KR101908095B1 - 전기 유틸리티 네트워크들을 위한 로컬 수요측 전력 관리 - Google Patents

전기 유틸리티 네트워크들을 위한 로컬 수요측 전력 관리 Download PDF

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그랜트 앤서니 코빅
존 탈봇 보이즈
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오클랜드 유니서비시즈 리미티드
코빅 그랜트 안소니
존 탈봇 보이즈
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Abstract

수요측 전기 전력 공급 관리 시스템이 개시된다. 시스템은 공급 그리드에 결합점을 갖는 아일랜드 전력 시스템을 포함한다. 아일랜드 전력 시스템은 복수의 전기 부하들을 공급하고, 그의 각각은 그 부하에 의해 수요되는 최대 전력을 제어하는 부하 제어기와 연관된다. 결합점과 연관되는 측정 수단은 그리드와 아일랜드 시스템 사이의 전체 전력 전송을 측정하고, 시스템 제어기는 설정점에 대해 측정된 전력 전송을 감시하고 제어 신호를 복수의 부하 제어기들에 제공한다. 각각의 부하 제어기는 실질적으로 동일한 제어 신호를 수신하고 제어 신호에 포함되는 정보에 기초하여 부하 제어기와 연관되는 상기 또는 각각의 부하가 아일랜드 전력 시스템으로부터 인출하도록 허용되는 최대 전력을 결정한다.

Description

전기 유틸리티 네트워크들을 위한 로컬 수요측 전력 관리{LOCAL DEMAND SIDE POWER MANAGEMENT FOR ELECTRIC UTILITY NETWORKS}
본 발명은 전기 유틸리티 네트워크들 내의 수요측 전력 관리를 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 본 발명의 적용들은 재생가능 에너지 발생 자원들의 효과적 사용 및 전기 자동차들의 충전을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
DDC(Dynamic Demand Control)는 전력이 그 순간에 사용되는 것과 비교하여 유틸리티 공급의 주파수, 즉 그리드 주파수가 발생되는 전력의 변동들에 대응하여 작은 범위에 걸쳐 변화하도록 허용되는 수요 관리 기술로 종래에 알려져 있다. 이용가능 전력이 매우 높으면, 그리드 주파수는 작은 양만큼 증가하도록 허용되고; 이용가능 전력이 매우 낮으면, 그리드 주파수는 감소하도록 허용된다. 그리드는 거대한 스피닝 부하(huge spinning load)로 간주될 수 있고 이러한 주파수의 변경들은 그 부하의 회전 속도의 변경들에 대응하고 큰 에너지 변동들이다. 주파수가 매우 높으면, 이때 비필수 부하는 그 에너지 중 일부를 흡수하도록 스위칭 온될 수 있고; 주파수가 매우 낮으면, 이때 비필수 부하는 더 중요한 적용들을 위해 회전력을 해방하도록 스위칭 오프될 수 있다. 맥락이 다르게 분명히 요구되지 않으면, "DCC"에 대한 참조는 본 명세서에서 그러한 시스템을 지칭한다.
실제 상황에서, 그 자체의 제어기를 각각 갖는 다수의 작은 DDC 가능 부하들은 네트워크를 통해 분배된다. 네트워크 주파수가 변화됨에 따라 각각의 제어기는 어느 부하가 요구되는지를 판단하고 그 부분 부하를 스위칭 온한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 주파수가 49 Hz 미만이면, 스위칭되는 부하는 제로(W)이고, 그것이 51 Hz보다 크면, 부하는 전체 정격 부하이며, 이 2개의 극단들 사이에서 부하가 선형으로 변화된다. 따라서, 네트워크 상에 이러한 장치들의 100만개가 있으면, 적용되는 실제 부하는 0에서 2 GW까지 가변되는 저항성 부하일 것이다. 이것은 일 예만이고 실제로 범위 49-51 Hz는 훨씬 작을 것이며 모든 부하들은 동일하지 않아야 한다는 점이 주목되어야 한다. 주된 요건은 DDC 가능 부하들이 연속적 가변 방법으로 49 및 51 Hz 사이에서 스위칭되거나 - 적어도 그 범위 내에서 스위칭 온 및 오프될 수 있다는 것이다.
DDC가 컴플라이언트될 수 있는 부하의 타입에 제한들이 있다. 일반적으로 온수기들, 배터리 충전기들, 냉동고들, 냉장고들, 및 에어컨들과 같은 '에너지' 부하들이 적절하지만 그러한 부하들이 모터들, 펌프들, 및 팬들을 포함하는 경우는 이러한 장치들의 스위칭 온 및 오프가 그의 수명에 악영향을 줄 수 있으므로 주의되어야 한다. 그럼에도 불구하고, DDC 컴플라이언트 에너지 부하들은 상당한 부분의 전기 부하를 임의의 그리드 시스템 상에 구성하고 DDC가 매력적인 구현 기술이 된다.
DDC는 주요 주파수가 부하들에 대응하여 변화되는 것을 허용함으로써 가장 간단하게 가능한 방법으로 구현된다. 개략적으로, 전체 그리드는 관성(J)을 갖는 발전기 및 도 2에 도시된 주파수에 따라 변화되는 부하로 대체될 수 있다. 어떤 다른 제어기를 갖지 않는 원동기는 그리드를 나타내는 관성(J)을 구동하고 발전기에 연결되는 DDC 컴플라이언트 부하들(도시되지 않음)은 관성(J)을 구동하는 순 토크를 피드백 경로를 통해 완화한다.
상기 개설된 바와 같이, DDC는 컴플라이언트 부하들이 조정 방식으로 스위칭 온 및 오프될 수 있도록 그리드 주파수가 변화되는 것을 필요로 한다. DDC의 구현이 갖는 어려움은 그리드가 일정 주파수에서의 동작을 위해 설계되기 때문에 유틸리티 조작자들 중 일부가 그리드 주파수를 변화시키는 것을 주저한다는 것이다. 더욱이, 그 구현은 반드시 다수의 당사자들로부터 상당한 투자를 의미하는 대규모로 되기 때문에 DDC의 구현을 주저한다.
본 발명의 목적은 개선된 수요측 제어 방법, 시스템 또는 프로세스를 제공하거나, 대중에게 유용한 선택권을 적어도 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 일 측면에서, 공급 그리드에 결합점을 갖고, 복수의 소비자들을 공급하는 아일랜드 전력 시스템으로서, 각각의 소비자가 하나 이상의 전기 부하들을 사용하며, 부하들 각각이 제어 신호에 대응하여 그 부하에 의해 요구되는 전력을 제어하는 부하 제어기와 연관되는 아일랜드 전력 시스템, 결합점과 연관되어 그리드와 아일랜드 시스템 사이의 전체 전력 전송을 측정하는 측정 수단, 및 설정점에 대하여 아일랜드 시스템으로의 측정된 전력 전송을 감시하고 제어 신호를 하나 이상의 부하 제어기들에 제공하여 아일랜드 시스템으로의 전력 전송이 설정점을 실질적으로 초과하는 것을 방지하는 시스템 제어기를 포함하는 수요측 전기 전력 관리 시스템이 제공된다.
다른 측면에서, 본 발명은 공급 그리드에 결합점을 갖고, 복수의 전기 부하들을 공급하는 아일랜드 전력 시스템으로서, 상기 부하 각각이 그 부하에 의해 요구되는 최대 전력을 제어하는 부하 제어기와 연관되는 아일랜드 전력 시스템, 결합점과 연관되어 그리드와 아일랜드 시스템 사이의 전체 전력 전송을 측정하는 측정 수단, 및 설정점에 대하여 공급 그리드로부터 아일랜드 시스템으로의 측정된 전력 전송을 감시하고 제어 신호를 복수의 부하 제어기들에 공급하는 시스템 제어기를 포함하는 수요측 전기 전력 공급 관리 시스템을 제공하며, 각각의 부하 제어기는 실질적으로 동일한 제어 신호를 수신하고 제어 신호에 포함되는 정보에 기초하여 부하 제어기와 연관되는 상기 또는 각각의 부하가 아일랜드 전력 시스템으로부터 인출하도록 허용되는 최대 전력을 결정한다.
부하 제어기는 그의 부하(들)를 다른 부하 또는 다른 부하들에 대해 우선 순위화할 수 있음으로써 제 1 우선 순위의 부하는 주어진 제어 신호에 대한 제 2 우선 순위의 부하에 우선해서 전력을 인출하도록 제어된다. 예를 들어 제 1 우선 순위의 부하는 수요가 감소될 필요가 있는 것을 표시하는 제어 신호의 변경에 대응하여 제 2 우선 순위의 부하 후에 수요를 감소시키도록 제어된다. 부하들에 할당되는 우선 순위들은 변경될 수 있다. 일 실시예에서, 우선 순위들은 부하에 의해 수행되는 기능에 의존하여 변경될 수 있다.
아일랜드 시스템으로의 전력 흐름은 설정점에서 실질적으로 유지될 수 있다.
일 실시예에서, 설정점은 아일랜드 시스템에 대한 기준 전력 요건을 나타낸다. 기준 전력 요건은 소비자(들)에 의해 및/또는 부하 제어기 또는 그리드 시스템 조작자에 의해 설정될 수 있다. 기준 전력 요건, 및 따라서 설정점은 변화될 수 있다. 이것은 아일랜드 시스템의 전력 요건들, 그리드에 의해 공급되는 전력에 대한 비용 구조, 및 그리드 상의 전체 전력 수요 즉 그리드로부터 아일랜드 시스템으로 이용가능한 전력과 같은 요인들에 의존할 수 있다.
아일랜드 시스템은 하나 이상의 발전기들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 아일랜드 시스템 내의 발전은 그리드로부터 전송되는 더 적은 전력을 야기함으로써, 제어 신호가 부하들이 더 많은 전력을 수요할 수 있는 것을 표시하게 한다. 일 실시예에서, 모든 부하들이 완전히 공급되면, 이때 아일랜드 시스템 내의 과잉 발전은 그리드에 전송될 수 있다.
일 실시예에서, 제어 신호는 아일랜드 시스템이 설정점 기준에서 연속적으로 동작했으면 공급되는 에너지와 비교하여 아일랜드 시스템에 공급되는 전체 에너지를 측정함으로써 유도된다.
