(57)【要約】本発明は、配電網から電力を受ける電気エネルギー消費機器の制御を提供する。配電網のストレスレベルを求めるために配電網の周波数が検出され用いられる。高周波数の検出は、配電網に供給されている電力に対して負荷が少なすぎる、すなわち低ストレス状態であることを意味する。配電網に供給されている電力に対して負荷が多すぎる場合に、高ストレス状態が存在しうる。高いおよび／または低いストレス状態が確定された場合、エネルギー消費機器の電力消費の調整が阻止される。危機的な高ストレスまたは低ストレス状態が確定された場合、それぞれに応じて、エネルギー消費機器は、電力の消費を完全に阻止されるかまたは最大電力消費状態に置かれる。装置が、特定の電気エネルギー消費機器に対し、管理限界値に維持される配線網周波数と変数に基づいて電力消費量を制御するよう動作する負荷コントローラを組み合わされた場合、本発明の効果はより発揮される。【選択図】図１
2007518381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断続的または変動可能な電気エネルギーを消費する電気エネルギー消費機器に接続されるように構成されている応答負荷装置であって、
配電網から、前記電気エネルギー消費機器に供給されている本線電力の周波数を示す入力信号を受信する手段と、
前記配電網の動作下におけるストレスレベルを求め、求められた該ストレスレベルに応じて、前記電気エネルギー消費機器により消費されている電力を制御し、前記ストレスレベルが所定の最大しきい値を上回るときおよび／または所定の最小しきい値を下回るときには、前記消費されている電力の調整を阻止するように、前記入力信号に応答する手段と
を備えてなる、装置。
【請求項２】
前記装置は、発電不足配電網のストレスレベルが第一の最大しきい値を上回るときには前記エネルギー消費機器の電力消費の増加を阻止し、および／または、需要不足配電網のストレスレベルが第一の最小しきい値を下回るときには前記エネルギー消費機器の電力消費の減少を阻止するように、前記周波数に応答するように構成されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記装置が、前記第一の最大しきい値よりも高い第二の最大しきい値を上回るシステムの前記発電不足配電網のストレスレベルに対して、前記エネルギー消費機器による電力の消費を阻止するよう応答するように構成されている、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記装置が、前記第一の最小しきい値よりも低い第二の最小しきい値を下回る前記需要不足配電網ストレスレベルに対して、前記エネルギー消費機器による電力消費を最大限増加させるよう応答するように構成されている、請求項２または３記載の装置。
【請求項５】
変数を管理範囲内に維持するために断続的または変動的な電気エネルギーを消費する前記電気エネルギー消費機器に接続されるように構成されている応答負荷制御装置と、
前記システムに供給される前記本線電力の周波数および前記変数の値に応答して、前記エネルギー消費機器により消費される前記本線電力を制御する手段と、
前記電気エネルギー消費機器に供給される前記本線電力の周波数を検出する手段および前記エネルギー消費機器の前記変数の値を検出する手段と、
検出された前記周波数に基づいて前記配電網の瞬間ストレスのレベルを求める手段とを備えており、
前記消費される本線電力を制御する手段が、
検出された前記瞬間ストレスレベルを、所定の上限瞬間ストレスレベルしきい値および下限瞬間ストレスレベルしきい値と比較する手段と、
前記変数を、所定の上限しきい値および下限しきい値と比較する手段と、
前記システムの前記瞬間ストレスレベルが前記下限瞬間ストレスレベルしきい値を下回りかつ前記変数が前記上限しきい値および前記下限しきい値により定義されている範囲内に収まっているとき、前記エネルギー消費機器への電力供給をオフにするかまたは減少させる手段と、
前記システムの前記瞬間ストレスレベルが前記上限瞬間ストレスレベルしきい値を上回りかつ前記変数が前記上限しきい値および前記下限しきい値により定義されている範囲内に収まっているとき、前記エネルギー消費機器への電力供給をオンにするかまたは増大させる手段とを備え、
前記所定のしきい値を自動的に最適化または調整するように構成されている手段をさらに備えてなる、請求項１乃至４のうちのいずれかに記載の装置。
【請求項６】
配電網からの電力を受け取る電気エネルギー消費機器を制御するための方法であって、
前記電気エネルギー消費機器により受け取られる電力の周波数から前記配電網のストレスレベルを求めるステップと、
求められた前記ストレスレベルが所定の最大しきい値を上回るときおよび／または所定の最小しきい値を下回るとき、前記電気エネルギー消費機器により消費される電力の調整を阻止するステップと
を有している、方法。
【請求項７】
前記阻止するステップが、前記求められたストレスレベルが前記所定の最大しきい値を上回るとき前記消費される電力の増加を阻止することと、前記求められたストレスレベルが前記所定の最小しきい値を下回るとき前記消費される電力の減少を阻止することとを含んでいる、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記配電網の前記ストレスレベルが前記第一の最大しきい値よりも高い第二の最大しきい値を上回るとき、前記電気エネルギー消費機器が電力を消費することを阻止するステップをさらに有する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記配電網の前記求められたストレスレベルが前記第一の最小しきい値よりも低い第二の最小しきい値を下回るとき、前記電気エネルギー消費機器により消費される電力を最大化するステップをさらに有する、請求項７または８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本線電力（ｍａｉｎｓ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｏｗｅｒ）を消費する装置が本線電気供給システム（ｍａｉｎｓ  ｓｕｐｐｌｙ）に対する需要の変化に応答するように制御するための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電装置から消費者まで電力を安全かつ確実に分配する機能を実行するために、交流配電網（ｇｒｉｄ）は、供給（発電）と需要（負荷）とを非常に精度よくバランスのとれた状態にする制御システムを備えることが必要である。このシステムの周波数は、上記の制御を達成するための信号からなる。また、このシステムの周波数は、通常５０Ｈｚ、６０Ｈｚまたは４００Ｈｚであり、すべての発電とそれと同時に起きる当該システムに対する負荷とを同期させ、バランスの悪さに応じて変化するようになっている。負荷が高すぎる場合にはシステム周波数は速度を落とし、負荷が低すぎる場合にはシステム周波数は速度を上げる。負荷が絶えず変化しているので、システム周波数も変動する。ただし、システムの機械的慣性にため、周波数の変化する速度には限度がある。
【０００３】
全体としてのシステムの周波数は、発電とシステムへの負荷とを混ぜ合わせたもの全てによって影響される。負荷のほとんどは、「抵抗的」な負荷、たとえば電気照明によるものであり、この負荷量は、負荷時の電圧に応じて変わる。これらのタイプの負荷は、システムの周波数の変化が電圧の変化を含んでない限り、このシステムの周波数の変化に対して直接応答しない。
【０００４】
また、上記のシステムは、「同期的」な負荷、たとえば回転速度が全体的なシステムの周波数にロックされるモータによる負荷をさらに有している。実際、システムの周波数が下がると、その回転速度が落ちるので、この負荷のほとんどは、それが消費するエネルギーを減少させる。したがって、上記のシステムは、需要に対して有益な方法で対処するという潜在的な能力を有しているため、大きな負荷が加えられると、その周波数を変化させるようになっている。
【０００５】
しかしながら、発電装置もまた、システムの周波数が落ちると、その出力を減少させるという潜在的な傾向を有している。したがって、このことにより、悪循環が引き起こされることになり、訂正されない限り、不安定な稼働が引き起こされることになる。
【０００６】
