JP2023531576A - 電気エネルギーを分配するためのネットワーク - Google Patents

Abstract

電気エネルギーを分配するためのネットワーク１が、第１の電源、負荷、電線、及び／又はセンサ、スイッチング若しくはコンバータ構成要素を有する複数の自己調整式の局所的機能グループ１１．１．．．８からなる第１のネットワーク区域１０であって、機能グループ１１．１．．．８の各々が、ネットワーク１内の電圧品質変数に対する割り当てられた調整リミットに準拠するように設計され、第１のネットワーク区域１０が、第１のサイズを有する、第１のネットワーク区域１０と、第２の電源、負荷、電線、及び／又はセンサ、スイッチング若しくはコンバータ構成要素を有する第２のネットワーク区域２０であって、電圧品質変数の推定全分散が、第２のネットワーク区域２０に割り当てられ、第２のネットワーク区域２０が、第２のサイズを有する、第２のネットワーク区域２０とを含む。機能グループ１１．１．．．８の調整リミット及び第１のサイズは、第２のサイズ及び推定全分散を考慮して、ネットワーク全体１に対する事前定義された目標動作範囲リミットに準拠するように選択される。

Description

本発明は、電気エネルギーを分配するためのネットワークに関する。本発明はさらに、ネットワーク構成要素として、初期トポロジで互いに相互接続された少なくとも電源、負荷、電線、センサ、スイッチング及びコンバータ構成要素を備える電気エネルギーを分配するための既存のネットワークを構造化するためのコンピュータ実装方法、電気エネルギーを分配するためのネットワークを動作させる方法、並びに構造化方法及び動作方法を実施するためのコンピュータ・プログラムに関する。

電気エネルギーを分配するためのネットワーク（電力供給網）は、電線（すなわち、架空線及び地下ケーブル）と、電線によって特有のトポロジで互いに相互接続されるさらなるネットワーク構成要素とからなるネットワークを備える。さらなるネットワーク構成要素は、電源、たとえば発電所の発電機、又はたとえば電池などの一時貯蔵ユニットと、負荷（消費部）と、ネットワークの動作パラメータ（電圧、周波数、電流、電力、温度など）を捕捉するためのセンサ構成要素と、構成要素又はネットワーク区分を接続及び切断するためのスイッチング構成要素と、たとえば電圧を変化させるためのコンバータ構成要素、たとえば変圧器とを備える。

このトポロジは、複数のネットワーク・レベルに細分される。発電所などの発電機から始まり、長距離の分配は、第１に、超高電圧（たとえば、３８０又は２２０ｋＶ）を有する伝送ネットワークを介して行われる。変圧器を有する変電所を使用して、高い電圧（たとえば、３６～１５０ｋＶ）を有する全国分配ネットワークが接続され、全国分配ネットワークには、さらなる変圧器を介して、中程度の電圧（たとえば、１～３６ｋＶ）を有する地域分配ネットワークが接続される。次いで、低い電圧（たとえば、４００Ｖ～１ｋＶ）を有する地域分配ネットワークが、さらなる変圧器を介して接続され、家庭用の接続、したがって最終消費部（特に、個人の家庭、工場、営利企業、及び農場）につながる（場合により、変電所を介する）。

ネットワーク内に存在する構成要素を有する特有のトポロジは、歴史的に、発電機（発電所）及び消費部の場所及び電力に応じて成長してきた。トポロジの変更は、概して追加の電線又は電気線を必要とし、そのような追加の電線は、異なる形で走り又は寸法設定され、したがって高価である。

近年、特にたとえば太陽光設備などの局所的な発電機の出現のため、電力供給網の要件は変化してきた。電力供給網は、「上から」（すなわち、発電所から）「下へ」（すなわち、消費部へ）電気エネルギーを単に階層的に分配するために使用されるものではなくなり、現在の流れは、生産条件（たとえば、太陽放射）及び消費パターンに応じて、異なる形で進むことができる。概して、多くの再生可能発電機の生産パターンは確率論的であり、不特定性に関連する。これに関して、たとえば太陽光又は風力発電設備の生産力は、天候に大きく依存する。対応する設備の多くが、従来の発電機又はネットワーク・オペレータから独立している私的及び商的生産部によって構築されているため、対応する生産容量の将来の短期、中期、及び長期の進展は未知であり、困難なく予想することはできない。

消費部側でも、決定的な変化が生じている。特に、電気自動車が、時として必要とされる電力の増大を招いており、電気自動車の充電挙動も同様に確率論的であり、予想するのが困難である。

最終的には、電力供給網の動作状態が無秩序の挙動を生じる。

さらに、気候変動が進行すると、たとえば森林火災又は山火事、暴風雨、豪雨現象、又は地滑りのため、露出された電線区分の損傷のリスクが増大する。

これらはすべて、フェールセーフの電力供給網の計画及び動作に関して難題を伴う。追加の要因は、異なるオペレータの現在の電力供給ネットワークが、密接に相互リンクしていることであり、したがって第１のネットワーク・オペレータのネットワーク内の問題は、短期間でカスケード接続されたさらなるオペレータのネットワーク内でも問題を招く可能性がある。これは、周波数の準拠から電力障害（停電）に及ぶ問題を招く可能性がある。

依存可能な動作を目的とし、すなわち事前定義された調整リミット（たとえば、周波数、電圧、電流に関する）に準拠することを確実にすることが意図されたネットワークの制御又は調整は、概して階層的に組織されており、これは、動作の依存性を維持するために、要件が大きく増大し、より頻繁な干渉が必要とされることを意味する。特に消費部側で、制御又は調整に含むことができるさらなる情報を獲得するために、今日ではいわゆる「スマート・メータ」がますます使用されており、スマート・メータは、情報、すなわち消費情報を、消費部から直接捕捉し、前記情報をネットワークの上位デバイス、たとえば制御センタへ、通信ネットワークを介して伝達する。

このとき、制御コマンドがシミュレーション及び最適化に基づいて生成されることが意図された場合、可能な限り包括的な情報を遅延なく処理するために、高性能のコンピュータをこの上位箇所で使用しなければならない。これもまた、特に短期間で生じる大量のデータを短期間で処理しなければならないからである。

これらの計算のための膨大な複雑さに加えて、そのような集中的なシステムは、様々な障害源も伴う。これに関して、下位ネットワーク区分でとるべき方策の選択は複雑であり、スマート・メータ（及び他のセンサ構成要素）から上位点への測定信号の通信、又はネットワーク内の構成要素へ戻す制御信号の通信に障害が発生した場合に、動作の擾乱が生じるリスクがある。さらに、潜在的に関連する情報のすべては、たとえば隣接するネットワーク・オペレータ又は私的に運用される発電設備のネットワークに関するものであるため、ほとんど存在しない。同じことが、多くの消費部にも当てはまる。

他方では、中央データ処理中には大量の冗長な情報を含むデータが処理され、したがって最終的に、データ処理のための支出には、対応するエネルギー消費を伴う不必要に高い複雑さが含まれる。

欧州特許第３３２３１８３（Ｂ１）号（Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ）は、複数の相互接続されたノードを有する電力供給ネットワークにおけるコンピュータ支援による電力制御方法に関し、各ノードは、第１のエネルギー生成器及び／又は第２のエネルギー生成器及び／又はエネルギー消費部を含む。各ノードに対して、電力推定が事前定義され、前記電力推定は、消費部の将来の負荷の推定、又はノード内の第２の再生可能エネルギー生成器の将来の電力の推定から構成される。さらに、事前定義された公差範囲内の第１のタイプ及び第２のタイプの電力推定の変動は許容され、第１のタイプの変動は、１次制御電力によって補償され、第２のタイプの変動は、電力供給ネットワーク内の２次制御電力によって補償される。記載されている方法では、制御電力を割り当てる目的で、最適化問題が解決され、最適化問題の文脈では、電力供給ネットワークの定常状態が、定常状態ネットワーク周波数によってモデル化され、最適化問題の境界条件は、事前定義された公差範囲内のネットワーク周波数の準拠、及び電力供給ネットワークの電線に対する最大電力を含む。

記載されている方法は、最適化のための十分な自由度を生じさせるために、一連のノードのための中央制御を必要とする。推定は、すべてのノードを含み、特定の信頼性を有することが想定される。これにより、実際には、上述したように、これに必要なすべての情報が利用可能とは限らず、多くの生産部及び消費部の確率論的挙動によって動的な変化が生じることが多いため、問題が生じる。

