(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電系統の安定性を確認するための方法であって、
ａ．第１の位置で配電の慣性中心を算出するステップと、
ｂ．前記配電系統の区分内に、前記区分から、または、前記区分を通って流れる電気の特質を表すフェーザを、前記第１の位置から少なくとも１６．０９ｋｍ（１０マイル）に配置される５つの３次サンプリングデバイスを使用してサンプリングするステップと、
ｃ．前記第１の位置から少なくとも１６．０９ｋｍ（１０マイル）に配置される５つの縁部データプロセッサであって、前記縁部データプロセッサの各々が、前記３次サンプリングデバイスのそれぞれの１つに通信可能に結合される、５つの縁部データプロセッサを使用して、前記フェーザから抽出されるデータを前記慣性中心と比較して、前記３次サンプリングデバイスによりサンプリングされる前記電気と、前記配電系統の残部との間の不安定性を確認するステップとを含み、
前記慣性中心の前記算出が、前記縁部データプロセッサから少なくとも１６．０９ｋｍ（１０マイル）で実行される、方法。
【請求項２】
前記縁部データプロセッサが各々、慣性中心情報を中央データプロセッサから周期的に受信する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記縁部データプロセッサの各々がさらに、前記フェーザから抽出される前記データの未来値を予測し、前記未来値を、前記慣性中心、または予測される未来慣性中心と比較する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
不安定性が前記縁部データプロセッサの１つにより検出されるときに、前記３次サンプリングデバイスによりサンプリングされる電気の位相を改変するための能動構成要素の制御を追加的に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記能動構成要素が、不安定性が検出されるときに自動的に制御される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記能動構成要素が、前記３次サンプリングデバイスによりサンプリングされる前記電気と前記慣性中心との間の不安定性の存在の８００ミリ秒以内に指令される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記能動構成要素が、前記３次サンプリングデバイスによりサンプリングされる前記電気と前記慣性中心との間の不安定性の前記存在の５００ミリ秒以内に指令される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記能動構成要素が、前記３次サンプリングデバイスによりサンプリングされる前記電気と前記慣性中心との間の不安定性の前記存在の３００ミリ秒以内に指令される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記能動構成要素が、前記３次サンプリングデバイスによりサンプリングされる電気の位相角が、前記慣性中心の位相角と比較して５度未満である位相角を有するときに、前記能動構成要素の、不安定性が検出される以前の状態に戻るように指令される、請求項５から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記能動構成要素が、前記３次サンプリングデバイスによりサンプリングされる電気の前記位相角が、前記慣性中心の前記位相角と比較して２度未満である位相角を有するときに、前記能動構成要素の、不安定性が検出される以前の状態に戻るように指令される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記慣性中心が、前記配電系統内部の複数個の位置での電気の特質を表すフェーザ情報を測定するように構成される複数の同期フェーザの使用によって算出される、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記同期フェーザの少なくとも２つが、前記慣性中心を算出するときに、１つの電気発生機に関係のあるフェーザ情報を測定する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記慣性中心の前記算出が、前記３次サンプリングデバイスに対して少なくとも１６．０９ｋｍ（１０マイル）遠隔で実行される、請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記３次サンプリングデバイスの１つが、能動デバイスの１．６０９ｋｍ（１マイル）の範囲内に配置される、請求項４から１０の一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記３次サンプリングデバイスが、フェーザデータを１秒当たり少なくとも４０回サンプリングするように構成される、請求項１から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
