(57)【要約】    配電網階層構造内の異なるレベルにあることが好ましい二つの配電網部分を接続するサブステーションを有している配電網システムが提供されている。フロー制御手段が提供され、二つの配電網部分間の電気フローをが、ネットワーク内の各配電網部分のストレスレベルに応じて制御されるようになっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる周波数レベルおよび／または電圧レベルで動作する二つの配電網部分を接続する、配電網システムのサブステーションであって、
前記二つの配電網部分から入手可能な電気量および／または前記二つの配電網部分により必要とされる電気量を示すパラメータを監視するための手段と、
前記二つの配電網部分の前記パラメータに応答して前記二つの配電網部分間の電気フローを制御するための応答フロー制御手段と
を備えてなる、サブステーション。
【請求項２】
前記配電網部分のうちの一方または両方の前記パラメータが、該配電網部分のうちの一方または両方の周波数を含んでなる、請求項１記載のサブステーション。
【請求項３】
前記周波数レベルを周波数の絶対値として監視するように構成される、請求項２記載のサブステーション。
【請求項４】
前記周波数が、正常動作周波数からの周波数偏差の量として監視され、該正常動作周波数が、対応する配電網部分がストレス下にないときの周波数である、請求項２記載のサブステーション。
【請求項５】
前記二つの配電網部分のＡＣ位相をより近づけて相互に一致させるべく、該二つの配電網部分間の電気フローを調整するための手段をさらに備えてなる、請求項２乃至４のうちのいずれかに記載のサブステーション。
【請求項６】
前記ＡＣ位相をより近づけて相互に一致させるための前記手段がスイッチを備えてなる、請求項５記載のサブステーション。
【請求項７】
前記配電網部分のうちの一方または両方の前記パラメータが、前記配電網部分のうちの一方または両方から入手可能な電気量とそれにより要求される電気量との間の不均衡さを示す信号を含んでなる、請求項１記載のサブステーション。
【請求項８】
前記配電網部分のうちの一方または両方の前記パラメータが、該配電網部分のうちの一方または両方への電気の価値を示す価値パラメータを含んでなる、請求項１記載のサブステーション。
【請求項９】
前記価値パラメータが、金銭的な価格価値を含んでなる、請求項８記載のサブステーション。
【請求項１０】
前記金銭的な価格価値が、前記配電網部分のうちの一方もしくは前記配電網部分のうちの両方の周波数またはストレスレベルに応じて変動するように構成される、請求項９記載のサブステーション。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちのいずれか一つに記載のサブステーションにより接続される二つの配電網部分間を備える電気供給配電網システムであって、
各配電網部分が、一または複数の負荷装置と、前記パラメータを提供するための管理ユニットとを備えてなる、電気供給配電網システム。
【請求項１２】
前記管理ユニットが、対応する前記配電網部分の周波数に応じて、前記一または複数の負荷装置による電気の消費を調整するように構成される、請求項１１記載の電気供給配電網システム。
【請求項１３】
添付の図面を参照して記載される請求項１乃至１２のうちの一つに記載のサブステーション。
【請求項１４】
添付の図面を参照して記載される請求項１乃至１３のうちの一つに記載の電気供給配電網システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給配電網に関するものであり、さらに詳細には配電網のうちの同調している部分を接続するサブステーションに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の配電網は本質的に不安定なものである。ほとんどの状況においておよびその期間のほとんどの時間、この本質的な不安定性は、さまざまな制御アクションにより抑制、制御されているため、ほとんどの人達にとって、電気照明はほとんど常についたままで消えることがない。
【０００３】
残念なことではあるが、装置には故障が発生するものである。故障の可能性が、予測され配電網の構造の計画段階で考慮されていなければ、その故障により配電網の運転および電気フロー（ｆｌｏｗｓ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｙ）に変化を引き起こし、これにより、さらなる故障が続いて引き起こされることになる。このような故障が連続して発生する可能性を最小限に抑え、発生した場合にはその程度を最小限に抑えるためのさまざまな制御戦略および制御アクションが計画されている。公知の制御戦略には、故障が引き続いて発生することについて保証しているものもなければその見込まれる程度について保証しているものもない。全体的な配電網の故障およびすべての電力供給の停止は一つの可能性として依然として存在したままである。ただし、優れた方法（ｇｏｏｄ  ｐｒａｃｔｉｃｅ）を効果的に実施することにより、この可能性を僅かなものとし、停電の期間を短くすることができる。我々は、２００３年の秋、米国での大停電、ロンドンでの短期間であったが衝撃的な大停電、南スカンディナビアにおける大停電およびイタリアでの停電からなる４つの大きな停電を通じて、先に記載された本質的な不安定性の結末を経験している。
【０００４】
上記の本質的な不安定性は、配電網設計を推進してきた基本的電気特性に起因している。
−  伝送の実質的即時性。電気はワイヤ内を光の速度の数分の１の速度で進む。さまざまな装置により効果の伝搬が遅延されるものの、この効果は、制御が実際のイベントに対処する場合に必要ないかなるステータスデータまたは制御データよりも非常に高速で伝搬される。
−  配電網の同調性。伝送の即時性により、配電網のすべてのコンポーネントを単一の配電網周波数に固定するまたは同調させることが可能となる。また、この中核となる交番電流（または、Ａ／Ｃ）もまた、当該Ａ／Ｃをすべての配電網の根本的な基盤となす特徴のほとんどの基盤である。
【０００５】
電機産業の創設者に電力を長距離伝送することを可能とし、初期の技術をより効率の良いものにした電気を大規模に生成することを可能としたのはＡ／Ｃである。Ａ／Ｃにあっては、効率のよい長距離伝送のために非常に高電圧に変圧し、次いで、産業上の利用または家庭での利用のために安全で都合の良い低電圧に変圧し戻すことができる。このあとの進歩により今日の配電網が作成された。すべてが、同一の共通周波数と、階層的伝送サービス（したがって、電圧）に同調されている。この階層構造の各レベルはサブステーション（ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ）を通じて低レベルおよび高レベルにリンクされている。
【０００６】
サブステーションは、電圧を変更または変圧する変圧器を相互接続するスイッチから主になっている。一般的にいえば、変圧器は、二つのサービスのうちの一つのサービスを提供するように設計されている：
●  「昇圧変圧器」−  電気が生成される低電圧から、長距離・高容量伝送ネットワーク用の高電圧に変圧する。
●    分配変圧器  −  高電圧から、よりローカルネットワークに適した低電圧に変換する。今日、ヨーロッパにおいて家庭および職場で用いられている２３０ボルトに到達するまでに複数の分配電圧レベルが通常存在する。
【０００７】
通常、配電網は、電力が高電圧配電網から階層構造を下ってローカルな需要に流れていくという想定に基づいて設計されている。大規模発電機は、通常昇圧変圧器を通じて、電力を提供するようになっているが、その電力を最も高い電圧レベルへ供給されることが想定されている。
【０００８】
配電網においては、電気は、ネットワークの物性に従って流れる。２点間の電気経路のうちの一部または全部で電気が流れうる。ただし、電圧が途中で変圧される場合もある。ネットワーク、電気の供給側および受信側ならびにスイッチの構成の十分な知識があれば、これらのフロー（ｆｌｏｗｓ）を、モデル化し、妥当な正確さで予測することができる。
【０００９】
電圧および無効電力（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｐｏｗｅｒ）の能動的な制御または受動的な制御により得られるフローに影響を与える手段が存在する。この制御は、発電機（電圧および電力の位相のための発電機の調整）、変圧器（巻きの選択）を通じて、電力変換（元々はモータ発電機であったが現在はより一般的に静電変換器またはＳＴＡＴＣＯＮＳ）により、および、伝送回路を慎重に選択することにより実行される。
【００１０】
配電網マネジャーは、あるコンポーネントの故障、すなわち不可抗力によるネットワークの再構成に際してフローを予測し、これらの予測結果を用いて、コンポーネントの故障に耐える構成を定義・設定することに非常に努力している。計画および安全対策方針にあわせて、これらの構成は、発生しうる単独の故障からの深刻な中断を回避するように通常設計されている。故障が発生した場合、安全レベルの回復のための再計画および手動切り換えの優先順位が高くなり、こうすることにより、システムが再び単独の故障を処理できるようになる。
【００１１】
この再計画は、実際に発生したことに対する正しい理解に著しく依存する。この理解は、計画担当者およびオペレータへ送信されるステータス信号の範囲に応じて、間接的手段により達成されることが多い。かかるステータス信号は、当該ステータス信号が示している作用よりも遅い上に不正確でありかつ信頼性が低いことが多いため、これらの間接的な測定結果から、根本的原因、すなわち実際の故障の判断を行うことは困難または不可能である場合もある。したがって、自動予測および自動制御は、遅すぎて連続する故障を回避することができない。
【００１２】
不適切な電気フローによりインフラに発生しうる損失が装置にとって致命的な場合があるため、自動的保護は、装置を保護することに合わせてチューニングされる傾向にある。これは、切断および停止、すなわち停電を起こすことにより最も容易に達成される。
【００１３】
発生しうる停電の規模は配電網全体に及びものでありうる。配電網がＡ／Ｃにより相互に接続されている限り、全ての個々の部分におけるフローは、すべてのその他の部分により影響を受ける。１つの部分が切断された場合、このことがその他の部分に影響を与え、その結果、新しい状況に対して、構成が適切でなくなる場合が多い。したがって、さらなる過負荷および故障が誘発される。
【００１４】
全体として同期がとられている配電網においては、その周波数が中心的な制御機能を働かせるようになっている。この周波数により、発電（ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）と消費（ｌｏａｄ）との間の均衡が示される。発電が多すぎると、周波数が上昇し、少なすぎると、周波数が下降する。配電網マネジャーの従来の役目は、発電が周波数に応じて変化するように、通常発電機からの制御が適切に加えられることを担保することにある。すなわち、周波数が上昇した場合、発電機は、出力を下げ、周波数が降下した場合、発電機は、出力を上げるようになっている。周波数を管理する他の良い方法は、冷蔵庫の如き負荷サイクルにより動作する負荷デバイス（ｌｏａｄ  ｄｅｖｉｃｅｓ）に周波数に応じてその負荷サイクルを調整させることである。英国特許第ＧＢ2361118号には、このようなシステムが開示されている。この制御は、Ｒｅｓｐｏｎｓｅ（すなわち、応答、リスポンス）として知られており、需要の正常な変動および故障の如き滅多に起こらないイベントに対して応答するに当たって十分な量のリスポンス（Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を有していることを担保することが配電網マネジャーの重要な最大の関心事である。
【００１５】
故障により配電網の一部が喪失されるかまたは配電網の他の部分から分離（すなわち、アイランド化）される場合、通常、このことは、その他の部分における供給（発電）と需要（負荷）との均衡がとれなくなることを意味している。十分な量のＲｅｓｐｏｎｓｅが利用可能である場合には、上記の不均衡は周波数の変動に反映される。周波数がその中心の設定値から離れすぎると、さらなる保護リレーが開放され、配電網のさらなる部分が喪失されることになる。
【００１６】
配電網全体にわたってリスポンスが適切に分布されていない場合、このことにより、配電網の異なる部分が相互に接続されている地点または回路（すなわち、サブステーション（ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ））における電気フローが上昇しうる。これにより、さらなる故障が次から次へと引き起こされる。
【００１７】
配電網の二つの部分が切断される場合、これらの二つの部分の周波数が異なっていく傾向があり、これらの二つの部分のＡ／Ｃの位相が異なっていく。配電網のこれらの二つの部分間になんらかの相互接続が残っている場合（これらが、電圧階層構造のかなり異なるレベルにおいてであっても）、この位相の差により、二つの部分が交差するところで予測不能な事態（通常は非常に有害な事態）が引き起こされることになる。また、後で行う再接続も、二つの位相が一致したときにのみ行われなければならないし、これら再接続された二つの部分の同期を持続するために必要となるフローを供給するに当たって十分な容量を有していなければならない。これは、困難なことであり、さまざまな切換用サブステーションにさらなる専用装置を必要とする。
【００１８】
最近まで、システムを単一の配電網および単一の周波数として管理し、この「単一の」配電網からの分離により形成されうる個別のアイランド内の発電および負荷を全て停止する（および停止する自動制御システムを備える）ことが、配電網管理人の慣習であった。ごく最近では、アイランドを別々にしておくことによる信頼性面での利点の可能性が認識されてきており、別々のアイランドの存続を可能とする制御システムを構築しようとする取り組みがなされている。良いか悪いかはべつにして、発電の分布密度が高いと単一アイランド制御手法の妥当性が下がることは確かである。
【００１９】
異なる周波数で動作している配電網を相互に接続することができる。この相互接続は、長距離ＤＣ回路により行われることが一般的である。これらの回路は、一つの配電網からのＡ／ＣをＤＣに変換し、そのＤＣを短距離または長距離伝送し、そのＤＣを、受信側配電網の周波数のＡ／Ｃへ変換することにより動作する。最近、このことをなすための大きな進歩が電子技術においてあった。すなわち、半導体（トランジスタ、ダイオードなど）がより大きな電流を扱うことができるようになった、この分野は、すでに確立された分野であり、一般的に「デジタル変圧器」と呼ばれ、多くの目的および多くのサイズの電力変換器が入手可能である。
【００２０】
ほとんどのＤＣ相互接続器は、一つの配電網におけるピーク負荷が異なる時間にピークを有する他の配電網からの電力により部分的に充足されるように、電力が両方向に流れるように設計されている。このことは、距離が長い場合に最も有益である。長距離ＤＣ伝送回線は、Ｎ個の別々の米国配電網を接続するために用いられ、英国配電網とヨーロッパ大陸配電網との間の海峡横断リンクは広範囲に用いられている（ほとんどフランスから電気を輸入するためのものである）。
【００２１】
また、電力変換器は、ほとんどの発電デバイスおよび消費デバイスにおいてますます重要なコンポーネントになりつつある。たとえば、ほとんどの風力タービンは、配電網に対する負担を調整するための電力電子機器（ｐｏｗｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）を備えている。
【００２２】
サブステーションは、伝送・分配階層構造の異なるレベル間で接続があるところならばどこにでも存在する。最上部には、最大電圧レベル、すなわち伝送ネットワークがあり、英国においては４００ｋＶで動作している。他の国では、異なる電圧が用いられている。ほとんどの大規模発電所では、昇圧変圧器を通じて、このレベルの電気が配電網に投入される。このようにして、電気が国中の配電網サブステーション（Ｇｒｉｄ  Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ）へと伝送される。ほとんどの国では、伝送用配電網（Ｔｒａｎｍｉｓｓｉｏｎ  Ｇｒｉｄ）は、複数の電圧レベルを備えている。英国では、低電圧配電網は２７５ｋＶである。配電網サブステーションは、ネットワークの電気を変圧する。
【００２３】
各レベルでは、配電網は、少なくとも理論的には、高レベルネットワークを通じて相互に接続される複数の別々のネットワークに分割されてもよい。したがって、２７５ｋＶネットワークが、別々に、国中のさまざまな部分に張り巡らされうる。実際面においては、これらのネットワークもまた直接に接続されていることが一般的である。
