JP2017521033A - 階層型分散送電網の制御 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2014年7月4日付で出願された米国特許仮出願第62/021,085号に基づく非仮出願であり、同仮出願の優先権の利益を主張するものである。前記仮出願は、この参照により本明細書に組み入れられる。
本発明の実施形態は、広くは送電網に関し、より具体的には送電網内の階層型分散制御に関する。
本特許文書の開示の一部には、著作権保護の対象となる資料が含まれている場合がある。著作権の保有者は、本特許文書または本特許開示のいずれかの者が特許商標局の特許ファイルまたは記録に表示されているとおりに複製することに異議を唱えてはいないが、その外についてはすべての著作権を留保する。著作権の告示は下記のすべてのデータ、本明細書に添付の図面、ならびに下記のすべてのソフトウェアに適用される。著作権2015年 Apparent Inc. 無断転用禁止。
従来の公益事業体の送電網は集中電源(例えば石炭火力発電機、原子力発電機、水力発電ダム発電機、ウィンドファーム、またはその他)および集中管理装置を含んでいる。「送電網」は、異なる電源からの電力をマクロレベルで送電網のインフラストラクチャー全体にわたって共有することができるように、その他の電源と接続することもできる。しかし、送電網は、従来、関連付けられる電柱および鉄塔を伴う公益事業体の電力線などのかなりの量のインフラストラクチャーならびに電力を配電するための変電所を含んでいる。送電網は、従来、相互接続された需要家のピーク時の需要を満たすだけの十分な電力を提供できる大規模な発電機に基づいている。顧客としては、住宅、企業、セルラー電話タワー、もしくはその他の公共施設ボックス、またはその他の電力利用者を挙げることができる。最も少量のエネルギー利用者から商用重機の大電力需要を有する大企業まで、異なる需要家によってピーク需要が異なる場合がある。
以下の説明は、本発明の実施形態の実施の例として示された実例を有する図の検討を含んでいる。図面は、制限としてではなく、例として理解すべきものである。本明細書内で使用するにあたって、1つ以上の「実施形態」に関する言及は、本発明の少なくとも1つの実施態様に含まれる特定の機構、構造、および/または特徴の記述として理解すべきである。したがって、本明細書内に記載されている「一実施形態」または「別の実施形態」のような言い回しは、本発明の様々な実施形態および実施態様を記述しており、必ずしもすべてが同一の実施形態を指すものではない。しかし、これらはまた、必ずしも相互に排他的ではない。
本明細書で説明するとき、制御ノードは、分散送電網の制御を可能とする。複数の独立した制御ノードを送電網全体に分散させることができる。制御ノードは、複数の制御ノードを複数の制御ノードの共通の制御ノードに接続することにより階層的に構造化することができる。各制御ノードは、送電網との共通結合点(point of common coupling:PCC)を管理する。PCCは、複数の下流側の負荷および/または局所電源が送電網に接続される相互接続点である。本明細書内の目的として、各制御ノードは、複数の負荷および/またはエネルギー源に結合し、したがって、PCCと関連付けられる。各制御ノードはその送電網とのインターフェースまたは相互接続をその他一切の制御ノードから独立して管理するので、送電網制御インテリジェンスを送電網全体にわたって分散させることができる。
「更新」は、旧い値の修正であることができ、値の置換であることができ、またはコントローラー1530がアクセスするメモリー内の異なる場所に記憶させることもできる。一実施形態において、更新テーブル1534の各値は、点集合のうちの各々について「増加」「減少」、または変化なしを示す。このような値は、発生器1540の出力を制御して出力信号を所望の理想波形に収束させるハードウェアに適用される。
