(57)【要約】      （修正有）【課題】送電網における総電力需要がＤＥＲのネットワークによって共同で満たされるように、各ＤＥＲによって発電する方法を提供する。【解決手段】分散型エネルギー源(ＤＥＲ２０５)が、各通信ステップの前に、ＤＥＲ及び各近傍ＤＥＲによって累積された総電力需要の一部分と、ネットワークの、ＤＥＲ及び各近傍ＤＥＲ近傍によって累積された総電力の総発電容量の一部分とを、各近傍ＤＥＲ２２０と交換する２１０。ＤＥＲは、近傍ＤＥＲから受信した総需要の一部分及び総容量の一部分を用いて、ＤＥＲによって累積された総電力需要及び総容量の一部分を更新する２３０。固定数の通信ステップの後、ＤＥＲは総電力需要及びネットワークの総容量を累積し２４０、総電力需要と、ＤＥＲの最大発電容量及びネットワークの総容量の比との積としての電力量を発電２５０する。【選択図】図２
2015119629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散型エネルギー源(ＤＥＲ)によって、ＤＥＲのネットワークを含む送電網のために発電する方法であって、前記送電網における総電力需要は、前記ＤＥＲのネットワークによって共同で満たされるようになっており、該方法は、
固定数の通信ステップの各通信ステップにおいて、前記ＤＥＲと各近傍ＤＥＲとの間で、前記通信ステップの前に前記ＤＥＲ及び前記各近傍ＤＥＲによって累積された前記総電力需要の一部分、並びに前記通信ステップの前に前記ＤＥＲ及び前記各近傍ＤＥＲによって累積された前記総電力の、前記ネットワークの総発電容量の一部分を交換することと、
前記各通信ステップの後、前記近傍ＤＥＲから受信された前記総電力需要の前記一部分を用いて、前記通信ステップの前に前記ＤＥＲによって累積された前記総電力需要の前記一部分を更新することと、
前記各通信ステップの後、前記近傍ＤＥＲから受信された前記ネットワークの前記総容量の前記一部分を用いて、前記通信ステップの前に前記ＤＥＲによって累積された前記ネットワークの前記総容量の前記一部分を更新することと、
前記固定数の通信ステップの後、前記総電力需要及び前記ネットワークの前記総容量を累積することと、
前記総電力需要と、前記ＤＥＲの最大発電容量及び前記ネットワークの前記総容量の比との積としての電力量を発電することと、
を含む、分散型エネルギー源(ＤＥＲ)によって、ＤＥＲのネットワークを含む送電網のために発電する方法。
【請求項２】
前記ＤＥＲによって累積された前記総電力需要の前記一部分及び前記ネットワークの前記総容量の前記一部分を、現在の通信ステップのための連続分布からランダムに選択された重み係数を用いて符号化することと、
前記各近傍ＤＥＲから受信された前記総電力需要の前記一部分及び前記ネットワークの前記総容量の前記一部分を、前記現在の通信ステップのための予め決定された寄与係数を用いて復号化することであって、前記現在の通信ステップに対応する前記総需要の更新値及び前記総容量の更新値を得ることと、
有限数の通信ステップについて求められた前記総需要の前記更新値を合算することであって、前記ネットワークにおける無効電力の前記総需要を得ることと、
前記有限数の通信ステップについて求められた前記総容量の前記更新値を合算することであって、前記ネットワークの前記総容量を得ることと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記寄与係数は、前記ＤＥＲのネットワークのトポロジ及びサイズに基づいて求められる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記総電力需要は無効電力に対する需要であり、前記ネットワークの前記総容量は、前記ネットワークの前記無効電力の発電容量である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＤＥＲは以下の式に従って求められる前記無効電力Ｑｉ＊を発電し、
【数１】
2015119629.tif 000009
式中、ｉは前記ネットワーク内の前記ＤＥＲのインデックスであり、ＱｉＭＡＸは前記ＤＥＲの最大無効電力容量であり、ΣｉＱｉＭＡＸは、前記ネットワークの前記無効電力の前記総発電容量である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記通信ステップの有限数はＮ−２であり、Ｎは前記ネットワークのサイズである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
分散型エネルギー源(ＤＥＲ)によって、ＤＥＲのネットワークを含む送電網内に無効電力を発電する方法であって、
各通信ステップにおいて、近傍ＤＥＲから、前記ネットワークにおける無効電力の総需要の少なくとも一部分と、前記ネットワークの前記無効電力の総発電容量の少なくとも一部分とを受信することであって、前記各通信ステップにおいて、前記各近傍ＤＥＲは、該各通信ステップにおいて前記ネットワーク内を伝播する情報に基づいて、前記総需要の前記一部分と前記総容量の前記一部分とを再帰的に更新することと、