【００２４】
高電圧の伝送ネットワークは、電気を、サブステーションを通じて通常電圧をさらに下げて、低電圧の分配ネットワークへ供給している。また、配電網供給ポイント（Ｇｒｉｄ  Ｓｕｐｐｌｙ  Ｐｏｉｎｔｓ（ＧＳＰ））は、転送が計量されるポイントであることが多く、ここからの電気を移送するためのインフラの所有者が変更される場合がある。
【００２５】
複数の分配ネットワークは、単一のＧＳＰから電気の供給を受け、その電気を、その電気を消費する複数のポイントに対して、低電圧ネットワークが交差するところでサブステーションを有している一連の低電圧ネットワークを通じて移送しうる。
【００２６】
個々の分配ネットワークは、複数のＧＳＰから電気を受け取るようになっていてもよく、これにより、単一の供給ポイントへの依存性を排除しうる（またこれにより、単一の故障が障害を与えないことを担保しうる）。このことは確実に、高電圧伝送ネットワークの外側に、異なるＧＳＰ間で電気を流すことができるある種の電気経路が存在することを意味する。これらの複数の電気経路が、ネットワークのほとんどを可能な限り単一の配電網周波数に同調させるという願いをかき立てている特徴のうちの一つである。
【００２７】
一般的に、ネットワーク制御の前提は、電気が、高電圧ネットワークから低電圧ネットワークに流れるということであり、大規模発電所により最大効率が達成されるというコンセプトを反映している。最近では、分配ネットワークに電気を供給する小型の発電機が着目されるようになってきた。この「分配型発電機（ｅｍｂｅｄｄｅｄ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）」からの電気は、それが接続されている分配ネットワーク内で消費されるものと一般的に想定されており、高電圧ネットワークからのフローを減らしているに過ぎない。しかしながら、ネットワーク内のいずれのレベルであっても、分配型発電機が搭載されていくにつれ、その分配ネットワーク内において消費される量よりも多くの電気が発電される場合が発生するため、高レベル配電網への電気移送が必要なものとなる。
【００２８】
以上のような理由により、配電網の制御が、単純な一方向の電気フローの場合と比べて、より複雑になり、潜在的に不安定になっている。たとえばこれらの問題には、分配型発電機をどのように制御するのか、分配ネットワークから伝送ネットワークへの電気フローをどのように決定するのか、これらのネットワークに故障が発生すると何が起きるのか？これらの故障をどのようにして最小限に抑えることができるのかなどがある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は、以上で明らかにされた問題の解決を追求するものである。
【００３０】
本発明は、第一の態様において、異なる周波数レベルおよび／または電圧レベルで動作する二つの配電網部分を接続するサブステーションを提供している。このサブステーションは、二つの配電網部分から入手可能な電気量および／またはそれらにより必要とされる電気量を示すパラメータを監視する手段と、これらの二つの配電網部分のパラメータに応答して二つの配電網部分間の電気フローを制御するための応答フロー制御手段（ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ  ｆｌｏｗ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｍｅａｎｓ）とを備えている。
【００３１】
好ましくは、配電網部分のうちの一方または両方のパラメータは、配電網部分のうちの一方または両方の周波数を含んでいる。
【００３２】
好ましくは、配電網部分は、伝送ネットワークおよび分配ネットワーク、分配ネットワークおよび家庭用電気機器のような、配電網階層構造における異なるレベルにある。サブステーションは、いずれの二つの配電網部分間に設けられてもよい。
【００３３】
周波数レベルは、配電網部分またはネットワークの「ストレス」の指標を提供する。測定される値は、たとえば周波数の絶対値であってもよいし、または、配電網がストレス下にないときの「正常」動作周波数からの周波数偏差であってもよい。
【００３４】
配電網部分が異なる周波数で動作し、ＡＣ位相が一致していない場合があるので、これらのＡＣ位相を一致させる手段または可能な限り近づけたまま留めておく手段を提供しうる。これは、たとえば詳細な記載に記載されているようなスイッチの形態を有するものであってもよい。
【００３５】
他の好ましい態様によれば、配電網部分のうちの一方または両方のパラメータは、配電網部分のうちの一方または両方から入手可能な電気量とそれにより要求される電気量との間の不均衡さを示す信号を含んでいる。
【００３６】
管理ユニットは、配電網部分または配電網「ドメイン」内の応答を調整する。また、管理ユニットは、個々の動作周波数における、全体としての配電網部分への電気の価値（ｖａｌｕｅ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｇｒｉｄ  ｐａｒｔ  ａｓ  ａ  ｗｈｏｌｅ）に関する情報を含んでいる。
【００３７】
好ましい応答サブステーションは、上述の制御問題を、配電網、すなわち伝送・分配ネットワークを複数の周波数ドメインに分割することを可能にすることにより解決する。この応答サブステーションにより、異なる周波数ドメインがそれ自体を安定化させる方法で相互に相互作用し、外乱の衝撃を最少に抑え、サブステーションおよび電力フローを管理するための制御（および経済）モデルを提供することを可能とする一つの制御思想が提供される。
【００３８】
上記の制御思想および制御原理、すなわちＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎコントローラのアーキテクチャおよび構造は、それを適用するように選択された階層構造内のレベルがいずれであっても同じである。それは、全国配電網伝送ネットワークから分配ネットワークまでまたはローカルな郊外分配ネットワークから個々のホームまたはオフィスまでの間を相互に接続するときに適用される。
【００３９】
好ましい構成では、本発明は、同期の取られた配電網間の不均衡に対処するように応答するが、本発明は、取引ツールとして用いられてもよい。
【００４０】
したがって、他の好ましい態様では、配電網部分のうちの一方または両方のパラメータは、配電網部分のうちの一方または両方への電気の価値を示す価値パラメータを含んでいる。
【００４１】
上記の価値パラメータは、各配電網部分が電気に対して支払うまたは請求する用意がある価格であってもよい（必要ではない）。この価格は、配電網部分の周波数または「ストレスレベル」に応じて変動してもよい。
【００４２】
第二の実施形態によれば、本発明は、第一の態様に従うサブステーションにより接続される二つの配電網部分を備えている電気供給配電網システムを提供している。各配電網部分は、一または複数の負荷装置（ｌｏａｄｓ）と、上記のパラメータを提供するための管理ユニットとを備えている。
【００４３】
電気供給配電網システムの好ましい態様においては、上記の管理ユニットは、対応する配電網部分の周波数に応じて上記の一または複数の負荷装置による電気の消費を調整するためのものである。
【００４４】
本発明の上記の態様は、最も好ましい実施形態では、本発明の第一の態様と組み合わせて用いられ、こうすることにより、電気フローが、接続されている配電網部分の周波数または「ストレス」レベルと、その周波数における配電網部分への電気の価値とに応じて制御される。
【００４５】
上記の発明概念は、英国特許第2361118号に開示されているような応答負荷サービス（ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ  ｌｏａｄ  ｓｅｒｖｉｃｅ）と組み合わされた上記の応答サブステーション（ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ  ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ）を備えている応答配電網システム（ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ  ｇｒｉｄ  ｓｙｓｔｅｍ）において最も好ましく適用されている。
【００４６】
以下で、添付の図面を参照して、好ましい実施形態を記載するが、これらに限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
ここで、本発明の一般的な技術思想および好ましい実施形態を図１を参照しながら記載する。
【００４８】
先に記載したように、配電網は、サブステーションにより接続される複数のレベルまたはネットワークから形成される階層構造からなっている。
【００４９】
最上部には、最大電圧レベル、すなわち伝送ネットワークがあり、英国においては４００ｋＶで動作している。他の国では、異なる電圧が用いられている。ほとんどの大規模発電所では、昇圧変圧器を通じて、このレベルの電気が配電網に投入される。このようにして、電気が国中の配電網サブステーションへと伝送される。ほとんどの国では、伝送用配電網は、複数の電圧レベルを有している。英国では、低電圧配電網は２７５ｋＶである。配電網サブステーションは、このネットワークの電気を変圧する。
【００５０】
各レベルでは、配電網は、少なくとも理論的には、高レベルネットワークを通じて相互に接続される複数の別々のネットワークに分割されうる。したがって、２７５ｋＶネットワークが、別々に、国中のさまざまな部分に張り巡らされうる。実際面においては、これらのネットワークもまた直接に接続されていることが一般的である。
【００５１】
高電圧の伝送ネットワークは、電気を、サブステーションを通じて通常電圧をさらに下げて、低電圧の分配ネットワークへ供給している。また、配電網供給ポイント（ＧＳＰ）は、転送量が計測されるポイントであることが多く、ここからの電気を移送するためのインフラの所有者が変更される場合がある。
【００５２】
複数の分配ネットワークは、単一のＧＳＰから電気の供給を受け、その電気を消費する複数のポイントへ、低電圧ネットワークが交差するところでサブステーションを有している一連の低電圧ネットワークを通じて電気を移送しうる。
【００５３】
ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの中心的なコンセプトは、ネットワーク上のすべてのデバイスが単一周波数に同期されており、この周波数がネットワーク上の供給−需要の不均衡さの度合いに応じて変化するという同期ネットワークの創発的特徴である。この周波数は、参加デバイスにとっては、ネットワーク状態に関する信号であり、ある参加デバイスにとっては、動作を調節して安定性を提供する目的で用いられる信号である。
【００５４】
この信号は、ノイズを有し、需要−供給の瞬時の変化に応じて連続して上下に変動する。この変動の程度を最小限に抑えて信号をクリアなものとするためには、配電網の範囲をできるだけ大規模にし、総数を大きくすることにより個々の変動を統計的に平滑にすることが有用である。このことが、大規模な配電網が好まれる動機の一つである。
【００５５】
しかしながら、（理想的には、配電網周波数に応じて消費量を調整して均衡の保持を容易にする負荷サイクルの小さなデバイスであるＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄデバイスにより）Ｒｅｓｐｏｎｓｅが適切に提供される場合には、より小さなドメイン内において上記の周波数の安定性を達成することができる。また、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄデバイスを用いることで、不均衡が、ドメインの安定性を妨げることなくより長時間にわたって許容されるため、当該不均衡から回復するために考えうる行動を取る機会が与えられる。
【００５６】
上記の小さなドメイン内においてさえも依然として、以下の必要性が存在する：
●  ドメイン内においてより多くのまたはより少ない電気を生成すること、
●  ドメイン内においてより多くのまたはより少ない電気を消費すること、または
●  一または複数の他のドメインへ電気を送る（ｅｘｐｏｒｔ）かまたはそこから電気を受ける（ｉｍｎｐｏｒｔ）こと。
【００５７】
必要電気量にあっては、ネットワークまたは配電網部分の内においてＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄデバイスの動作により減少されているか否かに関係なく、ドメインの、選択された中心周波数または制御周波数（たとえば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）からの周波数偏差から直接導出することができる。「正常な」需要を知っていれば、瞬間的な不足分の程度（たとえば、ｋＷの単位で表現した場合）は、制御周波数（Ｈｚ）からのズレ周波数とＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄの程度および質ならびにそれが請け負うことができる熱慣性を反映するパラメータとの関数である。このズレがしばらく続く場合、繰延需要の量（たとえば、ｋＷの単位で表現した場合）は、最後に周波数が所望のポイントにあったときからのズレ周波数の積分とＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄデバイスを反映する主要パラメータとにより直接導出されうる。実際問題として、これは、周波数により駆動されるクロックが正確なクロックからどの程度ズレているかを測定することにより測定されうる。
【００５８】
ネットワークの「正常」需要の情報は直ぐには変わらないので、これは、迅速に求めることができて、かつ、消費動作または発電動作を調整することができるすべての参加者に（自動的にまたは人的により）伝達することができるパラメータである。需要は時間の経過とともに変化するが、その変化は、かなり予測可能であり、実時間中に前もって参加者へ知らせられうる。
【００５９】
不均衡が存在する場合、参加者は、不均衡の程度を理解して、それに対してどのように反応をするかを決断することができる。たとえば指定されたレベルの不均衡を解消するために支払う（または請求する）用意のある価格を前もって提示するように周波数ドメインを管理することによって、上記の決断に対し影響を与えることができる。たとえば、参加デバイスは、不足分が（たとえば）５ＭＷｈを上回るとき、（メータ計量期間内に）供給される余剰電気に対して単位ＭＷｈ当たり５０ドル支払う用意があることを公表することができる。この不足分は、ＭＷｈ単位ではなくクロック遅延を秒単位で表した単位で表現されてもよい。この場合、余剰電気は、供給されたものの消費されていない電気の量と正確に一致する。
【００６０】
したがって、すべての参加者は、上記の信号に対して、自分達の価格感性（ｐｒｉｃｅ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）に応じて応答するように、自分達の制御システムを設定することができる。  高消費デバイス（たとえば、温水器または蓄熱機）を、不足分が存在しないときのみ電気を消費するように設定することにより、追加費用を回避してもよい。補助発電機またはピーキング発電機（ｐｅａｋｉｎｇ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を備えた参加者は、価格しきい値が費用を上回るとき、配電網に電気を供給するようにそのシステムを設定することができる。発電機は、費用の変化を反映するように出力を増減することができる。
【００６１】
また、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、接続されているその他のネットワークへ供給するまたはそこから供給される電気を増加または減少させるかを選択することができる。ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、ドメインへのまたはドメインからの電気の流入および流出の一部を制御することができる。
【００６２】
ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、その他のネットワークの状態を考慮に入れなければならないという点において、さらに複雑化されている。しかしながら、その他のネットワークは、それ自体の周波数ドメインを有するので、不均衡さの程度に関するそれ自体の信号を有している。また、その他のネットワークは、それ自体の管理手法およびそのドメインに対して提示される一組の価格を有している。ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、この価格と比較して、そこに対するフローを変更するか否かを決定するようになっている。一方のネットワーク上の価格が高く他方のネットワーク上の価格が低い場合、低い価格側から高い価格側へのフローを増やすよう（または、その逆方向のフローを減らすよう）になっている。
【００６３】
以上のようにフローを変化させると、わずかながら各ネットワークの不均衡さが変化し、それにより、関連する周波数が変化する。次いで、このことにより、両方のデバイスが価格曲線上の異なるポイントに移動され、これらデバイスの動作が引き続き調整される。
【００６４】
電気の「価値」が考慮される本発明の幾つかの態様または実施形態においては、ここでいう電気の「価値」が価格の観点から見られたものであることが好ましい。価格は、配電網を安定化させるように発電動作および負荷動作を調整する表現方法として非常に便利かつ強力な方法である。また、価格は、ほとんどの参加者間に存在する経済的および商業的な関係を反映する動作を促進するための基礎的な経済的論理根拠となりうる。しかしながら、この価格が金銭的なものである必要はない。一部の配電網では、たとえば工業団地内でＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎおよびＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＤｅｖｉｃｅｓに伝達される「価格」は、複雑な制御最適化分析の結果を反映したデバイスの協調を管理するための都合の良いパラメータにすぎない。
【００６５】
ほとんどの国では、電気は、卸売りレベルにおいて、かなり短い期間でメータ販売（ｍｅｔｅｒｅｄ）されている。英国では、３０分毎にメータ販売されている。卸売り取引により価格と各３０分毎に供給される電気量とが明らかにされ、これを用いて、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎ通じて流れるデフォルトフロー（いずれの配電網においても不均衡が存在しない場合のフロー）が設定される。不均衡さに応答したこのデフォルトフローからのズレ量は、基本取引では設定されない。周波数ドメインの管理により調整されるのは、これらの価格である。
【００６６】
以上のように、価格が電気フローを制御する役目をする場合、各配電網に対するＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの寄与（または各配電網からの控除）の程度を示す指標が存在する必要がある。フローを制御するために用いられる信号をメータ販売の記録として利用可能であるが、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが電気フローを記録するためのメータを備えていてもよい。これらのメータは、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎコントローラにデータを送信し、このＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎコントローラが、周波数信号から算出されるような価格と、デフォルト値からのフローの差とを乗算し、周波数ドメインまたは配電網部分の管理に起因するまたはそこからの値を累積するようになっている。
【００６７】
もちろん、ドメイン（または配電網部分）の管理により、瞬時の価格の記録が保存され、メータ販売期間においてＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎを流れる電力フローの合計が把握される。これらは、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが発表する価格と整合性がとれる必要がある。ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが、「不正使用」をおこなって、配電網の最大利益に反しそれ自体の利益追求のために電気を流すという可能性が残っている（たとえば、低価格で余剰電気を流し、高価格でのフローを減少させること）。価格および不均衡の予測が困難なため、不正使用を行うと、不正使用を行わない状態に戻ったとき、メータ読取値のつじつまが合わなくなるか、または利益獲得機会を失うことになる。それでもやはり、コントローラのメータに関する部分は、外部の検証者による制御および管理を必要としうる。
【００６８】
また、各配電網に対して「中心価格」が存在する必要がある。これは、配電網がその中心周波数で動作している時点での電気の交換価格であり、通常市場鞘取引により、両方側の価格が同一になることが担保されている。ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが一方の配電網の周波数が低いことに気づいた場合、この配電網による追加の電気の取得は、供給側の配電網の周波数に重要な影響を与えるものではないかもしれないが、この追加の電気は無償にはなりえない。
【００６９】
契約した電気が供給されないという故障モードが発生する場合があり、この場合には、
それと等価の逆流電気として処理され、供給側配電網の管理システムにより示される（変動）価格で支払われる必要がある。
【００７０】
故障が発生したときには、その故障が一方側または他方側のどちらに帰属するかを結論付けし、その故障の帰属を価格格差と関連づけすることが役に立つ場合がある。ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが、取り付けられ、いつでも供給（ｅｘｐｏｒｔ）を行える状態にあるにもかかわらず電気が入手できない場合、「供給電気」のフル価格を受け取るべきでないのは供給側システムの方である。それに対して、受理側ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎまたは受理側配電網が電気を受け取ることができない場合、過失の「供給電気」は割引されるべきである。
【００７１】
各配電網管理、すなわちその配電網上のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、配電網周波数不均衡信号を、当該各配電網管理が支払いうる（または、請求しうる）価値に変換するための固有の価格方程式を導出しなければならない。これは、複雑な解析課題および市場課題（本出願の技術範囲外）であり、安定供給の価値に関する適切な信号を参加者（需要側参加者）に送るように設計される必要がある。
【００７２】
一つの配電網上の複数組のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが異なる組織により所有および／または運転され、これらの組織の各々が固有の配電網管理システムを有しうるような理にかなったビジネスモデルが存在しうる。これらの配電網管理システムは、その配電網上の対応するＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎのみに提示する価格を発行しうる。配電網の安定性を維持するためには、配電網管理システム間においてある種の協調が望まれるが、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＧｒｉｄの固有の安定性は、それを不必要なものとしうる。
【００７３】
一例としては、英国ステージ２小売電気市場の展開の可能性が挙げられる。この市場では、競合する供給業者は、各ローカル配電網上に固有のインフラであるＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎを有することが必要である。電気は、顧客の必要性に応じて、
このＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎを通じて供給される。各供給業者が、その供給業者の配電網管理システムと通信するその供給業者固有のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎを備えている。
【００７４】
このような状況においては、複数のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎコントローラ（制御および価格論理機器）を各供給業者専用にするものの、電気フローを、物理的な単一組の電力コントローラに統合することが可能となる。各ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎコントローラにより需要されるフローは、総電気フローを求めるために合計され、メータ販売されるフローは、各コントローラに割り当てられる。
【００７５】
以上のような「仮想の」ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、分配ネットワークの所有者が、競合する供給業者に対してサービスを提供することができる一つの方法である。
【００７６】
ほとんどの場合、均衡な状態からの短期間のズレ、すなわち中心周波数の短期変動は、商業的または工業的に重要ではない。ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄデバイスの数が適切であれば、小規模な配電網においてさえも、短期間の偏差が平滑化される。
【００７７】
ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄの主要な利点の一つは、大規模な発電所の喪失または主要送電線の喪失の如き大きな変動を、配電網の運転に対する衝撃を最小限に抑えながら、配電網に吸収させることができるということである。この衝撃を多くの数のデバイス全体に分散することにより、訂正的な調整を行うため時間または市場が反応するための時間が提供される。
【００７８】
以上のようなイベントが同期配電網上で発生すると、急速に、Ａ／Ｃサブステーションの電気フローが変動し、フローが増加するＡ／Ｃサブステーションもあれば、フローが減少するＡ／Ｃサブステーションもある（とくに、多くの数のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄデバイスを備えている領域を供給しているＡ／Ｃサブステーションではフローが減少する）。
【００７９】
ネットワークが、価格パラメータまたは「価値」パラメータに応答するＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎによってのみ接続されている場合、重大な故障が発生したネットワークでは、周波数が急激に下降（または、上昇）するが、このネットワークに接続されているサブステーションを流れる電気フローは、価格機構が作動するまでそのまま留まっており、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが、周波数の変動に応じて、フローを調整し、他の配電網の周波数を変更し、これらのネットワークにＲｅｓｐｏｎｓｅ（およびＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄ）をもたらし始める。
【００８０】
場合によっては、これでは、遅過ぎる場合があり、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが、接続されているネットワークのうちの一方側または他方側の周波数の素早い変化に応答して直ぐにフローを変更することが適切である場合がある。重大な故障が発生した周波数ドメインは、（少なくとも初期の段階において）大規模発電が優勢であるため、周波数の変化に対してゆっくりとしか応答できない場合がある。そのようなドメインの場合は、他のネットワーク、とくに理想的にはＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄが集中して存在する分配ネットワーク内の利用可能なリスポンスにアクセスすることが望ましい。
【００８１】
一つの可能性としては、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎに、二つの周波数を一緒にロックする制御を行うための「Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ｐａｓｓ−ｔｈｒｏｕｇｈ」動作モードを備えることである。したがって、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、二つの周波数を可及的に近づけて維持するように、そのフローを調整し、いずれかの配電網の周波数変化に迅速に応答してフローを変える。このモードは、配電網全体のストレスがしきい値を上回るまで動作し、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、価格に敏感に反応するフローの状態に戻る。
【００８２】
以上で述べたことは、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎ内のＡ／Ｃスイッチとして実現されうる。このＡ／Ｃスイッチは、「Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ｐａｓｓ−ｔｈｒｏｕｇｈ」オペレーションでは閉じるが、配電網のストレスしきい値に到達したときには開くようになっている。安定性が回復され（二つのネットワークの位相が同じになるときには）再び閉じる。上記の可能性は、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの構成に組み込まれる。
【００８３】
以上のオペレーションにより、契約によるデフォルトフローとＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅ動作から発生する実際のフローとの（不可避の）差を処理することに関する厄介な問題が発生する。この問題にあっては、上記の差を補填するための支払を契約することにより処理することができる。
【００８４】
配電網は、送電線の故障またはサブステーションの故障の如き故障イベントから免れえない。
【００８５】
故障により配電網へ供給できなくなるか配電網からの需要がなくなった場合、この損失の周波数への影響は、配電網へのまたは配電網からの電気の総量のうち故障したシステムが移送していた割合に依存する。たいていの場合に該当するように、配電網への電気が２つのサブステーションによって供給されている場合、一方からの電気の損失は、その配電網の中へ流れる電気の約５０％に該当する。
【００８６】
同期されている配電網の発電の場合、一つのサブステーションからの電気フローの喪失は、瞬時に、その他のサブステーションへ転化される。２００３年８月のノースイースト停電に関する公聴会用に作成された米国下院エネルギーおよび商業対策委員会への説明書の記載では、「エレメントが停止した場合、現存する電力フローは、送電施設の境界または所有権とは関係なく物理学の法則に従って、その配電網の他のエレメントに瞬時にして再分配される」。
【００８７】
ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが用いられている場合、再分配は、瞬時には発生せず、その配電網の動作は、利用可能なＲｅｓｐｏｎｓｅの量（ｄｅｐｔｈ）に依存する。利用可能なリスポンスに比べて変化が著しく大きい場合、配電網は連鎖的に停電して行く。
【００８８】
しかしながら、周波数が高速で低下しているものの依然として限界値内に収まっている短い時間帯が存在する。この変化率（ｒａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｎｇｅ）が、電気フローを所望の方向に素早く変化させることができるＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎにより検出される場合には、上記の連鎖を回避することができる。
【００８９】
また、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、周波数よりはむしろ電圧により大きな直接的障害を与える故障を検出しうる。
【００９０】
このように迅速にフローの変更を達成することは、電気フローのいかなる可能な価値よりもはるかに大きな経済的価値をもたらしうる。したがって、フローを制御するための価格基準機構を少なくともしばらくの間停止し、それに代えて、イベント回復行動を報いるようにすることが妥当なことである。
【００９１】
