エネルギーのルーティングを指示する。局所配電デバイス２０４は、マイクログリッドコントローラ２１０と通信している。局所配電デバイス２０４は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、ダイヤルイン接続、ケーブルモデム、インターネット接続、ワイヤレス、および専用高速総合デジタル通信網（ＩＳＤＮ）回線などのネットワークを含むがこれらに限定されないインターフェースを介してマイクログリッドコントローラ２１０に結合する。例示的な実施形態では、局所配電デバイス２０４は、マイクログリッドコントローラ２１０から局所配電網１０４を通じた電気エネルギーのルーティングに関する命令を受信する。
【００２７】
例示的な実施形態では、負荷コンピュータデバイス２０６は、負荷１０６の動作を調整および報告する。負荷コンピュータデバイス２０６は、マイクログリッドコントローラ２１０と通信している。負荷コンピュータデバイス２０６は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、ダイヤルイン接続、ケーブルモデム、インターネット接続、ワイヤレス、および専用高速総合デジタル通信網（ＩＳＤＮ）回線などのネットワークを含むがこれらに限定されないインターフェースを介してマイクログリッドコントローラ２１０に結合する。いくつかの実施形態では、負荷コンピュータデバイス２０６は、局所配電網１０４を介してマイクログリッドコントローラ２１０と通信している。いくつかの実施形態では、負荷コンピュータデバイス２０６はスマートメータである。例示的な実施形態では、各負荷コンピュータデバイス２０６は負荷１０６に対応し、負荷１０６の動作についてマイクログリッドコントローラ２１０に報告する。例示的な実施形態では、負荷コンピュータデバイス２０６は、負荷１０６に関する電力使用情報を送信する。いくつかの実施形態では、負荷コンピュータデバイス２０６は、電力使用情報をリアルタイムに送信する。他の実施形態では、負荷コンピュータデバイス２０６は、履歴電力使用情報を送信する。いくつかのさらなる実施形態では、負荷コンピュータデバイス２０６は、履歴情報に基づく将来の負荷需要の予測など、対応する負荷１０６の現在または将来の電力需要に関する需要情報を送信する。負荷コンピュータデバイス２０６は、システム２００が本明細書で説明されるように機能することを可能にするために、必要に応じてより多くの情報またはより少ない情報を送信することができる。
【００２８】
例示的な実施形態では、外部グリッドコンピュータデバイス２０８が、需要および価格設定予測情報などの外部グリッド１１０に関する情報を提供する。外部グリッドコンピュータデバイス２０８は、マイクログリッドコントローラ２１０と通信している。外部グリッドコンピュータデバイス２０８は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、ダイヤルイン接続、ケーブルモデム、インターネット接続、ワイヤレス、および専用高速総合デジタル通信網（ＩＳＤＮ）回線などのネットワークを含むがこれらに限定されないインターフェースを介してマイクログリッドコントローラ２１０に結合する。例示的な実施形態では、外部グリッドコンピュータデバイス２０８は、外部グリッド１１０の現在および将来の価格設定情報ならびに需要情報を送信する。いくつかの実施形態では、外部グリッドコンピュータデバイス２０８は、情報をリアルタイムに送信する。他の実施形態では、外部グリッドコンピュータデバイス２０８は、ある期間にわたる将来の予測情報を送信する。外部グリッドコンピュータデバイス２０８は、システム２００が本明細書で説明されるように機能することを可能にするために、必要に応じてより多くの情報またはより少ない情報を送信することができる。
【００２９】
データベースサーバ２１２が、以下でより詳細に説明するように、様々な事項に関する情報を含むデータベース２１４に結合されている。一実施形態では、集中型データベース２１４が、マイクログリッドコントローラ２１０に記憶されている。代替的な実施形態では、データベース２１４は、マイクログリッドコントローラ２１０から遠隔に記憶され、非集中化されてもよい。いくつかの実施形態では、データベース２１４は、分離された区画またはパーティションを有する単一のデータベースを含み、または他の実施形態では、データベース２１４は、それぞれが互いに分離した複数のデータベースを含む。データベース２１４は、複数の負荷コンピュータデバイス２０６および外部グリッドコンピュータデバイス２０８から受信したデータを記憶する。さらに、限定することなく、データベース２１４は、負荷コンピュータデバイス２０６、外部グリッドコンピュータデバイス２０８、およびマイクログリッドコントローラ２１０からの価格予測、需要予測、伝送制約、エネルギー生成制約、および履歴データを記憶する。
【００３０】
いくつかの実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、クライアントシステム２１６としても知られるクライアントデバイス２１６と通信している。マイクログリッドコントローラ２１０は、局所配電網１０４、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、ダイヤルイン接続、ケーブルモデム、インターネット接続、ワイヤレス、および専用高速総合デジタル通信網（ＩＳＤＮ）回線などのネットワークを含むがこれらに限定されない多くのインターフェースを介してクライアントデバイス２１６に結合する。これらの実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、マイクログリッドユーティリティシステム１００の運用に関するデータをクライアントデバイス２１６に送信する。さらに、マイクログリッドコントローラ２１０は、クライアントデバイス２１６から追加の命令を受信するように構成されている。さらに、クライアントデバイス２１６は、マイクログリッドコントローラ２１０を介してデータベース２１４にアクセスし、またはデータベース２１４を更新するように構成される。クライアントデバイス２１６は、マイクログリッドコントローラ２１０からのデータをユーザに提示するように構成されている。他の実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、データをユーザに直接表示するための表示ユニット（図示せず）を含む。
