JP6260789B2 - 応答負荷を制御する方法およびソフトウェアプログラム - Google Patents

Description

本発明は、電力配電網にわたる発電および電力使用の平衡に用いられる応答負荷制御方法に関する。応答負荷制御方法は、限定されないが、配電会社に提供される応答負荷サービスの一部であることができる。本発明は、更に応答負荷制御方法を実現するように適応される機器に、およびプロセッサによって実行されるときに、応答負荷制御方法を実現するソフト製品に関する。

応答負荷サービスにおいて、電力グリッドに接続される装置の消費電力が、生成される電力と電力グリッドにわたって消費される電力との間の不均衡に応答するために管理される。応答負荷サービスを実現する電力グリッドは、時には『スマート』電気グリッドと称される。応答負荷サービスは、電力グリッドを監視する集中化されたコントローラを用いて届けられることができ、それらの消費電力を調節するために負荷の群および／または個々の負荷と通信することによって検出グリッド不均衡に応答する。自律的応答負荷が、応答負荷サービスを届けるために加えて、または代わりとして用いられることができる。自律的応答負荷は、それの変動が、グリッド不均衡を示す周波数のような、電力グリッドの測定できるパラメータを独立に監視する。自律的応答負荷は、それらの消費電力を調節することによって検出変動に自動的に応答する。

応答負荷サービスの消費電力調節応答を滑らかにしてかつ負荷同期化を防止するために、一連のまたはさまざまな測定できるグリッド不均衡（例えばグリッド周波数）が、それらの消費電力を調節するために個々の負荷および／または負荷の群に対するトリガーとして用いられることができる。自律的応答負荷の場合、個々の負荷および／または負荷の群がトリガーされるべきグリッド不均衡の程度は、負荷または複数負荷「スイッチする意欲」として本願明細書において称される。負荷または負荷の群がそれらの消費電力を調節するためにトリガーされるグリッド不均衡の程度は、ランダムに割り当てられることができる。しかしながら、ランダムな割当ては応答負荷集団内の他の応答負荷と比べてよりしばしばそれらの消費電力を調節する傾向があるいくつかの応答負荷に帰着する可能性があり、それは、望ましくない可能性がある。

冷蔵庫のような、しかしそれに限定されない特定のタイプの電力消費装置が、それらの負荷サイクルの結果として、消費電力変化をオンデマンドで届けるそれらの能力に限定される可能性がある。この種の電力消費装置に対して、測定変数（例えば冷蔵庫内部温度）がその負荷サイクル内の装置の状態に対するマーカとして用いられることができる。この測定変数は、応答負荷サービスを届けるための装置の利用可能度を代表し、かつ（特許文献１）において、電力消費装置の集団にわたるトリガーグリッド周波数、すなわちそれらの『スイッチする意欲』を決定するのに用いられている。したがって、トリガー周波数の範囲はこれらの装置が極端なグリッド周波数逸脱中にだけそれらの消費電力を調節することを確実にするために『より利用可能でない』装置に割り当てられることができる。装置の集団内の各装置に対して、その負荷サイクル位置がランダムであるべきであるので、応答負荷の全集団の得られる応答は周波数に対してざっと線形である（装置の集団内の電力消費装置の負荷サイクルが同期されるようになる場合、応答は有意に非線形になる）。

いくつかの電力消費装置は、非常に遅い（日の時間尺度）負荷サイクルで動作するかまたは何の明確に規定された負荷サイクルも有さない。この種の装置の例は、ヒータおよび通風機を含む。この種の装置は空気の新鮮さを維持するために連続的に動作されることができるが、悪影響のある帰結を伴わずに短い期間の間より高い設定が応答負荷サービスの一部として停止されるかまたは高められることができる。これらの装置に対して「スイッチする意欲」トリガーまたはこの種の装置の集団にわたってランダムに分散される測定変数を導くために用いられることができる電力グリッドの何の明らかな測定変数もない。推定されたことは、応答負荷サービス要求を満たす間に、装置の通常の電力消費挙動に対する変化はできるだけまれにかつできる限り少ない回数で、生じるべきであるということである。

応答負荷サービスに対して明確に規定された負荷サイクルまたは長継続時間負荷サイクルのない装置を利用することは、現在までこのアプローチは、適用可能な周波数範囲内のトリガー周波数を装置にランダムに割り当てることに基本的に関与していた。このランダムな割当てが、複数の挙動ルール、例えば以下の１つ以上に関連して用いられてきた：動作に対する最小時間；動作に対する最大時間；その他。

上記のアプローチによる問題は、モデリングによって明らかにされるように、「負荷変動」（それが、増加であるか減少であるかによらず）が全ての装置にわたって「適正に」共有されないことである。電力グリッドの公称周波数から遠いトリガー周波数を備えた装置は、決してトリガーされそうにない。一方、電力グリッドの公称周波数に近いトリガー周波数を備えた装置は、非常にしばしばトリガーされそうである（おそらく２、３分ごとに定期的に）。装置の頻繁なトリガーは、挙動ルールの使用（例えば３０分以内のリトリガなし）を通して妨げられることができるが、しかし、応答負荷サービスの結果性能は周波数逸脱の貧弱なトラッキングによって全体として不十分である。

