專(zhuān)利名稱：響應(yīng)電網(wǎng)變電站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供電網(wǎng)，特別地，涉及對(duì)電網(wǎng)中同步部分進(jìn)行連接的變電站。
現(xiàn)代的電網(wǎng)內(nèi)在是不穩(wěn)定的。在大多數(shù)情況下和大多數(shù)時(shí)間里，內(nèi)在的不穩(wěn)定性可以由各種控制動(dòng)作遏制和控制，因此對(duì)我們大多數(shù)人來(lái)說(shuō)在大多數(shù)時(shí)間里電燈能保持開(kāi)著。
不幸的是，設(shè)備的故障確實(shí)會(huì)發(fā)生。如果在電網(wǎng)的配置中并未預(yù)見(jiàn)和規(guī)劃到故障可能性，則它會(huì)引起電網(wǎng)行為及電流量隨之發(fā)生改變，而這樣的改變接下來(lái)會(huì)引起更多的連鎖故障。各種控制策略和動(dòng)作被設(shè)計(jì)用來(lái)最小化這類(lèi)連鎖故障的可能性，并在它們確實(shí)發(fā)生時(shí)最小化它們的程度。還沒(méi)有已知的控制策略可以對(duì)這類(lèi)連鎖故障的發(fā)生，或其潛在的程度提供保證。盡管良好做法的有效執(zhí)行可以使其可能性很微小，并縮短停電的時(shí)間，但電網(wǎng)的全局故障和所有供電停電仍然有可能。2003年秋，我們看到了此內(nèi)在不穩(wěn)定性在四次重大停電中造成的后果。美國(guó)的一次大規(guī)模停電，倫敦的一次較短但影響重大的故障。斯堪的納維亞南部的一次大故障，及意大利的一次停電。
內(nèi)在的不穩(wěn)定性由進(jìn)行電網(wǎng)設(shè)計(jì)的電的基本特征引起-傳輸?shù)挠行矔r(shí)性。電以光速的某個(gè)分?jǐn)?shù)通過(guò)電線。雖然各種設(shè)備會(huì)延遲效應(yīng)的傳播，但效應(yīng)仍然傳播得比任何狀態(tài)或如果控制是要對(duì)實(shí)際事件做出反應(yīng)時(shí)所需的控制數(shù)據(jù)更快。
-電網(wǎng)的同步。傳輸?shù)乃矔r(shí)性允許將電網(wǎng)的所有組件鎖定或同步到單個(gè)電網(wǎng)頻率。對(duì)此作為核心的交流電(或A/C)也是許多使A/C成為所有電網(wǎng)根本基礎(chǔ)的特征的基礎(chǔ)。
是A/C使得電力工業(yè)的創(chuàng)建者能夠長(zhǎng)距離傳輸電力，并大規(guī)模發(fā)電使得早期的技術(shù)更加有效。A/C可以變換為非常高的電壓以便進(jìn)行有效的長(zhǎng)距離傳輸，然后變換回對(duì)工業(yè)用或家用安全而有用的低電壓。隨后的演變到現(xiàn)在已產(chǎn)生了電網(wǎng)，所有電網(wǎng)都同步到相同的共有頻率，以及形成了輸電服務(wù)的分級(jí)結(jié)構(gòu)(從而電壓也是這樣)。分級(jí)結(jié)構(gòu)的每個(gè)等級(jí)通過(guò)變電站與較低和較高的等級(jí)鏈接。
變電站主要由與轉(zhuǎn)換或變換電壓的變壓器互連的開(kāi)關(guān)組成。總的來(lái)說(shuō)，變壓器設(shè)計(jì)為提供兩種服務(wù)之一●“升壓”變壓器，使得發(fā)電時(shí)的低電壓變換為長(zhǎng)距離高容量輸電網(wǎng)絡(luò)的高電壓，或●配電變壓器，它將高電壓轉(zhuǎn)換為適用于更局部網(wǎng)絡(luò)的低電壓。在到達(dá)歐洲目前的家用和辦公室用標(biāo)準(zhǔn)230伏之前，通常存在幾個(gè)配電電壓等級(jí)。
電網(wǎng)通常是基于電力從高電壓電網(wǎng)向下通過(guò)分級(jí)結(jié)構(gòu)流到本地需求的假設(shè)而設(shè)計(jì)的。大型發(fā)電機(jī)將提供電力，并被假定為通常經(jīng)由升壓變壓器將它們的電力饋入最高電壓等級(jí)。
在電網(wǎng)中，電根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的物理屬性流動(dòng)，且兩個(gè)點(diǎn)之間的任何或所有電力路徑都可以輸送電，雖然有時(shí)在途中對(duì)其電壓進(jìn)行變換。在對(duì)網(wǎng)絡(luò)、電的源和匯，及開(kāi)關(guān)的配置具有足夠知識(shí)時(shí)，可以對(duì)流量建模從而以合理的精度預(yù)測(cè)流量。
存在通過(guò)電壓和無(wú)功電力的主動(dòng)或被動(dòng)控制來(lái)影響結(jié)果流量的裝置。此控制可通過(guò)發(fā)電機(jī)(調(diào)整發(fā)電機(jī)組的電壓和電力定相)、變壓器(通過(guò)繞組的選擇)，通過(guò)電力變換器(最初是電動(dòng)發(fā)電機(jī)組但目前更常見(jiàn)的是靜態(tài)變換器或STATCONS)，甚至通過(guò)對(duì)傳輸電路的審慎選擇來(lái)執(zhí)行。
電網(wǎng)管理者在特定組件發(fā)生故障從而發(fā)生非自愿的網(wǎng)絡(luò)重配置的情況下花很大功夫預(yù)測(cè)流量，并使用這些預(yù)測(cè)來(lái)定義并設(shè)置能容忍組件故障的配置。取決于規(guī)劃和安全目標(biāo)，這些配置通常設(shè)計(jì)為從任何單個(gè)可能發(fā)生的故障避免嚴(yán)重的中斷。在故障確實(shí)發(fā)生時(shí)，重新規(guī)劃及手動(dòng)切換以恢復(fù)安全等級(jí)成為具有高優(yōu)先級(jí)的事務(wù)，使得系統(tǒng)能夠再次應(yīng)對(duì)單個(gè)的故障。
此重新規(guī)劃嚴(yán)重依賴于對(duì)實(shí)際所發(fā)生的情況的正確理解。此理解經(jīng)常只能通過(guò)間接方式獲得，取決于反饋給規(guī)劃者和操作者的狀態(tài)信號(hào)的范圍。這種狀態(tài)信號(hào)總是比它們所測(cè)量的效應(yīng)要慢，并且可能不精確和不可靠，從而難以或不可能從這樣的間接測(cè)量中確定根本原因--實(shí)際故障。這促使自動(dòng)預(yù)測(cè)并因此使控制過(guò)慢，以至于不能防止連鎖故障。
由于可因不適當(dāng)?shù)碾娏髁恳鸬膶?duì)基礎(chǔ)架構(gòu)的潛在損害對(duì)設(shè)備來(lái)說(shuō)是災(zāi)難性的，因此有自動(dòng)保護(hù)設(shè)在設(shè)備保護(hù)的傾向，且這最容易通過(guò)斷開(kāi)和停機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)--從而導(dǎo)致停電。
潛在停電的規(guī)模延伸至整個(gè)電網(wǎng)。只要電網(wǎng)由A/C互連，所有部分中的流量就會(huì)受所有其它部分影響。如果一個(gè)部分?jǐn)嚅_(kāi)，則這會(huì)影響余下部分，且配置常常會(huì)隨之不適于新的情況。因此觸發(fā)進(jìn)一步的過(guò)載及故障。
在作為整體的同步電網(wǎng)中，頻率扮演中心控制的角色。它指示發(fā)電量和負(fù)載之間的平衡。如果發(fā)電量過(guò)多，則頻率升高，而如果發(fā)電量過(guò)少，則頻率下降。電網(wǎng)管理者的傳統(tǒng)角色是確保有控制在起作用，這通常通過(guò)發(fā)電機(jī)進(jìn)行，從而發(fā)電量根據(jù)頻率而改變。即，如果頻率升高，則發(fā)電機(jī)減少輸出，反之亦然。一種可選且更好的管理頻率的方法是讓以工作循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)載設(shè)備，如冰箱，來(lái)根據(jù)頻率調(diào)整其工作循環(huán)。英國(guó)專(zhuān)利GB2361118號(hào)描述了這樣的一種系統(tǒng)。此控制被稱為響應(yīng)，并且是電網(wǎng)管理者的關(guān)鍵當(dāng)務(wù)之急以確保有足夠的對(duì)需求的正常隨機(jī)改變以及異常事件如故障進(jìn)行響應(yīng)。
當(dāng)故障使得電網(wǎng)部分失電或與電網(wǎng)的其它或多個(gè)其它部分分離(這稱為孤島)時(shí)，這通常意味著余下部分的供電(發(fā)電量)和需求(負(fù)載)不平衡。如果沒(méi)有足夠的響應(yīng)可用，此不平衡將反映在頻率的改變中。如果頻率偏移其中心設(shè)置過(guò)遠(yuǎn)，則更多的保護(hù)繼電器將打開(kāi)，而電網(wǎng)的更多部分將失電。
如果響應(yīng)未在電網(wǎng)上適當(dāng)?shù)仄胶猓敲催@會(huì)導(dǎo)致在互連電網(wǎng)不同部分的點(diǎn)或電路(即變電站)處電流量增加，且這常常是連鎖中下一個(gè)故障的起因。
如果電網(wǎng)的兩個(gè)部分?jǐn)嚅_(kāi)，則這兩個(gè)部分的頻率將趨于不同，且兩個(gè)部分中的A/C定相將偏移。如果在電網(wǎng)的兩個(gè)部分之間還有任何互連(即使它們處在電壓分級(jí)結(jié)構(gòu)中相當(dāng)不同的等級(jí)上)，此相位差將在它們的結(jié)合處導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)(且通常非常有害)的行為。稍后的重新連接也必須僅在兩個(gè)相位一致時(shí)發(fā)生，且必須有足夠的容量來(lái)輸送保持兩個(gè)重新連接的部分繼續(xù)同步所需的流量。這是困難的，且在各個(gè)開(kāi)關(guān)變電站處還需要附加的專(zhuān)門(mén)設(shè)備。
直到最近，電網(wǎng)控制者才形成習(xí)慣將系統(tǒng)作為單個(gè)電網(wǎng)和單個(gè)頻率進(jìn)行管理，并關(guān)閉(且具有自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)關(guān)閉)可能通過(guò)從“單個(gè)”電網(wǎng)中分離而形成的任何分離的孤島中的所有發(fā)電量和負(fù)載。更近期以來(lái)，允許分離的孤島保持分離而可能帶來(lái)的可靠性益處已受到認(rèn)可，且在努力形成允許分離的孤島繼續(xù)保留的控制系統(tǒng)。無(wú)疑，分布式發(fā)電的更高密度使得單孤島控制哲學(xué)不那么適用了。
在不同的頻率上工作的電網(wǎng)可以互連，而這通常通過(guò)長(zhǎng)距離DC電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些通過(guò)將來(lái)自一個(gè)電網(wǎng)的A/C轉(zhuǎn)換為DC，短距離或長(zhǎng)距離輸送DC，并將DC轉(zhuǎn)換回按照接收電網(wǎng)的頻率的A/C來(lái)工作。最近，在電子學(xué)中為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)已取得很大的進(jìn)步，使得半導(dǎo)體(晶體管和二極管等等)能夠承載越來(lái)越大的電流。這是一個(gè)發(fā)展良好的領(lǐng)域，所謂的“數(shù)據(jù)變壓器”和電力變換器可用于多種用途并具有多種大小。
大部分DC互聯(lián)被設(shè)計(jì)為允許電力朝任一方向流動(dòng)，一般這樣才能使一個(gè)電網(wǎng)上的峰值負(fù)載可以部分地通過(guò)來(lái)自另一個(gè)電網(wǎng)的電力來(lái)滿足，其中另一個(gè)電網(wǎng)的峰值位于不同時(shí)間。如果距離很長(zhǎng)則這會(huì)十分有用。長(zhǎng)距離DC輸電線被用于連接分離的N個(gè)美國(guó)電網(wǎng)，而英國(guó)電網(wǎng)和歐洲大陸電網(wǎng)之間的跨海峽鏈接被充分使用(雖然主要是從法國(guó)輸入電力)。
電力變換器也是很多發(fā)電和耗電設(shè)備中日益重要的組件。例如，很多風(fēng)力渦輪都包括電力電子器件來(lái)調(diào)整它們對(duì)電網(wǎng)的作用。
變電站存在于有輸電和配電分級(jí)結(jié)構(gòu)的不同等級(jí)之間連接的任何地方。在頂部是最高的電壓等級(jí)-輸電網(wǎng)絡(luò)-在英國(guó)這以400kV工作。其他國(guó)家使用不同的電壓。大部分大型發(fā)電站都在此等級(jí)通過(guò)升壓變壓器將電力注入到電網(wǎng)中。這會(huì)在全國(guó)各地將電力輸送到電網(wǎng)變電站。在大部分國(guó)家中，輸電網(wǎng)具有多個(gè)電壓等級(jí)-在英國(guó)，低電壓電網(wǎng)是275kV-且電網(wǎng)變電站將為此網(wǎng)絡(luò)變換電力。
在每個(gè)等級(jí)，電網(wǎng)至少在理論上可以劃分為通過(guò)更高等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)互連的多個(gè)分離的網(wǎng)絡(luò)。因此分離的275kV網(wǎng)絡(luò)可以在國(guó)家的不同部分中運(yùn)行。在實(shí)踐中，這樣的網(wǎng)絡(luò)通常也具有直接連接。
高電壓輸電網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由變電站以低電壓向配電網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)電力，通常電壓會(huì)進(jìn)一步降低。電網(wǎng)供電點(diǎn)(GSP)通常也是計(jì)量傳輸?shù)狞c(diǎn)，且可能存在當(dāng)前輸送電力的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的所有權(quán)的改變。
多個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)可以從單個(gè)GSP饋得電，且將電力輸送到多個(gè)電力消耗點(diǎn)，這同樣是通過(guò)一系列由變電站互連的低電壓網(wǎng)絡(luò)。
