JP5896420B2 - 動的分散型電力グリッド制御システム - Google Patents
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Description
本願は、2009年11月3日出願の米国特許仮出願61/257,834号、及び、2010年7月29日出願の米国特許出願12/846,520号明細書の優先権を主張するものであり、前記出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
一実施形態において、複数の電力消費施設と接続された複数の分散型エネルギー資源(DER)を含む送電及び配電グリッドのための分散型制御システムは、送電/配電電力グリッド及び/又はその他の企業アプリケーションのための既存の監視制御及びデータ取得システムと通信可能に接続された企業制御モジュールと、それぞれが個別に複数のDERのうちの1つと関連付けられている複数の局所制御モジュールと、企業制御モジュールと複数の局所制御モジュールの一部との間にそれぞれ介在する複素の地域制御モジュールとを備え、地域制御モジュールは、地域内の電力管理及び/又は隣接する地域との電力交換を実行する。
企業制御モジュールは、通信ネットワークと接続可能に結合することができる。
地域制御モジュールを、企業制御モジュールと別の地域制御モジュールとの間に介在させて、分散システムを構成することができる。
複数のDERは、エネルギー生成、蓄積及び需要/負荷管理から構成される一群から選択することができる。
送電及び配電電力グリッドDERは、グリッド及び設備保護、電圧調整、電力潮流制御、コンデンサバンク及び変圧器からなる一群から選択することができる。
企業制御モジュールは、複数の地域制御モジュール間の需要、及び、隣接する電力グリッド又は電力システムとの電力交換を管理することができる。
複数の地域制御モジュール間の需要を管理することは、第2地域における需要の変化に応答して、第1地域における発電を変化させるべく、地域制御モジュールに対する命令を開始することを含んでもよい。
複数の地域制御モジュール間の需要を管理することは、地域制御モジュールと関連付けられた局所制御モジュール及び地域制御モジュールを再規定することを含んでもよい。
企業制御モジュールは、複数の局所制御モジュール及び/又は地域制御モジュールに対して、選択的にブロードキャスト制御命令を発行することができる。
分散型制御システムは、通信障害が発生した場合には、自立オペレーション方式に切り替え、通信が復旧した場合には、データを同期し、命令方式に戻ることができる。
分散型制御システムは更に、局所制御モジュールとそれに関連付けられたDERとの間に介在するデバイスインターフェースを備えることができる。
デバイスインターフェースは、関連付けられたDERが理解できるように、標準化された局所制御モジュール命令を変換することができ、また、局所制御モジュールが理解できる標準化されたメッセージへとDER応答を変換することができる。
局所制御モジュールは、結合されたDERそれぞれに関するデータを収集することができる。結合されたDERそれぞれに関するデータは、DERの静的、動的、又は、制御の応答特性を含んでもよい。
局所制御モジュールは、DERと地域制御モジュールとの間の命令及び/又は応答メッセージを標準化することができる。発電管理は、地域内の発電、負荷及び蓄電、及び/又は隣接する地域との電力交換に基づいてもよい。
各地域内における地域制御モジュールによる発電管理は、自立的に行われてもよい。
地域制御モジュールの各々は、企業制御モジュールから発電命令を受信することができる及び応答することができる。
地域制御モジュールは、制御命令をDERに発行する前に、企業制御モジュールから受信された発電命令が、地域制御モジュールと関連付けられている地域内のDER及び送電/配電電力グリッドの所定の制限内であるかを検証することができる。
発電命令は、動的に検証されてもよく、また、所定のシステム制限内に実際の発電量を維持するように先制的に修正されてもよい。
企業制御モジュール、複数の地域制御モジュールの各々及び複数の局所制御モジュールの各々は、ユーザーインターフェースを介して認証されたユーザーから発行された命令を受信及び命令に応答することができる。