この傾向を監視する方法が知られているものの、この監視に付随する条件というのが厄介な場合もある。従来の周波数制御方法は、ガバナーを発電機に嵌めることであった。こうすることにより、周波数が下がった場合にはガバナーがその出力を上げ、周波数が上がった場合にはガバナーがその出力を下げる。この動作は、良好であるものの、比較的ゆっくりとしている。発電装置が周波数の変化に応答してその出力をフルに上げるために数分かかる場合もあり、この時間中、周波数は低い状態にある。したがって、配電網の周波数が、比較的広範囲の予測不能な変動を起こすことが通常知られている。
【０００７】
容量を上げるためのヘッドルーム（ｈｅａｄｒｏｏｍ）は、通常用いられない容量を生産する必要があるため、発電装置の稼働効率が下げる。エネルギーを下げるためのヘッドルームは、問題はさほど無いものの、需要が非常に低くかつ通常時需要用プラントがすでに最少容量で稼働しているような場合には、問題が生じる場合もある。
【０００８】
システム全体としては、安定性を保持するために、発電の最大想定損失（ｌａｒｇｅｓｔ  ｃｒｅｄｉｂｌｅ  ｌｏｓｓ  ｏｆ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）（現実には、同期的負荷の作用、発電プラントの作用およびシステムに対する総合負荷の如き因子を考慮）に実質的に等しいエネルギーをさらに配電することにより自動的に応答することができるプラントが必要とされている。通常、発電の最大想定損失とは、稼働している最も大きな単一発電装置の損失に等しいと考えられている。これは、英国およびウエールズにおいては、通常、１．２ＧＷを有するＳｉｚｅｗｅｌｌ  Ｂのことであるが、これ以外にも、Ｆｒｅｎｃｈ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｏｒが、それぞれ１ＧＷの二つの入力部を有している。この追加のエネルギーは、周波数が実際に管理限界よりも下がるまえに入手可能でなければならない。英国では、電力供給システムの慣性により、限界が破られるのに約１０秒がかかる。大きな損失が発生するような事態は例外的なことであり、周波数の公差の平均が１％を超える場合もありうると考えられている。この容量を確実に入手可能とすることが非常に重要であり、電気供給システムの全体的な稼働において主要な検討項目であるとともに厄介な問題である。通常、この懸案事項は、発電業者にお金を支払い契約を結んでガバナーを備えてもらい、必要なときにそれらをオンしてもらうことにより、または、プラントの一部だけを利用するようにスケジュールすることによって対処されている。
【０００９】
システムの周波数を維持するサービスは、Ｒｅｓｐｏｎｓｅとして知られており、すべての配電網において、システムが全体として短期的な偶発的出来事の取り扱いに当たって利用可能な十分なＲｅｓｐｏｎｓｅを有していることを担保しておくことは配電網オペレータの責務である。したがって、発電業者の発電装置を運転可能な状態とするために当該発電業者にお金を支払うことに加えて、必要なときに発電業者が出力を上げる（または下げる）ことができるように「ヘッドルーム」を購入しておくことが必要となることが多い。配電網の安定性を担保するためには、発電および／または負荷の起こりうる損失を補償するために入手可能なリスポンスが十分に存在していなければならない。発電装置（または、発電機からの伝送回線）が、障害を有し、発電を停止した場合、通常数秒以内に他の発電機と取り替えなければならない。急に負荷が無くなった場合には（たとえば、ある領域全体にわたって停電が発生した場合には）、Ｒｅｓｐｏｎｓｅにより、それに対応する量だけ、発電が減らされなければならない。
【００１０】
入手可能なＲｅｓｐｏｎｓｅが十分でない場合、周波数は安定化されない。周波数が限界値を超えて変動する場合、配電網に接続されている装置のほとんどが損傷を受けることになる。発電装置は制限速度を超える（そして、最終的に壊れる）。モータは、オーバヒートまたは失速し、他の装置は損傷を受ける。長期の損傷を防ぐために、配電網には、周波数および変化率を監視し、所定の限界値を超えた場合、配電網の一部またはよりローカルな配電システム（ｍｏｒｅ  ｌｏｃａｌ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）を切断するさまざまな「共振リードリレー（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｒｅｌａｙ）」が備えられている。したがって、たとえば周波数が下がっている場合、これらの痩装置は、その周波数が安定になるまで、地域内の領域をだんだんと切断していく。通常、システム周波数が４８．５Ｈｚ、すなわち管理限界値よりも１．５％少ない値を下回るまえに、負荷制限（ｌｏａｄ  ｓｈｅｄｄｉｎｇ）が自動的に始動するようになっている。
【００１１】
停電の地域には差はない。すなわち、病院および鉄道の如き重要性の高い用途における電力の損失は、街路照明または家庭用消費の如きそれ程重要でない負荷用途における電力の損失と同時に起きるという点で、結果として生じる地域の停電は無差別的なものである。
【００１２】
その一方、他の装置は、周波数が高くなると、発電装置を切断する。
【００１３】
これは、自動的に行われなければならない。というのは、配電網および電気装置への損傷は、故障が発生してから秒単位以下の時間内に起こりうるからである。いかなる人的介入も遅すぎる。配電網オペレータは、広範な領域の切断が必要となるまで重要な装置の切断をなるべく少なく抑えるように、前もって産業消費者との間でしばしば事前準備を行う。
【００１４】
ある状況下では、故障が続いて発生する場合がある。負荷が消失すると、周波数が上昇し、発電が打ち切られ、再び負荷が発電を上回り、さらなる負荷が消失して行く。制御システムが十分でなければ、第一の故障から数秒以内に大規模な停電が発生する場合もある。我々は、米国の東海岸における最近の停電によりこのことを経験している。一般的には、ロンドンにおいて経験したように、故障は狭い領域内に封じ込められている。
【００１５】
いったん大規模な停電が発生すると、回復は遅い。発電装置を始動させるためには、そのために利用可能ななんらかの動力を発電装置が有していることが必要となる。動力がない場合には、発電装置を作動することはできない。したがって、配電網システムは、「ブラックスタート」サービスと呼ばれるサービスを有している。このサービスにより、発電の一部が、配電網のうちの他の部分が動作状態でない場合であっても、発電を開始し、発電し続けること容量を有している。配電網オペレータは、発電および負荷を回復するために前もって計画された手順を有している。この手順により、限られた最初の供給量が、通信および制御に用いられ、次いで、大きな発電装置を始動させ、次いで、利用可能な発電量が増加するに合わせてエネルギー消費装置が接続されて行くことが確実に行われる。ブラックスタートの全プロセスが困難なものである。ブラックスタートは、滅多に発生しない事件であり、実際に危機が発生した局面以外では実施出来るものではない。関与するすべても人が著しい苦痛の下におかれ、上記のシステムが、通常の動作範囲の外（しばしば設計範囲の外）で運転される。負荷または発電が追加される場合のステップ全てがシステムにとって衝撃であり、それが発生したあと配電網が安定化するのに数秒または数分の時間が必要となりうる。少しずつ増やして行くことにより変更していくことが賢明である。当然、このようにすれば、プロセス全体を遅延させることになり、再接続を必要としている人達に対して停電を長引かせることになる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、
１．Ｒｅｓｐｏｎｓｅサービスを拡張し、危機の前または最中の配電網を安定化させ、この配電網をさらに回復力および信頼性のあるものにすることを指向し、
２．重要なサービス（たとえば、病院、電車、地下鉄）が影響を受けないでいる可能性を高くするように、危機が発生した場合に切断するエネルギー消費機器をさらに著しく差別化することを可能とし、
３．小さな領域が影響を受けるものの大きな領域が電気を継続して供給されるように、危機の間の停電の範囲を最小限に抑え、
４．ブラックスタート中、上記のシステムに対する衝撃を緩いものにすることを指向している。大きな消費電力機器および領域が速やかに再接続され、したがって、回復が速い。
【００１７】