ＷＯ２０１８／１１４４０４Ａ１（ＢＫＷ Ｅｎｅｒｇｉｅ ＡＧ）は、電気エネルギーを分配するための既存のネットワークを構造化する方法を記載しており、ネットワークは、ネットワーク構成要素として、初期トポロジで互いに相互接続された少なくとも電源、負荷、電線、センサ、スイッチング、及びコンバータ構成要素を備え、この方法では、ネットワーク構成要素の特性変数及び事前定義可能な調整リミットに基づいて、ネットワーク構成要素を組み合わせて、複数の自己調整式の局所的機能グループにする。各局所的機能グループには、調整リミットに準拠するためのトリガ基準に到達したときに実施される動作を含む調整プロセスが割り当てられる。方法は、電気エネルギーを分配するための既存のネットワークから、調整に関して再構築されたネットワークをもたらし、このネットワークでは、調整に関して、階層的構造が可能な限り省かれており、代わりにこのネットワークは、通常動作中に自己調整する局所的機能グループから構築される。特にこれにより、障害に影響されにくくなり、したがって動作及び供給の信用性が増大する。

この手法により、従来技術の集中的な手法の欠点を回避することが可能になる。しかし、対応する機能グループを提供することによってネットワーク全体を構造化することは複雑であり、隣接するネットワークからの影響を制限するために、追加の方策をとらなければならない。

欧州特許第３３２３１８３（Ｂ１）号 ＷＯ２０１８／１１４４０４Ａ１

本発明の目的は、導入部に記載の技術分野に属し、局所的機能グループによる簡単な構造化を可能にし、隣接するネットワーク及びネットワーク区分の影響を系統的に考慮することを可能にする、電気ネットワークを提供することである。

この目的を実現する方法は、請求項１の特徴によって定義される。本発明によれば、ネットワークは、
ａ）第１の電源、負荷、電線、及び／又はセンサ、スイッチング若しくはコンバータ構成要素を有する複数の自己調整式の局所的機能グループからなる第１のネットワーク区域であって、機能グループの各々が、ネットワーク内の電圧品質変数に対する割り当てられた調整リミットに準拠するように設計され、第１のネットワーク区域が、第１のサイズを有する、第１のネットワーク区域と、
ｂ）第２の電源、負荷、電線、及び／又はセンサ、スイッチング若しくはコンバータ構成要素を有する第２のネットワーク区域であって、電圧品質変数の推定全分散が、第２のネットワーク区域に割り当てられ、第２のネットワーク区域が、第２のサイズを有する、第２のネットワーク区域とを含み、
機能グループの調整リミット及び第１のサイズは、第２のサイズ及び推定全分散を考慮して、ネットワーク全体に対する事前定義された目標動作範囲リミットに準拠するように選択される。

本発明による方法の意味範囲内で、局所的機能グループは、トポロジに従って互いに相互接続された構成要素によって形成され、極端な例では、単一のネットワーク構成要素でも機能グループを形成することができる。この文脈で、「局所的」とは、機能グループの構成要素のすべてが特有の空間領域内に位置しなければならないことを必ずしも意味しない。しかし、いずれの例でも、ネットワーク構成要素を組み合わせて機能グループにするとき、情報の伝送の待ち時間及び情報を伝送しなければならない距離が考慮される場合、概してすべての局所的機能グループが比較的小さい地域に制限されるはずである。概して、機能グループは「穴」を含まなくなり、どの領域も、含まれるネットワーク構成要素の残り部分から分離されない。

原則として、機能グループは互いに入れ子状にすることができ、内側の機能グループを、外側の機能グループのネットワーク構成要素であると見なすことができる。

局所的機能グループは、通常動作中に自己調整する。局所的機能グループは、たとえばＷＯ２０１８／１１４４０４Ａ１（ＢＫＷ Ｅｎｅｒｇｉｅ ＡＧ）に従って形成することができ、動作させることができる。これに関して、トリガ基準に到達した場合、機能グループに割り当てられる調整プロセスのそれぞれの動作によって、それぞれの機能グループの範囲外の方策がトリガされる可能性がある。調整プロセスは、機能グループの内部のみで作用するさらなる動作を提供することができる。原則として、本明細書では、「調整プロセス」という用語は、ネットワーク構成要素の動作への干渉と、１つのネットワーク構成要素から他の特有のネットワーク構成要素（同じ機能グループ内、異なる機能グループ内、又は上位若しくは同等点）への特有の情報の伝送との両方を示す。

自己調整のために、局所的機能グループは、センサ（たとえば、電流又は電圧センサ）、アクチュエータ（たとえば、発電機及び／又は負荷のためのスイッチング又は調整デバイス）、及び制御手段（コンピュータ又はコントローラ）を備える。センサは特に、割り当てられた調整リミットに準拠するかどうかを確認するために使用される。制御手段は、センサによって捕捉されるデータに応じて動作をトリガする。前記動作は特に、上述したアクチュエータの駆動による制御動作、及び好適な通信手段を用いた同等又は上位の機能グループ又はインスタンスに対する通信動作を含むことができる。

機能グループは、高速で局所的な反応を可能にする。演算手段の分散配置のために、他の機能グループ又は上位論理へ伝達すべきデータの量が最小化され、複雑な中央計算が回避される。さらに、より高速の反応が可能になる結果、待ち時間を含む通信時間の短縮が実現される。広範に及ぶ結果を伴う中央制御の故障のリスクが回避される。本発明によるネットワークでは、コンピュータ・ユニット又は通信チャネルの故障は、ネットワークの全体的な安定性に、概してまったく、多くともほとんど、影響を与えない。

ネットワーク区域のサイズは、様々な方法で特徴付けることができる。１つの好適な方策は、たとえば、対応するネットワーク区域における平均総電力量である。たとえば、ネットワーク区域内のデバイスの総電力又は総容量を特徴付ける他の変数も同様に好適である。第１のネットワーク区域及び第２のネットワーク区域が同様に構築されると想定することができ、たとえば、消費部及び生産部のタイプ及び分布に関する限り、簡単にそれぞれのネットワーク構成要素の数を使用することも可能である。ネットワークの密度が多かれ少なかれ均一であるという前提で、区域がそれぞれカバーされることでも十分となり得る。

第２のネットワーク区域は、空にならないことが意図される。さらに、第２のネットワーク区域はまた、第１のネットワーク区域のようには構造化されず、すなわち割り当てられた調整リミットに準拠するように自己調整する局所的機能グループから構築されない。第２のネットワーク区域は特に、歴史的に成長したネットワーク・トポロジを有する既存の階層的に制御されるネットワーク、又はその一部区域である。

本発明によるネットワークの文脈で、第１のネットワーク区域は、特に複数の機能グループを含み、第２のネットワーク区域のサイズは、第１のネットワーク区域の少なくとも３分の１、特に少なくとも２分の１である。

電圧品質変数は、たとえば周波数、ネットワーク電圧（電圧レベル又は二乗平均平方根値）、又はそれらのパラメータに関する統計的及び／若しくは動的に特徴的な変数を含み、電流関連変数を電圧品質変数として使用することもできる。

目標動作範囲リミットは、そのような電圧品質変数を用いて画定することができ、目標範囲は概して、複数のそのような変数に対して事前定義される。別法又は追加として、他の基準、たとえば最大故障率を使用することもできる。

したがって、全ネットワークの不特定性が、監視付きの第１のネットワーク区域と監視なしの第２のネットワーク区域との間で共有される。このとき、第１のネットワーク区域及び第２のネットワーク区域のサイズ（又はこれらのサイズ間の比）、並びに第１のネットワーク区域に対する調整リミットが知られている場合、ネットワーク全体に関する対応する電圧品質変数の挙動について命令文を作成することも可能である。機能グループ間のトポロジ及びネットワーク容量は、不特定性の演算において特別に考慮することができ、又は固定量として含むことができる。

自己調整式の機能グループからなる第１のネットワーク区域に関する利用可能な情報によって、第２のネットワーク区域に関する不特定性を少なくとも部分的に補償することができる。簡略化された例によれば、少なくとも２２２Ｖの電圧がネットワーク内で確保されることが意図される。第１のネットワーク区域では、自己調整式の機能グループによって、特に最小電圧が調整リミットとして事前定義されるため、少なくとも２２４Ｖの電圧が確保される。したがって、第１のネットワーク区域内の電圧品質は常に、ネットワーク全体に対する事前定義より良好である。このとき、第２のサイズと第１のサイズとの間の比が特有の比を超過しない場合、第１のネットワーク区域内の保証された電圧品質によって、特別に調整されない第２のネットワーク区域を含む全ネットワークに対する目標値を達成することができる。準拠すべき変数間の比は、第２のネットワーク区域に割り当てられた電圧品質変数の推定全分散、及び第１のネットワーク区域内で確保される電圧品質とネットワーク全体に対する事前定義との間の差に起因する。

第２のネットワーク区域内の電圧品質変数の全分散の推定のために、最悪値が想定される。推定は、測定される値、モデル、及び／又はシミュレーションに基づいて行うことができる。改善された推定は、より低い全分散をもたらし、これにより、本発明によるネットワークの文脈で、
－ 第１のネットワーク区域における調整リミットの緩和、
－ （理論的に）第１のネットワーク区域のサイズの低減、及び／又は
－ システムリミットの拡大による第２のネットワーク区域の拡張が可能になる。

