CN105706325A - 电网频率响应 - Google Patents

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Abstract

描述了用于确定在电网的同步区域内的惯性的方法和设备。基于控制信号的序列(图4a)对至和/或来自一个或多个功率单元的组的功率流进行调制并且测量与在电网中的流动的电流的频率相关的频率特征(图4b-图4d的实线)。基于所测量出的频率特征和所确定的幅度特征确定与电网的至少一个区域相关联的频率响应特征。从其确定功率单元位于其中的电网的该区域中的惯性是低(图4b)、中间(图4c)或高(图4d)，并且使电网的同步区域内的频率响应特征能够易于被确定。

Description

电网频率响应
技术领域
本发明涉及用于确定电网(electricalpowergrid)内的频率响应特征(frequencyresponsecharacteristics)的方法和设备。
背景技术
在供应商与用户之间通过配电网络或电网交换电力。在这种电网中，电力通常由较大容量的发电站和较小容量的可再生能源的组合供应。
在大型发电站(例如，化石燃料燃烧的或核电站)中的发电机通常包括具有较高速旋转的较高质量的旋转部件，因此，称为旋转发电(spinninggeneration)。在其正常操作的过程中，旋转发电机存储较大量的动能。更小的可再生能源(风力涡轮机和太阳能发电机)存储远远更小的量的能量或者甚至根本不存储能量。
通常，电网通过在电网的整个同步区域中均匀的标称电网频率操作。例如，英国市电电源通常通过50Hz操作。电网运营商通常被迫将电网频率保持在预先定义的限制内，例如，英国市电电源应保持在标称50Hz电网频率的0.4％内。如果在电能的发电和消耗之间未保持平衡(例如，如果总发电量不能满足在高需求周期的消耗，或者如果来自电力发电机的输出改变，可能是由于发电机故障)，那么存储在电网的发电机内的能量的净总量可以改变。这造成旋转发电机的旋转速度的变化并且电网的工作频率的对应变化。因此，电网运营商将系统工作频率用作在电网内的电力的消耗与发电之间的平衡的测量。
频率响应特征描述电网频率对在电网中的电力的生成与消耗之间的平衡的变化的响应。这种频率响应特征的实例包括电网“刚度(stiffness)”和电网“惯性(inertia)”。
电网刚度(gridstiffness)是描述对规定的功率平衡变化的电网频率响应的程度(即，幅度)的性能。具有较高刚度的同步电网(例如)对规定的功率平衡变化显示了网格频率的较小变化。坚硬的或牢固的电网通常具有低电网阻抗并且通常具有系统发电容量较大的电网。在刚度通常是规定的电网的静态性能的同时，应注意的是，实际上，例如，在大电网内，发电和消耗容量频繁改变，例如，在新供应商加入电网和/或间歇发电(例如，风和太阳)源中或者从电网和/或间歇发电源中去除时。这表示实际上，电网刚度可以是电网的基本上动态的性能。
电网惯性是存储在电网内的能量的总量的测度，并且影响电网的工作频率响应于电网平衡的变化而改变的速率。具有高比例的旋转发电的同步电网的区域通常具有作为旋转动能存储在发电机内的大量能量(即，具有高惯性)，因此，具有将电网的工作频率保持为标称电网频率的更大容量。与此相反，具有低比例的旋转发电的同步电网的区域具有较低量的存储能量(即，具有低惯性)，因此，具有将电网的工作频率保持为标称电网频率的更小容量。因此，在电网的高惯性区域内的频率变化率小于在电网的低惯性区域内的频率变化率，并且“惯性”可表示该频率变化率。
由于在电网内的频率响应特征可以提供电网响应于消耗或发电的突然变化的方式的指示，所以有助于网络运营商理解电网频率响应特征在整个电网上变化的方式。通常，使用相量仪表进行电网工作频率的精确的并且高分辨率的测量，来确定电网频率响应特征。由于仪表昂贵，所以实际上不广泛地分布；通常，在输电网内的有限数量的中心节点上进行测量。这表示测量对在电网内的局部变化相对不敏感。
进一步地，由于测量产生大量数据，所以通常离线分析测量。这表示在频率响应特征的确定中具有延迟；这使网络运营商等难以对频率响应特征的变化及时做出反应。
本发明的目标在于，至少缓解先有技术的一些问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于在测量系统内确定在电网的同步区域内的频率响应特征的方法，电流(electricity)根据电网频率在电网内流动，其中，所述电网连接至被布置为消耗来自所述电网的电力和/或将电力提供给所述电网的第一组的一个或多个功率单元(powerunit)，使得所述第一组的一个或多个功率单元的功率供应和/或消耗的变化造成在所述电网内的功率流(powerflow)的变化，其中，基于控制信号的序列(asequenceofcontrolsignals)对至和/或来自所述功率单元中的每一个的功率流进行调制，从而调制所述电网频率以根据所述控制信号的序列提供调频信号(frequencymodulatedsignal)，所述方法包括：
在测量系统中测量与在所述电网中流动的电流的频率相关的频率特征；
访问存储与所述一个或多个功率单元的功率特征相关的数据的数据库，并且基于所述数据确定与所述功率流调制相关的特征；并且
基于所测量出的频率特征和所确定的功率流调制特征来确定与所述电网的至少一个区域相关联的频率响应特征。
由于所需要的频率特征测量装置比较简单，所以在电网的同步区域内测量由具有已知的功率特征的现有功率单元产生的调频信号的特征，能够通过较低的成本实时或者近实时确定在电网内的很多点上的频率响应特征。
在一些实施方式中，确定所述频率响应特征包括使所测量出的频率特征与所述功率流调制特征相关联。
在一些实施方式中，确定所述频率响应特征包括确定所述功率流调制特征与所测量出的频率特征的比率。
在一些实施方式中，确定所述频率响应特征包括确定所述功率流调制特征相关联和所测量出的频率特征的比率。
在一些实施方式中，所述功率流调制特征包括与所述功率流调制相关的幅度特征。
在一些实施方式中，所述幅度特征(magnitudecharacteristic)包括所述功率流的幅值(amplitude)。
在一些实施方式中，基于以下项中的一个或多个来测量所测量出的频率特征：交流电压的频率、交流电流的频率、测量出的在所述电网内流动的功率的频率、频率的变化率、交流电流或交流电压的周期。
在一些实施方式中，所测量出的频率特征包括与所述调制的信号相关联的频率的时间变化。
在一些实施方式中，所述频率响应特征包括惯性特征(inertiacharacteristic)。
在一些实施方式中，所述惯性特征包括与所述调频信号相关联的上升时间和下降时间中的至少一个。
在一些实施方式中，所述频率响应特征包括与功率平衡的每个单位变化(perunitchange)的电网频率的变化幅度相关的特征。
在一些实施方式中，所述第一组功率单元是分布式的一组功率单元，并且存在一种方法，包括：
根据控制模式，调制至和/或来自所述第一组的功率单元中的每个的功率流，使得协调所述多个功率单元的功率的消耗和/或供应，以提供所述测量系统可检测的具有集体频率特征(collectivefrequencycharacteristic)的集体调频信号(collectivefrequencymodulatedsignal)。
根据控制模式调制至和/或来自所述多个功率单元中的每个的功率流，启用一种由连接至电网的能够具有功率流调制的一个到所有功率单元共同传送给测量系统的方法。在使用消耗少量功率的功率单元时，这可以有利，这单独不能产生足够强烈以由测量系统可检测的调频信号，超过其他信号或电网噪声，但是在协调时，可以共同产生足够强烈用于在电网内的期望点上检测的调频信号。通过这种方式，可确定频率响应特征的地点的数量可增加。
在一些实施方式中，包括将指定所述控制模式的信号发送给所述第一组的功率单元的每个功率单元。
在一些实施方式中，所述控制模式包括重复模式，并且根据所述重复模式连续控制进入和/或来自所述第一组一个或多个功率单元的功率。
包括重复模式的控制模式可有利于给测量系统提供测量功率流模式的特征的多个机会，并且有利于由测量系统平均连续相同的功率流模式，以(例如)在确定在电网内的惯性时允许更高的精度。
在一些实施方式中，根据所述控制模式间歇性控制进入和/或来自所述第一组一个或多个功率单元的功率。
间歇性的控制可有利于省电的目的，允许功率单元(例如)在不需要时保持关闭。这还可有利于将数据编码成功率流控制模式，因此，有利于通过在电网内产生的功率流模式将数据传送给测量系统。
在一些实施方式中，提供了一种方法，其中，所述共同调制的信号包括识别所述一组功率单元的标识符，所述方法包括：
访问存储各自与所述第一组的一个或多个功率单元相关联的一个或多个标识符的数据库；并且
确定在包含在所述集体调制的信号中的标识符与存储在所述数据库中的一个或多个标识符之间的对应关系，从而识别所述第一组的一个或多个功率单元。
在一些实施方式中，存储在所述数据库中的每个标识符与所述电网的至少一个区域相关联并且所述方法包括基于所确定的标识符对应关系来确定与所确定的频率响应特征相关联的区域。
在一些实施方式中，提供了一种方法，其中，所述电网连接至第二组的一个或多个功率单元，每个功率单元被布置为消耗来自所述电网的功率和/或将功率提供给所述电网，所述方法包括：
基于所确定的频率响应特征确定用于在触发所述第二组的一个或多个功率单元的功率消耗和/或供应上的变化时所使用的一个或多个参数；并且
传输所述一个或多个参数，用于在所述第二组功率单元上接收。
在一些实施方式中，提供了一种方法，包括：
在所述第二组的功率单元上接收所述一个或多个参数；
基于所述接收的参数获得触发条件；
基于在第二组功率单元局部地(locally)在所述电网内流动的电力的所测量出的频率特征，确定是否满足所述触发条件；并且
响应于确定满足所述触发条件，改变进入和/或来自所述第二组功率单元的功率流。
触发功率单元的功率消耗和/或供应的变化，可以有助于限制在电网内的其他地方的功率流的变化对电网频率的影响。由于频率响应特征响应于功率流的变化提供(例如)与电网频率的变化率相关的信息，所以在触发参数的获得内包含频率响应特征有利。因此，功率单元的触发参数可以定制成在局部电网惯性(例如)较低的情况下提供(例如)较早的响应并且在局部电网惯性(例如)较高的情况下提供较晚的响应。由于避免了可以造成不可接受的电网频移的在(例如)低惯性环境内太晚的响应以及会对功率单元的使用造成不必要的中断的对(例如)高惯性环境太早的响应，所以这是一种有利的设置。同样，例如，由于对规定的可能功率平衡变化提供了所测量出的频率特征变化的可能幅度的指示，所以在触发参数的获得内包含(例如)刚度特征有利。
在一些实施方式中，提供了一种方法，包括：
在所述测量系统上限定在第一时间周期期间与所述频率特征相关联的第一系列值以及在稍后的第二时间周期期间与所述频率特征相关联的第二系列值；
在所述测量系统上，确定基于所述第一系列值的具有第一系数集合的第一多项式函数以及基于所述第二系列值的具有第二系数集合的第二多项式函数；并且
在所述测量系统上，基于在所述第一系数集合与所述第二系数集合之间的差，确定是否满足所述触发条件。