分散型制御システムは更に、様々なシステム状態に対するシステム応答及びオペレーションを予測することができるモデリングモジュールを備えてもよい。
モデリングモジュールは、複数のDERのオペレーションを割り当て、特定の電力潮流目標を満足するべく、モデル化された制御のセットを構築することができる。モデリングモジュールによって開発されたモデル化された制御のセットを、直接システムに適用することができる。
企業制御モジュールにおいて、複数の地域制御モジュール及び/又はシステムユーザーのうちの少なくとも1つからの地域電力潮流要求を受信することができる。
複数の地域制御モジュール及び/又はシステムユーザーのうちの少なくとも1つから受信された地域電力潮流要求に応答して、企業制御モジュールにより地域電力潮流命令が発行されてもよい。
複数の局所制御モジュール及び/又はシステムユーザーのうちの少なくとも1つからの局所電力潮流要求を、複数の地域制御モジュールのうちの少なくとも1つにおいて受信することができる。
複数の局所制御モジュール及び/又はシステムユーザーのうちの少なくとも1つから受信した局所電力潮流要求に応答して、地域制御モジュールは局所電力潮流命令を発行することができる。
DERを管理するプログラムコードは、局所制御モジュールを介してDERに対して発行された標準化された制御命令に対するプログラムコードを含むことができる。
命令のプログラムは更に、各DERに関するデータを収集するためのプログラムコードを含んでもよい。
命令のプログラムは更に、第2地域における需要の変化に応答して、第1地域における電力潮流を変化させるべく、1以上の地域制御モジュールに対する命令を開始するためのプログラムコードを含んでもよい。
命令のプログラムは更に、ユーザーが起動した要求に応答して、地域における電力潮流を変化させるべく、1以上の地域制御モジュールに対する命令を開始するためのプログラムコードを含んでもよい。
命令のプログラムは更に、ユーザーが起動した要求に応答して又は自動的に、地域制御モジュール各々と関連付けられたDERを再規定するためのプログラムコードを含んでもよい。
命令のプログラムは更に、予測された又は導出された電力潮流に基づいて、DERの静的及び/又は動的オペレーションを決定するためのプログラムコードを含んでもよい。
命令のプログラムは更に、送電/配電電力グリッド既存の接続性及び状態のリアルタイム分析のためのプログラムコードを含んでもよい。
命令のプログラムは更に、送電/配電電力グリッドとは分離された地域の電力を自立的に運営するプログラムコードを含んでもよい。
命令のプログラムは更に、自立的に運営される地域のオペレーションを、送電/配電電力グリッドへと再び組みこむ及び同期させるべく、DERを動的に管理するプログラムコードを含んでもよい。
命令のプログラムは更に、企業制御モジュール、複数の地域制御モジュール、複数の局所制御モジュール及び複数のDER間の接続経路を修正するためのプログラムコードを含んでもよい。
第2地域からの潮流要求に応答して、第1地域における電力潮流を修正するべく1以上の地域制御モジュールに対して、企業制御モジュールから命令を起動するよう設定されたソフトウェア部分。
様々なシステム状態に対するシステム応答及びオペレーションを予測するように構成されたソフトウェア部分。
[項目1]
機械によって実行可能な命令のプログラムを具現化するコンピュータ可読記憶媒体であって、
上記命令のプログラムは、
複数の電力消費施設に接続された複数の分散型エネルギー資源(DER)を含む送電/配電電力グリッドを管理するための複数のプログラムコードと、
上記送電/配電電力グリッド内の電力潮流を企業制御モジュールにおいて管理するためのプログラムコードと、
複数のDERのうちの一部と関連付けられた1地域とそれぞれ関連付けられる複数の地域制御モジュールのうちの1以上で、上記企業制御モジュールからの電力要求を受信するためのプログラムコードと、
上記複数の地域制御モジュール各々において、関連付けられた地域内の上記複数のDERを管理するためのプログラムコードと
を有するコンピュータ可読記憶媒体。
[項目2]
上記企業制御モジュールにおいて、上記複数の地域制御モジュール及び複数のシステムユーザーの少なくとも一方のうちの少なくとも1つからの地域電力潮流要求が受信される項目1に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
