ES2822948T3 - Sistema y método para controlar una carga eléctrica - Google Patents

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Stephen John Galsworthy
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Abstract

Un sistema de carga sensible para proporcionar un servicio de carga sensible a una red de suministro de energia electrica (8) que tiene un valor operativo nominal (fnominal) para un parametro fisico variable (f) de la red de suministro electrico, comprendiendo el sistema de carga sensible: un controlador remoto (14) y al menos un controlador de carga (10) adaptado para controlar el consumo de electricidad de una o mas cargas electricas asociadas (6) en las proximidades del controlador de carga (10), estando el sistema de carga sensible caracterizado por que cada controlador de carga (10) incluye: un dispositivo de medicion de parametros (17) para la medicion regular del parametro fisico variable (f) de la red de suministro electrico, un controlador de consumo de energia para determinar y para provocar el ajuste del consumo de energia de al menos una de las una o mas cargas electricas asociadas (6) para proporcionar un servicio de carga sensible en respuesta a una diferencia detectada entre una medicion reciente del parametro fisico variable transitorio (f) de la red de suministro electrico y el valor nominal de funcionamiento (fnominal) del parametro fisico, y un primer dispositivo de comunicacion (13) adaptado para recibir senales de comando (140) desde el controlador remoto (14), siendo cada senal de comando (140) representativa de un ajuste a la cantidad de servicio de carga sensible que esta siendo proporcionado por una o mas cargas electricas (6), incluyendo el controlador remoto (14): un dispositivo de medicion de parametros (17) para la medicion regular del parametro fisico variable (f) de la red de suministro de energia electrica, un analizador (18) adaptado para determinar ajustes al servicio de carga sensible proporcionado por una o mas cargas electricas (6) del al menos un controlador de carga (6); y un segundo dispositivo de comunicacion (13) para transmitir a dicho al menos un controlador de carga (10) una senal de comando (140) representativa de una correccion de servicio de carga sensible determinada, en donde cada controlador de carga (10) esta adaptado para recibir la senal de comando (140) y aplicar la correccion de servicio de carga sensible como una compensacion a los ajustes de consumo de energia determinados por el controlador de consumo de energia.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y método para controlar una carga eléctrica
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un sistema de carga sensible adaptado para controlar el funcionamiento de cargas eléctricas acopladas a una red de distribución de energía eléctrica en la prestación de un servicio de carga sensible. La presente invención se refiere además a un controlador de carga y a un controlador de sistema adaptados para su uso en el sistema de carga sensible. La presente invención también se refiere a un método para controlar cargas eléctricas conectadas a una red de distribución de energía eléctrica en la prestación de un servicio de carga sensible.
Antecedentes de la invención
Un sistema de suministro de energía eléctrica incluye al menos un generador de energía y una red de distribución de energía eléctrica que acopla uno o más generadores de energía a una o más cargas eléctricas para el suministro de energía eléctrica a las cargas eléctricas. La energía de salida de uno o más generadores de energía puede fluctuar temporalmente desde un nivel de energía nominal y las demandas de energía instantánea o transitoria de una o más cargas eléctricas conectadas a la red de distribución de energía eléctrica también pueden variar con respecto al tiempo. Además, tales fluctuaciones en la cantidad de energía suministrada a la red de distribución de energía eléctrica pueden verse exacerbadas por la energía generada y suministrada a la red de distribución de energía eléctrica por una fuente de energía renovable como, entre otros, generadores alimentados por energía solar y turbinas eólica. El suministro de energía procedente de fuentes de energía renovables suele ser intermitente porque, por ejemplo, una fuente de energía renovable puede depender de las condiciones meteorológicas. Independientemente de lo que provoque una fluctuación en el suministro de energía, tales fluctuaciones pueden causar y/o alterar los desequilibrios entre la energía generada y la energía consumida a través de una red de distribución de energía eléctrica. Estos desequilibrios dinámicos pueden resultar en problemas que van desde la transmisión de energía ineficiente y fluctuaciones locales impredecibles en el suministro de electricidad hasta efectos más severos como apagones en una red de distribución de energía eléctrica.
Cualquier desequilibrio entre la generación de energía y la energía consumida por las cargas a través de una red de suministro de electricidad como se describe anteriormente es sustancialmente proporcional a la desviación de una característica operativa de la red de suministro de electricidad de un valor nominal como, pero no limitado a, frecuencia de red (presente) instantánea. Por ejemplo, el valor nominal de la frecuencia alterna de las redes de suministro eléctrico en el Reino Unido es de 50 Hz. Los desequilibrios en la oferta y la demanda en una red de suministro de electricidad del Reino Unido dan como resultado que la frecuencia de la red actual sea mayor o menor que la frecuencia nominal de 50 Hz.
Para gestionar los desequilibrios temporales en una red de suministro eléctrico, se han desarrollado sistemas de carga sensibles que controlan la demanda actual de energía de al menos algunas de las cargas eléctricas conectadas a la red de suministro eléctrico. Los servicios de carga receptiva conocidos pueden ser administrados por un sistema de control centralizado que monitorea el estado de una red de suministro de electricidad y responde a los desequilibrios detectados en la red provocando cargas eléctricas individuales o grupos de cargas eléctricas que se acoplan a la red para ajustar su consumo de energía.
Dicho sistema de carga sensible se describe en el documento US 5576700, que describe un sistema de gestión de carga que incluye un controlador para anular el consumo de energía normal de una carga eléctrica conectada a una red de distribución de energía eléctrica para ajustar el consumo de energía cuando se carga. El consumo de energía de la carga eléctrica se ajusta de acuerdo con las señales de comando transmitidas por un sistema de control centralizado ubicado a distancia de la carga eléctrica. Otro sistema de carga sensible al control centralizado de este tipo se describe en el documento WO 2013/088229. Con el sistema descrito en el documento WO 2013/088229, un sistema de control centralizado remoto selecciona las cargas conectadas a la red de suministro de energía para el ajuste del consumo de energía basado en un modelo integral de los requisitos de energía y las limitaciones operativas de todas las cargas capaces de contribuir al servicio de carga sensible.
Para los sistemas de gestión de carga conocidos que emplean control centralizado, como los descritos en los documentos US 5576700 y WO 2013/088229, existe un retraso de tiempo inevitable entre la transmisión inicial de una señal de comando por parte del sistema de control centralizado y una carga eléctrica que modifica su consumo de energía en respuesta a esa señal de comando. El retraso de tiempo es inevitable debido a la latencia inherente de cualquier sistema de comunicación que se utilice. Este inevitable retraso significa que los sistemas de carga sensibles que utilizan una señal de comando transmitida de forma centralizada no siempre pueden alterar el consumo de energía de las cargas eléctricas lo suficientemente rápido como para compensar los desequilibrios que fluctúan rápidamente en una red de distribución de energía eléctrica.
Un sistema de carga sensible alternativo conocido ofrece un servicio de carga sensible utilizando dispositivos de control autónomos integrados localmente con cargas eléctricas conectadas a una red de distribución de energía eléctrica. Dichos dispositivos de control autónomos son capaces de funcionar independientemente del control externo para proporcionar un servicio de carga sensible. Los dispositivos de control autónomos monitorean un parámetro físico de la red de distribución de energía eléctrica que varía en respuesta a los desequilibrios en la red de distribución eléctrica, como, entre otros, la frecuencia de la red. Cuando un dispositivo de control autónomo detecta un desequilibrio altera la energía consumida por las cargas eléctricas con las que se integra para reducir el desequilibrio detectado en la red.
Los dispositivos de control autónomos conocidos se describen en los documentos GB 2361118 y GB 2426878. Los dispositivos de control autónomos descritos en estas patentes monitorean las variaciones en la frecuencia de suministro eléctrico alterno de una red de distribución de energía eléctrica desde un valor nominal. Los dispositivos de control autónomos están conectados y controlan una población de cargas eléctricas, cada una de las cuales tiene una capacidad de almacenamiento de energía que varía con respecto al ciclo de trabajo de la carga. La capacidad de almacenamiento de energía de la carga eléctrica permite un ajuste ocasional del consumo de energía de la carga sin comprometer significativamente el rendimiento operativo de la carga eléctrica. Para cada carga eléctrica, los umbrales de capacidad de almacenamiento de energía gobiernan cuando una carga eléctrica está disponible para contribuir al servicio de carga sensible. Cuando una carga eléctrica con la que está conectado el dispositivo de control autónomo está disponible para contribuir al servicio de carga sensible y un dispositivo de control autónomo acoplado a la carga eléctrica disponible detecta una excursión de frecuencia de la frecuencia de la red desde el valor nominal (lo que indica un desequilibrio a través del red), el dispositivo de control autónomo hace que la carga eléctrica altere la cantidad de energía eléctrica que está consumiendo y/o está programada para consumir de la red de distribución de energía, dependiendo de lo que se necesite para reducir el desequilibrio detectado en la red de distribución eléctrica.