본 발명의 제 2 측면에서, 공급 그리드에 결합점을 갖고, 복수의 소비자들을 공급하는 아일랜드 전력 시스템으로서, 각각의 소비자가 적어도 하나의 부하를 사용하며, 부하들 각각이 낮은 레이턴시 통신 시스템에 의해 부하 제어기에 전송되는 제어 신호에 대응하여 그 부하에 의해 요구되는 전력을 제어하는 부하 제어기와 연관되는 아일랜드 전력 시스템, 그리드로부터 아일랜드 시스템으로의 전력 전송을 위한 설정점에 대해 아일랜드 시스템으로의 전력 전송을 감시함으로써 차분 전력 전송을 설정하고, 차분 전력 전송이 실질적으로 평균 제로가 되도록 제어 신호를 하나 이상의 부하 제어기들에 제공하는 시스템 제어기를 포함하는 수요측 전기 전력 공급 관리 시스템이 광범위하게 제공된다.
부하 제어기는 그의 부하(들)를 다른 부하 또는 다른 부하들에 대해 우선 순위화할 수 있음으로써 제 1 우선 순위의 부하는 주어진 제어 신호에 대한 제 2 우선 순위의 부하에 우선해서 전력을 인출하도록 제어된다. 예를 들어 제 1 우선 순위의 부하들은 수요가 감소될 필요가 있는 것을 표시하는 제어 신호의 변경에 대응하여 제 2 우선 순위의 부하들 후에 수요를 감소시키도록 제어된다. 부하들에 할당되는 우선 순위들은 변경될 수 있다. 일 실시예에서, 우선 순위들은 부하에 의해 수행되는 기능에 의존하여 변경될 수 있다.
아일랜드 시스템으로의 전력 흐름은 설정점에서 실질적으로 유지될 수 있다.
일 실시예에서, 설정점은 아일랜드 시스템에 대한 기준 전력 요건을 나타낸다. 기준 전력 요건은 소비자(들)에 의해 및/또는 부하 제어기 또는 그리드 시스템 조작자에 의해 설정될 수 있다. 기준 전력 요건, 및 따라서 설정점은 변화될 수 있다. 이것은 아일랜드 시스템의 전력 요건들, 그리드에 의해 공급되는 전력에 대한 비용 구조, 및 그리드 상의 전체 전력 수요 즉 그리드로부터 아일랜드 시스템으로 이용가능한 전력과 같은 요인들에 의존할 수 있다.
아일랜드 시스템은 하나 이상의 발전기들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 아일랜드 시스템 내의 발전은 그리드로부터 전송되는 더 적은 전력을 야기함으로써, 제어 신호가 부하들이 더 많은 전력을 수요할 수 있는 것을 표시하게 한다. 일 실시예에서, 모든 부하들이 완전히 공급되면, 이때 아일랜드 시스템 내의 과잉 발전은 그리드에 전송될 수 있다.
일 실시예에서, 제어 신호는 아일랜드 시스템이 설정점 기준에서 연속적으로 동작했으면 공급되는 에너지와 비교하여 아일랜드 시스템에 공급되는 전체 에너지를 측정함으로써 유도된다.
본 발명의 제 3 측면에서,
공급 그리드로부터 복수의 부하들을 갖는 아일랜드 전력 시스템으로의 전력 전송을 위한 설정점 기준을 설정하는 단계;
설정점 기준에 대해 그리드로부터 아일랜드 전력 시스템으로의 전력 전송을 감시함으로써 차분 전력 전송을 설정하는 단계;
차분 전력 전송이 실질적으로 평균 제로가 되도록 아일랜드 시스템에 존재하는 하나 이상의 제어 신호들을 발생시키는 단계; 및
하나 이상의 제어 신호들을 낮은 레이턴시 통신 시스템을 통해 제공하는 단계를 포함하는 수요측 전기 전력 공급 관리 방법이 제공된다.
방법은 하나 이상의 부하들을 다른 부하 또는 다른 부하들에 대해 우선 순위화하는 단계를 포함할 수 있음으로써 제 1 우선 순위의 부하는 주어진 제어 신호에 대한 제 2 우선 순위의 부하에 우선해서 전력을 인출하도록 제어된다. 예를 들어 제 1 우선 순위의 부하들은 수요가 감소될 필요가 있는 것을 표시하는 제어 신호의 변경에 대응하여 제 2 우선 순위의 부하들 후에 수요를 감소시키도록 제어된다. 부하들에 할당되는 우선 순위들은 변경될 수 있다. 일 실시예에서, 우선 순위들은 부하에 의해 수행되는 기능에 의존하여 변경될 수 있다.
방법은 아일랜드 시스템으로의 전력 흐름을 실질적인 설정점에서 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 설정점은 아일랜드 시스템에 대한 기준 전력 요건을 나타낸다. 기준 전력 요건은 소비자(들)에 의해 및/또는 부하 제어기 또는 그리드 시스템 조작자에 의해 설정될 수 있다. 기준 전력 요건, 및 따라서 설정점은 변화될 수 있다. 이것은 아일랜드 시스템의 전력 요건들, 그리드에 의해 공급되는 전력에 대한 비용 구조, 및 그리드 상의 전체 전력 수요 즉 그리드로부터 아일랜드 시스템으로 이용가능한 전력과 같은 요인들에 의존할 수 있다.
아일랜드 시스템은 하나 이상의 발전기들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 아일랜드 시스템 내의 발전은 그리드로부터 전송되는 더 적은 전력을 야기함으로써, 제어 신호가 부하들이 더 많은 전력을 수요할 수 있는 것을 표시하게 한다. 일 실시예에서, 모든 부하들이 완전히 공급되면, 이때 아일랜드 시스템 내의 과잉 발전은 그리드에 전송될 수 있다.
일 실시예에서, 제어 신호는 아일랜드 시스템이 설정점 기준에서 연속적으로 동작했으면 공급되는 에너지와 비교하여 아일랜드 시스템에 공급되는 전체 에너지를 측정함으로써 유도된다.
제 4 측면에서, 본 발명은,
공급 그리드로부터 복수의 부하들을 갖는 아일랜드 전력 시스템으로의 전력 전송을 감시하는 수단;
그리드로부터 아일랜드 시스템으로의 전력 전송을 위한 설정점 기준에 대해 그리드로부터 아일랜드 전력 시스템으로의 전력 전송을 비교함으로써 차분 전력 전송 전력 흐름을 아일랜드 시스템으로 설정하는 수단; 및
차분 전력 전송이 실질적으로 평균 제로가 되도록 아일랜드 시스템에 존재하는 부하들을 제어하는 송신용 제어 신호를 낮은 레이턴스 통신 시스템을 통해 발생시키는 수단을 갖는 수요측 전기 전력 공급 관리 시스템 제어기를 제공한다.
부하 제어기는 그의 부하(들)를 다른 부하 또는 다른 부하들에 대해 우선 순위화할 수 있음으로써 제 1 우선 순위의 부하는 주어진 제어 신호에 대한 제 2 우선 순위의 부하에 우선해서 전력을 인출하도록 제어된다. 예를 들어 제 1 우선 순위의 부하들은 수요가 감소될 필요가 있는 것을 표시하는 제어 신호의 변경에 대응하여 제 2 우선 순위의 부하들 후에 수요를 감소시키도록 제어된다. 부하들에 할당되는 우선 순위들은 변경될 수 있다. 일 실시예에서, 우선 순위들은 부하에 의해 수행되는 기능에 의존할 수 있다.
아일랜드 시스템으로의 전력 흐름은 설정점에서 실질적으로 유지될 수 있다.
일 실시예에서, 설정점은 아일랜드 시스템에 대한 기준 전력 요건을 나타낸다. 기준 전력 요건은 소비자(들)에 의해 및/또는 부하 제어기 또는 그리드 시스템 조작자에 의해 설정될 수 있다. 기준 전력 요건, 및 따라서 설정점은 변화될 수 있다. 이것은 아일랜드 시스템의 전력 요건들, 그리드에 의해 공급되는 전력에 대한 비용 구조, 및 그리드 상의 전체 전력 수요 즉 그리드로부터 아일랜드 시스템으로 이용가능한 전력과 같은 요인들에 의존할 수 있다.
아일랜드 시스템은 하나 이상의 발전기들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 아일랜드 시스템 내의 발전은 그리드로부터 전송되는 더 적은 전력을 야기함으로써, 제어 신호가 부하들이 더 많은 전력을 수요할 수 있는 것을 표시하게 한다. 일 실시예에서, 모든 부하들이 완전히 공급되면, 이때 아일랜드 시스템 내의 과잉 발전은 그리드에 전송될 수 있다.
일 실시예에서, 제어 신호는 아일랜드 시스템이 설정점 기준에서 연속적으로 동작했으면 공급되는 에너지와 비교하여 아일랜드 시스템에 공급되는 전체 에너지를 측정함으로써 유도된다.
제 5 측면에서, 본 발명은,
우선 순위을 전력 시스템 내의 복수의 부하들 각각에 할당하는 단계;
전력 시스템에 이용가능한 전력을 나타내는 제어 신호를 수신하는 단계; 및
제어 신호에 의존하는 부하들 및 각각의 부하에 할당되는 우선 순위를 제어하는 단계를 포함함으로써 제 1 우선 순위의 부하는 제어 신호로부터의 주어진 전력 가용성 표시를 위한 제 2 우선 순위의 부하에 우선해서 전력을 인출하도록 제어되는 수요측 전기 전력 공급 관리 방법을 제공한다.
일 실시예에서, 전력 시스템은 아일랜드 전력 시스템을 포함한다.
제어 신호는 낮은 레이턴시 통신 시스템을 사용하여 제공될 수 있다. 제어 신호는 전력 시스템의 동작의 주파수를 포함할 수 있다.
아일랜드 전력 시스템은 그리드 서플라이(grid supply)로부터 전력을 수신할 수 있다.
제 6 측면에서, 본 발명은 수요측 전기 전력 공급 관리 시스템을 위한 부하 제어기를 제공하며, 제어기는,
하나 이상의 부하들에 대한 우선 순위 지정을 저장하는 수단;
제어 신호를 수신하는 수단으로서, 제어 신호는 하나 이상의 부하들을 공급하는 전력 시스템에 이용가능한 전력을 나타내는 수단; 및
제어 신호에 의존하는 하나 이상의 부하들 및 그 부하에 할당되는 지정된 우선 순위를 제어하는 수단을 포함한다.