各現在の通信ステップにおいて、該現在の通信ステップのための予め決定された寄与係数を用いて、前記現在の通信ステップに対応する前記総需要の更新値及び前記総容量の更新値を求めることと、
有限数の通信ステップについて求められた前記総需要の前記更新値を合算することであって、前記ネットワークにおける前記無効電力の前記総需要を得ることと、
前記有限数の通信ステップについて求められた前記総容量の前記更新値を合算することであって、前記ネットワークの前記総容量を得ることと、
前記総需要と、前記ＤＥＲの最大無効電力発電容量及び前記ネットワークの前記総容量の比とに比例する前記無効電力の量を発電することと、
を含む、分散型エネルギー源(ＤＥＲ)によって、ＤＥＲのネットワークを含む送電網内に無効電力を発電する方法。
【請求項８】
分散型エネルギー源(ＤＥＲ)であって、
有限数の寄与係数を記憶するメモリであって、該各寄与係数は該有限数の通信ステップからの通信ステップに対応し、前記対応する通信ステップにおける総電力需要の更新値を示すものと、
前記各通信ステップにおいて、近傍ＤＥＲのそれぞれによって累積された前記総電力需要の一部分を受信するための受信機と、
前記各通信ステップにおいて、前記ＤＥＲによって累積された前記総電力需要の一部分を前記近傍ＤＥＲのそれぞれに送信するための送信機と、
前記総電力需要の前記受信した一部分から、現在の通信ステップに対応する寄与係数を用いて前記総電力需要の前記更新値を復号化し、前記有限数の通信ステップについて求められた前記総電力需要の前記更新値を累積して前記ネットワークにおける前記総電力需要を得るためのプロセッサと、
を備える、分散型エネルギー源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、包括的には送電網に関し、より詳細には、分散型エネルギーシステムを形成するように送電網に接続された分散型エネルギー源(ＤＥＲ)を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
分散型エネルギー源(ＤＥＲ)は、発電においてますます大きな役割を果たしている。通常、ＤＥＲは、分散型エネルギーシステムを形成するように電力系統(ＥＰＳ)、例えば公共送電網に接続される、(実用規模の火力発電所、水力発電所及び原子力発電所に対して)比較的低電力の発電又は蓄電デバイスである。
【０００３】
ＤＥＲの例は、ディーゼルエンジン発電機、風力タービン、太陽電池、燃料電池、予備電池及びこれらの任意の組み合わせを含む。ＤＥＲは複数の理由で用いられる。例えば、幾つかの用途では、ＤＥＲは、公共送電網からの主電力が途切れたときに予備電力を提供するのに用いられる。他の用途では、ＤＥＲは公共送電網からの電力への依存を減らすために用いられる。また更なる用途では、ＤＥＲは、化石燃料燃焼発電所及び核分裂反応駆動発電所(nuclear-fission driven power plant)等の従来の発電機によって提供される電力を補うのに用いられる。ＤＥＲは、風及び太陽エネルギー等の再生可能資源から発電するＤＥＲを構築する製造者が増えるにつれ、ますます一般的になっている。
【０００４】
ＤＥＲは、それらの電力定格に従って単相又は三相ネットワークに接続することができる。交流電流(ＡＣ)配電網では、ＤＥＲは総電力の１つ又は２つの成分、すなわち有効電力(Ｐとしてシンボル化される)及び無効電力(Ｑとしてシンボル化される)を生成することができる。無効電力は仕事をしない電力成分であり、ＤＥＲが電流を送電網に供給する位相角を表す。
【０００５】
ＤＥＲによって生成又は吸収される無効電力は、電力の状態に影響を及ぼす。特に、無効電力の量は送電網内の電圧に比例し、すなわち、より多くの無効電力が生成されるとき、送電網内の電圧は増大し、より少ない無効電力が生成されるとき、電圧は減少する。
【０００６】
ＤＥＲが送電網に有効電力又は無効電力を提供する容量は限定されず、経時的に変化することができる。潜在的に、送電網に接続される数千個のＤＥＲデバイスが存在し、全てのＤＥＲは、特定の時点において送電網によって要求される総電力(有効電力及び無効電力の和)を提供するように協働しなくてはならない。したがって、各ＤＥＲが発電のための容量限界内に留まるという制限の下で、総数のＤＥＲによって目標電力量が発電されるように、各ＤＥＲが送電網に供給する電力量を求める方法が必要である。
【０００７】
スマート配電網におけるこの電力共有問題のための幾つかの従来の方法は、各ＤＥＲにおける局所測定を用いてそのＤＥＲの電力出力計算を支援する方法を含む。しかしながら、これらの方法は、他のＤＥＲの容量を考慮せず、不正確である。これについては、例えば、特許文献１及び特許文献２を参照されたい。
【０００８】
幾つかの他の方法は完全な通信を仮定し、完全な通信では、ＤＥＲは互いに通信するか、又は集中型エンティティと通信し、この集中型エンティティは、目標に到達するように各ＤＥＲの電力を規定し、次に各ＤＥＲにそのコマンドを送り出す。この方法は通信オーバーヘッドを被り、状況によっては過度に低速である。例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８を参照されたい。