Una respuesta agregada de muchas cargas eléctricas individuales contribuye a equilibrar la oferta y la demanda en la red de distribución de energía eléctrica, por lo que normalmente solo se utiliza un subgrupo de todas las cargas eléctricas potenciales para responder a un desequilibrio detectado en la red de suministro de energía. La selección de las cargas eléctricas para proporcionar un servicio de carga sensible en respuesta a un desequilibrio detectado de la red se realiza mediante el uso de umbrales de activación de frecuencia asignados por el dispositivo de control autónomo a cada una de sus una o más cargas eléctricas con diferentes umbrales de activación de frecuencia asignado por los dispositivos de control autónomos a cargas eléctricas individuales.
El hecho de que los dispositivos de control autónomos descritos en los documentos GB 2361118 y GB 2426878 estén integrados con las cargas eléctricas significa que se minimiza cualquier retraso en la respuesta a los desequilibrios detectados en la red de distribución de energía eléctrica. Como resultado, los sistemas de carga sensible que usan dispositivos de control autónomos son, en general, más capaces de responder rápidamente a los desequilibrios detectados en una red de distribución de energía eléctrica en comparación con aquellos sistemas que usan un sistema de control centralizado.
Otro sistema de control de carga sensible se describe en el documento GB 2493456 A, que se considera que es la técnica anterior más cercana.
Sin embargo, se sabe que los sistemas de carga sensibles que emplean dispositivos de control autónomos son susceptibles a errores de seguimiento. Dichos errores de seguimiento implican que el servicio de carga sensible agregado proporcionado por uno o más dispositivos de control autónomos no proporcionan la cantidad esperada de servicio de carga sensible. Los errores de seguimiento pueden deberse a una serie de fuentes diferentes, como, entre otras, la inexactitud de los monitores de frecuencia utilizados por los dispositivos de control autónomos; bajo rendimiento de algunas de las cargas eléctricas de los dispositivos de control autónomos; y frecuencia aleatoria siguiendo los umbrales de activación asignados a cargas eléctricas individuales, etc. Sin embargo, los errores de seguimiento pueden tener consecuencias graves para la estabilidad de un sistema de suministro de electricidad si los dispositivos de control autónomos hacen que las cargas eléctricas compensen en exceso o en defecto los desequilibrios detectados en la energía eléctrica red de distribución. Además, un servicio de carga sensible no confiable o inconsistente socava la capacidad del servicio de carga sensible para cuantificar con precisión la cantidad de servicio de carga sensible proporcionado.
Sumario de la invención
En consecuencia, existe la necesidad de responder a los errores de seguimiento que surgen en la proporciona de un servicio de carga sensible utilizando dispositivos de control autónomos. Por tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de carga sensible y un método de carga sensible adaptado para identificar y responder a un rendimiento insuficiente o excesivo en la proporciona de un servicio de carga sensible.
Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un sistema de carga sensible para proporcionar un servicio de carga sensible a una red de suministro de energía eléctrica que tiene un valor operativo nominal para un parámetro físico variable de la red de suministro eléctrico, comprendiendo el sistema de carga sensible: un controlador remoto y al menos un controlador de carga adaptado para controlar el consumo de electricidad de una o más cargas eléctricas asociadas en las proximidades del controlador de carga, incluyendo cada controlador de carga: un dispositivo de medición de parámetros para la medición regular del parámetro físico variable del suministro eléctrico red, un controlador de consumo de energía para determinar y para provocar el ajuste del consumo de energía de al menos una de las una o más cargas eléctricas asociadas para proporcionar un servicio de carga sensible en respuesta a una diferencia detectada entre una medición reciente del parámetro físico variable transitorio de la red de suministro eléctrico y el valor operativo nominal del parámetro físico, y un primer dispositivo de comunicación adaptado para recibir señales de comando desde el controlador remoto, siendo cada señal de comando representativa de un ajuste a la cantidad de servicio de carga sensible que está siendo proporcionado por una o más cargas eléctricas asociadas, el controlador remoto que incluye: un dispositivo de medición de parámetros para la medición regular del parámetro físico variable de la red de suministro de energía eléctrica, un analizador adaptado para determinar ajustes al servicio de carga sensible proporcionado por una o más cargas eléctricas del al menos un controlador de carga; y un segundo dispositivo de comunicación para transmitir a dicho al menos un controlador de carga una señal de comando representativa de una corrección de servicio de carga sensible determinada, en el que cada controlador de carga está adaptado para recibir la señal de comando y aplicar la corrección del servicio de carga sensible como una compensación del consumo de energía ajustes determinados por el controlador de consumo de energía.
Preferiblemente, el controlador de carga aplica la compensación a: (i) mediciones del parámetro físico variable de la red de suministro eléctrico, (ii) un umbral del parámetro físico medido que activa el ajuste del consumo de energía de al menos una de las una o más cargas eléctricas asociadas para proporcionar un servicio de carga sensible, o (iii) una magnitud del ajuste del consumo de energía de al menos una de las una o más cargas eléctricas asociadas.
En una realización preferida, cada controlador de carga está adaptado para aplicar una corrección de servicio de carga sensible como una compensación a todos los ajustes de consumo de energía hasta que el controlador remoto transmite una nueva corrección de servicio de carga sensible. El controlador remoto se puede adaptar para transmitir una corrección de servicio de carga sensible con un valor cero donde no se requiere corrección.
Alternativamente, cada controlador de carga está adaptado para aplicar una corrección de servicio de carga sensible como compensación a todos los ajustes de consumo de energía durante un período de tiempo predeterminado. El período de tiempo predeterminado puede ser de al menos 5 minutos, más preferiblemente 30 minutos.
El controlador de carga se puede adaptar para implementar todas las correcciones de servicio de carga sensibles inmediatamente después de la recepción. Alternativamente, el controlador de carga puede estar adaptado para almacenar una o más correcciones de servicio de carga sensibles cada una en asociación con un tiempo de ejecución respectivo que identifica un tiempo futuro cuando el controlador de carga va a implementar la corrección del servicio de carga sensible asociada. Además, el controlador de carga puede adaptarse para actualizar o cambiar el tiempo de ejecución asociado con una corrección de servicio de carga sensible almacenada.
En una realización particularmente preferida, el parámetro físico variable de la red de suministro eléctrico es la frecuencia de funcionamiento y los dispositivos de medición de parámetros son monitores de frecuencia.
Idealmente, el controlador de carga incluye conexiones cableadas a una o más cargas eléctricas asociadas. El primer y segundo sistema de comunicaciones pueden estar en comunicación inalámbrica.
En un aspecto adicional, la presente invención proporciona un controlador de carga para proporcionar un servicio de carga sensible a una red de suministro de energía eléctrica que tiene un valor operativo nominal para un parámetro físico de la red de suministro de electricidad, el controlador de carga comprende: un dispositivo de medición de parámetros para medición regular del parámetro físico variable de la red de suministro de electricidad, un controlador de consumo de energía para determinar y para provocar el ajuste del consumo de energía de al menos una de una o más cargas eléctricas asociadas para proporcionar un servicio de carga sensible en respuesta a una diferencia detectada entre un medición reciente del parámetro físico variable transitoria de la red de suministro eléctrico y el valor operativo nominal del parámetro físico, y un dispositivo de comunicación adaptado para recibir señales de comando desde un controlador remoto, siendo cada señal de comando representativa de una corrección de servicio de carga sensible, en donde el controlador de carga es adaptado para recibir una señal de comando y aplicar la corrección del servicio de carga sensible como una compensación a los ajustes de consumo de energía determinados por el controlador de consumo de energía.
Preferiblemente, el controlador de carga aplica la compensación a: (i) mediciones del parámetro físico variable de la red de suministro eléctrico, (ii) un umbral del parámetro físico medido que activa el ajuste del consumo de energía de al menos una de las una o más cargas eléctricas asociadas para proporcionar un servicio de carga sensible, o (iii) una magnitud del ajuste del consumo de energía de al menos una de las una o más cargas eléctricas asociadas.
Cada controlador de carga está preferiblemente adaptado para aplicar una corrección de servicio de carga sensible como una compensación a todos los ajustes de consumo de energía hasta que el controlador remoto transmita una nueva corrección de servicio de carga sensible.