일 실시예에서, 부하 제어기는 복수의 부하들 각각에 대한 우선 순위 지정을 저장하고 제어 신호에 의존하는 부하들 및 지정된 우선 순위를 제어함으로써 제 1 우선 순위의 부하는 제어 신호로부터의 주어진 전력 가용성 표시를 위한 제 2 우선 순위의 부하에 우선해서 전력을 인출하도록 제어된다.
일 실시예에서, 전력 시스템은 아일랜드 전력 시스템을 포함한다.
제어 신호는 낮은 레이턴시 통신 시스템을 사용하여 제공될 수 있다. 제어 신호는 전력 시스템의 동작의 주파수를 포함할 수 있다.
아일랜드 전력 시스템은 그리드 서플라이로부터 전력을 수신할 수 있다.
제 7 측면에서, 본 발명은 수요측 전기 전력 공급 관리 시스템에 사용되는 기기를 광범위하게 제공하며, 기기는,
우선 순위 지정을 저장하는 수단;
제어 신호를 수신하는 수단으로서, 제어 신호는 기기를 공급하는 전력 시스템에 이용가능한 전력을 나타내는 수단; 및
제어 신호에 의존하는 기기의 전력 수요 및 지정된 우선 순위를 제어하는 수단을 포함한다.
제 8 측면에서, 본 발명은 공급 그리드에 결합점을 갖고 아일랜드 시스템에 연결되는 발전기로부터의 가변 전력 공급을 가지며, 복수의 소비자들을 공급하는 아일랜드 전력 시스템으로서, 각각의 소비자가 적어도 하나의 부하를 사용하며, 부하들 각각이 낮은 레이턴시 통신 시스템에 의해 부하 제어기에 전송되는 제어 신호에 대응하여 그 부하에 의해 요구되는 전력을 제어하는 부하 제어기와 연관되는 아일랜드 전력 시스템, 발전기로부터의 전력이 에너지 부하들에 우선적으로 공급되도록 제어 신호를 하나 이상의 부하 제어기들에 제공하는 시스템 제어기를 포함하는 수요측 전기 전력 공급 관리 시스템을 광범위하게 제공한다.
제 9 측면에서, 본 발명은 전력을 복수의 전기 자동차 부하들에 공급하고 공급 그리드에 결합점을 가질 수 있는 아일랜드 전력 시스템으로서, 부하들 각각이 낮은 레이턴시 통신 시스템에 의해 부하 제어기에 전송되는 제어 신호에 대응하여 그 부하에 의해 요구되는 전력을 제어하는 부하 제어기와 연관되는 아일랜드 전력 시스템, 그리드로부터 아일랜드 시스템으로의 전력 전송을 위한 설정점에 대해 아일랜드 시스템으로의 전력 전송을 감시함으로써 차분 전력 전송을 설정하고, 차분 전력 전송이 실질적으로 평균 제로가 되도록 제어 신호를 하나 이상의 부하 제어기들에 제공하는 시스템 제어기를 포함하는 전기 자동차 전력 공급 관리 시스템을 광범위하게 제공한다.
일 실시예에서, 전기 자동차 부하들은 아일랜드 전력 시스템에 유도 결합된다.
일 실시예에서, 아일랜드 시스템은 전기 자동차들이 주차장 바닥, 고층 주차장 또는 도로와 같은 자동차 수송 표면 상에 있을 때 전력을 유도적으로 전기 자동차 부하들에 제공하도록 배열된다.
제 10 측면에서, 본 발명은,
우선 순위를 전력 시스템 내의 복수의 부하들 각각에 할당하는 단계;
전력 시스템에 이용가능한 전력을 나타내는 제어 신호를 수신하는 단계;
부하들 중 적어도 하나의 특성을 감시하는 단계; 및
제어 신호에 의존하는 부하들 중 하나 이상에 대한 우선 순위 및 감시된 특성을 재할당하는 단계를 포함하는 수요측 전기 전력 공급 관리 방법을 제공한다.
감시된 특성은 부하에 의해 현재 요구되는 전력; 부하의 충전의 상태; 부하가 사용자에 의해 스위칭 오프 또는 온되었는지 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전력 시스템은 아일랜드 전력 시스템을 포함한다. 제어 신호는 낮은 레이턴시 통신 시스템을 사용하여 제공될 수 있다. 제어 신호는 전력 시스템의 동작의 주파수를 포함할 수 있다.
아일랜드 전력 시스템은 그리드 서플라이로부터 전력을 수신할 수 있다.
제 11 측면에서, 본 발명은 공급 그리드에 적어도 하나의 결합점을 갖고, 복수의 전기 부하들을 공급하는 아일랜드 전력 시스템으로서, 상기 부하 각각이 그 부하에 의해 요구되는 최대 전력을 제어하는 부하 제어기와 연관되는 아일랜드 전력 시스템을 포함하며, 상기 또는 각각의 결합점과 연관되어 그리드와 아일랜드 시스템 사이의 전체 전력 전송을 측정하는 측정 수단을 더 포함하는 수요측 전기 전력 공급 관리 시스템을 제공하며, 각각의 부하 제어기는 설정점을 갖는 시스템으로의 측정된 전력 선송의 비교에 기초하여 부하 제어기와 연관되는 상기 또는 각각의 부하가 아일랜드 전력 시스템으로부터 인출하도록 허용되는 최대 전력을 결정한다.
모든 새로운 측면들로 고려되어야 하는 본 발명의 추가 측면들은 이하의 설명으로부터 분명할 것이다.
본 발명의 하나 이상의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 아래에 설명될 것이다.
도 1은 공지된 1 kW DDC 제어기에 대한 전력 대 주파수의 그래프이다.
도 2는 공지된 DDC 제어기의 블록도, 및 전달 함수이다.
도 3은 본 발명에 따른 LDC 시스템의 일반적인 개략도이다.
도 4는 공지된 DDC 제어기의 블록도, 및 전달 함수이다.
도 5는 유도 전력 전기 자동차의 개략적 도면이다.
도 6은 유도 전력 자동차들에 대한 도로의 예시이다.
도 7은 DDC 제어 IPT 배터리 충전 시스템 및 랜덤 토크 입력에 의해 측정된 발전기 주파수 및 충전 시스템 출력 전력을 도시하는 일련의 그래프들이다.
도 8은 LDC 제어기에 의해 1시간 기간 동안 풍력 공급, 그리드 공급 및 전체 소비의 대표적 플롯을 도시하는 그래프이다.
도 9는 2개의 확률 분포들을 도시하며, 하나는 그리드로부터 소비되는 전력에 대한 것이고 다른 것은 풍력으로부터 소비되는 전력에 대한 것이다.
도 10은 1시간 기간 동안 1인 가구 수요를 도시하는 그래프이다.
도 11은 시스템 응답을 풍력에서 20kW 스텝에 도시하는 그래프이다.
도 12는 가변 주파수 제어 신호의 발생 및 사용을 예시하는 아일랜드 전력 시스템의 도면이다.
도 13은 도 12에 도시된 시스템에서 제어 신호의 발생을 위한 주파수 대 전압의 도면이다.
도 14는 부하 제어 장치의 동작을 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 LDC 아일랜드에서 정보 흐름들을 도시하는 도면이다.
도 16은 DDC 및 LDC를 통합하는 하이브리드 시스템의 일 예를 예시하는 도면이다.
도 17은 풍력 및 부하 전력의 플롯들을 시간에 따라 도시한다.
도 18은 도 17과 관련되는 시뮬레이션에 관한 전송 지연 및 샘플 시간에 대한 표준 편차 대 시간의 플롯들을 도시한다.
동적 수요측 제어에 대한 새로운 접근법이 이제 설명될 것이다. 일 실시예에서, 이러한 새로운 접근법은 도 3에 도시된 바와 같이, 주요 주파수가 일정해지는 것을 허용하고 또한 로컬 DG(Distributed Generation)를 고려한다. 이러한 접근법은 분산 발생 수요 제어의 형태인 것으로 간주될 수 있지만, 편의상 이러한 접근법은 본 명세서에서 LDC(Local Demand Control)로 지칭된다. 본질적으로, 그리드에 연결점을 갖는 아일랜드 시스템 내의 부하는 그리드로부터 아일랜드 시스템으로 공급되는 전력이 설정점을 실질적으로 초과하는 것을 방지하기 위해 제어된다. "아일랜드 시스템"이라는 용어는 본 문서에서 발전을 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있고 유틸리티 공급 그리드에 적어도 하나의 결합점을 갖는 전력 시스템 또는 서브시스템을 지칭하기 위해 사용된다. 아일랜드 시스템은 전력을 부하들(예를 들어 가정용 기기들)을 사용하는 복수의 소비자들에게 공급하거나, 가능하게는 시스템에 연결되는 부하를 공유할 수 있다. 일 예에서, 아일랜드 시스템은 1인 가구를 포함할 수 있고, 다른 예에서, 도시를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 아일랜드 시스템은 본 발명을 구현할 목적들로 아일랜드 시스템을 형성하기로 집합적으로 동의하는 동일한 인접 지리적 영역에 반드시 위치되는 것은 아닌 다수의 가정들에 의해 정의될 수 있다.
아래에 진술되는 구현의 일 예는 농장 또는 작은 마을과 같은 작은 공동체를 포함하는 아일랜드 시스템의 것이다. 그러나, 상기 언급된 바와 같이, 시스템은 또한 개별 거주와 같은 심지어 더 작은 규모에 적용가능하다. 유사하게, 본 발명은 도시와 같은 대규모 아이랜드 시스템들 상에 구현될 수 있다.
농장의 경우에, 예를 들어 전력은 그리드(1)로부터 입수될 수 있지만 그것은 또한 다른 고립된 농장들을 구동하는 긴 공급 장치의 끝에 있을 수 있어, 그것은 약하고 매우 가변적이다. 이러한 단상, 또는 때때로 3상 공급 장치는 이웃들에 대한 전력 공급을 중단시키는 것 없이 큰 부하들을 구동할 수 없으므로 하나 이상의 전기 자동차들을 아마 7 kW에서 충전하는 생각은 실용적이지 못하다. 여기서의 예에서, 아일랜드 시스템은 발전기를 포함하므로, 유틸리티 공급 그리드로부터의 전력은 로컬 발전 전력에 더하여 이용가능하다. 국부적으로, 풍력 터빈(2)은 단상 유도 발전기(3)를 구동하여 단상 전력을 생성한다. 3상 전력이 발생될 수도 있다. 농장에 이용가능한 전력은 이때 유틸리티 공급 장치로부터의 전력 - 15 kW라 함 - 및 작은 응용에서 단지 20 kW일 수 있고, 풍력 세기가 변화할수록 광범위하게 변화하는 풍력 터빈으로부터의 전력이다.