[項目3]
上記複数の地域制御モジュール及び上記複数のシステムユーザーの少なくとも一方のうちの上記少なくとも1つから受信された地域電力潮流要求に応答して、上記企業制御モジュールにより地域電力潮流命令が発行される項目2に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
[項目4]
複数の局所制御モジュール及び複数のシステムユーザーの少なくとも一方のうちの少なくとも1つからの局所電力潮流要求が、上記複数の地域制御モジュールのうちの上記少なくとも1つにおいて受信される項目2に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
[項目5]
上記複数の局所制御モジュール及び複数のシステムユーザーの少なくとも一方のうちの上記少なくとも1つから受信した局所電力潮流要求に応答して、上記地域制御モジュールにより局所電力潮流命令が発行される項目4に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
[項目6]
複数のDERを管理する上記プログラムコードは、局所制御モジュールを介して複数のDERに対して発行される標準化された制御命令のプログラムコードを含む項目1に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
[項目7]
上記複数のDERの各々に関するデータを収集するためプログラムコードを更に備える項目1に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
[項目8]
第2地域における需要の変化に応答して、第1地域における電力潮流を変化させるべく、上記複数の地域制御モジュールの1以上に対する命令を起動するためのプログラムコードを更に備える項目1に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
[項目9]
ユーザーが起動した要求に応答して、地域における電力潮流を変化させるべく、上記複数の地域制御モジュールの1以上に対する命令を開始するためのプログラムコードを更に備える項目1に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
[項目10]
ユーザーが起動した要求に応答して又は自動的に、上記複数の地域制御モジュールの各々と関連付けられた上記複数のDERを再規定するためのプログラムコードを更に備える項目1に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
[項目11]
予測された又は導出された電力潮流に基づいて、DERの静的オペレーション及び動的オペレーションの少なくとも一方を決定するためのプログラムコードを更に備える項目1に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
[項目12]
上記送電/配電電力グリッドの既存の接続性及び状態のリアルタイム分析のためのプログラムコードを更に備える項目1に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
[項目13]
上記送電/配電電力グリッドとは分離された地域の電力を自立的に運営するプログラムコードを更に備える項目1に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
[項目14]
自立的に運営される地域のオペレーションを、上記送電/配電電力グリッドへと再び組みこむ及び同期させるべく、複数のDERを動的に管理するプログラムコードを更に備える項目13に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
Claims (40)
- 複数の電力消費施設と接続された複数の分散型エネルギー資源(DER)を含む送電/配電電力グリッドのための分散型制御システムであって、
前記送電/配電電力グリッドのための、発電及び電力消費データを収集する既存の監視制御及びデータ取得システム(SCADA)に通信可能に接続され、前記送電/配電電力グリッド内の全体の電力潮流を管理する企業制御モジュールと、