例として、モデル化のために、機械学習手法を使用することができる。

第１のネットワーク区域内の機能グループの局所的な調整に加えて、本発明によるネットワークは、自己調整式の機能グループを有していない第２のネットワーク区域を含むネットワーク全体に対する目標動作範囲リミットに準拠することができることによって区別される。それに応じて、ネットワーク全体を再構造化する必要はない。自己調整式の機能グループを有するネットワークの一部のみを構造化し、それらの機能グループにより厳しい調整リミットを割り当てることは、それほど厳しくない調整リミットによってネットワーク全体を構造化するより費用効果が高くなり得る。したがって、第１に、たとえばネットワークのうちこのプロセスが最も低いコストに関連する区域、たとえば新しいネットワーク領域、いずれにしても修復されるネットワーク領域、又は既存の構造の理由で構造化に特によく適しているネットワーク領域を構造化することが可能である。構造化すべきネットワーク区域を選ぶとき、情報の利用可能性が関連することもある。

本発明によるネットワークを用いて、たとえば特に厳しい目標動作範囲リミットが満たされるように本発明によるネットワークを設計することによって、戦略的に重要なネットワーク区分を保護することができる。

推定全分散は、少なくとも１年の持続時間中に、予期されるネットワーク動作をカバーすることが有利である。したがって、季節的な変動も付随して考慮される。したがって、本発明によるネットワークの構成は、連続動作に好適であり、概して主に次のような場合に適合されなければならない。
－ 第２のネットワーク区域内の関連する特性が変化し、異なる推定全分散が生じた場合、
－ 第２のサイズが変化した場合。

当然ながら、変更の必要は、故意に新しい機能グループが作られた場合、若しくは機能グループが削除された場合、システムのリミットが変更された場合、又は機能グループに対する調整リミット若しくは全ネットワークに対する目標動作範囲リミットが変更された場合にも生じる。

原則として、たとえばネットワーク構造がいずれにしても制限された期間中にのみ存在することが意図される場合、又はネットワークの構造化が定期的な間隔（たとえば、半年ごと）で更新される場合、より短い期間に対する第２のネットワーク区域内の全分散を推定することが可能である。

ネットワークは、電気エネルギーを分配するための上位及び／又は同等のさらなるネットワークから切り離すための少なくとも１つのスイッチング・デバイスを備えることが好ましい。通常、電気エネルギーを分配するためのネットワーク、たとえば特有のネットワーク・オペレータ又は電気供給者のネットワークは、分離されているのではなく、さらなるネットワークに接続される。次いで、スイッチング・デバイスを用いて、前記ネットワークを一時的に切り離すことによって、隣接するネットワークの過度に擾乱する影響を必要に応じて回避することができる。

同等のさらなるネットワークは、そのオペレータの分配ネットワークのうち本発明によるネットワークを動作させる画定された部分とすることができる。したがって、この場合、自己調整式の機能グループを有する第１のネットワーク区域、及びその全分散が本発明によるネットワークの寸法設定に影響する第２のネットワーク区域に加えて、第３の区域も存在し、第３の区域は、必要に応じて第１及び第２のネットワーク区域から切り離すことができる。したがって、このネットワークは、本発明によるネットワークのシステムリミットの範囲外に位置するが、２つのネットワーク区域につながっているにもかかわらず、必要に応じて切り離すことが可能であるため、本発明によるネットワークを不安定にする可能性はない。

スイッチング・デバイスを用いて、第１及び第２のネットワーク区域の機能グループ、調整リミット、及びサイズの定義のために考慮されるシステムリミットに実際に常に準拠することができることを確実にすることが可能である。

機能グループの最大範囲は、機能グループ内の最大信号伝搬時間に準拠するように選択されることが好ましい。実時間が重要な応用例の場合、たとえば緊急の状況又は取引におけるスイッチング動作のために、ｍ秒又はさらにμ秒範囲のスイッチング時間を可能にするべきである。実際には、そのようなスイッチング時間は、本発明によるネットワークの文脈では第１のネットワーク区域で行われるような分散制御又は調整のみによって、確実に実現することができる。

ネットワーク構成要素として、初期トポロジで互いに相互接続された少なくとも電源、負荷、電線、センサ、スイッチング及びコンバータ構成要素を備える、電気エネルギーを分配するための既存のネットワークから、本発明によるネットワークは、コンピュータ実装の構造化方法によって作成することができ、この方法は、
ａ）事前定義されたシステムリミットの範囲内の既存のネットワークを捕捉するステップと、
ｂ）自己調整式の局所的機能グループに対する調整リミットを捕捉するステップと、
ｃ）作成すべき構造化ネットワークに対する目標動作範囲リミットを捕捉するステップと、
ｄ）ネットワーク特性を変動させることによって、目標機能の最適化を実施するステップとを含み、
ｅ）可変のネットワーク特性は、第１のネットワーク区域の複数の局所的機能グループのうちの１つへのネットワーク構成要素の少なくとも１つの割当て、又は第２のネットワーク区域へのネットワーク構成要素の割当てを含み、
ｆ）第２のネットワーク区域に対する電圧品質変数の全分散が推定され、
ｇ）最適化のための境界条件として事前定義された内容が、目標動作範囲リミットに準拠し、その確認は、機能グループの調整リミット、第１のネットワーク区域の第１のサイズ、及び第２のネットワーク区域の第２のサイズ、並びに第２のネットワーク区域の全分散を考慮して行われる。

「既存のネットワーク」は、より大きいネットワークの一区分とすることができる。原則として、使用者は、方法の適用分野、すなわちネットワーク構成要素が実際に考慮されることが意図される分野を規定することができる。

本発明による方法の意味範囲内で、「電源」は、発電機、（電流を出力する）電池、若しくは何らかの他のエネルギー貯蔵ユニット、又は単に考慮されているネットワーク若しくはネットワーク区分の「入力」とすることができる。この方法の意味範囲内で、「負荷」は、消費部、電池、若しくは充電モードにある他のエネルギー貯蔵ユニット、又は単に考慮されているネットワーク若しくはネットワーク区分の「出力」とすることができる。ネットワークの動作状態に応じて、特定のネットワーク構成要素が、時として、電源又は負荷を構成することができる。同様に、複数の機能（たとえば、負荷及びセンサ構成要素、電源及びコンバータ構成要素など）を組み合わせたネットワーク構成要素も存在する。

既存のネットワークは、補足表示とともに、トポロジによって表すことができ、ネットワーク構成要素の地理的な場所及び／又はネットワーク計画に関する表示も同様に、この方法の文脈で捕捉することができる既存のネットワークに関する情報である。システムリミットもまた、既存のネットワークの捕捉によって初期化される。システムリミットはまた、任意選択で、さらに後述するように、後に適合させることができる。

捕捉された調整リミットは、すでに存在する機能グループの現在の調整リミットと、作成すべき機能グループによって準拠されるべき調整リミットとの両方に関する。したがって、既存のネットワークの捕捉は、現在の調整リミット及びさらなる特性変数を含む、場合によりすでに定義された機能グループを付随して捕捉することを伴う。しかし、この方法はまた、機能グループがシステムリミットの範囲内でまだ定義されていない場合にも適用することができる。

ネットワーク特性の変動の文脈で、ネットワーク構成要素は、既存の機能グループと新しく形成された機能グループとの両方に割り当てることができる。したがって、機能グループの数は可変である。これはまた、第１のネットワーク区域のサイズ及び第２のネットワーク区域のサイズにも当てはまり、これらのサイズは、第２のネットワーク区域のネットワーク構成要素を機能グループに割り当てた場合、すなわちネットワーク構成要素を第２のネットワーク区域から第１のネットワーク区域へ伝達した場合に変化する。

可変のネットワーク特性はまた、機能グループのうちの１つ、複数、又はすべてに対する調整リミットを含むことができ、それにより、事前定義された境界条件を考慮して、システムリミットの範囲内のネットワーク全体の包括的な最適化を可能にする。既存の消費部及び／又は発電機に対する（追加の）スイッチング及び制御デバイスの存在及び／又は位置決めも同様に、可変のネットワーク特性の一部とすることができる。

第２のネットワーク区域における全分散の推定中に、第２のネットワーク区域の個々の部分領域、たとえばより詳細な情報が利用可能な部分領域、又は比較的低い分散によって区別されることが知られている部分領域を、特別に処理することができる。これらはまた、ネットワークの再構造化の文脈ですでに部分的に適合されている遷移区間を含む。

捕捉ステップａ）～ｃ）は、記載の順序で実施する必要はない。捕捉すべき複数の表示は、同じデータ源から生じることができ、複数のデータ源からのデータの組合せによって、捕捉すべき個々の情報を生成することも可能である。

最適化は特に、数値最適化方法、たとえば線形最適化方法を用いた最適化である。好適なアルゴリズムは、たとえば、シンプレックス法又は内点法を含む。分配ネットワークの複雑さ及び多くの自由度のため、コンピュータ支援による数値分析を使用することなく最適化を実施することはできない。