(PCC)において送電網と結合する送電網接続装置であって、この送電網のセグメントは、複数の需要家ノードおよび需要家ノードにおける複数の局所的なエネルギー源を含むものである、送電網接続装置と、送電網のセグメントの局所的なエネルギー源の有効電力発生容量が送電網のセグメントのピーク有効電力需要の閾値割合を超える場合に、送電網のセグメントが飽和閾値を超えることを決定するためのコントローラーと、電力変換器に接続される入出力部(input/output:I/O)とを含むコントローラーであって、このコントローラーは、I/Oを介して1つ以上の信号を電力変換器に送って、電力変換器に、送電網のセグメントと集中送電網管理装置との間のインターフェースを動的に調節させて集中送電網管理装置から見たときの送電網のセグメントの有効電力対無効電力の比を調節させる。
本明細書内で説明したこと以外でも、開示した本発明の実施形態および実施態様の範囲から逸脱せずに、これらに様々な修正を施すことができる。したがって、本明細書内の図示および例は例示的であって、制限的ではないと解釈すべきである。本発明の範囲は、以下の請求項を参照することによってのみ判断すべきである。
Claims (34)
- 送電網を制御する方法であって、
公益事業体の送電網との共通結合点(PCC)における発電量および電力需要を前記PCCを境に前記発電量および電力需要と同じ側にあり前記PCCを境に集中送電網管理装置とは反対側にある制御ノードを用いて監視するステップと、
前記PCCを介して前記制御ノードと前記集中送電網管理装置との間のインターフェースを調節して前記PCCにおける送電網の規制の準拠を維持するステップとを含む、方法。 - 前記PCCが顧客の施設と前記送電網との接続を備える、請求項1に記載の方法。
- 前記PCCが複数の顧客の施設を包含する近隣地域の送電網との接続を備える、請求項1に記載の方法。
- 前記PCCが前記送電網の変圧器を備える、請求項1に記載の方法。
- 前記PCCが前記送電網の下流側に少なくとも1つの追加のPCCを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記発電量を監視するステップが、顧客の施設にある再生可能エネルギー源によって発電される電力を監視するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記インターフェースを調節するステップが、前記PCCにおける無効電力の位相オフセットを調節するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記無効電力の前記位相オフセットを調節するステップが、前記PCCの同じ側にある発電リソースからの無効電力出力の量を前記送電網との前記PCCを介して変化させるステップを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記インターフェースを調節するステップが、前記PCCの同じ側にある発電リソースからの有効電力出力の量を前記送電網との前記PCCを介して調節するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 監視するステップが前記送電網管理装置からディスパッチ情報を受け取るステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 送電網を制御する装置であって、
需要家ノードの共通結合点(PCC)において前記送電網と結合する送電網接続装置と、
前記PCCにおいて前記PCCの需要家ノード側の発電量および電力需要を監視するコントローラーと、
前記PCCを介して前記装置と集中送電網管理装置との間のインターフェースを調節して前記PCCの前記需要家ノード側から前記PCCにおける送電網の規制の準拠を維持する電力変換器と、を備える、装置。 - 前記PCCが、顧客の施設の送電網と前記送電網との接続、複数の顧客の施設を包含する前記送電網のサブセクションの送電網との接続、近隣地域と前記送電網との接続、または前記送電網のインフラストラクチャーの変圧器を含む接続点を備える、請求項11に記載の装置。
- 前記コントローラーは、再生エネルギー源によって発電された電力の前記需要家ノードにおける監視を含め、前記発電を監視するものである、請求項11に記載の装置。
- 前記電力変換器は、前記送電網から見たときの電力の無効電力成分の前記PCCにおける調節を含め、前記インターフェースを調節するものである、請求項11に記載の装置。