電気用品が交換される時点において本発明の装置を組み入れることにより漸進的かつ長期的に導入して行けば、これらすべてを、非常に安価な投資費用で実現することが出来る。もっと短期間で多くのことを成し遂げることもできるが、これには、既存装置の装備の改良または早期廃棄によって多くの費用が必要となる。
【００１８】
以上のような状況を鑑みて、本発明により、断続的または変動的な電気エネルギーを消費する電気エネルギー消費機器に接続されるように構成された応答負荷装置が提供されている。かかる装置は、上記のシステムに供給する本線電力の周波数を表す入力信号を受信する手段と、配電網が受けているストレスのレベルを求め、求められたストレスレベルに応じて電気エネルギー消費機器により消費される電力を制御し、ストレスレベルが所定の最大しきい値を上回るときおよび／または所定の最小しきい値を下回る場合、電力消費が調整されることを阻止するように入力信号に応答する手段とを備えている。
【００１９】
好ましくは、上記の装置は、発電不足（低周波数）配電網のストレスレベルが第一の最大しきい値を上回るときにはエネルギー消費機器の電力消費の増加を阻止し、および／または、需要不足（高周波数）配電網のストレスレベルが第一の最小しきい値を下回るときにはエネルギー消費機器の電力消費の減少を阻止するようにシステム周波数に応答するようになっている。
【００２０】
第一の最大しきい値よりも高い第二の最大しきい値を上回るシステム発電不足（低周波数）配電網のストレスレベルに対して、エネルギー消費機器による電力の消費を阻止するように上記の装置に応答させることにより、上記の装置の「応答」をさらに向上させることができる。これに加えてまたはこれに代えて、上記の装置が、第一の最小しきい値よりも低い第二の最小しきい値を下回る需要不足（高周波数）配電網のストレスレベルに対して、エネルギー消費機器による電力消費を最大に増加させるように応答してもよい。
【００２１】
上記の装置は、いかなる適切な電気機器に組み込まれても「応答」効果を奏しうるが、この利益は、上記の装置が、システム周波数に加えて、ある電気器具の場合の管理限界内に収められる温度の如き変数に基づいて電力消費を制御するように動作する応答負荷コントローラと組み合わせられることにより増加する。したがって、好ましい実施形態に従って、本発明により、管理限界内に変数を維持するために、断続的または変動的な電気エネルギーを消費する電気エネルギー消費機器に接続されるように構成されている応答負荷制御装置が提供されている。かかる装置は、システムに供給される本線電力の周波数に応答してエネルギー消費機器により消費される電力を制御する手段と、システムに供給される本線電力の周波数を検出する手段およびエネルギー消費機器の変数の値を検出する手段と、検出された周波数に基づいて配電網の瞬間ストレスレベルを求める手段とを備えており、消費される電力を制御する手段が、検出された瞬間ストレスレベルを所定の上限瞬間ストレスレベルしきい値および下限瞬間ストレスレベルしきい値と比較する手段と、変数の値を所定の上限しきい値および下限しきい値と比較する手段と、システム瞬間ストレスレベルが下限瞬間ストレスレベル限界値を下回りかつ変数の値が上限しきい値および下限しきい値により定義される範囲内に収まっているときエネルギー消費機器への電力供給をオフにするかまたは減少させる手段と、システム瞬間ストレスレベルが上限瞬間ストレスレベル限界値を上回りかつ上記の変数が上限しきい値および下限しきい値により定義される範囲内に収まっているときエネルギー消費機器への電力供給をオンにするかまたは増大させる手段とを備えている。さらに、かかる装置は、所定のしきい値を自動的に最適化または調整するように構成されている手段を備えている。さらに、かかる装置は、求められたストレスレベルが所定の最大しきい値を上回るときおよび／または所定の最小しきい値を下回るとき、電力消費の調整を阻止する手段を備えている。
【００２２】
本発明は、英国特許第2361118号に開示されている「ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄ（応答負荷）」システムを基にして構築されている。これは、ＭＩＴのフレッド・シュウェッペ（Ｆｒｅｄ  Ｓｃｈｗｅｐｐｅ）教授により発明され、米国特許第4,317,049号に開示されている「周波数適応型電力−電力量計画変更装置（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ａｄａｐｔｉｖｅ、ｐｏｗｅｒ−ｅｎｅｒｇｙ  ｒｅ−ｓｃｈｅｄｕｌｅｒ）」を強化・拡張したものである。
【００２３】
「ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄ」は、複数の消費装置（ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）にシステム周波数を監視（ｌｉｓｔｅｎ）させ、配電網の安定化に寄与するように、これらの消費装置の動作を調整させることにより作用するようになっている。ほとんどのエネルギー消費機器は、制御変数を定められて限界内に収めるように、負荷サイクルに従って作動するようになっている。このような装置の例としては、冷蔵庫、冷凍庫、空調機およびタンク充填用ポンプが挙げられる。これらの装置は、負荷サイクル中のほとんどの間において、実行または停止に関する自由裁量権（ｄｉｓｃｒｅｔｉｏｎ）を有している。換言すれば、たとえば、冷蔵庫のモータが、動作しているような場合、しばらくの間オフにされてもよいし、また、オフにされることによって本来の目的が損なわれることがない（すなわち、冷蔵庫の温度は必要な範囲内に収まっている）。
【００２４】
電気機器に関連づけされた「ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄ」コントローラは、スイッチのオン・オフのタイミングに関する指標（ｇｕｉｄｅ）として、（制御温度に加えて、）この自由裁量権を活用し、システム周波数を利用すべくなしてある。
【００２５】
配電網上の適切な数のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄ装置 により新たな効果を引き起こす：
−  システム周波数がさらに細かく制御される。周波数の短期的な変動は、小さく、狭い周波数範囲内で発生する。
−  配電網が、周波数限界から偏移することなく、より大きな、短期間（１／２時間程度）の需要と供給との間の不均衡を吸収することができる。
−  システム周波数が、需要と供給との間の不均衡の程度に関する、よりはっきりとしたかつ、より利用可能な信号となる。
短期間の不均衡を許容できる期間は、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄを提供する装置の特性に依って異なる。上述の冷却装置の熱慣性は、需要を遅らせるために用いられ、事実上、電気の保管庫である。短期間においては、冷却された熱質量の温度は、僅かに上昇するが、均衡が再び達成されると、元に戻る。冷蔵庫および冷凍庫は、非常に高い内部熱慣性を有しているので、需要を、しばらくの間（数時間）遅らせることができる。
【００２６】
しかしながら、空調機の熱慣性は、冷却（または、加熱）された空間およびその空間を収容している建物の構造によるものである。
【００２７】
ほとんどの配電網上では、空調機が、ピーク負荷の重要な部分を占めており、配電網に対して重要な利点を提供している。事実、このことが、「ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄ」により提供される主要な経済的価値をもたらしている。一般的に、この経済的利点は、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄ空調機の利用者に対するなんらかの社会的または経済的な恩恵として、たとえば低コストの電気機器または低い電気関税の形で反映される。上記の恩恵が、公共の利益を提供する良き市民にすぎない場合もある。また実際問題として、ほとんどのＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄ空調機は、配電網の周波数が短期間よりも長い期間にわたって臨界レベルを下回る場合にすべての負荷を切断する周波数感知リレーを備えている。この切断しきい値は、送電システムまたは配電システムの一部が切断されるレベルを幾分上回るあるレベルに設定されうる。送電システムおよび配電システムの内の周波数感知リレーに対しても同様な効果があるが、影響がまったく異なっている。停電（および、電車の停止のような他の深刻な混乱）と空調機の停止との間の選択に直面した場合、分別のあるほとんどの人達は、空調機の停止を選択すると考えられる。