通常、上記のイベント回復行動は、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの中に前もってプログラミングされうるし、また、価格を基準にした報酬（ｐｒｉｃｅｄ  ｂａｓｅｄ  ｒｅｗａｒｄ）を前もってプログラミングすることもできる。
【００９２】
以上のことは、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎのＦｌｏｗ  Ｄｅｃｉｄｅｒのエレメントとして「Ｅｖｅｎｔ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ」モードを備えることにより達成される。
【００９３】
そのフローの検出速度およびの変更速度を達成することができない場合には、いずれか一つのＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎを通過していずれかの配電網へのまたはそれからのフローを、おおよそその配電網において利用可能な総Ｒｅｓｐｏｎｓｅ量に制限することが望ましくなる。
【００９４】
ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、それが接続されている両方の配電網のリアクティブ電気（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ）の電圧および伝送に対して、そのパワーエレクトロニクスを通じて影響を与える機会を有しうる。このような影響は、本来的に、関与する配電網にくらべよりローカルなものであるものの、配電網管理センターにより設定されるパラメータを用いたアクティブローカルフィードバック制御を受けるようになっていてもよい。このような影響を行使するための戦略は、本明細書の範疇を越えるものである。しかしながら、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎサービスを不当に損ねることなく、配電網にとって価値のある電圧制御およびリアクティブロードサービスを提供することができるようになっているのが一般的である。
【００９５】
ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＧｒｉｄｓは、非常にまれにしか停電しない。停電したときは、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが、迅速な回復のための支援を提供する。二つのコンセプトがブラックスタートに対する解決の鍵である：
●特別な配電網危機用の配電網周波数を利用すること。これは、危機中および始動時においてのみに用いられる別個の低い配電網周波数を用いる。通常、この周波数は、正常利用時の配電網周波数よりも１０％低く、配電網に最初に電圧が印加されるときに用いられる周波数である。
●ブラックスタート用のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの指定。このサブステーションは、電圧が印加されていない配電網を検出し、他の配電網から入手可能な電気を有している場合に、その配電網に対して最初に電圧を印加する責務を有するサブステーションのことである。一般的にいえば、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＧｒｉｄは、たった一つのブラックスタート用のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎしか有していない。しかしながら、このことは、このたった一つのブラックスタート用のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが故障した場合または他の配電網から電気を入手できない場合に、停電した配電網に対して電圧が再印加されない可能性を生じさせるため、上述のコンセプトのうちのいずれを最初に試みるかを決定するような、プロトコルに準拠することに加えインターネットを利用するまたはしない優先システムをさらに設けてもよい。また、複数の非同期電気供給源の衝突が存在する可能性があるか否かを判別するフィードバックをさらに設けてもよい。この場合、判別するために、イーサネット（登録商標）の技術であるところの指数的バックオフを適用してもよい。
【００９６】
以上の二つのコンセプトにより、正常な配電網周波数が達成されて負荷装置が消費を再びすることができるようになるまで、配電網上のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが、価格機構を用いて（最初は、特別な価格テーブル／パラメータを用いて）、流す電気の量を漸進的に増やしていくことが可能となる。この方が、動作中には、前もって計画された手動操作よりも速い。
【００９７】
ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの主要な役割は、配電網内にあり、配電網ネットワーク全体の部分間における電気フローを管理することにある。しかしながら、上述のコンセプトおよびデバイスは、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの一方側が単一のかつ基本的な発電デバイスまたは消費デバイスに縮小された場合であっても役に立つ。ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、
●ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＤｅｖｉｃｅが、（たとえば、インターネットを通じて）適切な配電網管理センターと通信し、デフォルトフローおよび価格にアクセスすることが経済的に考えて理に適っていることであり、
●上記デバイスが、配電網管理センターに許諾されたメータを組み込むことができ、
●上記デバイスが、その動作に対してなんらかの制御を加えることができ
る限りにおいて、家庭、調理器具、洗濯機、加熱器、ボイラ、ＣＨＰプラント、小規模発電、風力タービン、潮汐力タービン、光電池アレイの中に設けられてもよい。すなわち、広範囲のインテリジェントデバイス内に設けられうる。
【００９８】
ここで、図２を参照しながら、応答サブステーションの好ましい実施形態をさらに詳細に記載する。
【００９９】
図２には、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの考えられうる一つの実施形態が示されている。このＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、二つの配電網、配電網A1と配電網B2との間に電気を供給、制御するようになっている。説明の都合上、配電網A1は、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＧｒｉｄの階層構造において、配電網B2よりも高位に位置していると仮定するため、高電圧で動作しうる。高電圧で動作する場合、その高電圧は、昇圧・降圧変圧器3（任意選択）により達成される。この変圧器は、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの動作内部電圧を配電網Aの電圧へ変換するようになっている。次いで、配電網Aは、（任意選択的に、変圧器3の降圧サービスを通じて）ＡＣ−ＤＣ電力変換器（Ａ−Ｂ）4に接続されている。この電力変換器は、電気が配電網Aから流れているとき、電気をＤＣへ変換し、そのフローを制御するようになっている。
【０１００】
また、配電網Aは、（任意選択的に、変圧器3の昇圧サービスを通じて）ＤＣ−ＡＣ電力変換器（Ｂ−Ａ）5に接続されている。このＤＣ−ＡＣ電力変換器は、電気が配電網Aへ流れているとき、電気の電圧および位相を制御するようになっている。
【０１０１】
配電網B2は、先と同様に接続されているが、通常、昇圧・降圧変圧器を必要としない。配電網Bは、ＡＣ−ＤＣ電力変換器（Ｂ−Ａ）6に接続されている。このＡＣ−ＤＣ電力変換器は、電気が配電網Bから流れているとき、ACからDCへ変換し、電気フローを制御するようになっている。配電網Bは、ＤＣ−ＡＣ電力変換器（Ａ−Ｂ）7に接続されている。このＤＣ−ＡＣ電力変換器は、電気が配電網Bへ流れているとき、電気の電圧および位相を制御するようになっている。
【０１０２】
これらの電力変換器は、総合して、配電網Aと配電網Bとの間の両方の方向に流れる電気の量を制御することができるパワーエレクトロニクスの一つの実施形態であり、応答電力変換器として公知となっている。
【０１０３】
上述の電力変換器は、配電網に接続されるポイントにおける電圧に対して影響を与えたりまたは直接制御したりする機能を備えている。通常、必要となる電圧制御システムおよび付随するパラメータは、応答サブステーション内に組み込まれているが、本明細書の範疇を越えている。
【０１０４】
以下でさらに説明する（図４）応答フローコントローラ8は、どれだけの量の電気を流すか決め、それに応じて応答電力変換器を制御するようになっている。この応答フローコントローラは、好ましい実施形態では、その時々において管理センターにより発行、通信される価格、パラメータおよび方向に従って、上記の事項を行うようになっている。本発明にかかるサブステーションは、接続される配電網部分のうちの一方または両方の条件に従って電気フローを制御するようになっている。これは、（不均衡に応答する）周波数であってもよいし、および／または各配電網部分が電気に対して支払うまたは請求する用意がある価格の如きなんらかの他のパラメータであってもよい。好ましい実施形態では、周波数および価格の両方が考慮されている。配電網A管理センター9は、配電網Aに関する価格情報を発行するようになっている。配電網B管理センター10は、各配電網への情報を発行し、サブステーション管理センター21は、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎを指示する情報を発行するようになっている。これらのセンターは、必ずというわけではないが、異なる所有者の管理下に置かれうる。図６では、どのようにこれらのセンターが相互にリンクされているかが示されている。
【０１０５】
上述のセンターは、インターネット13を含みうる従来の通信技術を用いて、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎへリンクされている。このインターネット13は、Ｒａｄｉｏ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ａｃｃｅｓｓ14によりアクセスされうる。これらの通信は、当該通信を無認可のメッセージまたは悪意のあるメッセージに対して確実に保護するために、さまざまな従来の暗号化技術を用いて防衛される。
【０１０６】
主要な特徴としては、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが動作するに当たり、応答フローコントローラとさまざまな管理センターとの間の通信がリアルタイムである必要がないということが挙げられる。非常に長い期間（または、無期限）にわたって通信が途絶えた場合、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが、動作し、サービスを提供し続けるようになっている。ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、各配電網に関連づけされている一または複数の配電網ストレス検出器からの信号を採取、反応することにより、上述の事項を行うようになっている。従って、配電網Aは、少なくとも一つの配電網Aストレス検出器11を備えており、配電網Bは、少なくとも一つの配電網Bストレス検出器12を備えている。これらのデバイスは、同一のものであってもよく、以下でさらに詳細に記載される（図３参照）。また、上述の配電網ストレス検出器は、応答フローコントローラの動作モードを変更することができるさまざまなしきい値を監視しうる。
【０１０７】
複数の配電網ストレス検出器が、一方のまたは両方の配電網が危機にひんするときおよびブラックスタートの際に機能を果たしうる。これらの場合、配電網に電圧を印加するためにのみ用いられる危機動作モードを規定することは有益なことでありうる。正常な動作状態では、一つあればよく、危機に陥った場合でさえも、すべてのＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが特別な機能を必要とするわけではない。
【０１０８】
応答フローコントローラは、二つの配電網ＡおよびＢの配電網ストレス状態を比較することにより、両方の配電網が受けているストレスに応じて両方の配電網の安定性を支持するような方法で、両方の配電網間に流す電気の量に関する決定を行うようになっている。
【０１０９】
このことがどのようにして行われるかについてのより詳細な説明が以下になされる（図６参照）。
【０１１０】
電気フローの変更は、両方の配電網にとって経済的な意味合いを有している。従って、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、電力の潮流を記録し、これらを取引に変換する測定システムを組み入れている。この測定システムは、Ａ−Ｂ型ＤＣメータ15およびＢ−Ａ型ＤＣメータ16のような、フローを記録するメータの形態をとっている。メータの読み取り処理は、以下でさらに説明する（図６参照）。
【０１１１】
配電網Bは、非常に小規模、たとえば単一のホームであってもよいし、または、製品またはプラント内の電力分配システムであってもよい。従って、低電圧ＤＣバス18により電気を分配し、ＤＣ−ＤＣ変換器17により、バス上の電圧が形成されことが適切である場合もある。
【０１１２】
配電網Bが小規模である場合、デバイスおよび電気機器の制御を、これらのデバイスおよび電気機器がＡ／Ｃ配電網により給電されているか否かに関係なく、応答フローコントローラから直接行うことが適切である場合がある。この場合の信号19は、配電網Bの周波数に元々伝送されている信号を置換し、配電網Bのデバイスの消費を制御するようになっている。
【０１１３】
たとえば、非常に単純であるが、電気機器が配電網部分であってもよい。図２に示されているように、フローコントローラ8から電気機器へ直接信号19が用いられると、電力変換器を用いる必要がなくなり、電気機器の指示に、配電網Aの価格を用いることができる。一つの形態では、電気機器は、配電網AからのＡ／Ｃを用いてたとえばそのモータおよび／またはその加熱器などに給電することができる。電気機器へのフローは、配電網Aのストレス（または、価格）と配電網B（電気機器）の固定パラメータとにより、制御されうる。配電網Bの固定パラメータの形態の一例は、「緊急」または「安価」のいずれかに設定されうる、電気機器上のボタン設定でありうる。
【０１１４】
ある状況下では、応答電力変換器の利用時間を減らし配電網Aおよび配電網Bの通常の動作を十分に同期化することが望ましい場合がある。このことが必要かつ有益である場合、ＡＣスイッチおよび位相検出器20が設けられる。こうすることにより、二つの配電網の間に電気経路が形成され、それにより、両方の配電網が完全に同期化され、応答電力変換器の利用が回避される。しかしながら、同期により二つの配電網のうちの一方または両方が危険な状態に置かれるような状況が発生すると、応答フローコントローラは、スイッチを開くように指示し、応答電力変換器を通過していかなる電気も流れるようにし、応答フローコントローラの制御下に電気フローを完全におくことができる。応答フローコントローラがＡ／Ｃの直接のフローが望ましいと再び判断した場合、この応答フローコントローラは、二つの配電網の位相が同期されていることが検出されたときに、ＡＣスイッチおよび位相検出器20に閉じるように指示する。
【０１１５】
ここで、図３を参照しながら、上述の配電網ストレス検出器の好ましい実施形態を記載する。
【０１１６】
図３には、配電網についての信号を応答フローコントローラに送信する、配電網ストレス検出器の一つの考えられうる実施形態が示されている。
【０１１７】
入力は、配電網22から、周波数メータ23へと行われる。次いで、この周波数メータ23は、周波数測定値を、一連の平行に並べられたデバイスに送信する。一方の組は、配電網周波数が公称中心周波数よりも高い場合に必要となり、それに対応する他方の組は、配電網周波数が正常な中心周波数よりも低い場合に必要となる。
【０１１８】