【００３１】
図３は、クライアントシステム２１６（図２に示す）の例示的な構成の概略図である。ユーザコンピュータデバイス３０２は、ユーザ３０１によって操作される。ユーザコンピュータデバイス３０２は、発電機コンピュータデバイス２０２、局所配電デバイス２０４、負荷コンピュータデバイス２０６、外部グリッドコンピュータデバイス２０８、およびクライアントシステム２１６（すべて図２に示されている）を含むが、これらに限定されない。ユーザコンピュータデバイス３０２は、命令を実行するためのプロセッサ３０５を含む。いくつかの実施形態では、実行可能命令は、メモリ領域３１０に記憶される。プロセッサ３０５は、（たとえば、マルチコア構成の）１つまたは複数の処理装置を含んでもよい。メモリ領域３１０は、実行可能命令および／またはトランザクションデータなどの情報が記憶され、検索されるのを容易にする任意のデバイスである。メモリ領域３１０は、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体を含む。
【００３２】
ユーザコンピュータデバイス３０２はまた、ユーザ３０１に情報を提示するための少なくとも１つのメディア出力構成要素３１５を含む。メディア出力構成要素３１５は、ユーザ３０１に情報を伝達することができる任意の構成要素である。いくつかの実施形態では、メディア出力構成要素３１５は、ビデオアダプタおよび／またはオーディオアダプタなどの出力アダプタ（図示せず）を含む。出力アダプタは、プロセッサ３０５に動作可能に結合され、表示デバイス（たとえば、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、または「電子インク」ディスプレイ）またはオーディオ出力デバイス（たとえば、スピーカまたはヘッドフォン）に動作可能に結合可能である。いくつかの実施形態では、メディア出力構成要素３１５は、グラフィカルユーザインターフェース（たとえば、ウェブブラウザおよび／またはクライアントアプリケーション）をユーザ３０１に提示するように構成される。グラフィカルユーザインターフェースは、たとえば、電力フローおよび需要を監視するためのダッシュボード、ユーザコンピュータデバイス３０２の動作を制御するための制御画面、および／またはユーザコンピュータデバイス３０２内のソフトウェアを更新するための更新画面を含むことができる。いくつかの実施形態では、ユーザコンピュータデバイス３０２は、ユーザ３０１からの入力を受信するための入力デバイス３２０を含む。ユーザ３０１は、限定するものではないが、確認するために１つまたは複数のセンサ測定値を選択および／または入力するために、入力デバイス３２０を使用することができる。入力デバイス３２０は、たとえば、キーボード、ポインティングデバイス、マウス、スタイラス、タッチセンサ式パネル（たとえば、タッチパッドもしくはタッチスクリーン）、ジャイロスコープ、加速度計、位置検出器、バイオメトリック入力デバイス、および／またはオーディオ入力デバイスを含んでもよい。タッチスクリーンなどの単一の構成要素が、メディア出力構成要素３１５の出力デバイスと入力デバイス３２０の両方として機能することができる。
【００３３】
ユーザコンピュータデバイス３０２はまた、マイクログリッドコントローラ２１０（図２に示す）のような遠隔デバイスに通信可能に結合された通信インターフェース３２５を含むことができる。通信インターフェース３２５は、たとえば、有線またはワイヤレスネットワークアダプタ、および／または、移動通信ネットワークと共に使用するためのワイヤレスデータ送受信機を含むことができる。
【００３４】
メモリ領域３１０には、たとえば、メディア出力構成要素３１５を介してユーザ３０１にユーザインターフェースを提供し、任意選択的に、入力デバイス３２０からの入力を受信し処理するためのコンピュータ可読命令が記憶される。ユーザインターフェースは、とりわけ、ウェブブラウザおよび／またはクライアントアプリケーションを含むことができる。ウェブブラウザは、ユーザ３０１などのユーザが、マイクログリッドコントローラ２１０からウェブページまたはウェブサイトに一般に埋め込まれたメディアおよび他の情報を表示および対話することを可能にする。クライアントアプリケーションは、ユーザ３０１が、たとえば、障害検出コンピュータデバイス２１０と対話することを容易にする。たとえば、命令は、クラウドサービスによって記憶されてもよく、命令の実行の出力は、メディア出力構成要素３１５に送信されてもよい。
【００３５】
図４は、本開示の一実施形態による、図２に示すマイクログリッドコンピュータデバイス２１０の例示的な構成の概略図である。サーバコンピュータデバイス４０１は、データベースサーバ２１２、マイクログリッドコンピュータデバイス２１０、発電機コンピュータデバイス２０２、および外部グリッドコンピュータデバイス２０８（すべて図２に示されている）を含むことができるが、これらに限定されない。サーバコンピュータデバイス４０１はまた、命令を実行するためのプロセッサ４０５を含む。命令は、メモリ領域４１０に記憶することができる。プロセッサ４０５は、（たとえば、マルチコア構成の）１つまたは複数の処理装置を含んでもよい。
【００３６】
プロセッサ４０５は、サーバコンピュータデバイス４０１が別のサーバコンピュータデバイス４０１、クライアントシステム２１６、負荷コンピュータデバイス２０６、局所配電デバイス２０４（すべて図２に示す）、発電機コンピュータデバイス２０２、外部グリッドコンピュータデバイス２０８などの遠隔デバイスと通信することができるように、通信インターフェース４１５に動作可能に結合される。たとえば、通信インターフェース４１５は、インターネットを介してクライアントシステム２１６から要求を受信することができる。
【００３７】