El controlador de carga puede adaptarse para aplicar una corrección de servicio de carga sensible como compensación a todos los ajustes de consumo de energía durante un período de tiempo predeterminado en el que el período de tiempo predeterminado es de al menos 5 minutos, más preferiblemente 30 minutos.
El controlador de carga se puede adaptar para implementar todas las correcciones de servicio de carga sensibles inmediatamente después de la recepción. Alternativamente, el controlador de carga puede adaptarse para almacenar una o más correcciones de servicio de carga sensible, cada una de ellas en asociación con un tiempo de ejecución respectivo que identifica un tiempo futuro en el que se implementará la corrección de servicio de carga sensible asociada. Además, el controlador de carga puede adaptarse para actualizar o cambiar el tiempo de ejecución asociado con una corrección de servicio de carga sensible almacenada.
En otro aspecto, la presente invención proporciona un controlador remoto para ajustar un servicio de carga sensible proporcionado por una o más cargas eléctricas bajo el control de al menos un controlador de carga a una red de suministro de energía eléctrica que tiene un valor operativo nominal para un parámetro físico variable de la red de suministro eléctrico, comprendiendo el controlador remoto: un dispositivo de medición de parámetros para la medición regular del parámetro físico variable de la red de suministro de energía eléctrica, un analizador adaptado para determinar los ajustes a un servicio de carga sensible que está siendo proporcionado por una o más cargas eléctricas bajo el control del al menos un controlador de carga; y un dispositivo de comunicación para transmitir señales de comando, cada una de las cuales representa una corrección de servicio de carga sensible determinada a dicho al menos un controlador de carga, en el que la corrección de servicio de carga sensible determinada está adaptada para ser aplicada como una compensación por el al menos un controlador de carga al consumo de energía ajustes determinados por el al menos un controlador de carga.
Preferiblemente, el controlador remoto está además adaptado para transmitir una corrección de servicio de carga sensible con un valor cero donde no se requiere corrección.
En otro aspecto más, la presente invención proporciona un método para controlar una o más cargas eléctricas acopladas a una red de suministro de energía eléctrica que tiene un valor operativo nominal para un parámetro físico variable de la red de suministro de energía eléctrica para proporcionar un servicio de carga sensible al variar la consumo de energía de una o más cargas eléctricas en respuesta a una diferencia entre una medición instantánea del parámetro físico variable de la red de suministro de energía eléctrica y su valor nominal operativo, comprendiendo dicho método las etapas de:
(i) medición regular del parámetro físico variable de la red de suministro de energía eléctrica por un controlador de carga en las proximidades de una o más cargas eléctricas y en comunicación con ellas y por separado por un controlador remoto;
(ii) en respuesta a una diferencia detectada por el controlador de carga entre un valor instantáneo medido del parámetro físico variable y el valor operativo nominal, determinando un ajuste del consumo de energía y ajustando el consumo de energía de al menos una de las una o más cargas eléctricas de acuerdo con el ajuste de consumo de energía determinado para proporcionar un servicio de carga sensible independientemente del controlador remoto;
(iii) el controlador remoto determina una corrección del servicio de carga sensible al servicio de carga sensible que se está proporcionando;
(iv) transmitir una señal de comando representativa de la corrección de servicio de carga sensible determinada desde el controlador remoto al controlador de carga; y
el controlador de carga modifica el servicio de carga sensible proporcionado a la red de suministro de energía eléctrica de acuerdo con la corrección del servicio de carga sensible determinada transmitida al controlador de carga en el que el ajuste determinado es una compensación que se aplicará por el controlador de carga a los ajustes de consumo de energía determinados por el controlador de carga.
El servicio de carga sensible proporcionado a la red de suministro de energía eléctrica puede ser alterado por el controlador de carga inmediatamente después de recibir una corrección del servicio de carga sensible. Alternativamente, el método incluye la etapa en la que el controlador de carga almacena una o más correcciones de servicio de carga sensible, cada una en asociación con un tiempo de ejecución respectivo que identifica un tiempo futuro en el que se va a implementar la corrección del servicio de carga sensible asociada. Con esta realización alternativa, el método también puede incluir que el controlador de carga actualice o cambie el tiempo de ejecución asociado con una corrección de servicio de carga sensible almacenada.
Preferentemente el método comprende adicionalmente las etapas de:
(v) el controlador de carga transmite al controlador remoto datos de servicio sobre la magnitud del servicio de carga sensible proporcionado por una o más cargas eléctricas;
(vi) análisis de los datos de servicio transmitidos por el controlador de carga para identificar errores de seguimiento en la magnitud del servicio de carga sensible proporcionado; y
(vii) determinar y transmitir una corrección de servicio de carga sensible basada en un error de seguimiento identificado.
Por lo tanto, con la presente invención se proporciona un sistema y método de carga sensible que evita los retrasos inherentes de un sistema de carga sensible al control centralizado y, por lo tanto, asegura una respuesta muy rápida a cualquier desviación del valor nominal de una característica monitoreada de una red de suministro eléctrico mientras reduce el impacto en la red de suministro eléctrico de cualquier error de seguimiento que surja durante la operación.
Breve descripción de los dibujos
Estos y otros aspectos de la invención se describirán ahora, a modo de ejemplo únicamente, con referencia a las figuras adjuntas, en las que:
La figura 1 muestra un sistema de suministro de electricidad adecuado para su uso con la presente invención; La figura 2 ilustra esquemáticamente un dispositivo de carga sensible de un sistema de carga sensible de acuerdo con la presente invención; y,
La figura 3 ilustra esquemáticamente un controlador central de un sistema de carga sensible de acuerdo con la presente invención;
La figura 4A es un gráfico de la frecuencia operativa de una red de distribución de energía eléctrica simulada durante un período de tres horas sin servicio de carga sensible, que ilustra las desviaciones aleatorias de la frecuencia de la red con respecto a su valor nominal;
La figura 4B es un gráfico que cubre el mismo período de tres horas que muestra un servicio de carga sensible esperado y un servicio de carga sensible real proporcionado por un dispositivo de carga sensible autónomo a las fluctuaciones de frecuencia simuladas de la figura 4A; y
La figura 4C es un gráfico que cubre el mismo período de tres horas que muestra una señal de corrección de error de seguimiento emitida centralmente al dispositivo autónomo de carga sensible de la figura 4B de acuerdo con la presente invención.
Descripción detallada de realizaciones preferidas
Un sistema de suministro de energía eléctrica indicado generalmente por 2 se ilustra en la figura 1. El sistema de suministro de energía eléctrica 2 comprende uno o más generadores de energía 4 y una pluralidad de cargas eléctricas 6. Los generadores de energía 4 suministran energía eléctrica a las cargas eléctricas 6 a través de una red de distribución de energía eléctrica 8 (en adelante "la red 8"). Al menos algunas de las cargas eléctricas 6 están conectadas y en comunicación con controladores de carga semiautónomos 10. Los controladores de carga semiautónomos 10 están adaptados para controlar la cantidad de energía eléctrica extraída por las cargas eléctricas 6 de la red 8. Preferiblemente, el controlador de carga semiautónomo 10 está físicamente cerca y, opcionalmente, integrado en la una o más cargas eléctricas 6 con las que está conectado el controlador de carga 10 para minimizar la latencia de comunicación entre el controlador de carga 10 y su respectiva una o más cargas eléctricas 6. Idealmente, la latencia de comunicación entre el controlador de carga 10 y su respectiva una o más cargas eléctricas 6 es menos de 3 segundos y más preferiblemente menos de 1 segundo. Un controlador de carga 10 puede estar adaptado para controlar la cantidad de energía eléctrica consumida por una sola carga eléctrica 6 o puede adaptarse un único controlador de carga 10 para controlar la cantidad de energía eléctrica consumida por una pluralidad de cargas eléctricas 6. Cuando una pluralidad de cargas eléctricas 6 son controladas colectivamente como un grupo por un solo controlador de carga 10, los miembros de carga eléctrica del grupo pueden seleccionarse como parte de un subgrupo de acuerdo, por ejemplo, con un usuario final común de las cargas eléctricas 6 y/o requisitos de energía eléctrica similares, tales como, entre otros, ciclos de trabajo similares y/o requisitos de energía eléctrica diferentes pero complementarios.
La referencia en este documento a un dispositivo de carga sensible 12 debe entenderse como una referencia a la combinación de una o más cargas eléctricas 6 y un controlador de carga semiautónomo 10 que activa, desactiva o ajusta el consumo de energía eléctrica de la red 8 por la una o más cargas eléctricas 6 en la prestación de un servicio de carga sensible.