エラー補正アルゴリズムを、サンプリングされたフェーザデータ上で利用するステップをさらに含む、請求項１から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
配電系統の安定性を確認するための系統であって、
ａ．フェーザ情報を配電系統内部の複数の位置でサンプリングするように各々が構成される複数のサンプリングデバイスであって、各々のフェーザが、前記配電系統の異なる小部分を通って流れる電気の特質を表す、複数のサンプリングデバイスと、
ｂ．前記配電系統の慣性中心を、前記複数のサンプリングデバイスからのデータを使用して算出するための中央データプロセッサと、
ｃ．前記中央データプロセッサから少なくとも１６．０９ｋｍ（１０マイル）の少なくとも５つの縁部データプロセッサであって、前記縁部データプロセッサの各々が、前記配電系統を通って、前記配電系統内に、または、前記配電系統から流れる電気のフェーザ情報をサンプリングするように構成される３次サンプリングデバイスに通信可能に結合される、少なくとも５つの縁部データプロセッサとを備え、
前記縁部データプロセッサの各々が、慣性中心情報を前記中央データプロセッサから受信し、前記３次サンプリングデバイスからの前記フェーザ情報を前記慣性中心情報と比較して、前記３次サンプリングデバイスによりサンプリングされる前記電気と、前記配電系統の残部との間の前記安定性を確認するように構成される、系統。
【請求項１８】
請求項１７において参照される前記５つが定義されるように定義される、さらに５つの縁部データプロセッサが存する、請求項１７に記載の系統。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、ここに参照により組み込まれる、２０１３年１０月２２日に出願された米国仮出願第６１／８９４，１９９号の利益を主張するものである。
【０００２】
本開示は、配電系統内部の不安定性を算出し、随意には不安定性を補正するためのプロセスおよび装置を扱うものである。
【背景技術】
【０００３】
電力グリッドとしても知られている配電系統は、電力を電力発生機から消費者に伝送するために使用される。時とともに配電系統は、ますます複雑に、および、管理するのがより困難になっており、そのことによって、それらの系統の不安定性が増大されることが結果として生じている。このことは、例として、２００３年の北米大停電（Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ  Ｂｌａｃｋｏｕｔ）により明白に示される。
【０００４】
より大きな消費者需要を受け入れ、発達および変化する接続形態に適合するために、配電系統の複雑度が全体的に増すことに加えて、いくつかの要因が、ある程度は、配電系統内の不安定性が増大されることの一因になるものであり、ますますそうなることが予測される。１つのそのような要因は、電気事業業界の規制緩和である。業界の規制緩和は、各々が、先行の規制体系と比較して、相対的により少ない消費者にサービス提供する、電力ブローカの数が増大されることにつながった。市場のこの断片化は、電力グリッドの不安定性が増大されることにつながるものであり、そのことは、電力ブローカが、需要家を求めて競い、消費者に給送される電力の価格を最適化することを試行する際に、異なる経路を通して電力を経路指定することに起因して、その断片化によって、グリッド内の異なる点を通る電力の移送がより予測可能でないようになることによるものである。
【０００５】
