KR20160145707A - 주파수 응답 - Google Patents

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Abstract

전력 망에서 망 주파수의 제어를 위한 제어 시스템들 및 방법들이 설명되었다. 망 주파수는 모니터링 장치들(120)에 의해 상기 망의 하나 이상의 미리 정해진 위치들에서 모니터링되고, 상기 모니터링된 주파수에 관한 하나 이상의 조건들이 충족되었는지 여부가 판정된다. 상기 하나 이상의 미리 정해진 위치들 중 하나 이상에서의 상기 망 주파수가 제어되는 동안 제어 주기가 상기 판정에 기반하여 개시된다. 망 주파수에서 상기 제어 주기 동안 변화에 관한 하나 이상의 변화 특성들이 판정된다. 상기 모니터링된 주파수를 제어하도록 제1 복수의 전력부들(119)의 각각으로 및/또는 제1 복수의 전력부들(119)로부터의 전력 흐름 제어하기 위한 명령들을 포함하는 제어 명령들이 전송된다. 상기 제어 명령들은 상기 전력부들에 관한 프로파일 정보 및 상기 판정된 하나 이상의 변화 특성들에 기반하여 생성된다.

Description

주파수 응답{FREQUENCY RESPONSE}
본 발명은 전력 망에서 망 주파수의 제어에 관한 것이다.
전 세계적으로 20세기 중반에 대규모 전력 망에서의 교류 전류(alternating current; AC) 전기의 주파수 표준화 때문에, 전기 소비자들은 가전 제품들의 안전하고 재생 가능한(reproducible) 사용을 보장하는 일관성 있고 신뢰할 수 있는 서비스의 전기를 이용할 수 있었다. 예를 들어, 영국에서, 표준화된 공칭 망 주파수(standardised nominal grid frequency)는 50Hz에서 설정된다. 상기 망 주파수의 신뢰성을 높이기 위해, 망 운영자들은 서비스 제공기관들(service providers) 또는 소비자들이 상기 망 주파수를 이탈하지 않는 것을 보장할 수 있는 상기 공칭 망 주파수 밖의 주변 주파수 범위들을 제공한다. 예를 들어, 50Hz의 상기 공칭 영국 망 주파수를 사용할 때, 상기 망 운영자가는 상기 망 주파수가 50 ± 0.5 Hz(또는 공칭 주파수의 ±1 %) 범위 밖을 벗어나지 않아야 하는 것을 목표로 할 수 있다.
상기 망 주파수는 상기 망에 부착된 전력 발전기들에 의해 생성된 전기의 주파수에 강하게 의존한다. 예를 들어, 대용량 발전기들은 와이어 코일 내부에서 회전하는 자기 막대들(magnetic poles)을 결합하는 구동 질량체(driven mass)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 질량체는 터빈 상에서 증기 동작(steam acting)에 의해 구동될 수 있고, 예를 들어, 상기 증기는 화석 연료의 연소에 의해 생성된다. 발전기와 연관된 막대들의 수를 고려하여, 상기 생성된 전기의 주파수는 상기 발전기의 회전 스피드에 비례한다. 예를 들어, 1000RPM에서 회전하는 6개의 막대들을 갖는 발전기는 50Hz의 주파수를 갖는 전기를 생성한다. 전력 생성의 다른 예시들에서, 예를 들어 이것들은 태양 전지 패널들(solar panels)과 같은 직류 전류(direct current; DC) 전기를 생성하고, 특정 주파수, 예를 들어 상기 망에 대한 공칭 망 주파수에서 AC 전기를 제공하도록 인버터들이 적용될 수 있다.
전력의 공급 및 소모가 균형 잡힌 망에서, 상기 발전기들의 회전 스피드는, 예를 들어 공칭 망 주파수에서 망 주파수를 정확하게 실행하도록 설정될 수 있다. 하지만, 상기 전력 균형에 변화, 예를 들어 수요의 급격한 증가가 존재하는 경우, 예를 들어 터빈의 특정 구동장치(given drive)에 대한 변화에 응답하는 발전기의 회전 스피드가 감소될 수 있다. 그 결과, 생성된 전기의 주파수는 감소될 수 있고, 따라서 망 주파수가 감소한다. 이러한 상황은 발전기의 터빈에 대한 더 큰 구동장치를 적용함으로써 개선될 수 있지마, 이것은 상당한 시간이 걸릴 수 있고, 또는 발전기가 전용량에서 동작하고 있는 경우에는 불가능하다. 급격한 전력 불균형이, 예를 들어 발전소 또는 인터커넥터(interconnector)가 망으로부터 갑자기 손실될 때 발생할 수 있다. 갑자기 감소된 전력의 수요의 경우, 발전기는 그에 맞춰 공칭 주파수에 대한 망 주파수로 돌아가기 위해 그것의 전력 출력(power output)을 감소시킬 수 있다. 수요 감소의 결과와 같이, 또한 예를 들어, 인터커넥터가 전력을 망으로부터 그것이 손실되었을 때 방출하고 있는 경우, 둘 모두 전력 균형에 영향을 주고, 발전기의 회전 스피드가 증가할 수 있고, 따라서 생성된 전기의 주파수가 증가되고, 망 주파수가 증가할 수 있다.
원하지 않는 주파수 변화들을 해결하는 기존의 방법은 감소된 용량에서 발전기를 동작시키는 것이고, 예를 들어, 발전기의 전력 출력은 발전기의 전체 출력 용량의 95%로 설정될 수 있다. 예를 들어, 망 주파수에 변화를 일으키는 전력 균형에 변화가 있는 경우, 이러한 발전기들은 그에 맞춰 몇 초 또는 몇 십 초 내에, 증가되거나 또는 감소된 전력 출력을 제공함으로써 응답할 수 있다.
하지만, 상대적으로 거의 발생하지 않는 이벤트들을 예상하여 발전부들(generation units)을 감소된 전력 출력 레벨에서 동작시키는 것은 비경제적이다. 또한, 발전기들이 응답을 제공할 수 있는 스피드는 특정 범위 내, 예를 들어, 특히 급격한 이벤트들에 대해서, 특히 주파수에서 큰 변화들을 포함하는 이벤트들에 대해서, 또는 영국 또는 뉴질랜드와 같이 섬 국가들과 연관된 것처럼 상대적으로 작은 망들에서 발생하는 이벤트들에 대해서 망 주파수를 충분히 유지할 수 없다. 첫 번째 두 번째 이내 또는 급격한 변화 후에 제공된 응답은 공칭 값으로부터 망 주파수의 편차와 연관된 부정적인 영향들, 예를 들어 대형 전기 기계에 대한 손상을 감소시키는 데 가장 큰 영향을 줄 수 있다.
망 주파수에서의 변화들을 해결하는 또 다른 방법은, 그것들의 위치에서 망 주파수를 모니터링하고, 미리 정해진 기준에 따른 동일한 변화들에 대해 반응하도록 사용자 가전제품들과 같은 장치들을 준비하는 것이다. 예를 들어, 급격한 주파수 강하에 응답하여, 이러한 변화들에 대응하기 위해 전력의 소모가 감소될 수 있다. WO2011085477A1는 이러한 방법의 예시를 제공한다. 하지만, 이러한 접근들은 전력 균형에서의 로컬 변화(local change)에 대한 로컬 응답(local response)의 영향을 제한되는 것과 같이 융통성이 없다. 또한, 많은 국부적으로 수행된 반응들이 제공하는 집합적 응답(collective response)은 불확실하고, 예를 들어 집합적 과도-응답(collective over-response)을 야기할 수 있다.
이것은 적어도 종래기술의 하나 이상의 문제들을 완화하기 위해 본원에 개시된 본 발명의 실시예들의 목적이다.
본 발명의 제1 양상에 따르면, 전기가 망 주파수에 따라 망(grid)에 흐르는, 전력 망(electric power grid)에 있어서의 사용을 위한 제어 시스템에 있어서, 상기 전력 망은 각각이 상기 전력 망으로부터 전력을 소비하고 및/또는 상기 전력 망에 전력을 공급하도록 배치된 분산된 복수의 전력부들 중 하나 이상에 연결되어, 상기 전력부에 의한 전력 공급 및/또는 소비의 변화가 상기 전력 망에서 전력 흐름의 변화를 발생시킴으로써, 상기 망 주파수에 대한 상기 전력부의 기여를 변화시키고, 상기 제어 시스템은:
프로세싱 수단들(processing means); 및
통신 수단들(communications means)
을 포함하고,
상기 프로세싱 수단은:
상기 전력 망에서 하나 이상의 미리 정해진 위치들에서의 망 주파수를 모니터링하고,
상기 모니터링된 주파수에 관한 하나 이상의 조건들이 충족되었는지를 판정하고,
상기 판정에 기반하여, 상기 망 주파수가 하나 이상의 미리 정해진 위치들 중 하나 이상에서 제어되는 동안 제어 주기를 개시하고,
상기 모니터링에 기반하여, 망 주파수에서 상기 제어 주기 동안의 변화에 관한 하나 이상의 변화 특성들을 판정하고,
상기 통신 수단들을 통해, 상기 분산된 복수의 전력부들 중 제1 복수의 전력부들(first plurality of the distributed plurality of power units)로 제어 명령들 -상기 제어 명령들은 상기 모니터링된 주파수를 제어하기 위해 상기 제1 복수의 전력부들(first plurality of power units)의 각각으로 및/또는 상기 제1 복수의 전력부들로부터의 전력 흐름을 제어하기 위한 명령들을 포함함- 을 전송하도록 배치되고,
상기 제어 명령들은:
상기 분산된 복수의 전력부들에 관한 프로파일 정보 ­상기 프로파일 정보는 상기 제1 복수의 전력부들의 하나 이상의 전력 소비 및/또는 공급 특성들에 관한 정보를 포함함-; 및
상기 판정된 하나 이상의 변화 특성들에 기반하여 생성되어,
제1 복수의 전력부들은 상기 주기 동안 상기 망 주파수에 대한 시변 기여(time-varying contribution)를 제공하도록 하는
제어 시스템.
몇몇 실시예들에서, 상기 제1 복수는 상기 프로파일 정보에 기반하여 상기 분산된 복수로부터 선택된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제1 복수에 포함할 전력부들의 선택은 상기 모니터링된 주파수에 관한 하나 이상의 조건들이 충족되었는지의 판정에 응답하여 이루어진다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어 시스템에 있어서 프로파일 정보를 저장하는 데이터 저장부를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 데이터 저장부는 하나 이상의 그룹들의 전력부들의 하나 이상의 전력 소비 및/또는 공급 특성들에 관한 프로파일 정보를 저장하도록 배치되고, 상기 그룹들은 적어도 몇몇의 상기 제1 복수의 분산된 전력부들로부터 형성된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 하나 이상의 그룹들의 전력부들은 하나 이상의 공통 또는 유사한 전력 클래스(class), 응답 시간 특성, 망 위치 및 지리적 위치를 갖는 전력부들로 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 하나 이상의 전력 소비 및/또는 공급 특성들은 공급 용량, 소비 용량, 응답 시간 특성(characterising response time), 응답 함수 특성(characterising response function), 공급 또는 소비 상태, 및 가용성 상태(availability status) 중 하나 이상과 관련된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어 시스템은 망 주파수에 관한 하나 이상의 측정들을 수행하기 위한 하나 이상의 측정 장치들을 포함하고, 상기 판정된 하나 이상의 변화 특성들은 하나 이상의 측정(measurement)들로부터 유도된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어 시스템은 하나 이상의 멀리 떨어진 측정 장치들로부터 모니터링된 주파수에 관한 하나 이상의 조건들이 충족되었는지의 하나 이상의 알림(indication)들을 수신하도록 배치되고, 상기 모니터링된 주파수에 관한 상기 하나 이상의 조건들이 충족되었는지의 판정은 상기 조건에 적어도 부분적으로 기반한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 하나 이상의 조건들이 충족되었는지의 판정은 상기 모니터링된 주파수와 연관된 하나 이상의 값들과 하나 이상의 임계값들을 비교하는 것을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 판정은 하나 이상의 값들이 하나 이상의 범위들 내에 놓였는지 여부를 평가하는 것을 포함하고, 상기 하나 이상의 범위들의 각각은 임계값들 중 두 개의 사이에 놓인 것으로서 정의되고, 상기 하나 이상의 값들 중 하나 이상이 상기 하나 이상의 범위들 중 하나 이상의 밖에 놓일 때 상기 하나 이상의 하나 이상의 조건들이 충족된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 하나 이상의 값들 중 하나는 망 주파수의 예측된 값과 관련된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 예측된 값은 예측 과정(forecasting procedure)에 기반하여 생성되고, 상기 과정은:
상기 모니터링된 주파수와 연관된 일련의 값들을 정의하는 단계, 및
상기 모니터링된 주파수와 연관된 상기 일련의 값들에 기반하여 다항식 함수를 결정하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 하나 이상의 변화 특성들은 망 주파수의 변화의 예측에 기반하여 결정된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 망 주파수의 예측은:
적어도 하나의 주파수 특성과 연관된 일련의 값들을 정의하는 단계, 및
상기 적어도 하나의 주파수 특성과 연관된 일련의 값들에 기반하여 다항식 함수를 결정하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 프로세싱 수단들은:
제1 시간 주기 동안 제1 주파수 특성과 연관된 제1 일련의 값들 및 제2 이후 시간 주기 동안 상기 제1 주파수 특성과 연관된 제2 일련의 값들을 정의하고;
상기 제1 일련의 값들에 기반하여 제1 세트의 계수들을 갖는 제1 다항식 함수 및 상기 제2 일련의 값들에 기반하여 제2 세트의 계수들을 갖는 제2 다항식 함수를 결정하도록 더 배치된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어 명령들은 상기 제1 세트의 계수들 및 상기 제2 세트의 계수들 사이의 차이에 기반하여 생성된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 하나 이상의 조건들이 충족되었는지의 상기 판정은 상기 제1 세트의 계수들 및 상기 제2 세트의 계수들 사이의 차이를 평가하는 것을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 하나 이상의 조건들이 충족되었는지의 상기 판정은 상기 제1 세트의 계수들의 계수들 중 하나와 상기 제2 세트의 계수들의 계수들 중 하나 사이의 차이가 미리 정해진 임계값 미만 또는 초과인지 및/또는 미리 정해진 범위 내인지를 결정하는 것을 더 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 주파수 특성은 교류 전압의 주파수, 교류 전류의 주파수, 상기 전력 망에 흐르는 전력의 주파수; 주파수의 변화의 비율; 및 교류 전류의 주기 중 하나 이상과 관련된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어 명령들을 전송하는 것은:
제1 세트의 하나 이상의 제어 명령들을 전송하는 것, 및
상기 제1 세트의 하나 이상의 제어 명령들을 전송한 후, 하나 이상의 추가적인 세트들의 하나 이상의 제어 명령들을 전송하는 것을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 추가적인 세트들의 하나 이상의 제어 명령들 중 적어도 하나가, 상기 제1 세트의 하나 이상의 제어 명령들을 전송하는 것 이후에, 상기 망 주파수의 모니터링에 기반하여, 하나 이상의 추가적인 조건들이 충족되었음의 판정에 응답하여, 생성된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 하나 이상의 추가적인 조건들은 상기 모니터링된 주파수 특성에 관한 하나 이상의 값들이 미리 결정된 임계값 미만 또는 초과 및/또는 값들의 미리 정해진 범위 내인지를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 추가적인 세트들의 하나 이상의 제어 명령들 중 적어도 하나는 상기 분산된 복수의 전력부들 중 제2 복수로 전송되고, 상기 제2 복수는 상기 제1 복수와는 다르다.
