TWI661636B - 用於控制一電網中之電之頻率之控制系統、電腦程式、電腦可讀媒體及方法 - Google Patents

用於控制一電網中之電之頻率之控制系統、電腦程式、電腦可讀媒體及方法 Download PDF

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Abstract

本發明描述用於控制一電網中之電網頻率的控制系統及方法。由該電網中之一或多個預定義位置處之監測裝置120監測一電網頻率，且判定是否已滿足與該監測頻率相關之一或多個條件。基於該判定而啟始一控制時期，將在該控制時期期間控制該一或多個預定義位置之一或多者處之該電網頻率。判定與該控制時期期間之電網頻率之一變動相關之一或多個變動特性。發送控制指令，該等控制指令包括用於控制至及/或來自第一複數個電力單元119之各者的電力流以便控制該監測頻率的指令。基於與該等電力單元及該一或多個判定變動特性相關之設定檔資訊而產生該等控制指令。

Description

用於控制一電網中之電之頻率之控制系統、電腦程式、電腦可讀媒體及方法
本發明係關於一電網中之電網頻率之控制。
自20世紀中葉全球之大型電網之交流(AC)電頻率之標準化以來，電之消費者已能夠享受一致且可靠之電服務以確保電器設備之安全及重複使用。例如，在英國，將標準化標稱電網頻率設定為50赫茲。為促進電網頻率之可靠性，電網操作者提供圍繞標稱電網頻率之頻率範圍，在該標稱電網頻率外，電網操作者可確保電網頻率之服務提供者或消費者不會偏離。例如，使用50赫茲之標稱英國電網頻率，電網操作者可以電網頻率應不超出50赫茲±0.5赫茲(或標稱頻率之±1%)之範圍為目標。
電網頻率主要取決於由附接至電網之發電機產生之電之頻率。大容量發電機可(例如)由併入在一線圈內旋轉之磁極之一從動塊體組成。此塊體可(例如)由作用於一渦輪機上之蒸汽驅動，其中(例如)藉由燃燒化石燃料而產生該蒸汽。鑑於與一發電機相關聯之磁極數目，所產生之電之頻率與該發電機之旋轉速度成比例。例如，具有依1000RPM旋轉之6個磁極之一發電機將產生具有50赫茲之一頻率之電。在發電之其他實例(例如產生直流(DC)電之實例，諸如太陽能板)中，可採用反相器來將具有某一頻率(例如標稱電網頻率)之AC電提供至電網。
在電力之提供及消耗係平衡之一電網中，發電機之旋轉速度(例如)可經設定以便精確地產生具有標稱電網頻率之一電網頻率。然而，若電力平衡出現一變化(例如，需求突然增加)，則響應於該變化，用於(例如)渦輪機之一給定驅動的一發電機之旋轉速度可減小。因此，所產生之電之頻率可減小，且電網頻率可因此減小。可藉由將一較大驅動施加至發電機之渦輪機而矯正此情形，但此會花費大量時間，或在一發電機以全容量工作之情況中不可行。一突然電力不平衡亦可出現於(例如)自電網突然損失一發電站或互連器時。在電力需求突然減少之情況中，一發電機可減少其電力輸出以據此使電網頻率恢復至標稱頻率。同樣地，由於需求減少或(例如)若當損失一互連器時該互連器自電網輸出電力(其等兩者影響電力平衡)，則一發電機之旋轉速度可增大且因此致使所產生之電之頻率及因此電網頻率增大。
解決非所要頻率變化之一既有方法係以減小容量運行發電機，例如，可將一發電機之電力輸出設定為該發電機之總輸出容量之95%。若(例如)電力平衡出現一變化以導致電網頻率之一變化，則此等發電機可據此藉由在數秒或數十秒內提供一增大或減小電力輸出而作出響應。
然而，在預期之相對少見事件中依減小電力輸出位準運行發電單元係不經濟的。再者，發電機能夠依其提供一響應之速度可能不足以使電網頻率保持於指定範圍內，例如，針對特別突然事件，針對涉及頻率之特別大變化之事件，或針對發生於相對較小電網(諸如與島國(諸如英國或新西蘭)相關聯之電網)中之事件。突然變化之後之約第一秒內所提供之響應可對減少與電網頻率自標稱值之一偏差相關聯之負面效應(例如，損壞大型電機)具有最大影響。
解決電網頻率之變化之一進一步方法係使裝置(諸如使用者電器)準備用於監測其位置處之電網頻率且根據預定標準而對電網頻率之化 變作出反應。例如，可響應於頻率之一突然下降而減少電力之消耗以抵消此等變化。WO2011085477A1提供此一方法之一實例。然而，此等方法係不靈活的，因為其受限於對電力平衡之一局部變化產生一局部響應。再者，大量局部實施響應提供之集體響應係不確定的且可(例如)導致一集體過度響應。
本文中所描述之本發明之實施例之一目的係至少緩解先前技術之一或多個問題。
根據本發明之一第一態樣，提供一種用於一電網中之控制系統，電根據一電網頻率而在該電網中流動，其中該電網連接至複數個分佈式電力單元之一或多者，該等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，使得由一該電力單元提供及/或消耗之電力之一變化導致該電網中之電力流之一變化，藉此改變該電力單元對該電網頻率之一貢獻，該控制系統包括：一處理構件；及一通信構件，其中該處理構件經配置以：監測該電網中之一或多個預定義位置處之一電網頻率；判定已滿足與該監測頻率相關之一或多個條件；基於該判定而啟始一控制時期，將在該控制時期期間控制該一或多個預定義位置之一或多者處之該電網頻率；基於該監測而判定與該控制時期期間之電網頻率之一變動相關之一或多個變動特性；經由該通信構件而將控制指令發送至該複數個分佈式電力單元之第一複數者，該等控制指令包括控制至及/或來自該第一複數個電力單元之各者的電力流以便控制該監測頻率的指令，其中基於下列各 者而產生該等控制指令：設定檔資訊，其與該複數個分佈式電力單元相關，該設定檔資訊包含與該第一複數個電力單元之一或多個電力消耗及/或提供特性相關之資訊；及該一或多個判定變動特性，使得該第一複數個電力單元在該時期期間提供對該電網頻率之一時變貢獻。
在一些實施例中，基於該設定檔資訊而自該複數個分佈者選擇該第一複數者。
在一些實施例中，響應於已滿足與該監測頻率相關之該一或多個條件的該判定而選擇待包含於該第一複數者中之電力單元。
在一些實施例中，該控制系統包括儲存該設定檔資訊之一資料儲存器。
在一些實施例中，該資料儲存器經配置以儲存與一或多個群組之電力單元之一或多個電力消耗及/或提供特性相關之設定檔資訊，其中該等群組由該第一複數個分佈式電力單元之至少一些形成。
在一些實施例中，該一或多個群組之電力單元由具有一共同或類似電力等級、響應時間特性、電網位置及地理位置之一或多者的電力單元組成。
在一些實施例中，該一或多個電力消耗及/或提供特性與一提供容量、一消耗容量、一特性響應時間、一特性響應函數、一提供或消耗狀態及一可用性狀態之一或多者相關。
在一些實施例中，該控制系統包括用於執行與電網頻率相關之一或多個量測的一或多個量測裝置，且其中該一或多個判定變動特性源自該一或多個量測。
在一些實施例中，該控制系統經配置以自一或多個遠端量測裝 置接收已滿足與該監測頻率相關之該一或多個條件的一或多個指示，且至少部分基於該條件而判定已滿足與該監測頻率相關之一或多個條件。
在一些實施例中，已滿足該一或多個條件之該判定包括：比較與該監測頻率相關聯之一或多個值與一或多個臨限值。
在一些實施例中，該判定包括：評估該一或多個值是否位於一或多個範圍內，其中將該一或多個範圍之各者定義為位於該等臨限值之兩者之間，且其中當該一或多個值之一或多者位於該一或多個範圍之一或多者外時，滿足該一或多個條件。
在一些實施例中，該一或多個值之一者與電網頻率之一預報值相關。
在一些實施例中，基於預報程序而產生該預報值，該程序包括：定義與該監測頻率相關聯之一系列值；及基於與該監測頻率相關聯之該系列值而判定一多項式函數。
在一些實施例中，基於電網頻率之一變動之一預報而判定該一或多個變動特性。
在一些實施例中，該電網頻率之該預報包括：定義與至少一頻率特性相關聯之一系列值；及基於與該至少一頻率特性相關聯之該系列值而判定一多項式函數。
在一些實施例中，該處理構件進一步經配置以：定義與一第一時段期間之一第一頻率特性相關聯之一第一系列值及與一第二稍後時段期間之該第一頻率特性相關聯之一第二系列值；基於該第一系列值而判定具有一第一組係數之一第一多項式函 數且基於該第二系列值而判定具有一第二組係數之一第二多項式函數。
在一些實施例中，基於該第一組係數與該第二組係數之間的一差值而產生該等控制指令。
在一些實施例中，已滿足該一或多個條件之該判定包括：評估該第一組係數與該第二組係數之間的一差值。
在一些實施例中，已滿足該一或多個條件之該判定進一步包括：判定該第一組係數之該等係數之一者與該第二組係數之該等係數之一者之間的一差值低於或高於一預定臨限值及/或在一預定範圍內。
在一些實施例中，該頻率特性與交流電壓之一頻率、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之一或多者相關。
在一些實施例中，發送該等控制指令包括：發送一第一組之一或多個控制指令；及繼發送該第一組之一或多個控制指令之後，發送一或多個其他組之一或多個控制指令。
在一些實施例中，響應於基於繼發送該第一組之一或多個控制指令之後監測該電網頻率判定已滿足一或多個其他條件而產生該一或多個其他組之一或多個控制指令之至少一者。
在一些實施例中，該一或多個其他條件包括：與該監測頻率特性相關之一或多個值低於或高於一預定臨限值及/或在值之一預定範圍內。
在一些實施例中，將該等其他組之一或多個控制指令之至少一者發送至該複數個分佈式電力單元之第二複數者，其中該第二複數者不同於該第一複數者。
在一些實施例中，該處理構件經配置以基於該設定檔資訊而產生一控制排程且基於該控制排程而發送該等控制指令，該控制排程指定控制至及/或來自該第一複數個電力單元之電力流的一或多個時間。
在一些實施例中，根據該監測電網頻率之一所要時間設定檔而產生該控制排程。
在一些實施例中，該等控制指令包括下列之一或多者：用於切斷、接通、增加或減少電力提供之指令；用於增加或減少電力消耗之指令；用於改變某一時間內之電力提供及/或消耗之指令；用於根據一指定時間設定檔而改變電力提供及/或消耗之指令。