【００２８】
事実、差別化に対して市場が値段を付けることができるであろう。高い関税を支払う意志のある人達は、カットオフ周波数をより低く設定することに対してより多く支払うことができる。重要な公共サービスにはより低いカットオフ周波数を割り当てることができる。
【００２９】
ユーザの中には、空調機がＲｅｓｐｏｎｓｅを提供しているときの部屋または空間の平均温度の変化を感知できるものもいる。ユーザが空調機のサーモスタットの設定値を上げる反応を示した場合、このＲｅｓｐｏｎｓｅの経済的利益はすべて失われることになる。事実、この状況よりももっと悪い場合もある。ユーザが応答負荷による経済的利益を得るにもかかわらず、サービスを実行しないような場合がある。本発明の一つの目的は、このような「不正使用」を阻止することにある。
【００３０】
本発明の効果は、配電網がストレス下にあるときには、たとえばユーザが空調機などの設定値を上げることを阻止することである。実際問題として、温度設定値は、危機の間およびその影響下にある間、固定される（かまたは、「配電網に対して有利な方向にのみ変更できるようにされる）。
【００３１】
配電網がストレス下にないとき、サーモスタットは、自由に調整されうる。空調機または冷蔵庫のサーモスタットの設定値を上げたいユーザは、自由に設定値を上げられる。設定値を上げることの配電網に対する影響としては、大きな消費を反映して、新しい設定値に到達する間では短期間の需要が上昇し、そのあとは、消費量が僅かに上昇する。このことで、危機が発生したときにＲｅｓｐｏｎｓｅを提供するという機能が害されることはない。というのは、この機能は、温度の変化量により達成されるのであって、温度の絶対値により達成されるものではないからである。ユーザは、禁止されていない限り、電気器具を切断することにより制御を迂回し、そのあと再接続してもよい。基本的なＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄシステムが使用される場合、このシステムは、変更されたサーモスタットの読み取り値を採用するため、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄの効果が喪失されることになる。
【００３２】
本発明のコントローラは、上記の再接続を検出し、配電網が危機状態下になく安定な状態下にあることが検出されたときのみ電気機器の動作を可能とするように、再接続されたあとの電気機器の動作を調整するようになっている。
【００３３】
また、停電のあとに広域な領域で供給が再開され、サービスが復旧されるとき、再接続が行われる。これは配電網にとって大変なときなので、このときにエネルギー消費機器に求められる動作は、ユーザによる不正使用を阻止するために求められる行動と同一であるので、上記の装置は、「ブラックスタート補助機能」すなわちＢＳＡを備えている。
【００３４】
以上のような一組のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄ装置の所有者またはコントローラは、これらの装置の予測される動作についての個々の知識を有しうる。このことにより、上記の装置が配電網の将来の状態について予測することができる。この予測は、卸売りの点に関して、上記の装置にとって価値がある。このタイプの取引は、本発明が阻止する「ただ乗り」というよりはむしろ市場の流動性および価値を向上させる可能性がある。
【００３５】
本発明は、複数の実施形態が可能であり、必ずとはいわないまでも一般的には、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄ装置と同一の電子機器および周波数感知型リレーに組み込まれうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
例示のみを意図して、図面を参照しながら好ましい実施形態を記載する。
【００３７】
図１を参照すると、好ましい実施形態は、送られてくる配電網周波数を入力として有する配電網ストレス検出器（11）を備えている。その出力は、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄ装置または他の電力消費コントローラへ伝達される配電網のストレス状態を示す（一組の）信号でありうる。
【００３８】
また、上記の装置は、電力消費コントローラを備えている。この電力消費コントローラは、最も好ましい実施形態では、送られてくる信号を受信してそれに対し対処する強化ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄコントローラ（以下でさらに記載する）である。
【００３９】
配電網ストレス検出器から強化ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄコントローラへ伝達される一組の信号には以下の項目が含まれる：
１．負荷禁止。これは、配電網が、著しく過負荷のストレス状態であることが認められさらなる負荷をかけるべきではないことを意味する。
【００４０】
２．設定値の上昇なし、すなわち負荷の上昇を禁止。これは、配電網が短期間のストレス常態下に置かれているため、電気機器が、その貯蔵熱を継続して平均的に減少させ、需要を遅らす状態に留まるべきであることいることを意味する。
【００４１】
３．ストレスなし。装置は、通常通りにＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄを提供すべきである。
【００４２】
４．設定値の降下なし、すなわち負荷の降下を禁止。これは、配電網が供給過剰の状態下に置かれているため、需要を増加が配電網にとって好適であることいることを意味する。
【００４３】
５．最大負荷。これは、配電網が著しく過少負荷の状態に置かれており、入手可能な追加の消費が配電網の安定化に効果を奏しうる。
これらの信号は、過少ストレスまたは過剰ストレスの程度を示すことによりＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄ動作の微細な制御を行うために、別個の信号としてまたは好ましくは単一のアナログ信号（または、デジタル信号）に結合されたものとして入力されうる。
【００４４】
図２には、配電網ストレス検出器の一つの実施形態が示されている。この実施形態は、送られてくる本線の測定周波数にさまざまなテストを受けさせるように動作する。各テストは比較器により実行される：
ａ．周波数は最大管理限界値内に収まっているか？そうでなければ、関連する負荷禁止遅延リレーまたは最大負荷遅延リレーを始動しなさい。
ｂ．配電網は、低周波数偏移または高周波数偏移の周期により示される過少発電または過剰発電の状態で動作しているか？そうであれば、しきい値に応じて関連する遅延リレーを始動しなさい。
ｃ．周波数は正常な管理限界値内に収まっているか？そうでなければ、状況に応じて、上昇禁止遅延リレーまたは降下禁止遅延リレーを始動しなさい。
ｄ．周波数は正常な変化率の範囲内で変動しているか？そうでなければ、状況に応じて、上昇禁止遅延リレーまたは降下禁止遅延リレーを始動しなさい。
上記の遅延リレーとは、いったん始動されると、所定の期間、設定されたまま留まっている装置のことである。したがって、負荷禁止遅延リレーが始動されると、所定の期間、負荷禁止出力信号が設定されたまま留まっている。
【００４５】
使用範囲を設定するさまざまな方法が用いられうる。最大管理限界値は、法によって設定されてもよいし、または、配電網のオペレータから「購入」されてもよい。他の範囲は、前回の期間中に得られた最高値および最低値のなんらかの関数を用いて算出されるのが最も好ましい。
【００４６】
英国特許第2361118号の「ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄ」装置に用いられる好ましい実施形態が記載されているが、これは好ましい実施形態に過ぎない。本発明の装置は、単独で用いられてもよいし、他の制御装置と組み合わせて用いられてもよい。
