TW201530173A - 電網頻率響應 - Google Patents

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Abstract

本發明描述用於判定一電網之一同步區域內之慣性之方法及設備。量測與在該電網中流動之電之一頻率有關之一頻率特性，基於與經配置以消耗來自該電網之電力及/或將有效及/或無效電力提供至該電網之一或多個電力單元之電力特性有關之資料而判定與一電力流量調變有關之一量值，且基於該量測頻率特性及該判定量值特性而判定與該電網之至少一區域相關聯之一頻率響應特性。此能夠容易地判定該電網之一同步區域內之頻率響應特性。

Description

電網頻率響應
本發明係關於用於判定一電網內之頻率響應特性之方法及設備。
提供者與消費者之間的電力交換經由一配電網路或電網而發生。在此一電網中，通常由相對較大容量之發電站及相對較小容量之可再生能源之一組合供應電力。
大型發電站(諸如燃燒化石燃料之發電站或核電站)中之發電機通常包括具有依相對較高速率旋轉之相對較高質量之旋轉部件，且相應地指稱自旋發電機。在其正常操作之過程中，自旋發電機儲存相對較大量之動能。較小可再生能源(諸如風力渦輪機及太陽能發電機)儲存更小很多之能量或甚至完全不儲存能量。
通常，一電網依在電網之整個同步區域中均勻之一標稱電網頻率操作。例如，英國市電電源標稱上依50赫茲操作。電網操作員通常必須使電網頻率維持於預定義限制內，例如，英國市電電源應保持於標稱50赫茲電網頻率之0.4%內。若無法維持電能之產生量與消耗量之間的平衡(例如，若總產生量無法滿足高需求時期期間之消耗量，或若來自一發電機之輸出可歸因於發電機中之一故障而改變)，則儲存於電網之發電機中之凈能量可變動。此導致自旋發電機之旋轉速率之一變化及電網之操作頻率之一對應變化。因此，電網操作員使用系統 操作頻率作為電網中之電力之消耗量與產生量之間的平衡之一量測。
一頻率響應特性描述電網頻率對電網中之電力之產生量與消耗量之間的平衡之一變化之響應。此等頻率響應特性之實例包含電網「剛性」及電網「慣性」。
電網剛性係電網之一性質，其描述對一給定電力平衡變化之電網頻率響應之程度(亦即，量值)。例如，對於一給定電力平衡變化，具有一相對較高剛性之一同步電網展現電網頻率之一相對較小變化。一剛性或強力電網通常具有一低電網阻抗且電網之典型特徵為系統發電容量較大。儘管剛性一般為一給定電網之一靜態性質，然應注意，實際上，例如在大型電網中，(例如)當將新提供者新增至電網或自電網移除提供者及/或自間歇性發電源(諸如風力及太陽能)移除提供者時，產生及消耗容量頻繁改變。此意謂：實際上，電網剛性可為一電網之一實質上動態性質。
電網慣性係儲存於電網中之能量之一量測且影響電網之操作頻率響應於電網平衡之一變化的變化率。具有一高比例之自旋發電的一同步電網之區域通常具有在發電機中儲存為旋轉動能之大量能量(即，該等區域具有高慣性)，且因此具有一較大容量來使電網之操作頻率維持標稱電網頻率。相比而言，具有一低比例之自旋發電的一同步電網之區域具有相對較低儲存能量(即，該等區域具有低慣性)，且因此具有較小容量來使電網之操作頻率維持標稱電網頻率。因此，電網之高慣性區域中之頻率變化率小於電網之低慣性區域中之頻率變化率，且「慣性」可係指此頻率變化率。
由於電網中之頻率響應特性可提供電網將如何對消耗量或產生量之突然變化作出響應之一指示，故此對於電網操作員瞭解電網頻率響應特性如何跨電網而變動係有用的。習知地，藉由使用相量儀器進行電網操作頻率之精確及高解析度量測來判定電網頻率響應特性。由 於此儀器較昂貴，故無法廣泛分佈；通常，在一輸電網中之有限數目個中心節點處進行量測。此意謂：量測對電網內之局部變動相對較不靈敏。
此外，歸因於量測產生之大量資料，通常無法實時分析量測。此意謂頻率響應特性之判定存在一延遲；此使網路操作員及其類似者難以依一及時方式對頻率響應特性之變化作出反應。
本發明之一目標在於至少減輕先前技術之部分問題。
根據本發明之一第一態樣，提供一種以一量測系統判定一電網之一同步區域內之一頻率響應特性的方法，電根據一電網頻率在該電網中流動，其中該電網連接至一第一群組之一或多個電力單元，該一或多個電力單元各經配置以消耗來自該電網之電力及/或將電力提供至該電網，使得藉由該第一群組之一或多個電力單元之提供之電力量及/或消耗之電力量之一變化導致該電網中之電力流量之一變化，其中基於一序列之控制信號來調變至及/或來自該等電力單元之各者之電力流量，藉此根據該序列之控制信號來調變該電網頻率以提供一調頻信號，該方法包括：以該量測系統量測與在該電網中流動之電之一頻率有關之一頻率特性；存取儲存與該一或多個電力單元之電力特性有關之資料之一資料庫且基於此來判定與該電力流量調變有關之一特性；及基於該量測頻率特性及該判定電力流量調變特性來判定與該電網之至少一區域相關聯之一頻率響應特性。
在一電網之一同步區域內量測由具有已知電力特性之現有電力單元產生之一調頻信號之一特性實現用一相對較低成本來即時或近乎即時判定該電網內之諸多點處之頻率響應特性，此歸因於所需頻率特 性量測裝置之相對簡單性。
在一些實施例中，判定該頻率響應特性包括：使該量測頻率特性與該電力流量調變特性相關。
在一些實施例中，判定該頻率響應特性包括：使該量測頻率特性與該電力流量調變特性相關。
在一些實施例中，判定該頻率響應特性包括：判定該電力流量調變特性與該量測頻率特性之一比率。
在一些實施例中，該電力流量調變特性包括與該電力流量調變有關之一量值特性。
在一些實施例中，該量值特性包括該電力流量之一振幅。
在一些實施例中，基於以下之一或多者來量測該量測頻率特性：交流電壓之一頻率、交流電流之一頻率、在該電網中流動之電力之一量測頻率；頻率之一變化率；交流電流或交流電壓之一週期。
在一些實施例中，該量測頻率特性包括與該調變信號相關聯之頻率之一時間變動。
在一些實施例中，該頻率響應特性包括一慣性特性。
在一些實施例中，該慣性特性包括與該調頻信號相關聯之一上升時間及一下降時間之至少一者。
在一些實施例中，該頻率響應特性包括與電力平衡之每單位變化之電網頻率之變動之一量值有關之一特性。
在一些實施例中，該第一群組之電力單元係一群組之分佈式電力單元，且存在一種方法，其包括：根據一控制型態來調變至及/或來自該第一群組之電力單元之各者之電力流量，使得藉由該複數個電力單元之消耗之電力量及/或提供之電力量經協調以提供可由該量測系統偵測之一集體調頻信號，該集體調頻信號具有一集體頻率特性。
根據一控制型態來調變至及/或來自該複數個電力單元之各者之電力流量實現藉由連接至該電網之能夠進行電力流量調變之該等電力單元之一者至高達全部來集體傳送至該量測系統的一方法。此可有利於電力單元之使用，該等電力單元汲取小量電力，無法個別地產生不同於其他信號或電網雜訊之可由該量測系統偵測之一足夠強的調頻信號，但當協調該等電力單元時，其等可集體地產生供該電網中之一所要點偵測之一足夠強的調頻信號。以此一方式，可增加其中可判定頻率響應特性之地點之數目。
在一些實施例中，將指定該控制型態之一信號發送至該第一群組之電力單元之各電力單元。
在一些實施例中，該控制型態包括一重複型態，且根據該重複型態來連續控制至及/或來自該第一群組之一或多個電力單元之電力。
包括一重複型態之該控制型態可有利於給該量測系統提供多次機會來量測電力流動型態之特性，且有利於藉由該量測系統來平均化連續相同電力流動型態以容許(例如)較高精度地判定該電網之慣性。
在一些實施例中，根據該控制型態來間歇性地控制至及/或來自該第一群組之一或多個電力單元之電力。
為了省電，該間歇性控制可有利地容許該等電力單元(例如)在不被需要時保持切斷。此亦可有利於將資料編碼至電力流動控制型態中，且因此有利於藉由該電網中之所得電力流動型態來將資料傳送至該量測系統。
在一些實施例中，提供一種方法，其中該集體調變信號包含識別該群組之電力單元之一識別符，該方法包括：存取儲存各與該第一群組之一或多個電力單元相關聯之一或多個識別符之一資料庫；及 判定包含於該集體調變信號中之該識別符與儲存於該資料庫中之該等識別符之一或多者之間的一對應性，藉此識別該第一群組之一或多個電力單元。
在一些實施例中，儲存於該資料庫中之各識別符與該電網之至少一區域相關聯，且該方法包括：基於該判定識別符對應性來判定該判定頻率響應特性與其相關聯之一區域。
在一些實施例中，提供一種方法，其中該電網連接至經配置以消耗來自該電網之電力及/或將電力提供至該電網之一第二群組之一或多個電力單元，該方法包括：基於該判定頻率響應特性來判定用於藉由該第二群組之一或多個電力單元來觸發消耗之電力量及/或提供之電力量之一變化的一或多個參數；及傳輸用於在該第二群組之電力單元處接收之該一或多個參數。
在一些實施例中，提供一種方法，其包括：在該第二群組之電力單元處接收該一或多個參數；基於該等接收參數來導出一觸發條件；基於相對於一第二群組之電力單元而在該電網中局部地流動之電力之一量測頻率特性來判定是否滿足該觸發條件；及響應於滿足該觸發條件之一判定，改變至及/或來自該第二群組之電力單元之一電力流量。
藉由電力單元來觸發消耗之電力量及/或提供之電力量之一變化可有益於限制該電網中之別處之電力流量之一變化對電網頻率之影響。將頻率響應特性併入至觸發參數之推導中有利於該等頻率響應特性提供與(例如)響應於電力流量之一變化之電網頻率之變化率有關之資訊。因此，該等電力單元之該等觸發參數可經調適以在其中局部電網慣性(例如)相對較低之情況中提供(例如)一相對較早響應，且在其 中局部電網慣性(例如)相對較高之情況中提供一相對較遲響應。此係一有利配置，因為其避免(例如)低慣性環境中之過遲響應(此可導致一無法接受之電網頻率移位)，且避免(例如)高慣性環境之過早響應(此將引起使用該等電力單元時之不必要中斷)。類似地，將(例如)剛性特性併入至觸發參數之推導中有利於(例如)提供一給定可能電力平衡變化之量測頻率特性變化之可能量值之一指示。
在一些實施例中，提供一種方法，該方法包括：在該量測系統處，定義與一第一時段期間之頻率特性相關聯之一第一系列之值及與一第二稍後時段期間之頻率特性相關聯之一第二系列之值；在該量測系統處，基於該第一系列之值來判定具有一第一組之係數之一第一多項式函數，且基於該第二系列之值來判定具有一第二組之係數之一第二多項式函數；及在該量測系統處，基於該第一組之係數與該第二組之係數之間的一差值來判定是否滿足該觸發條件。
在一些實施例中，提供一種方法，其中該電網連接至經配置以消耗來自該電網之電力及/或將電力提供至該電網之一第二群組之一或多個電力單元，該方法包括：基於與一區域(其與該第二群組之電力單元相關聯)相關聯之該判定頻率響應特性來判定用於藉由該第二群組之一或多個電力單元來觸發消耗之電力量及/或提供之電力量之一變化的一或多個參數；基於該量測頻率響應特性來判定一觸發條件；在與該第二群組之電力單元相關聯之一區域中，量測與在該電網中流動之電之一頻率有關之一頻率特性；將與該第二群組之電力單元相關聯之該區域中所量測之該量測頻率特性傳送至該量測系統； 基於該傳送量測頻率特性來判定是否滿足該觸發條件；及響應於滿足該觸發條件之一判定，將一請求發送至該第二群組之電力單元以改變至及/或來自該第二群組之電力單元之一電力流量。