根據本發明之一第二態樣，提供一種控制一電網中之電之頻率的方法，電根據一電網頻率而在該電網中流動，其中該電網連接至複數個分佈式電力單元之一或多者，該等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，使得由一該電力單元提供及/或消耗之電力之一變化導致該電網中之電力流之一變化，藉此改變該電力單元對該電網頻率之一貢獻，該方法包括：監測該電網中之一或多個預定義位置處之一電網頻率；判定已滿足與該監測頻率相關之一或多個條件；基於該判定而啟始一控制時期，將在該控制時期期間控制該一或多個預定義位置之一或多者處之該電網頻率；基於該監測而判定與該控制時期期間之電網頻率之一變動相關之一或多個變動特性；經由通信構件而將控制指令發送至該複數個分佈式電力單元之第一複數者，該等控制指令包括用於控制至及/來自該第一複數個電力單元之各者的電力流以便控制該監測頻率的指令，其中基於下列各者而產生該等控制指令： 設定檔資訊，其與該複數個分佈式電力單元相關，該設定檔資訊包含與該第一複數個電力單元之一或多個電力消耗及/或提供特性相關之資訊；及該一或多個判定變動特性，使得該第一複數個電力單元在該時期期間提供對該電網頻率之一時變貢獻。
根據本發明之一第三態樣，提供一種電腦程式，其包括一組指令，該組指令當在一處理單元上執行時致使該處理單元執行根據該第二態樣之一方法。
根據本發明之一第四態樣，提供一種電腦可讀媒體，其具有儲存於其上之一組指令，該組指令當在一處理單元上執行時致使該處理單元執行根據該第二態樣之一方法。
100‧‧‧電網
102‧‧‧輸電網
104‧‧‧配電網
106‧‧‧發電機
108‧‧‧變壓器
110‧‧‧變電站
112‧‧‧城市網路
113‧‧‧私有住宅/住宅設施
114‧‧‧工廠/工業設施
115‧‧‧光伏打裝置/太陽能板
116‧‧‧風力發電場/風力渦輪機
117‧‧‧直流(DC)互連件
118‧‧‧電力單元控制器(PUC)
118'‧‧‧電力單元控制器(PUC)
118a至118g‧‧‧電力單元控制器(PUC)
119‧‧‧電力單元
119a至119g‧‧‧電力單元
120‧‧‧量測裝置
120a至120c‧‧‧量測裝置
130‧‧‧控制節點(CN)
202‧‧‧輸入/輸出通信介面(I/O)
202'‧‧‧輸入/輸出通信介面
203‧‧‧天線
203'‧‧‧天線
204‧‧‧處理器
204'‧‧‧處理器
206'‧‧‧電力調節器
208‧‧‧資料儲存器
208'‧‧‧資料儲存器
302‧‧‧輸入/輸出通信介面(I/O)
303‧‧‧天線
304‧‧‧處理器
306‧‧‧資料儲存器
401‧‧‧通信鏈路
502‧‧‧步驟
504‧‧‧步驟
506‧‧‧步驟
508‧‧‧步驟
510‧‧‧步驟
512‧‧‧步驟
802‧‧‧區塊
804‧‧‧區塊/群組
804'‧‧‧區塊
806‧‧‧區塊
808‧‧‧區塊
808'‧‧‧區塊
810‧‧‧控制指令
812‧‧‧區塊
812'‧‧‧區塊
814‧‧‧區塊
816‧‧‧區塊
圖1係繪示可將本發明實施於其中之一同步電網的一示意圖；圖2a係繪示用於與本發明一起使用之一電力單元控制器之一例示性實施例的一示意圖；圖2b係繪示用於與本發明一起使用之一電力單元控制器之一例示性實施例的一示意圖；圖3係用於與本發明一起使用之一控制節點之一例示性實施例的一示意圖；圖4係繪示可將本發明實施於其中之一例示性網路的一示意圖；圖5係繪示根據本發明之一實施例而實施之步驟的一流程圖；圖6a係監測電網頻率對時間之一例示性曲線圖，其繪示電網頻率之一值之一例示性預報；圖6b係監測電網頻率對時間之一例示性曲線圖，其繪示電網頻率之一值之一例示性預報； 圖6c係監測電網頻率對時間之一例示性曲線圖，其繪示電網頻率之一值之一例示性預報；圖7a係繪示針對一監測頻率而定義之一系列時間間隔的一圖式；圖7b係繪示可如何將一監測頻率擬合為一多項式函數的一圖式；圖7c係繪示可如何將一監測頻率擬合為一多項式函數的一圖式；圖7d係繪示可如何將一監測頻率擬合為一多項式函數的一圖式；圖7e係繪示可如何將一監測頻率擬合為一多項式函數的一圖式；圖7f係繪示可如何將一監測頻率擬合為一多項式函數的一圖式；圖8a係三個不同情境中之監測電網頻率對時間之一例示性曲線圖；圖8b係繪示根據本發明之一實施例而產生之一例示性控制排程的一圖式；圖8c係繪示根據本發明之一實施例而產生之一例示性控制排程的一圖式。
將電自提供者(諸如發電站)供應至消費者(諸如家庭住戶及企業)通常經由一配電網路或電網而發生。圖1展示一例示性電網100，其中可實施本發明之實施例，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通過電力線(諸如架空電力線)而將具有非常高電壓(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而鏈接至配電網104，變壓器108將供電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)而連接至區域網路，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)之私有住宅113內之家用電器。私有住宅113亦可使用光伏打裝置115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，其中在該等工業設施中操作之較大電器汲取較大量之電力(約為數千瓦特至數百萬瓦特)。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。
雖然為了簡潔，圖1中僅展示一個輸電網102及一個配電網104，但實際上，一個典型輸電網102將電力供應至多個配電網104且一個輸電網102亦可互連至一或多個其他輸電網102。
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互連件而連接至歐洲大陸之同步電網。
電網100亦包含電力單元119，其等可消耗來自電網100之電力或將電力提供至電網100。各電力單元119具有與其相關聯之一裝置，其用於控制來自相關聯電力單元119之電力之提供及/或消耗(在本文中 指稱「電力單元控制器(PUC)」118)。
電網100亦包含呈量測裝置120之形式的一量測系統，其經配置以量測電網之同步操作頻率(在下文中指稱電網頻率)。
可將電力單元控制器118單獨提供至電力單元119及/或安裝於電力單元119上。將一電力單元控制器安裝於電力單元上之一優點係：該PUC可接著呈一專用裝置之形式，其中儲存於該專用裝置內之資訊專用於安裝於該專用裝置上之電力單元，因此減少該PUC可程式化之需要，且因此減少與提供可程式化功能性(例如一使用者介面)相關聯之成本。然而，將一電力單元控制器單獨提供至一電力單元之一優點係：該PUC可呈一通用可程式化裝置之形式且應用於任何電力單元，因此增加靈活性。
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/或小型發電機(諸如風力渦輪機116或太陽能板115)。
一電力單元控制器118可與數個電力單元119相關聯。例如，在一風力發電場116中，雖然在風力發電場中可存在諸多渦輪機，但經由至電網之一單一連接而將所有渦輪機之電力輸出供應至電網，在該情況中，僅可存在與該單一連接相關聯之一個電力單元控制器118。
雖然為簡單起見，圖1中僅展示七個電力單元控制器118，但應瞭解，電網100實際上可包括數百個或多達數千個此等裝置。此外，應瞭解，雖然為簡單起見，圖1中僅展示三個量測裝置120，但實際上諸多量測裝置120可在相同同步電網100中操作，如下文參考圖4所更詳細描述。
圖1之電網亦包含本發明之控制系統之一例示性實施例：下文參考圖3所更詳細描述之一控制節點(CN)130，其與電力單元控制器118之一或多者及量測裝置120之一或多者通信(圖1中由天線示意性地表示一例示性通信構件)，且可將控制指令發送至電力單元控制器118以 產生與控制器118相關聯之電力單元119之電力消耗及/或提供之一變化。在控制一電網中之電力單元之電力提供及/或消耗中，可抵消在所量測頻率呈現之該電網中之一電力不平衡。例如，若自電網突然損失一發電機，則將存在一提供不足，具有一給定驅動之自旋發電機之轉動速度將響應於負載之相對增加而減小，所產生之電之頻率將據此減小，且電網頻率亦將因此減小。然而，若電力單元經控制以減少其消耗或增加其提供，則可(例如)緩解由發電機經歷之負載之相對增加，且可改善電力提供及消耗之不平衡以減少對電網頻率之影響。
圖2a展示連接至一電力單元119(其本身連接至同步電網100)之一例示性電力單元控制器(PUC)118之一示意圖。在此例示性實施例中，PUC 118包括一輸入/輸出通信介面(I/O)202、一處理器204及一資料儲存器208。PUC 118經配置以控制與其相關聯之電力單元119之操作。I/O介面202經配置以經由一固定或無線通信網路而接收資訊(例如表示來自一CN 130之控制指令的資訊)，該固定或無線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。圖2a中由連接至I/O 202之天線203示意性地表示一例示性通信構件。該通信網路可由固定通信構件及無線通信構件之一混合物組成。該通信網路可包括網狀網路，例如一ZigBee網狀網路。例如，在包括此一網狀網路之一通信網路中，一CN 130可經由該網之一或多個其他PUC 118而與一第一PUC 118通信。該通信網路可包括(例如)複數個網狀網路，其等各將控制指令分配至連接至(例如)一固定通信網路之一PUC 118附近之PUC 118。
I/O介面202處所接收之資訊可由處理器204處理且儲存於資料儲存器208中。
處理器204可經配置以將所接收之資訊轉換為相關聯之電力單元 119能夠解譯及實施之控制指令，如下文所描述。