El controlador de carga 10 está adaptado para monitorear el desempeño de su una o más cargas eléctricas asociadas 6 en la provisión de un servicio de carga sensible y está adaptado para recibir datos de su respectiva una o más cargas eléctricas 6 relacionadas con el consumo actual de energía por parte de la carga(s) así como otros datos relacionados con la capacidad transitoria (instantánea) de la carga o cargas eléctricas 6 para proporcionar o continuar proporcionando un servicio de carga sensible. Con la tecnología actualmente disponible, la comunicación entre el controlador de carga 10 y su respectiva una o más cargas eléctricas 6 se realiza preferiblemente por medio de transmisión por cable (para minimizar la latencia de la comunicación), pero también se prevén métodos de comunicación alternativos que incluyen la transmisión inalámbrica, tales como, entre otros, Bluetooth o Wi-Fi de corto alcance equivalente. Dentro del sistema de carga sensible, idealmente existe una demora de menos de 5 segundos entre al menos algunos de los controladores de carga 10 que emiten una demanda de una carga eléctrica 6 para proporcionar un servicio de carga sensible y al menos algunas de las cargas eléctricas 6 ajustan la cantidad de energía que las cargas extraen de la red 8. Más preferiblemente, existe un retraso de tiempo de 2 segundos o menos entre algunas de las cargas y su controlador asociado. Sin embargo, lo anterior no excluye que al menos algunas de las cargas en el sistema de carga receptiva sean mucho más lentas que 5 segundos para responder. De hecho, se prevé que las cargas de respuesta más lenta pueden ser particularmente beneficiosas cuando se utilizan en combinación con cargas de corta duración pero de respuesta rápida.
El controlador de carga 10 puede estar adaptado para determinar, a partir de los datos que el controlador de carga 10 tiene con respecto a las características y rendimiento operativo de una o más cargas eléctricas 6 con las que está conectado, la capacidad actual de almacenamiento de energía (también denominada aquí como energía instantánea capacidad de almacenamiento) de su respectiva una o más cargas eléctricas 6 y por lo tanto la capacidad actual (capacidad instantánea) de la una o más cargas eléctricas 6 para proporcionar un servicio de carga sensible.
El controlador de carga semiautónomo 10 se ilustra con mayor detalle en la figura 2. El controlador de carga semiautónomo 10 incluye muchas de las características de un controlador de carga convencional como se describe en los documentos GB 2361118 y GB 2426878. Por lo tanto, no se proporciona aquí una descripción detallada de esas características y funcionalidades comunes a los controladores de carga descritos en los documentos GB 2361118 y GB 2426878. El controlador de carga semiautónomo 10 incluye uno o más procesadores 15 para realizar las etapas del programa necesarios para proporcionar un servicio de carga sensible. El uno o más procesadores 15 están en comunicación con una o más memorias 16 que constituyen el almacenamiento de programas y datos (que incluyen opcionalmente características de carga eléctrica y datos de rendimiento). Las memorias 6 son componentes de memoria convencionales tales como, pero sin limitarse a, RAM convencional y/o flash ROM. El uno o más procesadores 15 también están en comunicación con un monitor de frecuencia 17 que está adaptado para detectar fluctuaciones en la frecuencia nominal alterna de la energía eléctrica suministrada a través de la red 8. El monitoreo de las fluctuaciones transitorias en la frecuencia es el enfoque preferido actualmente para detectar desequilibrios en el suministro de energía a través de la red 8, pero monitores alternativos 17 adaptados para detectar fluctuaciones en otras características de la red de suministro de electricidad 8, que son representativas de los desequilibrios en la energía suministrada a través de la red 8, están previstas y pueden ser sustituidas por el monitor de frecuencia aquí descrito.
El servicio de carga sensible proporcionado por los dispositivos de carga sensible 12 implica, en esencia, alterar la cantidad de energía eléctrica extraída de la red 8 para reducir el desequilibrio entre la energía suministrada a la red y la energía extraída de la red 8. Como se mencionó anteriormente, un desequilibrio entre la energía suministrada a la red y la energía extraída de la red de suministro 8 es proporcional a la extensión de la desviación o excursión de la frecuencia alterna de operación actual (instantánea) de la red 8 de la frecuencia alterna de operación nominal frecuencia de la red 8. Una disminución en la frecuencia de operación por debajo del valor nominal indica que la energía generada por los generadores de energía 4 es menor que la energía requerida para satisfacer las demandas actuales de energía a través de la red 8. Por lo tanto, en respuesta, el dispositivo de carga sensible 12 está adaptado para proporcionar una respuesta de "baja frecuencia" para reducir o detener el consumo de energía de una o más de sus cargas eléctricas 6. A la inversa, un incremento en la frecuencia de funcionamiento actual por encima del valor nominal indica que la energía generada por los generadores de energía 4 es superior a la energía requerida para satisfacer las demandas actuales de energía en la red 8. En esta situación, el dispositivo de carga sensible 12 está adaptado para proporcionar una respuesta de "alta frecuencia" para incrementar o prolongar el consumo de energía de una o más de sus cargas eléctricas 6. El controlador de carga 10 del dispositivo de carga sensible 12 incluye, por lo tanto, la funcionalidad de un controlador de consumo de energía que está programado y, por lo tanto, adaptado para garantizar que las cargas eléctricas 6 del dispositivo de carga sensible 12 realicen las funciones descritas anteriormente y por lo tanto contribuyan a reducir una frecuencia de operación. desviación del valor nominal de la red 8.
La extensión o cantidad del cambio requerido en el consumo de energía de una o más cargas eléctricas 6 está determinada por uno o más procesadores 15 del controlador de carga 10 como una función de la magnitud por la cual la frecuencia actual monitoreada de la red 8 tiene desviado de su valor nominal. En una realización del controlador de carga 10, el controlador de carga 10 está programado para variar continuamente el consumo de energía de su carga o cargas eléctricas asociadas 6 en respuesta a cualquier desviación detectada de la frecuencia de funcionamiento de la red del valor nominal. En una realización alternativa preferida del controlador de carga 10, el controlador de carga 10 está programado para variar el consumo de energía de al menos una o más de sus respectivas una o más cargas eléctricas 6 solo después de que se hayan superado uno o más umbrales de frecuencia de funcionamiento. Con esta realización preferida, cada uno de los umbrales de frecuencia operativa corresponde a una desviación mínima de la frecuencia operativa supervisada del valor nominal que se utiliza para activar el servicio de carga sensible por una o más de las cargas eléctricas 6.
El controlador de carga 10 puede asignar un umbral de frecuencia (también denominado en el presente documento umbral de activación) a una o más cargas eléctricas 6 de forma aleatoria o cuasialeatoria dentro de un rango de frecuencias que abarque las desviaciones esperadas en la frecuencia de funcionamiento del valor nominal. Por ejemplo, en los rangos de frecuencia del Reino Unido para los umbrales de frecuencia de funcionamiento pueden estar entre 49,5 Hz y 50,0 Hz y entre 50,0 Hz y 50,5 Hz. Sin embargo, también se prevén otros rangos de frecuencia. Utilizando los rangos de frecuencia descritos anteriormente, se podría asignar a una o más cargas eléctricas 6 un umbral de activación de baja frecuencia de, por ejemplo, 49,60 Hz y/o un umbral de activación de alta frecuencia de, por ejemplo, 50,35 Hz. Dentro de una población de dispositivos de carga sensible 12, se asignan diferentes umbrales de activación o rangos de umbrales a diferentes dispositivos de carga sensible 12 con el fin de diversificar la respuesta del sistema de carga sensible general de carga sensible a los desequilibrios entre la energía generada y la energía consumida a través de la red 8.
Una vez que el controlador de carga 10 ha asignado un umbral de activación a una o más cargas eléctricas 6, el controlador de carga 10 cambia o altera el umbral de activación, ya sea de forma autónoma o en respuesta a las instrucciones que el controlador de carga 10 recibe de un controlador remoto 14 de otro modo. denominado en el presente documento controlador central 14. La temporización del ajuste autónomo del umbral de activación por parte del controlador de carga 10 puede estar preprogramada o puede ser activada por un evento. Por ejemplo, el controlador de carga 10 puede cambiar automáticamente el umbral de frecuencia de funcionamiento para una carga eléctrica una vez que se completa una proporciona previamente activada de servicio de carga sensible por la carga eléctrica. El ajuste autónomo del umbral de activación por el controlador de carga 10 puede implicar la aplicación de una función matemática predeterminada al umbral de frecuencia existente de la carga eléctrica o puede implicar la reasignación de un umbral de activación de forma aleatoria o cuasialeatoria.
