(57)【要約】【課題】配電網上の負荷と発電との間のバランスを表わす物理的変数に応答する負荷制御装置。【解決手段】この制御装置は、配電網の物理的変数の過去の読み取り値から導出される配電網の物理的変数の中央値に対する当該物理的変数の現在値にもとづいて、負荷のエネルギー消費を変化させる。また、この配電網応答型制御装置は、配電網に応じて変化する負荷の制御をもたらすべきか否かの判断において、負荷がそのエネルギー消費を最後に変化させてからの時間も考慮する。【選択図】図５
2008543256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電網上の負荷のエネルギー消費を制御するための制御装置であって、
発電と配電網上の負荷との間の関係に依存して変化する配電網の物理的変数の値を、或る時間期間にわたって検出するための手段、
前記配電網の物理的変数の前記値から、配電網の物理的変数の中央値を割り出すための手段、および
前記負荷のエネルギー消費を、前記中央値に応じて変化させるための手段、
を有している制御装置。
【請求項２】
配電網について検出される前記物理的変数の現在値がトリガ値に達したときに、前記負荷のエネルギー消費を変化させるための手段、および
前記中央値に依存して前記トリガ値を決定するための手段、
を有している請求項1に記載の制御装置。
【請求項３】
前記トリガ値を決定するための前記手段が、配電網の物理的変数について割り出される上方値または下方値と前記中央値との間の前記トリガ値を無作為にもたらすための関数を含んでいる請求項2に記載の制御装置。
【請求項４】
負荷の物理的変数であって、負荷によって蓄えられるエネルギーを表わしている物理的変数の値を検出するための手段を有しており、
前記トリガ値の決定が、負荷について検出される前記物理的変数にも依存している請求項2または3に記載の制御装置。
【請求項５】
配電網上の負荷のエネルギー消費を制御するための制御装置であって、
発電と配電網上の負荷との間の関係に依存して変化する配電網の物理的変数の値を検出するための手段、
負荷の物理的変数であって、負荷によって蓄えられるエネルギーを表わしている物理的変数の値を検出するための手段、
前記負荷のエネルギー消費を、前記配電網の物理的変数の値がトリガ値に達したときに変化させるための手段、および
負荷について検出される前記物理的変数に依存してトリガ値を決定するための手段、
を有している制御装置。
【請求項６】
前記変化させるための手段が、前記トリガ値を配電網について現時点で検出される物理的変数と比較するための手段を有している請求項2〜5のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項７】
前記負荷のエネルギー消費を変化させるための手段が、負荷について検出される物理的変数を中央限界の範囲内に維持すべく負荷のエネルギー消費を変化させるように構成され、さらに前記配電網の物理的変数の値がトリガ値に達したときにエネルギー消費を変化させるように構成されている請求項2〜5のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項８】
前記トリガ値を決定するための手段が、負荷のエネルギー消費の変化の速度を小さくするため、負荷について検出される物理的変数および制御限界に依存してトリガ値を決定するように構成されている請求項4または5に従属する請求項7に記載の制御装置。
【請求項９】
前記トリガ値を決定するための手段が、前記負荷の物理的変数に依存して前記トリガ値を返す関数を含んでおり、
この関数が、前記負荷の物理的変数とともに変化するトリガ値プロファイルを定めており、
前記プロファイルが、負荷のエネルギー消費の変化がより最近であるほど、トリガ値が配電網の物理的変数の中央値からかけ離れるようなプロファイルである請求項4または5に従属する請求項7に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記配電網について検出される物理的変数が、配電網について検出される周波数である請求項1〜9のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項１１】
前記変化させるための手段が、エネルギー消費を負荷によって蓄えられるエネルギーを増加させる第1の状態と負荷によって蓄えられるエネルギーを減少させる第2の状態との間で切り替えることによって、前記エネルギー消費を変化させるように構成されている請求項1〜10のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項１２】
配電網上の負荷のエネルギー消費を制御するための制御装置であって、
当該制御装置へと最初に電力が供給された後に、前記負荷のエネルギー消費の開始を無作為に生成される時間量だけ遅延させるための手段
を有している制御装置。
【請求項１３】
配電網上の負荷のエネルギー消費を、負荷の物理的変数を上限および下限の範囲内に保つべく制御するための制御装置であって、
負荷の物理的変数を検出するための手段、
負荷について検出される物理的変数の上限および下限をもたらすための手段、および
当該制御装置へと最初に電力が供給された後に、検出される物理的変数の上限および/または下限を、負荷の最大のエネルギー消費よりも低い速度で増加させるための手段
を有している制御装置。
【請求項１４】
配電網上の負荷のエネルギー消費を制御する方法であって、
発電と配電網上の負荷との間の関係に依存して変化する配電網の物理的変数の値を、或る時間期間にわたって検出すること、
前記配電網の物理的変数の値から、配電網の物理的変数の中央値を割り出すこと、および
前記負荷のエネルギー消費を、前記中央値に応じて変化させること、
を含んでいる制御装置。
【請求項１５】
配電網について検出される前記物理的変数の現在値がトリガ値に達したときに、前記負荷のエネルギー消費を変化させること、および
前記中央値に依存して前記トリガ値を決定すること、
を含んでいる請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記トリガ値の決定が、配電網の物理的変数について割り出される上方値または下方値と前記中央値との間のトリガ値を無作為にもたらすための関数を含んでいる請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
負荷の物理的変数であって、負荷によって蓄えられるエネルギーを表わしている物理的変数の値を検出すること
を含んでおり、
前記トリガ値の決定が、負荷について検出される前記物理的変数にも依存している請求項15または16に記載の方法。
【請求項１８】
配電網上の負荷のエネルギー消費を制御する方法であって、
発電と配電網上の負荷との間の関係に依存して変化する配電網の物理的変数の値を検出すること、
負荷の物理的変数であって、負荷によって蓄えられるエネルギーを表わしている物理的変数の値を検出すること、
前記負荷のエネルギー消費を、前記配電網の物理的変数の値がトリガ値に達したときに変化させること、および
負荷について検出される前記物理的変数に依存して、トリガ値を決定すること、
を含んでいる方法。
【請求項１９】
前記変化させることが、前記トリガ値を配電網について現時点で検出される物理的変数と比較することを含んでいる請求項15〜18のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記負荷のエネルギー消費を変化させることが、負荷について検出される物理的変数を制御限界の範囲内に維持すべく負荷のエネルギー消費を変化させることを含んでおり、さらに前記配電網の物理的変数の値がトリガ値に達したときにエネルギー消費を変化させることを含んでいる請求項15〜19のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記トリガ値を決定することが、負荷のエネルギー消費の変化の速度を小さくするため、負荷について検出される物理的変数および制御限界に依存してトリガ値を決定することを含んでいる請求項17または18に従属する請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
前記トリガ値を決定することが、前記負荷の物理的変数とともに変化するトリガ値プロファイルを定めることによって、前記負荷の物理的変数に依存して前記トリガ値を返すことを含んでおり、
前記プロファイルが、負荷のエネルギー消費の変化がより最近であるほど、トリガ値が配電網の物理的変数の中央値からかけ離れるようなプロファイルである請求項17または18に従属する請求項20に記載の方法。
【請求項２３】
前記配電網について検出される物理的変数が、配電網について検出される周波数である請求項14〜22のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記変化させることが、エネルギー消費を負荷によって蓄えられるエネルギーを増加させる第1の状態と負荷によって蓄えられるエネルギーを減少させる第2の状態との間で切り替えることによって、前記エネルギー消費を変化させることを含んでいる請求項14〜23のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
配電網上の負荷のエネルギー消費を制御する方法であって、
負荷へと最初に電力が供給された後に、前記負荷のエネルギー消費の開始を無作為に生成される時間量だけ遅延させること
を含んでいる方法。
【請求項２６】
配電網上の負荷のエネルギー消費を、負荷の物理的変数を上限および下限の範囲内に保つべく制御する方法であって、
負荷の物理的変数を検出すること、
負荷について検出される物理的変数の上限および下限をもたらすこと、および
制御装置へと最初に電力が供給された後に、検出される物理的変数の上限および/または下限を、負荷の最大のエネルギー消費よりも低い速度で増加させること、
を含んでいる方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、配電網における供給と発電との間のバランスを制御するための手段および方法に関する。
【発明の背景】
【０００２】
信頼できる電気の供給源が、現代の生活のほぼすべての側面において不可欠である。
【０００３】
信頼できる電気の供給は、現在のところ、きわめて複雑な技術的課題である。あらゆる種類の発電（原子力、石炭、石油、天然ガス、水力、地熱、太陽電池、など）および電力を使用する負荷（例えば、装置、器具、など）で構成される電力系統について、リアルタイムでの評価および制御が必要である。
【０００４】
電気は、送電線を開閉所によって互いに接続してなる配電ネットワークにて供給される。発電された電気が、通常は、電気の送電ロス（熱による）を少なくするため、変圧器によって高い電圧（230〜765kV）へと「昇圧」される。発電機、配電ネットワーク、および負荷が、電力網を構成している。
【０００５】
信頼できる電力網の動作は、現在のところ、電気が使用されるその瞬間に生成されなければならず、すなわち発電と需要とが常にバランスしていなければならないため、複雑である。既存の電力管理システムにおいては、電力の供給が、発電の計画、制御、および協調によって、需要に対してバランスさせられている。
【０００６】
発電を需要へと一致させることに失敗すると、AC電力系統の周波数が、発電が需要を超える場合には上昇し、発電が需要を下回る場合には低下する。
【０００７】
英国において、各電力庁は、50Hzという公称の周波数を維持しなければならず、±1/2％の変動しか許されていない。米国においては、この公称周波数が60Hzである。航空機などといったいくつかの閉ループ・システムにおいては、公称の周波数が400Hzである。公称周波数は、AC電力の周波数であって、これに合わせて配電網が設計されており、この周波数を管理された安定な状態に保つように意図されている。
【０００８】
周波数の無作為な小さな変動は、負荷がオンおよびオフとなって、発電機が需要の変化に追従すべく出力を変化させるため、異常ではない。しかしながら、周波数の大きな逸脱は、発電機の回転速度を許容限界を超えて変化させることになり、これは発電機のタービンまたは他の設備を損傷させる可能性がある。
【０００９】
周波数の変動は、負荷にも損傷を引き起こしうる。
【００１０】
わずか±1/2％の周波数変化が、現代の半導体装置の精度にとっては、大きな信号である。
【００１１】
現在の供給側のスタイルのアーキテクチャにおいては、発電を需要に一致させるという課題が存在している。現時点において、きわめて低い周波数に対処できない場合、すなわち需要が発電を凌駕する場合、電力系統の全体の破損を防止すべくいくつかの区画の顧客を回線から切り離す低周波数時の自動的な負荷カットを作動させることができる。これは、系統を安定にする効果を有しているかもしれないが、ユーザにとってきわめて不都合であり、危険ですらある。
【００１２】
停電後には、配電網はとくに敏感な段階にあり、回復はゆっくりである。大型の発電機は、通常は、始動または再始動のために、いくらかの電力を利用可能にする別の発電機を必要とする。電力が得られない場合、このような発電機は始動が不可能である。そこで、配電網システムは、「停電時始動」サービスとして知られるサービスを有しており、発電の一部分が、たとえ配電網の残りの部分が動作していない（すなわち、停電）ときでも、始動および発電の継続が可能な能力を有している。配電網の運転員は、発電および負荷の回復のために、計画された手順を準備している。それらが、限られた最初の供給がまず通信および制御をもたらすために使用され、次いでより大きな発電機を始動させるために使用され、その後に、発電の利用可能性の増大に一致するように負荷が徐々に接続されるように保証している。
【００１３】
停電時始動の全体プロセスは、困難なプロセスである。停電は、きわめて稀な事象であり、実際の危機を除いては練習することができない事象である。関係する者すべてが、厳しいプレッシャーのもとにおかれ、系統が、それらの通常の動作範囲を大きく外れて（ときには、設計範囲を外れて）運転される。負荷または発電の追加の段階がすべて、系統にとっての衝撃であり、それが生じた後の配電網の安定化に、数秒または数分を有する可能性がある。慎重さが、変更を少しずつ行うように提案する。これは、当然ながら全体プロセスを遅くし、再接続を待つ者にとって停電を長期化させる。
【００１４】
負荷の遮断を可能な限り防止するために、電力系統が、常に最も重要な発電機または送電設備の喪失（すなわち、最も大きな単発の事故）に対処できるように運転される。すなわち、配電網が、通常は、大きな無作為の事故によってシステム全体が危うくされることがないよう、その能力をはるかに下回って運転される。しかしながら、これは、発電が可能な最大効率では運転されていないことを意味し、結果として電力供給のコストを上昇させてしまう。
【００１５】
夏期における大きな空調および他の冷却の負荷、ならびに冬期における大きな暖房の負荷が、通常のピーク負荷の原因である。しかしながら、配電網の運転員は、問題に前もって対処するために、長期評価、年間予測、季節予測、週間予測、1日予測、1時間予測、およびリアルタイムの運転事故分析などを含む、厳格な計画および運転の検討を行う。
【００１６】
それでも、予期せぬ事態が生じる可能性はあり、そのために、系統は、最大の事故を補償するための余地を備えて運転される。公共事業体は、必要な場合に追加の電力を供給するために、運転コストが高い追加のピーク用発電機を使用することができ、あるいは主たる発電機をフル稼働で運転しないようにして、超過の負荷を満足させるための追加の発電のために或る程度の潜在能力を残しておくことができる。これらの方法のどちらも、結果として、系統をよりフル稼動に近く運転する場合に比べ、単位当たりの電力のコストを高くしてしまう。
【００１７】
負荷および発電を現在の使用に一致させるための他のアーキテクチャが提案されている。全体としての考え方は、負荷の管理によって需要側アーキテクチャを使用して負荷と発電との間の差を補償するというものである。
【００１８】
負荷または需要を（少なくとも）配電網の安定に寄与するように使用するという考え方について、存在する文献は限られている。
【００１９】
US4,317,049（Schweppeら）が、そのような既存の電力管理とは異なる基本的考え方を提案しており、電気の供給および需要の両者が互いに応答し、平衡状態を維持しようと試みている。
【００２０】
この文献は、使用装置の2つの分類を特定している。第1の種類は、自身の機能を実行するために或る時間期間において特定の量のエネルギーを必要とすること、およびエネルギーが供給される正確な時期を問わないことを特徴とするエネルギー型の使用装置である。例としては、空調装置、温水器、冷蔵庫、空気圧縮機、ポンプ、などが挙げられる。第2の分類は、特定の時刻に電力を必要とすることを特徴とする電力型の使用装置である。そのような装置は、指定された時刻および速度で電力が供給されない場合に、それらの機能を（完全には）果たすことができない。例として、照明、コンピュータ、TV、などが挙げられる。
【００２１】
Schweppeらの特許の周波数適応電力エネルギー再計画器（Frequency Adaptive, Power-Energy Re-scheduler：FAPER）は、FAPERをエネルギー型の使用装置へと適用することによって電力の管理をもたらしている。Schweppeらの特許は、とくには、水を貯蔵タンクへと汲み上げるための水ポンプへのFAPERの適用を検討している。
【００２２】
水タンク内の水のレベルが、最小許容レベルYminおよび最大許容レベルYmaxを有している。通常は、水ポンプが、レベルが最小レベル以下へと低下したときに貯蔵タンクへと水を汲み上げるべくオンにされ、最大レベルに達したときにオフにされる。それ以外の場合、ポンプは休止している。
【００２３】
FAPERは、これらの限界（Ymax、Ymin）を系統の周波数に応じて変更する。すなわち、周波数が高い（電力需要の不足）期間において、すなわち配電網の周波数が公称値を超えて上昇するとき、ポンプの動作を生じさせる最小の水レベル（Ymin）が高くされ、最大の水レベル（Ymax）も高められる。このようにして、ポンプが、FAPERの制御のもとにない動作に比べ、より高い水位でオンになり、より高い水位で停止する。これは、発電の過剰が利用されることを意味する。同じ原理を使用し、電気の周波数が配電網の公称の周波数を下回って低下する（発電の不足）ときに、最低および最高の水レベルが下げられる。この引き下げの結果として、オンのポンプが通常よりも早くオフにされ、オフのポンプが通常よりも遅くにオンにされ、したがって使用される電力が少なくなり、負荷が軽減される。
【００２４】
Schweppeによれば、限界（とくには、最大値）の引き上げおよび限界（とくには、最小値）の引き下げが、ユーザの希望または安全の要件によって定められる限度を有するべきであるとされている。すなわち、限界を広げるべきであるが、あくまで特定の範囲までであり、そうでないならば、タンクが認容できないほどに空になり、あるいは溢れる可能性がある。
【００２５】
この特許においてSchweppeによってカバーされていない広い考え方は、或る種のエネルギー貯蔵部を取り入れていて、デューティ・サイクルで動作する消費装置が、配電網応答の挙動をもたらすうえで有用であるという考え方である。動作時、エネルギー貯蔵部が補充または充電され、貯蔵部のポテンシャルエネルギーが上昇する。装置が動作していないとき、それらの機能は、エネルギーを貯蔵するという負荷の能力ゆえに維持される。
【００２６】
FAPERは、配電網の周波数を案内として使用して、装置によってもたらされるサービスを損なうことなく、負荷の消費のタイミングを変更する。すなわち、配電網の周波数が高いとき、装置のポテンシャルエネルギーが高められ、装置へと供給されて蓄えられるエネルギーの量が最大になる。これによって発電過剰が補償される。発電が不充分（高い周波数）なときは、装置のポテンシャルエネルギーが下げられることで、エネルギーが配電網へと放出されて、発電不足を補償する。
【００２７】
FAPERから出発して、別のより優れた「応答型負荷システム」が、本発明の発明者によってGB2361118に開示されている。この応答型負荷システムは、配電網の安定性を需要側の配電網応答を使用して少なくとも助けることができるというFAPER装置と同じ基本原理にもとづいており、応答法の上に作られ、負荷のオン/オフ切り替えのタイミングに関して確率論的方法を使用するというさらなる向上を提供している。
【００２８】
FAPER装置における1つの問題は、ランダム化なしでは、周波数の最小限の動きが、FAPERが適用されたすべての負荷に同じ様相での応答を同時に生じさせるという点にある。これは、配電網に不安定化の影響をもたらす可能性がある。より緩やかな応答が必要であり、応答型負荷システムは、そのような緩やかな応答を、ランダム化のやり方を使用することでそれぞれの装置が応答する周波数を分散させることよって提供している。
