BRPI0611013A2

BRPI0611013A2 - dispositivo de controle responsivo a rede

Info

Publication number: BRPI0611013A2
Application number: BRPI0611013-4A
Authority: BR
Inventors: David Hirst
Original assignee: Responsiveload Ltd
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2010-08-10
Also published as: DK1891724T3; GB2436253B; GB0511361D0; WO2006128709A2; GB2426878A; GB2436253A; PL1891724T3; KR20080027324A; EP2273648A3; US8396607B2; JP2008543256A; GB2436252C; TW200705773A; GB2436252A; MX2007015099A; GB2436252B; WO2006128709A3; EP2273647A2; GB2426878B; GB0711762D0

Abstract

Um dispositivo de controle de carga o qual responde a uma variável física representando o equilíbrio entre a carga e a geração em uma rede de eletricidade, O dispositivo de controle varia o consumo de energia da carga com base no valor atual da variável física da rede em relação a um valor central daquela variável física, o qual é derivado a partir de leituras passadas da variável física da rede, O dispositivo de controle de resposta de rede também leva em consideração o tempo desde que a carga variou por último seu consumo de energia ao determinar se ao controle de carga variável de rede deve ou não ser provido.

Description

DISPOSITIVO DE CONTROLE RESPONSIVO A REDE

Campo da Invenção

A presente invenção se refere a um meio e a um métodopara o controle do equilíbrio entre o suprimento e ageração em uma rede de eletricidade.

Antecedentes da Invenção

Uma fonte confiável de eletricidade é essencial para amaioria dos aspectos da vida moderna.

A provisão de eletricidade confiável, no presente, éum desafio técnico enormemente complexo. Ele envolve umaavaliação e um controle em tempo real de um sistema deeletricidade consistindo em geração de todos os tipos(nuclear, carvão, óleo, gás natural, hidroelétrica,geotérmica, fotovoltaica, etc.) e carga, por exemplo, deequipamentos, instrumentos, etc. usando a eletricidade.

A eletricidade é suprida por uma rede de distribuiçãoque consiste em linhas de transmissão interconectadas porestações de comutação. A eletricidade gerada é geralmente'elevada' por transformadores para altas voltagens (de 23 0a 765 kV) para redução das perdas de transmissão deeletricidade (através de aquecimento). Os geradores, asredes de distribuição e as cargas compreendem a rede depotência elétrica.

Uma operação confiável de uma rede de potência écomplexa já que, no presente, a eletricidade deve serproduzida no instante em que é usada, significando quegeração de potência e demanda devem ser equilibradascontinuamente. Nos sistemas de gerenciamento de potênciaexistentes, o suprimento de eletricidade é equilibrado coma demanda pelo planejamento, controle e coordenação dageração de eletricidade.

Uma falha em combinar geração com demanda faz com quea freqüência de um sistema de potência AC aumente, quando ageração exceder à demanda, e diminua, quando a geração formenor do que a demanda.

No Reino Unido, os quadros de eletricidade devemmanter uma freqüência nominal de 50 Hz e é permitida umavariação de + %%. Nos Estados Unidos, a freqüência nominalé de 60 Hz. Em alguns sistemas de laço fechado, tal como umavião, a freqüência nominal é de 400 Hz. A freqüêncianominal é a freqüência da potência AC para que uma rede foiprojetada e é pretendido que mantenha esta freqüênciacontrolada e estável.

Variações pequenas randômicas na freqüência sãonormais, já que as cargas se tornam ligadas e desligadas egeradores modificam sua saída para seguirem as mudanças dedemanda. Contudo, grandes desvios na freqüência podem fazercom que a velocidade de rotação de geradores se mova alémdos limites de tolerância, o que pode danificar turbinas degerador e um outro equipamento.

A variação na freqüência também pode danificar cargas.

Uma mudança de freqüência de apenas + é um sinalgrande em termos da precisão da instrumentação desemicondutor moderna.

Há problemas com a arquitetura de estilo de lado desuprimento presente de combinação de geração com demanda.

No presente, quando não se pode lidar com freqüênciasextremamente baixas, isto é, a demanda ultrapassa ageração, uma redução de carga de subfreqüência automáticapode ser disparada, o que coloca blocos de consumidoresfora de linha, de modo a impedir um colapso do sistema deeletricidade. Isto pode ter o efeito de estabilizar osistema, mas é extremamente inconveniente e mesmo perigosopara o usuário.

Após um blecaute, a rede está em um estágioparticularmente sensível e uma recuperação é lenta. Grandesgeradores geralmente requerem outros geradores paratornarem alguma potência disponível para uma partida ounova partida deles. Se nenhuma potência estiver disponível,esse(s) gerador(es) não pode(m) dar a partida. Assim, ossistemas de rede têm serviços, conhecidos como serviços de"auto-restabelecimento de unidade geradora" ("blackstart"), segundo o que um subconjunto de geração tem acapacidade de dar a partida e continuar a geração, mesmoquando o restante da rede estiver inativo (isto é,apagada). As operadoras de rede prepararam seqüênciasplanejadas para a restauração da geração e da carga. Estasasseguram que os suprimentos iniciais limitados sejamusados primeiramente para a provisão de comunicação econtrole, então, para se dar a partida em geradores maiorese, depois disso, a carga é progressivamente conectada paracombinação com a disponibilidade crescente de geração.

O processo inteiro de auto-restabelecimento de unidadegeradora (black start) é tenso. Um blecaute é um eventomuito raro, e não é um que possa ser praticado, exceto emuma crise real. Todo mundo envolvido está sob pressãosevera, e os sistemas estão sendo operados bastante fora desua faixa de operação normal (e, às vezes, fora de suafaixa de projeto). Toda etapa quando carga ou geração éadicionada é um choque para o sistema e a rede pode levarsegundos ou minutos para estabilizar, após isto acontecer.

A prudência sugeriria fazer mudanças em pequenosincrementos. Isto inevitavelmente desacelera o processo emgeral, prolongando o blecaute para aqueles que aindaestiverem por serem reconectados.

De modo a se garantir tanto quanto possível contra umaredução de carga, um sistema de potência será operado emtodos os momentos para ser capaz de lidar com a perda dogerador mais importante ou da instalação de transmissão(isto é, a contingência única mais significativa). Assim, arede normalmente está sendo operada bem abaixo de suacapacidade, de modo que uma falha randômica de carga nãoprejudique o sistema como um todo. Isto, contudo, significaque a geração não está operando tão eficientemente quantopossível, com um aumento resultante nos custos desuprimento de eletricidade.

Um condicionamento de ar alto e outras cargas deresfriamento no verão e cargas de aquecimento de espaçoaltas no inverno são uma causa normal de cargas de pico. Asoperadoras de rede, contudo, usam estudos de planejamento eoperação rigorosos, incluindo avaliações de longo prazo, umano à frente, uma estação à frente, uma semana à frente, umdia à frente, uma hora à frente e análises de contingênciaoperacional de tempo real para antecipação de problemas.inesperado ainda pode ocorrer, o que é porque osistema opera com espaço para compensação da maiorcontingência. Os serviços de utilidade pública podem usargeradores de pico adicionais, os quais têm alto custo defuncionamento, para a provisão de eletricidade adicional,quando necessário, ou, alternativamente, não operam osgeradores principiais à capacidade, de modo a deixaremalgum potencial para uma geração extra para satisfação dascargas em excesso. Ambos estes métodos resultam em um custounitário mais alto de eletricidade do que se o sistemaestivesse operando mais próximo da capacidade.

Foi proposta uma arquitetura alternativa paracombinação de carga e geração com aquela presentementeusada. A idéia geral é compensar diferenças entre carga egeração usando o lado de demanda por meio de gerenciamentode carga.

Existe uma literatura limitada sobre o conceito de usode carga, ou demanda, para contribuição (pelo menos) para aestabilidade da rede.

A Patente U.S. N° 4.317.049 (Schweppe et al. ) mostrauma filosofia básica como essa no gerenciamento de potênciaelétrica existente, na qual o suprimento e a demanda deeletricidade respondem uma à outra e tentam manter umestado de equilíbrio.

Este documento identifica duas classes de dispositivosde uso. 0 primeiro tipo é de dispositivos de uso do tipo deenergia caracterizados por uma necessidade de uma certaquantidade de energia por um período de tempo, de modo acumprirem sua função e uma indiferença quanto ao momentoexato em que a energia é fornecida. Os exemplos foramaparelhos de condicionamento de espaço, aquecedores deágua, refrigeradores, compressores de ar, bombas, etc. Asegunda classe foi um dispositivo de uso de tipo depotência caracterizado por uma potência necessária em ummomento específico. Esses dispositivos não seriam capazesde cumprirem (plenamente) sua função, se a potência nãofosse suprida no momento e na taxa designados. Os exemplosincluem iluminação, computadores, TVs, etc..

0 Reprogramador de Potência - Energia de FreqüênciaAdaptativa (FAPER) da patente de Schweppe et al. proveu seugerenciamento de potência pela aplicação de um FAPER adispositivos de uso do tipo de energia. A patente deSchweppe e col. particularmente discute a aplicação doFAPER a uma bomba de água para bombeamento da água em umtanque de armazenamento. O nível de água no tanque de água tem um nível mínimoadmissível Ymin e um nível máximo admissível Ymax. Comumente,a bomba de água será comutada para ligada para bombear águapara o tanque de armazenamento, quando o nível cair para ouabaixo do nível mínimo, e desliga-se a bomba quando o nívelmáximo for atingido. Caso contrário, a bomba está inativa.

0 FAPER modifica estes limites (Ymax/ Ymin) / dependendoda freqüência do sistema. Assim, um período de altafreqüência (falta de demanda de eletricidade) , isto é,quando a freqüência de rede aumenta acima do nominal, onível de água mínimo fazendo com que a bomba se ative (Ymin)é aumentado, e o nível de água máximo (YmaX) também éelevado. Assim, a bomba comuta para ligada em um nível maisalto e pára em um nível mais alto do que uma operação nãosob o controle de um FAPER. Isto significa que o excesso nageração está sendo assumido. Usando-se o mesmo princípio,conforme a freqüência de eletricidade cai abaixo dafreqüência nominal de rede (uma falta de geração), osníveis de água mínimo e máximo são diminuídos. Estadiminuição resulta em as bombas LIGADAS serem comutadaspara desligadas mais cedo e as bombas DESLIGADAS seremligadas mais tarde do que o uso e, assim, usando menoseletricidade, desse modo se reduzindo a carga.

De acordo com Schweppe, a elevação dos limites(particularmente o máximo) e a diminuição dos limites(particularmente o mínimo) devem ter um topo de extensão,definido pelos desejos do usuário ou por exigências desegurança. Assim, os limites devem ser extensíveis, masapenas até uma certa extensão, já que, caso contrário, otanque poderia esvaziar ou extravasar de forma inaceitável.

O conceito amplo descoberto por Schweppe nesta patenteé que dispositivos consumindo, os quais incorporam algumtipo de armazenamento de energia e operam em um ciclo decarga, são úteis na provisão de um comportamento deresposta de rede. Quando funcionando, o armazenamento deenergia está sendo recompletado ou preenchido e, assim, aenergia potencial do armazenamento está aumentando. Quandoos dispositivos não estão rodando, sua função é preservada,por causa da capacidade da carga de armazenar energia.

O FAPER modifica o sincronismo do consumo de carga,sem prejuízo do serviço provido pelo dispositivo, usando afreqüência de rede como um guia. Assim, a energia potencialdo dispositivo é aumentada, quando a freqüência de rede éalta, de modo a se maximizar a quantidade de energiaalimentada para o dispositivo, a qual é armazenada. Istocompensa qualquer excesso. Durante os momentos de geraçãoinsuficiente (alta freqüência), a energia potencial dodispositivo é abaixada, desse modo se liberando a energiapara a rede e compensando a falta.

Continuando a partir do FAPER, um "sistema de respostade carga" diferente e melhorado foi mostrado na PatenteG.B. N0 2361118 do presente inventor. O sistema de respostade carga foi baseado no mesmo princípio subjacente dosdispositivos FAPER, que a estabilidade de rede pode serpelo menos auxiliada pelo uso de uma resposta de rede delado de demanda, e baseada no método de resposta e ofereceuum melhoramento adicional de uso de métodos probabilísticosquanto ao sincronismo de comutação para LIGADO / DESLIGADOpara a carga.

Um problema com o dispositivo FAPER é que, semqualquer randomização, o menor movimento da freqüênciapoderia resultar em todas as cargas com os FAPERs aplicadosrespondendo da mesma forma e fazendo-o simultaneamente.Isto poderia resultar em uma influencia desestabilizadorana rede. Uma resposta mais gradual é necessária, e osistema de resposta de carga oferecido por esta peladistribuição das freqüências às quais cada dispositivoresponde pelo uso de uma função randomizada.

Conforme mencionado acima, o sistema de resposta decarga da Patente G.B. N0 2361118 define um método baseadoem probabilidade para escolha da freqüência na qual umdispositivo é sensível. Desta forma, uma proporçãoprogressivamente maior da população de dispositivo deresposta de carga muda a carga, conforme a freqüência dosistema se desviar da freqüência nominal da rede.

Em maiores detalhes, o sistema de resposta de cargausa um randomizador para escolher uma freqüência alta e umafreqüência baixa às quais o dispositivo é sensível. Isto évantajoso em relação ao dispositivo FAPER, já que mais emais carga é comutada para ligada ou desligadaprogressivamente, conforme a freqüência aumentar oudiminuir, respectivamente.

As entradas randômicas para as freqüências altas ebaixas às quais os dispositivos são sensíveis são revidadasde tempos em tempos. Esta etapa tem a vantagem dedistribuição de quaisquer desvantagens de dispositivos deresposta dentre a população e garantindo que nenhumdispositivo que estivesse preso com uma freqüênciadesfavorável disparasse. Por exemplo, não seria apropriadose um dispositivo em particular fosse constantementesensível a mais leve mudança na freqüência, ao passo que umoutro dispositivo teve essas freqüências de gatilho amplasque apenas provia uma resposta de freqüência em situaçõesde tensão de rede extremas.

Um problema com este sistema é que o controlador não éà prova de violação. Usuários, tais como usuários decondicionamento de ar, poderiam escolher ativar seuscontroles por causa do ligeiro aquecimento/resfriamento deum ambiente além do desejado, como resultado de uma mudançade carga de resposta de freqüência sendo notada. Assim, seo condicionador de ar estiver gerando em uma faixa detemperatura mais baixa, isto é, o condicionador de ar estátrabalhando mais duramente e está ligado maisfreqüentemente, por causa de um aumento na freqüência derede, e um usuário nota isto e desliga o condicionamento dear, antes de a freqüência retornar para um nível aceitável,então, a resposta terá sido perdida.

Parcialmente por causa do problema acima, o Sistema deEstabilidade de Rede do pedido de patente UK número0322278.3 foi formado. 0 sistema de estabilidade de redeimpede um usuário final de suprimir a função de resposta defreqüência pela fixação de gatilhos de freqüência emregulagens de tensão de pré-rede. Desta forma, umamanipulação de um controlador de ponto de regulagem, talcomo um termostato, é tornada ineficaz pela duração doperíodo de tensão alta.

O sistema de estabilidade de rede também define trêsestados do sistema, normal, tensão e crise. O nível detensão da rede determina quais dos três estados de redeacima são relevantes.

O nível de tensão da rede pode ser determinado pelacomparação da freqüência de rede atual com valores delimite para a freqüência e determinar se a freqüência atualcai dentro de limites escolhidos para representação de umestado normal, um estado tensionado ou um estado de crise.

Mudanças rápidas na freqüência, qualquer que seja seuvalor absoluto, também são usadas como indicadores de nívelde tensão de rede pela definição de limites para a taxa demudança da freqüência de rede.

O nível de tensão de rede também pode ser indicado poruma integração, ao longo do tempo, do desvio da freqüênciade rede da freqüência de rede nominal. Assim, mesmo se aextensão de desvio de freqüência for muito pequena, se elase desviar por um tempo longo o suficiente, então, umacondição de tensão ou crise de rede ainda será determinada.

O status de rede, portanto, é determinado de acordocom o sistema de estabilidade de rede, ao se levarem emconsideração desvios de freqüência grande instantâneos demudanças nominais rápidas de freqüência e acumulativamentegrandes, mas não necessariamente fora de uma mudança defreqüência preferida em qualquer dado tempo, desvios todossendo sinais de tensão de rede. Cada um destes tipospossíveis de indicadores de rede tem um conjunto associadode limites que individualmente ou em combinação determinamse a rede está em um estado normal, um estado tensionado ouem um estado de crise.

Tendo determinado o status da rede, isto é, se a redeestá em um estado normal, um estado tensionado ou em umestado de crise, o controlador do sistema deestabelecimento de rede adapta seu comportamento deresposta de rede dependendo do status de rede determinado.

Se um status normal for determinado, o dispositivo proveráuma resposta a mudanças de freqüência da mesma forma que odispositivo de resposta de carga original. Assim, conformea freqüência de rede subir acima da freqüência de gatilhode determinação de temperatura, os dispositivos desligadosserão comutados para ligados, de modo a "assumirem" ageração extra. No caso em que a freqüência de rede caiabaixo de um valor de gatilho de freqüência baixa, osdispositivos "ligados" serão comutados para desligados pararedução da carga na rede.

Se operado de acordo com a invenção FAPER, umavariável física associada à carga (nível de água,temperatura) ainda será controlada em valores mínimo emáximo durante este tempo, mas os limites serão estendidos,de modo que os dispositivos comutados para ligados e osdispositivos já ligados fiquem ligados por mais tempo doque se o dispositivo controlado estivesse operando noslimites de freqüência normais. De modo similar, em períodosde freqüência de rede excessivamente alta, os dispositivosdesligados ficarão desligados por mais tempo do que se olimite inferior da variável física tivesse sido estendidotambém.

Usando-se o exemplo de tanque de água, conforme afreqüência de rede aumenta acima dos limites de freqüênciamais altos, os dispositivos desligados serão comutados paraligados e os dispositivos ligados ficarão ligados até que avariável física atinja seu limite estendido ou até que afreqüência retorne para abaixo dos limites de freqüênciamais altos. Se a faixa normal para a profundidade de tanquede água ficar entre 1 e 1,5 metros, por exemplo, se afreqüência de rede subir acima dos limites de freqüênciamais alta, os dispositivos desligados serão comutados paraligados e os dispositivos ligados ficarão ligados até umaprofundidade de água estendida de 1,7 metros, por exemplo.

Assim, o nível máximo potencial do tanque de água foielevado acima de seu nível normal. Ainda, a energiapotencial de uma população de bombas de água controladadesta forma terá aumentado sua profundidade média de água.Isto serve para compensação da geração excessiva, a qualproduziu a freqüência de rede alta, e armazenou a energiade rede excessiva, a qual compensará, até alguma extensão,a freqüência mais alta. Quando a freqüência cai abaixo doslimites de freqüência mais baixos, esta energia éreembolsada para a rede pela comutação para ligado dedispositivos desligados e mantendo-se desligados osdispositivos desligados até um limite de variável físicaestendido mais baixo de, por exemplo, 0,8 metros. Istopermite que uma população grande de dispositivos reduza suaenergia potencial e supra a diferença de energia para arede. Isto serve para compensação da falta de geração queresultou na freqüência baixa.

Se operado de acordo com o sistema de resposta decarga da GB2361118, os limites de controle permaneceraminalterados, mas o dispositivo poderia ser comutado paraligado ou desligado, se a freqüência do sistema se movessealém da freqüência até a qual o dispositivo era sensível.

Assim, o dispositivo poderia ser comutado antes de atingirseus limites de controle, e esta comutação extramodificaria a carga e assim contribuiria para a mudança decarga necessária para o equilíbrio do sistema.

Usando-se o exemplo do tanque de água de novo, umafreqüência baixa faria com que um dispositivo ligadocomutasse para desligado a, por exemplo, 1,4 m e, então,mais cedo do que se o limite de 1,5 m fosse atingido e,inversamente, uma freqüência alta faria com que odispositivo comutasse para ligado, por exemplo, a 1,1 m e,então, mais cedo do que se o limite inferior de 1 metrofosse atingido.

Em conjunto, estes fazem com que o nível médio de águaem uma população se torne mais baixo do que quando afreqüência é baixa, e se torne mais alto quando afreqüência foi alta, embora cada dispositivo individualoperasse em seus limites de controle.