電力グリッドの安定性に有意に影響を及ぼしてきた別の要因は、スマート家電およびタイマの開発であった。これらの家電は、前に適していたのとは異なる時刻に動作するようにプログラムされ得る。このことは時には、閑散な時間帯の間のより低い電気代を活用することであり、時には、ユーザが就寝中であるときに動作することである。これらの家電の動作は、ピーク時間帯の間の需要を減少し、閑散な時間帯の間の需要を増大することにより、配電系統に関する需要をより予測可能でないようにした。さらに別の要因は、配電系統内の再生可能エネルギーの供給が増大されることである。再生可能エネルギー、ならびに特に、風力および太陽光電力の多くの発生源は、石炭、ガス、および原子力の発電所と比較するときに、安定した電力発生を提供せず、そのことにより、電力の供給の変動を生み出す場合がある。
【０００６】
このように配電系統はますます、供給および需要の両方で予測不可能な変動にさらされており、そのことは、不安定性が増大されることにつながる。
配電系統内の不安定性は、種々の要因に由来し得る。前に論考されたように、消費者需要での差、および、再生可能資源の使用に起因する供給の変動は、不安定性の増大する要因である。加えて配電系統内の障害は、不安定性の一般に知れわたった要因である。これらの系統内で使用される電気発生機は、一般的には同期式で物理的に大きく、そのことによって、それらの発生機が動作中であるときに、いくつかの現象が結果として生じる。第１に発生機は、配電系統の残部と発生機との間の電気の流れの方向に応じて、発生機として、または負荷として作動し得る。この現象は、部分的には発生機および配電系統の残部の位相差に応じて普通に起こる。全体としての配電系統は、単一の発生機よりはるかに大きな量の電力を発生させ得る。したがって、１つの発生機と系統の残部との間に位相差が存する場合、発生機は、その発生機が配電系統の残部と同期させられる（同位相である）ように、その発生機自体を補正することを試行することになる。発生機を同期させるために使用される電力は、配電系統から、および発生機を通って流れ、したがって、発生機の電線巻線を加熱し得る。同期のために要される電力が大きすぎる場合、そのことは、発生機に対する破局的な機能不全、および永続的な損害につながり得る。同様の結果は、配電系統の任意の２つのセクションが、有意に位相外れであり、それにもかかわらず相互接続されたままである場合にもまた起こり得る。
【０００７】
したがって、各々の発生機を配電系統の残部と同期させることは重要である。しかしながらこのことは、配電系統の位相は系統の全体にわたって完全には安定していないという点で、過度に単純化されたモデルである。位相は、伝送線を通る電力の移送、需要家家電／デバイスによる系統の負荷投入の量、負荷のリアクタンス（容量性または誘導性）の変化によって、移相変圧器によって、および他の手段によって改変され得る。加えて、動作する発生機の精密な位相は、現在は確認するのが困難である。符号化器または他のそのようなデバイスを使用して位相を直接読み出す方案は存するが、現在は発生機の位相は一般的には、発生機のすぐそばに近接して電気の位相を検知することにより推定される。
【０００８】
発生機ロータのサイズが相対的に大きいことによって、さらには、位相の変動に応答するのに十分に迅速に発生機の位相を調整することが困難になるものであり、その理由は、発生機はそれらが転回する際に相対的に大きな量の慣性を有するからというものである。したがって一般的には、他の機構が、系統内の不安定性を防止または補正するために使用される。これらの機構は、配電系統内の点で電気の位相を改変するための、電力制限、障害除去、分路リアクトル、または他の能動デバイスを含み得る。
【０００９】
しかしながら正しい機構が、系統不安定性を低減するために、正しい時間に、および正しい継続時間の間、可能にされるべきである。系統不安定性の予測の一助となることが見出されている１つの方法は、系統の慣性中心を算出することである。慣性中心は、式
【００１０】
【数１】
0006463772.tif 000002
【００１１】
により定義されるものであり、ただし、δＣは慣性中心であり、
【００１２】
【数２】
0006463772.tif 000003
【００１３】
は、区域ｉ内のｊ発生機の内部発生機ロータ角度であり、
【００１４】
【数３】
0006463772.tif 000004
【００１５】
は、区域ｉ内のｊ発生機により発生させられる電力であり、Ｎは、区域ｉ内の発生機の数である。内部発生機ロータ角度は一般的には、ＰＭＵ（位相測定ユニット：Ｐｈａｓｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）として知られているデバイスによりサンプリングされる、発生機が出力する電気の位相と同様であると推定される。これに対して、強化されたＰＭＵが最近開発されており、同期フェーザとして知られている。