各個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)可以從多個(gè)GSP獲得它們的電力，從而消除它們對(duì)任何單個(gè)供電點(diǎn)的依賴(以及從而確保它們不受任何單個(gè)故障損害)。這總是意味著在高電壓輸電網(wǎng)絡(luò)之外存在著某種類(lèi)型的電力路徑，電力可以通過(guò)這些路徑在不同的GSP之間流動(dòng)。這些多個(gè)電力路徑是進(jìn)行將盡可能多的網(wǎng)絡(luò)同步到單個(gè)電網(wǎng)頻率這個(gè)需求的特性之一。
網(wǎng)絡(luò)控制假設(shè)一般是電力從高電壓網(wǎng)絡(luò)流到低電壓網(wǎng)絡(luò)，這反映了大電力電站實(shí)現(xiàn)最大功效的概念。更近期以來(lái)，將電力饋入配電網(wǎng)絡(luò)的較小的發(fā)電機(jī)已變得有吸引力。來(lái)自此“嵌入式發(fā)電”的電力通常假設(shè)為在它所連接的配電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)被消耗掉，其效果僅僅是減少來(lái)自高電壓網(wǎng)絡(luò)的流量。然而，隨著在網(wǎng)絡(luò)中的任何等級(jí)安裝更多的分布式發(fā)電，這有時(shí)會(huì)產(chǎn)生比在配電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所消耗的更多的電力，從而使得到更高等級(jí)電網(wǎng)的輸出成為必需。
這使得電網(wǎng)控制問(wèn)題比簡(jiǎn)單的單向電流量更加復(fù)雜且可能更不穩(wěn)定。應(yīng)如何控制嵌入式發(fā)電，且應(yīng)如何決定從配電網(wǎng)絡(luò)往上到達(dá)輸電網(wǎng)絡(luò)的電流量？在這些網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)應(yīng)當(dāng)做什么，及如何最小化這些故障？本發(fā)明試圖解決上述問(wèn)題。
本發(fā)明在第一方面提供連接兩個(gè)在不同頻率和/或電壓等級(jí)上工作的電網(wǎng)部分的變電站，所述變電站包括監(jiān)視指示兩個(gè)電網(wǎng)部分可用和/或所需電力的參數(shù)的裝置，及用于控制兩個(gè)電網(wǎng)部分之間的電流量來(lái)響應(yīng)兩個(gè)電網(wǎng)部分的參數(shù)的響應(yīng)流量控制裝置。
較佳地，電網(wǎng)部分中的一個(gè)或兩者的參數(shù)包括該一個(gè)或兩個(gè)電網(wǎng)部分的頻率。
較佳地，電網(wǎng)部分位于電網(wǎng)分級(jí)結(jié)構(gòu)中的不同等級(jí)，如輸電網(wǎng)絡(luò)和配電網(wǎng)絡(luò)，或配電網(wǎng)絡(luò)和家用電器。變電站可以位于電網(wǎng)的任何兩個(gè)部分之間。
頻率等級(jí)提供對(duì)電網(wǎng)部分或網(wǎng)絡(luò)的“應(yīng)力”指示。測(cè)量值可以是例如絕對(duì)頻率值或與在電網(wǎng)部分未處于應(yīng)力下時(shí)的“正?！惫ぷ黝l率的頻率偏移。
因?yàn)殡娋W(wǎng)部分可以在不同的頻率上工作且可以具有不匹配的A/C相位，所以可以提供匹配A/C相位或使它們保持近可能接近的裝置。這可以是例如開(kāi)關(guān)的形式，如在詳細(xì)說(shuō)明中描述的那樣。
根據(jù)另一個(gè)較佳的方面，電網(wǎng)部分中的一個(gè)或兩者的參數(shù)包括指示電網(wǎng)部分中的一個(gè)或兩者可用和所需的電力之間的不平衡的信號(hào)。
管理單元調(diào)節(jié)電網(wǎng)部分或“域”內(nèi)的響應(yīng)。它還可以包含關(guān)于在特定的工作頻率上整個(gè)電網(wǎng)部分的電力價(jià)值的信息。
較佳的響應(yīng)變電站通過(guò)允許將電網(wǎng)-輸電和配電網(wǎng)絡(luò)-劃分為多個(gè)頻率域來(lái)解決上述控制問(wèn)題。這提供這樣的控制哲學(xué)允許不同的頻率域以自穩(wěn)定的方式彼此交互，最小化干擾的影響，并對(duì)變電站和功率通量的管理提供受控(且經(jīng)濟(jì))的模型。
響應(yīng)變電站控制器的控制哲學(xué)和原理以及架構(gòu)和結(jié)構(gòu)在選擇應(yīng)用的分級(jí)結(jié)構(gòu)中的任何等級(jí)上都是相同的。這可以應(yīng)用在從國(guó)家電網(wǎng)輸電網(wǎng)絡(luò)到配電網(wǎng)絡(luò)之間，或從本地郊區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)到單個(gè)家庭或辦公室之間進(jìn)行互連的時(shí)候。
雖然，在較佳的安排中，本發(fā)明響應(yīng)于處理同步電網(wǎng)中的不平衡，本發(fā)明還可以作為交易工具來(lái)應(yīng)用。
相應(yīng)地，在另一個(gè)較佳的方面，電網(wǎng)部分中的一個(gè)或兩者的參數(shù)包括指示電網(wǎng)部分中的一個(gè)或兩者的電力價(jià)值的價(jià)值參數(shù)。
價(jià)值參數(shù)可以(但不一定)是每個(gè)電網(wǎng)部分準(zhǔn)備對(duì)電力支付或收取的價(jià)格。該價(jià)格可以取決于電網(wǎng)部分的頻率或“應(yīng)力”等級(jí)而變化。
根據(jù)第二實(shí)施例，本發(fā)明提供供電網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括由根據(jù)所述第一方面的變電站連接的兩個(gè)電網(wǎng)部分，其中每個(gè)電網(wǎng)部分包括一個(gè)或多個(gè)負(fù)載及用于提供所述參數(shù)的管理單元。
在供電網(wǎng)系統(tǒng)的一個(gè)較佳方面，所述管理單元用于根據(jù)相應(yīng)電網(wǎng)部分的頻率調(diào)節(jié)所述一個(gè)或多個(gè)負(fù)載的電力消耗。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，本發(fā)明的這些方面與本發(fā)明的第一方面組合使用，從而根據(jù)連接的電網(wǎng)部分的頻率或“應(yīng)力”等級(jí)及電網(wǎng)部分在該頻率上的電力價(jià)值來(lái)控制電流量。
本創(chuàng)新概念的最佳應(yīng)用是在包括如上定義的響應(yīng)變電站，并與如在英國(guó)專(zhuān)利GB2361118號(hào)中描述的響應(yīng)負(fù)載設(shè)備結(jié)合的響應(yīng)電網(wǎng)系統(tǒng)中。
僅作為示例，現(xiàn)參考附圖描述較佳實(shí)施例

圖1示出具有輸電和配電分級(jí)結(jié)構(gòu)的不同等級(jí)之間的變電站的電網(wǎng)系統(tǒng)的示意圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的響應(yīng)變電站的框圖；圖3示出用在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中的電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器的框圖；圖4示出用在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中的響應(yīng)流量控制器的框圖5示出變電站流量控制器的框圖；圖6示出變電站測(cè)量控制器的框圖；圖7示出管理中心的框圖。
首先參考圖1，現(xiàn)描述本發(fā)明和較佳實(shí)施例背后的一般概念。
如上所述，電網(wǎng)由通過(guò)變電站連接的等級(jí)或網(wǎng)絡(luò)的分級(jí)結(jié)構(gòu)組成。
在頂部是最高電壓等級(jí)-輸電網(wǎng)絡(luò)-這在英國(guó)以400kV工作。其他國(guó)家使用不同的電壓。大部分大型發(fā)電站都在此等級(jí)通過(guò)升壓變壓器將電力注入到電網(wǎng)中。這會(huì)在全國(guó)各地將電力輸送到電網(wǎng)變電站。在大部分國(guó)家中，輸電網(wǎng)具有多個(gè)電壓等級(jí)-在英國(guó)，低電壓電網(wǎng)是275kV-且電網(wǎng)變電站將為此網(wǎng)絡(luò)變換電力。
在每個(gè)等級(jí)上，電網(wǎng)至少在理論上可以劃分為通過(guò)更高等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)互連的多個(gè)分離的網(wǎng)絡(luò)。因此分離的275kV網(wǎng)絡(luò)可以在國(guó)家的不同部分中運(yùn)行。在實(shí)踐中，這樣的網(wǎng)絡(luò)通常也具有直接連接。
高電壓輸電網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由變電站以低電壓向配電網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)電力，通常電壓會(huì)進(jìn)一步降低。電網(wǎng)供電點(diǎn)(GSP)通常也是計(jì)量傳輸?shù)狞c(diǎn)，且可能存在當(dāng)前輸送電力的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的所有權(quán)的改變。
多個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)可以從單個(gè)GSP饋得電，且將電力輸送到多個(gè)電力消耗點(diǎn)，這同樣是通過(guò)一系列由變電站互連的低電壓網(wǎng)絡(luò)。
響應(yīng)變電站的核心是同步網(wǎng)絡(luò)的緊急特性，即網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都同步到單個(gè)頻率，且該頻率根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上供應(yīng)和需求的不平衡而變化。該頻率是給所有參與者的有關(guān)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的信號(hào)，且由某些參與者用于調(diào)整其行為來(lái)提供穩(wěn)定性的信號(hào)。
該信號(hào)是有噪聲的，并根據(jù)需求和供應(yīng)的瞬間改變連續(xù)上下波動(dòng)。為了最小化該波動(dòng)的程度，并從而使得信號(hào)更加清晰，使電網(wǎng)的范圍盡可能大是有用的，這樣使得統(tǒng)計(jì)上平滑了分布在較大總體上的各個(gè)波動(dòng)。這是傾向于更大的電網(wǎng)的一個(gè)驅(qū)動(dòng)因素。
然而，如果提供了足夠響應(yīng)(理想的是以響應(yīng)負(fù)載設(shè)備的形式-即根據(jù)電網(wǎng)頻率調(diào)整其消耗，并因此幫助實(shí)現(xiàn)更均勻的平衡的較小工作循環(huán)設(shè)備)，則頻率信號(hào)的穩(wěn)定性可以在小得多的域內(nèi)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)響應(yīng)負(fù)載設(shè)備，也可以更長(zhǎng)久地容忍不平衡而不干擾域的穩(wěn)定性，并從而提供采取深思熟慮的動(dòng)作以修復(fù)不平衡的機(jī)會(huì)。
在這些較小的域內(nèi)，仍存在這樣的需要●在域內(nèi)生成或多或少的電力；●在域內(nèi)消耗或多或少的電力；或●從其它域輸入電力或向其它域輸出電力。
需求量無(wú)論是否已在網(wǎng)絡(luò)或電網(wǎng)部分之內(nèi)通過(guò)響應(yīng)負(fù)載設(shè)備的工作而減少，都可以直接通過(guò)來(lái)自該域選擇的中心或控制頻率(如，50Hz或60Hz)的頻率偏移導(dǎo)出。知道了“正?！毙枨蠛?，瞬間短缺的程度(例如，kW)是來(lái)自控制頻率(Hz)的頻率偏離以及反映響應(yīng)負(fù)載的程度和本質(zhì)及它所帶來(lái)的熱惰性的參數(shù)的函數(shù)。如果此偏離持續(xù)一段時(shí)間，則延遲的需求量(例如，kWh)可以通過(guò)對(duì)上一次達(dá)到其所需點(diǎn)以來(lái)的頻率偏離積分以及反映響應(yīng)負(fù)載的關(guān)鍵參數(shù)來(lái)直接導(dǎo)出。在實(shí)踐中，這可以通過(guò)測(cè)量由頻率驅(qū)動(dòng)的時(shí)鐘偏離精確的時(shí)鐘有多遠(yuǎn)來(lái)測(cè)量。
由于有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的“正?！毙枨蟮闹R(shí)并不快速改變，所以可以迅速導(dǎo)出并傳遞給所有可以調(diào)整其消耗或發(fā)電行為的參與者(無(wú)論是自動(dòng)的還是人)的就是參數(shù)。雖然它隨著日期和星期改變，但它通常是較為可預(yù)測(cè)的，且因此可以在實(shí)時(shí)之前傳播給各參與者。
當(dāng)存在不平衡時(shí)，參與者可以知道不平衡的程度并決定他們?nèi)绾芜M(jìn)行反應(yīng)。頻率域的管理可以通過(guò)例如事先發(fā)布他們準(zhǔn)備支付(或收取)的價(jià)格來(lái)修正指定水平的不平衡來(lái)影響這些決定。例如，當(dāng)短缺超過(guò)(例如)5MWh的時(shí)候，他們可以宣布他們將準(zhǔn)備對(duì)(在計(jì)量期內(nèi))超額供應(yīng)的電力支付每MWh 50美元。短缺可以迅速以時(shí)鐘延遲的秒數(shù)而不是MWh來(lái)表達(dá)。在此上下文中，超額供應(yīng)的電力正好等于未消耗的電力。