몇몇 실시예들에서, 상기 프로세싱 수단들은 상기 프로파일 정보에 기반하여 제어 스케쥴을 생성하고, 상기 제어 스케쥴에 기반하여 상기 제어 명령들을 전송하도록 배열되고, 상기 제어 스케쥴은 상기 제1 복수의 전력부들로 및/또는 상기 제1 복수의 전력부들로부터의 전력 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 시간들을 지정한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어 스케쥴은 상기 모니터링된 망 주파수의 소기의 시간(temporal) 프로파일에 따라 생성된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어 명령들은: 전력 공급을 턴 오프, 턴 온, 증가 또는 감소시키기 위한 명령들, 전력 소비를 증가 또는 감소시키기 위한 명령들, 특정 시간 동안의 전력 공급 및/또는 소비를 변화시키기 위한 명령들, 지정된 시간 프로파일에 따라 전력 공급 및/또는 소비를 변화시키기 위한 명령들 중 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 제2 양상에 따르면, 전기가 망 주파수에 따라 망에 흐르는, 전력 망에있어서의 전기의 주파수 제어 방법에 있어서, 상기 전력 망은 각각이 상기 전력 망으로부터 전력을 소비하고 및/또는 상기 전력 망에 전력을 공급하도록 배치된 분산된 복수의 전력부들 중 하나 이상에 연결되어, 상기 전력부에 의한 전력 공급 및/또는 소비의 변화가 상기 전력 망에서 전력 흐름의 변화를 발생시킴으로써, 상기 망 주파수에 대한 상기 전력부의 기여를 변화시키고, 상기 방법은:
상기 전력 망에서 하나 이상의 미리 정해진 위치들에서의 망 주파수를 모니터링하는 단계;
상기 모니터링된 주파수에 관한 하나 이상의 조건들이 충족되었는지를 판정하는 단계;
상기 판정에 기반하여, 상기 망 주파수가 하나 이상의 미리 정해진 위치들 중 하나 이상에서 제어되는 동안 제어 주기를 개시하는 단계;
상기 모니터링에 기반하여, 망 주파수에서 상기 제어 주기 동안의 변화에 관한 하나 이상의 변화 특성들을 판정하는 단계; 및
상기 통신 수단들을 통해, 상기 분산된 복수의 전력부들 중 제1 복수의 전력부(first plurality of the distributed plurality of power units)로 제어 명령들 -상기 제어 명령들은 상기 모니터링된 주파수를 제어하기 위해 상기 제1 복수의 전력부들(first plurality of power units)의 각각으로 및/또는 상기 제1 복수의 전력부들로부터의 전력 흐름을 제어하기 위한 명령들을 포함함- 을 전송하는 단계
를 포함하고,
상기 제어 명령들은:
상기 분산된 복수의 전력부들에 관한 프로파일 정보 ­상기 프로파일 정보는 상기 제1 복수의 전력부들의 하나 이상의 전력 소비 및/또는 공급 특성들에 관한 정보를 포함함-; 및
상기 판정된 하나 이상의 변화 특성들에 기반하여 생성되어,
제1 복수의 전력부들은 상기 주기 동안 상기 망 주파수에 대한 시변 기여(time-varying contribution)를 제공하도록 하는
주파수 제어 방법.
본 발명의 제3 양상에 따르면, 프로세싱부에서 실행될 때, 상기 프로세싱부가 제28항의 방법을 수행하도록 하는 세트의 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
본 발명의 제4 양상에 따르면, 프로세싱부에서 실행될 때, 상기 프로세싱부가 제28항의 방법을 수행하도록 하는 저장된 세트의 명령들을 갖는 컴퓨터 판독 매체가 제공된다.
도 1은 본 발명이 실시될 수 있는 동기 전력 망을 나타내는 다이어그램이다;
도 2a는 본 발명과 함께 사용하기 위한 전력부 제어기의 일 실시예를 나타내는 다이어그램이다;
도 2b는 본 발명과 함께 사용하기 위한 전력부 제어기의 일 실시예를 나타내는 다이어그램이다;
도 3는 본 발명과 함께 사용하기 위한 제어 노드의 일 실시예를 나타내는 다이어그램이다;
도 4 본 발명이 실시될 수 있는 일 예의 네트워크를 나타내는 다이어그램이다;
도 5는 본 발명의 일 예에 따라 수행되는 단계들을 나타내는 흐름도이다;
도 6a는 일 예의 망 주파수 값의 예측을 나타내는, 모니터링된 시간에 대한 망 주파수의 일 예의 그래프이다;
도 6b는 일 예의 망 주파수 값의 예측을 나타내는, 모니터링된 시간에 대한 망 주파수의 일 예의 그래프이다;
도 6c는 일 예의 망 주파수 값의 예측을 나타내는, 모니터링된 시간에 대한 망 주파수의 일 예의 그래프이다;
도 7a는 모니터링된 주파수를 위해 정의된 일련의 간격들을 나타내는 다이어그램이다.
도 7b는 모니터링된 주파수가 다항식 함수와 어떻게 대응될 수 있는지 나타내는 다이어그램이다.
도 7c는 모니터링된 주파수가 다항식 함수와 어떻게 대응될 수 있는지 나타내는 다이어그램이다.
도 7d는 모니터링된 주파수가 다항식 함수와 어떻게 대응될 수 있는지 나타내는 다이어그램이다.
도 7e는 모니터링된 주파수가 다항식 함수와 어떻게 대응될 수 있는지 나타내는 다이어그램이다.
도 7f는 모니터링된 주파수가 다항식 함수와 어떻게 대응될 수 있는지 나타내는 다이어그램이다.
도 8a는 3차원 시나리오들에서 시간에 대한 모니터링된 망 주파수의 일 예의 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 일 예의 제어 순서를 나타내는 다이어그램이다.
도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 일 예의 제어 순서를 나타내는 다이어그램이다.
발전소들과 같은 제공기관으로부터 가구들(domestic households) 및 회사들과 같은 소비자들에게로 전기 공급은 일반적으로 전기 분산 네트워크 또는 전력 망을 통해 이루어질 수 있다. 도 1은 전송 망(transmission grid)(102) 및 분산 망(distribution grid)(104)을 포함하는 본 발명이 실시될 수 있는 실시예들에서, 일 예의 전력 망(100)을 보여준다.
전송 망(102)은 원자력 발전소 또는 가스-화력 발전소일 수 있는 전력 발전기들(106)에 연결될 수 있고, 오버헤드 전력 라인들(overhead power lines)과 같은 전력 라인들을 통해, 분산 망(104)으로, 그것으로부터 대용량의 전기 에너지를 매우 높은 전압(일반적으로 수백kV 정도)에서 전송한다.
전송 망(102)은 전기 공급원을 분산 망(104)에서의 분산을 위해 더 낮은 전압(일반적으로 50kV 정도)으로 변환하는 변압기(108)를 통해 분산 망(104)에 연결된다.
분산 망(104)은 전력 소비 장치들을 위한 전력을 전력 망(100)으로 제공하는 로컬 네트워크들을 위해 여전히 더 낮은 전압들로 변환하기 위한 변압기들을 더 포함하는 변전소들(substations)(110)을 통해 연결된다. 로컬 네트워크들은 몇 kW 정도의 상대적으로 적은 양의 전력을 이끄는 개인 주택(113) 내의 가전제품으로 전력을 공급하는, 도시 네트워크(city network)(112)와 같은 가구 소비자들(domestic consumers)의 네트워크들을 포함할 수 있다. 개인 주택(113)은 또한 주택에서 가전제품에 의한 또는 망에 대한 전력의 공급을 위한 소비를 위해 상대적으로 적은 양의 전력을 공급하도록 태양광 장치들(115)을 사용할 수 있다. 로컬 네트워크들은 또한 공장(114)과 같은 산업용 건물들을 포함할 수 있고, 여기에서 산업용 건물들에서 동작하는 대형 가전들은 몇kW에서 몇 MW 정도의 더 많은 양의 전력을 이끈다. 로컬 네트워크들은 또한 전력을 전력 망으로 제공하는 풍력 발전소(116)와 같은 더 작은 전력 발전기의 네트워크들을 포함할 수 있다.
비록, 간결성을 위해, 도 1에 하나의 전송 망(102) 및 하나의 분산 망(104)만이 보여졌지만, 실제로는 일반적인 전송 망(102)은 전력을 다중 분산 망들(multiple distribution grids)(104)로 제공하고, 하나의 전송 망(102)은 또한 하나 이상의 다른 전송 망들(102)에 상호 연결될 수 있다.
전력은 전력 망(100)에서 망 주파수(국가에 따라, 일반적으로 50 또는 60Hz)로 불릴 수 있는 시스템 주파수에서 흐르는 교류 전류(alternating current; AC)로서 흐른다. 주파수가 망의 각 포인트에서 실질적으로 동일하도록 전력 망(100)은 동기 주파수(synchronized frequency)에서 동작한다.
전력 망(100)은 전력 망(100)과 다른 전력 망들 사이에 DC 연결을 제공하는 하나이상의 직류 전류(direct current; DC) 상호 연결들(interconnects)(117)를 포함할 수 있다. 일반적으로, DC 상호 연결들(117)은 전력 망(100)의 일반적으로 높은 전압 전송 망(102)에 연결한다. DC 상호 연결들(117)은 전력 망(100)이 다른 전력 망들의 망 주파수에서의 변화들에 의한 영향을 받지 않는 주어진, 동기화된, 망 주파수에서 동작하는 영역을 정의하도록 다양한 전력 망들 사이에 DC 연결을 제공한다. 예를 들어, 영국 전송 망은 DC 상호 연결들을 통해 유럽 대륙의 동기 망(Synchronous Grid of Continental Europe)에 연결된다.
전력 망(100)은 또한 전력 망(100)으로부터 전력을 소비하거나 또는 전력 망(100)에 전력을 공급할 수 있는 전력부들(119)을 포함한다. 각각의 전력부(119)는 연관된 전력부(119)(본원에서 "전력부 제어기들(power unit controllers)" (PUCs)(118)로 언급된)로부터의 전력의 공급 및/또는 소비를 제어하기 위한 장치와 연관된다.
전력 망(100)은 또한 망의 동기 동작 주파수(이후, 망 주파수라고 함)를 측정하도록 배치된 측정 장치들(measurement devices)의 형태로 측정 시스템을 포함한다.
전력부 제어기들(118)은 전력부들(119)과 개별적으로 및/또는 그것 상에 설치되어 제공될 수 있다. 전력부 상에 설치되는 전력부 제어기의 이점은 PUC가 그것 상에 설치된 전력부 마다 다른, 내부에 저장된 정보를 갖는 전용 장치의 형태를 가질 수 있고, 따라서 프로그램 동작 가능한 PUC의 필요성을 감소시킬 수 있고, 따라서 프로그램 동작 가능한 기능을 제공하는 것과 연관된 비용을 감소시킬 수 있다는 것이다. 하지만, 전력부와 개별적으로 제공되는 전력부 제어기의 이점은 PUC가 일반적인 프로그램 동작 가능한 장치를 가질 수 있고, 임의의 전력부에 적용될 수 있고, 따라서 유연성을 증가시킬 수 있다는 것이다.
전력부들(119)은 전력 발전기들(106), 주택 건물들(113) 또는 산업 건물들(114)에서의 가전제품들 및/또는 풍력 터빈들(116) 또는 태양 전지 패널들(115)과 같은 소형 발전기들을 포함할 수 있다.
전력부 제어기(118)는 복수의 전력부들(119)과 연관될 수 있다. 예를 들어, 풍력 발전소(116)에서, 많은 터빈들이 풍력 발전소에 존재할 수 있지만, 전체 터빈들의 전력 출력은 망에 대한 단일 연결(single connection)을 통해 망으로 공급될 수 있고, 이러한 경우에 하나의 전력부 제어기(118)만이 단일 연결과 연관될 수 있다.
비록, 단순화를 위해, 도 1에서는 7개의 전력부 제어기들(118)만이 보여졌지만, 실제로는 전력 망(100)이 수백 또는 수천 개의 이러한 장치들을 포함할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 또한, 비록, 단순화를 위해, 도 1에서는 3개의 측정 장치들(120)만이 보여졌지만, 도 4를 참조하여 아래에 더욱 상세히 설명된 것과 같이, 실제로는 많은 측정 장치들(120)이 동일한 동기 전력 망(100)에서 동작할 수 있는 것으로 이해될 것이다.