Un dispositivo de carga sensible 12 continuará proporcionando un servicio de carga sensible, después de ser activado como resultado de que la frecuencia de operación transitoria exceda el umbral de frecuencia de operación de una carga eléctrica, hasta que:
• la desviación en la frecuencia operativa se reduce de modo que finaliza la condición de activación;
• se ha alcanzado un tiempo máximo de activación para ese dispositivo de carga sensible particular 12 o una carga eléctrica particular 6; o
• una carga eléctrica 6 corre el riesgo de superar sus propias limitaciones operativas y se retira del servicio de carga sensible.
Alternativamente, o en combinación con los umbrales de frecuencia descritos anteriormente, el controlador 10 está programado para determinar la cantidad de demanda de energía (la cantidad de carga) que controla como un porcentaje de la demanda de energía total teórica bajo su control. El porcentaje de la demanda de energía total lo determina el controlador 10 en proporción a la magnitud de la excursión de frecuencia operativa. Por lo tanto, el controlador 10 selecciona una respuesta de demanda del 20 % donde se detecta una excursión de frecuencia de 50,1 Hz/49,9 Hz mientras que el controlador 10 selecciona una demanda de energía del 100 % cuando la frecuencia de funcionamiento está en las excursiones de frecuencia máximas aceptables de 49,5 Hz/50,5 Hz. La selección del porcentaje de demanda de energía a proporcionar como parte del servicio de carga sensible puede ser determinada de forma autónoma por el controlador de carga 10 o puede ajustarse o anularse mediante instrucciones recibidas del controlador central 14.
En contraste con los dispositivos de carga sensible convencionales, el controlador de carga semiautónomo 10 descrito en este documento incluye adicionalmente una interfaz de comunicaciones 13 para recibir señales de comando 140 desde un controlador central remoto 14. Opcionalmente, la interfaz de comunicaciones 13 está adaptada para la comunicación bidireccional y la transmisión de datos desde el controlador de carga 10 al controlador central remoto 14. El controlador de carga 10 puede tener su propia interfaz de comunicaciones 13, como se ilustra en las figuras 1 y 2, o una pluralidad de controladores de carga 10 pueden compartir una interfaz de comunicación 13. Cuando la interfaz de comunicaciones 13 es bidireccional, los controladores de carga 10 están adaptados para transmitir, a través de la interfaz de comunicaciones 13, datos de servicio de carga sensibles al controlador central remoto 14 para su registro (almacenamiento) en, por ejemplo, uno o más servidores centrales. del controlador central 14 y para su posterior análisis por el controlador central 14. Las señales de comando del controlador central 14 y los datos del servicio de carga sensible del dispositivo de carga sensible 12 se comunican usando los mismos o diferentes medios de comunicación o redes apropiadas para la transmisión entre ubicaciones remotas. Dichos medios y redes de comunicación incluyen, pero no se limitan a, transmisión por cable e inalámbrica, transmisión de fibra óptica, telefonía terrestre y satelital, Internet, etc. Idealmente, todas las comunicaciones entre un dispositivo de carga sensible 12 y el controlador central remoto 14 están aseguradas, por ejemplo, usando una red privada virtual (VPN) y otras características de seguridad similares. Como el controlador central 14 está alejado de los dispositivos de carga sensible 12, puede existir un retraso de más de 10 segundos entre una señal de comando emitida por el controlador central 14 y la misma señal de comando recibida y actuada por un dispositivo de carga sensible 12.
Como se mencionó anteriormente, el controlador de carga 10 está adaptado para recibir instrucciones en forma de una señal de comando desde el controlador central 14 para ajustar la cantidad de energía eléctrica consumida por las cargas eléctricas 6 bajo su control como parte de un servicio de carga sensible. La señal de comando transmitida por el controlador central 14 al controlador de carga 10 tiene preferiblemente la forma de una compensación que puede aplicarse:
i) en forma de una compensación de frecuencia que se incrementa o disminuye los umbrales de frecuencia de funcionamiento asignados a las cargas individuales 6 de modo que la cantidad agregada de servicio de carga sensible se incrementa o disminuye en una cantidad determinada por el controlador central 14, o
ii) en forma de una compensación de frecuencia que se incrementa o disminuye los valores de medición de frecuencia de funcionamiento registrados por el monitor de frecuencia 17 del controlador de carga 1 de modo que la cantidad agregada de servicio de carga sensible se incrementa o disminuye en una cantidad determinada por el controlador central 14; o
iii) en forma de una compensación de respuesta que se incrementa o disminuye el porcentaje de la demanda de energía total teórica seleccionada de forma autónoma por el controlador local 10 en respuesta a la magnitud de una excursión de frecuencia detectada, de modo que la cantidad agregada de servicio de carga sensible se incrementa o disminuye por una cantidad determinada por el controlador central 14.
Con la opción i) el controlador de carga 10 actualiza los umbrales de activación para cada una de sus respectivas cargas eléctricas 6 aplicando la frecuencia de umbral original /Umbral una cantidad de frecuencia /- /SeñalCentral contenida en la señal de comando recibida del controlador central 14. Por lo tanto, la frecuencia de umbral original /Umbral se ajusta a:
/UmbralAjustado — X (/Umbral) (+/- /SeñalCentral).
Con la opción ii) el controlador de carga 10 ajusta el valor de todas las mediciones de frecuencia operativa generadas por el monitor de frecuencia 13 en una cantidad correspondiente a la cantidad de frecuencia /- /SeñalCentral contenida en la señal de comando del controlador central 14. Por tanto, la frecuencia de funcionamiento medida / se ajusta a:
/Equilibrado — / (+/- /SeñalCentral).
Con la opción iii) el controlador de carga 10 ajusta la cantidad de respuesta %Respuesta seleccionado de forma autónoma por el controlador de carga 10 en una cantidad correspondiente a la cantidad de compensación /- %SeñalCentral contenida en la señal de comando del controlador central 14. Por tanto, la respuesta se ajusta a:
%Respuesta ajustada — %Respuesta (+/- %SeñalCentral).
En los ejemplos dados anteriormente, la cantidad de compensación tiene una magnitud predeterminada por el controlador remoto que se aplica como un término aditivo simple. Alternativamente, la magnitud de la cantidad de compensación puede incluir un término multiplicativo asociado con la magnitud de la excursión de frecuencia desde la frecuencia nominal /nominal detectado de forma independiente por cada controlador de carga. Por ejemplo, la cantidad de compensación se puede aplicar de la siguiente manera:
SI / > /nominal (por ejemplo, 50,0 Hz) ENTONCES:
/Ajustado — /nominal (/ - /nominal) * CSMultiplicarAlto /SeñalCentral
ADEMÁS:
/Ajustado — /nominal (/ - /nominal) * CSMultiplicarBajo /SeñalCentral
CSMultiplicarAlto y CSMultiplicarBajo son términos de señales centrales multiplicativas predeterminados por el controlador remoto y comunicados como parte de la señal de comando desde el controlador remoto a los controladores de carga individuales. Alternativamente, cada uno de los controladores de carga puede tener las señales centrales multiplicativas y/o /SeñalCentral almacenadas localmente en la memoria.
Con este enfoque alternativo, la magnitud de la corrección del servicio de carga en respuesta está determinada parcialmente por la magnitud detectada de una excursión de frecuencia de la red. Además, es posible que CSMultiplicarAlto y CSMultiplicarBajo tengan diferentes magnitudes. Esto permite que el controlador de carga proporcione una respuesta a las excursiones de alta frecuencia que es diferente a su respuesta a las excursiones de baja frecuencia y, al hacerlo, acomoda las diferencias en la inercia de la red con respecto a las excursiones de alta frecuencia y las excursiones de baja frecuencia.
Aunque el ejemplo anterior que involucra el uso de un término de señal central multiplicativo es específico para aplicar una compensación de frecuencia a las frecuencias medidas por el controlador de carga (opción ii), será inmediatamente evidente que un término de señal central multiplicativo también se puede usar en una manera similar para calcular las compensaciones para las opciones (i) y (iii).
En los ejemplos anteriores /SeñalCentral y %SeñalCentral son una compensación que puede tomar un valor positivo o negativo dependiendo de si se requiere un ajuste hacia arriba o hacia abajo. Además, el valor predeterminado para /SeñalCentral y % SeñalCentral puede establecerse en 0 y el valor predeterminado para CSMultiplicarAlto y CSMultiplicarBajo puede establecerse en 1 para permitir que el controlador local 10 aplique un cálculo único cada vez que se determina una nueva frecuencia de umbral, se registra una nueva medición de frecuencia de operación o se determina la magnitud del servicio de carga sensible que se proporcionará, mientras se asegura que el umbral frecuencia, la frecuencia operativa medida o la magnitud del servicio de carga sensible que se proporcionará solo se ajusta cuando un valor distinto de cero para /SeñalCentral o %SeñalCentral es comunicado por el controlador central 14 al dispositivo de carga sensible 12.
