(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力グリッドで使用する制御システムであって、電気がグリッド周波数に従って前記グリッドを流れ、前記電力グリッドが、分散された複数の電力ユニットのうち１つ又は複数に接続され、前記電力ユニットによる電力供給及び／又は電力消費の変化が、前記電力グリッドの電力潮流の変化をもたらすように、前記電力グリッドからの電力を消費し、及び／又は前記電力グリッドに電力を供給するように前記電力ユニットのそれぞれが構成され、以て前記グリッド周波数への前記電力ユニットの寄与を変化させる、前記制御システムが、
処理手段と、
通信手段と、を備え、
前記処理手段が、
前記電力グリッドの１つ又は複数の予め定義された位置でグリッド周波数を監視し、
前記監視対象のグリッド周波数に関する１つ又は複数の条件が満たされたことを判断し、
前記判断に基づいて、前記１つ又は複数の予め定義された位置のうち１つ又は複数の位置での前記グリッド周波数が制御される制御期間を開始し、
前記監視に基づいて、前記制御期間中のグリッド周波数の変化に関する１つ又は複数の変化特性を判断し、
前記通信手段を介して、前記分散された複数の電力ユニットのうち第１の複数の電力ユニットに制御命令を送信するように構成され、前記制御命令が、前記監視対象のグリッド周波数を制御するように、前記第１の複数の電力ユニットのそれぞれへの電力潮流、及び／又は前記第１の複数の電力ユニットのそれぞれからの電力潮流を制御する命令を含み、
前記第１の複数の電力ユニットが、前記期間中に前記グリッド周波数に対して時間変化する寄与をもたらすように、前記制御命令が、
前記分散された複数の電力ユニットに関するプロファイル情報であって、前記第１の複数の電力ユニットの１つ又は複数の電力消費特性及び／又は電力供給特性に関する情報を含む前記プロファイル情報と、
前記判断される１つ又は複数の変化特性と、に基づいて生成され、
前記１つ又は複数の変化特性が、グリッド周波数の変化の予測に基づいて判断され、
前記グリッド周波数の前記変化の予測が、少なくとも１つの周波数特性に関連付けられる一連の値を定義することと、前記少なくとも１つの周波数特性に関連付けられる前記一連の値に基づいて、多項式関数、円錐関数、指数関数及びべき関数のいずれかを判断することと、を含む、
制御システム。
【請求項２】
前記第１の複数の電力ユニットが、前記プロファイル情報に基づいて、前記分散された複数の電力ユニットから選択される、請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記第１の複数の電力ユニットに含めるための前記電力ユニットの選択が、前記監視対象のグリッド周波数に関する前記１つ又は複数の条件が満たされたことを前記判断することに応じて行われる、請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記プロファイル情報を記憶するデータ記憶を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項５】
前記データ記憶が、１つ又は複数の電力ユニットのグループの１つ又は複数の電力消費特性及び／又は電力供給特性に関するプロファイル情報を記憶するように構成され、前記グループが、前記第１の複数の分散された電力ユニットのうち少なくともいくつかによって形成される、請求項４に記載の制御システム。
【請求項６】
前記１つ又は複数の電力ユニットのグループが、共通又は類似の電力クラス、応答時間特性、グリッド位置及び地理的位置のうち１つ又は複数を有する電力ユニットからなる、請求項５に記載の制御システム。
【請求項７】
前記１つ又は複数の電力消費特性及び／又は電力供給特性が、供給容量、消費容量、特徴応答時間、特徴応答関数、供給状態又は消費状態、及び可用性状態のうち１つ又は複数に関係する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項８】
前記制御システムが、グリッド周波数に関する１つ又は複数の測定を実行する１つ又は複数の測定装置を含み、前記判断される１つ又は複数の変化特性が、前記１つ又は複数の測定から導出される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項９】
前記制御システムが、１つ又は複数の遠隔測定装置から、前記監視対象のグリッド周波数に関する前記１つ又は複数の条件が満たされたという１つ又は複数の標識を受信するように構成され、前記監視対象のグリッド周波数に関する前記１つ又は複数の条件が満たされたという前記判断が、前記条件に少なくとも部分的に基づく、請求項１〜８のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１０】
前記１つ又は複数の条件が満たされたという前記判断が、前記監視対象のグリッド周波数に関連付けられる１つ又は複数の値を１つ又は複数の閾値と比較することを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１１】
前記判断は、前記１つ又は複数の値が、１つ又は複数の範囲内にあるかどうかを評価することを含み、前記１つ又は複数の範囲のそれぞれが、前記閾値のうち２つの間にあるものとして定義され、前記１つ又は複数の値のうち１つ又は複数が、前記１つ又は複数の範囲のうち１つ又は複数の範囲外にあるときに、前記１つ又は複数の条件が満たされる、請求項１０に記載の制御システム。
【請求項１２】
前記１つ又は複数の値のうち１つが、グリッド周波数の予測値に関係する、請求項１０又は１１に記載の制御システム。
【請求項１３】
前記予測値が、予測手続きに基づいて生成され、前記手続きが、
前記監視対象のグリッド周波数に関連付けられる一連の値を定義することと、
前記監視対象のグリッド周波数に関連付けられる前記一連の値に基づいて、多項式関数を判断することと、を含む、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１４】
前記処理手段が、
第１の期間に第１の周波数特性に関連付けられる第１の一連の値と、後の第２の期間に第１の周波数特性に関連付けられる第２の一連の値とを定義し、
前記第１の一連の値に基づいて第１の係数のセットを有する第１の多項式関数と、前記第２の一連の値に基づいて第２の係数のセットを有する第２の多項式関数とを判断するようにさらに構成される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１５】
前記制御命令が、前記第１の係数のセットと前記第２の係数のセットとの差に基づいて生成される、請求項１４に記載の制御システム。
【請求項１６】
前記１つ又は複数の条件が満たされたことを前記判断することが、前記第１の係数のセットと前記第２の係数のセットとの差を評価することを含む、請求項１５に記載の制御システム。
【請求項１７】
前記１つ又は複数の条件が満たされたことを前記判断することが、前記第１の係数のうちの係数の１つと、前記第２の係数のうちの係数の１つとの差が、所定の閾値より小さいか若しくは大きいこと、及び／又は所定の範囲内であることを判断することをさらに含む、請求項１６に記載の制御システム。
【請求項１８】
前記周波数特性が、交流電圧の周波数、交流電流の周波数、前記電力グリッドを流れる電力の周波数、周波数の変化率、及び交流電流の周期のうち１つ又は複数に関係する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１９】
前記制御命令を送信することは、
１つ又は複数の制御命令の第１のセットを送信することと、
前記１つ又は複数の制御命令の第１のセットを送信することに続いて、１つ又は複数の制御命令の１つ又は複数のさらなるセットを送信することと、を含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項２０】
１つ又は複数の制御命令の前記１つ又は複数のさらなるセットのうち少なくとも１つが、前記１つ又は複数の制御命令の第１のセットを前記送信することに続く前記グリッド周波数の監視に基づいて、１つ又は複数のさらなる条件が満たされたことを判断することに応じて生成される、請求項１９に記載の制御システム。
【請求項２１】
前記１つ又は複数のさらなる条件は、前記監視対象のグリッド周波数特性に関する１つ又は複数の値が、所定の閾値より小さいか若しくは大きいこと、及び／又は所定の値の範囲内であることを含む、請求項２０に記載の制御システム。
【請求項２２】
前記１つ又は複数の制御命令のさらなるセットのうち少なくとも１つが、前記分散された複数の電力ユニットのうち第２の複数の電力ユニットに送信され、前記第２の複数の電力ユニットは、前記第１の複数の電力ユニットとは異なる、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項２３】
前記処理手段が、前記プロファイル情報に基づいて制御スケジュールを生成し、前記制御スケジュールに基づいて、前記制御命令を送信するように構成され、前記制御スケジュールが、前記第１の複数の電力ユニットへの電力潮流及び／又は前記第１の複数の電力ユニットからの電力潮流を制御する、１つ又は複数の時間を指定する、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項２４】
前記制御スケジュールが、前記監視対象のグリッド周波数の所望の経時的プロファイルに従って生成される、請求項２３に記載の制御システム。
【請求項２５】
前記制御命令が、オフにする命令、オンにする命令、電力供給を増加又は減少させる命令、電力消費を増加又は減少させる命令、一定時間の間電力供給及び／又は電力消費を変化させる命令、特定の時間プロファイルに従って電力供給及び／又は電力消費を変化させる命令のうち、１つ又は複数を含む、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項２６】
電力グリッドで電気の周波数を制御する方法であって、電気がグリッド周波数に従って前記グリッドを流れ、前記電力グリッドが、分散された複数の電力ユニットのうち１つ又は複数に接続され、前記電力ユニットによる電力供給及び／又は電力消費の変化が、前記電力グリッドの電力潮流の変化をもたらすように、前記電力グリッドからの電力を消費し、及び／又は前記電力グリッドに電力を供給するように前記電力ユニットのそれぞれが構成され、以て前記グリッド周波数への前記電力ユニットの寄与を変化させる、前記方法が、
前記電力グリッドの１つ又は複数の予め定義された位置でグリッド周波数を監視するステップと、
前記監視対象のグリッド周波数に関する１つ又は複数の条件が満たされたことを判断するステップと、
前記判断するステップに基づいて、前記１つ又は複数の予め定義された位置のうち１つ又は複数の位置での前記グリッド周波数が制御される制御期間を開始するステップと、
前記監視に基づいて、前記制御期間中のグリッド周波数の変化に関する１つ又は複数の変化特性を判断するステップと、
通信手段を介して、前記分散された複数の電力ユニットのうち第１の複数の電力ユニットに制御命令を送信するステップと、を含み、前記制御命令が、前記監視対象のグリッド周波数を制御するように、前記第１の複数の電力ユニットのそれぞれへの電力潮流、及び／又は前記第１の複数の電力ユニットのそれぞれからの電力潮流を制御する命令を含み、
前記第１の複数の電力ユニットが、前記期間中に前記グリッド周波数に対して時間変化する寄与をもたらすように、前記制御命令が、
前記分散された複数の電力ユニットに関するプロファイル情報であって、前記第１の複数の電力ユニットの１つ又は複数の電力消費特性及び／又は電力供給特性に関する情報を含む前記プロファイル情報と、
前記判断される１つ又は複数の変化特性と、に基づいて生成され、
前記１つ又は複数の変化特性が、グリッド周波数の変化の予測に基づいて判断され、
前記グリッド周波数の前記変化の予測が、少なくとも１つの周波数特性に関連付けられる一連の値を定義することと、前記少なくとも１つの周波数特性に関連付けられる前記一連の値に基づいて、多項式関数、円錐関数、指数関数及びべき関数のいずれかを判断することと、を含む、
方法。
【請求項２７】
処理ユニットで実行されるときに、前記処理ユニットに請求項２６に記載の前記方法を実行させる命令のセットを含む、コンピュータプログラム。
【請求項２８】