プロセッサ４０５はまた、記憶デバイス４３４に動作可能に結合することもできる。記憶デバイス４３４は、限定はしないが、データベース２１４（図２に示す）に関連するデータなどのデータを記憶および／または検索するのに適した任意のコンピュータ操作ハードウェアである。いくつかの実施形態では、記憶デバイス４３４は、サーバコンピュータデバイス４０１に統合される。たとえば、サーバコンピュータデバイス４０１は、記憶デバイス４３４として１つまたは複数のハードディスクドライブを含むことができる。他の実施形態では、記憶デバイス４３４は、サーバコンピュータデバイス４０１の外部にあり、複数のサーバコンピュータデバイス４０１によってアクセスすることができる。たとえば、記憶デバイス４３４は、ストレージエリアネットワーク（ＳＡＮ）、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）システム、ならびに／または、リダンダント・アレイ・オブ・インエクスペンシブ・ディスクズ（ｒｅｄｕｎｄａｎｔ  ａｒｒａｙ  ｏｆ  ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ  ｄｉｓｋｓ）（ＲＡＩＤ）構成内のハードディスクおよび／もしくはソリッドステートディスクのような複数の記憶ユニットを含んでもよい。
【００３８】
いくつかの実施形態では、プロセッサ４０５は、ストレージインターフェース４２０を介して記憶デバイス４３４に動作可能に結合される。ストレージインターフェース４２０は、記憶デバイス４３４へのアクセスをプロセッサ４０５に提供することができる任意の構成要素である。ストレージインターフェース４２０は、たとえば、アドバンスト・テクノロジ・アタッチメント（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）（ＡＴＡ）アダプタ、シリアルＡＴＡ（ＳＡＴＡ）アダプタ、小型計算機システムインターフェース（ＳＣＳＩ）アダプタ、ＲＡＩＤコントローラ、ＳＡＮアダプタ、ネットワークアダプタ、および／またはプロセッサ４０５に記憶デバイス４３４へのアクセスを提供する任意の構成要素を含んでもよい。
【００３９】
プロセッサ４０５は、本開示の態様を実施するためのコンピュータ実行可能命令を実行する。いくつかの実施形態では、プロセッサ４０５は、コンピュータ実行可能命令を実行することによって、または他の様態でプログラムされることによって、専用マイクロプロセッサに変換される。たとえば、プロセッサ４０５は、図５に示すような命令でプログラムされる。
【００４０】
図５は、マイクログリッドユーティリティシステム１００（図１に示す）を調整する例示的なプロセス５００のブロック図である。マイクログリッドコントローラ２１０は、周波数調整価格設定（「ＦＲＰ」）情報５０２を受信する。例示的な実施形態では、ＦＲＰ情報５０２は、周波数調整サービスの価格設定の履歴データである。米国では、送電網は６０Ｈｚの周波数で動作するように規制される。グリッドの発電と需要との間にギャップがある場合、グリッド周波数はその値から離れることになる。これは、グリッド上の種々のデバイスにおける機能不全を引き起こす可能性がある。周波数調整のためのグリッド平衡は、需要の変化および変動に迅速に対応することを必要とする。周波数調整サービスの提供と引き換えに、外部グリッド１１０（図１に示す）を運用するもののような、グリッド運用機関は、周波数調整サービスの対価を支払う。例示的な実施形態では、ＦＲＰ情報５０２は、グリッド運用機関が周波数調整サービスのためにＭＷ当たり過去にどれだけの対価を支払ったかを示す履歴情報を含む。ＦＲＰ情報５０２は、予測ルーチン５０４への入力として使用され、将来、周波数調整サービスに対して外部グリッド１１０（図１に示す）がどれだけの対価を支払うかを決定する。いくつかの実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、外部グリッドコンピュータデバイス２０８（図２に示す）からＦＲＰ情報５０２を受信する。他の実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、将来の使用のために、データベース２１４（図２に示す）内の外部グリッドコンピュータデバイス２０８からリアルタイムでＦＲＰ情報５０２を受信するときに、ＦＲＰ情報５０２を記憶する。
【００４１】
マイクログリッドコントローラ２１０はまた、外部グリッドコンピュータデバイス２０８からエネルギー価格設定情報５０６を受信する。例示的な実施形態では、外部グリッド１１０は、種々の時点におけるエネルギー価格の固定スケジュールを提供する。例示的な実施形態では、エネルギー価格設定情報５０６は、外部グリッド１１０の運用機関がエネルギーの対価を支払うおよび／または請求する用意があるＭＷ当たりの量を提供する。たとえば、夏季の間は昼間、冬季の間は夜間にエネルギー価格が高くなる可能性がある。例示的な実施形態では、エネルギーの価格は時間によって変化する。他の実施形態では、エネルギーの価格は、他の間隔で変化する場合がある。例示的な実施形態では、エネルギー価格設定情報５０６は、マイクログリッドコントローラ２１０が、２４時間などの所定の時間間隔にわたる価格設定を予測するのを容易にする。
【００４２】
マイクログリッドコントローラ２１０は、負荷電力情報５０８も受信する。負荷電力情報５０８は、マイクログリッドユーティリティシステム１００における負荷１０６（図１に示す）の電力需要を表す。例示的な実施形態では、負荷電力情報５０８は、マイクログリッドコントローラ２１０によってデータベース２１４に記憶された過去の負荷需要に関する履歴情報である。他の実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、１つまたは複数の負荷コンピュータデバイス２０６（図２に示す）から負荷電力情報５０８を受信する。負荷需要にも、上述の時間／季節依存性がある。
【００４３】