公称中心周波数よりも高い配電網周波数は、中心周波数交差検出器24を必要とする。この中心周波数交差検出器24は、配電網周波数が公称中心配電網周波数よりも低い周波数から公称中心配電網周波数よりも高い周波数へ通過するときにはいつでもトリガ信号を作成するようになっている。公称中心配電網周波数ＮＣＧＦ ＡまたはＮＣＧＦ Ｂは、応答フローコントローラ内から中心周波数交差検出器に送られるパラメータである。トリガ信号は、増速クロック比較器25へ送られ、この増速クロック比較器は、その出力を零にリセットし、クロック比較の開始をロックするために用いられる。このときからリセットに至るまで、増速クロック比較器25は、配電網周波数により駆動されるクロックをＮＣＧＦにより駆動されるクロックと比較する。これら二つのクロックの間の差が、応答フローコントローラ8へ送られる配電網過剰信号26である。
【０１１９】
この信号は、ＮＣＧＦを最後に検出したときからの接続されている配電網の累積過剰発電量の関数である。
【０１２０】
ＮＣＧＦより低い配電網周波数は、さらなる中心周波数交差検出器27が必要となり、この中心周波数交差検出器27は、ＮＣＧＦがＮＣＧＦよりも高い周波数からＮＣＧＦよりも低い周波数へ通過するときにはいつでもトリガ信号を作成するようになっている。ＮＣＧＦは、先に記載されているとおりである。トリガ信号は、減速クロック比較器28へ送られ、この減速クロック比較器は、その出力を零にリセットし、クロック比較の開始をロックするために用いられる。このときからリセットに至るまで、減速クロック比較器28は、配電網周波数により駆動されるクロックをＮＣＧＦにより駆動されるクロックと比較し、これら二つのクロックの間の差が、応答フローコントローラ8へ送られる配電網過少信号29である。
【０１２１】
この信号は、ＮＣＧＦが最後に検出されたときからの接続されている配電網の累積過少発電量（過剰需要量）に正比例する。
【０１２２】
行いうる簡略化としては、単一の中心周波数交差検出器を備え、同一のトリガ信号を両方の比較器に伝達することが挙げられる。したがって、ＮＣＧＦが検出されたとき、配電網過剰信号および配電網過少信号の両方がリセットされうる。
【０１２３】
他の実施形態では、配電網過剰信号を継続して維持することにより、しばらくの期間の認知履歴（ａｗａｒｅｎｅｓｓ  ｏｆ  ｈｉｓｔｏｒｙ）が保持される。
【０１２４】
リセット時点から累積される配電網過剰電気量または配電網過少電気量に出力を関数的に関連づけするという主要な特徴を備えている他の実施形態が考えられうる。リセット時点とは、配電網周波数がＮＣＧＦを通過するときであってもよいし、または、配電網周波数がＮＣＧＦに非常に近い場合に頻繁なリセットを回避するために、ＮＣＧＦの通過履歴の複雑な関数であってもよい。
【０１２５】
ここまで述べてきた配電網ストレス検出器は、「純粋な」応答フローコントローラに対して、配電網間のフローに関して最適な決定を行う上で必要となる全てを提供することができる。配電網ストレス検出器は、転換期においてより多くの構成上の選択肢を得るために、応答フローコントローラの動作モードの決定に用いられうる配電網ストレスを検出するためのコンポーネントをさらに備えてもよい。
【０１２６】
先に記載した場合と同様に、これらのコンポーネントは、配電網周波数がＮＣＧＦよりも高い場合に必要とされるコンポーネントと、配電網周波数がＮＣＧＦよりも低い場合に必要とされるコンポーネントとに分けられる。
【０１２７】
高周波数制限値検出器30は、測定周波数を、応答フローコントローラから（図４のフロー方針パラメータ53の一部として）送られるパラメータ33により規定される限界値と比較するようになっている。二つの周波数限界値、配電網が高周波数ストレス下に置かれているとみなす配電網周波数を規定するＦＨＧＣと、配電網が高周波数危機下に置かれているとみなす配電網周波数を規定するＦＨＭａｘとが存在する。増加周波数限界値検出器31は、配電網周波数の変化率をリミットＦＤＩＧＳと比較する。これにより、配電網が低周波数ストレス下に置かれているとみなされることなく配電網周波数が上昇できる最大変化率（デルタ）が規定される。
【０１２８】
これらの限界値のうちのいずれかが超えられた場合、配電網ストレス警報信号34が応答フローコントローラへ送られ、それに従って、応答フローコントローラは、モードを変更しうる。
【０１２９】
低周波数限界値検出器35は、測定周波数を、応答フローコントローラから（図４のフロー方針パラメータ53の一部として）送られるパラメータ33aにより規定される限界値と比較するようになっている。二つの周波数限界値、配電網が低周波数ストレス下に置かれているとみなす配電網周波数を規定するＦＬＧＣと、配電網が低周波数危機下に置かれているとみなす配電網周波数を規定するＦＬＭｉｎとが存在する。減少周波数限界値検出器36は、配電網周波数の変化率をリミットＦＤＲＧＳと比較する。これにより、配電網が低周波数ストレス下に置かれているとみなされることなく配電網周波数が降下できる最大変化率（デルタ）が規定される。
【０１３０】
これらの限界値のうちのいずれかが超えられた場合、配電網ストレス警報信号37が応答フローコントローラへ送られ、それに従って、応答フローコントローラは、モードを変更しうる。
【０１３１】
状況によっては、配電網ストレス検出器が、それ自体により、周波数メータから入手可能な測定結果からＮＣＧＦおよび他のパラメータを求めることが望ましい場合がある。これが、配電網中心周波数およびパラメータ検出器39の機能である。
【０１３２】
配電網中心周波数およびパラメータ検出器39は、三つの主要な機能を備えている：
１．配電網が最初に電圧の印加を受けたとき、したがって、配電網周波数が最初に測定可能となったとき、配電網中心周波数およびパラメータ検出器39は、ＮＣＧＦがどのような値でありうるかを判断するために、最初のいくつかの読み取り値を用いる。したがって、配電網管理センターからＮＣＧＦが入手されない場合であっても、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、依然として有益な機能を果たすことができる。
２．配電網が二つ以上のＮＣＧＦで動作可能である場合、配電網中心周波数およびパラメータ検出器は、どちらが現行の値かを選択し、配電網の動作モードを判断するようになっている。たとえば、正常動作において用いられる周波数よりも低いものの配電網危機またはブラックスタートの状況において用いられる配電網危機周波数が存在しうる。配電網がこのモードで、したがってＮＣＧＦとしてこの低い周波数動作している場合、電気フローは、配電網の生存および回復のために完全に保存され、他のすべての電気の利用は阻止される。また、中心周波数およびパラメータ検出器は、配電網周波数が、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎのより正常な動作を可能にするポイントに達したときを判定し、ＮＣＧＦをその正常中心周波数に移動させる。
３．正常動作においては、配電網中心周波数およびパラメータ検出器は、配電網周波数およびその正常な変移の履歴を構築するために、受信した周波数読み取り値を用いる。この履歴から、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが信頼性のあるパラメータを入手できないデフォルト状況において用いられるさまざまなパラメータを導出することができる。たとえば、ＦＨＧＣ、ＦＨＭａｘ、ＦＤＩＧＣ、ＦＬＧＣ、ＦＬＭｉｎおよびＦＤＲＧＣのすべてを、ある期間にわたる周波数の変移を変移経験値のデフォルト比率を用いて解析することにより導出することができる。
【０１３３】
配電網中心周波数およびパラメータ検出器は、（図４の）フロー決定器48とともに動作する場合、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎを通って流れる電気フローの特定の変化の周波数に対する影響がどの程度大きいのかを評価することができる。摂動による電気の段階的変化（ａ  ｐｅｒｔｕｒｂｉｎｇ  ｓｔｅｐ  ｃｈａｎｇｅ  ｉｎ  ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ）が実施される場合、周波数が変わる。短期間にわたって変化する二つのパラメータを比較することにより、配電網の電気需要のなんらかの指示情報が導出される。次いで、これは、図４のデフォルトフロー方針パラメータ53およびデフォルト価格パラメータを導出するために用いられうる。これにより、配電網管理センターまたはそれとの通信がない場合であっても電気フローを制御するためのＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎ安定化方法が提供される。
【０１３４】
ここで、図４および図５を参照しながら、応答フローコントローラの好ましい実施形態を記載する。
【０１３５】
応答フローコントローラは、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎを通ってどれだけの電気を流すべきであるかを決定する責務を有している。各ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、単一のサブステーションフローコントローラ40（図５も参照）を備えている。このサブステーションフローコントローラは、一または複数のフロー決定器48からの入力を用いて、応答電力変換器を制御するようになっている。複数のフロー決定器（および、付随するロジック）により、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの所有者は、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの容量の一部をＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＧｒｉｄの他の参加者に販売することが可能となり、これにより、市場活動が配電網の運転に影響を与えることが可能となる。事実上、単一のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが複数の仮想のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎとして動作することができる。
【０１３６】
応答フローコントローラは、配電網Aおよび配電網Bの二つの配電網で入手可能な価格を入手、比較することにより動作するようになっている。各配電網は、それ自体のテーブルおよびパラメータ、配電網ストレス検出器および電気価格計算機を有している。
【０１３７】
配電網A価格テーブルおよびパラメータ41と配電網Aストレス検出器とは、配電網A現行価格計算機43に情報を供給するようになっている。これには、配電網Aが（配電網が過少電気量の場合に）電気増加に支払う用意のある価格または電気削減に支払う用意のある価格を算出または導出するために、配電網Aストレス検出器からの配電網過剰信号または配電網過少信号が用いられる。
【０１３８】
上記の計算の一つの実施形態は、配電網A価格テーブル／パラメータ内の一組の入力事項から一つの入力事項を選択するために、配電網過剰信号（または配電網過少信号）を用いることである。他の実施形態は、配電網過剰信号に実行して価格信号を導出するための算術演算にパラメータを一または複数用いうる。
【０１３９】
また、他の実施形態は、状況に応じて、価格計算に用いられる価格テーブル／パラメータを選択しうる。たとえば、配電網管理センターとの通信が途絶えかつ情報が期限切れになっている場合に用いられる価格テーブル／パラメータのデフォルトセット（ｄｅｆａｕｌｔ  ｓｅｔ）が存在しうる。また、一日、一週間または長期間の内における異なるメータ期間に対する価格データのさまざまなセットが存在する。メータ期間とは、電気フローおよびその価格の契約において基礎となる期間のことである。英国では、これは、半時間のことであるが、他の国および／または他の配電網はでは異なる期間が用いられうる。実施形態は、特定のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの設計目的に応じて選択される。また、他の実施形態も、長い間の応答フローコントローラの経験を反映するパラメータ導出することにより、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが配電網管理センターと通信できない場合に用いうるパラメータからなる実行可能な基本セットを提供するために、配電網ストレス検出器からの情報を用いうる。
【０１４０】
配電網Bは、配電網B価格テーブル／パラメータ44、配電網Bストレス検出器45および配電網B電流価格計算器46と同時に実行されるようになっている。配電網A電流価格計算器および配電網B電流価格計算器は、価格比較器47に情報を供給するようになっている。この価格比較器は、二つの価格、すなわち電気フローを変更する場合の現時点における価格を比較している。この情報は、フロー決定器48へ送られる。このフロー決定器は、どれだけの量の電気が流れるべきであるかを判断するために、さまざまな供給源から入手可能な情報を用いる。これらの供給源は、配電網A周波数49、配電網B周波数50、サブステーション管理コントローラ51からの電気に関する情報（図６）、配電網Aストレス検出器42および配電網Bストレス検出器45からの各配電網のステータス、価格比較器からの価格情報および相対的価格情報、複数のパラメータ、フロー方針パラメータ53ならびに応答方針パラメータである。
【０１４１】
フロー決定器48の一つの実施形態では、フロー決定器は、最初にモードを決める。モードには以下のものがありうる：
●正常モード（Ｎｏｒｍａｌ  Ｍｏｄｅ）。このモードでは、電気フローの変更についての決定は、フロー方針パラメータおよび価格により導かれる。このモードは、好ましいモードであり、他のモードを示唆する状況がアクティブでない場合に実行される。
●応答通過モード（Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ｐａｓｓ−ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｍｏｄｅ）。このモード（実施形態によって、任意に付加されるモード）では、電気フローの変更に関する決定が配電網Aの周波数の変化に基づいて行われるため、配電網Bで利用可能なＲｅｓｐｏｎｓｅが、配電網Aへ送られるようになっている。実施形態によっては、このモードは、図２のＡＣスイッチおよび位相検出器20を用いて実現されうる。このモードは、いずれの配電網もストレス下に置かれていない場合に（配電網ストレス検出器42、45による判定）、アクティブになり、応答通過フラッグが、応答方針パラメータ53内に立てられる。配電網ストレス検出器により判定されるように配電網がストレス下または危機状態下に置かれた場合、フロー決定器は、元の状態である正常モードに戻り、必要ならば、ＡＣスイッチおよび位相検出器20を開くようになっている。
●ブラックスタートモード（Ｂｌａｃｋ  Ｓｔａｒｔ  Ｍｏｄｅ）。このモードはフロー方針パラメータ53内にブラックスタート優先フラッグが設定されている場合に、危機モードから発生する。ブラックスタートとして記載されるＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの一般的動作は、フロー決定器により実行される。ブラックスタートモードのうちの一部のモードでは、配電網がブラックスタート周波数で動作するようになっている。「ブラックスタート周波数」とは、配電網の正常周波数未満であり、回復時点において用いられる配電網周波数のことである。このモードと関連する一組の価格テーブル／パラメータが存在し、応答運転と同一の価格機構を用いることができる。一つの実施形態では、これは、そのＮＣＧＦのＦＨｍａｘに到達するまで周波数を増大すべく動作するようになっている。この周波数は、正常時では、ブラックスタート周波数よりも５％上回っている。配電網周波数がこれに到達したとき、配電網ストレス検出器は、検出した中心周波数をシフトさせ、周波数決定器は、ストレスモードに移動する。ブラックスタート周波数が作動されているときは、単一のフロー決定器のみがアクティブな状態にあるが、価格テーブルは、最大周波数に向かう周波数の移動を促すように設定される。このとき、ブラックスタートモードがストレスモードまたは正常モードに切り替わる。
●危機モード（Ｃｒｉｓｉｓ  Ｍｏｄｅ）。このモードは、いずれかの配電網（もしくはその両方）の電圧が切断されたときまたはいずれかの配電網周波数がその配電網の正常ＮＣＧＦ設定値のＦＬＭｉｎ値未満に落ちたときに常に開始されるようになっている。このモードでは、フロー決定器は、最初に、生存している配電網からのフローを最小限に抑えるかまたは零にするように作用する。ブラックスタート優先モードが設定されている場合、フロー決定器は、ブラックスタートモードへ移行するようになっている。そうでなければ、フロー決定器は、配電網周波数が危機レベルから離れるまで危機モードに留まっているようになっている。このとき、フロー決定器は、ストレスモードに移行する。危機モードでは、単一のデフォルトフロー決定器がアクティブな状態に置かれている。