설정점 기준은 전력이 유틸리티 공급 장치로부터 입수가능하도록 설정될 수 있다. 따라서, 설정점은 아일랜드 시스템에 대한 기준 전력 요건을 나타낸다. 기준 전력 요건은 아래에 더 논의되는 바와 같이, 소비자(들)에 의해 및/또는 부하 제어기 또는 그리드 시스템 조작자에 의해 설정될 수 있다. 기준 전력 요건, 및 따라서 설정점이 변할 수 있다. 이것은 아일랜드 시스템의 전력 요건들, 그리드에 의해 공급되는 전력에 대한 비용 구조, 및 그리드 상의 전체 전력 수요 즉 그리드로부터 아일랜드 시스템으로 이용가능한 전력과 같은 요인들에 의존할 수 있다. 일 예에서, 그리드 상의 시스템 수요는 감시될 수 있고 그 후에 설정점은 다음 유틸리티 청구 기간이 개시될 때 수요 동향에 기초하여 조정될 수 있다. 따라서, 유틸리티가 반시간 기간들에 청구되면, 이때 설정점은 다음 반시간 기간의 개시와 일치하도록 조정될 수 있다. 시스템은 설정점의 의도된 변경을 변경 전에 그리드 시스템 조작자에게 시그널링할 수 있다.
이용가능 전력은 그리드로부터의 설정점 전력 및 어느 순간에 아일랜드 시스템 내의 발전의 합이다. 이용가능 전력을 나타내는 제어 신호는 통상 시스템 제어기(5)로부터 로컬 시스템의 모든 상 전압들에 추가될 수 있다. 아일랜드 시스템으로 전송되는 전력은 차분 전력 전송을 설정하기 위해 설정점과 비교하여 감시될 수 있고, 이 차분 전력 전송은 평균 제로가 되도록 적절한 부하 제어에 의해 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 제어 신호는 시스템이 설정점에서 연속적으로 동작했으면 취해지는 에너지에 더하여 그리드로부터 아일랜드 시스템으로 전송되는 에너지를 결정함으로써 유도된다. 이 차이는 전압에 의해 표시되고, 아래에 더 논의되는 바와 같은 제어 신호를 발생시키기 위해 사용될 수 있다.
추가 상세는 도 12 내지 도 14에 도시된다. 시스템 제어기(5)는 전압 대 주파수 변환기(21)를 사용하여 제어 신호가 발생되는 전압을 생성할 수 있다. 이 예에서, 제어 신호는 순음(simple tone)이며 - 예를 들어 1 볼트는 도 13에 도시된 바와 같이, 200 Hz에서 1kHz까지 변화하며, 아마 20 kW에 대한 "보장된" 낮은 전력 제한에 대응한다. 시스템이 구현되는 각각의 기기(37) 또는 가정(9)은 제어기(30)와 같은 부하 제어기와 연관되며, 제어기는 상술한 공통 제어 신호를 수신하고 기기 또는 기기들(37)를 적절히 제어한다. 도 14를 참조하면, 부하 제어기(30)는 상이한 부하 스위칭 또는 동작 우선 순위들에 대응하는 필터들(31 내지 34)(가능하게는 더 많음)을 갖는 부하 제어기 구현의 일 예가 도시된다. 동글(36)은 기기(37)와 같은 제어 부하와 서플라이(도 14에서 파워 아울렛 소켓(35)에 의해 표시됨) 사이에 연결되어 제공된다. 동글(36)은 온/오프 또는 가변 제어를 가능하게 하는 스위치를 포함하고 부하 제어기(30)로부터의 명령어에 응답하여 기기(37), 또는 그것이 연결되는 다른 부하의 수요를 증가시키거나 감소시킨다. 동글(37)과 부하 제어기 사이의 통신은 일 실시예에서 무선 네트워크를 통해 발생할 수 있다. 대안으로서, 제어기의 기능성은 개별 제어기 하드웨어가 불필요하도록 동글(36)에 그 대신에 포함될 수 있다. 제어기 또는 동글(36)은 기기의 일부로서 제공될 수 있어, 개별 하드웨어는 불필요하다.
따라서, 임의의 관련된 기기 또는 전기 장치는 이때 풍속이 변화할수록 다소의 전력이 이용가능한 것에 대응하여 제어 신호 주파수가 변화하므로, 및 다른 부하들이 턴 온 또는 턴 오프되므로 턴 온/오프될 것이다(또는 그것이 가능하거나 주어진 부하 타입 또는 부하가 수행하는 기능에 적절하면 그의 수요가 가변적으로 제어되게 함). 제어 신호는 농장 또는 공동체에 걸쳐 유선 또는 무선으로 전파되는 디지털 신호일 수도 있다. 모든 LDC 컴플라이언트 장치들은 그것을 실질적으로 동시에 얻고 적절히 턴 온/오프된다. 그러므로, 제어 신호는 낮은 레이턴시 시스템에 의해 송신되어야 한다. 도 3에서, 제어 신호는 로컬 변압기에서 발생되는 것으로 도시된다. 이것은 제어기가 이 지점에서 그리드로부터 공급되는 전력을 측정할 수 있으므로 그러한 제어기에 대한 편리한 실제적 위치이다. 그러나, 부하 제어기는 다른 물리적 위치에 설치될 수 있고, 아일랜드 시스템으로부터 떨어져서 심지어 설치될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 제어 신호는 상술한 것 이외의 수단에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 시스템 또는 네트워크가 사용될 수 있다. 따라서, 제어 신호의 통신은 시스템 주파수를 예를 들어 라디오 신호들에 의해, 와이파이 또는 지그비에 의해, 또는 인터넷에 의해 변화시킴으로써 발생할 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 각각의 부하는 우선 순위를 지정받을 수 있다. 우선 순위의 순서는 공동체, 또는 공동체 내의 개별 소비자들이 원하는 어떤 것이다. 우선 순위들을 설정하는 것은 고전력단에서의 장치들이 비교적 종종 턴 온 및 오프될 것 같고 일부 장치들 - 예를 들어 냉장고들 -이 신속한 스위칭을 위해 지정되지 않으므로 주의깊게 고려되어야 한다. 비교적 적은 양의 전력을 소비하는 장치들은 우선 순위 리스트의 저전력단에 배치될 수 있다. 빈번한 온/오프 스위칭이 바람직하지 않는 것들은 스위칭 동작을 임의의 시간 기간 동안 방지하는 동작 스케줄을 포함할 수 있다. 예를 들어 임의의 부하(냉장고와 같음)에 대한 스케줄은 그 부하가 스위칭 온/오프될 때마다 그것이 적어도 100분 동안 또는 자체 턴 오프될 때까지 온/오프를 유지해야 하는 것을 필요로 하는 스케줄을 포함할 수 있다. 각각의 기기에 대한 우선 순위는 그것이 부하에 의해 수행되는 기능과 같은 파라미터들에 따라 사용자에 의해 변화되거나 부하 제어기에 의해 신중히 변화될 수 있는 방식으로 각각의 부하 제어기에 저장될 수 있다. 아일랜드 전력 시스템 내의 소비자 및/또는 "공동체"는 부하 우선 순위화를 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 각각의 가정은 온수기 부하(6) 및 EV(electric vehicle) 충전 부하(7)를 갖는 것으로 도시된다. 소비자가 EV 부하(7)를 선택하여 온수기 부하(6)보다 더 낮은 우선 순위를 통상 가지면, 이때 부하(7)는 통상 이용가능 전력 공급이 감소하고 있는 것을 제어 신호가 표시하므로 부하(6)에 우선해서 스위칭 오프될 것이다. 그러나, 부하 제어기는 예를 들어 EV 충전이 매우 적거나, 수온이 충분하거나(그것이 최적이 아닐지라도), 시각(예를 들어 자동차 충전에 우선해서 심야에 가열되는 물을 차단하고 적절한 시간에 가열되는 물을 재개함)에 의존하는 것을 그것이 결정하면(또는 표시하는 피드백을 수신하면) 우선 순위를 변경할 수 있다. 양 부하들(6 및 7)은 연속적으로 가변되도록 제어될 수 있는 타입이고, 부하 제어기는 그 기능을 수행할 수 있다. 본 명세서에 설명되는 우선 순위화의 시스템은 사용되는 제어 신호가 전력 시스템의 주파수일 수 있으므로 일반적으로 DDC에 적용가능하고 반드시 아일랜드 시스템에서의 사용에 제한되는 것은 아니라는 점이 인식될 것이다. 물 가열 및 EV 충전과 같은 전력 공급 가변성에 내성이 있는 "에너지" 부하들은 발전기(3)로부터의 가변 발전이 그 부하들을 공급하기 위해 효과적으로 사용되도록 우선 순위화될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 따라서, 본 발명은 예를 들어 풍력, 태양, 조력 발전 소스들을 포함하는 대체 에너지 소스(renewables)로부터의 것과 같은 가변 발전을 충분히 이용할 수 있다.
풍력 터빈이 유도 발전기를 구동하는 상태인 상술한 형태에서 전압 및 주파수 둘 다는 그리드에 의해 설정된다. 그리드로부터 취해지는 전력은 제로로 감소될 수 있고 전력은 전력이 실제로 사용되고 있지 않으면 즉 모든 부하들이 필요에 따라 공급되고 있으면 그리드에 심지어 다시 이출(export)될 수 있다. 실제로, 더 큰 응용들에서, 아일랜드 시스템의 SO(System Operator)는 가능하다면 그리드 전력이 감소되는 것, 또는 더 높은 '시각' 가격 스케줄이 초래될 수도 있는 것을 요구할 수 있다. SO가 원하지 않는 과잉이 있으면, 그것은 물 가열에 사용되거나 버려질 수 있다. 일 실시예에서, 설정점 기준은 전력이 그리드(상술한 농장 예에서의 공급 장치)로부터 아일랜드 시스템으로 전달되도록 설정될 수 있고 제어기는 아일랜드 시스템에 전달되는 전력이 설정점을 초과하지 않거나, 설정점을 적어도 실실적으로 초과하지 않도록 제어 신호를 제어가능 부하들에 제공할 수 있다. 더욱이, 아일랜드 시스템에 의해 공급되는 부하들의 성질 및 아일랜드 시스템 내의 발생 용량에 의존하여, 아일랜드 시스템은 그리드로부터 전달되는 전력이 적어도 임의의 시간 기간들 동안 설정점에서 실질적으로 유지되도록 관리될 수 있다. 이러한 방법으로, 그리드 상에 놓여지는 수요는 예기치 못한 수요의 변경이 더 적은 상태에서, 더 많이 예측가능될 수 있으므로, 운전 예비는 그리드 조작자에 의해 감소되거나 적어도 더 경제적으로 관리될 수 있다.