Os limites de freqüência para um dispositivo emparticular são escolhidos para caírem em uma faixa defreqüência superior e uma faixa de freqüência inferior.Como com a Carga de Resposta previamente discutida, umrandomizador é usado para escolha de uma freqüência degatilho alta em particular e a freqüência de gatilho baixaem particular, de modo que uma população de dispositivostenha freqüências de gatilho altas e freqüências de gatilhobaixas distribuídas na faixa de freqüência superior e nafaixa de freqüência inferior, respectivamente. Assim, umajanela é provida entre a distribuição de freqüências degatilho altas e freqüências de gatilho baixas. Esta janelaé centralizada em torno da freqüência nominal. A janelapermite que a carga controlada, por exemplo, um tanque deágua, um refrigerador ou um condicionador de ar, opereinteiramente como normal, isto é, embora ela não tivesse umcontrolador de resposta de freqüência aplicado a ela,quando a freqüência da rede é próxima o bastante dafreqüência de rede nominal para ficar na janela. Umaresposta é provida apenas quando a freqüência de rede seestender fora desta janela.

No caso em que um estado de tensão é determinado, oslimites de controle do dispositivo são congelados nasregulagens pré-tensão, de modo que uma manipulação de umpainel de controle para ajuste de um ponto de regulagempara uma variável física detectada (por exemplo,temperatura) é ineficaz. Assim, o usuário da cargacontrolada não pode ajustar as regulagens de carga, porexemplo, pelo uso de um controle de termostato. Se odispositivo de resposta estiver controlando umcondicionador de ar, uma mudança induzida de resposta derede na temperatura do ambiente poderia ser notada. Umusuário pode decidir tentar contra-atuar a mudança natemperatura pelo ajuste do termostato. 0 dispositivo decarga de resposta do sistema de estabelecimento de redesuprime um ajuste como esse do ponto de regulagem, quando arede for determinada como estando em uma condição detensão. Isto é importante, já que a rede é particularmentesensível durante um período de tensão de rede e usuáriosnegando a resposta provida poderiam piorar adesestabilização da rede.

Em circunstâncias extremas, quando existe um risco deblecaute, um estado de crise de rede pode ser determinado.No estado de crise de rede, o sistema de estabelecimento derede relaxa o controle dos limites de variável física epermite que eles se movam para fora de uma faixa preferida.

Em um estado de rede de freqüência alta, as cargas sãocomutadas para ligadas até se sair do estado de crise derede, e, em um estado de crise de rede de freqüência baixa,a carga de resposta (por exemplo, geladeira) é comutadapara desligada até se sair do estado de crise. A comutaçãopara ligado e a comutação para desligado são realizadasindependentemente dos limites de controle, de modo que umageladeira, por exemplo, poderia resfriar continuamente parabem abaixo de um mínimo preferido ou poderia ser permitidoque a geladeira se aquecesse até a condição ambiente bemacima de uma temperatura máxima preferida. Estas medidasextremas são tomadas apenas nas condições de rede maissérias, quando a alternativa é um blecaute.

A modelagem dos dispositivos de controle de freqüênciae de resposta da técnica anterior tem problemasdesconhecidos previamente não cobertos com as cargas deresposta de rede da técnica anterior descritos acima.

Foi descoberto que, após uma resposta ter sido afetadapor um período de tempo, uma população dos dispositivostenderá a se aproximar dos limites de controle de variávelfísica e começará a comutar a uma taxa excessiva. Porexemplo, uma unidade de refrigeração controlada por umdispositivo de resposta de freqüência atingirá seus limitesde temperatura estendidos após um período sustentado defreqüência alta ou baixa. Usando-se o exemplo de umafreqüência de rede mais alta do que a nominal, osdispositivos serão comutados para ligados até que o limitede temperatura baixa tenha sido atingido e, então, serãocomutados para desligados, mas assim que a temperaturapassar de volta pelo limite de temperatura baixa, odispositivo de novo checará se a freqüência de rede estáacima de seus limites de freqüência mais altos e, se assimfor, comutará de novo para ligado imediatamente. Istoresulta em uma comutação muito freqüente, já que odispositivo está tentando prover uma resposta de freqüênciaa uma unidade próxima de seus limites de variável física.

Isto não é um comportamento desejado, já que poderiadanificar as cargas controladas. Uma oscilação excessiva nacomutação para ligada e desligada da carga reduzirá ointervalo de vida do dispositivo.

Também, a modelagem de cargas de resposta defreqüência de rede anteriores mostrou ter um efeitoinesperado sobre a freqüência de rede. Foi assumido que osdispositivos de resposta suavizariam a freqüência de redepara a provisão de uma freqüência de rede bem mais clara,menos ruidosa. Contudo, isto não se confirmou inteiramentedurante uma modelagem, e algum comportamento estranhodesconhecido previamente da freqüência de rede foiobservado, como resultado das cargas de resposta.

Os dispositivos de controle de resposta de rede datécnica anterior não provêem qualquer assistência especiala uma rede se recuperando de um blecaute, mas o efeito deestabilização das cargas de resposta é necessário, mais doque nunca, neste momento.

Dentre outros objetivos, a presente invenção tem porobjetivo ter um efeito de estabilização melhorado em umarede de potência.

A presente invenção também tem por objetivo reduzir acomutação de ativação de um armazenamento de energiadurante uma operação de um dispositivo de resposta de redecontrolando a ativação do armazenamento de energia.

A presente invenção também tem por objetivo ajudar napartida da rede após um blecaute. Em particular, a tambémtem por objetivo suavizar os choques no sistema durante umprocesso de auto-restabelecimento de unidade geradora(black start) . As cargas e os geradores podem serreconectados mais rapidamente, desse modo acelerando arecuperação.

0 dispositivo da presente invenção também tem porobjetivo superar os problemas identificados acima com osdispositivos de controle de resposta de rede da técnicaanterior.

Sumário da Invenção

De acordo com um primeiro aspecto, a presente invençãoprovê um dispositivo de controle para controle de umconsumo de energia de uma carga em uma rede deeletricidade, o referido dispositivo de controlecompreendendo:

um meio para a detecção por um período de tempo devalores de uma variável física da rede, a referida variávelfísica variando dependendo de uma relação entre a geraçãode eletricidade e a carga na rede;

um meio para a determinação de um valor baseadohistoricamente da variável física da rede a partir dosreferidos valores da variável física da rede; e

um meio para variação do consumo de energia dareferida carga, a referida variação dependendo do referidovalor central.

De acordo com um segundo aspecto, a presente invençãoprovê um método correspondente de controle de um consumo deenergia de uma carga em uma rede de eletricidade.

Convencionalmente, uma freqüência nominal da rede e umvalor atual da variável física são usados para controle doconsumo de energia da carga. A presente invenção, contudo,usa alguma função das leituras passadas da variável física.

Isto proporciona um valor passado de longa duração para ovalor baseado historicamente e é este valor que é levado emconsideração para controle do consumo de energia da carga.

A modelagem da presente invenção mostrou que o uso de umvalor (central) baseado historicamente para controle doconsumo de energia da carga remove os efeitos estranhos nafreqüência de rede que mostraram existir com osdispositivos de controle de resposta de rede da técnicaanterior.

Os primeiro e segundo aspectos da presente invençãopodem ser usados em combinação com os dispositivos decontrole de resposta de rede da técnica anterior, conformediscutido acima. Alternativamente, a forma preferida dapresente invenção envolve um dispositivo de controle deresposta de rede compreensivo combinável com qualquer umdos outros aspectos descritos abaixo da invenção ouqualquer um dos recursos preferidos descritos acima.

Em um terceiro aspecto, a presente invenção provê umdispositivo de controle para controle do consumo de energiade uma carga em uma rede de eletricidade, o referidodispositivo de controle compreendendo:

um meio para a detecção de um valor de uma variávelfísica da rede, a referida variável física variandodependendo de uma relação entre a geração de eletricidade ea carga na rede;

um meio para a detecção de um valor de uma variávelfísica da carga, a referida variável física da cargarepresentativa da energia armazenada pela carga;

um meio para variação do consumo de energia dareferida carga, quando um valor da referida variável físicada rede atingir um valor de gatilho; e

um meio para a determinação do valor de gatilho, areferida determinação do valor de gatilho dependendo dareferida variável física detectada da carga e ainda baseadaem um valor randômico.

Em um quarto aspecto, a presente invenção provê ummétodo correspondente de controle de um consumo de energiade uma carga em uma rede de eletricidade.

Os terceiro e quarto aspectos da presente invençãocontrolam a carga com base em um valor da variável de rede,a qual é selecionada dependendo da variável da carga.Assim, estes aspectos da invenção permitem que o consumo deenergia das cargas seja mudado de uma forma que varia com avariável física detectada da carga. Ao se levar emconsideração a variável da carga desta forma, o consumo deenergia da carga pode ser controlado para minimização dataxa de mudanças no consumo de energia da carga. Istotambém é devido ao fato de cargas mais próximas de seuspontos de comutação naturais (o que é determinado pelavariável da carga) são favorecidas para controle deresposta de rede.

Novamente, a invenção provida pelos terceiro e quartoaspectos é vantajosa quando usada em combinação com osdispositivos de controle de resposta de rede da técnicaanterior. Estes aspectos são especialmente vantajososquando combinados com os primeiro e segundo aspectos dainvenção descritos acima, e provêem vantagens adicionaisquando combinados com as modalidades preferidas detalhadasabaixo.

As modalidades preferidas descritas abaixo sãoaplicáveis como modalidades preferidas dos métodos dapresente invenção ou do aparelho. Assim, os recursos dasmodalidades preferidas podem ser adaptados para incluírem omeio de um dispositivo de controle para realização dorecurso ou podem ser adaptados para compreenderem etapas demétodo. Os recursos preferidos geralmente são denominadosem termos de aparelho, mas são aplicáveis a todos osaspectos da presente invenção.

Em uma modalidade preferida dos primeiro e segundoaspectos da invenção, o dispositivo de controle é adaptadopara determinar um valor de gatilho da variável física darede com base no referido valor central e variar o consumode energia da carga, quando um valor atual da variávelfísica detectada da rede atingir o valor de gatilho.

O dispositivo de controle pode determinar um valor degatilho com base apenas na variável física detectada dacarga ou na variável física detectada da carga e navariável física detectada da rede, ou apenas na variávelfísica detectada da rede. Esta combinação de recursos dapresente invenção é vantajosa, conforme estipulado emmaiores detalhes abaixo.

De acordo com uma forma preferida dos aspectos dainvenção, o meio para determinação do valor de gatilhocompreende uma função para prover randomicamente o valor degatilho entre um valor superior ou inferior determinado davariável física da rede e o valor central.

O dispositivo de controle também pode ser adaptado,preferencialmente, para gerar um valor randômico e paradeterminar o valor de gatilho com base ainda no referidovalor randômico e para controlar o consumo de energia dacarga dependendo do valor de gatilho.

Assim, todos os aspectos da presente invenção podemutilizar, vantajosamente, um valor randômico nadeterminação do valor de gatilho, já que isto proverá umelemento randomizado para o valor de gatilho, significandoque uma população de cargas controladas desta forma nãomudará seu consumo de energia de uma forma sincronizada, oque desestabilizaria a rede.

De acordo com outro recurso preferido, o controle doconsumo de energia das cargas é realizado pela comparaçãodo valor de gatilho da variável física da rede com avariável física detectada atual da rede.

Em uma modalidade preferida, a variável física da redeé uma freqüência e, assim, é a freqüência da rede a qual édetectada. Alternativamente, uma amplitude da voltagem desuprimento poderia ser detectada, a qual também mostradependência do equilíbrio entre geração e carga da rede.

Assim, de acordo com uma modalidade preferida dapresente invenção, uma freqüência central é determinada apartir de leituras passadas da freqüência da rede, e odispositivo de controle tende a resistir a qualquer mudançana freqüência, para cima ou para baixo, até certa extensão,independentemente da freqüência absoluta da rede. Assim,enquanto nos dispositivos de controle de resposta defreqüência de rede da técnica anterior é a freqüêncianominal da rede a qual é usada como um ponto de referênciapara se determinar se é para prover uma resposta, apresente invenção difere no uso de um valor histórico, emtorno do qual a freqüência de gatilho de resposta éregulada.

O conceito básico é que, mesmo durante um período noqual a freqüência cai abaixo da nominal, se a freqüênciacomeçar a subir, então, o dispositivo de controle deresposta funcionará para resistir a esta mudança, apesar dea freqüência realmente se mover mais próxima da nominal, oque convencionalmente era considerado favorável.

Durante períodos de freqüência baixa, a energia deentrada média em uma população de cargas cai, de modo a sereduzir a extração de energia da rede e, portanto, compensaa carga excessiva causando a queda de freqüência. Aenergia, com efeito, está sendo emprestada à rede.

Um comportamento ideal seria recuperar esta energia, erestaurar o armazenamento de energia total, antes de afreqüência de novo retornar para a freqüência nominal derede. Assim, uma elevação de freqüência a partir de abaixode um valor nominal é o momento mais favorecido para sereembolsar a energia para a rede.

De modo similar, mas simetricamente, durante umperíodo de acima da freqüência nominal na rede, as cargassão controladas para emprestarem energia da rede, de modo aassumirem parte da geração em excesso. 0 comportamentofavorecido é retornar esta energia antes de a freqüênciaatingir de novo a freqüência nominal de rede.

O comportamento do dispositivo de controle reforça apropriedade emergente natural de redes, pela qual afreqüência é uma indicação de excessos ou déficits deenergia na rede. Se a freqüência for baixa, haverá umdéficit de energia, e, se for alta, haverá um excesso. Se odéficit ou o excesso for largamente absorvido pelas cargas,íentão, o sinal de freqüência será tornado mais claro.valor central da variável, por exemplo, freqüência,preferencialmente é provido pelo cálculo de uma média móvela partir de leituras passadas da variável física da rede.

0 valor de gatilho é um valor, por exemplo,freqüência, no qual os dispositivos de controle de respostaaumentarão ou diminuirão seu consumo de energia e édeterminado com base neste valor central. Assim, porexemplo, para uma população desses dispositivos decontrole, se a freqüência atual estiver acima da freqüênciacentral, o consumo de energia da carga tenderá a aumentare, se abaixo, o consumo de energia da carga tenderá adiminuir.

Um elemento randômico também é incluído,preferencialmente, na determinação do valor de gatilho parase garantir que o aumento ou a diminuição de cargas sejagradual, de modo a não sobrecarregar a rede com umapopulação de cargas todas comutando ao mesmo tempo, dessemodo refutando o objetivo de estabilização do dispositivode controle. Assim, uma comutação sincronizada em largaescala é evitada.

O efeito de supressão do uso do valor central para adeterminação do variável física, no qual o consumo deenergia da carga é mudado, significa que uma população decargas controladas por tais dispositivos, ativa econtinuamente amortecem as variações de freqüência de rede.

Em uma modalidade preferida, o dispositivo é aindaadaptado para: detectar uma variável física associada àcarga; determinar limites superiores e inferiores para avariável física associada â carga; e mudar o consumo deenergia da carga, quando a variável física associada àcarga atingir seus limites superiores ou inferiores.

Este recurso garante que a carga ainda realize suafunção principal, a qual é manter uma variável associada àcarga em certos limites. Estes limites podem ser derivadosde uma seleção de usuário. Por exemplo, o ponto deregulagem de um termostato para condicionamento de ar ouuma regulagem de refrigerador levaria a limites sendodefinidos. A temperatura do espaço sendo condicionado ourefrigerado não deve exceder ou ir além destes limites. Atemperatura á mantida em torno da temperatura desejada. Umrefrigerador, por exemplo, operaria em um ciclo de carga demodo que, quando a temperatura atingisse seus limitessuperiores, o mecanismo de resfriamento do refrigeradorfosse comutado para ligado, de modo a diminuir atemperatura. Obviamente, uma vez que a temperatura atinjaseus limites inferiores, o refrigerador será comutado paradesligado.

A maioria da descrição que se segue concerne a cargasque controlam a variável física da carga nos limites decontrole pelo ligamento ou desligamento do consumo deenergia. Contudo, cargas nas quais este controle é obtidopelo aumento ou pela diminuição da energia continuamentetambém são aplicáveis no dispositivo de controle dainvenção reivindicada.

A modalidade preferida provê duas camadas de controle,a primeira sendo para se aumentar ou diminuir o consumo deenergia da carga para manter a variável física associada àcarga em seus limites de controle, e a segunda camada sendopara se controlar adicionalmente o consumo de energia dacarga, dependendo de subidas ou quedas relativas davariável de rede a partir de um valor central.

Conforme descrito acima, um dos problemas com osdispositivos de resposta de rede da técnica anterior foique este controle em duas camadas tendia a aumentar astaxas de comutação após um desvio de freqüência prolongado.

A presente invenção tem por objetivo combater este aumentode taxa de comutação e os terceiro e quarto aspectos dainvenção e as modalidades preferidas dos primeiro e segundoaspectos da invenção são dirigidos para envolverem aobtenção deste objetivo.

Em uma modalidade preferida, este objetivo também éobtido pelo valor de gatilho (ou pela freqüência degatilho) que é baseado na variável física detectada dacarga. Em uma forma preferida, o meio para determinação dovalor de gatilho é configurado para determinar o valor degatilho dependendo da variável física detectada da carga edos limites de controle, de modo a se reduzir a taxa devariação da carga.

Em outra forma preferida, o meio para determinação dovalor de gatilho compreende uma função a qual retorna ovalor de gatilho, dependendo da variável física detectadada carga, a referida função definindo um perfil de valor degatilho variando com a referida variável física da carga, oreferido perfil de modo que quanto mais recentemente oconsumo de energia da carga tiver variado, mais distante ovalor de gatilho esteja de um valor central da variávelfísica da rede.

Mais especificamente, em uma modalidade preferidaadicional, a provisão de um valor de gatilho (por exemplo,freqüência) é adicionalmente baseada em uma relação de umvalor representando a referida variável física detectada emrelação ao limite superior ou inferior da variável físicadetectada associada à carga para uma faixa entre o limitesuperior e o limite inferior.

A relação definida acima é uma indicação de quantaenergia é armazenada na carga, se comparada com o máximo ouo mínimo definido pelos limites de controle. Novamente, nocaso de um refrigerador, quando o refrigerador esteveligado por 50 por cento da porção ligada do ciclo de cargado refrigerador, então, a variável detectada associada àcarga será metade de seu limite de temperatura inferior,ou, em outras palavras, o refrigerador está na metade desua energia de entrada máxima. Na determinação dafreqüência de gatilho para a modalidade preferida, odispositivo de controle leva em consideração quão plenoestá o armazenamento de energia e, portanto, quão próximoele está de um ponto de comutação natural.

Em uma extensão desta modalidade, o valor de gatilhovaria com a relação de modo que a probabilidade do consumode energia da carga ser mudado aumente conforme a relaçãoaumentar. Assim, a relação aumenta dependendo da extensãode tempo em que a carga esteve em um estado de consumo emparticular. Por exemplo, no caso de um refrigerador, o meiode provisão de resfriamento estando em um estado desligadoé um estado de consumo de energia em particular e o meio deprovisão de resfriamento estando em um estado ligado é umoutro estado de consumo de energia em particular. Em umaforma preferida, um primeiro estado de consumo é um no quala energia armazenada pela carga está crescendo e um segundoestado de consumo é um no qual a energia armazenada pelacarga está diminuindo.

A relação pode ser qualquer função representativa depor quanto tempo a carga esteve em um estado de consumo deenergia em particular. Assim, em uma modalidade preferida,uma relação é definida representando a extensão de tempo emque uma carga esteve em um estado de consumo de energia emparticular em relação a um tempo máximo para aquele estado.

Preferencialmente, esta representação é derivada a partirde uma variável física associada à carga e seus limitessuperiores e inferiores.

A relação é definida de modo que aumente quanto maistempo o refrigerador estiver ligado e também é definida demodo que aumente quanto mais tempo o refrigerador estivercomutado para desligado. Se a probabilidade de o estado deconsumo de energia da mudança da carga aumentar, conformeesta relação aumentar, então, a comutação da carga entreestados de consumo de energia será minimizada. Isto é,conforme mencionado antes, importante para a prevenção dedanos de longa duração ao equipamento de carga, o que seriainaceitável para o consumidor.