在一些实施方式中，提供了一种方法，其中，所述电网连接至第二组一个或多个功率单元，功率单元布置为消耗来自所述电网的功率和/或将功率提供给所述电网，所述方法包括：
基于与和所述第二组功率单元相关联的区域相关联的所述确定的频率响应特征，确定用于触发所述第二组一个或多个功率单元的功率消耗和/或供应的变化的一个或多个参数；
基于所测量出的频率响应特征获得触发条件；
在与所述第二组功率单元相关联的区域内测量与在所述电网内流动的电流的频率相关的频率特征；
将在与所述第二组功率单元相关联的区域内测量的所测量出的频率特征传送给所述测量系统；
基于传送的所测量出的频率特征确定是否满足所述触发条件；并且
响应于确定满足所述触发条件给所述第二组功率单元发送改变进入和/或来自所述第二组功率单元的功率流的请求。
以上实施方式能够在用作一些或所有电网的中央控制中心执行(例如)是否满足触发条件的确定。由于能够集中控制触发、集中覆盖触发(一种集中控制在功率单元上的功率流的方法)，所以这可有利，并且与用于在每个装置上的这些功能的需要先有技术方法的设备相比，还可启用一种触发条件确定的更划算的方法。
在一些实施方式中，所述第二组功率单元与所述第一组功率单元相同。
在一些实施方式中，所述功率调制包括实际功率和无功功率中的至少一个的调制。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于确定在电网的同步区域内的频率响应特征的测量系统，其中，电流根据电网频率在该电网中流动并且所述电网连接至被布置为消耗来自所述电网的电功率和/或将电功率提供给所述电网的一组的一个或多个功率单元，使得通过所述功率单元的功率供应和/或消耗的变化造成在所述电网中的功率流的变化，其中，基于控制信号的序列对至和/或来自所述功率单元中的每一个的功率流进行调制，从而调制所述电网频率以提供调频信号，所述测量系统被布置为：
测量与在所述电网中流动的电流的频率相关的频率特征；
访问存储与所述一个或多个功率单元的功率特征相关的数据的数据库并且基于所述数据确定与所述功率流的调制相关的特征；并且
基于所测量出的频率特征和所确定的功率流调制特征来确定与所述电网的至少一个区域相关联的频率响应特征。
在一些实施方式中，本发明的第二方面包括和与上面相对于本发明的第一方面列出的各种实施方式相关联的所有特征对应的特征。
根据本发明的第三方面，提供了一种功率控制装置，用于使用一个或多个关联的功率单元来提供对在电网的同步区域中流动的电流的频率上的变化的响应，其中，所述电网连接至测量系统，所述测量系统被布置为确定在所述区域内的该电网的频率响应特征并且基于所测量出的频率响应特征来确定一个或多个触发参数，所述功率控制装置被布置为：
从所述测量系统间歇性地接收一个或多个参数，从所确定的频率响应特征获得所述参数；
基于所接收到的一个或多个参数获得触发条件；
基于测量出的在所述电网中流动的电功率的频率特征来确定是否满足所述触发条件；并且
响应于确定满足了所述触发条件而改变至和/或来自所述功率单元的功率流。
在一些实施方式中，所接收到的一个或多个参数中的一个包括所述触发条件。
在一些实施方式中，所述频率响应特征包括惯性特征。
在一些实施方式中，所述频率响应特征包括与功率平衡的每个单位变化的电网频率的变化幅度相关的特征。
在一些实施方式中，功率控制装置被布置为：
限定在第一时间周期期间与所述频率特征相关联的第一系列值以及在稍后的第二时间周期期间与所述频率特征相关联的第二系列值；
确定基于所述第一系列值的具有第一系数集合的第一多项式函数以及基于所述第二系列值的具有第二系数集合的第二多项式函数；并且
基于在所述第一系数集合与所述第二系数集合之间的差确定是否满足所述触发条件。
以上实施方式允许触发条件基于频率随着时间改变的方式。由于可以提供可允许快速恢复电网频率的对频率特征的较快变化的较早响应，并且可替换地提供防止功率单元的不必要的中断的对频率特征的较慢变化的较晚响应，所以这会是有利的。由于提供滤出在规定的时间尺度上发生的频率特征波动的方式，所以这也是有利的，所述波动可表示对确定是否满足触发条件没有兴趣的噪声或其他波动。
在一些实施方式中，第一多项式函数和第二多项式函数是二次多项式函数。
在一些实施方式中，基于与在所述第一系数集合内的对应系数相差超过预定量的所述第二系数集合的至少一个系数的值，识别频率变化事件。
在一些实施方式中，功率控制装置被布置为根据多项式外推技术(polynomialextrapolationtechnique)和/或二次曲线外推技术(conicextrapolationtechnical，圆锥曲线外推技术)测量所述一系列值。
在一些实施方式中，功率控制装置包括被布置为基于相量测量来测量所测量出的频率特征的相量测量仪表。
在一些实施方式中，所述相量测量仪表被布置为参照绝对时间参考测量与在所述电网内测量的电压的矢量相关联的相位。
在一些实施方式中，所测量出的频率特征包括以下中的一个或多个：交流电压的频率、交流电流的频率、在所述电网内流动的功率的所测量出的频率；频率的变化率；以及交流电流的周期。
在一些实施方式中，功率控制装置被布置为接收信号，所述信号表示可控制功率流的时间周期。
在一些实施方式中，所述功率调制包括实际功率和无功功率中的至少一个的调制。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于响应于在电网内的频率变化的系统，所述系统包括：
分布式的多个功率控制装置，每个功率控制装置控制连接至所述电网的相应功率单元；以及
测量系统，用于将一个或多个触发参数传输给所述多个分布式的功率控制装置。
在一些实施方式中，所述测量系统被布置为：
限定来自所述分布式的多个功率控制装置的多个组的功率控制装置；
将不同的相应触发条件分配给所述多个组中的每一组；并且
向每个功率控制装置传输触发条件，所述触发条件被分配给分配了所述触发条件的组。
在一些实施方式中，所述测量系统被布置为：
访问存储与和所述功率控制装置相关联的功率单元的功率消耗和/或供应相关的配置文件信息的功率单元数据库；并且
基于所述访问的配置文件信息限定所述多个组。
在一些实施方式中，所述测量系统被布置为：
接收指示表示所测量出的频率特征的多项式函数的数据；
基于所述多项式函数外推与所测量出的频率特征相关联的未来期望值；并且
基于所述外推的未来期望值确定响应于所述频率变化事件的期望功率流要求。
由于允许更多的时间来组织对可造成满足触发条件的频率特征的变化的有效响应，所以在以上实施方式中规定的频率特征的预测有利。由于提供了允许更严格地控制频率特征的补偿可能在不久的将来发生的频率特征变化(而非补偿已经发生了的变化)的方式，所以该预测也有利。
在一些实施方式中，所述测量系统布置为：
访问包括与所述功率单元的功率消耗和/或供应相关的配置文件信息的功率单元数据库；
基于所述期望功率流要求和所述配置文件信息，限定响应于所述频率变化事件的一组或多组一个或多个功率单元。
在一些实施方式中，所述测量系统被布置为传输控制与功率控制装置相关联的功率单元的电力的消耗和/或供应的用于在所述限定的组的功率单元上接收的一个或多个请求，从而改变在所述区域内的电能的净消耗。
根据本发明的第五方面，提供了一种功率控制装置，使用由一个或多个关联的功率单元来提供对在电网内流动的电流的频率的变化的响应，其中，电流根据电网频率在所述电网内流动，所述功率控制装置包括频率测量装置并且被布置为：
使用所述频率测量装置在所述功率控制装置上监控所述电网频率的变化；
至少部分基于所述监控确定触发条件；
基于在所述电网内流动的电力的所测量出的频率特征确定是否满足所述触发条件；并且
响应于确定满足所述触发条件改变进入和/或来自所述功率单元的功率流。
在一些实施方式中，功率控制装置布置为响应于与阈值相交的所测量出的频率特征：
在与所述阈值相交之前的时间执行所测量出的频率特征的分析；并且
至少部分基于所述分析确定所述触发条件。
在一些实施方式中，功率控制装置被布置为：
使用所述频率测量装置在获得所述触发条件之后，在所述功率控制装置上监控所述电网频率的变化，并且
基于后续监控获得更新的触发条件。
在一些实施方式中，至少部分基于所述第一触发条件获得所述更新的触发条件。
在以上实施方式中，该装置能够基于其本身获得的触发条件控制功率流。该装置(例如)在不访问通信网络的电网的区域内或者在通过这些网络的命令不划算的情况下有利。
从参照附图进行的仅通过实例提供的本发明的优选实施方式的以下描述中，本发明的进一步特征和优点显而易见。
附图说明
图1是示出可实现本发明的同步电网的示意图；
图2a是示出调频装置的示意图；
图2b是示出在调制的功率的生成/消耗平衡与在电网内产生的电网调频之间的关系的示图；
图3是示出测量装置的示意图；
图4a是示出示例性方波功率调制的信号的示图；
图4b是示出在电网的低惯性区域内的调频信号的示图；
图4c是示出在电网的中间惯性区域内的调频信号的示图；
图4d是示出在电网的高惯性区域内的调频信号的示图；
图5是示出用于确定在电网的区域内的频率响应特征的实例方法和设备的示意图；
图6a是示出为所测量出的频率特征限定的一系列间距的示图；
图6b是示出可以与多项式函数拟合的所测量出的频率特征的示图；
图6c是示出可以与多项式函数拟合的所测量出的频率特征的示图；
图6d是示出可以与多项式函数拟合的所测量出的频率特征的示图；
图6e是示出可以与多项式函数拟合的所测量出的频率特征的示图；
图6f是示出可以与多项式函数拟合的所测量出的频率特征的示图；
图7是示出响应于电网平衡的突然变化的在三个示例性区域内的频率变化的示图；以及
图8是示出功率控制装置的示意图。
具体实施方式
通常通过配电网或电网将电力从供应商(例如，发电站)供应给用户(例如，家庭用户和企业)。图1示出了包括输电网102和配电网104的示例性电网100，其中可实现本发明的实施方式。
输电网102连接至电力发电机106，该电力发电机可以是核电厂或燃气发电厂，例如，通过电力线(例如，架空电力线路)通过非常高的电压(通常是大约几百kV)将大量电能从电力发电机传输给配电网104。
输电网102通过变压器108连接至配电网104，该变压器将电能转换成更低的电压(通常是大约50kV)，用于在配电网104内进行分配。
配电网104经由包括用于转换成更低电压的另外的变压器的变电站110连接至本地网络，本地网络向连接至电网100的功耗装置提供电力。本地网络可包括家庭用户的网络，例如，城市网络112，该网络将功率供应给消耗大约几kW的较少量电力的在私人住宅113内的家用电器。私人住宅113还可使用光伏装置117来提供较少量的功率，用于由在住宅内的电器消耗或者用于将电力提供给电网。本地网络还可包括工业厂房，例如，工厂114，其中，在工业厂房内操作的更大电器消耗大约几kW到MW的更大量的电力。本地网络还可包括更小电力发电机的网络，例如，给电网提供功率的风电场116。
虽然为了简洁起见，在图1中仅仅示出一个输电网102和一个配电网104，但是实际上，一个典型的输电网102将电力供应给多个配电网104，并且一个输电网102还可与一个或多个其他输电网102互连。