上述實施例將能夠(例如)在服務該電網之部分或全部之一中央控制中心處實施是否滿足觸發條件之判定。此可有利於實現觸發之集中化控制、觸發之一集中化超控、集中控制電力單元處之電力流量之一手段，且亦可實現比在每一裝置處需要此等功能之設備之先前技術方法更具成本效益之一觸發條件判定方法。
在一些實施例中，該第二群組之電力單元相同於該第一群組之電力單元。
在一些實施例中，電力調變包括有效電力及無效電力之至少一者之調變。
根據本發明之一第二態樣，提供一種用於判定一電網之一同步區域內之一頻率響應特性的量測系統，其中電根據一電網頻率在該電網中流動且該電網連接至一群組之一或多個電力單元，該一或多個電力單元各經配置以消耗來自該電網之電力及/或將電力提供至該電網，使得藉由該電力單元之提供之電力量及/或消耗之電力量之一變化導致該電網中之電力流量之一變化，其中基於一序列之控制信號來調變至及/或來自該等電力單元之各者之電力流量，藉此調變該電網頻率以提供一調頻信號，該量測系統經配置以：量測與在該電網中流動之電之一頻率有關之一頻率特性；存取儲存與該一或多個電力單元之電力特性有關之資料之一資料庫且基於此來判定與該電力流量調變有關之一特性；及基於該量測頻率特性及該判定電力流量調變特性來判定與該電網之至少一區域相關聯之一頻率響應特性。
在一些實施例中，本發明之第二態樣包含對應於與上文相對於本發明之第一態樣所列之各種實施例相關聯之全部特徵的特徵。
根據本發明之一第三態樣，提供一種電力控制裝置，其用於與一或多個相關聯電力單元一起使用以提供對在一電網之一同步區域中流動之電之一頻率之變化的一響應，其中該電網連接至一量測系統，該量測系統經配置以判定該區域中之該電網之一頻率響應特性且基於該量測頻率響應特性來判定一或多個觸發參數，該電力控制裝置經配置以：自該量測系統間歇性地接收一或多個參數，該等參數自該判定頻率響應特性導出；基於該所接收之一或多個參數導出一觸發條件；基於在該電網中流動之電力之一量測頻率特性來判定是否滿足該觸發條件；及響應於滿足該觸發條件之一判定，改變至及/或來自該電力單元之一電力流量。
在一些實施例中，該所接收之一或多個參數之一者包括該觸發條件。
在一些實施例中，該頻率響應特性包括一慣性特性。
在一些實施例中，該頻率響應特性包括與電力平衡之每單位變化之電網頻率之變動之一量值有關之一特性。
在一些實施例中，該電力控制裝置經配置以：定義與一第一時段期間之頻率特性相關聯之一第一系列之值及與一第二稍後時段期間之頻率特性相關聯之一第二系列之值；基於該第一系列之值來判定具有一第一組之係數之一第一多項式函數且基於該第二系列之值來判定具有一第二組之係數之一第二多項式函數；及 基於該第一組之係數與該第二組之係數之間的一差值來判定是否滿足該觸發條件。
上述實施例容許觸發條件基於頻率依據時間之變化方式。此可有利於提供對頻率特性之一相對較快變化之一相對較早響應(此可容許電網頻率之一快速恢復)，且替代地提供對頻率特性之一相對較慢變化之一相對較遲響應以防止對電力單元之不必要中斷。此亦有利於提供濾除在一給定時間標度上發生之頻率特性波動(其可表示判定是否滿足觸發條件時所不關注之雜訊或其他波動)的一手段。
在一些實施例中，該第一多項式函數及該第二多項式函數係二階多項式函數。
在一些實施例中，基於該第二組之係數之至少一係數之一值與該第一組之係數中之一對應係數之一差值超過預定量來識別頻率變化事件。
在一些實施例中，該電力控制裝置經配置以根據一多項式外推技術及/或二次曲線外推技術來量測該系列之值。
在一些實施例中，該電力控制裝置包括經配置以基於一相量量測來量測該量測頻率特性之相量量測儀器。
在一些實施例中，該相量量測儀器經配置以參考一絕對時間基準來量測與該電網中所量測之一電壓之一向量相關聯之一相位。
在一些實施例中，該量測頻率特性包含以下之一或多者：交流電壓之一頻率、交流電流之一頻率、在該電網中流動之電力之一頻率；頻率之一變化率；及交流電流之一週期。
在一些實施例中，該電力控制裝置經配置以接收一信號，該信號指示可在其期間控制電力流量之一時段。
在一些實施例中，電力調變包括有效電力及無效電力之至少一者之調變。
根據本發明之一第四態樣，提供一種用於對一電網中之頻率變化作出響應之系統，該系統包括：複數個分佈式電力控制裝置，其等各控制連接至該電網之一各自電力單元；及一量測系統，其用於將一或多個觸發參數傳輸至該複數個分佈式電力控制裝置之各者。在一些實施例中，該量測系統經配置以：定義來自該複數個分佈式電力控制裝置之複數個群組之電力控制裝置；將不同各自觸發條件指派給該複數個群組之各者；及將指派給該群組之一觸發條件傳輸至電力控制裝置之各者。
在一些實施例中，該量測系統經配置以：存取儲存設定檔資訊之一電力單元資料庫，該設定檔資訊與藉由與該等電力控制裝置相關聯之該等電力單元之消耗之電力量及/或提供之電力量有關；及基於該存取設定檔資訊來定義該複數個群組。
在一些實施例中，該量測系統經配置以：接收資料，該資料指示表示一量測頻率特性之一多項式函數；基於該多項式函數來外推與該量測頻率特性相關聯之未來預期值；及基於該等外推未來預期值來判定用於對頻率變化事件作出響應之一預期電力流量需求。
上述實施例中所提供之一頻率特性之預測有利於容許更多時間用於組織對頻率特性之一變化之一有效率響應，此可導致滿足一觸發條件。此預測亦有利於提供補償可能在不久的未來發生之一頻率特性變化而非補償已發生之變化的一手段，此容許更嚴格地控制頻率特性。
在一些實施例中，該量測系統經配置以：存取一電力單元資料庫，該電力單元資料庫包括與藉由該等電力單元之消耗之電力量及/或提供之電力量有關之設定檔資訊；及基於該預期電力流量需求及該設定檔資訊來定義用於對該頻率變化事件作出響應之一或多個群組之一或多個電力單元。
在一些實施例中，該量測系統經配置以傳輸用於在該等定義群組之該等電力控制裝置處接收之一或多個請求以控制藉由與電力控制裝置相關聯之該等電力單元之消耗之電力量及/或提供之電力量，藉此使該區域中之電能之凈消耗量變動。
根據本發明之一第五態樣，提供一種電力控制裝置，其用於與一或多個相關聯電力單元一起使用以提供對一電網中流動之電之一頻率之變化的一響應，其中電根據一電網頻率在該電網中流動，該電力控制裝置包括一頻率量測裝置且經配置以：使用該頻率量測裝置來監測該電力控制裝置處之該電網頻率之變化；至少部分地基於該監測來判定一觸發條件；基於在該電網中流動之電力之一量測頻率特性來判定是否滿足該觸發條件；及響應於滿足該觸發條件之一判定，改變至及/或來自該電力單元之一電力流量。
在一些實施例中，該電力控制裝置經配置以響應於該量測頻率特性跨越一臨限值而：在跨越該臨限值之前之時間處執行該量測頻率特性之一分析；及至少部分地基於該分析來判定該觸發條件。
在一些實施例中，該電力控制裝置經配置以： 在導出該觸發條件之後，使用該頻率量測裝置來監測該電力控制裝置處之該電網頻率之變化，及基於該後續監測來導出一更新觸發條件。
在一些實施例中，該更新觸發條件之導出係部分地基於該第一觸發條件。
在上述實施例中，該裝置能夠基於其本身已導出之一觸發條件來控制電力流量。例如，此裝置將有利於無法使用通信網路之該電網之區域，或有利於其中經由此等網路之命令不具成本效益之情況。
將自參考附圖來進行之本發明之較佳實施例(僅舉例而言)之以下描述明白本發明之進一步特徵及優點。
100‧‧‧電網
102‧‧‧輸電網
104‧‧‧配電網
106‧‧‧發電機
108‧‧‧變壓器
110‧‧‧變電站/變壓器
112‧‧‧城市網路
113‧‧‧私人住宅/住宅設施
114‧‧‧工廠/工業設施
116‧‧‧風力發電場/風力渦輪機
117‧‧‧光伏打裝置/太陽能電池板/直流(DC)互連件
118‧‧‧調頻裝置
119‧‧‧電力單元/電力裝置
120‧‧‧量測裝置/量測系統裝置
202‧‧‧輸入/輸出(I/O)介面
204‧‧‧資料儲存器
206‧‧‧處理器
208‧‧‧調變器
210‧‧‧時鐘
302‧‧‧偵測器
304‧‧‧資料儲存器
306‧‧‧處理器
308‧‧‧輸入/輸出(I/O)介面
310‧‧‧時鐘
502‧‧‧編碼
504‧‧‧同步電網
506‧‧‧點
508‧‧‧量測區域
510‧‧‧調頻信號
512‧‧‧類比轉數位轉換器
514‧‧‧相關器
800‧‧‧電力控制裝置/電力流量控制裝置
802‧‧‧偵測器
804‧‧‧資料儲存器
806‧‧‧輸入/輸出(I/O)介面
808‧‧‧處理器
810‧‧‧開關
圖1係繪示其中可實施本發明之一同步電網的一示意圖；圖2a係繪示一調頻裝置的一示意圖；圖2b係繪示一電網中之調變電力產生量/消耗量平衡與所得電網調頻之間的關係的一圖式；圖3係繪示一量測裝置的一示意圖；圖4a係展示一例示性方波電力調變信號的一曲線圖；圖4b係展示一電網之一低慣性區域中之一調頻信號的一曲線圖；圖4c係展示一電網之一中等慣性區域中之一調頻信號的一曲線圖；圖4d係展示一電網之一高慣性區域中之一調頻信號的一曲線圖；圖5係繪示用於判定一電網之一區域中之頻率響應特性之一實例性方法及設備的一示意圖。
圖6a係繪示針對一量測頻率特性所定義之一系列區間的一圖式； 圖6b係繪示可擬合為一多項式函數之一量測頻率特性的一圖式；圖6c係繪示可擬合為一多項式函數之一量測頻率特性的一圖式；圖6d係繪示可擬合為一多項式函數之一量測頻率特性的一圖式；圖6e係繪示可擬合為一多項式函數之一量測頻率特性的一圖式；圖6f係繪示可擬合為一多項式函數之一量測頻率特性的一圖式；圖7係展示響應於電網平衡之一突然變化之三個例示性區域中之頻率之一變化的一曲線圖；及圖8係繪示一電力控制裝置的一示意圖。
將電自提供者(諸如發電站)供應至消費者(諸如家庭用戶及商家)通常經由一配電網路或電網來發生。圖1展示其中可實施本發明之實施例之一例示性電網100，其包括一輸電網102及一配電網104。
輸電網102連接至發電機106，發電機106可為(例如)核電廠或燃氣電廠，輸電網102經由電力線(諸如架空電力線)來將具有非常高電壓(通常為約數百千伏特)之大量電能自發電機106傳輸至配電網104。
輸電網102經由一變壓器108鏈接至配電網104，變壓器108將電力供應轉換為用於在配電網104中分配之一較低電壓(通常為約50千伏特)。
配電網104經由變電站110(其進一步包括用於將電力轉換為較低電壓之變壓器)來連接至區域網路，該等區域網路將電力提供至連接至電網100之電力消耗裝置。該等區域網路可包含家庭消費者之網路，諸如一城市網路112，其將電力供應至汲取相對較小量之電力(約數千瓦特)之私人住宅113內之家用電器。私人住宅113亦可使用光伏打裝置117來提供相對較小量之電力以供住宅處之電器消耗或將電力 提供至電網。該等區域網路亦可包含工業設施，諸如一工廠114，其中在工業設施中操作之較大電器汲取較大量之電力(約為數千瓦特至數兆瓦特)。該等區域網路亦可包含較小發電機之網路，諸如將電力提供至電網之風力發電場116。
儘管為簡潔起見，圖1中僅展示一個輸電網102及一個配電網104，然實際上一個典型輸電網102可將電力供應至多個配電網104且一個輸電網102亦可與一或多個其他輸電網102互連。
電力在電網100中作為交流電(AC)流動，交流電(AC)依可指稱一電網頻率(通常為50赫茲或60赫茲，其取決於國家)之一系統頻率流動。電網100依一同步頻率操作，使得電網之各點處之頻率實質上相同。