因此所有參與者都可以設(shè)置他們的控制系統(tǒng)以根據(jù)他們的價(jià)格敏感性對(duì)此信號(hào)進(jìn)行反應(yīng)。高耗電設(shè)備(如熱水器或蓄熱器)可以設(shè)置為只在沒(méi)有短缺時(shí)耗電，從而避免超額成本。具有備份或峰值發(fā)電機(jī)的那些參與者可以設(shè)置其系統(tǒng)在價(jià)格閾值超過(guò)其成本時(shí)將電力注入到電網(wǎng)中。發(fā)電機(jī)可以增加或減少其輸出來(lái)反映成本中的改變。
同樣，響應(yīng)變電站可以選擇增加還是減少流入或流出它們所連接的其它網(wǎng)絡(luò)的電力。它們控制對(duì)域的輸入和輸出的一部分。
響應(yīng)變電站具有進(jìn)一步的復(fù)雜性，因?yàn)樗鼈儽仨毧紤]其它網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。然而，其它網(wǎng)絡(luò)也有其自身的頻率域，且因此有其自身的有關(guān)不平衡程度的信號(hào)。它將有其自身的管理，及對(duì)該域發(fā)布的價(jià)格集合。響應(yīng)變電站可以使用該價(jià)格比較來(lái)決定是否改變通過(guò)它的流量。如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的價(jià)格高，而另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的價(jià)格低，則它增加從低價(jià)格側(cè)到高價(jià)格側(cè)的流量(或從另一方向減少流量)。
流量中的這些改變將可能只以較小方式改變每個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的不平衡，從而改變所伴隨的頻率。這會(huì)接著將兩側(cè)上的設(shè)備移動(dòng)到其價(jià)格曲線上的不同的點(diǎn)，從而繼續(xù)調(diào)整其行為。
在其中考慮電力“價(jià)值”的本發(fā)明的方面或?qū)嵤├?，這較佳地以價(jià)格來(lái)衡量。價(jià)格是用于表示以穩(wěn)定電網(wǎng)的方式對(duì)發(fā)電和耗電行為進(jìn)行調(diào)整的方便和非常有力的方式。它也可以提供反映出通常存在于參與者之間的經(jīng)濟(jì)和商業(yè)關(guān)系的基本經(jīng)濟(jì)學(xué)原理來(lái)鼓勵(lì)此行為。但是價(jià)格不一定是財(cái)政上的。在某些電網(wǎng)中，例如在工業(yè)區(qū)內(nèi)，傳遞給響應(yīng)變電站和響應(yīng)設(shè)備的“價(jià)格”可以反映復(fù)雜的控制優(yōu)化分析的結(jié)果，而價(jià)格不過(guò)是用來(lái)管理各設(shè)備的協(xié)調(diào)的便利參數(shù)。
在大部分國(guó)家中，電力在較短的時(shí)間段上在躉售等級(jí)上計(jì)量，在英國(guó)該時(shí)間段是每半小時(shí)。躉售交易指定價(jià)格以及要在每半小時(shí)中供應(yīng)的電力，且這可以迅速用于通過(guò)響應(yīng)變電站設(shè)置缺省流量(假設(shè)在任一個(gè)電網(wǎng)上都沒(méi)有不平衡時(shí)的流量)。響應(yīng)于不平衡的該缺省流量的偏離并不在基礎(chǔ)交易中設(shè)置，且頻率域的管理所緩和的正是這些價(jià)格。
因此，在價(jià)格在控制電流量中起作用時(shí)，應(yīng)該有響應(yīng)變電站對(duì)其相應(yīng)電網(wǎng)所作貢獻(xiàn)(或從中減少)的度量。這可以是這樣用于控制流量的信號(hào)將可接受作為計(jì)量記錄，但是響應(yīng)變電站也可以包括測(cè)量計(jì)來(lái)記錄電流量。這些測(cè)量計(jì)饋入響應(yīng)變電站控制器，后者然后用價(jià)格乘以流量與缺省值的差，該差通過(guò)頻率信號(hào)計(jì)算得出，并累加應(yīng)付給頻率域或電網(wǎng)部分管理或應(yīng)從中收取的值。
當(dāng)然，域(或電網(wǎng)部分)管理將保持瞬間價(jià)格的記錄，且也將知道在計(jì)量時(shí)間段上通過(guò)響應(yīng)變電站的總功率通量。這些需要與響應(yīng)變電站的價(jià)格要求一致。仍然有響應(yīng)變電站將為使流動(dòng)的電力符合電網(wǎng)的最好利益且為其自身的收益而進(jìn)行“博弈”的可能性。(例如，通過(guò)流動(dòng)低價(jià)格的超額電力并減少高價(jià)格的流量)。假設(shè)價(jià)格和不平衡有不可預(yù)測(cè)性，這將在博弈不成時(shí)導(dǎo)致測(cè)量計(jì)讀數(shù)不一致，或收益機(jī)會(huì)損失。然而，控制器的計(jì)量方面可能需要由外部校驗(yàn)器進(jìn)行控制和管理。
每個(gè)電網(wǎng)也都應(yīng)該有“中心”價(jià)格。這是電網(wǎng)在其中心頻率上工作時(shí)電流量改變的價(jià)格，且市場(chǎng)套匯通常將確保兩側(cè)的價(jià)格相同。如果某個(gè)響應(yīng)變電站看到一個(gè)電網(wǎng)上的低頻率，則將附加的電力輸入其中可能對(duì)于輸出電網(wǎng)的頻率不是很重要，但是該電力不可能是免費(fèi)的。
故障模式會(huì)發(fā)生，其中約定的電力并不流動(dòng)，且這可以作為需要以由輸出電網(wǎng)管理系統(tǒng)指示的(可變的)價(jià)格支付的等價(jià)反向流量來(lái)處理。
當(dāng)存在故障時(shí)，將故障歸因于一側(cè)或另一側(cè)，并具有與故障歸因相關(guān)的價(jià)格差異是有幫助的。如果響應(yīng)變電站是正常的并準(zhǔn)備好輸出，卻沒(méi)有電力可用，則輸出系統(tǒng)不應(yīng)接收其“輸出”的完全價(jià)值。另一方面，如果輸入響應(yīng)變電站或電網(wǎng)不能接收流量，則應(yīng)扣除其無(wú)意的“輸出”。
每個(gè)電網(wǎng)管理都必須導(dǎo)出其自身的價(jià)格公式，以用于將電網(wǎng)頻率不平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為它應(yīng)向其電網(wǎng)上的響應(yīng)變電站支付(或收取)的價(jià)值。這是復(fù)雜的分析和市場(chǎng)運(yùn)用(在本發(fā)明的范圍之外)，且需要設(shè)計(jì)為向參與者(包括需求參與者)給出有關(guān)供應(yīng)的安全性價(jià)值的適當(dāng)信號(hào)。
存在切合實(shí)際的商業(yè)模式，通過(guò)這些模式成批的電網(wǎng)上的響應(yīng)變電站可以由不同的組織擁有和/或工作，且這些組織中的每個(gè)都可以有他們自己的電網(wǎng)管理系統(tǒng)。這些電網(wǎng)管理系統(tǒng)可以發(fā)布僅向電網(wǎng)上對(duì)應(yīng)的響應(yīng)變電站提供的價(jià)格。為了保持電網(wǎng)穩(wěn)定性電網(wǎng)管理系統(tǒng)之間的某種程度的協(xié)調(diào)是合乎需要的，但是響應(yīng)電網(wǎng)的內(nèi)在穩(wěn)定性可以使之變得不必要。
一個(gè)示例是英國(guó)二級(jí)零售電力市場(chǎng)的一種可能的演變，這需要競(jìng)爭(zhēng)的供應(yīng)商在每個(gè)本地電網(wǎng)上都具有他們自己的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其形式是他們自己的響應(yīng)變電站，電力通過(guò)響應(yīng)變電站流動(dòng)來(lái)滿足他們的客戶的需要，每個(gè)客戶都具有與供應(yīng)商電網(wǎng)管理系統(tǒng)通信的其自身的家用響應(yīng)變電站。
在這樣的情況下，可能讓多個(gè)響應(yīng)變電站控制器-控制和定價(jià)邏輯-專(zhuān)用于每個(gè)供應(yīng)商，但是讓電流量集成到電力控制器的單個(gè)物理集合中。每個(gè)響應(yīng)變電站控制器所需的流量累加得到總的電流量，且所計(jì)量的流量成比例地歸因于每個(gè)控制器。
這樣的“虛擬”響應(yīng)變電站是配電網(wǎng)絡(luò)的所有者可以用來(lái)向競(jìng)爭(zhēng)的供應(yīng)商提供服務(wù)的一種方法。
大部分時(shí)間和大部分情況下，短暫地偏離平衡，及因此的中心頻率的短期變化并沒(méi)有商業(yè)或工程上的后果。短期變化通過(guò)適當(dāng)總體的響應(yīng)負(fù)載設(shè)備，即使在較小的電網(wǎng)中也能得到平滑。
響應(yīng)負(fù)載的關(guān)鍵益處之一是它有能力讓電網(wǎng)吸收大的波動(dòng)，如大電站的失電，或主要輸電線的失電，而對(duì)電網(wǎng)的工作只有最小的影響。該影響分散在大量總體的設(shè)備上，給出了用于糾正控制或市場(chǎng)反應(yīng)的時(shí)間。
在同步電網(wǎng)上的這些事件之后，通過(guò)A/C變電站的電流量將非常快速地改變，某些流量增加，而某些(特別是饋入具有高密度的響應(yīng)負(fù)載設(shè)備的區(qū)域的那些)流量減少。
如果網(wǎng)絡(luò)只由響應(yīng)于價(jià)格或“價(jià)值”參數(shù)的響應(yīng)變電站連接，則在其上發(fā)生主要故障的網(wǎng)絡(luò)將遭受頻率的急劇下降(或上升)，但是通過(guò)與其連接的變電站的電流量將保持不變，直到價(jià)格機(jī)制介入，且響應(yīng)變電站開(kāi)始修改它們的流量以反應(yīng)頻率的改變，從而改變它們的其它電網(wǎng)的頻率，從而在這些網(wǎng)絡(luò)上帶來(lái)響應(yīng)(和響應(yīng)負(fù)載)。
在某些情況下，這可能過(guò)于慢并且可能適合讓響應(yīng)變電站立即修改其流量以響應(yīng)其所連接的網(wǎng)絡(luò)一側(cè)或另一側(cè)上頻率的快速改變。其中發(fā)生重大故障的頻率域可能(至少初始地)具有大發(fā)電量的優(yōu)勢(shì)，并因此只能慢速地響應(yīng)頻率的改變。那么該域需要獲得對(duì)其它網(wǎng)絡(luò)，特別是其中理想情況下響應(yīng)負(fù)載比較集中的配電網(wǎng)絡(luò)上的可用響應(yīng)的訪問(wèn)。
一種可能性是使用響應(yīng)變電站的“響應(yīng)傳遞”工作模式，其中控制是嘗試并將兩個(gè)頻率鎖定在一起。因此響應(yīng)變電站調(diào)整其流量來(lái)努力保持兩個(gè)頻率盡可能地接近，改變流量來(lái)立即響應(yīng)任一個(gè)電網(wǎng)上的頻率改變。以此模式工作，直到整體電網(wǎng)上的應(yīng)力超過(guò)某個(gè)閾值，且響應(yīng)變電站回到價(jià)格敏感流量。
這可以以響應(yīng)變電站內(nèi)的A/C開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該開(kāi)關(guān)在“響應(yīng)傳遞”工作中關(guān)閉，但在達(dá)到電網(wǎng)應(yīng)力閾值時(shí)打開(kāi)。然后它將在恢復(fù)了穩(wěn)定性(且兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)同相)時(shí)再次關(guān)閉。這種可能性被包括到響應(yīng)變電站架構(gòu)中。
這樣的工作確實(shí)會(huì)引起有關(guān)處理約定的缺省流量與響應(yīng)行為引發(fā)的實(shí)際流量之間(不可避免的)流量差別的復(fù)雜情況。這可以通過(guò)約定的支付來(lái)處理以覆蓋各種變化。
電網(wǎng)會(huì)遭受故障事件，如輸電線的故障或變電站的故障。
如果故障使得對(duì)某電網(wǎng)的供應(yīng)丟失，或來(lái)自該電網(wǎng)的需求丟失，則該丟失對(duì)頻率的影響將取決于進(jìn)入或來(lái)自該電網(wǎng)的總電流量中由出故障的系統(tǒng)輸送的比例。按通常的情況，如果進(jìn)入該電網(wǎng)的流量由兩個(gè)變電站輸送，則一個(gè)變電站的流量丟失將代表進(jìn)入該電網(wǎng)的電流量的約50％。
對(duì)當(dāng)前的一代同步電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，來(lái)自一個(gè)變電站的這種電流量丟失將在瞬間傳遞到另一個(gè)。在有關(guān)2003年8月東北部停電的聽(tīng)證會(huì)上提交給眾議院能源和商務(wù)委員會(huì)(House Energy and Commerce Committee)的聲明中，“當(dāng)某個(gè)元件出錯(cuò)時(shí)，現(xiàn)有的功率通量根據(jù)物理學(xué)定律在瞬間重新分配到電網(wǎng)的其它元件上，而不管州界或輸電設(shè)施的所有權(quán)?！比绻憫?yīng)變電站在使用中，則重新分配將不會(huì)在瞬間發(fā)生，且電網(wǎng)的行為將取決于可用響應(yīng)的深度。如果改變顯著大于可用響應(yīng)，電網(wǎng)將產(chǎn)生連鎖反應(yīng)以至停電。
然而，存在一段較短的時(shí)間，其中頻率將快速下降，但仍然在限度之內(nèi)。如果此改變速率由有能力在所需方向上快速改變其電流量的響應(yīng)變電站檢測(cè)到，則可以避免連鎖反應(yīng)。
響應(yīng)變電站還可以檢測(cè)到對(duì)電壓比頻率有更多直接影響的故障。
