(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー分配網に接続されて、それぞれ電力消費を有するエネルギー負荷からなるポートフォリオの電力消費を変更する方法であって、
前記エネルギー負荷の各々において前記エネルギー分配網上で測定可能な信号に対する前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの所望の電力応答を示すポートフォリオ応答関数を、中央ユニットで受け取ることと、
前記信号の変化に応じた電力変更量を示す前記エネルギー負荷の各々のローカル応答関数を、前記中央ユニットで決定することと、
前記ローカル応答関数を、それぞれ対応する前記エネルギー負荷に対して、前記中央ユニットから送信することと、
前記送信の後に、前記エネルギー負荷の各々によって、それぞれ該エネルギー負荷において前記信号が変化したことを検出することと、
前記検出に応答して、各エネルギー負荷で独立に、それぞれ前記ローカル応答関数に従った前記電力変更量で、自身の電力消費を変更することであって、前記電力変更量の組み合わせによって、前記所望の電力応答を実現することと、を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記エネルギー負荷は、電気負荷であり、
前記エネルギー分配網は、配電網であり、
前記信号は、前記配電網の周波数である、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
前記検出された周波数が、前記配電網の通常の動作周波数よりも低い場合、前記方法は、更に、
前記検出に応答して、各電気負荷で独立に、前記電力変更量で、自身の電力消費を低減することであって、電気負荷の前記ポートフォリオの電力消費を、前記所望の電力応答によって低減させることを含む、方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、
前記検出された周波数が、前記配電網の通常の動作周波数よりも高い場合、前記方法は、更に、
前記検出に応答して、各電気負荷で独立に、前記電力変更量で、自身の電力消費を増加することであって、電気負荷の前記ポートフォリオの電力消費を、前記所望の電力応答によって増加させることを含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記エネルギー分配網の分配網運用者は、前記信号が、ある信号範囲で変化したときに、前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの前記電力消費が、前記所望の電力応答で変更されることを要求する、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、更に、
前記検出に応答して、各エネルギー負荷で独立に、前記中央ユニットから入力を受けることなく、自身の電力消費をリアルタイムで変更することを含む、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、更に、
各エネルギー負荷で独立に、秒のオーダで、自身の電力消費を変更することを含む、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、更に、
各エネルギー負荷の電力消費を、それぞれ該エネルギー負荷の境界条件に違反することなく、前記電力変更量で変更することを含む、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、
前記エネルギー負荷は、ガス負荷であり、
前記エネルギー分配網は、ガス分配網であり、
前記信号は、前記ガス分配網の圧力である、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、
前記ポートフォリオ応答関数は線形関数である、方法。
【請求項１１】
エネルギー分配網に接続されて、それぞれ電力消費を有するエネルギー負荷からなるポートフォリオの電力消費を変更するためのシステムであって、
前記エネルギー負荷の各々において前記エネルギー分配網上で測定可能な信号に対する前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの所望の電力応答を示すポートフォリオ応答関数を受け取るように構成された中央演算ユニットであって、更に、前記信号の変化に応じた電力変更量を示す前記エネルギー負荷の各々のローカル応答関数を決定するように構成された中央演算ユニットと、
前記中央演算ユニットに接続されたディスパッチ演算ユニットであって、前記ローカル応答関数を、それぞれ対応する前記エネルギー負荷に対して、前記中央演算ユニットから送信するように構成されたディスパッチ演算ユニットと、
前記エネルギー負荷の各々に配置された信号検出器であって、前記送信の後に、前記エネルギー負荷の各々で、それぞれ該エネルギー負荷において前記信号が変化したことを検出するように構成された信号検出器と、
前記エネルギー負荷の各々に配置されたローカル演算ユニットであって、前記検出に応答して、それぞれ該エネルギー負荷の電力消費を、独立に、それぞれ前記ローカル応答関数に従った前記電力変更量で変更し、前記電力変更量の組み合わせによって前記所望の電力応答を実現するように構成されたローカル演算ユニットと、
を備えるシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムであって、
前記エネルギー負荷は、電気負荷であり、
前記エネルギー分配網は、配電網であり、
前記信号は、前記配電網の周波数である、システム。
【請求項１３】
エネルギー分配網に接続されて、それぞれ電力消費を有するエネルギー負荷からなるポートフォリオの電力応答を変更する方法であって、
前記エネルギー負荷の各々において前記エネルギー分配網上で測定可能な信号に対する前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの所望の電力応答を示すポートフォリオ応答関数を、中央ユニットで受け取ることと、
各エネルギー負荷について、それぞれ該エネルギー負荷が、特定の信号値に対応する可用電力量を有する確率を示す項を有する最適化関数を定義することと、
前記信号の変化に応じた電力変更量を示すそれぞれの前記エネルギー負荷のローカル応答関数を生成するために、前記最適化関数を最大化することと、
前記ローカル応答関数を、それぞれ対応する前記エネルギー負荷に対して、前記中央ユニットから送信することであって、これにより、前記ローカル応答関数の合成演算によって前記ポートフォリオ応答関数を実現することと、を含む方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、更に、
前記送信の後に、前記エネルギー負荷の各々によって、それぞれ該エネルギー負荷において前記信号が正常値から変化したことを検出することと、
前記検出に応答して、各エネルギー負荷で独立に、それぞれ該エネルギー負荷の前記ローカル応答関数によって規定される前記電力変更量で、自身の電力消費を変更することと、を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、
前記エネルギー負荷を、前記エネルギー負荷の各々の電力可用性の降順で順序付けることをさらに含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
前記電力可用性は、各エネルギー負荷が、それぞれ該エネルギー負荷の境界条件に違反することなく、それぞれ前記電力変更量で、自身の電力消費を今後に変更可能である確率である、方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法であって、
前記最適化関数は、各エネルギー負荷について、それぞれ該エネルギー負荷の前記電力消費を変更する応答時間が、分配網運用者が要求する応答時間よりも長い確率を示す負の項をさらに有する、方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の方法であって、
前記最適化関数は、各エネルギー負荷について、それぞれ該エネルギー負荷が、前記電力変更量のある割合よりも少ない可用電力量を有する確率を示す負の項をさらに有する、方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の方法であって、
前記エネルギー分配網は、配電網であり、
前記エネルギー負荷は、電気負荷であり、
前記信号は、前記配電網の周波数である、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、
前記周波数が、前記配電網の通常の動作周波数よりも低い場合、前記方法は、更に、
それぞれの前記電気負荷が、それぞれ前記電力変更量で、自身の電力消費を今後に低減可能である確率の降順で、前記電気負荷を順序付けること、
を含み、
より高い確率を有する負荷は、前記周波数のより高い値に応答するローカル応答関数を有する、方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法であって、
前記周波数が、前記配電網の通常の動作周波数よりも高い場合、前記方法は、更に、
それぞれの前記電気負荷が、それぞれ前記電力変更量で、自身の電力消費を今後に増加可能である確率の降順で、前記電気負荷を順序付けること、
を含み、
より高い確率を有する負荷は、前記周波数のより低い値に応答するローカル応答関数を有する、方法。
【請求項２２】
請求項１３に記載の方法であって、
前記エネルギー分配網の分配網運用者は、前記信号がある信号範囲で変化したときに、前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの前記電力消費が、前記所望の電力応答で変更されることを要求する、方法。
【請求項２３】
請求項１３に記載の方法であって、
前記エネルギー負荷は、ガス負荷であり、
前記エネルギー分配網は、ガス分配網であり、
前記信号は、前記ガス分配網の圧力である、方法。
【請求項２４】
請求項１３に記載の方法であって、
前記ポートフォリオ応答関数は線形関数である、方法。
【請求項２５】
エネルギー分配網に接続されて、それぞれ電力消費を有するエネルギー負荷からなるポートフォリオの電力応答を変更するためのシステムであって、
前記エネルギー負荷の各々において前記エネルギー分配網上で測定可能な信号に対する前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの所望の電力応答を示すポートフォリオ応答関数を受け取るように構成された中央演算ユニットであって、更に、各エネルギー負荷について、それぞれ該エネルギー負荷が、特定の信号値に対応する可用電力量を有する確率を示す項を有する最適化関数を定義するように構成された中央演算ユニットと、
前記中央演算ユニットに接続されたアルゴリズム演算ユニットであって、前記信号の変化に応じた電力変更量を示すそれぞれの前記エネルギー負荷のローカル応答関数を生成するために、前記最適化関数を最大化するように構成されたアルゴリズム演算ユニットと、
前記中央演算ユニットに接続されたディスパッチ演算ユニットであって、前記ローカル応答関数を、それぞれ対応する前記エネルギー負荷に対して、前記中央演算ユニットから送信し、前記ローカル応答関数の合成演算によって、前記ポートフォリオ応答関数を実現するように構成されたディスパッチ演算ユニットと、
を備える、システム。
【請求項２６】
請求項２５に記載のシステムであって、
前記エネルギー分配網は、配電網であり、
前記エネルギー負荷は、電気負荷であり、
前記信号は、前記配電網の周波数である、システム。
【請求項２７】
請求項１１に記載のシステムであって、
前記ポートフォリオ応答関数は、前記エネルギー分配網の分配網運用者から受信し、
前記エネルギー分配網の前記分配網運用者は、前記信号が、ある信号範囲で変化したときに、前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの前記電力消費が、前記所望の電力応答で変更されることを要求する、システム。
【請求項２８】
請求項２５に記載のシステムであって、
前記ポートフォリオ応答関数は、前記エネルギー分配網の分配網運用者から受信し、
前記エネルギー分配網の前記分配網運用者は、前記信号が、ある信号範囲で変化したときに、前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの前記電力消費が、前記所望の電力応答で変更されることを要求する、システム。
【請求項２９】
請求項１に記載の方法であって、
前記所望の電力応答は、分配網運用者から受信する特定の電力量であり、
前記電力変更量の組み合わせは、前記所望の電力応答と等価である、方法。
【請求項３０】
請求項１に記載の方法であって、更に、
それぞれの前記エネルギー負荷が、それぞれ前記電力変更量で、自身の電力消費を今後に変更可能である確率の降順で、前記エネルギー負荷を順序付けること、を含み、
より高い確率を有するエネルギー負荷は、前記信号の変化に対して、より低い確率を有するエネルギー負荷よりも前に応答するローカル応答関数を有する、方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法であって、
前記順序付けは、合計電力消費の可変量、電力消費を変更し得る時間の長さ、電力消費の不安定度、又は、電力消費の変更のための応答時間、を考慮して決定される、方法。
【請求項３２】
請求項１１に記載のシステムであって、
前記所望の電力応答は、分配網運用者から受信する特定の電力量であり、
前記電力変更量の組み合わせは、前記所望の電力応答と等価である、システム。
【請求項３３】
請求項１１に記載のシステムであって、
前記中央演算ユニットは、更に、それぞれの前記エネルギー負荷が、それぞれ前記電力変更量で、自身の電力消費を今後に変更可能である確率の降順で、前記エネルギー負荷を順序付けるように構成されており、
より高い確率を有するエネルギー負荷は、前記信号の変化に対して、より低い確率を有するエネルギー負荷よりも前に応答するローカル応答関数を有する、システム。
【請求項３４】
請求項３３に記載のシステムであって、
前記順序付けは、合計電力消費の可変量、電力消費を変更し得る時間の長さ、電力消費の不安定度、又は、電力消費の変更のための応答時間、を考慮して決定される、システム。
【請求項３５】
請求項２５に記載のシステムであって、
前記送信の後に、前記エネルギー負荷の各々が、それぞれ該エネルギー負荷において前記信号が正常値から変化したことを検出し、
