(57)【要約】  電力分配ネットワークに均衡化サービスを提供するために使用される、バッテリエネルギー蓄積システムは、蓄積バッテリ（２６）の充電状態（ＳｏＣ）を監視するよう設定される。ＳｏＣが最適範囲（４８）内にある場合、均衡化サービスは、バッテリを充電及び放電することによって単独で提供される。バッテリＳｏＣが所定の下限閾値（５２）を下回る場合、第１の非バッテリ設備は、ネットワークに供給される電力を増加させるよう作動される。同様に、バッテリＳｏＣが所定の上限閾値（５０）を上回る場合、第２の非バッテリ設備は、均衡化サービスを提供するよう作動される。この配置により、バッテリのエネルギー蓄積容量の要求は低減される。システムが、均衡化サービスの規制要件を満たすためには、バッテリは、それぞれの設備が動作容量に到達するためにかかる時間をカバーする期間、各閾値（５０、５２）を超えて充電または放電可能に保つことのみ必要とする。【選択図】図３ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力分配ネットワークを均衡化する方法であって、
（ａ）前記ネットワークに接続された蓄積バッテリに蓄積された充電レベル（ＳｏＣ）を、Ｓｏｃの関数であるパラメータを介して、直接的または間接的に監視するステップであって、前記蓄積バッテリは、充電時には前記ネットワークから電力を引き出すよう適合され、放電時には前記ネットワークに電力を加えるよう適合される、監視するステップと、
（ｂ）以下（ｉ）〜（ｉｉｉ）すなわち、
（ｉ）前記バッテリＳｏＣが最適範囲内にある場合、前記ネットワーク内の不均衡を是正するよう、前記バッテリを充電及び放電すること、
（ｉｉ）前記バッテリＳｏＣが下限閾値を下回って低下した場合、前記ネットワークから引き出される電力に対して、前記ネットワークに供給される電力を増加させるよう適合された代替の設備（低）を選択し、重要な低信号に応答して、前記代替の設備（低）をオンに切り替えて前記ネットワークに均衡化サービスを提供すること、及び
（ｉｉｉ）前記バッテリＳｏＣが上限閾値を上回って上昇した場合、前記ネットワークに供給される電力に対して、前記ネットワークから電力引き出すよう適合された代替の設備（高）を選択し、重要な高信号に応答して、前記代替の設備（高）をオンに切り替えて前記ネットワークに均衡化サービスを提供すること
に従って、前記ネットワークに電力を加えるか、または前記ネットワークから電力を引き出すことによって、前記ネットワークにおいて検出した不均衡に応答するステップと
を含み、
前記下限閾値は、前記重要な低信号の生成後に、選択された前記設備（低）がその動作容量に到達するためにかかる時間と同等のラグタイムの間、前記バッテリが放電する能力を保つよう決定され、
前記上限閾値は、前記重要な高信号の生成後に、選択された前記設備（高）がその動作容量に到達するためにかかる時間と同等のラグタイムの間、前記バッテリが充電する能力を保つよう決定される、方法。
【請求項２】
前記代替の設備（低）は第１の最小動作時間を有し、前記代替の設備（高）は第２の最小動作時間を有し、これらは、オンに切り替えた後でそれぞれの前記設備が動作可能に保たれるべき時間であり、
バッテリ調整による均衡化の最適範囲は、
前記重要な低信号の生成後に、前記バッテリは、前記第１の最小動作時間の間に、前記代替の設備（低）の動作によってもたらされる、前記ネットワークに供給される電力の相対的増加と、同等の電力で充電される容量を有するよう、及び
前記重要な高信号の生成後に、前記バッテリは、前記第２の最小動作時間の間に、前記代替の設備（高）の動作によってもたらされる、前記ネットワークに供給される電力の相対的減少と、同等の電力で放電される容量を有するよう
決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記下限閾値は、前記バッテリが、その最大契約電力におけるラグタイムを通して放電可能に保つように決定される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記上限閾値は、前記バッテリが、その最大契約電力におけるラグタイムを通して充電可能に保つように決定される、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
請求項１のステップ（ｂ）（ｉｉ）において、前記バッテリは、選択された前記設備（低）に関連付けられたラグタイムと同等の期間、前記ネットワークにおける不均衡を是正し続ける、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記バッテリは、その最大契約電力において、前記ラグタイムの間に放電する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記バッテリは、前記ラグタイムの間に変化する電力レベルで放電し、それによってネットワーク上で選択された前記設備（低）の影響は均衡化され、加えて前記バッテリの影響は、その最大契約電力における前記バッテリの放電の影響と同等である、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
請求項１のステップ（ｂ）（ｉｉｉ）において、前記バッテリは、選択された前記設備（高）に関連付けられたラグタイムと同等の期間、前記ネットワークにおける不均衡を是正し続ける、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記バッテリは、その最大契約電力において、前記ラグタイムの間に充電する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記バッテリは、前記ラグタイムの間に変化する電力レベルで充電し、それによってネットワーク上で選択された前記設備（高）の影響は均衡化され、加えて前記バッテリの影響は、その最大契約電力における前記バッテリの充電の影響と同等である、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記ネットワークのパラメータを監視するステップをさらに含み、前記パラメータは公称動作値を有し、前記公称動作値からの変動は、前記方法がステップ（ｂ）において応答する、前記ネットワークにおける不均衡を表わす、請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
監視された前記パラメータは、ネットワーク周波数である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
選択された前記設備（低）は、集積された設備のセットを備え、その各々は、前記集積されたセットの全容量が、前記ネットワークから引き出される電力に対して、前記ネットワークに供給される電力を増加させるのに貢献する、請求項１〜１２のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
ステップ（ｂ）（ｉｉ）において代替の設備（低）を選択する前記ステップは、少なくとも１つの設備（低）を設備（低）のポートフォリオから選択するステップを含み、前記ポートフォリオ内の前記設備（低）の各々は、第１にそれぞれのラグタイムを有し、第２に前記ネットワークから引き出される電力に対して前記ネットワークに供給される電力を増加させるよう適合される、請求項１〜１３のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記下限閾値は、前記バッテリが、前記ポートフォリオ（低）内の前記設備（低）のそれぞれのラグタイムのうちで、最長のものを通して放電可能に保つように決定される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
選択された前記設備（高）は、集積された設備のセットを備え、その各々は、前記集積されたセットの全容量が、前記ネットワークから引き出される電力に対して、前記ネットワークに供給される電力を低減させるのに貢献する、請求項１〜１５のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