提供這樣的快速流量改變可能具有比流走的電力的任何可能的價(jià)值高得多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，從而至少在短時(shí)間內(nèi)暫停用于控制流量的基于價(jià)格的機(jī)制，并相反地獎(jiǎng)勵(lì)事件恢復(fù)動(dòng)作是合理的。
這樣的事件恢復(fù)動(dòng)作通常將被預(yù)先編程到響應(yīng)變電站中，且任何基于價(jià)格的獎(jiǎng)勵(lì)也可被預(yù)先編程。
這是通過(guò)讓響應(yīng)變電站的流量決策器元件具有“事件恢復(fù)”模式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
如果不能實(shí)現(xiàn)這樣的檢測(cè)和流量改變速度，則可能需要將通過(guò)任何一個(gè)響應(yīng)變電站進(jìn)入或流出任何電網(wǎng)的流量限制到近似于電網(wǎng)上總的可用響應(yīng)。
響應(yīng)變電站有機(jī)會(huì)通過(guò)其電力電子器件影響無(wú)功電力在它所連接的兩個(gè)電網(wǎng)上的電壓和傳輸。這樣的影響本質(zhì)上比所涉及的電網(wǎng)更加局部，但也受到使用電網(wǎng)管理中心設(shè)置的參數(shù)的有功局部反饋控制。實(shí)現(xiàn)此影響的策略超出了本說(shuō)明書(shū)的范圍。然而，響應(yīng)變電站通常能夠向電網(wǎng)提供電壓控制和價(jià)值的無(wú)功負(fù)載服務(wù)，而不會(huì)對(duì)響應(yīng)變電站服務(wù)造成不當(dāng)損害。
響應(yīng)電網(wǎng)應(yīng)極少停電。當(dāng)它們停電時(shí)，響應(yīng)變電站為快速恢復(fù)提供支持。兩個(gè)概念是黑啟動(dòng)(Black Start)的關(guān)鍵
●特殊電網(wǎng)危機(jī)電網(wǎng)頻率的使用。這使用單獨(dú)的低電網(wǎng)頻率，該頻率僅在危機(jī)和啟動(dòng)期間使用。這通常比正常使用的電網(wǎng)頻率低10％，且將是在電網(wǎng)第一次通電時(shí)使用的頻率。
●黑啟動(dòng)響應(yīng)變電站的指定。這是一個(gè)變電站，當(dāng)它看到未通電的電網(wǎng)，但從它的其它電網(wǎng)有可用電力時(shí)，負(fù)責(zé)首先對(duì)該電網(wǎng)通電?？偟膩?lái)說(shuō)，響應(yīng)電網(wǎng)將只有一個(gè)黑啟動(dòng)響應(yīng)變電站。然而，由于這產(chǎn)生了一個(gè)可能性，即如果該單個(gè)黑啟動(dòng)響應(yīng)變電站發(fā)生故障，或它本身沒(méi)看到在它的其它電網(wǎng)上有電力，則停電的電網(wǎng)未被重新通電，所以也可以有優(yōu)先系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)協(xié)議(protocol)，可以使用或不使用互聯(lián)網(wǎng)(internet)，來(lái)決定哪個(gè)電網(wǎng)將首先動(dòng)作。也可以有反饋用于檢測(cè)是否出現(xiàn)多個(gè)未同步電源的沖突。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，可以應(yīng)用指數(shù)補(bǔ)償?shù)囊蕴W(wǎng)技術(shù)來(lái)做出決定。
這兩個(gè)概念允許電網(wǎng)上的響應(yīng)變電站使用定價(jià)機(jī)制(最初可能使用特殊的定價(jià)表/參數(shù))漸進(jìn)地流動(dòng)更多電力，直至接近正常的電網(wǎng)頻率，且可以再次消耗負(fù)載。這將在操作上比預(yù)先規(guī)劃的手動(dòng)操作快得多。
響應(yīng)變電站的關(guān)鍵角色在于電網(wǎng)內(nèi)，以及整體電網(wǎng)的部分之間的流量管理。然而，即使響應(yīng)變電站的一側(cè)縮減為簡(jiǎn)單和基本的發(fā)電或耗電設(shè)備，該概念和設(shè)備也是有用的。只要●對(duì)響應(yīng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，與其適當(dāng)?shù)碾娋W(wǎng)管理中心進(jìn)行通信(可能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng))，并從而具有對(duì)初期流量和價(jià)格的訪問(wèn)，是經(jīng)濟(jì)上切合實(shí)際的；●該設(shè)備可以結(jié)合對(duì)電網(wǎng)管理可接受的測(cè)量計(jì)；及●該設(shè)備可以對(duì)其行為執(zhí)行某些控制，則響應(yīng)變電站可以存在于家庭、炊具、洗衣機(jī)、加熱器、鍋爐、熱電聯(lián)產(chǎn)廠、微型發(fā)電、風(fēng)輪渦輪或潮汐渦輪，甚至光電陣列內(nèi)。事實(shí)上，變電站可以存在于廣泛的智能設(shè)備中。
現(xiàn)參考圖2，現(xiàn)更詳細(xì)地描述響應(yīng)變電站的較佳實(shí)施例。
圖2示出了響應(yīng)變電站的可能的實(shí)施例。該實(shí)施例提供和控制兩個(gè)電網(wǎng)之間的電流量，這兩個(gè)電網(wǎng)稱為電網(wǎng)A1和電網(wǎng)B2。為了說(shuō)明的目的，假設(shè)電網(wǎng)A在響應(yīng)電網(wǎng)分級(jí)結(jié)構(gòu)上比電網(wǎng)B更高，并因此可能以更高的電壓工作。
當(dāng)確實(shí)如此時(shí)，通過(guò)(可選的)升降壓變壓器3達(dá)到更高的電壓，該變壓器將響應(yīng)變電站的內(nèi)部工作電壓轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)A電壓。然后電網(wǎng)A(可選地通過(guò)變壓器3的降壓服務(wù))連接到AC-DC電力變換器(A到B)4，該電力變換器在電力從電網(wǎng)A流出時(shí)將電力轉(zhuǎn)換為DC然后控制流量的多少。
電網(wǎng)A還(可選地通過(guò)變壓器3的升壓服務(wù))連接到DC-AC電力變換器(B到A)5。當(dāng)電力流入電網(wǎng)A時(shí)，DC-AC變換器控制電力的電壓和定相。
電網(wǎng)B2類(lèi)似地進(jìn)行連接，但是通常不需要升降壓變換器。它連接到AC-DC電力變換器(B到A)6，該電力變換器在電力從電網(wǎng)B流出時(shí)將AC轉(zhuǎn)換為DC并控制流量的量。電網(wǎng)B還連接到DC-AC電力變換器(A到B)7，該電力變換器在電力流入電網(wǎng)B時(shí)控制電力的電壓和定相。
這些電力變換器合起來(lái)是能夠控制在電網(wǎng)A和B之間的任一方向上流動(dòng)的電量并稱為響應(yīng)電力變換器的電力電子器件一個(gè)實(shí)施例。
電力變換器通常具有影響或直接控制在它們連接到電網(wǎng)的點(diǎn)處的電壓的性能。必要的電壓控制系統(tǒng)和相關(guān)的參數(shù)通常嵌入到響應(yīng)變電站內(nèi)，但這超出了本說(shuō)明書(shū)的范圍。
也在下文中(圖4)進(jìn)一步說(shuō)明的響應(yīng)流量控制器8決定了有多少電力要流動(dòng)，并相應(yīng)地控制響應(yīng)電力變換器。在較佳實(shí)施例中，它通過(guò)使用不時(shí)地由管理中心發(fā)布和傳達(dá)的價(jià)格、參數(shù)和政策來(lái)進(jìn)行。本發(fā)明的變電站根據(jù)與其連接的電網(wǎng)部分中的一個(gè)或兩者上的條件控制電流量。這可以是頻率(響應(yīng)于不平衡)和/或某些其它參數(shù)，如每個(gè)電網(wǎng)部分準(zhǔn)備對(duì)電力支付或收取的價(jià)格。在較佳實(shí)施例中，頻率和價(jià)格兩者都要考慮。電網(wǎng)A管理中心9發(fā)布有關(guān)電網(wǎng)A的價(jià)格信息。電網(wǎng)B管理中心10發(fā)布對(duì)應(yīng)于每個(gè)電網(wǎng)的信息，且變電站管理中心21發(fā)布指令響應(yīng)變電站的信息。這些中心可以(但不一定)有不同的所有者。圖6示出這些中心如何彼此鏈接。
這些中心使用包括互聯(lián)網(wǎng)13的常規(guī)通信技術(shù)鏈接到響應(yīng)變電站，且這可以通過(guò)無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)接入14實(shí)現(xiàn)。這些通信將由各種常規(guī)加密技術(shù)保護(hù)來(lái)確保它們之間的通信對(duì)非授權(quán)或惡意的消息是安全的。
一個(gè)關(guān)鍵特征是響應(yīng)流量控制器和各種管理中心之間的通信對(duì)響應(yīng)變電站的工作來(lái)說(shuō)不需要是實(shí)時(shí)的。即使通信在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)(甚至無(wú)限地)不可用，響應(yīng)變電站也將繼續(xù)工作并提供其服務(wù)。這通過(guò)取得并反應(yīng)于來(lái)自與每個(gè)電網(wǎng)關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器的信號(hào)來(lái)進(jìn)行。因此電網(wǎng)A具有至少一個(gè)電網(wǎng)A應(yīng)力檢測(cè)器11，而電網(wǎng)B具有至少一個(gè)電網(wǎng)B應(yīng)力檢測(cè)器12。這些設(shè)備可以是相同的并在下文中進(jìn)一步描述(見(jiàn)圖3)。電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器還可以監(jiān)視可以改變響應(yīng)流量控制器的工作模式的各種閾值。
多個(gè)電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器可以在電網(wǎng)中的任一個(gè)或兩者處于危機(jī)時(shí)，及在黑啟動(dòng)期間起作用。在這些時(shí)候，定義僅用于對(duì)電網(wǎng)通電的危機(jī)工作模式可能是有用的。在正常工作中，只需要一個(gè)電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器，且即使在危機(jī)中也不是所有響應(yīng)變電站都需要額外的性能。
通過(guò)比較兩個(gè)電網(wǎng)A和B的電網(wǎng)應(yīng)力狀態(tài)，響應(yīng)流量控制器依據(jù)它們所處的應(yīng)力來(lái)決定在電網(wǎng)之間流動(dòng)的電量以此方式來(lái)支持兩個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。有關(guān)這如何進(jìn)行的更詳細(xì)的描述在下文中給出(見(jiàn)圖4)。
電流量的改變對(duì)兩個(gè)電網(wǎng)都具有經(jīng)濟(jì)上的意義。因此響應(yīng)變電站結(jié)合測(cè)量系統(tǒng)來(lái)記錄功率通量并將其轉(zhuǎn)換為交易。這采取記錄流量的測(cè)量計(jì)的形式A到B的DC測(cè)量計(jì)15，及B到A的DC測(cè)量計(jì)16。測(cè)量計(jì)讀數(shù)的處理在下文中進(jìn)一步說(shuō)明(見(jiàn)圖6)。
電網(wǎng)B可以非常小，可能是單個(gè)家庭，或產(chǎn)品或工廠內(nèi)的配電系統(tǒng)。因此可適于在低壓DC母線18上分配電力，并使該母線上的電壓由DC-DC電力變換器17形成。
如果電網(wǎng)B較小，則適于直接通過(guò)響應(yīng)流量控制器執(zhí)行設(shè)備和電器的控制而無(wú)論它們是否由A/C電網(wǎng)饋電。該信號(hào)19替換本質(zhì)上以電網(wǎng)B頻率輸送的信號(hào)，并從而控制電網(wǎng)B設(shè)備的耗電。
例如，一個(gè)電器也可以是電網(wǎng)部分，雖然是非常簡(jiǎn)單的一個(gè)電網(wǎng)部分。如圖2所示，可以使用從流量控制器8到電器的直接信號(hào)19，使得可以不使用電力變換器操作并僅使用電網(wǎng)A的價(jià)格來(lái)指導(dǎo)該電器。在一種形式中，電器可以使用來(lái)自電網(wǎng)A的A/C向例如其電動(dòng)機(jī)和/或其加熱器等等饋電。到電器的流量可以由電網(wǎng)A應(yīng)力(或價(jià)格)組合電網(wǎng)B(電器)的固定參數(shù)來(lái)控制。電網(wǎng)B的固定參數(shù)形式的一個(gè)示例可以是電器上可以設(shè)置為“緊急”或“便宜”的按鈕組。
在某些情況下，可能需要減少使用響應(yīng)電力變換器的時(shí)間，并讓兩個(gè)電網(wǎng)A和B的正常工作完全同步。當(dāng)這是所需并且有用時(shí)，AC開(kāi)關(guān)和相位檢測(cè)器20可以配合。這提供兩個(gè)電網(wǎng)之間的電力路徑，從而保持它們完全同步，而不使用響應(yīng)電力變換器。然而，當(dāng)同步使得兩個(gè)電網(wǎng)中的一個(gè)或兩者面臨風(fēng)險(xiǎn)的情況發(fā)生時(shí)，響應(yīng)流量控制器可以指令開(kāi)關(guān)打開(kāi)，強(qiáng)制任何電流量通過(guò)響應(yīng)電力變換器，并使得電流量完全處在響應(yīng)流量控制器的控制下。當(dāng)響應(yīng)流量控制器再次確定需要直接A/C電流量時(shí)，它將在下一次檢測(cè)到兩個(gè)電網(wǎng)相位同步時(shí)指令A(yù)C開(kāi)關(guān)和相位檢測(cè)器20關(guān)閉。現(xiàn)參考圖3描述上述電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器的較佳實(shí)施例。