複数の前記DERのうちの1つにそれぞれ一意的に関連付けられる複数の局所制御モジュールと、
前記企業制御モジュールと前記複数の局所制御モジュールの一部との間にそれぞれ介在する複数の地域制御モジュールと
を備え、
前記複数の地域制御モジュールの各々は、1地域内の動的電力管理及び隣接する地域との電力交換の少なくとも一方を実行し、
前記複数の局所制御モジュールの各々は、前記関連付けられたDERの管理のため、前記複数の地域制御モジュールの指示に従い、
前記企業制御モジュールは、前記複数の地域制御モジュールの1又は複数に、複数の電力要求を送信し、
前記動的電力管理は、局所電力潮流パラメータ及び地域電力潮流パラメータを特定の動作制限内に維持するように調整し、
自己修正及び予測計算のうち少なくとも一方を含む
分散型制御システム。 - 前記企業制御モジュールは、通信ネットワークと通信可能に接続されている請求項1に記載の分散型制御システム。
- 一の地域制御モジュールを、前記企業制御モジュールと別の地域制御モジュールとの間に介在させて、分散型システムを構成する請求項1又は2に記載の分散型制御システム。
- 前記複数のDERは、エネルギーの生成、蓄積及び需要/負荷管理から構成される一群から選択される請求項1から3のいずれか一項に記載の分散型制御システム。
- 送電/配電電力グリッドDERは、グリッド及び設備保護、電圧調整、電力潮流制御、コンデンサバンク及び変圧器からなる一群から選択される請求項1から4のいずれか一項に記載の分散型制御システム。
- 前記企業制御モジュールは、前記複数の地域制御モジュール間の電力需要、及び、隣接する電力グリッド又は電力システムとの電力交換を管理する請求項1から5のいずれか一項に記載の分散型制御システム。
- 前記複数の地域制御モジュール間の電力需要を管理することは、第2地域における電力需要の変化に応答して、第1地域における発電を変化させるべく、前記複数の地域制御モジュールに対する命令を起動することを含む請求項6に記載の分散型制御システム。
- 前記複数の地域制御モジュール間の電力需要を管理することは、前記複数の地域制御モジュールの各々と関連付けられた複数の局所制御モジュール及び複数の地域制御モジュールを再規定することを含む請求項6又は7に記載の分散型制御システム。
- 前記企業制御モジュールは、前記複数の局所制御モジュール及び前記複数の地域制御モジュールの少なくとも一方に対して、選択的にブロードキャスト制御命令を発行する請求項1から8のいずれか一項に記載の分散型制御システム。
- 前記企業制御モジュール、前記複数の地域制御モジュール及び前記複数の局所制御モジュールの間で通信障害が発生した場合には、前記複数の局所制御モジュールは前記企業制御モジュール及び前記複数の地域制御モジュールから独立して動作し、通信が復旧した場合には、前記複数の地域制御モジュールは、前記DERのステータスを含む前記複数の局所制御モジュールの状態を前記複数の局所制御モジュールから取得し、前記企業制御モジュールからの命令に応じた動作に戻る請求項1から9のいずれか一項に記載の分散型制御システム。
- 前記分散型制御システムは、
前記複数の局所制御モジュールの各々とそれに関連付けられたDERとの間に介在するデバイスインターフェースを更に備え、
前記デバイスインターフェースは、前記関連付けられたDERが理解できるように、標準化された局所制御モジュール命令を変換し、前記局所制御モジュールが理解できる標準化されたメッセージへとDER応答を変換する請求項1から10のいずれか一項に記載の分散型制御システム。 - 前記複数の局所制御モジュールの各々は、それぞれ接続された前記DERに関するデータを収集し、
前記データは、最大出力、最小出力及び応答時間の少なくとも1つを含む請求項1から11のいずれか一項に記載の分散型制御システム。 - 前記複数の局所制御モジュールの各々は、前記複数の地域制御モジュールのそれぞれから前記DERへの複数の命令を前記DERが理解できる標準化された複数のコマンドに変換すること、及び、前記DERから前記複数の地域制御モジュールのそれぞれへの複数の応答メッセージを前記複数の地域制御モジュールのそれぞれが理解できる標準化された複数の応答メッセージに変換することのうち少なくとも一方を行う請求項1から12のいずれか一項に記載の分散型制御システム。