- 前記電力変換器は、前記送電網から見たときの電力の有効電力成分の前記PCCにおける調節を含め、前記インターフェースを調節するものである、請求項11に記載の装置。
- 電力計量装置であって、
需要家ノードの共通結合点(PCC)において前記送電網と結合する送電網接続装置と、
前記PCCにおいて前記PCCの需要家ノード側の発電量および電力需要を監視するコントローラーと、
電力変換器に接続される入出力部(input/output:I/O)と
を備え、前記コントローラーは、前記I/Oを介して1つ以上の信号を前記電力変換器に送って、前記電力変換器に前記PCCを介して前記装置と集中送電網管理装置との間のインターフェースを調節させて、前記電力計量装置による監視に応じて前記PCCの需要家ノード側から前記PCCにおける送電網の規制の準拠を維持させる、電力計量装置。 - 前記PCCが、顧客の施設の送電網と前記送電網との接続、複数の顧客の施設を包含する前記送電網のサブセクションの送電網との接続、近隣地域と前記送電網との接続、または前記送電網のインフラストラクチャーの変圧器を含む接続点を備える、請求項16に記載の電力計量装置。
- 前記コントローラーは、再生エネルギー源によって発電された電力の前記需要家ノードにおける監視を含め、前記発電を監視するものである、請求項16に記載の電力計量装置。
- 前記コントローラーが、前記I/Oを介して信号を送って、前記電力変換器に、前記送電網から見たときの電力の無効電力成分の前記PCCにおける調節を含め、前記インターフェースを調節させる、請求項16に記載の電力計量装置。
- 前記コントローラーが、前記I/Oを介して信号を送って、前記電力変換器に、前記送電網から見たときの電力の有効電力成分の前記PCCにおける調節を含め、前記インターフェースを調節させる、請求項16に記載の電力計量装置。
- 送電網制御の方法であって、
送電網が供給するエネルギーを、負荷が結合している共通結合点(PCC)において、前記PCCを境に前記負荷と同じ側に位置する計量装置を用いて測定するステップと、
前記負荷が前記送電網ネットワークから無効電力を引き出すことを決定するステップと、
前記PCCを境に前記負荷および前記計量装置と同じ側にあるエネルギー変換装置を用いて、前記送電網ネットワークから有効電力を引き出すステップと、
前記エネルギー変換装置を用いて前記送電網ネットワークからの前記有効電力を前記PCCの同じ側の無効電力に変換して前記負荷に供給するステップと、を含む、方法。 - 送電網システムであって、
共通結合点(PCC)の同じ側に電気的に結合している複数の負荷と、
前記PCCにおいて前記複数の負荷に結合している制御ノードであって、該制御ノードは、
前記PCCにおいて送電網ネットワークが供給するエネルギーを計測し、前記負荷のうちの少なくとも1つが前記送電網ネットワークから無効電力を引き出すことを決定する計量装置と、
前記計量装置からの指示に応じて前記送電網ネットワークから有効電力を引き出し、前記送電網ネットワークからの前記有効電力を前記PCCの同じ側の無効電力に変換して前記少なくとも1つの負荷に供給するエネルギー変換装置と、
を含むものである、前記制御ノードと、 を備える、送電網システム。 - 送電網ネットワークとインターフェースする方法であって、
前記送電網ネットワークとの共通結合点(PCC)の需要家側に結合している局所的なエネルギー源を用いて局所的な有効電力を発生させるステップと、
前記送電網ネットワークに無効電力を提供することにより調節することのできる前記送電網ネットワークの状態を識別するステップと、
前記PCCの前記需要家側にあるエネルギー変換装置を用いて前記有効電力を前記PCCの前記需要家側の無効電力に変換するステップと、
前記PCCを介して前記無効電力を前記送電網ネットワークに供給するステップと、を含む、方法。 - 送電網システムであって、
前記送電網システムの送電網ネットワークとの共通結合点(PCC)の需要家側に結合している、有効電力を発生させる局所的なエネルギー源と、
前記PCCにおいて前記局所的なエネルギー源に結合している制御ノードであって、該制御ノードは、
前記送電網ネットワークに無効電力を提供することにより調節することのできる前記送電網ネットワークの状態を識別する計量装置と、