圖3示出將有關(guān)電網(wǎng)的信號(hào)饋入響應(yīng)流量控制器的電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器的可能實(shí)施例。
輸入來(lái)自電網(wǎng)22，該電網(wǎng)對(duì)頻率測(cè)量計(jì)23饋電。頻率測(cè)量計(jì)23然后將頻率測(cè)量值饋入一組并聯(lián)的設(shè)備，在電網(wǎng)頻率高于標(biāo)稱中心頻率時(shí)涉及一個(gè)集合，而在電網(wǎng)頻率低于標(biāo)稱中心頻率時(shí)涉及對(duì)應(yīng)的集合。
高于中心頻率的電網(wǎng)頻率涉及中心頻率交叉檢測(cè)器24，該檢測(cè)器在電網(wǎng)頻率從低于標(biāo)稱中心電網(wǎng)頻率到高于標(biāo)稱中心電網(wǎng)頻率變化的任何時(shí)候創(chuàng)建觸發(fā)信號(hào)。標(biāo)稱中心電網(wǎng)頻率NCGF A或NCGF B是從響應(yīng)流量控制器內(nèi)傳遞給它的參數(shù)。觸發(fā)信號(hào)被傳遞給加速時(shí)鐘比較器25，該比較器使用該信號(hào)來(lái)將其輸出重置為0并鎖定時(shí)鐘比較的開(kāi)始。此后直到被重置，加速時(shí)鐘比較器25比較由電網(wǎng)頻率驅(qū)動(dòng)的時(shí)鐘與由NCGF驅(qū)動(dòng)的時(shí)鐘，而兩個(gè)時(shí)鐘之間的差別是電網(wǎng)過(guò)剩信號(hào)26其被傳遞給響應(yīng)流量控制器8。
該信號(hào)是最后一次看到NCGF以來(lái)所連接的電網(wǎng)的累積過(guò)剩發(fā)電的函數(shù)。低于NCGF的電網(wǎng)頻率涉及另外的中心頻率交叉檢測(cè)器27，該檢測(cè)器在NCGF從高于NCGF到低于NCGF變化的任何時(shí)候產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。NCGF同如上所述。觸發(fā)信號(hào)被傳遞給減速時(shí)鐘比較器28，該比較器使用該信號(hào)來(lái)將其輸出重置為0并鎖定時(shí)鐘比較的開(kāi)始。此后直到重置，減速時(shí)鐘比較器28比較由電網(wǎng)頻率驅(qū)動(dòng)的時(shí)鐘與由NCGF驅(qū)動(dòng)的時(shí)鐘，而兩個(gè)時(shí)鐘之間的差別是電網(wǎng)短缺信號(hào)29其被傳遞給響應(yīng)流量控制器8。
此信號(hào)與所連接的電網(wǎng)自從最后一次看到NCGF以來(lái)的累積發(fā)電短缺(等價(jià)于需求過(guò)剩)直接成比例。
一種可能的簡(jiǎn)化是具有單個(gè)中心頻率交叉控制器并將相同的觸發(fā)信號(hào)饋入兩個(gè)時(shí)鐘比較器。從而電網(wǎng)過(guò)剩和電網(wǎng)短缺信號(hào)兩者將在看到NCGF時(shí)被重置。
另一種選擇是還保持進(jìn)行中的電網(wǎng)過(guò)剩信號(hào)，從而保持對(duì)短時(shí)間歷史記錄的知曉。
輸出在功能上與電網(wǎng)過(guò)剩或電網(wǎng)短缺自重置點(diǎn)以來(lái)的累積有關(guān)，關(guān)于這個(gè)關(guān)鍵特征的其它實(shí)施例是可能的。重置點(diǎn)可以是越過(guò)NCGF的電網(wǎng)頻率，或，為了避免在頻率非常接近NCGF時(shí)的頻率重置，它可以是有關(guān)越過(guò)NCGF的歷史的更復(fù)雜的函數(shù)。
以上所述的電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器可以向“純粹”的響應(yīng)流量控制器提供做出有關(guān)電網(wǎng)之間的流量的最優(yōu)決定所需的一切。為了在轉(zhuǎn)換階段期間有更多的配置選擇，電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器還可以包括更多元件來(lái)檢測(cè)電網(wǎng)應(yīng)力，該電網(wǎng)應(yīng)力可用于決定響應(yīng)流量控制器的工作模式。
再次，這些被劃分為在電網(wǎng)頻率高于NCGF時(shí)涉及的元件，及用于電網(wǎng)頻率低于NCGF時(shí)的另一個(gè)集合。
高頻限度檢測(cè)器30比較測(cè)量的頻率與(作為圖4的流量政策參數(shù)53的部分)由從響應(yīng)流量控制器傳遞的參數(shù)33定義的限度。存在兩個(gè)頻率限度定義電網(wǎng)頻率在該頻率處將電網(wǎng)視為處于高頻率應(yīng)力下的FHGC，及定義電網(wǎng)頻率在該頻率處將電網(wǎng)視為處于高頻率危機(jī)中的FHMax。升頻限度檢測(cè)器31比較電網(wǎng)頻率的改變速率與限度FDIGS。這定義了在將電網(wǎng)視為處于低頻率應(yīng)力下之前電網(wǎng)頻率可以增加的最大速率(德耳塔Delta)。
在超出了這些限度中的任何一個(gè)時(shí)，電網(wǎng)應(yīng)力報(bào)警信號(hào)34被傳遞給響應(yīng)流量控制器，然后響應(yīng)流量控制器相應(yīng)地改變其模式。
低頻限度檢測(cè)器35比較測(cè)量的頻率與(作為圖4的流量政策參數(shù)53的部分)由從響應(yīng)流量控制器傳遞的參數(shù)33a定義的限度。存在兩個(gè)頻率限度定義電網(wǎng)頻率在該頻率處將電網(wǎng)視為處在低頻率應(yīng)力下的FLGC，及定義電網(wǎng)頻率在該頻率處將電網(wǎng)視為處在低頻率危機(jī)中的FLMin。降頻限度檢測(cè)器36比較電網(wǎng)頻率的改變速率與限度FDRGS。這定義了在將電網(wǎng)視為處于低頻率應(yīng)力下之前電網(wǎng)頻率可以減少的最大速率(德耳塔)。
當(dāng)超出這些限度中的任何一個(gè)時(shí)，電網(wǎng)應(yīng)力報(bào)警信號(hào)37被傳遞給響應(yīng)流量控制器，然后響應(yīng)流量控制器相應(yīng)地改變其模式。
在某些情況下，可能需要電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器通過(guò)從頻率測(cè)量計(jì)得到的測(cè)量值為自已確定NCGF和其它參數(shù)。這是電網(wǎng)中心頻率和參數(shù)檢測(cè)器39的功能。
電網(wǎng)中心頻率和參數(shù)檢測(cè)器有三個(gè)主要功能1.當(dāng)電網(wǎng)第一次通電，且因此電網(wǎng)頻率第一次可測(cè)量時(shí)，電網(wǎng)中心頻率和參數(shù)檢測(cè)器使用頭幾個(gè)讀數(shù)來(lái)決定NCGF是多少。因此，如果從電網(wǎng)管理中心沒(méi)有得到NCGF，響應(yīng)變電站仍然可以提供有用的功能。
2.如果電網(wǎng)能夠以兩個(gè)或更多NCGF工作，則電網(wǎng)中心頻率和參數(shù)檢測(cè)器將選擇哪個(gè)是當(dāng)前的NCGF，并從而決定電網(wǎng)工作的模式。例如，存在低于在正常工作中使用的頻率，但在電網(wǎng)危機(jī)或黑啟動(dòng)情況下使用的電網(wǎng)危機(jī)頻率。當(dāng)電網(wǎng)在此模式中工作且因此以該低頻率作為NCGF時(shí)，電流量可以完整地保留用于電網(wǎng)生存和恢復(fù)，并防止電力的所有其它使用。中心頻率和參數(shù)檢測(cè)器還決定電網(wǎng)頻率何時(shí)已達(dá)到某個(gè)點(diǎn)在該點(diǎn)上響應(yīng)變電站可能工作更加正常，并將NCGF切換為正常中心頻率。
3.在正常工作中，電網(wǎng)中心頻率和參數(shù)檢測(cè)器使用它接收到的頻率讀數(shù)來(lái)構(gòu)建電網(wǎng)頻率及其正常變化的歷史。用于缺省情況的各種參數(shù)然后可以從該歷史中導(dǎo)出，在該缺省情況中可靠的參數(shù)對(duì)響應(yīng)變電站是不可用的。例如，F(xiàn)HGC、FHMax、FDIGC、FLGC、FLMin和FDRGC都可以使用所經(jīng)歷的變化的缺省比例通過(guò)對(duì)一段時(shí)間上的頻率變化的分析來(lái)導(dǎo)出。
當(dāng)連接(圖4的)流量決策器48工作時(shí)，電網(wǎng)中心頻率和參數(shù)決策器可以評(píng)估對(duì)通過(guò)響應(yīng)變電站的電流量中的特定改變的頻率有多大影響。當(dāng)實(shí)現(xiàn)了電流量中的擾動(dòng)階躍變化時(shí)，頻率改變。通過(guò)比較兩個(gè)在較短時(shí)間上改變的參數(shù)，可以導(dǎo)出電網(wǎng)的電力需求的某些指示。這在隨后可用于導(dǎo)出圖4中的缺省流量政策參數(shù)53，及缺省的定價(jià)參數(shù)。即使在缺少電網(wǎng)管理中心或與電網(wǎng)管理中心的通信時(shí)，這也可以向響應(yīng)變電站給出穩(wěn)定的控制電流量的方法。
現(xiàn)將參考圖4和5描述響應(yīng)流量控制器的較佳實(shí)施例。
響應(yīng)流量控制器負(fù)責(zé)決定通過(guò)響應(yīng)變電站的電流量應(yīng)該如何。每個(gè)響應(yīng)變電站都將具有單個(gè)變電站流量控制器40(亦參見(jiàn)圖5)。這使用來(lái)自一個(gè)或多個(gè)流量決策器48的輸入來(lái)控制響應(yīng)電力變換器。多個(gè)流量決策器(和相關(guān)邏輯)將允許響應(yīng)變電站的所有者向響應(yīng)電網(wǎng)中的其他參與者銷(xiāo)售響應(yīng)變電站的部分容量，從而允許市場(chǎng)活動(dòng)影響電網(wǎng)行為。實(shí)際上，單個(gè)響應(yīng)變電站可以充當(dāng)若干個(gè)虛擬響應(yīng)變電站。
響應(yīng)流量控制器通過(guò)導(dǎo)出和比較電網(wǎng)A和電網(wǎng)B兩個(gè)電網(wǎng)上提供的價(jià)格來(lái)工作。每個(gè)電網(wǎng)都有其自身的定價(jià)表和參數(shù)，其自身的電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器及其自身的當(dāng)前價(jià)格計(jì)算器。
電網(wǎng)A定價(jià)表和參數(shù)41和電網(wǎng)A應(yīng)力檢測(cè)器42饋入電網(wǎng)A當(dāng)前價(jià)格計(jì)算器43。這使用來(lái)自電網(wǎng)A應(yīng)力檢測(cè)器的電網(wǎng)過(guò)剩或電網(wǎng)短缺信號(hào)來(lái)計(jì)算或?qū)С鲭娋W(wǎng)A(在電網(wǎng)處于短缺時(shí))準(zhǔn)備對(duì)增加的流量支付價(jià)格，或它將購(gòu)買(mǎi)減少的流量的價(jià)格。
此計(jì)算的一個(gè)實(shí)施例是使用電網(wǎng)過(guò)剩(或電網(wǎng)短缺)信號(hào)來(lái)從電網(wǎng)A定價(jià)表/參數(shù)的條目集合中選擇條目。可選實(shí)施例可以在對(duì)電網(wǎng)過(guò)剩信號(hào)的算術(shù)操作中使用一個(gè)或多個(gè)參數(shù)來(lái)導(dǎo)出價(jià)格信號(hào)。
其它實(shí)施例也可以依據(jù)各種情況對(duì)用于價(jià)格計(jì)算的定價(jià)表/參數(shù)做出選擇。例如，可以有定價(jià)表/參數(shù)的缺省集合，如果與電網(wǎng)管理中心的通信丟失，及信息已超時(shí)，則將使用該集合。還可以有關(guān)于在一天，一周，或較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)的不同測(cè)量周期的定價(jià)數(shù)據(jù)的不同集合。測(cè)量周期是形成用于約定電流量及其價(jià)格的基礎(chǔ)的時(shí)間段。在英國(guó)，這是半個(gè)小時(shí)，但其他國(guó)家和/或其它電網(wǎng)可以使用不同的時(shí)間段。實(shí)施例的選擇將取決于具體的響應(yīng)變電站的設(shè)計(jì)目標(biāo)。其它實(shí)施例也可以使用來(lái)自電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器的信息來(lái)導(dǎo)出反映響應(yīng)流量控制器在時(shí)間上的經(jīng)歷的參數(shù)，從而提供基本的可工作參數(shù)集合以在響應(yīng)變電站和電網(wǎng)管理中心沒(méi)有通信時(shí)使用。
電網(wǎng)B很明確是并聯(lián)的，并具有一組電網(wǎng)B定價(jià)表/參數(shù)44和電網(wǎng)B應(yīng)力檢測(cè)器45和電網(wǎng)B當(dāng)前價(jià)格計(jì)算器46。電網(wǎng)A當(dāng)前價(jià)格和電網(wǎng)B當(dāng)前價(jià)格饋入價(jià)格比較器。這比較兩個(gè)價(jià)格以及由此改變電流量的當(dāng)前價(jià)值。這被饋入流量決策器48。流量決策器使用從各種源對(duì)其可用的信息來(lái)決定應(yīng)有多少電流量流動(dòng)。這些源是電網(wǎng)A頻率49和電網(wǎng)B頻率50，有關(guān)來(lái)自變電站測(cè)量控制器51(和圖6)的當(dāng)前流量的信息，來(lái)自電網(wǎng)A應(yīng)力檢測(cè)器42和電網(wǎng)B應(yīng)力檢測(cè)器45的每個(gè)電網(wǎng)的狀態(tài)，來(lái)自價(jià)格比較器的定價(jià)和相對(duì)定價(jià)信息，及若干參數(shù)，流量政策參數(shù)53和響應(yīng)政策參數(shù)。