도 1의 전력 망은 또한 도 3을 참조하여 아래에 더욱 상세히 설명된, 전력부 제어기들(118) 중 하나 이상 및 측정 장치들(120) 중 하나 이상(도 1에서 안테나로서 실질적으로 나타내어진 일 예의 통신 수단들)과 통신하고, 제어기들(118)과 연관된 전력부들(119)의 전력 소비 및/또는 공급에서의 변화에 영향을 주도록 제어 명령들을 전력부 제어기들(118)로 전송할 수 있는, 본 발명의 제어 시스템의 일 실시예, 제어 노드(Control Node; CN)(130)를 포함한다. 망에서 전력부들의 전력 공급 및/또는 소비를 제어하는 것으로, 측정된 주파수에서 나타나는, 망에서의 전력 불균형이 상쇄될 수 있다. 예를 들어, 발전기가 망으로부터 갑자기 손실되는 경우, 공급 부족이 있을 것이고, 구동 장치를 갖는 회전 발전기들(spinning generators)의 회전 스피드는 부하의 상대적인 증가에 응답하여 감소되고, 따라서 생성된 전기의 주파수는 그에 맞춰 감소되고, 망 주파수는 또한 감소될 것이다. 하지만, 전력부들이 그것들의 소비를 감소시키도록 또는 그것들의 공급을 증가시키도록 제어되는 경우, 발전기들에 의한 부하의 상대적인 증가는 완화될 수 있고, 예를 들어, 전력 공급 및 소비에서의 불균형은 개선될 수 있고, 망 주파수에 대한 영향을 줄일 수 있다.
도 2a는 자체가 동기 전력 망(100)에 연결된, 전력부(119)에 연결된 일 예의 전력부 제어기(PUC)(118)의 개략도이다. 이러한 실시예에서, PUC(118)는 입력/출력 통신 인터페이스(I/O)(202), 프로세서(204), 및 데이터 저장부(208)를 포함한다. PUC(118)는 그것이 연관된 전력부(119)의 동작을 제어하도록 배치된다. I/O 인터페이스(202)는 정보, 예를 들어 CN(130)으로부터 제어 명령어들을 나타내는 정보를, GSM(Global System for Mobile Communications), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), LTE(Long Term Evolution), 고정된 무선 접속(IEEE 802.16 WiMax와 같은) 및 무선 네트워킹(IEEE 802.11 WiFi와 같은) 중 하나 이상을 포함할 수 있는 고정되거나 또는 무선 통신 네트워크를 통해, 수신하도록 배치된다. 일 예의 통신 수단들이 도 2a에 I/O(202)에 연결된 안테나(203)로서 개략적으로 나타내었다. 통신 네트워크는 고정 및 무선 통신 수단들의 혼합으로 구성될 수 있다. 통신 네트워크는 메시 네트워크들, 예를 들어 지그비 메시 네트워크(ZigBee mesh network)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 메시 네트워크를 포함하는 통신 네트워크에서, CN(130)은 메시의 하나 이상의 다른 PUC들(118)을 통해 제1 PUC(118)와 통신할 수 있다. 통신 네트워크는 복수의 메시 네트워크들, 예를 들어 고정된 통신 네트워크에 연결된 PUC(118)의 근방에서 PUC들(118)로 제어 명령들을 분배하는 각각을 포함할 수 있다.
I/O 인터페이스(202)에서 수신된 정보는 프로세서(204)에 의해 처리될 수 있고, 데이터 저장부(208)에 저장된다.
아래에 설명된 것과 같이, 프로세서(204)는 수신된 정보를 연관된 전력부(119)가 해석 및 실시할 수 있는 제어 명령들로 변화하도록 배치될 수 있다.
데이터 저장부(208)는 그것이 연관된 전력부(119)에 관한 프로파일 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 이러한 정보는 연관된 전력부(119)의 식별 번호, 유닛 가용성 상태(unit availability status), 유닛 지리적 또는 망 위치 표시(unit geographical or grid location indication), 유닛 제어 히스토리(unit control history), 유닛의 사용과 연관된 보상 레이트(remuneration rate), 또는 유닛의 계획된 사용의 스케쥴에 관한 정보를 포함할 수 있다. 프로파일 정보는 또한 PUC(118)가 연관된 전력부(119)의 하나 이상의 전력 소비 및/또는 공급 특성들에 관한 정보, 예를 들어 공급 용량, 소비 용량, 응답 시간 특성(characterising response time), 응답 함수 특성, 또는 공급 또는 소비 상태를 포함할 수 있는 정보를 포함할 수 있다.
데이터 저장부(208)에 저장된 정보는, 예를 들어 PUC(118)로 및/또는 PUC(118)로부터, I/O(202)를 통해 CN(130)로부터 및/또는 CN(130)으로 전달될 수 있다. 양방향 통신의 능력은 그것이 저장하는 프로파일 정보를 업데이트할 수 있는 CN(130)에 연결될 수 있는 PUC(118)의 데이터 저장부(208)에 저장된 프로파일 정보에서의 변화, 예를 들어 가용성 상태에서의 변화에 있어서 이점이 될 수 있다. 반대로, CN으로부터 제어 명령들을 수신하는 PUC뿐만 아니라, CN은 또한 그것의 기록들(records), 예를 들어 식별 번호 또는 그룹 할당에 관한 프로파일 정보를 업데이트할 수 있도록 프로파일 정보를 PUC로 전달할 수 있다.
데이터 저장부(208)에 저장된 정보를 고려하여, 프로세서는 I/O(202)에서 수신된 일반적인 제어 명령을 해석할 수 있고, 전력부(119) 마다 다른 전력부(119)의 제어를 실시할 수 있다. 예를 들어, 일반적인 제어 명령은 "위치 표시(indicator) Y를 갖는 X클래스의 전력부들은 당신의 소비 용량의 Z%로 소비를 감소시킴"의 취지로(to the effect of) PUC(118)의 I/O(202)에 의해 수신될 수 있고, 데이터 저장부(208)의 정보에 따라 PUC(118)에 의해, 적절하게, 실시되거나 실제로 실시되지 않을 수 있다.
특정 제어 명령들은 PUC(118)의 I/O(202)로 전송되고, 그것에 의해 수신될 수 있고, 프로세서는 데이터 저장부에 저장된 프로파일 정보에 대한 참조 없이 명령을 실시할 수 있다. 예를 들어, 이것은 각각의 전력부 또는 전력부들의 그룹에 대해 고유한 식별 번호를 사용함으로써 명령이 의도하는 전력부를 구체화하는 헤더를 포함하는 방송 메시지의 형태를 가질 수 있고, 각각의 전력부 또는 전력부들의 그룹은 헤더가 그것들의 고유 또는 그룹 식별 번호를 포함하는 것의 제어 명령들에만 응답한다. 방송 메시지들은 요구된 CN 및 PUC들 사이의 통신 대역폭이, 상대적으로 몇몇 개별 명령들이 방송될 필요가 있는, 상대적으로 좁은 것에서 이점이 될 수 있다. 방송하는 것은 또한 다른 수단들에 의해, 예를 들어 비싸거나 멀리 떨어진 위치들에서 불가능한 기존의 컴퓨터 네트워크를 통해 통신하는 시나리오에서 이점이 될 수 있다.
예를 들어, 특정 제어 명령은 또한 각각의 전력부로 특별하게 전송된 제어 명령의 형태를 가질 수 있고, 각각의 전력부는 자신의 IP(Internet Protocol) 주소를 가질 수 있고, 특정 제어 명령들은 제어 명령들이 의도하는 전력부와 연관된 특정 IP 주소로 전송될 수 있다. 각각의 PUC로 특별하게 전송된 특정 제어 명령들을 전송하는 것의 이점은 PUC가 제어 명령들을 수신하고 해석하는 필요를 감소시킨다는 것이고, 상대적으로 큰 대역폭들을 갖는 네트워크들이 전환된 패킷이 존재하는 것의 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 특정 제어 명령들을 수신하기 위한 통신 채널이 또한 그것의 프로파일 정보의 업데이트를 전송하는 CN과 통신하는 PUC를 위해 사용될 수 있다.
도 2b는 안테나(203')에 연결된 입력/출력 통신 인터페이스(202'), 프로세서(204'), 데이터 저장부(208') 및 전력 조절기(206')를 포함하는 PUC(118') 대안적인 실시예를 보여준다. 이러한 실시예에서, 전력부(119)는 전력 조절기(206')를 통해 동기 전력 망(100)에 연결된다. PUC(118')는 망(100)으로부터 및/또는 그것으로의 전력 소비 및/또는 공급에 영향을 주도록 연관된 전력부(119)의 동작을 제어하는 프로세서(204) 대신에, 프로세서(204')가 전력부(119)에 의한 소비를 위해 사용 가능한 전력 및/또는 전력부(119)에 의해 제공 가능한 전력의 망(100)에 제공되는 전력을 조절하도록 배치된 전력 조절기(206')를 제어하는 것을 제외하고, 도 2a의 PUC(118)와 실질적으로 동일한 방법으로 동작할 수 있다. 예를 들어, PUC(118')는 소비자 장치의 플러그에서 실시될 수 있고, 예를 들어 장치에 의해 이끌어질 수 있는 최대 전력을 조절할 수 있다.
PUC(118')의 이러한 대안적인 실시예는 내부 제어 회로(예를 들어, 변압기)를 갖지 않거나, 또는 외부 제어 회로와 인터페이싱하거나 또는 제어 명령들 또는 신호들에 응답하는 수단들(예를 들어, 서모스탯-제어 난방 요소 등과 같이, 낡은 주거 난방 기기)을 갖지 않는 제어 회로를 갖는 전력부에 대해 이점이 될 수 있고, 또는 동일한 포인트에서, 망(예를 들어, 단일 주거 내의 모든 기기들)과 단일 공통 전기 연결(single common electrical connection)을 공유하는 전력 장치들의 설정을 제어하기에 편리하다.
본 발명의 제어 시스템의 일 예는, 도 3을 참조하여 아래에 더욱 상세히 설명된 제어 노드(Control Node)(130)이다.
도 3은 입력/출력 통신 인터페이스(I/O)(302) 형태의 통신 수단들, 프로세서(304) 형태의 프로세싱 수단들, 및 데이터 저장부(306)를 포함하는 제어 노드(CN)(130)의 일 실시예의 개략도이다. 이러한 실시예에서, CN(130)은 동기 전력 망(100)의 망 주파수를 측정하도록 배치된 측정 장치(120)와 통신 가능하게 연결된다. 일 예의 통신 수단들은 개략적으로 도 3에서 I/O(302)에 연결된 안테나(303)로서 나타내었다.
측정 장치(120)는 CN(130)로 통합될 수 있다.
측정 장치(120)는 CN(130)로부터 멀리 떨어질 수 있다. CN(130)에 통신 가능하게 연결된 하나 이상의 측정 장치(120)가 있을 수 있고, 다른 측정 장치들(120)은 다른 지리적 또는 망 위치들을 가질 수 있고, 망 주파수에 관한 다른 로컬 특성들을 측정할 수 있다.
망(100)에 관하여 동작하는 하나 이상의 CN(130)이 있을 수 있고, 각각의 측정 장치(120)는 각각의 CN(130)에 통신 가능하게 연결될 수 있다.
측정 장치(120)는 충분한 정밀도를 갖는 전력 망의 동기 영역 내에서 망 주파수를 검출하거나 또는 측정할 수 있는 임의의 장치일 수 있다.
망 주파수에 관한 시간 주기가 망 주파수의 측정을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 전압이 0V에 걸친 시간들 간의 주기인, 반-사이클(half-cycle)의 측정이 망 주파수의 측정을 위해 사용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 반-사이클(또는 전-사이클(full-cycle))를 완료하는데 걸린 시간의 역에 해당하는 순간 망 주파수(instantaneous grid frequency)가 결정될 수 있다. 주파수 데이터는 균등해질 수 있고, 예를 들어 노이즈에 관한 주파수 요소들을 제거하도록 디지털 필터링될 수 있다.
측정 장치(120)는 망 주파수보다 더 높은 주파수에서 샘플링하도록 배치된 전압 검출기 및 샘플링된 전압을 디지털 전압 신호로 변환하도록 배치된 아날로그-디지털 컨버터(analogue to digital converter)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전압 검출기는 사이클 당 전압을 1000 번 샘플링하도록 배치될 수 있다. 그러면 디지털 전압 신호는 전압이 0V에 걸친 시간들을 고정밀도(?s 에서 ms 범위 내)로 결정하도록 처리될 수 있다.
측정 장치(120)는 망 주파수보다 더 높은 주파수에서 전류를 샘플링하도록 배치된 전류 검출기, 및 샘플링된 전류를, 이후 전류가 0V에 걸친 시간들, 또는 전류 파형과 연관된 다른 특성들을 고정밀도(예를 들어, ?s 에서 ms 범위 내)로 결정하도록 처리될 수 있는, 디지털 전류 신호로 변환하도록 배치된 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다.
측정 장치(120)는 전압 검출기 및 전류 검출기 모두를 포함할 수 있다. 전압 및 전류 모두가 0V에 걸친 시간들을 측정하는 것은 측정 장치(120)가 전압 및 전류의 상대적 위상에서의 변화를 판정할 수 있게 함으로써, 측정 장치(120)가 망의 동기 영역에서 상대적 전력의 변화들을 보상할 수 있게 한다. 이것은 결국 보다 정밀한 주파수(또는 주파수에 관한 특성)의 측정을 할 수 있게 한다.
도 3에 보여진 실시예에서, 측정 장치(120)에 의해 측정된 망 주파수는 CN(130)의 프로세서(304)로 전달되고, 데이터 저장부(130)에 저장될 수 있다.