資料儲存器208可儲存與其相關聯之電力單元119相關之設定檔資訊。此資訊可(例如)包括與下列各者相關之資訊：相關聯之電力單元119之一識別號碼、一單元可用性狀態、一單元地理或電網位置指示、一單元控制歷史、與單元之使用相關聯之一補償率、或單元之計劃使用之一排程。該設定檔資訊亦可包括與PUC 118相關聯之電力單元119之一或多個電力消耗及/或提供特性相關之資訊，其(例如)可包括一提供容量、消耗容量、一特性響應時間、一特性響應函數、或一提供或消耗狀態。
可將儲存於資料儲存器208中之資訊傳送至PUC 118或自PUC 118傳送該資訊，例如，經由I/O 202而自一CN 130傳送該資訊及/或將該資訊傳送至CN 130。雙向通信之能力可為有利的，因為可將儲存於PUC 118之資料儲存器208中之設定檔資訊之一變化(例如可用性狀態之一變化)傳送至CN 130，CN 130可接著更新其儲存之設定檔資訊。相反地，除PUC自CN接收控制指令之外，CN亦可將設定檔資訊傳送至PUC，使得PUC可更新其記錄，例如關於一識別號碼或一群組分配之設定檔資訊。
鑑於儲存於資料儲存器208中之資訊，處理器可解譯I/O 202處所接收之一通用控制指令，且實施專用於電力單元119之電力單元119之控制。例如，一通用控制指令可由PUC 118之I/O 202接收以致「具有位置指示器Y之X等級之電力單元將消耗減少至你消耗容量之Z%」，且由PUC 118根據資料儲存器208中之資訊而適當實施，或其實未實施。
特定控制指令可發送至一特定PUC 118之一I/O 202且由一特定PUC 118之一I/O 202接收，且處理器可在無需參考儲存於資料儲存器中之設定檔資訊之情況下實施指令。例如，此可呈含有(例如)一標頭 之一廣播訊息之形式，該標頭(例如)藉由使用各電力單元或電力單元群組唯一之一識別號碼而指定指令意欲用於其之電力單元，且各電力單元或電力單元群組僅對其標頭含有其唯一或群組識別號碼之控制指令作出響應。廣播訊息可為有利的，因為所需之一CN與PUC之間的通信頻寬可相對較窄，因為需要廣播相對較少單獨指令。廣播亦可有利於藉由其他方式(例如，通過既有電腦網路)之通信在(例如)遠端位置中較昂貴或不可行之情境。
特定控制指令亦可呈被明確地發送至各電力單元之一控制指令之形式，例如，各電力單元可自身具有網際網路協定(IP)位址，且可將特定控制指令發送至與該等控制指令意欲用於其之電力單元相關聯之特定IP位址。將明確地被發送之特定控制指令發送至各PUC之一優點係：其減少PUC監聽及解譯控制指令之需求，且可利用具有相對較大頻寬之既有封包交換式網路。用於接收特定控制指令之通信通道亦可用於PUC與CN通信，例如，發送其設定檔資訊之更新。
圖2b展示一PUC 118'之一替代例示性實施例，PUC 118'包括連接至一天線203'之一輸入/輸出通信介面202'、一處理器204'、一資料儲存器208'及一電力調節器206'。在此實施例中，電力單元119經由電力調節器206'而連接至同步電網100。除下列情況之外，PUC 118'可依實質上相同於圖2a之PUC 118之方式操作：並非處理器204控制相關聯電力單元119之操作以產生來自電網100之一電力消耗及/或至電網100之一電力提供，而是PUC 118'之處理器204'控制電力調節器206'，電力調節器206'經配置以調節可用於由電力單元119消耗之電力及/或提供至可由電力單元119使用之電力之電網100的電力。例如，PUC 118'可實施於一消耗性裝置之插頭中，且可調節(例如)能夠由該裝置汲取之最大電力。
一PUC 118'之此替代實施例可有利於不具有內部控制電路(例如 一變壓器)或具有控制電路(其不具有與外部控制電路介接或對控制指令或信號作出響應之構件)(例如舊的家用加熱電器，諸如恆溫控制加熱元件等等)之電力單元，其中經由控制電路而控制一電力單元係昂貴或困難的，或其中控制一組電力裝置(其等在某一點處共用至電網之一單一共同電連接)(例如一單一住宅中之所有電器)係方便的。
本發明之控制系統之一實例係下文參考圖3所更詳細描述之一控制節點130。
圖3係一控制節點(CN)130之一例示性實施例之一示意圖，CN 130包括呈一輸入/輸出通信介面(I/O)302之形式之一通信構件、呈一處理器304之形式之一處理構件、及一資料儲存器306。在此例示性實施例中，CN 130通信地連接至一量測裝置120，量測裝置120經配置以量測同步電網100之一電網頻率。圖3中由連接至I/O 302之天線303示意性地表示一例示性通信構件。
可將量測裝置120併入至CN 130中。
量測裝置120可位於CN 130之遠端。可存在通信地連接至一CN 130之一個以上量測裝置120，且不同量測裝置120可具有不同地理或電網位置，且量測與電網頻率相關之不同局部特性。
可存在相對於電網100而操作之一個以上CN 130，且各量測裝置120可通信地連接至各CN 130。
量測裝置120可為能夠足夠精確地偵測或量測一電網之一同步區域內之電網頻率的任何裝置。
與電網頻率相關之一時段可用作為電網頻率之一量測。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)可用作為電網頻率之一量測。
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。頻率資料可經等化且經數位地 濾波以移除(例如)與雜訊相關之頻率分量。
量測裝置120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，其經配置以將該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。
量測裝置120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，其經配置以將該取樣電流轉換為一數位電流信號，該數位電流信號可接著經處理以高精度地(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。
量測裝置120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能夠補償電網之同步區域中之無效電力之變化。此繼而實現頻率之一更準確量測(或與頻率相關之一特性)。
在圖3所展示之實施例中，將由量測裝置120量測之電網頻率傳送至CN 130之處理器304，且可將該電網頻率儲存於資料儲存器306中。
處理器304可經配置以使用由量測裝置120傳送之電網頻率量測來判定與電網頻率相關之特性，例如電網頻率之一頻率、電網頻率之一變化率(即，其相對於時間之一階導數)或電網頻率之變化之曲率(即，其相對於時間之二階導數)。可將此等特性儲存於資料儲存器306中。
在一些實施例中，量測裝置120包括(例如)呈一處理器之形式之一處理構件，且量測裝置120之該處理器可經配置以判定與電網頻率 相關之特性。此可為有利的，因為其可減少需要由量測裝置傳送之資訊量，且亦因為其可減輕強加於CN之處理器上之負擔，即，實現量測頻率之一分佈處理。
圖3中所展示之一CN之例示性實施例之資料儲存器306可含有與連接至同步電網100之電力單元119相關之設定檔資訊。此設定檔資訊可包括可儲存於圖2a中所展示之一PUC 118之例示性實施例之資料儲存器208中之設定檔資訊之一些或全部，如上文所描述。儲存於資料儲存器306中之該設定檔資訊亦可包括連接至電網之電力單元119之通信細節。資料儲存器306亦可含有與一群組之電力單元相關之設定檔資訊。例如，該群組資訊可包括為該群組之成員的電力單元之識別符、由該群組產生之集體電力消耗及/或提供特性、及該群組之一集體特性響應時間或特性響應函數。群組可由類似電力單元形成，例如，由具有一共同或類似電力等級之電力單元形成。一群組可由(例如)其最大操作電力消耗係在1千瓦特至10千瓦特範圍內之電力單元形成。群組亦可由(例如)具有一共同或類似響應時間特性、電網位置、地理位置、以時間/天/周/月/季/年及/或最後貢獻計之可用性、或任何其他特徵之電力單元形成。將電力單元分組且使群組具有集體性質之資訊可有利於產生控制指令，因為其可減少個別地識別可用於產生一給定集體響應之每一電力單元的需求，且減少針對每一個別電力單元來產生一單獨控制指令的需求。
資料儲存器306可位於CN 130之遠端，且可(例如)分佈於相關聯PUC 118之資料儲存器208中，且處理器304可代以經由I/O 302而汲取用於處理之一些資訊，例如設定檔資訊。此可減少一CN之儲存需求且減少系統中之儲存資訊之冗餘。I/O 302可經由任何固定或無線通信構件而與PUC 118之I/O 202通信，上文參考圖2a之PUC 118之I/O 202來給出該固定或無線通信構件之實例。亦可存在與CN 130通信之 一單一或多個集中化大容量資料儲存器，其等儲存系統之電力單元之全部設定檔資訊。此可有利於備份目的且亦可為比儲存於諸多小型資料儲存器上更具成本效應之儲存大量資訊之一方式。
處理器304經配置以基於與一或多個量測裝置120處所量測之電網頻率相關之變動特性且基於與電力單元119相關之設定檔資訊而產生經由I/O 302而發送至與電力單元119相關聯之PUC 118之一或多者的控制指令。
圖4係根據本發明之一實施例之一例示性網路中之一控制節點130之一例示性實施方案之一示意圖。該例示性網路進一步包括：電力單元119a至119g，其等各與一對應電力單元控制器(PUC)118a至118g相關聯；及量測裝置120a至120c。CN 130藉由通信鏈路401而通信地耦合至PUC 118a至118g之各者及量測裝置120a至120c之各者，通信鏈路401由任何固定或無線通信構件(例如上文已參考圖2a來描述之通信構件)提供。量測裝置(例如120a)可位於相同或類似於電力單元之一些(例如119a及119b)的地理或電網位置中及/或位於任何電力單元遠端之一位置中。