さらに、トリガーリセットが１時間未満の時間尺度で起こらない限り、ランダムに割り当てられた周波数をリセットすることは完全にはこの問題を解決することができないことが見いだされた。しかしながら、頻度が高い（すなわち＜６０分）トリガーリセットが他の付随する問題を有してかつこれを確実にする系統的ルールが用いられない限り、装置に割り当てられる新規のトリガー周波数が有意に以前のものと異なることを保証しない。

中央で制御された応答負荷サービスが、（特許文献２）内に記述され、そこにおいて、応答負荷の複数の異なる群が応答負荷サービスを届けるために用いられる。（特許文献２）では、応答負荷の第１の群が、所定の順序で応答負荷サービスの供給に用いられる。応答負荷の第２の群では、負荷が輪番で応答負荷サービスを届けるために用いられる。負荷の第１の群によって、同じ応答負荷が常に最初に用いられてかつ必然的に群後半の他の応答負荷と比べて非常にしばしば用いられる。

英国特許第２４２６８７８号明細書 米国特許第４０６４４８５号明細書 国際特許第２００６／１２８７０９号明細書

改善された応答負荷制御方法を提供することが、本発明の一目的である。

本発明はさらに、応答負荷サービスの供給が電力消費装置の集団の間でより均一に分散される応答負荷制御方法を提供しようとする。

本発明の更なる目的は、限定的な負荷サイクルを有さないそれらの負荷のようなそれらの消費電力を調節するために全体として利用可能である負荷に適している改善された応答負荷方法を提供することである。

したがって、本発明は公称動作周波数を有する電源電力網に動作中に連結される応答負荷の集団を制御する方法であって、応答負荷の集団が電源電力網の周波数の関数に対してそれらの消費電力を変化させることによって応答負荷サービスを届けるように適応される方法を提供し、この方法が、
ａ）応答負荷の集団の各応答負荷にトリガーを割り当てるステップであって、このトリガーが応答負荷の消費電力が調節されるべき電源電力網の周波数に対応するステップ；および、その後に
ｂ）応答負荷サービスを届けるために利用可能な各応答負荷に対して、その公称動作周波数から逸脱する電源電力網の周波数の結果としてサービスに利用可能な応答負荷の前もって減らされる周波数帯を再配置させるように応答負荷のトリガーを調節するステップを含む。

本発明によって、応答負荷負担が応答負荷の集団内の複数の応答負荷にわたってより均一に共有される。理解されるべきことは、この文献の文脈において、応答負荷または電力消費装置の集団に対する参照が、複数の応答負荷／電力消費装置に対する参照として意図され、および、好ましくは、集団は何千、何万、何十万以上の応答負荷または電力消費装置を含むということである。さらに、電源電力網の周波数逸脱があるところで、本発明によって同じ周波数範囲に対する電源電力網の更なる逸脱が制限されることができるように、応答負荷サービスを届けるためにすでに活性化された応答負荷が近傍の周波数帯から利用可能な応答負荷によって置換されることができる。

好ましくはステップｂ）において応答負荷サービスを届けるために利用可能な応答負荷のトリガーが、同じ分量だけ各々調節される。トリガーが：ｉ）所定の分量だけ；またはｉｉ）トリガーが応答負荷の集団に最後に割り当てられて以後２つの別々の場合で電源電力網の周波数の間の差異に対して決定される分量だけ、各々調節されることができる。とりわけ好ましい実施態様において応答負荷サービスを届けるために利用可能な応答負荷のトリガーが、電源電力網の周波数を代表するごく最近の測定値とすぐ先行する測定値との間の差異と実質的に等しい分量だけ各々調節される。

さらに、ステップｂ）において、電源電力網のごく最近の測定値が、すぐ先行する測定値よりも公称動作周波数により近い周波数を代表するときにだけ、応答負荷サービスを届けるために利用可能な応答負荷のトリガーが調節されることができる。

好ましくは、この方法が、一旦応答負荷が、応答負荷サービスを届けるためにトリガーされ、および、電源電力網のごく最近の測定値が、すぐ先行する測定値よりも公称動作周波数により近い周波数を代表すると、トリガーを：ｉ）所定の分量だけ；またはｉｉ）電源電力網のごく最近の測定値とすぐ先行する測定値との間の差異に対して決定される分量だけ、のどちらかで調節するステップを更に含む。

更なる態様において本発明が、公称動作周波数を有する電源電力網に動作中に連結される応答負荷を制御する方法であって、応答負荷が電源電力網の周波数の関数に対してその消費電力を変化させることによって応答負荷サービスを届けるように適応される方法を提供し、前記方法が：
（ａ）応答負荷にトリガーを割り当てるステップであって、トリガーが応答負荷の消費電力が変更されるべき電源電力網の周波数に対応するステップ；および、その後に
（ｂ）応答負荷が、応答負荷サービスを届けるために利用可能なままであり、および、電源電力網の周波数がその公称動作周波数と応答負荷のトリガーに対応する周波数との間にあるところで、調節されたトリガーが公称動作周波数により近い周波数に対応するように、応答負荷のトリガーを調節するステップを含む。