En una realización, el controlador central 14 está adaptado para emitir señales de comando a intervalos regularmente espaciados con cada nueva señal de comando sobrescribiendo la señal de comando anterior. En una realización alternativa, el controlador de carga 10 incluye un temporizador (no ilustrado) que aplica automáticamente un límite a la duración de tiempo de cualquier compensación distinto de cero recibido como una señal de comando desde el controlador central 14. Por ejemplo, un ajuste distinto de cero puede limitarse a un período de tiempo de 30 minutos. Por supuesto, resultará evidente que dichas duraciones de tiempo fijo durante las cuales se aplica un ajuste distinto de cero pueden ser más de 30 minutos pero también pueden ser menos de 30 minutos, por ejemplo, 15 minutos, 5 minutos o incluso menos. Esta realización alternativa reduce el requisito de comunicación regular con el controlador central 14 y, por tanto, es útil cuando el enlace de comunicación entre el controlador central 14 y el controlador de carga 10 no es confiable, por ejemplo.
El controlador de carga se puede adaptar para implementar todas las correcciones de servicio de carga sensibles inmediatamente después de la recepción. Alternativamente, el controlador de carga puede incluir una memoria en la que se almacenan una o más correcciones de servicio de carga sensible, cada una en asociación con un tiempo de ejecución que identifica un tiempo futuro en el que se implementará la corrección de servicio de carga sensible asociada. Las correcciones del servicio de carga sensible pueden almacenarse previamente en el controlador de carga o pueden transmitirse desde el controlador remoto al controlador de carga para su almacenamiento y ejecución futura. Esto permite que el controlador remoto programe correcciones de servicio de carga sensibles para la ejecución futura donde se esperan desviaciones de frecuencia de la red. Además, cuando la memoria del controlador de carga es una memoria de lectura/escritura, el controlador de carga puede adaptarse para actualizar o cambiar el tiempo de ejecución asociado con una corrección de servicio de carga sensible almacenada. Esta capacidad de ajustar el tiempo de ejecución permite programar con mucha precisión los servicios de carga sensible futuros planificados.
La cantidad por la cual el umbral de frecuencia de operación, la medición de frecuencia de operación o el porcentaje de respuesta es incrementado o disminuido puede consistir en un valor natural en las señales de comando transmitidas por el controlador central 14. Alternativamente, el controlador de carga 10 puede tener cantidades de ajuste predeterminadas almacenadas en su memoria 16, por ejemplo en una tabla de consulta, estando asociada cada cantidad de ajuste con un código de ajuste. Con este enfoque alternativo, solo se transmite el código de ajuste en la señal de comando a los dispositivos de carga sensibles 12, lo que permite minimizar la carga útil de la señal de comando.
Las señales de comando generadas por el controlador central 14 pueden ser globales, es decir, la misma señal de comando que indica el mismo ajuste se transmite a todos los dispositivos de carga sensible 12 en el sistema de carga sensible. Sin embargo, en una realización particularmente preferida, el controlador central 14 genera señales de comando para dispositivos de carga sensibles 12 individuales o para un subgrupo de dispositivos de carga sensibles 12. Las señales de comando destinadas solo a algunos y no a todos los dispositivos de carga sensibles 12 en el sistema de carga sensible pueden transmitirse a cada receptor de dispositivo de carga sensible previsto individualmente. Sin embargo, para minimizar la latencia de la señal de comando, las señales de comando para solo uno o un subgrupo de dispositivos de carga sensibles 12 se transmiten preferiblemente a todos los dispositivos de carga sensibles 12 en el sistema de carga sensible con la señal de comando que incluye identificadores de dispositivos de carga sensibles que indican cuáles dispositivos de carga sensibles deben aceptar y actuar sobre la señal de comando.
Como se ilustra en la figura 3, el controlador central 14 incluye uno o más procesadores 18 para realizar las etapas del programa necesarios para implementar la supervisión y gestión centralizadas del sistema de carga sensible y la proporciona del servicio de carga sensible. El uno o más procesadores 18 están en comunicación con una o más memorias 19 que constituyen el almacenamiento de programas y datos. El uno o más procesadores 18 también están en comunicación con un monitor de frecuencia 17 que está adaptado para detectar fluctuaciones en la frecuencia de operación alterna de la energía eléctrica suministrada a través de la red 8. El monitoreo de las fluctuaciones de frecuencia es el enfoque preferido actualmente para detectar desequilibrios en el suministro de energía a través de la red 8, pero se prevé que los monitores alternativos 17 estén adaptados para detectar fluctuaciones en otras características de la red 8 representativas de los desequilibrios en la energía suministrada a través de la red 8 puede ser sustituido por el monitor de frecuencia aquí descrito.
El controlador central 14 está programado para analizar la frecuencia operativa monitoreada de la red 8 y cualquier dato de carga sensible transmitido desde los dispositivos de carga sensible 12 al controlador central 14 y para determinar automáticamente si la cantidad de servicio de carga sensible que se proporciona actualmente debe incrementarse o disminuirse mediante la transmisión de una señal de comando de compensación distinto de cero. Cuando el controlador central 14 está en comunicación bidireccional con los dispositivos de carga sensibles 12, el controlador central 14 determina si se necesita una compensación distinta de cero, comparando los datos de frecuencia de funcionamiento registrados independientemente por su propio monitor de frecuencia 17 con los datos recibidos de los dispositivos de carga sensible 12 con respecto a la magnitud del servicio de carga sensible proporcionado. Cualquier divergencia mayor que una desviación mínima permitida entre las fluctuaciones en la frecuencia de operación de la red y las fluctuaciones en la magnitud del servicio de carga sensible proporcionado que se encuentra en la comparación se identifica como un error de seguimiento y activa la transmisión por el controlador central 14 de una señal de comando de valor distinto de cero. desviar la a al menos los dispositivos de carga sensibles 12 que produjeron los datos de servicio de carga sensibles divergentes.
Donde solo existe comunicación unidireccional entre el controlador central 14 y los dispositivos de carga sensibles 12, el controlador central 14 usa un modelo preprogramado de los dispositivos de carga sensibles 12 para generar un modelo teórico del servicio de carga sensible que se espera que sea proporcionado por los dispositivos de carga sensibles 12 en respuesta a las fluctuaciones reales de la frecuencia operativa de la red y el impacto del servicio de carga sensible teórica sobre la frecuencia operativa de la red. El impacto previsto en la frecuencia operativa de la red se compara con la frecuencia operativa real de la red supervisada y cualquier divergencia mayor que una desviación mínima permitida predeterminada que persista más de un período de tiempo predeterminado activa la transmisión por parte del controlador central 14 de una señal de comando de compensación distinta de cero a algunos o todos los dispositivos de carga sensibles 12 bajo su control.
Además, o como alternativa, la transmisión por parte del controlador central 14 de una compensación distinta de cero puede activarse donde el controlador central 14 recibe o tiene información que indica la necesidad de un servicio de carga sensible adicional de uno o más de los dispositivos de carga sensible 12 bajo su control. Por ejemplo, los datos sobre los dispositivos de carga sensibles 12 almacenados en las memorias del controlador central 16 pueden indicar que algunos de los dispositivos de carga sensibles 12 no estarán disponibles durante un período de tiempo fijo en el futuro. Esto requiere otros dispositivos 12 de carga receptiva dentro del sistema 2 de carga receptiva para incrementar la magnitud de su servicio de carga receptiva para tener en cuenta la falta de servicio de carga receptiva de los dispositivos de carga receptiva no disponibles. Sobre la base de esta información, el controlador central 14 puede transmitir automáticamente una compensación distinto de cero durante el tiempo que se sabe que los dispositivos de carga sensibles 12 no están disponibles.