- 発電管理は、前記地域内の発電、負荷及び蓄電、及び、隣接する地域との電力交換の少なくとも一つに基づく請求項1から13のいずれか一項に記載の分散型制御システム。
- 前記複数の地域制御モジュールのそれぞれによる各地域内における発電管理は、前記各地域内の動的な電力需要を満たすべく独立して行われる請求項1から14のいずれか一項に記載の分散型制御システム。
- 前記複数の地域制御モジュールの各々は、前記企業制御モジュールから発電命令を受信する及び前記発電命令に応答する請求項1から15のいずれか一項に記載の分散型制御システム。
- 前記複数の地域制御モジュールのそれぞれは、制御命令を前記複数のDERに発行する前に、前記企業制御モジュールから受信した発電命令による実際の発電量が、前記複数の地域制御モジュールのそれぞれと関連付けられている前記地域内の前記複数のDER及び前記送電/配電電力グリッドの所定のシステム制限内に維持されているかを検証する請求項16に記載の分散型制御システム。
- 前記発電命令は、検証され、所定のシステム制限内に実際の発電量を維持するべく、前記複数のDERに制御命令を発行する前に修正される請求項16又は17に記載の分散型制御システム。
- 前記企業制御モジュール、前記複数の地域制御モジュールの各々及び前記複数の局所制御モジュールの各々は、ユーザーインターフェースを介して認証されたユーザーから発行された命令を受信する及び前記命令に応答する請求項1から18のいずれか一項に記載の分散型制御システム。
- 発電及び電力消費状況を含むシステム状態に対するシステム応答及びオペレーションを予測することができるモデリングモジュールを更に備える請求項1から19のいずれか一項に記載の分散型制御システム。
- 前記モデリングモジュールは、前記複数のDERでの発電を割り当て、特定の電力潮流目標を満たすべく、モデル化された制御のセットを構築する請求項20に記載の分散型制御システム。
- 前記モデル化された制御のセットを、前記システムに適用することができる請求項21に記載の分散型制御システム。
- コンピュータを、
複数の電力消費施設に接続された複数の分散型エネルギー資源(DER)を含む送電/配電電力グリッドを管理する手段、
自己修正及び予測計算のうち少なくとも一方を使用して、前記送電/配電電力グリッド内の電力潮流パラメータを特定の動作制限内に維持するように、企業制御モジュールにおいて動的に管理する手段、
複数の前記DERのうちの一部と関連付けられた1地域とそれぞれ関連付けられる複数の地域制御モジュールのうちの1又は複数において、前記企業制御モジュールからの電力要求を受信する手段、
前記複数の地域制御モジュールの各々において、関連付けられた地域内の前記複数のDERを管理する手段
として機能させるためのプログラム。 - 前記コンピュータを、
前記企業制御モジュールにおいて、前記複数の地域制御モジュール及び複数のシステムユーザーの少なくとも一方のうちの少なくとも1つからの地域電力潮流要求を受信する手段として更に機能させる請求項23に記載のプログラム。 - 前記コンピュータを、
前記複数の地域制御モジュール及び前記複数のシステムユーザーの少なくとも一方のうちの前記少なくとも1つから受信された地域電力潮流要求に応答して、前記企業制御モジュールにより地域電力潮流命令を発行する手段として更に機能させる請求項24に記載のプログラム。 - 前記コンピュータを、
複数の局所制御モジュール及び複数のシステムユーザーの少なくとも一方のうちの少なくとも1つからの局所電力潮流要求を、前記複数の地域制御モジュールのうちの少なくとも1つにより受信する手段として更に機能させる請求項24又は25に記載のプログラム。 - 前記コンピュータを、
前記複数の局所制御モジュール及び複数のシステムユーザーの少なくとも一方のうちの前記少なくとも1つから受信した局所電力潮流要求に応答して、前記複数の地域制御モジュールのそれぞれにより局所電力潮流命令を発行する手段として更に機能させる請求項26に記載のプログラム。 - 前記複数のDERを管理する手段は、局所制御モジュールを介して複数のDERに対して発行される、前記DERが理解できる標準化された制御命令を管理する請求項23から27のいずれか一項に記載のプログラム。