前記検出に応答して、各エネルギー負荷で独立に、それぞれ該エネルギー負荷の前記ローカル応答関数によって規定される前記電力変更量で、自身の電力消費を変更する、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは、エネルギー管理に関する。より具体的には、本発明は、集中ポートフォリオ管理に基づくエネルギー負荷（例えば、電気、ガス）の独立ローカル制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々な種類のエネルギーについて、いろいろなレベルでのエネルギー管理が求められている。電力市場では、産業現場または住宅でのローカルエネルギー管理、ならびに配電網および送電網のエネルギー管理がある。天然ガス市場では、ローカル管理ならびにガス輸送システムでの管理がある。ところが、供給網運用者は、電力の需要と供給のバランスの確保および電力網に関する周波数変動への応答、ならびに天然ガス網に関する需要と供給のバランスの確保および圧力変動への応答など、それぞれのエネルギー供給網の様々な側面を管理することは、ますます難しくなりつつあると感じている。
【０００３】
一般的に、供給網運用者は、安定かつ応答性の高い電力網または天然ガス網を確保するために、そのエネルギー生産者またはそのエネルギー消費者に対して、挙動の指令を与える（または金銭的インセンティブを与える）ことができる。具体的に、電力の分野では、電力網運用者は、電力の産業的消費者および／または生産者から規制容量を購入することができる。このようなサービスを提供する消費者または生産者は、自身の電力消費を低減もしくは増加させる指令を、電力網の安定性および品質を維持するために電力網運用者によって必要とされるときに受ける。電力消費の低減もしくは増加は、素早く増減するのではなく、比較的長い時間にわたって安定していなければならないという特有の要件があり得る。重要なことは、電力網運用者は、個々の負荷レベルではなく、ポートフォリオレベルで負荷を管理することを望むということである。
【０００４】
高速応答時間は、電力網運用者にとって特に重要であり得る。電力網運用者は電力網で提供される電力の周波数（米国では６０Ｈｚ、欧州では５０Ｈｚ）を（指令によって）安定させて維持しなければならないが、電力網周波数を許容マージン内に維持することは困難であり得る。例えば、発電所が予期せず停止される場合、大きな電力量が突然に使用できなくなり（需要が供給を上回り）、電力網における周波数は低下することになる。同様に、大きな産業負荷が発生して、その需要を供給で満たすのが遅いと、電力網における周波数は低下することになる。電力網の周波数が低下した場合、電力網における電力消費を低減することによって、または供給を増加させることによって、周波数をその基準レベルに戻すことができる。しかしながら、多様な産業的消費者の集まりの中から、電力消費の低減を指令することは困難であり得る。そして、おそらく、それよりも重要なことは、電力網運用者が低減を達成しようとする典型的には数分のオーダではなく数秒のオーダである速さで、電力消費の低減を達成することは、非常に困難であり得るということである。集中管理システムで、偏差を検出し、電力の低減をスケジューリングし、そのスケジュールを短時間で確実に産業負荷に伝えることは不可能な場合がある。逆のことも同様に発生する可能性がある。例えば、再生可能電力生産量を過小予測した場合に発生するような、供給が需要を上回るときには、周波数は、その基準レベル（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）よりも高く上昇する。これは、電力生産を減少させることによるか、または電力消費を増加させることよるか、いずれかによって相殺することが可能である。
【０００５】
同様に、天然ガス網では、圧力が一定の基準レベルに維持されなければならない。天然ガスは貯蔵することがはるかに容易であるものの、予期せぬ事態によって、天然ガス網の圧力が低下または上昇する場合がある。その場合、他の（近隣）区域の消費を制御することが、圧力をその元の基準レベルに戻す解決策である。
【０００６】
従来技術による方法として、負荷において単純なバイナリスイッチを使用することが含まれ、これにより、電力の周波数が一定のレベルに低下したことをスイッチで検出すると、負荷全体をオフに切り替える（例えば、周波数が４９．９Ｈｚに低下したときに、負荷はオフに切り替えられる）。しかしながら、これは静的技術であって、スイッチは、常に特定の周波数で負荷をオフに切り替えるしかない単独のハードウェアデバイスであり、このようなデバイスは、そのようにして負荷を頑なにオフに切り替えることを、他の情報を考慮することなく、何ヶ月または何年にもわたって実施することがある。また、この技術は、運用上またはビジネス上の制約に基づく電力アクティブ化のための「要請」をローカル運用管理者が拒否することは許されないという意味で、「一方的に」作用するものでもある。さらに、この技術は、負荷レベルで実施されるものであって、ポートフォリオ最適化の効果が得られるものではない。
【０００７】
Ｒｏｍｂｏｕｔｓ  Ｊ．Ｗ．らに発行された米国特許第８４１７３９１号「Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  ｄｅｍａｎｄ−ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｅｎｅｒｇｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ（自動デマンドレスポンス・エネルギー管理システム）」は、負荷に対して最適な制御パラメータを決定し、それらのパラメータを用いてスケジュールを決定することに主に関するものである。これは、周波数応答について考察しておらず、また、集中制御に固有の比較的遅い応答をいかにして克服するかについても対処していない。
【０００８】
Ｍａｓｓｅｙ  Ｊ．Ｓ．ら名義による欧州特許出願公開第２５６０１３６号「Ｍｅｔｈｏｄ，ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｐｒｏｇｒａｍ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒ  ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ  ｄｅｍａｎｄ  ｅｖｅｎｔｓ（デマンドイベントのスケジューリングのための方法、システム、およびコンピュータプログラムプロダクト）」は、デマンドレスポンスイベントのスケジューリングに主に関するものである。このアプローチは、運用上またはビジネス上の制約に基づく電力アクティブ化のための「要請」をローカル運用管理者が拒否することは許されないという意味で、「一方的に」作用するものでもある。さらに、この技術は、負荷レベルで実施されるものであって、ポートフォリオ最適化の効果が得られるものではない。
【０００９】
Ｇｒｅｅｎｅら名義による欧州特許出願公開第２５９５０１４号「Ｓｔａｇｇｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  ｆｅａｔｈｅｒｉｎｇ  ｏｆ  ｄｅｍａｎｄ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  aｎｄ  ｅｎｅｒｇｙ  ｓｕｐｐｌｙ  ｃｈａｎｇｅ  ｉｎ  ａ  ｅｎｅｒｇｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ａｎ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ（電力系統のエネルギー管理におけるデマンドレスポンスおよびエネルギー供給変化のスタガリングおよびフェザリング）」は、閉鎖電力系統においてピークシェービングを実施するものであるが、その負荷がローカル状態によってトリガされることはない。
【００１０】
Ｍｅｔｃａｌｆｅら名義による国際公開第２０１３／０１０２６６号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ  ｌｏｃａｌ  ｐｒｉｍａｒｙ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ（ローカル一次周波数応答を提供するための方法およびシステム）」は、動作設定点を設定することにより、ローカルドループ応答を最適化するものであるが、集中ポートフォリオ最適化は記載されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
よって、供給網運用者がポートフォリオレベルで負荷を管理することを可能としつつも、ローカル負荷が（電力網における周波数偏差のような）供給網の特性変化に迅速に応答することを可能とする技術が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的に従って上記のことを達成するため、供給網運用者が、供給網の特性変化に迅速かつ確実に応答しつつ、総合ポートフォリオレベルでエネルギー負荷のポートフォリオを管理することを可能とするエネルギー管理システムおよび技術について開示する。
【００１３】
ハイブリッドアプローチを用いて、中央サイトは、ある周波数帯域内の周波数偏差に応じて電力を低減（または増加）させるための電力網運用者による指令に基づいて、ポートフォリオ内の各負荷で電力を低減（または増加）すべき最適な周波数トリガを決定する。電力網の周波数偏差が生じた場合に、最適かつ安定した電力がポートフォリオに供給されるように、ポートフォリオの全体的なドループ応答を最適化するために、象徴的には、この周波数帯域内で負荷は「スタック」される。これらのトリガ（および対応する個々の負荷電力の低減）は、（負荷および電力網の挙動の変化に応じて）中央サイトから個々の負荷に対して定期的にディスパッチ（送信）される。周波数偏差が生じると、各負荷は、以前に受け取ったトリガおよび対応する電力低減に従って、自身の電力消費を独立（すなわち、その産業現場の外界との相互作用なく）かつ迅速に低減することが可能である。各トリガは、ローカルに測定される電力網の状態に応じて電力を低減または増加させることを負荷に伝える。周波数偏差を検出してリアルタイムで電力低減をディスパッチするために中央サイトに頼る必要はない。
【００１４】
本発明の極めて有効な特徴は、様々に異なる信頼性を有する負荷の幅広いセットを用いて、柔軟な電力をポートフォリオに提供することができるということである。実際に、電力の信頼性に関する電力網運用者の厳しい要求を、１つの負荷または生産ユニットを用いて満たすことは、単一の負荷は一般に（機械が稼働してないか、または産業的境界条件か、いずれかの理由で）常に使用できる柔軟な電力を持たないことから、困難である。本発明によれば、複雑な産業的境界条件または低い電力可用性を有する資源であっても、それらの電力がポートフォリオ内で電力網バランシングのために使用されることで、ポートフォリオの一部となり得る。その結果、より柔軟な電力をシステムで自由に使用できるようになる（電力網運用者にとって明らかな利点）とともに、そのような柔軟な電力の供給者は、そのサービスに対して電力網運用者が提供する金銭的インセンティブを受けることができる。
【００１５】
本発明の実施形態により、負荷のポートフォリオを柔軟に管理することが可能であり、これにより、電力網の周波数が一定の周波数帯域内にあるときに、総電力量を制限（シェディング）するようにポートフォリオ全体に指示することができる。例えば、電力網の周波数が４９．８Ｈｚ〜４９．９Ｈｚの間のいずれかに低下した場合は、本発明により、例えば、ポートフォリオ全体で、最大で目標値の１０ＭＷを制限できるように負荷のポートフォリオを管理することが可能である。具体的な例では、電力網の周波数が上限を１０％下回るまで（４９．８９Ｈｚまで）低下した場合は、本発明により、そのポートフォリオの消費を目標値の１０％で低減させることが、すなわち、その消費を１ＭＷ低減させることが可能である。この場合、本発明では、周波数の低下に基づいて、線形的ならびに（デジタル的など）非線形的に、ポートフォリオの電力消費を低減させることができる。さらに、ポートフォリオを構成する負荷（の一部）が十分に短い応答時間を有すると仮定して、本発明の一実施形態により、約１秒以内に応答して、ポートフォリオの電力消費を低減することが可能である。
【００１６】
実施形態は、周波数偏差が検出される電力網に関して記載されているものの、本発明は、エネルギー負荷の各々におけるローカル信号監視に応答して、分散エネルギー負荷のポートフォリオから高信頼性かつ高速応答で柔軟な電力を提供する、より一般的なシステムおよび方法を含むものである。本システムは、エネルギー負荷の各々にディスパッチパラメータが送られた後には、各エネルギー負荷で、ローカルに測定された電力網の信号に応じて、その電力消費を独立に調整可能であることによって、高信頼性である。エネルギー負荷（すなわち、ディスパッチパラメータ）の再構成が必要となるときを最小限とすることによって、さらなる信頼性が得られる。本システムは、各ローカルエネルギー負荷でローカル信号測定をリアルタイムで実施することが可能であること、および、有意なローカル信号が測定されたときに中央ロケーションからの指示を待つ必要なく、その負荷の効果制御がリアルタイムで可能であることによって、（１００ｍｓのオーダで）高速応答を提供する。柔軟な電力とは、ポートフォリオ内のすべてのローカル負荷の共同作用によって、負荷のポートフォリオ全体で、その電力使用量を増加または減少させることが可能であることを意味する。
【００１７】
また、実施形態は、電力網上の信号の変化に応じて特定の電力消費の変更に当事者が同意する場合について記載されているものの、本発明は、より一般的に、信号に対する応答として負荷のポートフォリオの所望の電力応答を示す、合意された応答関数に適用される。その応答関数は、線形または非線形とすることができ、電力網上の周波数変化に応じた後述の特定の電力の変更は、具体的な応答関数の一例である。そして、後述のディスパッチパラメータ（例えば、各負荷に対して、ローカル電力レベルおよび関連付けられた周波数トリガ）は、中央サイトから個々の負荷にディスパッチされる（ポートフォリオ応答関数から導出された）ローカル応答関数の具体的な例である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
添付の図面を併用して、以下の説明を参照することにより、本発明は、そのさらなる効果と共に、最も良く理解されることができる。
【図１】図１は、本発明の一実施形態によるエネルギー分配システムを示している。
【図２】図２は、エネルギー分配システムと組み合わせて使用されるエネルギー管理システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図３】図３は、約２５分の期間にわたる電力網の周波数を示すグラフである。
【図４】図４は、特定の電力網において周波数帯域内で生じる特定の周波数の確率分布のグラフである。