É um importante recurso de modalidades preferidas queo valor de gatilho determinado leve em consideração quãopróximo da carga está um ponto de comutação natural ou porquanto tempo a carga esteve em um estado de consumo deenergia em particular, se comparado com uma extensão máximade tempo, conforme determinado por quão próxima a variávelfísica associada à carga está dos valores máximos e mínimosde cargas para aquela variável. Um refrigerador em umestado "de resfriamento ligado" está mais próximo de seuponto de comutação natural, conforme a variável físicadetectada se aproximar de um limite inferior para atemperatura do refrigerador. Inversamente, o refrigeradorem um estado "de resfriamento desligado" está mais próximode seu ponto de comutação natural conforme a variávelfísica detectada se aproximar de um limite superior para atemperatura no espaço de refrigeração.

Assim, alguma relação representando a posição relativada variável física detectada entre os limites máximos emínimos para a variável física associada à carga é a formapreferida para a determinação do ponto de comutação naturalda carga. A relação é levada em consideração pela funçãoque calcula a freqüência de gatilho do dispositivo.

Em uma modalidade preferida, o dispositivo de controleé adaptado para determinar um limite superior e um inferiorpara a variável física da rede; onde a provisão de um valorde gatilho é adicionalmente baseada nos referidos limitessuperiores e inferiores para a variável física da rede.Desta forma, o dispositivo de controle apropriadamentedistribui a freqüência de gatilho de uma população dosdispositivos entre o limite superior e o inferior de modo aprover uma resposta, quando for necessário.

Em uma modalidade preferida, o valor da freqüência degatilho é tal que as cargas remanescentes em um estado emparticular por um tempo mais longo do que outras sejam maissensíveis a mudanças na variável detectada da rede pelaprovisão de uma função apropriada para o cálculo do valorde gatilho orientado desta forma.

Mais particularmente, a provisão de um valor degatilho, de preferência, primeiramente, envolve odispositivo de controle ser adaptado para prover um valorde base da rede de variável física com base no referidovalor randômico e no referido valor central, por exemplo,para se prover randomicamente o referido valor de baseentre o referido valor central e os referidos limites decontrole superiores ou inferiores; o dispositivo decontrole é ainda adaptado para prover uma função de valorde gatilho a partir do referido valor de base; e, então,determinar o valor de gatilho a partir da função de valorde gatilho.

Assim, a randomização provida pelo valor randômico édirigida para a provisão de um valor de base, o qual, porsua vez, é determinativo de uma função em particular usadapara se prover o valor de gatilho. Em uma modalidadeparticularmente preferida, a função de valor de gatilhodefine um valor de gatilho que varia com a extensão detempo em que a carga esteve em um estado de consumo deenergia em particular. Mais preferencialmente, a freqüênciade gatilho é provida partir de uma função de valor degatilho que varia conforme descrito acima.

Assim, cada dispositivo é primeiramente provido com umvalor de base randomizado, a partir do qual é provida umafunção de valor de gatilho. A forma em particular dafunção, isto é, como ela varia com a relação, é dependentedo valor do valor de base. Assim, o aumento ou a diminuiçãona probabilidade de a carga mudar seu estado de consumo deenergia é diferente, dependendo do valor de base.

De acordo com as modalidades preferidas da presenteinvenção, cada dispositivo de controle em uma populaçãodeterminará sua própria freqüência de base. As freqüênciasde base serão distribuídas randomicamente através dapopulação, de modo que a mudança do consumo de energia dascargas ou a comutação das cargas seja progressiva atravésda população.

De acordo com as modalidades preferidas, uma vez queesta freqüência de base tenha sido determinada, afreqüência exata à qual o dispositivo responde depende dafreqüência de gatilho determinada a partir da função devalor de gatilho. Esta função é definida de modo que apropensão da resposta de carga varie de acordo com seuestado interno. Se ela estiver em um estado de energiamuito baixa e o dispositivo estiver ligado, ou em umprimeiro estado de aumento da energia armazenada pelacarga, ela não desejará comutar para desligada ou comutarpara um segundo estado de diminuição da energia armazenadapela carga, exceto no mais extremo dos estados de rede(conforme representado pela variável física da rede, istoé, a freqüência), mas se o armazenamento de energia estiverse aproximando do limite superior, ela estará muitopropensa a comutar para desligada ou para o segundo estado.Esta propensão à mudança é refletida pela extensão até aqual a freqüência de gatilho se desvia da freqüênciacentral.

Assim, a freqüência de gatilho é provida com umatrajetória não linear, conforme o estado de energia dacarga variar. De modo a se preservar a distribuiçãorandômica de probabilidade de comutação através dapopulação, a forma da função de valor de gatilho muda,dependendo do valor de base provido randomicamente.

Pela mudança da propensão desta forma, uma comutaçãoserá tão rara quanto possível, e a carga comutando édistribuída através das cargas. Isto também serve para semanter a diversidade da carga, pela evitação de umaacumulação de uma subpopulação que é muito próxima doslimites.

Em uma modalidade preferida, o valor randômico éprovido a partir de um randomizador configurado para proveruma distribuição de valores de base para uma população dosreferidos dispositivos de controle, a referida distribuiçãose estendendo a partir de um limite da variável física darede para o valor central da variável física da rede. Istoé em contraste com os dispositivos da técnica anterior emque uma janela é definida, na qual uma resposta de rede nãoé provida e na qual é permitido que o dispositivo secomporte como normal, embora ele não tivesse nenhumdispositivo de controle de resposta instalado.

A presente invenção, contudo, distribui a população devalores de gatilho a partir de um valor central para umlimite e, assim, uma resposta é provida em todas asfreqüências entre os limites superiores e inferioresdeterminados para a freqüência da rede. Desta forma, umempréstimo de energia da rede ou um reembolso da energiaassim emprestada a partir da rede ocorre por todo oespectro de freqüência determinado da rede. Isto éinfluente na provisão de um amortecimento para todos osmovimentos da freqüência de rede a partir da freqüênciacentral.

Também é preferido que o randomizador seja tal que apopulação dos dispositivos de controle tenha valores degatilho tendo uma distribuição que se estende entre olimite superior e o inferior da variável física da rede. Emuma modalidade preferida, o valor de gatilho varia a partirde um limite da variável física da rede até o valor centralconforme a relação se mover de uma relação mínima para umarelação máxima. Desta forma, o valor de gatilho é maispróximo d valor central quanto mais tempo a carga tiverestado em um estado de energia em particular. Daí, oconsumo de energia da carga tem maior probabilidade demudar quanto mais tempo o dispositivo tiver estado em umestado de consumo de energia em particular.

Em uma modalidade preferida, a mudança do consumo deenergia da carga envolve a comutação da carga para ligadaou a comutação da carga para desligada. Uma carga édefinida como o consumo de energia associado à funçãoprincipal da carga. Por exemplo, no caso de umrefrigerador, a carga é o consumo de energia do meio deprovisão de resfriamento. Assim, usando-se esta definição,uma operação de fundo de um refrigerador, tal comoiluminação ou outros periféricos para a função principal dacarga, não é considerada a carga no contexto do relatóriodescritivo.

Deve ser claro que a relação descrita acima é umarepresentação de por quanto tempo o dispositivo esteveligado ou por quanto tempo o dispositivo esteve desligado.Preferencialmente, a relação está em um máximo conforme avariável física detectada de um dispositivo desligado seaproximar do limite de dispositivo associado ao estadodesligado de uma carga ou a relação é definida para umdispositivo ligado, de modo que esteja em um máximo quandoa variável física detectada se aproximar do limite para oestado ligado do dispositivo.

Em uma modalidade preferida adicional, a provisão deum valor de gatilho é adicionalmente baseada no estado deenergia em particular da carga (por exemplo, se a cargaestá em um estado ligado ou desligado). Também,preferencialmente, a relação representando quão próximo odispositivo está da variável física detectada atingindo umlimite é dependente do estado de consumo de energia emparticular da carga. Assim, de acordo com as modalidadespreferidas da presente invenção, a relação é definidadiferentemente, dependendo do estado de energia emparticular da carga (se a carga está ligada ou desligada ouno primeiro estado ou no segundo estado).

Isto é vantajoso, já que uma carga desligada, porexemplo, comutará para ligada normalmente em um limite devariável de carga baixo (energia armazenada mínima). Umacarga ligada, por outro lado, está se aproximando de seuponto de comutação natural em um limite de variável decarga alta (energia armazenada máxima). Portanto, épreferido levar em conta o estado de consumo de energia deuma carga quando da definição da freqüência de gatilho.

Ainda em uma outra modalidade preferida, os limitessuperiores e inferiores associados à carga são derivados apartir de um ponto de regulagem da variável físicaassociada à carga. Um ponto de regulagem poderia serdefinido, por exemplo, por uma regulagem de termostato oupela regulagem em particular de um refrigerador. É umrecurso vantajoso da presente invenção que não apenas umbom efeito de estabilização seja obtido pela provisão deuma resposta de freqüência de rede, mas também a funçãoprimária da carga, por exemplo, resfriamento, aquecimento,bombeamento, etc. seja realizada.

Há certas condições de rede nas quais os limites davariável física detectada associada à carga são controladospara serem mudados por um período de tempo estendido. Estamudança dos limites não está relacionada, usualmente, àprovisão de um comportamento de resposta de rede normal,nem é devido a uma mudança em um ponto de regulagem para avariável física. A mudança estendida dos limites maisusualmente é devida a uma condição de rede.

De acordo com uma modalidade preferida da invenção, olimite superior e/ou o inferior da variável físicadetectada são aumentados ou diminuídos conforme uma taxamenor do que ou maior do que, respectivamente, uma taxamáxima de aumento ou uma diminuição da variável físicadetectada da carga.

Desta forma, os limites são movidos a uma taxa menordo que a variável física poderia teoricamente se mover. Ataxa mais baixa do movimento de limite significa que háainda alguma provisão para a carga ser de resposta à rede,mesmo enquanto os limites de variável estiverem sendomudados.

Um exemplo de uma condição de rede em que isto é útilé durante uma partida após uma falta de potência. Conformediscutido acima, a rede é particularmente delicada nesteestágio. Normalmente, a variável física detectada estaráfora de sua faixa normal após um corte de potência e acarga precisará ser operada para se colocar a variável devolta em seus limites de controle preferidos. De acordo comum aspecto preferido da presente invenção, o limitesuperior e/ou o inferior da variável física detectada sãoaumentados a uma taxa menor do que um consumo de energiamáximo constante da carga.

Assim, há um potencial, durante o aumento nos limites,de provisão de resposta. Esta capacidade da carga de proverum comportamento de resposta de rede é especialmenteimportante durante um auto-restabelecimento de unidadegeradora (black start), já que a rede é especialmentedelicada neste momento.

Em outra modalidade preferida, a presente invençãodefine um modo de assistência de auto-restabelecimento deunidade geradora (black start), no qual um atraso randômicoé provido, antes de a carga retirar energia da rede. Esterecurso preferido significa que as cargas começarãoretirando energia da rede gradualmente, ao invés de todaselas entrarem em linha ao mesmo tempo e causando tensãosevera na rede.Breve Descrição dos Desenhos

As formas preferidas da presente invenção serãodescritas abaixo com referência aos desenhos a seguir.

As Figuras IA a IC mostram uma forma preferida de comoa freqüência de gatilho varia com a energia armazenada nacarga.

A Figura 2 mostra uma população de exemplo das cargascontroladas de acordo com uma forma preferida da presenteinvenção.

As Figuras 3A a 3B mostram um exemplo de um perfil dafunção de freqüência de gatilho.

A Figura 4 mostra uma visão geral dos vários estadosde um dispositivo de controle de resposta preferido.

A Figura 5 mostra um diagrama de blocos da operaçãopreferida do dispositivo de controle de resposta dapresente invenção.

A Fig. 6 mostra um diagrama de blocos que esboçaamplamente a operação de uma carga de controle PID.

A Fig. 6A mostra um diagrama de blocos que esboçaamplamente a operação de um dispositivo de controle deresposta de rede de ajuste de ponto de regulagem para umacarga de controle PID.

A Fig. 6B mostra um diagrama de blocos que esboçaamplamente a operação de um dispositivo de controle deresposta de rede de ajuste de potência de motor para umacarga de controle PID.

A Fig. 7 mostra uma operação de controle de respostade rede com um preço como um indicador do equilíbrio entrea carga e a geração na rede.

Descrição Detalhada da InvençãoAs modalidades específicas da presente invenção serãodescritas, agora, de modo a ajudarem na compreensão dapresente invenção.

O dispositivo de controle da presente invenção éaplicável a cargas de armazenamento de energia em uma rede,as quais consomem energia intermitente ou variável.

O dispositivo de controle requer duas entradasprincipais, a primeira sendo a freqüência da rede, e outroparâmetro representativo do equilíbrio entre geração depotência e exigência de potência, e a segunda sendo algumavariável física associada ã carga de armazenamento deenergia. Geralmente, a função primária da carga é manter avariável física em limites de controle especificados.

As cargas geralmente operarão em um ciclo de carga dealgum tipo, usualmente com um período no qual a carga estáligada e com um período no qual a carga está desligada.

Assim, um ciclo de carga de 50% significa que a cargaestará ligada e desligada por uma quantidade igual detempo. Cargas específicas deste tipo às quais a presenteinvenção é aplicável incluem condicionadores de espaço (porexemplo, aquecimento ou resfriamento), refrigeradores ebombas de armazenamento de água, dentre outros.

Contudo, um controle eletrônico de potência modernotambém torna praticável variar a potência consumida por ummotor. Isto pode tornar o motor mais eficiente e, também,significa que o motor está funcionando continuamente ou deforma quase contínua, com a potência variada de acordo comas demandas do dispositivo. Então, em um refrigerador, porexemplo, o motor reduzirá sua potência quando a temperaturativer atingido seu ponto de regulagem desejado, aumentaráse a temperatura subir e reduzirá mais se o refrigeradorficar frio demais. Para refrigeradores isto também temalguns benefícios na percepção de ruído.

O motor geralmente precisará operar bastante bem poruma faixa de potência ampla, já que, em um refrigerador ouum freezer, por exemplo, ele terá que ter uma capacidade deresfriar um refrigerador aquecido rapidamente, quando forcomutado para ligado ou quando uma massa aquecida for postanele. Então, permanece escopo para mudança temporária dasdemandas de potência do dispositivo a partir de outrasentradas além da temperatura - tal como a freqüência.

A presente invenção provê um dispositivo de controleoperável para variação da energia consumida por ambos ostipos de cargas, isto é, um controle binário de liga /desliga e por um aumento ou uma diminuição graduado oucontínuo do consumo de energia.

Pela descrição remanescente, um refrigerador servirácomo o exemplo principal para uso com o dispositivo decontrole da presente invenção.

A presente invenção opera, até um ponto, em comum comdispositivos de controle de resposta de rede conhecidos apartir da técnica anterior. A presente invenção utiliza oprincípio que as cargas de armazenamento de energia,conforme descrito acima podem realizar sua função semrequererem uma energia de entrada a partir da rede em umtempo específico. Diferentemente de iluminação e outrascargas como essa, as cargas de armazenamento de energiapodem receber uma energia de entrada em níveis variáveis ouintervalos variáveis, e ainda operarão de uma maneiraplenamente satisfatória, desde que elas sejam controladasde modo a manterem a variável física da carga nos limitesde controle especificados da carga em particular.

As quantidades de energia armazenadas pelosdispositivos de armazenamento de energia descritos acimasão determinadas pelos limites de controle da variávelfísica. No caso de um refrigerador, a quantidade máxima deenergia armazenada pela carga é definida pelo limite detemperatura mais baixo para a regulagem de ponto deregulagem atual do refrigerador e a quantidade mínima dearmazenamento de energia é o limite de temperatura mais alto.

Na descrição a seguir, y é a medição normalizada davariável física da carga sendo controlada pelo dispositivode controle de resposta de rede da presente invenção. Um ymaior implica que mais energia de entrada é armazenada(isto é, o refrigerador é mais frio) do que um y menor. Seχ representar a energia no armazenamento, então, y será umafunção de x, isto é, y = f(x). Um y normalizado pode variarde 0, com nenhuma energia armazenada, a 1, um nível máximocrítico de energia armazenada. A função normalmente ésuficientemente próxima da linear para se fazer estaaproximação útil.

No caso de um refrigerador, a energia de entrada édirigida ao resfriamento. Então, y é o maior, 1, quando orefrigerador estiver em seu mais frio possível, e 0 quandoa temperatura interna subir para a ambiente. No caso de umtanque, y é 0 quando o tanque está vazio e 1 em um nívelquando o tanque extravasa. Normalmente, de forma óbvia, eleé controlado para estar em limites mais estreitos, e estessão referidos como os limites superior e inferior davariável física, ou ymax e ymin.

De acordo com princípios conhecidos de cargas deresposta de rede, em uma regulagem em particular da carga,a energia de entrada é variada para se manter a variávelfísica y nos limites regulados por ymin e ymax, da mesmaforma que a carga normalmente seria operada, exceto pelafreqüência da rede (ou algum outro parâmetro associado noequilíbrio entre geração e carga na rede) ser levada emconsideração.

Falando geralmente, uma carga, do tipo aplicável com apresente invenção, operada sem um controlador de respostade rede comutaria a carga para ligada quando o valor mínimode y (ymin) fosse atingido e comutaria a carga paradesligada quando seu valor máximo (ymax) fosse atingido.

De acordo com o controlador de resposta de rede damodalidade preferida, o sincronismo da comutação, quandouma carga ligada é comutada para desligada ou quando umacarga ligada é comutada para ligada, é ajustado, dependendoda freqüência da rede. Durante um período de freqüênciabaixa, por exemplo, há carga ligada demais na rede e umageração não suficiente para combinar com ela, e umdispositivo de resposta de rede o qual esteja ligadoreagirá ao comutar para desligado, isto é, antes de yatingir ymax- Da mesma forma, durante um período defreqüência alta, mais carga é necessária para se assumir oexcesso na geração e as cargas serão comutadas para ligadas(ou comutadas para um estado de consumo de energiaaumentado) , antes de ymin ser atingido.

Ainda, um conjunto estendido de limites superiores einferiores para a variável detectada pode ser determinadode modo a se melhorar a quantidade de resposta provida.

Então, durante um período de freqüência alta, as cargas deresposta de rede serão comutadas para ligadas e o valormáximo para a variável detectada (ymax) pode ser aumentado,de modo que as cargas tendo sido comutadas para ligadaspermaneçam ligadas por um período de tempo mais longo doque o normal, conforme o farão cargas que já estivessemligadas. Uma provisão similar é utilizada durante períodosde freqüência baixa.

O dispositivo de controle preferido da presenteinvenção define um status para a rede, de modo a determinaro tipo exato de resposta a mudanças na freqüência providopelo dispositivo de controle de resposta de rede. Odispositivo de controle de resposta de rede tem três modosde operação, um modo "normal", um modo "de tensão" e ummodo "de crise", de uma forma similar ao sistema descritono pedido de patente UK N0 0322278.3.

A modalidade preferida da presente invenção determinao modo de operação modo de operação do controlador e ostatus de rede associado a partir de uma função definida dafreqüência, a partir deste ponto denominada h. A função hdetermina a partir do comportamento da freqüência de rede ostatus atual da rede. De modo ideal, h representa até certoponto uma medida de quanta energia foi tomada a partir deou emprestada para as cargas de armazenamento de energia.

A função h preferencialmente inclui três termosprincipais, um termo proporcional, um termo integral e umtermo derivativo. Os três termos proporcionarão uma boaindicação do estado de estabilidade da rede.

0 termo proporcional é o desvio de freqüência atual apartir da freqüência nominal da rede ou de algum outrovalor central que representa quanto a freqüência precisaser corrigida para retornar para o valor central desejado.

O termo integral representa uma vista de termo maislongo (se comparado com o termo proporcional instantâneo)do erro de freqüência. Este termo é útil, já que um erropequeno por um longo tempo influenciará a função há e,assim, será levado em consideração na provisão da respostade estabilidade de rede. O termo integral pode ser a somade uma quantidade regulada de desvios passados defreqüência ou pode ser uma média móvel de desvios passadosde freqüência. Ao invés de a partir do tempo zero, o termointegral pode ser medido desde a última vez em que o desviode freqüência foi zero.