電網100可包含一或多個直流(DC)互連件117，其等提供電網100與其他電網之間的一DC連接。通常，DC互連件117連接至電網100之通常高電壓輸電網102。DC互連件117提供各種電網之間的一DC鏈路，使得電網100定義依不受其他電網之電網頻率之變化影響之一給定同步電網頻率操作之一區域。例如，英國輸電網經由DC互連件來連接至歐洲大陸之同步電網。
電網100亦包含：一或多個裝置，其等用於調變電網100之一操作頻率(本文中指稱「調頻裝置」118)；及一量測系統，其呈經配置以量測與電網之操作頻率(下文中指稱電網頻率)有關之一特性之一量測裝置120之形式。
各調頻裝置118與一電力單元119(其可消耗來自電網100之電力或將電力提供至電網100)或一群組之電力單元119相關聯，且經配置以調變至及/或來自電力單元119或電力單元群組119之電力流量，如下文參考圖2a所描述。調頻裝置118可被單獨地提供至電力單元119及/或安裝於電力單元119上。電力單元119可包含發電機106、住宅設施 113或工業設施114中之電器、及/或一小型發電機，諸如風力渦輪機116或太陽能電池板117。在此內文中，可使電力單元119有利地具有低慣性以實現電力流量之有效調變。
一或多個調頻裝置118可位於配電網104或輸電網102中之電力單元119處，或位於電網100之任何其他位置處。調頻裝置118與電力單元119一起操作以在電網100內傳輸編碼序列。儘管為簡單起見，圖1中僅展示七個調頻裝置118，然應瞭解，實際上，電網100可根據電力單元119之容量(其與調頻裝置118相關聯)而包括數百或數千個此等裝置。此外，應瞭解，儘管為簡單起見，圖1中僅展示一個量測裝置120，然實際上，多個量測裝置120可在相同同步電網100中操作。若調頻裝置118與大容量電力單元119(諸如一工業設施中之一電力單元)相關聯，則電網100中可僅存在少數調頻裝置118。在一些實施例中，電網100中可僅存在一個調頻裝置118。
調頻裝置118可分佈在相對較大數目個較小電容電力單元119(其等各提供(例如)數瓦特至數十千瓦特)中，使得各電力單元119對調頻之貢獻較小，但使得一組合調頻信號具有相同於一單一較大電力單元119之強度。調頻裝置118之分佈具有以下優點：可在無需昂貴電力切換設備之情況下執行較小負載之切換(可代以用(例如)可批量生產之基於半導體之開關執行切換)，且較小負載之切換僅將相對較小量之電壓雜訊引入至局部電網環境中，使得(例如)供應電壓保持於限制內。
通常，跨電網100傳輸一調頻信號所需之總調變負載取決於用於傳輸資訊之特定編碼方案，如下文所描述。不同編碼方案導致量測裝置120處之不同增益量，且因此調變所需之電力可在(例如)自瓦特至兆瓦特之巨大範圍內。
調頻裝置118各調變至及/或來自各自相關聯電力單元119之電力流量。若存在一個以上調頻裝置，則一或多個調頻裝置118之各者可 與其他調頻裝置118之各者同步且經配置以根據一控制型態來調變電力流量，使得調頻裝置118引起電網100中之電力流量之一集體調變。即，調頻裝置118集體地引起電網100中之電力平衡之一調變變化，電力平衡之變化係至或來自電力單元119之各者之調變電力流量之組合效應，電力單元119具有一相關聯調頻裝置118。
調頻裝置118可經配置以調變至及/或來自其相關聯電力單元119之一無效電力流量。例如，調頻裝置118可包含用於修改其相關聯電力單元119之一無效電力貢獻之逆變器。調變電力單元之無效電力貢獻引起電網100之效率之一局部調變及可用有效電力之一對應調變。繼而，此等引起電網頻率之一調變，其如上文所描述般引起電網平衡之一調變。
在某些實施例中，調頻裝置118可經配置以僅調變有效電力，僅調變無效電力，或調變有效電力及無效電力兩者。
圖2a展示一調頻裝置118之一例示性配置。調頻裝置118形成電網100與一或多個電力單元119之間的一介面，且與一或多個電力單元119一起操作以在電網100內傳播一調頻信號。調頻裝置118包括一輸入/輸出(I/O)介面202、一資料儲存器204、一處理器206、一調變器208及一時鐘210。
調頻裝置118經配置以經由I/O介面202來自一控制器接收資料。該控制器可為量測裝置120之部分。替代地，該控制器可不直接連接至電網100，而是可經由I/O介面202來接收資料。I/O介面202經配置以經由一固定或無線通信網路來接收資訊，該通信網路可包含全球行動通信系統(GSM)、通用行動電信系統(UMTS)、長期演進(LTE)、固定無線存取(諸如IEEE 802.16 WiMax)及無線網路(諸如IEEE 802.11 WiFi)之一或多者。
經由I/O介面202來接收之資訊可儲存於資料儲存器204中。儲存 於資料儲存器204中之資訊可包含一控制序列之表示(本文中指稱「編碼」)，將由調頻裝置118根據該控制序列來調變電網頻率。編碼可表示用於根據一預定義控制型態來控制調變器208之控制信號。
處理器206經配置以自資料儲存器204擷取編碼且產生用於控制調變器208之控制信號。處理器206存取資料儲存器204，擷取一編碼，且基於該編碼來產生控制信號且將該等控制信號發送至調變器208以控制至及/或來自一電力單元119之電力流量。該等控制信號可呈將在電網100中傳播之一信號之一位元型樣之形式。通常，該編碼定義參考時鐘210所提供之控制信號之一時變型態。時鐘210可與其他調頻裝置118之時鐘同步，使得連接至電網100之調頻裝置118之各者與各其他調頻裝置118同步。此能夠在各調頻裝置118處同時開始調頻信號之傳播。可基於經由I/O介面206所接收之一同步化信號或藉由任何其他構件來執行時鐘210之同步化。
調變器208經配置以響應於由處理器206產生之控制信號而調變至及/或來自一電力單元119之電力流量。調變器208可包括：一開關，其用於將電力單元119連接至電網100及/或使電力單元119與電網100斷接；及/或任何電構件或電子構件，其容許調變至及/或來自電力單元119之電力流量。例如，可在調變期間未必完全切斷電力單元119，而是可在消耗之電力量及/或提供之電力量之設定點之間調變電力單元119。調變器208可為用於改動藉由電力單元119之消耗之電力量及/或提供之電力量之一衰減器或某一其他構件(例如用於電動車及/或其他電動裝置之基於逆變器之充電器、用於光伏打發電機之並網逆變器、熱電共生(CHP)發電機、或風力發電機)。
調變電網電力平衡誘發整個電網中之電網頻率之一調變，在一同步電網中，電網頻率係相同的。
例如，就圖2b(其描繪一理論上無慣性之電網)而言，在點A處， 電網100係平衡的(即，電力之總需求近似等於電網100中所產生或提供至電網100之總電量)且電網頻率穩定於(例如)50赫茲處。在點B處，電網電力平衡經移位使得自點B至點C存在過度消耗量。此導致點B'處之電網頻率之一對應下降，維持電網頻率直至點C'。在點C處，電網電力平衡經移位使得在點D處存在過度產生量，維持電網電力直至點E。此導致點C'與點D'之間的電網頻率之一對應上升，自點D'至點E'維持電網頻率。電網頻率響應於電網電力平衡之一給定變化之變化程度以電網剛性為特徵，且在圖2b之曲線圖中表示為直線之梯度。即，例如，在圖2b中，一相對較剛性之電網將具有含一相對較小梯度之一線，使得一相對較大之電網電力平衡變化將僅導致一相對較小之電網頻率變化。應注意，儘管電網頻率變化與電網電力平衡變化之間的關係大體上係單調的，然其可背離圖2b中所描繪之直線性且有時可具有(例如)某一曲率。
通常，(例如)點D'與點E'之間的增大電網頻率之維持取決於一調變頻率(亦即，電力流量之調變頻率)。特定言之，若調變週期(調變頻率之倒數)小於自動校正及/或電網操作員對電網電力平衡之變化作出反應之一特性反應時間，則可維持增大之電網頻率。在其中相對較快地調變電力流量之實施例中，自動採用及/或由電網操作員採用之電力平衡補償機制無法足夠快速地反應以抵消調變，而若相對較慢地調變電力流量，則電力平衡補償機制可藉由補償機制抵消來開始使意欲調變之效應降級。
通常，電網調頻之振幅在微赫茲至高達數毫赫茲之範圍內，且因此不會超過議定限制(電網操作員必須使電網頻率(標稱系統頻率)維持於議定限制內)且不會引起電網操作員響應於調變而開始任何手動或自動電網平衡量測。此外，依小於電網頻率之一速率調變電網頻率避免藉由電網100中之變壓器108、110來使調頻信號衰減。
通常，調變器208經配置以依通常高達10赫茲之一調頻(然而，此亦取決於各電網之性質)調變至及/或來自電力單元119之電力流量。在一些實施例中，依小於預定義電網頻率之1/2之一調頻調變至及/或來自一電力單元119之電力流量。在一些實施例中，依小於預定義電網頻率之1/4之一調頻調變電力流量。在一些實施例中，依小於預定義電網頻率之1/10之一調頻調變電力流量。
在此頻率範圍內，可切換適度高負載。因為調變器208以小於電網頻率之一調頻調變至及/或來自電力單元119之電力流量，所以電網100之基礎結構對調變信號之抑制不超過其對一未調變AC電力之抑制。此無需在諸如變壓器108、110之裝置周圍提供一額外通信路由，如將一高頻(數百赫茲至高達兆赫茲)信號重疊至基本系統(例如50赫茲)頻率上之電力線通信系統所需。
應注意，可有利地在AC波形之一零交叉處調變至及/或來自一電力單元之電力流量。例如，在其中調變包括接通及切斷至及/或來自裝置之電力流量之情況中，可在零交叉點處進行接通與切斷之間的轉變。此最小化隨後分配至電網中之無用諧波之產生，且因此最小化歸因於調變之不必要電網雜訊。
儘管調頻裝置118在圖2a中展示為與電力單元119分離，然應瞭解，在一些實施例中，調頻裝置118可與電力單元119整合。
應注意，儘管編碼在上文中描述為儲存於調頻裝置118之資料儲存器204中，然在一些實施例中，其可被遠端地儲存(例如，儲存於控制器處)且在需要時由調頻裝置118存取。例如，編碼可被傳輸至調頻裝置118，在此情況中，編碼可不儲存於調頻裝置118處或僅儲存於一暫時資料儲存器中。
藉由調頻裝置118來調變電力流量引起電網頻率之一對應調變，該電網頻率在整個給定同步電網100中係相同的。
如下文參考圖4所說明，對一給定電力流量調變之頻率響應取決於提供電力調變之一或多個調頻裝置118之局部頻率響應特性。
由於整個電網100中之電網頻率係相同的，故整個電網100中之調頻亦係相同的，且能夠偵測調變電網頻率之一量測裝置120能夠量測可將其連接至電網100之任何點處之調頻信號。
圖3係繪示一例示性量測裝置120的一圖式，量測裝置120經組態以量測在一電網100內傳播之一調頻信號。量測裝置120包括一偵測器302、一資料儲存器304、一處理器306、一輸入/輸出(I/O)介面308及一時鐘310。
偵測器302可為能夠足夠精確地偵測或量測與電網頻率有關之一特性之任何裝置。
在一些實施例中，與電網頻率有關之一時段用作為電網頻率之一特性量測。例如，半週期之一量測(其係電壓跨越0伏特之時間之間的時期)可用作為與電網頻率有關之一特性。
在一些實施例中，可判定瞬時電網頻率，其對應於完成一半週期(或一全週期)所花費之時間之倒數。頻率資料可經等化及數位濾波以移除信號頻率之一已知及所要範圍外之頻率分量。例如，可移除對應於電網頻率之頻率分量及/或與雜訊有關之頻率分量。