【図５】図５は、周波数ｆ１と周波数ｆ２との間で生じる特定の周波数の確率分布の別のグラフである。
【図６】図６は、２つの負荷によって消費される電力が時間とともに変化することが、負荷の構成に影響を及ぼす様子を示すグラフである。
【図７】図７は、電力網における周波数変化に対してローカル負荷のポートフォリオがいかに応答するのかを示すグラフである。
【図８】図８は、図２の中央ユニットおよびローカルユニット（負荷サイト）の、より詳細なブロック図である。
【図９】図９は、例えば中央ユニットで集中的に実施される、負荷を構成するプロセスを示すフロー図である。
【図１０】図１０は、構成ステップ７１６を実行できる一実施形態を示すフロー図である。
【図１１】図１１は、電力網周波数の低下に応答して、表１に示すディスパッチパラメータを用いて、負荷２でその電力をいかに削減するのかを示している。
【図１２】図１２は、遅延パラメータを用いる効果を示している。
【図１３】図１３は、ローカルユニットで、その負荷の機械設定点をディスパッチする実施形態を示すフロー図である。
【図１４】図１４は、本発明の再構成プロセスを示すフロー図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の実施形態を実施するのに適したコンピュータシステムを示している。
【図１５Ｂ】１５Ｂは、本発明の実施形態を実施するのに適したコンピュータシステムを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
上述のように、本発明は、継続的分配を可能とする分配網を介して供給されるエネルギーに適用可能である。これには、電気または天然ガスによって供給されるエネルギーが含まれる。本発明は、周波数が低下したときに個々の負荷で電力を制限することに関して記載しているものの、本発明は、周波数が上昇するか、または周波数以外の電力網状態が変化したときに、電力消費を増加させるように負荷に要求することにも同様に適用可能である。また、以下の説明では、電力網に関連した様々な例を提示しているものの、本発明は、異なる分配網状態を有する他の種類のエネルギー分配網にも同様に適用可能であり、以下で説明するようにローカルレベルで独立に実施されるポートフォリオレベルの最適化は、それらのエネルギー分配網にも有効であることは、当業者であれば理解できるであろう。
【００２０】
［エネルギー分配システム］
図１は、本発明の一実施形態によるエネルギー分配システム１００を示している。効果的に、本発明は、電力網における周波数の低下に応答して、負荷のポートフォリオで、その電力消費を規定量だけ低減することを指令する能力を、いくつかのエネルギープレーヤのいずれかに与えるとともに、ローカル負荷レベルでの独立制御を用いて１００ｍｓのオーダでの応答を実現する。電力網運用者は、周波数の低下に応答して、産業的消費者からなるポートフォリオで、それらの電力消費を低減することを要求することができ、典型的な要件は、電力を低減するための応答時間が１５秒など、秒のオーダであることである。ポートフォリオの負荷を制御する（比較的遅い応答時間を有する）完全集中システムでは、この応答時間を実現することは不可能な場合がある。また、従来技術によるローカル負荷スイッチは、柔軟性がなく、電力網上または負荷内における変化を考慮しておらず、また、ポートフォリオの個々の負荷を協調的に調整することもない。そこで、本発明は、ハイブリッドアプローチを用いて、中央ユニットで、ポートフォリオ全体の最適化に基づいて各負荷に対する周波数トリガを定期的に決定し、それらのトリガを伝達し、これにより、各負荷で、周波数の低下が検出されたときに、中央ユニットとは独立に、直ちに電力を低減するように対応することが可能である。
【００２１】
図示されているのは、長距離にわたって電力を伝送する典型的な送電網１０４である。エネルギー施設１０６で、石炭火力発電施設、原子力発電施設、石油火力発電施設、天然ガス発電施設など、従来の手段によって電力を生産し、さらに、風力、バイオマス、太陽光、水力、波力または潮力など、再生可能源を用いることもできる。従来、電力会社は、電力を生産するとともに供給していたが、現在では、エネルギー生産者は、エネルギーを生産するが供給しないことがあり、エネルギー供給者は、消費者に電力を供給するが生産しないことがある。このようなエネルギー供給者は、発電資産自体を備えていても、備えていなくてもよく、一般的には、市況およびポートフォリオの変化に応じて電力を売買するエネルギートレーダとして活動する。これらの施設、生産者および供給者のすべては、参照符号１０６を用いて広く包含される。
【００２２】
送電網１０４は、ローカル配電網１１２に接続されており、これにより、住宅、電力の企業消費者および産業的消費者に対して電力を供給する。それらの施設および電力網に加えて、さらに電力網運用者が、電力の供給に関与する。送電系統運用者（ＴＳＯ）１０８（例えば、ベルギーのＥｌｉａ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｏｐｅｒａｔｏｒ  ＳＡ、または英国のＮａｔｉｏｎａｌ  Ｇｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ＰＬＣ）は、送電網の高圧部の安定性を維持し、一方、配電系統運用者（ＤＳＯ）１１４（例えば、デンマークのＥｎｅｒｇｉｎｅｔ、ベルギーのＥａｎｄｉｓまたはＩｎｆｒａｘ、など）は、低圧配電網１１２の安定性を維持する。（ＴＳＯまたはＤＳＯのそれぞれは、中圧を扱うこともある。）他の組織（エンティティ）は、バランサ１１６と呼ばれるエネルギー供給者における個人（または機能）であり、非効率性を回避し、ＴＳＯによってペナルティが課されることを回避するように、電力の需要と供給の両方でバランスを維持することを目的とする。同様の組織は、同じく供給者におけるトレーダ１１６であり、他のエネルギープレーヤと電力を取引する。１０８、１１４、または１１６のそれぞれは、インターネットのようなグローバルネットワークに接続されたコンピュータ１２１〜１２３を使用することができる。共同で電力を管理するこれらの組織、すなわち、生産者、供給者、施設、運用者、バランサ、およびトレーダのすべては、総称して「エネルギープレーヤ」と呼ばれる。
【００２３】
より詳細に後述するように、（ＴＳＯまたはＤＳＯのような）供給網運用者または（自身が所有する需給ポートフォリオのバランスを維持する権限を持つ）エネルギー供給者は、（サーバコンピュータ、データベース、方法、および通信ハードウェアを含む）中央ユニットと通信し、これにより、それぞれの供給網運用者または供給者は、供給網における特定の周波数偏差に応答して一定の秒数内で負荷のポートフォリオの規定の電力低減が実施されることを指令することが可能である。米国特許第８４１７３９１号は、エネルギー負荷の電力柔軟性を最大化するための技術を開示しており、この文献は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２４】
［エネルギー管理システム］
図２は、エネルギー分配システム１００と組み合わせて使用されるエネルギー管理システム１４０の一実施形態を示すブロック図である。図示されているのは、供給網運用者２１０およびポートフォリオ内の任意の数のエネルギー負荷１８０〜１８６と通信する中央ユニット１６０である。中央ユニット１６０は、ユーザインタフェースコンピュータ１６２、コンピュータサーバ１６４、およびデータベース１６８を含み、好ましくはクラウドベースのものであるが、共同設置データセンタ内のサーバ、専用サーバインフラストラクチャ、パーソナルコンピュータ、または分散環境など、他の方式も企図される。一実施形態では、中央ユニット１６０は、ベルギーのＲｅｓｔｏｒｅ Ｎ．Ｖ．によって管理されるものであり、このユニットは、共同設置データセンタ内の専用サーバのセットである。
【００２５】
一実施形態では、インタフェースコンピュータ１６２（または、いくつかのコンピュータ）は、システム１４０を管理し、コンピュータ１６４および負荷１８０〜１８６へのインタフェースを提供し、供給網運用者２１０および負荷との通信を調整し、そして広く中央ユニットへのフロントエンドを提供する。中央ユニットは、提供されるべき柔軟な電力量を、電力網上でローカルに測定できる信号の関数として規定する具体的なポートフォリオ応答関数（例えば、周波数帯域、応答時間、および、その帯域の最下点まで周波数が低下した場合に負荷のポートフォリオ全体でどのくらいの電力を制限すべきか）を指定する契約条件を、電力網運用者２１０から受け取る。それらの条件に基づいて、中央ユニットは、各負荷の処理ユニットを構成するために用いられるポートフォリオ内の各負荷に対するローカルディスパッチパラメータのセットを計算する。これらのディスパッチパラメータは、ローカルに測定される電力網信号における変化に応じて個々の負荷でそれぞれ提供されるべき電力量を規定するローカル応答関数を記述している。そして、ディスパッチパラメータは各負荷に送信され、その後、各負荷は、自身でローカルに検出する周波数偏差に基づいて、その電力をリアルタイムで管理することが可能である。電力網運用者は、個々の負荷に信号を直接送信することはなく、また、それらの負荷をリアルタイムで直接制御することもない。そのようなローカル応答関数の典型例は、電力網周波数偏差と、提供される柔軟な電力量との間の線形関係を記述するものである。以下では、この例に注目する。しかしながら、ローカル信号を柔軟な電力にマッピングするローカル応答関数は、同様に非線形挙動を示すものでもあり得るということに留意すべきである。
【００２６】
非線形応答関数の例として、以下のものが含まれる。非線形応答関数の最も単純な例は、「周波数＜Ｘの場合は何もしない；周波数≧Ｘの場合は、柔軟な電力の最大量を提供する」というようなデジタル応答関数である。他の例では、天然ガス網を想定し、バランシングのためにガスコンテナを用いることを想定する。その場合、応答関数は、Ｖ＝ｓｉｇｎｕｍ（δ）δαと表すことができ、ここで、Ｖは、コンテナから追加される（またはＶが負の場合は、取り除かれる）ボリュームであり、δは、基準圧力とガス網における実際の圧力との差であり、αはパラメータであり、ｓｉｇｎｕｍ（ｘ）は、ｘ＞０の場合に＋１、ｘ＜０の場合に−１である。
【００２７】
コンピュータ１６２は、システム１４０を管理するために個人によって使用される（ラップトップまたはデスクトップコンピュータなどの）任意の適切なコンピュータである。データは、データベース（または、いくつかのデータベース）１６８に保存することができる。本明細書に記載の技術を実施するために、コンピュータサーバ１６４（または、いくつかのサーバ）上でアルゴリズムエンジンおよびディスパッチエンジンが実行される。中央ユニット１６０は、通信ネットワーク１７０に接続しており、これにより、それが管理している種々の負荷のすべてと通信する。ディスパッチパラメータは、通信ネットワーク１７０を介して負荷１８０〜１８６の各々に伝送されることができる。一実施形態において、各負荷におけるサーバは、ＩＰＳｅｃ ＶＰＮによってプライベートワイヤレスネットワークおよびファイバケーブルを用いるプライベートＶＰＮに安全に接続されており、これにより、プライベートファイバケーブルネットワークにワイヤレス接続または直接接続されて、インターネットを介した接続性を有するローカル制御システムと負荷を接続することが可能である。各負荷のサイトにおいて、サーバ１６４と負荷のローカル制御システムとの間のデータ転送を管理するためのバッファが設けられる。
【００２８】
本発明を用いる効果があり得る電気負荷１８０〜１８６の例は、製造所、冷蔵倉庫、ラップトップ、工業用オーブンおよびその他の熱負荷、コンピュータ、データセンタ、電気車両充電ネットワーク、揚水式水力発電施設、工業電解、農業機器、空調機器、資材運搬機器、油およびガスポンピングシステム、醸造所、などである。一般的に、電気負荷は、その負荷が電力網に接続されているとともに、それに接続されたローカル制御システムを有しているか、またはそれをローカル制御システムに接続可能であるか、いずれかであれば、本発明とともに用いるのに適している。各負荷は、一般的には、中央ユニットによる電力レベル制御を受けることに同意する産業現場における自律機械または機械のセットである。これらの産業現場は、様々に異なる地理的位置から電力網に接続することが可能であり、典型的には、独立の工業企業からの一部である。
【００２９】
［負荷構成の例］
図３は、約２５分の期間にわたる電力網の周波数３１０を示すグラフ３００である。周波数帯域３１４は、４９．８Ｈｚから４９．９Ｈｚまでの範囲である。図示のように、周波数は低下して、ある期間にわたって４９．９Ｈｚを下回っており、その後、再び上昇する。順序付き負荷のセット３１８は、制限され得る特定の電力量（この場合は、１０ＭＷ）を表すとともに、周波数帯域３１４内で特定の方法で順序付けされた負荷１、２、３を示している。この例では、電力網運用者が、周波数帯域３１４と、周波数が４９．８０Ｈｚまで低下した場合に負荷のポートフォリオによって制限されるべき電力量１０ＭＷと、を提示して、契約条件を中央ユニットに対して規定したと仮定する。
【００３０】
負荷のポートフォリオ内で、特定の順序で負荷を遮断する（または負荷への電力を低減する）ことが望ましい可能性があることが分かっている。例えば、負荷１、２、３は、周波数が低下して４９．９Ｈｚを下回った場合に負荷１が（例えば）３ＭＷの電力消費の低減を指示され、周波数が低下して約４９．８７Ｈｚを下回った場合に負荷２が電力を４ＭＷ低減し、周波数が低下して約４９．８３Ｈｚを下回った場合に負荷３が電力を３ＭＷ低減するように、順序付けして示されている。従って、電力網の周波数が、４９．８Ｈｚ〜４９．９Ｈｚの周波数帯域内のいずれかに低下した場合には、本発明により、ポートフォリオの電力消費を最大１０ＭＷ低減することが可能である。この例では、負荷のポートフォリオは、周波数が４９．９Ｈｚに低下したときにアクティブ化され、個々の負荷は、それぞれ、その上限周波数トリガ点（例えば、負荷２の場合は４９．８７Ｈｚ）に達したときにアクティブ化される。
【００３１】