프로세서(304)는 측정 장치(120)에 의해 전달된 망 주파수 측정들(grid frequency measurements), 예를 들어 망 주파수의 주파수, 망 주파수 변화의 비율(다시 말해, 그것의 시간에 대한 1차 미분) 또는 망 주파수 변화의 곡률(다시 말해, 그것의 시간에 대한 2차 미분)을 사용하여 망 주파수에 관한 특성들을 판정하도록 배치될 수 있다. 이러한 특성들은 데이터 저장부(306)에 저장될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 예를 들어, 측정 장치(120)는 프로세싱 수단들을 프로세서의 형태로 포함할 수 있고, 측정 장치(120)의 프로세서는 망 주파수에 관한 특성들을 판정하도록 배치될 수 있다. 이것은 측정 장치에 의해 전달되기 위해 필요한 정보의 양을 감소시킬 수 있다는 것 및 CN의 프로세서 상에 놓인 부담을 감소시킬 수 있다는 것, 다시 말해 측정된 주파수의 분산된 프로세싱을 할 수 있다는 것에서 이점일 수 있다.
도 3에 보여진 실시예의 CN의 데이터 저장부(306)는 동기 전력 망(100)에 연결된 전력부(119)에 관한 프로파일 정보를 포함할 수 있다. 이러한 프로파일 정보는 상술된 것과 같이 도 2a에 보여진 실시예의 PUC(118)의 데이터 저장부(208)에 저장될 수 있는 몇몇 또는 모든 프로파일 정보를 포함할 수 있다. 데이터 저장부(306)에 저장된 프로파일 정보는 또한 망에 연결된 전력부들(119)의 통신 세부사항들(communication details)을 포함할 수 있다. 데이터 저장부(306)는 또한 전력부들의 그룹에 관한 프로파일 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 그룹 정보는 그룹의 멤버들인 전력부들의 식별자, 그룹에 의해 생성된 공통 전력 소비 및/또는 공급 특성들, 및 공통 응답 시간 특성(collective characterising response time) 또는 그룹의 응답 함수 특성을 포함할 수 있다. 그룹은 유사한 전력부들로부터, 예를 들어 공통 또는 유사한 전력 클래스를 갖는 전력부들로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 최대 동작 전력 소비가 1-10kW 범위에 있는 전력부들로부터 하나의 그룹이 형성될 수 있다. 예를 들어, 그룹들은 또한 공통 또는 유사한 응답 시간 특성, 망 위치, 지리적 위치, 시간/날짜/주/달/시즌/년에 의한 가용성 및/또는 지난 기여 또는 임의의 다른 특징을 갖는 전력부들로부터 형성될 수 있다. 전력부들을 그룹화하는 것 및 그룹의 정보의 공통성을 갖는 것은, 그것이 주어진 공통 응답에 영향을 주도록 사용될 수 있는 개별적인 모든 전력부를 식별하기 위한 필요성을 감소시킬 수 있고, 모들 개별적인 전력부에 대해 별도의 제어 명령을 생성하기 위한 필요성을 감소시킬 수 있기 때문에, 제어 명령들의 생성에 있어서 이점일 수 있다.
데이터 저장부(306)는 CN(130)으로부터 멀리 떨어질 수 있고, 예를 들어 PUC들(118)의 데이터 저장부들(208)간에 분산될 수 있고, 프로세서(304)는 몇몇 정보, 예를 들어 I/O(302)를 통해 프로세싱에 사용하기 위한 프로파일 정보를 대신 이끌 수 있다. 이것은 CN에 대한 저장 요건들(storage requirements)을 감소시킬 수 있고, 시스템에 저장된 정보의 중복을 감소시킬 수 있다. I/O(302)는 임의의 고정 또는 무선 통신 수단들, 도 2a의 PUC(118)의 I/O(202)를 참조하여 위에 주어진 것의 예시들을 통해 PUC들(118)의 I/O들(202)과 통신할 수 있다. 또한 시스템의 전력부들의 전체 프로파일 정보를 저장하는 CN(130)과 통신하는, 단일 또는 다중 중앙 집중식, 대용량 데이터 저장부들이 존재할 수 있다. 이것은 백업 목적들을 위해 이점일 수 있고, 또한 복수의 작은 데이터 저장부들보다 많은 양의 정보를 저장하는 더욱 비용 효율적인 방법일 수 있다.
프로세서(304)는 하나 이상의 측정 장치들(120)에서 측정된 망 주파수와 관련된 변화 특성들에 기반하고, 전력부들(119)에 관한 프로파일 정보에 기반하여, I/O(302)를 통해, 전력부들(119)과 연관된 PUC들(118) 중 하나 이상으로, 전송하기 위한 제어 명령들을 생성하도록 배치된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 일 예의 네트워크에서 일 실시예의 제어 노드(130)의 개략도이다. 일 예의 네트워크는 각각이 상응하는 전력부 제어기(PUC)(118a 내지 118g)와 연관된 전력부들(119a 내지 119g), 및 측정 장치들(120a 내지 120c)을 더 포함한다. CN(130)은 통신 연결들(401)에 의해 PUC들(118a 내지 118g) 각각 및 측정 장치들(120a 내지 120c) 각각에 통신 가능하게 결합되고, 통신 연결들(401)은 임의의 고정 또는 무선 통신 수단들에 의해 제공되고, 예를 들어 이러한 통신 수단들은 도 2a를 참조하여 이미 상술되었다. 측정 장치들(예를 들어, 120a)은 몇몇의 전력부들(예를 들어, 119a 및 119b)과 같이 동일한 또는 유사한 지리적 또는 망 위치에 및/또는 임의의 전력부들로부터 멀리 떨어진 위치에 있을 수 있다.
도 4에 보여진 실시예에서, 제어 노트(130)는 망 주파수의 측정들을 측정 장치들(120)로부터 수신하고, 측정된 주파수에 기반하고, 전력부들(119a 내지 119g)의 프로파일 정보에 기반하여 제어 명령들을 생성하고, 연관된 전력부들(119a 내지 119g)의 전력 공급 및/또는 소비를 제어하기 위해 제어 명령들을 PUC들(118a 내지 118g) 중 하나 이상으로 전송한다. 예를 들어, 중앙 집중식 제어 노드로부터 망 주파수의 제어를 조정하는 것은 로컬 전력부들을 통해 조정되지 않은 로컬 제어를 통한 여러 이점들을 갖는다. 예를 들어, 중앙 집중식 제어는 망-전체 응답(grid-wide response)이 망 주파수에서의 로컬, 지역적 및/또는 망 전체 변화들에 응답하여 조정되도록 할 수 있고, 제어된 전력부들 전체의 공통 응답의 검토를 허용할 수 있다. 제공된 응답들은 다른 전력부들이, 가용성을 개선하고, 조정된 응답들이 제어 주기 동안 망 주파수에서의 변화들(예를 들어, 증가하거나 감소하는 공칭 값으로부터 망 주파수의 편차)을 고려할 수 있게 하는 제어 주기 동안 다른 시간들에서 다른 기여들을 만들기 위해 시변(time-varying)하도록 조정될 수 있다. 이러한 변화는 아래에 설명된 기법들에 따라 미리 또는 제어 주기 동안 망 주파수의 지속적인 모니터링에 기반하여 판정될 수 있다. 다른 전력부들의 제어가 스태거 방식(staggered fashion), 예를 들어 하나 이상의 변화 특성들, 예를 들어 동적 응답(dynamic response)과 같이 증가하는 편차 또는 공칭 주파수로부터 편차의 비율에서의 변화를 고려하도록 실시될 수 있다.
도 5는 전력부들이 망 주파수에 기여를 제공하도록 제어하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 일 실시예의 과정을 요약하는 흐름도이다. 예를 들어, 이것은 망 주파수에서 급격한 변화와 같은 이벤트에 응답하여 소기의 또는 공칭 값에 대한 망 주파수를 조작하기 위한 기여를 제공하기 위해 수행될 수 있다.
단계(502)에서, 망 에서의 하나 이상의 미리 결정된 위치들에서 망 주파수가 모니터링된다. 모니터링하는 것은, 이미 도 3을 참조하여 상술된 것과 같이 하나 이상의 미리 정해진 위치들에 하나 이상의 측정 장치들(120)에서 만들어진 망 주파수의 측정들의 결과들을 CN(130)에서 수신하는 것을 포함할 수 있다. 측정들의 결과들은 CN(130)의 프로세서(304)로 전달될 수 있다. 프로세서(304)는 처리할 수 있고, 측정된 주파수와 연관된 값들을 데이터 저장부(306)에 저장할 수 있다. 하나 이상의 위치에서 망 주파수를 측정하는 것은 주파수 동작의 망-전체 특성이 설정되도록 할 수 있고, 따라서 더욱 효과적인 응답이 조정되도록 할 수 있고, 예를 들어, 하나의 지역에서 영향은 받는 망 주파수에서의 큰 변화는 관련 지역에 대한 응답에 의해 보상되는 것을 필요로 할 수 있지만, 이러한 지역에서의 변화는 다른 지역들에서 요구될 수 있는 응답을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 망 주파수에서 큰 변화가 낮은 망 관성(low grid inertia)을 갖는 위치에서 측정되는 경우, 차이를 나타낼 수 있고, 이것은 높은 관성을 갖는 망 주파수의 멀리 떨어진 지역은 상당한 주파수 변화를 경험할 수 있고, 예를 들어 높은 관성 인근으로부터 측정의 분석, 이러한 높은 관성 인근에서 검출된 주파수에서의 임의의 변화를 알릴 수 있고, 실제 주파수 변화로 인한 노이즈라고 말할 수 있다.
단계(504)에서, CN(130)의 프로세서는 모니터링된 망 주파수에 관한 하나 이상의 조건들이 충족되었는지 여부를 판정한다. 이러한 조건들은 공칭 값에 대한 망 주파수를 다시 저장하기 위해 전력부들을 제어하기 위한 제어 주기를 개시할지 여부에 대한 조건들이 될 수 있다.
프로세서는 모니터링된 주파수와 연관된 하나 이상의 값들을 임계값과 비교함으로써 단계(504)의 조건이 충족되었는지를 판정하도록 배치될 수 있고, 그 조건은 임계값이 초과될 때 충족된다. 임계값은 CN(130)의 데이터 저장부(306)에 저장될 수 있고, 또는 예를 들어 I/O(302)를 통한 비교에 사용하기 위해 CN(130)의 프로세서(302)로 전달될 수 있다. 예를 들어, 임계값은 망 운영자에 의해 설정되는 측정된 망 주파수의 공칭 주파수로부터 허용 편차의 한계 내에서, 예를 들어 50Hz의 공칭 값에 대한 49.5에서 설정될 수 있고, 예를 들어 측정된 주파수가 49.5Hz 미만을 지나갈 때, 임계값을 지나가고 조건이 충족된다.
프로세서는 모니터링된 주파수가 두 개의 임계값들에 의해 경계 지어진 범위 내의 값들에 놓였는지 여부를 평가함으로써 조건이 충족되었는지를 판정하도록 배치될 수 있고, 조건은 주파수가 범위 밖에 놓일 때 충족된다. 예를 들어, 범위는 50 ± 0.5 Hz 에서 설정될 수 있고, 조건은 모니터링된 주파수가 범위 밖에 놓일 때 충족된다. 주파수 변화의 심각도를 판정하기 위해 다중 범위들이 사용될 수 있고, 예를 들어 모니터링된 주파수가 제1 범위, 예를 들어 50 ± 0.2 Hz 밖으로 벗어나는 경우, 주파수 변화는 "낮은 심각도"이고, "낮은 심각도" 변화에 적절한 응답만이 실시된다. 하지만, 예를 들어, 모니터링된 주파수가 제2 범위, 예를 들어, 50 ± 0.4 Hz를 벗어나는 경우, 주파수 변화는 "높은 심각도"이고, "높은 심각도" 변화에 적절한 응답이 실시되고, 예를 들어 이것은 더 많은 전력부들, 또는 전력 소비 및/또는 공급에서의 적절한 더 큰 제어 변화를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 망 주파수에서의 변화들에 응답하는데 걸리는 시간을 감소시키기 위해, 지역적으로 측정된 주파수 특성들은 망 주파수에서 큰 변화들을 조기 선별할 수 있도록 분석될 수 있다. 예를 들어, 이러한 분석은 아래에 설명된것과 같이 측정 장치들(120)로부터 수집된 데이터에 기반하여 CN(130)의 프로세서(302)에서 수행될 수 있다. 분석은 모니터링된 주파수의 일련의 값들(예를 들어, 관측 윈도우(observation window)에서 일련의 시간으로 나타낸)에 대해 다항식 외삽 함수(polynomial extrapolation function) 및/또는 원뿔 외삽 함수(conic extrapolation function)와 같은 수학 함수를 대응함으로써 수행될 수 있다. 이것은 제1 관측 윈도우를 커버링(covering)하는 모니터링된 주파수의 제1 일련의 값들에 함수를 대응하기 위해 "슬라이딩 윈도우(sliding window)" 접근 방식을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 그러면 윈도우는, 이후 제2 윈도우를 커버링하는 모니터링된 주파수의 제2 일련의 값들에 대한 함수에 대응하도록 이동될 수 있다.
모니터링된 주파수에 관한 하나 이상의 조건들이 충족되는 단계(504)에서의 동의 결정 이후, 하나 이상의 미리 정해진 모니터링 위치들 중 하나 이상에서 망 주파수가 제어되는 동안 제어 주기는 단계(506)에서 개시될 수 있다.
예를 들어, 제어 주기는 제어 주기의 개시에서 시작하는 것과 모니터링된 주파수가 임계값을 초과하거나 또는 주파수 범위 내로 반환되는 것이 판정되는 시간까지 계속되는 것이 명확하지 않을 수 있고, 예를 들어, 제어 주기는 모니터링된 주파수가 공칭 망 주파수 주위의 범위 내, 예를 들어 50 ± 0.5 Hz에 놓이도록 반환될 때 종료될 수 있다.