好ましくはステップ（ｂ）において、応答負荷のトリガーが：ｉ）所定の分量だけ；またはｉｉ）トリガーが最後に割り当てられて以後、２つの別々の場合で電源電力網の周波数の間の差異に対して決定される分量だけ、調節される。とりわけ好ましい実施態様では応答負荷のトリガーが、電源電力網の周波数を代表するごく最近の測定値とすぐ先行する測定値との間の差異と実質的に等しい分量だけ調節される。

さらに、ステップ（ｂ）では、電源電力網のごく最近の測定値が、すぐ先行する測定値よりも公称動作周波数により近い周波数を代表するときにだけ、応答負荷のトリガーが調節されることができる。

とりわけ好ましい実施態様において本発明が、公称グリッド周波数（ｆ_０）を有する電源電力網に、動作中に連結される応答負荷を制御する方法であって、応答負荷が、電源電力網の周波数（ｆ_ｎ）の関数に対してその消費電力を変化させることによって応答負荷サービスを届けるように適応される方法を提供し、この方法が：
（ａ）グリッド周波数（ｆ_ｎ）が負荷のトリガー周波数（ｇ）に対して変化するときに、応答負荷サービスを提供するためにトリガーされるように応答負荷に対して配置するステップ；
（ｂ）応答負荷が応答負荷サービスを提供するためにトリガーされない間、グリッド周波数（ｆ_ｎ）が負荷のトリガー周波数（ｇ）と公称グリッド周波数（ｆ_０）との間にあり：
（ｉ）グリッド周波数（ｆ_ｎ）がトリガー周波数（ｇ）に対して公称グリッド周波数の反対側にあるときに、何の応答負荷サービスも提供せず；
（ｉｉ）ごく最近のグリッド周波数（ｆ_ｎ）が以前の時間的ステップ（ｆ_ｎ−１）でのグリッド周波数と比べてトリガー周波数（ｇ）により近い、すなわち
ｇ＜ｆ_０，Ｄｆ＜０およびＤｆ＝（ｆ_ｎ）−（ｆ_ｎ−１）、
またはｇ＞ｆ_０，Ｄｆ＞０およびＤｆ＝（ｆ_ｎ）−（ｆ_ｎ−１）のどちらかのときに、何の応答負荷サービスも提供せず
（ｉｉｉ）グリッド周波数（ｆ_ｎ）が以前の時間的ステップ（ｆ_ｎ−１）でのグリッド周波数と比べて公称周波数ｆ_０により近い、すなわち
ｇ＜ｆ_０，Ｄｆ＞０およびＤｆ＝（ｆ_ｎ）−（ｆ_ｎ−１）
またはｇ＞ｆ_０，Ｄｆ＜０およびＤｆ＝（ｆ_ｎ）−（ｆ_ｎ−１）のどちらかのときに、分量Ｄｆだけトリガー周波数（ｇ）を調節するステップ、
（ｃ）応答負荷がグリッド周波数（ｆ_ｎ）と比べて公称周波数ｆ_０により近いトリガー周波数（ｇ）によってトリガーされ、および、以前の時間的ステップ（ｆ_ｎ−１）でのグリッド周波数がグリッド周波数（ｆ_ｎ）と比べて公称グリッド周波数ｆ_０により近いときに、トリガー周波数（ｇ）を実質的に一定に保つステップ；ならびに、
（ｄ）応答負荷がグリッド周波数（ｆ_ｎ）と比べて公称周波数ｆ_０により近いトリガー周波数（ｇ）によってトリガーされ、および、グリッド周波数（ｆ_ｎ）が以前の時間的ステップ（ｆ_ｎ−１）のグリッド周波数と比べて公称グリッド周波数ｆ_０により近いときに、分量Ｄｆだけトリガー周波数（ｇ）を調節するステップ；
（ｅ）応答負荷のトリガーが終わるときに、すなわち、第１の時間的ステップの後、グリッド周波数（ｆ_ｎ）がトリガー周波数（ｇ）と比べて公称グリッド周波数ｆ_０により近い時、新規のトリガー周波数（ｇ）を割り当てるステップを含む。

ステップ（ｅ）で、新規のトリガーが周波数範囲内でランダムにまたは準ランダムに割り当てられることができる。代わりとして、トリガーが以下の関数に従って割り当てられることができる：
ｇ_ｍ＝（ｆ_０−ｋ_ｆ）＋ｆ_ｎ−ｇ_ｍ−１
ここでｋ_ｆは周波数オフセットである。

更なる態様において本発明は、電源電力網の周波数の関数に対してその消費電力を変化させることによって応答負荷サービスを届けるように適応される応答負荷を提供し、この応答負荷が応答負荷を電源電力網に連結するための電力連結を有し、および応答負荷が上記した方法を実行するために使用可能な負荷管理を有する。