マイクログリッドコントローラ２１０はまた、１つまたは複数の再生可能発電プロファイル５１０を受信する。いくつかの発電機１０２（図１に示す）は、太陽電池および風力タービンなどの再生可能資源に基づくことができる。これらの発電機１０２は、発電について天候および他の要因に依存し得る。例示的な実施形態では、再生可能発電プロファイル５１０は、マイクログリッドコントローラ２１０がこれらの発電機１０２の出力を予測するのを容易にする天候および他の情報を含む。
【００４４】
例示的な実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、負荷電力情報５０８と再生可能発電プロファイル５１０とを予測ルーチン５１２において組み合わせて、マイクログリッドユーティリティシステム１００によって負荷１０６に給電するのに必要になる、再生可能発電機１０２によって生成される電力量を超える予測電力量を決定する。
【００４５】
マイクログリッドコントローラ２１０はまた、発電・配電プロファイル５１４を受信する。発電・配電プロファイル５１４は、ディーゼル発電機などの出力を直接制御できる発電機１０２の運用に関する情報を含む。プロファイル５１４は、限定ではないが、１つまたは複数の発電機１０２の運用コスト（すなわち、燃料費）、１つまたは複数の発電機１０２のうちの少なくとも１つの電力をランプアップするためのコスト、１つまたは複数の発電機のうちの少なくとも１つの電力をランプアップするのにかかる時間、１つまたは複数の発電機１０２のうちの少なくとも１つの電力をランプダウンするためのコスト、および  １つまたは複数の発電機１０２のうちの少なくとも１つの電力をランプダウンするのにかかる時間などの情報を含むことができる。例示的な実施形態では、ランプアップとは、発電を１ｋＷ増加させるのにかかる時間量を表す。たとえば、いくつかの発電機１０２は、１秒間以下で１ｋＷだけ電力出力を増加させることができる。他の発電機１０２は、発電量をそれだけ増加させるために１分を要することがある。同様に、ランプダウンは、電力出力を１ｋＷ低減するのにかかる時間量である。
【００４６】
例示的な実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、発電機１０２に関連する発電機コンピュータデバイス２０２（図２に示す）からこれらのプロファイル５１４を受信する。他の実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、クライアントデバイス２１６からこれらのプロファイルを受信する。発電・配電プロファイル５１４はまた、局所配電網１０４（図１に示す）を介してエネルギーを伝送するコストに関する情報をも含むことができる。この情報は、局所配電網１０４を介して負荷１０６および外部グリッド１１０に電気エネルギーをルーティングすることによる伝送損失および他の制約を含むことができる。
【００４７】
例示的な実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、エネルギー価格設定情報５０６、負荷電力情報５０８、再生可能発電プロファイル５１０、および発電・配電プロファイル５１４を使用して、翌日などの、将来の２４時間の発電計画を決定する。計画は、エネルギーの価格、その期間中に負荷１０６によって要求されると予想されるエネルギーの量、ならびにマイクログリッドユーティリティシステム１００における様々な発電機１０２を運用する能力およびコストを入力として使用する。エネルギーの価格がエネルギーを発生するコストと比較して低いいくつかの状況においては、計画は、マイクログリッドユーティリティシステム１００に、外部グリッド１１０からエネルギーを輸入するように要求することができる。エネルギーの価格がエネルギーを発生させるコストよりも著しく高い状況では、計画は、マイクログリッドユーティリティシステム１００に、利益のために外部グリッド１１０に電気エネルギーを輸出することができるように、負荷１０６に必要なエネルギーより多くのエネルギーを発生させることを要求することができる。例示的な実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、計画最適化アルゴリズム５１６を使用して、マイクログリッドユーティリティシステム１００に代わって利益を最大化し、費用を最小限に抑えるように計画を強化する。
【００４８】
計画を使用して、マイクログリッドコントローラ２１０は、外部グリッド１１０に対する入札スケジュール５１８と、その期間中の発電機１０２の運用に関する発電機スケジュール５２０とを生成する。マイクログリッドコントローラ２１０は、入札スケジュール５１８を外部グリッドコンピュータデバイス２０８に送信する。入札スケジュール５１８は、マイクログリッドユーティリティシステム１００が外部グリッド１１０に電気エネルギーをいつ伝送するか、および、マイクログリッドユーティリティシステム１００が外部グリッド１１０から電気エネルギーをいつ受け取るように計画しているかに関する情報を含む。外部グリッドコンピュータデバイス２０８は、入札スケジュール５１８の承認または拒否によって応答する。いくつかの実施形態では、外部グリッドコンピュータデバイス２０８は、入札スケジュール５１８の部分のみを承認する。発電機スケジュール５２０は、入札スケジュール５１８に基づいており、マイクログリッドコントローラ２１０は、外部グリッドコンピュータデバイス２０８からの応答に基づいて発電機スケジュール５２０を修正する。例示的な実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、マイクログリッドユーティリティシステム１００内の１つまたは複数の発電機１０２に関連付けられた発電機コンピュータデバイス２０２に発電機スケジュール５２０を送信する。発電機スケジュール５２０は、発電機コンピュータデバイス２０２に、計画に含まれる期間にわたって発電機１０２をどのように運用するかを指示する。
【００４９】