処理ユニットで実行されるときに、前記処理ユニットに請求項２６に記載の前記方法を実行させる命令のセットが記憶された、コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力グリッドでのグリッド周波数の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
２０世紀半ばに世界中で、大規模電力グリッドにおいて交流（ＡＣ：ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｃｕｒｒｅｎｔ）電気の周波数を標準化して以来、電気の消費者は、安全で再生可能な電気機器の使用を保証する、一貫した信頼できる電気サービスを享受することができている。例えば、英国では、標準化された公称グリッド周波数は、５０Ｈｚに設定されている。グリッド周波数の信頼性を促進するために、グリッド運用者は、公称グリッド周波数を中心とする周波数の範囲を設け、グリッド周波数がその範囲外に外れることはないということを、サービス提供者や消費者に保証することができる。例えば、英国の５０Ｈｚの公称グリッド周波数を用いると、グリッド運用者は、グリッド周波数が、５０±０．５Ｈｚ（即ち、公称周波数±１％）の範囲外に出てはいけないということを目標とし得る。
【０００３】
グリッド周波数は、グリッドに設置された発電機によって発生される電気の周波数に強く依存する。大容量の発電機は、例えば、ワイヤコイル内部で回転する磁極を組み込んだ駆動質量体からなることができる。この質量体は、例えば、化石燃料の燃焼によって蒸気が発生するタービンに作用する、例えば蒸気によって、駆動され得る。発電機に付随する極の数を考慮すると、発生される電気の周波数は、発電機の回転速度に比例する。例えば、６個の極を有し１０００ＲＰＭで回転する発電機は、５０Ｈｚの周波数で電気を発生することになる。発電の他の例では、例えば、太陽光パネル、インバータなどの直流（ＤＣ：ｄｉｒｅｃｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）の電気を発生させるものを利用して、ある周波数、例えば、公称グリッド周波数でＡＣの電気をグリッドに供給することができる。
【０００４】
電力の供給及び消費のバランスがとれたグリッドでは、発電機の回転速度は、例えば、公称グリッド周波数のグリッド周波数を正確にもたらすように設定することができる。一方、電力バランスの変化、例えば、急激な需要増加がある場合、その変化に応じた発電機の回転速度は、タービンの所与の駆動に対して、例えば低下され得る。結果として、発生される電気の周波数は減少し、したがって、グリッド周波数は減少する恐れがある。この状況は、発電機のタービンに、より大きな駆動力を加えることによって修正され得るが、これにはかなりの時間がかかり、又は発電機が全力で作動している場合には不可能であるかもしれない。急激な電力の不均衡は、例えば、発電所又はインターコネクタがグリッドから突然失われた場合に起こることもある。急激に電力需要が減少した場合、発電機は、それに応じてグリッド周波数を公称周波数に戻すために、その電力出力を減少させてもよい。それと同時に、需要減少の結果として、又は例えば、インターコネクタは、それが失われたときにグリッドから電力を移出しており、その両方が電力バランスに影響を与える場合、発電機の回転速度が上昇し、したがって発生される電気の周波数が増加し、グリッド周波数が増加し得る。
【０００５】
望ましくない周波数の変化に対処する既存の方法は、容量を減少させて発電機を稼働させることであり、例えば、発電機の電力出力を発電機の総出力容量の９５％に設定してもよい。例えば、電力バランスに変化があり、結果としてグリッド周波数が変化する場合に、これらの発電機は、数秒又は数十秒以内に、それに応じて増加又は減少した電力出力をもたらすことによって応答することができる。
【０００６】
しかしながら、比較的まれであるかもしれない事象に備えて、電力出力レベルを低下させて発電ユニットを稼働させることは経済的ではない。さらに、例えば、特に急激な事象、周波数の特に大きな変化を伴う事象、又は英国やニュージーランドなどの島国に関連するグリッドなどの比較的小さなグリッドで発生する事象に対して、指定された範囲内にグリッド周波数を保つためには、発電機が応答することができる速度が十分ではないことがある。急激な変化後の最初の１秒ほどの内にもたらされる応答は、公称値からのグリッド周波数の偏差に関する負の影響、例えば大きな電気機器への損傷を低減するのに最大の効果を有し得る。
【０００７】
グリッド周波数の変化に対処するさらなる方法は、ユーザ器具などの装置が、それらの位置でグリッド周波数を監視し、所定の基準に従って同様の変化に反応するように構成することである。例えば、周波数の急激な低下に応じて、そのような変化に対抗するために電力消費を減少させてもよい。国際公開第２０１１０８５４７７号は、そのような方法の例を提供している。しかしながら、これらの取り組みは、電力バランスの局所的な変化に対する局所的な応答をもたらすことに限定されているため、柔軟性がない。さらに、いくつかの局所的に実装された応答がもたらす集合的な応答は不安定であり、例えば、集合的な過度の応答につながる恐れがある。
【０００８】
従来技術の１つ又は複数の問題を少なくとも軽減することが、本明細書で説明する本発明の実施形態の目的である。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、電力グリッドで使用する制御システムであって、電気がグリッド周波数に従ってグリッドを流れ、電力グリッドが、分散された複数の電力ユニットのうち１つ又は複数に接続され、上記電力ユニットによる電力供給及び／又は電力消費の変化が、電力グリッドの電力潮流の変化をもたらすように、電力グリッドからの電力を消費し、及び／又は電力グリッドに電力を供給するように電力ユニットのそれぞれが構成され、以てグリッド周波数への電力ユニットの寄与を変化させる、制御システムが、
処理手段と、
通信手段と、を備え、
処理手段が、
電力グリッドの１つ又は複数の予め定義された位置でグリッド周波数を監視し、
監視対象のグリッド周波数に関する１つ又は複数の条件が満たされたことを判断し、
判断に基づいて、１つ又は複数の予め定義された位置のうち１つ又は複数の位置でのグリド周波数が制御される制御期間を開始し、
監視に基づいて、上記制御期間中のグリッド周波数の変化に関する１つ又は複数の変化特性を判断し、
通信手段を介して、分散された複数の電力ユニットのうち第１の複数の電力ユニットに制御命令を送信するように構成され、制御命令が、監視対象のグリッド周波数を制御するように、第１の複数の電力ユニットのそれぞれへの電力潮流、及び／又は第１の複数の電力ユニットのそれぞれからの電力潮流を制御する命令を含み、
第１の複数の電力ユニットが、上記期間中にグリッド周波数に対して時間変化する寄与をもたらすように、制御命令が、
分散された複数の電力ユニットに関するプロファイル情報であって、第１の複数の電力ユニットの１つ又は複数の電力消費特性及び／又は電力供給特性に関する情報を含むプロファイル情報と、
判断される１つ又は複数の変化特性と、に基づいて生成される、制御システムが提供される。
【００１０】
いくつかの実施形態では、第１の複数の電力ユニットが、プロファイル情報に基づいて、分散された複数の電力ユニットから選択される。
【００１１】
いくつかの実施形態では、第１の複数の電力ユニットに含めるための電力ユニットの選択が、監視対象のグリッド周波数に関する１つ又は複数の条件が満たされたことを判断することに応じて行われる。
【００１２】
いくつかの実施形態では、プロファイル情報を記憶するデータ記憶を含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、データ記憶が、１つ又は複数の電力ユニットのグループの１つ又は複数の電力消費特性及び／又は電力供給特性に関するプロファイル情報を記憶するように構成され、グループが、第１の複数の分散された電力ユニットのうち少なくともいくつかによって形成される。
【００１４】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数の電力ユニットのグループが、共通若しくは類似の電力クラス、応答時間特性、グリッド位置及び／又は地理的位置のうち１つ又は複数を有する電力ユニットからなる。
【００１５】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数の電力消費特性及び／又は電力供給特性が、供給容量、消費容量、特徴応答時間、特徴応答関数、供給状態又は消費状態、及び可用性状態のうち１つ又は複数に関係する。
【００１６】
いくつかの実施形態では、制御システムが、グリッド周波数に関する１つ又は複数の測定を実行する１つ又は複数の測定装置を含み、判断される１つ又は複数の変化特性が、１つ又は複数の測定から導出される。
【００１７】
いくつかの実施形態では、制御システムが、１つ又は複数の遠隔測定装置から、監視対象のグリッド周波数に関する１つ又は複数の条件が満たされたという１つ又は複数の標識を受信するように構成され、監視対象のグリッド周波数に関する１つ又は複数の条件が満たされたという判断が、条件に少なくとも部分的に基づく。
【００１８】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数の条件が満たされたという判断が、監視対象のグリッド周波数に関連付けられる１つ又は複数の値を１つ又は複数の閾値と比較することを含む。
【００１９】
いくつかの実施形態では、判断は、１つ又は複数の値が、１つ又は複数の範囲内にあるかどうかを評価することを含み、１つ又は複数の範囲のそれぞれが、閾値のうち２つの間にあるものとして定義され、１つ又は複数の値のうち１つ又は複数が、１つ又は複数の範囲のうち１つ又は複数の範囲外にあるときに、１つ又は複数の条件が満たされる。
【００２０】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数の値のうち１つが、グリッド周波数の予測値に関係する。
【００２１】
いくつかの実施形態では、予測値が、予測手続きに基づいて生成され、手続きが、
監視対象のグリッド周波数に関連付けられる一連の値を定義することと、
監視対象のグリッド周波数に関連付けられる一連の値に基づいて、多項式関数を判断することと、を含む。
【００２２】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数の変化特性が、グリッド周波数の変化の予測に基づいて判断される。
【００２３】
いくつかの実施形態では、グリッド周波数の予測が、
少なくとも１つの周波数特性に関連付けられる一連の値を定義することと、
少なくとも１つの周波数特性に関連付けられる一連の値に基づいて、多項式関数を判断することと、を含む。
【００２４】
いくつかの実施形態では、処理手段が、
第１の期間に第１の周波数特性に関連付けられる第１の一連の値と、後の第２の期間に第１の周波数特性に関連付けられる第２の一連の値とを定義し、
上記第１の一連の値に基づいて第１の係数のセットを有する第１の多項式関数と、上記第２の一連の値に基づいて第２の係数のセットを有する第２の多項式関数とを判断するようにさらに構成される。
【００２５】
いくつかの実施形態では、制御命令が、第１の係数のセットと第２の係数のセットとの差に基づいて生成される。
【００２６】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数の条件が満たされたことを判断することが、第１の係数のセットと第２の係数のセットとの差を評価することを含む。
【００２７】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数の条件が満たされたことを判断することが、第１の係数のセットのうちの係数の１つと、第２の係数のセットのうちの係数の１つとの差が、所定の閾値より小さいか若しくは大きいこと、及び／又は所定の範囲内であることを判断することをさらに含む。
【００２８】
いくつかの実施形態では、周波数特性が、交流電圧の周波数、交流電流の周波数、電力グリッドを流れる電力の周波数、周波数の変化率、及び交流電流の周期のうち１つ又は複数に関係する。
【００２９】
いくつかの実施形態では、制御命令を送信することは、
１つ又は複数の制御命令の第１のセットを送信することと、