【００１６】
同期フェーザは、同期フェーザが配置される配電系統を通って流れる電気の振幅、周波数、および位相情報を検知する、配電系統に取り付けられるデバイスである。この情報は一体で、一般的にはフェーザにより表される。情報は次いで、さらなる分析のために遠隔の地点に伝えられ得る。加えて、同期フェーザは共通クロックと同期させられ、そのことによってフェーザ情報は、情報が検知された時間に関係付けられ得る。同期フェーザの共通クロッキングによって、配電系統の全体にわたる位相差が、より精密に確認されることがさらに可能になる。しかしながら、この情報を効率的に使用するためのアルゴリズムは依然として開発中であり、同期フェーザの異なる製造者は、異なる許容誤差または標準を有し得る。したがって同期フェーザは、間違いのない方向での歩みではあるが、安定した、したがって使用可能な情報を常に提供するとは限らない。
【００１７】
慣性中心は、配電系統のすべてまたは小部分の内部の電気の位相を推定する際に有用である。配電系統の２つの区域間の、または、配電系統全体と配電系統の小部分との間の慣性中心間の差は、系統内部の不安定性を指し示す。慣性中心式は相対的に単純であるが、現代の配電系統へのその式の適用は困難であるということが理解されなければならない。現代の配電系統は、系統内部で起こる供給、需要、および障害の変化に起因して、絶え間ない変動状態にある。加えて、異なる配電系統間の様々な相互接続が、存在し、および／または、オンもしくはオフに開閉され、そのことが、さらに多くの複雑度を算出に加え得る。系統内の不安定性は、補正的な処置による系統構成要素機能不全または過剰補償に起因して、電力損失につながり得る。
【００１８】
慣性中心は、それが、配電系統内部の不安定性を検出するために有用であるために、およびさらには、それらの不安定性を補正するためにそのように有用であるために、相対的に短い間隔で計算されることが望ましい。慣性中心に対する現在使用される算出は、慣性中心の算出のために中央プロセッサにより集約されることになる、異種の同期フェーザからの位相情報に依拠する。慣性中心を算出するための総時間は、慣性中心を算出するために要される時間に加えて、位相情報を伝送するための時間を含む。検出される不安定性への応答もまた、系統の能動構成要素に不安定性を補正するように指令するために、追加的な時間を要する。したがって、そのような接続形態を使用する系統は、配電系統内部の不安定性に対しての、検出および反応することに対して理想的ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
したがって、配電系統内で使用される、不安定性を検出および補正する機構を改善することは、安定した電力を消費者に給送するために、および、電力インフラストラクチャへの損害を防止するために、この上なく重要なものである。このように、当分野において改善に対する必要性が存する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
開示されるのは、配電系統の安定性を改善することを、不安定性を引き起こし得る配電系統内部の乱れに関連付けられる検出および反応時間を減少することにより行うための方法および装置である。配電系統の安定性を確認するための方法は、配電の慣性中心を算出するステップと、配電系統の区分内に、その区分から、または、その区分を通って流れる電気の特質を表すフェーザを、３次サンプリングデバイス（ｔｅｒｔｉａｒｙ  ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）を使用してサンプリングするステップと、３次サンプリングデバイスに通信可能に結合される縁部データプロセッサ（ｅｄｇｅ  ｄａｔａ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を使用して、フェーザから抽出されるデータを慣性中心と比較して、３次サンプリングデバイスによりサンプリングされる電気と、配電系統の残部との間の不安定性を確認するステップとを含む。
【００２１】