いくつかの実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、ＦＲＰ情報５０２に基づいて入札スケジュール５１８を生成する。これらの実施形態では、入札スケジュール５１８は、マイクログリッドユーティリティシステム１００が周波数調整の目的で外部グリッド１１０に提供するエネルギー１  ＭＷ当たりの価格を含む。例示的な実施形態では、周波数調整は、マイクログリッドユーティリティシステム１００が、最小の遅延でのリアルタイムにおける周波数平衡について外部グリッド１１０を支援するためのエネルギーを提供することを必要とする。これらの実施形態では、発電機スケジュール５２０の実行中、マイクログリッドコントローラ２１０は、外部グリッド１１０の周波数を調整するために外部グリッド１１０に電気エネルギーを供給するための、外部グリッドコンピュータデバイス２０８からの要求をリアルタイムで受信することができる。受信された要求に基づいて、マイクログリッドコントローラ２１０は、発電機１０２および局所配電網１０４に、要求された電気エネルギーを外部グリッド１１０に提供するように指示する。たとえば、１つまたは複数の発電機１０２を待機モードにすることができ、このモードにおいて、発電機１０２は、要求された電気エネルギーを提供するために急速にランプアップすることが可能であり得る。このサービスのための発電機１０２の一例は、限定するものではないが、電池貯蔵デバイスであってもよい。
【００５０】
一例では、図１に示すプロセス５００は、外部グリッド１１０に関連する調整市場に参加することによって、マイクログリッドユーティリティシステムの期待される利益（収益−コスト）を最大にするように構成される。この実施形態では、周波数調整を提供するためのリアルタイム資産運用のための例示的なコスト関数は、以下によって与えられる。
【００５１】
【数１】
2019516340.tif 000003
式（１）
式中、Ｃｇｅｎはディーゼル発電コスト（＝燃料コスト＋起動コスト）であり、ＣｃｈｐはＣＨＰコスト（＝燃料コスト＋起動コスト）であり、Ｃｇｒｉｄはグリッド購入費または販売収入である。周波数調整スケジューリングのための修正されたコスト関数は、以下のように与えられる。
【００５２】
【数２】
2019516340.tif 000004
式（２）
式中、Ｃｆｒｅｑは周波数調整を提供するコストであり、Ｒｆｒｅｑは周波数調整を提供することによる収益である。
【００５３】
いくつかの地理的地域では、周波数調整は上方調整市場と下方調整市場とに分かれている。これらの地域の一部では、これらの市場は独立している。他の地域では、市場は結びついている。この例について、これらの２つの市場は別個である。リアルタイム資産運用に対する制約の例は以下を含む。
【００５４】
Ｐｇ，ｍｉｎ≦Ｐｇ，ｉ≦Ｐｇ，ｍａｘ  式（３）
ＲＤΔｔ≦Ｐｇ，ｉ＋１−Ｐｇ，ｉ≦ＲＵΔｔ  式（４）
ここで、式３は、Ｐｇ，ｍｉｎが生成される電力の最小量であり、Ｐｇ，ｍａｘが生成される電力の最大量であるような電力制約を含み、Ｐｇ，ｉは発電機ｉによって生成される実際の電力である。ここで、式（４）は、ＲＤΔｔがΔｔにわたるダウン周波数からの収益であり、ＲＵΔｔがデルタｔにわたるアップ周波数からの収益であるような、ランプレート制約を含む。これらの制約の修正版は、以下のように示すことができる。
【００５５】
Ｐｇ，ｍｉｎ≦Ｐｇ，ｉ＋Ｐｒ，ｉ≦Ｐｇ，ｍａｘ  式（５）
ＲＤΔｔ≦（Ｐｇ，ｉ＋１−Ｐｇ，ｉ）＋（Ｐｒ，ｉ＋１−Ｐｒ，ｉ）≦ＲＵΔｔ  式（６）
ここで、Ｐｒ，ｉは再生可能エネルギー源ｉによって生成される電力量である。
【００５６】
上方調整対下方調整のコスト関数は以下のように示される。
【００５７】
【数３】
2019516340.tif 000005
式（７）
式中、ｒは、実際に受け入れられる入札スケジュール５１８の割合を表すスカラーである。
【００５８】
上記のアルゴリズムは、利益を最大化するために、外部グリッド１１０に入札するための最適な先行エネルギー・グリッド付帯サービススケジュールを決定するマイクログリッドアグリゲータとして機能する。さらに、アルゴリズムは、資産の限界（たとえば、資産電力、ランプ定格）内にとどまりながら、２４時間の計画対象期間にわたるマイクログリッド全体の利益（収益−コスト）を最大にするように、マイクログリッドのローカルエネルギー需要を同時に満たすと共に、グリッド付帯サービスの電力出力を提供するために、個々の資産の電力スケジュールを決定する。アルゴリズムは周波数調整に焦点を当てているが、上記式は、瞬動／非瞬動予備力、ランプ予備力、および需要応答などの他のグリッドサービスに対応するための拡張に適合することもできる。
【００５９】
図６は、システム２００（図２に示す）を使用してマイクログリッドユーティリティシステム１００（図１に示す）を調整するプロセス６００の例示的なフローチャートである。例示的な実施形態では、プロセス６００は、マイクログリッドコントローラ２１０（図２に示す）によって実行される。いくつかの実施形態では、プロセス６００はリアルタイムプロセスである。
【００６０】
例示的な実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、所定の期間にわたる１つまたは複数の負荷１０６（図１に示す）のマイクログリッド需要を予測する６０２。マイクログリッド需要は、負荷電力情報５０８（図５に示す）と同様であり、各負荷１０６がその期間にわたって要求すると期待される電気エネルギーの量を表す。例示的な実施形態では、マイクログリッド需要は、所定の期間中の複数の時点における複数の電力レベルを含む。たとえば、マイクログリッド需要は、複数の時点、および、それらの時点において期待される需要量をリストすることができる。例示的な実施形態では、マイクログリッド需要は、データベース２１４（図２に示す）に記憶された履歴負荷データに基づいて生成される。
【００６１】
マイクログリッドコントローラ２１０は、所定の期間にわたる外部グリッド１１０（図１に示す）の需要情報を受信する６０４。例示的な実施形態では、需要情報は、エネルギー価格設定情報５０６（図５に示す）と同様である。例示的な実施形態では、需要情報は、所定の期間内の異なる時点における電気エネルギーの価格に関する情報を含む。いくつかの実施形態では、需要情報は、ＦＲＰ情報５０２（図５に示す）も含む。例示的な実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、外部グリッドコンピュータデバイス２０８（図２に示す）から需要情報を受信する６０４。例示的な実施形態では、所定の期間は、次の２４時間など、２４時間の期間である。他の実施形態では、所定の期間は、本明細書に記載のシステムおよび方法が機能するのを容易にする任意の期間である。