제어 주기는 미리 정해진 길이일 수 있고, 예를 들어 미리 정해진 경우, 제어부들의 전력 소비 및/또는 공급의 제어가, 예를 들어 최대 5분의 결합 지속기간까지만 영향을 받는 것이 허용되거나 또는 바람직하고, 예를 들어 그 시간 이후 이러한 방법으로 제어에 영향을 주는 것은 경제적이지 않다.
단계 (502) 내지 단계(506) 이후, 단계(508)에서, 상기 제어 주기 동안, 망 주파수에서의 변화에 관한 하나 이상의 변화 특성들이, 망 주파수의 모니터링에 기반하여 판정된다.
몇몇 실시예들에서, CN의 프로세서(304)는 하나 이상의 변화 특성들을 판정하도록 배치된다.
하나 이상의 변화 특성들은 모니터링된 주파수로부터 유도될 수 있고, 예를 들어 아래에 설명된 수학적 기법들에 기반하여, 또는 제어 주기 동안 망 주파수의 지속적인 모니터링에 기반하여 미리 판정될 수 있다. 하나 이상의 변화 특성들은 제어 주기 동안 주파수에서 변화의 알림, 예를 들어 공칭 값으로부터 편차에서의 변화, 및/또는 주파수 변화의 "형상(shape)"의 표시(representation)를 포함할 수 있다.
변화 특성들은 관측 윈도우에서 모니터링된 주파수에 대응된 다항식 함수의 하나 이상의 계수들, 또는 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 아래에 설명된 것과 같이, 미래의 지정된 시간에서 모니터링된 주파수의 예측된 값을 포함할 수 있다.
도 7a 내지 도 7f를 참조하여 아래에서 더욱 상세히 설명된 것과 같이, 변화 특성들은 제1 관측 윈도우에서의 제1 일련의 값들에 대응된 제1 다항식 함수의 하나 이상의 계수들과, 이후 제2 관측 윈도우에서의 제2 일련의 값들에 대응된 제2 다항식 함수의 하나 이상의 계수들, 뿐만 아니라 이후 추가적인 관측 윈도우들에서의 추가적인 일련의 값들에 대응된 추가적인 다항식 함수들의 하나 이상의 추가적인 계수들 간의 하나 이상의 차이들을 포함할 수 있다.
변화 특성들이 제어 주기 동안 변화한다는 것이 이해될 것이고, 따라서 도 5에서 단계(508)의 하나 이상의 변화 특성들의 판정은 제어 주기 동안 지속적으로 또는 간격을 두고 발생할 수 있다. 제어 주기 동안 판정된 변화 특성들은 제어 주기에서 모니터링된 주파수에서의 변화의 본질을 설명할 수 있는 임의의 특성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모니터링된 주가수가 하강 또는 상승할 것인지 여부, 얼마나 많이, 어떠한 비율에서, 어떠한 함수의 형태에 따라, 언제 어떻게 하강 또는 상승을 중지할 것인지, 및 언제 어떻게 제어 주기를 종료할 조건을 충족할 것인지, 모든 것이 단계(502) 내지 단계(506)을 참조하여 상술된 것과 같은 모니터링된 주파수의 연속 또는 구간 분석에 의해 판정될 수 있다.
단계(508)에서 판정된 하나 이상의 변화 특성들에 기반하고, 망(100)에 연결된 분산된 복수의 전력부들(119)에 관한 프로파일 정보에 기반하여, 도 5의 단계(510)에 나타낸 것과 같이, 제1 복수의 전력부들의 전력 소비 및/또는 공급을 제어하기 위한 제어 명령들이 생성될 수 있다. 제어 명령들이 단계(508)에서 판정된 변화 특성들로 나타낸 것과 같은 망 주파수에서의 변화에 대응할 수 있도록 생성될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제어 명령들은 CN(130)의 프로세서(304)에 의해 생성될 수 있다. 제어 명령들은 단계(502) 내지 단계(508)와 동시에 또는 다음에 생성될 수 있다. 단계(502) 내지 단계(508)와 동시에 제어 명령들이 생성되는 몇몇 실시예들에서, 예를 들어 제어 명령들은 단계(504)의 하나 이상의 조건들이 충족되었다는 판정을 한번만 전송되도록 승인된 제어 명령에만 활성화될 수 있다.
도 5의 단계(512)에서, 단계(510)에서 생성된 제어 명령들은 제1 복수의 전력부들로 전송되고, 그러므로 그것들은 제어 주기 동안 망 주파수에 대한 시변 기여를 제공하도록 제어된다. 제어 명령들은 CN(130)의 I/O(302)를 통해 각각의 전력부와 연관된 PUC(118)의 I/O(202)로 전송된다.
일 실시예에서, 프로세서(304)는 망 주파수의 예측을 만들고, 망 주파수의 예측된 값이 임계값을 초과했는지 또는 주파수 범위 밖에 놓였는지 여부에 기반하여 조건이 충족되었는지 여부를 판정하도록 배치된다. 망 주파수의 예측된 값에 따라 조건이 충족되었는지 여부를 판정하는 것의 과정은 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 아래에서 설명된다.
도 6a내지 도 6c는 시간 t에 대한 망 주파수 f의 예시적인 개략적인 그래프를 보여주고, 여기에서, 각각의 경우에, 모니터링된 주파수는 실선 "E"로 나타내었고, 망 주파수의 예측된 값은 검은색 별로 나타내었다. 도 6a 내지 도 6c의 각각에서 시간 축 상에서의 "0"은 각각의 경우에서 개념적인 존재(notional present)를 나타내고, 도 6a 내지 도 6c의 각각은 모니터링된 주파수의 그래프 및 연속적인 이후 시간들에서 예측된 주파수를 나타낸다. 이러한 예시들에서 정상 동작의 가상의 공칭 망 주파수는 50 Hz이고, 주파수의 가상의 '허용 범위'는 ±0.5 Hz이다. 하지만, 공칭 망 주파수는 공칭 동작 값이 되도록 선택된 동기 전력 망의 임의의 주파수가 될 수 있고, 망 주파수의 '허용 범위'는 망 주파수를 범위 내에 유지하도록 요구된 임의의 범위가 될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
도 6a는 일련의 최초의 그래프이고, 개념적인 존재가 시간 "0"에서 50 Hz에 접근할 때까지 기록된 모니터링된 주파수 "E"가 상승하는 것을 보여준다. 관측 윈도우는 두 개의 시간들 "A" 및 "B" 사이에서 정의되고, 시간 "B"는 개념적인 존재 "0"으로서 정의되고, 시간 "A"는 포인트 "B"로부터 과거에서, 예를 들어 1초를 말함, 설정된 시간으로서 정의된다. 예를 들어 최소 제곱법에 기반하여 대응하는, 과정에 대응하는 다항식이 이러한 관측 윈도우에 기록된 모니터링된 주파수에 적용된다. 예를 들어, 이러한 과정은, 함수로부터 모니터링된 주파수의 최소 합 편차(smallest sum deviation)를 야기하는 관측 윈도우에서의 함수 f = at 2 +bt +c의 계수들, a, b, c를 결정할 수 있다. 관측 윈도우에 대한 계수들이 결정되면, t = C 를 갖는 f에 대한 방정식을 해결함으로써, 미래의 몇몇 특정 시간, t = 0 + C, 예를 들어 말하면, C = 2초, 다시 말해 미래 시간들에 대한 관측 윈도우의 모니터링된 주파수에 대응되는 함수를 외삽하는(extrapolating) 시간에 대한 망 주파수의 예측이 이루어질 수 있다. 도 6a에서, 관측 윈도우에 대응되는 함수는 주로 선형이고, 시간 "C"에 대한 이러한 함수의 외삽은 검은 별로 나타낸 예측된 주파수를 야기한다. 도 6a에서 대응된 함수는 작은 기울기를 갖고, 예를 들어, 결과적으로 예측된 주파수는 50 +/- 0.5 Hz 범위 내에 놓이고, 따라서 예측된 주파수가 50 +/- 0.5 Hz 범위 밖에 놓인 조건은 도 6a에서 충족되지 않는다.
도 6b는 시간이 이동되었고, 추가적인 모니터링된 시간 "E'"가 표시되었고, 시간들 "A'" 및 "B'" 사이에 정의된, 관측 윈도우가 이동된 것을 제외하고, 도 6a와 동일한 것을 보여준다. 상술된 과정에 대응하는 다항식이 이러한 이후 관측 윈도우에 포함된 모니터링된 주파수에 다시 적용된다. 도 6b에서 점선 D'로 나타낸, 관측 윈도우에 대해 대응된 함수 f' = a't2 + b't + c' 는 몇몇 곡률을 갖지만 약간의 기울기는 모니터링된 주파수가 관측 윈도우의 끝에서 감소된다는 사실을 반영한다. 시간 C'에서 주파수에 대한 예측이 t = C'에 대한 f'를 해결함으로써 이루어지고, 여기에서, C' = 2 s 를 말하고, 이러한 예측된 값은 도 6b에 검은 별로 나타내었다. 다시, 예를 들어 예측된 주파수는 50 +/- 0.5 Hz 범위 밖에 놓이지 않고, 따라서 예측된 주파수가 50 +/- 0.5 Hz 범위 밖에 놓이는 조건은 도 6b에서 충족되지 않는다.
도 6c는 시간이 더 이동되었고, 여전히 추가적인 모니터링된 시간 "E''"가 표시되었고, 시간들 "A''" 및 "B''" 사이에 정의된, 관측 윈도우가 더 이동된 것을 제외하고, 도 6b와 동일한 것을 보여준다. 도 6c에서 점선 D'' 로 나타낸, 관측 윈도우에 대해 대응된 함수 f'' = a''t2 + b''t + c'' 는 몇몇 곡률을 갖지만 보다 실질적인 기울기는 모니터링된 주파수가 "A''" 및 "B''" 사이에 정의된 거의 모든 관측 윈도우에 대해 감소된다는 사실을 반영한다. 시간 C'' 에서 주파수에 대한 예측이 t = C''에 대한 f'' 를 해결함으로써 이루어지고, 여기에서 C'' = 2 초를 말하고, 이러한 예측된 값은 도 6c에서 검은 별로 나타내었다. 여기에서, 예를 들어 예측된 주파수는 50 +/- 0.5 Hz 범위 밖에 놓이고, 따라서 예측된 주파수가 50 +/- 0.5 Hz 범위 밖에 놓인 조건이 도 6c에서 충족되고, 따라서 예를 들어 전력부들이 제어될 수 있는 제어 주기가 개시된다.
또 다른 실시예에서, 프로세서는 도 7a 내지 도 7f를 참조하여 지금 설명되는 하나 이상의 연속 관측 윈도우들에서 모니터링된 주파수에 대응된 하나 이상의 함수들의 계수들을 비교함으로써 조건이 충족되었는지 여부를 판정하도록 배치된다.
도 7a 내지 도 7f는 모니터링된 주파수의 값이 2차 다항식 함수에 대응되는 시간 t를 갖는 주파수의 변화들을 보여준다. 2차 다항식 함수의 함수 형태는 at2+bt+c이고, 함수의 형태를 정의하는 파라미터들은 계수들 a, b, 및 c이다. 여기에서 다시, 다항식 함수는 각각의 관측 윈도우에 대해 모니터링된 주파수에 연속적으로 대응되고, 여기에서 대응의 목적을 위한 "t = 0"는 각각의 연속적인 관측 윈도우 내에 일관된 포인트에 대해 연속적으로 다시 정의된다.
도 7a는 1 내지 10으로 레이블링된 10 개의 관측 윈도우들의 주기에 걸쳐 측정된 주파수 특성을 보여준다. 10 개의 관측 윈도우들의 과정을 통해 모니터링된 주파수에서의 변화가 존재하는 것이 보여질 수 있다. 특히, 모니터링된 주파수는 관측 윈도우 1, 2, 및 3 동안 안정적이고, 이후 윈도우 4에서의 값에서 감소된다. 모니터링된 주파수의 변화에서의 비율은 관측 윈도우 6에서 변화의 최대 비율로 약간 증가하고, 이후 변화의 비율은 관측 윈도우 10에 대해 감소한다.
도 7b 내지 도 7f는 도 7a에 보여진 모니터링된 주파수에 대응하는 2차 다항식 함수를 보여준다.
관측 윈도우2 동안(도 7b), 모니터링된 주파수는 안정적이어서, 대응된 다항식 함수는 기울기가 제로에 가까운 선형 함수로 감소한다.
관측 윈도우 4 동안(도 7c), 주파수 특성은 감소한다. 이러한 윈도우에서, 모니터링된 주파수는 전선 곡선으로 나타낸 것과 같이 역 포물선을 나타내는 다항식 함수와 최적으로 대응될 수 있다. 예를 들어, 이러한 역 포물선은 음의 값의 계수 "a"에 의해 특성화될 수 있다. 윈도우 5 동안(도 7d), 모니터링된 주파수의 변화의 비율(비율의 감소)은 증가한다. 그러므로, 예를 들어, 윈도우 5의 모니터링된 주파수(도 7d)는 윈도우에 걸쳐 가파른 기울기를 갖는 더 샤프한 역 포물선을 나타내는 다항식과 최적으로 대응될 수 있다. 예를 들어, 이러한 가파른 기울기는 계수 "b"의 크기에서의 증가에 의해 특성화될 수 있다.
윈도우 6 동안(도 7e), 모니터링된 주파수는 실질적으로 단순한 방법으로 더 감소하지만, 그러므로 선형함수와 최적으로 대응될 수 있다. 선형 함수들은 계수 a = 0를 갖고, 이것은 또한 모니터링된 주파수의 개념적인 함수 형태에서 굴절 포인트를 표시한다.