ステップ（ｂ）（ｉｉｉ）において代替の設備（高）を選択する前記ステップは、少なくとも１つの設備（高）を設備（高）のポートフォリオから選択するステップを含み、前記ポートフォリオ内の前記設備（高）の各々は、第１にそれぞれのラグタイムを有し、第２に前記ネットワークから引き出される電力に対して前記ネットワークに供給される電力を低減させるよう適合される、請求項１〜１６のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記上限閾値は、前記バッテリが、前記ポートフォリオ（高）内の前記設備（高）のそれぞれのラグタイムのうちで最長のものを通して充電可能に保つように決定される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
設備（高）または設備（低）のいずれかが、前記ネットワークに均衡化サービスを提供する事例において、前記方法は、そのＳｏＣを最適範囲内に入れるよう要求された時間の間、前記バッテリを充電または放電する追加のステップを含む、請求項１〜１８のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
設備（低）が前記ネットワークに均衡化サービスを提供し、前記重要な低信号の生成から経過した時間が、前記第１の最小動作時間未満である事例、または
設備（高）が前記ネットワークに均衡化サービスを提供し、前記重要な高信号の生成から経過した時間が、前記第２の最小動作時間未満である事例において、
前記バッテリＳｏＣが前記最適範囲に戻る場合に、前記ネットワークに追加の均衡化サービスを提供するため、必要に応じて前記バッテリは充電または放電される、請求項２、または３〜１９のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
接続された電力分配ネットワークに、均衡化サービスを提供するためのシステムであって、
直接的または間接的に、その充電状態（ＳｏＣ）を監視するよう適合された検出器を伴う、蓄積バッテリと、
前記ネットワークから引き出される電力に対して、前記ネットワークに供給される電力を増加させるよう適合された、少なくとも１つの非バッテリ設備（低）と、
前記ネットワークに供給される電力に対して、前記ネットワークから引き出される電力を増加させるよう適合された、少なくとも１つの非バッテリ設備（高）と、
前記ＳｏＣ検出器から情報を受け取るため、かつ前記バッテリ及び前記設備の動作を制御するための信号を生成するために、前記ネットワークにおいて検出された不均衡に応答するよう適合された、中央制御器と
を備え、
前記中央制御器は、
（ａ）前記ＳｏＣ検出器から受け取った情報が、前記バッテリＳｏＣが所定の下限閾値と所定の上限閾値との間に延びる最適範囲内にあることを表わす場合に、不均衡に対抗するよう前記バッテリを充電及び放電すること、
（ｂ）前記ＳｏＣ検出器から受け取った情報が、前記バッテリＳｏＣが所定の前記下限閾値を下回るよう表わした場合に、前記ネットワークから引き出される電力に対して、前記ネットワークに供給される電力を増加させるよう、設備（低）を作動させること、及び
（ｃ）前記ＳｏＣ検出器から受け取った情報が、前記バッテリＳｏＣが所定の前記上限閾値を上回るよう表わした場合に、前記ネットワークに供給される電力に対して、前記ネットワークから引き出される電力を増加させるよう、設備（高）を作動させること
によって不均衡に応答するようさらに配置されることを特徴とし、
前記下限閾値及び前記上限閾値は、
前記下限閾値におけるＳｏＣを用いて、選択された前記設備（低）がその動作容量に到達するためにかかる時間と同等のラグタイムの間、前記バッテリが放電する能力を保つよう決定され、
前記上限閾値におけるＳｏＣを用いて、選択された前記設備（高）がその動作容量に到達するためにかかる時間と同等のラグタイムの間、前記バッテリが充電する能力を保つよう決定される、システム。
【請求項２２】
バッテリによって提供される、ネットワークに対する均衡化サービスを補完するため、非バッテリ設備のポートフォリオから、非バッテリ設備を選択する方法であって、前記バッテリは、直接的または間接的にその充電状態（ＳｏＣ）を監視するよう適合された検出器を有し、前記検出器が、前記バッテリＳｏＣが上限閾値を超過するか、または下限閾値を下回るかを表わした場合、
（ａ）前記ポートフォリオからの、集積された設備のいくつかの組み合わせを識別するステップであって、
（ｉ）前記方法が、前記上限閾値を超過することによって実行される場合、各設備は、前記ネットワークから電力を引き出すのと同等の均衡化応答を提供するよう動作可能で、
（ｉｉ）前記方法が、前記下限閾値を下回ることによって実行される場合、各設備は、前記ネットワークに電力を供給するのと同等の均衡化応答を提供するよう動作可能で、及び
（ｉｉｉ）各組み合わせが、少なくとも１つの設備を含み、かつそれぞれのラグタイムを有し、前記ラグタイムは、集積された設備のそれぞれの組み合わせが、その動作容量に到達するためにかかる時間である
識別するステップと、
（ｂ）識別された、集積された前記設備の組み合わせの各々のために、
（ｉ）前記組み合わせが均衡化サービスを実行するときに、前記バッテリの電力レベルと釣り合うよう、十分な電力レベルで動作可能であること、及び
（ｉｉ）前記方法が実行される前記バッテリの閾値は、前記バッテリの充電または放電の均衡化機能のいずれかが、それぞれの組み合わせにおけるラグタイムの間、完全容量または完全消失に到達することなく継続できること
を確認するステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）において判った、確認された全ての組み合わせのために、動作コスト及び設備の劣化に関連したコストを考慮した、最低コストの組み合わせを識別するステップと、
（ｄ）ステップ（ｃ）で識別された、集積された設備の最低コストの組み合わせを、オンに切り替えるステップと、
（ｅ）前記最低コストの組み合わせに関連付けられたラグタイムの遅延後、及び前記バッテリＳｏＣが、前記下限閾値と前記上限閾値との間のレベルに戻らない場合に、前記バッテリによって提供された前記均衡化サービスをオフに切り替えるステップと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大規模な例として、ナショナルグリッド社によってイングランド及びウェールズにおいて管理される、電力分配ネットワークに関する。詳細には、本発明は、電気の需要に対する供給の均衡化のために使用される、電荷を蓄積するために配置されたバッテリシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
任意の電力分配ネットワークにおいて、ネットワークに供給される電力を、ネットワークから引き出される電力と均衡化させることは重要である。いかなる不均衡も、たとえ短期間であれ、送電効率の低下、電気供給の予期せぬ変動から停電などの重大な影響まで、問題をもたらす場合がある。
【０００３】
英国において、供給は主に、発電所によって発電された電気からのものである。各発電所はグリッド社に、ネットワークで給電することになる電気量を通知し、グリッド社は、予想される電力需要を予測する。供給と需要との均衡は、この第１の例において、予測する需要を満たすために、発電所からの発電量を増減させるグリッド社からの要求によって実現される。
【０００４】
現代の電気ネットワークは、この基本的なモデルによって提案されたものよりも、大幅な洗練化を伴って毎秒ベースで均衡化される。電力発電と、ネットワークにおける負荷による電力消費との間の、いかなる不均衡も、その意図された設定値からの、電気供給の動作特性の逸脱において明らかになる。このようなパラメータを監視することによって、不均衡を検出し、それによって補正するのを可能にする。より一般的には、この目的のために監視されるのは、グリッド社によって供給される電気の周波数である。英国において、本管の電気は５０Ｈｚで供給される。ネットワーク上で集積された負荷が、供給よりも大きい電力を引き出す場合、周波数は低下することになる。概して述べると、この影響は、発電機において増加する負荷が、発電機の作動（回転）を遅くするものとして理解され得る。反対に、不均衡が過発電によって生じる場合、周波数は、その公称値５０Ｈｚよりも上昇することになる。
【０００５】
