JP2016540472A - ポートフォリオ管理によるデマンドサイド・レスポンスシステム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の一実施形態によるエネルギー分配システム100を示している。効果的に、本発明は、電力網における周波数の低下に応答して、負荷のポートフォリオで、その電力消費を規定量だけ低減することを指令する能力を、いくつかのエネルギープレーヤのいずれかに与えるとともに、ローカル負荷レベルでの独立制御を用いて100msのオーダでの応答を実現する。電力網運用者は、周波数の低下に応答して、産業的消費者からなるポートフォリオで、それらの電力消費を低減することを要求することができ、典型的な要件は、電力を低減するための応答時間が15秒など、秒のオーダであることである。ポートフォリオの負荷を制御する(比較的遅い応答時間を有する)完全集中システムでは、この応答時間を実現することは不可能な場合がある。また、従来技術によるローカル負荷スイッチは、柔軟性がなく、電力網上または負荷内における変化を考慮しておらず、また、ポートフォリオの個々の負荷を協調的に調整することもない。そこで、本発明は、ハイブリッドアプローチを用いて、中央ユニットで、ポートフォリオ全体の最適化に基づいて各負荷に対する周波数トリガを定期的に決定し、それらのトリガを伝達し、これにより、各負荷で、周波数の低下が検出されたときに、中央ユニットとは独立に、直ちに電力を低減するように対応することが可能である。
図2は、エネルギー分配システム100と組み合わせて使用されるエネルギー管理システム140の一実施形態を示すブロック図である。図示されているのは、供給網運用者210およびポートフォリオ内の任意の数のエネルギー負荷180〜186と通信する中央ユニット160である。中央ユニット160は、ユーザインタフェースコンピュータ162、コンピュータサーバ164、およびデータベース168を含み、好ましくはクラウドベースのものであるが、共同設置データセンタ内のサーバ、専用サーバインフラストラクチャ、パーソナルコンピュータ、または分散環境など、他の方式も企図される。一実施形態では、中央ユニット160は、ベルギーのRestore N.V.によって管理されるものであり、このユニットは、共同設置データセンタ内の専用サーバのセットである。
図3は、約25分の期間にわたる電力網の周波数310を示すグラフ300である。周波数帯域314は、49.8Hzから49.9Hzまでの範囲である。図示のように、周波数は低下して、ある期間にわたって49.9Hzを下回っており、その後、再び上昇する。順序付き負荷のセット318は、制限され得る特定の電力量(この場合は、10MW)を表すとともに、周波数帯域314内で特定の方法で順序付けされた負荷1、2、3を示している。この例では、電力網運用者が、周波数帯域314と、周波数が49.80Hzまで低下した場合に負荷のポートフォリオによって制限されるべき電力量10MWと、を提示して、契約条件を中央ユニットに対して規定したと仮定する。
図8は、図2の中央ユニットおよびローカルユニット(負荷サイト)の、より詳細なブロック図である。前述のように、周波数偏差に応答して、どの負荷を調整するかを決定するだけではなく、各負荷を直接制御するような中央システムでは、秒のオーダの応答時間が要求されることが多い場合には、高速性または信頼性が十分ではない。例えば、電力網で、かなりの周波数偏差が生じて、負荷のポートフォリオの電力消費を直ちに減少させる必要がある場合に、計算を実行して、中央システムから個々の負荷にそれぞれ制御信号を送信することは、あまりにも時間がかかる。このような集中システムでは、そのような偏差が発生しているときに、もし負荷のうちのいずれかとの通信に障害が発生すると、その負荷の電力は削減できないことになり、それは、電力網運用者への電力の供給ができないことを意味する。本発明は、これらの問題に対処している。
図9は、例えば中央ユニット160で集中的に実施される、負荷を構成するプロセスを示すフロー図である。ローカル監視ステップ708で、瞬時電力消費、電力網周波数、負荷における温度、(電気オーブン内の電流、圧縮機内の圧力、冷蔵倉庫内の温度、など)それぞれ柔軟な資源に関連した他の状態変数など、ローカル負荷の各々の状態を監視する。この状態情報は、ディスパッチエンジン624で受け取られて、ログの形式で、アルゴリズムエンジン622に供給される。非ローカル監視ステップ712には、電力網運用者により測定された電力網周波数、電力網に供給された電力、送電または配電が実施される領域全体の平均温度、近隣国から輸入された電力量、電力のスポット価格など、特定の負荷に固有ではない他の関連データが含まれる。この情報は、市場データおよびログの形式で、同様にアルゴリズムエンジン622に供給される。また、履歴データベース720でも、ローカルおよび非ローカル情報をリアルタイムで受け取って、これにより、予測に使用するための履歴情報を保存する。例えば、特定の負荷の電力使用量の履歴を用いて、その負荷が今後どのように電力を使用するかを予測することができ、電力網周波数の履歴を用いて、いつ周波数偏差が生じる可能性があるかを予測することができる。この履歴情報は、さらに、ログおよび構成履歴の形式で構成ステップ716にも供給される。