【００４７】
好ましい実施形態では、上記の装置は、英国特許第2361118号に記載のような応答負荷コントローラと組み合わせられる。センサ限界値（ＳLF、ＳLN、ＳHN、ＳHF）は、制御下の電気機器の要求に一致するように選択され、通常の設定値コントローラ7と同一の方法で変更されうる。たとえば、冷蔵庫では、センサ限界値は、サーモスタットの制御から導かれる。
【００４８】
通常限界値と周波数応答限界値との差は、エネルギー消費機器が全期間のうちの適正な割合の間応答するように導かれる。低周波数応答の場合、これは、装置の「負荷サイクル」に該当する。さらに、通常限界値と周波数応答限界値との差は、装置が、周波数応答しているとき、適切な期間オフまたはオンでいるように設定される。一般的に、これは、冷蔵庫の扉が開いているような電気機器に対する障害がないとき、約１０分から１５分の間である。
【００４９】
明らかに、電気機器が周波数の変化、すなわち供給システム全体に対する需要の変化に対して応答的であればあるほど、システムに対してその電気機器の価値が大きくなる。
【００５０】
周波数限界値（ＳLR、ＳLN、ＳHN、ＳHR）は、公称周波数からの偏移が大きくなるにつれ一群の応答装置が正確に制御された方法でだんだんと応答していくように、選択されることが好ましい。周波数限界値分布の最適な選択方法は、低周波数偏移および高周波数偏移に対して同一である必要がなく、一群の装置が接続されている個々の電気システムに最も望まれる制御特性に依存してさまざまであり、装置の数およびネットワークの全体的特性が変化するにつれて変化する。
【００５１】
好ましくは、周波数限界値の分布は、公称周波数からの偏差の程度が、システムを回復させ均衡を保たせるために必要となるエネルギー量が単調に増加しかつ理想的には線形性の兆候を示すように、選択される。
【００５２】
好ましくは、応答は、周波数が他の管理限界値に達しかつ他の蓄えが持ち込まれことが必要となる時点において、すべて「使い切られている」べきである。
【００５３】
管理限界値は、利用可能な蓄えに合わす方法で上記の目的を達成するため、たとえば非対称の正規分布を有していてもよい。
【００５４】
個々の装置の管理限界値は、その装置の負荷サイクルを反映することが好ましい。低周波数応答および高周波数応答は、さまざまなタイプの応答に対するさまざまな要件および価値を反映すべきである。
【００５５】
上記の管理限界値は、通常の切換点に近づいている装置が他の装置よりも優先されるように、制御変数の現在の状態を考慮して調整されてもよい。これにより、装置に発生する切換動作数を最小限に抑える効果が奏される。
【００５６】
公称周波数または中心周波数は、装置が最初にオンされたとき本線の周波数を監視し、検出された信号に最も近い標準周波数（たとえば、５０Ｈｚ、６０Ｈｚまたは４００Ｈｚ）を中心周波数として選択することによって、選択されてもよい。
【００５７】
個々の装置に対する周波数限界値を導き出しうる方法はさまざま存在する。
【００５８】
適切に分布された限界値をシステムに接続する一群の装置に前もってプログラミングしておいてもよい。
【００５９】
したがって、異なる装置が、時間に対して一定の応答特性を有することになる。
【００６０】
他の方法としては、個々の装置が無作為に応答するが、全体的として必要な分布に一致させるような、無作為化が用いられる。これにより、応答装置を備えることに付随する不利益が一群の装置全体にわたって不作為に分布されることになる。
【００６１】
無作為化のパラメータは、与えられた期間にわたる周波数の変動を考慮して、調整されてもよい。たとえば、システム最高周波数およびシステム最低周波数が、毎時間または他の測定周期に記録されてもよい。たとえば、毎日、最新の測定時間の最新の極限値が、それよりも前の日の対応する測定時間に記録された極限値と比較される。
【００６２】
これらの極限値が今までのものより大きい場合、今までの極限値がその差の割合により上昇されうる。この割合が、周波数上限値および周波数下限値に対して異なりうるパラメータとして選択される。この選択された割合は、比例・積分・微分（ＰＩＤ）制御技術を用いた前の周波数測定値のさらに複雑な関数でありうる。たとえば、ごく簡単な比例数値である０．２５は、過去１週間程度の監視により求められた限界値を調節する数値である。
【００６３】
測定されている日の極限値が今までのものより小さい場合、今までの極限値がその差の割合により減少されうる。極限値を上昇する場合と同様に、このパラメータが、極限値を変更する量を決める。１日の各時間または他の測定周期に対して別々の限界値が存在してもよい。クロック同期の必要はない。というのは、装置が、それぞれ、測定周期を選択して、その測定周期用の最適化を行うからである。
【００６４】
停電のあとでは、１時間毎の（または、測定周期毎の）限界値がその平均値に設定されることになる。
【００６５】
上記の装置は、制御される装置が使用されている限り応答し続けることが好ましい。基本的に、このことは、提供されるサービスが応答負荷コントローラの設置時に支払われていることを意味し、事実上、上記のシステムの代表者による全体としての資本購入または長期請負契約を意味する。
【００６６】
しかしながら、適切な費用を支払うことが可能なまたは意志のある代表者がいない場合がある。たとえば、代表者がその代表権をある限られた期間購入しておりその代表者が交代するような場合、新しい代表者が現行応答サービスに対して費用を支払う動機がなくても恩恵を継続して受けうる。
【００６７】
以上のように、制御装置は、一または複数の無線周波数信号を監視する制御受信機を適宜備えうる。変調信号にデジタル制御信号を含むＢＢＣ１９８ｋＨｚの長波長伝送信号、「ブルーツース」と呼ばれている短距離デジタル制御信号、全地球測位信号または同等の衛星伝送信号の変調信号（例えば、シオデシックやイリジウム）または計測器との通信用に設計され計測器読取機の集団により用いられる信号の如き信号が存在しうる。
【００６８】
制御受信機は、装置の制御責任者に対して公表されていないある範囲の内部識別子を前もって読み込んでいる。これらの識別子は、制御責任者のみが装置に認識される信号の構築を行うことができるように、送られて来る信号を解読する解決の鍵として機能しうる。ある信号を認識しうる装置の数は、応答のための予測市場の特性および要件に依存するとともに、監視されるブロードキャスト信号の放送範囲に依存する。ＢＢＣ長波長信号は、数十ＭＷの応答を有効または無効にしうる。
【００６９】
上記の信号をこのように暗号化する必要性は、応答負荷装置がこのようして保護されない場合、電気システムが、大量の応答を無効にするような信号を悪意をもってブロードキャストされることにより不安定化される可能性から発生している。
【００７０】
以上のように、本発明の応答負荷装置は、変数を制御限界値内に収めるために断続的または変動的な電気エネルギーを消費するいかなる装置に用いられてもよい。このような装置としては、限定するわけではないが、家庭用および産業用の冷蔵庫および冷凍庫、家庭用、商業用および産業用の用途の空調装置、水用タンクおよび他の供給用タンクを含むポンプ貯蔵システム用のポンプ、洗濯機および皿洗い機の家庭用埋め込みヒータまたは貯蔵用ヒータ（ただ、これらは一日のうちのある時間帯のみ役に立つものである）が挙げられる。
【００７１】
応答負荷コントローラは、記載した方法で作用するようにプログラミングされるプログラミング可能論理コントローラ（ＰＬＣ）の形態を有しうる。しかしながら、このコントローラは、個別の論理回路を用いて構築されてもよいし、または、単一の集積回路に構築されてもよい。
【００７２】
上記の回路は、制御装置に入力される本線の測定周波数に比例した信号を生成するための周波数測定器を備えている。
【００７３】
中心周波数検出器は、コントローラが支持することを意図する基本周波数または公称周波数を示す中心周波数信号を生成する。このことにより、エネルギー消費機器がオンされたときの検出周波数に最も近い周波数が選択され、５０Ｈｚ、６０Ｈｚまたは４００Ｈｚの標準規格から信号が作成されることが好ましい。
【００７４】