また、最も高い電力可用性を有する負荷をより上位に順序付ける、より長い期間にわたって電力可用性を有する負荷をより上位に順序付ける、最も低いボラティリティを有する負荷をより上位に順序付ける、最も高速の応答時間を有する負荷をより上位に順序付ける、などの基準によって、周波数帯域内で負荷を順序付けすることができる。電力可用性とは、ある特定の負荷の電力柔軟性を意味する。例えば、負荷１は、通常は５ＭＷで動作する（または動作するためにこの量を必要とする、またはこの量が法的に期待される）が、その電力消費を２ＭＷの電力に一時的に低減することが（負荷運用者が同意している許容できる影響を負荷に及ぼしつつ）可能であり、この場合、この負荷で、その電力を一定期間にわたって３ＭＷ低減できるという意味で、負荷１は３ＭＷの電力可用性を有していると言える。その期間の長さは、一般的には、その産業システム自体の内部のバッファによって規定される。一例は、冷蔵倉庫の低温である。（低温を発生させる）圧縮機が限られた時間にわたってオフに切り替えられると、これは、一般に、短期間から中期間では、冷蔵倉庫内の温度に軽微な影響しか及ぼさない。同様に、製造業者が、生産品の一定の在庫を備えている場合は、その工場は一定時間にわたって生産を停止することが、在庫から製品を出荷しつつ、可能である。他の負荷は、より低い電力可用性を有する場合があり、スタックにおいて、より下位に順序付けることができる。逆に、現在は５ＭＷの電力で動作している負荷が、１ＭＷの追加電力を受け入れても依然として正常に機能することが可能であることで、（負荷が消費する電力を増やすことを要請される実施形態において）１ＭＷの電力可用性を有する場合がある。負荷の瞬時電力可用性がかなり高い場合であっても、それよりも重要なのは、特定の長さの時間にわたる電力可用性であり得る。従って、比較的長い期間にわたって一定の電力可用性を有する負荷を、はるかに高いけれども変動する電力可用性を有する同様の負荷よりも、上位に順序付けることができる。概して、可用性の電力とは、負荷の産業的境界条件（すなわち、負荷をいかに運用すべきかを定める制約）にいずれも違反することなく、高信頼性でオフに切り替える（または増加させる）ことが可能な負荷の電力を意味する。
【００３２】
負荷のボラティリティ（不安定度）とは、負荷の電力消費が時間とともに変化する量を意味する。いくつかの負荷は、常にオン（ゼロボラティリティ）である場合があり、一方、他の負荷は、オン・オフの切り替えが非常に頻繁（より高いボラティリティ）である場合がある。ボラティリティが高い負荷は、その負荷が既にオフにされている確率が高い場合には、迅速に電力を制限するために当てにすることはできない。ボラティリティが最も低い負荷は、リストにおいて、より上位に順序付けることができる。高速応答時間とは、負荷が、一定の電力量を比較的迅速に制限することが可能であることを意味する。需要側の周波数応答の領域では、数秒のオーダで応答することが可能な負荷を、リストにおいて、より上位に順序付けることができる。負荷の順序の決定では、これらの基準から１つのみ用いることができ、これらの基準の組み合わせに基づくこともでき、さらに、電力網運用者からの契約条件に依存する。概して、高信頼性で電力を制限できる能力が最も高い負荷が、スタックにおいて、より上位に順序付けられる。
【００３３】
図示のように、負荷１、２、３には、オーバラップしない周波数サブバンドが割り当てられているが、一方、１つ以上の負荷がオーバラップするように、負荷を順序付けることが可能である。例えば、負荷１と２の両方を、周波数が低下して４９．９Ｈｚを下回ったときに両方の負荷が電力の制限を指示されるように、第１位に順序付けることができる。あるいは、負荷１が、４９．９Ｈｚから下へ約４９．８７Ｈｚまでの周波数帯域に相当する場合に、負荷２を、４９．８９Ｈｚから下へ４９．８３Ｈｚまでの周波数帯域に相当するように、順序付けることができる。また、周波数帯域が連続していることは、必須ではない。例えば、負荷１が４９．９Ｈｚ〜４９．８７Ｈｚの帯域に相当する場合に、負荷２は、４９．８５Ｈｚ〜４９．８３Ｈｚの帯域に相当することができる。さらに、周波数サブバンドは、周波数範囲ではなく、単なる単一周波数（例えば、４９．８４Ｈｚ）であってもよい。
【００３４】
前述のように、本発明は高速応答時間を有し、これにより、電力網の周波数が低下して、ある特定の負荷に対するトリガ点を下回った場合は、その負荷は、要求された電力の制限を、直ちに、すなわち秒のオーダまたはそれ未満で、実施することが可能である。例えば、負荷１は、現在６ＭＷを消費しているバイナリ負荷であって、３ＭＷの電力可用性を有すると仮定すると、周波数が低下して４９．９０Ｈｚを下回った場合に、この負荷は、電力網周波数をローカルに検出して、３ＭＷを直ちに遮断する。
【００３５】
図４は、特定の電力網において周波数帯域３１４内で生じる特定の周波数の確率分布のグラフ３４０である。グラフ３４０に示すように、周波数が低下して４９．９Ｈｚを下回るときには、約４９．８６Ｈｚから約４９．８８Ｈｚまでの範囲３４４にある可能性が高く、周波数が約４９．８５Ｈｚを大きく下回って低下する可能性は低い。最も可能性の高い周波数偏差に応答するためには、その最も可能性の高い周波数偏差が生じた場合に、高信頼性の負荷を用いて電力を制限することが重要であり得る。従って、３１８に示すように、高信頼性で電力を制限できる能力がより高い負荷を、スタックにおいて、電力を制限できる能力がより低い負荷よりも上位に位置付けるように、負荷をスタックすることができる。このようにして、本例では、負荷１が最も高信頼性の負荷であると確認されたので、負荷１は、スタックにおいて最上位に位置付けられて、領域３４４を含む周波数サブバンドをカバーしている。同様に、より信頼性が低い負荷は、電力を制限するために、これらの信頼性がより低い負荷が必要とされる周波数シフトが生じる可能性がより低いように、スタックにおいて、より下位に位置付けられる。
【００３６】
図５は、周波数ｆ１と周波数ｆ２との間で生じる特定の周波数の確率分布の別のグラフ３６０である。図示のように、電力網の最も可能性の高い周波数は、３７４と３７８で生じ、一方、より可能性の低い周波数は、３８４と、大まかに３８８の領域内で生じる。この代替実施形態では、電力を制限できる能力が最も高い負荷で、ピーク領域３７４と３７８に対応する周波数をカバーするように、負荷をスタックすることが、より重要であり得る。従って、周波数が３７４および３７８のときに、電力を制限できる能力が最も高い負荷がアクティブにされ得る一方、周波数が３８８のときに、電力を制限できる能力がより低い負荷がアクティブにされ得るように、負荷を順序付けることができる。図４に関する上記のスタッキングとは異なり、３８４における周波数に対応する負荷は、３７８における周波数に対応する負荷よりも、電力を制限できる能力がより低いものであり得る。
【００３７】
図６は、２つの負荷によって消費される電力が時間とともに変化することが、負荷の構成に影響を及ぼす様子を示すグラフ４００である。この例では、パーセンテージによる電力使用量を、時間に対してプロットしている。図示されているのは、一定期間（この場合は、９７分）にわたって電力を消費する負荷１と負荷２である。最初の時間４３２では、負荷１は、１００％能力であって、より安定性の高い電力を有する一方、負荷２は、８０％未満の能力であって、より安定性の低い電力を有する。この場合、中央ユニットは、負荷１の安定性およびより高いその電力可用性に基づいて、これを、周波数帯域において、負荷２よりも先に順序付けるべきと判断することができる。アクティブ化順序をリスト４４２に示しており、これは、電力網の周波数が特定の周波数帯域に低下したときに、負荷１が最初にアクティブ化されることを意味している。このリストは（図示していない他のディスパッチパラメータと共に）、個々の負荷にディスパッチ（送信）される。
【００３８】
ところが、時間４３４では、負荷１で消費される電力は、劇的に減少しており、その電力使用量パーセンテージは、負荷２の電力使用量よりも低い。例えば、負荷２の平均電力使用量は７０％よりも若干高く、一方、負荷１の電力使用量は、７０％未満に減少している。この情報に基づいて、中央ユニットは、この場合、これらの負荷を再構成することを決定する。例えば、負荷の電力使用量が減少して７０％の閾値を下回った場合に、再構成を要することを、パラメータで設定することができる。負荷１は、このとき、負荷２よりも低い電力使用量を有する（さらには、より低い電力可用性を有し得る）ので、負荷２は安定性で劣るにもかかわらず、負荷１よりも上位に負荷２が位置付けられたことを示す新たな順序付けリスト４４４が、中央ユニットによって生成される。さらに、負荷２に帰する柔軟電力量を増加させることができる一方、負荷１の柔軟電力量を減少させることになる。そして、この新規のリストは、個々の負荷にディスパッチされる。
【００３９】
時間４３６では、負荷１の電力使用量は、特定の閾値を超えて増加して（または、特定の状態に戻って）おり、これは、再び中央ユニットによる負荷の再構成を示唆する。従って、新たな順序付けリスト４４６が生成されて、負荷にディスパッチされる。順序付けリストにおいて各負荷に関連付けられているのは、（例えば、図３に示すような）その特定の負荷が電力を制限すべきときの周波数（または、いくつかの周波数）を示す周波数サブバンドと、どのくらい制限すべきか、である。本例では、負荷の構成および再構成は、電力網の周波数が、負荷１および２でカバーされている周波数サブバンドに低下する前に、実施される。具体的な実施形態では、各負荷が受け取る必要があるのは、リストにおけるその位置と、その具体的なディスパッチパラメータのみである。
【００４０】
再構成の別の例では、図３の負荷について考える。周波数が、負荷２に対応するサブバンドに低下した場合には、負荷１は（３ＭＷを制限して）オフにされており、負荷２は電力の制限を開始している。各負荷の状態を継続的に監視する間に、中央ユニットは、（おそらくプロセスの制約によって）負荷１を再度オンにする必要があることを検出する。このため、再構成を実施して、負荷１は、再び３ＭＷを消費し、負荷３は、オフにする（３ＭＷを制限する）ことを要請される。実際には、この結果、負荷３が最上位、負荷２は中位のまま、負荷１が最下位であるように、負荷スタックは再順序付けされることになる。このようにして、電力網の周波数が指示された周波数帯域内にある間に再構成を実施することが、周波数がその帯域に低下する前に実施することに加えて、可能である。
【００４１】
図７は、電力網における周波数変化に対してローカル負荷のポートフォリオがいかに応答するのかを示すグラフ５００である。図示のように、ｘ軸は、電力網の周波数であり、ｙ軸は、（電力を生産する発電所の視点から）電力網の安定性を維持するために必要な総電力である。点５０２は、例えば、ヨーロッパでは５０Ｈｚである、その所望の周波数である電力網を表している。線５０４は、要求される電力レベルであり、電力網の周波数が低下したときに、電力網を安定化させるためには、供給電力の増加（または、負荷で使用される電力の低減）が必要とされることを示している。逆に、周波数が高くなると、電力網を安定化させるためには、生産電力の減少（または、負荷で使用される電力の増加）が必要とされる。この例では、電力網運用者が、周波数偏差に対する線形応答を望んでいることを示している。
【００４２】
図示されているのは、ローカル負荷５２２〜５２６のポートフォリオのための、周波数ｆ１と周波数ｆ２の間の特定の周波数領域５１０である。この例では、電力網の周波数が、ｆ１とｆ２の間の周波数帯域内のいずれかに低下した場合に、ポートフォリオで使用される総電力が低減されるように、負荷５２２〜５２６のポートフォリオで使用される電力を、中央ユニット１６０が管理することを、電力網運用者２１０は要求している。５０２とｆ１との間への周波数の低下は、５０２を超える周波数の上昇と同様に、他の方法で処理することができる。
【００４３】
そこで、中央ユニット１６０は、電力網における過去の周波数が、周波数ｆ１とｆ２の間の分布５３０で示される確率を有することを確認する。中央ユニットは、さらに、周波数領域５１０を３つのサブドメイン５４２〜５４６に分割すること、および、ローカル負荷を５２２、５２４、５２６と順序付けるものとすること、を決定する。従って、周波数が低下してｆ１を下回り、かつ第１のサブドメイン５４２内にあるときには、ローカル負荷５２２が、その電力消費を指定された量で低減することになる。電力網における周波数が第２のサブドメイン５４４内にあるときには、ローカル負荷５２４が、その電力消費を指定された量で低減することになる。同様に、周波数がサブドメイン５４６内にあるときには、ローカル負荷５２６が、その電力消費を指定された量で低減する。それぞれ指定される量は、中央ユニットによって先験的に決定されるものであって、それぞれの負荷で異なり得るものであり、また、指定される総量は、周波数がｆ２に低下した場合に、電力網運用者によって要求される電力レベル低減の総量である。効果的に、これらの周波数サブドメイン、ローカル負荷の順序付け、および各負荷に対する指定量は、中央ユニットにより決定されて、各負荷にディスパッチされる。従って、各ローカル負荷は、電力網における周波数の低下を独立に検出することが可能であり、これにより、中央ユニットからの電力低減指令を待つことなく、指示されたように自身の電力使用量を低減する。帯域ｆ１〜ｆ２内の所与の周波数では、いずれも、ローカル負荷によるすべての電力低減の合成効果は、そのポートフォリオに対して電力網運用者が要求する電力低減に相当する。
【００４４】
［ブロック図］
図８は、図２の中央ユニットおよびローカルユニット（負荷サイト）の、より詳細なブロック図である。前述のように、周波数偏差に応答して、どの負荷を調整するかを決定するだけではなく、各負荷を直接制御するような中央システムでは、秒のオーダの応答時間が要求されることが多い場合には、高速性または信頼性が十分ではない。例えば、電力網で、かなりの周波数偏差が生じて、負荷のポートフォリオの電力消費を直ちに減少させる必要がある場合に、計算を実行して、中央システムから個々の負荷にそれぞれ制御信号を送信することは、あまりにも時間がかかる。このような集中システムでは、そのような偏差が発生しているときに、もし負荷のうちのいずれかとの通信に障害が発生すると、その負荷の電力は削減できないことになり、それは、電力網運用者への電力の供給ができないことを意味する。本発明は、これらの問題に対処している。
【００４５】
概して、ポートフォリオ管理は、例えば、中央ユニット１６０におけるコンピュータサーバ１６４上で実行できるアルゴリズムエンジン６２２およびディスパッチエンジン６２４によって集中処理される。分散制御は、それぞれの負荷サイト１８０、１８１で、ローカルユニットコンピュータ６７０、６８０を用いて処理される。ディスパッチエンジン６２４は、通信ネットワーク１７０を介して、各負荷の状態（電力消費、電力可用性、電力安定性、など）を継続的に監視するとともに、アルゴリズムエンジン６２２がポートフォリオ内の負荷の再構成の必要性を示唆した場合に、各ローカルユニットに対するディスパッチパラメータの新たなセットをディスパッチする。アルゴリズムエンジン６２２は、各負荷の電力制限能力を推定および予測することと、電力網の状態を推定および予測することに基づいて、ポートフォリオ内の各負荷の挙動を学習すること、および、各負荷に対するローカルディスパッチパラメータのセットを再計算すること、を担う。従って、アルゴリズムエンジンは、（図３、６、７に示すような）負荷の順序付けリストを定期的に生成し、さらに、各負荷に対するローカルディスパッチパラメータのカスタムセットを生成する。ディスパッチパラメータの各セットは、ローカル負荷が電力を制限すべき周波数サブバンドと、どのくらいの電力を制限すべきか、を含んでいる。中央ユニットは、要するに、この電力網のための最適な周波数応答を有する仮想負荷（ローカル負荷からなる、そのポートフォリオ集合体）を生成する。