１つ又は複数の制御命令の第１のセットを送信することに続いて、１つ又は複数の制御命令の１つ又は複数のさらなるセットを送信することと、を含む。
【００３０】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数の制御命令の１つ又は複数のさらなるセットのうち少なくとも１つが、１つ又は複数の制御命令の第１のセットを送信することに続くグリッド周波数の監視に基づいて、１つ又は複数のさらなる条件が満たされたことを判断することに応じて生成される。
【００３１】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数のさらなる条件は、監視対象のグリッド周波数特性に関する１つ又は複数の値が、所定の閾値より小さいか若しくは大きいこと、及び／又は所定の値の範囲内であることを含む。
【００３２】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数の制御命令のさらなるセットのうち少なくとも１つが、分散された複数の電力ユニットのうち第２の複数の電力ユニットに送信され、第２の複数の電力ユニットは、第１の複数の電力ユニットとは異なる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、処理手段が、プロファイル情報に基づいて制御スケジュールを生成し、制御スケジュールに基づいて、制御命令を送信するように構成され、制御スケジュールが、第１の複数の電力ユニットへの電力潮流及び／又は第１の複数の電力ユニットからの電力潮流を制御する、１つ又は複数の時間を指定する。
【００３４】
いくつかの実施形態では、制御スケジュールが、監視対象グリッド周波数の所望の経時的プロファイルに従って生成される。
【００３５】
いくつかの実施形態では、制御命令が、オフにする命令、オンにする命令、電力供給を増加又は減少させる命令、電力消費を増加又は減少させる命令、一定時間の間電力供給及び／又は電力消費を変化させる命令、特定の時間プロファイルに従って電力供給及び／又は電力消費を変化させる命令のうち、１つ又は複数を含む。
【００３６】
本発明の第２の態様によれば、電力グリッドで電気の周波数を制御する方法であって、電気がグリッド周波数に従ってグリッドを流れ、電力グリッドが、分散された複数の電力ユニットのうち１つ又は複数に接続され、上記電力ユニットによる電力供給及び／又は電力消費の変化が、電力グリッドの電力潮流の変化をもたらすように、電力グリッドからの電力を消費し、及び／又は電力グリッドに電力を供給するように電力ユニットのそれぞれが構成され、以てグリッド周波数への電力ユニットの寄与を変化させる、方法が、
電力グリッドの１つ又は複数の予め定義された位置でグリッド周波数を監視するステップと、
監視対象のグリッド周波数に関する１つ又は複数の条件が満たされたことを判断するステップと、
判断基づいて、１つ又は複数の予め定義された位置のうち１つ又は複数の位置でのグリッド周波数が制御される制御期間を開始するステップと、
監視に基づいて、上記制御期間中のグリッド周波数の変化に関する１つ又は複数の変化特性を判断するステップと、
通信手段を介して、分散された複数の電力ユニットのうち第１の複数の電力ユニットに制御命令を送信するステップと、を含み、制御命令が、監視対象のグリッド周波数を制御するように、第１の複数の電力ユニットのそれぞれへの電力潮流、及び／又は第１の複数の電力ユニットのそれぞれからの電力潮流を制御する命令を含み、
第１の複数の電力ユニットが、上記期間中にグリッド周波数に対して時間変化する寄与をもたらすように、制御命令が、
分散された複数の電力ユニットに関するプロファイル情報であって、第１の複数の電力ユニットの１つ又は複数の電力消費特性及び／又は電力供給特性に関する情報を含むプロファイル情報と、
判断される１つ又は複数の変化特性と、に基づいて生成される、方法が提供される。
【００３７】
本発明の第３の態様によれば、処理ユニットで実行されるときに、処理ユニットに第２の態様による方法を実行させる命令のセットを含む、コンピュータプログラムが提供される。
【００３８】
本発明の第４の態様によれば、処理ユニットで実行されるときに、処理ユニットに第２の態様による方法を実行させる命令のセットが記憶された、コンピュータ可読媒体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明が実装され得る同期型電力グリッドを示す概略図である。
【図２ａ】本発明で使用する電力ユニットコントローラの例示的な実施形態を示す概略図である。
【図２ｂ】本発明で使用する電力ユニットコントローラの例示的な実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明で使用する制御ノードの例示的な実施形態を示す概略図である。
【図４】本発明が実装され得る例示的なネットワークを示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態に従って実行されるステップを示すフローチャートである。
【図６】（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、例示的なグリッド周波数の値の予測を示す、時間に対する監視対象グリッド周波数の例示的なプロットである。
【図７】ａ）は、監視対象のグリッド周波数のために定義された一連の区間を示す図である。ｂ）〜ｆ）は、監視対象のグリッド周波数をどのように多項式関数に適合させることができるかを示す図である。
【図８】（ａ）は、３つの異なるシナリオにおける、時間に対する監視対象グリッド周波数の例示的なプロットである。（ｂ）は、本発明の実施形態に従って生成される例示的な制御スケジュールを示す図である。（ｃ）は、本発明の実施形態に従って生成される例示的な制御スケジュールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
発電所などの供給者から家庭及び企業などの消費者への電気の供給は、典型的には、配電ネットワーク又は電力グリッドを介して行われる。図１は、例示的な電力グリッド１００を示す。本発明の実施形態は、電力グリッド１００において、送電グリッド１０２及び配電グリッド１０４を含んで実装され得る。
【００４１】
送電グリッド１０２は、発電機１０６に接続されている。発電機１０６は、原子力プラント又はガス燃焼プラントであってもよく、例えば、送電グリッド１０２が、発電機１０６から大量の電気エネルギーを非常に高い電圧（典型的には、数１００ｋＶ程度）で、架空送電線などの送電線を経て配電グリッド１０４に送電する。
【００４２】
送電グリッド１０２は、変圧器１０８を介して配電グリッド１０４に繋がっており、変圧器１０８は、配電グリッド１０４での配電のために、給電をより低い電圧（典型的には、５０ｋＶ程度）に変換する。
【００４３】
配電グリッド１０４は、さらに低い電圧に変換するための変圧器をさらに含む変電所１１０を介してローカルネットワークに接続され、ローカルネットワークは、電力グリッド１００に接続されている電力消費機器に電力を供給する。ローカルネットワークは、都市ネットワーク１１２などの家庭消費者ネットワークを含むことができる。家庭消費者ネットワークは、数ｋＷ程度の比較的少量の電力を引き出す、個人住宅１１３内の家電機器に電力を供給する。個人住宅１１３は、光電変換装置１１５を使用して、住宅の機器による消費のため又はグリッドへの供給のために、比較的少量の電力を供給することもできる。ローカルネットワークは、工場１１４などの産業用建物も含むことができ、産業用建物内で動作しているさらに大きな機器は、数ｋＷ〜数ＭＷ程度の、より大量の電力を引き出す。ローカルネットワークは、電力グリッドに電力を供給する風力発電所１１６などの、より小さな電力を供給する発電機も含むことができる。
【００４４】
簡潔さのため、１つの送電グリッド１０２及び１つの配電グリッド１０４のみが図１に示されているが、実際には、典型的な送電グリッド１０２は、複数の配電グリッド１０４に電力を供給し、１つの送電グリッド１０２は、１つ又は複数の他の送電グリッド１０２と相互接続されることもできる。
【００４５】
電力は、システム周波数で流れる、交流（ＡＣ）として電力グリッド１００を流れる。システム周波数は、グリッド周波数と呼ばれることがある（典型的には、国によって５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである）。電力グリッド１００は、周波数がグリッドの各点で実質的に同じであるように、同期した周波数で動作する。
【００４６】
電力グリッド１００は、１つ又は複数の直流（ＤＣ）インターコネクト１１７を含むことができる。ＤＣインターコネクト１１７は、電力グリッド１００と他の電力グリッドとの間にＤＣ接続を提供する。典型的には、ＤＣインターコネクト１１７は、電力グリッド１００の、典型的な高電圧の送電グリッド１０２に接続している。電力グリッド１００が、他の電力グリッドのグリッド周波数の変化によって影響を受けない、所与の同期化されたグリッド周波数で動作する領域を定義するように、ＤＣインターコネクト１１７は、様々な電力グリッド間にＤＣリンクを提供している。例えば、英国の送電グリッドは、ＤＣインターコネクトを介して、欧州大陸同期型グリッド（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｇｒｉｄ  ｏｆ  Ｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌ  Ｅｕｒｏｐｅ）に接続されている。
【００４７】
電力グリッド１００は、電力ユニット１１９も含む。電力ユニット１１９は、電力グリッド１００から電力を消費し、又は電力グリッド１００に電力を供給することができる。各電力ユニット１１９は、関連する電力ユニット１１９からの電力の供給及び／又は消費を制御する装置（本明細書では「電力ユニットコントローラ」（ＰＵＣ：ｐｏｗｅｒ  ｕｎｉｔ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１１８と呼ぶ）に関連付けられている。
【００４８】
電力グリッド１００は、グリッドの同期動作周波数（以下、グリッド周波数と呼ぶ）を測定するように構成されている測定装置１２０の形式の、測定システムも含む。
【００４９】
電力ユニットコントローラ１１８は、電力ユニット１１９と別々に提供されてもよく、及び／又は電力ユニット１１９にインストールされてもよい。電力ユニットにインストールされている電力ユニットコントローラの利点は、ＰＵＣが、記憶された情報がインストールされた電力ユニットに特化されている、専用装置の形式をとることができ、したがってＰＵＣがプログラム可能である必要性が低下し、よってプログラム可能な機能性（例えば、ユーザインターフェース）を提供することに関連するコストが減少することである。一方、電力ユニットと別々に提供されている電力ユニットコントローラの利点は、ＰＵＣが、汎用的なプログラム可能な装置の形式をとることができ、任意の電力ユニットに適用可能であり、よって、柔軟性が増すことである。
【００５０】
電力ユニット１１９は、発電機１０６、居住用建物１１３若しくは産業用建物１１４内の機器、及び／又は風力タービン１１６若しくは太陽光パネル１１５などの小規模発電機を含むことができる。
【００５１】
電力ユニットコントローラ１１８は、いくつかの電力ユニット１１９に関連付けられることができる。例えば、風力発電所１１６では、風力発電所内に多くのタービンがあっても、タービンの電力出力の全てが、グリッドへの単一の接続を介してグリッドに供給されることがあり、その場合には、単一の接続に関連付けられる１つの電力ユニットコントローラ１１８があるだけであってもよい。
【００５２】
単純化のために、図１には電力ユニットコントローラ１１８が７個だけ示されているが、実際には、電力グリッド１００は、何百又は何千のそのような装置を含み得ると理解されたい。さらに、単純化のために、図１には測定装置１２０が３つだけ示されているが、実際には、図４に関して以下でより詳細に説明するように、多くの測定装置１２０が、同じ同期型の電力グリッド１００において動作し得ると理解されたい。
【００５３】