●ストレスモード（Ｓｔｒｅｓｓ  Ｍｏｄｅ）。このモードは、すべての実施形態に実装される必要はなく、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎに接続されているいずれかの配電網の配電網ストレス検出器の実施形態が配電網ストレスアラームを有する場合に生じるようになっている。このモードは、通常、正常モードと同様に動作するが、実施形態によっては、異なる価格テーブル／パラメータが用いられる場合もある。複数の仮想ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが存在する場合、このモードでは、一つを残してそれらのすべてが動作不能状態にされ、特別な一組の価格テーブルを備えた単一のフロー決定器が用いられうる。
●イベント回復モード（Ｅｖｅｎｔ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｍｏｄｅ）。このモードは、すべての実施形態に実装される必要はなく、主に配電網周波数変化率検出器である配電網ストレス検出器からのアラーム信号が配電網上の重要な故障イベントを示すときに生じるようになっている。また、このアラームは電圧変化が検出されたときに生じるようになっていてもよいが、このことに関しては本明細書の範疇外である。上述のようなイベントが発生した場合、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、前もってプログラミングされているイベント回復行動に従ってできるだけ速やかに電気フローを変更させるようになっている。フロー変化量は、既存フローの前もって設定されている関数であってもよいし、または、単なるステップ変化であってもよい。この変化量は、故障により喪失された電気フローを丁度置換することが必要でなく、実質的に正しい方向に向かって移動させるものである。一旦この変更が行われると、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、ストレスモードへ移動し、そこから正常モードに戻ることができる。イベント回復モードへ切り替わることにより、電気フローに対するというよりは信頼性の向上に対する報償を提供するための特別な価値イベントが形成される。これらのモードのうちの一部では、電気フローの決定に、「価格」情報が用いられる。但し、価格パラメータおよび方針パラメータの供給源には多少のばらつきがあり実施形態によっては、用いる配電網ストレス検出器が選択される場合もある。
【０１４２】
一般的な動作モードには以下のものがある：
●他の条件が存在しない場合、フローはフロー方針パラメータの一つのパラメータである契約フローに設定される。最新の契約フローが入手可能でない場合、等価のデフォルトフローが選択される。これのうちのいずれが選択されようと、正常フローと呼ばれる。
●応答通過モードが設定されている場合、フロー決定器では、ＮＣＧＦから配電網Aの周波数がずれている量に比例した量分だけフローを変更することを目的とするようになっている。応答方針パラメータ54内のドループ（Ｄｒｏｏｐ）と呼ばれるパラメータは、周波数の変化量を正常フローの変化量に変換するために用いられる。このことは、配電網BのＲｅｓｐｏｎｓｅを配電網Aが利用できる効果がある。「ドループ」は、配電網周波数のＮＣＧＦからのパーセンテージ変化を、上述のモードにおける電気フローのパーセンテージ変化に換算するために用いられる。
●フローのいかなる変化も制限を受ける。二つの最大値、ＡｔｏＢＦｌｏｗＭａｘおよびＢｔｏＡＦｌｏｗＭａｘは、フロー方針パラメータ53であり、フロー決定器による利用可能な最大フローを規定する。各方向に対して、増加または減少の最大変化率、ＡｔｏＢＦｌｏｗＤＩ、ＡｔｏＢＦｌｏｗＤＲ、ＢｔｏＡＦｌｏｗＤＩおよびＢｔｏＡＦｌｏｗＤＲは、フローの変化率を制限するために用いられる。
●正常モードでは、フロー決定器は、「有益な」電気フロー変化を行うよう選択するようになっている。すなわち、ある配電網が、価格比較器により判断され「低価格」である場合、フロー決定器は、「低価格」の配電網からより「高価格」の配電網への電気フローを増加させるようになっている。この増加は、上述の制限を受けるが、非常に低い値の変化が無視されるように値の制限ＶａｌｕｅＭｉｎも受け、さらに、価格信号に応じた変化率がその他の変化率の限界値よりも小さくなりうるように価格駆動の変化率の制限ＰｒｉｃｅＤを受ける。これらのパラメータは、フローが振動する方向に向かう傾向をも弱めるように設定されうる。また、フロー決定器は、実際の電気フローを考慮する。この実際の電気フローは、図６においてさらに記載されるサブステーション測定コントローラ51により提供されるようになっている。一般的に、フロー決定器により判断される電気フローは、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎにより供給されるようになっているが、所望のフローが達成されない状況も存在しうる。実施形態によっては、フロー決定器は、このような相違点を考慮に入れてそれ自体の判断を調整するよう選択するようになっている場合もある。
【０１４３】
また、フロー決定器は、フロー判断を価値フロー算出器52に伝えるようになっている。これには、フローの変更に関連しかつ必要な頻度で算出される価値を記録するため、増加フローおよび価格比較器からの価格が考慮に入れられる。また、価値フロー算出器52は、フロー決定器48により指示されるフローではなく実際のフローに応じて価値を調整するようになっていてもよい。この情報は、サブステーション測定コントローラ51に伝えられる。図６を参照されたい。
【０１４４】
さまざまな動作が複数の組のパラメータにより調整されるようになっている。これらには、先に説明され電気フローについての判断を調整するフロー方針パラメータ53、上述のように応答通過モードで動作しているときに電気フローについての判断を調整する応答方針パラメータ、以下に説明するサブステーションフローコントローラによりなされる判断を調整するサブステーション方針パラメータなどが含まれる。
【０１４５】
上述のパラメータのデフォルトセットを「組み込む」ことにより、最も極端な通信不良の際であっても有効なセットを担保しうる。しかしながら、正常な動作時点では、通信マネージメント56が、適切な管理センターからの、利用セットを更新するためのメッセージを提供し、配電網およびＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの管理および精密なチューニングを行うための機構を管理センターに提供する。一般的に、フロー方針パラメータ53は、「仮想」ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの所有者のサブステーション管理センターにより設定されるようになっている。応答方針パラメータ54およびサブステーション方針パラメータ55は、物理的なＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの所有者により設定されるようになっている。
【０１４６】
図５に示されているように、各物理的なＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、単一のサブステーションフローコントローラを備えている。
【０１４７】
電力変換コントローラ58は、応答電力コントローラを構成するさまざまな電力変換器を制御する責務を有している。この電力変換コントローラは、これらの変換器の周波数および位相の動きを制御することができる。電力変換コントローラは、フロー合算器および制限器57から、所望な電気フローを規定している信号を受信するようになっている。このフロー合算器および制限器は、応答サブステーション内の一または複数のフロー決定器から信号を受信し、これらを合計し、すべてのフロー決定器により総合的に望まれる総電気フローを規定するようになっている。異なるフロー決定器が異なる方向に電気フローを指示することが可能であり、この場合、フロー合算器および制限器が、これらのフローのバランスを取り、正味のフローを提供するようになっている。
【０１４８】
また、フロー合算器および制限器57は、フロー決定器のモードを検出し、それらのうちのひとつのみから入力を受信するよう選択するようになっている。ブラックスタートモードにあるフロー量検出器は、優先性を有し、その他のすべてのフロー決定器は、ブラックスタートモードが変更されるまで無視される。実施形態によっては、フロー合算器および制限器は、危機モードまたは故障イベント回復モードで動作しているフロー決定器からのみの入力を選択するようになっている場合もある。これは、配電網危機または配電網緊急事態が存在するときに、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの所有者に、当該ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎにより提供されるサービスのすべての管理を可能とするためである。フロー合算器および制限器57は、正味の総合電気フローをサブステーション方針パラメータに設定されている制限項目に対してチェックするようになっている。これらの制限項目には、配電網Aから配電網Bへの最大電気フロー、ＡｔｏＢＳＳＦｌｏｗＭａｘ、配電網Bから配電網Aへの最大電気フロー、ＢｔｏＡＳＳＦｌｏｗＭａｘ、配電網Aから配電網Bへの最大電気増大率、ＡｔｏＢＳＳＦｌｏｗＤＩ、配電網Aから配電網Bへの最大電気減少率、ＡｔｏＢＳＳＦｌｏｗＤＲ、配電網Ｂから配電網Ａへの最大電気増大率、ＢｔｏＡＳＳＦｌｏｗＤＩ、配電網Bから配電網Aへの最大電気減少率、ＢｔｏＡＳＳＦｌｏｗＤＲが含まれる。これらの制限は、一組の仮想ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの各フロー決定器に対して適用される制限の合計よりも少なくてもよいことに留意されたい。電気フローが配電網Aから配電網Bへの方向のフローのみでありうるように、フロー制限設定値、ＢｔｏＡＳＳＦｌｏｗＭａｘが、適宜、零に設定されてもよい。このように設定された場合、応答電力変換器の実施形態は、さらに簡単になりうる。
【０１４９】
任意選択的に、配電網ストレス最大フローのセットがさらにあってもよい。許可される最大時間が各フローに対して付与される。これは、配電網が正常の動作限界を超えて短期間の間存続することを補助する上で有益でありうる。
【０１５０】
また、電力変換コントローラ58は、配電網Aに電圧レベル60を提供し、配電網Bに電圧レベル61を提供するための入力を受信するようになっていてもよい。これらには二つの目的が存在する。第一の目的は、受理側の配電網の中へ流入する電気の位相および電圧の制御を可能とすることにより、電力変換制御装置に、その出力をローカルな応答電力のフローに応じて調整することを可能とするためである。第二の目的は、配電網の調子を達成するためのさらなる信号としての役割を果たすためである。
【０１５１】
また、電力変換装置は、サブステーション管理コントローラからの入力を受信しうるようになっている。このことは、そのコントローラの適切な機能の確認として機能し、必要な場合には、フィードバック制御を可能とする。また、電力変換装置は、電気機器19に対して直接信号（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓｉｇｎａｌ）を出力しうるようになっている。これは、ＤＡＮまたは内部通信ネットワークを通じて行われるので、ホーム内のその他のインテリジェントデバイスへのアクセスが可能となる。（ＤＡＮは、ドメスティックエリアネットワーク（ｄｏｍｅｓｔｉｃ  ａｒｅａ  ｎｅｔｗｏｒｋ）であり、情報交換するためにホーム内のデバイスにより用いられる通信システムである。）この信号の一つの用途は、現在の電気の価格がしきい値設定値を下回っているか否かを電気機器に対して示すことである。
【０１５２】
上述のように、好ましい実施形態では、サブステーションを通って流れる電気フローを測定し、システムの他の部分において用いるために、電気フローおよび価値フロー（ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ  ｆｌｏｗ  ａｎｄ  ｖａｌｕｅ  ｆｌｏｗ）の記録を蓄積、保持する必要がある。ここで、図６を参照して、上記のような測定値を提供するために応答サブステーションの中に組み込まれるメータを制御する好ましいサブステーション測定コントローラを記載する。
【０１５３】
サブステーション測定コントローラの目的は、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの他の部分に測定値を提供するためならびに電気フローおよび価値フローの記録を蓄積、保持するために、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎ内に組み込まれているメータを制御することにある。
【０１５４】
実施形態によっては、サブステーション測定コントローラは、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎのその他の部分の管理および所有者とは異なる管理および所有者の下に置かれている場合がある。一部のビジネスモデルにおいては、このようにすることにより、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが実際には供給されていない電気またはサービスを供給されているように見せかけるために記録を改ざんしようとする商業的興味を抱く可能性が排除されうる。
【０１５５】
メータ制御装置63には、選択されたメータを作動させ、そこからデータを収集するために必要となる制御装置が組み込まれている。メータ制御装置は、フローの管理に用いるために、得られた読み取り値を図５のサブステーションフローコントローラ58へ送信するようになっている。また、メータ制御装置は、上記に読み取り値をフロー割当器62へ送信するようになっている。フロー割当器は、関連するフロー決定器により作成された電気フロー需要から導出される比率に応じて、個々の仮想応答フローコントローラに対して正味フローを割り当てるようになっている。また、各電気フローは、対応する価値フロー算出器へ送信され、この価値フロー算出器は、電気フローおよび価値フローに関連する記録を出力するようになっている。電気フロー記録器64は、仮想ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎおよび物理的ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎに起因するフローを全体として記録するようになっている。価値フロー記録器65は、現在の価格および現在の電気フローから算出される価値を記録する。
【０１５６】
次いで、これらの記録は、配電網管理センターに戻すために、通信マネージメントが入手できるような状態になっている。一方が他方の価値主張を検証できるように、すべての記録は、配電網Aおよび配電網Bの両方の関連する配電網管理センターに戻されてもよい。
【０１５７】
応答サブステーションコントローラがさまざまなパラメータに従って電気フローを制御するようになっている好ましい実施形態では、各サブステーションは、それが接続されている各配電網に関連する管理センターからおよびサブステーション管理センターからの情報を受信しうる。図７には、以下でさらに詳細に説明する管理センターおよびそれらの相互接続を示す概略図が示されている。
【０１５８】
すべてのＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、以下の三つの供給源から情報を受信するようになっている：
１．関連する配電網A管理センター9
２．関連する配電網B管理センター10
３．関連するサブステーション管理センター24。
ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎがホーム（または、小規模な事務所）で使用されるように設計されている場合、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、ドメスティックＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎ67である。また、サブステーション管理センターは、ホームに基づいたものであるので、ドメスティックサブステーション管理センターである。したがって、ドメスティックサブステーション管理センターは、通常、他のホーム管理サービスと統合されている。