Considérese una situación en la que una excursión ascendente de la frecuencia operativa de la red 8 desencadena la proporciona de un servicio de carga sensible. La excursión ascendente se detiene rápidamente y el controlador central 14 detecta posteriormente un descenso rápido en la frecuencia operativa supervisada, lo que sugiere que el servicio de carga sensible actual excede lo requerido. En respuesta a esta información, el controlador central 14 está programado para transmitir automáticamente señales de comando a un subgrupo de dispositivos de carga sensibles que requieren que se aplique una compensación a sus frecuencias operativas medidas, sus umbrales de activación o su respuesta porcentual para reducir la contribución. de o retirar completamente ese subgrupo de dispositivos de carga receptiva del servicio de carga receptiva. El subgrupo de dispositivos de carga receptiva que se retirará del servicio de carga receptiva puede ser seleccionado por el controlador central 14 de manera aleatoria o cuasialeatoria o con referencia a las características operativas de las cargas eléctricas y/o dispositivos de carga receptiva sujetos a mayores cargas de energía.
Para ilustrar la metodología y funcionalidad del sistema de carga sensible 2 y el método descrito anteriormente, se hace referencia a las figuras 4A-4C. El gráfico de la figura 4A muestra las fluctuaciones de la frecuencia de funcionamiento de una red de suministro eléctrico durante una ventana de tres horas en ausencia de una intervención de carga sensible. La frecuencia nominal para la red de suministro eléctrico es de 50 Hz pero como se desprende de la figura 4A durante el período de tres horas, la frecuencia de funcionamiento real fluctúa entre una frecuencia mínima de aproximadamente 48,8 Hz y una frecuencia máxima de 50,05 Hz, siendo la mayoría de las excursiones de frecuencia excursiones de baja frecuencia.
Pasando ahora a la figura 4B, este gráfico ilustra una simulación de la respuesta simulada esperada (línea continua) y la respuesta simulada real (línea discontinua) a la frecuencia operativa fluctuante ilustrada en la figura 4A de un sistema de carga sensible 2 que utiliza un grupo de 200 cargas individuales controladas por un controlador de carga totalmente autónomo. El grupo de 200 cargas incluye diferentes tipos de carga que tienen diferentes características de rendimiento y diferentes ciclos de trabajo, por lo que la respuesta real representada por la línea discontinua es una amalgama de las respuestas de las cargas individuales.
Como puede verse entre las 9:30 am y las 10:00 am, la respuesta real (línea discontinua) difiere de la respuesta esperada. Esta diferencia representa un error de seguimiento en la respuesta del controlador de carga autónomo de un sistema de carga sensible. Se producen errores de seguimiento similares entre las 10:00 am Y las 10:30 am y alrededor de las 10:30 am. Estos errores de seguimiento representan momentos en los que el servicio de carga sensible proporcionado por el controlador de carga totalmente autónomo proporcionó una respuesta en términos de un cambio porcentual en la energía demandada por las cargas bajo el control del controlador de carga.
Pasando ahora a la figura 4C, este es un gráfico de la respuesta simulada a la frecuencia de funcionamiento fluctuante ilustrada en la figura 4A de un sistema de carga sensible 2 de acuerdo con la presente invención. Entre las 9:30 am y las 10:00 am se indica una corrección por parte del controlador central 14 del error de seguimiento del controlador de carga semiautónomo 10 y son evidentes correcciones de error de seguimiento similares a través de la comparación de las respuestas de los controladores de carga ilustradas en las figuras 4B y 4C.
Además, la figura 4C ilustra un cambio forzado a la respuesta de la línea de base proporcionada por el controlador de carga semiautónomo 14 durante un período de tiempo de 30 minutos entre las 9:00 am y las 9:30 am que se hizo cumplir mediante una señal transmitida por el controlador central 14. El controlador central 14 transmitió el cambio a la respuesta de línea de base para adaptarse a una reducción anticipada en la demanda de energía en otras partes de la red. De esta manera, el sistema de carga receptiva 2 es capaz de proporcionar tanto un servicio de carga receptivo como proactivo.
El controlador central 14 puede incluir además instrucciones de programa para el análisis de los datos de carga sensibles suministrados por los dispositivos de carga sensible 12 individuales. Los datos de carga sensible se pueden usar para identificar los dispositivos de carga sensible 12 que persistentemente no proporcionan tanto servicio de carga sensible como se esperaba, por ejemplo como resultado de cargas eléctricas 6 de bajo rendimiento. Usando esta información, el controlador central 14 también es capaz de identificar, por ejemplo, basado en sus limitaciones operativas, subgrupos de dispositivos de carga sensibles capaces de proporcionar un servicio de carga sensible a más largo plazo para minimizar la conmutación del estado de energía de las cargas eléctricas individuales 6.
El sistema de carga sensible aquí descrito proporciona una combinación de respuesta de frecuencia autónoma medida localmente y control centralizado. Esto permite que la gestión de las limitaciones operativas de las cargas eléctricas individuales se separe de los requisitos de la red en términos de prestación de un servicio de carga sensible. Además, el sistema de carga sensible descrito en este documento es capaz de proporcionar una respuesta de alta velocidad (< 2 s) a las excursiones de frecuencia operativa detectadas mediante el uso de dispositivos de control semiautónomos en combinación con una gestión mejorada del servicio de carga sensible por medio del ajuste centralizado de respuesta continua. servicio de carga. Por lo tanto, se proporciona un servicio de carga sensible autónomo inicial de alta velocidad inmediatamente cuando se detecta un desequilibrio en la red y el servicio de carga sensible autónoma inicial se ajusta a través de ajustes en el servicio de carga sensible determinado por el controlador central. Además, los ajustes se determinan en relación con el servicio de carga sensible inicial que se proporciona porque los ajustes se basan en la frecuencia operativa de la red supervisada por el controlador central después de que el servicio de carga sensible inicial se ha proporcionado a la red.
Con el servicio y el método de carga receptiva descritos en este documento, el control de carga receptivo centralizado se combina con el control de carga receptivo autónomo local de una manera que evita los ajustes de carga receptiva autónoma local y la operación que entra en conflicto con las instrucciones emitidas por el controlador centralizado remoto. Esto asegura la confiabilidad y robustez del sistema de carga sensible. Además, la implementación del control de carga receptivo centralizado a través de una compensación aplicada al control de carga receptivo autónomo local minimiza el tiempo requerido para implementar cualquier ajuste centralizado y minimiza los requisitos de procesamiento en contraste con un servicio de carga receptivo en el que se puede requerir que un controlador de carga cambie entre diferentes estados operativos, a saber, funcionamiento autónomo y funcionamiento "esclavo" en el que el controlador de carga está totalmente bajo el control del controlador remoto.
En la práctica, el nivel o la cantidad de un servicio de carga sensible totalmente autónomo proporcionado en respuesta a los desequilibrios detectados en una red de distribución de energía eléctrica puede cumplir imperfectamente los requisitos para reequilibrar completamente la red en forma de errores de seguimiento. El sistema de carga sensible descrito en este documento está adaptado para detectar y corregir dichos errores de seguimiento y, por lo tanto, ofrecer un servicio de carga sensible mejorado y altamente confiable mientras se mantiene una latencia mínima en la proporciona inicial del servicio de carga sensible. Además, el sistema de carga receptiva está adaptado para almacenar y analizar datos operativos y de rendimiento de las cargas eléctricas utilizadas en la proporciona del servicio de carga receptiva, lo que permite modelar las características operativas de una manera parametrizada. Esto maximiza el uso del potencial de las cargas eléctricas para proporcionar un servicio de carga sensible.
Aunque en el presente documento se describe una realización de un sistema y método de carga sensible, se prevén cambios en el sistema y método sin apartarse del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas. En particular, aunque aquí se hace referencia a que el controlador de carga y el controlador central están programados para realizar las funciones requeridas de ellos, esta funcionalidad puede implementarse mediante el uso de procesadores ASIC personalizados. Además, las características de la red distintas de la frecuencia se pueden monitorear y usar para activar la proporciona de un servicio de carga sensible.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de carga sensible para proporcionar un servicio de carga sensible a una red de suministro de energía eléctrica (8) que tiene un valor operativo nominal (f nominai ) para un parámetro físico variable (f) de la red de suministro eléctrico, comprendiendo el sistema de carga sensible:
un controlador remoto (14) y al menos un controlador de carga (10) adaptado para controlar el consumo de electricidad de una o más cargas eléctricas asociadas (6) en las proximidades del controlador de carga (10), estando el sistema de carga sensible caracterizado por que cada controlador de carga (10) incluye:
un dispositivo de medición de parámetros (17) para la medición regular del parámetro físico variable (f) de la red de suministro eléctrico,
un controlador de consumo de energía para determinar y para provocar el ajuste del consumo de energía de al menos una de las una o más cargas eléctricas asociadas (6) para proporcionar un servicio de carga sensible en respuesta a una diferencia detectada entre una medición reciente del parámetro físico variable transitorio (f) de la red de suministro eléctrico y el valor nominal de funcionamiento f nomina ) del parámetro físico, y
un primer dispositivo de comunicación (13) adaptado para recibir señales de comando (140) desde el controlador remoto (14), siendo cada señal de comando (140) representativa de un ajuste a la cantidad de servicio de carga sensible que está siendo proporcionado por una o más cargas eléctricas (6),
incluyendo el controlador remoto (14):
un dispositivo de medición de parámetros (17) para la medición regular del parámetro físico variable (f) de la red de suministro de energía eléctrica,
un analizador (18) adaptado para determinar ajustes al servicio de carga sensible proporcionado por una o más cargas eléctricas (6) del al menos un controlador de carga (6); y
un segundo dispositivo de comunicación (13) para transmitir a dicho al menos un controlador de carga (10) una señal de comando (140) representativa de una corrección de servicio de carga sensible determinada,
en donde cada controlador de carga (10) está adaptado para recibir la señal de comando (140) y aplicar la corrección de servicio de carga sensible como una compensación a los ajustes de consumo de energía determinados por el controlador de consumo de energía.