【０００９】
別の手法は、各ＤＥＲとその近傍との間の部分的な通信に基づく。しかしながら、現行の方法は漸近的であり、すなわち、各ＤＥＲは正確な値の電力が発電されることを達成することなく漸近的に解に収束する。
【００１０】
したがって、送電網に接続された全てのＤＥＲによって発電される電力が、各ＤＥＲの制約に違反することなく送電網の総電力要件を満たすように、有限数の通信ステップ内で、各分散型エネルギー源(ＤＥＲ)によって送電網内に発電される電力を求める方法を提供する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１１７６０６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１２／０１０５０２３号明細書
【特許文献３】米国特許第７５０８１７３号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１０／００６７２７１号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１２／０２０５９８１号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１２／０２３５４９８号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１２／０３１０４３４号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２０１３／００１８５１６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
分散型エネルギー源(ＤＥＲ)は、発電においてますます大きな役割を果たしている。通常、ＤＥＲは、送電網に接続される比較的低電力の発電又は蓄電デバイスである。ＤＥＲの例は、ディーゼルエンジン発電機セット、風力タービン、太陽電池、燃料電池、予備電池及びこれらの任意の組み合わせを含む。ＤＥＲは、送電網に予備電力を提供する、公共送電網からの電力への依存を減らす、又は従来の発電機によって提供される電力を補う等の複数の理由で用いられる。
【００１３】
この発明の幾つかの実施の形態の１つの目的は、送電網における総電力需要がＤＥＲのネットワークによって共同で満たされるように、各ＤＥＲによって発電するための方法を提供することである。幾つかの実施の形態の別の目的は、各ＤＥＲの発電容量を考慮し、ＤＥＲ間で通信されるメッセージの数及びサイズを最適化する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明の幾つかの実施の形態は、各ＤＥＲが自身の最大発電容量及び送電網における総電力需要、並びにネットワークの総電力の総発電容量にアクセスを有する場合、各ＤＥＲは、総電力需要と、そのＤＥＲの最大発電容量及びネットワークの総発電容量の比との積として、自身の電力寄与を求めることができるという認識に基づいている。そのような寄与は、ＤＥＲ間での電力需要の公平な分配を確実にする。
【００１５】
各ＤＥＲは、自身の最大発電容量を求める、例えば測定することができる。しかしながら、総電力需要及びネットワークの総発電容量は通常未知であり、経時的に変動する。
【００１６】
幾つかの実施の形態は、各ＤＥＲによって、固定数の通信ステップ内で総電力需要及びネットワークの総容量を求めることが必要であり、可能であるという認識に基づいている。特に、総電力需要及びネットワークの総容量の一部分が各ＤＥＲによって再帰的に累積され、伝搬される場合、固定数の通信ステップの後に、全てのＤＥＲが総電力需要及びネットワークの総容量の正しい値を累積することができることが認識された。
【００１７】
そのような認識によって、各通信ステップにおいて、２つのタイプのみのデータ、すなわち、その通信ステップの前に各ＤＥＲによって累積された、総電力需要の一部分及びネットワークの総容量の一部分を交換することが可能になる。このため、例えばＤＥＲ間で全ての情報を交換するのと比較して、交換されるメッセージの量が低減される。
【００１８】
また、そのような認識によって、各ＤＥＲが正確な値の電力が発電されることを達成することなく漸近的に解に収束する従来の漸近的な方法と対照的に、固定数の通信ステップ内で、総電力需要及びネットワークの総容量の正しい値を求めることが可能になる。
【００１９】
この発明の幾つかの実施の形態は、ＤＥＲ間で交換される総電力需要及びネットワークの総容量の一部分を符号化及び復号化する。そのような符号化／復号化動作によって、各通信ステップの間に寄与される総電力需要及びネットワークの総容量の増大を正しく求めることが可能になる。幾つかの実施の形態は、ＤＥＲのネットワーク構造が比較的安定していることを活用する。これらの実施の形態は、ＤＥＲのネットワークの構造を調べ、この構造に基づいて符号化係数及び復号化係数を求める。
【００２０】