【０１５９】
一部のビジネスモデルでは、単一のＲｅｓｐｏｎｓｅＧｒｉｄは、相互に調整されている複数の配電網管理センターを備えており、各配電網管理センターは、配電網上の一部のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎまたは仮想ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎのための配電網管理センターである。たとえば、供給業者は、顧客が接続されているすべての配電網に対して配電網管理センターを備えうるし、その配電網上に少なくとも一つのＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎまたは仮想ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎを備えうる。
【０１６０】
配電網管理センターは、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎ内で用いられる価格および契約電気フローの設定に関するあらゆる面の責務を有している。したがって、図４に示されているように、複数のセットの配電網価格テーブル／パラメータ41、44が作成され、これらが、通信のために入手可能であることが担保されている。このようにするために、これらの配電網価格テーブル／パラメータ41、44は、通常、電気を積極的に取引している会社の運用管理下に置かれ、配電網階層構造のすべてのレベルにおいて顧客および／または供給業者とともにある。この運用管理に従って、その独自の要求事項に都合が良いように配電網価格テーブル／パラメータの性質および構造が選択されうる。
【０１６１】
したがって、これらのシステムは、ほとんどの場合、取引システムと関連づけされており、前の取引の結果は、個々のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎに期待される契約電気フローを導出するための情報の一部である。また一般的に、配電網管理システムは、競合しうる配電網から流される電気のコストを最適化するために期待される需要および構成の詳細なモデルを備えている。
【０１６２】
また、配電網管理センターは、関与するＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎのサブステーション測定コントローラから電気フロー記録および価値フロー記録を収集する責務を有している。これらは、価値フローが最終的に採算がとれることを担保するための取引決算および調停システムに供給される。責務は、商業上重要な記録に関して独立した制御を可能とするために、別々のシステムに分離されてもよい。
【０１６３】
サブステーション管理センターは、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎまたは仮想ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎがその動作を最適化することを可能とするさまざまな他のパラメータを利用可能とする責務を有している。配電網上には、物理的なＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎ毎に関連づけされているサブステーション管理センターが存在する。これらは、ストレス状態、危機状態またはブラックスタート状態に置かれている配電網の動作を管理するさらなる責務を有しうる。配電網管理センターは、制御対象の配電網に関連づけされている計装装置（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ）が必要となる。計装装置は、価値記録を検証することを可能とするような方法で、配電網の周波数変動を記録する必要がある。配電網ストレス検出器は、この計装装置を構成する部品である。
【０１６４】
一般的に、複数の配電網の配電網管理センターは、一つの大規模なセンターに統合され、個々の配電網の配電網管理センターは、全体のシステムの一つの論理的部分に過ぎない。
【０１６５】
インターネット65は、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎとその関連する管理センターとの間で通信を行う手段である。この通信は、従来の技術を用いて、悪意のある妨害から暗号により十分に保護される必要がある。
【０１６６】
ドメスティックＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、特別にホームでの使用にチューニングされるＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの一つの実施形態であり、ＡＣ配電網を備える必要があるというよりは電気機器70をもっと直接的に制御するようになっている。たとえば、ドメスティックＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、小規模なＣＨＰシステムまたはマイクロタービンの電気出力を制御してもよいし、作動時間に自由裁量権を有している消費デバイスの動作を指示してもよい。一つの考えられうる実施形態では、ドメスティックＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、ホーム内のすべての電気機器に対してＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄ制御を行うことができる。ホーム内のデバイス間の通信には複数の技術が用いられる。ここでは、包括的用語、ドメスティックエリアネットワークは、無線回線キャリア、ケーブル回線キャリア、電力
回線キャリアを含むすべての利用可能な技術のことを意味している。
【０１６７】
配電網管理センターのほとんどの機能は、管理される配電網が単一のホームである場合には退化してしまう。ドメスティックシステムの場合には、契約している公共施設または供給業者が管理することが一般的であるので、家屋所有者は、操作に関して詳細に理解することから解放される。
【０１６８】
以上のように、本発明にかかる応答サブステーションは、配電網システムのうちのさまざまなレベルの異なる部分すべてに有益に組み込むことができる。将来において、電気の利用は、すべてのレベルまたはほとんどのレベルで応答サブステーションを組み込むようにおよび英国特許第２３６１１１８号に記載のような応答負荷デバイスを組み込むように配電網全体を変更することにより、以前よりさらに効果的に行うことができるようになると考えられている。以下では、このような応答配電網をさらに詳細に説明する。
【０１６９】
ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの背景およびコンセプトがここまでの章において説明されてきたが、ここからは、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄおよびＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎのサブステーションを組み込んでいる配電網、すなわちＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＧｒｉｄｓの動作について検討し、生じる利点を説明する。
近郊型ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＧｒｉｄ
近郊型ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＧｒｉｄとは、ある領域において複数のまたは場合によってはすべての家および事務所（加入者）が接続されている応答配電網のことである。すべての加入者および一または複数のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎを接続しているケーブルネットワークが存在する。
【０１７０】
ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、Ａ側では、（たとえば）１１ｋＶの高電圧配電網に接続され、他方側では、２３０Ｖの三相ネットワークに接続されている。個々のホームは、従来のメータを通じてまたはドメスティックＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎを通じて接続されうる。加入者は、長期にわたって、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄデバイスを使用し、（洗濯機の如き）ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＤｅｖｉｃｅを使用することができる。また、ドメスティックＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎ（ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＨｏｍｅ）を備えている加入者は、ドメスティック４２ＶＤＣバスを通じて、コンピュータおよび光電池アレイの如きデバイスに接続されることを選択するようになっていてもよい。
【０１７１】
通常、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＨｏｍｅは、それ自体のホーム管理センターを備え、ドメスティック行動および娯楽行動において支持するための情報および管理サービス受け入れるようになっている。ホーム管理センターは、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＨｏｍｅｓの配電網管理センターとして働いている。
【０１７２】
また、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＨｏｍｅは、分配ＣＨＰシステム、ＰＶアレイまたは小規模風力タービンの如き発電デバイスを備えうる。
【０１７３】
また、近郊型ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＧｒｉｄは、ユーティティ供給業者が運用する複数の配電網の一つとしてその供給業者により運用されうるそれ自体の配電網管理センターを備えうる。また、このユーティティ供給業者は、通常、それ自体の近郊型ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎを備えうる。しかしながら、配電網管理センターおよびＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、加入者によりまたは他の組織により、容易に協働で所有されうるし、供給業者が、その近郊型の配電網上に競合するＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎを備えていてもよい。
【０１７４】
正常の動作状態では：
●近郊型配電網管理センターは、そのＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが接続されている高電圧配電網から、近郊の人達のために予測される必要電気量を購入するための交渉を行いうる。
●各メータ期間の予測される電気フローは、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎに伝えられる。これは、かなり前から行いうるが、その期間が近づいてから細かいチューニングを行ってもよい。重要な点は、時間が重視される事柄ではないので、基本的に遅いまたは非常に遅い通信リンクを通じて行えるということである。
●また、近郊型ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、不均衡（すなわち、周波数）が変わった場合に価格がどのように変わるかを規定する「価格テーブル／パラメータ」を（Ａ配電網管理センターおよびＢ配電網管理センターから）受信する。また、Ｂの価格テーブル／パラメータは、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＨｏｍｅ内のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎによる利用も可能となっている。先の場合と同様に、「デフォルト」価格をかなり前から発行しておいてもよいし、その期間が近づいてから細かいチューニングを行ってもよい。安定な制御を達成するために時間が重視される通信の必要性はない。
●正常な動作状態では、近郊型ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、交渉のとおりの電気を流す。近郊の配電網が均衡な状態でない場合、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄデバイスは、安定性を提供し、すべてのデバイスが利用可能な周波数信号を安定化させる。
●上記のさまざまなデバイスは、どのように反応するかに関する独自の判断を行うために、周波数（および、交渉された価格）を用いる。一般的に、最もアクティブなのは近郊型ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎである可能性が高い。
●ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎまたはその電力に不良が発生した場合、周波数は降下する。次いで、足りなくなった負荷は、部分的にまたが全体的に、他のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎにより補填される。これでも十分でない場合は、周波数は、低いままに留まり、上記のさまざまなデバイスは価格曲線を移動する。最終的には、高価格に見合う負荷装置のみが接続されたまま留まり、その他の負荷装置は切断される。
●故障が配電網に対するまたはそれからの総電気量のうちの一部であって利用可能なＲｅｓｐｏｎｓｅよりも大きい場合、周波数は非常に急速に降下する。このような故障イベントの場合には、他のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎにより直ぐに認識され、これらのＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎが、検出されたイベントをほぼ補填すると考えられる前もってプログラミングされているアクションを、基本的な価格制御の枠外で、迅速に取ることができる。
●故障したＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、その配電網に対して失った収益の補償をする必要があり、余分な負荷を補填したＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、（適切な価格で）その配電網を補償する必要がある。これらは、必ずしも同じである必要はなく、一般的に、電気のコストの方がより高い（経済的に適切な結果）。
●近郊型ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎにより取られた電気量は、その階層構造内の次のレベルの配電網周波数に影響を与える。以下で、このことについて説明する。
分配ネットワーク型ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＧｒｉｄ
近郊型ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＧｒｉｄは、大規模な地理的領域を対称としているとともに複数の近郊型ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎに電気を供給するようになっている配電網により、高電圧で電気が供給されるようになっている。
【０１７５】
基本的には、重複し競合する高電圧の配電網が存在しうる。近郊型ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、（周波数により示される）需要および（競合する配電網により発行される）価格が適切であるときのみ、それ自体の高電圧の配電網から電気を流すようになっている。競合する高レベル配電網の周波数がその中心周波数にある場合には、電気フローは、最も低い価格を発行している高レベルの配電網からのものである。しかしながら、高レベル配電網の周波数が独立して変動する場合には、実際の電気フローは、価格テーブルまたは変数の差にさらに依存する。