【００２９】
上述のように、GB2361118の応答型負荷システムは、装置が反応する周波数を選択するために、確率ベースの方法を定めている。このやり方で、系統の周波数が配電網の公称の周波数から逸脱するとき、複数の応答型負荷装置のうちで、負荷を変化させる応答型負荷装置の割合が徐々に大きくなる。
【００３０】
さらに詳しくは、応答型負荷システムは、装置が反応する上側の周波数および下側の周波数の両者を選択するために、ランダマイザーを使用する。これは、周波数が上昇または低下する場合に、ますます多くの負荷が徐々にオンにされ、あるいは徐々にオフにされるため、FAPER装置よりも好都合である。
【００３１】
装置が反応する上側および下側の周波数についてのランダム入力は、ときどき見直しされる。この工程は、応答型装置の不都合を集団の中へと分散させ、1つの装置が好ましくないトリガ周波数にとどまり続けることがないように補償する。例えば、特定の装置が、最もわずかな周波数の変化に常に反応する一方で、別の装置が、配電網のストレスが極端な状況においてのみ周波数に対する応答をもたらすような広いトリガ周波数を有することが、適切でない場合が考えられる。
【００３２】
このシステムの1つの問題は、コントローラが、不正を防げない点にある。空調のユーザなどのユーザが、周波数に応答した負荷の変化の結果として部屋が所望の暖房/冷房をわずかに超えて暖房/冷房されたことに気が付いて、ユーザによる制御を強めることを選択する可能性がある。すなわち、配電網の周波数の上昇ゆえに空調機がより低い温度範囲を生み出している場合、すなわち空調機がより激しく動作し、より頻繁にオンになっている場合に、ユーザがこれに気が付いて、周波数が認容可能なレベルに戻るよりも前に空調を弱めてしまい、応答が失われてしまう。
【００３３】
一部は上述の問題ゆえに、UK特許出願第0322278.3号の配電網安定システムが形成されている。この配電網安定システムは、あらかじめの配電網のストレス設定においてトリガ周波数を固定することによって、エンドユーザによる周波数応答機能の無効化を防止している。このやり方で、サーモスタットなどの設定点コントローラの操作が、高いストレスの継続期間においては無効にされる。
【００３４】
また、この配電網安定システムは、システムについて通常、ストレス、および危機という3つの状態を定義している。配電網のストレスの水準が、上述の3つの配電網の状態のどれに該当するかを決定する。
【００３５】
配電網のストレスの水準は、現在の配電網の周波数を周波数についての限界値と比較し、現在の周波数が、通常状態、ストレス状態、または危機状態を表わすように選択された限界の内側にあるか否かを判断することによって決定できる。
【００３６】
また、周波数の急激な変化は、それらの絶対値にかかわらず、配電網の周波数の変化の速度についての限界を定めることによって、配電網のストレスの水準の指標として使用される。
【００３７】
さらに、配電網のストレスの水準を、配電網の周波数の公称の周波数からの逸脱を時間積分することによって示すことも可能である。
すなわち、周波数の逸脱の程度がきわめて小さくても、逸脱が充分に長い時間にわたるのであれば、やはり配電網がストレス状態または危機状態にあると判断される。
【００３８】
このように、配電網の状態が、配電網安定システムに従って、周波数の公称からの瞬時の大きな逸脱、周波数の急激な変化、および累積すると大きい逸脱（必ずしも、所与のいずれかの時点において好ましい周波数変化を超えていなくてもよい）をすべて配電網のストレスの徴候として考慮することによって決定される。配電網について考えられるこれらの種類の指標のそれぞれが、別個独立または組み合わせにて配電網が通常状態、ストレス状態、または危機状態のいずれにあるかを判断する該当の限界の組を有している。
【００３９】
配電網の状態、すなわち配電網が通常状態、ストレス状態、または危機状態のいずれにあるかを判断した後、配電網安定システムのコントローラは、その配電網応答の挙動を、判断された配電網の状態に応じて調節する。通常の状態であると判断された場合、装置は、元々の応答型負荷装置と同じやり方で周波数変化への応答をもたらす。したがって、配電網の周波数が、温度を決定しているトリガ周波数を超えて上昇したとき、余分な発電を「吸収」するためオフの装置がオンに切り替えられる。配電網の周波数が下方のトリガ周波数の値を下回って低下する場合には、配電網の負荷を少なくするため「オン」の装置がオフへと切り替えられる。
【００４０】
FAPER発明に従って運転される場合には、負荷に関連付けられた物理的変数（水位、温度）が、依然としてこの時間の間、最小値および最大値の範囲に制御されるが、オンにされた装置およびすでにオンである装置が、被制御の装置が通常の周波数の限界内で動作している場合よりも長くオンであるように、限界が広げられる。同様に、配電網の周波数が過剰に高い期間においては、物理的変数の下限がやはり広げられているため、オフの装置がより長きにわたってオフに保たれる。
【００４１】
水タンクの例を使用すると、配電網の周波数が上側の周波数限界を超えて上昇するとき、オフの装置がオンにされ、オンの装置は、物理的変数が広げられた限界に達するまで、あるいは周波数が上側の周波数限界を下回って復帰するまで、オンのままである。例えば、水タンクの深さの通常の範囲が1〜1.5メートルの間にある場合に、配電網の周波数が上側の周波数限界を超えて上昇するとき、オフの装置がオンにされ、オンの装置は、例えば1.7mである広げられた水の深さまではオンのままである。このように、水タンクの潜在的な最高レベルが、通常のレベルを超えて高くされる。さらに、このやり方で制御される水ポンプ群のポテンシャルエネルギーは、増加した平均水深を有するであろう。これは、配電網の周波数を高くする余分な発電を補償し、過剰な配電網のエネルギーを保存し、これがある程度、より高い周波数を補償する。周波数が下方の周波数限界を下回って低下するとき、このエネルギーが、オンの装置をオフにし、例えば０.8mである広げられた物理的変数の下限までオフの装置をオフに保つことによって、配電網へと戻される。これにより、装置の大集団が、それらのポテンシャルエネルギーを少なくして、エネルギーの差を配電網へと供給することができる。これは、低い周波数をもたらした発電の欠乏を補償するように機能する。
【００４２】
GB2361118の応答型負荷システムに従って運転される場合、制御の限界は不変のままであるが、系統の周波数が装置が反応する周波数を超えて動いた場合に、装置をオンまたはオフにすることができる。従って、装置を、制御限界に達する前に切り替えることができ、この追加の切り替えが負荷を変化させ、システムを平衡させるために必要な負荷の変化に貢献する。
【００４３】
再び水タンクの例を使用すると、周波数が低いとき、1.5mである限界に達するよりも早い例えば1.4mでオンの装置がオフにされ、反対に、周波数が高いとき、1mである下限に達するよりも早い例えば1.1mで装置がオンにされる。
【００４４】
これらが一緒に、個々のそれぞれの装置が制御限界の範囲で動作するにもかかわらず、装置群の平均の水位を、周波数が低いときにより低くし、周波数が高いときにより高くする。
【００４５】
特定の装置の周波数の限界は、上側の周波数範囲および下側の周波数範囲の中であるように選択される。すでに述べた応答型負荷と同様、特定の上側トリガ周波数および特定の下側トリガ周波数を、装置群が上側の周波数範囲および下側の周波数範囲のそれぞれにおいて分散した上側トリガ周波数および下側トリガ周波数を有するように選択するために、ランダマイザーが使用される。これにより、上側のトリガ周波数および下側のトリガ周波数の分布の間に、ウィンドウが設けられる。このウィンドウは、公称周波数の辺りに中心を有する。このウィンドウによれば、例えば水タンク、冷蔵庫、または空調機などといった被制御の負荷を、配電網の周波数がウィンドウの範囲内に位置するように公称の配電網の周波数に充分に近いとき、まったく通常どおりに、すなわち周波数応答のコントローラが適用されていないかのように、運転することができる。応答は、配電網の周波数がこのウィンドウを超えて広がった場合にのみもたらされる。
【００４６】
ストレス状態であると判断された場合には、装置の制御限界が、ストレス前の設定に凍結され、検出される物理的変数（例えば、温度）についての設定点の調節のための制御パネルの操作が、無効にされる。したがって、被制御の負荷のユーザは、例えばサーモスタット制御を使用することによって負荷の設定を調節することができない。応答型装置が空調機を制御している場合には、配電網応答によって引き起こされる室温の変化に、気付くかもしれない。ユーザは、サーモスタットを調節することによって温度の変化に対抗しようと試みるかもしれない。配電網安定化システムの応答型負荷装置が、配電網がストレス状態にあると判断されたとき、そのような設定点の調節を無効にする。これは、配電網が、ストレス状態の期間の間はきわめて敏感であり、もたらされる応答をユーザが打ち消すと配電網の不安定をさらに悪化させる可能性があるため、重要である。
【００４７】
極端な状況において、停電の恐れが存在するとき、配電網を危機状態と判断することができる。配電網の危機状態において、配電網安定化システムは、物理的変数の限界の制御を緩め、好ましい範囲を外れることを許す。配電網の周波数が高い状態のとき、配電網が危機状態を脱するまで負荷がオンにされ、周波数の低い配電網の危機状態においては、応答型負荷（例えば、冷蔵庫）が、危機状態を脱するまでオフにされる。オンおよびオフは、制御限界とは無関係に実行され、したがって例えば冷蔵庫が、好ましい最小値を大きく下回って冷却を続けることができ、あるいは好ましい最大温度を大きく超えて周囲の条件までの温度上昇を許容することができる。これらの極端な方策は、他の選択肢が停電である最も深刻な配電網の状態においてのみ行われる。
【００４８】
従来技術の周波数および応答による制御装置をモデル化したところ、上述の従来技術の配電網応答型負荷において、これまでは知られていなかった問題が明らかになった。
【００４９】
或る時間期間にわたって応答が行なわれた後で、装置群が、物理的変数の制御限界に近付き、過度な速度で切り替わり始める傾向にあることが明らかになった。例えば、周波数応答型装置によって制御される冷凍ユニットは、高い周波数または低い周波数の期間が続いた後で、広げられた温度限界に近付く。周波数が配電網の公称の周波数よりも高い場合を例として使用すると、装置は、下方の温度限界に達するまでオンにされ、その後にオフにされるが、温度が下方の温度限界を超えて戻るや否や、装置は、配電網の周波数が上側の周波数限界を超えているか否かを再び確認し、そのようであればすぐに再びオンになる。この結果、装置が物理的変数の限界に近いユニットに対して周波数応答をもたらそうと試みるときに、きわめて頻繁なオン/オフが生じる。これは、被制御の負荷に損傷を与える可能性があるため、望ましい挙動ではない。過剰に繰り返される負荷のオン/オフ切り替えは、装置の寿命を短くしてしまう。
【００５０】
さらに、従来技術の周波数応答型負荷のモデル化により、配電網の周波数に予期せぬ影響を有することが発見された。応答型装置は、配電網の周波数を平滑にし、きわめて明瞭で雑音の少ない配電網の周波数をもたらすものと考えられていた。しかしながら、これがモデル化においてまったく確認されず、配電網の周波数についてこれまで知られていなかった或る奇妙な挙動が、応答型負荷の結果として観察された。
【００５１】
従来技術の配電網応答型制御装置は、停電から回復する配電網にいかなる特別な補助ももたらさないが、応答型負荷の安定化効果が必要とされるのは、何よりもこのときである。
【００５２】
他の目的の中でもとりわけ、本発明は、電力網について優れた安定化効果を有することを目的とする。
【００５３】
また、本発明は、エネルギー貯蔵部の電力を制御する配電網応答型装置の動作の際に、エネルギー貯蔵部の電力の切り替えを少なくすることを目的とする。
【００５４】
さらに、本発明は、停電後の配電網の始動を助けることを目的とする。とくには、本発明は、停電からの始動のプロセスにおいて、系統への衝撃を和らげることを目的とする。負荷および発電機をより速やかに再接続でき、回復が早くなる。
【００５５】
さらに、本発明の装置は、従来技術の配電網応答型制御装置の上述の問題を克服することを目的とする。
【発明の概要】
【００５６】
第1の態様によれば、本発明は、配電網上の負荷のエネルギー消費を制御するための制御装置であって、
・発電と配電網上の負荷との間の関係に依存して変化する配電網の物理的変数の値を、或る時間期間にわたって検出するための手段、
・前記配電網の物理的変数の値から、配電網の物理的変数の中央値を割り出すための手段、および
・前記負荷のエネルギー消費を、前記中央値に応じて変化させるための手段
を有している制御装置を提供する。
【００５７】
第2の態様によれば、本発明は、配電網上の負荷のエネルギー消費を制御する方法であって、上記に相当する方法を提供する。
【００５８】
従来、負荷のエネルギー消費を制御するために、配電網の公称の周波数および物理的変数の現在値が使用されている。しかしながら、本発明は、物理的変数の過去の読み取り値の何らかの関数を使用する。これは、中央値として長期にわたる過去の値を与え、この中央値が、負荷のエネルギー消費の制御において考慮される。負荷のエネルギー消費の制御に、履歴にもとづく中央値を使用することで、従来技術の配電網応答型制御装置に存在することが分かっている配電網の周波数に対する奇妙な影響が取り除かれることが、本発明のモデルによって示されている。
【００５９】
本発明の第1および第2の態様は、上述のような従来技術の配電網応答型制御装置に組み合わせて使用することが可能である。あるいは、本発明の好ましい形態は、後述の本発明の他の態様または後述の好ましい特徴のいずれとも組み合わせることができる包括的な配電網応答型制御装置を包含する。
【００６０】
第3の態様において、本発明は、配電網上の負荷のエネルギー消費を制御するための制御装置であって、
・発電と配電網上の負荷との間の関係に依存して変化する配電網の物理的変数の値を検出するための手段、
・負荷の物理的変数であって、負荷によって蓄えられるエネルギーを表わしている物理的変数の値を検出するための手段、
・前記負荷のエネルギー消費を、前記配電網の物理的変数の値がトリガ値に達したときに変化させるための手段、および
・負荷について検出される前記物理的変数に依存してトリガ値を決定するための手段
を有している制御装置を提供する。
【００６１】
第4の態様において、本発明は、配電網上の負荷のエネルギー消費を制御する方法であって、上記に相当する方法を提供する。
【００６２】
本発明の第3および第4の態様は、負荷の変数に依存して選択される配電網の変数の値にもとづいて、負荷を制御する。したがって、本発明のこれらの態様によれば、負荷のエネルギー消費を、負荷について検出される物理的変数とともに変化するやり方で、変化させることができる。このやり方で負荷の変数を考慮に入れることで、負荷のエネルギー消費を、負荷のエネルギー消費の変化の速度が最小限になるように制御することができる。これは、本来の切り替え点（負荷の変数によって決定される）により近い負荷が、配電網応答の制御に有利であるからである。
【００６３】
やはり、第3および第4の態様によってもたらされる本発明は、従来技術の配電網応答型制御装置との組み合わせにおいて使用される場合に好都合である。これらの態様は、上述の本発明の第1および第2の態様に組み合わせられた場合にとくに好都合であり、以下で詳述される好ましい実施の形態に組み合わせられた場合に、さらなる利点を提供する。
【００６４】
後述される好ましい実施の形態は、本発明の方法または装置の好ましい実施の形態として適用可能である。すなわち、好ましい実施の形態の特徴を、その特徴を実行するための制御装置の手段を備えるように構成でき、あるいは方法のステップを含むように構成できる。好ましい特徴を、通常は装置として表現するが、本発明のすべての態様へと適用が可能である。
【００６５】
本発明の第1および第2の態様に好ましい実施の形態においては、制御装置が、前記中央値にもとづいて配電網の物理的変数のトリガ値を決定するように構成されており、配電網について検出される物理的変数の現在値がトリガ値に達したときに、負荷のエネルギー消費を変化させるように構成されている。
【００６６】
制御装置は、トリガ値を、負荷について検出される物理的変数のみにもとづいて決定しても、あるいは負荷について検出される物理的変数および配電網について検出される物理的変数の両者にもとづいて決定しても、あるいは配電網について検出される物理的変数のみにもとづいて決定してもよい。本発明の特徴のこの組み合わせは、さらに詳しく後述されるとおり好都合である。
【００６７】
本発明のこれらの態様の好ましい形態によれば、トリガ値を決定するための手段が、配電網の物理的変数について決定される上方値または下方値と前記中央値との間のトリガ値を無作為にもたらすための関数を有している。
【００６８】
さらに、制御装置を、好ましくは、無作為値を生成し、この無作為値にさらにもとづいてトリガ値を決定し、このトリガ値に依存して負荷のエネルギー消費を制御うるように構成することができる。
【００６９】
このように、本発明のすべての態様は、トリガ値の決定において無作為値を好都合に利用することができ、これによってトリガ値にランダム化の要素がもたらされ、すなわち負荷の集団のすべてがそれらのエネルギー消費を同期した様相で変化させたならば配電網が不安定になりかねないが、このやり方で制御される負荷の集団であればそのようなことがない。
【００７０】
さらなる好ましい特徴によれば、負荷のエネルギー消費の制御が、配電網の物理的変数のトリガ値を配電網について検出される現在の物理的変数と比較することによって実行される。
【００７１】
好ましい実施の形態においては、配電網の物理的変数が周波数であり、したがって配電網の周波数が検出される。代案として、やはり発電と配電網の負荷との間のバランスへの依存性を示す供給電圧の大きさを検出してもよい。
【００７２】
したがって、本発明の好ましい一実施形態によれば、中央周波数が、配電網の周波数の過去の読み取り値から決定され、制御装置が、周波数の上方または下方への変化に、配電網の絶対的な周波数にかかわらず或る程度抵抗する傾向を有する。このように、従来技術の配電網周波数応答型制御装置においては、配電網の公称周波数が、応答をもたらすかどうかを判断するための基準点として使用されるのに対し、本発明は、履歴値を使用する点で相違しており、この履歴値の周囲に応答のトリガ周波数が設定される。
【００７３】
基本的な考え方は、周波数が公称を下回って低下している期間であっても、周波数が上昇を開始したならば、応答型制御装置が、周波数が実際には公称に近付くように移動している（従来は、これが好ましいと考えられていた）にもかかわらず、この変化に抗するように機能する点にある。
【００７４】
周波数が低い期間においては、負荷の集団への平均のエネルギー入力は、配電網から取り出されるエネルギーを少なくして、周波数の低下を引き起こしている負荷の過剰を補償するために小さくされる。エネルギーが、実質的に、配電網へと貸し出される。
【００７５】
理想的な挙動は、周波数が再び公称の配電網周波数へと復帰する前に、このエネルギーを回収して、全体のエネルギー貯蔵を回復させることであると考えられる。したがって、公称値の下方からの周波数の上昇が、配電網へのエネルギーを返却するために最も好ましい時点である。
【００７６】
対称ではあるが同様に、配電網において周波数が公称を上回っている期間においては、過剰な発電の一部を吸収するために、負荷が配電網からエネルギーを借りるように制御される。好ましい挙動は、周波数が再び配電網の公称周波数に達するよりも前に、このエネルギーを返却することである。
【００７７】
制御装置の挙動が、周波数を配電網におけるエネルギーの過剰または不足の指標とすることによって、配電網の本来の緊急の特性を補強している。周波数が低い場合、エネルギーが不足しており、周波数が高い場合は、余剰が存在している。不足または余剰が負荷によっておおむね吸収されるならば、周波数信号がより綺麗になる。
【００７８】
変数（例えば、周波数）の中央値は、好ましくは配電網の物理的変数の過去の読み取りからの移動平均を計算することによってもたらされる。
【００７９】
トリガ値は、応答型制御装置がそれらのエネルギー消費を増加または減少させるときの値（例えば、周波数）であり、この中央値にもとづいて決定される。すなわち、例えば、そのような制御装置の集団について、現在の周波数が中央の周波数よりも上である場合に、負荷のエネルギー消費を増加させる傾向にあり、下である場合には、負荷のエネルギー消費を減少させる傾向にある。
【００８０】