윈도우 8 동안(도 7f), 모니터링된 주파수는 굴절 포인트를 지나가고, 모니터링된 주파수의 변화의 비율은 감소한다. 따라서, 모니터링된 주파수는 비-반전 포물선과 최적으로 대응될 수 있다. 예를 들어, 이러한 비-반전 포물선은 양의 값의 계수 "a"에 의해 특성화될 수 있다. 예를 들어, 하나의 관측 윈도우에 대한 모니터링된 주파수 값들에 대응된 다항식 함수의 계수들을 다음 관측 윈도우에 대한 계수들과 비교함으로써, 모니터링된 주파수의 감소의 시작(또는 실제로 증가)과 같은 대응된 함수의 형태로 상당한 변화(비-제로 값을 갖는 계수들을 검출함으로써), 모니터링된 주파수의 변화의 비율에서의 변화(계수들의 크기에서의 변화를 검출함으로써) 및 모니터링된 주파수에서의 전환 포인트 또는 굴절 포인트들(하나 이상의 계수들의 부호에서의 변화를 검출함으로써)을 검출하는 것이 가능한 것이 상술된 예시로부터 보여질 수 있다. 이러한 예시에서, 하나 이상의 조건들이 충족되었는지의 판정은 연속 관측 윈도우들에서 하나 이상의 계수들 간의 차이를 판정하는 것, 및 크기 및/또는 부호의 차이가 하나 이상의 범위들에 놓였는지 여부를 판정하는 것을 포함할 수 있고, 하나 이상의 차이들이 범위들 중 하나 이상의 밖에 놓일 때 조건이 충족된다.
또한, 다항식 함수의 계수들이 시간 간격들 사이에서 어떻게 변하는지 판정함으로써 주파수 특성이 변화될 양을 추정하는 것이 가능하다. 일반적으로, 모니터링된 주파수가 전환 포인트에 접근함에 따라 주파수 특성의 전체 감소(또는 증가)의 정확한 추정이 이루어질 수 있고(도 7e); 이것은 일반적으로 대략 500ms의 주파수 특성 중 감소 시작 다음의 시간에 해당하고, 이것은 임계값에 도달하는데 걸린 시간(예를 들어, 몇 초 정도)보다 상당히 짧은 시간 프레임이 될 수 있다.
위 실시예들에서, 다른 가중치가 다른 관측 윈도우들에서 모니터링된 주파수에 대해 주어질 수 있고, 예를 들어 가장 큰 가중치가 최근의 관측 윈도우에서 모니터링된 주파수에 대해 주어질 수 있다. 이러한 가중치 과정은 필터로서 동작할 수 있으므로, 그것은 대응된 함수들의 계수들의 판정에 대한 모니터링된 주파수의 기생 요소들(spurious components)의 영향을 감소시킬 수 있다.
대응 과정은 다른 함수 형태들, 예를 들어 지수 함수들, 전력 함수들, 또는 예를 들어 임의의 차수의 다항식에 대한 모니터링된 주파수의 대응에 기반할 수 있다.
조건들은 측정 장치(120)에 대한 로컬 영역에서 망 관성의 측정을 참조하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 조건이 충족되는 외부 주파수들의 범위는, 전력 불균형에서 주어진 급격한 변화 때문에, 상대적으로 큰 관성을 갖는 망의 영역으로부터의 측정들을 위해 상대적으로 작게 설정될 수 있고, 상대적으로 큰 관성을 갖는 영역을 위한 망 주파수에 대한 영향은 상대적으로 작을 수 있다.
도 5의 단계(510)에서 제어 명령들의 생성, 및 도 5의 단계(512)에서 전력부들로 제어 명령들의 전송으로 발생하는 전력부들의 제어로 인한 결과들인 망 주파수에 대한 기여가 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 8a는 1 내지 5로 레이블링된 시간에서 특정 포인트들에 의한 간격들로 분리된, 3개의 다른 가상 시나리오들 "A", "B", 및 "C" 에서 시간에 대해 모니터링된 주파수의 가상 그래프들을 보여준다.
도 8a의 시나리오 "A"에서의 1에, 망의 모니터링 영역에서의 전력 공급에 급격한 손실이 있고, 따라서 망 주파수가 감소한다. 시나리오 "A"에서, 급격한 손실, 다시 말해 본원에 개시된 발명이 배치되지 않은 것에 응답하여 동작이 일어나지 않고, 따라서 망 주파수가 새로운, 더 낮은 망 주파수에서 평형에 접근함에 따라 점점 더 느린 비율의 감소이지만, 2 에서 5를 통해 망 주파수는 계속해서 하강하고, 4 바로 전에, 49.5 Hz의 망 주파수의 가상의 더 낮은 허용 한계 미만으로 떨어진다. 이러한 시나리오를 다루는 종래의 방법에서, 공칭 값으로 반환된 망 주파수를 반환하기 위해, 망에서 또 다른 큰 발전기가 그것의 전력 공급을 증가시키는 것은, 1 이후 몇 초 또는 수십 초가 될 수 있다. 하지만, 이 시간 까지, 망 주파수는 이미 공칭 값에 대한 가상의 허용 범위를 벗어난 수십 초의 시간을 소비했다.
도 8a의 시나리오 B에서, 시나리오 A의 급격한 전력 불균형과 동일한 것이 1에서 발생하고, 주파수는 동일한 방법으로 1 과 2 사이에서 처음 하강한다. 하지만, 이러한 시나리오에서 본 발명의 실시예에 따른 제어 주기가 시작된다. 2 전에 모니터링된 주파수의 분석(예를 들어 상술된 것과 같은)으로부터, 조건이 충족되었는지, 및 제어 주기가 시작되어야 하는지 CN(130)에 의해 판정될 수 있고, 제어 주기는 2에서 시작된다. 또한, 이러한 예시의 시나리오에서, 1과 2 사이에서 모니터링된 주파수의 분석으로부터(예를 들어, 도 6a 내지 6c 및 도 7a 내지 도 7f를 참조하여 상술된 방법들을 사용하여), 망 주파수가 갖는, 시간에 따라 변화할 수 있는 방법을 특성화하는 주파수 특성들이 유도될 수 있다. 예를 들어, 이러한 주파수 특성들은 판정하기 위한 모니터링, 예를 들어 1과 2 사이에서의 주파수 변화와 연관된 전력 불균형의 크기에 대한 로컬 영역에서의 관성 특성과 결합되고, 따라서 전력 공급 및/또는 소비의 크기 및 기간은 계산된 불균형을 보상하기 위해 제어될 필요가 있다.
예시적인 시나리오 B에서, 2에, CN(130)의 프로세서(304)는 또한 데이터 저장부(306)으로부터 전력부들(119)의 프로파일 정보를 판독한다. 예를 들어, 이후 프로세서는 그것의 프로파일 정보가 그것들이 제어에 사용할 수 있는지, 그리고 이러한 예에서, 현재 전력을 소비하고 있는 전력 소비 유닛(power consumption unit) 또는 현재 전체 용량에서 전력을 공급하고 있지 않은 전력 공급 유닛(power provision unit)을 나타내는 전력부들만 더 고려할 수 있도록 전력부들(119)을 필터링할 수 있다. 예를 들어, 이후 프로세서는 전력 소비 및/또는 공급 용량과 같은 추가적인 프로파일 정보에 기반하여 필터링 이후에 남아있는 각각의 전력부에 대해 계산할 수 있고, 계산된 불균형을 충분히 보상하도록 결합된 응답을 제공하기 위해 제어 명령들은 각각의 전력부로 전송될 필요가 있다. 예를 들어, 충분한 응답(예를 들어, 응답이 전달될 수 있는 충분한 크기 및 스피드)을 제공할 수 있는 전력부 또는 전력부들의 그룹이 있을 수 있다. 이러한 그룹은 도 8b에서 블록(804)로나타내었고, 이것은 전력부들의 예시적인 제어 스케쥴을 보여주는 개략적인 다이어그램이고, 제어 스케쥴은 시나리오 B와 연관된다. 예를 들어, 블록(804)로 나타낸 그룹은 매우 짧은 응답 시간을 갖지만 제한된 용량의 공급을 갖는, 예를 들어 짧은 주기 동안에만 전송될 수 있는 산업적 또는 상업적 프로세스의 전력부들을 포함할 수 있다.
2에서, 제어 명령들이 생성되고, 블록(804)로 나타낸 그룹으로 전송된다. 블록(804)로 나타낸 전력부들이 제어 명령들에 응답하는데 걸리는, 3까지 지속되는, 도 8b의 블록(802)로 나타낸, 짧은 주기의 시간일 수 있다.
블록(804)로 나타낸 전력부들의 그룹의 제어의 결과로, 도 8a에서 시나리오 B의 모니터링된 주파수는 3에서 하강을 중단하고, 천천히 증가한다. 하지만, 전력부들의 그룹(804)은, 예를 들어 산업 공정의 중단 기간의 한계들 때문에 제한된 주기의 시간 동안만 응답을 제공할 수 있고, 예를 들어 제한된 주기는 망 주파수를 공칭 주파수에 대한 허용 범위에 다시 저장하기 위해 시스템 생성/소비를 균형 있게 하는 예비 전력(reserve generation)을 모으기 위해 필요로 하는 결정된 시간보다 짧다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전력부의 그룹(804)이 확장된 주기의 시간에 대한 응답을 제공하는 것은, 예를 들어 사용자의 전력부에 불편을 끼칠 수 있기 때문에 바람직하지 않을 수 있다.
이것은 프로파일 정보, 예를 들어 응답 특성 시간(characterising response time) 또는 블록(804)로 나타낸 전력부들의 시간 중 이용 가능한 시간의 최대 길이의 표시로부터 2에서 결정되고, CN(130)의 프로세서(304)는 또한 2에서, 도 8b에 블록(808)로 나타낸 제2의 또는 제2 그룹의 전력부들을 위한 제어 명령들을 생성하고, 전송한다. 블록(808)로 나타낸 그룹은, 블록(806)으로 나타낸 제어 명령들에 응답하기 위한 주기를 갖고, 예를 들어 유닛에서 상대적으로 느린 제어 회로 때문에, 그것은 중간 길이이고, 그러므로 블록(804)로 나타낸 그룹과 연관된 응답이 중단되기 직전에, 4에서 응답에 기여하기 시작한다.
예를 들어, 블록(808)로 나타낸 전력부들의 그룹은 제어 명령들에 대해 상대적으로 느리게 응답이 발생하는 냉각부(refrigeration units)포함하고, 그것은 예를 들어 충분한 전체 레벨의 냉각을 유지하기 위해 제한된 양의 시간 동안만 그것들이 스위치 오프될(be switched off) 수 있는 것이 그것들의 프로파일 정보에 명시된다. 블록(804)로 나타낸 전력부들의 제어는 도 8a에서의 시나리오 B의 모니터링된 주파수에 영향을 주고, 여기에서 주파수는 4 와 5 사이에 일정한 레벨로 유지된다.
하지만, 위에서 언급한 바와 같이, 블록(808)의 제어부들의 제어의 길이는 또한 제한될 수 있고, 그룹의 제어는 5 이후에 중단된다. 이것은 블록(808)의 전력부들의 프로파일 정보로부터 2에서 결정되고, CN(130)의 프로세서(304)는 또한 도 8b에서 블록(812)로 나타낸 제3의 또는 제3 그룹의 전력부들을 위한 제어 명령들을 생성한다. 이러한 그룹은, 예를 들어 그룹이 포함된 것의 디젤 발전기들(diesel generators)의 상대적으로 긴 동작 시간(run-up time) 때문에 상대적으로 긴, 제어 명령들(810)에 응답하기 위한 주기를 갖고, 그러므로 블록(808)과 연관된 응답이 중단되기 직전에, 5에서 응답하기 시작한다.
블록(812)의 유닛들의 제어는 도 8a에서의 예시적인 시나리오 B의 모니터링된 주파수에 영향을 주고, 여기에서 주파수는 5를 지나서 증가하고, 50 Hz 의 공칭 주파수 가까이에 반환된다. 블록(812)의 전력부들의 제어는, 주파수를 공칭 값 가까이에 유지하기 위해 제어가 더 이상 필요하지 않다는 판정이 이루어질 때까지 계속될 수 있다(블록(812)의 점선 단부로 나타낸). 판정이 이루어질 경우, 모니터링된 주파수는 공칭 주파수에 대한 주파수들의 허용 범위 내로 반환될 수 있고, 제어 주기는 중단되고, 만약 제어 주기의 중단이 추가적인 제어 주기를 시작하기에 충분하다고 결정된 모니터링된 주파수에서의 변화를 일으키는 경우, 그러면 추가적인 제어가 실시될 것이다.
도 8a의 시나리오 C에서, 동일한 모니터링된 주파수 변화들, 제어 주기의 개시, 주파수 특성들의 판정, 및 제어 명령들의 생성은, 시나리오 B에서와 같이 발생하고, 도 8b에서 초기 제어 스케쥴과 동일한 것이 생성되고, 도 8c에서의 처음 3개 행들의 제어 블록들로 보여진 것과 같이 실행된다. 하지만, 시나리오 C에서, 블록(804')의 전력부들의 제어는 모니터링된 주파수가 3 이후 하강을 지속하는 것을 막지 못한다. 하지만, CN(130)은 제어 명령들이 2에서 생성되고 전송된 이후, 망 주파수를 지속적으로 모니터링하고, 2와 4 사이에 간격 동안, 예를 들어 이러한 주기 동안 유도된 주파수 특성들의 분석으로부터, 하나 이상의 추가적인 조건들이 충족되었는지, 예를 들어, 모니터링된 주파수가 여전히 하강하는지, 및 추가적인 제어 명령들이 생성되고 전송될 필요가 있는지 판정한다. 그러므로, CN(130)의 프로세서(304)는 2와 4 사이에 판정된 주파수에서의 하강을 보상하기 위해 필요한 추가적이 전력 소비 및/공급을 계산할 수 있다. 그러면, CN(130)의 프로세서(304)는 망(100)에 연결된 분산된 복수의 전력부들의 프로파일 정보를 더 검색할 수 있고, 추가적이 제어에 사용하기 위한 전력부들을 더 필터링하고, 선택할 수 있고, 필요에 따라 추가적으로 계산된 보상에 영향을 주도록 추가적인 제어 명령들을 생성할 수 있다. 제어 명령들은 5에서 블록(816)과 같이 도 8c의 예시적인 제어 스케쥴에서 나타낸 그룹으로 전송된다. 전력부들이 블록(814)로 나타낸 제어 명령들에 응답하는데 짧은 시간 간격이 있을 수 있다.