なお更なる態様において本発明が、機械可読の記憶媒体に記憶されるソフト製品を提供し、このソフト製品が上記した方法を実行するためのプロセッサによって実行可能である。

添付図面を参照して、本発明の実施態様が次に例証だけとして記述され、そこにおいて：

本発明に従って応答負荷サービスを届けるためのシステムを例示する； 本発明に従う応答負荷制御方法を実現する応答負荷を例示する； グリッド周波数の変動に対する３台の装置のモデル化された応答のグラフであり、装置の各々が異なるトリガー周波数を有し、および各装置が本発明に従う第１の応答負荷制御方法を実現している； 図２の３台の装置が各々トリガーされるときの、タイミングのグラフである； 本発明に従う第１の応答負荷制御方法を実現する１５００台の装置の集団のグリッド周波数トラッキングのグラフである； グリッド周波数の変動に対する３台の装置のモデル化された応答のグラフであり、装置の各々が異なるトリガー周波数を有し、および各装置が本発明に従う第２の応答負荷制御方法を実現している； 図１の３台の装置が各々トリガーされるときの、タイミングのグラフである； 本発明に従う第１の応答負荷制御方法を実現する１５００台の装置の集団のグリッド周波数トラッキングのグラフである； 周知の応答負荷サービスの周波数トラッキングを本発明に従う応答負荷サービスの周波数トラッキングと比較している第１のシミュレーションである；および、 周知の応答負荷サービスの周波数トラッキングを本発明に従う応答負荷サービスの周波数トラッキングと比較している第２のシミュレーションである。

例示的な実施態様を詳述する前に、実施態様が応答負荷サービスを提供するための方法ステップおよび装置部品の組合せに、主にある点に留意する必要がある。したがって、この方法ステップおよび装置部品が、必要に応じて、例示的な実施態様を理解することに関係するそれらの具体的な詳細だけを示す図面内の従来のシンボルによって表され、明瞭さのために本願明細書において記述の恩恵を有する当業者に直ちに明らかである特徴を省略する。この点に関しては、例示的な実施態様の１つ内に記述される構成要素および方法ステップが、特定の状況で、例示的な実施態様のその他内に利用されるかまたは実現されることが構想される。

理解されるであろうことは、本願明細書において記述される例示的な実施態様が、１台以上の従来のプロセッサ、および、特定の非プロセッサ回路と連動して、応答負荷サービスを提供するための機能のいくつか、ほとんどまたは全てを実現するために１台以上のプロセッサを制御する独特の内蔵プログラム命令からなることができるということである。非プロセッサ回路は、以下を含むことができるが、これに限定されるものではない：無線受信機および無線送信機のような通信トランシーバ；信号ドライバ；クロック回路；電源回路；およびユーザ入力装置。代わりとして、何の内蔵プログラム命令も有さないステートマシンによって、または、各機能もしくは特定の機能のいくつかの組合せが、カスタムロジックとして実現される１個以上の特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）内に、応答負荷サービス機能のいくつかまたは全てが実現されることができる。もちろん、これらのアプローチの組合せがさらに用いられることができる。したがって、これらの機能のための方法および手段が、本願明細書において記述された。更に、本願明細書において記述される概念および原理によって案内されるときに、当業者が最小実験でこの種のソフトウェア命令およびプログラムおよびＩＣを生成することが容易に可能であることが予想される。

図１において、電源グリッド１０は、応答負荷サービス内の応答負荷３０として動作するように適応される１台以上の電力消費装置に第１の電力配電網４０経由で連結される１台以上の発電機２０を備える。電力グリッド１０はさらに、同じ第１の電力配電網４０経由で、または別々の第２の電力配電網５０経由のどちらかで、１台以上の空間的に分散された電力消費装置６０に連結される。

１台以上の応答負荷３０が、（特許文献３）内に記述されるもののような、しかし限定されない自律的応答負荷であることができる。上述したように、自律的応答負荷３０は応答負荷によってローカルに監視されるグリッドの物理パラメータ（例えば動作周波数）の検出変動に応答して、その消費電力を変化させるように適応される。負荷平衡が電力配電網４０の物理パラメータを監視することによって必要とされるかどうか、自律的応答負荷３０が決定する。

代わりとして、１台以上の応答負荷３０が遠隔で制御されることができる。遠隔で制御された応答負荷３０に対して、それらの消費電力が、制御センタまたは調整センタ（例示されない）のような空間的に遠隔位置から送信される電力制御信号の形で受信された命令に応答して変化する。調整センタは電力配電網オペレータの管理下でそれによって運営されるかまたは、応答負荷サービスを配電オペレータに供給する第三者の管理下でそれによって運営されることができる。なお更なる代替案では、応答負荷３０が自律的動作および遠隔制御動作の両方を組み合わせるように適応されることができる。

応答負荷３０が、図２内に示される。各応答負荷は、電力連結網４０に連結され、かつ少なくとも１個の電力消費要素１００と通信する負荷コントローラ１２０を含む。負荷コントローラ１２０は、電力連結網４０の監視された物理パラメータによって決定される大きさに、および／または負荷コントローラ１２０によって受信される遠隔で送信された命令に応答して、その関連づけられた１個以上の電力消費要素１００に電力を消費させるように使用可能である。図２では、負荷コントローラ１２０は応答負荷サービスのリモートコントロールセンタまたはコントローラ１７０から信号１８０を受信するための通信インタフェース１３０を更に含む。信号１８０が、１つ以上の異なる通信媒体、ネットワークおよびプロトコール、例えば、無線送信、有線送信、光ファイバ送信、電話、衛星、インターネットその他を用いてコントローラまたは調整センタ１７０によって通信されることができる。図２には、負荷コントローラ１２０とリモートコントローラ１７０との間の双方向通信が示されるが、コントローラ１７０から応答負荷３０への片方向通信がさらに構想される。