高周波数範囲検出器は、一組のサンプル期間にわたって、送られてくるシステムの周波数を処理し、コントローラが動作状態にされる、中心周波数よりも上の周波数範囲を導出するようになっている。これにより出力されるのは、その周波数において高周波数制御が常に試みられる最大周波数と、その周波数を下回る場合は高周波数制御が全く試みられない最小周波数とである。低周波数範囲検出器は、一組のサンプル期間にわたって、送られてくる周波数を処理し、コントローラが動作状態にされる、中心周波数よりも下の周波数範囲を導出するようになっている。これにより出力されるのは、その周波数において低周波数制御が常に試みられる最小周波数と、その周波数を上回る場合は低周波数制御が全く試みられない最大周波数とである。
【００７５】
開始電圧検出器は、装置が最初にオンされる瞬間の電圧を測定する。この電圧は、いかなる固定パラメータにも関連しておらず、実質的に制御不可能である。したがって、この電圧は、無作為範囲セレクタに対するトリガとして作用することができる不作為信号の妥当な信頼性を有する供給源である。
【００７６】
正常な無作為範囲セレクタは、たとえば正規分布または他の同等の統計的分布にしたがって分布する論理範囲０〜１内で無作為信号を生成するようになっている。一つの実施形態では、単一無作為範囲セレクタが用いられる。しかしながら、異なる分布または異なる非対称な正規分布を有する、一つは高範囲用および一つは低範囲用の二つのセレクタを備えることがより適切な場合もある。
【００７７】
高周波数限界値セレクタは、最小周波数または最大周波数の値および無作為信号を処理し、制御限界値ＦHR、ＦHNを生成するようになっている。このようにすることにより、一群装置に対して設定される限界値が、確実に、制御効果を最大化させるように分布されるようになる。
【００７８】
低周波数限界値セレクタは、低周波数限界値および無作為信号を処理し、制御限界値ＦLR、ＦLNを生成するようになっている。このようにすることにより、一群の装置に対して設定される限界値が、確実に、制御効果を最大化させるように分布されるようになる。
【００７９】
センサは、システムが制御しようとするパラメータのレベルを検出する。
【００８０】
センサ設定値制御機器は、コントローラが近傍を制御する中央値を調整し、パラメータ限界値信号ＳLF、ＳLN、ＳHN、ＳHFを形成すべく用いられる。
【００８１】
センサ限界値比較器は、これらのセンサ限界値信号を受け取り実際のセンサ信号と比較することにより、さまざまな限界値信号をいつ超えたかを示す論理信号を生成するようになっている。
【００８２】
マスタ比較器は、周波数限界値信号およびセンサ限界値信号を超えたか否かを示している、送られてくる論理信号を比較するために論理演算を行って、オン／オフ信号を生成するようになっている。
【００８３】
エネルギー消費機器をオンまたはオフに切り換えるための電気スイッチが設けられている。
【００８４】
以上に記載したように、本発明にしたがって機能強化することにより、応答機能の不正使用（ｇａｍｉｎｇ）または応答機能の無効（ｏｖｅｒｒｉｄｉｎｇ）を防止するための、応答負荷制御の枠内におけるさらなる制御が提供される。したがって、コントローラは、さらに分割された周波数範囲が用いられるように構成または機能強化される。
【００８５】
さらに詳細に説明するために図１を参照すると、応答負荷コントローラは、周波数測定器1と、低周波数限界値検出器2と、高周波数限界値検出器3と、マスタ比較器4と、オン／オフスイッチ5と、センサ限界値比較器6と、設定値コントローラ7と、センサ8と、高周波数範囲検出器9と、低周波数範囲検出器10とを備えている。
【００８６】
配電網の周波数は、周波数測定器1により検出される。これらの周波数読取値は、低周波数限界値検出器2および高周波数限界値検出器3へ供給される。これらの検出器により、周波数が高周波数限界値を上回っているかまたは低周波数限界値を下回っているかが判定される。
【００８７】
センサ限界値比較器は、センサ読取値を電気機器に対するセンサ設定値の制御値と比較する。
【００８８】
マスタ比較器は、上述のように、これらの値を比較する。
【００８９】
マスタ比較器4の出力は、この場合もやはり上述のように、電気機器の電力消費を制御し、および／または、比較結果に従って電気機器をオフに切り換える。
【００９０】
本発明は、配電網ストレス検出器11を統合することによりこのシステムを変形している。
【００９１】
図２を参照して、配電網ストレス検出器11をさらに詳細に説明する。
【００９２】
周波数測定器1は、本線12の周波数を検出するようになっている。接続検出器13は、電気機器が本線に接続されているか否かを検出するようになっている。
【００９３】
本発明は、周波数測定器1により測定される周波数から、システムのストレスレベルを判定するための手段を提供する。次いで、ストレスレベルの値は、上述のように、応答負荷コントローラの応答範囲内において、電気機器が、配電網が高位のストレス下に置かれているときにはその電力消費を増加出来ないように制御され、および／または、配電網が過少使用されているとき、すなわち非常に低位のストレスレベル下に置かれているときにはその電力消費を減少出来ないように制御するための信号を応答負荷制御システムへ送信するために用いられる。好ましい実施形態では、ストレスレベル検出器が配電網のストレスレベルが非情に高い、すなわち最大値にあると判定したとき、ストレスレベル検出器は、電気機器をオフに切り換えるべきである、すなわち電力を消費すべきでない旨の表示情報を応答負荷コントローラに対して送信すべきである。それとは対照的に、配電網の使用が非常に低いとき、すなわちストレスレベルが非常に低いとき（最低値であるとき）、電気機器が最大負荷として動作するように、すなわち確実にシステムから最大電力を消費させるための信号が、配電網ストレス検出器から応答負荷コントローラへ送信される。
【００９４】
基本的に、本発明により提供される変更には、上述されかつ図２において詳細に示されている配電網ストレス検出器を組み入れることが必要となる。公知のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄシステムは、各電気機器に対し、しきい値周波数を有している。配電網の周波数が下限値を下回るとき、電気機器は、オフに切り換えられるかまたはより少ない電力を消費するように設定される。本発明に従って機能が拡張された場合には、上記の電気機器は、超えるとこの装置の「設定値」が固定されるとともに電力消費の調整が行えなくなる関連ストレスレベルしきい値をさらに有する。
【００９５】
図２には、好ましい配電網ストレス検出器の構成が示されている。
【００９６】
システム周波数は、最高周波数限界値検出器15、最低周波数限界値検出器16、増速クロック比較器18、減速クロック比較器21、中心周波数交差検出器（ｃｅｎｔｒａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｃｒｏｓｓｉｎｇ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）19、20、高周波数限界値検出器23、低周波数限界値検出器24、増加周波数限界値検出器26、減少周波数限界値検出器27に送信されるようになっている。
【００９７】
最高周波数限界値検出器が配電網の周波数を最大ストレスレベル値よりも大きいと判定した場合、このことにより、最大負荷遅延リレー14が閉じられ、適切な信号が競合解決論理ブロック28へ送信されるようになっている。この競合解決論理ブロック28は、応答負荷コントローラ29に対する「最大負荷」信号を出力する。配電網の周波数を試験する限界値は、電気機器に対し固定されているパラメータＦＨGC（配電網危機の高周波数）でありうる。あるいは、このＦＨGCは、信号ＦＨmaxにより変調されてもよい。ＦＨmaxは、高周波数範囲検出器9から受信されるので、配電網のストレスが判定されるポイントは、一般的な安定性による影響を受ける。
【００９８】
最大負荷遅延リレー14は、最高周波数限界値検出器からの信号が入力された後の固定時間を示す出力信号を設定する。これにより、高ストレスレベルを示す信号は、いったん検出されても、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄ装置が応答してスイッチの切換えが短期間に繰返えされることを回避できる十分に長い時間にわたって維持されることが担保される。
【００９９】