したがって、１つの実施の形態は、分散型エネルギー源(ＤＥＲ)によって、ＤＥＲのネットワークを含む送電網のために発電する方法であって、前記送電網における総電力需要は、前記ＤＥＲのネットワークによって共同で満たされるようになっている、方法を開示する。本方法は、固定数の通信ステップの各通信ステップにおいて、前記ＤＥＲと各近傍ＤＥＲとの間で、前記通信ステップの前に前記ＤＥＲ及び前記各近傍ＤＥＲによって累積された前記総電力需要の一部分、並びに前記通信ステップの前に前記ＤＥＲ及び前記各近傍ＤＥＲによって累積された前記総電力の、前記ネットワークの総発電容量の一部分を交換することと、前記各通信ステップの後、前記近傍ＤＥＲから受信された前記総電力需要の前記一部分を用いて、前記通信ステップの前に前記ＤＥＲによって累積された前記総電力需要の前記一部分を更新することと、前記各通信ステップの後、前記近傍ＤＥＲから受信された前記ネットワークの前記総容量の前記一部分を用いて、前記通信ステップの前に前記ＤＥＲによって累積された前記ネットワークの前記総容量の前記一部分を更新することと、前記固定数の通信ステップの後、前記総電力需要及び前記ネットワークの前記総容量を累積することと、前記総電力需要と、前記ＤＥＲの最大発電容量及び前記ネットワークの前記総容量の比との積としての電力量を発電することと、を含む、分散型エネルギー源(ＤＥＲ)によって、ＤＥＲのネットワークを含む。
【００２１】
別の実施の形態は、分散型エネルギー源(ＤＥＲ)によって、ＤＥＲのネットワークを含む送電網内に無効電力を発電する方法を開示する。本方法は、各通信ステップにおいて、近傍ＤＥＲから、前記ネットワークにおける無効電力の総需要の少なくとも一部分と、前記ネットワークの前記無効電力の総発電容量の少なくとも一部分とを受信することであって、前記各通信ステップにおいて、前記各近傍ＤＥＲは、該各通信ステップにおいて前記ネットワーク内を伝播する情報に基づいて、前記総需要の前記一部分と前記総容量の前記一部分とを再帰的に更新することと、各現在の通信ステップにおいて、該現在の通信ステップのための予め決定された寄与係数を用いて、前記現在の通信ステップに対応する前記総需要の更新値及び前記総容量の更新値を求めることと、有限数の通信ステップについて求められた前記総需要の前記更新値を合算することであって、前記ネットワークにおける前記無効電力の前記総需要を得ることと、前記有限数の通信ステップについて求められた前記総容量の前記更新値を合算することであって、前記ネットワークの前記総容量を得ることと、前記総需要と、前記ＤＥＲの最大無効電力発電容量及び前記ネットワークの前記総容量の比とに比例する前記無効電力の量を発電することと、を含む。
【００２２】
更に別の実施の形態は、分散型エネルギー源(ＤＥＲ)を開示し、この分散型エネルギー源(ＤＥＲ)は、有限数の寄与係数を記憶するメモリであって、該各寄与係数は該有限数の通信ステップからの通信ステップに対応し、前記対応する通信ステップにおける総電力需要の更新値を示すものと、前記各通信ステップにおいて、近傍ＤＥＲのそれぞれによって累積された前記総電力需要の一部分を受信するための受信機と、前記各通信ステップにおいて、前記ＤＥＲによって累積された前記総電力需要の一部分を前記近傍ＤＥＲのそれぞれに送信するための送信機と、前記総電力需要の前記受信した一部分から、現在の通信ステップに対応する寄与係数を用いて前記総電力需要の前記更新値を復号化し、前記有限数の通信ステップについて求められた前記総電力需要の前記更新値を累積して前記ネットワークにおける前記総電力需要を得るためのプロセッサと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の幾つかの原理を用いる分散型エネルギー源(ＤＥＲ)のネットワークを含む例示的な送電網の概略図である。
【図２】この発明の幾つかの実施の形態による、ＤＥＲによって発電するための方法のブロック図である。
【図３】この発明の幾つかの実施の形態による、総電力需要又はネットワークの総発電容量の一部分の再帰的な交換及び累積の概略図である。
【図４】この発明の幾つかの実施の形態による、ＤＥＲによって実行される復号化動作及び符号化動作を用いる方法のブロック図である。
【図５】この発明の幾つかの実施の形態による、電力推定状態中にＤＥＲにおいて実行される動作のブロック図である。
【図６】この発明の様々な実施の形態の原理を用いるＤＥＲの電力制御モジュールのブロック図である。
【図７】この発明の幾つかの実施の形態による、ネットワークにおいて各ＤＥＲによって実行される初期化段階のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本開示の幾つかの原理を用いる分散型エネルギー源(ＤＥＲ)１１０(１)〜１１０(ｎ)のネットワークを含む例示的な送電網１００を示している。特に、ネットワークの各ＤＥＲは、ネットワークの全てのＤＥＲによって共同で発電される電力が、各ＤＥＲの制約に違反することなくエネルギーシステムの総電力要件を満たすように、有限数の通信ステップ内で、分散型エネルギーシステムに供給される電力を求める。電力は、有効電力Ｐ及び無効電力Ｑのうちの一方又はそれらの組み合わせを含むことができる。
【００２５】