블록(816)의 전력부들의 제어에 의해 제공된 추가적인 응답은 도 8a에서의 시나리오 C의 모니터링된 주파수의 예시적인 그래프에, 4와 5 사이 간격과 같이 반영되고, 주파수는 하강을 중단하고, 상승하기 시작한다. 시나리오 C에서, 블록(816)의 전력부들의 추가적인 기여 5 직후에 중단되지만, 5에서 블록(812')의 전력부들로부터의 응답의 개시(commencement)는 모니터링된 주파수가 공칭 값 가까이에 반환되기에 충분하다. 시나리오 C에서의 제어 주기는 중단될 수 있고, 시나리오 B에서 상술된 것과 같은 방법으로 다시 시작될 수 있다.
이러한 방법에서, 공칭 값에 대한 망 주파수를 다시 저장하기 위해 망 주파수에서의 변화에 대해 동적이고, 잘 정의되고, 지속되는 응답을 제공하도록 전력부들이 집계되고(aggregated) 제어될 수 있다.
제어 명령들의 생성은 제한될 수 있고, 제어 주기에서 전력부들의 제어로부터 생성된 결합된 전력 공급 및/또는 소비는 미리 정의된 시간 프로파일(temporal profile)을 따른다. 예를 들어, 이러한 프로파일은 예를 들어 너무 빠른 응답에 의해 야기될 수 있는 전기 장치들에 가해지는 손실을 제한하기 위해 망 운영자에 의해 미리 정의될 수 있다.
미리 정의된 시간 프로파일을 정의하는 파라미터들은, 예를 들어 정적 파마미터들과 같이 시스템 운영자에 의해 정의될 수 있다. 파라미터들 및/또는 시간 프로파일은 로컬 영역 또는 망의 영역들에 대해 명시될 수 있고, 특정 시간 윈도우에 대해서만 유효하도록, 예를 들어 하루 또는 한 주 동안의 특정 시간들에서 정의될 수 있고, 또한 주파수 특성의 주어진 판정에 대해 가요적일 수 있고, 예를 들어 모니터링된 주파수 변화의 심각도의 특정 레벨의 판정에 대한 응답에 대해 덜 제한적이다.
예를 들어, 미리 정의된 시간 프로파일을 생성하기 위한 제어 명령들이, 모니터링된 주파수와 관련된 조건들이 충족되기 이전에 생성될 수 있다. 예를 들어, 제어 명령들을 생성하는 도 5의 단계(510)은, 예를 들어 데이터 저장부, 예를 들어 CN(130)의 데이터 저장부(306)로부터 미리 정해진 전력부들의 세트를 위한 미리 정의된 제어 명령들의 세트를 검색하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 미리-생성된 제어 명령들의 세트는 전송될 때 미리 정의된 시간 응답을 발생시킬 수 있다. 다른 미리 정의된 시간 프로파일들의 원인이 되는 미리-생성된 제어 명령들의 다른 세트들이 존재할 수 있고, 예를 들어 시간 프로파일들은 상술된 것과 같이 하나 이상의 파라미터들에 의해 정의될 수 있다.
미리-생성된 제어 명령들의 특정 세트는 하나 이상의 변화 특성들에 기반하여 검색될 수 있다. 예를 들어, 도 5 내지 도 8c에 대해 위에서 상세히 설명된 방법들을 사용하여, '높은 심각성'으로 분류된 특정 위치에서의 주파수 변화 이벤트를 나타내는 변화 특성이 결정될 수 있다. 이러한 경우, 예를 들어, 그 위치에서 '높은 심각성' 이벤트에 대한 응답을 제공하도록 미리-생성된 제어 명령들의 세트는, CN(130)의 데이터 저장부(306)로부터 검색될 수 있고, 내부에 정의된 PUC들(118)로 전송될 수 있다.
예를 들어, 주파수 변화는 판정된 변화 특성들 및 변화가 측정된 시간 및/또는 위치에서의 망 관성에 기반하여 수치적 등급으로 나뉠 수 있다. 변화 또는 망 주파수에서 상대적으로 빠른 감소 또는 상대적으로 큰 크기의 감소 또는 둘의 조합이 발생하도록 예측된 변화는 '-10'으로 등급이 나뉠 수 있고, 여기에서 상대적으로 느린 증가를 갖는 또는 상대적으로 작은 크기의 또는 둘 모두의 변화는 '+2'로 등급이 나뉠 수 있다. 다시 말해, 전송될 때, 판정된 심각도 변화 등급에 비례하는 응답을 생성하기 위해 각각 정의된, 20 개의 다른 미리-생성된 세트들의 제어 명령들(다시 말해, -10 내지 -1 및 +1 내지 +10)이 존재한다. 예를 들어, 변화들이 등급 '-7'로 하강하는 변화 특성들을 가질 경우, 등급 '-7'의 주파수 변화에 대해 비례하는 응답을 제공하도록 미리-생성된, '-7'로 레이블링된 상응하는 미리-생성된 제어 명령들이 검색되고 전송될 수 있다. 이것은 제어 주기의 개시 이전 또는 이후에, 충분한 응답을 생성하기 위해 전송되어야 하는 제어 명령들 및 응답에 포함하기 위한 전력부들의 감소된 레벨의 계산 때문에 더 빠른 응답을 허용할 수 있다.
예를 들어, 추가적인 제어 명령들이 생성되고 망 주파수의 다음 모니터링에 기반하여 전송되기 전에, 미리-생성된 세트의 제어 명령들은 변화특성에서의 변화를 판정하기 위해 초기 응답으로서 내부에 정의된 전력부들로 전송된다. 예를 들어, 도 8c에서 블록들(804', 808' 및 812')로 나타낸 그룹들로 전송된 제어 명령들은 미리-생성될 수 있고, 1과 2 사이에서 모니터링된 주파수 변화에 응답하여 2 와 3 사이에서 검색될 수 있다. 그러면 제어 명령들은 생성될 수 있고, 망 주파수의 다음 모니터링에 응답하여, 4에서, 도 8c에서 블록(816)으로 나타낸 전력부들의 그룹으로 전송될 수 있다.
제어 명령들의 생성은 또한 특정 시간의 망에서의 특정 위치에서 망 관성에 관한 정보를 통합할 수 있다. 예를 들어, 특정 시간에서, 특정 망 위치가 상당한 주파수 변화에 응답하여 낮은 관성을 갖는 경우, 전력부들이 적절히 신속한 응답에 가능한 근접하게, 예를 들어 가장 빠른 응답들을 제공할 수 있는 전력부들을 선택함으로써, 제공하도록 제어하기 위해 제어 명령들이 생성될 수 있다. 하지만, 특정 시간에서 망의 영역이 높은 관성을 갖는 것이 결정되는 경우, 빠르게 응답하는 전력부들을 위한 제어 명령을 생성하는 제어 명령들의 생성은 중요성이 낮다는 것이 고려될 수 있다.
조정된 응답의 제어 레벨 및 정밀도가 증가하도록, 추가적으로 제어 명령들의 생성에서 전력부들과 연관된 응답 시간 특성을 사용하는 CN(130)의 프로세서(304), 또한 그렇지 않으면 프로세서(304)는 또한 프로파일 정보의 부분을 더 형성할 수 있는 전력부들의 응답 함수 특성을 사용할 수 있다. 응답 함수 특성은, 예를 들어 블록(802)에 의해 도 8b의 블록(804)의 전력부들을 위해 보여진 것과 같은 응답 시간 특성에 단순히 관련될 뿐만 아니라, 주어진 제어 명령을 수신하는 것에 응답하여 전력부의 전력 소비 및/또는 공급에서의 변화의 함수 형태에 관련된다. 예를 들어, 도 8b의 블록(802)은 블록(804)의 전력부들이 제어 명령을 수신하는 것에 응답하여 주어진 레벨의 공급을 제공할 수 있는 이후 시간을 나타낸다. 하지만, 몇몇 실시예들에서, 블록(802)는 제어 명령들에서 명시된 것과 같은 전력의 공급이 달성되기 전에 전력부들에 의해 전력이 제공되는 방법을 특성화하는 몇몇 시간의 함수를 나타낼 수 있다. 대안적으로 응답 함수 특성은 파라미터로 나타낸 함수 형태를 특성화하는 파라미터들로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 기계식 발전기의 전력 공급은 동작 주기에 의해 초기에 특성화될 수 있고, 그것은 예를 들어 파라미터로 나타낸 함수 P(t) = A-BeCt 에 의해 특성화될 수 있고, 여기에서 P(t) 는 시간 t에서의 전력 출력이고, A, B, 및 C는 함수를 특성화하는 파라미터들이다. 또 다른 예시에서, 디젤 발전기는 그것이 전력을 제공하기 전에 시동 모터의 사용에 의한 전력을 초기에 소비할 수 있고, 다른 함수 형태로 특성화할 수 있다. 또 다른 예시에서, 느린 제어 회로는 전력부로부터 제로 전력 출력(zero power output)의 주기를 야기할 수 있고, 따라서 응답 함수 특성은, 예를 들어 옵셋 시간을 파라미터로 나타냄으로써 이것을 반영할 수 있다. 응답 함수 특성은 또한 전력부의 응답의 대표 데이터 포인트(representative data points)를 포함하는 측정된 또는 적적한 응답을 나타낼 수 있고, 그러므로 반드시 함수 형태 또는 그와 연관된 파라미터들로 특성화될 필요가 없다.
예를 들어 도 8b에서 블록(804)으로 나타낸, 생성되고 전력부들의 그룹으로 전송된 제어 명령들은 전력 공급을 턴 오프, 턴 온, 증가 또는 감소시키고, 전력 소비를 증가 또는 감소시키고, 특정 시간에 대한 전력 공급 및/또는 소비를 변화시키고, 및 특정 시간 프로파일에 따른 전력 공급 및/또는 소비를 변화시키기 위한 명령들을 포함할 수 있다. 높은 정밀도를 갖는 전체 응답의 미리 정의된 시간 프로파일을 달성하기 위해, 블록(804)의 제어 명령들은 파라미터로 나타낸 함수에 따라, 예를 들어 P(t) = A-BeCt 에 따라, 전력 공급을 증가시키기 위한 명령들을 포함할 수 있고, 여기에서 P(t)는 시간 t에서의 전력 출력이고, A, B, 및 C는 함수를 특성화하는 파라미터들이다. 예를 들어, 제어 명령들은 함수의 파라미터들 또는 CN(130) 및 PUC(118) 모두에 알려진 미리 정의된 함수적 형태의 식별자만을 포함한다. 다른 함수적 형태들이 전력부의 전력 공급 및/또는 소비의 소기의 시간 응답을 생성하기 위해 필요에 따라 정의될 수 있고, 파라미터로 나타낼 수 있는 것이 이해될 것이다.
몇몇 실시예들에서, 제어 시스템의 프로세싱 수단들은, 예를 들어 하나 이상의 CN들, 하나 이상의 PUC들, 및 하나 이상의 측정 장치들(120)로부터 프로세서들을 포함하는 분산된 복수의 프로세서들을 포함할 수 있다. 임의의 상술된 계산들, 판정들, 유도[들, 또는 상술된 임의의 프로세서들에 의해 수행된 임의의 다른 동작이 본원에 설명된 다양한 실시예들의 프로세서들 중 임의의 하나에 의해, 또는 임의의 결합을 사용하여 실행될 수 있다. 일 예로서, 예를 들어 도 5의 단계(502)로 나타낸 것과 같이 망 주파수의 모니터링, 및 예를 들어 도 5의 단계(504)로 나타낸 모니터링된 주파수에 관한 조건이 충족되었는지의 판정이 주파수가 측정된 측정 장치의 프로세서를 사용하여 달성될 수 있다. 그러면 측정 장치는 충족된 조건의 세부사항들(communicate details)을 CN(130)으로 전달할 수 있고, 프로세서(304) 및 통신 수단들 I/O(302)은 도 5의 단계(506) 내지 단계(512)로 나타낸 단계들을 수행할 수 있다. 또 다른 예시에서, 측정 장치의 프로세서는 예를 들어 도 5의 단계(506)으로 나타낸 것과 같이, 제어 주기를 개시할 수 있고, 제어 주기의 세부 사항들을 CN(130)으로 전달할 수 있다. 프로세싱 기능들의 기여는 CN들의 프로세서들에 대한 요구사항들을 감소시킬 수 있고, 따라서 이러한 요소들의 비용을 절약할 수 있다. 프로세싱 기능성의 기여는 또한 시스템의 프로세서들의 가장 효율적인 사용을 얻기 위한 다른 프로세서들 사이에 부하 균형을 허용할 수 있고, 또한 임의의 프로세서들의 과부하 및 이러한 과정에 반응하는 연관된 지연을 피할 수 있다.