図１の電力グリッドは、本発明の制御システムの例示的な実施形態である、図３に関して以下でより詳細に説明する制御ノード（ＣＮ：Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｎｏｄｅ）１３０も含む。制御ノード１３０は、電力ユニットコントローラ１１８のうち１つ又は複数、及び測定装置１２０の１つ又は複数と通信可能であり（図１でアンテナによって概略的に表されている例示的な通信手段）、制御命令を電力ユニットコントローラ１１８に送信して、コントローラ１１８が関連付けられている電力ユニット１１９の電力消費及び／又は電力供給に変化をもたらすことができる。グリッド内の電力ユニットの電力供給及び／又は電力消費を制御して、測定された周波数において明白な、グリッド内の電力不均衡に対抗することができる。例えば、発電機が突然グリッドから失われた場合、供給不足となり、所与の駆動装置を有する回転型発電機の回転速度が、負荷の相対的な増加に応じて減少することとなる。発生される電気の周波数がそれに従って減少することとなり、そのためグリッド周波数も減少することとなる。電力ユニットがその消費を減少させ、供給を増加させるように制御される場合、しかしながら、発電機が経験した負荷の相対的な増加が軽減され得る。例えば、グリッド周波数への影響が低下して、電力供給及び電力消費の不均衡が改善され得る。
【００５４】
図２ａは、同期型電力グリッド１００に接続されている電力ユニット１１９に接続された、例示的な電力ユニットコントローラ（ＰＵＣ）１１８の概略的表現を示す。この例示的な実施形態では、ＰＵＣ１１８は、入力／出力通信インターフェース（Ｉ／Ｏ）２０２と、プロセッサ２０４と、データ記憶２０８とを含む。ＰＵＣ１１８は、ＰＵＣ１１８が関連付けられている電力ユニット１１９の動作を制御するように構成される。Ｉ／Ｏインターフェース２０２は、情報、例えば、制御命令を表す情報を、固定又は無線通信ネットワークを介してＣＮ１３０から受信するように構成される。固定又は無線通信ネットワークは、汎欧州デジタル移動電話方式（ＧＳＭ：Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、ユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ：Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ：Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、固定無線アクセス（ＩＥＥＥ  ８０２．１６  ＷｉＭａｘなど）、及び無線ネットワーキング（ＩＥＥＥ  ８０２．１１  ＷｉＦｉなど）のうち１つ又は複数を含むことができる。例示的な通信手段が、Ｉ／Ｏ２０２に接続されたアンテナ２０３によって、図２ａで概略的に表されている。通信ネットワークは、固定通信手段と無線通信手段との混合からなってもよい。通信ネットワークは、例えば、ＺｉｇＢｅｅメッシュネットワークなどのメッシュネットワークを含んでもよい。例えば、そのようなメッシュネットワークを含む通信ネットワークにおいて、ＣＮ１３０は、メッシュの１つ又は複数の他のＰＵＣ１１８を介して、第１のＰＵＣ１１８と通信することができる。通信ネットワークは、複数のメッシュネットワークを含むことができ、例えば、複数のメッシュネットワークのそれぞれが、例えば、固定通信ネットワークに接続されたＰＵＣ１１８の付近のＰＵＣ１１８に制御命令を配信する。
【００５５】
Ｉ／Ｏインターフェース２０２で受信された情報は、プロセッサ２０４によって処理され、データ記憶２０８に記憶されることができる。
【００５６】
プロセッサ２０４は、以下で説明するように、関連する電力ユニット１１９が解釈及び実行可能な制御命令に、受信した情報を変換するように構成され得る。
【００５７】
データ記憶２０８は、データ記憶２０８が関連付けられる電力ユニット１１９に関するプロファイル情報を記憶することができる。この情報は、例えば、関連する電力ユニット１１９の識別番号、ユニットの可用性状態、ユニットの地理的位置若しくはグリッド位置の標識、ユニットの制御履歴、ユニットの使用に関連する報酬率、又はユニットの使用予定のスケジュールに関する情報を含むことができる。プロファイル情報は、ＰＵＣ１１８が関連付けられている電力ユニット１１９の１つ又は複数の電力消費特性及び／又は電力供給特性に関する情報も含むことができる。電力消費特性及び／又は電力供給特性は、例えば、供給容量、消費容量、特徴応答時間、特徴応答関数、又は供給状態若しくは消費状態を含むことができる。
【００５８】
データ記憶２０８に記憶される情報は、Ｉ／Ｏ２０２を介して、例えば、ＣＮ１３０からＰＵＣ１１８へ、及び／又はＰＵＣ１１８からＣＮ１３０へ伝送されることができる。双方向通信の能力は、ＰＵＣ１１８のデータ記憶２０８に記憶されたプロファイル情報の変更、例えば、可用性状態の変更がＣＮ１３０に伝送されることができ、ＣＮ１３０は次いで、記憶しているプロファイル情報を更新することができるという点で、有利であり得る。逆に、ＰＵＣがＣＮから制御命令を受信することに加えて、ＣＮが、プロファイル情報をＰＵＣに伝送してもよく、その結果、ＰＵＣは、その記録、例えば、識別番号又はグループ割り当てに関するプロファイル情報を更新することができる。
【００５９】
データ記憶２０８に記憶された情報を考慮して、プロセッサは、Ｉ／Ｏ２０２で受信した汎用的な制御命令を解釈し、電力ユニット１１９専用の電力ユニット１１９の制御を実行することができる。例えば、汎用的な制御命令は、「位置インジケータＹを有するクラスＸの電力ユニットが、その消費容量のＺ％に低減する」効果に対してＰＵＣ１１８のＩ／Ｏ２０２によって受信され、データ記憶２０８内の情報に従って、ＰＵＣ１１８によって適宜実行されてもよく、又は実際には実行されなくてもよい。
【００６０】
特定の制御命令が、送信され、特定のＰＵＣ１１８のＩ／Ｏ２０２によって受信され得る。プロセッサは、データ記憶に記憶されたプロファイル情報を参照することなく、命令を実行し得る。例えば、これは、ブロードキャストメッセージの形式をとってもよい。ブロードキャストメッセージは、例えば、各電力ユニット又は電力ユニットのグループに一意の識別番号を使用することによって、例えば、命令が向けられている電力ユニットを指定するヘッダを含む。各電力ユニット又は電力ユニットのグループは、ヘッダにそれらの一意の又はグループ識別番号が含まれている制御命令に応答するだけである。ブロードキャストされる必要がある命令が、比較的少なく、別々の命令であるため、ＣＮ及びＰＵＣの間で必要とされる通信帯域幅が比較的狭いという点で、ブロードキャストメッセージは有利であり得る。ブロードキャストは、他の手段による通信、例えば、既存のコンピュータネットワーク上の通信が、例えば、遠隔地にありコストが掛かるか又は不可能であるというシナリオにおいても有利であり得る。
【００６１】
特定の制御命令は、各電力ユニットに特定して送信される制御命令の形式をとることもできる。例えば、各電力ユニットは、電力ユニット自体のインターネットプロトコル（ＩＰ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）アドレスを有することができ、特定の制御命令は、制御命令が向けられている電力ユニットに関連付けられた特定のＩＰアドレスに送信され得る。各ＰＵＣに特定して送信される特定の制御命令を送信することの利点は、それによって、制御命令を待って解釈するためのＰＵＣの要件が減少し、比較的大きな帯域幅を有する既存のパケット交換ネットワークを利用することができることである。特定の制御命令を受信するための通信チャネルは、ＰＵＣがＣＮと通信するため、例えば、ＰＵＣのプロファイル情報の更新を送信するためにも使用されることができる。
【００６２】
図２ｂは、代替的なＰＵＣ１１８’の例示的な実施形態を示し、ＰＵＣ１１８’は、アンテナ２０３’に接続されている入力／出力通信インターフェース２０２’、プロセッサ２０４’、データ記憶２０８’、及び電力調整器２０６’を含む。本実施形態では、電力ユニット１１９は、電力調整器２０６’を介して同期型電力グリッド１００に接続されている。プロセッサ２０４が、関係する電力ユニット１１９の動作を制御してグリッド１００からの電力消費及び／又はグリッド１００への電力供給をもたらす代わりに、ＰＵＣ１１８’のプロセッサ２０４’が電力調整器２０６’を制御することを除いて、ＰＵＣ１１８’は、図２ａのＰＵＣ１１８と実質的に同一の方法で動作し得る。電力調整器２０６’は、電力ユニット１１９によって利用可能となる電力のうち、電力ユニット１１９による消費のために利用可能な電力、及び／又はグリッド１００に供給される電力を調整するように構成される。例えば、ＰＵＣ１１８’は、消費者機器のプラグに実装され、例えば、機器によって引き出し可能な最大電力を調整し得る。
【００６３】
ＰＵＣ１１８’のこの代替的実施形態は、制御回路を介して電力ユニットを制御することにコストが掛かるか若しくは困難である、又は、グリッドへの単一の共通電気接続をいくつかの点において共有する、電力装置のセット（例えば、単一の住宅内の全ての機器）を制御するのに都合がよい、内部的な制御回路（例えば変圧器）を有していないか、又は外部の制御回路とインターフェースする手段若しくは制御命令若しくは制御信号に応答する手段を有しない制御回路を有する電力ユニット（例えば、サーモスタット制御式の発熱体などの古い家庭用暖房機器）に対して有利であり得る。
【００６４】
本発明の制御システムの例は、図３に関して以下でより詳細に説明する制御ノード１３０である。
【００６５】
図３は、制御ノード（ＣＮ：Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｎｏｄｅ）１３０の例示的な実施形態の概略的表現である。制御ノード１３０は、入力／出力通信インターフェース（Ｉ／Ｏ）３０２の形態の通信手段と、プロセッサ３０４の形態の処理手段と、データ記憶３０６とを含む。この例示的な実施形態では、ＣＮ１３０は、同期型電力グリッド１００のグリッド周波数を測定するように構成される測定装置１２０に通信可能に接続されている。例示的な通信手段は、Ｉ／Ｏ３０２に接続されているアンテナ３０３によって、図３に概略的に表されている。
【００６６】
測定装置１２０は、ＣＮ１３０に組み込まれてもよい。
【００６７】
測定装置１２０は、ＣＮ１３０から離れていてもよい。ＣＮ１３０に通信可能に接続されている１つより多くの測定装置１２０があってもよく、異なる測定装置１２０が、異なる地理的位置又はグリッド位置を有して、グリッド周波数に関する異なるローカル特性を測定してもよい。
【００６８】
グリッド１００に関係して動作する１つより多くのＣＮ１３０があってもよく、各測定装置１２０が、各ＣＮ１３０に通信可能に接続されていてもよい。
【００６９】
測定装置１２０は、電力グリッドの同期領域内で、十分な精度でグリッド周波数を検出し、又は測定することが可能な任意の装置であってもよい。
【００７０】
グリッド周波数に関する期間は、グリッド周波数の測定値として使用されてもよい。例えば、電圧が０Ｖを超える時間の間の期間である、半サイクルの測定が、グリッド周波数の測定値として使用されてもよい。
【００７１】
いくつかの実施形態では、瞬間グリッド周波数は、半サイクル（又は全サイクル）を完了するのにかかる時間の逆数に対応して、判断され得る。周波数データは等化され、例えば、雑音に関係する周波数成分を除去するためにデジタル的にフィルタリングされてもよい。
【００７２】
測定装置１２０は、グリッド周波数よりも高い周波数で電圧をサンプリングするように構成された電圧検出器と、サンプリングされた電圧をデジタルの電圧信号に変換するように構成されたアナログデジタル変換器と、を含むことができる。例えば、電圧検出器は、１サイクルあたり１０００回、電圧をサンプリングするように構成されてもよい。次いで、デジタル電圧信号は、電圧が０Ｖを超える時間を高い精度（例えば、μｓ〜ｍｓの範囲内）で判断するように処理されてもよい。
【００７３】
測定装置１２０は、グリッド周波数よりも高い周波数で電流をサンプリングするように構成された電流検出器と、サンプリングされた電流をデジタルの電流信号に変換するように構成されたアナログデジタル変換器を含むことができる。デジタルの電流信号は、次いで、電流が０Ｖを超える時間又は電流波形に関する他の特徴を、高い精度（例えば、μｓ〜ｍｓの範囲内）で判断するように処理され得る。
【００７４】
測定装置１２０は、電圧検出器及び電流検出器の両方を含んでもよい。電圧及び電流の両方が、０Ｖを超える時間を測定することによって、測定装置１２０が、電圧及び電流の相対位相の変化を判断することが可能となり、以って測定装置１２０が、グリッド内の同期領域における無効電力の変化を補償することが可能となる。これにより、同様に、より正確な周波数（又は周波数に関する特性）の測定が可能となる。