図２に示すように、負荷コントローラ１２０は応答負荷サービスを実現するのに必要なプログラムステップを実行するためのプロセッサ１４０を含む。プロセッサ１４０は、データおよびプログラム記憶を構成しているメモリ１５０；通信インタフェース１３０；および関連づけられた電力消費要素１００の各々と通信する。メモリ１５０は、物理形状を有し、そのようなものとしてディスクドライブのように非一時的であるがこれに限定されない。図２内の負荷コントローラ１２０は、自律的応答負荷であり、それでプロセッサ１４０が加えて、電力配電網４０の周波数の変動を監視する周波数モニタ１６０と通信する。遠隔制御された負荷コントローラ１２０の場合、周波数モニタ１６０は省略される。

図２内に例示される周波数モニタ１６０は、グリッド周波数データに基づいて周波数情報または制御信号がリモートコントローラ１７０から応答負荷に送信されるところで省略されるかまたは無効にされることができる。同様に、プロセッサ１４０の機能の一部、おそらく全てが、遠隔で実現されることができる。１つの代替案において、応答負荷の集団の遠隔管理および制御が分散された方法で遠隔で記憶されるプログラム機能およびデータによるクラウドコンピュータ技術を用いて実現されることができることが構想される。

応答負荷サービスの供給のための応答負荷３０の動作は、その内容を本願明細書に引用したものとする（特許文献１）内に記述されるそれに類似している。（特許文献１）にて説明される、応答負荷動作に対する差異が、本発明に従って、以下に詳細に記述される。

２つの関連したアルゴリズムが以下に記載され、負荷コントローラ１２０のメモリ１５０内に記憶される、応答負荷制御プログラムの一部として実現されるときに、それが上記した周知の応答負荷サービスで遭遇される問題を少なくとも緩和して好ましくは防止する際に補助する。それらの最も単純な適用において、これらのアルゴリズムが以下の共通特性を有する：
・それらは応答負荷サービスに対する要件に出来る限り厳密に従う（有限数のランダムに間隔を置かれたトリガー周波数を前提として）；
・それらは、負荷変動が全ての電力消費装置によって適正にかつ均一に共有されることを確実にする（所定の逸脱に対してではないが、実質的に平均して等しく共有される）；
・それらは、応答負荷がトリガーされたあと、当初トリガーされた応答負荷が再びトリガーされる前に、すべての他の負荷が次いでトリガーされることを確実にする。（一方のアルゴリズムに対して、シーケンスがトリガーの起動に対して保ち、他方のアルゴリズムに対して、シーケンスがトリガーの終わりに対して保つ）。
・取引精度または再使用率に対するアルゴリズムの単純な調節が、負荷容量に対して可能である。
アルゴリズムＡ

このアルゴリズムは、個々の応答負荷のトリガー周波数の観点から記述される。この記述は、負荷１２０が、必要に応じて低周波逸脱中の要求を減少させるために、停止されるべきであると仮定する；高周波逸脱で装置のスイッチを入れることへの拡張は、明らかである。

所定の応答負荷に対して、いくつかの開始時刻で、『低い』トリガー周波数が関連する周波数範囲内にランダムに割り当てられる（英国の場合、周波数範囲は４９．５−５０Ｈｚであることができる）。各その後の時間ステップまたは関連するクロックサイクル（例えば毎秒）で装置は、グリッド周波数ｆ（ｔ_ｎ）を測定して以下のルールを適用する：
トリガーされない間（トリガー周波数＜測定されたグリッド周波数）
測定されたグリッド周波数が公称周波数（例えば５０Ｈｚ）より上の場合、
何のアクションもとらない。
測定されたグリッド周波数が以前の時間ステップでの測定されたグリッド周波数未満の場合（Ｄｆ＜０、Ｄｆ＝ｆ_ｎ−ｆ_ｎ−１）、何のアクションもとらない。
測定されたグリッド周波数が以前の時間ステップでのグリッド周波数より大きい場合（Ｄｆ＞０）、分量Ｄｆだけトリガー周波数を増加させる。
トリガーされる間（トリガー周波数＞測定されたグリッド周波数）
トリガー周波数を一定に保つ（すなわち、トリガーされた状態を終えるために同じ周波数を用いる）。
トリガーが終わるときに（すなわち（トリガー周波数＜グリッド周波数）の時に第１の時間ステップで）
新規のトリガー周波数を（英国に対して）（４９．５＋ｇｒｉｄ＿ｆｒｅｑ−ｔｒｉｇ＿ｆｒｅｑ）に設定する。

３つの応答負荷に対するアルゴリズムＡの実現が、図３−５内に例示される。図３は、３台の装置のトリガー周波数（その各々が、異なるトリガー周波数で始動する）がグリッド周波数の変動にどのように応答するかについて示す。トリガーされないときに、上記の通りにグリッド周波数に応答して、負荷のトリガー周波数が同期して「上方向へ進む」ことがわかる。一旦トリガーされたならば、本来のトリガー状態が終わるまで、応答負荷はトリガーされたままにとどまる。