망 주파수에서 특정 감소에 응답하는 전력부들의 제어에 관한 상술된 임의의 예시적인 실시예들은 망 주파수에서 특정 증가에 응답하는 전력부들의 제어와 동일하게 적용할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 타이머로 설정된 가로등들의 전력 소비에서의 급격한 상관된 감소 때문에, 수요에 급격한 감소가 존재할 수 있다. 또한, 예를 들어, 발전기 도는 발전기의 그룹의 잘못된 관리 또는 잘못된 제어, 또는 예를 들어 많은 풍력 발전소들 및 태양 전지 패널들이 고용량에서 망으로 전력을 공급하도록 허용하는 우수한 일조 주기 및 바람이 부는 주기 때문에, 공급원에서의 급격한 증가가 존재할 수 있다. 이러한 경우에, 전력의 수요보다 더 낳은 공급이 존재할 수 있고, 이것은 망 주파수의 급격한 증가를 야기할 수 있다. 주파수의 이러한 증가는, 망 주파수를 공칭 망 주파수에 대해 요구된 주파수 범위 밖에 놓거나, 또는 놓을 수 있다고 판정되고, 따라서 실시예들을 참조하여 위에서 상세히 설명된 것과 같은 제어 시스템은 모니터링된 주파수를 그것의 공칭 값에 또는 가까이에 반환하도록 동작할 수 있다. 위에서 상세히 설명된 것과 같은 동일한 방법에서, 이것은 그것들의 공급을 중단 또는 감소시키도록 전력을 공급하는 전력부들로 제어 명령들을 전송하는 것을 포함할 수 있고, 및/또는 그것들의 소비를 유지 또는 증가시키도록 전력을 소비하는 전력부들로 제어 명령들을 전송하는 것을 포함할 수 있다. 임의의 경우에, 위에서 상세히 설명된 것과 같이, 제어 명령들은 전력부들의 프로파일 정보에 기반하고, 판정된 변화 특성들에 기반하여 생성된다. 그러므로, 본 발명의 실시예들은 증가하고 감소하는 망 주파수의 변화들 모두에 사실상 적용될 수 있는 것이 쉽게 이해될 것이다.
임의의 일 실시 예에 관하여 설명된 임의의 기능은 단독으로 또는 설명된 다른 기능들과의 결합으로 사용될 수 있고, 또한 실시예들 중 임의의 다른것의 하나 이상의 기능들과의 결합 또는 실시예들의 임의의 다른것의 임의의 결합으로 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 상술되지 않은 균등물 및 변형물들 또한 첨부된 청구범위에 정의된 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.

Claims (30)

  1. 전기가 망 주파수에 따라 망(grid)에 흐르는, 전력 망(electric power grid)에 있어서의 사용을 위한 제어 시스템에 있어서, 상기 전력 망은 각각이 상기 전력 망으로부터 전력을 소비하고 및/또는 상기 전력 망에 전력을 공급하도록 배치된 분산된 복수의 전력부들 중 하나 이상에 연결되어, 상기 전력부에 의한 전력 공급 및/또는 소비의 변화가 상기 전력 망에서 전력 흐름의 변화를 발생시킴으로써, 상기 망 주파수에 대한 상기 전력부의 기여를 변화시키고, 상기 제어 시스템은:
    프로세싱 수단들(processing means); 및
    통신 수단들(communications means)
    을 포함하고,
    상기 프로세싱 수단은:
    상기 전력 망에서 하나 이상의 미리 정해진 위치들에서의 망 주파수를 모니터링하고,
    상기 모니터링된 주파수에 관한 하나 이상의 조건들이 충족되었는지를 판정하고,
    상기 판정에 기반하여, 상기 망 주파수가 하나 이상의 미리 정해진 위치들 중 하나 이상에서 제어되는 동안 제어 주기를 개시하고,
    상기 모니터링에 기반하여, 망 주파수에서 상기 제어 주기 동안의 변화에 관한 하나 이상의 변화 특성들을 판정하고,
    상기 통신 수단들을 통해, 상기 분산된 복수의 전력부들 중 제1 복수의 전력부들(first plurality of the distributed plurality of power units)로 제어 명령들 -상기 제어 명령들은 상기 모니터링된 주파수를 제어하기 위해 상기 제1 복수의 전력부들(first plurality of power units)의 각각으로 및/또는 상기 제1 복수의 전력부들로부터의 전력 흐름을 제어하기 위한 명령들을 포함함- 을 전송하도록 배치되고,
    상기 제어 명령들은:
    상기 분산된 복수의 전력부들에 관한 프로파일 정보 ­상기 프로파일 정보는 상기 제1 복수의 전력부들의 하나 이상의 전력 소비 및/또는 공급 특성들에 관한 정보를 포함함-; 및
    상기 판정된 하나 이상의 변화 특성들에 기반하여 생성되어,
    제1 복수의 전력부들은 상기 주기 동안 상기 망 주파수에 대한 시변 기여(time-varying contribution)를 제공하도록 하는
    제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 복수는 상기 프로파일 정보에 기반하여 상기 분산된 복수로부터 선택되는
    제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 복수에 포함할 전력부들의 선택은 상기 모니터링된 주파수에 관한 하나 이상의 조건들이 충족되었는지의 판정에 응답하여 이루어지는
    제어 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    프로파일 정보를 저장하는 데이터 저장부
    를 포함하는 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 데이터 저장부는 하나 이상의 군들의 전력부들의 하나 이상의 전력 소비 및/또는 공급 특성들에 관한 프로파일 정보를 저장하도록 배치되고, 상기 군들은 적어도 몇몇의 상기 제1 복수의 분산된 전력부들로부터 형성되는
    제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하나 이상의 군들의 전력부들은 하나 이상의 공통 또는 유사한 전력 클래스(class), 응답 시간 특성, 망 위치 및 지리적 위치를 갖는 전력부들로 구성되는
    제어 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전력 소비 및/또는 공급 특성들은 공급 용량, 소비 용량, 응답 시간 특성(characterising response time), 응답 함수 특성(characterising response function), 공급 또는 소비 상태, 및 가용성 상태(availability status) 중 하나 이상과 관련되는
    제어 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 망 주파수에 관한 하나 이상의 측정들을 수행하기 위한 하나 이상의 측정 장치들을 포함하고, 상기 판정된 하나 이상의 변화 특성들은 하나 이상의 측정(measurement)들로부터 유도되는
    제어 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 하나 이상의 원격 측정 장치들로부터 모니터링된 주파수에 관한 하나 이상의 조건들이 충족되었는지의 하나 이상의 알림(indication)들을 수신하도록 배치되고, 상기 모니터링된 주파수에 관한 상기 하나 이상의 조건들이 충족되었는지의 판정은 상기 조건에 적어도 부분적으로 기반하는
    제어 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 조건들이 충족되었는지의 판정은 상기 모니터링된 주파수와 연관된 하나 이상의 값들과 하나 이상의 임계값들을 비교하는 것을 포함하는
    제어 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 판정은 하나 이상의 값들이 하나 이상의 범위들 내에 놓였는지 여부를 평가하는 것을 포함하고, 상기 하나 이상의 범위들의 각각은 임계값들 중 두 개의 사이에 놓인 것으로서 정의되고, 상기 하나 이상의 값들 중 하나 이상이 상기 하나 이상의 범위들 중 하나 이상의 밖에 놓일 때 상기 하나 이상의 하나 이상의 조건들이 충족되는
    제어 시스템.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 하나 이상의 값들 중 하나는 망 주파수의 예측된 값과 관련되는
    제어 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 예측된 값은 예측 과정(forecasting procedure)에 기반하여 생성되고, 상기 과정은:
    상기 모니터링된 주파수와 연관된 일련의 값들을 정의하는 단계, 및
    상기 모니터링된 주파수와 연관된 상기 일련의 값들에 기반하여 다항식 함수를 결정하는 단계
    를 포함하는 제어 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 변화 특성들은 망 주파수의 변화의 예측에 기반하여 결정되는
    제어 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 망 주파수의 예측은:
    적어도 하나의 주파수 특성과 연관된 일련의 값들을 정의하는 단계, 및
    상기 적어도 하나의 주파수 특성과 연관된 일련의 값들에 기반하여 다항식 함수를 결정하는 단계
    를 포함하는 제어 시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세싱 수단들은:
    제1 시간 주기 동안 제1 주파수 특성과 연관된 제1 일련의 값들 및 제2 이후 시간 주기 동안 상기 제1 주파수 특성과 연관된 제2 일련의 값들을 정의하고;
    상기 제1 일련의 값들에 기반하여 제1 세트의 계수들을 갖는 제1 다항식 함수 및 상기 제2 일련의 값들에 기반하여 제2 세트의 계수들을 갖는 제2 다항식 함수를 결정하도록 더 배치되는
    제어 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어 명령들은 상기 제1 세트의 계수들 및 상기 제2 세트의 계수들 사이의 차이에 기반하여 생성되는
    제어 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 하나 이상의 조건들이 충족되었는지의 상기 판정은 상기 제1 세트의 계수들 및 상기 제2 세트의 계수들 사이의 차이를 평가하는 것을 포함하는
    제어 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 하나 이상의 조건들이 충족되었는지의 상기 판정은 상기 제1 세트의 계수들의 계수들 중 하나와 상기 제2 세트의 계수들의 계수들 중 하나 사이의 차이가 미리 정해진 임계값 미만 또는 초과인지 및/또는 미리 정해진 범위 내인지를 결정하는 것을 더 포함하는
    제어 시스템.
  20. 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주파수 특성은 교류 전압의 주파수, 교류 전류의 주파수, 상기 전력 망에 흐르는 전력의 주파수; 주파수의 변화의 비율; 및 교류 전류의 주기 중 하나 이상과 관련되는
    제어 시스템.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 명령들을 전송하는 것은:
    제1 세트의 하나 이상의 제어 명령들을 전송하는 것, 및
    상기 제1 세트의 하나 이상의 제어 명령들을 전송한 후, 하나 이상의 추가적인 세트들의 하나 이상의 제어 명령들을 전송하는 것
    을 포함하는 제어 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    하나 이상의 추가적인 세트들의 하나 이상의 제어 명령들 중 적어도 하나가, 상기 제1 세트의 하나 이상의 제어 명령들을 전송하는 것 이후에, 상기 망 주파수의 모니터링에 기반하여, 하나 이상의 추가적인 조건들이 충족되었음의 판정에 응답하여, 생성되는
    제어 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가적인 조건들은 상기 모니터링된 주파수 특성에 관한 하나 이상의 값들이 미리 결정된 임계값 미만 또는 초과 및/또는 값들의 미리 정해진 범위 내인지를 포함하는
    제어 시스템.
  24. 제21항 내지 제23항에 있어서,
    상기 추가적인 세트들의 하나 이상의 제어 명령들 중 적어도 하나는 상기 분산된 복수의 전력부들 중 제2 복수로 전송되고, 상기 제2 복수는 상기 제1 복수와는 다른
    제어 시스템.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세싱 수단들은 상기 프로파일 정보에 기반하여 제어 스케쥴을 생성하고, 상기 제어 스케쥴에 기반하여 상기 제어 명령들을 전송하도록 배열되고, 상기 제어 스케쥴은 상기 제1 복수의 전력부들로 및/또는 상기 제1 복수의 전력부들로부터의 전력 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 시간들을 지정하는
    제어 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제어 스케쥴은 상기 모니터링된 망 주파수의 소기의 시간(temporal) 프로파일에 따라 생성되는
    제어 시스템.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 명령들은: 전력 공급을 턴 오프, 턴 온, 증가 또는 감소시키기 위한 명령들, 전력 소비를 증가 또는 감소시키기 위한 명령들, 특정 시간 동안의 전력 공급 및/또는 소비를 변화시키기 위한 명령들, 지정된 시간 프로파일에 따라 전력 공급 및/또는 소비를 변화시키기 위한 명령들 중 하나 이상을 포함하는
    제어 시스템.
  28. 전기가 망 주파수에 따라 망에 흐르는, 전력 망에있어서의 전기의 주파수 제어 방법에 있어서, 상기 전력 망은 각각이 상기 전력 망으로부터 전력을 소비하고 및/또는 상기 전력 망에 전력을 공급하도록 배치된 분산된 복수의 전력부들 중 하나 이상에 연결되어, 상기 전력부에 의한 전력 공급 및/또는 소비의 변화가 상기 전력 망에서 전력 흐름의 변화를 발생시킴으로써, 상기 망 주파수에 대한 상기 전력부의 기여를 변화시키고, 상기 방법은:
    상기 전력 망에서 하나 이상의 미리 정해진 위치들에서의 망 주파수를 모니터링하는 단계;
    상기 모니터링된 주파수에 관한 하나 이상의 조건들이 충족되었는지를 판정하는 단계;
    상기 판정에 기반하여, 상기 망 주파수가 하나 이상의 미리 정해진 위치들 중 하나 이상에서 제어되는 동안 제어 주기를 개시하는 단계;
    상기 모니터링에 기반하여, 망 주파수에서 상기 제어 주기 동안의 변화에 관한 하나 이상의 변화 특성들을 판정하는 단계; 및
    상기 통신 수단들을 통해, 상기 분산된 복수의 전력부들 중 제1 복수의 전력부(first plurality of the distributed plurality of power units)로 제어 명령들 -상기 제어 명령들은 상기 모니터링된 주파수를 제어하기 위해 상기 제1 복수의 전력부들(first plurality of power units)의 각각으로 및/또는 상기 제1 복수의 전력부들로부터의 전력 흐름을 제어하기 위한 명령들을 포함함- 을 전송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제어 명령들은:
    상기 분산된 복수의 전력부들에 관한 프로파일 정보 ­상기 프로파일 정보는 상기 제1 복수의 전력부들의 하나 이상의 전력 소비 및/또는 공급 특성들에 관한 정보를 포함함-; 및
    상기 판정된 하나 이상의 변화 특성들에 기반하여 생성되어,
    제1 복수의 전력부들은 상기 주기 동안 상기 망 주파수에 대한 시변 기여(time-varying contribution)를 제공하도록 하는
    주파수 제어 방법.
  29. 프로세싱부에서 실행될 때, 상기 프로세싱부가 제28항의 방법을 수행하도록 하는 명령들의 세트를 포함하는
    컴퓨터 프로그램.
  30. 프로세싱부에서 실행될 때, 상기 프로세싱부가 제28항의 방법을 수행하도록 하는 저장된 명령들의 세트를 갖는
    컴퓨터 판독 가능 매체.
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