電力ネットワークに不均衡を生じさせ得る、多くの要因が存在する。それらは、例えば発電機における技術的問題など、供給側である場合、または例えばテレビ放送されるスポーツイベント中の需要における電力の急上昇など、需要側である場合がある。同様に、発電された電力、または消費された電力を調整することによって、補正が適用され得る。供給側で補正するために、一般的にネットワークは、必要に応じてオンラインに入れるか、または配電網から接続解除できる設備（発電機）の、バックアップシステムを利用できる。需要側において、ネットワークは追加的な機構を有し、それによってネットワークにおいて少なくとも負荷の選択を、異なる電力レベルにおいて作動させることができる。応答は、動作周波数における毎秒の変化に応じて動作し得る動的なものか、または、周波数の所定の逸脱に応じて実行される、通常は別個のサービスである非動的なものであってよい。英国において、グリッド社ネットワークに対する均衡化サービスの供給者は、それら自体の周波数の逸脱を監視する。他の管轄において、ネットワークのオペレータは独自の監視を実行し、要求された均衡化サービスを表わす信号を供給者に通信する。
【０００６】
石炭燃料による電力発電の１００％を、再生可能エネルギーへ移行することに伴い、供給の予測可能なレベルを維持する課題は、より困難となる。比較的可能性の少ない故障の事例において、発電所が一般的にオフラインになるだけである一方で、再生可能資源は、根本的に信頼性が少ない。風力発電所は、風が弱いときに生産力が低く、それらは、特に風が強い場合も停止しなければならない。太陽光発電は、曇天の場合に低下し、水力発電も天候に依存する。したがって供給のレベルは、需要と同様、予測がより困難となる。これは、分配ネットワークの需要側によってもたらされる均衡化に対する要望が増加するのを促進している。全体的に、不均衡に対して迅速に対応する、柔軟性のある均衡化システムに対する要望が存在する。
【０００７】
したがって、実用レベルにおいて、配電網ネットワークは、電力調整のための様々な機構を組み込まなければならない。強制周波数応答が、配電網システムに接続された全ての発電機に要求され、電力調整が成されなければならない時間範囲のための基準と、その最小期間を設定する。需要管理による周波数制御（ＦＣＤＭ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｂｙ  Ｄｅｍａｎｄ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）は、例えば大きい発電機の損失によって生じ得る、周波数の大きい逸脱を管理するために、設定最大期間停止させることができる、負荷のネットワークの対策である。確定周波数応答（ＦＦＲ：Ｆｉｒｍ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）は、応答エネルギーに関する基準を設定する。このような設備／負荷は、動的及び非動的応答を作動させ、かつ最小１ＭＷの応答エネルギーを送らなければならない。ＦＦＲは、とりわけ他の実行の中でも、性能が大きく低下することなく、低減された電力で短期間の間作動され得る応答負荷によって提供され得る。一般に、利用可能な応答負荷の下位グループにおいて集積された応答は、供給と需要との均衡化に貢献する。下位グループは、低減された電力が、限定された期間のためだけに、個々の負荷から要求されるように選択される。さらに最近では、向上した周波数応答（ＥＦＲ：Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）のための配電網機能を実現する動きが存在する。これは、周波数の逸脱を１秒（または未満）で整合させる、全電力調整を提供できるサービスである。これは、１０秒または３０秒内で周波数の逸脱を検出してオンラインに入るよう設備に要求する、現存の応答プロバイダとは対照的である。一般的にＥＦＲは、追加の電力を提供するためにオンに切り替える必要のある設備ではなく、配電網に供給する準備ができた、エネルギーを蓄積する設備によって提供される。
【０００８】
バッテリの表面は、ＦＦＲ及びＥＦＲの機能と合体するのに好都合である。バッテリは、配電網供給における周波数の逸脱に対応して、迅速に提供することができる電気エネルギーを、蓄積することができる。米国特許出願公開第２０１６／００９９５６８号明細書は、バッテリのようなエネルギー蓄積デバイスの、まさにこのような用途について記載している。しかし、他の点についてナショナルグリッド社の要求を満たすことは、それほど容易ではない。要求されるエネルギー蓄積に加えて、英国におけるＦＦＲの機能は、任意の所与の時点でナショナルグリッド社に提供する電力において、充電及び放電可能な３０分相当のエネルギーが蓄積できるバッテリを要求する。使用される充電状態（ＳｏＣ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）管理技術に依拠して、１５〜３０分相当の追加エネルギーの蓄積も、実際の周波数規制機能を実施するために必要とされる。この要求の結果は、図１に例示される。この図面は、充電を蓄積するための典型的なバッテリの容量１０を例示する。電力を供給及び取り出すための、バッテリの効果的な利用において、動作のために最適なＳｏＣ範囲１２が存在する。すなわち、バッテリ内に蓄積された充電量は、どの時点においても、可能な限り定められた上下限内に留めるべきである。理想的には、このバッテリによって提供される、予想される均衡化機能が、この最適なＳｏＣ範囲１２内の動作によって実行され得る。しかしＦＦＲの要求は、バッテリはどの時点においても、配電網から電力を引き出せるために利用可能な、追加の３０分を有しなければならない、と命令する。これは、図１において最適なＳｏＣ動作範囲１２の上方に示される、追加の蓄積容量１４として言い換えられる。ＦＦＲ用途に使用されるバッテリは、その動作のどの時点においても、追加の３０分間、電力を配電網に供給する機能も有しなければならない。その結果、バッテリＳｏＣは、３０分相当の電力を供給するのを可能にするレベル１６を上回るよう、常に維持されなければならない。
【０００９】
図面で判るように、これはバッテリシステムに、大きすぎるサイズ、及びほとんど使用されないエネルギー蓄積部分をもたらす。このバッテリは、均衡化サービスに使用される多くの利点を有するが、そのコストは主に、提供されるエネルギー蓄積のサイズによって左右されるため、これは問題である。配電網の要求を満たすためにはコストがかかるため、ＦＦＲを提供する均衡カシステムに、バッテリ蓄積部分を取り入れることに対する障害となる。
【００１０】
現在まで、バッテリを利用する先行技術の配電網均衡化システムは、バッテリ自体の性能に焦点を当ててきた。例えば、上記で参照した米国特許出願公開第２０１６／００９９５６８号明細書は、周波数の均衡化をもたらす、バッテリ性能の最適化に関係している。これは、電力吸収負荷（Ｐｏｗｅｒ  Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ  Ｌｏａｄ）などの、システムに対する様々な予防措置を構築することによって実現される。電力吸収負荷は、バッテリ動作が最適なＳｏＣ範囲内にあること、及び充電量がバッテリを損傷させる可能性があるレベルを下回ることを共に保証する。最適なＳｏＣを上回る動作は、充電及び放電の結果バッテリが劣化する率を増加させ、下回る動作は、バッテリがその意図された機能を実行できない程度に、利用可能な電力を低下させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／００９９５６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
バッテリの応答スピードを活用するＦＦＲ応答を提供するために好適であるが、先行技術のバッテリで可能にされるシステムに内在するコストをかけることのない、代替のシステムへの明確な必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
したがって、本発明は電力分配ネットワークを均衡化する方法を提供する。この方法は、
（ａ）ネットワークに接続された蓄積バッテリに蓄積された充電レベル（ＳｏＣ）を、Ｓｏｃの関数であるパラメータを介して、直接的または間接的に監視するステップであって、蓄積バッテリは、充電時にはネットワークから電力を引き出すよう適合され、放電時にはネットワークに電力を加えるよう適合される、監視するステップと、