电力在电网100内流动作为交流电流(AC)，该电流以可被称为电网频率(根据国家，通常是50或60Hz)的系统频率流动。电网100通过同步频率操作，使得频率在电网的各个点上基本相同。
电网100可包括在电网100与其他电网之间提供DC连接的一个或多个直流(DC)互连117。通常，DC互连117连接至电网100的通常的高电压输电网102。DC互连117在各种电网之间提供DC连接，使得电网100限定通过不受到其他电网的电网频率的变化的影响的规定的同步电网频率操作的区域。例如，英国输电网通过DC互连连接至欧洲大陆同步电网。
电网100还包括用于调制电网100的工作频率的一个或多个装置(在本文中称为“调频装置”118)和具有测量装置120的形式的测量系统，该测量装置被布置为测量与电网的工作频率(在后文中称为电网频率)相关的特征。
每个调频装置118与功率单元119(可消耗来自电网100的电力或者将电力提供给电网100)或者一组功率单元119相关联，并且被布置为调制至和/或来自该功率单元119或者这组功率单元119的功率流，如下面参照图2a所述。调频装置118可单独设置至功率单元119和/或安装在功率单元119上。功率单元119可包括电力发电机106、在住宅楼宇113或工业厂房114内的电器和/或小型电力发电机，例如，风力涡轮机116或太阳能电池板117。在此背景下，可有利于功率单元119具有能够有效调制功率流的低惯性。
一个或多个调频装置118可位于在配电网104内或者在输电网102内的功率单元119上，或者位于电网100的任何其他位置。调频装置118通过功率单元119操作，以在电网100内传输代码序列。虽然为了简单起见，在图1中仅仅示出了7个调频装置118，但是要理解的是，实际上，根据与调频装置118相关联的功率单元119的容量，电网100可包括几百或几千个这种装置。而且，要理解的是，虽然为了简单起见，在图1中仅仅示出了一个测量装置120，但是实际上，多个测量装置120可在相同的同步电网100内操作。在调频装置118与大容量功率单元119(例如，在工业厂房内的功率单元)相关联的情况下，在电网100内仅仅具有少量调频装置118。在一些实施方式中，在电网100内可具有仅仅一个调频装置118。
调频装置118可分布在较大数量的更小容量功率单元119(例如，每个功率单元提供几W或几十kW)之中，使得每个功率单元119对频率调制的贡献更小，但是使得组合的调频信号具有与单个更大的功率单元119相同的强度。调频装置118的分布具有以下优点：可以执行更小负荷的切换，无需昂贵的功率切换设备(例如，可以反而通过可大量生产的基于半导体的开关执行切换)，并且更小负荷的切换仅仅将较少量的电压噪声引入局部电网环境内，使得(例如)电源电压保持在一定范围内。
通常，在电网100之上传输调频信号所需要的总调制负荷取决于用于传输信息的特定编码方案，如下所述。不同的编码方案在测量装置120上产生不同的增益量，因此，调制所需要的功率可在大幅范围内，例如，从W到MW。
调频装置118均调制进入和/或来自相应相关联的功率单元119的功率流。在具有不止一个调频装置的情况下，所述一个或多个调频装置118中的每个可与其他调频装置118中的每个同步并且布置为根据控制模式调制功率流，使得调频装置118促使在电网100内共同调制功率流。即，调频装置118在电网100内共同造成功率平衡的调制变化，功率平衡的变化是进入/来自具有相关联的调频装置118的每个功率单元119的调制功率流的组合效应。
调频装置118可被布置为调制进入和/或来自其相关联的功率单元119的无功功率流。例如，调频装置118可包括用于修改其相关联的功率单元119的无功功率贡献的逆变器。调制功率单元的无功功率贡献促使通过可用实际功率的对应调制来局部调制电网100的效率。反过来，促使调制电网平衡，如上所述促使调制电网频率。
在某些实施方式中，调频装置118可布置为调制仅仅实际功率、仅仅无功功率、或者实际和无功功率。
图2a示出了调频装置118的示例性设置。调频装置118在电网100与一个或多个功率单元119之间形成接口并且通过一个或多个功率单元119操作，以在电网100内传播调频信号。调频装置118包括输入/输出(I/O)接口202、数据存储器204、处理器206、调制器208以及时钟210。
调频装置118被布置为通过I/O接口202从控制器接收数据。控制器可以是测量装置120的一部分。可替换地，控制器可不直接连接至电网100，但是相反，可通过I/O接口202接收数据。I/O接口202布置为通过固定的或无线通信网络接收信息，该网络可包括全球移动通信系统(GSM)、通用移动通信系统(UMTS)、长期演进(LTE)、固定的无线接入(例如，IEEE802.16WiMax)、以及无线网络(例如，IEEE802.11WiFi)中的一个或多个。
经由I/O接口202接收的信息可被存储在数据存储器204内。存储在数据存储器204内的信息可包括控制序列的表示，根据该控制序列，由调频装置118(在本文中称为“代码”)调制电网频率。代码可表示用于根据预先定义的控制模式控制调制器208的控制信号。
处理器206被布置为从数据存储器204检索代码并且生成用于控制调制器208的控制信号。处理器206访问数据存储器204，检索代码，并且基于该代码，生成控制信号，并且将那些控制信号发送给调制器208，以控制进入/来自功率单元119的功率流。控制信号可具有要在电网100内传播的信号的位模式的形式。代码通常限定参考时钟210提供的控制信号的时变模式。时钟210可与其他调频装置118的时钟同步，使得连接至电网100的调频装置118中的每个与每个其他调频装置118同步。这能够同时在每个调频装置118上开始传播调频信号。时钟210的同步可基于通过I/O接口202接收的同步信号或者由任何其他方式执行。
调制器208布置为响应于由处理器206生成的控制信号调制入/来自功率单元119的功率流。调制器208可包括用于连接/分离功率单元119和电网100的开关和/或允许调制进入/来自功率单元119的功率流的任何电气或电子装置。例如，功率单元119在调制期间不必完全关闭，而是反而可在功率消耗和/或供应的设定点之间调制。调制器208可以是衰减器或者某个其他装置，用于改变功率单元119的功率消耗/供应(例如，用于电动车辆和/或其他电气装置的基于逆变器的充电器、用于光伏发电机的并网逆变器、热电联产(CHP)发电机或者风力发电机。
调制电网功率平衡，在电网频率内进行调制，该电网频率在同步电网中在整个电网中相同。
例如，考虑描述了没有理论惯性的电网的图2b，在点A上，电网100平衡(即，电力的总需求大致等于在电网100内生成的或者提供给电网100的功率的总量)，并且电网频率稳定为(例如)50Hz。在点B上，电网功率平衡改变，使得从点B到点C具有过量消耗。这在点B′上造成电网频率的对应下降，保持该下降，直到点C′。在点C上，电网功率平衡改变，使得在点D上具有过量发电，保持该发电，直到点E。这在点C′与D′之间造成电网频率的对应上升，从点D′到点E′保持该上升。电网频率响应于电网功率平衡的规定的变化而改变的程度的特征在于电网刚度，并且在图2b的示图中表示为直线的梯度。即，例如，在图2b中，较坚硬的电网会具有代较小梯度的线路，使得较大电网功率平衡变化会仅仅造成较小电网频率变化。应注意的是，虽然在电网频率变化与电网功率平衡之间的关系通常是单调的，但是可背离线性，如在图2b中所述，并且在某些时间可具有(例如)某种曲率。
通常，在(例如)点D′和E′之间保持更大的电网频率，取决于调制频率(即，调制功率流的频率)。具体而言，在调制周期(调制频率的反数)小于自动校正和/或电网运营商对电网功率平衡的变化做出反应的特征反应时间的情况下，可保持更大的电网频率。在较快调制功率流的实施方式中，自动地和/或由电网运营商使用的功率平衡补偿机构不能足够快速地做出反应，以抵消调制，然而，在较慢调制功率流的情况下，功率平衡补偿机构可通过补偿机构抵消来开始降低预期调制的效应。
通常，电网频率调制的幅值在μHz到几mHz的范围内，因此，不超过电网运营商必须将电网频率(标称系统频率)保持在其内的约定限制，并且不使电网运营商响应于调制来开始任何手动或自动电网平衡测量。而且，通过小于电网频率的速率调制电网频率，在电网100内避免了变压器108、110衰减调频信号。
调制器208通常被布置为通过通常高达10Hz的调制频率调制进入/来自功率单元119的功率流(虽然这再次取决于每个电网的性质)。在一些实施方式中，通过小于一半预先定义的电网频率的调制频率，调制进入和/或来自功率单元119的功率流。在一些实施方式中，通过小于四分之一预先定义的电网频率的调制频率，调制功率流。在一些实施方式中，通过小于十分之一预先定义的电网频率的调制频率，调制功率流。
在该频率范围内，可以切换适度高的负荷。由于调制器208调制通过小于电网频率的调制频率调制进入/来自功率单元119的功率流，所以电网100的基础设施不比调制的AC电功率更多地抑制调制信号。这去除了围绕在基础系统(例如，50Hz)频率上覆盖高频(100Hz到MHz)信号的电力线通信所需要的装置(例如，变压器108、110)提供额外通信路线的需要。
应注意的是，可有利于在AC波形的零交叉上调制进入/来自功率单元的功率流。例如，在调制包括打开和关闭进入/来自该装置的功率流的情况下，可在零交叉点上在打开与关闭之间进行过渡。这尽可能减少生成随后分配到电网内的不必要的谐波，因此，尽可能减少由调制造成的不必的电网噪声。
虽然调频装置118在图2a中被显示为与功率单元119分开，但是要理解的是，在一些实施方式，调频装置118与功率单元119可以是一体的。
应注意的是，虽然代码如上所述被存储在调频装置118的数据存储器204内，但是在一些实施方式，代码可远程(例如，在控制器上)存储并且在需要时由调频装置118访问。例如，代码可传输给调频装置118，在这种情况下，可不存储在调频装置118上，或者仅仅存储在暂时数据存储器内。
通过调制调频装置118对功率流的调制促使电网频率的对应调制，这在整个规定的同步电网100上是相同的。
如下面参照图4所解释的，对规定的频率流调制的频率响应取决于在提供功率调制的这个或这些调频装置118本地的频率响应特征。
由于电网频率在整个电网100上是相同的，所以调制的频率在整个电网100上也是相同的，因此，能够检测调制的电网频率的测量装置120能够在可连接至电网100的任何点上测量调频信号。
图3是示出配置为测量在电网100内传播的调频信号的示例性测量装置120的示图。测量装置120包括检测器302、数据存储器304、处理器306、输入-输出(I/O)接口308以及时钟310。
检测器302可以是能够足够精确地检测或测量与电网频率相关的特征的任何装置。
在一些实施方式中，与电网频率相关的时间周期用作电网频率的特征测度。例如，作为在电压与0V相交的时间之间的周期的半周期的测量可用作与电网频率相关的特征。
在一些实施方式中，可确定对应于完成半周期(或全周期)所需要的时间的反数的瞬时电网频率。可均衡并且在数字上过滤频率数据，以去除在信号频率的已知的并且期望的范围之外的频率分量。例如，可去除对应于电网频率的频率分量和/或与噪声相关的频率分量。