さらに、負荷の集団のすべてが同時に切り替わるという負担を配電網に与えて、安定化という制御装置の目的を無にしてしまうことがないよう、負荷の増加または減少が緩やかであるように保証するため、好ましくは無作為の要素がトリガ値の決定に含められる。したがって、大規模な同期した切り替わりが回避される。
【００８１】
負荷のエネルギー消費を変化させるためのトリガ値の決定に中央値を使用する大きな効果は、そのような装置によって制御される負荷の集団が、能動的かつ連続的に配電網の周波数変動を弱めることにある。
【００８２】
好ましい実施の形態においては、装置がさらに、負荷に関係する物理的変数を検出し、負荷に関係する物理的変数の上限および下限を決定し、負荷に関係する物理的変数がその上限または下限に達したときに、負荷のエネルギー消費を変化させるように構成されている。
【００８３】
この特徴は、負荷が依然として、負荷に関係する変数を特定の限界内に維持するという主たる機能を実行することを保証する。これらの限界は、ユーザの選択から導出することが可能である。例えば、空調のサーモスタットの設定点または冷蔵庫の設定が、限界の定義につながる。空調または冷蔵される空間の温度は、これらの限界を超えてはならず、あるいはこれらの限界の外へ出てはならない。温度は、所望の温度の付近に保たれる。例えば、冷蔵庫は、温度が上側の限界に達するときに温度を下げるべく冷蔵庫の冷却機構がオンになるよう、デューティ・サイクルで運転されると考えられる。当然ながら、ひとたび温度が下側の限界に達すると、冷蔵庫はオフになる。
【００８４】
以下の説明の大部分は、エネルギー消費をオンまたはオフにすることによって負荷の物理的変数を制御限界の内側に制御する負荷に関係する。しかしながら、この制御をエネルギーを連続的に増加または減少させることによって達成する負荷も、請求項に記載の発明の制御装置と一緒に適用可能である。
【００８５】
好ましい実施の形態は、制御について2つのレイヤーを提供し、その第1は、負荷に関する物理的変数を制御限界内に保つために、負荷のエネルギー消費を増加または減少させることであり、第2のレイヤーは、配電網の変数の中央値からの相対的な上昇または低下に依存して、負荷のエネルギー消費をさらに制御することである。
【００８６】
上述のように、従来技術の配電網応答型装置における問題の1つは、この2つのレイヤーの制御が、長期にわたる周波数の逸脱の後で切り替えの頻度を高めてしまう傾向にある点にある。本発明は、この切り替え頻度の増大に抗することを目的とし、本発明の第3および第4の態様、ならびに本発明の第1および第2の態様の好ましい実施の形態が、この目的の達成を包含するように方向付けられている。
【００８７】
好ましい実施の形態において、この目的は、トリガ値（または、トリガ周波数）が、負荷について検出される物理的変数にもとづくことによっても達成される。好ましい形態においては、トリガ値を決定するための手段が、負荷の変化の割合を少なくするため、負荷について検出される物理的変数および制御限界に依存してトリガ値を決定するように構成される。
【００８８】
他の好ましい形態においては、トリガ値を決定するための手段が、負荷について検出される物理的変数に依存してトリガ値を返す関数を含んでおり、この関数が、前記負荷の物理的変数とともに変化するトリガ値プロファイルを定めており、このプロファイルが、負荷のエネルギー消費の変化がより最近であるほど、トリガ値が配電網の物理的変数の中央値からかけ離れるようなプロファイルである。
【００８９】
さらに具体的には、さらに好ましい実施の形態においては、トリガ値（例えば、周波数）の規定が、前記検出される物理的変数を表す値についての物理的変数の上限または下限に関連する値の、それらの上限および下限の間の範囲に対する比にさらにもとづいている。
【００９０】
上記定義された比は、制御限界によって定められる最大または最小と比べて、どの程度のエネルギーが負荷に蓄えられているのかの指標である。やはり冷蔵庫の場合において、冷蔵庫が冷蔵庫のデューティ・サイクルのオン部分の50％にわたってオンである場合、負荷に関して検出される変数は、下方の温度限界までの道のりの半分にあり、換言すると、冷蔵庫が最大入力エネルギーまでの道のりの半分にある。好ましい実施の形態においては、トリガ周波数の決定において、制御装置が、エネルギーの貯蔵がどの程度満タンであるか、すなわち本来の切り替え点にどの程度近いかを考慮に入れる。
【００９１】
この実施の形態の延長においては、トリガ値が、前記比が大きくなるにつれて負荷のエネルギー消費が切り替えられる可能性が増すように、前記比とともに変化する。すなわち、前記比は、負荷が特定の消費状態にあり続けている時間の長さに依存して増加する。例えば、冷蔵庫の場合には、冷却規定手段がオフ状態にあることが1つの特定のエネルギー消費状態であり、冷却規定手段がオン状態にあることがもう1つの特定のエネルギー消費状態である。好ましい形態においては、第1の消費状態が、負荷によって蓄えられるエネルギーが増加する状態であり、第2の消費状態が、負荷によって蓄えられるエネルギーが減少する状態である。
【００９２】
前記比は、負荷がどのくらい長く特定のエネルギー消費状態にあり続けているのかを表わす任意の関数であってよい。したがって、好ましい実施の形態においては、比が、負荷が或る特定のエネルギー消費状態にあり続けている時間の長さを、その状態の最大時間に対して表すように定義される。好ましくは、この表記が、負荷に関する物理的変数ならびに当該物理的変数の上限および下限から導出される。
【００９３】
前記比は、冷蔵庫がより長くオンであるほど大きくなるように定められ、冷蔵庫がより長くオフであるほど大きくなるように定められる。この比が大きくなるにつれて、負荷のエネルギー消費状態の切り替えの可能性が大きくなるようにすれば、エネルギー消費状態間での負荷の切り替えが、最小限になる。これは、すでに述べたように、消費者にとって受け入れがたいと考えられる負荷設備の長期使用における損傷を防止するために重要である。
【００９４】
決定されるトリガ値が、負荷が本来の切り替え点にどの程度近いか、すなわち負荷が最大の長さに比べてどのくらい長く特定のエネルギー消費状態にあり続けているか（負荷に関する物理的変数が、その変数の最大値または最小値にどのくらい近いかによって判断される）を考慮している点が、好ましい実施の形態の重要な特徴である。「冷却オン」状態の冷蔵庫は、検出される物理的変数が冷蔵庫の温度の下限に近づくほど、本来の切り替え点に近づいている。反対に、「冷却オフ」状態の冷蔵庫は、検出される物理的変数が冷蔵空間の温度の上限に近づくほど、本来の切り替え点に近づいている。
【００９５】
したがって、検出される物理的変数の負荷に関する物理的変数の最大および最小の限界の間の相対位置を表わす何らかの比が、負荷の本来の切り替え点を判断するための好ましいやり方である。この比が、装置のトリガ周波数を計算するための関数によって考慮される。
【００９６】
好ましい実施の形態においては、制御装置が、配電網の物理的変数について上限および下限を定めるように構成されており、トリガ値の用意が、この配電網の物理的変数について上限および下限にさらにもとづいている。このやり方で、制御装置が、必要とされるときに応答をもたらすために、装置の集団のトリガ周波数を上限と下限との間に適切に分配する。
【００９７】
好ましい実施の形態においては、他の負荷よりも長い時間にわたって特定の状態にある負荷が、検出される配電網の変数の変化により敏感であるように、トリガ周波数の値が設定されており、このやり方でバイアスされたトリガ値を計算するための適切な関数を用意することによってそのようにされている。
【００９８】
さらに具体的には、トリガ値の用意が、好ましくは第1に、制御装置を、例えば前記乱数値および前記中央値にもとづいて物理的変数配電網のベース値を前記中央値と前記上側または下側の制御限界の間に無作為にもたらすように構成すること、および制御装置を、前記ベース値からトリガ値関数をもたらすようにさらに構成すること、およびその後に前記トリガ値関数からトリガ値を決定すること、を含んでいる。
【００９９】
したがって、乱数値によってもたらされるランダム化が、ベース値の提供へと向けられ、次いでこのベース値が、トリガ値の提供に使用される特定の関数を決定する。とくに好ましい実施の形態においては、トリガ値関数が、負荷が特定のエネルギー消費状態であり続けている時間の長さとともに変化するトリガ値を定める。さらに好ましくは、トリガ周波数が、上述のように変化するトリガ値関数からもたらされる。
【０１００】
このように、各装置にまず、ランダム化されたベース値がもたらされ、ここからトリガ値関数が用意される。関数の特定の形態、すなわち関数が比につれてどのように変化するのかは、ベース値に依存して決まる。したがって、負荷がそのエネルギー消費状態を変える確率の増加または減少は、ベース値に応じて異なる。
【０１０１】
本発明の好ましい実施の形態によれば、集団の中のそれぞれの制御装置が、自身のベース周波数を決定する。ベース周波数は、負荷のエネルギー消費の変化または負荷の切り替えが集団において漸増的であるよう、集団において無作為に分散させられる。
【０１０２】
好ましい実施の形態によれば、ひとたびこのベース周波数が決定されると、装置が応答する正確な周波数が、トリガ値関数から決定されるトリガ周波数に依存する。この関数は、負荷の応答の積極度がその内部状態に応じて異なるように定められる。きわめて低いエネルギー状態にあり、かつ装置がオンであり、すなわち負荷によって蓄えられるエネルギーを増加させる第1の状態にある場合には、オフへの切り替え、すなわち負荷によって蓄えられるエネルギーを減少させる第2の状態への切り替えは、配電網の状態（配電網の物理的変数、すなわち周波数によって表わされる）が最も極端である場合を除き望まれないが、エネルギーの貯蔵が上限に近づくと、オフすなわち第2の状態への切り替えが強く望まれる。この変化する積極度が、トリガ周波数の中央周波数からの解離の程度によって反映される。
【０１０３】
このように、トリガ周波数は、負荷のエネルギー状態の変化につれて非線形な軌跡を備えている。集団における切り替えの可能性の無作為な分布を維持するために、トリガ値関数の形態は、無作為にもたらされるベース値に依存して変化する。
【０１０４】
このやり方で積極度を変化させることによって、切り替えが可能な限り稀になり、切り替えの負担が、各負荷に分散させられる。これは、限界にきわめて近い部分集団の増加を防止し、負荷の多様性を維持するようにも機能する。
【０１０５】
好ましい実施の形態においては、乱数値が、前記制御装置の集団のためにベース値の分布をもたらすように構成されたランダマイザーから供給され、この分布が、配電網の物理的変数の限界から配電網の物理的変数の中央値まで広がっている。これは、配電網応答がもたらされないウィンドウが定められ、そのようなウィンドウにおいては装置があたかも応答型制御装置が設置されていないかのように通常どおりに振る舞うことが許されている従来技術の装置と対照的である。
【０１０６】
しかしながら、本発明は、トリガ値の集団を中央値から限界まで分布させ、したがって応答が、配電網の周波数の所定の上限および下限の間のすべての周波数においてもたらされる。このやり方で、配電網からのエネルギーの借用およびそのように配電網から借用したエネルギーの返却が、配電網の所定の周波数スペクトルの全体にわたって生じる。これは、配電網周波数の中央周波数からのあらゆる動きに減衰をもたらすために有用である。
【０１０７】
ランダマイザーが、制御装置の集団に配電網の物理的変数の上限および下限の間に広がる分布のトリガ値を持たせるようなランダマイザーであることが、やはり好ましい。好ましい実施の形態においては、前記比が最小の比から最大の比へと動くにつれて、トリガ値が、配電網の物理的変数の限界から中央値まで変化する。このやり方で、負荷が特定のエネルギー状態にあり続けている時間が長いほど、トリガ値が中央値に近くなる。したがって、装置がより長く特定のエネルギー状態にあり続けているほど、負荷のエネルギー消費の変更の可能性が高くなる。
【０１０８】
好ましい実施の形態においては、負荷のエネルギー消費の変更が、負荷をオンにすること、または負荷をオフにすることを含んでいる。負荷は、負荷の主たる機能に関係するエネルギーの消費と定義することができる。例えば、冷蔵庫の場合には、負荷は、冷却提供手段のエネルギーの消費である。したがって、この定義を使用すると、照明または負荷の主たる機能に対する他の周辺機能など、冷蔵庫の背景動作は、本明細書の文脈においては負荷とは見なされない。
【０１０９】
上述の比が、どのくらい長く装置がオンの状態であり続けているか、またはどのくらい長く装置がオフの状態であり続けているかを表わしていることは明らかである。好ましくは、この比は、オフである装置について検出される物理的変数が、負荷のオフ状態に関する装置の限界に近づくときに最大となり、あるいはこの比が、オンである装置について、検出される物理的変数が装置のオン状態についての限界に近づくときに最大となるように定められる。
【０１１０】
さらなる好ましい実施の形態においては、トリガ値の規定が、さらに負荷の特定のエネルギー状態（例えば、負荷がオン状態またはオフ状態のどちらであるか）にもとづいている。やはり好ましくは、装置が限界に近づく検出される物理的変数にどれだけ近いかを表わす比が、負荷の特定のエネルギー消費状態に依存する。したがって、本発明の好ましい実施の形態によれば、比が、負荷の特定のエネルギー状態（例えば、負荷がオンまたはオフ、あるいは第1の状態または第2の状態のどちらであるか）に応じて異なって定められる。
【０１１１】
これは、例えばオフである負荷が、通常は負荷変数の下側限界（貯蔵エネルギーが最小）においてオンに切り替わるため好都合である。他方で、オンである負荷は、負荷変数の上側限界（貯蔵エネルギーが最大）において本来の切り替え点に近づきつつある。したがって、トリガ周波数を定めるときに、負荷のエネルギー消費状態を考慮に入れることが好ましい。
【０１１２】
さらに他の好ましい実施の形態においては、負荷に関する上側および下側限界が、負荷に関する物理的変数の設定点から導出される。設定点は、例えば、サーモスタットの設定または冷蔵庫の特定の設定によって定めることができる。配電網周波数応答をもたらすことによって良好な安定化効果が達成されるだけでなく、例えば冷却、加熱、ポンプ、などといった負荷の主たる機能が実行される点が、本発明の好都合な特徴である。
【０１１３】
負荷に関して検出される物理的変数の限界が、長い時間期間にわたって変更されるように制御される特定の配電網の状態が存在する。そのような限界の変化は、通常は、通常の配電網応答の挙動の規定には関係せず、物理的変数の設定点の変更によるものでもない。限界の長きにわたる変化は、通常は配電網の状態に起因する。
【０１１４】
本発明の好ましい実施の形態によれば、検出される物理的変数の上側および/または下側の限界が、負荷について検出される物理的変数の増加または減少のそれぞれの最大速度よりも低速または高速で増やされ、あるいは減らされる。
【０１１５】
このやり方で、限界が、物理的変数の理論的な移動よりも低い速度で動かされる。限界の移動速度がより低いということは、可変の限界が変化するときでも、負荷に配電網応答を行う或る程度の余地が残されることを意味する。
【０１１６】
これが有用である配電網の状況の一例が、停電後の立ち上げの際である。上述のように、この段階においては配電網がきわめて脆弱である。通常は、電力断の後では、検出される物理的変数が通常の範囲の外にあり、したがって負荷を、変数を再び好ましい制御限界の範囲内にもたらすべく運転する必要がある。本発明の好ましい態様によれば、検出される物理的変数の上側および/または下側の限界が、一定である負荷の最大エネルギー消費よりも低い速度で増やされる。
【０１１７】
したがって、限界を上昇させている最中でも、応答をもたらす潜在能力が存在している。配電網応答の挙動をもたらすための負荷のこの能力は、停電からの始動の際にとくに重要である（配電網が、停電からの始動の際にとくに脆弱であるため）。
【０１１８】
他の好ましい実施の形態において、本発明は、停電時始動補助モードを定め、そのようなモードにおいては、負荷が配電網からエネルギーを取り出すまでに無作為の遅延がもたらされる。この好ましい特徴は、負荷が、すべてが同時に配電網に接続して配電網に厳しいストレスを加えるのではなく、配電網からのエネルギーの取り出しを徐々に開始することを意味している。
【０１１９】
以下で、本発明の好ましい形態を、以下の図面を参照しつつ説明する。
【発明の詳細な説明】
【０１２０】
次に、本発明の理解において助けとなるよう、本発明の具体的な実施の形態を説明する。
【０１２１】
本発明の制御装置は、エネルギーを間欠的に消費し、あるいは消費するエネルギーが変化する配電網上のエネルギー貯蔵負荷に適用可能である。
【０１２２】
制御装置は、2つの主要な入力を必要とし、その第1は、配電網の周波数、または発電と電力の要求との間のバランスを表わしている他のパラメータであり、第2は、エネルギー貯蔵負荷に関係する何らかの物理的変数である。一般に、負荷の主たる機能は、物理的変数を指定の制御限界の範囲に保つことにある。
【０１２３】
負荷は、一般的には、通常は負荷がオンである期間と負荷がオフである期間とを有する何らかの種類のデューティ・サイクルにて運転される。すなわち、50％のデューティ・サイクルが、負荷がオンである時間および負荷がオフである時間が同じであることを意味する。本発明を適用することができるこの種の具体的な負荷として、とりわけ空調機（例えば、暖房または冷房）、冷蔵庫、水貯蔵ポンプが挙げられる。
【０１２４】
しかしながら、現代の電力の電子制御は、モータによって消費される電力の可変も実現可能にしている。これは、モータをより効率的にでき、さらにモータが、装置の需要に応じて出力を変化させて、連続的またはほぼ連続的に動作していることを意味する。したがって、例えば冷蔵庫においては、モータが出力を、温度が所望の設定点に達したときに小さくし、温度が上昇した場合には増加させ、冷蔵庫の温度が下がりすぎたときはさらに減少させる。これは、冷蔵庫においては、知覚される騒音にもいくつかの利益を有している。
【０１２５】
モータは、例えば冷蔵庫または冷凍庫の場合のように、オンにされたとき、あるいは暖かいマスが入れられたときに、暖かい冷蔵庫を速やかに冷却する能力を有していなければならないため、通常はかなり広い出力範囲にわたって動作する必要がある。したがって、この装置の電力の需要を温度以外の入力（周波数など）から一時的に変化させる余地が存在している。
【０１２６】
本発明は、この両方の種類の負荷によって消費されるエネルギーを変化させるべく動作でき、すなわちエネルギー消費の2値のオン/オフ制御、およびエネルギー消費の段階的または連続的な増加および減少が可能な制御装置を提供する。
【０１２７】
本明細書の残りの部分においては、本発明の制御装置とともに使用される主たる例として、冷蔵庫を使用する。
【０１２８】
本発明は、或る点までは、従来技術から公知の配電網応答型制御装置と共通に動作する。本発明は、エネルギー貯蔵負荷が、上述のように特定の時点においては配電網からのエネルギーの入力を必要とせずに自身の機能を実行できるという原理を利用している。照明および他のそのような負荷と異なり、エネルギー貯蔵負荷は、さまざまなレベルまたはさまざまな間隔で入力エネルギーを受け取ることができ、負荷の物理的変数が当該特定の負荷の指定の制御限界の範囲内に保たれるように制御される限りにおいて、依然として完全に満足できる様相で動作することができる。
【０１２９】
上述のエネルギー貯蔵装置によって蓄えられるエネルギーの量は、物理的変数の制御限界によって決定される。冷蔵庫の場合には、負荷によって蓄えられる最大のエネルギーの量は、冷蔵庫の現在の設定点の設定の下側温度限界によって定められ、蓄えられるエネルギーの最小量は、上側温度限界である。
【０１３０】
以下の説明においては、yが、本発明の配電網応答型制御装置によって制御される負荷の物理的変数の正規化された測定値である。より大きなyは、より小さなyよりも多くの入力エネルギーが貯蔵されることを意味する（すなわち、冷蔵庫が最も低温である）。ｘが貯蔵部のエネルギーを表わすとすると、yはｘの関数であり、すなわちy＝f（ｘ）である。正規化されたyは、エネルギーがまったく貯蔵されていない状態の0から、限界の最高レベルのエネルギーが貯蔵されている1までの範囲をとりうる。関数は、通常は、これを有用な近似とするために充分に線形に近い。
【０１３１】
冷蔵庫の場合には、入力エネルギーが冷却へと向けられる。したがって、冷蔵庫が可能な最低の温度であるとき、yは最大の1であり、内部の温度が周温まで上昇したときに0である。タンクの場合には、タンクが空であるときにyが0であり、タンクが溢れるときの水位において1である。当然ながら、通常はより狭い限界の範囲にあるように制御が行われ、それらは物理的変数の上側および下側限界、すなわちymaxおよびyminと称される。
【０１３２】