【００６２】
マイクログリッドコントローラ２１０は、需要情報および予測されるマイクログリッド需要に基づいて、１つまたは複数の発電機１０２（図１に示す）の運用計画を決定する６０６。例示的な実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、マイクログリッド需要および外部グリッドコンピュータデバイス２０８によって設定された電気エネルギーの価格に基づいて、マイクログリッドユーティリティシステム１００内の発電機１０２の各々を運用する計画を決定する６０６。たとえば、電気エネルギーの価格が、１つまたは複数の発電機１０２を使用して電気エネルギーを生成するためのコストよりも低い場合、マイクログリッドコントローラ２１０は、１つまたは複数の発電機１０２を使用せず、外部グリッド１１０から必要な電気エネルギーを輸入することを決定することができる。しかしながら、電気エネルギーの価格が１つまたは複数の発電機１０２を使用して電気エネルギーを生成するコストよりも高い場合、マイクログリッドコントローラ２１０は、１つまたは複数の発電機１０２によって、マイクログリッド需要に基づいて必要とされる分を超える電気エネルギーを生成し、必要な電気エネルギーを外部グリッド１１０に輸出することを決定することができる。
【００６３】
マイクログリッドコントローラ２１０は、１つまたは複数の時点において外部グリッド１１０に電気エネルギーを伝送するスケジュールを決定する６０８。運用計画に基づいて、マイクログリッドコントローラ２１０は、外部グリッド１１０に電気エネルギーをいつ伝送するかを決定する。例示的な実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、承認のためにスケジュールを外部グリッドコンピュータデバイス２０８に送信する。例示的な実施形態では、外部グリッドコンピュータデバイス２０８は、スケジュールの一部または全部を承認し、返信をマイクログリッドコントローラ２１０に送り返す。
【００６４】
例示的な実施形態では、マイクログリッドコントローラ２１０は、スケジュールの、それらの関連する発電機１０２に対応する部分を発電機コンピュータデバイス２０２（図２に示す）に送信する。
【００６５】
上述の方法およびシステムは、マイクログリッドの費用効果的な調整を可能にする。さらに、本明細書に記載の方法およびシステムは、コストを削減し収益性を改善しながら、マイクログリッドの動作の最適化を容易にする。これらの方法およびシステムは、外部送電網に電気エネルギーおよび付帯サービスを提供することを容易にする。また、本明細書に記載されたシステムおよび方法は、単一のタイプのシステム、ユーティリティ、または電源に限定されず、外部送電網またはユーティリティシステムに寄与することができる任意のシステムまたはユーティリティを用いて実装することができ、そのユーティリティの直接制御される部分になることがない。ローカルマイクログリッドおよび外部グリッドの負荷の将来の需要を予測することによって、本明細書に記載のシステムおよび方法は、ローカルマイクログリッドの運用機関が、経済的かつ効率的な方法で必要な資源を提供することを容易にする。
【００６６】
本明細書に記載の方法、システム、および装置の例示的な技術的効果は、（ａ）アイランドモードと接続モードの両方においてマイクログリッドを効率的に運用すること、  （ｂ）システム資源への負担を低減すること、（ｃ）マイクログリッドにおける発電の収益性を向上させること、および（ｄ）外部送電網に付帯サービスを提供することを含む。
【００６７】
マイクログリッドを調整するための方法およびシステムの典型的な実施形態が、詳細に上述されている。本明細書に記載の方法およびシステムは、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの構成要素または方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素またはステップから独立に、かつ別個に利用することができる。たとえば、本方法は、複数の異なるタイプのシステムに関連付けられる異なるタイプのユーティリティと組み合わせて使用することもでき、本明細書に記載されるマイクログリッドユーティリティシステムおよび付帯サービスのみによる実施に限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、本明細書に記載されるように運用される、調整を必要とし得る多くの他のシステムに関連して実施および利用することができる。いくつかの他の実施形態では、本明細書に記載の方法およびシステムは、他の付帯サービスおよび任意の他のタイプのユーティリティ生成システムと共に使用することができる。
【００６８】
様々な実施形態の具体的な特徴がいくつかの図面には示されており、他の図面には示されていないが、これは単に便宜上のものである。本明細書に記載のシステムおよび方法の原理によれば、図面の任意の特徴は、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照または特許請求することができる。
【００６９】
いくつかの実施形態は、１つまたは複数の電子デバイスまたはコンピューティングデバイスの使用を含む。このような装置は、典型的には、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）、プログラマブル論理ユニット（ＰＬＵ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）装置などのプロセッサ、処理装置、もしくはコントローラ、および／または本明細書に記載した機能を実行することができる他の任意の回路もしくは処理装置を含む。本明細書に記載した方法は、これらに限らないが、記憶デバイスおよび／またはメモリデバイスを含むコンピュータ可読媒体で具現化された実行可能命令として符号化することができる。このような命令は、処理デバイスによって実行された場合に、本明細書に記載する方法の少なくとも一部を処理デバイスに実行させる。上記の例は例示的なものにすぎず、したがって、プロセッサおよび処理デバイスという用語の定義および／または意味を決して限定するものではない。