在一个实施方式中，检测器302可包括布置为通过高于电网频率的频率为电压取样的电压检测器以及布置为将取样的电压转换成数字电压信号的模数转换器。例如，电压检测器可布置为每个周期给电压取样1000次。然后，可处理数字电压信号，以高度精确地(在μs到ms的范围内)确定电压与0V相交的时间。
在另一个实施方式中，检测器302可包括布置为通过高于电网频率的频率为电流取样的电流检测器以及布置为将取样的电流转换成数字电流信号的模数转换器，然后，可处理数字电流信号，以高度精确地(在(例如)μs到ms的范围内)确定电流与0V相交的时间或者与电流波形相关联的其他特征。
在又一个实施方式中，检测器302可包括电压检测器和电流检测器。测量电压和电流与0V相交的时间，使测量装置120能够确定电压和电流的相对相位的变化，从而使测量装置120能够补偿在电网内的无功功率的变化。这反过来能够更精确地测量频率(或者与频率相关的特征)。
如上所述，除了测量电网频率以外或者作为测量电网频率的替代，检测器302可基于电压和/或电流的测量，测量在电网内流动的功率的频率变化率。
数据存储器304可存储表示所述一个或多个调频装置118使用的功率调制模式的数据；例如，可表示方波模式，如下面参照图4a到图4d所述。通过使存储的数据模式格式与所测量出的频率信号相关联，处理器306可使用存储的数据模式格式帮助从所测量出的频率信号提取调频信号。测量装置120可包括相关器，该相关器布置为使所测量出的频率信号和已知的调制模式相关联，以在数字调频信号内识别在高与低状态之间的过渡。甚至在调制的信号的幅值(如上所述，可以高达几mHz)小于在电网频率内的噪声级(通常在10到200mHz的范围内)时，这能够从所测量出的频率提取调制的信号。这些典型值从一个同步电网到另一个同步电网并且在规定的同步电网中随着时间大幅变化。
数据存储器304还可存储与一个或多个功率单元119或者一组或多组功率单元119(或其相关联的调频装置118)相关的识别数据。在后文中称为标识符的这种识别数据可用于识别调频信号的来源，如下所述。标识符可对应于上面提及的“代码”；换言之，所述几组功率单元119(或其相关联的调频装置)可由其产生的调频模式识别。
数据存储器304还可存储与其电力消耗和/或供应由调频装置118调制的功率单元的一个或多个功率特征相关的数据以及在该数据与上面提及的标识符之间的关联性。数据存储器304还可存储表示调频装置118所在的电网的区域(例如，国家、县、城市或者邮政编码)的数据以及在该数据与上面提及的标识符之间的关联性。
数据存储器304还可用于存储在电网内传播的实测和提取的调频信号数据。
处理器306可以是能够处理与在电网100内流动的电流的频率特征相关的数据的任何处理器。处理器可包括但不限于专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)以及通用可编程处理器中的一个或多个。
处理器306被配置为处理与所测量出的频率特征相关的数据，以确定在电网100的同步区域内的频率响应特征。具体而言，处理器306配置为访问数据存储器304，以检索其电力消耗和/或供应由调频装置118调制的功率单元119的功率特征相关的数据并且确定与所述一个或多个功率单元119的功率流调制相关的特征。基于所测量出的频率特征和所确定的功率流特征，处理器确定与电网100的至少一个区域相关联的频率响应特征。
图4a示出了由调频装置118提供的示例性功率调制信号的绘图，并且图4b到图4d示出了具有低、中间以及高惯性量的异步电网的区域的调频信号的对应示图。具体而言，图4a示出了具有恒定周期和50％的占空比的方波功率调制信号。
在图4b到图4d中的每一个中，虚线表示功率流的变化的波形，实线示出了对应的频率变化。要注意的是，图4b到图4d中的每个的电网具有相同的刚度，表示在规定的充分时间，响应于功率平衡的规定的变化的频率变化的程度会相同。然而，这些示图中表示的电网确实具有变化的惯性，这是规定的功率流变化具有其变化形式的频率响应的原因。
图4b示出了在具有较低惯性的电网的区域中由功率调制造成的频率变化。调频信号密切对应于功率调制信号。
图4c示出了在具有中间量惯性的电网的区域内由功率调制造成的频率变化。与功率调制信号相比，修改调频信号，因此，所述调频信号不如图4b的调频信号密切对应于功率调制信号。具体而言，频率改变的速率比在图4b中示出的速率更慢，因此，调制信号出现延迟并且相对于图4a的输入的功率调制信号是光滑的。
图4d示出了在具有较高惯性的电网的区域内由功率调制造成的频率变化。与功率调制信号相比，大幅修改调频信号。在所示出的特定实例中，延迟和光滑的程度促使在功率调制信号的时间帧内在功率调制接下来的切换之前，调频信号未达到其最大值。
因此，通过确定与从所识别的功率单元119(或其组)造成的调频信号的形式相关的参数，并且比较该参数和产生信号(通过访问数据存储器304来识别的)的功率流调制的已知特征，测量装置120能够在功率装置119(或其组)所在的电网的区域内确定惯性。进一步，分析响应于已知的功率调制信号的频率变化的程度，也使测量装置120能够确定电网刚度。
使用上面描述的测量方法，电网系统运营商(或其他方)能够确定表示整个同步电网100和/或表示同步电网的局部区域性区域的频率响应特征。因此，电网系统运营商可以访问在电网100的各种区域内的频率响应特征，并且基于那些特征，规划电网平衡的未来变化。而且，测量装置120可使用确定的频率响应特征来自动或者半自动控制在电网100内的功率单元，以给电网频率的变化提供校正措施，如下所述。
上面描述的频率响应特征测量可用于在使用所测量出的频率响应特征的在地理上相邻的区域内的频率响应特征的未来变化以及可用的额外信息，包括(例如)电流和预测的气象信息和/或在相关区域内发电的特征，例如，可再生到不可再生发生源的混合(基于可再生能源常常具有(例如)较低惯性这一事实)。
上面提及的频率响应特征可以是基于相对于功率流调制的相对频率响应的(例如)电网的惯性或刚度的相对指示。这种指示可提供关于电网的惯性或刚度的定性信息，不必确定其绝对定量值。例如，通过使用互相关或者其他相关处理使所测量出的频率特征和功率流调制的幅度特征相关联，可确定频率响应特征的指示。可替换地，通过所确定的幅度的特征和所测量出的频率特征的比率，可确定刚度的指示。
可替换地或者此外，频率响应特征可包括惯性和/或刚度的绝对数值。
作为一个实例，通过分析频率特征的时间变化，例如，通过分析由脉冲造成的电网频率的脉冲响应(该脉冲由在电网内的功率流的已知调制造成)，可确定惯性特征。例如，根据时间的在电网频率内的响应可由指数函数装有特征时间常数。如果功率流脉冲对应于功率流的增大，那么时间常数对应于“上升时间”，并且如果功率流脉冲对应于功率流的减小，那么时间常数对应于“下降时间”。然后，与惯性相关的特征可限定为与该上升时间或下降时间成比例，因此，更长的上升和/或下降时间表示具有更大惯性的电网的区域。
作为另外的实例，通过响应于功率平衡变化的已知幅度来分析频率特征变化的幅度，可确定刚度特征。例如，这可以包括确定电网频率的脉冲响应的实测幅度(例如，以Hz为单位)与造成其的功率流的脉冲的已知幅度(例如，以W为单位)的比率，在该实例中，引起以HzW-1为单位的刚度特征。
例如，与上面提及的所述一个或多个功率单元119提供的功率流调制相关的幅度的特征可以是由一个功率单元119及其对应的调频装置118提供的功率调制的幅度，或者如下面更详细所述，在不止一个功率单元119及其相关联的一个或多个调频装置118用于提供调频信号的情况下，幅度特征可以是所有调制的功率单元119的总调制幅值。
在一些实施方式中，一组(例如，分布式的一组)功率单元119的功率流可由其相应的调频装置118根据单个控制模式通过协调的方式调制。通过该方式，协调这组功率单元119的功率消耗和/或供应，以提供具有测量装置120可测量/可检测的共同测量的频率特征的集体调频信号。如上所述，通过消除昂贵的功率切换设备(例如，切换反而可以由可大量生产的基于半导体的开关执行)的需求并且仅仅在本地电网环境内引入较小量的电压噪声，这能够执行更小负荷的切换。
为了来自该组的每个成员的所产生的调频信号与来自其他成员的调频信号建设性组合，代码的使用可同步，即，每个组成员的处理器206应协同(例如，基本上同时)该组的其他成员激活代码。这可以通过多种方式实现；例如，每个调频装置118的时钟210可以同步，并且装置118配置为在预定的时间激活代码。
通过协调来自一组装置的调频信号，可以产生测量装置120可更容易检测的信号的幅度。
这组功率单元119(和/或其对应的调频装置118)可基于其位置分组，使得共同调制在特定区域或地区的或者在电网100内的特定位置的功率单元119，以传播在相同地点的共同的调频信号。通过该方式将功率单元119(或其相关联的调频装置118)分组，使测量装置120能够确定该特定区域或地区的或者在电网100内的位置的本地频率响应特征。
为了能够区分由规定的一组传播的调频信号和在电网频率内的背景变化和/或和来自其他组的调频信号，如上所述，测量装置120可在数据存储器304内存储均与一个或多个调频装置118相关联的代码(在后文中称为标识符)，并且调频装置118可包括与在电网100内传播的调频信号中的其相应的标识符相关的信息。
在规定的一组内的每个调频装置118可具有指示与该调频装置118相关联的标识符的数据，并且可生成控制信号，根据所述控制信号，调制对应于或者包括分配给该组的标识符的在该组内的每个功率单元119。通过该方式，调频装置118包括在电网100内传播的调频信号中的标识符。为了识别这组功率单元，测量装置120可访问存储与这组功率单元119(或其相关联的调频装置118)相关联的一个或多个标识符的数据库(例如，在测量装置120的数据存储器304内)，并且无额定在包含在实测共同的调频信号内的标识符与存储在数据库内的一个或多个标识符之间的对应。例如，测量装置120可使调频信号(包括标识符)与其存储的标识符相关联，以执行该识别。
为了使测量装置120能够在来自不同组或者来自不同的特定区域的调频信号之间区分，有助于标识符正交或者准正交并且产生正交或者准正交调频信号；即，与规定的一组相关联的相应模式与和其他组相关联的模式不相关联，或者仅仅与其非常微弱地相关联。而且，与电网的不同组或不同区域相关联的代码可正交或者准正交。
控制模式可在制造或安装时编程到每个调频装置118内。可替换地或者此外，测量装置120可通过通信网络将控制模式提供给功率单元的调频装置118。例如，可提供控制模式，作为存储在调频装置118的数据存储器204内的现有控制模式的更新。
控制模式可包括重复模式，根据该重复模式，调频装置118连续控制进入和/或来自功率单元119的功率流。可替换地，调频装置118可根据控制模式间歇性控制进入和/或来自功率单元119的功率流。