- 前記コンピュータを、
前記複数のDERの各々に関するデータを収集する手段として更に機能させ、
前記データは、最大出力、最小出力及び応答時間の少なくとも1つを含む
請求項23から28のいずれか一項に記載のプログラム。 - 前記コンピュータを、
第2地域における電力需要の変化に応答して、第1地域における電力潮流を変化させるべく、前記複数の地域制御モジュールの1又は複数に対する命令を起動する手段として更に機能させる請求項23から29のいずれか一項に記載のプログラム。 - 前記コンピュータを、
ユーザーが起動した要求に応答して、地域における電力潮流を変化させるべく、前記複数の地域制御モジュールの1又は複数に対する命令を開始する手段として更に機能させる請求項23から30のいずれか一項に記載のプログラム。 - 前記コンピュータを、
ユーザーが起動した要求に応答して又は自動的に、前記複数の地域制御モジュールの各々と関連付けられた前記複数のDERを再規定する手段として更に機能させる請求項23から31のいずれか一項に記載のプログラム。 - 前記コンピュータを、
予測された又は導出された電力潮流に基づいて、DERの静的オペレーション及び動的オペレーションの少なくとも一方を決定する手段として更に機能させる請求項23から32のいずれか一項に記載のプログラム。 - 前記コンピュータを、
前記送電/配電電力グリッドの既存の接続性及び状態をリアルタイムに分析する手段として更に機能させる請求項23から33のいずれか一項に記載のプログラム。 - 前記コンピュータを、
前記送電/配電電力グリッドとは電気的に分離された地域のオペレーションを前記地域内の動的な電力需要を満たすべく独立して行う手段として更に機能させる請求項23から34のいずれか一項に記載のプログラム。 - 前記コンピュータを、
独立して行われる地域のオペレーションを、前記送電/配電電力グリッドへと再び組みこむ及び同期させるべく、前記複数のDERを動的に管理する手段として更に機能させる請求項35に記載のプログラム。 - 前記企業制御モジュール、前記複数の地域制御モジュール、複数の局所制御モジュール及び前記複数のDER間の接続経路を修正する手段として更に機能させる請求項23から36のいずれか一項に記載のプログラム。
- 複数の分散型エネルギー資源(DER)を含む送電/配電電力グリッドを管理するためのコンピュータシステムであって、
前記コンピュータシステムは、
複数の前記DERの各々のためのDERインタフェースと、
ソフトウェアとして具現化される命令を実行可能であり、送電/配電電力グリッドの、発電及び電力消費データを収集する既存の監視制御及びデータ取得システム(SCADA)と接続可能な機械と、
複数のソフトウェア部分と
を備え、
前記DERインタフェースの各々は、実装特定のコマンド及びデータを変換し、
前記複数のソフトウェア部分の1つは、自己修正及び予測計算のうち少なくとも一方を使用して、前記送電/配電電力グリッド内の電力潮流パラメータを特定の動作制限内に維持するように、企業制御モジュールにおいて動的に管理するよう構成され、
前記複数のソフトウェア部分の別の1つは、複数の地域制御モジュールのうちの1又は複数において、前記企業制御モジュールからの電力要求を受信するよう構成され、
前記複数の地域制御モジュールの各々は、前記複数のDERの一部と関連付けられる1地域と関連付けられ、
前記複数のソフトウェア部分の更なる別の1つは、前記複数の地域制御モジュールの1又は複数において、前記複数の地域制御モジュールのうちの1つを介して、前記1又は複数の地域制御モジュールと関連付けられた前記地域内における前記複数のDERの1又は複数に対する命令を発行するように構成されるコンピュータシステム。 - 第2地域からの潮流要求に応答して、第1地域における電力潮流を修正するべく前記複数の地域制御モジュールの1又は複数に対する前記企業制御モジュールからの命令を起動するよう設定されたソフトウェア部分を更に備える請求項38に記載のコンピュータシステム。
- 様々なシステム状態に対するシステム応答及びオペレーションを予測するソフトウェア部分を更に備える請求項38又は39に記載のコンピュータシステム。
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