数値最適化の文脈では、これが不可避の場合のみ、粗データセットが使用されることが有利である。そうでない場合、最適化は、高品質の履歴データに基づく機械学習によって得られるデータセットに基づいて行われることが好ましい。

この方法の１つの好ましい実施例では、第２のネットワーク区域に対する電圧品質変数の全分散が、動作履歴データに基づいて推定される。

動作履歴データは、特に、電流（均衡に関連する方法又は３相）、電圧（均衡に関連する方法又は３相）、及び／又は電力（均衡に関連する方法又は３相）の時間プロファイルを含むことができる。

推定全分散は、予期されるネットワーク動作を恒久的にカバーすることが意図される場合、動作履歴データは、少なくとも１年の持続時間に関する。したがって、季節的な変動も付随して考慮することができる。加えて、より長い時系列及び／又は推定を使用することによって、好ましくは対応するデータ対応のコンピュータ実装シミュレーション及び測定方法を用いて、年ごとの変動も考慮することができる。

動作履歴データに加えて、さらなる情報、たとえばネットワーク・トポロジ及びネットワーク構成要素、並びに／又はモデル計算若しくはシミュレーションの結果に関する情報が、推定に影響する可能性もある。これに関して、たとえば、ネットワーク構成要素に基準プロファイルを割り当てることが可能であり、疑念がある場合には最悪推定が使用される。

代替実施例では、動作履歴データの使用が省かれる。この場合、推定は、シミュレーション及び／又はモデル計算に基づいて行われる。

可変のネットワーク特性は、第２のネットワーク区域の一部を選択的に切り離すための追加のスイッチング・デバイス、並びに／又は電力及び／若しくは電圧制限のための追加のデバイスの存在及び／又は位置決めを含むことが有利である。そのようなスイッチング・デバイスを用いて、構造化すべきネットワークを、そのシステムリミットに関しても同様に自動的に最適化することができる。スイッチング・デバイスはまた、上位ネットワーク又は第三者ネットワークを切り離すために使用することもできる。電力及び／又は電圧制限のためのデバイスも同様に、構造化すべきネットワーク又はその一部を、外部の影響から保護することができる。スイッチング・デバイス並びに／又は電力及び／若しくは電圧制限のためのデバイスを用いて、最適化の文脈で定義又は取得されるシステムリミットに実際に常に準拠することができることを確実にすることが可能である。

可変のネットワーク特性は、追加の貯蔵設備及び／又は追加の生産設備の存在及び／又は位置決めを含むことが有利である。これに関して、特に自己調整式の機能グループから構築された第１のネットワーク区域は、自動的に拡張することができる。追加の貯蔵及び／又は生産設備のコストを考慮することによって、最適化の文脈で見られる解決策が経済的な観点からも有利であることが確実になり、加えて、したがってこれらのような設備は、その構造化を何らかの他の方法で直接的に実現することができない場合にのみ提案される。

貯蔵及び／又は生産設備を位置決めし、機能グループへ割り当てる場合、特に電線の信号伝搬時間及び容量も付随して考慮される。

可変のネットワーク特性は、事前定義されたシステムリミットの拡張を含むことが有利である。例として、初期システムリミット及び最大システムリミットはどちらも、本発明による方法の初期化中に事前定義され、最大システムリミットは、たとえばネットワーク・オペレータの影響区域内にあるすべてのネットワークを含む。このとき、最適化の文脈で、システムリミットの拡張によって目標変数をより良好に達成することができる場合、システムリミットは、最大システムリミットの範囲内で拡張される。例として、初期システムリミットの範囲外のネットワーク構成要素を、既存の機能グループ又は新しく作成すべき機能グループに一体化することができる。

既存のネットワークを捕捉するプロセス中、事前定義されたシステムリミットは、すでに含まれているネットワークが目標動作範囲リミットに準拠するように選択することができることが好ましく、その後、準拠が可能でなくなるまで、又は他の境界条件に抵触するまで、システムリミットは反復して拡張される。

最適化は、各反復ステップで実施され、さらなるネットワーク構成要素が割り当てられる。既存及び／又は可能な追加のスイッチング・デバイスも、付随して考慮される。

システムリミットの範囲内の既存のネットワークが、目標動作範囲リミットにまだ準拠しない場合でも、システムリミット内の最適化後、後の段階で、反復的拡張をそれでもなお行うことができる。

別法として、システムリミットは、固定して事前定義される。システムリミットは、異なるシナリオを確認するために、方法の初期化中に使用者が変更することができる。

複数の機能グループ間の最大通信時間は、最適化のためのさらなる境界条件として事前定義することができることが有利である。最大通信時間に準拠することで、この場合も必要な期間内に調整リミットが準拠されることが確実になる。さらに、ネットワークの調整は、可能な限り局所的に促される。

機能グループ内の最大通信時間も同様に、境界条件として事前定義可能であることが有利である。これには、最適化の文脈で、可能な限り局所的であり且つ変化する要件に素早く反応することができる機能グループが形成されるという作用がある。

機能グループに割り当てる場合、その数、地理的な場所、近隣グループの数、及びさらなるパラメータを、さらに考慮することができる。

目標機能は、ネットワークを調整するためのネットワーク構成要素間で伝達されるデータ量に依存し、最適化は、前記データ量の最小化を促すことが有利である。

この基準もまた、可能な限り局所的に調整されたネットワークをもたらす。さらに、事前定義された誤り率で伝達されるデータ量を低減させる結果、誤りの絶対数がより小さくなる。したがって、全ネットワーク内の擾乱率が低減される。

目標機能は、既存のネットワークと作成すべき構造化ネットワークとの間の適合のコストに依存し、数値最適化は、前記コストの最小化を促すことが有利である。適合のコストは、追加のネットワーク構成要素のためのコストを含む。

目標機能は、さらなる基準、たとえば局所的機能グループに対する局所的な価格（ノーダル料金）に依存することができる。さらなる最適化基準は、ＣＯ_２の削減とすることができ、追加のアクチュエータ、センサ、演算設備などが、追加のＣＯ_２リミットを構成することが考慮されるべきである。これに関して、センサデータの局所的な処理及び長距離で伝達されるデータの低減のために、本発明による方法は、従来の集中的な手法と比較すると、いずれにしても有利である。したがって、本発明はまた、動作機器の最適の使用によってＣＯ_２目標を実現するために使用することができる。

本発明による方法を用いて、必要な場合、ＷＯ２０１８／１１４４０４Ａ１（ＢＫＷ Ｅｎｅｒｇｉｅ ＡＧ）に従って、事前定義されたシステムリミットの範囲内で必要とされる機能グループの数を最小化することも直接的に可能である。

電力を分配するためのネットワークを動作させるコンピュータ実装方法は、
ａ）第１のネットワーク区域内で、第１の電源、負荷、電線、及び／又はセンサ、スイッチング若しくはコンバータ構成要素を有する複数の自己調整式の局所的機能グループを、機能グループの各々がネットワーク内の電圧品質変数に対する割り当てられた調整リミットに準拠するように、動作させるステップと、
ｂ）第２のネットワーク区域の第２の電源、負荷、電線、及び／又はセンサ、スイッチング若しくはコンバータ構成要素を、第２のネットワーク区域内の電圧品質変数の全分散に準拠するように、動作させるステップとを含み、
ｃ）第１のネットワーク区域は、第１のサイズを有し、第２のネットワーク区域は、第２のサイズを有し、
ｅ）機能グループの調整リミット及び第１のサイズは、第２のサイズ及び全分散を考慮して、第１及び第２のネットワーク区域を含むネットワーク全体に対する事前定義された目標動作範囲リミットに準拠するように選択される。

自己調整のために、局所的機能グループは、センサ（たとえば、電流又は電圧センサ）、アクチュエータ（たとえば、発電機又は負荷のためのスイッチング又は調整デバイス）、及び制御手段（コンピュータ又はコントローラ）を備える。センサは特に、割り当てられた調整リミットに準拠するかどうかを確認するために使用される。制御手段は、センサによって捕捉されるデータに応じて、調整リミットに準拠するように機能グループに割り当てられた動作をトリガする。前記動作は特に、上述したアクチュエータの駆動による制御動作、及び好適な通信手段を用いた同等又は上位の機能グループ又はインスタンスに対する通信動作を含むことができる。

ネットワーク区域のサイズは、様々な方法で特徴付けることができる。１つの好適な方策は、たとえば、対応するネットワーク区域における平均総電流量である。

第２のネットワーク区域は、空にならないことが意図される。さらに、第２のネットワーク区域はまた、第１のネットワーク区域のようには構造化されず、すなわち割り当てられた調整リミットに準拠するように自己調整する局所的機能グループから構築されない。第２のネットワーク区域は特に、歴史的に成長したネットワーク・トポロジを有する既存のネットワークである。