（ｂ）以下（ｉ）〜（ｉｉｉ）すなわち、
（ｉ）バッテリＳｏＣが最適範囲内にある場合、ネットワーク内の不均衡を是正するよう、バッテリを充電及び放電すること、
（ｉｉ）バッテリＳｏＣが下限閾値を下回って低下した場合、ネットワークから引き出される電力に対して、ネットワークに供給される電力を増加させるよう適合された代替の設備（低）（ａｓｓｅｔ  （ｌｏｗ））を選択し、重要な低信号（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｌｏｗ  ｓｉｇｎａｌ）に応答して、代替の設備（低）をオンに切り替えてネットワークに均衡化サービスを提供すること、及び
（ｉｉｉ）バッテリＳｏＣが上限閾値を上回って上昇した場合、ネットワークに供給される電力に対して、ネットワークから電力を引き出すよう適合された代替の設備（高）（ａｓｓｅｔ  （ｈｉｇｈ））を選択し、重要な高信号（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｈｉｇｈ  ｓｉｇｎａｌ）に応答して、代替の設備（高）をオンに切り替えてネットワークに均衡化サービスを提供すること
に従って、ネットワークに電力を加えるか、またはネットワークから電力を引き出すことによって、ネットワークにおいて検出した不均衡に応答するステップと
を含み、
下限閾値は、重要な低信号の生成後に、選択された設備（低）がその動作容量に到達するためにかかる時間と同等のラグタイムの間、バッテリが放電する能力を保つよう決定され、
上限閾値は、重要な高信号の生成後に、選択された設備（高）がその動作容量に到達するためにかかる時間と同等のラグタイムの間、バッテリが充電する能力を保つよう決定される。
【００１４】
第２の態様において、本発明は、電力分配ネットワークに接続された、均衡化サービスを提供するためのシステムを提供する。このシステムは、
直接的または間接的に、その充電状態（ＳｏＣ）を監視するよう適合された検出器を伴う、蓄積バッテリと、
ネットワークから引き出される電力に対して、ネットワークに供給される電力を増加させるよう適合された、少なくとも１つの非バッテリ設備（低）と、
ネットワークに供給される電力に対して、ネットワークから引き出される電力を増加させるよう適合された、少なくとも１つの非バッテリ設備（高）と、
ＳｏＣ検出器から情報を受け取るため、かつバッテリ及び設備の動作を制御するための信号を生成するために、ネットワークにおいて検出された不均衡に応答するよう適合された、中央制御器と
を備え、
この中央制御器は、
（ａ）ＳｏＣ検出器から受け取った情報が、バッテリＳｏＣが所定の下限閾値と所定の上限閾値との間に延びる最適範囲内にあることを表わす場合に、不均衡に対抗するようバッテリを充電及び放電することと、
（ｂ）ＳｏＣ検出器から受け取った情報が、バッテリＳｏＣが所定の下限閾値を下回るよう表わした場合に、ネットワークから引き出される電力に対して、ネットワークに供給される電力を増加させるよう、設備（低）を作動させることと、
（ｃ）ＳｏＣ検出器から受け取った情報が、バッテリＳｏＣが所定の上限閾値を上回るよう表わした場合に、ネットワークに供給される電力に対して、ネットワークから引き出される電力を増加させるよう、設備（高）を作動させることと
によって不均衡に応答するようさらに配置されることを特徴とし、
下限閾値及び上限閾値は、
下限閾値におけるＳｏＣを用いて、選択された設備（低）がその動作容量に到達するためにかかる時間と同等のラグタイムの間、バッテリが放電する能力を保つよう、及び
上限閾値におけるＳｏＣを用いて、選択された設備（高）がその動作容量に到達するためにかかる時間と同等のラグタイムの間、バッテリが充電する能力を保つよう決定される。
【００１５】
本発明により、バッテリは主に、ネットワークの不均衡に対する応答サービスを提供する役割を担う。例えばネットワークの中への持続した放電など、より極端な応答が必要とされる場合のみ、より遅い代替の設備が、再均衡化サービスを提供するために要求される。補足的な設備によってバックアップされる、バッテリの再均衡化サービスを提供することによって、予備の所定の電力量を保持するために、応答システムに対する規制要件は補足的な設備によって満たされ、バッテリに対する容量要求の低減をもたらす。これは、再均衡化サービスにバッテリを取り込むことに対して大きな障害となるバッテリのコストを、低減させる。
【００１６】
第３の態様において、本発明は、バッテリによって提供されるネットワークに対する均衡化サービスを補完するため、非バッテリ設備のポートフォリオから、非バッテリ設備を選択する方法を提供する。バッテリは、直接的または間接的にその充電状態（ＳｏＣ）を監視するよう適合された検出器を有し、この検出器が、バッテリＳｏＣが上限閾値を超過するか、または下限閾値を下回るかを表わした場合、この方法は、
（ａ）ポートフォリオからの、集積された設備のいくつかの組み合わせを識別するステップであって、
（ｉ）方法が、上限閾値を超過することによって実行される場合、各設備は、ネットワークから電力を引き出すのと同等の均衡化応答を提供するよう動作可能で、
（ｉｉ）方法が、下限閾値を下回ることによって実行される場合、各設備は、ネットワークに電力を供給するのと同等の均衡化応答を提供するよう動作可能で、及び
（ｉｉｉ）各組み合わせが、少なくとも１つの設備を含み、かつそれぞれのラグタイムを有し、このラグタイムは、集積された設備のそれぞれの組み合わせが、その動作容量に到達するためにかかる時間である
識別するステップと、
（ｂ）識別された、集積された設備の組み合わせの各々のために、
（ｉ）この組み合わせが均衡化サービスを実行するときに、バッテリの電力レベルと釣り合うよう、十分な電力レベルで動作可能であること、及び
（ｉｉ）この方法が実行されるバッテリの閾値は、バッテリの充電または放電の均衡化機能のいずれかが、それぞれの組み合わせにおけるラグタイムの間、全容量または全消失に到達することなく継続できること
を確認するステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）において判った、確認された全ての組み合わせのために、動作コスト及び設備の劣化に関連したコストを考慮した、最低コストの組み合わせを識別するステップと、
（ｄ）ステップ（ｃ）で識別された、集積された設備の最低コストの組み合わせを、オンに切り替えるステップと、
（ｅ）この最低コストの組み合わせに関連付けられたラグタイムの遅延後、及びバッテリＳｏＣが、下限閾値と上限閾値との間のレベルに戻らない場合に、バッテリによって提供された均衡化サービスをオフに切り替えるステップと
を含む。
【００１７】
次に本発明を、添付の図面を参照して、単に例として詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】電力配電網ネットワークに周波数応答を提供するために必要なバッテリ容量、及び使用されるバッテリ容量を表わす図である。
【図２】本発明に使用するのに好適な、バッテリを組み込んだ電気供給システムを示す図である。
【図３ａ】バッテリと共に作動する他の設備が、いかにして、ＦＦＲシステムからナショナルグリッド社によって要求された、追加の３０分に相当するエネルギー蓄積の有用性を保証するために使用できるかを示す図である。
【図３ｂ】再均衡化サービスを提供するために、これらの他の設備がオンラインに要求されるときの閾値レベルを示し、バッテリの充電状況を表わす図である。
【図４ａ】本発明による、バッテリベースのＦＦＲサービスを電力分配配電網に提供することに関する、プロセスステップのフローチャートである。
【図４ｂ】本発明による、バッテリベースのＦＦＲサービスを電力分配配電網に提供することに関する、プロセスステップのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
全体的に２０で表わされる電力供給システムが、図２に示される。電力供給システム２０は、１つまたは複数の発電機２２、複数の電気負荷２４、及び蓄積バッテリ２６を備える。発電機２２は、電力分配ネットワーク２８（以降「ネットワーク２８」）を介して、電気エネルギーを電気負荷２４に供給する。
【００２０】