在一實施例中，偵測器302可包括：一電壓偵測器，其經配置以依高於電網頻率之一頻率對電壓進行取樣；及一類比轉數位轉換器，其經配置以將取樣電壓轉換為一數位電壓信號。例如，該電壓偵測器可經配置以每週期對電壓進行1000次取樣。接著，該數位電壓信號可經處理以高精度地(在微秒至毫秒之範圍內)判定電壓跨越0伏特之時間。
在另一實施例中，偵測器302可包括：一電流偵測器，其經配置以依高於電網頻率之一頻率對電流進行取樣；及一類比轉數位轉換 器，其經配置以將取樣電流轉換為一數位電流信號，接著，該數位電流信號可經處理以高精度地(在(例如)微秒至毫秒之範圍內)判定電流跨越0伏特之時間或與電流波形相關聯之其他特性。
在又一實施例中，偵測器302可包括一電壓偵測器及一電流偵測器兩者。量測電壓及電流兩者跨越0伏特之時間使量測裝置120能夠判定電壓及電流之相對相位之一變化，藉此使量測裝置120能夠補償電網中之無效電力之變化。此繼而實現頻率(或與頻率有關之一特性)之一更準確量測。
除量測電網頻率之外或作為量測電網頻率之一替代，偵測器302可基於電壓及/或電流之量測來量測在電網中流動之電力之頻率之一變化率，如上文所描述。
資料儲存器304可儲存指示由一或多個調頻裝置118使用之電力調變型態之資料；例如，該資料可指示一方波型態，如下文相對於圖4a至圖4d所描述。處理器306可使用儲存資料型態格式以藉由使儲存資料型態格式與量測頻率信號相關而促進自量測頻率信號提取調頻信號。量測裝置120可包含一相關器，其經配置以使量測頻率信號與一已知調變型態相關以識別一數位調頻信號之高電平狀態與低電平狀態之間的轉變。此實現自量測頻率提取調變信號，即使調變信號之振幅(如上文所描述，其可高達數毫赫茲)小於電網頻率(其通常在10毫赫茲至200毫赫茲之範圍內)中之雜訊之位準。此等典型值因同步電網不同而顯著變動且在一給定同步電網中隨時間流逝而顯著變動。
資料儲存器304亦可儲存與一或多個電力單元119或一或多個群組之電力單元119(或其相關聯之調頻裝置118)有關之識別資料。此識別資料(下文中指稱識別符)可用於識別一調頻信號之來源，如下文所描述。識別符可對應於上文所提及之「編碼」；換言之，電力單元群組119(或其相關聯之調頻裝置)可由其產生之調頻型態識別。
資料儲存器304亦儲存與其消耗之電力量及/或提供之電力量由調頻裝置118調變之電力單元之一或多個電力特性有關之資料，以及此資料與上文所提及之識別符之間的關聯性。資料儲存器304亦可儲存指示其中定位調頻裝置118之電網之一區域的資料(諸如國家、縣、市或郵政編碼)，以及此資料與上文所提及之識別符之間的關聯性。
資料儲存器304可用於儲存已在電網內傳播之量測及提取調頻信號資料。
處理器306可為能夠處理與在電網100中流動之電之一頻率特性有關之資料之任何處理器。處理器可包含(但不限於)一專用積體電路(ASIC)、一場可程式化閘陣列(FPGA)、一數位信號處理器(DSP)及一通用可程式化處理器之一或多者。
處理器306經組態以處理與所量測之頻率特性有關之資料以判定電網100之一同步區域內之頻率響應特性。特定言之，處理器306經組態以存取資料儲存器304以擷取與一或多個電力單元119(其消耗之電力量及/或提供之電力量由調頻裝置118調變)之電力特性有關之資料且判定與一或多個電力單元119之電力流量調變有關之一特性。基於量測頻率特性及判定電力流量特性，處理器判定與電網100之至少一區域相關聯之頻率響應特性。
圖4a展示由一調頻裝置118提供之一例示性電力調變信號之一圖示，且圖4b至圖4d展示具有低慣性量、中等慣性量及高慣性量之一同步電網之區域之調頻信號之對應圖示。特定言之，圖4a展示具有一恆定週期及50%之一占空比之一方波電力調變信號。
在圖4b至圖4d之各者中，虛線表示電力流量之變動之波形，且實線展示對應頻率變動。應注意，圖4b至圖4d之各者之電網具有相同剛性，此意謂：若時間足夠，則響應於電力平衡之一給定變化之頻率變化程度將相同。然而，此等曲線圖中所表示之電網具有變動慣性， 此係對給定電力流量變動之頻率響應之電網變動形式之原因。
圖4b展示起因於具有相對較低慣性之電網之區域中之電力調變的頻率變動。調頻信號緊密地對應於電力調變信號。
圖4c展示起因於具有中等慣性量之電網之區域中之電力調變的頻率變動。調頻信號相較於電力調變信號而修改，且因此不如圖4b之調頻信號般緊密地對應於電力調變信號。特定言之，頻率變化率慢於圖4b中所展示之頻率變化率，且因此，調頻信號相對於圖4a之輸入電力調變信號而延遲及平滑。
圖4d展示起因於具有相對較高慣性之電網之區域中之電力調變的頻率變動。相較於電力調變信號而大幅度地修改調頻信號。在所展示之特定實例中，延遲及平滑之程度使得在電力調變信號之時框中，在電力調變切換至下一者之前，調頻信號無法達到其最大值。
因此，藉由判定與起因於一識別電力單元119(或其群組)之調頻信號之形式有關之參數，且比較此與產生信號之電力流量調變之已知特性(如藉由存取資料儲存器304所識別)，量測裝置120能夠判定其中定位電力裝置119(或其群組)之電網之區域中之一慣性。此外，響應於一已知電力調變信號之頻率變化程度之一分析亦使量測裝置能夠判定電網剛性。
使用上文所描述之量測方法，一電網系統操作員(或另一方)能夠判定表示整個同步電網100及/或同步電網之局部區域性區域之頻率響應特性。因此，電網系統操作員可存取電網100之各種區域中之頻率響應特性，且基於該等特性來為電網平衡之未來變化作計劃。此外，所判定之頻率響應特性可由量測裝置120用於自動或半自動地控制電網100中之電力單元以對電網頻率之變化提供校正量測，如下文所描述。
可使用上文所描述之頻率響應特性量測以利用量測頻率響應特 性及可用額外資訊(其包含(例如)當前及預測天氣資訊及/或相關區域中之電產生量之特性，諸如可再生產生源與不可再生產生源之混合(基於可再生源趨向於具有(例如)相對較低慣性之事實))來預測地理鄰近區域中之頻率響應特性之未來變化。
上文所提及之頻率響應特性可為(例如)基於相對於一電力流量調變之一相對頻率響應之電網之慣性或剛性之一相對指示。此一指示可提供與電網之慣性或剛性有關之定性資訊且無需判定其絕對定量值。可(例如)藉由使用一交叉相關或其他相關程序來使量測頻率特性與電力流量調變之一量值特性相關來判定一頻率響應特性之一指示。替代地，可藉由判定一量值之特性與量測頻率特性之一比率來判定剛性之一指示。
替代地或另外，頻率響應特性可包括慣性及/或剛性之一絕對數值。
作為一實例，可藉由分析一頻率特性之一時間變動(例如藉由分析起因於一脈衝(其起因於電網中之電力流量之一已知調變)之電網頻率之脈衝響應)來判定一慣性特性。可(例如)藉由一指數函數來將依據時間而變化之電網頻率之響應與一特性時間常數擬合。若電力流量脈衝對應於電力流量之一增大，則該時間常數對應於一「上升時間」，且若電力流量脈衝對應於電力流量之一減小，則該時間常數對應於一「下降時間」。接著，可將與慣性有關之一特性定義為(例如)與此上升時間或下降時間成比例，且因此較長上升及/或下降時間指示具有一較大慣性之電網之區域。
作為另一實例，可藉由分析響應於電力平衡變化之一已知量值之一頻率特性變化之量值來判定一剛性特性。此可包括：例如，判定電網頻率(例如，以赫茲為單位)之脈衝響應之量測量值與電力流量(例如，以瓦特為單位)之脈衝之已知量值的比率，在此實例中，此引起 其導致以每瓦特赫茲為單位之一剛性特性。
與由上文所提及之一或多個電力單元119提供之電力流量調變有關之量值特性可為(例如)由一電力單元119及其對應調頻裝置118提供之電力調變之一振幅，或如下文更詳細所描述，若一個以上電力單元119及其相關聯之一或多個調頻裝置118用於提供一調頻信號，則量值特性可為全部調變電力單元119之調變之一加總振幅。
在一些實施例中，可由一群組(諸如一分佈式群組)之電力單元119之對應調頻裝置118根據一單一控制型態來以一協調方式調變該群組之電力單元之電力流量。以此方式，藉由電力單元群組119之消耗之電力量及/或提供之電力量經協調以提供具有可由量測裝置120量測/偵測之一集體量測頻率特性之一集體調頻信號。如上文所描述，此實現因無需昂貴電力切換設備(可代以用(例如)可批量生產之基於半導體之開關執行切換)而執行較小負載之切換，且亦實現僅將相對較小量之電壓雜訊引入至局部電網環境中。
為了來自群組之各成員之所得調頻信號與來自其他成員之調頻信號建設性地組合，可使編碼之使用同步，亦即，各群組成員之處理器206應與群組之其他成員協調地(例如，實質上同時地)啟動編碼。此可以諸多方式達成；例如，可使各調頻裝置118之時鐘210同步，且裝置118經組態以在一預定時間啟動編碼。
藉由協調來自一群組之裝置之調頻信號，可產生可更容易由量測裝置120偵測之信號之一量值。
可基於電力單元群組119(及/或其對應調頻裝置118)之位置將其等分組，使得電網100中之一特定區域中或一特定位置處之電力單元119集體地經調變以同時傳播一集體調頻信號。以此方式將電力單元119(或其相關聯之調頻裝置118)分組使量測裝置120能夠判定電網100中之該特定區域或位置之局部頻率響應特性。
為能夠區分由一給定群組傳播之一調頻信號與電網頻率之背景變動及/或來自其他群組之調頻信號(如上文所提及)，量測裝置120可將各與一或多個調頻裝置118相關聯之編碼(下文中指稱識別符)儲存於一資料儲存器304中，且調頻裝置118可包含與電網100中所傳播之調頻信號中之其各自識別符有關之資訊。
一給定群組中之各調頻裝置118可具有指示與該調頻裝置118相關聯之識別符之資料，且可產生調變群組中之電力單元119之各者時所根據之控制信號，該等控制信號與指派給該群組之識別符對應或包含該識別符。以此方式，調頻裝置118包含電網100中所傳播之調頻信號中之識別符。為識別電力單元群組，量測裝置120可存取儲存與電力單元群組119(或其相關聯之調頻裝置118)相關聯之識別符之一或多者的一資料庫(例如，在一量測裝置120之一資料儲存器304中)，且判定包含於一量測集體調頻信號中之識別符與儲存於該資料庫中之識別符之一或多者之間的一對應性。例如，量測系統裝置120可使調頻信號(其包含識別符)與其儲存識別符相關以執行此識別。
為使量測裝置120能夠區分來自不同群組或來自不同特定區域之調頻信號，使識別符正交或準正交且導致正交或準正交調頻信號係有用的；即，與一給定群組相關聯之一各自型態與相關聯於其他群組之型態不相關，或僅與其非常弱相關。此外，與電網之不同群組或不同區域相關聯之編碼可為正交或準正交的。
可在製造或安裝時將控制型態程式化至各調頻裝置118中。替代地或另外，可由量測裝置120經由一通信網路來將控制型態提供至電力單元之調頻裝置118。例如，可提供控制型態作為儲存於調頻裝置118之資料儲存器204中之一現有控制型態的一更新。
控制型態可包含一重複型態，根據該重複型態，調頻裝置118連續地控制至及/或來自電力單元119之電力流動。替代地，調頻裝置 118可根據控制型態來間歇性地控制至及/或來自電力單元119之電力流動。