電圧品質変数は、たとえば周波数、ネットワーク電圧（電圧レベル又は二乗平均平方根値）、又は波形関連変数を含み、電流関連変数を電圧品質変数として使用することもできる。

目標動作範囲リミットは、そのような電圧品質変数を用いて画定することができ、目標範囲は概して、複数のそのような変数に対して事前定義される。別法又は追加として、他の基準、たとえば最大故障率を使用することもできる。

原則として、動作の文脈で、ネットワークを第１のネットワーク区域及び第２のネットワーク区域に構造化し、第１のネットワーク区域を局所的機能グループに構造化することは、定期的に又は常に確認することができる。したがって、境界条件の変化によって、ネットワーク区域への分割、及び／又は機能グループへの割当て、及び／又は調整プロセスの適合の変更が好都合であるかどうかがすぐに認識される。次いで、そのような変更を好適な時点で実装することができる。

事前定義された目標動作範囲リミットの準拠が監視され、目標動作範囲リミットに準拠しない場合、機能グループへ供給される電力を制限するための少なくとも１つのデバイスが作動されることが有利である。デバイスは、機能グループの一部を形成し、この機能グループへ外部から供給される電力を制限することができる。デバイスはまた、機能グループの上位にあり、第１のネットワーク区域全体まで複数の機能グループへ供給される電力を制限することができる。

短期的には、余剰電力は、抵抗加熱ユニットなどの構成要素によって放散することができる。やや長い時間スケールでは、貯蔵ユニット（特に、充電デバイス、スーパーキャパシタ、及び電池）を使用することもできる。

目標動作範囲リミットに準拠しない場合、電気エネルギーを分配するための上位及び／若しくは同等のさらなるネットワークからネットワークを切り離すための少なくとも１つのスイッチング・デバイス、並びに／又は第２のネットワーク区域の一部を切り離すための少なくとも１つのスイッチング・デバイスが作動されることが有利である。切り離しは特に、電力制限のための方策がそのリミットに到達し、ネットワークの調整適合動作をそのような方策によって確保することができなくなった場合に行われる。

切り離し（アイランド動作）はまた、他の状況で、たとえばエネルギーが外へ奪われることを防止することができる場合に好都合となり得る。

スイッチング・デバイスを用いて、最適化の文脈で定義又は取得されるシステムリミットに実際に常に準拠することができることを確実にすることができる。

既存の電気エネルギーを分配するためのネットワークを構造化する本発明による方法又は本発明によるネットワークを動作させる本発明による方法を実施するための本発明によるコンピュータ・プログラムは、コンピュータ上で実行されると対応する方法を実施するように適合される。コンピュータ・プログラムは、概して、特定の状況下で、分散されたコンピュータシステムの異なるプロセッサ上で実行される複数の構成要素を含む。

本発明のさらなる有利な実施例及び特徴の組合せは、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲全体から明らかである。

図面は、例示的な実施例を解明するために使用される。

本発明による電気エネルギーを分配するためのネットワークの概略図である。 第１のネットワーク区域及び第２のネットワーク区域における期間内の電圧品質変数のプロファイルを示す図である。 ネットワーク全体における期間内の電圧品質変数のプロファイルを示す図である。

原則として、これらの図では、同一の部分に同一の参照符号が提供される。

図１は、電気エネルギーを分配するための本発明によるネットワーク１の概略図である。前記ネットワークは、ＷＯ２０１８／１１４４０４Ａ１（ＢＫＷ Ｅｎｅｒｇｉｅ ＡＧ）の教示による８つの主に自己調整式の機能グループ１１．１．．．８に構造化された第１のネットワーク区域１０と、そのような構造化を含まない第２のネットワーク区域２０とを含む。ネットワークは、同等、上位、及び／又は下位のさらなるネットワークに対する４つの接続線２．１．．．４を有する。接続線２．１は、第２の機能グループ１１．２から出て、さらなる接続線２．２は、第７の機能グループ１１．７から出て、２つのさらなる接続線２．３、２．４は、第２のネットワーク区域２０から出る。

ＷＯ２０１８／１１４４０４Ａ１から知られているように、機能グループ１１．１．．．８は各々、ネットワークの複数の要素及びそこに接続された構成要素、すなわち電源、負荷、電線、センサ、スイッチング、及びコンバータ構成要素を備える。機能グループ１１．１．．．８の各々は、コンピュータ・ユニット１２．１．．．８（長方形で示す）を備える。これは、独立したユニット、構成要素に配置された専用のマイクロプロセッサ、又は構成要素の既存の要素とすることができる。示されている機能グループ１１．１．．．８の各々は、同様に、１つ又は複数の関連する変数を測定して対応するコンピュータ・ユニット１２．１．．．８へ通信する少なくとも１つのセンサユニット（ここには図示せず）を含む。加えて、機能グループ１１．１．．．８のうちのいくつかは、アクチュエータを含み、アクチュエータによって、それぞれのコンピュータ・ユニット１２．１．．．８によってトリガされるように、それぞれの機能グループ１１．１．．．８の機能に影響を与えることができる。

示されている例では、５つの機能グループ１１．４．．．８が相互接続されて、クラスタを形成している。これは、局所的なコンピュータ・ユニット１２．４．．．８に加えて、クラスタ・コンピュータ・ユニット１３も存在し、信号を交換するために局所的なコンピュータ・ユニット１２．４．．．８に接続されていることを意味する。

隣接する機能グループ１１．１．．．８のコンピュータ・ユニット１２．１．．．８も同様に、信号の交換のために互いに接続されており、対応する動作がトリガされると情報を交換することができる。示されている例では、以下の接続が存在する。

加えて、クラスタに接続されていない機能グループ１１．１．．．３のコンピュータ・ユニット１２．１．．．３と、クラスタ・コンピュータ・ユニット１３との両方が、中央コンピュータ３に接続される。中央コンピュータ３は制御センタを形成するが、従来のネットワークとは対照的に、前記制御センタは、第１のネットワーク区域に対して、機能グループ自体が事象を解決することができない場合にのみ例外として必要とされる。

示されている接続は、例であることを理解されたい。この図は、記載の構成要素間の（直接的な）物理接続が存在しなければならないことを意味するものではなく、構成要素間の任意のネットワーク・トポロジによってデータを交換することができる。

ＷＯ２０１８／１１４４０４Ａ１に詳細に示されているように、機能グループは、複数のネットワーク・レベルに拡張することができ、特にコンバータを備えることができる。

次いで必要な場合、個々の機能グループ又はネットワーク全体をさらなるネットワークから切り離すことが可能になるように、すべての接続線２．１．．．４に、それぞれのスイッチング・デバイス１４．２、１４．７、２４．１、２４．２が配置される。接続は、前記スイッチング・デバイスによって一時的に切断することができる。２つのスイッチング・デバイス１４．２、１４．７が、それぞれ対応する機能グループ１１．２、１１．７に割り当てられ、対応するコンピュータ・ユニット１２．２、１２．７によって制御される。第２のネットワーク区域内の２つのさらなるスイッチング・デバイス２４．１、２４．２は、中央コンピュータ３によって直接制御される。

機能グループ１１．１．．．８の各々は、測定変数及び測定範囲並びに任意選択で調整可能性に関して特有の特性を有するネットワーク区分（すなわち、ネットワーク構成要素が割り当てられたネットワークの連続領域）を表す。調整リミット、すなわち調整すべき変数の目標範囲が、各機能グループ１１．１．．．８に割り当てられる。

目標動作に関して、これらの動作のためのトリガ基準が満たされているかどうかを確認することが可能になるように、規則、可能な動作、及び必要とされる情報が、機能グループ１１．１．．．８の各々に割り当てられる。調整リミットを画定するために、既存の構成要素及び／若しくは標準（たとえば、ケーブルに対する最大許容電流）、又はたとえば新しい構造の場合、接続及び要求される最大電力に対する適応が存在する。

将来の電力の予測は、たとえばネットワーク計画の習慣的な方法によって行われるが、特にシミュレーション及びモデル化及び機械学習の使用によって行われる。

各動作は、１つ又は複数の方策、特にアクチュエータの起動及び／又は他の構成要素へのメッセージの送信を含む。これらの動作は、個々の機能グループに割り当てられる。複数の機能グループに関する動作が定義されている場合、機能グループ（互いに相互接続される）の特有の組合せに、動作を割り当てることもできる。

下表は、たとえば、局所的な分配ネットワークにおける目標動作のためのパラメータを列挙する。最後の行に列挙した動作は、動作範囲が準拠されない場合、すなわち対応するトリガ基準が満たされている場合にそれぞれ実施される。

さらなる可能な動作は、たとえば、消費部の動作若しくは貯蔵ユニットの充電の時間シフト、又は生産部の生産出力若しくは貯蔵ユニットの放電の時間制御を含む。

通信は、第１の優先順位で所与の機能グループ内で行われ、第２の優先順位で機能グループ間又はクラスタ内で行われ、第３の優先順位でのみ、中央コンピュータ、すなわち制御センタに対して行われる。