【００７５】
図３に示す実施形態では、測定装置１２０によって測定されるグリッド周波数は、ＣＮ１３０のプロセッサ３０４に伝送され、データ記憶１３０に記憶されることができる。
【００７６】
プロセッサ３０４は、測定装置１２０によって伝送されたグリッド周波数測定値を用いて、グリッド周波数に関する特性、例えば、グリッド周波数の周波数、グリッド周波数の変化率（即ち、時間に対する周波数の１次導関数）、又はグリッド周波数の変化の曲率（即ち、時間に対する周波数の２次導関数）を判断するように構成されることができる。これらの特性は、データ記憶３０６に記憶されてもよい。
【００７７】
いくつかの実施形態では、測定装置１２０は、例えば、プロセッサの形態で処理手段を含み、測定装置１２０のプロセッサは、グリッド周波数に関する特性を判断するように構成され得る。これは、測定装置によって伝送される必要がある情報量を低減することができるという点において、かつ、ＣＮのプロセッサに掛かる負担を低減することができる、即ち、測定された周波数の分散処理を可能にするという点においても、有利であり得る。
【００７８】
図３に示すＣＮの例示的な実施形態のデータ記憶３０６は、同期型電力グリッド１００に接続されている電力ユニット１１９に関するプロファイル情報を含むことができる。このプロファイル情報は、上述のような図２に示すＰＵＣ１１８の例示的な実施形態のデータ記憶２０８に記憶され得るプロファイル情報のうちのいくつか又は全てを含むことができる。データ記憶３０６に記憶されたプロファイル情報は、グリッドに接続されている電力ユニット１１９の通信の詳細も含んでもよい。データ記憶３０６は、電力ユニットのグループのプロファイル情報も含んでもよい。例えば、グループ情報は、グループのメンバーである電力ユニットの識別、グループによって生じる集合的な電力消費及び／又は電力供給の特性、及びグループの集合的な特徴応答時間又は特徴応答関数を含んでもよい。グループは、類似の電力ユニット、例えば、共通又は類似の電力クラスを有する電力ユニットから形成されてもよい。グループは、例えば、最大動作電力消費が１〜１０ｋＷの範囲にある電力ユニットから形成されてもよい。グループは、また、例えば、共通若しくは類似の応答時間特性、グリッド位置、地理的位置、時間／日／週／月／季節／年による可用性及び／又は最後の寄与若しくは任意の他の特徴を有する電力ユニットから形成されてもよい。電力ユニットをグループ化すること、及びグループの集合的な特質の情報を有することは、それによって、所与の集合的応答をもたらすのに使用され得るあらゆる電力ユニットを個々に識別する必要が低下し、あらゆる個々の電力ユニットに対して別々の制御命令を生成する必要が低下し得るため、制御命令の生成において有利であり得る。
【００７９】
データ記憶３０６は、ＣＮ１３０から離れていてもよく、例えば、関連するＰＵＣ１１８のデータ記憶２０８の間で分散されていてもよい。プロセッサ３０４は、その代わりに何らかの情報、例えばプロファイル情報を、Ｉ／Ｏ３０２を介した処理で使用するために引き出してもよい。これにより、ＣＮに対する記憶量の要件を低減し、システムに記憶される情報の冗長性を低減することができる。Ｉ／Ｏ３０２は、任意の固定又は無線通信手段を介して、ＰＵＣ１１８のＩ／Ｏ２０２と通信することができる。固定又は無線通信手段の例は、図２ａのＰＵＣ１１８のＩ／Ｏ２０２に関して上記で示された。システムの電力ユニットのプロファイル情報の全てを記憶する、ＣＮ１３０と通信可能な、単一又は複数の集中型の大容量データ記憶があってもよい。これは、バックアップの目的について有利であり、大量の情報を記憶するのに、多くの小さなデータ記憶よりもコスト効果のある方法であり得る。
【００８０】
プロセッサ３０４は、１つ又は複数の測定装置１２０で測定されたグリッド周波数に関する変化特性に基づいて、及び、電力ユニット１１９に関するプロファイル情報に基づいて、Ｉ／Ｏ３０２を介して、電力ユニット１１９に関連付けられているＰＵＣ１１８のうち１つ又は複数に送信するための制御命令を生成するように構成される。
【００８１】
図４は、本発明の実施形態による、例示的なネットワークにおける制御ノード１３０の例示的な実装の概略図である。例示的なネットワークは、電力ユニット１１９ａ〜１１９ｇをさらに含み、電力ユニット１１９ａ〜１１９ｇのそれぞれが、対応する電力ユニットコントローラ（ＰＵＣ）１１８ａ〜１１８ｇ、及び測定装置１２０ａ〜１２０ｃに関連付けられている。ＣＮ１３０は、通信リンク４０１によって、ＰＵＣ１１８ａ〜１１８ｇのそれぞれ、及び測定装置１２０ａ〜１２０ｃのそれぞれに通信可能に連結される。通信リンク４０１は、任意の固定又は無線通信手段、例えば、図２ａに関して既に上述したものによって提供されている。測定装置（例えば、１２０ａ）は、電力ユニットのうちのいくつか（例えば、１１９ａ及び１１９ｂ）と同一若しくは類似の地理的位置若しくはグリッド位置、及び／又は任意の電力ユニットから離れた位置にあってもよい。
【００８２】
図４に示す例示的な実装では、制御ノード１３０は、グリッド周波数の測定値を測定装置１２０から受信し、測定された周波数に基づいて、及び電力ユニット１１９ａ〜１１９ｇのプロファイル情報に基づいて、制御命令を生成し、関連する電力ユニット１１９ａ〜１１９ｇの電力供給及び／又は電力消費を制御するために、制御命令をＰＵＣ１１８ａ〜１１８ｇのうちの１つ又は複数に送信する。集中型の制御ノードからグリッド周波数の制御を連携させることは、例えば、局所的な電力ユニットにわたる連携されていない局所制御に対して多数の利点を有する。例えば、集中型の制御によって、グリッド全体の応答が、局所的、地域的なグリッド周波数の変化、及び／又はグリッド全体のグリッド周波数の変化に応じて連携することが可能となり、制御される電力ユニット全ての集合的な応答を概観することができる。異なる電力ユニットが、柔軟性を改善し、制御期間中のグリッド周波数の変化（例えば、グリッド周波数の公称値からの偏差の増加又は減少）を考慮してそれに即した応答を可能にして、制御期間中の異なる時間に異なる寄与をするように、行われる応答が、時間変化するように連携することができる。この変化は、後述する技術により、又は制御期間中進行中のグリッド周波数の監視に基づいて、予め判断され得る。異なる電力ユニットの制御は、例えば、１つ又は複数の変化特性の変化、例えば、公称周波数からの増加する偏差又は偏差の割合を動的応答として考慮するように、交互に実行され得る。
【００８３】
図５は、グリッド周波数に寄与するように電力ユニットを制御するための、本発明の実施形態による例示的な手続きを概説するフロー図である。これは、例えば、グリッド周波数の突然の変化などの事象に応じて、グリッド周波数を所望の値又は公称値に操作することに寄与するために行われ得る。
【００８４】
ステップ５０２で、グリッド内のもう１つの予め定義された位置でグリッド周波数が監視される。監視は、既に図３に関して上述したように、１つ又は複数の予め定義された位置で、１つ又は複数の測定装置１２０において行われたグリッド周波数の測定結果を、ＣＮ１３０で受信することを含む。測定結果は、ＣＮ１３０のプロセッサ３０４に伝送され得る。プロセッサ３０４は、測定された周波数に関連付けられる値を処理し、データ記憶３０６に記憶することができる。１つより多くの位置でグリッド周波数を測定することによって、グリッド全体の周波数の振る舞いの図を構築することが可能となり、したがって、最も有効な応答が連携させることが可能となる。例えば、１つの領域にもたらされるグリッド周波数の大きな変化が、関連する領域での応答によって補償される必要があるだけでなく、その領域での変化が、他の領域で必要とされ得る応答を示している可能性がある。例えば、グリッド周波数の大きな変化が、低いグリッド慣性を有する位置で測定される場合、これは、高い慣性を有するグリッドの異なる遠隔の領域が、すぐに大きな周波数変化を経験するかもしれないということを示している可能性があり、例えば、この高い慣性の場所で検出された周波数の任意の変化が、むしろ言ってみれば雑音であり、それが実際の周波数変化に起因する可能性が高いということを、慣性の高い場所からの測定値の分析に知らせている可能性がある。
【００８５】
ステップ５０４で、ＣＮ１３０のプロセッサは、監視対象のグリッド周波数に関する１つ又は複数の条件が満たされているかどうかを判断する。これらの条件は、グリッド周波数を公称値に戻すために電力ユニットを制御する、制御期間を開始するかどうかについての条件であり得る。
【００８６】
プロセッサは、監視対象のグリッド周波数に関連付けられた１つ又は複数の値を閾値と比較することによって、ステップ５０４の条件が満たされていること、及び閾値を越えているときに、条件が満たされていることを判断するように構成され得る。閾値は、ＣＮ１３０のデータ記憶３０６に記憶されてもよく、及び／又は、例えばＩ／Ｏ３０２を介して、比較に使用するためにＣＮ１３０のプロセッサ３０２に伝送されてもよい。閾値は、例えば、グリッド運用者によって設定されている、測定されたグリッド周波数の公称周波数からの変化の許容限度、例えば５０Ｈｚの公称値に対して４９．５Ｈｚの範囲内に設定されてもよく、測定された周波数が、例えば４９．５Ｈｚより低くなるとき、閾値を越えて条件が満たされる。
【００８７】
プロセッサは、監視対象のグリッド周波数が、２つの閾値によって境界を区切られた、値の範囲内にあるかどうかを評価することによって、条件が満たされたこと、及び周波数が範囲外にあるときに、条件が満たされていることを判断するように構成され得る。例えば、範囲は、５０±０．５Ｈｚに設定されてもよく、監視対象のグリッド周波数が範囲外にあるときに、条件が満たされる。周波数の変化の重大度を判断するために複数の範囲が使用されてもよく、例えば、監視対象のグリッド周波数が、第１の範囲、例えば５０±０．２Ｈｚの外に出る場合、周波数の変化は、「低い重大度」であり、「低い重大度」の変化に適した応答のみが実行される。一方、例えば、監視対象のグリッド周波数が、第２の範囲、例えば、５０±０．４Ｈｚの外に出る場合、周波数の変化は、「高い重大度」であり、「高い重大度」の周波数変化に適した応答が実行される。「高い重大度」の周波数変化に適した応答は、例えば、必要に応じて、電力ユニットをより多くすること、又は、電力消費及び／若しくは電力供給の変化をより大きく制御することを伴い得る。
【００８８】
いくつかの実施形態では、グリッド周波数の変化への応答に取られる時間を減らすために、局所的に測定された周波数特性を分析して、グリッド周波数の重大な変化を早期に識別できるようにしてもよい。この分析は、例えば、後述するように、測定装置１２０から収集されたデータに基づいて、ＣＮ１３０のプロセッサ３０２で実行されてもよい。分析は、多項式外挿関数及び／又は円錐外挿関数などの数学関数を、（例えば、観測ウィンドウ内の一連の時間においてプロットされた）監視対象のグリッド周波数の一連の値に適合することによって実行されてもよい。これは、「スライディングウィンドウ（ｓｌｉｄｉｎｇ  ｗｉｎｄｏｗ）」法を使用して、第１の観測ウィンドウにわたる、監視対象のグリッド周波数の第１の一連の値に関数を適合することを含み得る。次いで、ウィンドウは、その後の第２のウィンドウにわたる、監視対象のグリッド周波数の第２の一連の値に移動されて関数を適合する。
【００８９】
ステップ５０４で、監視対象のグリッド周波数に関する１つ又は複数の条件が満たされたという肯定的な判断がされた後、１つ又は複数の予め定義された監視位置のうち１つ又は複数の位置におけるグリッド周波数が制御されることとなる制御期間が、ステップ５０６で開始される。
【００９０】
制御期間は、不確定であってもよく、例えば、制御期間の開始で始まり、監視対象のグリッド周波数が閾値を越えた、又は周波数の範囲内に戻ったと判断されたときまで継続してもよく、例えば、監視対象のグリッド周波数が、公称グリッド周波数を中心とする範囲、例えば、５０±０．５Ｈｚの範囲内に戻るときに、制御期間が終了してもよい。
【００９１】
例えば、電力ユニットの電力消費及び／又は電力供給の制御が、最大の複合期間、例えば、５分までの間だけ行われることが許容できるか又は望ましいと予め決められており、その時間の後は、例えば、この方法で制御を行うことが経済的でない可能性がある場合、制御期間は、予め定義された長さであってもよい。
【００９２】