可基於一時間差來使由調頻裝置118或調頻裝置群組118之各者傳播之調頻信號分離(以即時正交或準正交)。調頻裝置群組118之各者可在一隨機開始時間開始在電網中傳播可由量測裝置120量測之一調頻信號。例如，位於不同地理區域中之調頻裝置118可經配置或經請求以在一特定時間或在一特定時框內在電網100內傳播一調頻信號。為防止調頻裝置118之各者同時傳播一調頻信號，量測裝置120可經配置使得分佈式調頻裝置118各具有與其他調頻裝置118之各者足夠不同之調變開始時間。例如，調頻裝置118可經配置以將一隨機時間延遲新增至其接收傳播一調頻信號之一請求時之時間。此增加藉由調頻裝置118之各者之調頻信號在足夠間隔時間(即，間隔超過傳播信號所花費之時間長度的時間)由量測裝置120量測之可能性，使得量測裝置120可區分由不同調頻裝置118傳播之信號。
各調頻裝置118可基於為該調頻裝置118所獨有之資訊來判定隨機時間延遲。例如，可基於調頻裝置118之一序號來判定隨機時間延遲。此降低兩個或兩個以上調頻裝置118使用相同時間延遲之可能性，且因此促進由不同調頻裝置118傳播之信號在量測裝置120處之分離。
參考圖5來呈現用於在一給定時間判定一電網之給定區域之頻率響應特性(例如慣性或剛性)的一例示性方法。
圖5展示經由一調變裝置118來連接至一同步電網504之部分的一電力單元119。調變裝置118可相同於圖2a中所展示之調變裝置，但為清楚起見，圖5中僅展示資料儲存器204及調變器208。調變裝置118之資料儲存器204內已儲存經指派以與電力單元群組119一起使用之編碼502，且將此編碼502傳輸至調變器208以產生一電力調變信號，在調 變裝置與電網之連接點506處將該電力調變信號新增至電網之其餘部分之電力流。
如上文所描述，電力調變導致一對應調頻。此等調變信號傳播通過電網之量測區域508。儘管信號隨距離及任何濾波而衰減，然此等信號基本上在整個同步電網內傳播。
與量測區域508相關聯之頻率響應特性導致調頻信號之一修改，如由510及(例如)圖4c所繪示。
由量測裝置120量測及處理經修改之調頻信號510。量測裝置120(其可相同於圖3中所呈現之量測裝置)在圖5中展示為由一偵測器302、一類比轉數位轉換器512、一資料儲存器304及一相關器514組成。(應注意，相關器514無需為一專用裝置，而是可實施為圖3中所展示之處理器306之部分，例如實施為軟體或韌體)。
偵測器302偵測調頻信號且經由類比轉數位轉換器來將其饋送至相關器514中。
如上文所描述，調變信號包含識別(若干)電力單元之一識別符。量測裝置120存取儲存識別符之資料儲存器304且判定包含於調變信號510中之識別符與儲存於資料儲存器304中之識別符之一或多者之間的一對應性，藉此識別電力單元。基於識別(若干)電力單元，量測裝置120存取資料儲存器304以建立用於產生偵測調頻信號510之相關聯電力流量特性。
前述電力流量特性可包含例如以下之任何者：(若干)單元之消耗量及/或提供量；一個別單元之電力流量變化之量值；一群組之單元之電力流量變化之總量值；作為(若干)單元之消耗量及/或提供量之一分率的電力調變量值；物理屬性、電屬性、單元等級屬性及/或地理屬性之細節；(若干)單元是否為電力之提供者或消耗者之一指示；用於調變之各電力流量位準之持續時間；與調變期間之消耗之電力量及 /或提供之電力量之不同位準之間的切換相關聯之上升及/或下降時間；用於(若干)單元之電力流量調變之調變之精確形式；對調變電力之無效電力貢獻(例如使電力因數變動之能力)。
可(例如)藉由控制型態、使用者介面、通信介面、工廠設定或任何其他手段來設定及更新儲存於資料儲存器304中之識別符及相關聯之電力流量特性。將(若干)單元之類型、分組及/或電力流量特性傳送至量測裝置120之替代手段亦可為(例如)藉由使用者介面、通信介面或工廠設定。
作為前述(若干)單元識別及電力流量特性建立之一結果，量測裝置120建構傳輸電力調變信號之一複本。
將數位化偵測調頻信號及傳輸電力調變信號之複本饋送至相關器514。
接著，相關器514使兩個信號相關且擬合一函數h(t)(其描述電網之量測區域508對給定電力流量調變之偵測調頻信號之效應)之參數，即，h(t)描述電網之量測區域之脈衝響應。
使h(t)參數化之擬合參數可包含(例如)h(t)之最大值hmax，其以一給定電力平衡變化之電網頻率變化之量值為特徵，且因而以電網之量測區域之剛性為特徵。參數hmax可為電網剛性之一絕對量值，且(例如)被認為具有單位每瓦特赫茲(Hz W-1)。
h(t)之擬合參數亦可包含(例如)在發生於hmax之後之t值處擬合至h(t)之一指數衰減函數之一特性時間常數tfall。tfall以電力流量平衡之一脈衝之後之電網頻率變化之滯後為特徵，且因而係電網之量測區域之慣性之特性。此tfall可根據需要經代數運算及正規化以提供局部電網慣性之一絕對量值，例如以千克‧平方米為單位。
因此，在上述說明性實例中藉由量測裝置120來擬合脈衝響應函數h(t)之參數在一給定時間對一電網之一給定區域提供各種頻率響應 特性(其包含(例如)慣性及剛性)之同時判定。應注意，上述說明性實例係本發明之一態樣之一實施例之一非限制性實例。例如，上述實例中之某些步驟未必依所呈現之順序發生，而是可同時發生。
上文所提及之電力可為有效電力及/或無效電力。有效電力流量之調變可起因於使用一純電阻性負載之調變，使得(交流)電壓與電流之間的相位差保持接近於零。在此情況中，調變之量值與有效電力流量之一變動有關。就無效電力之一變動而言，調變之量值可與一無效貢獻之一量值(其可藉由變動(例如)電壓與電流之間的相位差而變動)或電力因數有關。替代地或另外，可使用使用有效電力調變與無效電力調變之一組合的調變。
一頻繁更新之電網剛性特性可用於(例如)一電網管理，此係因為電網剛性之一顯著變化指示已存在電網之容量之一顯著變化(絕對而言、相對而言及/或就國家或地區(例如配電網)而言)，此可警告電網操作員採取措施來識別及校正變化，且亦實現電網操作員希望進行之電網剛性之意欲變化之實際結果之有效率監測。
習知地，藉由電網頻率達到一臨限值而觸發用於對電網平衡之變化作出響應(用於將電網頻率控制於議定限制內)之動作，如由(例如)局部分佈式量測裝置所量測。例如，在英國，用於對電網頻率之一降低作出響應之習知觸發點係49.8赫茲。如下文參考圖7所描述，達到此一習知觸發點且因此開始對電網頻率之一變化作出響應所花費之時間通常為約數秒。
根據本發明之一態樣，為減少對電網平衡之此等變化作出響應所花費之時間，在一些實施例中，局部量測之頻率特性可經分析以能夠較早地識別電網頻率之顯著變化。可在量測裝置處(例如)基於自局部裝置處之儀表收集之資料來執行此分析，如下文所描述。可藉由依據量測頻率特性之一系列之值(例如，在一時間區間內之一系列時間 處所量測)擬合一數學函數(諸如一多項式外推函數及/或二次曲線外推函數)來執行該分析。此可涉及：使用一「滑動區間」方法來依據覆蓋一第一區間之量測頻率特性之一第一系列之值擬合函數。接著，該區間經移動以依據覆蓋一第二稍後時間區間之量測頻率特性之一第二系列之值來擬合函數。該數學函數具有定義該函數之形式之相關聯係數或參數。因此，對於各時間區間，可判定相關聯係數，且可比較一時間區間之係數與另一時間區間之係數以判定擬合數學函數之形式是否存在一變化。識別量測頻率特性之變化之此一方法之優點在於：其通常能夠比否則使用一簡單臨限值比較來偵測變化早地偵測到變化。
此外，不同權重可給予不同時間區間中之量測頻率特性，使得(例如)最大權重給予最近時間區間中之量測。此加權程序可充當一濾波器，此係因為其可減少量測頻率特性之假性分量對擬合函數之係數之判定之影響。
擬合量測頻率特性之值亦能夠外推頻率特性之終值，此繼而能夠預測將需要用於對一偵測或預測變化作出反應之電網100中之資源量。
此外，藉由分析一擬合數學函數之係數，而非進行與一固定臨限值之一比較，可基於相對較小頻率位準變化來預知具有不同局部頻率響應特性之區域中之量測頻率特性之顯著變化。
在一特定實例中，如圖6a至圖6f(其等展示頻率隨時間t之變動，如(例如)一電力單元119處所局部量測)中所展示，將量測頻率特性之值擬合為二階多項式函數。該二階多項式函數之函數形式係at2+bt+c且定義該函數之形式之參數係係數a、b及c。依據各連續時間區間之頻率特性量測來擬合多項式函數，其中用於擬合之目的之「t=0」被連續地重新定義為各連續時間區間內之一致點。在此例示性實施方案中，可藉由判定值a、b及c之變化來識別電網頻率之變化。
圖6a展示標記為1至10之10個時間區間之一時期內之一量測頻率特性。應明白，在10個時間區間期間，存在頻率特性之一變化。特定言之，頻率特性在時間區間1、2及3期間係穩定的，且接著在時間區間4中開始使值減小。頻率特性之變化率在區間6處略微增大至一最大變化率，且接著變化率減小直至區間10。
圖6b至圖6f展示依據圖6a中所展示之量測頻率特性之二階多項式函數之擬合。
在時間區間2(圖6b)期間，頻率特性係穩定的，使得擬合多項式函數簡化為其梯度接近於零之一線性函數。
在時間區間4(圖6c)期間，頻率特性開始減弱。在此區間中，可將頻率特性量測最佳地擬合為描述一反演拋物線(如由虛曲線所指示)之一多項式函數。此反演拋物線特性可(例如)以係數「a」之一負值為特徵。在時間區間5(圖6d)期間，頻率特性之變化率(減小率)增大。因此，例如，可將區間5(圖6d)之頻率特性量測最佳地擬合為描述一較尖反演拋物線(其在該區間內具有一較陡梯度)之一多項式。此較陡梯度可(例如)以係數「b」之量值之一增大為特徵。
在時間區間6(圖6e)期間，頻率特性進一步簡化，但以一實質上單調方式，且因此可被最佳地擬合為一線性函數。線性函數具有係數a=0，其亦標記頻率特性之象徵性函數形式之一拐點。
在時間區間8(圖6f)期間，頻率特性通過一拐點且頻率特性之變化率減小。相應地，可將頻率特性量測最佳地擬合為一非反演拋物線。此非反演拋物線可(例如)以係數「a」之一正值為特徵。可自上述實例明白，藉由比較依據一時間區間內之量測頻率特性值來擬合之一多項式函數之係數與後一時間區間內之係數，(例如)可偵測呈擬合函數之形式之顯著變化(諸如頻率特性開始減弱(或實際上增大))(藉由偵測係數具有一非零值)、頻率特性之變化率之一變化(藉由偵測係數 之量值之一變化)、及頻率特性之一轉折點或拐點(藉由偵測係數之一或多者之正負號之一變化)。
此外，可藉由判定多項式函數之係數在時間區間之間的變化程度來外推頻率特性可能之變化量。通常，可隨著頻率特性接近轉折點(圖6e)而進行頻率特性之總減弱(或增強)之一準確估計；此通常與頻率特性開始減弱之後之一時間(約500毫秒)對應，此時間係顯著短於達到一臨限值所花費之時間(例如約數秒)之一時框。
所判定之區域性慣性特性可用於判定參數，該等參數繼而可用於觸發對電網頻率之變化之某一響應。例如，響應於電網頻率之一變化，可期望自量測裝置120發送一信號以控制一群組之電力單元119以改變該等電力單元之電力消耗及/或提供行為。
若電網頻率存在一突然下降(例如，歸因於產生量之突然損耗或電力消耗量之突然增加)，則可期望發送一信號以控制群組中之耗電電力單元119停止操作及/或控制供電電力單元開始操作以減少電網100中之凈電力消耗量且因此使電力消耗量及產生量之平衡恢復且因此使電網頻率恢復至其標稱位準。