调频装置118或者几组调频装置118中的每个传播的调频信号可基于时差而分离(在时间上正交或者准正交)。所述几组调频装置118中的每个可在随机开始时间开始传播测量装置120可测量的在电网内的调频信号。例如，位于不同的地理区域内的调频装置118可布置为或者请求在特定的时间或者在特定的时间帧内在电网100内传播调频信号。为了防止每个调频装置118同时传播调频信号，测量装置120可布置为促使分布式的调频装置118均具有与其他调频装置118中的每个充分不同的调制开始时间。例如，调频装置118可布置为将随机时间延迟加入接收传播调频信号的请求的时间。这提高了每个调频装置118的调频信号由测量装置120在充分分开的时间(即，由比传播信号所需要的时间长度更长的时间长度分离的时间)测量的可能性，使得测量装置120可以在由不同的调频装置118传播的信号之间区分。
每个调频装置118可基于该调频装置118独有的信息确定随机时间延迟。例如，可基于调频装置118的序号，确定随机时间延迟。这减小了两个或多个调频装置118使用相同的时间延迟的可能性，因此，促进在测量装置120上分离由不同的调频装置118传播的信号。
参照图5，示出了用于在规定的时间确定电网的规定区域的频率响应特征(例如，惯性或刚性)的一种实例方法。
图5示出了通过调制装置118连接至同步电网504的一部分的功率单元119。调制装置118可以与在图2a中示出的调制装置相同，但是在图5中，为了清晰起见，仅仅示出了数据存储器204和调制器208。在调制装置118的数据存储器204内存储代码502，分配该代码，以供这组功率单元119使用，并且将该代码502传输给调制器208，以产生功率调制信号，在调制装置连接至电网的点506上，将该信号加入剩余电网的功率流中。
如上所述，功率调制引起对应的频率调制。这些调制信号通过电网508的测量区域传播。虽然信号随着距离衰减并且具有任何过滤，但是这些信号原则上在整个同步电网之上传播。
与测量区域508相关联的频率响应特征引起修改调频信号，如510并且(例如)图4c所示。
由测量装置120测量并且处理修改的调频信号510。可以与在图3中示出的测量装置相同的测量装置120在图5中示出为包括检测器302、模数转换器512、数据存储器304以及相关器514。(要注意的是，相关器514不需要是专用装置并且可以作为在图3中示出的处理器306的一部分实现，例如，作为软件或固件。)
检测器302检测调频信号并且通过模数转换器将该调频信号馈送到相关器514内。
如上所述，调制信号包括识别功率单元的标识符。测量装置120访问存储标识符的数据存储器304，并且确定在包含在调制信号510内的标识符与存储在数据存储器304内的一个或多个标识符之间的对应，从而识别功率单元。在识别功率单元时，测量装置120访问数据存储器304，以建立用于生成检测的调频信号510的相关联的功率流特征。
例如，上述功率流特征可包括以下中的任一个：单元的消耗和/或供应容量、单独单元的功率流变化的幅度、一组单元的功率流变化的总幅度、作为单元的一部分消耗和/或供应容量的功率调制幅度、物理、电气、单元类别和/或地理属性的细节、单元是电力的供应商还是用户的指示、在调制中使用的每个功率流电平的时间持续时间、在调制期间与在不同等级的功率消耗和/或供应之间的切换相关联的上升和/或下降时间、用于单元的功率流调制的精确调制形式、对调制功率的无功功率贡献(例如，改变功率因数的能力)。
存储在数据存储器304内的标识符和相关联的功率流特征可以由(例如)控制模式、用户接口、通信接口、工厂设置或任何其他方式设置和更新。将单元的类型、分组和/或功率流特征传送给测量装置120的可替换的方式还可以是通过(例如)用户接口、通信接口或工厂设置。
由于一个或多个功率单元的上述识别和功率流特征的建立，测量装置120构成传输的功率调制信号的副本。
将数字化检测的调频信号和传输的功率调制信号的副本馈送给相关器514。
然后，相关器514使两个信号相关，并且与函数h(t)的参数拟合，该函数描述电网508的测量区域对为规定的功率流调制检测的调频信号的影响，即，h(t)描述电网的测量区域的脉冲响应。
例如，使h(t)参数化的拟合参数可包括hmax以及表征规定的功率电平变化的电网频率变化的幅度的并且同样表征电网的实测区域的刚度的最大值h(t)。参数hmax可以是电网刚度的绝对幅度，并且例如，可以归因于单位HzW-1。
例如，拟合参数h(t)还可包括tfall，这是在hmax之后发生的在t值上与h(t)拟合的指数衰减函数的特征时间常数。该tfall表征电网频率变化落后于功率流平衡的脉冲，同样，是电网的实测区域的惯性的特征。必要时，可以在代数上操纵并且标准化该tfall，以给局部电网惯性的绝对幅度提供(例如)单位kgm2。
因此，在以上说明性实例中，测量装置120拟合脉冲响应函数h(t)的参数，规定在规定的时间同时确定电网的规定区域的各种频率响应特征，包括(例如)惯性和刚性。应注意的是，以上说明性实例是本发明的方面的实施方式的非限制性实例。例如，在以上实例中的某些步骤不必按照所显示的顺序发生，并且还可以同时放生。
上面提及的电力可以是实际和/或无功功率。实际功率流的调制可由使用纯电阻负荷的调制造成，使得在(交流)电压与电流之间的相位差依然接近0。在这种情况下，调制的幅度与实际功率流的变化相关。在无功功率变化的情况下，调制的幅度可与无功贡献的幅度相关，例如，通过改变自电压与电流之间的相位差或者功率因数，所述无功贡献的幅度可以变化。可替换地或者此外，可使用调制，该调制使用实际和无功功率调制的组合。
例如，频繁更新的电网刚度特征可用于电网管理，这是因为电网刚度的明显变化表明电网的容量绝对、相对和/或在国家或者区域(例如，配电网)上具有明显变化，这可警告电网运营商对识别和校正变化采取措施，并且还能够有效监控电网运营商希望做出的电网刚度的预期变化的实际结果。
通常，响应于电网平衡的变化(将电网频率控制在约定限制内)的行为由达到阈值的电网频率触发，例如，如本地分配的测量装置所测量的。例如，在英国，响应于减小电网频率的传统的触发点是49.8Hz。如下面参照图7所述，到达这种传统的触发点并且因此开始响应于电网频率的变化所需要的时间通常是大约几秒。
根据本发明的一个方面，为了减少响应于电网平衡的这种变化所需要的时间，在一些实施方式中，可分析本地测量的频率特征，以能够早期识别电网频率的明显变化。例如，可基于在本地装置上从仪表中收集的数据，在测量装置上执行该分析，如下所述。通过使数学函数(例如，多项式外推函数和/或二次曲线外推函数)与所测量出的频率特征(例如，在随着时间间隔的一系列时间上测量的)的一系列值拟合，可执行该分析。这可涉及使用“滑动间隔”方法来使该函数与覆盖第一间隔的所测量出的频率特征的第一系列值拟合。然后，移动该间隔，以使使该函数与覆盖第二稍后的时间间隔的所测量出的频率特征的第二系列值拟合。数学函数具有限定该函数的形式的相关联的系数或参数。因此，对于每个时间间隔，可以确定相关联的系数，并且可以比较一个时间间隔的系数和另一个时间间隔的系数，以确定拟合的数学函数的形式是否具有变化。这种识别所测量出的频率特征的变化的方法有利，这是因为该方法通常能够比使用简单的阈值比较检测变化更早地检测变化。
进一步地，可在不同的时间间隔为所测量出的频率特征提供不同的加权，使得(例如)在最近的时间间隔内给测量提供最大加权。该加权程序可以用作滤波器，这是因为该程序可以减少所测量出的频率特征的寄生元件对确定拟合函数的系数的影响。
使所测量出的频率特征的值拟合，还能够外推频率特征的未来值，这反过来能够预测需要用于对检测或预测的变化做出反应的在电网100内的资源量。
而且，通过分析拟合的数学函数的系数，并非与固定的阈值进行比较，可以基于较小的频率等级变化，在具有不同的本地频率响应特征的区域内，预期所测量出的频率特征的明显变化。
在特定的实例中，如在示出在本地测量的频率随着时间t的变化的图6a到图6f中所示，例如，在功率单元119上，所测量出的频率特征的值与二次多项式函数拟合。二次多项式函数的形式是at2+bt+c，并且限定函数的形式的参数是系数a、b以及c。多项式函数与每个时间间隔的频率特征测量连续拟合，其中，为了拟合的目的，“t＝0”连续地重新限定为在每个连续时间间隔内的一致点。在该示例性实现方式中，通过确定值a、b以及c的变化，可以识别电网频率的变化。
图6a示出在标记为1到10的10个时间间隔的周期内的所测量出的频率特征。可以看出，在10个时间间隔的过程中，频率特征具有变化。具体而言，频率特征在时间间隔1、2以及3内稳定，然后，开始在时间间隔4内减小值。频率特征的变化率略微增大为在间隔6内的最大变化率，然后，变化率减小为间隔10。
图6b到图6f示出了二次多项式函数与在图6a中示出的所测量出的频率特征拟合。
在时间间隔2(图6b)内频率特征稳定，使得拟合的多项式函数减小为其梯度接近0的线性函数。
在时间间隔4(图6c)内，频率特征开始减小。在该间隔中，频率特征测量可与描述由徐曲线表示的反向抛物线的多项式函数最佳拟合。该反向抛物线可以由(例如)系数“a”的负值表征。在时间间隔5(图6d)内，频率特征的变化率(减小率)增大。因此，例如，间隔5(图6d)的频率特征测量可与描述在间隔上具有更陡峭的梯度的更尖锐的反向抛物线的多项式最佳拟合。例如，该更陡峭的梯度可能由系数“b”的幅度的增大表征。
在时间间隔6(图6e)内，频率特征进一步但是通过基本上单调的方式减小，因此，可与线性函数最佳拟合。线性函数具有系数a＝0，这也标记具有频率特征的抽象函数形式的拐点。
在时间间隔8(图6f)内，频率特征穿过拐点，并且频率特征的变化率减小。因此，频率特征测量可与非反向抛物线最佳拟合。例如，该非反向抛物线可由系数“a”的正值表征。从上述实例中可以看出，通过比较与一个时间间隔的所测量出的频率特征值拟合的多项式函数的系数和后续时间间隔的系数，例如，可以检测拟合函数的形式的明显变化，例如，频率特征(通过检测到系数具有非零值)开始减小(或者实际增大)、频率特征(通过检测系数的幅度的变化)的变化率改变以及在频率特征(通过检测一个或多个系数的符号的变化)中的转折点或拐点。
而且，通过确定多项式函数的系数在时间间隔之间改变的方式，可以外推频率特征可能改变的量。通常，在频率特征接近转折点(图6e)时，可进行频率特征的总减小(或增大)的精确估计；这通常对应于在开始减小频率特征之后的大约t500ms的时间，该时间是比达到阈值所需要的时间(例如，大约几秒)明显更短的时间帧。
确定的区域惯性特征可用于确定参数，所述参数可反过来用于触发对电网频率的变化的某些响应。例如，响应于电网频率的变化，可取地从测量装置120中发送信号，以控制一组功率单元119改变其功率消耗和/或供应行为。
如果电网频率突然下降(例如，由于突然失去发电能力或者功耗突然增大)，那么可取地发送信号，以控制在该组内的功耗功率单元119停止操作和/或控制功率提供功率单元开始操作，减少在电网100内的净功耗，因此，恢复功耗和发电的平衡，并且因此，将电网频率恢复为其标称等级。
然而，如果电网频率突然上升(例如，由于重新连接发电资源或者功耗突然减小)，那么可取地发送信号，以控制在该组内的功耗功率单元119开始操作和/或控制功率提供功率单元停止操作，以增大在电网100内的净功耗，因此，恢复功耗和发电的平衡，并且因此，将电网频率恢复为其标称等级。