図２Ａは、第１のネットワーク区域及び第２のネットワーク区域における期間内の電圧品質変数のプロファイルを示す。図２Ｂは、ネットワーク全体における期間内の電圧品質変数のプロファイルを示す。

電気エネルギーを分配するためのネットワークの状態は、電圧品質変数、たとえば位相ごとの電圧、位相ごとの電流、及び位相の時間プロファイルによって画定される。これらの時間プロファイルは、時間依存ベクトル値関数Ｆ（ｔ）を成分Ｆ_ｉ（ｔ）とともに表すことができる。

既存のネットワークでは、関数Ｆ（ｔ）及び個々の成分関数の分散はほとんど未知である。関数Ｆは最終的に、どの完全な情報が利用可能でないかに関する分配ネットワークの個々の構成要素に対する多数のサブ関数から生じるため、実際には、関数Ｆ（ｔ）を再現するのは困難である。

したがって、数学的には、記載するシステムを完全に捕捉することはできない。特にシステムが完全に閉じておらず、したがってＦ（ｔ）のすべてのサブ関数の数及び特性が分かっているわけではないため、確率論的挙動をより計算可能なものにするための手法では、この基本的な問題を部分的にしか解決することができない。

本発明の文脈では、それに応じて、以下のステップを実施することが提案される。
１．関数Ｆ（ｔ）によって特徴付けられた分配ネットワークに、最大許容分散ｓ（Ｆ（ｔ））が割り当てられ、事前定義された信頼度の範囲内で、供給の信用性及び／又は他の最適化パラメータが確実にされる。それに対応して準拠すべきパラメータは、たとえば許容電圧及び／又は周波数範囲に対する法的事前定義から生じることができる。成分Ｆ_ｉに対する対応する目標範囲３５が、図２Ａ、図２Ｂに示されている。目標変数及び／又は目標範囲の幅は、電圧品質変数に応じて時間的に可変とすることができることに留意されたい。
２．Ｆ（ｔ）＝ｋ（ｔ）＋ｍ（ｔ）とする。ここで、ｋ（ｔ）は、ＷＯ２０１８／１１４４０４Ａ１（ＢＫＷ Ｅｎｅｒｇｉｅ ＡＧ）に従って自己調整式の機能グループによって構造化された第１のネットワーク区域内のすべてのデバイスをカバーする。調整リミットがこれらの機能グループに割り当てられるため、ｋ（ｔ）に対して分散に関する確実な命令文を作成することができる。ｍ（ｔ）は、事前定義された調整リミットを有する自己調整式の機能グループによって構造化されない第２のネットワーク区域をカバーする。履歴データ及び／又はシミュレーション又はモデル計算に基づいて、予期される最大分散を、ｍ（ｔ）に割り当てることができる。次いで、分散ｓ（ｋ（ｔ））及びｓ（ｍ（ｔ））から全分散ｓ（Ｆ（ｔ））が得られる。図２Ａは、第１のネットワーク区域内の電圧品質変数Ｆ_ｉに対するプロファイル３１と、第２のネットワーク区域内の電圧品質変数Ｆ_ｉに対するプロファイル３２とを示し、これらのプロファイルは、個々のネットワーク区域が互いに独立して動作する（すなわち、互いに結合されない）という想定に基づいている。対応する変動帯域３３、３４も同様に示されている。この場合、第２のネットワーク区域内では、事前定義（目標範囲３５）に準拠しないことが明らかである。
３．第１のネットワーク区域内の事前定義が十分に満たされているため、２つのネットワーク区域がともに結合されると、目標範囲３５に従って事前定義に準拠する全ネットワーク内の電圧品質変数Ｆ_ｉのプロファイル３６が生じる（図２Ｂ参照）。
４．最適化の文脈では、このとき、ｋ（ｔ）及びｍ（ｔ）の基礎となる要因を変更することができ、目標範囲３５に従った事前定義、たとえばネットワーク・レベルごとの周波数並びに／又は（既知の場合）電力及び／若しくは電圧公差帯域の最大に許容できる変動が、境界条件として設定される。これらの要因は特に、機能グループへのネットワーク構成要素の割当てを含み、さらなるネットワーク構成要素が機能グループに割り当てられた場合、第２のネットワーク区域のサイズがより小さくなり、推定される分散（ｓ（ｍ（ｔ））もそれに応じて減少する。加えて、第１のネットワーク区域の分散ｓ（ｋ（ｔ））への寄与を確実に計算することができる。さらなる変数は、機能グループに割り当てられた調整リミット、追加の構成要素（電源、負荷、スイッチング・デバイスなど）の追加、システムリミットの拡張又は制限などに関する。任意選択で、特定の生産又は消費電力（たとえば、貯蔵発電所、熱貯蔵、又は電池）に、時間的柔軟性が最適化変数として割り当てられる。

この場合、最適化は、ネットワークを確立する働きをすることができ、すなわち自己調整式の局所的機能グループがまだ画定されていない既存のネットワークから進むことができ、又は前記ネットワークのさらなる進展のために、すなわちそれに応じてすでに（部分的に）構造化されたネットワークから進むことができる。ここでは、反復的手順を採用することができ、手順はコアセルから始まる。結果が満足のいくものであり、ゆとりを許容する場合、さらなる最適化ステップで区域を拡張させることができる。

拡張させた実装では、効率の増大又はコストの漸進的削減などの技術的進展のシミュレーション及びモデルを、最適化の実行に組み込むこともできる。この場合、実行は、１つの基準年ではなく、複数の基準年を含むはずである。

ステップ４における（数値）最適化に関して、目的関数が定義される。後者は、トータル・システムの所望の最適化パラメータを含む。最適化は、
ａ）必要な機能グループの数を最小化すること、
ｂ）所定の位置又は領域に対する機能グループの位置の近接性、
ｃ）安定稼働のためのコストを最小化すること、
ｄ）既存の機能グループの調整リミットを最小化すること、
といった最適化目標に関して実行され得る。

対応するパラメータは、互いに関連して最適化され得る。重み付けは、存在する場合には、一般にエネルギー供給業者であるユーザの目標、調整の可能性、経済的要因及び地理的制限の重要性に依拠する。

最適化に影響を及ぼし得る境界条件には、ネットワーク安定性に関する前述の境界条件に加えて、とりわけ、
ａ）たとえばケーブル断面による、送達可能な電力の制限、
ｂ）相互の通信、並びに必要に応じて実行する切換えアクション、調整介入又は商行為を可能にするための、可能な最長の信号伝送時間及び結果として生じる機能グループ間の可能な最長距離、
ｃ）機能グループのうちの１つ、複数又はすべてと、たとえば中央コンピュータなどの別のユニットとの間の相互の通信、並びに必要に応じて実行する切換えアクション、調整介入又は商行為を可能にするための、可能な最長の信号伝送時間及び結果として生じる可能な最長距離、
ｄ）たとえばパワー・シフト又は電力制限に関する時間的制約、
ｅ）地理的条件／形態的条件（特定の領域又は機能グループとしての特定の領域の定義を除く）、
ｆ）経済基準、
ｇ）調整上の基準、
といったものがあり得る。

調整プロセスは、最終的に、１つ又は複数の測定変数の決定、採用するべきアクションを決定するための処理、及び調整変数に影響を及ぼすまでアクションを実行することを含む。調整プロセスの複雑さ、ネットワーク内の関与する構成要素の分布、及び測定変数の処理のために必要な時間に依拠して、一定の信号伝送時間が生じる。ネットワークの動作に悪影響がないように意図される、調整の、ある特定のインスタンスは、他のものよりも急速に生じる必要があるので、最長の信号伝送時間は、すべての調整プロセスに対して同一である必要はない。しかしながら、たとえば、スマート・メータを用いるスマート・グリッドの実時間制御で「実時間」が数秒の範囲である場合、又は（たとえば家庭のメータから）データが１日に１回しか伝送されず、「実時間」が最長で１０分を意味する場合といった、（レイテンシを考慮に入れた）必要な交信時間に適合しない特定のシナリオは、物理的に可能な最短の情報レイテンシと比較することにより、直ちに削除することが可能である。

とりわけ、最適化の状況におけるネットワークは、適切な境界条件の支援により、必要とされる時間フレームの中で、電線（及び必要に応じてさらなる構成要素）の過負荷なしで、補償されるべき電力を送ることができるという点で実際に物理的に機能し得るように保証することが可能である。最大限の効果が得られるように配置された機能グループは、まさに電圧安定度に関して重要であり得る。したがって、ある特定の環境下では、全分散を所定の範囲内に保つだけでは不十分である。前述の技術的な境界条件の支援により、最適化の状況のような場合には、システム内に、少なくとも自己調整の機能グループが配置されるように意図された領域が生じる。