在圖4所展示之例示性實施方案中，控制節點130自量測裝置120接收電網頻率之量測，基於該量測頻率且基於電力單元119a至119g之設定檔資訊而產生控制指令，且將該等控制指令發送至PUC 118a至118g之一或多者以控制相關聯電力單元119a至119g之電力提供及/或消耗。協調來自一集中化控制節點之電網頻率之控制具有相較於(例如)不協調地局部控制局部電力單元之多個優點。例如，一集中化控制能夠響應於電網頻率之局部、區域及/或全電網變化而協調一全電網響應，且允許所有受控電力單元之集體響應之一概觀。所提供之響應可經協調以係時變的，使得不同電力單元在控制時期期間之不同時間作出不同貢獻以改良靈活性且實現鑑於控制時期期間之電網頻率之 變動(例如，電網頻率自一標稱值之偏差增大或減小)的一調適響應。可根據下文所描述之技術或基於控制時期期間之電網頻率之進行中監測而預先判定此變動。可(例如)鑑於一或多個變動特性之一變化(例如，以自標稱頻率之一增大偏差或偏差率作為一動態響應)而依一交錯方式實施不同電力單元之控制。
圖5係概述用於控制電力單元提供對電網頻率之一貢獻之根據本發明之實施例之一例示性程序的一流程圖。此可經完成以(例如)響應於一事件(諸如電網頻率之一突然變化)而提供對將電網頻率操控至一所要或標稱值的一貢獻。
在步驟502中，監測電網中之一或多個預定義位置處之電網頻率。該監測可包括：在CN 130處接收由一或多個量測裝置120在該一或多個預定義位置處量測之電網頻率之結果，如上文已參考圖3所描述。可將該等量測之結果傳送至一CN 130之處理器304。處理器304可處理與該量測頻率相關聯之值且將該等值儲存於資料儲存器306中。在一個以上位置處量測電網頻率能夠建立頻率行為之一全電網圖像，且因此能夠協調最有效響應，例如，一區域中所產生之電網頻率之一大變化可僅需由一相關區域中之一響應補償，但該區域中之該變化可指示其他區域中所需之一響應。例如，若在具有低電網慣性之一位置中量測電網頻率之一大變化，則此可指示具有高慣性之電網之一不同遠端區域可即時經歷一顯著頻率變化，且可(例如)通知來自高慣性位置之量測之分析：此高慣性位置中所偵測之頻率之任何變化(而非(例如)雜訊)可歸因於一真實頻率變化。
在步驟504中，CN 130之處理器判定是否已滿足與監測電網頻率相關之一或多個條件。此等條件可為與是否啟始一控制時期(在該控制時期中控制電力單元以使電網頻率恢復至一標稱值)有關之條件。
處理器可經配置以判定：已藉由比較與監測頻率相關聯之一或 多個值與一臨限值而滿足步驟504之一條件，且當跨越該臨限值時滿足該條件。可將該臨限值儲存於CN 130之資料儲存器306中，及/或經由(例如)I/O 302而將該臨限值傳送至CN 130之處理器304以用於該比較。可將該臨限值(例如)設定於自由電網操作者設定之量測電網頻率之標稱頻率的可接受變動之限制內(例如，對於50赫茲之一標稱值，將該臨限值設定為49.5赫茲)，且當量測頻率越過(例如，低於49.5赫茲)時，越過該臨限值且滿足該條件。
處理器可經配置以判定：已藉由評估監測頻率是否位於值之一範圍內而滿足一條件(該範圍由兩個臨限值界限)，且當頻率位於該範圍外時滿足該條件。例如，可將該範圍設定為50赫茲±0.5赫茲，且當監測頻率位於該範圍外時滿足該條件。可使用多個範圍來判定一頻率變化之嚴重性，例如，若監測頻率超出一第一範圍(例如50赫茲±0.2赫茲)，則頻率變化係「低度嚴重」且僅實施適用於一「低度嚴重」變化之一響應。然而，例如，若監測頻率超出一第二範圍(例如50赫茲±0.4赫茲)，則頻率變化係「高度嚴重」且實施適用於一「高度嚴重」變化之一響應，其(例如)可視情況涉及更多電力單元或電力消耗及/或提供之一更大受控變化。
在一些實施例中，為減少對電網頻率之變化作出響應所花費之時間，局部量測之頻率特性可經分析以實現電網頻率之顯著變化之早期識別。可(例如)基於自量測裝置120收集之資料而在CN 130之處理器304處執行此分析，如下文所描述。可藉由依據監測頻率之一系列值(例如一觀測窗中之一系列時間處所繪製之值)來擬合一數學函數(諸如一多項式外推函數及/或二次曲線外推函數)而執行該分析。此可涉及：使用一「滑動窗」方法以依據覆蓋一第一觀測窗之監測頻率之一第一系列值來擬合該函數。接著，該窗經移動以依據覆蓋一第二稍後窗之監測頻率之一第二系列值來擬合該函數。
在已滿足與監測頻率相關之一或多個條件的步驟504中之一正判定之後，在步驟506中啟始一控制時期，將在該控制時期期間控制一或多個預定義監測位置之一或多者處之電網頻率。
該控制時期可為不定的，例如，開始於該控制時期之啟始處且繼續，直至已判定監測頻率已跨越一臨限值或恢復至頻率之一範圍內的一時間，例如，當監測頻率恢復至位於圍繞標稱電網頻率之一範圍(例如50赫茲±0.5赫茲)內時，該控制時期可結束。
例如，若預定可接受或可期望僅在高達(例如)五分鐘之一最大組合持續時間內(在該時間之後，例如，無法依此方式經濟地實現控制)實現電力單元之電力消耗及/或提供之控制，則該控制時期可具有一預定義長度。
繼步驟502至步驟506之後，在步驟508中，基於電網頻率之監測而判定與該控制時期期間之電網頻率之一變動相關之一或多個變動特性。
在一些實施例中，CN之處理器304經配置以判定一或多個變動特性。
該一或多個變動特性可源自監測頻率，且可基於(例如)下文所描述之數學技術及/或基於該控制時期期間之電網頻率之連續監測而預先判定該一或多個變動特性。該一或多個變動特性可包含該控制時期期間之頻率之一變動(例如自一標稱值之偏差之一變動)之一指示及/或頻率變動之「形狀」之一表示。
該等變動特性可包含依據一觀測窗中之監測頻率來擬合之一多項式函數之一或多個係數、或未來一指定時間處之監測頻率之一預報值，如下文參考圖6a至圖6c所描述。
該等變動特性可包含依據一第一觀測窗中之一第一系列值來擬合之一第一多項式函數之一或多個係數與依據一第二稍後觀測窗中之 一第二系列值來擬合之一第二多項式函數之一或多個係數或甚至依據進一步稍後觀測窗中之進一步系列值來擬合之進一步多項式函數之一或多個進一步係數之間的一或多個差值，如下文參考圖7a至圖7f所更詳細描述。
應瞭解，該等變動特性可在該控制時期期間改變，因此，圖5中之步驟508之一或多個變動特性之判定可在該控制時期期間連續地或間隔地發生。該控制時期期間所判定之該等變動特性可包含能夠描述該控制時期中之監測頻率之變動之本質的任何特性。例如，監測頻率是否或是否可下降或上升，下降或上升多少，依何種速率下降或上升，根據何種函數形式下降或上升，必須或可何時及如何停止下降或上升，且必須或可何時及如何滿足結束該控制時期之一條件，其等所有可藉由監測頻率之一連續或間隔分析而判定，如上文參考步驟502至步驟506所描述。
可基於步驟508中所判定之該一或多個變動特性且基於與連接至電網100之複數個分佈式電力單元119相關之設定檔資訊而產生用於控制第一複數個電力單元之電力消耗及/或提供的控制指令，如圖5之步驟510中所表示。該等控制指令可經產生以便抵消電網頻率之一變動，如由步驟508中所判定之該等變動特性所指示。
在一些實施例中，由CN 130之處理器304產生該等控制指令。可與步驟502至步驟508同步地或繼步驟502至步驟508之後產生該等控制指令。在與步驟502至步驟508同步地產生該等控制指令之一些實施例中，該等控制指令可(例如)僅經啟動作為(例如)經授權以僅在判定已滿足步驟504之一或多個條件時被發送之控制指令。
在圖5之步驟512中，將步驟510中所產生之該等控制指令發送至該第一複數個電力單元，該第一複數個電力單元藉此經控制以在該控制時期期間提供對電網頻率之一時變貢獻。經由CN 130之I/O 302而 將該等控制指令發送至與各電力單元相關聯之PUC 118之I/O 202。
在一例示性實施例中，處理器304經配置以預報電網頻率，且基於電網頻率之一預報值是否已跨越一臨限值或位於頻率之一範圍外而判定是否已滿足一條件。下文參考圖6a至圖6c來描述根據電網頻率之一預報值而判定是否已滿足一條件的程序。
圖6a至圖6c展示電網頻率f對時間t之例示性示意曲線圖，其中在各情況中，監測頻率由實線「E」表示，且其中電網頻率之預報值由黑星表示。圖6a至圖6c之各者中之時間軸上之「0」表示存在於各情況中之一象徵值，且圖6a至圖6c之各者相繼表示相繼稍後時間處之監測頻率及預報頻率之曲線。此等實例中之正常操作之假想標稱電網頻率係50赫茲，且頻率之假想「可接受範圍」係±0.5赫茲。然而，應瞭解，標稱電網頻率可為經選擇為標稱操作值之一同步電網之任何頻率，且電網頻率之「可接受範圍」可為期望使電網頻率維持於其內之任何範圍。
圖6a係系列中之最早曲線，且展示所記錄之監測頻率「E」，直至存在於時間「0」處之象徵值接近50赫茲。將一觀測窗定義於兩個時間「A」與「B」之間，其中將時間「B」定義為存在於「0」處之象徵值，且將時間「A」定義為自點「B」過去(例如1秒)之一設定時間。將一多項式擬合程序(例如，基於最小二乘方擬合)應用於此觀測窗中所記錄之監測頻率。例如，此程序可判定觀測窗中之函數f=at2+bt+c之係數a、b及c，其導致監測頻率自函數之最小總偏差。一旦判定觀測窗之係數，則可藉由解算t=C(例如，C=2秒)時之方程式f而預報未來某一指定時間(t=0+C)之電網頻率，即，將依據觀測窗之監測頻率來擬合之函數外推至未來時間。在圖6a中，觀測窗中所擬合之函數在很大程度上係線性的，且此函數至時間「C」之一外推導致由實星表示之預報頻率。圖6a中之擬合函數具有一小梯度，因此，預 報頻率位於50赫茲+/-0.5赫茲範圍內，因此圖6a中未滿足(例如)預報頻率位於50赫茲+/-0.5赫茲範圍外之條件。
除時間已前移，已繪製進一步監測頻率「E'」，且定義於時間「A'」與「B'」之間的觀測窗已前移之外，圖6b展示相同於圖6a之情況。現將上文所描述之多項式擬合程序再次應用於此稍後觀測窗中所含之監測頻率。針對觀測窗所擬合之函數f'=a't2+b't+c'(其由圖6b中之虛線D'表示)具有某一曲率但小梯度，其反映監測頻率在觀測窗結束時降低之事實。藉由解算t=C'時之f'而預報時間C'處之頻率(其中(例如)C'=2秒)，且此預報值在圖6b中由實星表示。預報頻率亦不位於50赫茲+/-0.5赫茲範圍外，因此圖6b中未滿足(例如)預報頻率位於50赫茲+/-0.5赫茲範圍外之條件。