このような電力分配ネットワーク２８において、上記で言及したように、供給と需要を均衡化することが重要である。本質的に、これは例えば供給周波数など、ネットワークの特定の特性における変動を、ネットワーク２８で監視することに関する。したがってシステム２０は、バッテリ２６と通信する周波数監視器３０も含む。この実施形態において、周波数監視器３０はバッテリ２６の近傍に位置されるが、これは必須ではない。周波数の一時的な変動を監視することは、ネットワーク２８にわたる電力供給における不均衡を検出するための、現在の好ましい取り組みであるが、ネットワーク２８にわたって供給される電力の不均衡を表わす、電気供給のネットワーク２８における他の特性における変動を検出するよう適合された、代替の監視器３０が想定され、周波数監視器３０と交換され得る。
【００２１】
図２において一緒に表わされるが、発電機２２は同じタイプと考えるべきではない。いくつかは石炭発電所で、他は風力発電所、水力発電所、または電気を発電してネットワークに供給できるいくつかの任意で公知のシステムであってよい。一般的に、各発電機は、ある設定量の電気をネットワークに供給するための、ネットワークマネージャを伴う設備を有することになる。この設定量は、ある程度の均衡化を配電網に提供するために、発電機の契約要求に従って調整され得る。この均衡化応答のスピードは、発電機タイプの間で大きく変化させて提供することができる。例えば、ディーゼル発電機、風力発電所、及び嫌気性消火装置は、それらを用いて電気を発電するためには比較的遅い機構である。水力機構に基づく発電機はより早く、したがってより迅速な均衡化応答が可能である。
【００２２】
電気負荷２４は、それらの本質において、さらに変化する。一般的にそれらは、需要に応じて配電網から電力を引き出し、限定されたサブセットのみが、ネットワークの不均衡に対処するための応答サービスを提供可能である。それらは可能であるが、個々に基づいて適合されるか、または集合的に作動するよう適合された複数の負荷の集積として、応答負荷サービスを提供する。応答負荷サービスは、当技術分野で公知のように、ネットワークの供給及び需要の均衡化を補助するよう適合する。
【００２３】
図２は、応答サービスを提供するために、集合的に作動される複数の負荷２４の例３２を示す。このような電気負荷２４は、半自動負荷制御器３４に接続され、かつ通信し得る。半自動負荷制御器３４は、ネットワーク２８から電気負荷２４によって引き出される電気エネルギー量を、制御するよう適合される。好ましくは、半自動負荷制御器３４は、１つまたは複数の電気負荷２４に物理的に近接し、任意選択で一体化され、それによって負荷制御器３４は、負荷制御器３４と、その１つまたは複数の電気負荷２４それぞれとの間の、通信の待ち時間を最小にするよう接続される。複数の電気負荷２４は、単独の負荷制御器３４によって、グループとして集合的に制御され得る。この事例において、グループにおける電気負荷の要素は、例えば電気負荷２４の共通エンドユーザ、及び／または限定ではないが類似のデューティサイクルなど類似の電気エネルギー要求、及び／または異なるが相補的である電気エネルギー要求などに従って、下位グループの一部として選択され得る。しかし発電機のように、各々の応答負荷は、配電網の不均衡に応答できるスピードで変化することになる。さらに、これは主に負荷の動作パラメータに依拠するが、負荷が共にグループ化されて応答負荷サービスを提供し得る方法にも依拠する。比較的早い応答を提供できる負荷として、圧縮機、市販の冷蔵庫、及び超コンデンサが挙げられる。水ポンプ及び排水処理送風装置は、より遅い均衡化応答が可能である。
【００２４】
バッテリ２６は、充電を蓄積するよう適合された、いくつかのデバイスのうちのいずれかであってよい。したがってバッテリ２６は、蓄積機、または電気化学的もしくは電気機械的な蓄積デバイスであってよい。本明細書では単数として言及するが、バッテリ２６は、バッテリの層または電気蓄積デバイスの任意の組み合わせである可能性が高い。ネットワーク２８に接続された他のデバイスとは対照的に、バッテリ２６は、ネットワークから電力を引き出すこと、及びネットワークに電力を供給することの両方が可能である。
【００２５】
当技術分野で一般的であるように、バッテリ２６にはバッテリ制御器（図示せず）が装着されている。バッテリ制御器は、バッテリ２６の瞬間的な充電状態（ＳｏＣ）を、充電または放電における電圧の観察から推察するよう適合される。すなわち、バッテリ制御器は、バッテリ制御器がその一部であるネットワークによって使用する、バッテリＳｏＣの指標を提供する。他の実施形態において、ＳｏＣは、例えばバッテリシステムへの正味エネルギー入力など、バッテリＳｏＣの関数であるパラメータを観察することから導出される。
【００２６】
本発明によるシステム２０において、ネットワークが均衡化される方法は、中央制御器３６によって調節される。一般的に中央制御器３６は、発電機２２、負荷２４、及びバッテリ２６から離して位置される。中央制御器３６は、例えばバーチャルプライベートネットワーク（ＶＰＮ）を介して、周波数監視器３０、発電機２２、及び負荷２４（またはその制御器３４）と通信する。
【００２７】
欧州における送電事業者は、配電網周波数が、５０Ｈｚの目標周波数から０．０１Ｈｚより大きく逸脱したら、直ちに安定化の方策を開始することを要求している。システム２０において、配電網周波数は周波数監視器３０によって監視される。配電網周波数が５０．０１Ｈｚまで上昇した場合、この閾値は周波数監視器３０によって知らされ、蓄積電荷を増加させるため、したがって配電網から電力を引き出すために、信号がバッテリ２６に送られる。バッテリ２６は、配電網周波数が５０Ｈｚに戻るまで、または契約したＦＦＲまたはＥＦＲ応答が完了するまで、その蓄積電荷を増加させることになる。英国における最小契約要求は現在、３０分で１ＭＷの電力の引き出しである。同様に、配電網周波数が４９．９９Ｈｚまで低下した場合、周波数監視器３０は、蓄積電荷を減少させるため、したがって配電網へ電力を入力するよう、バッテリに信号を送る。バッテリは、周波数が再び５０Ｈｚまで上昇するまで、またはＦＦＲ／ＥＦＲ契約義務を完了するまで、ネットワークの中に電力を送り続けることになる。
【００２８】
本システムのバッテリ２６は、ＦＦＲまたはＥＦＲを提供するよう構成されることを理解されたい。すなわち、設定電力（例えば１ＭＷ）を、迅速だが比較的短い時間範囲（例えば最大３０分）のみのために送るよう要求される。この時間範囲内で、配電網周波数が５０Ｈｚに戻らない場合、より遅い他の再均衡化機構が引き継ぐことになる。
【００２９】
しかし本発明のシステム２０において、バッテリ２６自体では、全ＦＦＲを送ることはできない。高低両方の周波数における逸脱のための、３０分相当の容量を伴うバッテリを使用するよりも、本システムのバッテリ２６は、その実質的に全ての容量を、通常の作動条件下で利用する。図３ａは、ＦＦＲ／ＥＦＲシステム２０の応答容量をグラフで示す。バッテリ２６は、１５分動作の全範囲にわたって、電力を提供または引き出すために十分な容量３８を有する。中央制御器３６（図２参照）は、バッテリ制御器と通信する。バッテリ制御器は、バッテリ２６のＳｏＣ充電の指標を提供する。したがって中央制御器３６は、バッテリ２６が配電網に電力を供給している際に、配電網周波数の逸脱が、電力を提供するためのバッテリの能力が消失に近づくような時間の間、公称周波数を下回るかどうかを判断できる。この状況において制御器３６は、さらなる電力を提供するために、システムに連携された１つまたは複数の発電機２２に信号を送る。代替として、消費を低減させるために、応答負荷２４のうちの１つまたは複数に、信号を送ることができる。いずれにしろ、電力をネットワーク２８に提供するための代替の機構が実行され、図３ａにおいて全体的に「設備１」と称される。設備１、または応答低均衡化（ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｌｏｗ  ｂａｌａｎｃｉｎｇ）を提供できる設備の集合は、ＦＦＲのための要求として３０分間に全１ＭＷの電力４０を提供するのに十分な容量を有する。
【００３０】
同様に、配電網周波数が、電荷を蓄積するバッテリ容量を超過する期間を超えて増加する場合、制御器３６は、オフラインに入るよう、１つまたは複数の発電機に伝えるか、または同等に、消費を増加させるよう、１つまたは複数の応答負荷を伝えることになる。すなわち「設備２」は、応答高均衡化（ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｈｉｇｈ  ｂａｌａｎｃｉｎｇ）のために要求された予備応答４２をカバーする。