したがって、最適化が生じ得るように、以下の情報が提供される。
ａ）たとえば必要に応じて存在するネットワーク構成要素及び切換えデバイスを含むネットワーク計画の形の、初期又は最大のシステムリミットの範囲内のネットワークの形態的情報。そのような情報は、たとえばネットワークに関連する地図情報システム（ＧＩ）から取得され得る。
ｂ）システムリミットに関する指示 － 対応する選択肢は、たとえば、ネットワークの、選択されて考慮に入れられる部分又は除外されて考慮に入れられない部分によって、それ自体知られているやり方で、グラフィカル・インターフェースを介して作製され得る。また、ある特定のネットワーク・レベルに対する制限が可能である。
ｃ）ネットワークに（たとえば参照期間における電力の時間的総合収支及び調整リミットといったサイズ指示を含めて）すでに存在する自己調整の機能グループの数及び特性。
ｄ）機能グループごとの、たとえば１年といった選択された参照時間にわたる電流の（平衡に関連するやり方における、又は３相にわたる）時間的プロファイル、たとえば１年といった選択された参照時間にわたる電圧の（平衡に関連するやり方における、又は３相にわたる）時間的プロファイル、或いは、たとえば１年といった選択された参照時間にわたる電力の（平衡に関連するやり方における、又は３相にわたる）時間的プロファイル。
ｅ）たとえば、周波数及び／又は電圧に関して、一般に、又は特定のネットワーク位置において、許容される最大の誤差範囲。
ｆ）技術的な要因、技術のコスト、エネルギー価格、電気料金、他の経済的要因といった環境情報及び重み係数。

時間的プロファイルを生成するために、生産及び消費データからの履歴データ、或いは、たとえば発電機のタイプ及び局所的に典型的な環境変数のプロファイル若しくは消費部タイプといった、モデル及びこのモデルのシミュレーションからのデータが、使用可能である。たとえばインストールされた変圧器又は生産設備による物理的制約が、同様に、推定に影響を及ぼす可能性がある。好ましい実装形態では、モデルは、基準プロファイルを形成するために履歴データ及び機械学習と関連付けられ、必要に応じて、たとえば地域条件及び習慣に適合された生産又は消費のプロファイルを用いて、より正確に調整される。これは、消費については、たとえば休日又は作業時間と休憩の習慣を、生産については、広域の日射データ及び利用可能な地域と日差しの向きに基づく最大の可能な光起電力生産を、包含することができる。

これらの推定の質は、たとえばランダム・サンプリングの理論の利用などの統計的方法を用いて、「履歴の許容差帯」としての信頼性まで、さらに改善され得、実施され得る。

たとえばシンプレックス法又は内点法といった通常の数値最適化は、最適化に適している。数値最適化は、多自由度のために、計算上複雑である。しかしながら、数値最適化は、ネットワークの進行中の動作ではなく、むしろその構造を決定するので、最適化ステップは時間制約型ではない。計算の複雑さは、（たとえば既存の機能グループ、又はそれ自体が高価な実装コストに関連する手段に関して）考慮に入れられるシステムリミット又は最大のシステムリミットを低減すること、又はある特定の自由度を省くことによって、制限され得る。

最適化は、とりわけ、
ａ）自己調整の機能グループの数、ネットワーク構成要素の対応する割り当てに関する指示、
ｂ）ネットワークの構築及び／又は稼働に関連したコスト、
ｃ）機能グループに対して事前に定義された可能な許容差帯、
ｄ）機能グループにおける必要な通信、制御及び調整のユニット、システムリミットにおける中央制御ユニット、
といった変数を与える。

構築するための本発明による方法は、目的に依拠して、以下のような様々なやり方で使用され得る。

１．エネルギー供給業者は、たとえばネットワークにおける予知しない大事件の連鎖反応からそれ自体を守ろうとする場合、緊急の場合には孤立した動作が可能なシステムを求めて努力するはずである。しかしながら、同時に、改造のコストを最小化することが意図される。
すでにいくつかの機能グループを有するネットワークから進んで、戦略的に重要な機能グループは、最適化の状況では場所を突き止められ、構造に付加される。機能グループの数を小さく保つために、これらの機能グループには特に狭い許容差帯が割り当てられる。制御センタは、選択された機能グループに対する通信インターフェースを装備している。システムリミットの電線には、通信及び制御の技術が組み込まれる。いくつかの機能グループは、通信、制御及び調整の技術を装備している。

２．エネルギー供給業者は、特に再生可能エネルギーを、より計画可能なものにして営業を最適化することを主として望む場合には、早期段階で取引きの割当量を知って、確実に利用できることを保証するように努力するはずである。

すでにいくつかの機能グループを有するネットワークから進んで、安定した営業予測の識別を達成するために、最適化の状況で、機能グループの数及び性質が、なお必要とされる。集中型又は分散型の制御デバイス（たとえば制御センタ又は同等のデバイス）は、選択された機能グループに対する通信インターフェースを装備している。取引きは、選択された機能グループ及び／又は制御デバイスに対する通信インターフェースを装備している。いくつか又はすべての機能グループが、通信、制御及び調整の技術を装備している。

本発明によるネットワークの動作中に、第１のネットワーク区域の個々の機能グループは、それ自体を可能な限り調整する。機能グループの状況で、調整リミット内ではこれがもはや不可能な場合には、機能グループから進んで、複数の段階的拡大レベルを用いる事前に定義された方式によって、高位のポイント及び／又は他の機能グループとの通信が生じる。種々の機能グループに対して種々の方式が事前に定義され得る。実際には、信号伝搬時間に関する物理的制限が特に考慮に入れられるべきである。

複数の機能グループが組み合わされてクラスタ（仮想の機能グループ）を形成するとき、個々の機能グループ内が最優先で調整され、クラスタの内部が第２の優先度で調整され、クラスタ機能グループ内の相互の補償がもはや不可能な場合には、さらなる機能グループ又は構成要素の参加は第３の優先度でしか調整されない。

トリガ基準は、最も簡単な形態では、事前に定義された変数の値により、入力変数（たとえば測定変数）の値を上回るか又は下回る場合には、基準が満たされたかどうかを指示することによって形成される。しかしながら、トリガ基準は、範囲指示によって、又は特に論理（ブール）演算子をも含む、より複雑な機能に基づいて、定義され得る。トリガ基準は、入力変数又は複数の入力変数の現在の値に関係し得、又は、ある特定の過去の時間的間隔が考慮に入れられる。トリガ基準は、それぞれの調整リミットに割り当てられた変数ばかりでなく、そのような変数の変化率（すなわち具体的には時間微分）にも付加的に依拠し得る。この点に関して、変数における急速な増減は、調整リミットに達する前に、アクションの必要性があると指示することができる。

例として、以上に多い数の電気自動車によって機能グループＡの電力が不足して、平均ＰＶ生成を下回る場合には、機能グループＡのローカル・コンピュータ・ユニットは、近隣の機能グループＢのローカル・コンピュータ・ユニットに要求信号を送る。機能グループＢは、短期及び中期の使用可能な電力を通信する。機能グループＡからの要求があったとき、機能グループＢは、短期に必要とされられる電力を放出する。機能グループＡは電力を受け取る。この電力は、中期の補償を提供するわけではないので、機能グループＢは、仮想の機能グループＣの通信インターフェースに信号を送る。仮想の機能グループＣは機能グループＤ～Ｇの相互接続によって形成されており、機能グループＥは、とりわけ、比較的大きな水力発電所を含有する。仮想の機能グループＣの通信インターフェースは、とりわけ、予期された期間に必要な生産力を含有している機能グループＥに信号を送る。機能グループＥは、通信インターフェースに確証を送り、通信インターフェースが、機能グループＡ及び／又はＢに確証を送る。機能グループＡは最終的に電力を受け取る。

別のシナリオでは、機能グループＡの領域において、電柱が嵐で壊れた。機能グループＡはこれを擾乱として認識し、高位の制御センタに、技術者の予定を立てるように緊急通報を送る。同時に、機能グループＡは、失われた電力を、最優先レベルで近隣の機能グループＢに要求する。機能グループＢは、その許容差範囲を最大の許容値まで拡大し、その調整可能な負荷、貯蔵ユニット、及び生成装置を、必要な電力を供給することができるように調整する。最終的に、要求された電力のすべてが、機能グループＡ及びＢ、又は停止若しくは出力低下するように調整されなければならない個々の（臨界ではない）消費部の範囲内で供給され得るわけではないので、顧客が、軽い障害による擾乱について通知されるように、機能グループＡのローカル・コンピュータ・ユニットと機能グループＢのローカル・コンピュータ・ユニットとの両方が、通信センタ又は局所的に記憶されたリストに信号を送る。

本発明による、ネットワークを構築するための方法を基に、そのシステムリミットが動作状況に依拠して変化する動作も達成され得る。たとえば、エネルギー供給業者にとって、直ちに本特許に従ってネットワーク全体を計画して動作させるのが割高すぎる場合には、必要に応じて残りの領域から物理的に取り外すことができる自己調整の機能グループからなるコア領域から始めることが可能である。