ステップ５０２〜５０６に続いて、ステップ５０８で、上記制御期間中のグリッド周波数の変化に関する一つ又は複数の変化特性が、グリッド周波数の監視に基づいて判断される。
【００９３】
いくつかの実施形態では、ＣＮのプロセッサ３０４が、１つ又は複数の変化特性を判断するように構成される。
【００９４】
１つ又は複数の変化特性は、監視対象のグリッド周波数から導出されることができ、例えば、後述する数学的手法に基づいて、及び／又は制御期間中継続されるグリッド周波数の監視に基づいて、予め判断されることができる。１つ又は複数の変化特性は、制御期間中の周波数の変化の標識、例えば、公称値からの偏差の変化、及び／又は周波数の変化の「形状」表現を含んでもよい。
【００９５】
変化特性は、図６の（ａ）〜（ｃ）に関して後述するように、観測ウィンドウ内の監視対象のグリッド周波数に適合される多項式関数の１つ若しくは複数の係数、又は将来の特定の時間における監視対象のグリッド周波数の予測値を含んでもよい。
【００９６】
変化特性は、図７のａ）〜ｆ）に関してさらに詳細に説明するように、第１の観測ウィンドウの第１の一連の値に適合される第１の多項式関数の１つ若しくは複数の係数と、その後の第２の観測ウィンドウの第２の一連の値に適合される第２の多項式関数の１つ若しくは複数の係数との、１つ若しくは複数の差、又はさらに、その後のさらなる観測ウィンドウのさらなる一連の値に適合されるさらなる多項式関数のさらなる１つ又は複数の係数との、１つ又は複数の差を含んでもよい。
【００９７】
変化特性は、制御期間中に変化することがあり、したがって、図５のステップ５０８の１つ又は複数の変化特性の判断は、制御期間中、連続的に、又は間隔をおいて発生することがあると理解されたい。制御期間中に判断される変化特性は、制御期間内の監視対象のグリッド周波数の変化の性質を説明可能な任意の特性を含み得る。例えば、監視対象のグリッド周波数が、どの程度、どのくらいの割合で、どの関数形に従って、低下若しくは上昇するかどうか又は低下若しくは上昇する可能性が高いかどうか、いつ及びどのように低下若しくは上昇を止めたか若しくは止めそうか、並びに、いつ及びどのように制御期間を終了する条件を満たしたか若しくは満たす可能性が高いかなど、その全てが、ステップ５０２〜５０６に関して上述したように、監視対象のグリッド周波数の連続的な、又は間隔をおいた分析により判定され得る。
【００９８】
図５のステップ５１０に表されるように、５０８で判断される１つ又は複数の変化特性に基づいて、及びグリッド１００に接続されている、分散された複数の電力ユニット１１９に関するプロファイル情報に基づいて、第１の複数の電力ユニットの電力消費及び／又は電力供給を制御するための制御命令が生成され得る。制御命令は、ステップ５０８で判断される変化特性によって示される、グリッド周波数の変化に対抗するように生成され得る。
【００９９】
いくつかの実施形態では、制御命令は、ＣＮ１３０のプロセッサ３０４によって生成される。制御命令は、ステップ５０２〜５０８と同時に、又はステップ５０２〜５０８に続いて生成されてもよい。制御命令がステップ５０２〜５０８と同時に生成される、いくつかの実施形態では、制御命令は、例えば、ステップ５０４の１つ又は複数の条件が満たされたという判断を一度だけ送信することが承認された制御命令として、例えば、アクティブ化されるだけであってもよい。
【０１００】
図５のステップ５１２で、ステップ５１０で生成された制御命令が、第１の複数の電力ユニットに送信され、第１の複数の電力ユニットは、以て、制御期間中時間変化する寄与をグリッド周波数に対してもたらすように制御される。制御命令は、ＣＮ１３０のＩ／Ｏ３０２を介して、各電力ユニットに関連付けられたＰＵＣ１１８のＩ／Ｏ２０２に送信される。
【０１０１】
例示的な実施形態では、プロセッサ３０４は、グリッド周波数の予測を行い、グリッド周波数の予測値が閾値を越えたかどうか、又は周波数の範囲外にあるかどうかに基づいて、条件が満たされたかどうかを判断するように構成される。グリッド周波数の予測値に従って、条件が満たされたかどうかを判断するプロセスは、図６の（ａ）〜（ｃ）に関して後述する。
【０１０２】
図６の（ａ）〜（ｃ）は、時間ｔに対するグリッド周波数ｆの例示的な概略プロットを示し、各場合において、監視対象のグリッド周波数は、実線のプロット「Ｅ」で表され、グリッド周波数の予測値が黒い星で表されている。図６の（ａ）〜（ｃ）のそれぞれの時間軸の「０」は、それぞれの場合において概念上の現在を表し、図６の（ａ）〜（ｃ）のそれぞれが、連続したさらに後の時間における監視対象のグリッド周波数及び予測周波数のプロットを連続して表す。これらの例における正常動作の仮定上の公称グリッド周波数は、５０Ｈｚであり、周波数の仮定上の「許容範囲」は、±０．５Ｈｚである。しかしながら、公称グリッド周波数は、公称動作値であるように選択された、同期型電力グリッドの任意の周波数であり得ること、及び、グリッド周波数の「許容範囲」は、グリッド周波数がその中に維持されることが望ましい、任意の範囲であり得ることを理解されたい。
【０１０３】
図６の（ａ）は、一連の中の初期のプロットであり、記録された監視対象のグリッド周波数「Ｅ」が、時間「０」の概念上の現在に至るまで５０Ｈｚ付近であることを示している。観測ウィンドウは、２つの時間「Ａ」及び「Ｂ」の間に定義され、そこで、時間「Ｂ」は、概念上の現在「０」として定義され、時間「Ａ」は、「Ｂ」の点から過去の設定時間、例えば、約１秒として定義される。多項式適合手続きが、例えば、最小二乗を適合することに基づいて、この観測ウィンドウ内で記録された監視対象のグリッド周波数に適用される。例えば、この手続きは、観測ウィンドウ内で関数ｆ＝ａｔ２＋ｂｔ＋ｃの係数ａ、ｂ、及びｃを決定することができ、それによって関数から監視対象のグリッド周波数の最小合計偏差という結果を得る。観測ウィンドウについて係数が一度決定されたら、ｔ＝Ｃ、例えば、Ｃ＝２秒でｆについての等式を解くことによって、即ち、観測ウィンドウの監視対象のグリッド周波数に適合された関数を将来時間まで外挿することによって、将来のある特定の時間ｔ＝０＋Ｃについてのグリッド周波数の予測が可能である。図６の（ａ）では、観測ウィンドウで適合された関数は、主に線形であり、時間「Ｃ」までのこの関数の外挿の結果、塗り潰された星で表されている予測周波数となる。図６の（ａ）において適合された関数は、小さな勾配を有し、結果として予測周波数は、５０＋／−０．５Ｈｚの範囲内にある。したがって、例えば、予測周波数が範囲５０＋／−０．５Ｈｚの範囲外にあるという条件は、図６の（ａ）では満たされていない。
【０１０４】
図６の（ｂ）は、時間が進んでおり、さらなる監視対象のグリッド周波数「Ｅ」がプロットされ、時間「Ａ」及び「Ｂ」の間に定義された観測ウィンドウが進んでいることを除いては、図６の（ａ）と同様に示されている。上述した多項式適合手続きが、ここでも再び、この後の観測ウィンドウに含まれる監視対象のグリッド周波数に適用される。観測ウィンドウに対して適合される関数ｆ’＝ａ’ｔ２＋ｂ’ｔ＋ｃ’は、図６の（ｂ）において破線Ｄ’で表され、いくらかの曲率を有するが小さな勾配を有し、それは監視対象のグリッド周波数が、観測ウィンドウの終わりで減少したという事実を反映している。時間Ｃ’における周波数についての予測は、ｔ＝Ｃ’についてｆ’を解くことによって行われ、ここで例えば、Ｃ’＝２秒である。この予測値は、図６の（ｂ）において、塗り潰された星で表されている。ここでも、予測周波数は、５０＋／−０．５Ｈｚの範囲外にはなく、したがって、例えば、予測周波数が５０＋／−０．５Ｈｚの範囲外にあるという条件は、図６の（ｂ）において満たされていない。
【０１０５】
図６の（ｃ）は、時間がさらに進み、さらなる監視対象のグリッド周波数「Ｅ”」がプロットされ、時間「Ａ”」及び「Ｂ”」の間に定義された観測ウィンドウがさらに進んでいることを除いては、図６の（ｂ）と同様に示されている。上述した多項式適合手続きが、ここでも再び、このさらに後の観測ウィンドウに含まれる監視対象のグリッド周波数に適用される。観測ウィンドウに対して適合される関数ｆ”＝ａ”ｔ２＋ｂ”ｔ＋ｃ”は、図６の（ｃ）において破線Ｄ”で表され、いくらかの曲率を有するがより大幅な勾配を有し、それは監視対象のグリッド周波数が、「Ａ”」及び「Ｂ”」の間に定義された観測ウィンドウのほぼ全ての間減少していたという事実を反映している。時間Ｃ”における周波数についての予測は、ｔ＝Ｃ”についてｆ”を解くことによって行われ、ここで例えば、Ｃ”＝２秒である。この予測値は、図６の（ｃ）において、塗り潰された星で表されている。ここでは、予測周波数は、５０＋／−０．５Ｈｚの範囲外にあり、したがって、例えば、予測周波数が５０＋／−０．５Ｈｚの範囲外にあるという条件は、図６の（ｃ）では満たされている。したがって、例えば、電力ユニットが制御され得る制御期間が開始されることができる。
【０１０６】
さらに例示的な実施形態では、プロセッサは、図７のａ）〜ｆ）に関してここで説明される、１つ又は複数の連続した観測ウィンドウ内の監視対象のグリッド周波数に適合される１つ又は複数の関数の係数を比較することによって、条件が満たされているかどうかを判断するように構成される。
【０１０７】
図７のａ）〜ｆ）は、時間ｔの周波数の変化を示し、そこで、監視対象のグリッド周波数の値は、２次多項式関数で適合される。２次多項式関数の関数形は、ａｔ２＋ｂｔ＋ｃであり、関数の形状を定義するパラメータは、係数ａ、ｂ、及びｃである。ここでも、多項式関数が、各観測ウィンドウについての監視対象のグリッド周波数に連続的に適合され、そこで、適合する目的で「ｔ＝０」が、連続的な観測ウィンドウそれぞれの中の一貫した点に連続的に再定義される。
【０１０８】
図７のａ）は、１〜１０とラベルが付けられた、１０個の観測ウィンドウの期間にわたって測定された周波数特性を示す。１０個の観測ウィンドウの経過にわたって、監視対象のグリッド周波数に変化があることが分かる。特に、監視対象のグリッド周波数は、観測ウィンドウ１、２及び３の間安定しており、その後観測ウィンドウ４で、値が低下し始める。監視対象のグリッド周波数の変化率は、観測ウィンドウ６における最大変化率までわずかに増加し、その後、変化率は、観測ウィンドウ１０まで減少する。
【０１０９】
図７のｂ）〜ｆ）は、図７のａ）で示した監視対象のグリッド周波数への２次多項式関数の適合を示している。
【０１１０】
観測ウィンドウ２の間（図７のｂ））、監視対象のグリッド周波数は安定しており、その結果、適合された多項式関数は、勾配が０に近い線形関数になる。
【０１１１】
観測ウィンドウ４の間（図７のｃ））、周波数特性は、減少し始める。このウィンドウでは、監視対象のグリッド周波数は、破線の曲線で示されるように、反転した放物線を描く多項式関数に最もよく適合され得る。この反転した放物線は、例えば、係数「ａ」の負の値によって、特徴付けられ得る。ウィンドウ５の間（図７のｄ））、監視対象のグリッド周波数の変化率（減少率）が増加する。したがって、例えば、ウィンドウ５の監視対象のグリッド周波数（図７のｄ））は、ウィンドウ全体にわたって急勾配を有する、より鋭い反転した放物線を描く多項式に最もよく適合され得る。この急勾配は、例えば、係数「ｂ」の大きさが増加することによって、特徴付けられ得る。
【０１１２】
ウィンドウ６の間（図７のｅ））、監視対象のグリッド周波数は、実質的に単調にではあるがさらに低下し、したがって、線形関数に最もよく適合され得る。線形関数は、係数ａ＝０を有し、それは、また、監視対象のグリッド周波数の概念的な関数形の変曲点に印を付ける。
【０１１３】
ウィンドウ８の間（図７のｆ））、監視対象のグリッド周波数は、変曲点を通過し、監視対象のグリッド周波数の変化率は低下している。したがって、監視対象のグリッド周波数は、反転していない放物線に最もよく適合され得る。この反転していない放物線は、例えば、係数「ａ」の正の値によって特徴付けられ得る。ある観測ウィンドウについての監視対象のグリッド周波数の値に適合される多項式関数の係数を、次の観測ウィンドウ中の係数と比較することによって、例えば、監視対象のグリッド周波数の減少（又は、実際には増加）の始まり（係数が０でない値を有することを検出することによる）、監視対象のグリッド周波数の変化率の変化（係数の大きさの変化を検出することによる）、及び監視対象のグリッド周波数における転換点又は変曲点（１つ又は複数の係数の符号の変化を検出することによる）などの、適合される関数の形状の重大な変化を検出することが可能であることが、上述の例から分かる。本実施形態では、１つ又は複数の条件が満たされていることの判断は、したがって、連続する観測ウィンドウの係数のうち１つ又は複数の間の差を判断すること、並びに、差の大きさ及び／又は符号が、１つ又は複数の範囲内にあるかどうか、及び差の１つ又は複数が、範囲の１つ又は複数の外にあるとき、条件が満たされることを判断することを含み得る。