送電網１００は、少なくとも１つの発電機１２０、及び複数のバス１３０(１)〜１３０(Ｎ)も含む。ＤＥＲの発電機及びネットワークに加えて、送電網１００は他の電源を含むことができる。風等の断続的なエネルギー源を有するＤＥＲは、送電網と、ＤＥＲ内に存在することができる任意の発電機との間に接続されるバッテリシステムを含むことができる。送電網は、中でも、自宅、マンション、オフィスビル、ショッピングモール、製造、研究及び開発施設、レクリエーションエリア及び施設、オフィスパーク、並びに総合大学(university)及び単科大学(college)のキャンパスにおけるＡＣ及び／又はＤＣ負荷を含むことができる負荷に電力を供給することができる。
【００２６】
送電網は、要求される電力量を共同で提供するようにＤＥＲのネットワークを制御するための調整器１４０も備えることができる。しかしながら、調整器は、ＤＥＲのサブセット、例えばＤＥＲ１１０(１)及びＤＥＲ１１０(４)とのみ通信することができる。調整器と通信することができるＤＥＲはＪｉｎｉｔと称され、Ｊｉｎｉｔは、そのＤＥＲが調整器の電力コマンドにアクセスを有することを示す。
【００２７】
同様に、各ＤＥＲは近傍ＤＥＲと通信することができる。ＤＥＲのネットワークでは、各ＤＥＲはＤＥＲが１つのホップ内で通信することができる少なくとも１つの近傍ＤＥＲを有する。例えば、ＤＥＲ１１０(１)は、ＤＥＲ１１０(２)及びＤＥＲ１１０(４)と通信することができる。ＤＥＲ１１０(２)はＤＥＲ１１０(１)及びＤＥＲ１１０(３)と通信することができる。ＤＥＲ１１０(３)はＤＥＲ１１０(２)のみと通信することができる。
【００２８】
各ＤＥＲは、独自の最大発電容量を求める、例えば測定することができる。しかしながら、総電力需要及びネットワークの総発電容量は通常未知であり、経時的に変動する。
【００２９】
幾つかの実施の形態は、固定数の通信ステップ内で、各ＤＥＲによって、総電力需要及びネットワークの総容量を求めることが必要であり、可能であるという認識に基づいている。特に、総電力需要及びネットワークの総容量の一部分が各ＤＥＲによって再帰的に累積され、伝搬される場合、固定数の通信ステップの後に、全てのＤＥＲが総電力需要及びネットワークの総容量の正しい値を累積することができることが認識された。
【００３０】
図２は、分散型エネルギー源(ＤＥＲ)のネットワークを含む送電網における総電力需要がそのＤＥＲのネットワークによって共同で満たされるように、ＤＥＲによってこの送電網内に発電するための方法のブロック図を示している。この方法は、ＤＥＲの対応する送受信機に動作可能に接続される各ＤＥＲのプロセッサを用いて実施することができる。
【００３１】
各通信ステップにおいて、ＤＥＲ２０５は各近傍ＤＥＲ２２０と、通信ステップの前にＤＥＲ及び各近傍ＤＥＲによって累積された総電力需要２１５の一部分、並びに通信ステップの前にＤＥＲ及び各近傍ＤＥＲによって累積された総電力の、ネットワークの総発電容量２１７の一部分を交換する(２１０)。
【００３２】
各通信ステップ後、ＤＥＲは、近傍ＤＥＲから受信した総電力需要の一部分を用いて、通信ステップの前にＤＥＲによって累積された総電力需要の一部分を更新する(２３０)。また、ＤＥＲは、近傍ＤＥＲから受信したネットワークの総容量の一部分を用いて、通信ステップの前にＤＥＲによって累積されたネットワークの総容量の一部分を更新する(２３０)。
【００３３】
そのようにして、固定数の通信ステップ２４５の後、ＤＥＲは総電力需要及びネットワークの総発電容量を累積する(２４０)。次に、ＤＥＲは、総電力需要と、ＤＥＲの最大発電容量及びネットワークの総発電容量の比との積としての電力量、例えば量Ｑｉ＊２５５を発電する。
【００３４】
実施の形態は、各通信ステップにおいて、２つのタイプのデータのみ、すなわち、通信ステップの前に各ＤＥＲによって累積される、総電力需要の一部分及びネットワークの総容量の一部分を交換する。このため、例えば、ＤＥＲ間での情報の全交換と比較して、交換されるメッセージ量が低減される。
【００３５】
さらに、そのような交換によって、各ＤＥＲが正確な値の電力が発電されることを達成することなく漸近的に解に収束する漸近的な方法と対照的に、固定数の通信ステップ内で、総電力需要及びネットワークの総容量の正しい値を求めることが可能になる。
【００３６】
図３は、総電力需要又はネットワークの総発電容量の一部分の再帰的な交換及び累積の概略図である。各通信ステップにおいて、ＤＥＲ、例えばＤＥＲ１１０(２)は、ＤＥＲ１１０(１)及びＤＥＲ１１０(３)等の近傍ＤＥＲから、ネットワークにおける無効電力の総需要の少なくとも一部分、又はネットワークの無効電力総発電容量の少なくとも一部分を、通信リンク３１０及び３２０を介して受信する。ＤＥＲ１１０(２)は電力の需要及び容量に関する自身の知識を再帰的に更新し(３３２)、このように総需要及び容量情報を累積する。
【００３７】
同様に、ＤＥＲ１１０(１)及びＤＥＲ１１０(３)等の各近傍ＤＥＲは、各通信ステップにおいてネットワーク内で伝搬される情報に基づいて、総需要の一部分及び総容量の一部分を再帰的に更新する(３３１及び３３３)。各通信ステップ内で、情報は、通信リンク３１０及び３２０、並びに他の通信リンク、例えば３４０及び３４１を通じてＤＥＲのネットワーク内をますます先へ伝搬する。