【００３１】
この、バッテリ２６及び設備２２、２４の複合システムは、１５分のみの電力供給しか必要としないバッテリを用いて、その最大及び最小容量の近くに延びる範囲内で、ＦＦＲ及びＥＦＲの要求を満たすのを可能にする。これは、より小さい容量の使用、したがって大幅に低いコストのバッテリの使用を可能にする。通常の作動範囲が、最大及び最小のＳｏＣ制限の近くまでどの程度延びるかは、主に使用中のバッテリにおける特定の特性に依拠することになる。通常の作動範囲は、十分なバッテリ動作の範囲内とするべきであり、それは、バッテリの充電及び放電機構の仕様に依拠する。
【００３２】
図３ｂは、いかにしてシステム２０が、バッテリ２６の充電状態に応答するよう構成されているかを示す。バッテリ２６が完全に充電されたとき、そのＳｏＣ４４は１００％であり、完全に消耗した場合、そのＳｏＣは０％である。バッテリ２６は、追加のアクションがとられることなく、すなわち代替の均衡化機構に頼ることなく、そのＦＦＲまたはＥＦＲ機能を満足させるとき、ΔＳｏＣ４８の帯域内で動作するよう要求される。通常の動作帯域ΔＳｏＣ４８の上限閾値５０から１００％充電されるまで延びた、上部ＳｏＣ範囲「ＳｏＣ閾値より上」内において、システム２０は、より遅い他の設備を呼び出してＦＦＲを提供する。同様に、バッテリのＳｏＣが、通常の動作帯域ΔＳｏＣ４８の下限閾値５２から０％のバッテリ消耗まで延びた、下部ＳｏＣ範囲「ＳｏＣ閾値より下」の中に動くように、バッテリが消耗したとき、システム２０は、代替の設備を呼び出してＦＦＲを提供する。
【００３３】
バッテリによって満足されなければならない動作基準は、関連の設備（１または２）をオンラインに入れることができる前に、バッテリが十分な電荷を供給／引き出しできるのを保証することによって導出することができる。例えばディーゼル発電機などの「設備低」が、ＦＦＲ動作におけるバッテリ２６に予備応答を提供可能な状況を考察する。「設備低」は、制御器３６からオンラインに入るよう信号を受け取った後、期間「ラグタイム低」においてのみ、オンに切り替えが可能である。一旦オンにすると、市場的考察が、設備はオンのままで電力を「電力設備低」に少なくとも最小の期間「持続時間低」提供しなければならないよう指示する。すなわち、設備が特定のエネルギー量を供給しない限り、設備をオンに切り替えるコストの経済的価値がない。一旦オンにすると、設備は、無制限に「電力設備低」を供給するよう動作可能である。
【００３４】
バッテリ自体は、蓄積した電荷を、ネットワークへ供給する電力に１００％効率的に変換することはできず、ネットワークからの電力の抽出において１００％効率的に、その蓄積した電荷を増加させることもできない。すなわち、バッテリは、「充電におけるバッテリ効率」の充電における効率、及び「放電におけるバッテリ効率」の放電における効率において動作し、両方の効率の変動は、０〜１００％である。
【００３５】
バッテリは、期間「ラグタイム低」の間、「電力設備低」の量で放電するために十分なエネルギー（ＥＢ（低））を常に有さなければならず、それによってバッテリは、「設備低」をオンに切り替えるためにかかる時間をカバーする。すなわち、
ＥＢ（低）≧「ラグタイム低」×（「電力設備低」／「放電におけるバッテリ効率」）
である。
【００３６】
したがってバッテリ２６の下限閾値５２は、範囲「ＳｏＣ閾値より下」が、蓄積されたエネルギーの量ＥＢ（低）と同等となるよう設定される。
【００３７】
同様に、「設備高」が、負荷バンクのような電力消費デバイスによって表わされる場合、これは、オンラインに入るよう制御器から信号を受け取った後に、期間「ラグタイム高」においてオンに切り替えるものと推測される。一旦オンにすると、市場的考察が、設備はオンのままで電力「電力設備高」を少なくとも最小の期間「持続時間高」提供するよう指示する。
【００３８】
したがって、バッテリ２６のＳｏＣ上限閾値５０は、範囲「ＳｏＣ閾値より上」が、「設備高」をオンに切り替えるためにかかる時間をカバーするよう、十分なバッテリ蓄積容量（ＥＢ（高））を含むように設定される。すなわち、
ＥＢ（高）≧「ラグタイム高」×（「電力設備高」／「充電におけるバッテリ効率」）
である。
【００３９】
換言すると、範囲「ＳｏＣ閾値より上」は、ＳｏＣ上限閾値５０から１００％ＳｏＣに延び、バッテリエネルギーＥＢ（高）のために十分な蓄積容量をカバーする。
【００４０】
一旦オンにすると、設備１及び設備２の両方は、最小持続時間の間、オンのままにしなければならないことに、留意されたい。発電中及び「設備低」がディーゼル発電機である事例において、これは、「設備低」によって配電網に入力されなければならない最小エネルギーが、
「電力設備低」×「持続時間低」
であることを意味する。
【００４１】
最悪の事例において、設備は、（タイムラグなしで）求められると直ぐオンにされ、かつ同時に、ＦＦＲ応答は直ちに停止するよう要求される。例えば、５０Ｈｚ未満から５０Ｈｚ超へ、配電網周波数の急速な増加が存在する。この状況において、バッテリは、（「ＳｏＣ閾値より下」にある間）そのＳｏＣを増加させて、ＦＦＲ応答命令がもはや要求されない設備によって提供される追加のエネルギーを補完するのに十分な容量を有しなければならない。すなわち、バッテリ容量ΔＳｏＣは、
Δ（ＳｏＣ）+ＥＢ（高）≧「持続時間低」×（「電力設備低」／「充電におけるバッテリ効率」）
を満たさなければならない。
【００４２】
同様に、設備２が要求され、同時にＦＦＲ応答がもはや必要とされないように配電網周波数が回復する状況において補完するために、
Δ（ＳｏＣ）+ＥＢ（低）≧「持続時間高」×（「電力設備高」／「放電におけるバッテリ効率」）
となる。
【００４３】
したがって、合計バッテリ容量ＣａｐＢは、
ＥＢ（低）+ΔＳｏＣ+ＥＢ（高）
から決定される。
すなわち、
ＣａｐＢ＝ｍａｘ（（「ラグタイム低」×（「電力設備低」／「放電におけるバッテリ効率」）+「持続時間低」×（「電力設備低」／「充電におけるバッテリ効率」）；（「ラグタイム高」×（「電力設備高」／「充電におけるバッテリ効率」）+「持続時間高」×「電力設備高」／放電におけるバッテリ効率」））
である。
[例]
【００４４】
ディーゼル発電機は、オンに切り替えるのに２分かかり、その後最低３分の間１ＭＷの電力を提供する。
【００４５】
バッテリは、ＳｏＣの高低両方において、９０％の効率で１ＭＷの電力を提供する。
【００４６】
したがってバッテリ２６のＳｏＣ下限閾値５２は、範囲「ＳｏＣ閾値より下」（ＥＢ（低））が、最小２／６０×（１０００／０．９）＝３７ｋＷｈとなるよう設定しなければならない。すなわち、９０％の効率で１ＭＷの電力を、ディーゼル発電機のオンに切り替えるためにかかる２分間、提供可能でなければならない。発電機がオンラインに入り、もはや要求されない事例において、充電可能とするために必要な最小量（ΔＳｏＣ+ＥＢ（高））は、３／６０×（１０００／０．９）＝５６ｋＷｈである。
【００４７】
負荷バンクは、オンに切り替えるのに１分かかり、その後最小１分の間１ＭＷの電力を引き出す。したがってＳｏＣ上限閾値５０は、範囲「ＳｏＣ閾値より上」（ＥＢ（高））が、最小１／６０×（１０００／０．９）＝１９ｋＷｈとなるよう設定しなければならない。負荷バンクがオンラインに入り、もはや要求されない事例において、放電可能に維持するために必要な最小電荷（ΔＳｏＣ+ＥＢ（低））も、１／６０×（１０００／０．９）＝１９ｋＷｈである。
【００４８】
この例において、ディーゼル発電機は、最も補完を要するため、バッテリの容量を必要とするものである。したがって総容量は、最小９３ｋＷｈであり、３７ｋＷｈは発電機のラグのための「埋め合わせ」で、５６ｋＷｈはＦＦＲがもはや要求されない事例における補完のためのものである。これら５６ｋＷｈ、１９ｋＷｈ（ＥＢ（高））は、負荷バンクのラグのための「埋め合わせ」のために要求され、ΔＳｏＣは３７ｋＷｈである。
【００４９】
これらの値は、効率的なＦＦＲ／ＥＦＲを、特定の発電機及び負荷バンクと共に提供するための、バッテリへの最小パラメータを表わす。すなわち、通常の動作範囲は、少なくとも３７ｋＷｈ拡大しなければならず、他の設備からいかなる補助もなく、この範囲内で動作する場合の任意のポイントにおいて、上限閾値５０を１９Ｋｗｈ上回る予備、及び下限閾値５２を３７ｋＷｈ下回る予備がなければならない。