【０１１４】
さらに、多項式関数の係数が、時間間隔の間にどのように変化するかを判断することによって、周波数特性が変化しそうな量を外挿することが可能である。典型的には、監視対象のグリッド周波数が転換点に近づくにつれて、周波数特性の全体的な減少（又は増加）の正確な推定を行うことが可能である（図７のｅ））。これは、典型的には、約５００ｍｓの周波数特性の減少の始まりに続く時間に一致し、閾値に到達するのにかかる時間（例えば、およそ数秒）よりも著しく短い時間フレームであり得る。
【０１１５】
上記実施形態では、例えば、最も大きな重みが、直前の観測ウィンドウの監視対象のグリッド周波数に与えられるように、異なる重みが、異なる観測ウィンドウの監視対象のグリッド周波数に対して与えられることができる。この重み付け手続きは、適合される関数の係数の判断において、監視対象のグリッド周波数のスプリアス成分の影響を減らすことができる点で、フィルタとして動作し得る。
【０１１６】
適合手続きは、他の関数形、例えば、指数関数、べき関数、又は例えば、任意の次数の多項式関数に監視対象のグリッド周波数を適合することに基づいてもよい。
【０１１７】
条件は、測定装置１２０固有の領域内のグリッド慣性の測定に関して設定されてもよい。電力バランスの所与の突然の変化のために、比較的大きな慣性を有する領域についてのグリッド周波数に対する影響は比較的小さいため、例えば、その外側で条件が満たされる周波数の範囲は、比較的大きな慣性を有するグリッド領域からの測定には比較的小さく設定され得る。
【０１１８】
図５のステップ５１０の制御命令の生成、及び、図５のステップ５１２の電力ユニットへの制御命令の送信から生じる電力ユニットの制御がもたらす、グリッド周波数への寄与が、図８の（ａ）〜８ｃに関してここでより詳細に説明される。
【０１１９】
図８の（ａ）は、１〜５とラベルが付けられた時間の特定の点によって区間に分けられた、３つの異なる仮定のシナリオ「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」における、時間に対する監視対象のグリッド周波数の仮定のプロットを示す。
【０１２０】
図８の（ａ）のシナリオ「Ａ」で１において、グリッド内の監視対象領域での電力供給に突然の損失があり、したがって、グリッド周波数が減少している。シナリオ「Ａ」では、突然の損失に対して何の処置も取られず、即ち、本明細書に記載する発明は展開されていない。したがって、２〜５を通じて、グリッドが、新たな、より低いグリッド周波数で平衡状態に近づくにつれて、グリッド周波数は、徐々によりゆっくりとした下降速度ではあるが低下し続け、ちょうど４の前で、グリッド周波数の仮定の許容下限の４９．５Ｈｚより下に下降する。このシナリオに対処する従来の方法は、１の後数秒又は数十秒、グリッド内の別の大きな発電機が、返されるグリッド周波数をその公称値に戻すために、電力供給を増加させることであり得る。しかしながら、その時までに、グリッド周波数が公称値について仮定する許容範囲外となって既に、約数十秒が経過している。
【０１２１】
図８の（ａ）のシナリオＢでは、シナリオＡと同様の突然の電力不均衡が１で発生し、周波数は、最初のうち１と２との間で同様に下降する。しかしながら、このシナリオでは、本発明の実施形態による制御期間が開始される。２より前に監視された周波数の（例えば、上述したような）分析から、条件が満たされ、制御期間が開始されるべきであるとＣＮ１３０によって判断され、制御期間が２で開始される。さらに、この例示的なシナリオでは、グリッド周波数が時間で変化し、かつ変化しそうな方法を特徴付ける周波数特性が、１及び２と間の監視対象のグリッド周波数の分析から（例えば、図６の（ａ）〜（ｃ）及び７ａ〜７ｆに関して上述した方法を使用して）導出される。これらの周波数特性は、例えば、１及び２の間の周波数に関連する電力の不均衡の大きさを判断するための監視に固有の領域の、例えば慣性の特性と組み合わされる。したがって、不均衡を補償するために制御する必要がある電力供給及び／又は電力消費の大きさ及び持続期間が計算される。
【０１２２】
例示的なシナリオＢで２において、ＣＮ１３０のプロセッサ３０４は、また、電力ユニット１１９のプロファイル情報をデータ記憶３０６から読み出す。次いで、プロセッサは、電力ユニット１１９をフィルタリングして、例えば、制御、及び例えばこの例に利用可能であるとプロファイル情報によって示されている電力ユニットが、現在電力を消費中の電力消費ユニット、又は現在全容量で電力を供給していない電力供給ユニットのいずれかであるとさらに考えるようにしてもよい。次いで、プロセッサは、例えば、電力消費容量及び／又は電力供給容量などのさらなるプロファイル情報に基づいて、フィルタリング後残っている各電力ユニットについて、計算された不均衡を補償するのに十分な、組み合わされた応答を行うために、各電力ユニットに送信する必要がある制御命令を例えば計算してもよい。それは、例えば、十分な（例えば、応答が配信され得る大きさ及び速度において十分な）応答を行うことができる電力ユニット、又は電力ユニットのグループがあるということであってもよい。このグループは、図８の（ｂ）のブロック８０４によって表される。図８の（ｂ）は、電力ユニットの例示的な制御スケジュールを示す概略図であり、制御スケジュールは、シナリオＢに関連付けられている。ブロック８０４で表されるグループは、例えば、供給容量が限られているが、応答時間が非常に短く、例えば、工業上又は商業上のプロセスが短い期間の間だけで終結され得る電力供給ユニットを含み得る。
【０１２３】
２において、制御命令が生成されて、ブロック８０４で表されたグループに送信される。ブロック８０４で表される電力ユニットは、図８の（ｂ）のブロック８０２で表された短い期間を、３まで続く制御命令への応答にかけ得る。
【０１２４】
ブロック８０４で表される電力ユニットグループの制御の結果、図８の（ａ）のシナリオＢの監視対象のグリッド周波数は、３で降下しなくなり、ゆっくり増加する。しかしながら、それは、グループ８０４の電力ユニットが、例えば、工業プロセスの中断期間の制限に起因して、限られた期間の間に応答を行うことしかできず、限られた期間は、例えば、グリッド周波数を公称周波数についての許容範囲内に戻すために、システムの発電／消費に平衡をもたらすことになる予備の発電に従事する必要があると判断された時間よりも短いということであり得る。追加的に又は代替的に、グループ８０４の電力ユニットが延長された期間の間応答を行うことは、例えば、電力ユニットのユーザに不便をかける恐れがあるため、望ましくないかもしれない。
【０１２５】
２において、プロファイル情報、例えば、特徴応答時間、又はブロック８０４で表された電力ユニットの時間の可用性の最大長時間の標識からこれを判断すると、ＣＮ１３０のプロセッサ３０４は、２において、図８の（ｂ）のブロック８０８で表される、第２の電力ユニット又は第２のグループの電力ユニットに対しても、制御命令を生成し送信する。ブロック８０８で表されるグループは、ブロック８０６で表された制御命令に応答する期間を有し、その期間は、例えば、ユニット内の比較的遅い制御回路に起因して中間の長さである。したがって、ブロック８０８で表されるグループは、ブロック８０４で表されるグループに関連付けられる応答が終わる少し前に、４において応答に寄与し始める。
【０１２６】
ブロック８０８で表される電力ユニットのグループは、例えば、冷却ユニットを含み得る。冷却ユニットは、図らずも比較的ゆっくりと制御命令に応答し、そのプロファイル情報において、冷却ユニットが、例えば、十分な冷却の全体レベルを維持するために、限られた時間の間オフにされることもできると指定されている。ブロック８０４で表される電力ユニットの制御は、図８の（ａ）の例示的なシナリオＢの監視対象のグリッド周波数に強い影響を与え、シナリオＢでは、周波数が、４及び５の間で一定レベルに維持される。
【０１２７】
上述したように、ブロック８０８の電力ユニットの制御の長さもまた限定され、グループの制御は、５の後に終了するということであってもよい。２において、ブロック８０８の電力ユニットのプロファイル情報からこれを判断すると、ＣＮ１３０のプロセッサ３０４は、図８の（ｂ）のブロック８１２で表される、第３の電力ユニット又は第３のグループの電力ユニットのための制御命令も生成する。このグループは、制御命令８１０に応答する期間を有し、その期間は、例えば、グループが含まれるディーゼル発電機の比較的長い起動時間に起因して比較的長く、したがって、第３のグループの電力ユニットは、ブロック８０８に関連付けられる応答が終わる少し前に、５において応答に寄与し始める。
【０１２８】
ブロック８１２のユニットの制御は、図８の（ａ）の例示的なシナリオＢの監視対象のグリッド周波数に大きな影響を与える。シナリオＢでは、周波数は、５の先で増加し、公称周波数５０Ｈｚ付近に戻る。ブロック８１２の電力ユニットの制御は、周波数を公称値付近に維持するために制御がもはや必要ないと判断されるまで、継続し得る（ブロック８１２の端部の破線で表される）。監視対象のグリッド周波数が、公称周波数についての周波数の許容範囲内に戻ったという判断が行われる場合に、制御期間が終了し、実際に制御期間の終了によって、監視対象のグリッド周波数の変化がさらなる制御期間を開始するのに十分と判断されることにつながる場合、さらなる制御が実行されることになることもある。
【０１２９】
図８の（ａ）のシナリオＣでは、監視対象のグリッド周波数の変化、制御期間の開始、周波数特性の判断、及び制御命令の生成が、シナリオＢと同様に起こり、図８ｃの最初の３列の制御ブロックで示されるように、図８の（ｂ）と同一の最初の制御スケジュールが生成され、実行される。しかしながら、シナリオＣでは、ブロック８０４’の電力ユニットの制御が、３の後で低下し続けるのを妨げない。一方、ＣＮ１３０は、制御命令が２で生成されて送信された後、グリッド周波数を監視し続け、２と４との間隔の間に、例えばこの期間中に導出された周波数特性の分析から、１つ又は複数のさらなる条件が満たされたこと、例えば、監視対象のグリッド周波数が依然として低下していること、及びさらなる制御命令が生成され送信される必要があることを判断する。したがって、ＣＮ１３０のプロセッサ３０４は、２と４との間で判断された、周波数の低下を補償するのに必要な追加的な電力消費及び／又は電力供給の制御を計算することができる。次いで、ＣＮ１３０のプロセッサ３０４は、グリッド１００に接続されている分散された複数の電力ユニットのプロファイル情報をさらに取得し、さらなる制御で使用するために電力ユニットをさらにフィルタリングして選択し、さらなる制御命令を生成して、必要に応じてさらに計算された補償をもたらすことができる。これらの制御命令は、５で、ブロック８１６のような、図８ｃの例示的な制御スケジュールに表されるグループに送信される。電力ユニットがブロック８１４で表される制御命令に応答する、短い時間間隔があることもある。
【０１３０】
ブロック８１６の電力ユニットの制御によって行われる追加の応答は、図８の（ａ）のシナリオＣの監視対象のグリッド周波数の例示的なプロットに反映されており、４と５の間の間隔でのように、周波数は低下するのをやめて上昇し始める。シナリオＣでは、ブロック８１６の電力ユニットの追加的な寄与が、５の少し後で終わるが、５においてブロック８１２’の電力ユニットから応答が開始されることにより、監視対象のグリッド周波数は公称値付近に十分戻る。シナリオＣにおいて制御期間は終了し、シナリオＢで上述したのと同じ方法で再開され得る。
【０１３１】
このように、電力ユニットは、グリッド周波数を公称値に戻すために、グリッド周波数の変化に、動的で明確に定義され、かつ継続的な応答を行うように、集約及び制御され得る。
【０１３２】
制御期間において電力ユニットを制御することから作り出される、組み合わされた電力供給及び／又は電力消費が、予め定義された経時的プロファイルに従うように、制御命令の生成が制限され得る。このプロファイルは、例えば、速過ぎる応答によって引き起こされ得る、電子機器に対する損傷を制限するために、例えば、グリッド運用者によって予め定義されてもよい。
【０１３３】