図13は、ローカルユニットで、その負荷の機械設定点をディスパッチする実施形態を示すフロー図である。最初のステップ740で、特定の負荷におけるローカルユニットのコンピュータは、負荷の特性を含むローカル情報を取得する。さらに、ステップ744で、ローカルユニットは、例えば、ローカル負荷における電力網の現在の周波数を、周波数計674を用いて検出することにより、現在の状態を特定する。また、電圧、圧力、スループット、ローカル温度、電流など、他のローカル状態を特定することもできる。一般的に、ステップ744では、負荷の状態を特定するために、ローカルエネルギー負荷における任意のローカル信号を確認または測定する。ステップ748では、特定の状態の最近の履歴をローカルユニットによって取得し、例えば、過去24時間にわたる、ローカル負荷における電力網の周波数を取得する。
図14は、本発明の再構成プロセスを示すフロー図である。構成が集中的に実施されて、ディスパッチパラメータが各負荷に送られた後は、再構成が必要であるかどうか判断するために、負荷の状態を頻繁に監視することが効果的である。頻繁に負荷を再構成する(これは、多くの資源を要し、かつリスクの可能性がある)のではなく、監視を頻繁に実施し(これは、最小限のデータを用いて、高速で実行可能である)、再構成は、必要な場合にのみ実行する。一実施形態では、監視は、10秒ごとに実施される。他の実施形態では、中央システムによるローカル監視へのサブスクリプションによって、データの変更のみが中央システムに伝えられる。
前述のように、本発明は、(ポートフォリオの電力消費の低減を必要とする)電力網周波数の低下に適用できるだけではなく、(ポートフォリオの電力消費の増加を必要とする)電力網周波数の増加にも適用可能である。例えば、図3は、50Hz未満の周波数帯域への周波数低下に応答する負荷のスタッキングを示しているが、50Hz超の周波数増加に応答するように、負荷をスタックすることができる。その場合は、(電力可用性が最も高い、安定性が最も高い、高速応答時間、など)最も能力の高い負荷が、より低周波数に、または確率の高い周波数領域周辺に、位置付けられる。また、図7では、点502の左側に、負荷522〜526のスタッキングを示しているが、電力網周波数が通常よりも高く上昇したときの状況に対処するために、点502の右側に、負荷をスタックすることができる。さらに、契約条件734では、(例えば、ヨーロッパでは)50.10Hz〜50.20Hzの周波数帯域にあるときに、負荷のポートフォリオがアクティブ化されること、および、周波数が50.20Hzに達した場合は(例えば)総量で10MW余分にポートフォリオで消費すること、を要求することができる。図11は、電力網周波数が低下したときにアクティブ化された負荷で電力を制限する文脈で説明されたが、周波数が上昇したときの予定された電力を、アクティブ化された負荷で消費することもできることは、当業者であれば理解できるであろう。また、図12は、周波数が上昇を開始した後に遅延を導入する遅延パラメータについて説明しているが、そのような遅延パラメータを、周波数が低下するときに用いることもできる。概して、当業者であれば、本開示を読解することで、電力網周波数が正常値を超えて上昇したときにポートフォリオの電力消費が増加するようにポートフォリオの負荷を管理するために、本発明を実施することが可能であろう。
図15Aおよび15Bは、本発明の実施形態を実施するのに適したコンピュータシステム900を示している。図15Aは、コンピュータシステムの1つの可能な物理的形態を示している。当然のことながら、コンピュータシステムは、集積回路、プリント回路基板、(携帯電話機またはPDAなどの)小型ハンドヘルドデバイス、パーソナルコンピュータ、またはスーパーコンピュータなど、数多くの物理的形態をとることができる。コンピュータシステム900は、モニタ902、ディスプレイ904、ハウジング906、ディスクドライブ908、キーボード910、およびマウス912を備える。ディスク914は、コンピュータシステム900との間でデータを転送するように用いられるコンピュータ可読媒体である。
Claims (26)
- エネルギー分配網に接続されて、それぞれ電力消費を有するエネルギー負荷からなるポートフォリオの電力消費を変更する方法であって、
前記エネルギー負荷の各々において前記分配網上で測定可能な信号に対する前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの所望の電力応答を示すポートフォリオ応答関数を、中央ユニットで受け取ることと、
前記信号の変化に応じた電力変更量を示す前記エネルギー負荷の各々のローカル応答関数を、前記中央ユニットで決定することと、