0 termo derivativo está relacionado ã instabilidadeatual da rede. Ele pode ser uma taxa de mudança de desviode freqüência. Assim, grandes oscilações na freqüênciatambém afetarão a função h e podem ser uma indicação de umarede instável, mesmo se o presente desvio real dafreqüência de rede não estiver fora dos limites preferidos.

Em forma de equação, a função h pode ser escrita:

h = Pfc + ICc - Df'c

onde fc é o termo proporcional, Cc é o termo integrale f'c é o termo derivativo. P, IeD são constantes parainfluenciarem o grau de importância para a função h de cadaum dos termos.

0 termo integral Cc pode ser calculado por (fcS) , ondeS é a amostra integral.

Os três parâmetros, P, IeD, devem ser suficientespara o dispositivo de controle derivar h, mas paracompletitude e flexibilidade, pode ser apropriado estenderisto para os termos quadráticos ou cúbicos.

De acordo com a implementação preferida da presenteinvenção, o status de rede é inferido a partir da função h.

Por exemplo, se h estiver abaixo de um primeiro limite,então, um status "normal" da rede será determinado. Se hestiver entre o primeiro limite e um segundo limite maior,então, uma condição "de stress" para a rede serádeterminada. Se h estiver entre o segundo limite e umterceiro limite maior, então, uma condição "de crise" serádeterminada. A diferença entre os modos de operaçãoassociados a cada um destes estados de rede é similaràquele descrito no pedido de patente UK N0 0322278.3.

A função h é uma forma útil de determinação da tensãosob a qual a rede está operando. Uma regulagem apropriadados parâmetros Ρ, I e D de h permite que a função distingaapropriadamente os três estados gerais da rede.

Durante o modo normal de operação, o dispositivo decontrole de resposta de rede da presente invenção operaráplenamente conforme descrito abaixo. Durante um modo deoperação de tensão, um usuário da carga de armazenamento deenergia não tem permissão para ajustar um ponto deregulagem da variável física associada à carga. Assim, umanegação da compensação de resposta de rede provida pelapresente invenção não é possível. Durante um estado decrise, a carga de armazenamento de energia está operandosem considerar a faixa desejada da variável físicaassociada ã carga. A variável física de carga tem permissãopara atingir os limites absolutos de y, ao invés da faixapreferida representada por ymax e ymin· Por exemplo, em umestado de crise, um refrigerador poderia ter permissão paraatingir uma temperatura ambiente, ou ser deixado ir para atemperatura mais baixa que o refrigerador fosse capaz deobter. De modo similar, no caso de um tanque de água, onível de água poderia ser deixado atingir o vazio ou seestender para cima até o nível de tanque cheio.

Um modo principal de prática dos princípios dapresente invenção é descrito, agora. Outras formaspreferidas da invenção se seguem.

O controlador de resposta de rede da presente invençãoinclui um mecanismo de controle para se amortecer de formaativa e contínua uma variação de freqüência de rede. Odispositivo de controle de resposta de rede da presenteinvenção responde a todas as variações de freqüência apartir de um valor central, o qual é definido como um valormédio por um período de amostra predeterminado de leiturashistóricas de freqüência.

Quando o dispositivo de controle é usadoprimeiramente, o valor central será regulado para afreqüência atual. O valor central então evoluirá conformeas amostras passadas forem incorporadas na média móvel. Afreqüência central é o valor médio da freqüência de rededesde o começo do período de amostra.

Qualquer movimento da freqüência de rede a partir dafreqüência central é resistido pela população dedispositivos de controle de resposta da presente invenção.

Se a freqüência atual estiver acima do valor central,então, os dispositivos de controle de resposta tenderão acomutar para ligadas suas cargas, para compensação doaumento. Se a freqüência de rede atual cair abaixo do valorcentral, então, os dispositivos ligados tenderão a comutarpara desligados para compensação pelo déficit na geração.Isto provê um efeito de estabilização de supressão na rede,conforme representado por um sinal de freqüência de redemais claro ou com menos ruído.

Nem todas as cargas mudarão o status de consumo deenergia ao mesmo tempo. O dispositivo de controle dapresente invenção é adaptado para garantir que as cargassejam comutadas de uma forma progressiva, de modo que umdesvio maior do valor central resulte em mais cargastendendo a comutarem para ligadas/desligadas. Estacomutação progressiva é importante, de modo a se garantirque a resposta de uma população de cargas não sejasimultânea, o que proveria uma influência dedesestabilização à rede. A randomização é descrita emmaiores detalhes abaixo.

Na implementação preferida do dispositivo de controlede resposta da presente invenção, o período de amostra decálculo do valor de freqüência central é tomado como operíodo desde que a freqüência central cruzou por último afreqüência nominal da rede.

A presente invenção define desvios de freqüência alta,quando a freqüência central se move acima da nominal, edesvios de freqüência baixa, quando a freqüência centralestá abaixo da nominal. 0 fim de um destes tipos de desviosmarca o começo do outro. Estes cruzamentos mostraram ser ummomento conveniente para um começo de acumulação deleituras de freqüência para o cálculo da freqüênciacentral. Assim, a freqüência central será calculada paracada desvio alto (acima da nominal) ou desvio baixo (abaixoda nominal) da freqüência central. A freqüência central,portanto, será calculada como uma média móvel da freqüênciadurante o desvio atual e é reinicializada uma vez que afreqüência central cruze a nominal e uma mudança de desvio(por exemplo, um desvio de alto para baixo ou vice-versa)ocorra.

Uma vantagem de escolher os desvios acima da nominal eabaixo da nominal para o período de amostra é que osdispositivos terminarão tendo uma vista comum compartilhadada freqüência central. As cargas que são recentementeconectadas à rede e, assim, não têm um histórico, logochegarão a ver o mesmo histórico recente que os outrosdispositivos, uma vez que é esperado que o cruzamento defreqüência central pela freqüência nominal da rede ocorrafreqüentemente o bastante. É útil que os dispositivosapreciem uma freqüência central comum, já que ela permiteque seu comportamento seja coordenado (mas nãosincronizado) de uma maneira pretendida.

Este período de amostra nem sempre pode serapropriado. Se o desvio durar por um período que seaproxime da média do ciclo ligado ou desligado dodispositivo de armazenamento de energia, os dispositivosbem podem ser chamados para a provisão de um comportamentode resposta de rede sem ter tido a oportunidade de atingirseu armazenamento de energia máximo ou mínimo. Este poderiater um efeito adverso sobre as taxas de comutação dascargas de armazenamento de energia. Ainda, se a carga nãoatingir seu armazenamento de energia máximo e plenamente sereabastecer, então, a população dessas cargas, na média,será esvaziada. Pode ser que o dispositivo de controletenha que ser adaptado ligeiramente, de modo a ser útilnessas circunstâncias.

É divisado que a média móvel para a obtenção dafreqüência central poderia ser uma média móvel ponderada,de modo que os termos de freqüência mais recentesrecebessem mais importância. Desta forma, movimentos defreqüência de valores obtidos recentemente maisprovavelmente proverão uma resposta de carga e poderiam sercompensados. Isto ajudará mais a estabilizar qualquermovimento de freqüência da rede.

O dispositivo de controle de resposta de rede decertos aspectos da presente invenção também inclui ummelhoramento adicional que tem por objetivo minimizar acomutação de uma carga e distribuir variações de energiaatravés da população disponível das cargas. Conformedescrito em maiores detalhes abaixo, isto é obtido pelavariação da freqüência de gatilho do dispositivo, conformeele progredir através do estado atual ligado ou desligado.

Uma freqüência de gatilho é a freqüência da rede naqual a carga será controlada para comutar de um estadoligado para um estado desligado ou de um estado desligadopara um estado ligado. As cargas também serão comutadaspara ligadas ou desligadas, quando a variável detectadaassociada à carga atingir seu mínimo ou máximo atual,conforme definido por ymax e ymin.

0 dispositivo de controle de resposta de rede éadaptado para determinar uma freqüência alvo (ou de base)de uma forma randômica. Em uma população dessesdispositivos, as freqüências alvos serão distribuídasrandomicamente através da população, de modo que a respostaprogressiva descrita acima seja obtida.

De acordo com uma modalidade preferida da presenteinvenção, a freqüência alvo de dispositivo é a freqüênciana qual, em média, o dispositivo responderá. A freqüênciade gatilho atual, contudo, é a freqüência da rede na qual acarga será comutada entre os estados ligado e desligado,não é usualmente a mesma que a freqüência alvo. Afreqüência alvo é uma freqüência escolhida randomicamente,a partir da qual um perfil único para determinação dafreqüência de gatilho, a freqüência de rede que fará comque o dispositivo dispare entre estados, é derivada.

Assim, o perfil para a freqüência de gatilho éderivado a partir de uma função, a qual, por sua vez, édependente da freqüência alvo escolhida randomicamente. Afreqüência de gatilho real usada pelo dispositivo decontrole é derivada a partir desta função, a qualpreferencialmente é uma função de por quanto tempo odispositivo esteve em seu estado de consumo de energiaatual, isto é, por quanto tempo ele esteve ligado oudesligado.

Por quanto tempo um dispositivo esteve ligado oudesligado é determinado em relação a um ponto de comutaçãonatural, o qual é o ponto no qual a variável físicadetectada atingirá seus valores máximos ou mínimos atuaispara a variável física detectada (ymax e ymin) e, portanto,comutaria de qualquer forma. Assim, a função para adeterminação da freqüência de gatilho de dispositivo tambémé uma função do valor da variável detectada em relação aseus valores mínimos ou máximos.

A freqüência de gatilho atual, portanto, é dependentedo valor atual de y. De acordo com a modalidade preferidada presente invenção, a trajetória da freqüência de gatilhoé orientada de modo que quanto mais distante uma cargaestiver de seu ponto de comutação natural, a freqüência degatilho será uma freqüência menos provável da rede, isto é,a freqüência de gatilho será mais distante da nominal.

Assim, o dispositivo tem menor probabilidade de comutarquanto mais distante estiver de um ponto de comutaçãonatural.

Preferencialmente, a trajetória da freqüência degatilho é orientada de forma tal que metade do tempo odispositivo seja menos sensível do que a freqüência alvoescolhida randomicamente, e metade do tempo seja menossensível. Assim, preferencialmente, a média da freqüênciade gatilho é a freqüência alvo.

Nas modalidades preferidas, a extensão de tempo naqual uma carga esteve no estado ligado ou desligado écalculada a partir do valor atual da variável detectada, secomparada com uma faixa admitida para aquela variável,conforme definido pelos valores atuais de ymax e yrain· Istopoderia ser expresso, por exemplo, como uma percentagem. Emnome da ilustração, um dispositivo de carga o qual estejaem um estado ligado com a variável detectada próxima deatingir um máximo da variável detectada poderia ter estadoligada por 80% de seu período ligado no arma 1. Isto pode serexpresso em termos de fórmula como:

ton = (y - ymin) / (ymax ~ ymin)

onde ton é a quantidade de tempo em que a carga estevecomutada para ligada em relação ao seu tempo ligadoesperado e y é o valor atual da variável detectada.Por quanto tempo o dispositivo esteve desligado édefinido usando-se uma fórmula diferente, mas o mesmoprincípio se aplica. Quanto mais próximo um dispositivodesligado estiver de seu limite inferior ymin, por maistempo ele esteve desligado. Assim, a fórmula apropriada éconforme se segue:

toff = (Ymax ~ Υ) / (ymax " ymin)

onde t0ff é a quantidade relativa de tempo desligado,se comparada com a quantidade esperada de tempo desligadopara a carga.

As Figuras IA, IB e IC mostram formas de exemplo doperfil da função de freqüência de gatilho. A freqüência éplotada no eixo y e a plenitude/esvaziamento percentual, emtermos de energia da carga de armazenamento de energia éplotada ao longo do eixo x.

A Fig. IA mostra a freqüência na qual um dispositivoligado será comutado para desligado. Como é único para apresente invenção, a freqüência de gatilho é dependente dotempo pelo qual o dispositivo esteve ligado, se comparadocom o tempo esperado (ymax atingido) . Conforme pode servisto a partir da Fig. IA, por 50% do tempo, a freqüênciade gatilho é relativamente próxima da freqüência central ounominal, para os outros 50% do tempo a freqüência degatilho é mais distante destas freqüências. Assim, é apenasdurante as circunstâncias de rede mais extremas que osdispositivos os quais tenham apenas estado ligados por 50%ou menos de seu tempo ligado esperado serão disparados.Isto é com base na hipótese que a freqüência de rede, paraa maior parte do tempo, reside em torno da freqüênciacentral ou nominal e, assim, as freqüências de gatilho queestejam mais próximas disto têm maior probabilidade deserem obtidas pela rede. Assim, uma comutação da carga émais provável de ocorrer quanto mais próximas asfreqüências de gatilho estiverem da freqüência nominal oucentral.

Também é importante apreciar que a forma exata dadependência do tempo da freqüência de gatilho ligado oudesligado, se comparada com o tempo ligado ou desligado éescolhida pela freqüência alvo, a qual é escolhidarandomicamente. Desta forma, uma população de cargasprovera uma resposta de freqüência de rede diversificada.

Comparando a Fig. IB com a Fig. IA, ilustra-se adependência de perfil da freqüência alvo escolhida. Podeser concluído que, enquanto a freqüência de gatilho évariada com o percentual de um tempo esperado ligado oudesligado da carga, a forma desta variância é determinadapela freqüência alvo escolhida randomicamente.

As Fig. IA e IB mostram a freqüência de gatilho paraum dispositivo ligado. A Fig. 1C, inversamente, mostra operfil para um dispositivo desligado. Os princípios são osmesmos. Especificamente, a freqüência na qual umdispositivo desligado comutará para ligado varia dependendodo percentual de tempo desligado esperado, conformedefinido pela fórmula acima. Conforme pode ser visto apartir da Fig. 1C, a freqüência de gatilho se aproxima dafreqüência central ou da freqüência nominal da rede,conforme o dispositivo se aproximar de seu ponto decomutação natural para ligado. Geralmente, o perfil requerque quanto mais próximo o dispositivo esteja de seu pontode comutação natural para ligado, mais próxima a freqüênciapara a freqüência de amortecimento ou nominal e, portanto,mais provavelmente a carga será usada para a provisão deuma resposta de freqüência de rede.

De acordo com a implementação preferida da invenção,qualquer movimento de freqüência de rede detectada acima ouabaixo da freqüência central resultará em cargas sendocomutadas. Quanto mais distante a freqüência de rededetectada estiver da freqüência central, progressivamentemais cargas serão comutadas. Uma vez que a freqüênciacentral é uma média móvel de faixas de freqüência passadas,a freqüência central tenderá a "seguir" a freqüência derede detectada, embora de uma maneira amortecida. Istoproverá um valor central suave para uso para se determinarse é para realizar uma resposta de freqüência alta (acimada nominal) ou de freqüência baixa (abaixo da nominal).

A freqüência detectada bem pode mudar de direção e irpara acima ou abaixo da freqüência central. O dispositivoda presente invenção resistirá a quaisquer aumentos oudiminuições rápidos na freqüência de rede acima ou abaixoda freqüência central ao emprestar ou reembolsar energia deou para a rede, assim que a freqüência de rede começar a semover. Este é o momento apropriado para o empréstimo ou oreembolso de energia, conforme descoberto pelo presenteinventor, e provê uma freqüência de rede bem mais estável,se comparado com as freqüências de controle de resposta derede da técnica anterior.

Em primeiro lugar, qualquer movimento acima ou abaixoda freqüência central de rede apenas comuta cargas queestejam mais próximas de seus pontos de comutação naturais.

Isto é devido ao fato de a freqüência de gatilho servariável para um dispositivo em particular com um tempoligado ou desligado para um dispositivo. Todas as cargasque estiveram ligadas ou desligadas por mais do que 50% deseu tempo ligado ou desligado esperado são favorecidas. Éapenas quando a freqüência de rede se move dramaticamentepara longe da freqüência central que os dispositivos queestão menos de 50% do tempo longe de seu ponto de comutaçãoprévio comutarão.

Assim, a implementação preferida da presente invençãoprovê uma freqüência de rede mais estável, desse modoinerentemente resultando em menos comutação da carga deresposta. Mais ainda, uma comutação de dispositivos que jáforam comutados é desfavorecida, desse modo se diminuindomais a carga de comutação sobre a carga.

Um sistema consistindo em uma população de cargas dearmazenamento de energia controladas pelos dispositivos decontrole de resposta de rede da presente invenção provê umapopulação de cargas prontas para comutação em resposta aqualquer mudança na freqüência de rede. Quanto maior amudança na freqüência, maior a população de cargas provendouma resposta. Isto deve ser uma relação linear.

A Fig. 2 mostra um exemplo de um sistema que écontrolado de acordo com a presente invenção, em um estadoestável e funcionando na freqüência nominal de rede.

Conforme mostrado na Fig. 2, neste estado, a porção dedispositivos que estão desligados [1] e a porção dedispositivos que estão ligados [2] corresponde ao ciclo decarga esperado. Assim, se a carga estiver funcionando em umciclo de carga a 50%, a população será divididauniformemente.Se o sistema se mover para um desvio de freqüênciabaixa (abaixo da nominal), as cargas ligadas serãodisparadas para desligado [3] , de modo a se reduzir acarga. Será improvável que elas comutem para ligadas denovo por um tempo.

Durante este desvio de freqüência baixa, algumascargas desligadas serão comutadas para ligadas [4], apesardo excesso atual de carga na freqüência, devido ao fato deque elas atingiram seu estado de armazenamento de energiamínimo e uma função própria da carga requer que ela comutepara ligada. Estas cargas não foram pedidas para a provisãode uma resposta de freqüência alta, e são perdidas dapopulação de cargas capazes de proverem uma resposta defreqüência alta, embora elas fossem realmente as maissensíveis. Novamente, é improvável que estas cargascomutadas recentemente comutem para ligadas de novo por umtempo.

Algumas cargas atingirão seu estado de energia máximoe precisarão ser comutadas para desligadas [5]. Se o ciclode carga for 50%, o número de dispositivos atingindo seuestado de energia máximo [5] tenderá a ser o mesmo que onúmero de dispositivos atingindo seu estado de energiamínimo [4].

Os dispositivos remanescentes capazes de proverem umaresposta de freqüência baixa [7] é a população que teveregulagens de freqüência menos sensíveis, uma vez queaquelas próximas da freqüência de rede nominal foram"usadas".

Se a freqüência agora subir acima da freqüênciacentral, então, apesar da freqüência ainda estar abaixo dafreqüência nominal de rede, será desejado que as cargascomecem a comutar para ligado e comecem a recuperar aenergia emprestada para a rede anteriormente.

Conforme a freqüência sobe acima da freqüênciacentral, alguns dispositivos serão disparados para ligados[8] , de modo a se aumentar sua carga. Estes têm maiorprobabilidade de serem retirados da população remanescentea partir de [1], já que as cargas [3] estarão em um modo decomutação mínimo, uma vez que elas foram comutadas apenasrecentemente.

Conforme antes, alguns dispositivos ligados serãodesligados [10], e alguns dispositivos desligados ficarãoligados [9] , porque eles atingiram seu estado de energiamáximo ou mínimo, respectivamente, sem serem chamados paraproverem uma resposta de freqüência alta. Embora osdispositivos ligados ficando desligados [10] fossem os maissensíveis para a provisão de uma resposta da população,eles foram perdidos para a população para provisão de umaresposta de freqüência baixa, sem serem usados. Estapopulação de cargas atingindo seus estados de energiamínimos ou máximos será bastante pequena.

A população de dispositivos continuando a ser capaz deprover uma resposta de freqüência alta é conforme desejado,à medida que eles são distribuídos de forma razoavelmenteuniforme dentre a freqüência entre a freqüência central euma freqüência de limite máximo. A população dedispositivos sensíveis a freqüências imediatamente abaixoda freqüência central, contudo, se tornou esvaziada. Então,uma reviravolta na freqüência de novo disparará menosredução de carga do que antes, resultando em uma freqüênciamédia que cairá ainda mais, até uma zona não esvaziada seratingida, ou a migração natural de freqüências de gatilhovoltar a ocupar a zona esvaziada.