【００４６】
前述のように、ローカル制御は、ポートフォリオの負荷に分散される。各負荷（例えば、負荷１８０のローカルユニット６７０）は、ローカルディスパッチパラメータのそのカスタムセットを中央ユニット１６０から受け取ると、各負荷で、中央制御とは独立に、その電力を低減することが可能である。電力網の周波数が低下した場合に、各負荷で、中央ユニットからの指令信号を待つ必要なく、ディスパッチパラメータのそのセットに従って、電力を低減する。このように、ポートフォリオ管理は、中央ユニットで周波数偏差をリアルタイムで検出することに頼ることなく、実施される。ローカル制御は、よりロバストであって、応答時間を向上させる。
【００４７】
各負荷で、周波数計６７４および電力計６７６を用いて、現在の電力網周波数および自身の電力消費を継続的に検出することが可能である。負荷において周波数がその負荷のトリガ点に達した（または、その周波数サブバンド内にある）場合に、負荷はアクティブにされて、独立に、そのディスパッチパラメータを用いて直ちに自身の電力消費を低減する。当技術分野で知られているように、フィールドバス６７８は、産業機械のリアルタイム分散制御のための業界で使用されるコンピュータネットワークプロトコルである。負荷での電力消費を低減するために、フィールドバスおよび関連するコンピュータハードウェアおよびコントローラを使用する方法は、当業者であれば分かるであろう。当然のことながら、他のネットワークプロトコルを、負荷での機械制御に用いることもできる。
【００４８】
この場合、周波数偏差の発生よりも前の時点で中央ユニットから受け取った周波数サブバンドおよび指令された電力低減を用いることで、周波数偏差が発生したときには、ローカルに取得された情報のみに基づいて、負荷で消費される電力を低減する。電力網の周波数が、特定の負荷に対する周波数サブバンド内に低下したときに、その負荷は、中央ユニットからの指示を待つ必要はない。さらに、中央ユニット１６０は、負荷からのフィードバックに基づいて、負荷を定期的に再構成して、新たなローカルディスパッチパラメータを各々の負荷に配布することができる。ディスパッチパラメータは、負荷で使用される電力の減少、負荷での電力安定性の低下、負荷による応答時間の増加、電力可用性の減少、負荷が使用不能である、など、負荷内で検出された変化に基づいて、変更することができる。
【００４９】
各負荷は、自身のディスパッチパラメータを定期的に受け取るので、アクティブ化が検出される（すなわち、電力網における周波数が特定の閾値を下回ったことが検出される）といつでも、各負荷は、独立に、自身の電力消費を調整することが可能である。このようにして、ポートフォリオを全体として管理するためだけではなく、アクティブ化の際に可能な限り高速で応答するために、中央制御とローカル制御のハイブリッドを利用する。
【００５０】
［集中的構成のフロー図］
図９は、例えば中央ユニット１６０で集中的に実施される、負荷を構成するプロセスを示すフロー図である。ローカル監視ステップ７０８で、瞬時電力消費、電力網周波数、負荷における温度、（電気オーブン内の電流、圧縮機内の圧力、冷蔵倉庫内の温度、など）それぞれ柔軟な資源に関連した他の状態変数など、ローカル負荷の各々の状態を監視する。この状態情報は、ディスパッチエンジン６２４で受け取られて、ログの形式で、アルゴリズムエンジン６２２に供給される。非ローカル監視ステップ７１２には、電力網運用者により測定された電力網周波数、電力網に供給された電力、送電または配電が実施される領域全体の平均温度、近隣国から輸入された電力量、電力のスポット価格など、特定の負荷に固有ではない他の関連データが含まれる。この情報は、市場データおよびログの形式で、同様にアルゴリズムエンジン６２２に供給される。また、履歴データベース７２０でも、ローカルおよび非ローカル情報をリアルタイムで受け取って、これにより、予測に使用するための履歴情報を保存する。例えば、特定の負荷の電力使用量の履歴を用いて、その負荷が今後どのように電力を使用するかを予測することができ、電力網周波数の履歴を用いて、いつ周波数偏差が生じる可能性があるかを予測することができる。この履歴情報は、さらに、ログおよび構成履歴の形式で構成ステップ７１６にも供給される。
【００５１】
予測ステップ７３０は、電力網の将来の状態（その周波数など）、または負荷の状態（各負荷の電力可用性、予想される電力のボラティリティ、産業的境界条件に関連して監視されるパラメータがどのように変化するか、など）を予測するために、監視ステップおよび履歴データベースから情報を受け取る。例えば、ステップ７３０では、３０分で８０ｍＨｚの周波数低下があることを予測することができ、この場合、契約電力の８０％をアクティブにする必要がある。そして、この情報をステップ７１６で用いて、負荷のポートフォリオを構成することができる。
【００５２】
さらに、構成ステップでは、電力網運用者２１０から契約条件７３４を受け取る。前述のように、電力網運用者は、電力網の周波数が特定の周波数帯域内に低下したときに負荷の特定のポートフォリオへの電力を低減することを中央ユニットに要求する契約を、中央ユニットの運用者と結ぶことができる。例えば、図３は、そのような契約条件を象徴的に示しており、この場合、中央ユニットは、周波数が低下して４９．９Ｈｚを下回ったときに、負荷のそのポートフォリオへの電力の低減を開始することを義務付けられており、さらに、周波数が４９．８Ｈｚに低下したときに、電力を総量で１０ＭＷ低減させることを義務付けられている。さらなる契約条件では、周波数の低下に応じて、電力を線形的に低減させることを規定することができ、例えば、４９．９Ｈｚを下回って．０１Ｈｚ低下するごとに１ＭＷの低減を規定することができる。すなわち、契約条件では、周波数偏差に応じて、ポートフォリオ全体で消費される電力を比例して低減させることを規定することができる。他の実施形態では、契約条件で、特定の周波数トリガ点に達したときに負荷またはいくつかの負荷を完全にオフに切り替えることなど、周波数偏差と必要な電力低減との間の非線形関係を規定することができる。さらに、契約は、電力低減のための応答時間が、約１０秒未満であること、約１５秒未満であること、などを規定する、時間的条件を含むことができ、さらに電力削減の期間の長さを含むことができる。なお、電力網運用者からの要求は、ポートフォリオレベルのものであり、電力網運用者は、周波数偏差に応じた個々の負荷レベルでの電力変更は指示していないということに留意すべきである。
【００５３】
前述のように、本発明は、記載の周波数応答の実施形態に加えて、一般的に、ローカルに測定される信号に応じて、エネルギー負荷のポートフォリオの性能を最適化することに適用される。その場合、一般的に、ローカル監視７０８には、ポートフォリオ内の各エネルギー負荷の状態が含まれ、電気負荷の場合、個々の機器の状態（オン／オフ／故障）、プロセス変数（産業プロセスの流体またはガスの温度もしくは圧力など）のような、他の状態情報が含まれる。さらに、ステップ７６８でローカル機械設定点を決定する際には、各エネルギー負荷に対する制約（産業的境界条件）が考慮されるが、ただし、ステップ７１６において考慮されてもよい。また、上記の契約条件７３４は、周波数偏差に関連したものであるが、ローカルに測定される電力網の信号に応じてポートフォリオの特定の電力の変更を要求する任意の適切な契約条件を入力することができ、そのような契約条件の例は、電力網においてローカルに測定された電圧または電流が、あるレベルを超えている（または下回る）ときに、負荷に要求される応答である。また、非ローカル監視７１２には、上述の関連データ、またはエネルギー負荷の電力可用性を予測可能にすることに関連した他のデータ、または契約条件に関連したデータ、のいずれかが含まれる。
【００５４】
図１０は、構成ステップ７１６を実行できる一実施形態を示すフロー図である。ステップ８０４で、データベース７２０から、各負荷についてのローカルデータなどの履歴データを取得し、それには、経時電力消費、その負荷で測定された周波数、その負荷がエネルギーをどのように消費したかを示す他の負荷状態情報（例えば、負荷の内部温度および他の負荷状態変数）、および、例えば機械の問題、修理、保守、プラントのダウンタイムなどの理由で、その負荷が使用不能になったとき、が含まれる。さらに、区域温度、（周波数、全体の不均衡、輸入／輸出などを含む）電力網データ、およびスポット電力価格のような、非ローカル履歴データも取得される。
【００５５】
ステップ８０８で、個々の負荷のそれぞれと、さらに負荷のポートフォリオについて、統計モデルを構築する。履歴情報を用いて、負荷ごとの統計モデルで、負荷の経時電力消費をモデル化し、それを用いて各負荷の電力可用性を推定することができる。負荷で使用された経時的な電力をログ記録するローカルデータに加えて、他のローカルデータで、柔軟な負荷の電力可用性をログ記録する。例えば、ローカルデータは、さらに、オンもしくはオフに切り替えが可能な負荷、またはその電力消費が弊害なく低減された負荷もログ記録する。負荷ごとの統計モデルに加えて、各負荷のモデルおよび全体としてのポートフォリオの相関情報を用いて、ポートフォリオ全体の結合統計モデルを構築することができる。例えば、冷蔵倉庫からなるポートフォリオの場合、その区域の温度は、結合統計モデルの構築に用いることができる関連する相関情報である。統計モデルは、様々な技術を用いて構築することができ、具体的には、モーメントマッチング法、（個々の負荷のための）ＡＲＩＭＡモデルと結合分布のためのコピュラモデルなどの技術を用いることができる。
【００５６】
ステップ８１２で、以前のアクティブ化を用いて、各負荷について過去の成功率を計算する。本実施形態では、成功率は、契約条件７３４に関して負荷の挙動が良好であった程度と定義することができる。例えば、契約条件には、負荷がオフにされるときに必須の数秒の応答時間、および周波数トリガに基づく特定の電力レベルが含まれることがある。その応答時間内で電力を低減するとともに、特定の周波数偏差に応じてその電力消費を低減する負荷は、より高い成功率を有することになり、負荷のスタッキング（例えば、スタック３１８）において、より上位に位置付けられる可能性がある。これに対し、応答時間内にオフにならないか、または周波数偏差に応じた量でその電力を低減しない負荷は、負荷のスタックの下位の方に位置付けられる可能性がある。成功率を定義する別の方法は、負荷の成功率を、負荷がアクティブ化されているときに過去に受けたペナルティに反比例させることである。この成功率情報は、後の最大化ステップで、負荷の適切なスタッキングを助けるために用いられる。
【００５７】
ステップ８１６で、各負荷の将来の可用性を予測する。負荷の可用性とは、その負荷が作動しているとともに電力を消費しており、かつアクティブ化に使用する（すなわち、その電力消費を低減または増加させる）ことが可能であることを意味する。将来の可用性には、各負荷（または特定のサイトにおける各機械）の予定される可用性が含まれ、また、将来の修理および保守のスケジュール、ならびに機械または負荷が作動していないであろうことが既知である時間が考慮される。負荷の予定外のダウンタイムは、ローカル負荷状態変数の履歴に基づいてダウンタイムを予測するように機械学習アルゴリズムを学習させることによって考慮される。
【００５８】
このステップでは、負荷が今後に可用性ではなくなる確率を予測し、より高い確率は、その負荷が、負荷のスタックにおいて、より下位に位置付けられるべきであることを示している。アクティブ化が実施されるよりも前に負荷が突然に可用性ではなくなった場合には、ステップ７１５で再構成を実施することが可能であり、一方、アクティブ化されているときに負荷が可用性ではなくなった場合には、ペナルティを受けることになる。
【００５９】
ステップ８２０では、最大化されることで最適なディスパッチパラメータを生成する最適化関数Ｆを定義する。最適化関数Ｆの一例を、以下で式１に示している。
【数１】
0006478247.tif 000002
【００６０】
集合｛ｆi，ｐi｝は、周波数−電力タプルの順序集合である。この集合は、周波数が低下してｆiを下回ったときにはオフに切り替えられる必要がある要求電力量ｐiを決定するために、ローカルアルゴリズムによって用いられる。この集合を、アクティブ化帯域と呼ぶ。
【００６１】
値ｍａｘp｛ｆi，ｐi｝は、周波数−電力タプルの順序集合の中で挙げられている最大電力である。従って、これは、電力網周波数の可能性のある各値に対して、負荷が周波数応答を適切に提供するために必要とされる、柔軟な電力の要求量である。
【００６２】
Ｐｒ（Ｐi＞ｍａｘp｛ｆi，ｐi｝）は、｛ｆi，ｐi｝で示されるアクティブ化帯域が所与であるとして、負荷ｉが、要求量ｍａｘp｛ｆi，ｐi｝よりも大きい可用性の電力消費のＰiを有する確率を示している。一般的に、柔軟な電力をＴＳＯに提供する場合には、提供される柔軟な電力の総量（Ｐtender）に比例した対価を受け取る（容量支払いと呼ばれる）。しかしながら、可用電力がその量を下回った場合には、ペナルティ（容量ペナルティと呼ばれる）を支払わなければならない。この項を考慮することよって、可用性（低減または増加させるために使用できる）電力が要求電力よりも大きくなる確率を最大化する。従って、これにより、容量支払いを最大化し、容量ペナルティを最小化する。
【００６３】
Ｐｒ（τi＞τT）は、応答時間τiが、契約で認められている応答時間τTよりも長くなる確率を示している。これは、ペナルティ条件を定型化したものである。
【００６４】
Ｐｒ（ξ ｍａｘp｛｛ｆi，ｐi｝＞Ｐi）は、負荷ｉの可用電力Ｐiが一定の閾値（これは、その負荷に要求される柔軟な電力ｍａｘp｛ｆi，ｐi｝の、ある割合ξである）を下回る確率を示している。これは、再構成の確率を理想化したものである。
【００６５】
グローバル構成アルゴリズムによって、要求される柔軟な電力すべての総量が、送電系統運用者に提供される柔軟な電力量Ｐtender（容量とも呼ばれる）以上の大きさであることが確保される。これが、最適化関数における最後の項の理由である。定数「ａ」、「ｂ」、「ｃ」は、例えば、履歴データのクロス検証によって決定される正の係数である。
【００６６】
従って、関数Ｆは、各負荷ｉについての周波数−電力タプルの集合｛ｆi，ｐi｝を、ある数にマッピングする目的関数である。従って、数値的手法により、様々に異なる値の大きな集合｛ｆi，ｐi｝について、Ｆの値を計算することで、それらの最適値（すなわち、Ｆを最大化する値）を決定する。その集合｛ｆi，ｐi｝は、｛（４９．８５Ｈｚ，１０ＭＷ），（４９．９Ｈｚ，５ＭＷ），（５０Ｈｚ，０ＭＷ）｝のようなタプルの集合を表し、これは、負荷ｉ（すなわち、添字ｉ）の応答関数をパラメータ化したものである。Ｐiは、負荷ｉによって消費される柔軟な電力であり、それは過去の分布から引き出された乱数である。