【０１７６】
故障状態では、上記の事項により、大きな回復力が提供される。均衡の配電網は、動作中の配電網のうちのいずれからでも電気を流すことができる。階層構造内の各レベルが同一のチャンスを有しているので、フローは、配電網内の各レベルが支払うよう構成されている価格に応じて発生する。電気量が乏しい場合には、周波数の降下が階層構造をカスケード式に下方に向かって発生していき、価格が上昇し、だんだんとデバイスがオフになっていく。
【０１７７】
もちろん、故障がさらに発生し、階層構造を有する一つの配電網を閉じてしまう場合もある。配電網の各レベルは、所望な安定供給方法に応じて他の供給源を有しうる。一般的な電気不足は、システム全体にわたって分散されていく。需要（ｉｍｐｏｒｔ）を増やしたところは高価格を支払うことになり、供給（ｅｘｐｏｒｔ）をし続けるところは高価格を受け取ることになる。
伝送ネットワーク型ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＧｒｉｄ
同じようなことが、伝送・分配階層構造内の漸進的な高レベルにおいて発生する。各レベルでは、（必ずしも望ましいことではないが）競合が可能であり、複数のユニットにわたって負荷を重複させおよび／または分配させることにより、故障が発生した場合における回復力が提供できる。ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎにより発行価格に応答して調整されるように、配電網間において裁定取引の機会が与えられる場合、配電網の異なるサブセット間および異なる伝送ルート間において価格差が発生する余地がある。
【０１７８】
このような状況下では、配電網管理センターは、異なるＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎに適用可能な二つの価格セットを発行しうる。したがって、伝送回線の一方の端部における価格は他方の端部における価格と異なる場合がある。周波数依存型の価格テーブルは、伝送回線の価値をその所有者に合わせて最適化し設計限界値の外での運転の危険性を最小限に抑えるようなフローパターンを促進するように調整されうる。
【０１７９】
以上のように市場が動くことにより、一つの所では需要を充たし他の所では供給を充たすようにネットワークを通じて電気フローを転送する配電網が、市場価格による見返りを受けることができるようになっている。価格差が、一日毎または一周期毎に変動することにより、収益を上げるチャンスが電力を最も効率的に伝達する配電網に与えられ、需要の大きな所で発電を促進させる信号が市場に与えられる。
【０１８０】
また、伝送型の配電網の異なる部分が異なる周波数で運転される余地があり、このことは、低周波数により伝送特性が向上されうる一部の長距離回線において最も有益である可能性が高い。もちろん、極端な場合には、これはDC伝送に対応する。
【０１８１】
ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＧｒｉｄは、現在の配電網よりもはるかに停電を起こす可能性が少なく、通常、適切に切断されていき、停電になるまえに、修正アクションを取るための時間が与えられ、ほとんどの需要および／または発電が切り離された場合でも、動作状態のままで留まるようになっている。また、故障の程度は、はるかに小さいのが普通である。
【０１８２】
しかしながら、個々のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＧｒｉｄまたは複数のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＧｒｉｄが完全に故障するような状況がある。このような場合、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、非動作状態または停電の状態にある二つの配電網に接続されたまま残されることがある。一方または他方の配電網が再び動作状態に戻されたとき、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎがどのように動作するか？
明らかに、第一のステップは、いかなる電気供給源を用いても、応答フローコントローラおよび関連する配電網ストレス検出器を動作させることである。通常、これらの装置は、低消費デバイスであるため、それ自体の電源により保護されうる。
【０１８３】
一旦、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎ制御システムが機能すると、手順は、通常以下の通りである：
１．応答電力変換器を最も安全であると考えられる構成に設定する。この場合、通常すべての電気フローが停止される。
２．配電網ストレス検出器内の配電網中心周波数およびパラメータ検出器がそれが関連する配電網の周波数を検出すると、使用する公称配電網中心周波数を決定し、中心周波数交差検出器およびすべてのクロック比較器をリセットする。この配電網についての信号は、応答フローコントローラの中へ送信される。
３．ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎ内には複数の応答フローコントローラが存在しうるが、配電網危機の間またはブラックスタートの際には単一のコントローラのみがアクティブな状態に置かれうる。したがって、主要な配電網危機用の応答フローコントローラを除くすべてのコントローラが、配電網危機が再ふたたび制御状態に戻るまで、非動作状態に置かれる。
４．応答フローコントローラは、一つのアクティブな配電網および一つのアクティブでない配電網を認識すると、何らかのアクションを取るか否かを判断するために、ブラックスタート任用ステータスを用いる。また、応答フローコントローラは、ブラックスタート任務に任用された場合には、アクティブでない配電網を動作状態にするための周波数を判断する。小規模の配電網の場合、この周波数は、たとえば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの通常のＮＣＧＦである場合が多い。通常、応答フローコントローラは、ＮＣＧＦよりも少しだけ低い値を用いて流すことを選択することにより、それ自体および配電網上の他のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎに対してフローを増加させるために価格機構を適用する機会を与えるとともに、消費デバイスに対して配電網周波数が正常値に達するまでスイッチがオフの状態のままでいる機会を与える。
５．一部の配電網の場合には、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、通常の運転に用いられる周波数よりも（たとえば）１０％低く設定される緊急配電網低周波数を採用するように設定されている場合がある。このＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎは、配電網を動作状にし、配電網において生存しているデバイスに電気を消費することを可能とするものの、ブラックスタートモードが用いられるすべてのＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎに信号を送る。
６．配電網危機フロー決定器は、この目的のために用意された特別な価格テーブルおよびパラメータを使用する正常な価格機構を用いる。一般的には、これらの配電網危機フロー決定器は、周波数が上限周波数（配電網危機公称周波数よりも５％高い周波数）に到達するまで配電網の中への電気フローを増大させるように設定される。通常用いられるＮＣＧＦよりも５％低い周波数である上記の周波数で、配電網ストレス検出器は、新しいＮＣＧＦを認識し、正常フロー制御モードを起動し、状況が正常に戻るまで、価格機構がフローを増大させる。
７．上記のような危機状態では、測定されたメータフローは、生み出された価値のうちの小部分である。通常のメータ計量を短期間の間一時的に停止し、配電網の生存に応じた報酬を考えることが妥当である。
相互接続される相互接続装置
２００３年８月に悲劇的な故障を起こした北米東部の相互接続装置（Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｅａｓｔｅｒｎ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）の如き相互接続装置は、それ自体を、他の相互接続装置と相互に接続することができ、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎと同一の原理の適用を受けることができる。
【０１８４】
以上では、個別に自立し、回復力を有し、自己完結型の動作ができると考えられる配電網を階層的に組織化したセットの構想が記載されているが、この構想は一夜にしてなされるものではない。事実、終局の実施形態には、何年にもおよぶ既存のサブステーションの漸進的な改良ならびに個々の配電網およびＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎの漸進的な推進が必要である。
【０１８５】
この変化の計画に当たって、いくつかの興味ある課題が生じた。現在のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎ技術は階層構造内のいずれのレベルで最も経済的に効果的であるか？ドメスティックＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎがメータ変更プログラムとメータに接続されている通信チャネルと組み合わされているホームにおいて最も経済的に効果的であるのか？ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＳｕｂｓｔａｔｉｏｎがローカルレベルで強化された安全性および信頼性を提供する近郊レベルにおいて最も経済的に効果的であるのか？分配ネットワークの管理が困難になり、ディストリクト配電網が自動的に安定化されることにより管理問題および制御問題を減少することができる分配レベルにおいて最も経済的に効果的であるのか？または、５０年間我々にサービスを提供してくれている技術が陳腐なものになろうとしている伝送レベルにおいて最も経済的に効果的であるのか？
一般的には、投資は、個別の「アイランド」を形成するように集中させるのが最良でありうる。初期の時点では、これらのアイランドは、配電網がストレス下にあるときに信頼性を強化させるためにのみ動作されうるが、配電網により管理される価格決定の知識が増えるにつれ、これらのアイランドは、独自の「周波数特権」を取得することができ、これらがいくつか存在するようになると、これらのアイランドは、独自の配電網となることができ、元の配電網の残りの部分は分離される。
【０１８６】
複数のレベルにおいて同時に漸進的な構築を行うことは、可能であり、搭載されたときはいつでも信頼性および財政的報償を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【図１】伝送・分配階層構造内のさまざまなレベル間にサブステーションを有する配電網システムを示す概略図である。
【図２】本発明にかかる応答サブステーションを示すブロック図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態に用いられる配電網ストレス検出器を示すブロック図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態に用いられる応答フローコントローラを示すブロック図である。
【図５】サブステーションフローコントローラを示すブロック図である。
【図６】サブステーション測定コントローラを示すブロック図である。
【図７】管理センターを示すブロック図である。
【図１】
2007511196.tif 000003
【図２】
2007511196.tif 000004
【図３】
2007511196.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007511196.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月7日(2005.9.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる周波数レベルおよび／または電圧レベルで動作する二つの配電網部分を接続し、  前記二つの配電網部分から入手可能な電気量および／または前記二つの配電網部分により必要とされる電気量を示すパラメータを監視するための手段と、前記二つの配電網部分の前記パラメータに応答して前記二つの配電網部分間の電気フローを制御するための応答フロー制御手段とを備えている配電網システムのサブステーションにおいて、
前記監視するための手段が、リセット時点から前記配電網部分のうちの一方または両方の周波数の積分することにより、該配電網部分のうちの一方または両方の前記パラメータを導出するように構成されていることを特徴とする、サブステーション。
【請求項２】
前記周波数を周波数の絶対値として監視するように構成される、請求項１記載のサブステーション。
【請求項３】
前記周波数が、正常動作周波数からの周波数偏差の量として監視され、該正常動作周波数が、対応する配電網部分がストレス下にないときの周波数である、請求項１記載のサブステーション。
【請求項４】
前記二つの配電網部分のＡＣ位相をより近づけて相互に一致させるべく、該二つの配電網部分間の電気フローを調整するための手段をさらに備えてなる、請求項１乃至３のうちのいずれかに記載のサブステーション。
【請求項５】
前記ＡＣ位相をより近づけて相互に一致させるための前記手段がスイッチを備えてなる、請求項４記載のサブステーション。
【請求項６】
前記配電網部分のうちの一方または両方の前記パラメータが、前記配電網部分のうちの一方または両方から入手可能な電気量とそれにより要求される電気量との間の不均衡さを示す信号を含んでなる、請求項１記載のサブステーション。
【請求項７】
前記パラメータが、前記配電網部分のうちの一方または両方への電気の価値を示す価値パラメータである、請求項１記載のサブステーション。
【請求項８】
前記価値パラメータが、金銭的な価格価値を含んでなる、請求項８記載のサブステーション。
【請求項９】
前記金銭的な価格が、前記配電網部分のうちの一方もしくは前記配電網部分のうちの両方の周波数に応じて変動するように構成される、請求項８記載のサブステーション。
【請求項１０】
前記配電網部分のうちの一方または両方の周波数により駆動されるクロックと、配電網公称周波数により駆動されるクロックと、これらのクロックを比較するためのクロック比較器とをさらに備えてなる、請求項１記載のサブステーション。
【請求項１１】
前記二つの配電網部分間の電気フローをメータ計量するための少なくとも一つの電気フローメータをさらに備えてなる、請求項１記載のサブステーション。
【請求項１２】
前記配電網部分のうちの一方または両方の周波数の変化率を検出するための手段をさらに備えており、前記制御するための手段が、検出された前記変化率に応答して、電気フローを制御するように構成される、請求項１記載のサブステーション。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のうちのいずれか一つに記載のサブステーションにより接続される二つの配電網部分を備える電気供給配電網システムであって、
各配電網部分が、一または複数の負荷装置と、前記パラメータを提供するための管理ユニットとを備えてなる、電気供給配電網システム。
【請求項１４】
前記管理ユニットが、対応する配電網部分の周波数に応じて、前記一または複数の負荷装置による電気の消費を調整するように構成される、請求項１３記載の電気供給配電網システム。
【請求項１５】
前記パラメータが、前記配電網部分のうちの一方または両方への電気の価値を示す価値パラメータであり、前記配電網部分のうちの一方が発電機であり、該発電機が、前記価値パラメータに応じて、その電気出力を増加または減少させるように構成される、請求項１４または１５に記載の電気供給配電網システム。
【請求項１６】
前記パラメータが、前記配電網部分のうちの一方または両方への電気の価値を示す価値パラメータであり、前記配電網部分のうちの一方が電気消費デバイスであり、該電気消費デバイスが、前記価値パラメータに応じて、その消費を増加または減少させるように構成される、請求項１４または１５に記載の電気供給配電網システム。
【国際調査報告】
2007511196.tif 000010
2007511196.tif 000011
2007511196.tif 000012