在流量決策器48的一個(gè)實(shí)施例中，它首先決定它所處的模式，其可能是●正常模式。在此模式中，有關(guān)改變電流量的決定是從流量政策參數(shù)和價(jià)格導(dǎo)出的。這是較佳的模式，并且如果支配其它模式的條件不起作用，則將用該模式工作。
●響應(yīng)傳遞模式。在此模式中(在某些實(shí)施例中這是可選的)，有關(guān)改變電流量的決定基于電網(wǎng)A頻率的改變，從而電網(wǎng)B上可用的響應(yīng)被傳遞給電網(wǎng)A。在某些實(shí)施例中，該模式可以通過(guò)使用圖2的AC開(kāi)關(guān)和相位檢測(cè)器20來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果任一個(gè)電網(wǎng)都不在應(yīng)力下(如電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器42和45所確定的)，且在響應(yīng)政策參數(shù)53內(nèi)設(shè)置了響應(yīng)傳遞標(biāo)志，則該模式起作用。如果電網(wǎng)經(jīng)受應(yīng)力或進(jìn)入危機(jī)，如電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器所確定的，則流量決策器將回到正常模式，且需要的話將打開(kāi)AC開(kāi)關(guān)和相位檢測(cè)器20。
●黑啟動(dòng)模式。如果設(shè)置了流量政策參數(shù)53中的黑啟動(dòng)優(yōu)先標(biāo)志，則該模式從危機(jī)模式中發(fā)生。然后由流量決策器執(zhí)行響應(yīng)變電站的一般行為，如對(duì)黑啟動(dòng)所述。黑啟動(dòng)模式的一個(gè)子集是在電網(wǎng)以黑啟動(dòng)頻率工作的時(shí)候?！昂趩?dòng)頻率”是低于電網(wǎng)的正常頻率并在恢復(fù)期間使用的電網(wǎng)頻率?？梢杂信c此模式關(guān)聯(lián)的定價(jià)表/參數(shù)的集合，且可以在響應(yīng)工作中使用類(lèi)似的定價(jià)機(jī)制。在一個(gè)實(shí)施例中，這將工作以升高頻率，直到它達(dá)到該NCGF的FHmax。這通常比黑啟動(dòng)頻率高5％。當(dāng)電網(wǎng)頻率達(dá)到該點(diǎn)時(shí)，電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器將切換其檢測(cè)到的中心頻率，且頻率決策器將轉(zhuǎn)至應(yīng)力模式。當(dāng)用黑啟動(dòng)頻率工作時(shí)，只有一個(gè)流量決策器是起作用的，但在它將要轉(zhuǎn)至應(yīng)力或正常模式時(shí)，定價(jià)表被設(shè)置為鼓勵(lì)頻率朝向其最高頻率移動(dòng)。
●危機(jī)模式。該模式出現(xiàn)在任一(或兩個(gè))電網(wǎng)失電或任一電網(wǎng)頻率降至低于為該電網(wǎng)設(shè)置的正常NCGF而設(shè)置的FLMin的任何時(shí)候。在該模式中，流量決策器將首先采取動(dòng)作對(duì)來(lái)自繼續(xù)存在的電網(wǎng)的任何流量最小化或使其歸零。如果設(shè)置了黑啟動(dòng)優(yōu)先標(biāo)志，則它將轉(zhuǎn)至黑啟動(dòng)模式。否則它將保持危機(jī)模式，直到電網(wǎng)頻率離開(kāi)其危機(jī)水平，那時(shí)它將轉(zhuǎn)至應(yīng)力模式。在危機(jī)模式中，只有單個(gè)缺省的流量決策器是起作用的。
●應(yīng)力模式。該模式不需要在所有實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)，如果用于與響應(yīng)變電站連接的任何一個(gè)電網(wǎng)的電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器實(shí)施例包括電網(wǎng)應(yīng)力警報(bào)，則該模式出現(xiàn)。該模式通常以和正常模式相同的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，但各實(shí)施例可以使用不同的定價(jià)表/參數(shù)。在有多個(gè)虛擬響應(yīng)變電站時(shí)，該模式可以用于禁用除一個(gè)之外的其它所有虛擬響應(yīng)變電站，并對(duì)定價(jià)表的特定集合使用單個(gè)流量決策器。
●事件恢復(fù)模式。該模式不需要在所有實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)，該模式在來(lái)自電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器，主要是電網(wǎng)頻率改變速率檢測(cè)器的報(bào)警信號(hào)指示電網(wǎng)上的重大故障事件時(shí)出現(xiàn)。警報(bào)也因檢測(cè)到的電壓改變而出現(xiàn)，但這超出了本說(shuō)明書(shū)的范圍。當(dāng)這樣的事件發(fā)生時(shí)，響應(yīng)變電站將根據(jù)預(yù)先編程的事件恢復(fù)動(dòng)作盡可能快地改變電流量。流量改變量可以是現(xiàn)有流量的某種預(yù)置函數(shù)，或可以是簡(jiǎn)單的階躍改變。改變不一定是因故障丟失的電流量的準(zhǔn)確替換，但基本上在正確的方向上移動(dòng)。一旦此改變發(fā)生，響應(yīng)變電站就可以轉(zhuǎn)至應(yīng)力模式并從那里回到正常工作。
進(jìn)入事件恢復(fù)模式將產(chǎn)生特殊的價(jià)值事件來(lái)對(duì)可靠性增強(qiáng)而不是所流動(dòng)的電力提供獎(jiǎng)勵(lì)。這些模式中的幾個(gè)使用“定價(jià)”信息來(lái)決定電流量，雖然有定價(jià)和政策參數(shù)源的某些變化，且在某些實(shí)施例中，有對(duì)所使用的電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器的選擇。
工作的一般模式是●在缺乏任何其它條件時(shí)，將流量設(shè)置為作為流量政策參數(shù)中的一個(gè)參數(shù)的約定流量。如果沒(méi)有最新的約定流量可用，則將選擇等價(jià)的缺省流量。無(wú)論選擇這些中的哪一個(gè)都被稱為正常流量。
●如果設(shè)置了響應(yīng)傳遞模式，則流量決策器將準(zhǔn)備按照與電網(wǎng)A頻率與NCGF的偏離成比例的量來(lái)改變流量。響應(yīng)政策參數(shù)54內(nèi)稱為下垂(Droop)的一個(gè)參數(shù)被用于乘以頻率變化以得到對(duì)正常流量的變化。這具有使電網(wǎng)B中的響應(yīng)對(duì)電網(wǎng)A可用的效果。“下垂”是用于將電網(wǎng)頻率與NCGF的偏離百分比轉(zhuǎn)換為電流量在該模式中的改變百分比的參數(shù)。
●流量的任何改變都受限于限度。兩個(gè)最大值，AtoBFlowMax和BtoAFlowMax，是流量政策參數(shù)53，并定義在每個(gè)方向上對(duì)流量決策器可用的最大流量。對(duì)每個(gè)方向，增加或減少的最大速率AtoBFlowDI、AtoBFlowDR、BtoAFlowDI和BtoAFlowDR被用于限制流量改變速率。這些是流量政策參數(shù)53。
●在正常模式中，流量決策器將選擇做出“可盈利”的電流量改變。即，如果價(jià)格比較器確定一個(gè)電網(wǎng)“更便宜”，則流量決策器將增加從“更便宜”的電網(wǎng)到更“昂貴”的電網(wǎng)的電流量。此增加將受限于上述限度，但也將受限于價(jià)值限度ValueMin，從而非常低價(jià)值的改變將被忽略，還受限于價(jià)格驅(qū)動(dòng)的改變速率限度PriceD，從而響應(yīng)于價(jià)格信號(hào)的改變速率可以比其它改變速率限度更低。這些參數(shù)可以被設(shè)置來(lái)抑制朝向流量振蕩的任何傾向。流量決策器還會(huì)考慮實(shí)際電流量，這由圖6中進(jìn)一步描述的變電站測(cè)量控制器51向它提供。總的來(lái)說(shuō)，由流量決策器決定的電流量將由響應(yīng)變電站輸送，但可能存在其中未實(shí)現(xiàn)所需流量的情況。在某些實(shí)施例中，流量決策器可以選擇通過(guò)考慮這樣的偏差來(lái)調(diào)整其決定。
流量決策器還將其流量決定傳遞給流量?jī)r(jià)值計(jì)算器52。這將考慮增加的流量和來(lái)自價(jià)格比較器的價(jià)格來(lái)記錄與流量改變關(guān)聯(lián)的價(jià)值，并根據(jù)需要盡量頻繁地計(jì)算。流量?jī)r(jià)值計(jì)算器52還可以根據(jù)實(shí)際流量而非由流量決策器48指示的流量調(diào)整價(jià)值。該信息被傳遞給變電站測(cè)量控制器52，請(qǐng)見(jiàn)圖6。
各種操作由幾組參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)。這些參數(shù)是流量政策參數(shù)53，該參數(shù)已在上文中說(shuō)明且其調(diào)整有關(guān)電流量的決定；響應(yīng)政策參數(shù)，該參數(shù)在如上所述的響應(yīng)傳遞模式中工作時(shí)調(diào)整有關(guān)電流量的決定；及變電站政策參數(shù)，該參數(shù)調(diào)整由下文中所述的變電站流量控制器做出的決定。
這些參數(shù)的缺省集合可以是“內(nèi)建的”，從而確保即使在最極端的通信故障中也有可用的集合，但在正常操作中，通信管理56將提供來(lái)自適當(dāng)?shù)墓芾碇行牡南⒁员愀滤褂玫募?，并向管理中心提供管理和微調(diào)電網(wǎng)和響應(yīng)變電站的機(jī)制。總的來(lái)說(shuō)，流量政策參數(shù)53將由“虛擬”響應(yīng)變電站的所有者的變電站管理中心設(shè)置。響應(yīng)政策參數(shù)54和變電站政策參數(shù)55將由物理響應(yīng)變電站的所有者設(shè)置。
每個(gè)物理響應(yīng)變電站都具有單個(gè)變電站流量控制器，如圖5所示。
電力變換器控制器58負(fù)責(zé)控制包括響應(yīng)電力控制器的各種電力變換器。它可以控制這些變換器的頻率和相位行為。它從流量累加器和限制器57接收對(duì)所需的電流量定義的信號(hào)。這接受來(lái)自響應(yīng)變電站內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)流量決策器48的信號(hào)，并累加它們來(lái)定義所有流量決策器集體所需的總電流量。可能讓不同的流量決策器控制不同方向上的電流量，在此情況流量累加器和限制器將權(quán)衡這些流量來(lái)產(chǎn)生凈流量。
流量累加器和限制器57還可以檢測(cè)流量決策器的模式，并選擇以只接受來(lái)自其中之一的輸入。任何流量檢測(cè)器在黑啟動(dòng)模式中都將取得優(yōu)先權(quán)，且所有其它流量決策器都將被忽略，直到黑啟動(dòng)模式改變。在某些實(shí)施例中，流量累加器和限制器將只選擇來(lái)自在危機(jī)或故障事件恢復(fù)模式中工作的流量決策器的輸入。這目的在于允許響應(yīng)變電站的所有者在發(fā)生電網(wǎng)危機(jī)或緊急情況時(shí)能夠完全管理由響應(yīng)變電站提供的服務(wù)。流量累加器和限制器57將對(duì)照變電站政策參數(shù)中設(shè)置的限度檢查凈的總電流量從電網(wǎng)A到電網(wǎng)B的最大電流量AtoBSSFlowMax；從電網(wǎng)B到電網(wǎng)A的最大電流量BtoASSFlowMax；從電網(wǎng)A到電網(wǎng)B的最大電力增加速率AtoBSSFlowDI；從電網(wǎng)A到電網(wǎng)B的最大電力減少速率AtoBSSFlowDR；從電網(wǎng)B到電網(wǎng)A的最大電力增加速率BtoABSSFlowDI；及從電網(wǎng)B到電網(wǎng)A的最大電力減少速率BtoASSFlowDR。注意，這些限度可以小于應(yīng)用于虛擬響應(yīng)變電站集合中的每個(gè)流量決策器的限度總和?？蛇x地，設(shè)置BtoASSFlowMax的流量限度可以設(shè)置為0，從而電流量只可以從電網(wǎng)A流到電網(wǎng)B。當(dāng)以此方式設(shè)置時(shí)，響應(yīng)電力變換器的實(shí)施例可以更簡(jiǎn)單。
可選地，可以有電網(wǎng)應(yīng)力最大流量的其它集合，每個(gè)都與其間允許這樣的流量的最大時(shí)間關(guān)聯(lián)。這也有益于幫助電網(wǎng)在其正常工作限度之外短時(shí)間生存。
電力變換器控制58還可以接收給出電網(wǎng)A電壓等級(jí)60和電網(wǎng)B電壓等級(jí)61的輸入。這有兩個(gè)目的第一，允許控制將流動(dòng)的電力注入到接收電網(wǎng)中的定相和電壓，從而使得電力變換器控制可能調(diào)整其輸出以響應(yīng)局部無(wú)功功率通量。第二，作為建立電網(wǎng)健康的另一信號(hào)。電力變換器控制還可以接收來(lái)自變電站測(cè)量控制器的輸入。這充當(dāng)控制器正常運(yùn)行的確認(rèn)，且如果需要的話，允許反饋控制。電力變換器還向電器19輸出直接信號(hào)。這通常是通過(guò)DAN或內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)，且因此可由家庭中的任何其它智能設(shè)備訪問(wèn)。(DAN是家庭局域網(wǎng)。這是由家庭內(nèi)的設(shè)備用于交換信息的通信系統(tǒng))。此信號(hào)的一種用途是向電器指示電力的當(dāng)前價(jià)格是否低于對(duì)該電器設(shè)置的閾值。