일부 시스템들, 예를 들어 비교적 낮은 전력 사용 및 높은 발생 용량을 갖는 것들에서, 아일랜드 시스템은 실질적으로 일정한 양의 전력을 그리드에 공급하기 위해 동작할 수 있다.
중요한 특징은 전력이 그리드에 다시 송신되도록 프로그램되면 이때 그것이 높은 값을 갖는 고품질의 정전압 전압 그리드 주파수 단상 또는 3상이도록 전력 내의 변화들이 발생되게 하는 풍속의 변동들이 LDC 제어기에 의해 본래 제거된다는 것이다. 그러나, 전력이 그리드에 다시 송신되면 이용가능한 전력의 모두를 흡수하는 불충분한 부하가 있기 때문에 그것은 더 낮은 품질 및 따라서 더 낮은 값일 것이다. 정전의 경우에, 이 시스템은 유도 발전기들이 불충분한 VAR 여자를 가지므로 발생될 수 없으며; 이것은 전력 회사가 어떤 목적을 위해 턴 오프했던 라인을 로컬 발전이 활기있게 할 수 없으므로 단연코 가장 낮은 비용 구현이고 또한 가장 안전하다. 전력 연속성이 - 예를 들어 투석 기계에 - 필수적인 경우에 UPS가 사용될 수 있다.
이 LDC 시스템에 대한 제어기는 도 4에 개략적으로 도시된다. 그것은 피드백 경로가 현재 유도 발전기에 전적으로 있는 것을 제외하고 도 2에 도시된 제어기와 유사하다. 이 상황들에서, 출력
Figure 112013101665232-pct00001
는 현재
Figure 112013101665232-pct00002
의 토크 피드백을 야기하는 기계의 슬립 주파수의 변경이며
Figure 112013101665232-pct00003
는 유도 기계의 정격 슬립 주파수이고 T0는 정격 토크이다. 이것은 전달 함수를 제공한다
Figure 112013101665232-pct00004
이 전달 함수는 예상된 시스템 응답이 오버슈트없이 신속하도록 짧은 시정수를 갖는 1차 시스템에 대응한다.
종래의 DDC 제어기와 LDC 제어기 사이의 비교는 표 1에 제시된다. 중요한 차이들은 LDC 시스템의 일부 실시예들이 LDC 컴플라이언트 장치들에 추가의 통신 공급을 필요로 하지만, 전력이 그리드 및 풍력 터빈으로부터 동시에 취해지는 경우에 그것이 혼합 전력 모드에서 실행될 수 있다는 것이다. 종래의 DDC 시스템은 본래 동기 발전기에 의해 가장 잘 구현되는 독립형 시스템인 반면 LDC는 아일랜드로서 그리드 시스템에서 동작하지만 그 자체의 내부 제어기에 의해 동작하고 유도 발전기에 의해 가장 잘 구현된다. 종래의 DDC는 그 자체의 주파수 및 전압 제어에 책임이 있는 반면 LDC는 그리드로부터 그의 전압 및 주파수를 취하지만 전력은 어느 한 방향으로 전달될 수 있고 전력 흐름의 방향을 변경하는 것은 간단하고 매끄럽다.
Figure 112013101665232-pct00005
기계들과 그의 제어기들 사이의 가장 중요한 차이는 가능하게는 관성 요건들이다. 윈드 머신들은 비교적 낮은 관성이고 LDC 시스템은 낮은 관성에 의해 동작할 수 있다. 종래의 DDC 시스템들은 각각의 2극 kW에 대해 대략 0.02 kg.m2의 관성을 필요로 한다. 따라서, 12극 1 kW 기계는 0.72 kg.m를 필요로 하고, 따라서 12극 100 kW 기계는 72 kg.m2를 필요로 한다. 이 관성들은 달성하기에 매우 어려울 수 있지만 그것들 없이 종래의 DDC 제어기의 감쇠는 빈약할 수 있다. LDC 제어기는 이 점에서 유용하다.
도 3을 참조하여 언급된 바와 같이, 본 발명은 또한 충전 및 도로 전력 요건들 둘 다를 위한 전기 자동차들(EV들)에 적용된다. EV 유도 충전 및 유도 도로 사용의 예들은 우리의 공개 계류 출원들 제WO008/140333호 및 제WO2011/016736호에 설명되어 있다. 이 공보들이 대부분 전력 시스템의 자동차들의 유도 결합을 언급할지라도, 본 발명은 유도 또는 비유도 결합 메커니즘들에 대한 적용을 발견할 수 있다는 점이 이해될 것이다.
도 5를 참조하면, 유도 충전되는 EV가 도시된다. 고정 전원(10)은 바닥 또는 도로 내의 또는 상의 트랙 또는 패드(11)를 에너자이징한다. 자동차(12)는 픽업 코일(13)을 갖고 픽업에 전송되는 전기 에너지는 조정되고 EV의 충전 및/또는 동작에 사용되는 DC 전력으로서 제공된다.
이제 도 6을 참조하면, EV들이 도로(20)를 따라 움직이고 있을 때 그들은 도로에 매립된 '무한' 스트링의 패드들(11)로부터 유도 전력 공급될 수 있다. 이 패드들은 아마 200m 이격되고 각각의 방향으로 100m의 도로에 부설되는 전원들(10)에 의해 전력 공급된다. 자동차가 이 도로(20)를 따라 이동하므로 그 아래의 패드(들)(11)는 자동차를 완전히 충전하여 유지하는 전력파를 제공하는 그의 움직임과 동시에 에너자이징된다. 각각의 패드는 자동차가 이동함에 따라 패드로부터 패드로 전환되는 도로를 가로질러 아치형 플럭스(arched flux)를 생성한다. 자동차는 1개의 패드 또는 2개의 패드가 링킹 플럭스(linking flux)를 제공하고 있는지에 따라 10-20 kW로 전력 공급되고 이 전력은 자동차에 전력을 공급하고 배터리를 완전히 충전하여 유지하기에 충분하다. 각각의 100 m 부분은 그 위에 자동차를 가질 수 있거나 갖지 않을 수 있으며 - 자동차가 없으면 이때 이 부분은 스위칭 오프된다. 반대로, 각각의 부분은 자동차들 사이에 20 m 간격을 가진 상태에서 5대의 차들을 20 kW에서 가질 수 있다. 더 많은 자동차들이 있으면 이때 그 부분은 과부하되고 DDC 시스템은 시스템이 붕괴되지 않도록 각각의 자동차에 대한 전력을 감소시키기 위해 사용된다. 전원들(10)은 20 kHz의 IPT 주파수를 제공하며; 이 20 kHz는 부분의 부하 조건을 표시하기 위해 19.9와 20.1 kHz 사이에서 변화되며 - 20.1 kHz에서 자동차들은 전체 전력을 취하고, 19.9 kHz에서 자동차들은 감소된 전력을 전형적인 DDC 상황에서 취한다. 도로의 이 부분들은 주요 서플라이(mains supply)로부터 또는 로컬 풍력 또는 다른 '그린' 소스들로부터 구동될 수 있다. 따라서, 이 시스템들은 본 발명이 적용가능한 아일랜드 전력 시스템들을 포함할 수 있다. 과부하 부분들은 신호 '혼잡 - 자동차들 사이의 공간들을 증가시킴'을 운전자에게 촉발시킨다.
유사한 적용들은 - 많이 간단할지라도 - 주차 및 충전을 제공하는 자동차 주차 빌딩들에 존재할 것이다. 여기서, 하나의 전원(10)은 많은 패드들(11)을 구동하고 많은 자동차들을 동시에 충전하여 집의 주차장 또는 주차 장소에서와 같이 주차 공간 당 하나의 전원 및 패드보다 더 간단한 배열을 제공할 수 있다.
측정들 및 시뮬레이션들
1. DDC 및 IPT 결합을 갖는 배터리 충전기의 시뮬레이션
전형적인 DDC 제어기는 실험실 조건들 하에 및 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 테스트되었다. 실험실에서, 토크 제어 모드 내의 제어 AC 드라이브는 각각의 순간을 변경하는 일련의 랜덤 토크들을 발생시켰다. AC 드라이브(가변 속도 유도 모터)는 50Hz에서 발생되는 3상 교류기에 연결되었다. 상들 중 2개는 저항성 부하들 상에 있고, 제 3 상은 DDC 제어기 설정에 통과되어 전기 자동차 배터리를 300 V DC에서 충전했다. 측정된 및 컴퓨터 시뮬레이션된 출력들은 도 7에 도시된다. 시스템은 4극 유도 모터 및 6극 교류기를 사용하여 1000 rpm으로 DDC 제어기에 의해 제어되었다. 이 실험 설정의 거대한 장점은 동일한 랜덤 시퀀스가 테스트들의 모두에 사용될 수 있다는 것이다.
제 1 그래프는 사용되는 랜덤 토크 신호를 도시한다. 제 2 그래프는 DDC 제어를 갖고 갖지 않는 발전기 주파수(샤프트 속도와 등가임)를 도시하고, 제 3 그래프는 배터리(DDC 제어를 가짐)에 대한 전류를 도시한다. 그래프 2로부터 DDC를 갖는 속도는 본래 일정하므로 전력 입력은 스케일링된 버전(scaled version)의 제 1 그래프이고, 정전압 배터리를 갖는 전력 출력은 스케일링된 카피(scaled copy)의 배터리 전류이다. 따라서, 이상적으로 그래프들 1 및 3은 동일한 것이어야 하며 - DDC 제어기의 정확도를 나타내는 그들 사이의 상관은 예외적으로 좋다. 제 4 그래프는 회로로부터의 예상된 배터리 전류에 대한 시뮤링크(TM)에 관한 시뮬레이션을 도시한다. 그것은 동일한 평균 전류를 갖는 측정된 데이터 및 실험 및 시뮬레이션에 대한 관성 수치들이 완전히 동일하지 않은 것을 나타내는 약간 더 작은 변화에 매우 적합해진다.