2. El sistema de carga sensible según la reivindicación 1, en el que el controlador de carga (10) aplica la compensación a:
i) mediciones del parámetro físico variable (f) de la red de suministro eléctrico,
ii) un umbral del parámetro físico medido (f umbra ) que activa el ajuste del consumo de energía de al menos una de las una o más cargas eléctricas asociadas (6) para proporcionar un servicio de carga sensible, o
iii) una magnitud del ajuste del consumo de energía (% Respuesta ) de al menos una de las una o más cargas eléctricas asociadas (6).
3. El sistema de carga sensible como según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que cada controlador de carga (10) está adaptado para aplicar una corrección de servicio de carga sensible como una compensación a todos los ajustes de consumo de energía hasta que una nueva corrección del servicio de carga sensible sea transmitida por el controlador remoto (14) y en el que la corrección del servicio de carga sensible puede tener un valor cero donde no se requiere corrección.
4. El sistema de carga receptiva según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que cada controlador de carga (10) está adaptado para aplicar una corrección del servicio de carga receptiva como una compensación a todos los ajustes de consumo de energía durante un período de tiempo predeterminado y en el que el período predeterminado de tiempo es de al menos 5 minutos, más preferiblemente de 30 minutos.
5. El sistema de carga sensible según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el parámetro físico variable (f) de la red de suministro eléctrico es la frecuencia de funcionamiento y los dispositivos de medición de parámetros (17) son monitores de frecuencia.
6. El sistema de carga sensible según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el controlador de carga (10) incluye conexiones cableadas a una o más cargas eléctricas asociadas (6).
7. El sistema de carga sensible según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer y segundo sistemas de comunicaciones (13) están en comunicación inalámbrica.
8. Un controlador de carga (10) para proporcionar un servicio de carga sensible a una red de suministro de energía eléctrica (8) que tiene un valor operativo nominal f nomina ) para un parámetro físico (f) de la red de suministro eléctrico, caracterizado por que el controlador de carga (10) comprende:
un dispositivo de medición de parámetros (17) para la medición regular del parámetro físico variable (f) de la red de suministro eléctrico,
un controlador de consumo de energía para determinar y para provocar el ajuste del consumo de energía de al menos una de una o más cargas eléctricas asociadas (6) para proporcionar un servicio de carga sensible en respuesta a una diferencia detectada entre una medición reciente del parámetro físico variable transitorio (f) de la red de suministro eléctrico y el valor nominal de funcionamiento (f nominai ) del parámetro físico, y un dispositivo de comunicación (13) adaptado para recibir señales de comando (140) desde un controlador remoto (14), siendo cada señal de comando (140) representativa de una corrección de servicio de carga sensible,
en donde el controlador de carga (10) está adaptado para recibir una señal de comando (140) y aplicar la corrección de servicio de carga sensible como una compensación a los ajustes de consumo de energía determinados por el controlador de consumo de energía.
9. El controlador de carga (10) según la reivindicación 8, en el que el controlador de carga aplica la compensación a:
i) mediciones del parámetro físico variable (f) de la red de suministro eléctrico,
ii) un umbral del parámetro físico medido (f nominai ) que activa el ajuste del consumo de energía de al menos una de las una o más cargas eléctricas asociadas (6) para proporcionar un servicio de carga sensible, o
iii) una magnitud del ajuste del consumo de energía (% Respuesta ) de al menos una de las una o más cargas eléctricas asociadas (6).
10. El controlador de carga (10) según cualquiera de las reivindicaciones 8 o 9, en el que cada controlador de carga (10) está adaptado para aplicar una corrección de servicio de carga sensible como una compensación a todos los ajustes de consumo de energía (i) hasta que una nueva corrección del servicio de carga sensible es transmitida por el controlador remoto (14) o (ii) durante un período de tiempo predeterminado, en donde el período de tiempo predeterminado es de al menos 5 minutos, más preferiblemente de 30 minutos.
11. El controlador de carga (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en donde el controlador de carga (10) es un controlador de carga semiautónomo.
12. Un controlador remoto (14) para ajustar un servicio de carga sensible proporcionado por una o más cargas eléctricas (6) bajo el control de al menos un controlador de carga (10) a una red de suministro de energía eléctrica (8) que tiene un valor operativo nominal (f nominai ) para un parámetro físico variable (f) de la red de suministro eléctrico, caracterizado por que el controlador remoto (14) comprende:
un dispositivo de medición de parámetros (17) para la medición regular del parámetro físico variable (f) de la red de suministro de energía eléctrica,
un analizador (18) adaptado para determinar ajustes a un servicio de carga sensible que está siendo proporcionado por una o más cargas eléctricas (6) bajo el control de al menos un controlador de carga (6); y
un dispositivo de comunicación (13) para transmitir señales de comando (140), cada una de las cuales representa una corrección de servicio de carga sensible determinada a dicho al menos un controlador de carga (10), en donde la corrección de servicio de carga sensible determinada está adaptada para ser aplicada como una compensación por el al menos un controlador de carga (10) a los ajustes de consumo de energía determinados por el al menos un controlador de carga (10).
13. El controlador remoto según la reivindicación 12, adaptado además para transmitir una corrección de servicio de carga sensible con un valor cero donde no se requiere corrección.
14. Un método para controlar una o más cargas eléctricas (6) acopladas a una red de suministro de energía eléctrica (8) que tiene un valor operativo nominal (f nomina ) para que un parámetro físico variable (f) de la red de suministro de energía eléctrica proporcione un servicio de carga sensible variando el consumo de energía de una o más cargas eléctricas (6) en respuesta a una diferencia entre una medición instantánea del parámetro físico variable (f) de la red de suministro de energía eléctrica y su valor nominal de funcionamiento (f nomina ), estando dicho método caracterizado por que comprende las etapas de:
(i) medir regularmente el parámetro físico variable (f) de la red de suministro de energía eléctrica mediante un controlador de carga (10) en las proximidades y en comunicación con una o más cargas eléctricas (6) y por separado mediante un controlador remoto (14);
(ii) en respuesta a una diferencia detectada por el controlador de carga (10) entre un valor instantáneo medido del parámetro físico variable (f) y el valor operativo nominal (f nomina ), determinar un ajuste de consumo de energía y ajustar el consumo de energía de al menos una de las una o más cargas eléctricas (6) de acuerdo con el ajuste de consumo de energía determinado para proporcionar un servicio de carga sensible independientemente del controlador remoto (14);
(iii) el controlador remoto (14) determina una corrección del servicio de carga sensible al servicio de carga sensible que se está proporcionando;
(iv) transmitir una señal de comando (140) representativa de la corrección de servicio de carga sensible determinada desde el controlador remoto (14) al controlador de carga (10); y
el controlador de carga (10) modifica el servicio de carga sensible proporcionado a la red de suministro de energía eléctrica de acuerdo con la corrección de servicio de carga sensible determinada transmitida al controlador de carga (10) en donde el ajuste determinado es una compensación que aplicará el controlador de carga a ajustes de consumo de energía determinados por el controlador de carga (10).
15. Un método según la reivindicación 14, que además comprende las etapas de:
(v) el controlador de carga (10) transmite al controlador remoto (14) datos de servicio (120) sobre la magnitud del servicio de carga sensible proporcionado por una o más cargas eléctricas (6);
(vi) análisis de los datos de servicio (120) transmitidos por el controlador de carga (10) para identificar errores de seguimiento en la magnitud del servicio de carga sensible proporcionado; y
(vii) determinar y transmitir una corrección de servicio de carga sensible (140) basada en un error de seguimiento identificado.
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