除時間已進一步前移，已繪製又進一步監測頻率「E"」，且定義於時間「A"」與「B"」之間的觀測窗已進一步前移之外，圖6c展示相同於圖6b之情況。現將上文所描述之多項式擬合程序再次應用於此又稍後觀測窗中所含之監測頻率。針對觀測窗所擬合之函數f"=a"t2+b"t+c"(其由圖6c中之虛線D"表示)具有某一曲率但一更可觀梯度，其反映監測頻率在定義於「A"」與「B"」之間的幾乎所有觀測窗內降低之事實。藉由解算t=C"時之f"而預報時間C"處之頻率(其中(例如)C"=2秒)，且此預報值在圖6c中由實星表示。此處，預報頻率位於50赫茲+/-0.5赫茲範圍外，因此圖6c中已滿足(例如)預報頻率位於50赫茲+/-0.5赫茲範圍外之條件，因此(例如)可啟始其中可控制電力單元之控制時期。
在一進一步例示性實施例中，處理器經配置以藉由比較依據一或多個相繼觀測窗中之監測頻率來擬合之一或多個函數之係數而判定是否已滿足一條件，現參考圖7a至圖7f來對其加以描述。
圖7a至圖7f展示頻率隨時間t之變動，其中將監測頻率之值擬合 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的參數係係數a、b及c。此處，再次依據各相繼觀測窗之監測頻率來擬合該多項式函數，其中將用於擬合之目的之「t=0」相繼重新定義為各相繼觀測窗內之一致點。
圖7a展示標記1至10之10個觀測窗之一時期內之一量測頻率特性。可明白，在10個觀測窗之過程中，監測頻率存在一變化。特定言之，監測頻率在觀測窗1、2及3期間係穩定的，接著在觀測窗4中開始減小值。監測頻率之變化率略微增大至觀測窗6處之一最大變化率，接著變化率減小，直至觀測窗10。
圖7b至圖7f展示二階多項式函數依據圖7a中所展示之監測頻率之擬合。
在觀測窗2(圖7b)期間，監測頻率係穩定的，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。
在觀測窗4(圖7c)期間，頻率特性開始減弱。在此窗中，可將監測頻率最佳地擬合為描述一反演拋物線之一多項式函數，如由虛線所指示。此反演拋物線可(例如)以係數「a」之一負值為特徵。在窗5(圖7d)期間，監測頻率之變化率(減小率)增大。因此，例如，可將窗5(圖7d)之監測頻率最佳地擬合為描述一較尖反演拋物線(其在該窗內具有一較陡梯度)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。
在窗6(圖7e)期間，監測頻率進一步簡化，但依一實質上單調方式，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，其亦標記監測頻率之象徵性函數形式之一拐點。
在窗8(圖7f)期間，監測頻率通過一拐點且監測頻率之變化率減小。據此，可將監測頻率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。可自上文所描述之實例 明白，可(例如)藉由比較依據一觀測窗之監測頻率值來擬合之一多項式函數之係數與後一觀測窗之係數而偵測呈擬合函數之形式之顯著變化(諸如，監測頻率開始減小(或其實增大))(藉由偵測係數具有一非零值)、監測頻率之變化率之一變化(藉由偵測係數之量值之一變化)及監測頻率之一轉折點或拐點(藉由偵測係數之一或多者之正負號之一變化)。因此，在此實施例中，已滿足一或多個條件之一判定可包括：判定相繼觀測窗中之係數之一或多者之間的差值；及判定差值之量值及/或正負值是否位於一或多個範圍內，且當差值之一或多者位於該等範圍之一或多者外時，滿足一條件。
此外，可藉由判定多項式函數之係數在時間間隔之間的變化程度而外推頻率特性可能之變化量。通常，可隨著監測頻率接近轉折點(圖7e)而準確地估計頻率特性之總減弱(或增強)；此通常與頻率特性開始減弱之後之一時間(約500毫秒)對應，該時間可為顯著短於達到一臨限值所花費之時間(例如約數秒)的一時框。
在上述實施例中，可將不同權重給予不同觀測窗中之監測頻率，使得(例如)將最大權重給予最近觀測窗中之監測頻率。此加權程序可充當一濾波器，因為其可減少監測頻率之假性分量對擬合函數之係數之判定的影響。
擬合程序可基於監測頻率至其他函數形式(例如指數函數、冪函數或(例如)任何階數之多項式)之擬合。
可參考量測裝置120之局部區域中之電網慣性之一量測來設定條件。例如，可針對來自具有一相對較大慣性之電網之一區域的量測來將其外滿足一條件之頻率範圍設定為相對較小，因為對於電力平衡之一給定突然變化，對具有相對較大慣性之一區域之電網頻率的影響將相對較小。
現將參考圖8a至圖8c來更詳細地描述圖5之步驟510中之控制指令 之產生、及對電網頻率之貢獻(其起因於電力單元之控制，該控制起因於圖5之步驟512之將控制指令發送至電力單元)。
圖8a展示由標記1至5之特定時間點分離成時間間隔之三個不同假想情境「A」、「B」及「C」中之監測頻率對時間之假想曲線圖。
在圖8a之情境「A」中之1處，在電網之監測區域中電力提供突然損失，因此電網頻率減小。在情境「A」中，未響應於該突然損失而採取任何措施(即，未部署本文中所描述之發明)，因此，隨著電網在一新的較低電網頻率處接近一平衡，電網頻率繼續下降(但依一逐漸變慢下降率)，通過2至5，且恰好在4之前下降至低於49.5赫茲之電網頻率之假想可接受下限。在解決此情境之一習知方法中，電網中之另一大型發電機可在1之後之數秒或數十秒內增加其電力提供以使電網頻率恢復至其標稱值。然而，此時，電網頻率已在圍繞標稱值之假想可接受範圍外花費(例如)數十秒。
在圖8a之情境B中，情境A之相同突然電力不平衡發生於1處，且在1與2之間頻率最初依相同方式下降。然而，在此情境中，啟始根據本發明之一實施例之一控制時期。由CN 130自2之前所監測之頻率之一分析(例如上文所描述)判定已滿足一條件，且應啟始該控制時期，且在2處啟始該控制時期。另外，在此例示性情境中，以電網頻率必須及可隨時間變動之方式為特徵之頻率特性源自1與2之間的監測頻率之分析(例如，使用上文參考圖6a至圖6c及圖7a至圖7f所描述之方法)。此等頻率特性(例如)與監測之局部區域中之一慣性特性組合以判定(例如)與1與2之間的頻率變化相關聯之電力不平衡之幅度，且因此計算需要控制以補償不平衡的電力提供及/或消耗之量值及持續時間。
在例示性情境B中之2處，CN 130之處理器304亦自資料儲存器306讀取電力單元119之設定檔資訊。接著，處理器可(例如)對電力單 元119進行濾波以便僅進一步考量其設定檔資訊指示其可用於控制且(例如)對於此實例，係一電力消耗單元(其當前在消耗電力)或一電力提供單元(其當前未以全容量提供電力)之電力單元。接著，處理器可(例如)基於(例如)進一步設定檔資訊(諸如電力消耗及/或提供容量)而針對濾波之後剩餘之各電力單元計算需要發送至各電力單元以提供足以補償計算不平衡之一組合響應的控制指令。例如，可存在可提供一足夠響應(例如可遞送響應之足夠量值及速度)之一電力單元或電力單元群組。此群組在圖8b中由區塊804表示，圖8b係展示電力單元之一例示性控制排程的一示意圖，該控制排程係與情境B相關聯之控制排程。由區塊804表示之該群組可包括(例如)具有一非常短響應時間但一有限提供容量(例如僅可在短時期內終止之工業或商業程序)之電力提供單元。
在2處，產生控制指令且將其發送至由區塊804表示之群組。可存在由圖8b之區塊802表示之一短時段，由區塊804表示之電力單元花費該時段來對控制指令作出響應，其持續至3為止。
由於由區塊804表示之電力單元群組之控制，圖8a中之情境B之監測頻率在3處停止下降，且緩慢增大。然而，群組804之電力單元僅可在一有限時段內提供一響應(例如，歸因於對一工業程序之中斷之持續時間的限制)，該有限時段短於(例如)開始儲備發電(其將使系統發電/消耗進入平衡以便使電網頻率恢復至圍繞標稱頻率之可接受範圍內)所需之判定時間。另外或替代地，群組804之電力單元可能不期望在一延長時段內提供一響應，因為此會(例如)給一電力單元之一使用者帶來不便。
在自設定檔資訊(例如特性響應時間或由區塊804表示之電力單元之時間之可用性之一最大時間長度之一指示)判定2處之此情境之後，CN 130之處理器304亦在2處產生及發送由圖8b中之區塊808表示之一 第二電力單元或第二電力單元群組之控制指令。由區塊808表示之該群組具有用於對該等控制指令作出響應之一時期(由區塊806表示)，該時期具有一中間長度(例如，歸因於單元中之相對較慢控制電路)，因此，其僅在與由區塊804表示之群組相關聯之響應停止之前即時開始促成4處之響應。
由區塊808表示之電力單元群組可包括(例如)製冷單元，其等碰巧相對較慢地對控制指令作出響應，且其等已在其等之設定檔資訊中指定：僅可在一有限時間量內切斷其等(例如)以維持一足夠總體製冷位準。由區塊804表示之電力單元之控制影響圖8a中之例示性情境B之監測頻率，其中在4與5之間使頻率維持處於一穩定位準。
然而，如上文所陳述，亦可限制區塊808之電力單元之控制之長度，且群組之控制在5之後停止。在自區塊808之電力單元之設定檔資訊判定2處之此情境之後，CN 130之處理器304亦產生由圖8b中之區塊812表示之一第三電力單元或第三電力單元群組之控制指令。此群組具有用於對控制指令810作出響應之一時期，其相對較長(例如，歸因於組成群組之柴油發電機之一相對較長起動時間)，且其因此僅在與區塊808相關聯之響應停止之前即時開始促成5處之響應。
區塊812之單元之控制影響圖8a中之例示性情境B之監測頻率，其中頻率在通過5之後增大且恢復至接近50赫茲之標稱頻率。區塊812之電力單元之控制可繼續(由區塊812之虛線端部分表示)，直至判定不再需要控制來使頻率保持接近標稱值。若判定監測頻率已恢復至圍繞標稱頻率之頻率之一可接受範圍內，則控制時期亦可停止，且若控制時期之停止確實導致經判定以足以啟始一進一步控制時期之監測頻率之一變化，則將實施一進一步控制。