【００７０】
本明細書は最良の形態を含む実施形態を開示するため、および、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し、ならびに使用し、およびあらゆる組込方法を実行することを含む任意の当業者が実施形態を実施することを可能にするための例を用いる。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の例が特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と実質的な差異のない等価な構造要素を含む場合には、このような他の例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
マイクログリッドシステム（２００）であって、
１つまたは複数の負荷（１０６）に電気エネルギーを供給するように構成された１つまたは複数の発電機（１０２）と、
前記１つまたは複数の発電機（１０２）に結合され、前記１つまたは複数の負荷（１０６）に結合され、外部グリッド（１１０）に結合された局所配電網（１０４）であり、前記局所配電網（１０４）は、電気エネルギーを伝送するように構成されている、局所配電網（１０４）と、
プロセッサ（３０５、４０５）、および前記プロセッサ（３０５、４０５）に結合されたメモリ（３１０、４１０）を備えるマイクログリッドコントローラ（２１０）と、
を備え、
前記マイクログリッドコントローラ（２１０）は、前記１つまたは複数の発電機（１０２）と通信し、前記外部グリッド（１１０）と通信し、前記マイクログリッドコントローラ（２１０）は、
所定の期間にわたる前記１つまたは複数の負荷（１０６）に対するマイクログリッド需要を予測するステップ（６０２）と、
周波数調整サービスの価格設定を含む前記所定の期間にわたる前記外部グリッド（１１０）の需要情報を受信するステップ（６０４）と、
前記予測されたマイクログリッド需要および前記受信された需要情報に基づいて前記１つまたは複数の発電機（１０２）の運用計画を決定するステップ（６０６）と、
前記運用計画に基づいて前記外部グリッド（１１０）に電気エネルギーを伝送するスケジュールを決定するステップ（６０８）と
を行うように構成されている、マイクログリッドシステム（２００）。
［実施態様２］
前記マイクログリッドコントローラ（２１０）は、前記スケジュールに従って前記１つまたは複数の発電機（１０２）から前記外部グリッド（１１０）への電気エネルギーの伝送を容易にするようにさらに構成される、実施態様１に記載のシステム（２００）。
［実施態様３］
前記マイクログリッドコントローラ（２１０）は、
前記外部グリッド（１１０）に関連付けられたコンピュータデバイス（２０８）に前記スケジュールを送信するステップと、
前記外部グリッド（１１０）に関連付けられた前記コンピュータデバイス（２０８）から前記スケジュールに対する承認を受信するステップと、
前記受信した承認および前記スケジュールに基づいて電気エネルギーの伝送を促進するステップと
を行うようにさらに構成されている、実施態様２に記載のシステム（２００）。
［実施態様４］
前記マイクログリッドコントローラ（２１０）は、前記運用計画に基づいてある時点において前記外部グリッド（１１０）から受け取る電気エネルギーの量を決定するようにさらに構成されている、実施態様１に記載のシステム（２００）。
［実施態様５］
前記マイクログリッドコントローラ（２１０）は、
前記複数の負荷（１０６）に関する履歴需要データを記憶するステップと、
前記履歴需要データに基づいて前記マイクログリッド需要を予測するステップと
を行うようにさらに構成されている、実施態様１に記載のシステム（２００）。
［実施態様６］
前記所定の期間は、現在の２４時間の期間に続く２４時間の期間である、実施態様１に記載のシステム（２００）。
［実施態様７］
前記需要情報は、前記所定の期間中の複数の時点におけるエネルギーの価格設定情報（５０６）を含む、実施態様１に記載のシステム（２００）。
［実施態様８］
前記運用計画は、前記１つまたは複数の発電機（１０２）の運用コスト、前記１つまたは複数の発電機（１０２）のうちの少なくとも１つの電力をランプアップするためのコスト、前記１つまたは複数の発電機（１０２）のうちの少なくとも１つの電力をランプアップするのにかかる時間、前記１つまたは複数の発電機（１０２）のうちの少なくとも１つの電力をランプダウンするためのコスト、前記１つまたは複数の発電機（１０２）のうちの少なくとも１つの電力をランプダウンするのにかかる時間、および伝送損失にさらに基づく、実施態様１に記載のシステム（２００）。
［実施態様９］
前記運用計画は、周波数調整、運用予備力、瞬動予備力、非瞬動予備力、ランプ予備力、および需要応答を含むがこれに限定されない少なくとも１つの付帯サービスを提供することにさらに基づく、実施態様１に記載のシステム（２００）。
［実施態様１０］
前記１つまたは複数の発電機（１０２）、前記１つまたは複数の負荷（１０６）、および前記局所配電網（１０４）は、ローカルグリッドを形成する、実施態様１に記載のシステム（２００）。
［実施態様１１］
マイクログリッドを調整するためのコンピュータベースの方法（６００）であって、前記方法（６００）は、メモリ（３１０、４１０）と通信する少なくとも１つのプロセッサを含むマイクログリッドコントローラ（２１０）を使用して実施され、前記方法（６００）は、
前記マイクログリッドコントローラ（２１０）によって、所定の期間にわたる１つまたは複数の負荷（１０６）に対するマイクログリッド需要を予測するステップ（６０２）と、
前記所定の期間にわたる外部グリッド（１１０）の需要情報を受信するステップ（６０４）であり、前記需要情報は、周波数調整サービスの価格設定を含む、受信するステップ（６０４）と、