【００３８】
交換中、電力の総需要及び総容量の一部分は、以前に送信された情報を含むことができる。したがって、この発明の幾つかの実施の形態は、ＤＥＲ間で交換された、総電力需要及びネットワークの総容量の一部分を符号化及び復号化する。そのような符号化動作及び復号化動作は、各通信ステップ中に寄与される総電力需要及びネットワークの総容量の増大を正しく求めることを可能にする。
【００３９】
幾つかの実施の形態は、ＤＥＲのネットワークの構造が比較的安定していることを活用する。これらの実施の形態は、ＤＥＲのネットワークの構造を求め、この構造に基づいて符号化係数及び復号化係数を求める。以下で説明するように、幾つかの実施の形態は、初期化段階中にＤＥＲのネットワークの構造を求める。
【００４０】
図４は、幾つかの実施の形態による、ＤＥＲによって実行される復号化動作及び符号化動作を用いる方法のブロック図を示している。特に、ＤＥＲは総電力需要の一部分と、ＤＥＲによって累積されたネットワークの総容量の一部分とを、重み係数４０５を用いて符号化し(４１０)、その後、符号化された一部分４１５を近傍ＤＥＲに送信する。例えば、１つの実施の形態は、現在の通信ステップのために、連続分布から重み係数を、例えば初期化段階中にランダムに選択する。重み係数を求める他の例が以下に提供される。
【００４１】
また、ＤＥＲは、各近傍ＤＥＲから受信した(４２５)総電力需要の一部分及びネットワークの総容量の一部分を、寄与係数４３０を用いて復号化する(４２０)。以下で説明するように、寄与係数４３０は、通信ステップごとに、例えば初期化段階中に予め決定される。このため、復号化４２０によって、各通信ステップに対応する、総電力需要の更新値４４５及び総発電容量の更新値４５５が生成される。
【００４２】
ＤＥＲは、有限数の通信ステップについて求められた総需要の更新値４４５を合算して(４４０)、ネットワークにおける総電力需要を得る。同様に、ＤＥＲは有限数の通信ステップについて求められた総容量の更新値４５５を合算して(４５０)、ネットワークの総容量を得る。
【００４３】
このため、各ＤＥＲは、近傍のＤＥＲのみとメッセージを交換することによって、総電力需要及びネットワークの総発電容量を求める。各ＤＥＲは、自身の電力容量に比例して、要求された電力を送電網に提供することができ、これによって電力要件がＤＥＲ間で公平に共有される。
【００４４】
各ＤＥＲは、近傍ＤＥＲとの通信に基づいて再帰的に更新される２つの情報状態と、これらの近傍ＤＥＲが処理する情報とを記憶する。第１の状態はｚｊｃａｐ［ｋ］であり、これは、ステップｋにおいてＤＥＲｊによって累積されるネットワークの総発電容量の一部分を定義する単一の値である。第２の状態はｚｊｔｏｔ［ｋ］であり、これは、ステップｋにおいてＤＥＲｊによって累積される総電力需要の一部分を定義する単一の値である。
【００４５】
１つの実施の形態において、情報伝搬が開始する前に、ＤＥＲは、情報交換の開始時に各ＤＥＲに利用可能な情報に基づいて初期化される。調整器の近傍のＤＥＲは、調整器と通信して、自身の電力需要情報状態ｚｊｔｏｔ［０］を総電力需要と等しくなるように初期化することができる。総電力需要情報にアクセスを有しない他のＤＥＲは、自身のｚｊｔｏｔ［０］をゼロに等しくなるように初期化する。
【００４６】
様々な実施の形態において、各ＤＥＲは、自身の最大電力容量にアクセスを有し、自身のｚｊｃａｐ［ｋ］を自身の最大電力容量に等しくなるようにすることによってこの状態を初期化することができる。ＤＥＲの情報状態は以降の全てのステップについてそのＤＥＲのメモリ内に記憶され、近傍からの情報に基づいて再帰的に更新される。情報の伝搬は以下に示すように符号化及び復号化される。
【００４７】
図５は、電力推定手順中にＤＥＲｊにおいて実行される動作のブロック図を示している。ＤＥＲは、データを近傍と交換する前に、センサーの５０３の測定値と、ＤＥＲが調整器５０２の近傍にある場合、この調整器から受信した情報とを用いて、上述したように情報状態を初期化する。この方法はＤＥＲのプロセッサ５０１によって実施することができる。
【００４８】
例えば、ＤＥＲは、以下の式に従ってｚｊｔｏｔ［０］及びｚｊｃａｐ［０］を初期化する(５１０)、すなわちｋ＝０である。
【００４９】
【数１】
2015119629.tif 000003
【００５０】
この実施の形態において、数Ｍは、調整器５０２の近傍の初期ＤＥＲの数、Ｊｉｎｉｔである。このため、調整器から総電力需要要件を受信する複数の初期ＤＥＲが存在する場合、初期ＤＥＲは調整器からの電力需要要件を等しく共有する。すなわち、各ＤＥＲは電力需要要件の１／Ｍの部分を得る。
【００５１】
ＤＥＲは、そのＤＥＲの近傍ＤＥＲ５０４のそれぞれから２つの情報状態を受信し(５２０)、受信した情報を２つの観測ベクトルに記憶する。ＤＥＲｊの近傍数に等しいサイズの第１のベクトルｙｊｃａｐ［ｋ］は、近傍ＤＥＲから、ステップｋにおいて累積されたそれらの近傍ＤＥＲの発電容量に関して受信されたＤＥＲｊの観測値を記憶する。第２のベクトルｙｊｔｏｔ［ｋ］も、近傍ＤＥＲの数にサイズが等しく、近傍ＤＥＲから、ステップｋにおいて累積されたそれらの近傍ＤＥＲの総電力需要情報に関して受信されたＤＥＲｊの観測値を記憶する。