【００５０】
これは、ＦＦＲ応答を提供するために使用される先行技術のバッテリと比較すると、バッテリ容量を劇的に低減させる。バッテリ単独によって提供されるＦＦＲに対する、ナショナルグリッド社の要求は、約５００ｋＷｈの上下の予備となる。
【００５１】
本発明は電力分配システム２０に関し、電力分配システム２０において、発電機２２及び負荷２４などの複数の設備が集積され、ネットワークにおける不均衡に対する確定周波数応答の対策における、バッテリエネルギー蓄積システム２６のための予備カバーを提供する。
【００５２】
可能性として、これは多くの利点を提供する。まず第１に、ＦＦＲを提供するために使用されるバッテリ２６の全容量は、低減される。これは、設備費の大幅な減少を表わす。第２に、バッテリ２６のスループットが低減される。なぜなら、別の設備が、バッテリ単独によって以前に実施された仕事の一部を、埋め合わせるからである。これは、バッテリの劣化を遅らせ、バッテリの寿命の増加をもたらす。加えて、本発明によるシステムは、ＦＦＲサービスの対策においてバッテリを利用し、不動帯域内の再均衡化またはポートフォリオの応答の付勢など、現在のＳｏＣ管理技術を必要としない。
【００５３】
本発明によるシステムの作動において、考慮に入れなければならない多くの問題が存在する。これらは、物理的及び市場的制約の両方を含む。物理的制約の例として、設備の切り替えにかかる時間の長さ、提供できる電力、及びこのような電力を変化させられるか、が挙げられる。市場的制約として、設備をコスト効率良くオンに切り替えたままにしなければならない持続時間、及びその設備をオンラインに入れるコスト、が挙げられる。図２に示されるシステムの実施形態において、制御器３６はプロセッサを含む。このプロセッサは、バッテリの充電状態及びコストを伴うネットワークの動作条件、ならびに任意の特定の時点においてカバーを提供するために利用可能な設備の利用可能な性能を、均衡化するアルゴリズムを作動させるようプログラムされる。状況が、特定の設備をオンに切り替えるよう命じた場合、制御器３６は設備２２、２４に、均衡化応答を提供するよう命令する信号を送る。この信号は、設備２２、２４が一定の期間のみ、例えば最小契約期間のみ動作可能であること、または制御器３６が、例えばバッテリＳｏＣが特定のレベルに戻るなど、ネットワークが特定の動作条件に戻るのを知らされるまで、オンに保つこと、を表わし得る。
【００５４】
制御器３６内で作動し、ＦＦＲを提供するためにシステム２０を管理可能なアルゴリズムの、例示のフローチャートが図４ａ及び図４ｂに示される。
【００５５】
本発明のシステムの実行において、バッテリＳｏＣは、１秒解像度で監視される。本発明による、ＦＦＲまたはＥＦＲを提供する方法の第１のステップＳ１０において、バッテリの現在のＳｏＣが、通常の動作範囲（ΔＳｏｃ）内にあるか範囲外にあるか、または上限閾値５０を上回った「ＳｏＣ閾値より上」範囲、もしくは下限閾値５２を下回った「ＳｏＣ閾値より下」範囲のいずれであるか、確認される。通常の範囲ΔＳｏＣ内にある場合、バッテリ２６は、「通常動作モード」でネットワークサービスを提供する。バッテリＳｏＣは、許容境界内にあり、緊急のＳｏＣ補正手段をとる必要はない。このモードは、後で図４ｂを参照して説明する。バッテリＳｏＣが、上限閾値５０を上回るか、または下限閾値５２を下回る場合、システム２０は、「重要動作モード」に入り、ＳｏＣ均衡化が要求される。このモードは、次に図４Ａを参照して説明する。
【００５６】
次のステップＳ１２において、適切な応答を提供できる設備のうちの１つまたは複数が選択される。本明細書において、所望の応答を提供するために共に調整される、集積された設備のセットを参照する。設備の集積は、応答が、負荷のサブセットによって提供される場合に特に適切である。負荷のサブセットは、それらの電力消費において動的増減を提供できる。この電力消費は、周波数の逸脱に比例する。このような応答負荷は、周波数における上下の逸脱（及びＳｏＣ変動）の両方に対応できる点で、特に魅力的である。負荷要求の減少は、追加の電力発電と同等であり、一方の状況への参照は、他方を包含するものと理解される。設備の集積、または集積されたポートフォリオへの参照は、これが好ましい配置であるという事実のみを反映することを、さらに理解されたい。すなわち、ＳｏＣ均衡化を提供するための、単独の設備、発電機、または負荷の使用は除外されず、実際に特定の状況においては好ましい場合がある。
【００５７】
設備の第１の組み合わせ（具体的には単独の設備を含み得る）は、システム２０に持ち込まれるか、またはシステム２０から外され得る負荷のサイズ（ｋＷ）が、所望の応答を提供するために十分であるかを確認するために、ステップＳ１４において分析される。すなわち、バッテリ２６によって現在提供されている均衡化の役割から引き継ぐために、十分な電力を有するかだけではなく、システム２０が、ネットワークのオペレータと契約されたサービスと一致する応答を提供するのを確実にするために、適切な電力量を充電／放電するのを、集積体が可能であるか、も分析される。すなわち、指定された最大持続時間に設定最大電力を供給するためである。選択されたポートフォリオが不十分な電力を有する場合、この組み合わせは、それ以上考慮されない。次に方法は、ステップＳ１６において、集積された設備の代替の組み合わせが、利用可能であるかを確認する。利用可能である場合、次にこの代替がステップＳ１８において選択され、電力評価ステップＳ１４が、この代替の組み合わせに対して繰り返される。考慮中の組み合わせが、応答のために必要な十分な電力を提供する場合、この選択された設備の組み合わせに必要なラグタイムを、ステップＳ２０において確認するために、プロセスは進められる。すなわち、設備が消費を変更するか、またはオンラインに入るよう信号命令を受け取るときと、設備がネットワークにアクティブ応答サービスを提供するための位置にあるときとの間に、時間の遅延が設備に内在する。このステップＳ２０において、選択された組み合わせをオンに切り替えるためのラグタイムは、バッテリのＳｏＣに対して確認される。たとえ最大の潜在的応答で要求されるべきであっても、設備がオンラインに入れられる間に、バッテリが均衡化サービスを提供し続けるのに十分な容量を有するために、ラグタイムは十分小さくなければならない。タイムラグが長すぎる場合、設備のこの組み合わせは使用することができず、別のものが利用可能である場合、方法は、別の設備の組み合わせを伴い（Ｓ１８）、第１の確認ステップＳ１４に戻る。
【００５８】
ラグタイムが許容可能である場合、次に選択されたポートフォリオは、ステップＳ２２において，応答を提供するために好適なポートフォリオであるものとされる。ステップＳ２４において、前の好適なポートフォリオが見つかったかどうかの確認が実行される。確認されなかった場合、現在のポートフォリオが、好ましいポートフォリとして設定される（Ｓ２６）。次に方法はステップＳ１６に戻り、応答を提供するための好適性を試験するために、設備の別の組み合わせを選択する。別の組み合わせが利用できない場合、次に現在の好ましいポートフォリ内の設備が、応答を提供するためにオンラインに要求される（Ｓ２８）。
【００５９】
代替として、現在選択されたポートフォリが、本質的な基準を満足させる第１のものではないと、ステップＳ２４で判断された場合、方法は、市場的考察を確認するために進む。したがって、ステップＳ３０において、応答を提供するために現在選択されたポートフォリオを作動させるコストは、前に選択された好ましいポートフォリと比較される。コストの判断において、いくつかの要因が考慮に入れられる。これらは、ディーゼル発電機に電力を供給する燃料、及び負荷バンクまたは遅い負荷に、電力を供給する電気などの、動作コストだけではなく、計画された動作時間とは対照的な、要求に応じたオンへの切り替えに関連付けられたマージナルコスト、ならびに設備の追加的な劣化、摩耗、及び破壊を通して発生するコストも含む。
【００６０】
現在の設備の集積が、前の好ましいポートフォリオよりもコスト効率が良い場合、次に（Ｓ３２）及び新しい好ましいポートフォリオを受け継ぐ。そうでなければ、前の好ましい選択が保持される。いずれの事例においても、次にプロセスは（Ｓ１６）に戻り、設備の別の組み合わせが選択可能かどうかを確認する。