慣性中心の算出は、縁部データプロセッサから遠隔で実行される。縁部データプロセッサは本明細書では、慣性中心が算出される位置から少なくとも１６．０９ｋｍ（１０マイル）に、および、３次サンプリングデバイス、典型的には同期フェーザの位置から１．６０９ｋｍ（１マイル）未満に配置されるデータプロセッサとして定義され、系統が、応答性開閉器デバイス、典型的には継電器もまた含む事例では、縁部データプロセスは、そのような開閉器デバイスの１．６０９ｋｍ（１マイル）の範囲内にある。理想的には、１．６０９ｋｍ（１マイル）制限事項の代わりに、縁部データプロセッサから、３次サンプリングデバイスおよび応答性開閉器デバイスまでの距離は１００メートル未満である。全体としての系統に対して、慣性中心の算出は、少なくとも５つの縁部データプロセッサから少なくとも１６．０９ｋｍ（１０マイル）離れて実行され、より好ましくはその算出は、少なくとも１０個の縁部データプロセッサから少なくとも３２．１９ｋｍ（２０マイル）離れて実行される。
【００２２】
縁部データプロセッサは、慣性中心情報を、例えば中央データプロセッサから周期的に受信し得る。縁部データプロセッサはさらに、フェーザから抽出されるデータの未来値を予測し得るものであり、それらの未来値を、慣性中心、または予測される未来慣性中心と比較する。縁部データプロセッサは、３次サンプリングデバイスによりサンプリングされる電気の位相角が、慣性中心の位相角と比較して５、１０、または３０度より大きい位相角を有するときに不安定性を検出し、３次サンプリングデバイスによりサンプリングされる電気の位相を改変するための能動構成要素を制御するように構成され得る。能動構成要素はさらに、不安定性が検出されるときに自動的に制御され得る。有利には能動構成要素は、３次サンプリングデバイスによりサンプリングされる電気と慣性中心との間の不安定性の存在の８００、５００、または３００ミリ秒以内に指令される。
【００２３】
能動構成要素は、３次サンプリングデバイスによりサンプリングされる電気の位相角が、慣性中心の位相角と比較して５または３度未満である位相角を有するときに、その能動構成要素の、不安定性が検出される以前の状態に戻るように指令され得る。
【００２４】
慣性中心は、配電系統内部の複数個の位置での電気の特質を表すフェーザ情報を測定するように構成される複数の同期フェーザの使用によって算出され得る。同期フェーザの少なくとも２つは、慣性中心を算出するときに、１つの電気発生機に関係のあるフェーザ情報を測定するように構成され得る。
【００２５】
慣性中心の算出は、３次サンプリングデバイスに対して少なくとも１６．０９ｋｍ（１０マイル）遠隔で実行され得る。３次サンプリングデバイスは、能動デバイスの１．６０９ｋｍ（１マイル）の範囲内に配置され得る。３次サンプリングデバイスは、フェーザデータを１秒当たり少なくとも４０回サンプリングするように構成され得る。エラー補正アルゴリズムが随意には、サンプリングされたフェーザデータ上で使用され得る。
【００２６】
加えて開示されるのは、配電系統の安定性を確認するための系統であって、フェーザ情報を配電系統内部の複数の位置でサンプリングするように各々が構成される複数のサンプリングデバイスであって、各々のフェーザが、配電系統の異なる小部分を通って流れる電気の特質を表す、複数のサンプリングデバイスと、配電系統の慣性中心を、複数のサンプリングデバイスからのデータを使用して算出するための中央データプロセッサと、配電系統を通って、その配電系統内に、または、その配電系統から流れる電気のフェーザ情報をサンプリングするように構成される３次サンプリングデバイスに各々が通信可能に結合される５つ以上の縁部データプロセッサとを備える、系統である。縁部データプロセッサは、慣性中心情報を中央データプロセッサから受信し、３次サンプリングデバイスからのフェーザ情報を慣性中心情報と比較して、３次サンプリングデバイスによりサンプリングされる電気と、配電系統の残部との間の安定性を確認するように構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】範例の配電系統の線図である。
【図２】図２ａは、図１の配電系統１０の小部分内を流れる電力の表現を、その配電系統の慣性中心により表されるように例解するグラフである。図２ｂは、図１の配電系統４０の小部分内を流れる電力の表現を、その配電系統の慣性中心により表されるように例解するグラフである。
【図３】図１で例解される縁部データプロセッサの線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の原理の理解を促進する目的で、参照がここで、図面で例解される実施形態に対して行われることになり、特定の専門語が、前述のものを説明するために使用されることになる。それでも、本発明の範囲の限定はそのことにより意図されないということが理解されよう。説明される実施形態での任意の改変、およびさらなる修正、ならびに、本明細書で説明されるような本発明の原理の任意のさらなる用途が、本発明が関係する技術分野の当業者が通常に想到することになるように企図される。本発明の一実施形態が詳細に示されるが、本発明と関連性のない一部の特徴が、明瞭性のために示されない場合があるということは、関連性のある技術分野の当業者には明らかであろう。