2. 작은 공동체에 사용되는 전력의 시뮬레이션
LDC 시스템은 공동 관심의 공동체가 있는 모든 경우에 많은 상황들에서 사용될 수 있다. 아마 가장 간단한 것은 400/230 V 배전용 변압기이며 변압기에 관함 모든 소비자들은 LDC 시스템을 형성한다. 여기서, 어떤 풍력도 없지만 변압기 부하는 감시될 수 있고 연결된 하우스들은 모든 하우스들의 전체 부하가 관리되도록 LDC 컴플라이언트 부하들을 스위칭한다. 이러한 방법으로, 이 변압기에 의해 11 kV 공급 장치에 제공되는 부하는 거의 일정하다. 변압기는 더 높은 부하율에서 동작하고 주택 내부 건재의 문제들은 크게 감소된다. 또한, 전자 장치들은 공급 주파수를 감시할 수 있고 공급 주파수가 매우 높으면 그것은 모든 비필수 부하들을 떨어뜨릴 수 있고, 공급 주파수가 매우 높으면 그것은 모든 가능한 부하들을 스위칭 온할 수 있다.
여기서, 부분 5에서 설명되는 약간 더 복잡한 상황에 있어서, LDC 컴플라이언트 부하들 및 EV IPT 충전 패드들을 포함하는 20개의 하우스들을 포함하는 작은 공동체를 위한 전력 수요는 공칭 최대 양의 20 kW(1 kW/하우스)에 대한 주요 전력이 포함되는 곳에 수행되었다. 풍력이 랜덤 시퀀스로서 부가되어, 70 kW의 평균값과 함께, 10초마다 변경된다. 각각의 가정에 의해 취해지는 부하는 평균 3.5kW이지만, 7kW까지에서 정점에 도달할 수 있다. 그러므로, 이 시스템은 매우 높은 77% 풍력을 포함한다.
그리드에 대한 전력 흐름을 측정하고 이것을 공지된 제한 또는 설정점 기준과 비교하는 LDC 제어기가 시스템의 중심에 있다. 그 다음, 간단한 적분 제어기는 전력이 설정점에서 공급되고 있었으면 전송되는 에너지와 비교되는 아일랜드 시스템에 공급되는 에너지 사이의 차이를 결정하기 위해 사용될 수 있고 실 시간으로 0에서 10까지 변화되는 전력 우선 순위 신호로서 시스템에 제공되는 차분 전력 신호를 생성하기 위해 이것을 사용한다. 가장 중요한 장치는 우선 순위 1인 한편, 가장 적은 장치는 우선 순위 10이다. 따라서, 신호보다 아래의 우선 순위들을 갖는 장치들은 남아 있는 한편 상기 것들은 스위칭 오프될 것이다. 따라서, 제어는 차분 전력, 즉 그리드로부터 공급되는 전력과 설정점 전력 기준 사이의 차이가 실질적으로 평균하여 제로이도록 구현된다.
각각의 하우스는 다수의 LDC 제어 부하들로 구성된다. 이들은 표 2에 열거된다.
Figure 112013101665232-pct00006
기저 부하들을 제외한 모든 부하들은 그의 주어진 우선 순위 범위에 걸쳐 선형으로 변화되어, 최소 전력을 더 낮은 우선 순위 신호에서 소비한다. 4개의 250W 기저 부하들은 신호가 그의 주어진 우선 순위 아래로 내려가면 간단히 스위칭 오프된다. 작은 랜덤 오프셋은 같은 우선 순위의 모든 하우스들의 기저 부하들이 정확히 동시에 스위칭되지 않도록 이들 각각에 제공된다.
시뮬레이션 출력의 일 예는 도 8에 도시된다. 풍력은 상당히 변화되지만 시스템 상의 부하는 이것이 풍력을 변화시키는 단계에서 유지된다는 점이 인지될 수 있다. 그리드로부터 인출되는 전력은 20kW로 조절된다. 그리드로부터 취해지는 전력 및 풍력으로부터 발생되는 전력에 대한 확률 밀도 함수들은 도 9에 도시된다. 좌측 플롯은 그리드로부터 공급되는 전력을 도시하고 효율을 조절하는 생각을 제공한다. 우측 플롯은 풍력 터빈으로부터 전력 출력의 범위의 생각을 제공한다. 그리드 전력은 부하들에 의해 야기되는 편차들이 스위칭 온 및 오프되면서 거의 20 kW에서 일정하다는 점에 주목한다. 풍력은 넓은 표준 편차를 갖는 대략적 가우스 분포이고 - 이상적 결과는 아마 와이블 분포 p(x)일 것이며 x는 풍속이고, 전력 출력 수요를 대략 1초로 표현하기 위해 x3로 수정된다.
도 10은 단일 하우스에 대한 1시간 동안의 전력 사용을 도시한다. 여기서, 취해지는 전력은 꽤 불안정하지만 모든 다른 하우스들과 결합될 때 % 변화가 상당히 개선될 수 있다. 냉장고 및 온수 실린더는 스위칭 시간들을 조절하여 수요를 대략 조정하는 한편, EV 충전기는 갭들에 채운다는 점이 인지될 수 있다. 이러한 방법으로, 연속적 가변 제어를 갖는 큰 부하는 제어기 전략에 중요한 것으로 인지된다.
풍력의 스텝에 대한 시스템의 응답은 도 11에 도시된다. 시스템은 20kW의 수요를 대략 3초 동안 오버슈트를 갖지 않는 예측가능한 1차 응답에 추가한다. 이 응답은 시간의 함수로서 부하 및 더 연속적 가변 부하의 단계들로 이루어진다는 점이 관찰될 수 있다. 더 작은 부하들은 전력의 가용성에 따라 간단히 스위칭 온 및 오프되는 한편 더 큰 EV 및 물 가열 부하들은 이용가능한 전력의 양이 전체 응답을 더 선형적으로 하는 것에 따라 연속적으로 가변되고 전력을 취한다.
도 15는 LDC 제어기들과 함께 발생, 분배 및 다수의 하우스들을 모두 포함하는 전체 LDC 아일랜드에 레이아웃 및 정보 흐름들의 다른 예를 도시한다. 여기서, 각각의 LDC 제어기는 부모 노드로부터의 신호 및 국부적으로 측정되는 전력 처리량 둘 다에 기초하여 신호를 출력하며, 즉 아일랜드 시스템의 시스템 제어기의 "설정점"은 전체 부하를 그리드 상에 표시하는 그리드로부터의 정보에 기초하여, 가능하게는 연속적으로 변화될 수 있다. LDC 네트워크를 넓게 배치하는 것은 중요한 업무일지라도, 시스템은 별개로 동작되는 것이 좋다. DDC 및 LDC의 하이브리드는 또한 구현하기에 매우 쉽고 도 16에 도시된다.
도 16에서, 시스템 주파수는 변압기들(도시되지 않음)에 조립되는 LDC 제어기들에 대한 신호로서 사용된다. 그 다음, LDC 제어기는 후속 장치들이 그 변압기를 런오프하기 위해 제어 신호를 계산할 때 이것을 고려한다. 이러한 방법으로, LDC 시스템은 DDC에 의해 전체 공급 및 수요 둘 다의 균형을 맞추고 LDC에 의해 국부 제약들을 관리하는데 도움이 될 것이다.
일반적으로 DDC 및 LDC의 사용은 표 3에 제시된 바와 같은 크기에 주로 기초하여 3개의 주요 사용 시나리오들로 분류될 수 있다. DDC는 주파수가 변화되는 것을 허용하는 것을 필요로 하므로, 그것은 아일랜드 그리드들에 가장 유용하다. 이들은 뉴질랜드의 북도와 같은 큰 시스템들 또는 외진 마을들과 같은 작은 고립 시스템들일 수 있다. 대안적으로, LDC는 주파수가 변화되는 것이 허용되지 않을 수 있거나 그리드의 발생 제약들을 표시하지 않을 수 있는 중간 크기의 시스템들이다. 로컬 풍력 발전을 갖는 공동체는 이의 좋은 예이다.
Figure 112013101665232-pct00007
어떤 것에 따라 송신 방법은 제어 신호를 송신하기 위해 사용되고, LDC 제어 신호의 전송 지연들 및 샘플링은 회피될 수 있다. 이것은 아날로그 필터링에 의해 또는 디지털 통신을 사용하여 도입될 수 있다.
LDC 제어 신호의 레이턴시 및 샘플링의 효과들을 정량화하기 위해, 상술한 수정된 버전의 시뮬레이션이 실행되었다. 시뮬레이션은 방형파 변조 풍력 터빈 출력에 의해 15분 동안 실행되었다. 터빈 출력은 도 17에 도시된 바와 같은 시뮬레이션 동안 20kW와 40kW 사이에서 4회 변경된다. 2개의 분리 테스트들이 수행되었다. 첫째로, 0과 1 사이에서 변화되는 아날로그 지연이 도입되었다.
두번째 테스트에서, 샘플 및 홀드는 샘플링 기간이 또한 0과 1 사이에서 변화하는 상태에서, 우선 순위 신호에 추가되었다. 각각에서, 시스템 성능은 지연 및 샘플링 레이트의 변경 각각에 의해 측정되었다.
LDC 제어기가 그리드 상호연결 전력을 특정 레벨로 조절하려고 시도하고 있으므로, 변화는 LDC 시스템이 얼마나 잘 수행되고 있는지의 좋은 척도이다. LDC 제어기로부터 최상의 성능을 획득하기 위해, 적분기 이득은 전이들에 의해 야기되는 오버슈트들 또는 발진들을 회피하기 위해 지연 또는 샘플 시간의 변경 각각에 의해 수정된다. 양 테스트들의 결과들은 도 18에 제시된다.
전력 소비를 조절하는 LDC 시스템의 능력은 시스템에서 임의의 전송 지연 또는 샘플링과 거의 선형으로 관련된다는 점이 인지될 수 있다. 이러한 이유 때문에, LDC 신호는 최대 성능을 획득하기 위해 가능한 한 빨리 송신될 필요가 있다. 0.1 및 0.2 초 사이의 지연은 현실적 목적이고 이것은 여전히 좋은 성능을 산출한다. 샘플링 레이트는 전송 지연보다 시스템 성능에 보다 적은 영향을 미친다는 점이 인지될 수도 있다. <100ms(>10Hz)의 샘플링 기간은 좋은 수행 시스템에 충분하다. 이 수치들은 실시간으로 LDC 제어기에 의해 서브될 수 있는 네트워크의 크기에 제한을 가한다. DDC는 그리드 스케일까지의 레벨들에 적절하지만 LDC는 그 DDC 그리드 내의 작은 아일랜드들에 최상으로 제한될 수 있다.