前記マイクログリッドコントローラ（２１０）によって、前記予測されたマイクログリッド需要および前記受信された需要情報に基づいて１つまたは複数の発電機（１０２）の運用計画を決定するステップ（６０６）と、
前記マイクログリッドコントローラ（２１０）によって、前記運用計画に基づいて前記外部グリッド（１１０）に電気エネルギーを伝送するスケジュールを決定するステップ（６０８）と
を含む、方法（６００）。
［実施態様１２］
前記スケジュールに従って前記１つまたは複数の時点における前記１つまたは複数の発電機（１０２）から前記外部グリッド（１１０）への電気エネルギーの伝送を容易にするステップをさらに含む、実施態様１１に記載の方法（６００）。
［実施態様１３］
前記外部グリッド（１１０）に関連付けられたコンピュータデバイス（２０８）に前記スケジュールを送信するステップと、
前記外部グリッド（１１０）に関連付けられた前記コンピュータデバイス（２０８）から前記スケジュールに対する承認を受信するステップと、
前記受信した承認および前記スケジュールに基づいて電気エネルギーの伝送を促進するステップと
をさらに含む、実施態様１２に記載の方法（６００）。
［実施態様１４］
前記運用計画に基づいてある時点において前記外部グリッド（１１０）から受け取る電気エネルギーの量を決定するステップをさらに含む、実施態様１１に記載の方法（６００）。
［実施態様１５］
前記複数の負荷（１０６）に関する履歴需要データを記憶するステップと、
前記履歴需要データに基づいて前記マイクログリッド需要を予測するステップと
をさらに含む、実施態様１１に記載の方法（６００）。
［実施態様１６］
マイクログリッドを調整するための、プロセッサ実行可能命令を具現化されているコンピュータ可読記憶デバイスであって、メモリ（３１０、４１０）に通信可能に結合されているマイクログリッドコントローラ（２１０）によって実行されると、前記プロセッサ実行可能命令は、前記障害検出コンピュータデバイス（２１０）に、
所定の期間にわたる１つまたは複数の負荷（１０６）に対するマイクログリッド需要を予測するステップ（６０２）と、
前記所定の期間にわたる外部グリッド（１１０）の需要情報を受信するステップ（６０４）であり、前記需要情報は、周波数調整サービスの価格設定を含む、受信するステップ（６０４）と、
前記予測されたマイクログリッド需要および前記受信された需要情報に基づいて１つまたは複数の発電機（１０２）の運用計画を決定するステップ（６０６）と、
前記運用計画に基づいて前記外部グリッド（１１０）に電気エネルギーを伝送するスケジュールを決定するステップ（６０８）と
を行わせる、コンピュータ可読記憶デバイス。
［実施態様１７］
前記プロセッサ実行可能命令は、前記マイクログリッドコントローラ（２１０）に、前記スケジュールに従って前記１つまたは複数の時点における前記１つまたは複数の発電機（１０２）から前記外部グリッド（１１０）への電気エネルギーの伝送を容易にするステップを行わせる、実施態様１６に記載のコンピュータ可読記憶デバイス。
［実施態様１８］
前記プロセッサ実行可能命令は、前記前記マイクログリッドコントローラ（２１０）に、
前記外部グリッド（１１０）に関連付けられたコンピュータデバイス（２０８）に前記スケジュールを送信するステップと、
前記外部グリッド（１１０）に関連付けられた前記コンピュータデバイス（２０８）から前記スケジュールに対する承認を受信するステップと、
前記受信した承認および前記スケジュールに基づいて電気エネルギーの伝送を促進するステップと
を行わせる、実施態様１７に記載のコンピュータ可読記憶デバイス。
［実施態様１９］
前記プロセッサ実行可能命令は、前記マイクログリッドコントローラ（２１０）に、前記運用計画に基づいてある時点において前記外部グリッド（１１０）から受け取る電気エネルギーの量を決定させる、実施態様１６に記載のコンピュータ可読記憶デバイス。
［実施態様２０］
前記プロセッサ実行可能命令は、前記マイクログリッドコントローラ（２１０）に、
前記複数の負荷（１０６）に関する履歴需要データを記憶するステップと、
前記履歴需要データに基づいて前記マイクログリッド需要を予測するステップと
を行わせる、実施態様１６に記載のコンピュータ可読記憶デバイス。
【符号の説明】
【００７１】
１００  マイクログリッドユーティリティシステム
１０２  再生可能発電機
１０４  局所配電網
１０６  負荷
１０８  外部グリッド接続
１１０  外部グリッド
２００  システム
２０２  発電機コンピュータデバイス
２０４  局所配電デバイス
２０６  負荷コンピュータデバイス
２０８  外部グリッドコンピュータデバイス
２１０  マイクログリッドコントローラ、マイクログリッドコンピュータデバイス、障害検出コンピュータデバイス
２１２  データベースサーバ
２１４  データベース
２１６  クライアントデバイス、クライアントシステム
３０１  ユーザ
３０２  ユーザコンピュータデバイス
３０５  プロセッサ
３１０  メモリ領域
３１５  メディア出力構成要素
３２０  入力デバイス
３２５  通信インターフェース
４０１  サーバコンピュータデバイス
４０５  プロセッサ
４１０  メモリ領域
４１５  通信インターフェース
４２０  ストレージインターフェース
４３４  記憶デバイス
５００  プロセス
５０２  周波数調整価格設定（ＦＲＰ）情報
５０４  予測ルーチン
５０６  エネルギー価格設定情報
５０８  負荷電力情報
５１０  再生可能発電プロファイル
５１２  予測ルーチン
５１４  発電・配電プロファイル
５１６  計画最適化アルゴリズム
５１８  入札スケジュール
５２０  発電機スケジュール
６００  プロセス
【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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【国際調査報告】
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