Este é um comportamento desejado. Durante um desvio defreqüência baixa, onde a freqüência está ondulando, afreqüência tenderá a cair mais facilmente do que ela sobe(ou, mais geralmente, se mover mais a partir da nominalmais facilmente do que se aproxima da nominal) . Istoreflete o fato que as cargas estão emprestando energia paraa rede e resistindo a uma freqüência subindo, conforme oempréstimo é reembolsado. De modo ideal, é apenas quando umempréstimo tiver sido plenamente reembolsado que afreqüência retorna para a nominal.

Uma manipulação possível da população de freqüênciabaixa é mostrada na Fig. 2 para a distribuição das cargasligadas remanescentes através da faixa entre a freqüênciacentral e a freqüência mínima (ao invés de entre afreqüência nominal e a freqüência mínima). Isto tem oefeito de deixar as freqüências imediatamente abaixo dafreqüência central adicionalmente esvaziadas (já que osdispositivos que teriam escolhido freqüências alvos acimada freqüência central, entre a freqüência nominal e afreqüência central, agora, as têm abaixo da freqüênciacentral), de modo que a temperatura tem uma tendência maiora cair. Isto pode não ser desejável.

Em uma alternativa a esta manipulação, esta mudançapoderia ser feita apenas para algumas cargas, tais comoaquelas que comutaram para ligadas, desde o começo dodesvio de freqüência baixa. A lógica disto surge porque osdispositivos os quais comutaram para ligados desde o começodo desvio o teriam feito porque eles estavam com a energiabaixa e, então, precisavam de uma oportunidade parareabastecerem esta energia antes de proverem uma resposta.

Uma forma de se efetuar isto é sistematicamente abaixar(tornar mais extrema) a freqüência na qual eles comutarãopara ligados. Isto, por sua vez, tenderá a permitir que afreqüência de rede caia mais. Em circunstâncias extremas,isso também tenderá a distribuir o tempo ligado maisuniformemente dentre os dispositivos. 0 tempo ligado, semesta modificação, já é uniformemente distribuído através dedispositivos pela trajetória da freqüência de gatilho.

O exemplo mostrado na Fig. 2 é para um desvio defreqüência baixa, o comportamento de uma população decargas durante um desvio de freqüência alta sendosimétrico.

Em um sistema ideal, em que toda a resposta de rede éprovida pelos dispositivos controlados de acordo com apresente invenção, os desvios de freqüência não terminarãoaté que os empréstimos de energia sejam reembolsados. Se areposta a freqüências de rede vier de outras fontes também(isto é, por geradores), o desvio poderá terminar antes deos empréstimos terem sido plenamente reembolsados, mas ascargas, não obstante, recuperarão a energia requerida parareabastecerem seu armazenamento de energia.

A freqüência central, derivada de uma média emmovimento da freqüência, é a freqüência acima da qual acarga geral derivada dos dispositivos controlados de acordocom a presente invenção aumentará, e abaixo da qual a cargadiminuirá. Isto efetivamente é uma freqüência alvo para osistema inteiro. Poderia ocorrer que uma freqüência alvo desistema diferente desta pudesse ser adicionalmentederivada. A possibilidade é mover a freqüência alvo dosistema para mais próxima da freqüência nominal, de modo ase prover alguma orientação para influenciar a freqüênciade rede em direção à nominal.

Abaixo, é descrito, em maiores detalhes, umprocedimento completo para a obtenção da freqüência degatilho para um dispositivo de controle em particular.

Em primeiro lugar, a freqüência central é calculada.

Cada leitura a partir da primeira leitura de freqüênciaregistrada desde que o desvio de corrente acima ou abaixoda nominal começou é levada em consideração. A freqüênciacentral obtida então pode ser adicionalmente manipuladapara se orientá-la em direção à freqüência nominal, masisto pode não ser necessário, uma vez que uma orientaçãocomo essa é um recurso inerente dos dispositivos decontrole da presente invenção.

Uma freqüência de base ou alvo de dispositivo então édeterminada. Para se fazer isto, uma faixa dentro da qual afreqüência de base é para ser posta é determinada, e,então, uma freqüência alvo randômica é escolhida nestafaixa. Cada dispositivo tem uma freqüência alvo alta e umafreqüência alvo baixa, as quais preferencialmente sãoprovidas a partir de valores randômicos separadosdenominados o valor randômico baixo e o valor randômicoalto. A freqüência alvo alta é para um desvio de freqüênciaalta e a freqüência alvo baixa é para um desvio defreqüência baixa.

Quando se escolhe o número randômico o qual distribuia freqüência alvo entre a nominal e um limite baixo ou umlimite alto da faixa de freqüência admissível, é preferidoque um número randômico seja usado para desvios defreqüência alta e um outro número randômico seja usado paradesvios de freqüência baixa. Os números randômicospreferencialmente são providos entre 0 e 1, de modo que afreqüência alvo possa ser posicionada em qualquer lugarentre a faixa plena (conforme definido acima) defreqüências possíveis. É preferido que os dois númerosrandômicos sejam gerados pós um desvio oposto começar.

Assim, o número randômico de desvio de freqüênciabaixa é escolhido no começo do desvio de freqüência alta eo número randômico de desvio de freqüência alta é escolhidono começo de um desvio de freqüência baixa, desse modo seassegurando a prontidão do número randômico mediante umamudança de desvio de freqüência.

É importante regenerar os números randômicos emintervalos regulares, conforme a sensibilidade dafreqüência de rede mudar para um dispositivo de controle emparticular, dependendo do número randômico. Conforme serámais claro a partir de abaixo, um refrigerador com númerosrandômicos pequenos tenderá a portar uma carga de comutaçãomaior do que com números randômicos maiores. Isto é porquea freqüência alvo gerada a partir de um número randômicogrande mais provavelmente proverá uma freqüência de gatilhomais próxima dos limites de freqüência externos, os quaissão mais raramente analisados pela rede, do que freqüênciasmais próximas da freqüência nominal da rede.

Também é importante que o número randômico não sejaregenerado durante um desvio em particular. Isto poderiaresultar em um impacto imprevisível sobre a estabilidade derede. Outras estratégias são possíveis, contudo. Porexemplo, os números randômicos podem ser gerados duranteuma primeira mudança seguindo-se a um período de 24 horasou outro período escolhido como esse.

Há quatro faixas possíveis dentro das quais asfreqüências alvos devem ser providas:

(1) A rede está em uma condição de desvio defreqüência baixa (freqüência central abaixo da nominal) e acarga está atualmente ligada. Isto é mostrado no ladoesquerdo da Fig. 3A. Neste caso, a freqüência alvo éprovida entre um limite de freqüência baixa (a seleção dolimite de freqüência baixa para a rede é discutida abaixo)da rede e a freqüência nominal de rede. Uma vez que a redeatualmente está em um desvio de freqüência baixa, afreqüência central também será provida entre a freqüêncianominal e o limite de freqüência baixa acima.

(2) No caso de um desvio de freqüência baixa quando acarga está desligada (Fig. 3A, lado direito) , a freqüênciaalvo será randomicamente posicionada entre um limite defreqüência alta (a seleção do limite de freqüência alta édiscutida abaixo) da rede e a freqüência central (diferenteda freqüência nominal).

(3) No caso de um desvio de freqüência alta(freqüência central acima da nominal) e a carga estardesligada (Fig. 3b, à esquerda), a freqüência alvo éprovida randomicamente entre o limite de freqüência alta ea freqüência nominal de rede.

(4) No caso de um desvio de freqüência alta e a cargaestar ligada (Fig. 3B, à direita), a freqüência alvo éprovida entre a freqüência baixa e o valor de freqüênciacentral.

As Fig. 3A a 3B mostram posições de exemplo dasfreqüências em cada uma destas quatro possibilidades. Estasfiguras também mostram as freqüências de gatilho, em cujoponto a freqüência de rede será tal que dispare umdispositivo em particular para desligado, se ele já estiverligado ou ligado, se ele já estiver desligado. As Fig. 3A e3B mostram que as freqüências de gatilho são providas namesma faixa de freqüências providas para o posicionamentorandômico da freqüência alvo.

Conforme mostrado nas Fig. 3a e 3B, a freqüência alvode dispositivo é determinativa da forma do perfil defreqüência de gatilho. Assim, a randomização da freqüênciaalvo é realizada através das freqüências de gatilho.

Na implementação preferida do dispositivo de controleda presente invenção, uma vez que a freqüência alvo alta oubaixa tenha sido calculada para um dispositivo emparticular, a freqüência de gatilho específica dedispositivos precisa ser calculada. Quando o dispositivoestá ligado, apenas a freqüência alvo baixa é relevante, equanto o dispositivo está desligado, apenas a freqüênciaalvo alta é relevante. A partir do valor da freqüência alvoem particular, a forma da função pode ser derivada. Afunção é diferente, não apenas dependendo da freqüênciaalvo para o dispositivo, mas também de se o dispositivoestá ligado ou desligado. A partir desta função, usando-seo valor atual da variável detectada, a freqüência degatilho atual do dispositivo pode ser obtida. Estafreqüência de gatilho então é determinativa de se odispositivo comutará para ligado ou desligado pelacomparação dela com a freqüência detectada.

O valor da freqüência de gatilho mostrado nas Fig. 3Ae 3B é calculado conforme esboçado abaixo. A proporçãoreferida abaixo é uma representação de quão próximo oarmazenamento de energia está de seu máximo ou mínimo,dependendo de se o dispositivo está ligado ou desligado,respectivamente. A proporção preferencialmente é ton out0ff, cujo cálculo é descrito acima.

(1) Se a proporção for menor do que 0,5, então(isto é, o tempo desde que a carga comutou porúltimo menor do que 50% do tempo que leva para atingir ummínimo ou um máximo)

(2) "Afastamento" = (a freqüência alvo - "StartPoint")a proporção

onde o StartPoint é o limite de freqüência baixapara os dispositivos ligados e o limite de freqüência altapara os dispositivos desligados. Assim, a (freqüência alvo- StartPoint) é a diferença entre o limite de freqüênciaalta ou o limite de freqüência baixa e a freqüência alvo.

Uma vez que a proporção sempre corre entre 0 e 0,5(conforme pela etapa (1)), esta diferença é tornada menorpelo termo de proporção. Assim, nesta etapa, o valor davariável detectada está influenciando a freqüência degatilho como está a freqüência alvo.

(3) a freqüência de gatilho = StartPoint + Afastamentoassim, para dispositivos ligados, a freqüência degatilho é afastada do limite de freqüência baixa e paradispositivos desligados a freqüência de gatilho é afastadado limite de freqüência alta.

(4) Se a proporção for maior do que ou igual a 0,5então,

(este é o tempo em que o dispositivo esteveligado ou desligado mais do que metade em direção a seuponto de comutação natural? Se assim for, então, a cargaprecisará operar em uma zona de comutação de probabilidademais alta do que acima.).

(5) Afastamento = ("Endpoint" - a freqüência alvo) * aproporção

Onde Endpoint é a freqüência central paradispositivos desligados durante desvios baixos e paradispositivos ligados durante desvios altos, e é afreqüência nominal para dispositivos ligados duranteexcursões altas e dispositivos desligados durante desviosbaixos. 0 afastamento é a diferença entre a freqüência alvoe o endpoint, com a diferença fatorada pela proporção. Umavez que a proporção sempre está entre 0,5 e 1, oafastamento está em algum lugar entre ser toda ou metadedesta diferença. De novo, esta etapa mostra que por quantotempo o dispositivo esteve ligado ou desligado e afreqüência alvo influenciam ambos o valor do afastamento.

(6) a freqüência de gatilho = a freqüência alvo +Afastamento

assim, as freqüências de gatilho são providasentre a freqüência alvo e a freqüência central ou afreqüência nominal.

Um dispositivo de controle de carga tendo os perfis degatilho mostrados nas Fig. 3A será descrito, agora.

Durante um desvio de freqüência baixa, a freqüênciacentral é provida entre a nominal e o limite baixo para afreqüência de rede, conforme mostrado nas Fig. 3A. Duranteum desvio de freqüência baixa como esse, o comportamentodesejado geral é para dispositivos ligados tenderem acomutar para desligados, de modo a se eventualmente colocara freqüência do sistema de volta em direção à nominal.

A Fig. 3A mostra a evolução de uma carga a qualinicialmente estava em um estado ligado, enquanto a redeestá em um desvio de freqüência baixa. A trajetória doestado de energia 1 (eixo esquerdo) mostra-o se movendo apartir de um estado de energia mínimo em direção a umestado de energia máximo. Se nenhuma resposta for provida,a carga comutará para desligada no estado de energia máximoa partir de sua regulagem de limite, e o estado de energiaentão se moverá a partir do máximo para o mínimo.

Para cada leitura da freqüência de rede e da variávelfísica associada à carga, a freqüência central érecalculada. Por clareza, o diagrama mostra uma freqüênciacentral fixada, mas na realidade variará com as condiçõesde rede.

Enquanto o dispositivo está ligado, a freqüência alvopara desligado então é calculada usando-se o númerorandômico de freqüência baixa 2. Isto ficará sobre a faixa3 mostrada na esquerda do diagrama (Fig. 3A), o que, nesteestado, é escolhido para estar entre o limite de freqüênciabaixa e a freqüência nominal. A variável física associada àcarga então é usada para o cálculo da freqüência de gatilhopara desligado 4. A freqüência de gatilho nos dispositivosligados assim leva em consideração a nova freqüênciacentral e a nova variável detectada associada à carga. Paradispositivos ligados, quando a freqüência de rede estáabaixo da freqüência alvo desligada, então, a carga serácomutada para desligada. Para cargas desligadas, quando afreqüência de rede medida é maior do que a freqüência degatilho ligada, então, a carga será comutada para ligada.

Quando a freqüência de rede se tornar menor do que afreqüência de gatilho 5, o dispositivo comutará paradesligado, e a trajetória de energia mudará de direção,embora o armazenamento de energia máximo não tenha sidoatingido. Isto tem o efeito de diminuir a energia médiaarmazenada no dispositivo, sem mudar os limites de variávelfísica. Em uma população grande de dispositivos, isto tem oefeito de elevar a temperatura média da população dedispositivos.

Quando o dispositivo tiver comutado para desligado,seu comportamento adicional é mostrado no lado direito daFig. 3A. A porção do ciclo de carga que é perdida 6 émostrada hachurada.

Neste caso, a faixa pela qual a freqüência alvo ligadaé escolhida fica entre o limite de freqüência alta e afreqüência central, e uma trajetória de exemplo 8 dafreqüência de gatilho para ligado é mostrada. Se afreqüência central permanecer não modificada, então, odispositivo não comutará para ligado de novo 9, até oestado de energia ter mais uma vez atingido seu mínimo.

De acordo com a Fig. 3A, qualquer movimento dafreqüência de rede medida para longe da nominal resultaráem cargas serem comutadas para desligadas. Claramente,quanto mais distante a freqüência de rede estiver danominal, progressivamente maior será o número dedispositivos que serão comutados para desligados. Também,pode ser visto que quanto mais distante a freqüênciadetectada estiver da nominal, mais cedo a carga tenderá aser comutada para desligada durante seu ciclo ligado.

De acordo com a Fig. 3A, qualquer movimento acima dafreqüência central tenderá a resultar nas cargas desligadasserem comutadas para ligadas. Assim, as freqüências degatilho providas pela presente invenção resistem a todos osmovimentos de freqüência de rede em torno da freqüênciacentral.

Uma discussão similar é aplicável para desvios defreqüência alta, conforme mostrado na Fig. 3B.

Em uma manipulação das modalidades mostradas, todas asquatro faixas para provisão da freqüência alvo, descritasacima, poderiam ser providas entre a freqüência central eum limite máximo ou mínimo, ao invés de duas das faixasestarem entre a freqüência nominal de rede e um limite altoou baixo (como nas Fig. 3A a 3B) . Nesta forma alternativado dispositivo de controle, a Fig. 3A será ajustada de modoque apenas diminuições na freqüência detectada abaixo dafreqüência central resultem em cargas serem comutadas paradesligadas (ao invés de diminuições abaixo da freqüênciacentral e aumentos acima da central até a freqüêncianominal, conforme é mostrado). Isto ainda proverá aresposta desejada, já que uma redução de freqüênciasignifica carga demais e, portanto, dispositivos comutandopara desligados. De modo similar, o perfil da Fig. 3Bpoderia ser modificado de modo que apenas aumentos acima dafreqüência central resultassem em dispositivos desligadosse tornarem ligados (ao invés de aumentos acima da centrale diminuições abaixo da central até o valor nominal,conforme é mostrado). Novamente, a resposta provida nestaforma modificada ainda é conforme desejado, uma vez que umasubida na freqüência representa um aumento na geração, oque precisa ser assumido pela comutação das cargas paraligadas.

De acordo com a Fig. 3A, durante um desvio defreqüência baixa, se a freqüência atual do sistema cairabaixo de uma freqüência central, então, os dispositivosdesligados não poderão comutar para ligados, uma vez quenenhuma freqüência de gatilho é provida abaixo deste ponto.

A única forma pela qual os dispositivos desligados serãocomutados para ligados seria se a variável física de umacarga atingisse seu limite inferior. Assim, no caso de umadiminuição abaixo da freqüência central, uma resposta éprovida apenas para dispositivos ligados para comutarempara desligados, conforme pode ser determinado a partir daFig. 3A, a qual é exatamente conforme requerido paracompensação da carga em excesso causando a queda defreqüência.

De novo com referência à Fig. 3B, durante uma subidana freqüência acima do valor central, é desejado que osdispositivos desligados comecem a comutar para ligados.Este comportamento é provido de acordo com a Fig. 3B. AFig. 3B também mostra como dispositivos se aproximando depontos de comutação naturais para ligados são favorecidosao terem suas freqüências de gatilho mais próximas dafreqüência central. A figura também mostra como asfreqüências de gatilho da população de dispositivosdesligados estão espalhadas entre a freqüência central e olimite de freqüência alta, de modo a se prover umcomportamento de resposta progressiva.Há a possibilidade de a freqüência da rederepetidamente se mover para cima e para baixo em uma faixade freqüência estreita próxima da freqüência central.Nestas circunstâncias, a população de dispositivossensíveis às freqüências experimentadas se tornaráesvaziada. Isto é, quando a freqüência cair, osdispositivos mais sensíveis comutarão para desligados, equando ela subir, os dispositivos mais sensíveis comutarãopara ligados. Os dispositivos que comutam desta formatornar-se-ão indisponíveis para provisão de uma respostaadicional, até eles terem completado o restante de seuciclo. No tempo devido, a população de dispositivossensíveis será restaurada, conforme os dispositivos seaproximarem do estado no seu ciclo, o qual pode serencurtado pela resposta que ele prover, onde eles estão denovo desejando comutar.

A taxa na qual uma zona de freqüência esvaziada éreabastecida é influenciada pela faixa pela qual afreqüência alvo é escolhida. Incluir a zona de freqüênciaque é esvaziada de dispositivos sensíveis na faixa defreqüência alvo aumenta a taxa na qual a zona esvaziada éreabastecida a partir da população de dispositivo que estãose aproximando de pontos sensíveis.

0 reabastecimento aumentado é obtido pelo espalhamentodo esvaziamento através de uma faixa de freqüência maisampla, a qual não está sendo experimentada atualmente narede. Embora isto reduza a resposta total ainda disponível,esta apropriadamente reflete o fato físico de consumo daresposta finita provida pela população de refrigeradores.

Embora pareça que há uma zona entre a freqüêncianominal e a freqüência central em que a ação dedispositivos ligados e a ação de dispositivos desligadosparecem se sobrepor e, assim, negar uma à outra, naprática, estas ações de fato não ocorrerão ao mesmo tempo,mas serão separadas pelo tempo gasto para a freqüência derede mudar de direção e servem para amortecimento demudanças e freqüência pequenas e para cima e para baixo.

0 grau de resposta disponível conforme a freqüência derede passa através de uma zona esvaziada será menor, demodo que uma mudança na carga disponível para desaceleraçãoda mudança na freqüência tenderá a ser menor. Estatendência torna a freqüência um indicador mais acurado daextensão até a qual a energia foi emprestada ou tomada pelapopulação de refrigerador e é o comportamento desejadopretendido.