LDC 제어기 기능성에 요구되는 기본 회로조직은 일 실시예에서 전력계 및 변조기, 동글들, 및 하우스 제어기를 포함하는 시스템을 참조하여 설명될 수 있다. 이들은 아래에 더 상세히 논의된다.
1. 전력계 및 변조기.
양: 시스템 당 하나
위치: 이상적으로(그러나 반드시 그런 것은 아님) 그리드에 대한 공동 결합점 근방.
전력 요건들: 자체 전력 공급
입력들: 3상 3와이어 주요 서플라이
출력: 중성선이 접지되기 전에 출력 3상 4와이어 시스템 상의 중성선에 대한 단일 턴 커플링(turn coupling).
설명:
개념적으로, 이 장치는 3상 3와이어 주요 서플라이로부터 취해지는 전력을 측정하고 분리 출력을 제공한다. 실험 버전에 대해, 입력은 3상, 400 V, 50 Hz, 전류 3-4 A이다. 출력 스케일링 0-3 kW는 0-3 볼트와 같다.
장치에 포함되는 것은 예를 들어 0-10 V에 스케일링되는 출력과 함께 0-3 볼트 = 0-3 kW의 설정점 입력 및 전력계와 설정점 사이에서 전압 차이의 적분을 취할 수 있는 적분기이어야 한다. 이 0-10 V 신호는 0 V = 600 Hz, 10 V = 1,000 Hz 범위에 걸쳐 동작하는 V 대 F 변환기를 제어하기 위해 사용되어야 하며 어느 신호는 이때 1 V 신호를 3상 시스템의 중성선 상에 생성하기 위해 사용된다. 1 V 신호는 작은 인버터 및 100:1 변압기를 사용하여 중성선 상에 주입될 것이다. 이상적으로 파형은 사인파이어야 하지만 방형파가 허용될 수 있다.
제 1 실험실 규모 프로토타입에서, 중성 상에 1 V 신호(변조기)의 주입을 제외한 이 기능들 중 모두는 프로토타입 마이크로프로세서 제어 도구에 포함된다. 이 장치는 전력을 3상들(상 당 정격 230 v 10 A) 각각에서 측정하고, 3개의 출력들을 추가하고, 설정점과 비교하며, 중성선 상에 변조하는 정확한 특성들을 갖는 방형파를 출력한다. 이 특정 실험실 규모 시스템은 더 큰 250 kW 시스템으로 확대하는데 적절하지 않다.
2. 동글들
양: 기기 당 하나
본 문서에 전술된 바와 같이, 동글들은 하우스 상의 스위치보드와 하우스 내의 기기 사이의 전력 라인에 착석되는 장치들이다. 이상적으로, 그들은 기기(즉 부하)에 조립될 것이다. 동글은 요구되는 방식으로 그것이 동작할 수 있도록 기기 LDC가 순응되게 한다. 원칙적으로 4개의 타입들의 동글들이 있다:
타입 A: 간단한 온/오프 타입. 동글은 중성선 상의 제어 신호를 분리하고 고정 주파수에서 스위칭 온하고 더 낮은 주파수에서 스위칭 오프한다. 예를 들어, 동글은 720 Hz에서 스위칭 온하고 660 Hz에서 스위칭 오프할 수 있다. 660 Hz 아래에서 동글은 항상 오프되고, 720 Hz 위에서 그것은 항상 온되며, 이 2개의 주파수들 사이에서 그것은 쌍안정이고 그의 상태는 현존 적용 내의 과거 이력에 의존한다.
타입 B: 최소 스위칭 기간들을 갖는 온/오프. 이 타입의 동글은 냉장고 또는 냉동고와 같은 전동식 장치들에 적절하며 스위칭 이벤트들의 수 및/또는 주파수가 제어되어야 한다. 여기서, 장치는 타입 A 동글과 같이 동작하지만 장치가 스위칭 온될 때 그것은 어떤 최소 기간 - 예를 들어 10분 동안 남아 있어야 하고, 장치가 스위칭 오프될 때 그것은 최소 기간 - 예를 들어 20분 동안 떨어져 있어야 한다.
타입 C: 이 동글은 완전히 비례 제어된다. 제어 주파수가 600 Hz 이하이면 동글은 오프되고, 그것이 1,000 Hz 이상이면 동글은 온되며, 이 2개의 극단들 사이에서 허용되는 최대 출력은 주파수에 비례하여 선형으로 변화된다. 기기는 이 타입의 적용을 위해 지정되어야 한다. 좋은 적용은 히트 펌프들 또는 EV 배터리 충전기들이다.
타입 D: 이 동글은 타입 C와 유사하지만 그것은 연속적으로 가변적인 것이 아니라 8개의 분리 상태들을 갖는다. 제어 주파수 600-1,000 Hz는 8개의 영역들로 분할되고 이들은 동작 상태들에 대응한다. 가장 낮은 영역에서, 장치는 전체 전력의 1/8번째에 있고, 다음 영역에서 그것은 전체 전력의 2/8번째에 있는 등등이다. 이것을 달성하기 위해서는 정확한 전력 출력을 제공하기 위해 컴플라이언트 저항성 부하 스위칭 적분 사이클들을 랜덤 시퀀스에서 필요로 한다.
3. 동글 적용들
동글들이 하우스에 사용될 수 있는 방법에 대한 2개의 대안들이 있다. 예를 들어,
3.1 대안 1 : 비지능형 동글들
이 대안의 경우 모든 기기는 그 자체의 정보를 디코딩하는 그 자체의 동글을 갖는다. 상기 개설된 바와 같이, 전력의 가용성은 주요 전압 외에 600 Hz(우선 순위 부하들에 이용가능하지 않은 전력)에서 1,000 Hz(이용가능한 충분한 전력)까지 변화되는 1-2 V 신호에 의해 중성선 상에 인코딩된다. 동글들은 이 신호를 필터링 아웃하고 그것을 사용하여 장치들을 스위칭 온 및 오프하거나, 사용되는 동글의 타입 - 타입 A 내지 D에 따라 주요 제로 크로싱들을 스위칭 온함으로써 그것들을 연속적으로 변화시킨다. 여기서, 모든 기기들/제어가능 부하들은 엄격한 우선 순위 시퀀스 또는 순서에 있고 제어 신호에 의해 활성화될 때 스위칭 온 및 오프된다. 예를 들어 필수적 부하들은 언제나(스위칭 오프되지 않으면) 활성이고 동글을 갖지 않으며, 높은 우선 순위 부하들은 600-660 Hz 범위 내의 제어 신호를 위해 활성되는 것으로 설정될 수 있고, 낮은 우선 순위 부하들은 신호 주파수가 아마 900-1000 Hz보다 높으면 활성될 수 있다. 이 트립점들은 각각의 동글에 의해 변화되지만 설치 시간에 설정될 것이다. 트립점들은 어떤 이력 현상을 가질 것이며 - 예를 들어 동글은 720 Hz에서 스위칭 온되고 660 Hz에서 스위칭 오프될 수 있으며 이 점들의 둘다는 설치 시간에 설정된다. 동글들 타입 C 및 D는 또한 항상 활성이어서 제어 주파수에 비례하여 전력을 취한다.
전력: 자체 전력 공급
신호들: 1-2 V 600-1000 Hz,
소프트웨어 프로그래밍: 작음
측정 능력: 없음
프로그램가능성: 매우 제한됨
3.2 대안 2: 지능형 동글들
이 대안은 계기 상자에 설치되는 것이 바람직하지만, 반드시 그런 것은 아닌 전자 회로조직 - HC(하우스 제어기) -를 갖는다. 그것은 변조된 신호를 중성선 상에 디코딩하고 어떤 장치들이 온/오프되고 그것이 모든 동글들과 통신할 수 있는지를 인식하는 능력을 갖는다. 그것은 하우스(본래 Amps)로의 전력 흐름을 측정할 수도 있지만 동글들 및 기기들로의 전력 흐름은 변경되지 않는다. HC에 의한 기기들의 통신들은 예를 들어 2.4 GHz 또는 다른 것에서 WLAN에 의한 것이고, 전과 마찬가지로 각각의 기기는 그 자체의 동글을 갖지만 현재 각각의 동글은 그 자체의 WLAN 송수신기를 갖는다. HC는 모든 기기의 우선 순위 순서가 연속적으로 변경되고 있고 디폴트 설정만이 설치 시간에 설정되도록 동글들을 온라인으로 재프로그래밍할 수 있다. 각각의 기기는 온/오프 정보 및 부하 전류를 하우스 드라이버에 다시 보고할 수 있을 것이다. 동글들은 상술한 바와 같은 모든 4개의 타입들과 같이 - 지연들을 갖거나 갖지 않는 온/오프 모드들에서, 또는 HC에 의해 지시되는 바와 같은 비례 제어 모드들에서 동작할 수 있을 것이다. 타입 선택은 실시간으로 수행될 수 있다. 전과 마찬가지로 작은 장치들은 RFI를 감소시키기 위해 제로 크로싱들에 온/오프 스위칭을 사용하여 제어되는 한편, 다 큰 것들 - 온수 가열기, 히트 펌프, 전기 의류 건조기, 및 전기 자동차 충전기는 타입 C 및 D 동글들에 대해 상술한 바와 같은 연속적 가변 제어를 제공하는 연속적 가변 방식으로 동작할 것이다. 동글들은 이용가능한 전력이 항상 최적 방식으로 이용되도록 현존 상황들에 대응하여 그것들 자체를 연속적으로 갱신할 것이며 - 예를 들어 높은 우선 순위 장치가 물리적으로 스위칭 오프되면 그것이 취하고 있던 파워 슬롯(power slot) - 660-720 Hz는 동적으로 재할당될 것이며, 즉 그 부하에 대한 우선 순위는 효과적으로 재할당되었다.
지능형 동글들은 WLAN 네트워크를 통해 기기들 및 HC와 상호작용할 수 있다. 예를 들어, 그들은 공급되는 부하의 전력 요건과 같은 특성을 감지할 수 있으므로, EV 배터리 충전 부하의 경우 HC는 배터리가 어떤 특정 시간만큼 완전히 충전되도록 충전 및 작용의 상태를 인지할 수 있다. 유사하게, 건조기가 사용되고 있으면, 의류의 '건조'는 필요할 때 건조되도록 관리될 수 있다. 이것과 같은 선택권들은 더 높은 전기 가격을 발생시키지만 전체 시스템의 다용성에 추가될 것이다.