【００２９】
図１は、例の配電系統を例解する。具体的には例解されるのは、相互接続開閉所３０を介して相互接続され得る、第１の配電系統１０および第２の配電系統４０である。本明細書で使用される際には、配電系統は、電力発生機、電力伝送線、変電所、ならびに、電力の発生、伝送、分配、および制御と調和する他の構成要素を含み得る。
【００３０】
第１の配電系統は、様々な伝送線１８および電力バス１６によって相互接続される、複数個の電力発生機１２を内包する。配電系統は、一般的には本例の線図より桁違いに複雑であり、系統の全体にわたって多くの変圧器および他の変電所を含み得る。より高い電圧線は、それらはより低い電圧線と比較して、より少ない損失を伴って電力を伝導し得るので、一般的には１次電線管で使用される。これらの線は次いで、安全性および他の事柄のために、より小さな区域にサービス提供するために、より低い電圧に降圧される。加えて３相の電力が、一般的には電力伝送のために使用され、例えば、一般の住宅の電力給送のために３つの別個の１相回路に分けられ得る。
【００３１】
配電系統は、配電系統１０に対する同期フェーザ１４、１５、および１７、ならびに、配電系統４０に対する同期フェーザ４４もまた含む。同期フェーザは、サンプリングされている電圧および電流に関する、振幅、周波数、および位相情報に関する価値のある洞察を提供するサンプリングデバイスである。同期フェーザは、サンプリングされる電気パラメータを表すフェーザを発生させるために使用され得る。いくつかの位置からのこの情報は、特に、参照の点としての慣性中心情報と連関して使用されるときに、系統不安定性を検出および予測するために使用され得る。
【００３２】
慣性中心は、各々の位置で、系統安定性を確認するためのベースライン参照として使用され得る。配電系統と、配電系統の小部分を通って流れる電気との間の相対的な不安定性は、分配系統の区分および慣性中心の電気間での位相角の差を比較することにより推定され得るということが見出されている。一般的には、位相角の差が増大するにつれて、不安定性は増大する。
【００３３】
配電系統内の不安定性は、複数個の要因により引き起こされ得る。系統不安定性に対する一般に知れわたった一因は、短絡させられた伝送電線などの配電系統内の障害の生起である。障害は過剰な電流引き込みを引き起こし得るものであり、その引き込みが結果として、分配系統内部の回路遮断器をトリップする。遮断器がトリップされる（開放される）とき、分配系統は、遮断器が閉成されたときとは異なる構成を有する。したがって、遮断器は、構成のこの予期されない変化により引き起こされる不安定性を回避するために、可能な限り迅速に再び閉成されることが、一般的には望ましい。このプロセスは、障害を除去することとして知られている。障害の存在、およびその障害の除去からの１秒間隔が、系統不安定性を回避するために望ましいということが見出されている。
【００３４】
図１では負荷２２は、住宅世帯または商業的エンティティの形式であり得るユーザを表すように例解される。負荷は、複数の異なるユーザ、異なるタイプのユーザ、または他の電気負荷もまた表し得る。電力伝送線２３は、電力を配電系統１０から負荷２２に提供する。障害が負荷２２内部で起こる場合、開閉所／遮断器２６が、負荷２２を配電系統１０の残部から切り離すために、伝送線２３を開放し得る。障害、および、遮断器２６の付随する開放は、電気の位相を改変して、配電系統１０の至る所で不安定性の波及効果を引き起こし得る。そのような実例では、障害は、配電系統１０がより不安定になることを回避するために、可能な限り迅速に除去されることが好ましい。障害を除去することは、その障害の初期原因が一時的なものであったということを想定すると、開閉所／遮断器２６を閉成して、負荷２２に対する電力を復活させることにより実現され得る。
【００３５】