予め定義された経時的プロファイルを定義するパラメータは、例えば、静的パラメータとして、システム運用者によって定義されてもよい。パラメータ及び／又は経時的プロファイルは、グリッドの局所的な領域又は地域に対して固有であってもよく、例えば、１日又は１週間の間のある時間の特定の時間ウィンドウにのみ有効であるように定義されてもよく、周波数特性の所与の判断に対して柔軟性があってもよく、例えば、監視対象のグリッド周波数の変化の重大度の一定レベルの判断に応じて制限が緩やかであってもよい。
【０１３４】
予め定義された経時的プロファイルを生成するための制御命令が、例えば、監視対象のグリッド周波数に関する任意の条件が満たされるのに先立って、生成されてもよい。例えば、図５のステップ５１０の制御命令の生成は、例えば、予め定義された電力ユニットのセットのための予め定義された制御命令のセットを、データ記憶、例えば、ＣＮ１３０のデータ記憶３０６から取得することを含み得る。
【０１３５】
予め生成された制御命令のセットは、送信時に、例えば、予め定義された経時的応答を起こしてもよい。経時的プロファイルは、例えば、上述のような１つ又は複数のパラメータによって定義されており、予め定義された異なる経時的プロファイルからなる、予め生成された制御命令の異なるセットがあってもよい。
【０１３６】
予め生成された制御命令の特定のセットは、１つ又は複数の変化特性に基づいて取得され得る。例えば、図５〜８ｃに関して上記で詳細に説明した方法を用いて、ある位置の周波数の変化事象が、「高い重大度」として分類されると変化特性が示していると判断され得る。この場合、例えば、その位置での「高い重大度」の事象に応答するために、予め生成されている制御命令のセットが、例えば、ＣＮ１３０のデータ記憶３０６から取得され、制御命令に定義されたＰＵＣ１１８に送信されてもよい。
【０１３７】
周波数の変化には、判断される変化特性、並びに、例えば、変化が測定された時間及び／又は位置のグリッド慣性に基づいて、例えば、数値化した等級が与えられてもよい。例えば、グリッド周波数の比較的急速な減少若しくは比較的大きな減少、又はその両方の組み合わせを起こす可能性が高い、又は可能性が高いと予想される変化は、例えば、「−１０」で等級付けされてもよく、一方、比較的緩やかな増加の変化若しくは比較的小さな変化、又はその両方を伴う変化は、例えば、「＋２」で等級付けされてもよい。２０個の異なる予め生成された制御命令のセット（即ち、−１０〜−１及び＋１〜＋１０）があり、送信時に、判断された重大度の変化の等級に比例する応答をもたらすようにそれぞれ定義されている。例えば、変化が、例えば、等級「−７」に含まれる変化特性を有する場合、等級「−７」の周波数の変化に比例する応答をもたらすために、予め生成されている「−７」とラベル付けされた、対応する予め生成された制御命令が、取得され、送信され得る。これにより、制御期間の開始時又は開始後に、どの電力ユニットが応答に含まれ、それらが、十分な応答をもたらすためにどの制御命令が送信されるべきであるかの計算のレベルが低下するため、より速い応答が可能となるかもしれない。
【０１３８】
例えば、さらなる制御命令が、その後のグリッド周波数の監視に基づいて生成され、送信される前に、予め生成された制御命令のセットが、判断される変化特性の変化への最初の応答として、制御命令中に定義された電力ユニットへ送信されてもよい。例えば、図８ｃのブロック８０４’、８０８’及び８１２’で表されるグループに送信される制御命令が、予め生成され、１及び２の間の監視対象のグリッド周波数の変化に応じて、２及び３の間で取得されてもよい。次いで、制御命令は、その後のグリッド周波数の監視に応じて、４の時点で、生成されて図８ｃのブロック８１６で表される電力ユニットのグループに送信されてもよい。
【０１３９】
制御命令の生成には、特定の時間における、グリッド内の特定の位置でのグリッド慣性に関する情報も組み込んでもよい。例えば、特定の時間に、特定のグリッド位置が、例えば、低い慣性を有する場合、著しい周波数の変化に応じて、電力ユニットを制御して、例えば、最も急速な応答をもたらすことが可能な電力ユニットを選択することにより、適切に急速な応答を可能な限り近くにもたらすように、制御命令が生成されてもよい。一方、ある時間におけるグリッドの領域が、例えば、高い慣性を有すると判断される場合、高速に応答する電力ユニットのための制御命令を生成することの重要性が低いということが、制御命令の生成において考慮され得る。
【０１４０】
連携された応答の制御の精度及びレベルを向上させるために、ＣＮ１３０のプロセッサ３０４が、制御命令の生成において、電力ユニットに関連付けられる特徴応答時間を使用することに加えて、又は使用しなければ、プロセッサ３０４は、プロファイル情報の一部をさらに形成し得る、電力ユニットの特徴応答関数も使用してもよい。特徴応答関数は、例えば、図８の（ｂ）のブロック８０４の電力ユニットのための、ブロック８０２で示されるような特徴応答時間に単に関係すると同様に、所与の制御命令の受信に応じた、電力ユニットの電力消費及び／又は電力供給の変化の関数形に関係する。例えば、図８の（ｂ）のブロック８０２は、時間を表し、その時間の後、ブロック８０４の電力ユニットが、制御命令の受信に応じて所与のレベルの供給を行うことができる。一方、いくつかの実施形態では、ブロック８０２は、ある時間の関数を表してもよく、その関数は、制御命令で指定された電力の供給が達成される前に、電力が電力ユニットによって供給される方法を特徴付ける。代替的に、特徴応答関数は、パラメータ化された関数形を特徴付けるパラメータによって表されてもよい。例えば、機械式発電機の電力供給は、起動期間によって最初は特徴付けられ得る。起動期間は、例えば、パラメータ化された関数Ｐ（ｔ）＝Ａ−ＢｅＣｔによって特徴付けられ得る。ここで、Ｐ（ｔ）は、時間ｔにおける電力出力であり、Ａ、Ｂ及びＣは、関数を特徴付けるパラメータである。別の例では、ディーゼル発電機は、電力を供給する前に、始動モーターの使用によって、最初に電力を消費する可能性があり、したがって、異なる関数形によって特徴付けられ得る。別の例では、スロー制御回路は、電力ユニットからの電力出力が０の期間をもたらす可能性があり、したがって、特徴応答関数は、例えば、時間におけるオフセットをパラメータ化することによって、このことを反映させてもよい。特徴応答関数は、電力ユニットの応答のそれぞれのデータポイントを含む、測定された又は適切な応答を表してもよく、したがって、関数形又はそれに関連付けられたパラメータによって必ずしも特徴付ける必要はない。
【０１４１】
生成され、例えば、図８の（ｂ）のブロック８０４で表される電力ユニットのグループに送信された制御命令は、オフにする命令、オンにする命令、電力供給を増加又は減少させる命令、電力消費を増加又は減少させる命令、一定時間の間電力供給及び／又は電力消費を変化させる命令、並びに特定の時間プロファイルに従って電力供給及び／又は電力消費を変化させる命令を含み得る。応答全体の予め定義された経時的プロファイルを高精度で達成するために、ブロック８０４の制御命令は、パラメータ化された関数に従って、例えば、Ｐ（ｔ）＝Ａ−ＢｅＣｔに従って、電力供給を増加させる命令を含んでもよい。ここで、Ｐ（ｔ）は、時間ｔにおける電力出力であり、Ａ、Ｂ、及びＣは、関数を特徴付けるパラメータである。制御命令は、例えば、関数のパラメータ、又はＣＮ１３０及びＰＵＣ１１８の双方に既知の予め定義された関数形の識別子だけを含んでもよい。電力ユニットの電力供給及び／又は電力消費の所望の経時的応答を生じさせるために、必要に応じて他の関数形が定義され、パラメータ化されてもよいと理解されたい。
【０１４２】
いくつかの実施形態では、制御システムの処理手段は、例えば、１つ又は複数のＣＮ、１つ又は複数のＰＵＣ、及び１つ又は複数の測定装置１２０からプロセッサを構成する、分散された複数のプロセッサを含み得る。上述の計算、判断、導出、又は上述のプロセッサのいずれかによって実行される任意の他のそのような動作のうちのいずれかが、本明細書に記載された様々な実施形態のプロセッサのうちの任意のプロセッサ、又は任意の組み合わせを使用して実装され得る。例として、例えば、図５のステップ５０２で表されるグリッド周波数の監視、及び、例えば、図５のステップ５０４で表される、監視対象のグリッド周波数に関する条件が満たされていることの判断は、周波数が測定されている測定装置のプロセッサを使用して達成されてもよい。次いで、測定装置は、満たされている条件の詳細をＣＮ１３０に伝送してもよく、ＣＮ１３０のプロセッサ３０４及び通信手段Ｉ／Ｏ３０２は、次いで、図５の５０６〜５１２で表されるステップを引き受けてもよい。さらなる例では、測定装置のプロセッサは、例えば、図５のステップ５０６で表されるように制御期間を開始してもよく、制御期間の詳細をＣＮ１３０に伝送してもよい。処理関数を分散することによって、ＣＮのプロセッサに対する要件を減少させることができ、したがって、これらの要素のコストを省くことができる。処理する機能を分散することによって、システムのプロセッサを最も効率良く使用するように、異なるプロセッサ間で負荷分散することも可能となり、また、任意のプロセッサの過負荷や、これがもたらすこととなる関連する応答遅延を回避することも可能となる。
【０１４３】
グリッド周波数の一定の減少に応じた電力ユニットの制御に関して上述した任意の例示的な実施形態は、グリッド周波数の一定の増加に応じた電力ユニットの制御にも同様に適用することができると理解されたい。例えば、タイマーに設定されている街灯の消費電力が、急激に相関して減少することに起因して、需要が急激に減少することがある。例えば、発電機や発電機群の管理若しくは誤った制御、又は、例えば、多くの風力発電所及び太陽光パネルが、大容量でグリッドへ電力を供給することが可能な、非常に日当たりが良く風の強い期間に起因して、恐らく急激に、供給が増加することもある。これらの場合、電力の需要よりも供給の方が多い可能性があり、それは恐らく急激なグリッド周波数の増加につながり得る。この周波数の増加によって、グリッド周波数は、公称グリッド周波数付近の所望の周波数範囲外に出るか、又は出る可能性が高いと判断され得る。したがって、例示的な実施形態に関して上記で詳細に説明したように、制御システムは、監視対象のグリッド周波数を、その公称値又はその公称値付近に戻すように動作し得る。上記で詳細に説明したのと同様に、これは、電力を供給する電力ユニットに、供給を止めるか又は減少させるための制御命令を送信すること、及び／又は電力を消費する電力ユニットに、消費を維持するか又は増加させるための制御命令を送信することを含み得る。いずれの場合でも、上記で詳細に説明したように、制御命令は、電力ユニットのプロファイル情報に基づいて、かつ判断される変化特性に基づいて生成される。したがって、本発明の実施形態は、本質的に、増加及び減少の両方のグリッド周波数の変化に適用されることができることが、容易に理解されるであろう。
【０１４４】
いずれか１つの実施形態に関連して説明した任意の特徴は、単独で、又は説明した他の特徴と組み合わせて使用されてもよく、また、実施形態のうちのいずれかの他の実施形態の１つ又は複数の特徴と組み合わせて、又は、実施形態のうちのいずれかの他の実施形態の任意の組み合わせで使用されてもよい。さらに、上述されていない均等物及び修正物は、添付の特許請求の範囲で定義される、発明の範囲から逸脱することなく使用されてもよい。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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７ａ）】
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【図７ｂ）】
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【図７ｃ）】
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【図７ｄ）】
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【図７ｅ）】
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【図７ｆ）】
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【図８】
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