Conforme pode ser visto a partir da Fig. 3A, quando afreqüência de rede detectada aumenta acima da freqüênciacentral, os dispositivos desligados se tornam ligados, deacordo com a Fig. 3A. Apenas se a freqüência então diminuirde novo os dispositivos ligados se desligarão, já quepermanece uma população de dispositivos com as freqüênciasde gatilho desligadas entre a freqüência central e afreqüência nominal. Isto significa que, enquanto osmovimentos da freqüência de rede abaixo da freqüênciacentral resultam apenas em dispositivos ligados seremcomutados para desligados (excluindo-se dispositivosdesligados atingindo seus limites mínimos da variávelfísica associada à carga), a resposta para a freqüência derede se movendo acima da freqüência central é provida pelosdispositivos desligados comutando para ligados, conformedesejado, para a estabilização dos movimentos de freqüênciade rede.

Uma discussão similar a uma dada acima concernente adesvios de freqüência baixa com respeito à Fig. 3B ésimetricamente aplicável a um desvio de freqüência alta(acima da nominal) da freqüência central.

Em uma rede real, uma mudança entre desvios altos ebaixos, conforme a carga e a geração variam, a população derefrigeradores em cada estado será dinâmica e ocomportamento de refrigeradores individuais menosdeterminado do que nestas descrições.

Os limites máximos e mínimos de freqüência são usadospelo dispositivo de controle para a determinação das faixaspelas quais as freqüências alvos e de gatilho devem serespalhadas. Estes limites de freqüência podem serdeterminados pela experiência ao longo do tempo docomportamento de freqüência da rede, ou podem ser reguladosna instalação, dependendo da rede com a qual se pretendeque sejam usados.

Por exemplo, nos Estados Unidos, pretende-se que afreqüência de rede seja mantida em mais ou menos 0,5% dafreqüência nominal de rede, isto é, a freqüência de rededeve sempre cair entre 59,7 Hertz e 60,3 Hertz. Este seriao valor padrão para um dispositivo de controle pretendidopara ser operado na rede americana. Estes valorespadronizados poderiam ser regulados ou poderiam ser deauto-otimização com base na experiência do dispositivo coma rede. A possibilidade de auto-otimização do dispositivode controle para a provisão destes limites de freqüênciaserá discutida, agora.O dispositivo de controle da presente invençãopreferencialmente será provido com um conjunto padrão deparâmetros relacionados à rede com a qual se espera queseja usado. Conforme pode ser visto a partir das figuras 3Aa 3B, se a freqüência de rede passar fora da faixa máximaou mínima, a população inteira de dispositivos estará nomesmo estado comutado, isto é, desligada ou ligada. Nenhumaresposta de rede adicional está disponível a partir dacarga. Assim, é importante realizar uma auto-sintonia doslimites de freqüência de forma correta e cuidadosa.

De modo ideal, os limites de controle de potência sãoescolhidos para ficarem imediatamente além do desvio defreqüência tolerável pela rede. Contudo, também é desejávelmanter a taxa na qual a freqüência de rede variarazoavelmente baixa. 0 método adotado pelo dispositivo decontrole de resposta de rede da presente invenção éequilibrar estas exigências para monitoração dos extremosde freqüência experimentados, e usar estes para o ajustedos limites de freqüência armazenados. Dois processos deajuste de núcleo são usados.

Em primeiro lugar, se uma freqüência extremaexperimentada durante um desvio for maior do que o limiteusado, então, em desvios subseqüentes, o extremo se tornaráo novo limite. Assim, em uma rede com grandes variações, odispositivo de controle de resposta de rede ajustará paradistribuir seu serviço através da faixa plena defreqüências experimentadas. 0 dispositivo de controle deresposta de rede tem a capacidade de analisar os eventoslevando até o extremo, e pode usar isto para moderar aextensão até a qual os limites são alargados.No segundo processo, se a freqüência extremaexperimentada em um período for menor do que os limites defreqüência atualmente armazenados, então, os limites defreqüência serão ajustados para mais próximos dos extremosde freqüência experimentados. O dispositivo de controle deresposta, contudo, apenas levará os limites para maispróximos por uma proporção pequena da diferença entre osextremos e os limites (uma técnica de média móvel). Destaforma, levará numerosos ciclos de ajuste, antes de oslimites de freqüência se tornarem significativamente maisestreitos. A tendência de os limites se estreitarem tambémpoderia ser contra-atuada ao se ignorarem todos os desviosfora dos limites de freqüência armazenados que fossem maiscurtos do que um período definido (por exemplo, emminutos).

Assim, se o dispositivo experimentar freqüências maisextremas do que seus padrões levam a esperar, elerapidamente alargará seu comportamento para se adequar àscircunstâncias. Se, por outro lado, a rede for mais estáveldo que os padrões levam a esperar, ela apenas lentamentemigrará em direção a limites mais estreitos, e aindareagirá rapidamente se o comportamento de rede de novo setornar mais volátil.

Ainda, os limites são providos com uma margem, umaassim denominada margem de evento raro, de modo que odispositivo de controle de resposta de rede assuma que odesvio de freqüência maior não é raro e, então, os limitesde freqüência realmente escolhidos são ajustados para aprovisão de uma capacidade avulsa proporcional à margem deevento raro. A margem de evento raro poderia ser provida,na fabricação, de duas formas.

A margem de evento raro poderia ser regulada para sermenor do que a unidade, significando que o comportamento deresposta de rede não será possível, enquanto extremosnormais da rede forem experimentados. Isto é porque amargem de evento raro definirá os limites de freqüência dedispositivo de controle para ficarem nos extremos defreqüência de rede. Em uma rede em que o comportamento deresposta de rede é predominantemente provido por plantas decombustível fóssil e não pelas cargas, benefícios deemissões substanciais podem ser obtidos com uma margem deevento raro menor do que a unidade.

Alternativamente, a margem de evento raro também podeser regulada para ser maior do que a unidade. Assim, odispositivo de controle de resposta de rede se sintonizará,de modo que. mesmo durante extremos de rede haja uma margempara eventos excepcionais. Este modo é essencial quando osdispositivos de controle de resposta de rede da presenteinvenção são o provedor predominante de um comportamento deresposta de rede, já que algum comportamento de resposta emtodas as circunstâncias de rede será necessário.

Assim, a margem de evento raro de menos de um seráusada nos estágios iniciais de implementação do dispositivode controle de resposta de rede e, conforme a populaçãocrescer, uma margem de evento raro maior do que a unidadese tornará o padrão normal.

O benefício de emissões de se ter uma margem de eventoraro menor do que um surge porque a provisão de umaresposta a um fim de carga não terá qualquer impacto sobreemissões, sejam de dióxido de carbono ou de outrospoluentes. Isto está em contraste com a provisão de umaresposta a um fim de suprimento de eletricidade, onde aplanta de geração terá que ser operada a menos do que acapacidade e ser capaz de operar com mudanças dinâmicasfreqüentes (tornando a eficiência e a poluição maisdifíceis de controlar).

De modo a concluir quando uma freqüência extrema ou umevento raro ocorreu, o dispositivo de controle de respostade rede da presente invenção precisa de alguma definição de"raro" a usar. Os eventos de rede extremos incluem umaplanta de geração com falha ou uma linha de transmissãoimportante com falha. Um evento como esse é mais improvávelde ocorrer mais do que de forma extremamente não freqüentee é o tipo de evento que se pretende que a margem de eventoraro de mais do que um cubra. Por outro lado, se uma cargade pico transiente ocorrer, tal como uma quebra de TV noinverno, não é coberto pelos limites de freqüênciaextremos, então, os limites devem ser ajustados de formaútil para cobrirem um evento como esse, o qual é umaindicação de tensão de rede, mas não uma falha rara.

Também pode ser valioso considerar ter limites decontrole de freqüência diferentes para vários períodosdiferentes em um dia ou uma semana (muitas redes usam meiashoras como fronteiras de medição, e isto pode ser útilaqui). A faixa dos limites pode ser mais larga em tempos emque a demanda está mudando rapidamente, conforme indicadopela função de status de tensão (h) definida anteriormente.Os tempos de demanda mínimos ou um estado de tensão baixada rede poderiam ter uma faixa mais estreita de limites decontrole de freqüência. Os tempos durante um dia em que arede tem maior probabilidade de estar sob tensão poderiamser aprendidos a partir da experiência com a rede, e osintervalos nos quais os limites de controle de freqüênciaprecisam ser alargados poderiam ser sincronizados pelodispositivo de controle. Contudo, uma vez que o dispositivode controle não terá acesso a um relógio externo, estesincronismo precisará ser descartado sempre que a potênciafor comutada para desligada.

Em uma visão geral, a presente invenção provê umdispositivo de controle de resposta de freqüência de redeque minimiza a comutação de cargas, resiste a todas asmudanças de freqüência em torno de uma média móvelhistórica da freqüência atual e orienta a freqüência dosistema em direção à nominal até certo ponto. Assim, a redeé estabilizada e um trabalho excessivo das cargas éimpedido. Um sinal de freqüência claro também é provido,que tem menos ruído, é mais suave e o qual é orientadogradualmente e de forma contínua em direção a umafreqüência nominal ideal da rede.

No dito acima, uma comutação do consumo de energia dacarga entre os estados ligados e desligados é realizadapelo controle direito do dispositivo de consumo de energiada carga. Contudo, uma implementação alternativa dapresente invenção é ajustar o ponto de regulagem ou oslimites centrais do parâmetro da carga. Desta forma, acarga ajustará seu consumo de energia para manter avariável detectada da carga nos limites de controle.

No exemplo de um refrigerador, quando a freqüênciadetectada é tal que o refrigerador deve comutar paraligado, os limites de controle podem ser deslocados abaixodo valor presente da temperatura do espaço de resfriamentodo refrigerador. Isto, o mecanismo de controle dorefrigerador detectará que a temperatura é alta demais eresponderá comutando o meio de resfriamento do refrigeradorpara um estado ligado. A direção oposta de movimento doslimites de controle pode ser realizada quando a freqüênciaé detectada como sendo tal que o refrigerador deve sercomutado para desligado.

Ao invés de se ajustarem os limites de controle, oponto de regulagem em si pode ser ajustado pelo dispositivode controle da presente invenção. 0 mecanismo de controleda carga receberá um novo ponto de regulagem e derivará oslimites de controle em si.

0 dispositivo de controle controlando o ponto deregulagem ou os limites de controle desta forma pode servantajoso. Um dispositivo de controle como esse nãoprecisará ser integrado no circuito de controle da carga,de modo a ser capaz de se comunicar diretamente com o meiode consumo de energia da carga. Ao invés disso, elemeramente precisa prover um sinal central para o circuitode controle da carga e a variação do consumo de energia érealizada da forma normal.

Até agora, nós discutimos ainda modalidades preferidasem que o controle de resposta de rede é realizado pelacomutação do consumo de energia para ligado ou desligado.Algumas cargas, contudo, controlam uma variável física dacarga em limites de controle pelo ajuste do nível deconsumo de energia. Assim, a carga pode ser controladaentre um primeiro estado de aumento da energia armazenadapela carga e um segundo estado de diminuição da energiaarmazenada pela carga, conforme foi discutido previamente.Abaixo é descrita uma implementação de exemplo dodispositivo de controle da presente invenção com umrefrigerador usando esse controle contínuo do consumo deenergia para manutenção da temperatura do espaço resfriadoem limites de controle.

Um controlador de temperatura puro provavelmente terácomo objetivo se tornar um controlador de três termosclássico, com parâmetros influenciando a extensão até aqual as variações a partir do ponto de regulageminfluenciam a potência. Classicamente, estes são o erroproporcional (quão grande é o erro agora); o erro integral(acumulação de erro menor ao longo do tempo) , e o erroderivativo (de modo que, se um erro estiver reduzindorapidamente sua ultrapassagem seja minimizada). Isto éconhecido como o controlador PID físico, embora o controle,de fato, não inclua todos os três termos e, assim, sejamais simples do que isso.

Em geral, o controlador PID realmente aciona umcontrolador de potência de motor, o qual, por sua vez,aciona a eletrônica de potência do controlador do motor querealmente aciona o motor ou a carga. A Fig. 6 proporcionamaiores detalhes:

O controlador manual provê uma entrada para umcontrolador de ponto de regulagem que provê o sinal deponto de regulagem para o controlador de PID em uma formaadequada. O controlador PID também tem uma entrada para oestado atual da variável sendo controlada, de modo que, emum refrigerador, por exemplo, esta seja a temperatura.

-A saída do controlador PID é um nível de potência demotor desejado. Este é o nível de potência consideradoapropriado para se manter a variável controlada em seuponto de regulagem.

- Este nível de potência desejado freqüentemente éusado por um controlador adicional para fazer ajustes napotência real fluindo para o motor, já que a taxa demudança da potência real pode ser mais lenta do que a taxana qual o ponto de regulagem desejado pode mudar. Então, umcontrole de feedback adicional pode ser implementado parase garantir que o controlador de motor (eletrônico) sejaregulado de forma tão acurada quanto possível.

Dois métodos são descritos pelos quais os serviços deresposta de rede desejados do dispositivo de controle dapresente invenção podem ser habilitados em uma carga comoessa. Em uma implementação em particular um ou ambos podemser usados.

Uma abordagem de modificação de ponto de regulagem,conforme descrita acima influencia a potência consumidapelo dispositivo pela modificação do ponto de regulagem oude limites de controle usados pelo controlador PID paratomada de suas decisões de controle. De modo que, em umrefrigerador, quanto mais baixa a freqüência, mais baixo oponto de regulagem de temperatura (isto é, a energiaarmazenada aumentada), e quanto mais alta a freqüência,mais alto o ponto de regulagem de temperatura (isto é, aenergia armazenada diminuída). Mais geralmente, quanto maisbaixa a freqüência, mais alta a energia interna armazenada,conforme indicado pela variável física da carga, que odispositivo tem por objetivo obter.

A Fig. 6A mostra um diagrama de blocos esboçando odispositivo de controle proposto. Quanto a um controladorconvencional, uma entrada manual é usada para a definiçãodo ponto de regulagem normal para o PID. Para estecontrolador, isto regula o nível de energia interna alvoque se aplicará quando a freqüência atual for a mesma que afreqüência central. Isto é, ele se aplicará quando nenhumcontrole adicional pela freqüência for necessário.

Neste controlador, uma função de freqüência de ajustede ponto de regulagem alimenta um ajuste para o controladorde ponto de regulagem. Este sinal é escalonado de modo que:quando estiver em seu valor positivo máximo, o ponto deregulagem de nível de energia interna seja regulado para ocontrole manual; e quando estiver em seu valor negativomáximo, o ponto de regulagem de nível de energia sejaregulado para o valor permitido mais baixo.

A função de freqüência de ajuste de ponto de regulagemtem duas entradas:

1. A freqüência central, derivada conforme descritoacima.

2.0 valor atual da freqüência detectada.

Em sua forma mais simples, a função de freqüência deajuste de ponto de regulagem pode operar pela comparação deduas freqüências, multiplicando-se esta por um parâmetro ealimentando o resultado como uma entrada para o controladorde ponto de regulagem.

Uma falha nesta abordagem simples concerne àpossibilidade de, se os parâmetros do PID e a função (oumultiplicador simples) se relacionar à mudança defreqüência para mudança de ponto de regulagem não fossemespecificamente sintonizados para as circunstânciasespecíficas da rede específica, então, há a possibilidadede a população de refrigeradores estimar para mais ou paramenos a mudança na saída necessária para a obtenção daestabilidade. Na correção desta mudança, os dispositivospoderiam fazer com que a freqüência oscilasse.

Essa oscilação (a qual surge de uma perda do que éconhecido como estabilidade de sinal pequeno) às vezesrealmente ocorre em redes existentes e, se não detectadainicialmente e corrigida, pode ter conseqüências severas.

Quando detectada, o método normal de correção éreconfigurar a rede e a geração, de modo que a freqüênciaem particular de oscilação não seja mais ressonante (umaabordagem razoável de tentativa e erro). Também pode serresolvido pela nova sintonia de alguns dos controladores daconfiguração de geradores grandes que participam daoscilação. Uma análise de redes para a detecção e acorreção e a nova sintonia de controle demanda informação ecapacidade computacional.

Contudo, redes futuras, com números muito grandes dedispositivos de controle de resposta de rede de acordo coma presente invenção não podem facilmente serdeliberadamente reconfiguradas (pode aconteceracidentalmente como as falhas de gatilho de oscilações!).

Daí, é importante incluir no sistema de controleautomático um elemento de diversidade na sensibilidade deresposta dentre a população de dispositivos. Com essadiversidade, há uma progressão suave de resposta a partirdos dispositivos mais sensíveis para os menos, desse modotornando a mudança na carga monotônica com um desviocrescente da freqüência nominal.A obtenção desta diversidade é descrita abaixo pelaincorporação de um elemento de probabilidade para ocontrole de ponto de regulagem.

0 controlador usa dois números randômicos, escolhidosconforme descrito acima, um para a freqüência baixa e umpara a freqüência alta.

Se a freqüência atual estiver abaixo da freqüênciacentral, então, a função de ajuste de ponto de regulagemserá:

1. Derivar um valor negativo da diferença defreqüência (por exemplo, por freqüência atual - freqüênciacentral).

2. Tornar este valor proporcional à faixa pela qual ocontrolador operará (freqüência mínima a freqüêncianominal).

3. Multiplicar este valor pelo número randômico defreqüência baixa.

4. Multiplicar o resultado por um parâmetro desensibilidade definindo a sensibilidade do sistema.

5. Alimentar o resultado para o controlador de pontode regulagem, o qual usará isto para ajuste do ponto deregulagem e para redução do nível de energia que ele busca.

Se a freqüência real estiver acima da freqüênciacentral, o procedimento será similar, mas usará o númerorandômico de freqüência alta, e poderá usar um aplicativode sensibilidade diferente.

O parâmetro de sensibilidade será regulado à luz docomportamento esperado de rede, e pode ser ajustado à luzda experiência do dispositivo em uso.

Uma alternativa para uma modificação de ponto deregulagem para um controlador PID é um controlador PID deresposta de saída, cujo controlador ajusta a saída normaldo controlador PID para modificação da energia realconsumida pelo dispositivo de acordo com a freqüência.

Com referência à Fig. 6B, a saída do controlador PID éusada pelo controlador de potência de motor para aumento ouredução da potência consumida pelo motor.

Se a freqüência central for a mesma que a freqüênciareal, o comportamento do controlador de potência do motorcontinuará a funcionar como normal para manter a variávelde controle nos limites centrais.

A Fig. 6B mostra um diagrama de blocos que esboça aoperação de um dispositivo de controle como esse para usocom uma carga de controle PID.

Se a freqüência central e a freqüência real foremdiferentes, então, o aumento ou a redução no nível depotência do motor será modificado pelo sinal a partir deuma função de freqüência de ajuste de saída. Com ambosestes sinais normalizados para refletirem uma faixa pelaqual os dispositivos operam, as quatro ações de controlepossíveis são discutidas, cada uma:

1. Se o sinal de controlador PID for para um aumentono nível de potência de motor, e a freqüência real estiveracima daquela da freqüência central. É desejado que ambosos sinais de controle estejam na mesma direção. Neste caso,a função de freqüência de ajuste de saída aumentará oaumento no nível de potência buscado pelo controlador PID.0 cálculo será:

aumento de nível de saída de potência ajustado =aumento de nível de potência de saída PID + (aumento denível de potência de saída PID * número randômico defreqüência alta * parâmetro de aumento de freqüência alta *(freqüência real - freqüência central)).

2. Se o sinal de controlador PID for para um aumentono nível de potência de motor e a freqüência real estiverabaixo da freqüência central. Neste caso, os desejos deambos os sinais de controle estão em conflito. Neste caso,a função de freqüência de ajuste de saída reduzirá oaumento no nível de potência buscado pelo controlador PID.

O cálculo será:

aumento de nível de saída de potência ajustado =aumento de nível de potência de saída PID + (aumento denível de potência de saída PID * número randômico defreqüência baixa * parâmetro de aumento de freqüência baixa(freqüência central - freqüência real)).

3. Se o sinal de controlador de PID for para umaredução no nível de potência de motor e a freqüência realestiver abaixo da freqüência central. Os desenhos de ambosos sinais de controle estão na mesma direção. Neste caso, afunção de freqüência de ajuste de saída ajustada aumentaráo aumento no nível de potência buscado pelo controlador dePID. 0 cálculo será:

redução de nível de saída de potência ajustado =redução de nível de potência de saída PID + (redução denível de potência de saída PID * número randômico defreqüência baixa * parâmetro de redução de freqüência baixa(freqüência real - freqüência central)).