「最大トリガーされた時間」が任意の所定のグリッド周波数逸脱の固定された初期の期間の間だけあてはまるアルゴリズムＡに加えられることができることが更に構想される。

『低い』周波数トリガーの割当ておよび管理では、上記の通りに、グリッド周波数が減少するときにだけ、トリガーが生じる。このグリッド状態では到達されることを待って、トリガー周波数は「しっかりと保つ」。

図４は、装置の各々がいつトリガーされるかのタイミングを示す。それらがより前に解放された同じ順序で装置がトリガーされ、それによってトリガー間の時間を最大にすることが分かる。

図５は、要求応答が（１５００台の応答負荷によって）どのようによくグリッド周波数の負の逸脱を追跡するかについて示す。

アルゴリズムＡによる問題は、応答負荷が逸脱の全継続時間に対してトリガーされる可能性があることである。下記に開示されるアルゴリズムＢが、この問題に対処する。
アルゴリズムＢ

このアルゴリズムは、個々の応答負荷のトリガー周波数の観点から記述される。この記述は、負荷１２０が、必要に応じて低周波逸脱中の要求を減少させるために、停止されるべきであると仮定する；高周波逸脱で装置のスイッチを入れることへの拡張は、明らかである。

所定の応答負荷に対して、いくつかの開始時刻で、『低い』トリガー周波数が関連する周波数範囲内にランダムに割り当てられる（英国の場合、周波数範囲は４９．５−５０Ｈｚであることができる）。各その後の時間ステップまたは関連するクロックサイクル（例えば毎秒）で、装置がグリッド周波数ｆ（ｔ_ｎ）を測定して以下のルールを適用する：トリガーされない間（トリガー周波数＜測定されたグリッド周波数）
測定されたグリッド周波数が５０Ｈｚを超える場合、何のアクションもとらない。
測定されたグリッド周波数が以前の時間ステップで測定されたグリッド周波数未満の場合（Ｄｆ＜０、Ｄｆ＝ｆ_ｎ−ｆ_ｎ−１）、何のアクションもとらない。
測定されたグリッド周波数が以前の時間ステップで測定されたグリッド周波数より大きい場合（Ｄｆ＞０）、分量Ｄｆだけトリガー周波数を増加させる。
トリガーされる間（トリガー周波数＞グリッド周波数）
測定されたグリッド周波数が以前の時間ステップで測定されたグリッド周波数未満の場合（Ｄｆ＜０、Ｄｆ＝ｆ_ｎ−ｆ_ｎ−１）、何のアクションもとらない。
測定されたグリッド周波数が以前の時間ステップで測定されたグリッド周波数より大きい場合（Ｄｆ＞０）、分量Ｄｆだけトリガー周波数を増加させる。
トリガー周波数がグリッド公称周波数（例えば５０Ｈｚ）より大きくなる場合、トリガー周波数を（ｔｒｉｇ＿ｆｒｅｑ−ＦＦ）に設定する。ここで、ＦＦは所定の定数である。英国では、ＦＦは通常０．５Ｈｚである。これは、全体としてトリガー状態を終える（グリッド周波数がトリガー周波数範囲の下位閾値（例えば英国に対して４９．５Ｈｚ）を下回らない限り）。

３台の応答負荷に対するアルゴリズムＢの実現が、図６−８内に例示される。図６は、３台の装置のトリガー周波数（その各々が、異なるトリガー周波数で始動する）がグリッド周波数の変動にどのように応答するかについて示す。トリガーされないときに、上記の通りに、グリッド周波数に応答して、応答負荷のトリガー周波数が同期して「上方向へ進む」ことがわかる。一旦トリガーされたならば、本来のトリガー状態が終わるまで、それらはトリガーされたままにとどまる。

「最大トリガーされた時間」が任意の所定のグリッド周波数逸脱の固定された初期の期間の間だけあてはまるアルゴリズムＢに加えられることができることが更に構想される。

図７は、応答負荷がトリガーされる時を示す。アルゴリズムＡと対照的に、トリガーが同じ順序にとどまり、トリガーオフがトリガーオンと同じサイクルに従うことがわかる。何の応答負荷も、逸脱の全期間の間全体としてトリガーされない；トリガー期間は、応答負荷にわたってより平坦である。

図７は、要求応答がグリッド周波数内の負の逸脱を（１５００台の装置によって）どのようによく追跡するかについて示す。

上記した実現において、トリガー期間の周波数および継続時間が純粋にグリッド周波数の関数であることが、注意される（すなわち装置の数に無関係）。これが、受け入れられるよりしばしば、または、受け入れられるより長い間、トリガーされる個々の応答負荷に帰着するかもしれない（計画的に、これらが最大応答を届ける最小限の可能なトリガー期間であるとはいえ）。この場合、２つのステップがとられることができる：
ａ）「最大トリガーされた期間」が、各応答負荷に適用されることができる。
ｂ）トリガーの周波数が、例えば、「２内の１トリガー」、「３内の２」、などを無効にすることによって減少させられることができる；２、３、その他の係数だけ応答を減少させることを犠牲にしてトリガーの周波数を減少させる（注意して、２／３、その他だけ応答を減少させる「３内の１トリガー」を無効にさえすることができる。）