在圖8a之情境C中，發生相同監測頻率變化、控制時期之啟始、頻率特性之判定、及控制指令之產生，如同情境B，且產生及執行圖 8b之相同啟始控制排程，如由圖8c中之控制區塊之前三列所展示。然而，在情境C中，區塊804'之電力單元之控制不阻止監測頻率在3之後繼續下降。然而，CN 130在2處產生及發送控制指令之後繼續監測電網頻率，且在2與4之間的時間間隔期間判定：(例如)自此時期期間所導出之頻率特性之一分析，已滿足(例如)一或多個其他條件；監測頻率仍下降；及需要產生及發送進一步控制指令。因此，CN 130之處理器304可計算補償2與4之間所判定之頻率之下降所需之額外電力消耗及/或提供控制。接著，CN 130之處理器304可進一步擷取連接至電網100之複數個分佈式電力單元之設定檔資訊，進一步濾波及選擇用於進一步控制之電力單元，且產生進一步控制指令以實現根據需要所進一步計算之補償。在5處將此等控制指令發送至在圖8c之例示性控制排程中表示為區塊816之群組。可存在一短時間間隔來使電力單元對由區塊814表示之控制指令作出響應。
圖8a之情境C中之監測頻率之例示性曲線圖中反映由區塊816之電力單元之控制提供之額外響應，因為在4與5之間的時間間隔中，頻率停止下降，且開始上升。在情境C中，區塊816之電力單元之額外貢獻在5之後即時停止，但在5處自區塊812'之電力單元開始響應足以使監測頻率恢復至接近標稱值。可依相同於上文情境B中所描述之方式的方式停止及重新開始情境C中之控制時期。
依此一方式，電力單元可經彙總及經控制以提供對電網頻率之一變化的一動態、經嚴格定義且連續之響應以使一電網頻率恢復至一標稱值。
控制指令之產生可經限制使得自在控制時期中控制電力單元產生之組合電力提供及/或消耗與一預定義時間設定檔相符。此設定檔可(例如)由一電網操作者預定義以限制對電氣裝置之損壞(其可(例如)由過快之一響應所致)。
可由一系統操作者將定義一預定義時間設定檔之參數定義為(例如)靜態參數。該等參數及/或該時間設定檔可專用於電網之局部區域或地區，經定義以僅對一特定時間窗(例如，在一天或一週期間之某些時間處)有效，且亦可靈活用於對頻率特性之一給定判定，例如，響應於一監測頻率變化之嚴重性之某一位準之一判定而無限制性。
可(例如)在滿足與監測頻率相關之任何條件之前產生用於產生一預定義時間設定檔之控制指令。例如，產生控制指令之圖5中之步驟510可包括：例如，自一資料儲存器(例如CN 130之資料儲存器306)擷取一組預定義電力單元之一組預定義控制指令。
預先產生之控制指令組可在被發送時(例如)引起預定義時間響應。可存在導致不同預定義時間設定檔之不同預先產生之控制指令組，該等時間設定檔(例如)由一或多個參數定義，如上文所描述。
可基於一或多個變動特性而擷取一組預先產生之特定控制指令。例如，可使用上文相對於圖5至圖8c所詳細描述之方法來判定：一變動特性指示某一位置中之頻率變化事件被歸類為「高度嚴重」。在此情況中，例如，一組控制指令(其已被預先產生以提供對該位置中之一「高度嚴重」事件的一響應)可(例如)自CN 130之資料儲存器306擷取，且被發送至定義於CN 130內之PUC 118。
可(例如)基於判定變動特性及(例如)在其處量測變動之時間及/或位置處之電網慣性而將一數值分級給予頻率變動。例如，可將可引起或經預測以可引起電網頻率之一相對較快減小、或一相對較大量值之一減小或兩者之一組合的一變動評為(例如)「-10」級，而可將具有一相對較慢增大、或一相對較小量值或兩者之一變動評為(例如)「+2」級。可存在(例如)20組之不同預先產生控制指令(即，-10至-1及+1至+10)，其等各經定義以在被發送時產生與一判定嚴重性變動級成比例之一響應。例如，若一變動具有落入(例如)「-7」級之變動特性，則 可擷取及發送標記「-7」之對應預先產生控制指令(其等已被預先產生以提供對「-7」級之一頻率變動的一成比例響應)。此可允許一較快響應，因為在控制時期啟始時或在控制時期啟始之後計算之等級降低，在該響應中包含該控制時期之電力單元且應將何種控制指令發送至該等電力單元以產生一足夠響應。
在基於電網頻率之隨後監測而產生及發送進一步控制指令之前，可(例如)將一組預先產生之控制指令發送至定義於其內之電力單元作為對變動特性之一判定變化的一啟始響應。例如，可響應於1與2之間的該監測頻率變化而在2與3之間預先產生及擷取發送至由圖8c中之區塊804'、808'及812'表示之群組的控制指令。接著，可響應於電網頻率之一隨後監測而在點4處產生控制指令且將該等控制指令發送至由圖8c中之區塊816表示之電力單元群組。
控制指令之產生亦可併入與一特定時間處之電網中之一特定位置處之電網慣性相關之資訊。例如，若在一特定時間，一特定電網位置具有(例如)響應於一顯著頻率變化之一低慣性，則控制指令可經產生以便控制電力單元(例如)藉由選擇能夠提供最快響應之電力單元而儘可能接近地提供一適當快速響應。然而，若判定電網之一區域在某一時間具有(例如)高慣性，則可在產生控制指令時認為：產生快速響應電力單元之控制指令具有一較低重要性。
為增加協調響應之控制之精確度及位準，除CN 130之處理器304在產生控制指令時使用與電力單元相關聯之一特性響應時間之外，處理器304亦可使用可進一步形成設定檔資訊之部分的電力單元之一特定響應函數；或處理器304可依其他方式使用可進一步形成設定檔資訊之部分的電力單元之一特定響應函數。一特性響應函數不僅與一特性響應時間(如(例如)由區塊802針對圖8b之區塊804之電力單元所展示)相關，且與一電力單元之電力消耗及/或提供響應於接收一給定控 制指令之變化之函數形式相關。例如，圖8b之區塊802表示一時間，在該時間之後，區塊804之電力單元可響應於接收控制指令而提供一給定提供位準。然而，在一些實施例中，區塊802可表示某一時間函數，其以在達成控制指令中所指定之電力之提供之前由電力單元提供電力之方式為特徵。替代地，該特性響應函數可由以一參數化函數形式為特徵之參數表示。例如，一機械發電機之電力提供最初可以一起動時期為特徵，該起動時期可(例如)以一參數化函數P(t)=A-BeCt為特徵，其中P(t)係時間t處之電力輸出，且A、B及C係以該函數為特徵之參數。在另一實例中，一柴油發電機最初可在其提供電力之前藉由使用一起動馬達而消耗電力，且因此可以一不同函數形式為特徵。在另一實例中，一緩慢控制電路可導致自一電力單元輸出零電力之一時期，且因此該特性響應函數可藉由(例如)即時使一偏移參數化而反映此。該特性響應函數亦可表示包括一電力單元之響應之代表性資料點的一量測或適當響應，且因此未必需要以一函數形式或與該函數形式相關聯之參數為特徵。
所產生且發送至一群組之電力單元(例如由圖8b中之區塊804表示之電力單元群組)的控制指令可包括用於下列各者之指令：切斷、接通、增加或減少電力提供；增加或減少電力消耗；改變某一時間內之電力提供及/或消耗；及根據一指定時間設定檔而改變電力提供及/或消耗。為高精度地達成總體響應之一預定義時間設定檔，區塊804之控制指令可包含用於根據一參數化函數(例如，根據P(t)=A-BeCt，其中P(t)係時間t處之電力輸出，且A、B及C係以該函數為特徵之參數)而增加電力提供之指令。控制指令可(例如)僅包含一函數之參數、或CN 130及PUC 118兩者已知之一預定義函數形式之一識別符。應瞭解，可根據需要定義及參數化其他函數形式以產生一電力單元之電力提供及/或消耗之一所要時間響應。
在一些實施例中，控制系統之處理構件可包括(例如)複數個分佈式處理器，其包括來自一或多個CN、一或多個PUC及一或多個量測裝置120之處理器。可由本文中所描述之各種實施例之處理器之任何者實施或藉由使用該等處理器之任何組合而實施由上文所描述之處理器之任何者實施之上文所提及之計算、判定、推導或任何其他此類動作之任何者。作為一實例，可使用其中量測頻率之量測裝置之一處理器來達成電網頻率之監測(例如由圖5之步驟502所表示)及已滿足與監測頻率相關之一條件的判定(例如由圖5中之步驟504所表示)。接著，量測裝置可將滿足條件之細節傳送至CN 130，且CN 130之處理器304及通信構件I/O 302接著可進行由圖5之506至512表示之步驟。在一進一步實例中，一量測裝置之處理器可啟始一控制時期(例如由圖5之步驟506所表示)，且將該控制時期之細節傳送至一CN 130。處理功能之分佈可減少對CN之處理器之需求且因此節約此等元件之成本。處理功能性之分佈亦可允許不同處理器之間的負載平衡獲得系統之處理器之最有效率使用，且亦避免任何處理器之過載及此將產生之相關聯響應延遲。
應瞭解，與響應於電網頻率之某一減小而控制電力單元有關之上文所描述之任何例示性實施例可同樣應用於響應於電網頻率之某一增大而控制電力單元。例如，需求可突然減少，其(例如)歸因於依據一計時器而設定之街燈之電力消耗之一突然相關減少。供應亦可突然增加，其歸因於(例如)一發電機或發電機群組之一管理不當或錯誤控制或(例如)一罕見晴天及多風時期(其允許諸多風力發電場及太陽能板以高容量對電網提供電力)。在此等情況中，供應可大於電力需求，其可導致電網頻率之一可能突然增大。此頻率增大加可使或被判定為可使電網頻率超出圍繞標稱電網頻率之頻率之一所要範圍，因此，控制系統(如上文參考例示性實施例所詳細描述)可用於使監測頻率恢復 至其標稱值處或接近其標稱值。依相同於上文所詳細描述之方式的方式，此可涉及：將控制指令發送至提供電力之電力單元以停止或減少該等電力單元之提供；及/或將控制指令發送至消耗電力之電力單元以維持或增加該等電力單元之消耗。無論何種情況，如上文所詳細描述，基於電力單元之設定檔資訊且基於判定變動特性而產生控制指令。因此，應易於瞭解，可將本發明之實施例應用於電網頻率之變動(本質上增大及減小兩者)。
應瞭解，相對於任何一實施例所描述之任何特徵可被單獨使用或與所描述之其他特徵組合使用，且亦可與該等實施例之任何其他者或該等實施例之任何其他者之任何組合的一或多個特徵組合使用。此外，亦可在不背離隨附申請專利範圍中所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 (30)