配電網応答型負荷の公知の原理によれば、負荷の特定の設定において、入力エネルギーが、配電網の周波数（または、配電網上の発電と負荷との間のバランスに関係する他の何らかのパラメータ）が考慮される点を除き負荷が通常に運転されるときと同じやり方で、物理的変数yをyminおよびymaxによって設定される限界の内側に保つように変化させられる。
【０１３３】
一般的に言えば、本発明を適用することができる種類の負荷は、配電網応答型コントローラなしで運転される場合には、yの最小値（ymin）に達したときに負荷がオンになり、最大値（ymax）に達したときに負荷がオフになる。
【０１３４】
好ましい実施の形態の配電網応答型コントローラによれば、オンの負荷がオフにされ、あるいはオンの負荷がオンにされる切り替えのタイミングが、配電網の周波数に応じて調節される。例えば、周波数が低い期間の間は、配電網の負荷が大きすぎて、これに一致するには発電が不充分であり、したがってオンである配電網応答型装置が、通常時のオフよりも早く、すなわちyがymaxに達するよりも前にオフになる（あるいは、エネルギー消費がより少ない状態に切り替わる）ことによって反応する。同様に、周波数が高い期間の間は、発電の余分を吸収するためにより多くの負荷が必要であり、したがって負荷が、yminに達する前にオンにされる（あるいは、エネルギー消費がより多い状態に切り替えられる）。
【０１３５】
さらに、もたらされる応答の大きさを改善するために、検出される変数について、広げられた上側および下側限界の組を決定することが可能である。その結果、周波数が高い期間の間、配電網応答型負荷がオンにされるが、このオンにされた負荷およびすでにオンであった負荷が通常の時間期間よりも長時間にわたってオンのままであるよう、検出される変数の最大値（ymax）を高めることができる。同じことが、周波数が低い期間においても利用される。
【０１３６】
本発明の好ましい制御装置は、配電網応答型制御装置がもたらす周波数の変化への応答について正確な種類を決定するために、配電網の状態を定義する。配電網応答型制御装置は、英国特許出願第0322278.3号に記載のシステムと同様のやり方で、「通常」モード、「ストレス」モード、および「危機」モードという3つの動作モードを有している。
【０１３７】
本発明の好ましい実施の形態は、コントローラの動作モードおよび関連の配電網の状態を、周波数の所定の関数（以下では、hと呼ぶ）から決定する。関数hが、配電網の周波数の挙動から配電網の現在の状態を決定する。理想的には、hは、どれだけ多くのエネルギーがエネルギー貯蔵負荷から借りられ、あるいはエネルギー貯蔵負荷へと貸し出されたかについての指標を、或る程度表わしている。
【０１３８】
関数hは、好ましくは、比例項、積分項、および微分項という3つの基本的な項を含んでいる。これら3つの項が、配電網の安定性の状態についての良好な指標を与える。
【０１３９】
比例項は、配電網の公称周波数（他の何らかの中央値）からの現時点の周波数の逸脱であり、所望の中央値へと戻るために周波数をどれだけ補正する必要があるかを表わしている。
【０１４０】
積分項は、周波数の誤差の長期（瞬時である比例項と比べて）にわたる視点を表わしている。この項は、小さな誤差であっても長時間にわたれば、関数hに影響を及ぼすことになり、すなわち配電網を安定化させるための応答をもたらすうえで考慮されるようになるため、有用である。積分項は、過去の周波数の逸脱の設定量の和であってよく、あるいは過去の周波数の逸脱の移動平均であってよい。積分項を、時刻ゼロからではなく、最後に周波数の逸脱がゼロとなったときから測定することができる。
【０１４１】
微分項は、配電網の現在の不安定に関係している。これは、周波数の逸脱の変化の速度であってよい。すなわち、大きな周波数の揺動も、たとえ実際に存在する配電網の周波数の逸脱が好ましい限界を超えていなくても、関数hに影響を及ぼして、配電網の不安定を知らせることができる。
【０１４２】
定式化すると、関数hを、
h＝Pfc＋ICc−Df'c
と書くことができ、ここでfcが比例項であり、Ccが積分項であり、f'cが微分項である。P、I、およびDは、関数hに対する各項の重要性の程度を左右するための定数である。
【０１４３】
積分項Ccは、（fcS）によって計算でき、ここでSは、サンプル積分である、
【０１４４】
3つのパラメータP、I、およびDが、制御装置がhを導出するために充分であると考えられるが、完璧さおよび柔軟性のために、これを二次または三次の項まで広げることが適切な場合もある。
【０１４５】
本発明の好ましい実装によれば、配電網の状態が、関数hから推断される。例えば、hが第1の限界を下回るとき、配電網は「通常」状態であると判断される。hが第1の限界とより大きい第2の限界との間にあるとき、配電網は「ストレス」状態にあると判断される。hが第2の限界とより大きい第3の限界との間にあるとき、「危機」状態にあると判断される。配電網のこれらの状態のそれぞれに組み合わせられる動作モードの間の相違は、英国特許出願第0322278.3号に記載のそれと同様である。
【０１４６】
関数hは、配電網がどのようなストレスのもとで運転されているのかを判断する有用なやり方である。hのパラメータP、I、およびDを適切に設定することで、この関数によって配電網の一般的な3つの状態を適切に区別することができる。
【０１４７】
通常の動作モードにおいて、本発明の配電網応答型制御装置は、詳しく後述されるとおりに動作する。ストレスの動作モードにおいては、エネルギー貯蔵負荷のユーザは、当該負荷に関する物理的変数の設定点を調節することが許されない。すなわち、本発明によってもたらされる配電網応答の補償を、無効にすることができない。危機状態においては、エネルギー貯蔵負荷が、当該負荷に関する物理的変数の望ましい範囲を無視して動作する。負荷の物理的変数が、ymaxおよびyminによって表わされる好ましい範囲ではなくて、yの絶対的な限界まで達することを許される。例えば、危機状態においては、冷蔵庫について、周温にまで達することを許すことができ、あるいは冷蔵庫の達成できる最低温度まで達することを許すことができる。同様に、水タンクの場合は、水位について、空への到達または満タン・レベルまでの上昇を許すことができる。
【０１４８】
次に、本発明の原理を実施する主たる態様を説明する。本発明の他の好ましい実施の形態が、その後に続けられる。
【０１４９】
本発明の配電網応答型コントローラは、配電網の周波数の変動を能動的かつ継続的に和らげるための制御機構を含んでいる。本発明の配電網応答型制御装置は、過去の周波数の読み取りの所定のサンプル期間にわたっての平均値として定められる中央値からのすべての周波数変動に応答する。
【０１５０】
制御装置が最初に使用されるとき、中央値は、現在の周波数に設定される。その後に、中央値は、配電網の周波数の経過のサンプルが移動平均へと取り入れられるにつれて推移していく。中央の周波数は、サンプル期間の開始以降の配電網の周波数の平均値である。
【０１５１】
配電網の周波数が中央の周波数から移動すると、それが、本発明の応答型制御装置群によって抵抗される。現在の周波数が中央値を上回る場合、この上昇を補償するために、応答型制御装置がそれらの負荷をオンにする傾向がある。現在の配電網の周波数が中央値を下回って低下するとき、オンの装置は、発電の不足を補償すべくオフになる傾向がある。これは、より明瞭であり、あるいは雑音の少ない配電網の周波数信号によって表わされるように、配電網に強い安定化効果をもたらす。
【０１５２】
すべての負荷のエネルギー消費の状態が同時に変化するわけではない。本発明の制御装置は、中央値からの逸脱が大きいほどより多数の負荷がオン/オフされる傾向となるように、負荷が累積的なやり方で切り替えられるように保証すべく構成されている。この累積的な切り替えは、負荷の集団が同時に応答すると配電網に不安定化の影響がもたらされうるが、そのような負荷群の同時の応答がないように保証するために重要である。このランダム化については、さらに詳しく後述される。
【０１５３】
本発明の応答型制御装置の好ましい実施例においては、中央の周波数値を計算するサンプル期間が、中央の周波数が最後に配電網の公称の周波数を横切ってからの期間として選ばれる。
【０１５４】
本発明は、中央の周波数が公称の上を移動するときに上側の周波数逸脱を定義し、中央の周波数が公称の下にあるときに下側の周波数逸脱を定義する。これらの種類の逸脱の一方の終了は、他方の開始を意味する。このような横切りが、中央の周波数の計算のための周波数の読み取りの蓄積を開始するために、好都合な時期であることが分かった。すなわち、中央の周波数が、中央の周波数の上側への逸脱（公称よりも上）および下側への逸脱（公称よりも下）のそれぞれについて計算される。したがって、中央の周波数が、現在の逸脱の最中の周波数の移動平均として計算され、ひとたび中央の周波数が公称を横切って、逸脱の変化（例えば、上側への逸脱から下側への逸脱へ、あるいはその反対）が生じたならば、リセットされる。
【０１５５】
サンプル期間として公称の上側または公称の下側への逸脱を選択する利点は、装置が、中央の周波数について共有の共通の視点を有するようになる点にある。中央の周波数が充分に頻繁に配電網の公称の周波数を横切ると予想されるため、最近に配電網へと接続され、したがって履歴を有していない負荷も、すぐに他の装置と同じ最近の履歴を分かるようになる。装置が共通の中央周波数を認識することが、それら装置の挙動を意図された様相で協調させる（しかしながら、同期されているわけではない）ことができるがために有用である。
【０１５６】
このサンプル期間は、常には適切でない可能性もある。逸脱が、エネルギー貯蔵装置の平均のオンまたはオフ・サイクルに近い期間にわたって続く場合、装置が、それらの最大または最小のエネルギー貯蔵に到達する機会を持つことなく配電網応答の挙動をもたらすように求められる可能性がある。これは、エネルギー貯蔵負荷の切り替えの頻度に悪い影響を及ぼす可能性がある。さらに、負荷が最大のエネルギー貯蔵に到達せず、充分に補充されない場合、そのような負荷の集団が、平均として使い尽くされる。そのような状況において有用であるように、制御装置をわずかに調整しなければならないと考えられる。
【０１５７】
中央の周波数を得るための移動平均を、最近の周波数の項により大きな重要度が与えられるよう、重み付け移動平均とすることが考えられる。このやり方で、最近に得られた値からの周波数の移動が、より負荷の応答をもたらして、補償される傾向となる。これは、配電網の周波数の動きの安定化をさらに助ける。
【０１５８】
さらに、本発明の特定の態様の配電網応答型制御装置は、負荷の切り替えを最小限にし、エネルギーの変化を利用可能な負荷群に分散させるようにすることを目的としたさらなる改善を含んでいる。さらに詳しく後述されるように、これは、装置のトリガ周波数を、現在のオンまたはオフ状態の経過につれて変化させることによって達成される。
【０１５９】
トリガ周波数は、負荷がオン状態からオフ状態、またはオフ状態からオン状態へと切り替わるように制御される配電網の周波数である。また、負荷は、負荷に関して検出される変数がyminおよびymaxによって定められる現在の最小値または最大値に達したときにも、オンまたはオフされる。
【０１６０】
配電網応答型制御装置は、目標周波数（または、基本周波数）を無作為なやり方で決定するように構成されている。そのような装置の集団において、目標周波数が、集団において無作為に分布するようになり、上述の徐々の応答が実現される。
【０１６１】
本発明の好ましい実施の形態によれば、装置の目標周波数が、平均として装置が応答する周波数である。しかしながら、負荷がオンおよびオフ状態の間で切り替わる配電網の周波数である現在のトリガ周波数は、通常は、目標周波数と同じではない。目標周波数は、無作為に選択される周波数であり、ここからトリガ周波数（装置の状態間の切り替えが生じる配電網の周波数である）を決定するための独自のプロファイルが導出される。
【０１６２】
したがって、トリガ周波数のためのプロファイルが、無作為に選択された目標周波数に依存する関数から導出される。制御装置によって使用される実際のトリガ周波数は、この関数から導出され、それは、好ましくは、装置がどのくらいの長さにわたって現在のエネルギー消費状態にあるか、すなわちどのくらいの長さにわたってオンまたはオフであるかの関数である。
【０１６３】
装置がどのくらいの長さにわたってオンまたはオフであるかは、本来の切り替え点（検出される物理的変数が当該検出される物理的変数の現在の最大または最小値（ymaxおよびymin）に達し、したがってどうしても切り替えが生じる点）に対して割り出される。したがって、装置のトリガ周波数を決定するための関数も、検出される変数の最小または最大値に対する値の関数である。
【０１６４】
したがって、現在のトリガ周波数は、yの現在の値に依存する。本発明の好ましい実施の形態によれば、トリガ周波数の軌跡が、負荷がその本来の切り替え点から遠ざかるほど、トリガ周波数が配電網の周波数のようではなくなり、すなわちトリガ周波数が公称から遠くなるように付勢される。これにより、装置が本来の切り替え点から遠ざかるほど、切り替わりの可能性が小さくなる。
【０１６５】
好ましくは、トリガ周波数の軌跡が、装置が、時間の半分において無作為に選択された目標周波数よりも鈍感になり、時間の半分においてより敏感になるように付勢される。したがって、好ましくは、トリガ周波数の平均が目標周波数である。
【０１６６】
好ましい実施の形態においては、負荷がオンまたはオフ状態である時間の長さが、検出される変数の現在の値を、現在のymaxおよびyminの値によって定められる当該変数に許される範囲と比較することによって計算される。これを、例えば割合として表現することができる。説明の目的で、オン状態にあって、検出される変数が当該検出される変数の最大値に近付きつつある負荷装置が、その通常のオン期間の80％にわたってオンであると考えられる。これを、式にて
ｔon＝（y−ymin）/（ymax−ymin）
として表現することができ、ここでｔonは、負荷がオンである時間の予想されるオン時間に対する量であり、yは、検出される変数の現在の値である。
【０１６７】
どのくらいの長さにわたって装置がオフであるかを、別の式を使用し、しかしながら同じ原理を適用して定めることができる。オフ装置がその下限yminに近いほど、長きにわたってオフの状態である。したがって、適切な式は、
ｔoff＝（ymax−y）/（ymax−ymin）
のとおりであり、ここでｔoffは、負荷について予想されるオフ時間の長さと比べたときのオフ時間の相対量である。
【０１６８】
図1A、1B、および1Cが、トリガ周波数関数のプロファイルの形態の例を示している。周波数がy軸にプロットされており、エネルギー貯蔵負荷のエネルギーの満タン/空の割合が、ｘ軸にプロットされている。
【０１６９】
図1Aは、オン装置がオフになる周波数を示している。本発明に特有であるとおり、トリガ周波数が、予想される時間（ymaxへ到達）と比べたときの装置のオンの継続時間に依存している。図1Aから見て取ることができるとおり、時間の50％において、トリガ周波数は中央または公称の周波数に比較的近いが、時間の残り50％においては、トリガ周波数がこれらの周波数からかなり遠い。したがって、オンの継続時間が予想される時間の50％以下でしかない装置がトリガにされるのは、より極端な配電網の状態の場合だけである。これは、配電網の周波数が、大部分の時間において中央または公称の周波数の付近にあり、トリガ周波数がこれにより近いと、そのようなトリガ周波数に配電網が達することがより多いという仮定にもとづいている。したがって、トリガ周波数が公称または中央の周波数に近いほど、負荷の切り替えが生じやすくなる。
【０１７０】
また、トリガ周波数が、予想されるオンまたはオフ時間と比べたオンまたはオフ時間に依存するが、そのようなトリガ周波数の依存性の正確な形態が、無作為に選択される目標周波数によって選択されることを、理解することが重要である。このやり方で、負荷の集団が、多様化された配電網の周波数への応答をもたらす。
【０１７１】
図1Bの図1Aとの比較が、選択された目標周波数へのプロファイルの依存性を説明している。トリガ周波数が、負荷について予想されるオンまたはオフ時間の割合とともに常に変化する一方で、この変化の形態が、無作為に選択される目標周波数によって決定されると結論付けることができる。
【０１７２】
図1Aおよび1Bは、オンである装置についてのトリガ周波数を示している。反対に、図1Cは、オフである装置のプロファイルを示している。原理は同じである。すなわち、オフ装置がオンにされる周波数は、上述の式によって定められる予想オフ時間の割合に依存して変化する。図1Cから見て取ることができるとおり、トリガ周波数は、装置が本来の切り替え点に近付くにつれて、配電網の中央の周波数または公称の周波数に接近する。一般に、プロファイルは、装置が本来のスイッチ・オン点に近付くほど、周波数が減衰または公称の周波数に近くなり、したがって負荷が配電網の周波数への応答をもたらすために使用される可能性が高くなる必要がある。
【０１７３】
本発明の好ましい実施例によれば、検出される配電網周波数の中央周波数の上または下でのあらゆる動きが、負荷の切り替えを生じさせる。検出される配電網周波数が中央周波数から遠ざかるにつれ、切り替えられる負荷が徐々に多くなる。中央周波数は、過去の周波数範囲の移動平均であるため、減衰された様相ではあるが、検出される配電網周波数に「従う」傾向にある。これは、高い周波数（公称よりも上）または低い周波数（公称よりも下）への応答を実行するか否かを判断するために使用するための滑らかな中央値をもたらす。
【０１７４】
検出される周波数が、方向を変えて、中央周波数の上または下へと移動する可能性がある。本発明の装置は、配電網の周波数が移動を開始するや否や配電網からエネルギーを借り、あるいは配電網へとエネルギーを返すことによって、中央の周波数を上回り、あるいは下回る配電網周波数の急激な上昇または低下に抵抗する。これは、本発明の発明者によって発見されたとおり、エネルギーの借用または返却に適した時間であり、従来技術の配電網応答型制御の周波数と比べて、はるかに安定な配電網の周波数をもたらす。
【０１７５】
最初に、配電網の中央周波数の上または下への移動によって、本来の切り替え点に近い負荷のみが切り替わる。これは、トリガ周波数が、装置のオンまたはオフ時間とともに特定の装置について変化するためである。予想されるオンまたはオフ時間の50％を超えてオンまたはオフでいるすべての負荷が好ましい。配電網の周波数が中央周波数から劇的に離れて移動するときにのみ、先の切り替え点から前記時間の50％未満しか経過していない装置が、切り替えられる。
【０１７６】
このようにして、本発明の好ましい実施例は、より安定な配電網周波数をもたらし、それによって本質的に、応答型負荷の切り替わりの回数が少なくなる。さらに、すでに切り替えられた装置の切り替えが避けられるため、負荷の切り替わりの負担がさらに小さくなる。
【０１７７】
本発明の配電網応答型制御装置によって制御されるエネルギー貯蔵負荷の集団で構成されるシステムは、配電網の周波数の変化に応答して切り替わるように準備された負荷の集団を提供する。周波数の変化が大きいほど、応答を提供する負荷の集団は大きくなる。これは、直線関係であるべきである。
【０１７８】
図2が、本発明に従って制御されるシステムの例を示しており、安定な状態にあって、配電網の通常の周波数において動作している。図2に示されているように、この状態において、オフである装置の割合［1］およびオンである装置の割合［2］は、予定されるデューティ・サイクルに一致する。したがって、負荷が50％のデューティ・サイクルで動作する場合には、集団は均等に分割されている。
【０１７９】
システムが下側への周波数の逸脱（公称を下回る）に移行すると、負荷を少なくするため、オンの負荷がオフにされる［3］。これらの負荷は、しばらくの間は再びオンにされる可能性が低くされる。
【０１８０】
この下側への周波数の逸脱の最中に、オフである負荷のいくつかは、それらが最小のエネルギー貯蔵状態に達して、負荷が適切に機能するためにオンが必要になるがため、周波数に対する現在の負荷の過剰にもかかわらずオンになる［4］。これらの負荷は、高い周波数への応答をもたらすために求められたのではなく、たとえ実際には最も敏感であったとしても、高い周波数への応答をもたらすことができる負荷の集団から失われる。やはり、これらの最近に切り替えられた負荷は、しばらくの間は再びオンにされる可能性が低くなる。
【０１８１】
いくつかの負荷は、それらの最大エネルギー状態に達し、オフへの切り替えを必要とする［5］。デューティ・サイクルが50％である場合、最大エネルギー状態に達する装置［5］の数は、最小エネルギー状態に達する装置［4］の数と同じになる傾向である。
【０１８２】
低い周波数への応答をもたらすことができる残りの装置［7］は、公称の配電網周波数に近い周波数設定を有する装置がすでに「使い切られて」いるため、あまり敏感でない周波数設定を有している集団である。