然而，若電網頻率存在一突然上升(例如，歸因於一產生資源之重新連接或電力消耗量之突然減少)，則可期望發送一信號以控制群組中之耗電電力單元119開始操作及/或控制供電電力單元停止操作以增加電網100中之凈電力消耗量且因此使電力消耗量及產生量之平衡恢復且因此使電網頻率恢復至其標稱位準。
應注意，其消耗之電力量及/或提供之電力量響應於電網頻率之一變化而改變之此等電力單元119無需為其消耗之電力量及/或提供之電力量調變為頻率響應特性量測系統之部分的相同電力單元。實際上，其消耗之電力量及/或提供之電力量響應於電網頻率之一變化而改變之電力單元可大體上經選擇以具有比其消耗量及/或提供量將調 變為量測系統之部分的電力單元更多之可用彙總電力，使得該等電力單元之電力消耗及/或提供行為之一變化應對電網頻率恢復至其標稱位準具有一更實質影響。
量測裝置可基於與電網100之一區域相關聯之量測頻率響應特性來導出與應採取恢復動作時之電網頻率之一狀態有關之一觸發條件。該觸發條件可為量測頻率特性本身之一位準，或可(例如)基於一或多個參數(諸如與應用於量測頻率特性之一擬合函數有關之參數)或該等參數之變化，如上文參考圖6所描述。
圖7係展示一電網100對電力平衡之一突然移位之一例示性頻率響應的一圖示。圖7中所展示之特定資料與鄰近電網之一互連器處之一突然斷接有關。圖7之曲線圖展示電網之一者之3個區域(即，區域A、區域B及區域C)中所偵測之頻率響應。此等區域之各者具有發電量之一不同混合且因此具有不同量之電網慣性。
圖7中展示49.8赫茲之一假想觸發點，其表示採取動作以對電網之一頻率變化作出響應時之頻率。應明白，在電網平衡之一突然變化之後，達到該觸發點所花費之時間係約數秒。就所描繪之特定事件而言，達到習知觸發點所花費之時間係3秒。
在歸因於一相對較高比例之自旋發電而具有一相對較高慣性之區域A中，頻率依一大幅減小之變化率對電網平衡之相同變化作出響應。
在區域B中，存在比區域A中存在之自旋發電比例大之一自旋發電比例，且因此對電網平衡之突然變化之響應更平滑很多，且係即時的。
在區域C中，存在一相對較低比例之所謂的「自旋」發電，即，藉由習知大型發電站(其將相對大量之機械能儲存於其相關聯之渦輪機中)之發電。因此，對電網平衡之突然變化之響應係即時且快速 的。
因此，應明白，一同步電網對電網平衡之突然變化之初始頻率響應之性質根據局部電網慣性來區域性地變動。相應地，應用於不同區域中之觸發條件需不同以能夠一致地觸發一響應。例如，在具有相對較高慣性之區域中，頻率之一相對較小初始變化可指示頻率之一相對較大即將到來變化，而在具有相對較低慣性之一區域中，頻率之相同即將到來變化可由頻率之一相對較大變化指示。相應地，基於電網之不同區域之判定慣性值(如上文所描述)及/或其他頻率響應特性(諸如(例如)電網剛性)，量測裝置120可判定與上文參考圖6a至圖6f所描述之多項式之係數有關之不同條件，將基於該等條件來執行對應群組之一或多個電力單元之消耗之電力量及/或提供之電力量之一恢復性變化，如下文所描述。應注意，一慣性特性係一尤其有用之頻率響應特性，此係因為其能夠預測一頻率特性響應之時間相依性，且因此亦可僅基於一慣性特性來導出有用觸發條件。應注意，一剛性特性亦係用於通知觸發條件之一有用頻率響應特性，此係因為其可通知量測頻率特性可鑑於一可能或共同電力平衡變化之變化程度之一預測。
作為參考圖7之一特定實例及區域C中之電網頻率之響應之特定情況，若擬合多項式之「a」係數在500毫秒中之0.08赫茲之頻率初始減小之後仍為負，則可(例如)滿足觸發條件。負「a」係數指示頻率之減小尚未達到一拐點，且因此可繼續依一較快速率減小，該較快速率在與區域C中之電網之高慣性耦合時指示足以滿足觸發條件之一頻率變化事件。
在一些實施例中，可藉由與一群組之電力單元119中之一或多個電力單元119相關聯之一量測儀器(諸如一相量)來進行一頻率特性之一局部量測；此處所提及之電力單元群組可為相同於產生調頻信號之上文所提及之群組的群組，或其可為一不同群組之電力單元119。在 此情況中，各量測儀器可包含用於將量測頻率特性傳送至量測裝置120之一通信介面。接著，量測裝置120可判定自該量測儀器接收之一量測頻率特性是否滿足一判定觸發條件，且響應於判定滿足該觸發條件，量測裝置120可將一請求發送至群組中之電力單元119之一或多者以改變其消耗之電力量或提供之電力量。
替代地，量測裝置120可傳輸用於在群組之電力單元119處接收之參數，該等參數與應用於量測頻率特性且基於判定頻率響應特性所判定之一擬合函數有關。接著，可在群組之電力單元119處接收該等參數，且使用該等參數來導出一觸發條件。在群組之電力單元119處，可基於針對群組所局部量測之一頻率特性來判定是否滿足該觸發條件。響應於滿足該觸發條件之一判定，可改變至及/或來自群組中之電力單元119之各者的電力流量。
為改變至及/或來自電力單元119之流量，電力單元119可具有一相關聯之電力控制裝置。圖8中展示一電力控制裝置800之一例示性配置。電力流量控制裝置800以相同或類似於上文參考圖2所描述之調頻裝置118之方式與一相關聯之電力單元119合作。如同調頻裝置118，電力控制裝置800可在電力單元119外部或可與電力單元119整合。在一些實例中，調頻裝置118及電力控制裝置之功能可由一單一裝置執行。
電力控制裝置800形成電網100與一或多個電力單元119之間的一介面，且與一或多個電力單元119一起操作以改變至及/或來自電網100之電力流量。電力控制裝置800包括一偵測器802、一資料儲存器804、一輸入/輸出(I/O)介面806、一處理器808及一開關810。
偵測器802可為能夠足夠精確地偵測或量測與電網頻率有關之一特性之任何裝置。
在一些實施例中，與電網頻率有關之一時段用作為電網頻率之 一特性量測。例如，半週期之一量測(其係電壓跨越0伏特之時間之間的時期)可用作為與電網頻率有關之一特性。
在一些實施例中，可判定實際瞬時電網頻率，其對應於完成一半週期(或一全週期)所花費之時間之倒數。頻率資料可經等化及數位地濾波以移除信號頻率之一已知及所要範圍外之頻率分量。例如，可移除對應於電網頻率之頻率分量及/或與雜訊有關之頻率分量。
在一實施例中，偵測器802可包括：一電壓偵測器，其經配置以依高於電網頻率之一頻率對電壓進行取樣；及一類比轉數位轉換器，其經配置以將取樣電壓轉換為一數位電壓信號。例如，該電壓偵測器可經配置以每週期對電壓進行1000次取樣。接著，該數位電壓信號可經處理以高度精確地(在微秒至毫秒之範圍內)判定電壓跨越0伏特之時間。
在另一實施例中，偵測器802可包括：一電流偵測器，其經配置以依高於電網頻率之一頻率對電流進行取樣；及一類比轉數位轉換器，其經配置以將取樣電流轉換為一數位電流信號，接著，該數位電流信號可經處理以高度精確地(在微秒至毫秒之範圍內)判定電流跨越0伏特之時間。
在又一實施例中，偵測器802可包括一電壓偵測器及一電流偵測器兩者。量測電壓及電流兩者跨越0伏特之時間使偵測器802能夠判定電壓及電流之相對相位之一變化，藉此使偵測器802能夠補償電網中之無效電力之變化。此繼而實現頻率(或與頻率有關之一特性)之一更準確量測。
除量測電網頻率之外或作為量測電網頻率之一替代，偵測器802可基於電壓及/或電流之量測來量測在電網中流動之電力之頻率之一變化率，如上文所描述。
偵測器802可包含相量量測儀器，其經配置以基於一相量量測來 量測該頻率特性，其中參考一絕對時間基準來量測與電網中所量測之電壓之一向量相關聯之一相位。
電力控制裝置800之I/O介面806實現電力控制裝置與量測裝置120之間的通信。電力控制裝置800間歇性地接收自電網100之頻率響應特性導出(如上文所描述)之一或多個參數。特定言之，電力控制裝置800接收基於專用於其中定位電力控制裝置800之區域或位置之頻率響應特性來導出之參數，使得電力控制裝置800可基於一接收參數來導出專用於其中電力控制裝置800在操作之位置或區域之一觸發條件。該觸發條件可為所接收之一或多個參數本身或可為自所接收之一或多個參數導出之某一其他條件。
與觸發條件及/或接收參數有關之資料可儲存於資料儲存器804中。類似地，在電網100中流動之電力之量測頻率特性可儲存於資料儲存器804中。
資料儲存器804亦可儲存與電力控制裝置800、一或多個電力單元119(其與電力控制裝置相關聯)、或一或多個電力單元119所屬之群組有關之識別資料。應注意，儘管上文將該識別資料描述為儲存於電力控制裝置800之資料儲存器804中，然在一些實施例中，可將編碼(例如)自量測裝置傳輸至電力控制裝置800，在該情況中，編碼可不儲存於電力控制裝置800處或僅儲存於一暫時資料儲存器中。可在電力控制裝置800之製造或安裝時指定儲存於電力控制裝置800中之識別符，或可經由I/O介面806來將其傳送至電力控制裝置800。
處理器808存取資料儲存器804以存取與觸發條件有關之資料，且基於一量測頻率特性(其亦可自資料儲存器804存取)來判定是否滿足觸發條件。
響應於滿足觸發條件之一判定，處理器808將一控制信號發送至開關810以控制至電力單元119之電力流量。
開關810可為響應於來自處理器808之一控制信號而接通或切斷電力供應器之一簡單中繼裝置。替代地或另外，開關810可包括用於使至或來自電力單元119之有效或無效電力流動衰減之一衰減器或一反相器等等。因此，開關810之動作提供至或來自電力單元119之電力流動之一變化，其對電網平衡具有一對應效應且相應地對電網頻率具有一對應效應。效應之振幅取決於電力單元119之電力消耗量。為協調電力控制裝置使得凈電網平衡之一組合變化足以使電網頻率維持於(或使電網頻率恢復至)議定限制內，一或多個電力控制裝置之群組可各對滿足觸發條件之一判定作出響應，且因此各改變至或來自其各自之一或多個電力單元119之電力流量。
在判定滿足觸發條件之後，可存在儲存於資料儲存器中之不同規則來定義至單元119之電力流量之衰減之程度、持續時間及排程。此等規則可包含對一量測頻率特性之條件，例如條件為：只要頻率特性在以標稱電網頻率為中心之一預定義範圍外，則維持電力流量之衰減。衰減之持續時間及程度亦可(例如)基於指示頻率特性變化之嚴重性的特性。可存在定義(例如)與在允許發生一衰減時之時間有關之排程之規則。此等規則可儲存於資料儲存器804中以在滿足觸發條件時或在其他時間供處理器808存取。可經由I/O介面806及通信網路來不時更新保存於資料儲存器804中之此等規則。另外或替代地，可在製造或安裝裝置時指定此等規則。
儘管電力控制裝置800在圖8中展示為與電力單元119分離之一裝置，然在一些情況中，電力控制裝置可整合於電力單元119中。此外，開關810未必位於電力單元119外部，而是可代以安裝於單元中，且經配置以控制來自裝置內部之電力供應；此後一情況有利於使電力單元119在不同位置之間移動，通常情況下，(例如)電力單元係一個人電動車或其他裝置。
電力控制裝置800亦可經配置以處理量測資料。例如，處理器可執行儲存於資料儲存器804中之一電腦程式，該電腦程式經組態以擬合量測頻率特性，如上文參考圖6a至圖6f所描述。
上文參考圖3所描述之量測裝置120可與複數個分佈式電力控制裝置800一起用於形成用於對電網頻率之變化作出響應之一系統。在此一系統中，量測裝置120判定與電網100之各區域相關聯之一頻率響應特性，判定各區域之一觸發條件，且將區域特定觸發條件傳輸至電力控制裝置之各者。