应注意的是，其功率消耗和/或供应响应于电网频率的变化而改变的这些功率单元119不需要是其功率消耗和/或供应作为频率响应特征测量系统的一部分调制的相同功率单元。实际上，通常可能选择其功率消耗和/或供应响应于电网频率的变化而改变的功率单元，以具有比其消耗和/或供应作为测量系统的一部分调制的功率单元更多可用的聚合功率，使得其功率消耗和/或供应行为的变化应对将电网频率恢复为其标称等级具有更重大的影响。
在应采取恢复措施时，测量装置可以基于与电网100的区域相关联的所测量出的频率响应特征获得与电网频率的状态相关的触发条件。触发条件可以是所测量出的频率特征本身的等级或者可(例如)基于一个或多个参数，例如，与应用于所测量出的频率特征中的拟合函数相关的参数或者那些参数的变化，如上面参照图6所述。
图7是示出电网100对功率平衡的突然变化的示例性频率响应的示绘图。在图7中示出的特定数据与在与电网相邻的互连器上的突然分离相关。图7的示图示出了在一个电网的3个区域中检测的频率响应；即，区域A、区域B以及区域C。这些区域中的每个具有发电的不同混合，因此，具有不同的电网惯性量。
在图7中示出了表示为了响应于电网的频率变化而采取措施的频率的假设触发点49.8Hz。可以看出，在电网平衡突然变化之后，到达触发点所需要的时间大约是几秒。在所描述的特定事件的情况下，到达传统触发点所需要的时间是3s。
在具有由较高比例的旋转发电造成的较高惯性的区域A中，频率响应于电网平衡的相同变化，但是具有远远更低的变化率。
在区域B中，具有比在区域A中具有的更大比例的旋转发电，因此，对电网平衡的突然变化的响应在直接时光滑得多。
在区域C中，具有较低比例的所谓的“旋转”发电；即，在其相关联的涡轮机内存储较大量的机械能量的传统大型发电站的发单。因此，对电网平衡的突然变化的响应直接并且快速。
因此，可以看出，异步电网对电网平衡的突然变化的初始频率响应的性质根据局部电网惯性在区域上改变。因此，在不同区域内应用的触发条件需要不同，使得能够一致触发响应。例如，在具有较高惯性的区域内，频率的较小初始变化可表示频率的较大即将变化，而在具有较低惯性的区域内，频率的相同即将变化可由频率的较大变化表示。因此，基于如上所述为电网的不同区域确定的惯性值和/或其他频率响应特征(例如，电网刚度)，测量装置120可确定与上面相对于图6a到6f描述的多项式的系数相关的不同条件，根据所述条件，执行一个或多个功率单元的对应组的功率消耗和/或供应的恢复变化，如下面所述。应注意的是，由于惯性特征能够预测频率特征响应的时间依赖性，所以惯性特征是特别有用的频率响应特征，因此，还可以基于惯性特征单独获得有用的触发条件。应注意的是，由于考虑到可能的或者共同的功率平衡变化，刚性特征可以通知预测所测量出的频率特征可变化的程度，所以刚性特征也是用于通知触发条件的有用的频率响应特征。
作为参照图7的具体实例以及在区域C中的电网频率的响应的具体情况，如果在频率0.08Hz在500ms内首先减小之后，拟合多项式的“a”系数依然是负数，那么(例如)可以满足触发条件。负“a”系数表示频率的减小未达到拐点，因此，可能继续通过更快的速率减小，在与在区域C内的电网的高惯性耦合时，这表示频率变化事件，该事件足够明显，以满足触发条件。
在一些实施方式中，与在一组功率单元119内的一个或多个功率单元119相关联的测量仪表(例如，相量)可进行频率特征的局部测量；在此处提及的这组功率单元119可以是与生成调频信号的上面提及的功率单元相同的组，或者可以是不同的一组功率单元119。在这种情况下，每个测量仪表可包括通信接口，用于将所测量出的频率特征传送给测量装置120。然后，测量装置120可确定从测量仪表中接收的所测量出的频率特征满足确定的触发条件，并且响应于确定满足触发条件，测量装置120可向在该组内的一个或多个功率单元119发送改变其功率消耗或供应的请求。
可替换地，测量装置120可传送参数，用于在这组功率单元119上接收，所述参数与应用于所测量出的频率特征中的拟合函数相关并且基于确定的频率响应特征确定。然后，参数可在这组功率单元119上接收，并且用于获得触发条件。可以基于在该组本地测量的频率特征，在这组功率单元119上确定是否满足触发条件。响应于确定满足触发条件，可改变进入和/或来自在该组内的每个功率单元119的功率流。
为了改变进入和/或来自功率单元119的流，功率单元119可具有相关联的功率控制装置。在图8中示出了功率控制装置800的一个示例性设置。功率流控制装置800通过与上面参照图2描述的调频装置118相同或相似的方式与相关联的功率单元119配合。与调频装置118一样，功率控制装置800可位于功率单元119外面，或者可与功率单元119整合。在一些实例中，调频装置118和功率控制装置的功能可由单个装置执行。
功率控制装置800在电网100与一个或多个功率单元119之间形成接口并且与一个或多个功率单元119一起操作，以改变进入和/或来自电网100的功率流。功率控制装置800包括检测器802、数据存储器804、输入/输出(I/O)接口806、处理器808以及开关810。
检测器802可以是能够足够精确地检测或测量与电网频率相关的特征的任何装置。
在一些实施方式中，与电网频率相关的时间周期用作电网频率的特征测度。例如，作为在电压与0V相交的时间之间的周期的半周期的测量可用作与电网频率相关的特征。
在一些实施方式中，可确定对应于完成半周期(或全周期)所需要的时间的反数的实际瞬时电网频率。可均衡并且在数字上过滤频率数据，以去除在信号频率的已知的并且期望的范围之外的频率分量。例如，可去除对应于电网频率的频率分量和/或与噪声相关的频率分量。
在一个实施方式中，检测器802可包括布置为通过高于电网频率的频率为电压取样的电压检测器以及布置为将取样的电压转换成数字电压信号的模数转换器。例如，电压检测器可布置为每个周期给电压取样1000次。然后，可处理数字电压信号，以高度精确地(在μs到ms的范围内)确定电压与0V相交的时间。
在另一个实施方式中，检测器802可包括布置为通过高于电网频率的频率为电流取样的电流检测器以及布置为将取样的电流转换成数字电流信号的模数转换器，然后，可处理数字电流信号，以高度精确地(在μs到ms的范围内)确定电流与0V相交的时间。
在又一个实施方式中，检测器802可包括电压检测器和电流检测器。测量电压和电流与0V相交的时间，使检测器802能够确定电压和电流的相对相位的变化，从而使检测器802能够补偿在电网内的无功功率的变化。这反过来能够更精确地测量频率(或者与频率相关的特征)。
如上所述，除了测量电网频率以外或者作为测量电网频率的替代，检测器802可基于电压和/或电流的测量，测量在电网内流动的功率的频率变化率。
检测器802可包括相量测量仪表，其布置为基于相量测量来测量所述频率特征，其中，参照绝对时间参考，测量与在电网内测量的电压的矢量相关联的相位。
功率控制装置800的I/O接口806能够在功率控制装置与测量装置120之间通信。功率控制装置800间歇性接收如上所述从电网100的频率响应特征中获得的一个或多个参数。具体而言，功率控制装置800接收基于其所在的区域或位置特有的频率响应特征获得的参数，使得功率控制装置800可以基于接收的参数获得其操作的位置或区域特有的触发条件。触发条件可以是接收的一个或多个参数本身，或者可以是从接收的一个或多个参数中获得的某个其他条件。
与触发条件和/或接收的参数相关的数据可存储在数据存储器804内。同样，在电网100内流动的电力的所测量出的频率特征可存储在数据存储器804内。
数据存储器804还可存储与功率控制装置800、与功率控制装置相关联的这个或这些功率单元119、或者这个或这些功率单元119所属的组相关的识别数据。应注意的是，虽然上述识别数据上面描述为存储在功率控制装置800的数据存储器804内，但是在一些实施方式中，代码可(例如)从测量装置中传输给功率控制装置800，在这种情况下，可不存储在传输给功率控制装置800内，或者仅仅存储在暂时数据存储器内。可在制造或安装功率控制装置800时，规定存储在功率控制装置800内的标识符，或者该标识符可通过I/O接口806传送给功率控制装置800。
处理器808访问数据存储器804，以访问与触发条件相关的数据，并且基于所测量出的频率特征(还可从数据存储器804中访问)，确定是否满足触发条件。
响应于确定满足触发条件，处理器808将控制信号发送给开关810，用于控制到功率单元119的功率的流量。
开关810可以是响应于来自处理器808的控制信号打开和关闭电源的简单中继装置。可替换地或者此外，开关810可包括用于衰减进入或来自功率单元119的实际或无功功率流动的衰减器或反相器等。因此，开关810的行动提供改变进入或来自功率单元119的功率流动，这对电网平衡具有相应影响并且因此对电网频率具有相应影响。影响的幅度取决于功率单元119的功耗。为了协调功率控制装置，使得净电网平衡的组合变化足以将电网频率保持在约定限制内(或者将电网频率恢复为在约定限制内)，由一个或多个功率控制装置构成的几组均可响应于确定满足触发条件，因此，均改变进入或来自其相应的一个功率单元119或多个功率单元119的功率流。
在确定满足触发条件之后，不同的规则可存储在限定进入单元119内的功率流的程度、持续时间以及调度的数据存储器内。这些规则可包括在所测量出的频率特征上的条件，例如，只要频率特征在以标称电网频率为中心的预先定义的范围之外，就保持功率流的衰减。例如，衰减的持续时间和程度也可基于表示频率特征变化的严重性的特征。可具有限定(例如)与允许发生衰减的次数相关的调度的规则。在满足触发条件时或者在其他时间，这些规则可存储在数据存储器804内，以供处理器808访问。可通过I/O接口806和通信网络时常更新保持在数据存储器804内的这些规则。此外或者可替换地，可在制造或安装装置时，规定这些规则。
虽然功率控制装置800在图8中显示为功率单元119的单独装置，但是在某些情况下，功率控制装置可整合在功率单元119内。进一步，开关810不必位于功率单元119的外面，而是可安装在单元内，或者布置为控制来自装置内部的电源；在功率单元119从一个位置移动到另一个位置时，该后一种情况有利，例如，如果功率单元是个人电动车辆或其他装置，那么情况就是这样。
功率控制装置800还可被布置为处理实测数据。例如，处理器可执行存储在配置为与所测量出的频率特征拟合的数据存储器804内的计算机程序，如上面参照图6a到6f所述。
上面参照图3描述的测量装置120可与分布式的多个功率控制装置800相结合使用，以形成用于响应于电网频率的变化的系统。在这种系统中，测量装置120确定与电网100的每个区域相关联的频率响应特征，确定每个区域的触发条件，并且将区域特定的触发条件传输给每个功率控制装置。
功率控制装置800均可测量本地频率特征，并且将指示表示本地频率特征的多项式函数的数据传输给测量装置120。然后，测量装置120可基于多项式函数外推与频率特征相关联的未来期望值，以确定(例如)响应于电网频率的期望变化的期望功率流要求。
要理解的是，在一些实现方式中，测量装置120可接收频率特征本身并且确定与所测量出的频率特征拟合的多项式函数。而且，要理解的是，在一些实现方式中，功率控制装置119可执行未来期望值的外推和/或期望功率流要求的确定，并且可将该信息传输给测量装置120。