前記ローカル応答関数を、それぞれ対応する前記エネルギー負荷に対して、前記中央ユニットから送信することと、
前記送信の後に、前記エネルギー負荷の各々によって、それぞれ該エネルギー負荷において前記信号が変化したことを検出することと、
前記検出に応答して、各エネルギー負荷で独立に、それぞれ前記ローカル応答関数に従った前記電力変更量で、自身の電力消費を変更することであって、前記電力変更量の組み合わせによって、前記所望の電力応答を実現することと、を含む方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記エネルギー負荷は、電気負荷であり、
前記エネルギー分配網は、配電網であり、
前記信号は、前記配電網の周波数である、方法。 - 請求項2に記載の方法であって、
前記検出された周波数が、前記配電網の通常の動作周波数よりも低い場合、前記方法は、更に、
前記検出に応答して、各電気負荷で独立に、前記電力変更量で、自身の電力消費を低減することであって、電気負荷の前記ポートフォリオの電力消費を、前記所望の電力応答によって低減させることを含む、方法。 - 請求項2に記載の方法であって、
前記検出された周波数が、前記配電網の通常の動作周波数よりも高い場合、前記方法は、更に、
前記検出に応答して、各電気負荷で独立に、前記電力変更量で、自身の電力消費を増加することであって、電気負荷の前記ポートフォリオの電力消費を、前記所望の電力応答によって増加させることを含む、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記エネルギー分配網の分配網運用者は、前記信号が、ある信号範囲で変化したときに、前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの前記電力消費が、前記所望の電力量で変更されることを要求する、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、更に、
前記検出に応答して、各エネルギー負荷で独立に、前記中央ユニットから入力を受けることなく、自身の電力消費をリアルタイムで変更することを含む、方法。 - 請求項6に記載の方法であって、更に、
各エネルギー負荷で独立に、秒のオーダで、自身の電力消費を変更することを含む、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、更に、
各エネルギー負荷の電力消費を、それぞれ該エネルギー負荷の境界条件に違反することなく、前記電力変更量で変更することを含む、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記エネルギー負荷は、ガス負荷であり、
前記エネルギー分配網は、ガス分配網であり、
前記信号は、前記ガス分配網の圧力である、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記ポートフォリオ応答関数は線形関数である、方法。 - エネルギー分配網に接続されて、それぞれ電力消費を有するエネルギー負荷からなるポートフォリオの電力消費を変更するためのシステムであって、
前記エネルギー負荷の各々において前記分配網上で測定可能な信号に対する前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの所望の電力応答を示すポートフォリオ応答関数を受け取るように構成された中央演算ユニットであって、更に、前記信号の変化に応じた電力変更量を示す前記エネルギー負荷の各々のローカル応答関数を決定するように構成された中央演算ユニットと、
前記中央演算ユニットに接続されたディスパッチ演算ユニットであって、前記ローカル応答関数を、それぞれ対応する前記エネルギー負荷に対して、前記中央演算ユニットから送信するように構成されたディスパッチ演算ユニットと、
前記エネルギー負荷の各々に配置された信号検出器であって、前記送信の後に、前記エネルギー負荷の各々で、それぞれ該エネルギー負荷において前記信号が変化したことを検出するように構成された信号検出器と、
前記エネルギー負荷の各々に配置されたローカル演算ユニットであって、前記検出に応答して、それぞれ該エネルギー負荷の電力消費を、独立に、それぞれ前記ローカル応答関数に従った前記電力変更量で変更し、前記電力変更量の組み合わせによって前記所望の電力応答を実現するように構成されたローカル演算ユニットと、
を備える方法。 - 請求項11に記載のシステムであって、
前記エネルギー負荷は、電気負荷であり、
前記エネルギー分配網は、配電網であり、
前記信号は、前記配電網の周波数である、システム。 - エネルギー分配網に接続されて、それぞれ電力消費を有するエネルギー負荷からなるポートフォリオの電力消費を変更する方法であって、
前記エネルギー負荷の各々において前記分配網上で測定可能な信号に対する前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの所望の電力応答を示すポートフォリオ応答関数を、中央ユニットで受け取ることと、