電力控制裝置800可各量測一局部頻率特性且將指示表示該局部頻率特性之一多項式函數之資料傳輸至量測裝置120。接著，量測裝置120可基於該多項式函數來外推與該頻率特性相關聯之未來預期值以判定(例如)用於對電網頻率之一預期變化作出響應之一預期電力流量需求。
應瞭解，在一些實施方案中，量測裝置120可接收頻率特性本身且判定擬合量測頻率特性之一多項式函數。此外，應瞭解，在一些實施方案中，電力控制裝置119可執行未來預期值之外推及/或預期電力流量需求之判定，且可將此資訊傳輸至量測裝置120。
量測裝置120可存取一資料庫，該資料庫儲存與連接至電網100之電力單元119之消耗之電力量及/或提供之電力量特性有關之設定檔資訊。量測裝置120可使用該設定檔資訊以基於該設定檔資訊及該預期電力流量需求來定義一或多個群組之電力單元119，使得電力單元群組119具有能夠滿足電力流量需求之凈消耗之電力量及/或提供之電力量且相應地將信號傳輸至所定義之一或多個群組。
量測裝置120可(例如)將請求或命令傳輸至定義群組之電力控制裝置800以控制藉由與電力控制裝置800相關聯之電力單元119之消耗之電力量及/或提供之電力量。以此方式，系統可響應於電網100之區 域之頻率變化而增加或減少該等區域之各者中之電能之凈消耗量。
在另一實例性實施例中，提供用於對電網頻率之一變化提供一動態響應之一系統。該系統包括一量測裝置(諸如上文所描述之量測裝置120)，其經配置以存取一資料庫(諸如上文所描述之電力單元資料儲存器304)，該資料庫包括(例如)與藉由電力單元119之消耗之電力量及/或提供之電力量及/或電力單元119之位置或電網位置有關之設定檔資訊。
接著，量測裝置120經配置以基於該設定檔資訊來定義與電力控制裝置118相關聯之一或多個群組之電力單元119。例如，可存在針對一給定電網區域所定義之三個群組，其等各具有一類似等級之類似數目個電力單元。接著，該系統經配置以將不同觸發條件指派給該等不同群組之各者且將該等指派觸發條件傳輸至該等群組。
可自(諸如(例如))與局部電網慣性及剛性有關之頻率響應特性之量測導出觸發條件，如上文所描述。
觸發條件可經設定使得一或多個群組可使其觸發條件同時或近乎同時被滿足以提供與一給定頻率特性變化事件相稱之一響應。在一實例中，三個群組之電力單元之觸發條件可經設定以對應於低觸發靈敏度、中等觸發靈敏度及高觸發靈敏度。因此，對於僅一較小頻率特性變化事件，僅具有高靈敏度觸發條件之群組可具有一滿足觸發條件且因此經歷至及/或來自相關聯單元之電力流量之一變化。對於一中等嚴重性頻率特性變化事件，具有高靈敏度觸發條件之群組及具有中等靈敏度觸發條件之群組兩者可具有一滿足觸發條件且因此改變至及/或來自其相關聯電力單元之電力流量。對於一嚴重頻率特性頻率變化事件，全部三個群組(其包含具有低靈敏度觸發條件之群組)可具有一滿足觸發條件且因此改變至及/或來自其相關聯電力單元之電力流量。不同群組之觸發條件之滿足可為同時的，近乎同時的，或彼此時 間偏移。
替代地，不同群組之觸發條件可經設定使得在一頻率特性變化事件期間，群組可經循序地觸發以對該頻率特性變化事件提供一相稱響應。例如，觸發條件可經設定使得若一頻率特性變化事件未由藉由觸發一第一群組來提供之一初始響應充分校正，則可觸發一進一步群組以實現有助於校正之一增強響應。進一步群組可進一步經觸發直至一預定義響應限制，或直至已將頻率特性校正至(例如)其標稱值。
電力單元群組無需具有類似數目或等級。各群組之電力等級可經定義以(例如)達成一所要動態響應。例如，經定義以包含一高電力流量等級之一群組可被指派藉由一高嚴重性事件來滿足之一觸發條件。再者，例如，各群組中之電力單元之數目可被改變，或群組之數目可經改變以提供不同形式之動態響應。
以此一方式，連接至電力控制裝置之一給定區域中之電力單元群組可對一頻率變化事件提供一設計動態校正響應，且在指派觸發條件之一初始傳送之後，可自主地對一頻率變化事件提供一設計動態校正響應。此有利於對一頻率變化事件提供與該事件相稱之一校正響應且因此避免不必要地改變至及/或來自單元之電力流量。
應瞭解，上述實施例係本發明之說明性實例。可設想本發明之進一步實施例。例如，儘管在上述描述中，在量測裝置120中導出或定義觸發條件，然應瞭解，在一些實施方案中，電力控制裝置本身能夠量測或判定一局部頻率響應特性，且可基於該等量測特性來導出適當觸發條件。電力控制裝置800可量測一頻率特性且判定該頻率特性是否滿足觸發條件，且若該頻率特性滿足觸發條件，則電力控制裝置800可改變至及/或來自其相關聯之一或多個電力單元119之有效及/或無效電力流動且無需參考量測裝置120。
在一進一步實施例中，一自主電力控制裝置800(其「學習」其 中放置該自主電力控制裝置之電網區域之一適當觸發條件)經配置以在偵測器802處量測在電網100中流動之電力之一頻率特性，判定該量測頻率特性是否已滿足一觸發條件，且響應於滿足該觸發條件之一判定而使用開關810來改變在某一時間量內至及/或來自一或多個相關聯電力單元119之電力流量。
如上文其他實施例中所論述，應使電力流量改變之時間量可(例如)經工廠設定，由一使用者介面設定，或取決於恢復至其標稱值之一預定義限制內之電網頻率。
為判定是否已滿足觸發條件，可使用上述實施例中所描述之方法之任何者以(諸如(例如))監測依據頻率特性之連續量測來擬合之多項式函數之參數。
更簡單言之，若量測頻率響應特性經量測以在某一時間量內已改變至某一程度時，則可將一觸發條件設定為滿足。
在一初始「原裝(out of the box)」例項中，觸發條件可(例如)經工廠設定或由使用者介面設定。在最初例項中，亦可不存在設定觸發條件。
自主電力控制裝置118經配置以分析大約在滿足量測頻率特性之一臨限條件之時間點所量測之量測頻率特性。此臨限條件可經設定使得當量測頻率特性在圍繞一標稱值所設定之一範圍外時，滿足該臨限條件。例如，可將分析時間設定為滿足該臨限條件之時間之前後數秒。該分析可(例如)包含：依據圍繞滿足臨限條件之設定時間窗內之量測頻率特性來擬合多項式或指數函數。其他分析可判定(例如)與以下各者有關之特性：量測頻率特性變化之總程度、量測頻率特性在兩個實質上穩定值之間改變之總時間、及/或量測頻率特性在該兩個實質上穩定值之間的平均變化率。
無論何種情況，自主電力控制裝置800經配置以自以滿足臨限條 件之時點附近之頻率特性之變化為特徵之該分析導出一或多個參數。
自主電力控制裝置800經配置以接著基於自該分析導出之參數來判定一觸發條件。例如，該分析可判定量測頻率特性在一相對較短時間量內發生一相對較大量變化。(例如，此可為以一相對較低慣性及一相對較低剛性為特徵之電網之一區域中之情況)。因此，該觸發條件可(例如)經設定以藉由在一給定持續時間內對應於一相對較小變化之量測頻率特性之變化來滿足。
自主電力控制裝置800經配置以用自分析導出之觸發條件來更新先前用於電力控制裝置800中之任何現有觸發條件。若先前未裝置中設定觸發條件，則導出觸發條件可定義一初始觸發條件。更新觸發條件可部分地基於先前判定之觸發條件，及/或基於與此等先前判定之觸發條件相關聯之統計。此可有助於減弱觸發條件之假性判定之效應。例如，一新觸發條件可由裝置判定之全部觸發條件之一平均值形成。此平均值(例如)可僅包含一組最新判定之觸發條件(例如最後十個)，使得觸發條件亦可容易地適應於電網之區域之電網性質之變化，該觸發條件係電網之局部觸發條件。
上文所描述之學習演算法僅應被視為實例。相對較簡單之演算法(諸如上文所描述之演算法)可為有利的，此係因為其需要相對較少之計算資源。然而，可設想其他(例如)更複雜演算法。明確言之，可使用最先進之自組織映射圖(例如高何南(Kohonen)SOM)及其他神經網路及/或人工智慧演算法。
自主電力控制裝置800經配置以針對導致滿足臨限條件之量測頻率特性之每一連續變化來重複上述分析、導出及更新。因此，自主電力控制裝置800藉由其自身對頻率特性變化事件之性質之分析來「學習」對其中部署觸發條件之電網之區域最適當及最有效之觸發條件。
用於各學習重複中之臨限條件可鏈接至觸發條件，例如，若一 更新觸發條件比先前觸發條件更靈敏，則臨限條件亦可經更新以對應於圍繞標稱值之頻率特性之一較窄範圍。
自主電力控制裝置800可經配置以在滿足臨限條件之時間附近分析量測頻率特性達某數目次且無需定義一觸發條件。此將在裝置中實施適用於其中定位該裝置之區域之一觸發條件之前容許該裝置學習用於導出該觸發條件之參數。此可避免將自主電力控制裝置部署於一給定電網區域中之較早階段中之錯誤觸發條件滿足。
一電力控制裝置800之上述實施例係有利的，此係因為其係無需通信構件且因此可在其操作中具相對成本效益且容易實施之一自主獨立裝置。
在以上描述中詳述之各種實施例中，參考呈一單一量測裝置120之形式之一量測裝置。然而，應注意，在一些實施例中，可使用一分佈式量測系統。此分佈式量測系統可包括(例如)圖3中所提及之量測裝置之組件之一組合，即，以一分佈式方式配置之一資料儲存器304、一時鐘310、一I/O介面308、一處理器306及一偵測器302。該量測系統亦可包含一或多個集中式控制單元。此等集中式控制單元可(例如)用於由本文中所描述之量測裝置或任何其他裝置採取之量測之集中式處理，及/或(例如)用於執行自本文中所描述之裝置之任何者接收本文中所描述之特性、參數及/或條件及/或將本文中所描述之特性、參數及/或條件傳輸至本文中所描述之裝置之任何者。集中式控制單元亦可執行以其他方式實施於本文中所描述之各種裝置中之資料儲存功能。該量測系統亦可呈類似於參考圖3所描述之例示性實施例之一非分佈式裝置之形式。
應瞭解，相對於任一實施例所描述之任何特徵可單獨使用或與所描述之其他特徵一起使用，且亦可與實施例之任何其他者之一或多個特徵或實施例之任何其他者之任何組合一起使用。此外，亦可在不 脫離隨附申請專利範圍中定義之本發明之範疇之情況下採用上文未描述之等效物及修改。

Claims (46)

  1. 一種以一量測系統判定一電網之一同步區域內之一頻率響應特性的方法，電根據一電網頻率在該電網中流動，其中該電網連接至一第一群組之一或多個電力單元，該一或多個電力單元各經配置以消耗來自該電網之電力及/或將電力提供至該電網，使得藉由該第一群組之一或多個電力單元之提供之電力量及/或消耗之電力量之一變化導致該電網中之電力流量之一變化，其中基於一序列之控制信號來調變至及/或來自該等電力單元之各者之電力流量，藉此根據該序列之控制信號來調變該電網頻率以提供一調頻信號，該方法包括：以該量測系統量測與在該電網中流動之電之一頻率有關之一頻率特性；存取儲存與該一或多個電力單元之電力特性有關之資料之一資料庫且基於此來判定與該電力流量調變有關之一特性；及基於該量測頻率特性及該判定電力流量調變特性來判定與該電網之至少一區域相關聯之一頻率響應特性。
  2. 如請求項1之方法，其中判定該頻率響應特性包括：使該量測頻率特性與該電力流量調變特性相關。
  3. 如請求項1之方法，其中判定該頻率響應特性包括：判定該電力流量調變特性與該量測頻率特性之一比率。
  4. 如前述請求項中任一項之方法，其中該電力流量調變特性包括與該電力流量調變有關之一量值特性。
  5. 如請求項4之方法，其中該量值特性包括該電力流量之一振幅。