【００６７】
この最適化関数を最大化することによって、各負荷について｛ｆi，ｐi｝の最良の値が決まり、その結果、図３に示すような負荷の象徴的スタッキングが得られるとともに、遅延パラメータ（下記を参照）などの他のディスパッチパラメータの値が得られる。そして、前述のように、この最適な結果は、最も可能性の高い周波数帯域において、（非常に高い可用性を有して、より理想化された負荷として振る舞う）複数の負荷が同時にアクティブ化されるものであり得る。この場合、象徴的には、図３の負荷は、オーバラップし得る。一実現形態において、すべてのディスパッチパラメータ値は、関数Ｆを最大化することによって決定される。その場合、他のパラメータは、最適化関数の項のうちの１つ以上に陰的に表示されている。一例として、あまりにも素早く負荷のオン・オフの切り替えが生じることを防ぐ遅延パラメータが、ディスパッチパラメータのセットに含まれていると仮定する。非常に速く相次いで生じる２つの周波数低下は、遅延パラメータが十分に大きい場合には、１つのアクティブ化に結合されるので、この遅延パラメータは、負荷の応答時間τiひいてはペナルティ項ΣiＰｒ（τi＞τT）に影響を及ぼす。他の実現形態では、ディスパッチパラメータのうちの一部は、履歴データに対して統計分析を実行することにより決定する。遅延パラメータの場合は、そのような分析によって、短時間で相次いで生じる２つの周波数低下が２つの別々のアクティブ化につながる確率を最小化することにより、そのパラメータの値を決定する。
【００６８】
可用電力の項では、ステップ８０８で構築された結合消費の統計モデルを用いることで、可用電力の計算を助ける。ペナルティ項では、ステップ８１２からの過去の成功率を用いて、ある特定のスタッキングを所与として、予想ペナルティを計算する。前述のように、負荷が十分に高速で応答しない場合にペナルティが適用されることがあり、さらに、アクティブ化されたときに負荷がオフに切り替える電力が十分ではない場合に、ペナルティが適用されることがある。負荷が十分に高速で応答しないことによるペナルティ、または特定の周波数偏差に応じて負荷がオフに切り替える電力が十分ではないことによるペナルティは、その特定の負荷を、スタックにおいて、より下位に位置付けることによって回避することが可能である。電力網周波数が、問題の負荷に割り当てられた周波数サブバンド内に低下しなければ、ペナルティは回避される。例えば、ペナルティ項によって、負荷の特定の構成では、４９．８５Ｈｚの周波数で、８ＭＷを提供する（低減させる）のみであると判断される（そして契約では、その周波数で、ポートフォリオは１０ＭＷを提供しなければならない）場合は、ペナルティが適用され、そしてこのペナルティ値を関数Ｆから減算することで、負荷のこの特定の構成が選択される可能性を低くする。
【００６９】
一般的に、需要側の周波数応答の文脈では、電力網運用者は、使用可能とされた柔軟な電力量に対して、中央ユニット１６０の運用者に報酬を与えるが、ただし、使用可能とされた柔軟な電力が十分ではない（例えば、図３に示すように、１０ＭＷを約束している場合に、８ＭＷの低減しか提供しない）場合、またはアクティブ化が契約条件を満たしていない場合（応答時間が十分に高速ではない、電力低減が周波数偏差に応じたものではない、など）には、その報酬を削減する。最適化関数では、この情報のみ考慮することができるが、オプションとして、最適化関数は、再構成を実施するオペレーショナルリスクを考慮することができ、再構成の実施がより少ない最適化を選択することができる。例えば、構成することは、ディスパッチパラメータを中央ロケーションから個々の負荷のそれぞれに成功裏に伝達しなければならないという点で、リスクを伴い得る。さらに、最適化の目標は、オプションとして、ビジネス上の理由で、電力網運用者により課されるペナルティをより少なくしたいという希望を、（そのような最適化が収入の減少を意味し得るとしても）考慮することができる。
【００７０】
再構成の項の確率については、ステップ８１６で決定された各負荷の将来の可用性を用いるとともに、ステップ８０８からの結合統計モデルを利用して、翌日に再構成の可能性があるかどうかの確率を決定する。例えば、負荷が翌日にオフラインになる確率が高い場合は、その負荷がスタック内にあると、この関数は比較的高い値を有することになり、これにより、負荷のこの特定の構成が選択される可能性を低くする。オフラインの負荷がスタック内にないと、負荷の他の構成が選択されることになり得る。他の例では、特定の負荷が、所与の日に５ＭＷの可用電力を有する（かつ、この負荷がスタック内にある）が、この負荷は翌日には２ＭＷの可用電力しか持たないことを統計モデルが示している場合、これは、翌日に再構成が必要となり得ることを示しており、この項は比較的高い値を有することになる。従って、負荷の他の構成が、最適化関数で、より高い値を有する結果となり得る。
【００７１】
ステップ８２４で、各負荷のアクティブ化周波数（またはいくつかの周波数）および対応する各負荷の電力レベルなど、各負荷に対する最適なディスパッチパラメータを得るために、最適化関数を最大化する。最大化は、最急降下法、単純な最大化、シミュレーテッドアニーリング、または他の数値最適化手法など、様々な技術を用いて実施することができる。
【００７２】
前述のように、中央ユニットにおける構成ステップ７１６の結果として、各負荷に対する最適なディスパッチパラメータが得られ、これらは、各ローカルユニット６６０〜６９０にディスパッチされる。各負荷に対する他のディスパッチパラメータには、周波数低下に応じた電力低減は線形であるべきか否か、周波数に基づいて電力レベルを決定するために使用される関数、電力低減を達成すべき応答時間の最大値、負荷の瞬時電力消費がその下限電力を下回ったときに再構成をトリガする下限電力、および遅延パラメータ、を含むことができる。一般的に、契約条件で要求される（電力網の特性変化による）ポートフォリオの特定の電力応答は、ローカルユニットがそれらの対応するディスパッチパラメータを実現するときの協同作用によって実現される。
【００７３】
それらのパラメータは、対象とする負荷のタイプよって異なる。例えば、連続負荷、離散負荷、または所謂「デジタル」負荷があり得る。連続負荷は、例えば、０ＭＷから３ＭＷまでで動作することができ、この範囲内のいずれかで動作するように調整することができる。離散負荷は、０ＭＷ、１ＭＷ、２ＭＷ、または３ＭＷのみで動作することができるが、その間の値では動作しない。「デジタル」負荷は、オンまたはオフのいずれかとすることができ、例えば、０ＭＷまたは３ＭＷのいずれかのみで動作することができる。負荷の電力の減少が電力網の周波数の低下に線形的に従うべきである一実施形態では、様々なタイプの負荷による電力の線形減少を推定する必要があり得る。ディスパッチパラメータの様々な例を以下で提示する。
【００７４】
ディスパッチパラメータには、各負荷に対する周波数−電力マップが含まれ、これは、電力網周波数と指定された電力低減との関係を規定している。指定された電力をいかにして制限するかを決めるのは、個々の負荷である。それらの負荷は、１つずつ、周波数の低下に応じて一定の電力量の遮断を指示されることがあり、または周波数範囲がオーバラップしていることがあり、その場合、周波数がある特定の点まで低下したときに、複数の負荷が電力の制限を指示されることがある。各ユニットは、そのカスタム周波数−電力マップに基づいて、どの周波数サブバンドで自身をアクティブにする（例えば、電力を低減する）必要があるのかを知っている。例えば、周波数が４９．８３Ｈｚに低下したときに、特定の負荷は、自身が２ＭＷの電力を制限する必要があることを知っている。その場合、その負荷は、ローカルディスパッチアルゴリズムを用いて、２ＭＷを制限するために、任意の数のローカル機械をオフに切り替える。周波数が４９．８３Ｈｚよりも高く上昇すると、負荷は、（何らかの遅延パラメータに従って）その負荷を２ＭＷ増加させることができる。他の例では、３ＭＷを消費する負荷であって、１ＭＷの制限が可能であるか、またはオフにすることができる負荷について考える。この負荷には、４９．８７Ｈｚ〜４９．９０Ｈｚの周波数サブバンドが割り当てられている。この負荷に送られるマップでは、４９．９０Ｈｚで、負荷は１ＭＷを制限しなければならないこと、および４９．８８Ｈｚで、負荷は自身をオフにしなければならないこと、が規定されている。
【００７５】
表１は、図３の例に基づく例示的なディスパッチパラメータのセットを示している。パラメータ「高周波数」は、どの周波数で特定の負荷が（部分的または完全に）アクティブとなることを開始するのかを示しており、パラメータ「低周波数」は、負荷が完全にアクティブにされるときを示している。パラメータ「連続」は、負荷が連続的に削減されることが可能か否かを示している。可能である場合は、負荷は、「高周波数」での０ＭＷから、「電力マップ」に示された「低周波数」での電力量まで、線形的に電力を制限する。例えば、負荷１は、３ＭＷを線形的に制限する。連続的が不可である場合は、負荷は、パラメータ「電力マップ」に示された周波数でのその電力を削減する。例えば、負荷３は、周波数が４９．８２Ｈｚに達したときに、その規定の３ＭＷをすべて削減する。
【表１】
0006478247.tif 000003
【００７６】
図１１は、電力網周波数の低下に応答して、表１に示すディスパッチパラメータを用いて、負荷２でその電力をいかに削減するのかを示している。図示のように、負荷は、周波数が４９．８７Ｈｚに低下する８５０までは、その電力の低減を開始することなく、８５０の時点で、負荷は１ＭＷの制限を開始する。周波数が４９．８６５Ｈｚに達する８５２と、負荷は、総量で１．３ＭＷの制限を開始する。これは、周波数が４９．８４Ｈｚに低下する８５４まで継続し、８５４の時点で、負荷は、４ＭＷのその可用電力のすべてを制限する。負荷は、周波数がさらに低下すると、４ＭＷの制限を継続する（８５６）。本例に示すように、負荷が特定の電力量の制限を開始したときから、その電力レベルに達するまでに、遅延があることに留意すべきである。
【００７７】
図１２は、遅延パラメータを用いる効果を示している。遅延パラメータは、スケジューリングを安定化するための、特定の非対称遅延を指示するものである。図示のように、電力網周波数８６２が５０Ｈｚから低下するときには、負荷がアクティブにされて負荷の電力レベル８６４が約１０ＭＷから０ＭＷに低下する前に、短い遅延がある。一方、周波数が４９．８Ｈｚから上昇し始めて負荷のアクティブ化がもはや不要となったときには、人工的な遅延８６６が導入されることで、電力レベルは、その遅延後までは上昇を開始しない。周波数が上昇を開始したときに増加し始める電力消費の遅延は、周波数が低下を開始するときに減少する電力消費の遅延よりも大きいので、遅延は非対称であり得る。
【００７８】
遅延パラメータは、中央ユニットから送られるディスパッチパラメータの１つであって、ゼロ、秒、または分数の値を有し得る。電力網周波数は、特定の周波数で変動し得るので（負荷の素早いオン・オフを引き起こす可能性があり）、よって、負荷をオンに戻すことを遅延させることが望ましい。負荷のオン・オフの切り替えを繰り返すことは、その機械の劣化につながる可能性があり、また、場合によっては、負荷がちょうどオンにされたばかりである場合には（負荷をオフにする）高速応答時間を達成できないことがある。電力網周波数が負荷のトリガ点を超えて上昇したときに、負荷をオンに戻す切り替えを遅延させることは、これらの問題に対処するものである。また、電力網周波数が低下したときに、負荷が直ちに遮断されることは重要であり得る一方、周波数が上昇したときに負荷を迅速にオンに戻すことは、電力網運用者にとって、それほど重要ではないことがある（さらに、そのような遅延にはペナルティがないことがある）。履歴データベース７２０は、電力網について経時的な周波数情報を保存しており、そのような情報を用いて、変動がよく生じる周波数、および、それはどのような時であるか、を特定することができる。これにより、変動が生じるトリガ周波数を有する負荷に対して、有効な遅延パラメータを導入することができる。
【００７９】
前述のように、本発明は、周波数偏差に対処するためにローカル負荷に対してディスパッチパラメータを出力すること以外にも、幅広く応用される。一般に、ステップ８２４の出力は、各負荷ｊ（ｊ＝１．．．Ｌ）に対するディスパッチパラメータのセットａｓ(j)であって、ここでｓ＝１．．．Ｓはパラメータの数であり、各負荷に対するディスパッチパラメータのセットは、各負荷でローカルに測定される信号を、その負荷の特定の電力設定点（または、いくつかの設定点）にマッピングするために使用される。ローカル負荷においてディスパッチパラメータのセットが及ぼす効果によって、ポートフォリオに対する電力要件を達成する。
【００８０】
［ローカルディスパッチのフロー図］
図１３は、ローカルユニットで、その負荷の機械設定点をディスパッチする実施形態を示すフロー図である。最初のステップ７４０で、特定の負荷におけるローカルユニットのコンピュータは、負荷の特性を含むローカル情報を取得する。さらに、ステップ７４４で、ローカルユニットは、例えば、ローカル負荷における電力網の現在の周波数を、周波数計６７４を用いて検出することにより、現在の状態を特定する。また、電圧、圧力、スループット、ローカル温度、電流など、他のローカル状態を特定することもできる。一般的に、ステップ７４４では、負荷の状態を特定するために、ローカルエネルギー負荷における任意のローカル信号を確認または測定する。ステップ７４８では、特定の状態の最近の履歴をローカルユニットによって取得し、例えば、過去２４時間にわたる、ローカル負荷における電力網の周波数を取得する。
【００８１】
ステップ７５２で、この履歴情報を、測定誤差に対処することなどにより、クリーニングすることができる。ステップ７５６では、現在の状態および履歴を用いて、ローカル負荷における電力網の有効な現在の状態を特定する。例えば、ローカル周波数が極めて変動しやすい場合は、ステップ７５６で、ローカル電力レベル計算のためにより望ましい有効な周波数を推定するために、ステップ７４４からの測定された瞬時周波数の時間平均を用いることができる。
【００８２】
周波数が特定されたら、ローカルユニットのコンピュータは、以前に中央ユニットから送られたローカルディスパッチパラメータ７６０を取得する。これらのパラメータには、ローカル負荷で電力網の特定の周波数を検出したときにローカル負荷は自身の電力をいかに低減すべきか規定する周波数−電力マップが含まれる。特定された状態（電力網周波数）と、周波数−電力マップとを比較する。特定された状態が、マップで指示された周波数範囲内に（または、指示された周波数で）ある場合には、ステップ７６２で、負荷をアクティブにすると決定する。そうでない場合は、ローカルユニットは、引き続き、状態を特定し、それをディスパッチパラメータと比較する。例えば、図３は、周波数−電力マップを象徴的に示しており、この場合、電力網の周波数が約４９．８７Ｈｚから４９．８３Ｈｚまで低下するときに、負荷２は、自身の電力消費を線形的に総量で４ＭＷ低減させなければならない。