コア領域に加えて、安定性に関してすでに部分的に最適化されているが、まだ、完全に自律的に動作され得る状態ではない、移行帯が存在してよい。そのような移行帯に関して、推定分散ｓ（ｍ（ｔ））が低減されるように、必要に応じて、ｍ（ｔ）の一部又はｓ（ｍ（ｔ））についてより正確に推定することが可能である。

一般に、最適化された動作の領域が、定義された目標動作を危くし、最適化の状況で考えられたシステムリミット内の安定化測度が不十分な場合には、これを、隣接した従来動作のネットワークから切り離すことが必要になる。これは、自動的に作動される切換えデバイス１４．２、１４．７、２４．１、２４．２（図１を参照されたい）を使用して、或いは、適切な場合には、システムの対応する推奨が受け取られた後に、手動で、且つ／又は制御及び調整のデバイスによって、行われる。最適化の状況で、これらが既存であれば、追加が必要かどうかを確認するために、たとえば通信リンクによって検査される。そうでなければ、入手可能な断路器のタイプ、数及び寸法、並びに制御調整デバイスは出力変数である。

対応するシナリオにおいて、最適化されたシステムのシステムリミットの範囲を越えた影響の結果として、ネットワークに擾乱が生じ、もはや、位相、周波数、電圧又は電力に関して必要な許容差に応じられなくなる。ひどい機器損傷、生産ロス、重要な基礎設備の障害又は停電が差し迫っている。複数の機能グループが、許容リミットの抵触に関して制御センタに、且つ／又は互いに、信号を通信する。機能グループ及び／又は制御センタが、特定の臨界値を受け取るか又は計算すると直ちに、電力調整又は分離のための制御又は調整の命令が、システムリミットのいくつか又はすべてに送られて実行される。

同様に、本発明によるネットワークの、コスト及び／又は営業の最適化に関連した動作の状況では、価格主導の電力発売及び生成、並びに課金制御を実施することも可能である。

要約すると、本発明は、電気エネルギーを分配するための、所定の境界条件に対して個々に適応可能なネットワークを系統的に構築することができる方法、さらには、高い供給信頼性を有する分配ネットワーク、及びこれを動作させるための方法を提供するものであると言える。

Claims (17)

1. 電気エネルギーを分配するためのネットワークであって、
   ａ）第１の電源、負荷、電線、及び／又はセンサ、スイッチング若しくはコンバータ構成要素を有する複数の自己調整式の局所的機能グループからなる第１のネットワーク区域であり、前記機能グループの各々が、前記ネットワーク内の電圧品質変数に対する割り当てられた調整リミットに準拠するように設計され、前記第１のネットワーク区域が、第１のサイズを有する、第１のネットワーク区域と、
   ｂ）第２の電源、負荷、電線、及び／又はセンサ、スイッチング若しくはコンバータ構成要素を有する第２のネットワーク区域であり、前記電圧品質変数の推定全分散が、前記第２のネットワーク区域に割り当てられ、前記第２のネットワーク区域が、第２のサイズを有する、第２のネットワーク区域とを含み、
   前記機能グループの前記調整リミット及び前記第１のサイズが、前記第２のサイズ及び前記推定全分散を考慮して、前記ネットワーク全体に対する事前定義された目標動作範囲リミットに準拠するように選択される、ネットワーク。
2. 前記推定全分散が、少なくとも１年の持続時間中に、予期されるネットワーク動作をカバーすることを特徴とする、請求項１に記載のネットワーク。
3. 電気エネルギーを分配するための上位及び／又は同等のさらなるネットワークから前記ネットワークを切り離すための少なくとも１つのスイッチング・デバイスを特徴とする、請求項１又は２に記載のネットワーク。
4. 前記機能グループの最大範囲が、前記機能グループ内の最大信号伝搬時間に準拠するように選択されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載のネットワーク。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載のネットワークを作成するために、ネットワーク構成要素として、初期トポロジで互いに相互接続された少なくとも電源、負荷、電線、センサ、スイッチング及びコンバータ構成要素を備える、電気エネルギーを分配するための既存のネットワークを構造化するためのコンピュータ実装方法であって、
   ａ）事前定義されたシステムリミットの範囲内の前記既存のネットワークを捕捉するステップと、
   ｂ）自己調整式の局所的機能グループに対する調整リミットを捕捉するステップと、
   ｃ）作成すべき前記構造化ネットワークに対する目標動作範囲リミットを捕捉するステップと、
   ｄ）ネットワーク特性を変動させることによって、目標機能の最適化を実施するステップとを含み、
   ｅ）前記可変のネットワーク特性が、第１のネットワーク区域の複数の局所的機能グループのうちの１つへのネットワーク構成要素の少なくとも１つの割当て、又は第２のネットワーク区域へのネットワーク構成要素の割当てを含み、
   ｆ）前記第２のネットワーク区域に対する電圧品質変数の全分散が推定され、
   ｇ）前記最適化のための境界条件として事前定義された内容が、前記目標動作範囲リミットに準拠し、その確認は、前記機能グループの前記調整リミット、前記第１のネットワーク区域の第１のサイズ及び前記第２のネットワーク区域の第２のサイズ、並びに前記第２のネットワーク区域の前記全分散を考慮して行われる、方法。
6. 前記第２のネットワーク区域に対する前記電圧品質変数の前記全分散が、動作履歴データに基づいて推定されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記可変のネットワーク特性が、前記第２のネットワーク区域の一部を選択的に切り離すための追加のスイッチング・デバイス、並びに／又は電力及び／若しくは電圧制限のための追加のデバイスの存在及び／又は位置決めを含むことを特徴とする、請求項５又は６に記載の方法。
8. 前記可変のネットワーク特性が、追加の貯蔵設備及び／又は追加の生産設備の存在及び／又は位置決めを含むことを特徴とする、請求項５から７までのいずれか一項に記載の方法。
9. 前記可変のネットワーク特性が、前記事前定義されたシステムリミットの拡張を含むことを特徴とする、請求項５から８までのいずれか一項に記載の方法。
10. 前記既存のネットワークを捕捉するプロセス中、前記事前定義されたシステムリミットが、すでに含まれている前記ネットワークが前記目標動作範囲リミットに準拠するように選択され、その後、準拠が可能でなくなるまで、又は他の境界条件に抵触するまで、前記システムリミットが反復して拡張されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 複数の機能グループ間の最大通信時間が、前記最適化のためのさらなる境界条件として事前定義されることを特徴とする、請求項５から１０までのいずれか一項に記載の方法。
12. 前記目標機能が、前記ネットワークを調整するための前記ネットワーク構成要素間で伝達されるデータ量に依存し、前記最適化が、前記データ量の最小化を促すことを特徴とする、請求項５から１１までのいずれか一項に記載の方法。
13. 前記目標機能が、前記既存のネットワークと作成すべき前記構造化ネットワークとの間の適合のコストに依存し、前記数値最適化が、前記コストの最小化を促すことを特徴とする、請求項５から１２までのいずれか一項に記載の方法。
14. 電気エネルギーを分配するためのネットワーク、特に請求項１から４までのいずれか一項に記載のネットワークを動作させるためのコンピュータ実装方法であって、
    ａ）第１のネットワーク区域内で、第１の電源、負荷、電線、及び／又はセンサ、スイッチング若しくはコンバータ構成要素を有する複数の自己調整式の局所的機能グループを、前記機能グループの各々が前記ネットワーク内の電圧品質変数に対する割り当てられた調整リミットに準拠するように、動作させるステップと、
    ｂ）第２のネットワーク区域の第２の電源、負荷、電線、及び／又はセンサ、スイッチング若しくはコンバータ構成要素を、前記第２のネットワーク区域内の電圧品質変数の全分散に準拠するように、動作させるステップとを含み、
    ｃ）前記第１のネットワーク区域が、第１のサイズを有し、前記第２のネットワーク区域が、第２のサイズを有し、
    ｅ）前記機能グループの前記調整リミット及び前記第１のサイズが、前記第２のサイズ及び前記全分散を考慮して、第１及び第２のネットワーク区域を含む前記ネットワーク全体に対する事前定義された目標動作範囲リミットに準拠するように選択される、方法。
15. 前記事前定義された目標動作範囲リミットの準拠が監視され、前記目標動作範囲リミットに準拠しない場合、前記機能グループへ供給される電力を制限するための少なくとも１つのデバイスが作動されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 前記目標動作範囲リミットに準拠しない場合、電気エネルギーを分配するための上位及び／若しくは同等のさらなるネットワークから前記ネットワークを切り離すための少なくとも１つのスイッチング・デバイス、並びに／又は前記第２のネットワーク区域の一部を切り離すための少なくとも１つのスイッチング・デバイスが作動されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 請求項５から１６までのいずれか一項に記載の方法を実施するためのコンピュータ・プログラム。

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