전력: 230 V 50 Hz로부터의 자체 전력 공급
신호: 중성선 상의 WLAN 2.4 GHz 양방향, 1-2 V 600-1,000Hz.
소프트웨어 프로그래밍: 최대 전위를 달성하는데 중요함.
측정 능력: 넓음
결함보고: 넓음.
본 발명은 다수의 가정들이 아일랜드 시스템에 통합되는 것을 허용하기 위해 구현될 수 있고 그 자체의 우선 순위들을 설정하는 개별 가정들에 임의의 방해 없이 부하들을 우선순위화할 수 있다. 간단한 제어기는 그의 부하들이 스위칭 온될 수 있을 때 및 그들이 스위칭 오프되어야 할 때를 결정하기 위해 사용된다. 연속적 가변 출력들과 함께 가장 큰 부하들 - EV 및 온수 -을 가질 시에 분명한 장점들이 있어서 그들은 다른 부하들의 스위칭 온 및 오프 사이의 갭들에 채우기 위해 항상 본래 이용가능하다. 따라서, 본 발명은 EV들이 LDC 컴플라이언트 부하로서 충전되는 것을 허용하고 이것은 전화(electrified) 도로 상황에서 그 EV들의 동작으로 확장된다. 풍력 시스템에서, 공동체는 매우 큰 관통부(penetration)를 구비한 풍력 터빈을 가짐으로써 큰 이득을 획득할 수 있다. 과잉 전력은 여전히 그리드에 이출될 수 있지만 그리드 상의 전체 부하는 대부분의 상황들에서의 좁은 제한들 내에서 관리될 수 있다. 이 동일한 부하 관리는 또한 도시에서 분리변압기들을 갖는 관심 그룹들에게 확장된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템 제어기는 신호를 연속적으로 송신하는 것이 아니라, 그 대신에 부하 제어기들은 갱신된 정보에 대한 시스템 제어기(또는 직접 측정 수단)를 폴링한다. 이 경우에, 한 부하 제어기에 의해 수신되는 정보는 예를 들어 정보를 요청하는 한 부하 제어기와 그렇게 수행하는 다음 부하 제어기 사이의 그리드 상의 전력 인출에 대한 변경이 있었으면, 또는 시스템 제어기가 고유 식별자를 특정 부하 제어기에 송신되는 데이터에 추가하면, 다른 것에 의해 수신되는 것과 다를 수 있다. 그러한 시스템들은 부가 레이턴시를 시스템으로 도립하는 잠재력으로 인해 상술한 것들보다 덜 바람직할 수 있다.
일부 실시예들에서, 아일랜드 시스템은 그리드에 하나보다 많은 결합점을 가질 수 있으며, 각각의 결합점은 결합을 통해 그리드로부터 인출되는 전력을 측정하는 수단과 연관된다. 아일랜드 시스템 내의 부하 제어기들의 제어는 전력 측정 판독들의 총계 또는 평균에 기초할 수 있다. 이 실시예의 변형에서, 상이한 결합점들은 그의 결합 전력 사용이 설정점과 비교되도록 점유자들이 협력하는데 동의했던 분리 아일랜드 시스템과 연관될 수 있다.
문맥이 명세서에 걸쳐 다르게 요구하지 않으면, "포함한다", "포함하는" 등이라는 단어들은 배타적 또는 소모적 의미와 대조적으로 포함적 의미로, 즉 "포함하지만, 제한되지 않는"의 의미로 해석되어야 한다.
본 명세서에 설명되는 현재 바람직한 실시예들의 다양한 변경들 및 수정들은 당해 기술에서 통상의 기술자들에게 분명하다는 점이 주목되어야 한다. 그러한 변경들 및 수정들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나는 것 없이 및 그의 수반되는 장점들을 감소시키는 것 없이 이루어질 수 있다. 그러므로, 그러한 변경들 및 수정들은 본 발명 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (32)

  1. 전력 공급 시스템으로서,
    상기 전력 공급 시스템을 공급 그리드(supply grid)로 접속시키고 그리고 공급 네트워크를 통해 복수의 원격인 전기 부하들(remote electric loads)을 공급하는 결합기(coupler) - 상기 부하 각각은 상기 부하에 의해 요구되는 상기 전력을 제어하기 위해 부하 제어기와 관련되며 - 과;
    상기 결합기를 통해 상기 공급 그리드와 부하들 사이에 전송되는 전체 전력을 측정하는 측정 디바이스와;
    상기 결합기를 통해 전송된 피크 전력을 제한하기 위해 상기 측정된 전력 전송이 설정점(set point)을 초과한다고 결정하는 것에 응답하여, 전력 요구를 조정하기 위해 부하들 중 일부에 시그널링하고, 제어 신호를 복수의 부하 제어기들에 공급하는 시스템 제어기 - 각각의 부하 제어기는, 동일한 제어 신호를 수신하고 그리고 상기 제어 신호에 포함되는 정보에 기초하여 부하 제어기와 연관되는 상기 부하 또는 각각의 부하가 전력 시스템으로부터 인출하도록 허용되는 최대 전력을 결정하며 - 과; 그리고
    상기 설정점을 변경시키는 시스템 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는
    전력 공급 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시스템 제어기에 의해 공급되는 제어 신호는 상기 공급 네트워크상에서 이용가능한 것을 특징으로 하는
    전력 공급 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 측정된 전송 전력과 상기 설정점 사이의 차이에 비례하여 변하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는
    전력 공급 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 특성은 주파수인 것을 특징으로 하는
    전력 공급 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어 신호는 연속인 것을 특징으로 하는
    전력 공급 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력 공급 시스템은 그리드 제어 신호에 응답하여 상기 설정점을 조정하는 것을 특징으로 하는
    전력 공급 시스템.
  7. 공급 그리드에 연결된 변압기로부터 공급 네트워크를 통해 공급되는 부하들의 그룹을 제어하기 위한 전력 공급 관리 시스템으로서,
    조건에 응답하여 로딩(loading)을 변화시키기 위해 상기 부하들 중 일부에 시그널링하고 그리고 제어 신호를 복수의 부하 제어기들에 공급하는 시스템 제어기 - 각각의 부하 제어기는, 동일한 제어 신호를 수신하고 그리고 상기 제어 신호에 포함되는 정보에 기초하여 부하 제어기와 연관되는 상기 부하 또는 각각의 부하가 전력 시스템으로부터 인출하도록 허용되는 최대 전력을 결정하며 - 과;
    상기 변압기 2차측의 중성선과 접지 사이에 상기 신호를 결합하는 결합기와; 그리고
    설정점을 변경하는 시스템 요소를 갖는 것을 특징으로 하는
    전력 공급 관리 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 시스템 제어기에 의해 공급되는 제어 신호는 상기 공급 네트워크상에서 이용가능한 것을 특징으로 하는
    전력 공급 관리 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 부하들은 상기 제어 신호의 주파수에 따라 로딩을 변경시키는 것을 특징으로 하는
    전력 공급 관리 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어 신호는 연속인 것을 특징으로 하는,
    전력 공급 관리 시스템.
  11. 공급 그리드에 결합된 소비자 부하(consumer load)들의 그룹을 제어하기 위한 전력 공급 관리 시스템으로서,
    상기 그리드로부터 상기 부하들로 전력을 분배하는 부하 분배기와;
    그리드 부하 차단 신호(grid load shedding signal)를 수신하는 신호 수신기와;
    상기 부하들 각각에 대한 소비자 차단 우선 순위들을 수신하는 우선 순위 수신기(priorities receiver)와;
    그리드 부하 차단 신호를 수신하는 것에 응답하여 그리고 상기 소비자 차단 우선 순위들에 따라 상기 부하들 중 일부에 대한 전력을 감소시키는 부하 제어기와;
    제어 신호를 복수의 부하 제어기들에 공급하는 시스템 제어기 - 각각의 부하 제어기는, 동일한 제어 신호를 수신하고 그리고 상기 제어 신호에 포함되는 정보에 기초하여 부하 제어기와 연관되는 상기 부하 또는 각각의 부하가 전력 시스템으로부터 인출하도록 허용되는 최대 전력을 결정하며 - 과; 그리고
    설정점을 변경시키는 시스템 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는
    전력 공급 관리 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 소비자 차단 운선 순위들은 변할 수 있는 것을 특징으로 하는
    전력 공급 관리 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 그리드 부하 차단 신호는 상기 공급 그리드 상에 제공되는 것을 특징으로 하는
    전력 공급 관리 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 그리드 부하 차단 신호는 중성선과 접지 사이의 상기 공급 그리드에 결합되는 것을 특징으로 하는
    전력 공급 관리 시스템.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 소비자 부하들의 그룹은 간헐적인 발생의 소스(intermittent source of generation)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    전력 공급 관리 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 소비자 차단 우선 순위는, 상기 간헐적인 발생의 소스로부터의 전력이 에너지 부하들에 우선적으로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는
    전력 공급 관리 시스템.
  17. 공급 그리드에 결합되는 복수의 전기 부하들을 공급하는 전력 공급 관리 시스템으로서,
    상기 그리드로부터 상기 부하들로 전송되는 전체 전력을 측정하는 측정 디바이스와; 그리고
    제어 신호를 복수의 부하 제어기들에 공급하는 시스템 제어기를 포함하고,
    각각의 부하 제어기는, 동일한 제어 신호를 수신하고 그리고 전력 전송 설정점과 비교되는 상기 측정된 전력 전송을 나타내는 상기 제어 신호에 포함된 정보에 기초하여 부하 제어기와 연관되는 상기 부하 또는 각각의 부하가 전력 시스템으로부터 인출하도록 허용되는 최대 전력을 결정하며,
    상기 시스템 제어기는, 또한, 그리드 제어 신호에 응답하여 상기 전력 전송 설정점을 조정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는
    전력 공급 관리 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 시스템 제어기는 상기 공급 그리드상에서 이용가능한 제어 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는
    전력 공급 관리 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 측정된 전송 전력과 상기 전력 전송 설정점 사이의 차이에 비례하여 변하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는
    전력 공급 관리 시스템.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 특성은 주파수인 것을 특징으로 하는
    전력 공급 관리 시스템.
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