4. O sinal de controlador PID é para redução no nívelde potência de motor e a freqüência real está acima dafreqüência central. Neste caso, os desejos dos dois sinaisde controle estão em conflito. Neste caso, a função defreqüência de ajuste de saída ajustada reduzirá a reduçãono nível de potência buscada pelo controlador PID. Ocálculo será:

redução de nível de saída de potência ajustado =redução de nível de potência de saída PID + (redução denível de potência de saída PID * número randômico defreqüência alta * parâmetro de redução de freqüência alta *(freqüência central - freqüência real)).

Os quatro parâmetros: parâmetro de aumento defreqüência alta, parâmetro de aumento de freqüência baixa,parâmetro de redução de freqüência baixa e parâmetro deredução de freqüência alta são regulados à luz da respostade rede desejada, e podem ser ajustados pelo controlador àluz da experiência de rede real.

Há muitos exemplos de cargas tendo um consumo deenergia intermitente ou variável nos limites centrais.Ainda, há muitos dispositivos que podem se beneficiar seeles operarem em ciclos de duração mais longa do queaqueles discutidos até agora. Um exemplo da indústria deágua é aquele de "perfilagem de reservatório". Isto é usadoquando há, por exemplo, reservatórios de água que têmcapacidade de adequação de suas necessidades por um períodode um dia ou tanto, ou por um tempo suficiente paracobrirem pelo menos um período de cotação "fora de pico".

Nessas circunstâncias, é possível deixar oreservatório vazio abaixo do nível preferido, quando ademanda por eletricidade for alta e reabastecê-lo quando ocusto de eletricidade for mais baixo. Assim, por exemplo,durante o período de eletricidade de demanda de pico damanhã, o qual também corresponde ao período de pico damanhã por demanda de água, economias de custo são possíveispelo adiamento do reabastecimento do reservatório até ademanda de eletricidade ser menor.

Ainda, a natureza intermitente do reabastecimento dereservatório o torna um candidato ideal para uso com umdispositivo de controle de resposta de rede.

O presente dispositivo de controle de exemplo faz usode um parâmetro de preço para prover um controle deresposta de rede. 0 preço atual de eletricidade também é,como a freqüência, representativo do equilíbrio de geraçãoe carga na rede.

A detecção e o uso de um preço de eletricidade emtempo real são discutidos na GB 2407947.

O preço é usado, então, em um controlador de limitecentral ou ponto de regulagem para o ajuste dos limitescentrais da variável física da carga.

O princípio é que, conforme o preço sobe, os limites(ou o ponto de regulagem) para o armazenamento de energiainterna são diminuídos e, conforme o preço cai, os limites(ou o ponto de regulagem) para o armazenamento de energiainterna são elevados.

Um controle proporcional simples, com os limitesescolhidos para serem proporcionais ao preço é usado.

Um refinamento disto é ter o preço modificando a "taxade mudança" dos limites. De modo que, se o preço for altoou acima de um limite regulado por aqueles a que você paga,então, a taxa na qual os limites (de energia interna) sãoreduzidos é aumentada. Os limites são impedidos de passarempor extremos regulados por exigências operacionais e desegurança.

De modo similar, se o preço for baixo, ou estiverabaixo de um limite regulado por aqueles que o pagam,então, a taxa na qual os limites (de energia interna) sãoaumentados em si é aumentada.

A sintonia ideal para isto é permitir que umapopulação dessas cargas seja capaz de prover parte daresposta de freqüência alta e da de freqüência baixa emtodos os momentos, mas também se beneficiar doarmazenamento de duração mais longa pela minimização docusto da eletricidade.

A presente invenção também provê um recurso deassistência de auto-restabelecimento de unidade geradora(black start), o qual permite que as cargas dearmazenamento de energia provejam um comportamento deresposta de rede durante auto-restabelecimentos de unidadegeradora (black starts) após um blecaute ter ocorrido.Conforme mencionado previamente, a rede é particularmentesensível neste momento, e a provisão de cargas de respostade freqüência de rede é necessária para se garantir umaestabilização de rede neste ponto mais importante e tambémpara acelerar a recuperação da rede.

Assim, de acordo com um quinto aspecto, a presenteinvenção provê um dispositivo de controle para controle deum consumo de energia de uma carga em uma rede deeletricidade, o referido dispositivo de controlecompreendendo:

um meio para atrasar o consumo de energia da referidacarga por uma quantidade de tempo gerada radialmente após apotência ser inicialmente provida para o dispositivo decontrole.

Um método correspondente para o quinto aspecto éprovido em um sexto aspecto da presente invenção.

De acordo com um sétimo aspecto, a presente invençãoprovê um dispositivo de controle para controle de umconsumo de energia de uma carga em uma rede de eletricidadepara manutenção de uma variável física da carga em limitessuperiores e inferiores, o referido dispositivo de controlecompreendendo:

um meio para a detecção da variável física da carga;

um meio para a provisão dos limites superiores einferiores da variável física detectada da carga; e

um meio para aumento do limite superior e/ou inferiorda variável física detectada em uma taxa menor do que umconsumo de energia máximo da carga, após a potência serinicialmente provida para o dispositivo de controle.

Um método correspondente para o sétimo aspecto éprovido por um oitavo aspecto da presente invenção.

Os recursos dos aspectos da invenção associados aomodo de auto-restabelecimento de unidade geradora (blackstart) são combináveis para a provisão de um dispositivo decontrole particularmente vantajoso. Eles podem ser usadoscom dispositivos de controle de resposta de rede da técnicaanterior ou com o dispositivo de controle de resposta derede descrito aqui anteriormente e, particularmente,combináveis com os aspectos estabelecidos previamente e osaspectos preferidos da invenção. Os aspectos de assistênciade auto-restabelecimento de unidade geradora (black start)(BSA) da invenção serão descritos agora em maioresdetalhes.Quando uma carga é desativada, isto poderia ser devidoa um corte de potência ou a um blecaute. 0 dispositivo decontrole da presente invenção é adaptado para reconheceresta possibilidade.

Nessas circunstâncias, a rede pode ser delicada, e édesejável que o dispositivo: 1) comece provendo umaresposta de freqüência alta e uma baixa assim que possível;2) evite um comportamento sincronizado com outrosdispositivos de controle de resposta de rede; e 3)restabeleça a variável física detectada da carga dearmazenamento de energia em seus limites máximos e mínimos.

Contudo, uma vez que um blecaute já poderia ter movido avariável física detectada para a carga para fora de seuslimites de controle, um atraso ligeiro no tempo para orestabelecimento da carga para sua faixa de operaçãopreferida geralmente terá uma prioridade mais baixa do quemanter a rede se recuperando estável.

O dispositivo de controle da presente invenção ofereceum modo de auto-restabelecimento de unidade geradora (blackstart) (BSA) quando de uma ativação para ajudar narecuperação da rede durante uma reconexão de carga.

Em um aspecto do modo de BSA, o dispositivo decontrole de resposta de rede determina um atraso randômicoantes da partida. Este atraso é para evitar uma carga depico surgindo quando da restauração de potência, devido atodas as cargas comutarem para ligadas assim que a porçãocortada da rede for reconectada, e para minimização dasincronização (maximizar a diversidade) dos dispositivos decontrole tão logo quanto possível. O atraso randômico napartida após uma reconexão no modo de auto-restabelecimentode unidade geradora (black start) provê um aumento gradualna carga na rede, após um blecaute.

Quando de uma reconexão, um refrigerador convencionalregulará um ciclo de carga a 100 por cento para a carga dearmazenamento de energia até a variável física detectada dacarga atingir seu limite de controle máximo (ymax) e, então,será interrompido imediatamente. Em um segundo aspectovantajoso da presente invenção, contudo, uma resposta éprovida pela carga, mesmo quando a carga estiver sendooperada a uma taxa acelerada para restabelecimento da cargaem seus parâmetros de operação preferidos.

De acordo com este segundo aspecto vantajoso de BSA, acarga é elevada para sua condição de operação própria, istoé, quando a variável física detectada está nos limites decontrole de carga para a variável, com algum ciclo de cargamantido. A provisão de um ciclo de carga durante esteprocesso de subida permite que alguma resposta sejaprovida, desse modo ajudando no auto-restabelecimento deunidade geradora (black start). De modo a acelerar a cargapara sua condição de operação própria, os limites de cargade armazenamento de energia para a variável físicadetectada devem ser aumentados. Assim, o ciclo de carga éadaptado de modo que o dispositivo opere com uma porçãoligada mais longa do que para uma operação normal. A cargaé controlada, contudo, de modo que ainda retenha um ciclode carga. Um método de exemplo para obtenção disto éconforme se segue.

A primeira etapa é escolher um tempo pelo qual odispositivo atingirá sua operação apropriada. Este seriaalgum fator (maior do que 1) do tempo em que a cargaatingira sua operação apropriada, se não fosseinterrompida. Este fator proverá períodos sem carga duranteo processo de auto-restabelecimento de unidade geradora(black start). Desta forma, a carga pode comutar paradesligada à luz de uma freqüência baixa e para ligada à luzde uma freqüência alta. Assim, a carga é capaz de proveruma resposta durante a subida dos limites de controle decarga. Este fator poderia ser, por exemplo, a relação dotempo de ciclo geral esperado da carga para a porção ligadaesperada daquele ciclo.

No caso de um refrigerador atualmente à temperaturaambiente por causa de um blecaute recente, o tempo de ciclode carga ligado de 100 por cento normal para se atingirseus limites de temperatura máximos, digamos de 0 grauCelsius, poderia ser de 30 minutos. Usando-se um fator dedois, o tempo para aumento da carga para sua faixa detemperatura de operação normal seria de 60 minutos.

0 fator escolhido pode ser alterado por uma função derandomização para se encorajar uma diversidade adicionaldos dispositivos de controle de carga.

A próxima etapa é avaliar o tempo ligado esperado pararestauração de uma operação normal. Uma forma de se estimaristo é extrapolar a partir da mudança de temperatura normalpara uma unidade de tempo ligado da carga para sedeterminar de quanto tempo a carga precisará para estarligada começando a partir do nível de armazenamento deenergia atual. Se necessário, esta estimativa do tempoligado esperado pode ser tornada mais sofisticada do queuma extrapolação linear.

Uma taxa de mudança do nível alvo de armazenamento deenergia tendo em vista de quanto tempo o dispositivoprecisará para ser ligado e tendo em vista o períodoescolhido para restauração para o nível desejado, então,pode ser determinada.

Após o atraso randômico ter passado, o limite deenergia baixa é regulado para o valor atual da variáveldetectada e o limite de energia superior é definido paraser uma quantidade normal de afastamento do limiteinferior. A carga tem a partida dada e é movida para aoperação de resposta de rede normal.

Os limites são incrementados, de acordo com a taxaescolhida de mudança do nível de armazenamento de energia.

Uma visão geral da operação do comportamento deresposta de rede incorporando as modalidades preferidas detodos os aspectos da invenção em um único sistemacombinado, com referência às Figuras 4 e 5, será dadaagora.

Conforme mostrado na Figura 5, o controlador deresposta de rede preferencialmente é integrado com umacarga para retirada de energia da rede. Esta medição defreqüência é realizada periodicamente, com base em um ciclode relógio de processador central ou algum outro ciclo deprocessamento do dispositivo de controle de resposta, ou umnúmero predeterminado desses ciclos. Estas leituras defreqüência consecutivas serão acumuladas de modo a secalcular a freqüência central da rede, dentre outros usos,e são críticas para a operação do dispositivo de controlede resposta de rede da presente invenção. À parte damedição de freqüência, o dispositivo de controle deresposta de rede também requer que uma variável física sejadetectada a partir da carga.

A Figura 4 mostra uma representação de vários estadose transições de estado nas quais o dispositivo de controlede resposta pode operar. Conforme pode ser visto a partirda figura 4, o dispositivo de controle de resposta de redepreferencialmente dá a partida em um modo de assistência deauto-restabelecimento de unidade geradora (black start),conforme descrito acima. Desta forma, todas as cargasrecentemente conectadas à rede proverão um comportamento deresposta de rede desde o começo, o que, conforme jádescrito acima, é especialmente útil após um blecaute.

Como parte dos recursos de assistência de auto-restabelecimento de unidade geradora (black start)oferecidos pela presente invenção, o dispositivo decontrole poderia ser provido com um atuador de nova partidapresente (conforme mostrado na Figura 5), o que resulta ema variável detectada da carga ser colocada nos limites decontrole normais tão logo quanto possível, se atuado.

Assim, se o controle de nova partida presente for ativado,então, o modo de assistência de auto-restabelecimento deunidade geradora (black start) é suprimido e a carga éoperada no consumo de energia máximo até a variável físicadetectada ser provida em seus limites de controle. Esterecurso é útil, já que freqüentemente a carga estásimplesmente sendo comutada para ligada pela primeira vezou, talvez, após passar por serviços. Nestascircunstâncias, a rede é relativamente estável e osdispositivos ligados sendo operados sem resposta por umbreve período após a partida não têm conseqüências emtermos de estabilidade de rede.O atuador de nova partida presente poderia ser umbotão provido na carga. 0 botão deve ser adaptado onde umengenheiro de manutenção estaria ciente dele, mas ondeseria inconveniente para um proprietário de cargatecnicamente ciente pressioná-lo. Se o botão fosse tal quemuitos proprietários de carga estivessem cientes do botãode nova partida presente, então, a função de assistência deauto-restabelecimento de unidade geradora (black start) dodispositivo de controle de resposta de rede da presenteinvenção poderia ser suprida.

Uma vez que a variável detectada da carga esteja emseus limites de controle especificados, o estado da redeserá determinado, de modo a se derivar o modo de operaçãopara o dispositivo de controle. 0 estado da rede édeterminado a partir da função h definida acima e de umafreqüência de rede medida, conforme mostrado na Figura 5.Conforme declarado previamente e conforme mostrado nafigura 4, a rede pode estar em um estado de crise alto oubaixo, um estado de tensão de freqüência alta ou baixa ouum estado normal, dependendo do valor da função h.

Um princípio geral do dispositivo de controle deresposta da presente invenção é que os limites máximos emínimos para a variável física detectada (ymax, ymin) sãodependentes do modo de operação do dispositivo de controle,conforme esboçado abaixo.

Durante um modo de assistência de auto-res tabelecimento de unidade geradora (black start), oslimites atuais para a variável física detectada sãoregulados em torno da variável física detectada medidaquando da ativação inicial da carga. Esta regulagem doslimites iniciais de assistência de auto-restabelecimento deunidade geradora (black start) para a variável física émostrada na Figura 5. Estes limites são incrementados emuma taxa predeterminada até os limites normais paraoperação apropriada da carga serem atingidos, conformedescrito mais plenamente acima. É um recurso vantajoso dainvenção que a taxa predeterminada de incremento de limiteproveja que o dispositivo tenha algum ciclo de carga. Terum ciclo de carga permitirá que a carga proveja umaresposta, ao invés de a alternativa de ter a cargacontinuamente ligada.

O incremento dos limites durante um modo de BSA ésempre realizado, a menos que: um período de tensão oucrise de freqüência baixa seja determinado, em cujo caso oslimites são congelados; ou um período de tensão ou crise defreqüência alta seja determinado, quando a taxa deincremento é aumentada. Durante um estado de tensão oucrise de freqüência baixa, há carga demais na rede e,então, continuar a aumentar o consumo de energia das cargasde resposta não é apropriado. Durante um estado de tensãoou crise de freqüência alta, há geração demais, e, então,será benéfico que a rede aumente a taxa de incremento.

Durante uma crise de freqüência mais baixa, os limitesda variável física da carga são diminuídos, até atingiremum estado de energia mínimo (y = 0). A taxa de decremento éescolhida para ser aproximadamente a metade do tempo defuncionamento ligado da carga, de modo que alguma respostapermaneça conforme os limites forem reduzidos em direção aozero.

Durante uma tensão de freqüência baixa, os limitesatuais da carga, conforme definido pelo ponto de regulagemda carga, são congelados, de modo a se evitar um ajuste doponto de regulagem pelo usuário. A exceção para estecongelamento dos limites é no caso de recuperação de umacrise de freqüência baixa, durante cujo tempo os limitessão incrementados para se levá-los de volta para seu valorantes de se ter entrado no estado de crise.

Uma vez que o modo normal de operação após o BSA tenhasiso atingido, os limites da variável física detectadapreferencialmente são controlados, dependendo de se a redeestá enfrentando uma tensão ou uma crise de freqüência altaou uma tensão ou uma crise de freqüência baixa. Durante umatensão ou uma crise de freqüência alta, os dispositivosdesligados preferencialmente são ativados de modo aassumirem a geração em excesso. Assim, o valor de ymaxpreferencialmente é aumentado de modo que os dispositivosligados permaneçam ligados por um período de tempo maislongo e os dispositivos previamente desligados que foramrecém comutados para ligados por causa da freqüência altapermaneçam ligados por um período de tempo estendidotambém. Durante uma tensão ou uma crise de freqüênciabaixa, o oposto é verdadeiro, e há carga demais na rede.Isto significa que o limite mais baixo da variável físicadetectada (ymin) é diminuído, para se garantir que osdispositivos desligados permaneçam desligados por umaquantidade de tempo extra.

Durante uma crise de freqüência alta, os limites sãoincrementados até atingirem um nível de armazenamento deenergia máximo (y = 1) . Os incrementos são escolhidos paraaproximadamente dobrarem a porção ligada do ciclo de cargada carga, de modo a se reduzir o nível de armazenamento deenergia, mas ainda manter alguma resposta.

Durante uma tensão de freqüência alta, os limitesmínimos e máximos para a variável física detectada sãocongelados, pela mesma razão pela qual são congeladosdurante um período de tensão de freqüência baixa - paraevitar um ajuste de ponto de regulagem. Uma exceção paraestes limites serem impedidos de serem mudados ocorrequando a rede está em recuperação de uma crise defreqüência alta ou baixa, quando os limites são movidos empassos pequenos até eles terem se tornado aqueles usadosantes de a rede ter entrado em um estado de crise.

O incremento dos limites durante uma crise defreqüência alta ou um modo de assistência de auto-restabelecimento de unidade geradora (black start) deoperação do dispositivo de controle de resposta de rede e adiminuição dos limites durante uma crise de freqüênciabaixa são ilustrativos de um outro recurso novo e vantajosoda presente invenção em relação à técnica anterior. Deacordo com a presente invenção, mesmo durante tais eventosraros de rede, algum comportamento de resposta de redeainda é proporcionado. Esta resposta é particularmentebenéfica durante estes estados de rede, se a estabilidadede rede for para ser recuperada.

As linhas tracejadas na Figura 4 mostram transiçõesilegais as quais representam um comportamento estranho darede. Por exemplo, se mover diretamente de um estado decrise de freqüência baixa para um estado de crise defreqüência alta não deve ocorrer. Em geral, se umatransição como essa realmente ocorrer, um estadointermediário será escolhido pelo dispositivo de controlepara tornar a transição de estado do dispositivo decontrole de resposta de rede menos abrupta.

Embora os limites mínimos e máximos da variáveldetectada sejam mudados dependendo do modo de operação dodispositivo, a determinação da freqüência de gatilho éconforme descrito previamente. A única diferença é que onível de temperatura médio em uma população dessesdispositivos será estendido por uma faixa de temperaturamaior, dependendo do modo de operação. Assim, em um modo decrise, o limite variável de carga (ymin ou ymax) seráestendido, se comparado com os limites durante uma operaçãonormal. Isto resultará em a população dos dispositivosprover uma resposta por uma faixa estendida da variávelfísica da carga.

Com referência à Figura 5, uma vez que o dispositivotenha dado a partida no modo de auto-restabelecimento deunidade geradora (black start) e uma vez que o status derede tenha sido determinado, as freqüências alvos e degatilho serão calculadas usando-se o ymax e/ou o yminajustados, os quais são ajustados dependendo do status derede, e o valor atual da variável física da carga, conformedetectado. Tendo detectado a freqüência de rede e avariável física da carga e tendo obtido um valor dafreqüência detectada para disparar a carga ligada oudesligada, uma decisão pode ser quanto a se é para comutaro dispositivo. Esta decisão é tomada pela comparação dafreqüência detectada com a freqüência de gatilho e pelacomparação da variável detectada da carga com os limitesatuais para a variável detectada da carga.Etapas adicionais também são mostradas na Figura 5.Estas etapas envolvem a captura de dados concernentes a umaoperação do dispositivo e o uso destes dados para sintoniada operação do dispositivo. Esta captura e a sintonia jáforam discutidas acima com respeito à provisão dos limitesde freqüência de rede e seu ajuste, dependendo daexperiência da rede. Outras possibilidades para sintonia dodispositivo são discutidas abaixo. As variáveissintonizadas poderiam potencialmente ser armazenadas ereusadas vantajosamente.