各エネルギー負荷について、それぞれ該エネルギー負荷が、特定の信号値に対応する可用電力量を有する確率を示す項を有する最適化関数を受け取ることと、
前記信号の変化に応じた電力変更量を示すそれぞれの前記エネルギー負荷のローカル応答関数を生成するために、前記最適化関数を最大化することと、
前記ローカル応答関数を、それぞれ対応する前記エネルギー負荷に対して、前記中央ユニットから送信することであって、これにより、前記ローカル応答関数の合成演算によって前記ポートフォリオ応答関数を実現することと、を含む方法。 - 請求項13に記載の方法であって、更に、
前記送信の後に、前記エネルギー負荷の各々によって、それぞれ該エネルギー負荷において前記信号が正常値から変化したことを検出することと、
前記検出に応答して、各エネルギー負荷で独立に、それぞれ該エネルギー負荷の前記ローカル応答関数によって規定される前記電力変更量で、自身の電力消費を変更することと、を含む、方法。 - 請求項13に記載の方法であって、
前記エネルギー負荷を、前記負荷の各々の電力可用性の降順で順序付けることをさらに含む、方法。 - 請求項15に記載の方法であって、
前記電力可用性は、各エネルギー負荷が、それぞれ該エネルギー負荷の境界条件に違反することなく、それぞれ前記電力変更量で、自身の電力消費を今後に変更可能である確率である、方法。 - 請求項13に記載の方法であって、
前記最適化関数は、各エネルギー負荷について、それぞれ該エネルギー負荷の前記電力消費を変更する応答時間が、分配網運用者が要求する応答時間よりも長い確率を示す負の項をさらに有する、方法。 - 請求項13に記載の方法であって、
前記最適化関数は、各エネルギー負荷について、それぞれ該エネルギー負荷が、前記電力変更量のある割合よりも少ない可用電力量を有する確率を示す負の項をさらに有する、方法。 - 請求項13に記載の方法であって、
前記エネルギー分配網は、配電網であり、
前記エネルギー負荷は、電気負荷であり、
前記信号は、前記配電網の周波数である、方法。 - 請求項19に記載の方法であって、
前記周波数が、前記配電網の通常の動作周波数よりも低い場合、前記方法は、更に、
それぞれの前記電気負荷が、それぞれ前記電力変更量で、自身の電力消費を今後に低減可能である確率の降順で、前記電気負荷を順序付けること、
を含み、
より高い確率を有する負荷は、前記周波数のより高い値に応答するローカル応答関数を有する、方法。 - 請求項19に記載の方法であって、
前記周波数が、前記配電網の通常の動作周波数よりも高い場合、前記方法は、更に、
それぞれの前記電気負荷が、それぞれ前記電力変更量で、自身の電力消費を今後に低減可能である確率の降順で、前記電気負荷を順序付けること、
を含み、
より高い確率を有する負荷は、前記周波数のより低い値に応答するローカル応答関数を有する、方法。 - 請求項13に記載の方法であって、
前記エネルギー分配網の分配網運用者は、前記信号がある信号範囲で変化したときに、前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの前記電力消費が、前記所望の電力量で変更されることを要求する、方法。 - 請求項13に記載の方法であって、
前記エネルギー負荷は、ガス負荷であり、
前記エネルギー分配網は、ガス分配網であり、
前記信号は、前記ガス分配網の圧力である、方法。 - 請求項13に記載の方法であって、
前記ポートフォリオ応答関数は線形関数である、方法。 - エネルギー分配網に接続されて、それぞれ電力消費を有するエネルギー負荷からなるポートフォリオの電力消費を変更するためのシステムであって、
前記エネルギー負荷の各々において前記分配網上で測定可能な信号に対する前記エネルギー負荷の前記ポートフォリオの所望の電力応答を示すポートフォリオ応答関数を受け取るように構成された中央演算ユニットであって、更に、各エネルギー負荷について、それぞれ該エネルギー負荷が、特定の信号値に対応する可用電力量を有する確率を示す項を有する最適化関数を受け取るように構成された中央演算ユニットと、
前記中央演算ユニットに接続されたアルゴリズム演算ユニットであって、前記信号の変化に応じた電力変更量を示すそれぞれの前記エネルギー負荷のローカル応答関数を生成するために、前記最適化関数を最大化するように構成されたアルゴリズム演算ユニットと、
前記中央演算ユニットに接続されたディスパッチ演算ユニットであって、前記ローカル応答関数を、それぞれ対応する前記エネルギー負荷に対して、前記中央演算ユニットから送信し、前記ローカル応答関数の合成演算によって、記ポートフォリオ応答関数を実現するように構成されたディスパッチ演算ユニットと、
を備える、方法。 - 請求項25に記載のシステムであって、
前記エネルギー分配網は、配電網であり、
前記エネルギー負荷は、電気負荷であり、
前記信号は、前記配電網の周波数である、システム。
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