あるいは時には、負荷制限を実行することが有益であり、その負荷制限は、開閉所２６に、伝送線２３を開放し、配電系統１０の残部から切り離すように、目的をもって指令することにより実現され得る。このタイプの「制御される停電」は、ある決まった実例では、配電系統１０に対する安定性を復活させるためにもまた使用され得る。開閉所／遮断器２６はさらに、電力を、コンデンサ、インダクタ、制限リアクトル、移相変圧器、または前のものの任意の組み合わせなどの、示されない他の要素に提供して、配電系統の小部分を通って流れる電気の位相を改変するために活動化され得る。
【００３６】
３次同期フェーザ１７は、開閉所／遮断器２６および負荷２２を通って流れる電気をサンプリングする。この３次同期フェーザ１７は、負荷２２を通って流れる電気に関係のある位相または他のデータを比較するように構成される縁部データプロセッサ２０と通信し得る。縁部データプロセッサ２０は次いで、このデータを慣性中心と比較し得る。例えば中央データプロセッサ２４は、配電系統１０の慣性中心を算出するために使用され得る。この様式では３次同期フェーザ１７は、慣性中心を算出するデバイスから遠隔に配置される。本発明の系統は、本発明の概要で詳細に述べられたように、これらの同期フェーザ１７の多くのものが、慣性中心が算出される位置から遠隔に配置されることになる。
【００３７】
情報を配電系統１０の縁部で処理することにより、系統内部の不安定性に対する検出および反応時間は大きく減少され得る。これらの時間を減少することにより、配電系統の安定性は大きく増大され、そのことが、カスケードおよび他の機能不全がより少なくなること、停電がより少なくなること、負荷制限がより少なくなること、ならびに、系統構成要素へのストレスがより少なくなることにつながり得る。
【００３８】
加えて、不安定性検出のための縁部処理は、中央で制御される系統に関連付けられ得る落とし穴を回避する。例えば中央データプロセッサ２４が障害除去を制御する、中央で制御される系統では、慣性中心を算出するための複数の同期フェーザ１４からのフェーザ情報の伝送および処理、遠隔の同期フェーザで差を検出すること、ならびに、遠隔の能動構成要素を活動化して、障害を除去して、または他の形で分配系統内部の電気の位相を改変して、安定性を増大することに関連付けられる時間が存する。遅延は、データをデータプロセッサおよび同期フェーザおよび能動構成要素の間で伝送するために使用される伝送手段の、信頼性、帯域幅、および速度に応じてさらに悪化させられ得る。無線周波数（ＲＦ）伝送が通信のために使用されることは、普通のことである。これらのＲＦ伝送は、他のＲＦ送信機、および／または、雷などの自然現象により混乱させられ得る。さらに、雷を生み出す嵐は、配電系統に対する損害を含意し、したがって、これらの不安定性に適時に応答する問題を悪化させる場合がある。
【００３９】
慣性中心は、中央データプロセッサ２４により縁部データプロセッサ２０に周期的に伝送され得るということもまた見出されている。慣性中心は、サンプリングデバイスの数に応じて、その性質により相対的に安定的であり、配電系統内部の個々の乱れ／不安定性によって大きく変動し得ない。したがって縁部データプロセッサ２０は、中央データプロセッサ２４との継続的な通信リンクを有する必要がなく、障害を除去する、および、他の形で配電系統の安定性を改善するために、半分程度または完全に自律的に作動し得る。縁部データプロセッサ２０はさらには、配電系統の不安定性を評価するための異なる判定基準に関して周期的に更新され得る。
【００４０】
縁部データプロセッサ２０は随意には、フェーザデータの未来値を予測し得る。これらの予測される値は、テイラー級数または他の収束アルゴリズムを使用して算出され得る。加えてフェーザデータは、最小二乗またはファジー論理などのエラー補正アルゴリズムを使用して処理され得る。同様に慣性中心データは、予測またはエラー補正され得る。予測される値は次いで、より正確に、系統不安定性を引き起こし得る現象を検出し、その現象に反応するために比較され得る。
【００４１】
図１は第２の配電系統４０を含み、その第２の配電系統４０は、それ自体の電力発生機４２、電力バス４６、伝送線４８、前記第２の系統４０内部の遠隔の位置からデータを取得する中央データプロセッサ５４、および開閉所５０を有する。第２の配電系統４０を含むことは、配電系統、およびその関連付けられる慣性中心が任意に選定され得るということを例解するためのものである。加えて図は、普通に起こることであるが、２つ以上の配電系統が、それらの配電系統間で電力を移送するために接続され得るということを例解する。配電系統が開閉器３０などによって接続されるとき、それらの配電系統間の位相の何らかの差は、２つの系統間で、それらが接続されるときに不安定性が存することになるということを指示する。