  1. 一種用於一電網中之控制系統，電根據一電網頻率而在該電網中流動，其中該電網連接至複數個分佈式電力單元之一或多者，該等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，使得藉由一該電力單元之電力提供及/或消耗之一變化導致該電網中之電力流之一變化，藉此改變該電力單元對該電網頻率之一貢獻，該控制系統包括：一處理構件；及一通信構件，其中該處理構件經配置以：監測該電網中之一或多個預定義位置處之一電網頻率；判定已滿足與該監測頻率相關之一或多個條件；基於該判定而啟始一控制時期，將在該控制時期期間控制該一或多個預定義位置之一或多者處之該電網頻率；基於該監測而判定於該控制時期期間內在該電網頻率下隨時間之一變動之一或多個特性；經由該通信構件而將控制指令發送至該複數個分佈式電力單元之第一複數者，該等控制指令係用於控制至及/或來自該第一複數個電力單元之各者的電力流以便控制該監測頻率的指令，其中基於下列各者而產生該等控制指令：設定檔資訊，其與該複數個分佈式電力單元相關，該設定檔資訊包含該第一複數個電力單元之一或多個電力消耗及/或提供特性；及在該電網頻率下隨時間之該變動之經判定之該一或多個特性，使得該第一複數個電力單元在該時期期間提供對該電網頻率之一時變貢獻。
  2. 如請求項1之控制系統，其中基於該設定檔資訊而自該複數個分佈者選擇該第一複數者。
  3. 如請求項2之控制系統，其中響應於已滿足與該監測頻率相關之該一或多個條件的該判定而選擇包含於該第一複數者中之電力單元。
  4. 如請求項1至請求項3中任一項之控制系統，其包括儲存該設定檔資訊之一資料儲存器。
  5. 如請求項4之控制系統，其中該資料儲存器經配置以儲存與一或多個群組之電力單元之一或多個電力消耗及/或提供特性相關之設定檔資訊，其中該等群組由該第一複數個分佈式電力單元之至少一些形成。
  6. 如請求項5之控制系統，其中該一或多個群組之電力單元由具有一共同或類似電力等級、響應時間特性、電網位置及地理位置之一或多者的電力單元組成。
  7. 如請求項1至請求項3中任一項之控制系統，其中該一或多個電力消耗及/或提供特性與一提供容量、一消耗容量、一特性響應時間、一特性響應函數、一提供或消耗狀態及一可用性狀態之一或多者相關。
  8. 如請求項1至請求項3中任一項之控制系統，其中該控制系統包括用於執行與電網頻率相關之一或多個量測的一或多個量測裝置，且其中在該電網頻率下隨時間之該變動之經判定之該一或多個特性源自該一或多個量測。
  9. 如請求項1至請求項3中任一項之控制系統，其中該控制系統經配置以自一或多個遠端量測裝置接收已滿足與該監測頻率相關之該一或多個條件的一或多個指示，且至少部分基於該一或多個條件而判定已滿足與該監測頻率相關之一或多個條件。
  10. 如請求項1至請求項3中任一項之控制系統，其中已滿足該一或多個條件之該判定包括：比較與該監測頻率相關聯之一或多個值與一或多個臨限值。
  11. 如請求項10之控制系統，其中該判定包括：評估該一或多個值是否位於一或多個範圍內，其中將該一或多個範圍之各者定義為位於該等臨限值之兩者之間，且其中當該一或多個值之一或多者位於該一或多個範圍之一或多者外時，滿足該一或多個條件。
  12. 如請求項10之控制系統，其中該一或多個值之一者與電網頻率之一預報值相關。
  13. 如請求項12之控制系統，其中基於預報程序而產生該預報值，該程序包括：定義與該監測頻率相關聯之一系列值；及基於與該監測頻率相關聯之該系列值而判定一多項式函數。
  14. 如請求項1至請求項3中任一項之控制系統，其中基於電網頻率之一變動之一預報而判定在該電網頻率下隨時間之該變動之該一或多個特性。
  15. 如請求項14之控制系統，其中該電網頻率之該預報包括：定義與至少一頻率特性相關聯之一系列值；及基於與該至少一頻率特性相關聯之該系列值而判定一多項式函數。
  16. 如請求項1至請求項3中任一項之控制系統，其中該處理構件進一步經配置以：定義與一第一時段期間之一第一頻率特性相關聯之一第一系列值及與一第二稍後時段期間之該第一頻率特性相關聯之一第二系列值；基於該第一系列值而判定具有一第一組係數之一第一多項式函數且基於該第二系列值而判定具有一第二組係數之一第二多項式函數。
  17. 如請求項16之控制系統，其中基於該第一組係數與該第二組係數之間的一差值而產生該等控制指令。
  18. 如請求項17之控制系統，其中已滿足該一或多個條件之該判定包括：評估該第一組係數與該第二組係數之間的一差值。
  19. 如請求項18之控制系統，其中已滿足該一或多個條件之該判定進一步包括：判定該第一組係數之該等係數之一者與該第二組係數之該等係數之一者之間的一差值低於或高於一預定臨限值及/或在一預定範圍內。
  20. 如請求項15之控制系統，其中該頻率特性與下列之一或多者相關：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。
  21. 如請求項1至請求項3中任一項之控制系統，其中發送該等控制指令包括：發送一第一組之一或多個控制指令；及繼發送該第一組之一或多個控制指令之後，發送一或多個其他組之一或多個控制指令。
  22. 如請求項21之控制系統，其中響應於基於繼發送該第一組之一或多個控制指令之後監測該電網頻率判定已滿足一或多個其他條件而產生該一或多個其他組之一或多個控制指令之至少一者。
  23. 如請求項22之控制系統，其中該一或多個其他條件包括：與該監測頻率特性相關之一或多個值低於或高於一預定臨限值及/或在值之一預定範圍內。
  24. 如請求項21之控制系統，其中將該等其他組之一或多個控制指令之至少一者發送至該複數個分佈式電力單元之第二複數者，其中該第二複數者不同於該第一複數者。
  25. 如請求項1至請求項3中任一項之控制系統，其中該處理構件經配置以基於該設定檔資訊而產生一控制排程且基於該控制排程而發送該等控制指令，該控制排程指定控制至及/或來自該第一複數個電力單元之電力流的一或多個時間。
  26. 如請求項25之控制系統，其中根據該監測電網頻率之一所要時間設定檔而產生該控制排程。
  27. 如請求項1至請求項3中任一項之控制系統，其中該等控制指令包括用於下列各者之指令之一或多者：切斷、接通、增加或減少電力提供；增加或減少電力消耗；改變某一時間內之電力提供及/或消耗；根據一指定時間設定檔而改變電力提供及/或消耗。
  28. 一種控制一電網中之電之頻率的方法，電根據一電網頻率而在該電網中流動，其中該電網連接至複數個分佈式電力單元之一或多者，該等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，使得藉由一該電力單元之電力提供及/或消耗之一變化導致該電網中之電力流之一變化，藉此改變該電力單元對該電網頻率之一貢獻，該方法包括：監測該電網中之一或多個預定義位置處之一電網頻率；判定已滿足與該監測頻率相關之一或多個條件；基於該判定而啟始一控制時期，將在該控制時期期間控制該一或多個預定義位置之一或多者處之該電網頻率；基於該監測而判定於該控制時期期間內在該電網頻率下隨時間之一變動之一或多個特性；經由一通信構件而將控制指令發送至該複數個分佈式電力單元之第一複數者，該等控制指令係用於控制至及/或來自該第一複數個電力單元之電力流以便控制該監測頻率的指令，其中基於下列各者而產生該等控制指令：設定檔資訊，其與該複數個分佈式電力單元相關，該設定檔資訊包含該第一複數個電力單元之一或多個電力消耗及/或提供特性；及在該電網頻率下隨時間之該變動之經判定之該一或多個特性，使得該第一複數個電力單元在該時期期間提供對該電網頻率之一時變貢獻。
  29. 一種電腦程式，其包括一組指令，該組指令當在一處理單元上執行時致使該處理單元執行如請求項28之方法。
  30. 一種電腦可讀媒體，其具有儲存於其上之一組指令，該組指令當在一處理單元上執行時致使該處理單元執行如請求項28之方法。
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2526332B (en) * 2014-05-21 2017-03-01 Reactive Tech Ltd Device management in an electric power grid
SG10201406883UA (en) * 2014-10-23 2016-05-30 Sun Electric Pte Ltd "Power Grid System And Method Of Consolidating Power Injection And Consumption In A Power Grid System"
CN104901334B (zh) * 2015-05-28 2017-04-26 西安交通大学 一种微网中并联逆变器的无互联线二次控制方法
GB2552973A (en) * 2016-08-16 2018-02-21 Origami Energy Ltd Power distribution control system with improved responsiveness
GB2557220B (en) 2016-11-30 2019-05-15 Reactive Tech Limited Determining a characteristic of an inertial contribution to an electric power grid
EP3615779B1 (en) 2017-04-24 2022-03-23 General Electric Company Adaptive linear linked piston electric power generator
GB201712252D0 (en) * 2017-07-31 2017-09-13 Smarter Grid Solutions Ltd Network management
GB2565308B (en) * 2017-08-08 2020-06-24 British Gas Trading Ltd System for controlling energy supply across multiple generation sites
US10892838B2 (en) * 2017-11-09 2021-01-12 Alliance For Sustainable Energy, Llc Heterogeneous network topology management and control