前記局所的なエネルギー源からの前記有効電力を前記PCCの前記需要家側の無効電力に変換し、該無効電力を前記PCCを介して前記送電網ネットワークに供給するエネルギー変換装置と、
を含むものである、前記制御ノードと、
を備える、送電網システム。 - 送電網制御の方法であって、
送電網ネットワークとの共通結合点(PCC)を境に負荷と同じ側に位置する計量装置を用いて、前記負荷が引き出す高調波を含む電流を計測するステップであって、前記負荷は、前記PCCの同じ側に電気的に結合している複数の異なる機器のうちの1つを含むものである、前記計測するステップと、
前記基本電流に関して有効電力成分および無効電力成分を識別し、前記高調波に関して有効電力成分、無効電力成分、および前記基本電流に対する角変位を識別する動作に前記負荷に関する複素電流ベクトルを記録するステップを含む、前記負荷に固有のエネルギーシグネチャーを発生させるステップと、
前記PCCにおいて見たときの前記高調波に起因する前記負荷のノイズ寄与度を制御して前記負荷から前記送電網ネットワーク上に導入されるノイズを低減するステップとを含む、方法。 - 送電網システムであって、
共通結合点(PCC)の同じ側に電気的に結合している複数の負荷と、
前記PCCにおいて前記複数の負荷に結合している制御ノードであって、該制御ノードは、
前記送電網ネットワークとの前記PCCを境に前記負荷と同じ側に位置する計量装置であって、該計量装置は、前記負荷のうちの少なくとも1つが引き出す電流を計測し、前記基本電流の有効電力成分および無効電力成分を識別し、前記高調波の有効電力成分、無効電力成分、および前記基本電流に対する角変位を識別する動作に前記負荷に関する複素電流ベクトルを記録するステップを含む、前記少なくとも1つの負荷に固有のエネルギーシグネチャーを発生させるものである、前記計量装置と、
前記PCCにおいて見たときの前記高調波に起因する前記少なくとも1つの負荷のノイズ寄与度を制御して前記負荷から前記送電網ネットワーク上に導入されるノイズを低減する電力変換器と
を含むものである、制御ノードと
を備える、送電網システム。 - 送電網ノードにおいて電力を監視する方法であって、
送電網ネットワークとの共通結合点(PCC)を境に局所的な負荷と同じ側に位置する局所的な送電網制御装置においてディスパッチ情報を取得するステップであって、該ディスパッチ情報は、前記PCCにおける前記送電網ネットワークの電気的状態を指示するものである、前記取得するステップと、
前記基本電流の有効電力成分および無効電力成分を識別し、前記高調波の有効電力成分、無効電力成分、および前記基本電流に対する角変位を識別する動作に前記負荷に関する複素電流ベクトルを含む、前記局所的な負荷に固有のエネルギーシグネチャーを識別するステップと、
前記PCCにおいて見たときの前記高調波に起因する前記負荷のノイズ寄与度を制御して前記負荷から前記送電網ネットワーク上に導入されるノイズを低減するステップとを含む、方法。 - 送電網システムであって、
共通結合点(PCC)に電気的に結合している負荷と、
前記PCCを境に前記負荷と同じ側で前記負荷に結合している制御ノードであって、該制御ノードは、
前記PCCにおける前記送電網ネットワークの電気的状態を指示するディスパッチ情報を取得し、前記基本電流の有効電力成分および無効電力成分を識別し、前記高調波の有効電力成分、無効電力成分、および前記基本電流に対する角変位を識別する動作に前記負荷に関する複素電流ベクトルを含む、前記局所的な負荷に固有のエネルギーシグネチャーを識別するコントローラーと、
前記PCCにおいて見たときの前記高調波に起因する前記少なくとも1つの負荷のノイズ寄与度を制御して前記負荷から前記送電網ネットワーク上に導入されるノイズを低減する電力変換器と
を含むものである、制御ノードと
を備える、送電網システム。 - 送電網を制御する方法であって、
送電網のセグメントに接続されている需要家ノードにある局所的なエネルギー源の有効電力発生容量が前記送電網のセグメントのピーク有効電力需要の閾値割合を超える場合に、前記送電網のセグメントが飽和閾値を超えることを決定するステップと、