周波数測定器1からの周波数が最低しきい値を下回ることを最低周波数限界値検出器16が判定した場合、このことにより「負荷禁止」遅延リレー17が始動させられ、このリレー17が対応する信号を競合解決ブロック28へ送信し、この競合解決ブロック28が、「負荷禁止」信号を、機能強化された応答負荷コントローラへ出力するようになっている。上記の周波数が試験される限界値は、電気機器に対して固定されているパラメータＦＬGC（配電網危機の低周波数）でありうる。あるいは、このＦＬGCは、信号ＦＨminにより変調されてもよい。ＦＨminは、低周波数範囲検出器10から受信されるので、配電網のストレスが判定されるポイントは、一般的な安定性による影響を受ける。
【０１００】
負荷禁止遅延リレー17は、最低周波数限界値検出器からの信号が入力された後の固定時間を示す出力信号を設定する。これにより、高ストレスレベルを示す信号は、いったん検出されても、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄ装置が応答してスイッチの切換えが短期間に繰返えされることを回避できる十分に長い時間にわたって維持されることが担保される。
【０１０１】
上記の周波数レベルが最大および／または最小レベルの範囲を越えないものの、上側ストレスレベルしきい値および下側ストレスレベルしきい値のうちの一方または他方の範囲を超えることが高周波数限界値検出器23および低周波数限界値検出器24により判定された場合、降下禁止遅延リレー22および上昇禁止遅延リレー25のうちの適切な一つが、始動され、対応する「降下禁止」信号または「上昇禁止」信号を競合解決ボックス28へ送信し、競合解決ブロック28が、対応する信号を応答負荷コントローラ29へ搬送する。
【０１０２】
上記の高周波数限界値は、パラメータＦＨGS（高周波数配電網ストレス）であってもよいし、または、高周波数範囲検出器9からの信号ＦＨmaxによりＦＨGSから導出されてもよい。これにより、配電網のストレス検出において非常に短いにもかかわらず顕著な周波数偏移が用いられることが担保される。上記の低周波数限界値は、パラメータＦＬGS（低周波数配電網ストレス）であってもよいし、低周波数範囲検出器10からの信号ＦＬminによりＦＬGSから導出されてもよい。
【０１０３】
上昇禁止遅延リレー25は、送られてくる信号によりトリガされ、遅延期間にわたって、「上昇禁止」出力信号を一定に保持する。これにより、配電網のストレスを示す瞬時の信号を最少時間保持して、応答負荷コントローラに過剰な切り換えをおこさないで反応する時間を与えるようになっている。
【０１０４】
増加周波数限界値検出器26は、周波数信号の変化率をパラメータＦＤＩGS（配電網の周波数増加Δ）と比較する。限界値の範囲を超える場合、トリガ信号が、上昇禁止遅延リレー25へ送信される。これにより、配電網のストレスの指標として、周波数の変化がその絶対値と関係なくさらに用いられることが担保される。
【０１０５】
競合解決論理28は、単一の信号のみが機能強化されたＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄコントローラへ送信されることを確実にする。競合解決の一つの実施形態は、送られてくる信号を優先順位に従って処理し、最優先信号のみを確実に通過させるようになっている。
【０１０６】
ストレスレベルは、クロック周波数の比較結果に基づいて決定されてもよい。上記の検出器のこの部分は、配電網のストレスが、その中心点（通常、５０Ｈｚ、６０Ｈｚまたは４００Ｈｚ）から配線網周波数のずれの程度を時間に対して積分したものにより示すことができるという事実に依存している。したがって、配電網の周波数が中心周波数よりも下回っているまたは上回っている時間が長ければ長いほど、そして、配電網の周波数が中心周波数よりも下回っているまたは上回っている度合いが大きければ大きいほど、ストレスが大きいことになる。
【０１０７】
図２に示されているストレス検出器の好ましい実施形態は、この積分を、主周波数により駆動されるクロックがより正確なクロックからどれだけ変化するかまたは異なるかを測定することにより実行する。したがって、クロックのたとえば１秒のドリフトが、中心周波数をほんのわずかに下回る長周期の部分から発生してもよいし、または中心周波数から大きな偏移を伴って短周期の部分から発生してもよい。このクロック変動を秒単位で与えられるパラメータと比較すると、配電網のストレスレベルを表す好都合な尺度（時間単位）が得られる。
【０１０８】
上記の積分には開始点が必要とされる。一つの有益な開始点とは、上記の周波数が中央周波数を交差するときである。したがって、上記の周波数が中心周波数の下方から中心周波数の上方に向かって変化して行く場合、ドリフト（高周波数ストレス）は、零にリセットされ、積分が再開される。同様に、低周波ストレスに対して、上記の周波数が中心周波数の上方から中心周波数の下方に向かって変化していく場合、クロックはリセットされ、積分が再びスタートする。
【０１０９】
この積分は、図２に示されるシステムにおいて、中心周波数交差検出器（19、20）、増速クロック比較器18および減速クロック比較器21により実行されるようになっている。
【０１１０】
４つのパラメータを用いることができる。
ＣＨGS−  配電網のストレスのクロック高周波数。これは、配電網のストレスの表示に至るまでに高周波数クロック比較器に許容されているドリフトである。
ＣＨGC−  配電網の危機のクロック高周波数。これは、配電網の危機の表示に至るまでに高周波数クロック比較器に許容されているドリフトであり、安全に行える場合には、すべての追加可能な負荷を直ちに使用することが要求される。
ＣＬGS−  配電網のストレスのクロック低周波数。これは、配電網のストレスの表示に至るまでに低周波数クロック比較器に許容されているドリフトである。
ＣＬGC−  配電網の危機のクロック低周波数。これは、配電網の危機の表示に至るまでに低周波数クロック比較器に許容されているドリフトであり、安全に行える場合には、すべての追加可能な負荷を直ちに除去することが要求される。
【０１１１】
これらのパラメータの好ましい設定値は、配電網の最も広い安定性に依存しうるので、上述のＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄコントローラの高周波数範囲検出器および低周波数範囲検出器により検出されうる高周波数の変動の履歴により変調されうる。これらの装置は、応答負荷が活動状態に置かれる高周波数限界値および低周波数限界値を、上記の周波数の履歴を解析することにより導出するようになっている。したがって、最高周波数限界値（ＦＨmax）は、ＣＨGSおよびＣＨGCを変更するために用いられうる。配電網がより安定な状態、すなわちＦＨmaxがより低いとき、ＣＨGSおよびＣＨGCはより低くなりうる。同一のことが低周波数パラメータに対しても適用される。
【０１１２】
応答読取値は、中心周波数交差検出器19へ送信される。周波数が中心周波数の下方から上方へ変化するとき、リセット信号が増速クロック比較器18へ送信される。この増速クロック比較器18は、周波数の偏移を積分し、配電網のストレスの優れた指標を提供する。このことを行う好都合な方法は、基準クロックおよび上記の周波数から導出されるクロックのリセットの差を比較することである。次いで、この差は、配電網のストレスレベルを決めるパラメータＣＨGSおよびＣＨGCと比較される。これらの限界値は、周波数範囲信号ＦＨmaxにより変調されうる。これらの限界値を超えるとき、適切な信号が、最大負荷遅延リレーまたは降下禁止遅延リレーへ送信される。
【０１１３】
また、上記の周波数読取値は、さらなる中心周波数公差検出器20へ送信される。周波数が中心周波数の下方から上方へ変化するとき、リセット信号が増速クロック比較器18へ送信される。この増速クロック比較器は、周波数の偏移を積分し、配電網のストレスの優れた指標を提供する。このことを行う好都合な方法は、基準クロックおよび上記の周波数から導かれるクロックのリセットの差を比較することである。次いで、この差は、配電網のストレスレベルを決めるパラメータＣＨGSおよびＣＨGCと比較される。これらの限界値は、周波数範囲信号ＦＨmaxにより変調されうる。これらの限界値を超えるとき、適切な信号が、最大負荷遅延リレーまたは降下禁止遅延リレーへ送信される。
【０１１４】