【０１８３】
ここで、周波数が中央周波数を超えて上昇すると、周波数が未だ公称の配電網周波数よりも低いにもかかわらず、早期に負荷をオンにし始めて配電網に貸し出したエネルギーを取り戻すことが望ましい。
【０１８４】
周波数が中央周波数を超えて上昇するとき、いくつかの装置が、負荷を増加させるべくオンにされる［8］。これらは、［1］から残る集団から選ばれる可能性が最も高い。なぜならば、負荷［3］は、きわめて最近に切り替えられているため、切り替えを最小限にするモードにあるからである。
【０１８５】
すでに述べたように、いくつかのオン装置が、それらが最大のエネルギー状態に達したがためにオフになり［10］、いくつかのオフ装置が、それらが最小のエネルギー状態に達したがためにオンになる［9］が、これらは高い周波数への応答をもたらすために求められたのではない。オフになるオン装置［10］は、集団の応答をもたらすために最も敏感であるが、使用されることなく、低い周波数への応答をもたらすための集団から失われる。この最小または最大のエネルギー状態に達する負荷の集団は、きわめて小さい。
【０１８６】
依然として高い周波数への応答をもたらすことができる装置の集団は、それらが中央周波数と最大の限界周波数との間の周波数に妥当に均一に分布している点で、所望のとおりである。しかしながら、中央周波数のすぐ下方の周波数に応答する装置の集団は、使い尽くされている。したがって、周波数が再び低下すると、引き起こされる負荷の軽減は以前よりも少なく、結果として平均周波数が、使い尽くされていない領域に達するまで、あるいはトリガ周波数の本来の移動によって使い尽くされた領域に集団が生じるまで、より大きく低下する。
【０１８７】
これは、望ましい挙動である。周波数が波を打つ下側への周波数の逸脱の際に、周波数が、上昇するよりも容易に下降する傾向にある（あるいは、より一般的には、公称に近付くよりも容易に、公称から離れるように動く）。これは、負荷が配電網にエネルギーを貸しており、貸しが返されるときの周波数の上昇に抵抗していることを反映している。理想的には、周波数が公称へと復帰するのは、貸しが完全に返されたときだけである。
【０１８８】
図2に示した下側の周波数の集団について考えられる1つの操作は、残っているオン負荷を、中央周波数と最小周波数との間（公称周波数と最小周波数との間ではなく）の範囲に分布させることである。これは、周波数がより大きな低下の傾向を有するよう、さらに中央周波数の直下の周波数を使い尽くされたままにするという効果を有している（選択された目標周波数が中央周波数よりも上でありかつ公称周波数と中央周波数との間である装置が、今や中央周波数の下方になるため）。これは、望ましくない場合もある。
【０１８９】
この操作の代案においては、この変化を、下側への周波数の逸脱の開始以降にオンへと切り替わった負荷など、いくつかの負荷についてのみ行うことが可能である。この考え方は、逸脱の開始以降にオンへと切り替わった装置は、それらのエネルギーが少なくなったがためにオンへと切り替わったと考えられ、したがって応答をもたらす前にこのエネルギーの補充の機会を必要としているという理由で生じる。これを左右する1つのやり方は、それらがオンになる周波数を系統的に下げる（より極端にする）ことである。これは、結果として、配電網の周波数がさらに低下することを許す傾向になる。また、極端な状況において、オン時間を装置により均一に分配する傾向になる。オン時間は、この変更なしで、トリガ周波数の軌跡によってすでに装置に均一に分配されている。
【０１９０】
図2に示した例は、下側への周波数の逸脱についての例であるが、上側への周波数の逸脱の際の負荷の集団の挙動は、これに対称である。
【０１９１】
すべての配電網応答が本発明に従って制御される装置によってもたらされている理想的な系においては、周波数の逸脱は、エネルギーの借用が返済されるまでは終わらない。配電網の周波数への応答が、他の源（すなわち、発電機）からももたらされる場合には、逸脱が、借用が完全に返済されるよりも前に終了する可能性があるが、それにもかかわらず負荷は、自身のエネルギー貯蔵部を補充するために必要なエネルギーを取り出す。
【０１９２】
周波数の移動平均から導出される中央周波数は、それよりも上において本発明に従って制御される装置から導出される全体としての負荷が増加し、それよりも下においては負荷が減少する周波数である。これは、事実上、システム全体にとっての目標周波数である。それは、これとは異なるシステムの目標周波数をさらに導出してもよいということであってよい。システムの目標周波数を、配電網の周波数に公称へと向かう影響をもたらすべくバイアスを与えるために、より公称周波数の近くに移動させることが考えられる。
【０１９３】
以下で、特定の制御装置についてトリガ周波数を得るための全手順を、さらに詳しく説明する。
【０１９４】
第1に、中央周波数が計算される。公称の上または下への現在の逸脱が開始してからの最初に記録された周波数の読み取りからのそれぞれの読み取りが、考慮される。次いで、得られた中央周波数を、公称周波数に向かってバイアスすべくさらに操作してもよいが、これは、そのようなバイアスが本発明の制御装置の生来の特徴であるため、必要でないかもしれない。
【０１９５】
次いで、装置の基本または目標周波数が決定される。これを行うため、基本周波数をおくべき範囲が決定され、次いでこの範囲の中で、無作為の目標周波数が選択される。各装置は、上側の目標周波数および下側の目標周波数を有し、それらは好ましくは、下側ランダム値および上側ランダム値と呼ばれる別個のランダム値からもたらされる。上側の目標周波数は、上側への周波数の逸脱のためのものであり、下側の目標周波数は、下側への周波数の逸脱のためのものである。
【０１９６】
目標周波数を公称と許容周波数範囲の下限または上限との間に分布させる乱数を選択するとき、1つの乱数を上側への周波数の逸脱について使用し、別の乱数を下側への周波数の逸脱について使用することが好ましい。乱数は、好ましくは、目標周波数を可能な周波数の全範囲（上述のようにして定められる）のあらゆる場所に位置させることができるように、0と1との間で用意される。2つの乱数が、反対方向への逸脱が始まった後で再生成されると好ましい。
【０１９７】
このようにして、下側への周波数の逸脱についての乱数が、上側への周波数の逸脱の開始時に選択され、上側への周波数の逸脱についての乱数が、下側への周波数の逸脱の開始時に選択され、これにより、周波数の逸脱が切り替わるときに乱数が準備されているように保証される。
【０１９８】
特定の制御装置について、配電網の周波数に対する感度が乱数に依存して変化するため、乱数を定期的な間隔で再生成することが重要である。以下でより明らかになるように、小さな乱数を有する冷蔵庫について、より大きな乱数を有する冷蔵庫よりも切り替えの負担が大きくなる傾向にある。これは、大きな乱数から生成される目標周波数は、外側の周波数限界により近いトリガ周波数をもたらす可能性が高く、配電網がそのような周波数に達することは、配電網の公称周波数により近い周波数に達するよりも稀である。
【０１９９】
また、乱数が、個々の逸脱の最中には再生成されないことが重要である。そのようなことが行われると、配電網の安定性に予測できない衝撃をもたらすことになりうる。しかしながら、他の戦略も可能である。例えば、乱数を、24時間の期間または他のそのように選択される期間の後の最初の変化の際に生成してもよい。
【０２００】
目標周波数を用意すべき4つの範囲が考えられる。
（1）配電網が、下側への周波数の逸脱（中央周波数が公称を下回っている）状態にあり、負荷が現在オンである。これが、図3Aの左側に示されている。この場合、目標周波数は、配電網の周波数の下限（配電網の周波数の下限の選択については、後述する）と配電網の公称周波数との間に用意される。配電網が、現時点において下側への周波数の逸脱にあるため、中央周波数も、公称周波数と下限の周波数の上方との間にもたらされる。
（2）負荷がオフであるときの下側への周波数の逸脱の場合（図3Aの右側）には、目標周波数は、配電網の周波数の上限（配電網の周波数の上限の選択については、後述する）と中央周波数（公称周波数とは違う）との間に無作為に配置される。
（3）上側への周波数の逸脱（中央周波数が公称を上回る）かつ負荷がオフである場合（図3Bの左側）、目標周波数は、周波数の上限と配電網の公称周波数との間に無作為に用意される。
（4）上側への周波数の逸脱かつ負荷がオンである場合（図3Bの右側）には、目標周波数は、下側の周波数と周波数の中央値との間に用意される。
【０２０１】
図3A〜3Bが、これらの4つの可能性のそれぞれにおける周波数の位置の例を示している。さらに、これらの図は、トリガ周波数（配電網の周波数がこの点に至ると、特定の装置が、それがすでにオンであるならばオフにされ、すでにオフであるならばオンにされる）も示している。図3Aおよび3Bは、トリガ周波数が、目標周波数の無作為配置のために用意された周波数範囲と同じ周波数範囲に用意されることを示している。
【０２０２】
図3A〜3Bに示されているように、装置の目標周波数が、トリガ周波数のプロファイルの形態を決定する。すなわち、目標周波数のランダム化が、トリガ周波数へと引き継がれる。
【０２０３】
本発明の制御装置の好ましい実施例においては、特定の装置についてひとたび上側または下側の目標周波数が計算されると、装置の特有のトリガ周波数を計算する必要がある。装置がオンであるとき、下側の目標周波数のみが該当し、装置がオフであるときには、上側の目標周波数のみが該当する。特定の目標周波数の値から、関数の形態を導出することができる。関数は、装置の目標周波数に応じて異なるだけでなく、装置がオンまたはオフのどちらであるかに応じても異なっている。この関数から、検出される変数の現在値を使用して、装置の現在のトリガ周波数を得ることができる。次いで、このトリガ周波数が、検出される周波数との比較によって、装置をオンにするか、あるいはオフにするかを決定する。
【０２０４】
図3A〜3Bに示したトリガ周波数の値は、以下に概括されるように計算される。以下でプロポーションとは、エネルギー貯蔵部が、装置がオンまたはオフのどちらであるかにそれぞれ依存して、最大または最小にどの程度近いかを表わしている。プロポーションは、好ましくはｔonまたはｔoff（その計算については、上述した）である。
（1）プロポーションが0.5未満である（すなわち、負荷が最後に切り替えられてからの時間が、最小または最大への到達に要する時間の50％未満である）場合、
（2）“Offset”＝（目標周波数−“StartPoint”）×プロポーション
であり、ここでStartPointは、オンである装置については周波数の下限であり、オフである装置については周波数の上限である。すなわち、（目標周波数−StartPoint）は、周波数の上限または下限と目標周波数との間の差である。プロポーションが常に0〜0.5の間にある（ステップ（1）による）ため、この差が、プロポーションの項によって小さくされる。すなわち、このステップにおいては、検出される変数の値が、目標周波数と同様にトリガ周波数を左右する。
（3）トリガ周波数＝StartPoint＋OffSet
したがって、オンである装置については、トリガ周波数が、周波数の下限からオフセットされ、オフである装置については、トリガ周波数が、周波数の上限からオフセットされる。
（4）プロポーションが0.5以上である場合（すなわち、装置がオンまたはオフにされてからの時間が、本来の切り替え点へと達するまでの時間の半分を超えているかどうか。その場合、負荷を、上述よりも切り替えられる確率が高い領域で運転する必要がある）、
（5）“Offset”＝（“Endpoint”−目標周波数）×プロポーション
であり、ここでEndpointは、下方への逸脱の際のオフである装置および上方への逸脱の際のオンである装置については、中央周波数であり、上方への逸脱の際のオンである装置および下方への逸脱の際のオフである装置については、公称周波数である。Offsetは、目標周波数とendpointとの間の差であり、この差がプロポーションによって係数付けされている。プロポーションが常に0.5〜1の間にあるため、offsetは、この差のすべてまたは半分の間のどこかにある。やはり、このステップは、装置のオンまたはオフの継続時間および目標周波数の両者が、offsetの値を左右することを示している。
（6）トリガ周波数＝目標周波数＋Offset
したがって、トリガ周波数は、目標周波数と中央または公称周波数との間に用意される。
【０２０５】
次に、図3Aに示したトリガのプロファイルを有する負荷制御装置を説明する。
【０２０６】
下側への周波数の逸脱において、中央周波数が、図3Aに示されているとおり公称と配電網の周波数の下限との間にもたらされる。そのような下側への周波数の逸脱の際に、全体として望ましい挙動は、系統の周波数を最終的に公称に向かって戻すために、オンである装置をオフにする傾向である。
【０２０７】
図3Aは、配電網が下側への周波数の逸脱にある場合において、当初はオン状態にある負荷の推移を示している。エネルギー状態の軌跡1（左側の軸）が、最小のエネルギー状態から最大のエネルギー状態へと向かう移動を示している。応答をもたらさない場合、負荷は、自身の限界設定から最大エネルギー状態においてオフになり、その後にエネルギーの状態が最大から最小へと移動する。
【０２０８】
配電網の周波数および負荷に関する物理的変数が読み取られるたびに、中央周波数が再計算される。分かり易くするため、この図は、中央周波数を固定して示しているが、実際には配電網の状態とともに変化する。
【０２０９】
装置がオンであるとき、オフのための目標周波数が、下側の周波数の乱数2を使用して計算される。乱数2は、図（図3A）の左側に示されている範囲3のどこかに位置するが、ここで範囲3は、この状態において、周波数の下限と公称周波数との間であるように選択されている。次いで、負荷に関する物理的変数が、オフのためのトリガ周波数4を計算するために使用される。したがって、このオンである装置のためのトリガ周波数は、新しい中央周波数および負荷に関して新しく検出される変数を考慮に入れている。オンである装置について、配電網の周波数が目標オフ周波数を下回るとき、負荷がオフにされる。オフである負荷について、測定される配電網の周波数がオンのトリガ周波数よりも高い場合、負荷はオンにされる。
【０２１０】
配電網の周波数がトリガ周波数5よりも低くなるとき、最大のエネルギー貯蔵に達していないにもかかわらず、装置はオフに切り替わり、エネルギーの軌跡が方向を変える。これは、物理的変数の限界を変更することなく、装置に蓄えられる平均のエネルギーを少なくする効果を有している。装置の大きな集団において、これは、装置の集団の平均温度を高くする効果を有している。
【０２１１】
装置がオフに切り替えられたとき、そのさらなる挙動が図3Aの右側に示されている。デューティ・サイクルのうちの失われた部分6が、斜線で示されている。
【０２１２】
周波数の目標の選択範囲が、周波数の上限と中央周波数との間から選択される場合、オンのためのトリガ周波数の軌跡の例8が示されている。中央周波数が不変のままである場合、装置の再度のオン9は、エネルギーの状態が再び最小に達するまでは生じない。
【０２１３】
図3Aによれば、測定される配電網周波数の公称から離れる移動が、負荷のオフを生じさせる。当然ながら、配電網の周波数が公称から遠ざかるほど、オフにされる装置の数が徐々に多くなる。また、検出される周波数が公称から遠いほど、負荷がそのオン・サイクルの最中により早くオフになる傾向であることを、見て取ることができる。
【０２１４】
図3Aによれば、中央周波数の上への移動は、オフである負荷のオンを生じさせる傾向である。すなわち、本発明によってもたらされるトリガ周波数が、中央周波数についてのすべての配電網周波数の移動に抵抗する。
【０２１５】
同様の検討が、図3Bに示されているように、上側への周波数の逸脱にも適用可能である。
【０２１６】
上述の実施の形態に手を加え、上述した目標周波数の用意のための4つの範囲のすべてを、それらの範囲のうちの2つを配電網の公称周波数と上限または下限との間に位置させる（図3A〜3Bのように）のではなく、中央周波数と最大または最小の限界との間に用意することができる。この代案の形態の制御装置においては、図3Aが、（上述のように中央周波数を下回る減少および中央周波数を上回る公称周波数までの増加ではなく）検出される周波数の中央周波数を下回る減少のみが負荷のオフをもたらすように調節される。これは、周波数の減少が負荷の過剰を意味し、したがって装置のオフを意味するため、依然として望ましい応答をもたらす。同様に、図3Bのプロファイルを、（上述のように中央周波数を上回る増加および中央値を下回る公称値までの減少ではなく）中央周波数を上回る増加のみがオフである装置のオンをもたらすように変更することができる。やはり、この変更された形態においてもたらされる応答は、周波数の上昇が負荷をオンすることによって吸収する必要がある発電の増加を表わしているため、依然として所望のとおりである。
【０２１７】
図3Aによれば、下側への周波数の逸脱の際に、現在の系統の周波数が中央周波数を下回って低下した場合、この点の下方にはトリガ周波数が用意されていないため、オフの装置がオンになることはできない。オフの装置がオンになる唯一の途は、負荷の物理的変数が下限に達する場合である。すなわち、中央周波数を下回る低下の場合には、図3Aから決定できるとおり、応答がオンの装置がオフになることによってのみ提供される。これは、まさに周波数の低下を引き起こしている過剰な負荷を補償するために必要とされるとおりである。
【０２１８】
再び図3Bを参照すると、中央周波数を上回る周波数の上昇の際には、オフの装置がオンへの切り替わりを開始することが望ましい。この挙動が、図3Bに従ってもたらされる。さらに、図3Bは、本来のスイッチ・オン点に近付いている装置が、トリガ周波数を中央周波数に最も近く有することによって、どのように優遇されるのかを示している。さらに、この図は、オフである装置の集団のトリガ周波数が、徐々の応答挙動をもたらすために、どのように中央周波数と上限周波数との間に分散させられるのかを示している。
【０２１９】
配電網の周波数が、中央周波数の付近の狭い周波数範囲で上昇および下降を繰り返す可能性がある。そのような状況において、直面される周波数に対して敏感である装置の集団は、使い尽くされてしまう。すなわち、周波数の低下時に、最も敏感な装置がオフになり、周波数の上昇時に、最も敏感な装置がオンになる。このようにして切り替わった装置は、それらのサイクルの残りの部分を完了するまでは、さらなる応答をもたらすために使用することができなくなる。そのうちに、これら敏感な装置の集団は、サイクル（応答をもたらすために短くなっているかもしれない）における状態に到達することによって回復し、再び切り替え可能になる。
【０２２０】
使い尽くされた周波数領域が再び補充される速度は、目標周波数が選択される範囲によって左右される。敏感な装置が使い尽くされる周波数範囲を目標周波数の範囲に含ませることで、使い尽くされた領域が敏感な点に接近する装置の集団から補充される速度が向上する。
【０２２１】
この補充の向上は、使い尽くしを、配電網が現在直面していないより幅広い周波数範囲に分布させることによって達成される。これは、依然として利用できる全応答を減少させるが、冷蔵庫の集団によってもたらされる有限な応答を使い尽くすという物理的事実を適切に反映している。
【０２２２】
公称周波数と中央周波数との間に、オンである装置の動作とオフである装置の動作とが重なり合って互いに打ち消し合うように見受けられる領域が存在するようであるが、実際には、これらの動作は同時には生じず、配電網の周波数が方向を変えるために要する時間によって隔てられており、小さな上下の周波数変化を和らげるように機能する。
【０２２３】
配電網の周波数が使い尽くされた領域を通過するときに利用可能な応答の程度は小さく、したがって周波数の変化を遅くするために利用できる負荷の変化が、小さい傾向にある。この傾向は、周波数を、冷蔵庫へのエネルギーの取り込みの程度、または冷蔵庫によるエネルギーの借用の程度についてのより正確な表示にしており、意図された望ましい挙動である。
【０２２４】
図3Aから見ることができるように、検出される配電網周波数が中央周波数を上回って上昇するとき、オフの装置が図3Aに従ってオンになる。その後に周波数が再び低下するときのみ、オフのトリガ周波数を中央周波数と公称周波数との間に有する装置の集合が残っているため、オンである装置がオフになる。これは、配電網の周波数の移動を安定させるために望まれるとおり、中央周波数を下回る配電網周波数の移動が、オンである装置のオフのみをもたらす（オフである装置が、負荷に関する物理的変数の最小限に達する場合を除く）一方で、中央周波数を超えて移動する配電網周波数への応答が、オフの装置がオンになることによってもたらされることを意味している。
【０２２５】