【００８３】
ステップ７６４で、ローカルユニットは、この周波数−電力マップを用いて、負荷の新たなローカル電力レベルはどうであるべきか決定する。例えば、ローカルユニットは、過去と現在の電力網周波数に基づいて、基準電力レベルＲとアクティブ化される電力量Ｐの両方を決定する。この場合、負荷が適合すべき新たなローカル電力レベル（すなわち、絶対電力レベル）は、Ｒ−Ｐである（実際には、負荷は、可能な限り大きい電力量であって、かつＲ−Ｐよりも小さい電力量を消費すべきである）。例えば、負荷が１０ＭＷを消費しており、２ＭＷがアクティブ化される場合は、新たなローカル電力レベルは８ＭＷである。
【００８４】
ローカル電力レベルが決定されたら、ステップ７６８で、ローカルディスパッチアルゴリズムを用いて、このローカル負荷を構成する機械の各々について、実際の機械設定点を決定する。ローカルディスパッチアルゴリズムおよび実際の機械設定点は、負荷のタイプによって異なる。例えば、負荷は、１０台の異なるモータを含む場合があり、その各々は、独立に遮断することができる。あるいは、負荷は、連続可変の電力レベルを有する単一の機械、またはオンもしくはオフのいずれかとすることができる機械、で構成されることがある。ディスパッチアルゴリズムの目的は、負荷の電力レベルが可能な限り厳密に新たな電力レベルに一致するように、負荷の機械を制御することである。機械の設定点として、機械をオンまたはオフのどちらかとすること、機械の可変電力レベル、機械の温度、システムの圧力、機械の電流、現にアクティブ化される部分負荷の数、を含むことができる。
【００８５】
その電力が連続的に可変である単一の機械で構成される負荷の場合、ローカルディスパッチアルゴリズムにとって、機械設定点を決定することは、例えば、「周波数の．０１Ｈｚの低下ごとに電力を１ＭＷ低減する」とするなど、簡単なことであり得る。また、その電力がオンまたはオフのいずれかである複数の機械で構成される負荷の場合であっても、ディスパッチングは、例えば、「周波数の．０１Ｈｚの低下ごとに１つの機械をオフにする」とするなど、比較的簡単であり得る。その電力がオンまたはオフのいずれかである単一の機械（または複数の機械）を有する負荷の場合は、他の技術を用いて、新たな電力レベルに適合するように、機械設定点を決定する。電力網周波数が４９．８９Ｈｚに低下したときのバイナリ負荷の例であって、指令により、新たな電力レベルは、３ＭＷではなく、２ＭＷでなければならない例について考える。電力網運用者は、一般的には、２０秒の平均を用いて電力を測定するので、２０秒間の電力レベルで２ＭＷの平均電力レベルの結果を達成するように、この負荷の３ＭＷ機械をオンとオフに切り替えることが可能である。この例では、負荷のローカルディスパッチアルゴリズムにより、負荷は、２０秒ごとに、その時間の２／３はオンであり、その時間の１／３はオフであるように、機械設定点を決定する。
【００８６】
他の例では、負荷の電力消費は、負荷に流れる電流を設定することによって制御できると仮定する。電圧をＶ、電流と電圧との間の測定された位相角をφとすると、電流の設定点は、（Ｒ−Ｐ）／（Ｖ＊ｃｏｓ（φ））となる。他の例では、負荷は、ｎ通りの電力レベルを有し、これは、１（最低）からｎ（最高）までの範囲の変数＄Ｘを使用して、フィールドバスプロトコルを用いてプラグラム可能であると仮定する。変数＄Ｘの最良の値を決定するために、ローカルユニットは、可用電力レベルの各々について、低いものから高いものへと反復処理し、結果として得られる電力レベルは、依然としてＲ−Ｐよりも小さくなるかどうかチェックする。レベルｍが、結果として得られる電力レベルがＲ−Ｐよりも小さくならない最初のレベルであると仮定すると、負荷の設定点は、＄Ｘ＝（ｍ−１）であると決定される。
【００８７】
新たな機械設定点が決定されたら、次に、負荷は、例えば、フィールドバスプロトコル６７８を用いて、これらの設定点を機械に伝達することにより、その結果、その電力を低減する。周波数シフトを検出してから電力を低減するまでの応答時間は、機器（一部の機器は「ラグ」を有するか、または、弊害を引き起こさないために、その消費を徐々に減少させる必要がある）と、通信待ち時間およびソフトウェアの計算時間に依存する。機器については、その範囲は、０ｓ（一部の電気エンジン）から１日（接続された多くの部品を備える複雑なプロセス）であり、通信およびソフトウェアについては、その応答は、１０ｍｓのオーダである。典型的には、総応答時間は、数秒のオーダである。
【００８８】
さらに、設定点によって達成される電力が、計算されたローカル電力レベルに可能な限り厳密に一致することを確認するために、フィードバックが供給される。一致していない場合は、ループ７５６〜７６８を再度実行する。例えば、電力を調整するために電流設定点を用いる場合は、必ずしも線形関係ではないので、フィードバックを用いることが必要となる。また、電力が低減されたら、電力網の周波数が変わる可能性がある（ポートフォリオ内の十分な負荷で、それらの電力消費を成功裏に低減した場合、おそらく周波数は増加する）。従って、ローカルユニットは、電力網の状態を継続的に確認し、必要に応じて、新たなローカル電力レベルを計算する。中央ユニットから新規のディスパッチパラメータ７６０を受け取ることは、常にあり得る。
【００８９】
具体的な一実施形態では、ローカルユニットにおいて、電力網の状態およびローカル電力レベルは、ほぼ毎秒、リアルタイムで特定される。このとき、ディスパッチアルゴリズムは、機械設定点を直ちに決定してディスパッチし、（アクティブである間は）毎秒、これを実行し続ける。
【００９０】
［再構成のフロー図］
図１４は、本発明の再構成プロセスを示すフロー図である。構成が集中的に実施されて、ディスパッチパラメータが各負荷に送られた後は、再構成が必要であるかどうか判断するために、負荷の状態を頻繁に監視することが効果的である。頻繁に負荷を再構成する（これは、多くの資源を要し、かつリスクの可能性がある）のではなく、監視を頻繁に実施し（これは、最小限のデータを用いて、高速で実行可能である）、再構成は、必要な場合にのみ実行する。一実施形態では、監視は、１０秒ごとに実施される。他の実施形態では、中央システムによるローカル監視へのサブスクリプションによって、データの変更のみが中央システムに伝えられる。
【００９１】
図示のように、ステップ７０４〜７２０は、中央ロケーションで実行されて、その結果、各負荷に対するディスパッチパラメータのカスタムセットが得られ、それらは、例えば、ローカルユニット６７０〜６９０に配布される。ローカル負荷におけるローカルユニット６７０は、コンピュータを有し、これにより、周波数計および電力計からの入力を受け取り、中央ユニットから受け取ったディスパッチパラメータのそのセットを分析し、機械設定点を決定し、そして（例えば、フィールドバスプロトコルを用いて）ローカル負荷で電力を低減するように指示する。
【００９２】
中央ユニットで、各負荷からフィードバック７０４を受け取り、これにより、ステップ７０９で、各負荷の内部状態を継続的に監視する。例えば、各負荷の瞬時電力消費および状態情報を監視する。ステップ７１３における非ローカル監視には、上記の非ローカルデータのいずれを含むこともできるが、典型的には電力網周波数のみが含まれる。
【００９３】
ステップ７１５で、中央ユニットは、再構成を実施すべきかどうか、すなわち、異なる周波数サブバンドまたは異なる電力レベルで負荷がアクティブ化されるように、ポートフォリオの負荷を再構成すべきであると、ローカルまたは非ローカル状態の変化が指示しているかどうか、判断する。このステップでは、さらに、各負荷の現在のディスパッチパラメータも考慮される。このステップにおける監視の利点は、完全な再構成を実施すべきかどうか決定するのに必要とされるのは、最小限のデータのみであることである。例えば、ステップ７１５では、（ステップ７６４で決定された）各負荷の元のローカル電力レベルを、各負荷の瞬時電力消費と比較する。負荷が使用している電力のほうが少ない（例えば、前の構成でのその電力レベルの約９０％よりも少ない）場合は、再構成を実施する。負荷が消費している電力のほうが多い場合、これは可用性の増加を意味するので、再構成はトリガされない。
【００９４】
他の例では、何らかの理由（例えば、ユニット６７０におけるコンピュータクラッシュ、機械の故障、または負荷の所有者による判断）で、負荷が使用不能となったこと、または使用不能となること、が検出された場合にも、再構成が示唆され得る。監視は頻繁に実施されているとしても、ポートフォリオを頻繁に再構成することは、システムの安定性を強化するためには望ましくない場合がある。一実施形態において、ステップ７１５で使用されるパラメータによって、再構成を、平均して１日１回に制限する。
【００９５】
再構成を実施すべきである場合は、ステップ７１６で、中央ユニットにおいて新たに負荷の構成を実施する。例えば、図６は、ローカルの変化によって、結果的に負荷が新たに順序付けされることを示している。さらに、この順序付けに、履歴データベース７２０を用いて情報を提供することもでき、それには、図４、５、７に示すような周波数の確率情報、過去の負荷順序付け情報が含まれる。負荷が再構成され（そして各負荷に新たな周波数−電力マップが割り当てられ）たら、ディスパッチパラメータの新たなセットが、通信ネットワーク１７０を介してローカルユニットの各々に送られる。
【００９６】
図示のように、ローカルユニット６７０〜６９０は、アクティブ化の能力の降順で、上から下に順序付けされて、象徴的に示されている。すなわち、より高い電力可用性、より高い電力安定性、より高速の応答時間を有する特定の負荷は、より低い電力可用性、より低い電力安定性、もしくは、より低速の応答時間、またはこれら３つの組み合わせを有する負荷よりも、上位に順序付けされる可能性がある。また、能力がより高いユニットには、周波数偏差が生じる可能性がより高い周波数サブドメインが割り当てられ、これにより、可能性が高い周波数シフトに対して、より高速の応答を可能とする。
【００９７】
［電力網周波数の増加または他の電力網パラメータへの適用可能性］
前述のように、本発明は、（ポートフォリオの電力消費の低減を必要とする）電力網周波数の低下に適用できるだけではなく、（ポートフォリオの電力消費の増加を必要とする）電力網周波数の増加にも適用可能である。例えば、図３は、５０Ｈｚ未満の周波数帯域への周波数低下に応答する負荷のスタッキングを示しているが、５０Ｈｚ超の周波数増加に応答するように、負荷をスタックすることができる。その場合は、（電力可用性が最も高い、安定性が最も高い、高速応答時間、など）最も能力の高い負荷が、より低周波数に、または確率の高い周波数領域周辺に、位置付けられる。また、図７では、点５０２の左側に、負荷５２２〜５２６のスタッキングを示しているが、電力網周波数が通常よりも高く上昇したときの状況に対処するために、点５０２の右側に、負荷をスタックすることができる。さらに、契約条件７３４では、（例えば、ヨーロッパでは）５０．１０Ｈｚ〜５０．２０Ｈｚの周波数帯域にあるときに、負荷のポートフォリオがアクティブ化されること、および、周波数が５０．２０Ｈｚに達した場合は（例えば）総量で１０ＭＷ余分にポートフォリオで消費すること、を要求することができる。図１１は、電力網周波数が低下したときにアクティブ化された負荷で電力を制限する文脈で説明されたが、周波数が上昇したときの予定された電力を、アクティブ化された負荷で消費することもできることは、当業者であれば理解できるであろう。また、図１２は、周波数が上昇を開始した後に遅延を導入する遅延パラメータについて説明しているが、そのような遅延パラメータを、周波数が低下するときに用いることもできる。概して、当業者であれば、本開示を読解することで、電力網周波数が正常値を超えて上昇したときにポートフォリオの電力消費が増加するようにポートフォリオの負荷を管理するために、本発明を実施することが可能であろう。
【００９８】
さらに、本発明が適用される電力網パラメータの他の例は、電圧である。実際に、電力網では、ローカルレベルまたはグローバルレベルで、電圧低下／ノイズが発生する可能性があり、同じ方法論で柔軟な電力資源のポートフォリオを用いて、数秒以内で電力網が最適に改善されることは明らかである。また、測定信号以外の、負荷で受信される信号を用いることもできる。例えば、電力供給者も、例えば自身のポートフォリオのバランスを維持するために、高速応答時間を有する電力柔軟性に関心がある。このような設定で使用される場合、ローカル負荷レベルでのアクティブ化は、電力網周波数の測定によるのではなく、例えば、電力供給者が送信する外部信号によってトリガされる。
【００９９】
［天然ガス網への適用可能性］
【０１００】
前述のように、本発明の実施形態は、天然ガスによってエネルギーを供給する天然ガス網（およびその個々の負荷）にも適用可能である。この実施形態では、ガス網の状態とはガス圧力であり、このガス圧力が、各ローカル負荷で検出される。ガス圧力が低下した場合には、ローカル負荷で、この低下を検出し、中央ユニットから送られたローカルディスパッチパラメータのセットを用いて、天然ガスのその消費を低減させる。この場合、ディスパッチパラメータは、圧力の低下に応じて負荷が使用する天然ガス（力）をどれほど減少させる必要があるのかを規定する圧力−力マップを提供するものである。また、ガス網のガス圧力が高まった場合にも、本発明を用いることができる。概して、負荷は、ガス網に接続されているとともに、それに接続されたローカル制御システムを有しているか、またはローカル制御システムに接続可能であるか、いずれかであれば、そのガス負荷は、本発明と共に使用するのに適している。
【０１０１】
［コンピュータシステムの実施形態］
図１５Ａおよび１５Ｂは、本発明の実施形態を実施するのに適したコンピュータシステム９００を示している。図１５Ａは、コンピュータシステムの１つの可能な物理的形態を示している。当然のことながら、コンピュータシステムは、集積回路、プリント回路基板、（携帯電話機またはＰＤＡなどの）小型ハンドヘルドデバイス、パーソナルコンピュータ、またはスーパーコンピュータなど、数多くの物理的形態をとることができる。コンピュータシステム９００は、モニタ９０２、ディスプレイ９０４、ハウジング９０６、ディスクドライブ９０８、キーボード９１０、およびマウス９１２を備える。ディスク９１４は、コンピュータシステム９００との間でデータを転送するように用いられるコンピュータ可読媒体である。
【０１０２】