特定の応答負荷（例えばクロック、負荷サイクルまたはユーザ要求によってオンまたはオフされる装置）に対して「利用可能な／利用不可能な」信号と相互作用するために上記の応答負荷制御方法を実現することが可能な点に留意する必要がある。最も単純なアプローチは、アルゴリズムを常に動作している状態に保持し、応答負荷が利用可能でないときに生じているトリガーを無視することである。これは、アルゴリズムの完全性を維持するが、理論的に利用可能な応答を減少させることを犠牲にする。

代替案アプローチは、応答負荷がトリガーされるのに利用可能でない間、アルゴリズムを止める（すなわち、トリガー周波数を一定に保つ）ことである。トリガー周波数は、装置が再び利用可能になるときに、所定の閾値にまたはランダムなレベルにその時リセットされることができる。この代替案アプローチによる欠点は、いくつかの応答負荷が同じタイミング（例えば、ストア始業時刻によって駆動される）を有する場合、トリガー周波数のランダムな広がりが影響を受ける可能性があり、したがって、応答負荷サービスを非線形になるようにすることである。

通常オフである応答負荷が、正周波数逸脱中に、消費電力を増加させるためにオンにされることができ、および、同じアルゴリズムが、これが正周波数逸脱に対する応答である事実に対応する明らかな変化によって、応答負荷の動作を制御するために使用されることができる。

両方の周波数方向の周波数逸脱に応答することが可能な応答負荷（例えば通常部分負荷で動作するが、１００％まで速度を上げるかまたは０％電力まで下げることが可能なファン）は、もう少し注意を必要とする。最も単純な解法は、２つのトリガーを独立に計算することである：「高い」および「低い」（公称グリッド周波数より上の一方のトリガー周波数および公称グリッド周波数を下回るもう一方）。２つのトリガーは切り離されて同時にトリガーされない。

上に開示されるアプローチの欠点は、正および負のトリガーが急速な連続で生じることが可能であることである。これが問題である場合、必然的に、利用可能な応答を減少させることを犠牲にして、これを妨げるためにルールが加えられることができる。

周波数測定値の数値的な丸めこみおよび精度の限定がトリガー周波数「クラスタ化」に導き、したがって、完全なランダム状態を失う可能性がある。これを緩和するために、時間ベースで（例えば８時間毎）、ランダムにトリガー周波数をリセットすることが望ましい。

図９内に、第１のシミュレーションが、下にある傾向が小規模変動によってマスキングされているアルゴリズムＢを実現する応答負荷サービスの周波数トラッキングに対して従来の応答負荷サービスの周波数トラッキングを比較して示される。図１０内に、第２のシミュレーションが、測定されたグリッド周波数が公称グリッド周波数から繰り返し逸脱するアルゴリズムＢを実現している応答負荷サービスの周波数トラッキングに対して従来の応答負荷サービスの周波数トラッキングを比較して示される。表１内に従来の応答負荷サービスならびに図９および１０のシミュレーションに基づくアルゴリズムＢを実現する応答負荷サービスの動作特性が、ならべられる。

表１

本発明の２つの例示的な実施態様だけが上に詳細に記述されたとはいえ、当業者は、多くの変更が本発明の新規な教示および利点から逸脱することなく、例示的な実施態様内に可能であると容易に認識する。したがって、全てのこの種の変更は以下の請求項において定義した本発明の範囲内に含まれるべきことを意図される。

応答負荷のトリガー周波数は、公称グリッド周波数からの典型的周波数逸脱を代表する周波数の範囲内でランダムにまたは準ランダムに割り当てられることができる。代わりとして、トリガー周波数の割当てが所定の関数に従うことができる。さらに、遠隔で管理される応答負荷の場合、応答負荷に割り当てられるトリガーは何の物理的ユニットも有さないデータオブジェクトであることができ、およびデータオブジェクトを調節する遠隔で発行された制御信号が遠隔で監視されたグリッド周波数に基づいて決定される。

例示的な実施態様において、応答負荷のトリガー周波数がごく最近の周波数測定値とすぐ先行する測定値との間の差異に対して調節される。すぐ先行する測定値より前の周波数測定値が周波数差を算出する際に代わりとして用いられることができることは明白である。さらに、調節がその代わりに周波数差の関数またはごく最近の周波数測定値の関数に基づくことができる。更なる代替案では、トリガー周波数の調節が所定の分量だけであることができる。

本発明を記述し、請求するために用いられる「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」「組み込む（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ）」「から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」「有する（ｈａｖｅ）」「である（ｉｓ）」のような表現が、さらに明示的に記述されない項目、構成要素または要素が存在するのを可能にする排他的でない方法で解釈されるべきことを意図される。さらに、単数に対する参照は、また複数に関するようにも解釈されるべきである。

１０ 電源グリッド
２０ 発電機
３０ 応答負荷
４０ 第１の電力配電網
５０ 第２の電力配電網
６０ 電力消費装置
１００ 電力消費要素
１２０ 負荷コントローラ
１３０ 通信インタフェース
１４０ プロセッサ
１５０ メモリ
１６０ 周波数モニタ
１７０ コントローラ
１８０ 信号

Claims (6)