A Figura 5 também mostra a possibilidade decomunicação de dados capturados e isto é discutido abaixo.

A presente invenção também envolve um dispositivo decontrole de resposta de rede, conforme discutido acima, comcertas modificações. Estas modificações são recursosopcionais que podem oferecer melhoramentos particularespara o dispositivo de controle já discutido.

O dispositivo de controle da presente invenção tem porobjetivo impedir uma comutação rápida de cargas dearmazenamento de energia, mas ainda pode haver certascondições de rede que resultem em uma taxa de comutaçãoexcessiva, aproximadamente quando a rede estiver sobtensão. Essas taxas de comutação rápidas podem, no caso deum refrigerador, por exemplo, tornar este compressorineficaz, bem como danificá-lo. A ineficácia do compressorpode resultar de um tempo mínimo necessário para que apressão interna no compressor dissipe após ser comutadopara desligado. Se ele for comutado para ligado de novo,antes de isto ter acontecido, a pressão alta no compressornão poderá ser superada (ele precisa de um empurrão extrada inércia de uma bomba funcionando) , de modo que eleparará. Isto pode criar uma carga elétrica alta, dissipadacomo calor, colocando o dispositivo como um todo em risco.Os refrigeradores usualmente têm detectores de parada outérmicos os quais desconectam a potência e, então, protegemo dispositivo deste dano.

0 dispositivo de controle de resposta da presenteinvenção pode incluir um recurso de histerese, de modo queum estado ligado ou desligado seja mantido por um períodomínimo, e isto pode ser regulado para se adequar aodispositivo. Este recurso de histerese é uma reserva, jáque a trajetória de freqüência de gatilho sendo orientadapara minimização da comutação normalmente deve impedirqualquer comutação rápida. Será apenas nas condições derede mais extremas que a taxa de comutação será excessiva eo recurso de histerese será requerido.

O dispositivo de controle de resposta de rede dapresente invenção deve ser capaz de operar sem qualquerentrada externa, à parte da freqüência e da variáveldetectada. 0 dispositivo de controle de resposta de redetambém deve ser autônomo pela vida inteira do armazenamentode energia.

De modo a se obterem essas exigências de autonomia, odispositivo de controle de resposta de rede da presenteinvenção preferencialmente é adaptado para detectar afreqüência nominal (e esta etapa é mostrada na Figura 5) darede em si. Conforme descrito acima, é importante que apresente invenção esteja ciente da freqüência nominal, demodo que o dispositivo de controle possa orientar seucomportamento de resposta de rede de modo a forçar afreqüência do sistema em direção à freqüência nominal.

Há outras regulagens de rede em particular das quais apresente invenção faz uso e as quais o dispositivo decontrole de resposta de rede deve ser capaz de avaliar apartir da experiência da rede à qual é conectado e não apartir de entradas adicionais. Outro exemplo e a detecçãodos limites de freqüência superiores e inferiores, conformedescrito acima.

Tendo em vista as exigências acima da presenteinvenção, o dispositivo de controle de resposta de rede éadaptado para determinar a freqüência nominal após a tomadade uma série de medições. Para cada uma destas medições, umconjunto de "freqüências nominais padronizadas" armazenadoem uma memória do dispositivo de controle é interrogado e afreqüência nominal padronizada mais próxima da medição defreqüência de rede é tomada como a freqüência padrão paraaquela medição uma vez que a mesma freqüência padrão tenhasido determinada a partir de um número consecutivo demedições de freqüência, o valor determinado é escolhidocomo a freqüência nominal da rede. O controle de respostada presente invenção, portanto, é requerido para se manteruma lista de freqüências nominais possíveis, tais como 50Hertz, 60 Hertz e 400 Hertz.

O dispositivo de controle da presente invenção tambémpode ser configurado para estar ciente de certos períodosde tempo pré-estabelecidos, os quais são empregados nosalvamento de quaisquer regulagens atuais aprendidas apartir da rede. Qualquer um destes parâmetros determinadosde experiência de rede pode ser salvo em uma memória nãovolátil de longa duração no final de um período de tempoapropriado. Desta forma, recursos chaves do comportamentode rede podem ser registrados na memória de longa duração.

A capacidade de armazenar dados e atualizar estesdados conforme o dispositivo aprende a partir docomportamento de rede e do comportamento de carga é umrecurso importante da presente invenção (e é mostrado naFigura 5) , já que é muito possível que uma carga emparticular possa ser movida entre redes. Por exemplo, naDinamarca, a carga nem mesmo precisará ser movidainternacionalmente para a mudança de redes. Cada rede secomportará diferentemente e o dispositivo de controle deresposta de rede precisará reagir a isto e se adaptar demodo conforme.

O dispositivo de controle também precisará sesintonizar ao comportamento de rede, porque é possível queeste comportamento possa mudar com o tempo, particularmenteconforme cada vez mais dispositivos de controle de respostade rede forem aplicados às cargas de armazenamento deenergia na rede. A auto-sintonia, contudo, precisa serrealizada cuidadosamente, já que não seria útil se, porexemplo, um período sustentado de instabilidade de redecausasse uma auto-sintonia que danificasse a capacidade dodispositivo de responder durante uma crise rara.

Os dispositivos de controle de resposta também podemprecisar sintonizar seus parâmetros para levarem emconsideração o comportamento da carga. Por exemplo, umrefrigerador muito cheio não se comporta bem da mesma formaque um quase vazio.

As possibilidades de auto-sintonia são presentementedivisadas para incluírem a otimização levando-se emconsideração uma variação do tempo de ciclo de cargaesperado, uma otimização dos limites de freqüência máximose mínimos à luz da experiência de rede (conforme discutidoacima) e uma otimização do uso de comportamentos históricosde freqüência nos parâmetros de adaptação.

Se uma carga estiver se recuperando a partir de umblecaute, será desejável reter quaisquer parâmetrossintonizados obtidos antes do blecaute. Isto requer oarmazenamento dos parâmetros sintonizados e outros dadoscapturados, conforme mostrado na Figura 5. O dispositivo decontrole, contudo, também precisa levar em consideração queo distribuições poderia estar sendo comutado para ligadopela primeira vez e não há quaisquer parâmetrossintonizados previamente a recuperar. O princípio geralpara o qual os dispositivos de controle de resposta de redeserão operados é que o dispositivo terá por objetivorecuperar uma sintonia anterior, a menos que o dispositivotenha sido desconectado por um tempo tão longo que nãopossa ser um blecaute, ou a freqüência nominal de redetenha mudado.

Um recurso de hardware pode ser usado para sedeterminar se o dispositivo foi desconectado por mais tempodo que um blecaute, tal como um capacitor com vazamento, oqual, então, quando este for descarregado, sugere que acarga está em um estado de y = 0.

Assim, o controlador é provido com alguns meios dedeterminar se a carga foi comutada para desligada por causade um blecaute ou simplesmente porque o usuário a comutoupara desligada. Em ambos os casos, uma recuperação deparâmetros previamente sintonizados é apropriada. Se,contudo, a carga estiver sendo comutada para ligada pelaprimeira vez, ou for provável que tenha sido movida entreredes, então, um carregamento de parâmetros previamentedeterminados a partir da memória não será realizado.

Uma recuperação a partir de um blecaute também realizaa possibilidade de todos os períodos de captura de dados deuma população das cargas conectadas à rede se tornaremsincronizados. Nenhum dos processos atualmente divisadosdepende criticamente de períodos diversificados, mas apossibilidade de mudança rápida no comportamento da rede apartir de uma auto-sintonia idêntica simultânea é removida,se houver. Assim, mediante uma comutação inicial paraligado, os dispositivos de controle de resposta de rede dapresente invenção preferencialmente são adaptados paraescolherem um tempo randômico para quaisquer períodos deque o dispositivo faça uso.

O dispositivo de controle de resposta da presenteinvenção freqüentemente faz uso do tempo no qual se esperaque o dispositivo esteja ligado, e o tempo no qual seespera que o dispositivo esteja desligado, por exemplo, nadeterminação da taxa de incremento ou decremento doslimites de controle de variável detectada durante umaassistência de auto-restabelecimento de unidade geradora(black start) ou uma operação de crise alta ou baixa. Otempo em que se espera que o dispositivo esteja ligado oudesligado é o tempo em que se espera que a carga esteja semovendo de um valor de variável detectada para outro. Asintonia deste tempo de espera é possível com base naexperiência de como a variável detectada da carga reage aum nível de consumo de energia em particular.Uma forma de otimização da resposta de carga a umconsumo de energia é conforme se segue. Após cada mudançade estado, isto é, uma comutação de um status ligado paraum status desligado ou vice-versa, é possível notar porquanto tempo a carga esteve funcionando, e a extensão demudança da variável detectada naquele tempo. Para umaestimativa de um tempo ligado ou de um tempo desligadoesperado para uma mudança de variável em particular, estesvalores anotados podem ser extrapolados. Como a variáveldetectada mudará com o tempo ligado/desligado dependerá deseu uso atual, por exemplo, de quão plena ela está e dequão freqüentemente ela é aberta. Os cálculos de tempoligado ou desligado esperado poderiam ser realizados em umponto de comutação, por exemplo.

0 dispositivo de controle de resposta também podefazer uso de uma predição de por quanto tempo ele estará emum estado ligado ou em um estado desligado. Isto pode serdeterminado a partir de uma média móvel dos tempos reaisdos estados prévios.

É claro a partir de uma inspeção de gráficos defreqüência que redes diferentes têm diferenças reais no seucomportamento de freqüência. A faixa pela qual a freqüênciavaria é um aspecto importante, mas também há diferençasmais sutis, tais como sua tendência a flutuar, a extensãousual de desvios acima da nominal, etc. É possível queestes recursos possam ser usados para modificação de algunsdos parâmetros, tais como os parâmetros ajustando a taxa naqual os limites de freqüência se estreitam. Assim, éimportante que o dispositivo de controle de resposta dapresente invenção capture uma informação sobre ocomportamento da freqüência de rede, particularmente no fimde períodos naturais, tal como um desvio de freqüência, ede um estado de rede em particular (normal, de tensão oucrise), o fim de um estado em particular da carga (ligadaou desligada) ou o fim de um ciclo de operação (um ciclo doprocessador controlando os sincronismos das funçõesprincipais do dispositivo de controle). Toda a informaçãocapturada poderia ser usada para a entrada em sintonia dodispositivo de controle de resposta de modo as e otimizar aoperação com respeito à rede à qual ele é conectado.

O dispositivo de controle de resposta da presenteinvenção também pode incluir alguma forma de meio decomunicação, e uma etapa de comunicação é mostrada naFigura 5, de modo que os dados coletados possam sertransferidos. A transferência de dados normalmente seráprovida pelo pessoal de manutenção. 0 meio de comunicaçãotambém pode estar disponível de modo que o software dodispositivo de controle de resposta ou os parâmetros derede possam ser atualizados mediante uma visita demanutenção. O meio de comunicação também tornará possívelcapturar medições do comportamento de rede durante a vidaem trabalho da carga e também a contribuição das cargaspara a rede. Assim, alguma medida do valor de carga para arede pode ser determinada.

Claims

1. Dispositivo de controle para controle de um consumode energia de uma carga em uma rede de eletricidade, odispositivo de controle caracterizado pelo fato decompreender:um meio para a detecção por um período de tempo devalores de uma variável física da rede, a variável físicavariando dependendo de uma relação entre a geração deeletricidade e a carga na rede;um meio para a determinação de um valor baseadohistoricamente da variável física da rede a partir deleituras passadas dos valores da variável física da rede; eum meio para aumento ou diminuição do consumo deenergia da carga, a variação dependendo de uma variávelfísica atual da rede em relação a um valor baseadohistoricamente.

2. Dispositivo de controle, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender:um meio para aumento ou diminuição do consumo deenergia da carga, quando um valor atual da variável físicadetectada da rede atingir um valor de gatilho; eum meio para determinação do valor de gatilho, adeterminação do valor de gatilho dependendo do valorbaseado historicamente e ondea) o meio para determinação do valor de gatilho compreendeum meio para a provisão randomicamente do valor de gatilhoentre um valor superior ou inferior determinado da variávelfísica da rede e o valor baseado historicamente, e/ou ondeb) o dispositivo de controle compreende um meio para adetecção de um valor de uma variável física da carga, avariável física representativa da energia armazenada pelacarga; a determinação do valor de gatilho ainda dependendoda variável física detectada da carga.

3. Dispositivo de controle para o controle do consumode energia de uma carga em uma rede de eletricidade, odispositivo de controle caracterizado pelo fato decompreender:um meio para a detecção de um valor de uma variávelfísica da rede, a variável física variando dependendo deuma relação entre a geração de eletricidade e a carga narede ;um meio para a detecção de um valor de uma variávelfísica da carga, a variável física da carga representativada energia armazenada pela carga;um meio para variação do consumo de energia da carga,quando um valor da variável física da rede atingir um valorde gatilho; eum meio para a determinação do valor de gatilho, adeterminação do valor de gatilho dependendo da variávelfísica detectada da carga e ainda com base em um valorrandômico.

4. Dispositivo de controle, de acordo com areivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato do meio paravariação compreender um meio para comparação do valor degatilho com a variável física detectada atual da rede.

5. Dispositivo de controle, de acordo com areivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato do meio paravariação do consumo de energia da carga ser configuradopara variar o consumo de energia da carga, de modo a mantera variável física detectada da carga em limites centrais eainda ser configurado para variar o consumo de energia,quando o valor da variável física da rede atingir o valorde gatilho.

6. Dispositivo de controle, de acordo com areivindicação 5, quando dependente da reivindicação 2 ou 3,caracterizado pelo fato do meio para determinação do valorde gatilho ser configurado para a determinação do valor degatilho dependendo do valor da variável física detectada dacarga em relação a seus valores mínimos ou máximos.

7. Dispositivo de controle, de acordo com areivindicação 5, quando dependente da reivindicação 2 ou 3,caracterizado pelo fato do meio para determinação do valorde gatilho compreender um meio para a definição de umperfil de valor de gatilho variando com a variável físicada carga, o perfil de modo que, quanto mais recentemente oconsumo de energia da carga tiver variado, mais distante ovalor de gatilho está de um valor baseado historicamente apartir de leituras passadas da variável física da rede.

8. Dispositivo de controle, de acordo com areivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato do meio paradeterminação do valor de gatilho compreender um meio para adefinição de um perfil de valor de gatilho que varia com avariável física da carga, o perfil sendo influenciado porum valor randômico.

9. Dispositivo de controle, de acordo com qualquer umadas reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizadopelo fato da variável física detectada da rede ser umafreqüência detectada da rede.

10. Dispositivo de controle, de acordo com qualquerdas reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9,caracterizado pelo fato do meio para variação serconfigurado para variação do consumo de energia pelacomutação do consumo de energia entre um primeiro estado deaumento da energia armazenada pela carga e um segundoestado de diminuição da energia armazenada pela carga.

11. Dispositivo de controle para controle de umconsumo de energia de uma carga em uma rede deeletricidade, o dispositivo de controle caracterizado pelofato de compreender:um meio para a determinação de um atraso randômico;um meio para atrasar o começo de consumo de energia dacarga por uma quantidade gerada randomicamente de tempoapós a potência ser inicialmente provida para o dispositivode controle.

12. Dispositivo de controle para controle de umconsumo de energia de uma carga em uma rede deeletricidade, para manutenção de uma variável física dacarga dentro de limites superior e inferior, o dispositivode controle caracterizado pelo fato de compreender:um meio para a detecção da variável física da carga;um meio para a provisão dos limites superior einferior da variável física detectada da carga; eum meio para aumento do limite superior e/ou inferiorda variável física detectada a uma taxa menor do que umconsumo de energia máximo da carga, após a potência serinicialmente provida para o dispositivo de controle.

13. Método de controle de um consumo de energia de umacarga em uma rede de eletricidade, o método caracterizadopelo fato de compreender:a detecção por um período de tempo de valores de umavariável física da rede, a variável física variandodependendo de uma relação entre geração de eletricidade ecarga na rede;a determinação de um valor baseado historicamente davariável física da rede a partir de leituras passadas dosvalores da variável física da rede; eo aumento ou a diminuição do consumo de energia dacarga, a variação dependendo de uma variável física atualda rede em relação ao valor baseado historicamente.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de compreender:a variação do consumo de energia da carga, quando umvalor atual da variável física detectada da rede atingir umvalor de gatilho; ea determinação do valor de gatilho, a determinação dovalor de gatilho dependendo do valor central.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato da determinação do valor de gatilhocompreender uma função para se prover randomicamente ovalor de gatilho entre um valor superior ou inferiordeterminado da variável física da rede e o valor central.

16. Método, de acordo com a reivindicação 14 ou 15,caracterizado pelo fato de compreender a detecção de umvalor de uma variável física da carga, a variável físicarepresentativa da energia armazenada pela carga; adeterminação do valor de gatilho ainda dependente davariável física detectada da carga.

17. Método de controle do consumo de energia de umacarga em uma rede de eletricidade, o método caracterizadopelo fato de compreender:a detecção de um valor de uma variável física da rede,a variável física variando dependendo de uma relação entrea geração de eletricidade e a carga na rede;a detecção de um valor de uma variável física dacarga, a variável física da carga representativa da energiaarmazenada pela carga;a variação do consumo de energia da carga, quando umvalor da variável física da rede atingir um valor degatilho; ea determinação do valor de gatilho, a determinação dovalor de gatilho dependendo da variável física detectada dacarga, e ainda com base em um valor randômico.

18. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 14, 15, 16 ou 17, caracterizado pelo fato davariação compreender a comparação do valor de gatilho com avariável física detectada atual da rede.

19. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 14, 15, 16, 17 ou 18, caracterizado pelofato da variação no consumo de energia da carga compreendera variação do consumo de energia da carga, de modo a semanter a variável física detectada da carga em limites decontrole e ainda a variação do consumo de energia quando ovalor da variável física da rede atingir o valor degatilho.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, quandodependente da reivindicação 16 ou 17, caracterizado pelofato do valor de gatilho compreender a determinação dovalor de gatilho, dependendo do valor da variável físicadetectada da carga em relação a seus valores mínimos oumáximos.

21. Método, de acordo com a reivindicação 19, quandodependente da reivindicação 16 ou 17, caracterizado pelofato de o valor de gatilho compreender a definição de umperfil de valor de gatilho que varia com a variável físicada carga, o perfil de modo que, quanto mais recentemente oconsumo de energia da carga tiver variado, mais distante ovalor de gatilho esteja de um valor baseado historicamentedeterminado a partir de leituras passadas da variávelfísica da rede.

22. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 ou 21,caracterizado pelo fato da variável física detectada darede ser uma freqüência detectada da rede.

23. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 ou 22,caracterizado pelo fato da variação compreender a variaçãodo consumo de energia pela comutação do consumo de energiaentre um primeiro estado de aumento da energia armazenadapela carga e um segundo estado de diminuição da energiaarmazenada pela carga.

24. Método de controle de um consumo de energia de umacarga em uma rede de eletricidade, o método caracterizadopelo fato de compreender:a provisão de um dispositivo de controle, odispositivo de controle determinando uma quantidade detempo randômica;o atraso do começo de consumo de energia de uma cargapor uma quantidade de tempo gerada randomicamente após apotência ser inicialmente provida para a carga.

25. Método de controle de um consumo de energia de umacarga em uma rede de eletricidade, para manutenção de umavariável física da carga em limites superior e inferior, ométodo caracterizado pelo fato de compreender:a detecção da variável física da carga;a provisão dos limites superior e inferior da variávelfísica detectada da carga; eo aumento do limite superior e/ou inferior da variávelfísica detectada a uma taxa menor do que um consumo deenergia máximo da carga, após a potência ser inicialmenteprovida para o dispositivo de controle.