図3Bに関して下側への周波数の逸脱について上述した検討と同様の検討を、中央周波数の上側への周波数の逸脱（公称を上回る）へと、対称的に適用可能である。
【０２２６】
負荷および発電が変化するときに上側への逸脱と下側への逸脱との間で変化する実際の配電網においては、それぞれの状態にある冷蔵庫の集団は動的であり、個々の冷蔵庫の挙動は、これらの説明ほどには決定的でない。
【０２２７】
最大および最小の周波数の限界が、目標周波数およびトリガ周波数を分散させるべき範囲の決定において、制御装置によって使用される。これらの周波数の限界は、配電網の周波数の挙動の経時的経験によって決定でき、あるいは設置時にその使用が予定されている配電網に応じて設定することができる。
【０２２８】
例えば、米国においては、配電網の周波数が、配電網の公称周波数の±0.5％に保たれるように意図されており、すなわち配電網の周波数が、常に59.7ヘルツ〜60.3ヘルツの間になければならない。これが、米国の配電網において動作するように意図された制御装置にとってのデフォルト値である。これらのデフォルト値を、設定することが可能であり、あるいは配電網における装置の経験にもとづいて自動的に最適化することが可能である。次に、これらの周波数限界をもたらすための自動最適化制御装置の可能性を説明する。
【０２２９】
本発明の制御装置は、好ましくは、当該制御装置の使用の対象として予定されている配電網に関するパラメータのデフォルト組を備えている。図3A〜3Bから見て取ることができるように、配電網の周波数が最大または最小の範囲の外側へと過ぎる場合、装置の集団の全体が、同じ状態へと切り替わり、すなわちオフまたはオンへと切り替わる。それ以上の配電網応答は、負荷から得ることはできない。したがって、周波数限界の自動調節を、正確かつ注意深く実行することが重要である。
【０２３０】
理想的には、周波数の制御限界は、配電網において許容周波数の逸脱をわずかに超えて位置するように選択される。しかしながら、配電網周波数の変化の速度をきわめて低く保つことが望ましい。本発明の配電網応答型制御装置によって採用される方法は、これらの要件をバランスさせて、直面される周波数の極端を監視し、それらを保存された周波数限界を調節するために使用するものである。2つの核心の調節プロセスが使用される。
【０２３１】
第1に、逸脱の際に経験された極端の周波数が、使用されている限界よりも大きい場合、次の逸脱において、この極端が新たな限界となる。したがって、変動の大きい配電網において、配電網応答型制御装置は、自身のサービスを経験された周波数の範囲の全体に分布させるように調節を行う。配電網応答型制御装置は、極端へと至るまでの事象を分析する能力を有しており、これを限界を広げる程度を和らげるために使用することができる。
【０２３２】
第2のプロセスにおいては、ある期間内に経験された極端の周波数が、現在保存されている周波数限界よりも小さい場合に、周波数限界が、経験された極端の周波数により近付くように調節される。しかしながら、応答型制御装置は、限界を、極端と限界との間の差のうちのわずかな割合で近付ける（移動平均技法）。このやり方で、周波数限界が大幅に狭くなるまでに、非常に多くの調節サイクルが必要とされる。限界を狭くしようとする傾向を、保存されている周波数限界の外への逸脱であるが所定の期間（例えば、数分）よりも短い逸脱をすべて無視することによって、弱くすることも可能である。
【０２３３】
したがって、装置が、デフォルトの想定する極端よりも極端な周波数に直面した場合、その挙動が、この状況に適するように速やかに広げられる。他方で、配電網の挙動がデフォルトの想定する挙動よりも安定である場合には、より狭い限界への移動はゆっくりとしか行われず、配電網の挙動が再びより変動の多いものになる場合には、依然として速やかに反応が行われる。
【０２３４】
さらに、限界は、稀事象マージンと呼ばれるマージンを伴って用意され、したがって配電網応答型制御装置は、最大の周波数の逸脱が稀ではないと仮定し、実際に選択される周波数限界が、稀事象マージンに比例する予備の容量をもたらすように調節される。稀事象マージンは、製造時に、2つのやり方で用意することができる。
【０２３５】
稀事象マージンを、ユニティよりも小さくなるように設定でき、すなわち、配電網の通常の極端が経験されたとき、配電網応答の挙動が不可能である。これは、稀事象マージンが、制御装置の周波数限界を配電網の周波数の極端の内側に位置するように定めるためである。配電網の応答の挙動が負荷によってではなく、もっぱら化石燃料プラントによってもたらされている配電網においては、かなりの排出物の利益を、ユニティよりも小さい稀事象マージンによって達成することができる。
【０２３６】
あるいは、稀事象マージンを、ユニティよりも大きく設定することができる。すなわち、配電網応答型制御装置が、配電網の極端の際にも例外的な事象のためのマージンが存在しているように調節される。このモードは、本発明の配電網応答型制御装置が、配電網応答の挙動の主要な供給者である場合に、配電網のあらゆる状況において何らかの応答挙動が必要とされるために必須である。
【０２３７】
したがって、配電網応答型制御装置の実装の初期の段階においては、1よりも小さい稀事象マージンが使用され、集団が大きくなるにつれて、ユニティよりも大きい稀事象マージンが、通常の標準になる。
【０２３８】
1未満の稀事象マージンを有することの排出物の利益は、負荷端において応答をもたらすことが、二酸化炭素または他の汚染物質の排出に何ら影響を及ぼさないためである。これは、電力供給端において応答をもたらす（発電プラントを能力未満で運転しなければならず、かつ運転に頻繁な動的変化を伴う可能性がある（したがって、効率および汚染の制御が難しくなる））ことと対照的である。
【０２３９】
極端の周波数または稀事象が生じたときを判断するため、本発明の配電網応答型制御装置は、「稀」の何らかの定義を使用する必要がある。配電網の極端な事象として、発電プラントの不具合または重要な送電線の不具合が挙げられる。そのような事象は、きわめて稀というよりもさらに、最も生じる可能性が低く、1よりも大きい稀事象マージンによってカバーされるように意図される種類の事象である。他方で、冬期のTV休みなど、一時的なピーク負荷が生じ、極端の周波数限界によってカバーされない場合には、限界が、配電網のストレスの知らせであるが稀な不具合ではないそのような事象をカバーするように有用に調節されるべきである。
【０２４０】
1日または1週間のうちのさまざまに異なる期間（多くの配電網は、計量の境界として3０分を使用しており、これがここでも有用かもしれない）について、異なる周波数制御限界を持つことも検討する価値があるかもしれない。限界の範囲を、すでに定義したストレス状態関数（h）によって示されるとおり、需要が急激に変化する時期においてより幅広くすることができる。需要が最小である時期または配電網のストレスが低いとき、狭い範囲の周波数制御限界を持たせることができる。1日において配電網に最もストレスが加わる可能性が高い時期を、配電網における経験から学習することができ、周波数制御限界を広げる必要がある時間を、制御装置によって定めることができる。しかしながら、制御装置は、外部の時計へのアクセスを有していないため、この調節は、電力がオフにされたならばすぐに捨てられる必要がある。
【０２４１】
要約すると、本発明は、負荷の切り替えを最小限にし、現在の周波数の履歴の移動平均の周囲のあらゆる周波数変化に抵抗し、系統の周波数を或る程度まで公称に向かって付勢する配電網周波数応答型制御装置を提供する。したがって、配電網が安定化され、負荷の酷使が防止される。また、雑音が少なく、より平滑であり、配電網の理想的な公称周波数に向かって緩やかかつ連続的に付勢される澄んだ周波数信号がもたらされる。
【０２４２】
上記では、オン状態およびオフ状態の間での負荷のエネルギー消費の切り替えが、負荷のエネルギー消費装置を直接的に制御することによって実行されている。しかしながら、本発明の他の実施例は、負荷のパラメータの設定点または中央限界を調節することにある。このやり方で、負荷が、そのエネルギー消費を、負荷について検出される変数が制御限界内に保たれるように調節する。
【０２４３】
冷蔵庫の例では、検出される周波数が冷蔵庫をオンにすべきであるような周波数であるとき、制御限界を、冷蔵庫の冷却空間の温度の現在の値の下方にずらすことができる。これで、冷蔵庫の制御機構が、温度が高すぎることを検出し、冷蔵庫の冷却手段をオン状態に切り替えることによって応答する。制御限界の逆の方向への移動を、冷蔵庫をオフにすべきであるような周波数が検出されたときに行うことができる。
【０２４４】
制御限界を調節する代わりに、本発明の制御装置によって設定点そのものを調節することができる。負荷の制御機構が、新たな設定点を受信し、制御限界そのものを導出する。
【０２４５】
このやり方で設定点または制御限界を制御する制御装置は、好都合でありうる。そのような制御装置は、負荷のエネルギー消費手段との直接の通信を可能にするために、必ずしも負荷の制御回路へと統合する必要がない。代わりに、単に負荷の制御回路へと中央信号をもたらすだけでよく、エネルギー消費の変化は、通常のやり方で実行される。
【０２４６】
ここまで、配電網応答型の制御がエネルギーの消費をオンまたはオフに切り替えることによって実行される好ましい実施の形態を検討した。しかしながら、いくつかの負荷は、エネルギー消費の水準を調節することによって、負荷の物理的変数を制御限界の範囲内で制御する。すなわち、すでに検討したように、負荷を、負荷によって蓄えられるエネルギーを増加させる第1の状態と負荷によって蓄えられるエネルギーを減少させる第2の状態との間で制御することができる。以下で、そのようなエネルギー消費の連続制御を使用して冷却空間の温度を制御限界の範囲内に保つ冷蔵庫について、そのような冷蔵庫における本発明の制御装置の実施例を説明する。
【０２４７】
純粋な温度コントローラは、おそらくは伝統的な3項コントローラであることを目的とし、設定点からの変化が電力に及ぼす影響の程度を左右するパラメータを備えている。伝統的には、それらは、比例誤差（現在の誤差がどのくらい大きいか）、積分誤差（より小さな誤差が経時的に蓄積される）、および微分誤差（誤差が急速に減少するとき、行き過ぎを最小限にする）である。これは、制御が実際には3つの項の全てを含んではおらず、これよりも簡単であるかもしれないが、物理PIDコントローラとして知られている。
【０２４８】
一般に、PIDコントローラが、実際にモータ電力コントローラを駆動し、モータ電力コントローラが、実際にモータまたは負荷を駆動するモータ・コントローラの電力機器を駆動する。図6が、さらなる詳細を提示している。
・手動コントローラが、設定点コントローラへと入力をもたらし、設定点コントローラが、適切な形態でPIDコントローラへと設定点信号をもたらす。さらに、PIDコントローラは、入力として、制御対象の変数（冷蔵庫の場合には、例えば温度であると考えられる）の現在の状態を有している。
・PIDコントローラからの出力が、所望のモータ電力レベルである。これは、制御対象変数を設定点に保つために適切と考えられる電力レベルである。
・この所望の電力レベルが、実際の電力の変化の速度が所望の設定点が変化しうる速度よりもゆっくりであると考えられるため、モータへと流れる実際の電力を調節するためのさらなるコントローラによってしばしば使用される。したがって、（電子）モータ・コントローラが可能な限り正確に設定されるように保証するため、さらなるフィードバック制御を実装することができる。
【０２４９】
このような負荷において本発明の制御装置の所望の配電網応答サービスを可能にできる2つの方法を説明する。特定の実装において、一方または両方を使用することができる。
【０２５０】
設定点を変更する手法は、上述のように、制御の決定をなすべくPIDコントローラによって使用される設定点または制御限界を変更することで、装置によって消費される電力を左右する。したがって、冷蔵庫においては、周波数が低いほど、温度設定点が低く（すなわち、蓄えられるエネルギーが大きくなる）、周波数が高いほど、温度設定点が高い（すなわち、蓄えられるエネルギーが少ない）。より一般的には、周波数が低いほど、装置が達成を目的としている負荷の物理的変数によって示されるとおり、蓄えられる内部エネルギーが多い。
【０２５１】
図6Aが、提案される制御装置を概説するブロック図を示している。従来からのコントローラに関しては、手動入力が、PIDのための通常の設定点を定めるために使用される。このコントローラにおいては、これが、実際の周波数が中央周波数と同じであるときに適用される目標内部エネルギー・レベルを設定する。すなわち、周波数についてさらなる制御が必要でないときに適用される。
【０２５２】
このコントローラにおいて、設定点調節周波数関数が、設定点コントローラへと調節をもたらす。この信号が、この信号が最大の正の値にある場合に、内部エネルギー・レベル設定点が許される最も高い値に設定され、ゼロである場合に、内部エネルギー・レベル設定点が手動制御に設定され、最大の負の値にある場合に、エネルギー・レベル設定点が許される最も低い値に設定されるように、拡大縮小される。
【０２５３】
設定点調節周波数関数は、2つの入力を有している。
1.上述のように導出される中央周波数。
2.検出される周波数の現在値。
【０２５４】
最も簡単な場合、設定点調節周波数関数は、2つの周波数を比較し、これにパラメータを掛け、結果を設定点コントローラへの入力として供給する。
【０２５５】
この単純な手法の欠点は、PIDのパラメータおよび周波数の変化を設定点の変化に関連付ける関数（または、単なる乗算器）が、特定の配電網の特定の環境に合わせて具体的に調節されていない場合に、冷蔵庫の集団が安定を達成するために必要とされる出力の変化を過大または過小評価する可能性が存在する点にある。この変化の補正において、装置が周波数に振動を生じさせる可能性がある。
【０２５６】
そのような振動（いわゆる動態安定度の喪失から生じる）は、既存の配電網において生じることがあり、早期に検出されて矯正されない場合には、深刻な結果につながる可能性がある。検出された場合、通常の矯正方法は、その振動の特有の周波数がもはや共振しないように、配電網および発電を再構成することである（かなり行き当たりばったりな手法である）。また、振動に参加している大きなgensetのコントローラのいくつかを戻すことによっても、解決することができる。検出および矯正のために配電網を分析すること、および制御を戻すことは、情報および演算能力を必要とする。
【０２５７】
しかしながら、本発明による配電網応答型制御装置をきわめて多数備える将来の配電網は、そのような計画的な再構成を容易に行うことができない（振動が障害を引き起こすことによって意図せずに再構成が生じうる！）。
【０２５８】
したがって、自動制御システムに、装置の集団の間の応答感度の多様性の要素を含めることが重要である。そのような多様性によれば、最も敏感な装置から最も敏感でない装置への滑らかな応答の進行がもたらされ、したがって公称周波数からの逸脱の増加につれた単調な負荷の変化がもたらされる。
【０２５９】
確率要素を設定点制御に取り入れることによるこの多様性の実現を、以下で説明する。
【０２６０】
コントローラが、上述のように選択される2つの乱数（1つは下側の周波数のためのものであり、1つは上側の周波数のためのものである）を使用する。
【０２６１】
現在の周波数が中央周波数よりも下である場合、設定点調節関数は、
1.周波数の差の負の値を導出（例えば、「現在の周波数−中央周波数」によって）し、
2.この値をコントローラの動作範囲（最小の周波数〜公称周波数）に対する比とし、
3.この値を下側の周波数の乱数によって乗算し、
4.その結果を系の感度を定める感度パラメータによって乗算し、
5.その結果を設定点コントローラへと供給し、これを設定点コントローラが、設定点の調節および追求するエネルギー・レベルの低減のために使用する。
【０２６２】
実際の周波数が中央周波数よりも上である場合、手順は同様であるが、上側の周波数の乱数が使用され、別の感度パラメータを使用することができる。
【０２６３】
感度パラメータは、期待される配電網の挙動に照らして設定され、使用における装置の経験に照らして調節することができる。
【０２６４】
PIDコントローラのための設定点の変更の代案は、出力応答PIDコントローラであり、そのようなコントローラは、周波数に従って装置によって消費される実際のエネルギーを変更するために、PIDコントローラの通常の出力を調節する。
【０２６５】
図6Bを参照すると、PIDコントローラの出力が、モータによって消費される電力を増減させるためにモータ電力コントローラによって使用される。
【０２６６】
中央周波数が実際の周波数と同じである場合、モータ電力コントローラの挙動は、制御変数を中央限界内に保つために通常どおりに機能する。
【０２６７】
図6Bは、PID制御の負荷とともに使用するためのそのような制御装置の動作を概説するブロック図を示している。
【０２６８】
中央周波数と実際の周波数とが異なる場合、モータの電力レベルの増加または減少が、出力調節周波数関数からの信号によって修正される。装置の動作範囲を反映すべく正規化されるこれら両方の信号において、考えられる4つの制御動作のそれぞれを検討する。
1.PIDコントローラの信号がモータ電力レベルの増加のためのものであり、実際の周波数が中央周波数のそれを上回っている場合。両方の制御信号の要求が、同じ方向である。この場合、出力調節制御関数は、PIDコントローラの求める電力レベルの増加を拡大する。計算は、
調節後の電力出力レベルの増加＝PID出力の電力レベルの増加＋（PID出力の電力レベルの増加×上側の周波数の乱数×上側の周波数の増加パラメータ×（実際の周波数−中央周波数））
となる。
2.PIDコントローラの信号がモータ電力レベルの増加のためのものであり、実際の周波数が中央周波数のそれを下回っている場合。この場合、2つの制御信号の要求が、対立している。この場合、出力調節制御関数は、PIDコントローラの求める電力レベルの増加を減少させる。計算は、
調節後の電力出力レベルの増加＝PID出力の電力レベルの増加−（PID出力の電力レベルの増加×下側の周波数の乱数×下側の周波数の減少パラメータ×（中央周波数−実際の周波数））
となる。
3.PIDコントローラの信号がモータ電力レベルの減少のためのものであり、実際の周波数が中央周波数のそれを下回っている場合。両方の制御信号の要求が、同じ方向である。この場合、調節後出力調節制御関数は、PIDコントローラの求める電力レベルの増加を拡大する。計算は、
調節後の電力出力レベルの減少＝PID出力の電力レベルの減少＋（PID出力の電力レベルの減少×下側の周波数の乱数×下側の周波数の減少パラメータ×（実際の周波数−中央周波数））
となる。
4.PIDコントローラの信号がモータ電力レベルの減少のためのものであり、実際の周波数が中央周波数を上回っている場合。この場合、2つの制御信号の要求が、対立している。この場合、調節後出力調節制御関数は、PIDコントローラの求める電力レベルの減少を減少させる。計算は、
調節後の電力出力レベルの減少＝PID出力の電力レベルの減少−（PID出力の電力レベルの減少×上側の周波数の乱数×上側の周波数の減少パラメータ×（中央周波数−実際の周波数））
となる。
【０２６９】
4つのパラメータ、すなわち上側の周波数の増加パラメータ、下側の周波数の増加パラメータ、下側の周波数の減少パラメータ、および上側の周波数の減少パラメータは、所望される配電網の応答に照らして設定され、実際の配電網の経験に照らしてコントローラによって調節できる。
【０２７０】
変数を中央限界内に制御するために、間欠的または可変のエネルギー消費を有する負荷の多数の例が存在する。さらに、これまでに説明したよりも長期のサイクルへと動作するならば利益を受けることができる多数の装置が存在する。水道業界からの一例は、「リザーバ・プロファイリング」である。これは、例えば、1日程度の期間、または少なくとも1つの「非ピーク時」価格の期間にかかるための充分な長さにおける需要に合致する容量を有する水リザーバが存在する場合に使用される。
【０２７１】
そのような状況においては、電力への需要が高いときに、リザーバを好ましい水位を下回って空にすることができ、電力のコストがより低いときに補充することができる。したがって、例えば朝の電力需要のピークの期間は、朝の水需要のピークの期間にも該当するが、そのような期間において、電力の需要が低くなるまでリザーバの補充を延期することによって、コストの節約が可能である。
【０２７２】
また、リザーバの補充の間欠的な性質ゆえ、これは配電網応答型制御装置と一緒に使用するための理想的な候補である。
【０２７３】
この例の制御装置は、配電網応答制御をもたらすために価格パラメータを利用する。電気の現在の価格が、周波数と同様、やはり発電と配電網上の負荷とのバランスを表わしている。
【０２７４】
リアルタイムの電気の価格の検出および使用は、GB2407947において検討されている。