  6. 如請求項1至3中任一項之方法，其中基於以下之一或多者來量測該量測頻率特性：交流電壓之一頻率、交流電流之一頻率、 在該電網中流動之電力之一量測頻率；頻率之一變化率；交流電流或電壓之一週期。
  7. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該量測頻率特性包括與該調變信號相關聯之頻率之一時間變動。
  8. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該頻率響應特性包括一慣性特性。
  9. 如請求項8之方法，其中該慣性特性包括與該調頻信號相關聯之一上升時間及一下降時間之至少一者。
  10. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該頻率響應特性包括與電力平衡之每單位變化之電網頻率之變動之一量值有關之一特性。
  11. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該第一群組之電力單元係一群組之分佈式電力單元，該方法包括：根據一控制型態來調變至及/或來自該第一群組之電力單元之電力流量，使得藉由該複數個電力單元之該消耗之電力量及/或提供之電力量經協調以提供可由該量測系統偵測之一集體調頻信號，該集體調頻信號具有一集體頻率特性。
  12. 如請求項11之方法，其包括：將指定該控制型態之一信號發送至該第一群組之電力單元之各電力單元。
  13. 如請求項11之方法，其中該控制型態包括一重複型態，且該方法包括：根據該重複型態來連續地控制至及/或來自該第一群組之一或多個電力單元之電力。
  14. 如請求項11之方法，其包括：根據該控制型態來間歇性地控制至及/或來自該第一群組之一或多個電力單元之電力。
  15. 如請求項11之方法，其中該集體調變信號包含識別該群組之電力單元之一識別符，該方法包括： 存取儲存各與該第一群組之一或多個電力單元相關聯之一或多個識別符之一資料庫；及判定包含於該集體調變信號中之該識別符與儲存於該資料庫中之該等識別符之一或多者之間的一對應性，藉此識別該第一群組之一或多個電力單元。
  16. 如請求項15之方法，其中儲存於該資料庫中之各識別符與該電網之至少一區域相關聯，且該方法包括：基於該判定識別符對應性來判定與該判定頻率響應特性相關聯之一區域。
  17. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該電網連接至一第二群組之一或多個電力單元，該一或多個電力單元經配置以消耗來自該電網之電力及/或將電力提供至該電網，該方法包括：基於該判定頻率響應特性來判定用於觸發藉由該第二群組之一或多個電力單元之消耗之電力量及/或提供之電力量之一變化的一或多個參數；及傳輸用於在該第二群組之電力單元處接收之該一或多個參數。
  18. 如請求項17之方法，其包括：在該第二群組之電力單元處接收該一或多個參數；基於該等接收參數來導出一觸發條件；基於相對於一第二群組之電力單元而在該電網中局部地流動之電力之一量測頻率特性來判定是否滿足該觸發條件；及響應於滿足該觸發條件之一判定，改變至及/或來自該第二群組之電力單元之一電力流量。
  19. 如請求項17之方法，其包括：在該量測系統處，定義與一第一時段期間之該頻率特性相關聯之一第一系列之值及與一第二稍後時段期間之該頻率特性相 關聯之一第二系列之值；在該量測系統處，基於該第一系列之值來判定具有一第一組之係數之一第一多項式函數且基於該第二系列之值來判定具有一第二組之係數之一第二多項式函數；及在該量測系統處，基於該第一組之係數與該第二組之係數之間的一差值來判定是否滿足該觸發條件。
  20. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該電網連接至一第二群組之一或多個電力單元，該一或多個電力單元經配置以消耗來自該電網之電力及/或將電力提供至該電網，該方法包括：基於與一區域相關聯之該判定頻率響應特性來判定用於觸發藉由該第二群組之一或多個電力單元之消耗之電力量及/或提供之電力量之一變化的一或多個參數，該區域與該第二群組之電力單元相關聯；基於該量測頻率響應特性來判定一觸發條件；在與該第二群組之電力單元相關聯之一區域中，量測與在該電網中流動之電之一頻率有關之一頻率特性；將在與該第二群組之電力單元相關聯之該區域中所量測之該量測頻率特性傳送至該量測系統；基於該傳送量測頻率特性來判定是否滿足該觸發條件；及響應於滿足該觸發條件之一判定，將一請求發送至該第二群組之電力單元以改變至及/或來自該第二群組之電力單元之一電力流量。
  21. 如請求項17之方法，其中該第二群組之電力單元相同於該第一群組之電力單元。
  22. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該電力調變包括有效電力及無效電力之至少一者之調變。
  23. 一種用於判定一電網之一同步區域內之一頻率響應特性的量測系統，其中電根據一電網頻率在該電網中流動，且該電網連接至一群組之一或多個電力單元，該一或多個電力單元各經配置以消耗來自該電網之電力及/或將電力提供至該電網，使得藉由該電力單元之提供之電力量及/或消耗之電力量之一變化導致該電網中之電力流量之一變化，其中基於一序列之控制信號來調變至及/或來自該等電力單元之各者之電力流量，藉此調變該電網頻率以提供一調頻信號，該量測系統經配置以：量測與在該電網中流動之電之一頻率有關之一頻率特性；存取儲存與該一或多個電力單元之電力特性有關之資料之一資料庫且基於此來判定與該電力流量調變有關之一特性；及基於該量測頻率特性及該判定電力流量調變特性來判定與該電網之至少一區域相關聯之一頻率響應特性。
  24. 一種電力控制裝置，其用於與一或多個相關聯之電力單元一起使用以提供對在一電網之一同步區域中流動之電之一頻率之變化的一響應，其中該電網連接至一量測系統，該量測系統經配置以判定該區域中之該電網之一頻率響應特性且基於該量測頻率響應特性來判定一或多個觸發參數，該電力控制裝置經配置以：自該量測系統間歇性地接收一或多個參數，該等參數自該判定頻率響應特性導出；基於該所接收之一或多個參數來導出一觸發條件；基於在該電網中流動之電力之一量測頻率響應特性來判定是否滿足該觸發條件；及響應於滿足該觸發條件之一判定，改變至及/或來自該電力單元之一電力流量。
  25. 如請求項24之電力控制裝置，其中該所接收之一或多個參數之一者包括該觸發條件。
  26. 如請求項24或25之電力控制裝置，其中該頻率響應特性包括一慣性特性。
  27. 如請求項24或25之方法，其中該頻率響應特性包括與電力平衡之每單位變化之電網頻率之變動之一量值有關之一特性。
  28. 如請求項24或25之電力控制裝置，其經配置以：定義與一第一時段期間之該頻率特性相關聯之一第一系列之值及與一第二稍後時段期間之該頻率特性相關聯之一第二系列之值；基於該第一系列之值來判定具有一第一組之係數之一第一多項式函數且基於該第二系列之值來判定具有一第二組之係數之一第二多項式函數；及基於該第一組之係數與該第二組之係數之間的一差值來判定是否滿足該觸發條件。
  29. 如請求項28之電力控制裝置，其中該第一多項式函數及該第二多項式函數係二階多項式函數。
  30. 如請求項28之電力控制裝置，其中基於該第二組之係數之至少一係數與該第一組之係數中之一對應係數之一差值超過預定量來識別該頻率變化事件。
  31. 如請求項28之電力控制裝置，其經配置以根據一多項式外推技術及/或二次曲線外推技術來量測該等系列之值。
  32. 如請求項24或25之電力控制裝置，其包括經配置以基於一相量量測來量測該量測頻率特性之相量量測儀器。
  33. 如請求項32之電力控制裝置，其中該相量量測儀器經配置以參考一絕對時間基準來量測與該電網中所量測之電壓之一向量相 關聯之一相位。
  34. 如請求項24或25之電力控制裝置，其中該量測頻率特性包含以下之一或多者：交流電壓之一頻率、交流電流之一頻率、在該電網中流動之電力之一頻率；頻率之一變化率；及交流電流之一週期。
  35. 如請求項24或25之電力控制裝置，其經配置以接收一信號，該信號指示可在其期間控制電力流量之一時段。
  36. 如請求項24或25之電力控制裝置，其中該電力調變包括有效電力及無效電力之至少一者之調變。
  37. 一種用於對一電網中之頻率之變化作出響應之系統，該系統包括：如請求項24至36中任一項之複數個分佈式電力控制裝置，其等各控制連接至該電網之一各自電力單元；及一量測系統，其用於將一或多個觸發參數傳輸至該複數個分佈式電力控制裝置之各者。
  38. 如請求項37之系統，其中該量測系統經配置以：定義來自該複數個分佈式電力控制裝置之複數個群組之電力控制裝置；將不同各自觸發條件指派給該複數個群組之各者；及將指派給該群組之一觸發條件傳輸至電力控制裝置之各者，將該觸發條件指派給該群組。
  39. 如請求項38之系統，其中該量測系統經配置以：存取一電力單元資料庫，該電力單元資料庫儲存與藉由與該等電力控制裝置相關聯之該等電力單元之該消耗之電力量及/或提供之電力量有關之設定檔資訊；及基於該存取設定檔資訊來定義該複數個群組。
  40. 如請求項37之系統，其中該量測系統經配置以：接收指示表示一量測頻率特性之一多項式函數之資料；基於該多項式函數來外推與該量測頻率特性相關聯之未來預期值；及基於該等外推未來預期值來判定用於對該頻率變化事件作出響應之一預期電力流量需求。
  41. 如請求項40之系統，其中該量測系統經配置以：存取一電力單元資料庫，該電力單元資料庫包括與藉由該等電力單元之該消耗之電力量及/或提供之電力量有關之設定檔資訊；及基於該預期電力流量需求及該設定檔資訊來定義用於對該頻率變化事件作出響應之一或多個群組之一或多個電力單元。
  42. 如請求項41之系統，其中該量測系統經配置以傳輸用於在該等定義群組之該等電力控制裝置處接收之一或多個請求以控制藉由與電力控制裝置相關聯之該等電力單元之消耗之電力量及/或提供之電力量，藉此使該區域中之電能之一凈消耗量變動。
  43. 一種電力控制裝置，其用於與一或多個相關聯之電力單元一起使用以提供對在一電網中流動之電之一頻率之變化的一響應，其中電根據一電網頻率在該電網中流動，該電力控制裝置包括一頻率量測裝置且經配置以：使用該頻率量測裝置來監測該電力控制裝置處之該電網頻率之變化；至少部分地基於該監測來判定一觸發條件；基於在該電網中流動之電力之一量測頻率特性來判定是否滿足該觸發條件；及響應於滿足該觸發條件之一判定，改變至及/或來自該電力單 元之一電力流量。
  44. 如請求項43之電力控制裝置，其經配置以響應於該量測頻率特性跨越一臨限值而：在跨越該臨限值之前之時間執行該量測頻率特性之一分析；及至少部分地基於該分析來判定該觸發條件。
  45. 如請求項43或44之電力控制裝置，其經配置以：在導出該觸發條件之後，使用該頻率量測裝置來監測該電力控制裝置處之該電網頻率之變化，及基於該後續監測來導出一更新觸發條件。
  46. 如請求項45之電力控制裝置，其中該更新觸發條件之該導出部分地基於該第一觸發條件。
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