ES2924736T3 (es) * 2017-12-29 2022-10-10 Upm Energy Oy Procedimiento y dispositivo para equilibrar la oferta y la demanda en una red eléctrica
US11860594B2 (en) 2018-01-26 2024-01-02 Grid Edge Limited Building with energy management system
GB2582743B (en) * 2019-03-26 2021-06-02 Centrica Business Solutions Belgium N V System for responding to frequency fluctuations in an energy grid
CN110912119B (zh) * 2019-10-28 2023-09-26 四川大学 一种基于暂态频率指标的互补系统控制策略组合优化方法
KR20210119070A (ko) * 2020-03-24 2021-10-05 에스케이하이닉스 주식회사 메모리 장치에서 연속으로 수행되는 다수의 커맨드 동작에 사용되는 파워값을 최소화하기 위해 수행시점 차이를 정확하게 조절할 수 있는 메모리 시스템 및 메모리 시스템의 동작방법
US11411403B2 (en) 2020-12-14 2022-08-09 Vestas Wind Systems A/S Controlling power distribution at deadband states
CN112737120B (zh) * 2020-12-26 2024-03-22 中国南方电网有限责任公司 区域电网控制报告的生成方法、装置和计算机设备
JPWO2023145069A1 (zh) * 2022-01-31 2023-08-03
GB2614776A (en) * 2022-08-11 2023-07-19 Reactive Tech Limited Controlling grid components of an electric power grid

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1467463A1 (en) * 2003-04-09 2004-10-13 General Electric Company Wind farm and method for operating same
EP1914420A1 (en) * 2006-10-19 2008-04-23 Siemens Aktiengesellschaft Wind energy installation and method of controlling the output power from a wind energy installation
US20110166717A1 (en) * 2010-05-28 2011-07-07 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Real power control in wind farm
TW201325004A (zh) * 2011-12-09 2013-06-16 Delta Electronics Inc 電能管理裝置及其操作方法
US20140070617A1 (en) * 2012-09-13 2014-03-13 Stem, Inc Method and apparatus for stabalizing power on an electrical grid using networked distributed energy storage systems

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE480893T1 (de) * 2002-07-08 2010-09-15 Abb Research Ltd Parameterschätzung für energieversorgungsnetz
WO2005015366A2 (en) * 2003-08-08 2005-02-17 Electric Power Group, Llc Real-time performance monitoring and management system
CN101213453A (zh) * 2005-05-02 2008-07-02 柏奥斯柯勒股份有限公司 利用声学器件检测分析物的方法和设备
GB0511361D0 (en) * 2005-06-03 2005-07-13 Responsiveload Ltd Grid responsive control device
US20090160187A1 (en) * 2007-12-19 2009-06-25 Scholte-Wassink Hartmut Control system and method for operating a wind farm in a balanced state
FI120811B (fi) * 2008-01-09 2010-03-15 Waertsilae Finland Oy Sähkövoimansyöttölaitteisto laivakäyttöön
JP2009213240A (ja) * 2008-03-04 2009-09-17 Tokyo Electric Power Co Inc:The 電力系統の周波数制御システム、給電所、および電気機器
CN101741796B (zh) * 2008-11-20 2012-08-22 展讯通信（上海）有限公司 频率偏差估计方法及其系统
US8482290B2 (en) * 2009-02-27 2013-07-09 Makad Energy, Llc System for intelligent automated response to line frequency and voltage disturbances by a central control point communication with a plurality of load control devices
JP5402566B2 (ja) * 2009-11-25 2014-01-29 富士電機株式会社 マイクログリッドの需給制御装置およびマイクログリッドの需給制御方法
GB2482426B (en) * 2010-07-27 2013-03-27 Responsiveload Ltd Responsive load monitoring system and method
US8694172B2 (en) * 2011-07-12 2014-04-08 General Electric Company Systems and devices for controlling power generation
WO2013010266A1 (en) * 2011-07-21 2013-01-24 Enbala Power Networks Inc. Method and system for providing local primary frequency response
JP5234234B1 (ja) * 2011-09-22 2013-07-10 日本電気株式会社 電池制御システム、電池制御装置、電池制御方法およびプログラム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1467463A1 (en) * 2003-04-09 2004-10-13 General Electric Company Wind farm and method for operating same
EP1914420A1 (en) * 2006-10-19 2008-04-23 Siemens Aktiengesellschaft Wind energy installation and method of controlling the output power from a wind energy installation
US20110166717A1 (en) * 2010-05-28 2011-07-07 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Real power control in wind farm
TW201325004A (zh) * 2011-12-09 2013-06-16 Delta Electronics Inc 電能管理裝置及其操作方法
US20140070617A1 (en) * 2012-09-13 2014-03-13 Stem, Inc Method and apparatus for stabalizing power on an electrical grid using networked distributed energy storage systems

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Publication number Publication date
HRP20200885T1 (hr) 2020-09-04
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US20170098937A1 (en) 2017-04-06
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