【０２７５】
このようにして、価格が、中央限界または設定点のコントローラにおいて、負荷の物理的変数の中央限界を調節するために使用される。
【０２７６】
原理は、価格が上昇するとき、内部エネルギー貯蔵についての限界（すなわち、設定点）が下げられ、価格が下落するとき、内部エネルギー貯蔵についての限界（すなわち、設定点）が上げられるというものである。
【０２７７】
価格に比例するように選択された限界を有する単純な比例制御が使用される。
【０２７８】
これの改良点は、価格によって限界の「変化の速度」を変更させることである。したがって、価格が高く、あるいは貴方の支払う価格によって設定されるしきい値を上回る場合、（内部エネルギーの）限界の減少の速度が速められる。限界は、動作または安全の要件によって設定される極端を通過しないようにされる。
【０２７９】
同様に、価格が低く、あるいは支払い者によって設定されるしきい値を下回る場合、（内部エネルギーの）限界の増加の速度が速められる。
【０２８０】
これについての理想的な調節は、そのような負荷の集団が、常に上側の周波数および下側の周波数の両方についていくらかの応答をもたらすことができるようにしつつ、電気のコストが最小限になることによる長期貯蔵からの利益を受けることができるようにすることである。
【０２８１】
さらに、本発明は、停電からの始動の補助という特徴を提供し、これは、停電が生じた後に、停電からの始動の際に、エネルギー貯蔵負荷によって配電網応答の挙動をもたらすことができるようにする。すでに述べたように、配電網は、このときにとくに敏感であり、配電網周波数応答型負荷を用意することが、この最も重要な時点において配電網の安定化を保証するため、および配電網の回復を迅速にするために必要である。
【０２８２】
したがって、本発明は、その第5の態様によれば、配電網上の負荷のエネルギー消費を制御するための制御装置であって、
当該制御装置へと最初に電力が供給された後に、前記負荷のエネルギー消費の開始を無作為に生成される時間量だけ遅延させるための手段
を有している制御装置を提供する。
【０２８３】
この第5の態様に対応する方法が、本発明の第6の態様において提供される。
【０２８４】
本発明は、その第7の態様によれば、配電網上の負荷のエネルギー消費を、負荷の物理的変数を上限および下限の範囲内に保つべく制御するための制御装置であって、
・負荷の物理的変数を検出するための手段、
・負荷について検出される物理的変数の上限および下限をもたらすための手段、および
・当該制御装置へと最初に電力が供給された後に、検出される物理的変数の上限および/または下限を、負荷の最大のエネルギー消費よりも低い速度で増加させるための手段
を有している制御装置を提供する。
【０２８５】
この第7の態様に対応する方法が、本発明の第8の態様において提供される。
【０２８６】
この停電時の始動モードに関連する本発明の態様の複数の特徴を、とくに好都合な制御装置をもたらすために組み合わせることが可能である。それらを、従来技術の配電網応答型制御装置とともに使用することができ、あるいは本明細書にて上述した配電網応答型制御装置とともに使用することができ、とくには本発明の先に記載した態様および好ましい態様と組み合わせることが可能である。次に、本発明の停電時始動補助（BSA）の態様を、さらに詳しく説明する。
【０２８７】
負荷への電力がオフであるとき、これは供給停止または停電に起因する可能性がある。本発明の制御装置は、この可能性を認識するように構成されている。
【０２８８】
そのような状況において、配電網が脆弱な状態である可能性があり、装置においては、1）可能な限り速やかに上側および下側の周波数への応答の提供を開始すること、2）挙動が他の配電網応答型制御装置と同期することがないようにすること、および3）エネルギー貯蔵負荷について検出される物理的変数を再び最大および最小の限界の範囲内とすること、が望まれる。しかしながら、停電ゆえに、負荷について検出される物理的変数がすでに制御限界の外側へと移動してしまっている可能性があり、わずかな時間遅延にて負荷を再び好ましい動作範囲とすることは、通常は、回復しつつある配電網を安定に保つことよりも優先度が低い。
【０２８９】
本発明の制御装置は、負荷の再接続の際に回復しつつある配電網を助けるために、立ち上げ時に停電時始動補助（BSA）モードを提供する。
【０２９０】
BSAモードの一態様においては、配電網応答型制御装置が、始動の前に無作為な遅延を決定する。この遅延は、配電網の遮断部分が再接続されるや否や全ての負荷がオンになることで、電力の回復時にピーク負荷が発生するが、そのようなことがないように防止すること、および制御装置の同期を可能な限り速やかに最小限にする（多様性を最大にする）こと、の両方のためである。停電時始動モードにおいて再接続後の立ち上がりを無作為に遅延させることで、停電後の配電網において負荷が徐々に増加するようになる。
【０２９１】
再接続の際、従来からの冷蔵庫は、負荷について検出される物理的変数が最大の制御限界（ymax）に達するまで、エネルギー貯蔵負荷にオンが100パーセントであるデューティ・サイクルを設定し、負荷について検出される物理的変数が最大の制御限界（ymax）に達した後に速やかにオフになる。しかしながら、本発明の第2の好都合な態様においては、負荷が好ましい動作パラメータの範囲となるために加速された速度で動作しているときであっても、負荷によって応答がもたらされる。
【０２９２】
このBSAの第2の好都合な態様によれば、負荷が或るデューティ・サイクルを保ちつつ、最適な動作状態まで、すなわち検出される物理的変数がその変数についての負荷の制御限界の範囲となるまで、立ち上げられる。この立ち上げのプロセスの際にデューティ・サイクルを用意することで、いくらかの応答をもたらして、停電時の始動を助けることが可能になる。負荷を速やかに最適な動作状態とするためには、検出される物理的変数についてのエネルギー貯蔵負荷の限界を、増加させなければならない。したがって、デューティ・サイクルが、装置の動作のオン部分が通常の動作よりも長くなるように調節される。しかしながら、負荷が依然としてデューティ・サイクルを保つように制御される。これを達成するための方法の一例は、以下のとおりである。
【０２９３】
第1の工程は、装置が適切な動作に達するまでの時間を選択することである。これは、負荷が中断されなかった場合にこの適切な動作に達するであろう時間の何らかの係数（1よりも大きい）である。この係数が、停電後の始動のプロセスにおいて負荷のない期間をもたらす。このやり方で、負荷を、下側の周波数および上側の周波数の両者に照らしてオフにすることができる。したがって、負荷が、負荷の制御限界の立ち上げの最中に応答をもたらすことができる。この係数は、例えば、負荷の予想される全体のサイクル時間の当該サイクルの予想されるオン部分に対する比であってよい。
【０２９４】
最近の停電が理由で現時点において周温にある冷蔵庫の場合に、通常のオンが100％であるデューティ・サイクルにて最大の温度限界（すなわち、摂氏0度）に達するための時間が30分であるとする。係数2を使用すると、負荷を通常の動作温度範囲へともたらすための時間は、60分となる。
【０２９５】
選択される係数は、負荷制御装置のさらなる多様化をすすめるために、ランダム化関数によって変化させることができる。
【０２９６】
次の工程は、通常動作の回復のために予想されるオン時間を評価することである。これを評価する1つのやり方は、負荷が現在のエネルギー貯蔵レベルから出発してどれだけ長くオンである必要があるかを判断するため、負荷の1単位のオン時間あたりの通常の温度変化から外挿を行うことである。必要であれば、この予想されるオン時間の推定を、線形な外挿よりも精巧にすることができる。
【０２９７】
次いで、目標のエネルギー貯蔵レベルの変化の速度を、どれくらい長く装置をオンにする必要があるかに照らし、さらに所望のレベルへの回復のために選択された期間に照らして、決定することができる。
【０２９８】
無作為な遅延が過ぎた後、下側のエネルギー限界が、検出される変数の現在の値へと設定され、上側のエネルギー限界が、下方の限界からの通常の量のオフセットとなるように定められる。負荷が始動して、通常の配電網応答動作へと移行する。
【０２９９】
限界は、エネルギー貯蔵レベルの変化について選択された速度に従って増やされる。
【０３００】
図4および5を参照して組み合わせられた単一のシステムにおける本発明の全ての態様の好ましい実施の形態を取り入れた配電網応答の挙動の動作の概要を、次に説明する。
【０３０１】
図5に示されているように、配電網応答型コントローラは、好ましくは配電網からエネルギーを取り出す負荷に一体化されている。負荷が最初に配電網へと差し込まれ、すなわち接続されたとき、応答型負荷制御装置は、配電網の現在の周波数を割り出すように構成されている。この周波数の測定は、中央プロセッサのクロック・サイクルまたは応答型制御装置の他の何らかの処理サイクルにもとづき、あるいは所定の数のそのようなサイクルにもとづいて定期的に実行される。これらの連続的な周波数の読み取りが、他の用途の中でもとりわけ、配電網の中央周波数を計算するために蓄積され、本発明の配電網応答型制御装置の動作にとって重要である。周波数の測定の他に、配電網応答型制御装置は、負荷からの物理的変数の検出も必要とする。
【０３０２】
図4が、応答型制御装置が動作可能である種々の状態および状態移行の表現を示している。図4から見ることができるとおり、配電網応答型制御装置は、好ましくは、上述のとおり停電始動補助モードから始動する。このやり方で、新しく配電網へと接続される全ての負荷が、始めから配電網応答の挙動を提供し、これは、すでに上述したようにとくに停電後に有用である。
【０３０３】
本発明によって提供される停電始動補助の特徴の一部として、制御装置に、作動させた場合に負荷について検出される変数を可能な限り迅速に通常の制御限界の範囲内にする（図5に示されるような）アテンデッド再始動アクチュエータを備えることができる。したがって、アテンデッド再始動制御が作動させられている場合には、停電始動補助モードが無効にされ、負荷が、検出される物理的変数が制御限界の範囲となるまで最大のエネルギー消費にて運転される。この特徴は、負荷が初めて、あるいは保守の後で、単純にオンにされる場合が多いため、有用である。これらの状況においては、配電網が比較的安定しており、オンの装置を始動時の短い期間について応答なしで運転しても、配電網の安定にとって問題にならないからである。
【０３０４】
アテンデッド再始動アクチュエータは、負荷に設けられたボタンであってよい。ボタンは、修理技師が気が付くことができるが、技術的知識のある負荷の所有者が押すには不便な場所に取り付けられるべきである。負荷の所有者の多くがアテンデッド再始動ボタンに気が付くようであると、本発明の配電網応答型制御装置の停電始動補助機能が、無効にされてしまう可能性がある。
【０３０５】
ひとたび負荷について検出される変数が指定の制御限界の範囲になると、制御装置の動作モードを導出するために、配電網の状態が判断される。配電網の状態は、図5に示されているように、上述した関数hおよび測定される配電網の周波数から決定される。すでに説明し、図4にも示されているように、配電網は、関数hの値に応じて、上側または下側の危機状態、上側または下側の周波数のストレス状態、あるいは通常状態となりうる。
【０３０６】
本発明の応答型制御装置の全般的な原理は、検出される物理的変数の上限および下限（ymax、ymin）が、以下で概説されるように制御装置の動作モードに依存する点にある。
【０３０７】
停電時始動補助モードにおいては、検出される物理的変数の現在の限界が、負荷の最初の立ち上げ時に測定されて検出される物理的変数の値の周囲に設定される。この物理的変数の初期の停電始動補助の限界の設定が、図5に示されている。これらの限界は、負荷の適切な動作のための通常の限界に達するまで、所定の速度で増やされる（さらに詳しくは、上述のとおり）。これは、限界の増加を所定の速度とすることで、装置が或る程度のデューティ・サイクルを持つようになる点で、本発明の好都合な特徴である。デューティ・サイクルを持つことで、負荷が、負荷を常にオンにしておくという代案と異なり、応答をもたらすことができるようになる。
【０３０８】
BSAモードの際の限界の増加は、下側の周波数のストレスまたは危機であると判断される期間（この場合には、限界は凍結される）、あるいは増加の速度を速めたときに上側の周波数のストレスまたは危機であると判断される期間、でない限り常に実行される。下側の周波数のストレスまたは危機状態においては、配電網上の負荷が大きすぎ、したがって個々の負荷のエネルギー消費を増加させ続けることが適切でない。上側の周波数のストレスまたは危機状態においては、発電が大きすぎるため、増加の速度を高めることが配電網にとって有益である。
【０３０９】
下側の周波数危機の際、負荷の物理的変数の限界が、最小のエネルギー状態（y＝0）に達するまで減らされる。減少の速度は、限界がゼロに向かって減らされるときにも或る程度の応答が残されるよう、負荷のオン動作の時間のほぼ半分になるように選択される。
【０３１０】
下側の周波数ストレスの際には、負荷の設定点によって定められる負荷の現在の限界が凍結され、ユーザによる設定点の調節が防止される。この限界の凍結の例外は、下側の周波数危機からの回復の場合であり、そのときは、限界が危機状態に入る前の値に向かって戻るように増やされる。
【０３１１】
ひとたびBSA後に通常の動作モードに達すると、検出される物理的変数の限界は、好ましくは、配電網が上側の周波数のストレスまたは危機あるいは下側の周波数のストレスまたは危機に直面しているか否かに応じて制御される。上側の周波数のストレスまたは危機の際には、過剰な発電を吸収するために、オフの装置が、好ましくはオンにされる。したがって、ymaxの値は、オンの装置がより長い時間期間にわたってオンであり続け、かつ以前はオフであったが高い周波数ゆえにたった今オンになった装置も、やはりより長い時間期間にわたってオンであり続けるよう、好ましくは増やされる。下側の周波数のストレスまたは危機の際には、この反対が真であり、配電網上の負荷が大きすぎる。これは、検出される物理的変数の下限（ymin）が、オフの装置がより長い時間にわたってオフを保つように保証するため、減らされることを意味する。
【０３１２】
上側の周波数危機の際、限界は、最大のエネルギー貯蔵レベル（y＝1）に達するまで増やされる。この増加は、エネルギー貯蔵レベルを下げるが、依然として或る程度の応答を維持するために、負荷のデューティ・サイクルのオン部分をほぼ2倍にするように選択される。
【０３１３】
上側の周波数ストレスの際には、検出される物理的変数の最小および最大の限界が、設定点の変更を防止するという理由で凍結される（下側の周波数ストレスの期間における凍結と同じ理由である）。これらの限界の変更の防止の例外は、配電網が上側または下側の周波数危機からの回復にある場合に生じ、そのときは、限界が、配電網が危機状態に入る前に使用されていた値となるまで小さな刻みで動かされる。
【０３１４】
上側の周波数危機または配電網応答型制御装置の停電始動補助の動作モードの際の限界の増加、および下側の周波数危機の際の限界の減少は、従来技術に対する本発明のさらなる新規かつ好都合な特徴の例示である。本発明によれば、そのような稀な配電網の事象の際にも、或る程度の配電網応答の挙動が依然として与えられる。この応答は、これらの配電網の状態において配電網の安定性を回復すべき場合にとくに有益である。
【０３１５】
図4における破線は、配電網の奇妙な挙動を表わす不正な推移を示している。例えば、下側の周波数危機状態から上側の周波数危機状態への直接の移行は、生じないはずである。一般に、そのような推移が生じた場合には、配電網応答型制御装置の状態移行をあまり突然でないようにするために、中間の状態が制御装置によって選択される。
【０３１６】
検出される変数の最小および最大の限界が、装置の動作モードに依存して変更される一方で、トリガ周波数の決定はすでに述べたとおりである。唯一の相違は、そのような装置の集団の平均温度レベルが、動作モードに応じてより広い温度範囲波と広げられる点である。すなわち、危機モードにおいては、負荷の変数の限界（yminまたはymax）が、通常動作の際の限界に比べて広げられる。この結果、装置の集団が、負荷の物理的変数のより広い範囲にわたって、応答をもたらすようになる。
【０３１７】
図5を参照すると、ひとたび装置が停電時始動モードにて立ち上がり、ひとたび配電網の状態が割り出されると、目標周波数およびトリガ周波数が、配電網の状態に応じて調節された調節済みのymaxおよび/またはymin、および負荷について検出される物理的変数の現在の値を使用して計算される。配電網の周波数および負荷の物理的変数を検出し、負荷をオンまたはオフすべきトリガ周波数の値を得た後で、装置を切り替えるかどうかを決定することができる。この決定は、検出される周波数をトリガ周波数と比較し、負荷について検出される物理的変数を当該検出される負荷の変数の現在の限界と比較することによって行われる。
【０３１８】
さらなる工程が、やはり図5に示されている。これらの工程は、装置の動作に関するデータを取り込むこと、およびこのデータを使用して装置の動作を調節することを含んでいる。この取り込みおよび調節は、配電網の周波数限界の用意および配電網の経験に応じたそれらの調節に関して、すでに検討した。装置の調節についてのさらなる可能性を後述する。調節された変数を、潜在的に保存し、好都合に再使用することができる。
【０３１９】
さらに図5は、取り込んだデータの通信の可能性を示しており、これは後述される。
【０３２０】
さらに、本発明は、特定の変更を備える上述のような配電網応答型制御装置を包含する。それらの変更は、すでに述べた制御装置に特有の改善をもたらすことができる随意の特徴である。
【０３２１】
本発明の制御装置は、エネルギー貯蔵負荷の急激な切り替えを防止することを目的とするが、それでも、とくには配電網がストレス下にあるときに、過剰な切り替え頻度につながる特定の配電網の状態が存在しうる。そのような急激な切り替えの頻度は、例えば冷蔵庫の場合に圧縮機を無力化し、さらには損傷させる可能性がある。圧縮機の無力化は、オフにされた後の圧縮機の内圧を消散させるために必要とされる最小時間から起因する可能性がある。これが生じる前に再びオンにされると、圧縮機内の高い圧力に打ち勝つ（動作しているポンプの慣性からのもう一押しが必要である）ことができず、ストールしてしまう。これは、熱として消散され、装置全体を危険にさらす大きな電気的負荷を生み出す可能性がある。冷蔵庫は、通常は、電力を切り離して、このような損傷から装置を守るストール検出器または熱検出器を有している。
【０３２２】
本発明の応答型制御装置は、オンまたはオフの状態が最小限の期間にわたって維持されるよう、ヒステリシスの特徴を備えることができ、これを装置に適するように設定することができる。このヒステリシスの特徴は、切り替えを最小限にすべくバイアスされたトリガ周波数の軌跡が、通常は急激な切り替えを防止するため、後備である。切り替えの頻度が過剰になってヒステリシスの特徴が必要とされるのは、最も極端な配電網の状態においてのみである。
【０３２３】
本発明の配電網応答型制御装置は、周波数および前記検出される変数を除いては、いかなる外部の入力も必要とせずに動作できるべきである。また、配電網応答型制御装置は、エネルギー貯蔵の全寿命にわたって自立しているべきである。
【０３２４】
そのような自立の要件を達成するために、本発明の配電網応答型制御装置は、好ましくは、配電網そのものの公称周波数を検出（この工程が図5に示されている）するように構成される。上述のように、系統の周波数を公称周波数に向かって動かすべく制御装置が自身の配電網応答の挙動をバイアスさせることができるよう、公称周波数を知ることが本発明にとって重要である。
【０３２５】
本発明が利用する他の配電網特有の設定であって、配電網応答型制御装置が、さらなる入力からではなく、接続先の配電網の経験から確認しなければならない配電網特有の設定が存在する。1つの他の例は、上述のような周波数の上限および下限の検出である。
【０３２６】
本発明の上記要件に照らし、配電網応答型制御装置が、一連の測定値を得た後に公称周波数の判断を行うように構成される。それらの測定値のそれぞれについて、制御装置のメモリに保存された一式の「標準的な公称周波数」が照会され、これら標準的な公称周波数のうちで配電網の周波数の測定結果に最も近い周波数が、その測定値についての標準周波数として採用される。連続する複数回の周波数測定において同じ標準周波数が採用されたならば、その値が、配電網の公称周波数として選択される。したがって、本発明の応答型制御は、50ヘルツ、60ヘルツ、および400ヘルツなどといった考えられる通常の周波数のリストを保持している必要がある。
【０３２７】