前記送電網のセグメントと集中送電網管理装置との間のインターフェースを動的に調節して前記集中送電網管理装置から見たときの前記送電網のセグメントの有効電力対無効電力の比を調節するステップと
を含む、方法。 - 電力計量装置であって、
前記電力網のセグメントの共通結合点(PCC)において前記送電網と結合する送電網接続装置であって、前記送電網のセグメントは、複数の需要家ノードおよび需要家ノードにある複数の局所的なエネルギー源を含むものである、前記送電網接続装置と、
前記送電網のセグメントの前記局所的なエネルギー源の有効電力発生容量が前記送電網のセグメントのピーク有効電力需要の閾値割合を超える場合に、前記送電網のセグメントが飽和閾値を超えることを決定するコントローラーと、
電力変換器に接続される入出力部(input/output:I/O)と
を備え、前記コントローラーは、前記I/Oを介して1つ以上の信号を前記電力変換器に送って、前記電力変換器に前記送電網のセグメントと前記集中送電網管理装置との間のインターフェースを動的に調節させて、前記集中送電網管理装置から見たときの前記送電網のセグメントの有効電力対無効電力の比を調節させる、電力計量装置。 - 送電網システムであって、
第1の需要家ノードに対して局所的な第1の局所的な電源を有する、共通結合点(PCC)と結合している前記第1の需要家ノードと、
第2の需要家ノードに対して局所的な第2の局所的な電源を有する、前記PCCと結合している前記第2の需要家ノードと、
前記PCCと前記第1の需要家ノードとの間に結合している第1の制御ノードと、
前記PCCと前記第2の需要家ノードとの間に結合している第2の制御ノードと
を備え、
前記第1および第2の制御ノードは、各々の対応する需要家ノードの局所的な電力需要に基づいて、および他方の対応する制御ノードによる配電にも基づいて、前記第1および第2の局所的な電源からの配電を制御する、送電網システム。 - 送電網を制御する方法であって、
第1の需要家ノードの第1の局所的な電源による発電、第2の需要家ノードの動作、および前記第1の需要家ノードの電力需要を制御ノードにおいて監視するステップであって、前記第1および第2の需要家ノードならびに前記制御ノードは共通結合点(PCC)において相互に結合しており、前記第2の需要家ノードは、前記第2の需要家ノードに対して局所的な第2の局所的な電源を有するものである、前記監視するステップと、
前記第1の需要家ノードの局所的な電力需要に基づいて、および第2の制御ノードからの配電にも基づいて、前記第1の局所的な電源からの配電を動的に制御するステップと
を含む、方法。 - 送電網システムであって、
共通結合点(PCC)を介して送電網のセグメントとして相互に結合している複数の需要家ノードと、
前記PCCを介して相互におよび前記複数の需要家ノードと結合している前記送電網のセグメントの第1および第2の電源であって、前記第1または前記第2の電源は、前記複数の需要家ノードのピーク需要を満たすだけの十分な発電容量を単独では有しないものである、前記第1および第2の電源と、
前記第1の電源に結合している少なくとも第1の制御ノードおよび前記第2の電源に結合している少なくとも第2の制御ノードであって、該第1および第2の制御ノードは、前記複数の需要家ノードの電力需要に基づいて、かつそれぞれ他方の電源の動作に基づいて、前記第1および第2の電源から前記複数の需要家ノードへの配電を制御するものである、前記第1および第2の制御ノードと
を備える、送電網システム。 - 送電網を制御する方法であって、
第1の電源による発電、第2の電源の動作、および複数の需要家ノードによる電力需要を制御ノードにおいて監視するステップであって、前記複数の需要家ノード、前記第1および第2の電源、ならびに前記制御ノードは共通結合点
(PCC)において相互に結合しており、前記第1または前記第2の電源は、前記複数の需要家ノードのピーク需要を満たすだけの十分な発電容量を単独では有しないものである、前記監視するステップと、
前記複数の需要家ノードの電力需要に基づいて、および前記第2の電源の動作に基づいて、前記第1の電源から前記複数の需要家ノードへの配電を動的に制御するステップと
を含む、方法。
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