【００４２】
同期フェーザ１５、および対応する縁部プロセッサ２１が、２つの異なる配電系統間の共通部分に、系統間の不安定性を検出および補正するために含まれ得る。さらに、配電系統１０および配電系統４０の総和が、単数のより大きな配電系統、および、２つの系統の遠隔の位置のすべてから算出される対応する慣性中心とみなされ得る。
【００４３】
図２ａ〜ｂは、図１で例解される配電系統を通って流れる電力の例を例解する。これらのものは、理解を容易にするための単純化された線図であり、したがって、実際には系統が３相となるときの、各々の配電系統内の観念的な単相を示すのみであるということが留意されるべきである。図２ａではグラフ６０は、配電系統１０内を流れる電力の可能な表現を、その配電系統１０の慣性中心により表されるように例解する。翻って図２ｂではグラフ６４は、別個の配電系統４０を通って流れる電力の表現を示す。グラフ６０およびグラフ６４は位相外れであり、そのことは、２つの系統間で、それらが開閉所３０によって結び付けられる場合に不安定性が存するということを指示する。その２つは位相外れであるので、その２つの間の相互接続は、その２つの間の電位差を結果として生じさせ、不安定性につながる。点６６および７０は、それぞれグラフ６０および６４上の同等の点を表す。これらの点は、中央波頭の頂点を指示する。点７０は点６６と比較して異なる時間に現れるので、グラフ６４はグラフ６０とは位相外れである。この位相差は７１で明示される。
【００４４】
図３は、縁部データプロセッサ８０を例解する。縁部データプロセッサ８０は、同期フェーザ８２への通信チャネル８３を含み得る。加えて縁部データプロセッサ８０は、相互接続または負荷を開閉することなどにより、配電系統内部の電気の位相角を変化させるための、配電系統の能動デバイス９２への制御チャネル９３を含み得る。通信チャネル９１がさらには、例として慣性中心データを引き出すために、データプロセッサと通信するために使用され得る。例解は、ＲＦデータリンクを例解するためにアンテナ９０を示す。しかしながら、複数個のタイプおよびプロトコルのデータリンクが使用され得る。例えば、固定した接続、見通し内マイクロ波もしくは光伝送系統、または、データを電力伝送線と搬送電流様式で重畳することはすべて、縁部データプロセッサ８０による使用のために企図される。
【００４５】
縁部データプロセッサ８０は、プロセッサ８４を含み得る。あるいはプロセッサは、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＣＰＬＤ、または類するデバイスであり得る。有利にはこれらの部類のデバイスは、情報を相対的に迅速に処理し得るものであり、高電力伝送線への近接に関連付けられるビット反転および他の現象をより受けやすくない。ＦＰＧＡまたは類するデバイスを構成するためのイメージは、外部メモリ８６、または、ＦＰＧＡ−類するデバイス自体の内部に記憶され得る。あるいはメモリは、プロセッサ８４がマイクロプロセッサ、マイクロコントローラである、または、ソフトウェア処理のための埋め込み型コアを有する場合、ソフトウェアプログラムを含み得る。同様に、通信チャネル９１を介して引き出される情報は、メモリ８８に記憶され得る。縁部データプロセッサ８０は、マイクロプロセッサおよびＦＰＧＡタイプデバイスの組み合わせを含み得るものであり、それらの一部は、通信チャネル９１からの情報を処理および記憶するように構成され得るものであり、一部は、同期フェーザ８２もしくは能動デバイス９２への、または、それらからの情報を処理するためのものである。
【００４６】
本発明が図面および上述の説明において、詳細に例解および説明されたが、前述のものは、性格的に例解的であり制約的ではないとみなされるべきであり、好ましい実施形態のみが示され説明されたということ、ならびに、以下の特許請求の範囲により定義される本発明の趣旨の範囲内にある、すべての変化、等価物、および修正が、保護されることを所望されるということが理解される。本明細書で引用されるすべての刊行物、特許、および特許出願は、各々の個々の刊行物、特許、または特許出願が、参照により組み込まれ、その全体が本明細書に記載されるように、具体的および個々に指示されるかのように、参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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