【００５２】
１つの実施の形態において、ＤＥＲは、行列Ｃｊに記憶されたそのＤＥＲの近傍ＤＥＲのそれぞれに重みを割り当てる。例えば、近傍ＤＥＲから受信される情報状態は、以下に従って累積することができる。
【００５３】
【数２】
2015119629.tif 000004
【００５４】
式中、ｙｊｃａｐは電力容量観測ベクトルであり、ｙｊｔｏｔは電力需要観測ベクトルであり、ｋは反復インデックスである。このステップは、受信した観測値の符号化として参照される。
【００５５】
ＤＥＲは、総電力需要及び電力容量の新たに受信した状態を、ＤＥＲによって以前に受信した状態と結合する(５３０)。この結合は、次の通信ステップｋ＋１中に、ＤＥＲによってそのＤＥＲの近傍ＤＥＲに伝搬される。１つの実施の形態において、結合５３０は、情報伝搬重みｗｊｉを用いた線形結合である。近傍ＤＥＲから受信した全ての情報を１つの単一値に組み合わせることによって、通信オーバーヘッドが低減される。このため、実施の形態は受信した全ての情報を２つの状態、すなわちｚｊｃａｐ［ｋ＋１］及びｔｚｊｔｏｔ［ｋ＋１］に記憶する。
【００５６】
例えば、１つの実施の形態では、ＤＥＲは以下に従って状態に関する情報を累積する。
【００５７】
【数３】
2015119629.tif 000005
【００５８】
式中、ｊはＤＥＲのインデックスであり、ｉは近傍ＤＥＲのインデックスであり、
【００５９】
【数４】
2015119629.tif 000006
【００６０】
は近傍ＤＥＲの数であり、ｗｊｉは重み係数であり、ｋは反復インデックスである。
【００６１】
ＤＥＲはまた、近傍ＤＥＲから受信した情報を復号化して(５４０)、現在の通信ステップに対応する総需要の更新値及び総容量の更新値を生成する。復号化された情報は、ＤＥＲにおいて累積される。幾つかの実施の形態において、復号化は、受信した観測ベクトルを初期化段階中に計算された所定の寄与ベクトルａｊ［ｋ］と乗算することによって実行される。
【００６２】
寄与ベクトルａｊ［ｋ］は、近傍ＤＥＲの数に等しいサイズのベクトルである。寄与ベクトルａｊ［ｋ］は、ＤＥＲのネットワークのサイズ及びトポロジに基づいて事前に求められる。復号化手順及び累積ステップは、寄与ベクトルを観測ベクトルと乗算し、結果として得られた更新値をＤＥＲｊの現在の推定値と合算して総電力容量及び総電力需要を得ることを含むことができる。例えば、１つの実施の形態は、以下の式に従って復号化及び累積５４０を実行する。
【００６３】
【数５】
2015119629.tif 000007
【００６４】
ＴｏｔａｌＣａｐは総電力容量であり、ＴｏｔａｌＤｅｍａｎｄは総電力需要であり、ｙｊｃａｐは電力容量観測ベクトルであり、ｙｊｔｏｔは電力需要観測ベクトルであり、ａｊは寄与ベクトルであり、ｊはＤＥＲインデックスであり、ｋは反復インデックスである。
【００６５】
様々な実施の形態において、現在の通信ステップのインデックスは、固定数の通信ステップＳｍａｘと比較される(５５０)。固定数の通信ステップＳｍａｘは、トレーニング段階中に事前に求めることができる。インデックスがＳｍａｘ未満である場合、ＤＥＲは電力要件の受信及び累積を再帰的に繰り返す(５５２)。固定数の通信ステップＳｍａｘの後(５５１)、総電力需要及びネットワークの総発電容量がＤＥＲにおいて累積される。ＤＥＲは、総電力需要と、ＤＥＲの最大発電容量及びネットワークの総容量の比との積としての電力量を発電する(５６０)。電力は、有効電力及び無効電力のうちの一方又はそれらの組み合わせとすることができる。例えば、１つの実施の形態によれば、ＤＥＲは、自身の電力コントローラーに以下の式に従って発電するように要求する。
【００６６】
【数６】
2015119629.tif 000008
【００６７】
式中、ｃａｐｊはインデックスｊのＤＥＲの総電力容量を表し、ＴｏｔａｌＣａｐ(ｋ＋１)は、ＤＥＲｊにおいて反復ｋ＋１までに累積された総電力容量であり、ＴｏｔａｌＤｅｍａｎｄ(ｋ＋１)は、ＤＥＲｊにおいて反復ｋ＋１までに累積された総電力需要であり、Ｐｏｗｅｒｊ(ｋ＋１)は、反復ｋ＋１まで計算された、ＤＥＲｊによって発電される電力であり、ｋは反復インデックスである。
【００６８】
１つの実施の形態において、図５の電力推定方法が実行された後、次にＤＥＲは再初期化し、電力推定を継続する。このため、この方法は連続して実行され、ＤＥＲのネットワークは調整器の時変コマンド又は時変利用可能容量を追跡することができる。
【００６９】
図６は、この発明の様々な実施の形態の原理を利用するＤＥＲの電力制御モジュール６０１のブロック図を示している。電力制御モジュールは、各近傍ＤＥＲから２つの情報状態を受信するための受信機６１０と、更新された状態情報を近傍ＤＥＲに送信するための送信機６２０とを備える。電力制御モジュールは、例えば図５に関連して説明されるように、要求される計算を実行するためのプロセッサ６３０も備える。受信及び計算された情報は、メモリ６４０内に記憶される。例えば、メモリは後続の通信ステップのための総需要状態及び総容量状態の結合結果６４１と、寄与ベクトル６４２と、現在の通信ステップにおいて累積される総需要及び総容量の一部分とを記憶することができる。