测量装置120可访问存储与连接至电网100的功率单元119的功率消耗和/或供应特征相关的配置文件信息的数据库。测量装置120可使用配置文件信息来基于配置文件信息和期望功率流要求限定一组或多组功率单元119，使得这几组功率单元119具有能够满足功率流要求的净功率消耗和/或供应容量，因此，将信号传输给限定的一组或多组。
例如，测量装置120可给限定的几组的功率控制装置800传输控制与功率控制装置800相关联的功率单元119的电力的消耗和/或供应的请求或命令。通过该方式，该系统可以响应于在电网100的区域内的频率的变化，增大或者减少在每个所述区域内的电能的净消耗。
在进一步的实例实施方式中，提供一种用于对电网频率的变化提供动态响应的系统。该系统包括测量装置，例如，上面描述的测量装置120，该测量装置布置为访问数据库，例如，上面描述的功率单元数据存储器304，例如，包括与功率单元119的功率的消耗和/或供应相关的配置文件信息和/或其位置或电网位置。
然后，测量装置120被布置为基于配置文件信息限定与功率控制装置118相关联的一组或多组功率单元119。例如，可以为规定的电网区域限定三组，每组具有相似类别的相似数量的功率单元。然后，系统布置为将不同的触发条件分配给不同组中的每组，并且将分配的触发条件传输给所述组。
如上所述，可以从(例如)与本地电网惯性和刚度相关的频率响应特征的测量中获得触发条件。
可设置触发条件，使得一组或多组可具有同时或者接近同时满足的其触发条件，使得提供与规定的频率特征变化事件相应的响应。在一个实例中，这三组功率单元的触发条件可以布置为对应于低、中间以及高触发敏感性。因此，对于仅仅小频率特征变化事件，仅仅具有高敏感性触发条件的组可具有满足的触发条件，因此，经受进入/来自相关联的单元的功率流的变化。对于中间严重性频率特征变化事件，具有高敏感性触发条件的组和具有中间敏感性触发条件的组均可具有满足的触发条件，因此，改变进入/来自其相关联的功率单元的功率流。对于严重的频率特征变化事件，包括具有低敏感性触发条件的组的全部三组可具有满足的触发条件，因此，改变进入/来自其相关联的功率单元的功率流。不同组的触发条件的满足可以是同时的、接近同时的或者在时间上彼此偏移的。
可替换地，可设置不同组的触发条件，使得在频率特征变化事件期间，可依次触发组，以提供对频率特征变化事件的相应响应。例如，可设置触发条件，使得如果由第一组的触发提供的初始响应未充分校正频率特征变化事件，那么可触发进一步组，以能够增强对校正的响应。可进一步触发进一步组，直到响应的预先定义的限制，或者直到频率特征校正为(例如)其标称值。
这几组功率单元不必是相似的数量或类别。例如，可限定每组的功率类别，以实现期望的动态响应。例如，可给包括高功率流类别的单元的限定的组分配由高严重性事件满足的触发条件。而且，例如，在每组内的功率单元的数量可以改变，或者组的数量可改变，以规定不同形式的动态响应。
通过这种方式，连接至功率控制装置的在规定区域内的几组功率单元可给频率变化事件提供设计的动态校正效应，并且在分配的触发条件开始通信之后，可自主地这么做。由于规定对频率变化事件的与该事件相应的校正响应，所以这有利，因此，避免了不必要地改变进入/来自单元的功率流。
以上实施方式应被理解为本发明的说明性实例。设想本发明的进一步实施方式。例如，虽然在以上描述中，在测量装置120中获得或者限定触发条件，但是要理解的是，在一些实现方式中，功率控制装置本身能够测量或确定本地频率响应特征，并且可基于那些实测特征，获得合适的触发条件。功率控制装置800可测量频率特征，并且确定频率特征是否满足触发条件，并且在满足触发条件的情况下，功率控制装置800可改变进入和/或来自其相关联的一个或多个功率单元119的实际和/或无功功率流，无需参考测量装置120。
在另外的实施方式中，“学习”其所在的电网区域的适当的触发条件的自主功率控制装置800被布置为在检测器802上测量在电网100内流动的电流的频率特征，确定所测量出的频率特征是否满足触发条件，并且响应于确定满足所测量出的频率特征，使用开关810改变在某个时间段内进入和/或来自一个或多个相关联的功率单元119的功率流。
如上文在其他实施方式中所讨论的，功率流应改变的时间段可以是(例如)工厂设置、由用户接口设置或者取决于返回其标称值的预先定义的限制内的电网频率。
为了确定是否满足触发条件，可以使用在以上实施方式中描述的任何方法，例如，监控与频率特征的连续测量拟合的多项式函数的参数。
更简单地说，如果测量所测量出的频率响应特征，以在某个时间段内在某种程度上改变，那么触发条件可布置为满足。
例如，在初始的“开箱即用”实例中的触发条件可以是工厂设置或者由用户接口设置。在第一实例中，也未设置触发条件。
自主功率控制装置118布置为分析在关于满足所测量出的频率特征的阈值条件时的时间测量的所测量出的频率特征。可设置该预置条件，使得在所测量出的频率特征在围绕标称值设置的范围之外时，满足该阈值条件。例如，在满足阈值条件时的任一侧，分析时间可被布置为几秒。例如，该分析可包括使多项式或指数函数与关于满足阈值条件设置的时间窗口的所测量出的频率特征拟合。例如，其他分析可以确定与所测量出的频率特征变化的总程度相关的特征、所测量出的频率特征在两个基本上稳定的值之间改变的总时间和/或所测量出的频率特征在两个基本上稳定的值之间改变的平均速率。
在任何情况下，自主功率控制装置800布置为从所述分析中获得一个或多个参数，表征关于满足阈值条件时的频率特征的变化。
然后，自主功率控制装置800被布置为基于从所述分析获得的参数获得触发条件。例如，分析可能确定所测量出的频率特征在较短的时间段内改变较大的量。(例如，这可以是电网的区域由较低惯性和较低刚性表征的情况)。例如，因此，触发条件可布置为在规定的持续时间内由对应于较小变化的所测量出的频率特征的变化满足。
自主功率控制装置800布置为更新在功率控制装置800内预先使用的任何现有触发条件，从分析中获得触发条件。如果在装置内未预先设置触发条件，那么获得的触发条件可限定初始触发条件。更新的触发条件可部分基于预先确定的触发条件，和/或基于与这些预先确定的触发条件相关联的统计。这可帮助减少触发条件的虚假确定的影响。例如，新触发条件可由该装置确定的所有触发条件的平均数构成。例如，该平均数可包括仅仅一组最后确定的触发条件，例如，最后10个，使得触发条件也可容易适合于该触发条件在本地的电网的区域的电网性质的变化。
上面描述的学习算法应仅仅用作实例。比较简单的算法(例如，上面描述的算法)可有利，这是因为这些算法需要较少的计算资源。然而，例如，设想其他更复杂的算法。具体而言，可使用最先进的自组织映射(例如，KohonenSOM)和其他神经网络和/或人工智能算法。
自主功率控制装置800被布置为重复造成满足阈值条件的所测量出的频率特征的每个连续变化的以上分析、获得以及更新。因此，自主功率控制装置800通过其自己分析频率特征变化事件的性质来“学习”对部署其的电网的区域最适合并且有效的触发条件。
在每个学习重复中使用的阈值条件可连接至触发条件，例如，如果更新的触发条件比先前的触发条件更敏感，那么阈值条件也可更新为对应于关于标称值的频率特征的更窄范围。
自主功率控制装置800可被布置为在关于满足阈值条件的时间分析所测量出的频率特征一定的次数，而不限定触发条件。在装置内实现触发条件之前，这会允许装置学习用于获得适合于装置所在的区域的触发条件的参数。这可在规定的电网区域内部署自主功率控制装置的早期阶段避免错误的触发条件满足。
功率控制装置800的上述实施方式是有利的，这是因为该装置是不需要通信方式的自主的独立装置，因此，其操作比较划算并且容易实现。
在以上描述中详细说明的各种实施方式中，参照具有简单测量装置120的形式的测量系统。然而，应注意的是，在一些实施方式中，可使用分布式测量系统。例如，该分布式测量系统可包括在图3中提及的测量装置的元件的组合，即，通过分布式的方式设置的数据存储器304、时钟310、I/O接口308、处理器306以及检测器302。测量系统还可包括一个或多个中央控制单元。这些中央控制单元可用于(例如)集中处理测量装置或者在本文中描述的任何其他装置采取的措施，和/或例如，用于执行从在本文中描述的任何装置中接收在本文中描述的特征、参数和/或条件并且将所述特征、参数和/或条件传输给所述任何装置。中央控制单元还可执行另外在本文中描述的各种装置中实现的数据存储器的功能。测量系统还可采用与参照图3描述的示例性实施方式相似的非分布式装置的形式。
要理解的是，相对于任一个实施方式描述的任何特征可单独地或者与所描述的其他特征相结合地使用，并且还可与任何其他实施方式或者任何其他实施方式的任何组合的一个或多个特征相结合地使用。而且，在不背离在所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，还可使用上面未描述的等同物和修改。

Claims (46)

1.一种用于在测量系统中确定在电网的同步区域内的频率响应特征的方法，电流根据电网频率在该电网中流动，其中，所述电网连接至第一组的一个或多个功率单元，每个功率单元被布置为消耗来自所述电网的电功率和/或将电功率提供给所述电网，使得所述第一组的一个或多个功率单元的功率供应和/或消耗的变化造成在所述电网中的功率流的变化，其中，基于控制信号的序列对至和/或来自所述功率单元中的每一个的功率流进行调制，从而调制所述电网频率以根据所述控制信号的序列提供调频信号，所述方法包括：
在所述测量系统中测量与在所述电网中流动的电流的频率相关的频率特征；
访问存储与所述一个或多个功率单元的功率特征相关的数据的数据库，并且基于所述数据确定与所述功率流的调制相关的特征；并且
基于所测量出的频率特征和所确定的功率流调制特征来确定与所述电网的至少一个区域相关联的频率响应特征。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述频率响应特征包括使所测量出的频率特征与所述功率流调制特征相关联。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述频率响应特征包括确定所述功率流调制特征与所测量出的频率特征的比率。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述功率流调制特征包括与所述功率流的调制相关的幅度特征。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述幅度特征包括所述功率流的幅值。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于以下项中的一个或多个来测量所述测量出的频率特征：交流电压的频率、交流电流的频率、测量出的在所述电网中流动的功率的频率、频率的变化率、交流电流或交流电压的周期。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述测量出的频率特征包括与所调制的信号相关联的频率的时间变化。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述频率响应特征包括惯性特征。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述惯性特征包括与所述调频信号相关联的上升时间和下降时间中的至少一个。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述频率响应特征包括与功率平衡时的每个单位变化的电网频率的变化幅度相关的特征。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一组的功率单元是分布式的一组功率单元，所述方法包括：