さらに、本発明の制御装置を、配電網から学習されるあらゆる現在の設定の保存に使用される特定の確立前期間を知るように構成することができる。これら配電網の経験から決定されるパラメータをすべて、適切な時間期間の終わりにおいて長期の不揮発メモリに保存することができる。このやり方で、配電網の挙動の重要な特徴を、長期のメモリに記録することができる。
【０３２８】
特定の負荷が配電網の間を移動することが大いにありうるため、データを保存し、このデータを装置が配電網の挙動および負荷の挙動から学習したときに更新する能力が、本発明の重要な特徴である（図5に示されている）。例えば、デンマークにおいては、負荷は、配電網を変化させるために国際的に動かされる必要すらない。それぞれの配電網の挙動が異なり、配電網応答型制御装置は、これに反応して、相応に適応する必要がある。
【０３２９】
また、制御装置は、自身を配電網の挙動に合わせて調節する必要がある。なぜならば、配電網の挙動が、とくには配電網上のエネルギー貯蔵負荷にますます多くの配電網応答型制御装置が適用されるため、時間とともに変化する可能性があるためである。しかしながら、この自動調節は、例えば配電網の長い不安定期間が稀な危機の際の応答という装置の能力を損なう自動調節を引き起こすならば無益であると考えられるため、注意深く実行されなければならない。
【０３３０】
さらに、応答型制御装置が、それらのパラメータを負荷の挙動を考慮に入れるべく調節することを必要とする可能性がある。例えば、きわめて一杯な冷蔵庫が、ほぼ空の冷蔵庫とまったく同じに挙動することはない。
【０３３１】
自動調節の可能性は、予想されるデューティ・サイクル時間の変化を考慮する最適化、（上述のような）配電網の経験に照らした最大および最小の周波数限界の最適化、ならびに適応パラメータにおける履歴周波数挙動の使用の最適化を含むように、現在のところ想定されている。
【０３３２】
負荷が停電からの回復中である場合、停電前に達成された調節済みのパラメータを保持することが望ましいと考えられる。これは、図5に示すように、調節済みのパラメータおよび他の取り込みデータの保存を必要とする。しかしながら、制御装置は、装置がまったく初めてオンにされる可能性があり、回復すべきすでに調節済みのパラメータが存在しない可能性があることも、考慮に入れる必要がある。配電網応答型制御装置の動作の一般原理は、装置が、装置が停電ではあり得ないほどに長く非接続にされていた場合や、配電網の公称周波数が変更された場合を除き、先の調節の回復を目標とすることである。
【０３３３】
リークしやすいコンデンサなどといったハードウェア機構を、装置が停電よりも長きにわたって非接続であったかどうかを判断するために使用でき、そのようなコンデンサが放電している場合、負荷がy＝0の状態にあると推定される。
【０３３４】
このように、コントローラに、負荷が停電ゆえにオフになったのか、あるいは単にユーザがスイッチを切ったことによってオフになったのかを判断する何らかの手段が設けられる。両方の場合に、すでに調節済みのパラメータの回復が適切である。しかしながら、負荷が初めてオンにされる場合、または配電網の間を移動させられた可能性が高い場合、メモリからの先に決定されたパラメータの読み込みは実行されない。
【０３３５】
また、停電からの回復は、配電網へと接続された負荷の集団のデータ取り込み期間の全てを同期させる可能性を実現する。現在想定されるプロセスはいずれも、多様化された期間に決定的に依存しているわけではないが、同時かつ同一の自動調節からの配電網の挙動の急激な変化の可能性は、存在するのであれば取り除かれる。すなわち、最初のオンのときに、本発明の配電網応答型制御装置は、好ましくは、装置が使用するあらゆる期間について、無作為な時間を選択するように構成される。
【０３３６】
本発明の応答型制御装置は、例えば停電からの始動の補助あるいは上側または下側の危機の動作時の検出される変数の制御限界の増加または減少の速度の決定などにおいて、装置のオンが予想される時間、および装置のオフが予想される時間を利用することが多い。装置のオンまたはオフが予想される時間は、負荷について検出される変数が、或る値から別の値へと移動するために要すると予想される時間である。この予想時間の調節は、負荷について検出される値が特定のエネルギー消費レベルに対してどのように反応するのかについての経験にもとづいて行うことができる。
【０３３７】
エネルギー消費に対する負荷の応答を最適にする1つのやり方は、以下のとおりである。状態が変化するたびに、すなわちオン状態からオフ状態、あるいはその反対の切り替えの後で、負荷の動作の継続時間、およびその時間において検出される変数の変化の程度を記録することができる。特定の変数の変化のために予想されるオン時間またはオフ時間を推定するために、これら記録した値の外挿を行うことができる。検出される変数がオン/オフ時間につれてどのように変化するのかは、例えば中身がどの程度入れられているか、およびどのくらい頻繁に開かれるのかなど、現在の使用に依存して決まる。予想されるオンまたはオフ時間の計算を、例えばそれぞれの切り替え点において実行することができる。
【０３３８】
また、応答型制御装置は、どのくらい長くオン状態またはオフ状態であるかについての予測を利用することも可能である。これは、先の状態の実際の時間の移動平均から決定することができる。
【０３３９】
別個の配電網の周波数挙動が実際に相違していることは、周波数チャートの検査から明らかである。周波数の変化の範囲が、1つの重要な態様であるが、変動の傾向、公称を超える逸脱の通常の長さ、など、より微妙な相違も存在する。これらの特徴を、周波数の限界を狭める速度を調節するパラメータなど、パラメータのうちのいくつかを変更するために使用することが可能である。すなわち、本発明の応答型制御装置にとって、とくには本来の期間（周波数の逸脱など）および特定の配電網状態（通常、ストレス、または危機）の終わり、負荷の特定の状態（オンまたはオフ）の終わり、あるいは動作サイクル（制御装置の主たる機能のタイミングを制御しているプロセッサの1サイクル）の終わり、における配電網の周波数の挙動についての情報を取り込むことが重要である。取り込んだ情報のすべてを、接続先の配電網に対する動作の最適化のための応答型制御装置の調節において、入力のために使用することができる。
【０３４０】
さらに、本発明の応答型制御装置は、集めたデータを伝送できるよう、何らかの形態の通信手段を備えることができ、通信工程が図5に示されている。データの伝送は、通常は保守担当者によってもたらされる。また、通信手段を、応答型制御装置のソフトウェアまたは配電網パラメータを保守のための訪問時に更新できるように利用してもよい。さらに、通信手段は、負荷の可使期間における配電網の挙動および負荷の配電網への寄与について測定値の取り込みを可能にできる。すなわち、配電網に対する負荷の値の何らかの指標を割り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【０３４１】
【図１】［図１Ａ〜１Ｃ］  負荷に貯蔵されているエネルギーの変化とともにトリガ周波数がどのように変化するのかについて、好ましい形態を示している。
【図２】本発明の好ましい形態に従って制御される負荷の集団の例を示している。
【図３】［図３Ａ〜３Ｂ］トリガ周波数関数のプロファイルの例を示している。
【図４】好ましい応答型制御装置の種々の状態の概要を示している。
【図５】本発明の応答型制御装置の好ましい動作のブロック図を示している。
【図６】PID制御の負荷の動作を大まかに概説するブロック図を示している。
【図６Ａ】PID制御の負荷のための設定点調節配電網応答型制御装置の動作を大まかに概説するブロック図を示している。
【図６Ｂ】PID制御の負荷のためのモータ電力調節配電網応答型制御装置の動作を大まかに概説するブロック図を示している。
【図７】価格を配電網上の負荷および発電の間のバランスの指標として動作する配電網応答制御を開示している。
【図１Ａ】
2008543256.tif 000003
【図１Ｂ】
2008543256.tif 000004
【図１Ｃ】
2008543256.tif 000005
【図２】
2008543256.tif 000006
【図３Ａ】
2008543256.tif 000007
【図３Ｂ】
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【図４】
2008543256.tif 000009
【図５】
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【図６】
2008543256.tif 000011
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
2008543256.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月5日(2008.2.5)
【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】
配電網上の負荷のエネルギー消費を制御するための制御装置であって、
発電と配電網上の負荷との間の関係に依存して変化する配電網の物理的変数の値を、或る時間期間にわたって検出するための手段、
前記配電網の物理的変数の前記値の過去の読み取り値から、配電網の物理的変数の履歴値を割り出すための手段、および
前記負荷のエネルギー消費を、前記履歴値に対する前記配電網の現在の物理的変数に応じて、増加または減少させるための手段
を有している制御装置。
【請求項２】
配電網について検出される前記物理的変数の現在値がトリガ値に達したときに、前記負荷のエネルギー消費を増加または減少させるための手段、および
前記履歴値に依存して前記トリガ値を決定するための手段
を有しており、
ａ）前記トリガ値を決定するための手段が、配電網の物理的変数について割り出される上方値または下方値と前記履歴値との間のトリガ値を無作為にもたらすための手段を有しており、および／または、
ｂ）当該制御装置が、負荷の物理的変数であって、負荷によって蓄えられるエネルギーを表わしている物理的変数の値を検出するための手段を有していて、前記トリガ値の決定が、負荷について検出される前記物理的変数にも依存している請求項1に記載の制御装置。
【請求項３】
配電網上の負荷のエネルギー消費を制御するための制御装置であって、
発電と配電網上の負荷との間の関係に依存して変化する配電網の物理的変数の値を検出するための手段、
負荷の物理的変数であって、負荷によって蓄えられるエネルギーを表わしている物理的変数の値を検出するための手段、
前記負荷のエネルギー消費を、前記配電網の物理的変数の値がトリガ値に達したときに変化させるための手段、および、
負荷について検出される前記物理的変数に依存し、かつさらに無作為値にもとづいて、トリガ値を決定するための手段、
を有している制御装置。
【請求項４】
前記変化させるための手段が、前記トリガ値を配電網について現時点で検出される物理的変数と比較するための手段を有している請求項2または3に記載の制御装置。
【請求項５】
負荷のエネルギー消費を変化させるための手段が、負荷について検出される物理的変数を中央限界の範囲内に維持すべく負荷のエネルギー消費を変化させるように構成され、さらに前記配電網の物理的変数の値がトリガ値に達したときにエネルギー消費を変化させるように構成されている請求項2または3に記載の制御装置。
【請求項６】
前記トリガ値を決定するための手段が、負荷について検出される物理的変数の最小値または最小値に対する負荷について検出される物理的変数の値に依存してトリガ値を決定するように構成されている請求項2または3に従属する請求項5に記載の制御装置。
【請求項７】
前記トリガ値を決定するための手段が、前記負荷の物理的変数とともに変化するトリガ値プロファイルを定めるための手段を有しており、
前記プロファイルが、負荷のエネルギー消費の変化がより最近であるほど、トリガ値が配電網の物理的変数の過去の読み取り値からの履歴値からかけ離れるようなプロファイルである請求項2または3に従属する請求項5に記載の制御装置。
【請求項８】
前記トリガ値を決定するための手段が、前記負荷の物理的変数とともに変化するトリガ値プロファイルを定めるための手段を有しており、
前記プロファイルが、ランダム値によって左右される請求項2または3に記載の制御装置。
【請求項９】
前記配電網について検出される物理的変数が、配電網について検出される周波数である請求項1〜8のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記変化させるための手段が、エネルギー消費を負荷によって蓄えられるエネルギーを増加させる第1の状態と負荷によって蓄えられるエネルギーを減少させる第2の状態との間で切り替えることによって、前記エネルギー消費を変化させるように構成されている請求項1〜9のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項１１】
配電網上の負荷のエネルギー消費を制御するための制御装置であって、
無作為の遅延を決定するための手段、および
当該制御装置へと最初に電力が供給された後に、前記負荷のエネルギー消費の開始を無作為に生成される時間量だけ遅延させるための手段、
を有している制御装置。
【請求項１２】
配電網上の負荷のエネルギー消費を、負荷の物理的変数を上限および下限の範囲内に保つべく制御するための制御装置であって、
負荷の物理的変数を検出するための手段、
負荷について検出される物理的変数の上限および下限をもたらすための手段、および
当該制御装置へと最初に電力が供給された後に、検出される物理的変数の上限および／または下限を、負荷の最大のエネルギー消費よりも低い速度で増加させるための手段、
を有している制御装置。
【請求項１３】
配電網上の負荷のエネルギー消費を制御する方法であって、
発電と配電網上の負荷との間の関係に依存して変化する配電網の物理的変数の値を、或る時間期間にわたって検出すること、
前記配電網の物理的変数の値の過去の読み取り値から、配電網の物理的変数の履歴値を割り出すこと、および
前記負荷のエネルギー消費を、前記履歴値に対する配電網の現在の物理的変数に応じて、増加または減少させること、
を含んでいる方法。
【請求項１４】
配電網について検出される前記物理的変数の現在値がトリガ値に達したときに、前記負荷のエネルギー消費を変化させること、および
前記中央値に依存して前記トリガ値を決定すること、
を含んでいる請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記トリガ値の決定が、配電網の物理的変数について割り出される上方値または下方値と前記中央値との間のトリガ値を無作為にもたらすための関数を含んでいる請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
負荷の物理的変数であって、負荷によって蓄えられるエネルギーを表わしている物理的変数の値を検出することを含んでおり、
前記トリガ値の決定が、負荷について検出される前記物理的変数にも依存している請求項14または15に記載の方法。
【請求項１７】
配電網上の負荷のエネルギー消費を制御する方法であって、
発電と配電網上の負荷との間の関係に依存して変化する配電網の物理的変数の値を検出すること、
負荷の物理的変数であって、負荷によって蓄えられるエネルギーを表わしている物理的変数の値を検出すること、
前記負荷のエネルギー消費を、前記配電網の物理的変数の値がトリガ値に達したときに変化させること、および
負荷について検出される前記物理的変数に依存し、かつさらに無作為値にもとづいて、トリガ値を決定すること、
を含んでいる方法。
【請求項１８】
前記変化させることが、前記トリガ値を配電網について現時点で検出される物理的変数と比較することを含んでいる請求項14〜17のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記負荷のエネルギー消費を変化させることが、負荷について検出される物理的変数を制御限界の範囲内に維持すべく負荷のエネルギー消費を変化させることを含んでおり、さらに前記配電網の物理的変数の値がトリガ値に達したときにエネルギー消費を変化させることを含んでいる請求項14〜18のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記トリガ値を決定することが、負荷について検出される物理的変数の最小値または最小値に対する負荷について検出される物理的変数の値に依存してトリガ値を決定することを含んでいる請求項16または17に従属する請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記トリガ値を決定することが、前記負荷の物理的変数とともに変化するトリガ値プロファイルを定めることを含んでおり、
前記プロファイルが、負荷のエネルギー消費の変化がより最近であるほど、トリガ値が配電網の物理的変数の過去の読み取り値から決定される履歴値からかけ離れるようなプロファイルである請求項16または17に従属する請求項19に記載の方法。
【請求項２２】
前記配電網について検出される物理的変数が、配電網について検出される周波数である請求項13〜21のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記変化させることが、エネルギー消費を負荷によって蓄えられるエネルギーを増加させる第1の状態と負荷によって蓄えられるエネルギーを減少させる第2の状態との間で切り替えることによって、前記エネルギー消費を変化させることを含んでいる請求項13〜22のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
配電網上の負荷のエネルギー消費を制御する方法であって、
無作為の時間量を決定する制御装置を用意すること、および
負荷へと最初に電力が供給された後に、前記負荷のエネルギー消費の開始を無作為に生成される時間量だけ遅延させること、
を含んでいる方法。
【請求項２５】
配電網上の負荷のエネルギー消費を、負荷の物理的変数を上限および下限の範囲内に保つべく制御する方法であって、
負荷の物理的変数を検出すること、
負荷について検出される物理的変数の上限および下限をもたらすこと、および
制御装置へと最初に電力が供給された後に、検出される物理的変数の上限および／または下限を、負荷の最大のエネルギー消費よりも低い速度で増加させること、
を含んでいる方法。                                                                                
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
第1の態様によれば、本発明は、配電網上の負荷のエネルギー消費を制御するための制御装置であって、
・発電と配電網上の負荷との間の関係に依存して変化する配電網の物理的変数の値を、或る時間期間にわたって検出するための手段、
・前記配電網の物理的変数の値から、配電網の物理的変数の履歴値を割り出すための手段、および
・前記負荷のエネルギー消費を、前記中央値に依存して変化させるための手段、
を有している制御装置を提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
従来、負荷のエネルギー消費を制御するために、配電網の公称の周波数および物理的変数の現在値が使用されている。しかしながら、本発明は、物理的変数の過去の読み取り値の何らかの関数を使用する。これは、履歴値として長期にわたる過去の値を与え、この値が、負荷のエネルギー消費の制御において考慮される。負荷のエネルギー消費の制御に履歴にもとづく値（中央値）を使用することで、従来技術の配電網応答制御装置に存在することが分かっている配電網の周波数に対する奇妙な影響が取り除かれることが、本発明のモデルによって示されている。                                                                                
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
第3の態様において、本発明は、配電網上の負荷のエネルギー消費を制御するための制御装置であって、
・発電と配電網上の負荷との間の関係に依存して変化する配電網の物理的変数の値を検出するための手段、
・負荷の物理的変数であって、負荷によって蓄えられるエネルギーを表わしている物理的変数の値を検出するための手段、
・前記負荷のエネルギー消費を、前記配電網の物理的変数の値がトリガ値に達したときに変化させるための手段、および
・負荷について検出される前記物理的変数に依存し、かつさらに無作為値にもとづいて、トリガ値を決定するための手段を有している制御装置を提供する。
【国際調査報告】
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