【００７０】
図７は、この発明の幾つかの原理を利用するＤＥＲの初期化段階のブロック図を示している。幾つかの実施の形態において、初期化段階を用いて、以下の情報組を求めるか、又はこれをネットワーク内のＤＥＲのそれぞれに送信する。
【００７１】
第１に、初期化段階中、各ＤＥＲはそのＤＥＲが電力情報を線形結合するのに用いる情報伝搬係数ｗｊｉを求めることができる。情報伝搬係数は、連続分布によってランダムに選択することができ、電力共有段階の全ての通信ステップついて一定とすることができる。
【００７２】
第２に、初期化段階中、各ＤＥＲは、近傍ＤＥＲから受信した各観測値に重みを割り当てる観測行列Ｃｊを求めることができる。この観測行列は、連続分布によってランダムに選択することができ、電力共有段階の全ての通信ステップについて一定のままにすることができる。
【００７３】
第３に、初期化段階中、各ＤＥＲは、電力情報の適切な累積のために要求される通信ステップの固定数のｓｍａｘを求めることができる。
【００７４】
第４に、初期化段階中、各ＤＥＲは、ステップｋ及びＤＥＲｊに一意の寄与ベクトルａｊ［ｋ］を求めることができ、ステップｋにおいてＤＥＲｊの近傍からの観測値のベクトルと乗算されると、現在の通信ステップに対応する電力情報の更新値を復号化することができる。
【００７５】
この情報は、幾つかの方法によって初期化することができる。例えば、１つの実施の形態において、この情報は、全てのＤＥＲが電力推定段階を開始するのに必要な全ての情報を受信するまで、ネットワークの全てのＤＥＲ間で渡される単純なメッセージによって初期化することができる。別の実施の形態では、初期化段階は、図７に示すステップを用いることによって高速化することができる。以下のステップが実行される。
【００７６】
各ＤＥＲｊはｉの近傍のＤＥＲｉ(ＤＥＲｊはＤＥＲｉから情報を受信しないので、全ての他のＤＥＲについてｗｊｉ＝０)ごとに、情報伝搬係数ｗｊｉを独立してランダムに選択する(７１０)。
【００７７】
各ＤＥＲｊは、観測重みｃｊｉを独立してランダムに選択し(７１０)、行列Ｃｊを形成する。ＣｊはＤｊ×Ｎの行列であり、ＤＥＲｊの近傍にないＤＥＲに対応する全ての列はゼロの列であることに留意されたい。ここで、ＤｊはＤＥＲｊの近傍数である。全ての他の要素はランダムに選択される。
【００７８】
その後、トレーニング段階のメッセージ交換部分は、ネットワークのノード１が値１を有する１つの情報状態を用いて自身を初期化すること(７２０)から開始する。全ての他のノードは、値０の１つの情報状態を用いて自身を初期化する。
【００７９】
次に、全てのノードがメッセージ交換の各ステップにおいて、以下の動作の実行を開始する(７３０)。観測重みｃｊｉを用いた近傍の値の１つの観測。近傍情報と伝搬係数ｗｊｉとの１つの線形結合(情報の伝搬)。ステップｋにおけるＤＥＲｊの観測ベクトルは、累積ベクトルＹｊ，１に次々と下に記憶される。Ｙｊ，１は各ステップ７３０において増大する。Ｎ−２個のステップの後、ベクトルＹｊ，１を行列Ｏｊの第１の列として記憶する。その後、全てのノードは自身を再初期化し、今回はノード２が自身の情報状態を１で初期化し、全ての他のノードが０で初期化する(７２０)。上記で概説された手順(メッセージ交換のＮ−２個のステップ)が繰り返され、ＤＥＲｊごとにベクトルＹｊ，２が得られ、これがＯｊの第２の列として記憶される。
【００８０】
ステップ７３０のＮ個の初期化及び実行の後、全てのＤＥＲは一度初期化ノードとして動作しており、各ＤＥＲメモリにおいてＮ個のベクトルＹｊ，ｋが取得されており、Ｎ個の列を含む行列Ｑｊを形成している(７４０)。次に、ＤＥＲｊのそれぞれが、Ｏｊが最大階数行列となるのに必要な最小ステップ数としてｓｊを得る(７５０)。
【００８１】
その後、全てのＤＥＲがｓｍａｘについて一致する(７６０)。ｓｍａｘは、全てのＤＥＲが最大階数７６０であるＯｊを有するのに必要なステップ数である。次に、各ＤＥＲは、Ｏｊ＋と呼ばれるＯｊの擬似逆行列を用いてステップ寄与係数を得る(７７０)。ステップ寄与ベクトルは、Ｏｊ＋の部分行列と１のＮ×１ベクトルとの乗算として求められる。
【００８２】
この発明の様々な実施の形態は、数多くの汎用又は専用コンピューティングシステム環境又は構成によって動作することができる。
【００８３】
例えば、実施の形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組合わせを用いて実施することができる。ソフトウェアで実施される場合、ソフトウェアコードは、単一のコンピューターに設けられるのか又は複数のコンピューター間に分散されるのかにかかわらず、任意の適したプロセッサ又はプロセッサの集合体において実行することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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