【００６１】
このように、システムに利用可能な全てから、設備を選択するための全ての可能な選択肢について、それらの機能が技術的要求を満たすか確認される。要求を満たすものから、最もコストがかからない選択が実行される（Ｓ２８）。
【００６２】
現在の好ましいポートフォリオをオンラインに要求する命令を送った（Ｓ２８）後、バッテリ２６は、選択された設備ポートフォリオをオンラインに入れるためにかかる期間だけ、ネットワークに充電または放電を継続する。すなわち、実行されたＦＦＲ応答に依拠した、「ラグタイム低」または「ラグタイム高」の間である。バッテリがＦＦＲサービスを停止するのは、この時間の後のみである。次に、要求に応じて自由に充電または放電し、そのＳｏＣを通常の動作範囲ΔＳｏＣに入れる。
【００６３】
多くの状況において、バッテリＦＦＲに予備を提供するよう作動された設備は、オンまたはオフのいずれかのタイプのものになる。すなわち、ある設定量の電力をネットワークに与えるか、またはネットワークからある設定量の電力を引き出すかの、いずれかである。それは、バッテリ２６では可能な周波数の逸脱の良好な追跡を、提供することはできない。したがって、これらの状況下において、バッテリＳｏＣは、設備が作動された後に監視される。ネットワークに供給する電力／ネットワークから引き出す電力の微調整を提供し、システムが周波数の逸脱をより緊密に追えるよう、通常の動作範囲ΔＳｏＣに戻り次第、バッテリ２６は予備の設備と共に応答を提供することになる。組み合わされたＦＦＲ応答の、この状況は、オフラインにされ、かつ全ＦＦＲ応答がバッテリに戻され得る前に、設備の最小動作時間に対応した期間（「持続時間高」または「持続時間低」）持続する。あまり応答しない設備と組み合わせて、バッテリを作動させるこのプロセスは、米国特許出願公開第２０１６／００９９５６８号明細書に記載されている。
【００６４】
作動された設備は、一般的に、瞬時にはオンラインに入らず、いくらかの立ち上げ期間が存在することになる。この立ち上げ期間において、例えば発電機の事例において、全容量に達するまで、増加した電力量をネットワークに供給することになる。これは特に、各設備が異なる始動時間を有する可能性のある、設備のポートフォリの事例におけるものである。上述の本発明の実施形態において、バッテリ２６は、発電機が完全に作動するためにかかる時間をカバーするために、ネットワークに放電するよう、その総電力で動作を続ける。すなわち、バッテリＳｏＣが、そのＳｏＣ下限閾値５２に到達した後の、期間「ラグタイム低」の全てである。代替の実施形態において、この立ち上げ段階の間における設備の電力出力は監視され、中央制御器３６に通信される。次に中央制御器３６は、バッテリ２６の動作電力を調整し、それによってバッテリの放電電力は、発電機によって提供された増分と一致するだけ低減される。このように、バッテリ及び設備からの合計出力電力は、一定を保つことになる。
【００６５】
ネットワークに接続された多くの設備は、良好に定義された開始シーケンスを有する。このシーケンスは、立ち上げ段階の間に公知の電力増加パターンをもたらす。したがって、これらの設備のための、電力出力の監視は必要ない。その代わりに、中央制御器３６は、蓄積された設定電圧にアクセスする。この電圧において、バッテリは作動されるのが望ましく、各設定は、利用可能な設備のそれぞれのポートフォリに対応する。関連の設定内に包含された電圧において、バッテリを作動させることによって、バッテリの出力電力は、選択された設備のポートフォリがオンラインに入る際の、電力出力の増加を反映するパターンで減少する。すなわち、全ての電力出力は、開始期間にわたって一定に保たれる。
【００６６】
これらの実施形態の利点は、バッテリが、フル放電／充電電力において設備のラグタイムをカバーするために、十分な過剰容量を保証することを必要としないが、減少した電力レベルにおいては必要とすることである。これは、バッテリで利用可能となるよう要求される、低利用のＳｏＣ容量のボリュームを低減させ、ならびにシステムによる設備の開始の間に、改善されたＦＦＲ追跡を可能にする。
【００６７】
次にステップＳ１０に戻ると、バッテリＳｏＣが許容可能な境界内にあると判断された場合、方法は「通常動作モード」に進む。非バッテリ設備がオンまたはオフのいずれかのタイプで、ネットワークの公称周波数からの逸脱に従ってこれらの応答レベルを調整するための施設を有さない場合、このモードにおいて、周波数応答は、バッテリのみによって提供されることになる。周波数の逸脱は、必要に応じてバッテリの充電または放電のいずれかを用いて、緊密に追われることになる。
【００６８】
しかし、集積されたポートフォリオが応答負荷（図２の３２）を含む事例において、通常動作モードは、重要動作モードに関して説明したものと同様、技術的及び経済的考察に従って変更され得る。応答負荷３２は、動的応答を提供し、ネットワーク周波数の逸脱の範囲に従ってネットワークに供給、またはネットワークから引き出す電力を、調整するのを可能にするものである。したがって、これらの設備を使用して、補助的サービスを通常動作モードのバッテリ２６に提供することが、より経済的となり得る。これは、図４ｂに示される。
【００６９】
したがって、通常動作モードにおいて、最初のステップＳ３４は、任意の応答負荷デバイスが、バッテリに対する予備サービスを提供するために、システムに利用可能であるかどうかを判断する。利用可能でない場合、バッテリのみが周波数の変動を追尾可能であり、したがってＦＦＲ配電網サービスは、バッテリ単独で提供される（Ｓ３６）。このような応答負荷設備が利用可能な場合、プロセスはステップＳ３８に移り、そこで、バッテリを使用するコストは、集積された負荷を使用するコストと比較される。集積された負荷に対するこのコストは、同様の基準の元で、「重要な動作モード」でオンラインに入れられた設備のコストに対して評価される。バッテリのスループットは、バッテリの劣化の観点で、コストの指標として使用され得る。バッテリは、充電及び放電が絶えず続くことで劣化することが知られている。加えて、１００％未満の効率のために、ＦＦＲ均衡化の実施において、バッテリシステムには固有の損失が存在する。これもコストに影響する。
【００７０】
集積された設備が、ＦＦＲのためのバッテリを使用するよりもコストが高い場合、プロセスはステップＳ３６に戻り、サービスがバッテリ単独によって提供される。集積された負荷がより安価である場合、選択された負荷がすでにネットワークサービスを提供しているかどうかの、最終評価（Ｓ４０）が成される。もし提供していれば、それに応じてそれらの応答は増加される（Ｓ４２）。提供していなければ、それらはオンラインに入れられ（Ｓ４４）、契約で要求される範囲のサービスを提供する。両方の事例において、周波数変動に対する、より良好な追尾のために、負荷によって提供された応答を補足するよう、バッテリの、より早い応答時間が使用される。
【００７１】
複数のシミュレーションが、負荷のポートフォリ内における複数の設備を用いてバックアップされたバッテリシステムを使用し、ＦＦＲを提供する効果を実証するために作動された。これらは、不動帯域の再均衡化を伴うＦＦＲのためにバッテリ電力を使用する、先行技術のシステムと比較される。バッテリが１ＭＷの電力を供給するために、シミュレーションは以下の結果を示す。
・バッテリの容量は、配電網に提供されたサービスに影響することなく、２５０ｋＷｈまで低減された。
・遅い負荷は、バッテリのＳｏＣ管理を実行するために首尾よく使用され、不動帯域の再均衡化など代替のＳｏＣ管理技術を必要とせずに、バッテリＳｏＣは常に所望の境界内に保たれた。
・バッテリのスループットは、バックアップ設備、特にそれ自体が周波数の逸脱を追うことができるバックアップ設備に、より大きく依存することよって低減され得る。
・２０１５年１月から配電網データをとると、本発明のシステムが、１ＭＷ／２ＭＷｈバッテリのＳｏＣを、±１２５ｋＷｈの狭い境界内に保つために使用され得る一方で、不動帯域の再均衡化を使用する場合に、値の２２％はこの区間外に出ることが判明した。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【国際調査報告】
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