図１５Ｂは、コンピュータシステム９００のブロック図の一例である。システムバス９２０には、様々なサブシステムが接続されている。（中央処理装置またはＣＰＵとも呼ばれる）プロセッサ（複数の場合もある）９２２は、メモリ９２４を含む記憶装置に接続されている。メモリ９２４には、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）が含まれる。当技術分野で周知のように、ＲＯＭは、データおよび命令をＣＰＵに対して一方的に転送するように機能し、ＲＡＭは、一般に、データおよび命令を双方向に転送するように用いられる。これらのタイプのメモリはどちらも、後述のコンピュータ可読媒体のうちの任意の適切なものを含むことができる。さらに、固定ディスク９２６が、ＣＰＵ  ９２２に対して双方向に接続されており、これは、追加のデータ記憶容量を提供するものであって、同じく後述のコンピュータ可読媒体のいずれかを含むことができる。固定ディスク９２６は、プログラム、データなどを保存するために使用することができ、一般的には、主記憶装置よりも低速である（ハードディスクなどの）補助記憶媒体である。なお、固定ディスク９２６内に保持されている情報は、適切な場合に、標準的な方法でメモリ９２４内に仮想メモリとして組み込むことができることは、理解されるであろう。リムーバブルディスク９１４は、後述のコンピュータ可読媒体のいずれかの形態をとることができる。
【０１０３】
ＣＰＵ ９２２は、さらに、ディスプレイ９０４、キーボード９１０、マウス９１２、およびスピーカ９３０など、様々な入力／出力装置に接続されている。一般に、入力／出力装置は、ビデオディスプレイ、トラックボール、マウス、キーボード、マイクロフォン、タッチ式ディスプレイ、トランスデューサカードリーダ、磁気もしくは紙テープリーダ、タブレット、スタイラス、音声もしくは手書き認識装置、バイオメトリクスリーダ、または他のコンピュータのいずれかであり得る。ＣＰＵ  ９２２は、任意選択的に、ネットワークインタフェース９４０を用いて、他のコンピュータまたは通信ネットワークに接続され得る。このようなネットワークインタフェースを用いることで、ＣＰＵが、上記の方法ステップを実行する過程で、ネットワークから情報を受信し得ること、またはネットワークに情報を出力し得ること、が企図される。また、本発明の実施形態の方法は、ＣＰＵ  ９２２で単独で実行することができ、またはインターネットなどのネットワークを介して処理の一部を共有するリモートＣＰＵと連携して実行することができる。
【０１０４】
なお、本発明の実施形態は、さらに、種々のコンピュータ実施オペレーションを実行するためのコンピュータコードを含むコンピュータ可読媒体を備えた、コンピュータストレージプロダクトに関する。媒体およびコンピュータコードは、本発明の目的のために特別に設計および構成されたものとすることができ、またはコンピュータソフトウェア技術分野の当業者にとって周知かつ入手可能な種類のものとすることができる。コンピュータ可読媒体の例として、限定するものではないが、ハードディスク、フロッピーディスク（登録商標）、磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭおよびホログラフィックデバイスのような光学媒体、フロプティカルディスクのような光磁気媒体、さらに、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、ＲＯＭおよびＲＡＭデバイスのような、プログラムコードを記憶および実行するように特別に構成されたハードウェアデバイス、が含まれる。コンピュータコードの例として、コンパイラによって生成されるような機械語コード、およびコンピュータによってインタプリタを用いて実行される高級言語コードを含むファイル、が挙げられる。
【０１０５】
上記の発明は、明確な理解を目的として、ある程度詳細に記載しているが、添付の請求項の範囲内でいくらかの変更および変形を実施することができることは明らかであろう。よって、記載された実施形態は例示とみなされるべきであって、限定するものではなく、また、本発明は、本明細書で提示した詳細に限定されるべきではなく、添付の請求項およびその均等物の全範囲によって規定されるべきである。
本発明は、以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１］
エネルギー分配網に接続されて、それぞれ電力消費を有するエネルギー負荷からなるポートフォリオの電力消費を変更する方法であって、
前記エネルギー負荷の各々において前記分配網上で測定可能な信号に対する前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの所望の電力応答を示すポートフォリオ応答関数を、中央ユニットで受け取ることと、
前記信号の変化に応じた電力変更量を示す前記エネルギー負荷の各々のローカル応答関数を、前記中央ユニットで決定することと、
前記ローカル応答関数を、それぞれ対応する前記エネルギー負荷に対して、前記中央ユニットから送信することと、
前記送信の後に、前記エネルギー負荷の各々によって、それぞれ該エネルギー負荷において前記信号が変化したことを検出することと、
前記検出に応答して、各エネルギー負荷で独立に、それぞれ前記ローカル応答関数に従った前記電力変更量で、自身の電力消費を変更することであって、前記電力変更量の組み合わせによって、前記所望の電力応答を実現することと、を含む方法。
［適用例２］
適用例１に記載の方法であって、
前記エネルギー負荷は、電気負荷であり、
前記エネルギー分配網は、配電網であり、
前記信号は、前記配電網の周波数である、方法。
［適用例３］
適用例２に記載の方法であって、
前記検出された周波数が、前記配電網の通常の動作周波数よりも低い場合、前記方法は、更に、
前記検出に応答して、各電気負荷で独立に、前記電力変更量で、自身の電力消費を低減することであって、電気負荷の前記ポートフォリオの電力消費を、前記所望の電力応答によって低減させることを含む、方法。
［適用例４］
適用例２に記載の方法であって、
前記検出された周波数が、前記配電網の通常の動作周波数よりも高い場合、前記方法は、更に、
前記検出に応答して、各電気負荷で独立に、前記電力変更量で、自身の電力消費を増加することであって、電気負荷の前記ポートフォリオの電力消費を、前記所望の電力応答によって増加させることを含む、方法。
［適用例５］
適用例１に記載の方法であって、
前記エネルギー分配網の分配網運用者は、前記信号が、ある信号範囲で変化したときに、前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの前記電力消費が、前記所望の電力量で変更されることを要求する、方法。
［適用例６］
適用例１に記載の方法であって、更に、
前記検出に応答して、各エネルギー負荷で独立に、前記中央ユニットから入力を受けることなく、自身の電力消費をリアルタイムで変更することを含む、方法。
［適用例７］
適用例６に記載の方法であって、更に、
各エネルギー負荷で独立に、秒のオーダで、自身の電力消費を変更することを含む、方法。
［適用例８］
適用例１に記載の方法であって、更に、
各エネルギー負荷の電力消費を、それぞれ該エネルギー負荷の境界条件に違反することなく、前記電力変更量で変更することを含む、方法。
［適用例９］
適用例１に記載の方法であって、
前記エネルギー負荷は、ガス負荷であり、
前記エネルギー分配網は、ガス分配網であり、
前記信号は、前記ガス分配網の圧力である、方法。
［適用例１０］
適用例１に記載の方法であって、
前記ポートフォリオ応答関数は線形関数である、方法。
［適用例１１］
エネルギー分配網に接続されて、それぞれ電力消費を有するエネルギー負荷からなるポートフォリオの電力消費を変更するためのシステムであって、
前記エネルギー負荷の各々において前記分配網上で測定可能な信号に対する前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの所望の電力応答を示すポートフォリオ応答関数を受け取るように構成された中央演算ユニットであって、更に、前記信号の変化に応じた電力変更量を示す前記エネルギー負荷の各々のローカル応答関数を決定するように構成された中央演算ユニットと、
前記中央演算ユニットに接続されたディスパッチ演算ユニットであって、前記ローカル応答関数を、それぞれ対応する前記エネルギー負荷に対して、前記中央演算ユニットから送信するように構成されたディスパッチ演算ユニットと、
前記エネルギー負荷の各々に配置された信号検出器であって、前記送信の後に、前記エネルギー負荷の各々で、それぞれ該エネルギー負荷において前記信号が変化したことを検出するように構成された信号検出器と、
前記エネルギー負荷の各々に配置されたローカル演算ユニットであって、前記検出に応答して、それぞれ該エネルギー負荷の電力消費を、独立に、それぞれ前記ローカル応答関数に従った前記電力変更量で変更し、前記電力変更量の組み合わせによって前記所望の電力応答を実現するように構成されたローカル演算ユニットと、
を備える方法。
［適用例１２］
適用例１１に記載のシステムであって、
前記エネルギー負荷は、電気負荷であり、
前記エネルギー分配網は、配電網であり、
前記信号は、前記配電網の周波数である、システム。
［適用例１３］
エネルギー分配網に接続されて、それぞれ電力消費を有するエネルギー負荷からなるポートフォリオの電力消費を変更する方法であって、
前記エネルギー負荷の各々において前記分配網上で測定可能な信号に対する前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの所望の電力応答を示すポートフォリオ応答関数を、中央ユニットで受け取ることと、
各エネルギー負荷について、それぞれ該エネルギー負荷が、特定の信号値に対応する可用電力量を有する確率を示す項を有する最適化関数を受け取ることと、
前記信号の変化に応じた電力変更量を示すそれぞれの前記エネルギー負荷のローカル応答関数を生成するために、前記最適化関数を最大化することと、
前記ローカル応答関数を、それぞれ対応する前記エネルギー負荷に対して、前記中央ユニットから送信することであって、これにより、前記ローカル応答関数の合成演算によって前記ポートフォリオ応答関数を実現することと、を含む方法。
［適用例１４］
適用例１３に記載の方法であって、更に、
前記送信の後に、前記エネルギー負荷の各々によって、それぞれ該エネルギー負荷において前記信号が正常値から変化したことを検出することと、
前記検出に応答して、各エネルギー負荷で独立に、それぞれ該エネルギー負荷の前記ローカル応答関数によって規定される前記電力変更量で、自身の電力消費を変更することと、を含む、方法。
［適用例１５］
適用例１３に記載の方法であって、
前記エネルギー負荷を、前記負荷の各々の電力可用性の降順で順序付けることをさらに含む、方法。
［適用例１６］
適用例１５に記載の方法であって、
前記電力可用性は、各エネルギー負荷が、それぞれ該エネルギー負荷の境界条件に違反することなく、それぞれ前記電力変更量で、自身の電力消費を今後に変更可能である確率である、方法。
［適用例１７］
適用例１３に記載の方法であって、
前記最適化関数は、各エネルギー負荷について、それぞれ該エネルギー負荷の前記電力消費を変更する応答時間が、分配網運用者が要求する応答時間よりも長い確率を示す負の項をさらに有する、方法。
［適用例１８］
適用例１３に記載の方法であって、
前記最適化関数は、各エネルギー負荷について、それぞれ該エネルギー負荷が、前記電力変更量のある割合よりも少ない可用電力量を有する確率を示す負の項をさらに有する、方法。
［適用例１９］
適用例１３に記載の方法であって、
前記エネルギー分配網は、配電網であり、
前記エネルギー負荷は、電気負荷であり、
前記信号は、前記配電網の周波数である、方法。
［適用例２０］
適用例１９に記載の方法であって、
前記周波数が、前記配電網の通常の動作周波数よりも低い場合、前記方法は、更に、
それぞれの前記電気負荷が、それぞれ前記電力変更量で、自身の電力消費を今後に低減可能である確率の降順で、前記電気負荷を順序付けること、
を含み、
より高い確率を有する負荷は、前記周波数のより高い値に応答するローカル応答関数を有する、方法。
［適用例２１］
適用例１９に記載の方法であって、
前記周波数が、前記配電網の通常の動作周波数よりも高い場合、前記方法は、更に、
それぞれの前記電気負荷が、それぞれ前記電力変更量で、自身の電力消費を今後に低減可能である確率の降順で、前記電気負荷を順序付けること、
を含み、
より高い確率を有する負荷は、前記周波数のより低い値に応答するローカル応答関数を有する、方法。
［適用例２２］
適用例１３に記載の方法であって、
前記エネルギー分配網の分配網運用者は、前記信号がある信号範囲で変化したときに、前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの前記電力消費が、前記所望の電力量で変更されることを要求する、方法。
［適用例２３］
適用例１３に記載の方法であって、
前記エネルギー負荷は、ガス負荷であり、
前記エネルギー分配網は、ガス分配網であり、
前記信号は、前記ガス分配網の圧力である、方法。
［適用例２４］
適用例１３に記載の方法であって、
前記ポートフォリオ応答関数は線形関数である、方法。
［適用例２５］
エネルギー分配網に接続されて、それぞれ電力消費を有するエネルギー負荷からなるポートフォリオの電力消費を変更するためのシステムであって、
前記エネルギー負荷の各々において前記分配網上で測定可能な信号に対する前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの所望の電力応答を示すポートフォリオ応答関数を受け取るように構成された中央演算ユニットであって、更に、各エネルギー負荷について、それぞれ該エネルギー負荷が、特定の信号値に対応する可用電力量を有する確率を示す項を有する最適化関数を受け取るように構成された中央演算ユニットと、
前記中央演算ユニットに接続されたアルゴリズム演算ユニットであって、前記信号の変化に応じた電力変更量を示すそれぞれの前記エネルギー負荷のローカル応答関数を生成するために、前記最適化関数を最大化するように構成されたアルゴリズム演算ユニットと、
前記中央演算ユニットに接続されたディスパッチ演算ユニットであって、前記ローカル応答関数を、それぞれ対応する前記エネルギー負荷に対して、前記中央演算ユニットから送信し、前記ローカル応答関数の合成演算によって、記ポートフォリオ応答関数を実現するように構成されたディスパッチ演算ユニットと、
を備える、方法。
［適用例２６］
適用例２５に記載のシステムであって、
前記エネルギー分配網は、配電網であり、
前記エネルギー負荷は、電気負荷であり、
前記信号は、前記配電網の周波数である、システム。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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