また、上記の周波数読取値は、さらなる中心周波数公差検出器20へ送信される。周波数が中心周波数の上方から下方へ変化するとき、リセット信号が減速クロック比較器21へ送信される。この減速クロック比較器は、周波数の偏移を積分し、配電網のストレスの優れた指標を提供する。このことを行う好都合な方法は、基準クロックおよび上記の周波数から導かれるクロックのリセットの差を比較することである。次いで、この差は、配電網のストレスレベルを決めるパラメータＣＬGSおよびＣＬGCと比較される。これらの限界値は、周波数範囲信号ＦＬminにより変調されうる。これらの限界値を超えるとき、適切な信号が、負荷禁止遅延リレー17または上昇禁止遅延リレー25へ送信される。
【０１１５】
降下禁止遅延リレー22は、送られてくる信号によりトリガされ、遅延期間にわたって、「降下禁止」出力信号を一定に保持する。これにより、配電網のストレスを示す瞬時の信号を最少時間保持して、ＲｅｓｐｏｎｓｉｖｅＬｏａｄコントローラに過剰な切り換えをおこさないで反応する時間を与えるようになっている。
【０１１６】
増速クロック比較器18および／または減速クロック比較器21から導出された信号は、必要に応じて、リレー14、22、17、25をトリガして適切な信号を競合解決論理ブロック28へ送信し、この競合解決論理ブロック28は、適切な信号を応答負荷コントローラへ送信するようになっている。
【０１１７】
したがって、上述のように、応答負荷コントローラは、内部変数を制御限界値内に収めるために、本線システムからの断続的負荷および変動負荷を消費する装置内で用いられうる。適切な管理限界値を用いて一群の装置がこのようにして制御されると、全体的としてシステムの周波数が安定になり、上述の効果が奏される。この装置により、消費者は、システムに対して需要が大きいとき、システムの応答が無差別的でなく、消費者により決定される消費者にとっての応答の価値および電力供給の重要性に応じて最適化されるという利点を提供するシステム応答制御に、参画し、実行することができるようになる。応答負荷制御の効果としては、制御変数を変動しうる範囲が幾分広くなることであり、「消費者側」が、装置の特性に応じて、これが許諾可能か否かを判断することができる。
【０１１８】
もちろん、上述のように、配電網ストレス検出応答負荷装置は、上述のような応答負荷コントローラに組み込まれることを必要としない。本発明は、電力が配電網のストレスレベルに応じて電気機器により消費されうるか否かを制御するシステムであり、上述のさらなる負荷応答効果を備えていない単純なシステムを形成してもよい。たとえば、本発明は、配電網の周波数を測定し、この測定周波数に基づいて配電網のストレスレベルを求め、このストレスレベルが所定のしきい値を上回るおよび／または下回る場合、電気機器の電力消費調整を阻止するようになっている配電網ストレス検出器として実現されてもよい。したがって、この装置が備えつけられる電気機器は、配電網が著しいストレス下に置かれているとき、オフに切換えるようにまたは「消費の増大」を妨げるように制御されうる。上述の応答負荷コントローラがなければ、上述の制御が、電気機器のあるパラメータの値、たとえば冷蔵庫の場合にはその温度に依存しえないし、異なる電気機器が、異なる設定値を有しえない。このことは、取引範囲を狭めるものの、配電網のストレスレベルに対する応答の点で依然として明らかに利点を有しうる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明にかかるシステムを示すブロック図である。
【図２】図１の配電網のストレス検出器を示すブロック図である。
【図１】
2007518381.tif 000003
【図２】
2007518381.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月29日(2005.3.29)
【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】
変数の設定値から導出されるとともに近傍に定義される該変数の上限値と下限値との間に該変数を維持するために、断続的または変動可能な電気エネルギーを消費する電気エネルギー消費機器に接続されるように構成されている応答負荷装置であって、
配電網から、前記電気エネルギー消費機器に供給されている本線電力の周波数を示す入力信号を受信する手段と、
前記配電網の動作下におけるストレスレベルを求め、求められた該ストレスレベルに応じて、前記電気エネルギー消費機器により消費される電力を制御し、発電不足配電網のストレスレベルが第一の最大しきい値を上回るときには、前記設定値の増加を阻止し、および／または、需要不足配電網のストレスレベルが第一の最小しきい値を下回るときには、前記設定値の減少を阻止するように、前記入力信号に応答する手段と
を備えてなる、装置。
【請求項２】
前記装置が、前記第一の最大しきい値よりも高い第二の最大しきい値を上回るシステムの前記発電不足配電網のストレスレベルに対して、前記エネルギー消費機器による電力の消費を阻止するよう応答するように構成されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記装置が、前記第一の最小しきい値よりも低い第二の最小しきい値を下回る前記需要不足配電網ストレスレベルに対して、前記エネルギー消費機器による電力消費を最大限増加させるよう応答するように構成されている、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
変数を管理上限値および管理下限値内に維持するために断続的または変動的な電気エネルギーを消費する前記電気エネルギー消費機器に接続されるように構成されている応答負荷制御装置と、
前記システムに供給される前記本線電力の周波数および前記変数の値に応答して、前記エネルギー消費機器により消費される前記本線電力を制御する手段と、
前記電気エネルギー消費機器に供給される前記本線電力の周波数を検出する手段および前記エネルギー消費機器の前記変数の値を検出する手段と、
検出された前記周波数に基づいて前記配電網の瞬間ストレスのレベルを求める手段とを備えており、
前記消費される本線電力を制御する手段が、
検出された前記瞬間ストレスレベルを、所定の上限瞬間ストレスレベルしきい値および下限瞬間ストレスレベルしきい値と比較する手段と、
前記変数を、所定の上限しきい値および下限しきい値と比較する手段と、
前記システムの前記瞬間ストレスレベルが前記下限瞬間ストレスレベルしきい値を下回りかつ前記変数が前記上限しきい値および前記下限しきい値により定義されている範囲内に収まっているとき、前記エネルギー消費機器への電力供給をオフにするかまたは減少させる手段と、
前記システムの前記瞬間ストレスレベルが前記上限瞬間ストレスレベルしきい値を上回りかつ前記変数が前記上限しきい値および前記下限しきい値により定義されている範囲内に収まっているとき、前記エネルギー消費機器への電力供給をオンにするかまたは増大させる手段とを備え、
前記所定のしきい値を自動的に最適化または調整するように構成されている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装置。
【請求項５】
配電網からの電力を受け取り、変数の設定値から導出されるともに近傍に定義される該変数の上限値と下限値との間に変数を維持するために、断続的または変動可能な電気エネルギーを消費する電気エネルギー消費機器を制御するための方法であって、
前記電気エネルギー消費機器により受け取られる電力の周波数から前記配電網のストレスレベルを求めるステップと、
求められた前記ストレスレベルが所定の最大しきい値を上回るとき前記設定値の増加を阻止し、および／または、求められた前記ストレスレベルが所定の最小しきい値を下回るとき前記設定値の減少を阻止するステップと
を有している、方法。
【請求項６】
前記配電網の前記ストレスレベルが前記第一の最大しきい値よりも高い第二の最大しきい値を上回るとき、前記電気エネルギー消費機器が電力を消費することを阻止するステップをさらに有する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記配電網の前記求められたストレスレベルが前記第一の最小しきい値よりも低い第二の最小しきい値を下回るとき、前記電気エネルギー消費機器により消費される電力を最大化するステップをさらに有する、請求項５または６記載の方法。
【国際調査報告】
2007518381.tif 000005
2007518381.tif 000006