如上所述，在較佳實(shí)施例中，應(yīng)測(cè)量通過(guò)變電站的電流量，且應(yīng)累積和保持電流量和價(jià)值流量的記錄以用于系統(tǒng)的其它部分。現(xiàn)將參考圖6描述用于控制結(jié)合到響應(yīng)變電站中的任何測(cè)量計(jì)以提供這種測(cè)量的較佳的變電站測(cè)量控制器。
變電站測(cè)量控制器的目的在于控制結(jié)合到響應(yīng)變電站中的任何測(cè)量計(jì)，以向響應(yīng)變電站的其它部分提供測(cè)量，并累積和保持電流量和價(jià)值流量的記錄。
在某些實(shí)施例中，變電站測(cè)量控制器可以和響應(yīng)變電站的余下部分具有不同的管理和所有權(quán)。在某些商業(yè)模式中，這可以避免響應(yīng)變電站所有者為商業(yè)利益篡改記錄從而給出提供事實(shí)上尚未提供的電流量或服務(wù)的表象的可能性。
測(cè)量計(jì)控制63結(jié)合所需的任何控制來(lái)操作所選擇的測(cè)量計(jì)并從其收集數(shù)據(jù)。它將結(jié)果讀數(shù)傳遞給圖5的變電站流量控制器58以用于管理流量。它還將這些讀數(shù)傳遞給流量指定62。流量指定根據(jù)從關(guān)聯(lián)的流量決策器做出的電流量需求中導(dǎo)出的比例向各個(gè)虛擬響應(yīng)流量控制器分配凈流量。每個(gè)電流量還被傳遞給對(duì)應(yīng)的流量?jī)r(jià)值計(jì)算器，該計(jì)算器返回與電流量及與價(jià)值流量關(guān)聯(lián)的記錄。電流量記錄64記錄歸因于每個(gè)虛擬響應(yīng)變電站以及作為整體的物理響應(yīng)變電站的流量。價(jià)值流量記錄65記錄通過(guò)當(dāng)前價(jià)格和當(dāng)前電流量計(jì)算出的價(jià)值。
然后使這些記錄對(duì)通信管理可用，以便傳遞回電網(wǎng)管理中心。所有記錄都可被傳遞回電網(wǎng)A和電網(wǎng)B兩者相關(guān)聯(lián)的電網(wǎng)管理中心，以向每一方提供校驗(yàn)他方的價(jià)值主張的能力。
在其中響應(yīng)變電站控制器根據(jù)各種參數(shù)控制電流量的較佳實(shí)施例中，每個(gè)變電站都將接收來(lái)自與連接到該變電站的每個(gè)電網(wǎng)關(guān)聯(lián)的管理中心以及變電站管理中心的信息。圖7示出管理中心及其互聯(lián)的示意圖，且現(xiàn)將更詳細(xì)地描述。
每個(gè)響應(yīng)變電站都將從三個(gè)源接收信息1.關(guān)聯(lián)的電網(wǎng)A管理中心9；2.關(guān)聯(lián)的電網(wǎng)B管理中心10；及3.關(guān)聯(lián)的變電站管理中心24。
在響應(yīng)變電站設(shè)計(jì)為在家庭(或小型辦公室)中使用時(shí)，它是家用響應(yīng)變電站67。變電站管理中心也可以基于家庭，從而是家用變電站管理中心。然后它通常與其它家用管理服務(wù)集成。
在某些商業(yè)模式中，及對(duì)它們之間適當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)，單個(gè)響應(yīng)電網(wǎng)可以具有多個(gè)電網(wǎng)管理中心，其中每個(gè)電網(wǎng)管理中心都是電網(wǎng)上部分響應(yīng)變電站或虛擬響應(yīng)變電站的電網(wǎng)管理中心。例如，供應(yīng)商可以對(duì)連接客戶的每個(gè)電網(wǎng)都有電網(wǎng)管理中心，并在該電網(wǎng)上至少有一個(gè)響應(yīng)變電站或虛擬響應(yīng)變電站。
電網(wǎng)管理中心負(fù)責(zé)設(shè)置價(jià)格和約定在響應(yīng)變電站內(nèi)使用的流量的所有方面。從而它創(chuàng)建圖4的電網(wǎng)定價(jià)表/參數(shù)41和44的集合，并確保它們對(duì)通信可用。為這樣做，它們通常在積極交易電力的公司的運(yùn)營(yíng)管理下，且公司的客戶和或供應(yīng)商在電網(wǎng)分級(jí)結(jié)構(gòu)中的所有等級(jí)上。該運(yùn)營(yíng)管理將選擇電網(wǎng)定價(jià)表/參數(shù)的本質(zhì)和結(jié)構(gòu)來(lái)適合其自身的要求。
這些系統(tǒng)因此將經(jīng)常與交易系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，且先前交易的結(jié)果是部分信息，可以從該信息中導(dǎo)出單個(gè)響應(yīng)變電站期望的約定流量。電網(wǎng)管理系統(tǒng)通常還具有它們期望的需求和它們的配置的詳細(xì)模式，以便最優(yōu)化它們從可能的競(jìng)爭(zhēng)電網(wǎng)流入的電力成本。
電網(wǎng)管理中心還負(fù)責(zé)從響應(yīng)變電站的變電站測(cè)量控制器收集它們所涉及的電流量記錄和價(jià)值流量記錄。這些將饋入交易記帳和對(duì)帳系統(tǒng)以確保價(jià)值流量最終得到支付。這可以劃分為單獨(dú)的系統(tǒng)，以允許獨(dú)立控制具有商業(yè)重要性的記錄。
變電站管理中心負(fù)責(zé)使允許響應(yīng)變電站或虛擬響應(yīng)變電站最優(yōu)化其行為的各種其它參數(shù)可用。可以有與電網(wǎng)上的每個(gè)物理響應(yīng)變電站關(guān)聯(lián)的變電站管理中心，且這些可以有管理電網(wǎng)在應(yīng)力、危機(jī)或黑啟動(dòng)條件下的行為的附加責(zé)任。電網(wǎng)管理中心將需要與它們所控制的電網(wǎng)關(guān)聯(lián)的儀器。這需要確保電網(wǎng)的頻率行為以允許校驗(yàn)價(jià)值記錄的方式被記錄下來(lái)。電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器將是該儀器的組件。
總的來(lái)說(shuō)用于多個(gè)電網(wǎng)的電網(wǎng)管理中心將集成到較大的中心中，而單個(gè)電網(wǎng)的電網(wǎng)管理中心只是整個(gè)系統(tǒng)的邏輯部分。
互聯(lián)網(wǎng)65通常是響應(yīng)變電站及其關(guān)聯(lián)的管理中心之間的通信模式。該通信需要由加密技術(shù)完全保護(hù)以免惡意干擾，這可使用現(xiàn)有的技術(shù)。
家用響應(yīng)變電站是專(zhuān)門(mén)調(diào)整用于家庭的響應(yīng)變電站的實(shí)施例，其中可以不需要有AC電網(wǎng)，而是更直接地通過(guò)電器70執(zhí)行控制。例如，家用響應(yīng)變電站可以控制小型CHP系統(tǒng)或微型渦輪的電力輸出，并指揮其中對(duì)何時(shí)運(yùn)行具有判斷力的耗電設(shè)備的行為。在可能的實(shí)施例中，家用響應(yīng)變電站可以對(duì)家庭中的所有適用的電器提供響應(yīng)負(fù)載控制。家庭中的設(shè)備之間的通信將使用多種技術(shù)。在此通用術(shù)語(yǔ)“家庭局域網(wǎng)”包含所有可用的技術(shù)，包括無(wú)線電，電纜，電源線載體。
如果受管理的電網(wǎng)是單個(gè)家庭，則電網(wǎng)管理中心功能中的很多會(huì)退化。對(duì)公共事業(yè)公司或供應(yīng)商在約定下控制的家用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)這是很平常的，從而使住戶不用詳細(xì)理解操作。
如上所述，本發(fā)明的響應(yīng)變電站可以在不同等級(jí)之間有用地結(jié)合在電網(wǎng)系統(tǒng)的所有不同部分中?？稍O(shè)想，通過(guò)修改整個(gè)電網(wǎng)使之在所有或很多等級(jí)上結(jié)合響應(yīng)變電站同時(shí)還結(jié)合如GB 2361118描述的響應(yīng)負(fù)載設(shè)備，電力在將來(lái)的使用可以變得更加有效。在下文中更詳細(xì)地描述這樣的一個(gè)響應(yīng)電網(wǎng)。
響應(yīng)變電站上下文和概念已在前面的部分中說(shuō)明，而在此考察結(jié)合響應(yīng)負(fù)載和響應(yīng)變電站的電網(wǎng)變電站-響應(yīng)電網(wǎng)-的行為，并說(shuō)明所帶來(lái)的益處。
鄰域響應(yīng)電網(wǎng)鄰域響應(yīng)電網(wǎng)是在某區(qū)域中的多個(gè)，可能所有，家庭和辦公室(訂戶)所連接的一個(gè)電網(wǎng)。存在連接所有訂戶及一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)變電站的有線網(wǎng)絡(luò)。
響應(yīng)變電站在A側(cè)連接到高電壓電網(wǎng)，11kV(例如)，而在另一側(cè)連接到230v的三相網(wǎng)絡(luò)。單個(gè)家庭可以通過(guò)現(xiàn)有的計(jì)量裝置，或通過(guò)家用響應(yīng)變電站連接。訂戶可以在時(shí)間上在其家庭中使用響應(yīng)負(fù)載設(shè)備，并將能夠使用響應(yīng)設(shè)備(如洗衣機(jī))。具有家用響應(yīng)變電站的那些家庭(響應(yīng)家庭)也可以選擇通過(guò)家用42V DC母線連接如計(jì)算機(jī)和光電陣列這樣的設(shè)備。
響應(yīng)家庭通常具有他們自己的家庭控制中心，其中結(jié)合了信息和管理服務(wù)以在他們的家庭和娛樂(lè)活動(dòng)中支持他們。將以此擔(dān)當(dāng)響應(yīng)家庭的電網(wǎng)控制中心。
響應(yīng)家庭還可以具有發(fā)電設(shè)備，如分布式CHP系統(tǒng)、PV陣列，或甚至小型風(fēng)力渦輪。鄰域響應(yīng)電網(wǎng)還將具有其自身的電網(wǎng)管理中心，這可能由公共事業(yè)供應(yīng)商作為它所操作的多個(gè)電網(wǎng)管理中心中的一個(gè)來(lái)操作。公共事業(yè)供應(yīng)商通常還將擁有鄰域響應(yīng)變電站。但是，電網(wǎng)管理中心和響應(yīng)變電站可以迅速由訂戶或其他組織合作擁有，且供應(yīng)商可以在鄰域電網(wǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng)的響應(yīng)變電站。
在正常操作中●鄰域電網(wǎng)管理中心將協(xié)商為鄰域從其響應(yīng)變電站所連接的高壓電網(wǎng)中購(gòu)買(mǎi)期望需要的電力。
●每個(gè)測(cè)量時(shí)間段的期望電流量被傳遞給響應(yīng)變電站。這可以在事先很好地完成，但也可以隨著該時(shí)間段的臨近而微調(diào)。關(guān)鍵點(diǎn)在于這不是時(shí)間關(guān)鍵的，且因此在原則上可以通過(guò)慢速或非常慢的通信鏈接完成。
●鄰域響應(yīng)變電站還將(從A和B電網(wǎng)管理中心)接收定義如果不平衡(且因此頻率)發(fā)生變化則價(jià)格將如何改變的“定價(jià)表和參數(shù)”。B定價(jià)表和參數(shù)也對(duì)響應(yīng)家庭中的響應(yīng)變電站可用。再次，可以早早地事先發(fā)布“缺省”價(jià)格，并隨著時(shí)間段臨近進(jìn)行微調(diào)。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制并不需要時(shí)間關(guān)鍵的通信。
●在正常操作中，鄰域響應(yīng)變電站將按照所協(xié)商的來(lái)流動(dòng)電力。如果鄰域電網(wǎng)不平衡，則響應(yīng)負(fù)載設(shè)備將提供穩(wěn)定性，且將使對(duì)所有設(shè)備可用的頻率信號(hào)穩(wěn)定。
●各種設(shè)備將使用頻率(及所協(xié)商的價(jià)格)來(lái)做出其自身如何反應(yīng)的決定?？偟膩?lái)說(shuō)，它可能是最活躍的鄰域響應(yīng)變電站。
●如果響應(yīng)變電站或其供電存在故障，則頻率將下降。丟失的負(fù)載然后可以全部或部分地由其它響應(yīng)變電站承擔(dān)。如果這還不夠，則頻率將繼續(xù)較低，且各種設(shè)備將沿著它們的定價(jià)曲線移動(dòng)。最后，只有值高價(jià)的負(fù)載將保持連接，且所有其它負(fù)載都將被斷開(kāi)。
●如果故障代表進(jìn)入或來(lái)自電網(wǎng)的總流量中大于可用響應(yīng)的一個(gè)分?jǐn)?shù)，則頻率可能開(kāi)始非常快速地下降。這樣的故障事件可以非常快速地由其它響應(yīng)變電站識(shí)別，且它們可以在基本的價(jià)格控制之外采取快速、預(yù)先編程的動(dòng)作，這些動(dòng)作將近似地補(bǔ)償所檢測(cè)到的事件。
●發(fā)生故障的響應(yīng)變電站將不得不為收入損失對(duì)其電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，而取得超額負(fù)載的響應(yīng)變電站將不得不(以適當(dāng)?shù)膬r(jià)格)補(bǔ)償電網(wǎng)。這些不一定是相等的，且總的來(lái)說(shuō)將帶來(lái)更高的電力成本(經(jīng)濟(jì)上適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果)。
●鄰域響應(yīng)變電站取得的流量會(huì)影響分級(jí)結(jié)構(gòu)中下一個(gè)等級(jí)上的電網(wǎng)頻率。我們現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行考察。