1. 動作周波数（ｆ_ｎ）及び公称周波数（ｆ_０）を有する電源電力網に動作中に連結される応答負荷を制御する方法であって、前記応答負荷が、前記電源電力網の前記動作周波数（ｆ_ｎ）の関数に対してその消費電力を変化させることによって応答負荷サービスを届けるように適応され、前記方法が：
   （ａ）前記動作周波数（ｆ_ｎ）が前記応答負荷のトリガー周波数（ｇ）に関して変化するときに、応答負荷サービスを提供するためにトリガーされるように前記応答負荷に対して配置するステップ；
   （ｂ）前記応答負荷が応答負荷サービスを提供するようにトリガーされない間、前記動作周波数（ｆ_ｎ）が、前記応答負荷の前記トリガー周波数（ｇ）と前記公称周波数（ｆ_０）との間にあり：
   （ｉ）前記動作周波数（ｆ_ｎ）が前記トリガー周波数（ｇ）に対して前記公称周波数の反対側にあるときに、何の応答負荷サービスも提供せず；
   （ｉｉ）ごく最近の動作周波数（ｆ_ｎ）が以前の時間的ステップ（ｆ_ｎ−１）での前記動作周波数と比べて前記トリガー周波数（ｇ）により近い、すなわち
   ｇ＜（ｆ_０）、Ｄｆ＜０およびＤｆ＝（ｆ_ｎ）−（ｆ_ｎ−１）、
   またはｇ＞（ｆ_０）、Ｄｆ＞０およびＤｆ＝（ｆ_ｎ）−（ｆ_ｎ−１）のどちらかであるときに、何の応答負荷サービスも提供せず、
   （ｉｉｉ）前記動作周波数（ｆ_ｎ）が以前の時間的ステップ（ｆ_ｎ−１）での前記動作周波数と比べて前記公称周波数（ｆ_０）により近い、すなわち
   ｇ＜（ｆ_０）、Ｄｆ＞０およびＤｆ＝（ｆ_ｎ）−（ｆ_ｎ−１）、
   またはｇ＞（ｆ_０）、Ｄｆ＜０およびＤｆ＝（ｆ_ｎ）−（ｆ_ｎ−１）のどちらかであるときに、分量Ｄｆ、または、前記動作周波数（ｆ _ｎ ）による第１の関数に基づいて前記トリガー周波数（ｇ）を調節するステップ、
   （ｃ）前記応答負荷が前記動作周波数（ｆ_ｎ）と比べて前記公称周波数（ｆ_０）により近い前記トリガー周波数（ｇ）によってトリガーされ、および、以前の時間的ステップ（ｆ_ｎ−１）での前記動作周波数が、前記動作周波数（ｆ_ｎ）と比べて前記公称周波数（ｆ_０）により近いときに、
   前記トリガー周波数（ｇ）を実質的に一定に保持するステップ；および、
   （ｄ）前記応答負荷が前記動作周波数（ｆ_ｎ）と比べて前記公称周波数（ｆ_０）により近い前記トリガー周波数（ｇ）によってトリガーされ、および、前記動作周波数（ｆ_ｎ）が以前の時間的ステップ（ｆ_ｎ−１）での前記動作周波数と比べて前記公称周波数（ｆ_０）により近いときに、分量Ｄｆ、または、前記動作周波数（ｆ _ｎ ）による第２の関数に基づいて前記トリガー周波数（ｇ）を調節するステップ；
   （ｅ）前記応答負荷のトリガーが終わる時、すなわち、第１の時間的ステップの後、前記動作周波数（ｆ_ｎ）が前記トリガー周波数（ｇ）と比べて前記公称周波数（ｆ_０）により近い時に、新規のトリガー周波数（ｇ）を割り当てるステップ、を含む方法。
2. ステップ（ｅ）において前記新規のトリガーが、周波数範囲内でランダムに割り当てられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ステップ（ｅ）において前記トリガーが、以下の関数：
   ｇ_ｍ＝（ｆ_０−ｋ_ｆ）＋ｆ_ｎ−ｇ_ｍ−１
   に従って割り当てられ、ここで、ｋ_ｆは周波数オフセットである、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 電源電力網の動作周波数の関数に対してその消費電力を変化させることによって応答負荷サービスを届けるように適応される応答負荷であって、前記応答負荷が前記応答負荷を前記電源電力網に連結するための電力連結を有し、かつ請求項１−３のうちいずれか一項の方法を実行するように使用可能な負荷管理を有する応答負荷。
5. 動作周波数（ｆ_ｎ）及び公称周波数（ｆ_０）を有する電源電力網に動作中に連結される応答負荷の集団を制御する方法であって、前記応答負荷が、前記電源電力網の前記動作周波数（ｆ_ｎ）の関数に対してその消費電力を変化させることによって応答負荷サービスを届けるように適応され、前記方法が：
   （ｆ）前記応答負荷の集団の各応答負荷に各トリガー周波数（ｇ）を割り当てるステップであって、前記トリガー周波数（ｇ）が前記応答負荷の消費電力が調節されるべき前記電源電力網の動作周波数（ｆ_ｎ）に対応するステップ；および、
   （ｇ）請求項１−３の方法にしたがって各応答負荷を制御するステップ、を含む方法。
6. 機械可読の記憶媒体上に記憶されるソフトウェアプログラムであって、プロセッサによって実行可能なソフトウェアプログラムである、請求項１−３の方法を実行するためのソフトウェアプログラム。