根据控制模式对至和/或来自所述第一组的功率单元中的每一个的功率流进行调制，使得协调多个功率单元的功率消耗和/或功率供应以提供通过所述测量系统能够检测出的具有集体频率特征的集体调频信号。
12.根据权利要求11所述的方法，包括将指定所述控制模式的信号发送给所述第一组的功率单元中的每个功率单元。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的方法，其中，所述控制模式包括重复模式，并且所述方法包括根据所述重复模式连续地控制至和/或来自所述第一组的一个或多个功率单元的功率。
14.根据权利要求11至权利要求13中任一项所述的方法，包括根据所述控制模式间歇性地控制至和/或来自所述第一组的一个或多个功率单元的功率。
15.根据权利要求11至权利要求14中任一项所述的方法，其中，所述集体调制的信号包括识别所述一组功率单元的标识符，所述方法包括：
访问存储各自与所述第一组的一个或多个功率单元相关联的一个或多个标识符的数据库；并且
确定在包含在所述集体调制的信号中的标识符与存储在所述数据库中的一个或多个标识符之间的对应关系，从而识别所述第一组的一个或多个功率单元。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，存储在所述数据库中的每个标识符与所述电网的至少一个区域相关联并且所述方法包括基于所确定的标识符对应关系来确定与所确定的频率响应特征相关联的区域。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电网连接至被布置为消耗来自所述电网的功率和/或将功率提供给所述电网的第二组的一个或多个功率单元，所述方法包括：
基于所确定的频率响应特征确定用于在触发所述第二组的一个或多个功率单元的功率消耗和/或供应上的变化时所使用的一个或多个参数；并且
传输所述一个或多个参数，用于在所述第二组的功率单元处接收。
18.根据权利要求17所述的方法，包括：
在所述第二组的功率单元处接收所述一个或多个参数；
基于所接收到的参数获得触发条件；
基于测量出在所述电网中局部地流动至所述第二组的功率单元的电功率的频率特征来确定是否满足所述触发条件；并且
响应于确定满足了所述触发条件而改变至和/或来自所述第二组的功率单元的功率流。
19.根据权利要求17或18所述的方法，包括：
在所述测量系统上限定在第一时间周期期间与所述频率特征相关联的第一系列值以及在稍后的第二时间周期期间与所述频率特征相关联的第二系列值；
在所述测量系统上基于所述第一系列值确定具有第一系数集合的第一多项式函数以及基于所述第二系列值确定具有第二系数集合的第二多项式函数；并且
在所述测量系统上基于在所述第一系数集合与所述第二系数集合之间的差来确定是否满足所述触发条件。
20.根据权利要求1至权利要求16中任一项所述的方法，其中，所述电网连接至被布置为消耗来自所述电网的功率和/或将功率提供给所述电网的第二组的一个或多个功率单元，所述方法包括：
基于与和所述第二组的功率单元相关联的区域相关联的所确定的频率响应特征来确定用于在触发所述第二组的一个或多个功率单元的功率的消耗和/或供应上的变化时所使用的一个或多个参数；
基于所测量出的频率响应特征来获得触发条件；
在与所述第二组的功率单元相关联的区域中测量与在所述电网中流动的电流的频率相关的频率特征；
将在与所述第二组的功率单元相关联的区域中测量的所测量出的频率特征传送给所述测量系统；
基于所传送的所测量出的频率特征来确定是否满足所述触发条件；并且
响应于确定满足了所述触发条件，向所述第二组的功率单元发送请求以改变至和/或来自所述第二组的功率单元的功率流。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其中，所述第二组的功率单元与所述第一组的功率单元相同。
22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，功率调制包括对实际功率和无功功率中的至少一个的调制。
23.一种用于确定在电网的同步区域内的频率响应特征的测量系统，其中，电流根据电网频率在该电网中流动并且所述电网连接至被布置为消耗来自所述电网的电功率和/或将电功率提供给所述电网的一组的一个或多个功率单元，使得通过所述功率单元的功率供应和/或消耗的变化造成在所述电网中的功率流的变化，其中，基于控制信号的序列对至和/或来自所述功率单元中的每一个的功率流进行调制，从而调制所述电网频率以提供调频信号，所述测量系统被布置为：
测量与在所述电网中流动的电流的频率相关的频率特征；
访问存储与所述一个或多个功率单元的功率特征相关的数据的数据库并且基于所述数据确定与所述功率流的调制相关的特征；并且
基于所测量出的频率特征和所确定的功率流调制特征来确定与所述电网的至少一个区域相关联的频率响应特征。
24.一种功率控制装置，用于使用一个或多个关联的功率单元来提供对在电网的同步区域中流动的电流的频率上的变化的响应，其中，所述电网连接至测量系统，所述测量系统被布置为确定在所述区域内的该电网的频率响应特征并且基于所测量出的频率响应特征来确定一个或多个触发参数，所述功率控制装置被布置为：
从所述测量系统间歇性地接收一个或多个参数，从所确定的频率响应特征获得所述参数；
基于所接收到的一个或多个参数获得触发条件；
基于测量出的在所述电网中流动的电功率的频率特征来确定是否满足所述触发条件；并且
响应于确定满足了所述触发条件而改变至和/或来自所述功率单元的功率流。
25.根据权利要求24所述的功率控制装置，其中，所接收到的一个或多个参数中的一个包括所述触发条件。
26.根据权利要求24或权利要求25所述的功率控制装置，其中，所述频率响应特征包括惯性特征。
27.根据权利要求24或权利要求25所述的功率控制装置，其中，所述频率响应特征包括与功率平衡中的每个单位变化的电网频率的变化幅度相关的特征。
28.根据权利要求24到27中任一项所述的功率控制装置，被布置为：
限定在第一时间周期期间与所述频率特征相关联的第一系列值以及在稍后的第二时间周期期间与所述频率特征相关联的第二系列值；
基于所述第一系列值确定具有第一系数集合的第一多项式函数以及基于所述第二系列值确定具有第二系数集合的第二多项式函数；并且
基于在所述第一系数集合与所述第二系数集合之间的差确定是否满足所述触发条件。
29.根据权利要求28所述的功率控制装置，其中，所述第一多项式函数和所述二多项式函数是二次多项式函数。
30.根据权利要求28或权利要求29所述的功率控制装置，其中，基于与在所述第一系数集合中的对应系数相差超过预定量的所述第二系数集合中的至少一个系数的值来识别频率变化事件。
31.根据权利要求28至权利要求30中任一项所述的功率控制装置，被布置为根据多项式外推技术和/或二次曲线外推技术来测量所述系列值。
32.根据权利要求24至权利要求31中任一项所述的功率控制装置，包括被布置为基于相量测量来测量所测量出的频率特征的相量测量仪表。
33.根据权利要求32所述的功率控制装置，其中，所述相量测量仪表被布置为参照绝对时间参考来测量与在所述电网中测量的电压的矢量相关联的相位。
34.根据权利要求24至权利要求33中任一项所述的功率控制装置，其中，所测量出的频率特征包括以下项中的一个或多个：交流电压的频率、交流电流的频率、在所述电网中流动的功率的频率、频率的变化率以及交流电流的周期。
35.根据权利要求24至权利要求34中任一项所述的功率控制装置，被布置为接收信号，所述信号表示能够控制功率流的时间周期。
36.根据权利要求24至35中任一项所述的功率控制装置，其中，功率调制包括对实际功率和无功功率中的至少一个的调制。
37.一种用于对电网中的频率变化做出响应的系统，所述系统包括：
根据权利要求24至权利要求36中任一项的分布式的多个功率控制装置，每个功率控制装置控制连接至所述电网的相应功率单元；以及
测量系统，用于将一个或多个触发参数传输给所述分布式的多个功率控制装置中的每一个。
38.根据权利要求37所述的系统，其中，所述测量系统被布置为：
限定来自所述分布式的多个功率控制装置的多个组的功率控制装置；
将不同的相应触发条件分配给所述多个组中的每一组；并且
向每个功率控制装置传输触发条件，所述触发条件被分配给分配了所述触发条件的组。
39.根据权利要求38所述的系统，其中，所述测量系统被布置为：
访问存储与和所述功率控制装置相关联的功率单元的功率的消耗和/或供应相关的配置文件信息的功率单元数据库；并且
基于所访问的配置文件信息来限定所述多个组。
40.根据权利要求37所述的系统，其中，所述测量系统被布置为：
接收指示表示所测量出的频率特征的多项式函数的数据；
基于所述多项式函数外推与所测量出的频率特征相关联的未来期望值；并且
基于所外推出的未来期望值确定响应于频率变化事件的期望功率流要求。
41.根据权利要求40所述的系统，其中，所述测量系统被布置为：
访问包括与所述功率单元的功率的消耗和/或供应相关的配置文件信息的功率单元数据库；
基于所述期望功率流要求和所述配置文件信息来限定响应于所述频率变化事件的一组或多组的一个或多个功率单元。
42.根据权利要求41所述的系统，其中，所述测量系统被布置为传输一个或多个请求，用于在所限定的组的功率单元上接收，以控制与功率控制装置相关联的功率单元的电功率的消耗和/或供应，从而改变在所述区域中的电能的净消耗。
43.一种功率控制装置，用于使用一个或多个关联的功率单元来提供对在电网中流动的电流的频率上的变化的响应，其中，电流根据电网频率在所述电网中流动，所述功率控制装置包括频率测量装置并且所述功率控制装置被布置为：
使用所述频率测量装置在所述功率控制装置上监控所述电网频率上的变化；
至少部分基于所述监控来确定触发条件；
基于测量出的在所述电网中流动的电功率的频率特征来确定是否满足所述触发条件；并且
响应于确定满足了所述触发条件，改变至和/或来自所述功率单元的功率流。
44.根据权利要求43所述的功率控制装置，被布置为响应于与阈值相交的所测量出的频率特征以：
在与所述阈值相交之前的时间执行对所测量出的频率特征的分析；并且
至少部分基于所述分析来确定所述触发条件。
45.根据权利要求43或权利要求44所述的功率控制装置，被布置为：
使用所述频率测量装置在获得所述触发条件之后，在所述功率控制装置上监控所述电网频率的变化；并且
基于后续监控获得更新的触发条件。
46.根据权利要求45所述的功率控制装置，其中，至少部分基于所述第一触发条件获得所述更新的触发条件。
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