配電網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)電網(wǎng)鄰域響應(yīng)電網(wǎng)自身由覆蓋較大地理區(qū)域且將對(duì)很多鄰域響應(yīng)變電站饋電的電網(wǎng)以高電壓饋電。
原則上，可以存在重疊和競(jìng)爭(zhēng)的高電壓電網(wǎng)。僅當(dāng)需求(由頻率指示)和價(jià)格(由競(jìng)爭(zhēng)電網(wǎng)公布)適當(dāng)時(shí)，鄰域響應(yīng)變電站才從其高電壓電網(wǎng)流入電力。如果兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)的高等級(jí)電網(wǎng)的頻率都處于其中心頻率，則流量然后將來(lái)自發(fā)布最低價(jià)格的較高等級(jí)電網(wǎng)。但是，隨著較高等級(jí)電網(wǎng)的頻率獨(dú)立地變化，實(shí)際的流量還將取決于定價(jià)表或變量的差別。
在故障條件下，這提供較深的反彈。鄰域電網(wǎng)可以從任何在工作的電網(wǎng)流入電力，且因?yàn)榉旨?jí)結(jié)構(gòu)中的每個(gè)等級(jí)都有相同的機(jī)會(huì)，所以流量將根據(jù)電網(wǎng)中的每個(gè)等級(jí)準(zhǔn)備支付的價(jià)格來(lái)發(fā)生。如果電力稀缺，則頻率下降將從分級(jí)結(jié)構(gòu)往下連鎖進(jìn)行，價(jià)格將升高，且越來(lái)約多的設(shè)備將關(guān)閉。
當(dāng)然，故障仍然會(huì)發(fā)生并且可能關(guān)閉分級(jí)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)電網(wǎng)。取決于所需的供電安全性，電網(wǎng)中的每個(gè)等級(jí)都可以有替換源。總的電力短缺將分散在整個(gè)系統(tǒng)中，但增加其輸入的那些將支付更高的價(jià)格，而保持輸出的那些將接收到更高的價(jià)格。
輸電網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)電網(wǎng)類(lèi)似的行為發(fā)生在配電和輸電分級(jí)結(jié)構(gòu)中逐漸更高的等級(jí)。在每個(gè)等級(jí)，競(jìng)爭(zhēng)都是可能的(雖然不一定是需要的)，且負(fù)載在多個(gè)單元上的冗余和/或分布可以在故障的情況下提供反彈。給定電網(wǎng)之間的套匯機(jī)會(huì)，如由響應(yīng)于所發(fā)布的價(jià)格的響應(yīng)變電站所緩和，則存在電網(wǎng)的不同子集之間和不同的輸電路徑之間的價(jià)格差異的機(jī)會(huì)。
在這些情況下，電網(wǎng)管理中心可以發(fā)布兩個(gè)(或更多)適用于不同的響應(yīng)變電站位置的價(jià)格集合。因此輸電線一端的價(jià)格可以不同于另一端的價(jià)格，且可以調(diào)整依賴頻率的定價(jià)表來(lái)鼓勵(lì)既最優(yōu)化輸電線對(duì)其所有者的價(jià)值又最小化在設(shè)計(jì)范圍之外操作的風(fēng)險(xiǎn)的流量行為。這樣的市場(chǎng)行為確實(shí)使通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞電流量且在一個(gè)地方輸入并在另一個(gè)地方輸出的電網(wǎng)得到市場(chǎng)定價(jià)的回報(bào)?？梢栽谝惶旎蚰硞€(gè)時(shí)間段上變化的價(jià)格差異將盈利機(jī)會(huì)給予最有效地傳遞電力的電網(wǎng)，并給出鼓勵(lì)在需求最大的地方發(fā)電的市場(chǎng)信號(hào)。
還存在輸電網(wǎng)的不同部分以不同頻率工作的機(jī)會(huì)，且在其中較低的頻率可能帶來(lái)改進(jìn)的輸電特性的某些長(zhǎng)距離電路上這可能是最有用的。當(dāng)然，極端情況下，這對(duì)應(yīng)于DC輸電。
與現(xiàn)有的電網(wǎng)相比，響應(yīng)電網(wǎng)遠(yuǎn)不容易停電，并且通常能溫文地降級(jí)，在停電之前給出用于糾正動(dòng)作的時(shí)間，并保持通電以繼續(xù)生存，即使在絕大多數(shù)需求和/或發(fā)電都已斷開(kāi)時(shí)也能這樣。故障的程度通常也將小得多。
然而，存在其中單個(gè)響應(yīng)電網(wǎng)，甚至多個(gè)響應(yīng)電網(wǎng)完全失敗的情況。這會(huì)讓響應(yīng)變電站連接到兩者都未通電或停電的兩個(gè)電網(wǎng)。在一個(gè)或另一個(gè)電網(wǎng)重新通電時(shí)，響應(yīng)變電站如何行動(dòng)？
顯然，第一步是使用任何電力源來(lái)操作響應(yīng)流量控制器和關(guān)聯(lián)的電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器。通常，這些將是低耗電設(shè)備且可以由其自身的供電來(lái)保護(hù)。
一旦響應(yīng)變電站控制系統(tǒng)運(yùn)行，通常順序如下1.將響應(yīng)電力變換器設(shè)置為最安全的可能配置。這通常是阻止所有的電流量。
2.當(dāng)電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器中的電網(wǎng)中心頻率和參數(shù)檢測(cè)器看到在其關(guān)聯(lián)的電網(wǎng)上的頻率時(shí)，它們將決定要使用的標(biāo)稱電網(wǎng)中心頻率并將重置任何中心頻率交叉檢測(cè)器，從而重置所有時(shí)鐘比較器。有關(guān)電網(wǎng)的信號(hào)將流入響應(yīng)流量控制器。
3.可能在一個(gè)響應(yīng)變電站中有多個(gè)響應(yīng)流量控制器，但只有一個(gè)在電網(wǎng)危機(jī)或黑啟動(dòng)期間可以是起作用的，因此禁用除主要電網(wǎng)危機(jī)響應(yīng)流量控制器之外的所有響應(yīng)流量控制器，直到電網(wǎng)危機(jī)再次得到控制。
4.響應(yīng)流量控制器在它識(shí)別出一個(gè)起作用和一個(gè)停用的電網(wǎng)時(shí)將使用其黑啟動(dòng)指定狀態(tài)來(lái)決定是否采取任何動(dòng)作。如果它被指定了黑啟動(dòng)職責(zé)，則它還決定它將對(duì)停用的電網(wǎng)通電的頻率。對(duì)小型電網(wǎng)，這通常是正常NCGF，如50Hz或60Hz。它通常將選擇使用比NCGF低一點(diǎn)的值流動(dòng)，從而向它自己和電網(wǎng)上的其它響應(yīng)變電站給出應(yīng)用其定價(jià)機(jī)制來(lái)增加流量的機(jī)會(huì)，并向耗電設(shè)備給出保持關(guān)閉直到電網(wǎng)頻率再次接近正常的機(jī)會(huì)。
5.對(duì)某些電網(wǎng)，響應(yīng)變電站可以設(shè)置為采用較低的緊急電網(wǎng)頻率，該頻率設(shè)置為(如)比正常工作所用頻率低10％。它使電網(wǎng)通電，并允許電網(wǎng)生存設(shè)備消耗電力，同時(shí)向所有響應(yīng)變電站發(fā)信號(hào)，表明要使用黑啟動(dòng)模式。這防止除電網(wǎng)危機(jī)流量決策器之外的所有來(lái)影響電流量。
6.電網(wǎng)危機(jī)流量決策器使用正常定價(jià)機(jī)制，使用為此目的保留的特殊的定價(jià)表和參數(shù)?？偟膩?lái)說(shuō)，設(shè)置這些以便增加進(jìn)入電網(wǎng)的電流量，直到頻率達(dá)到頻率上限(比電網(wǎng)危機(jī)標(biāo)稱頻率高5％)。在也是比通常使用的NCGF低5％的頻率，電網(wǎng)應(yīng)力檢測(cè)器將識(shí)別新的NCGF，從而將起用正常流量控制模式，用其定價(jià)機(jī)制增加流量直到情況回復(fù)正常。
7.在這樣的危機(jī)條件下，測(cè)量到的計(jì)量流量表示所供應(yīng)的價(jià)值的一小部分，且合理的是短時(shí)間暫停正常計(jì)量，相反根據(jù)電網(wǎng)的生存進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)。
相連接的互聯(lián)互聯(lián)，如2003年8月遭受災(zāi)難性故障的北美東部互聯(lián)，可以自身與其它互聯(lián)相連接，且可以應(yīng)用相同的響應(yīng)變電站原理。
本節(jié)中呈現(xiàn)的以分級(jí)體系組織的單個(gè)自治電網(wǎng)的集合的遠(yuǎn)景，其中每個(gè)電網(wǎng)都具有彈性且每個(gè)電網(wǎng)都潛在地能夠進(jìn)行自包含的工作，將不會(huì)突然轉(zhuǎn)向。事實(shí)上，最終的實(shí)現(xiàn)將花費(fèi)很多年對(duì)現(xiàn)有變電站的漸進(jìn)式增強(qiáng)，和對(duì)各個(gè)電網(wǎng)和響應(yīng)變電站的漸進(jìn)式實(shí)現(xiàn)。
此轉(zhuǎn)換的規(guī)劃提出了一些有趣的問(wèn)題?，F(xiàn)有的響應(yīng)變電站技術(shù)在分級(jí)結(jié)構(gòu)中的哪一個(gè)等級(jí)最節(jié)約成本？在家庭中，家用響應(yīng)變電站在何處與測(cè)量計(jì)替換程序以及到測(cè)量計(jì)的某種形式的信道組合？在鄰域等級(jí)上，響應(yīng)變電站在何處可以提供增強(qiáng)的安全性并在局部等級(jí)的可靠性？在配電等級(jí)上，配電網(wǎng)絡(luò)在何處變得難以管理，區(qū)域電網(wǎng)的自動(dòng)穩(wěn)定化可以在何處減少管理和控制問(wèn)題？或在輸電等級(jí)上，已為我們好好服務(wù)了50多年的技術(shù)在何處變得過(guò)時(shí)？總的來(lái)說(shuō)，投資最好集中于形成單個(gè)的“孤島”。最初，這些孤島可以僅為增強(qiáng)在電網(wǎng)處于應(yīng)力下時(shí)的可靠性而工作，但是隨著電網(wǎng)管理定價(jià)的知識(shí)變得更多，這些孤島可以實(shí)現(xiàn)其自身的“頻率自由”，且一旦有一些孤島存在，這些孤島就可以被納入它們自己的電網(wǎng)，并留下電網(wǎng)的余下部分進(jìn)行劃分。
同時(shí)位于分級(jí)結(jié)構(gòu)中的多個(gè)等級(jí)上的漸進(jìn)式實(shí)現(xiàn)是可能的，并在安裝了它們的任何時(shí)候提供可靠性和財(cái)務(wù)獎(jiǎng)勵(lì)。
權(quán)利要求
1.一種電網(wǎng)系統(tǒng)的變電站，所述變電站連接在不同的頻率和/或電壓等級(jí)上工作的兩個(gè)電網(wǎng)部分，所述變電站包括用于監(jiān)視指示所述兩個(gè)電網(wǎng)部分的可用電力和/或所需電力的參數(shù)的裝置，及用于控制所述兩個(gè)電網(wǎng)部分之間的電流量以響應(yīng)所述兩個(gè)電網(wǎng)部分的參數(shù)的響應(yīng)流量控制裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的變電站，其特征在于，所述電網(wǎng)部分中的一個(gè)或兩者的參數(shù)包括所述電網(wǎng)部分中的一個(gè)或兩者的頻率。
3.如權(quán)利要求2所述的變電站，其特征在于，將所述頻率等級(jí)作為絕對(duì)頻率值來(lái)監(jiān)視。
4.如權(quán)利要求2所述的變電站，其特征在于，將所述頻率作為與正常工作頻率的頻率偏移的度量來(lái)監(jiān)視，所述正常工作頻率是相應(yīng)的電網(wǎng)部分未處于應(yīng)力下時(shí)的頻率。
5.如權(quán)利要求2至4中的任何一項(xiàng)所述的變電站，其特征在于，還包括用于調(diào)整所述兩個(gè)電網(wǎng)部分之間的電流量以使所述兩個(gè)電網(wǎng)部分的AC相位更接近以便彼此匹配的裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的變電站，其特征在于，所述用于使AC相位更接近以便彼此匹配的裝置包括開(kāi)關(guān)。
7.如權(quán)利要求1所述的變電站，其特征在于，所述電網(wǎng)部分中的一個(gè)或兩者的參數(shù)包括指示所述電網(wǎng)部分中的一個(gè)或兩者的可用電力與所需電力之間的不平衡的信號(hào)。
8.如權(quán)利要求1所述的變電站，其特征在于，所述電網(wǎng)部分中的一個(gè)或兩者的參數(shù)包括指示所述電網(wǎng)部分中的一個(gè)或兩者的電力價(jià)值的價(jià)值參數(shù)。
9.如權(quán)利要求8所述的變電站，其特征在于，所述價(jià)值參數(shù)包括貨幣價(jià)格價(jià)值。
10.如權(quán)利要求9所述的變電站，其特征在于，所述貨幣價(jià)格可取決于所述電網(wǎng)部分中的一個(gè)或所述電網(wǎng)部分中的兩者的頻率或應(yīng)力等級(jí)而變化。
11.一種供電網(wǎng)系統(tǒng)，包括由任何前述權(quán)利要求所述的變電站連接的兩個(gè)電網(wǎng)部分，其中每個(gè)電網(wǎng)部分都包括一個(gè)或多個(gè)負(fù)載和一個(gè)管理單元用于提供所述參數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的供電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述管理單元用于取決于相應(yīng)電網(wǎng)部分的頻率調(diào)節(jié)所述一個(gè)或多個(gè)負(fù)載的電力消耗。
13.一種如上文中參考附圖所述的變電站。
14.一種如上文中參考附圖所述的供電網(wǎng)系統(tǒng)。
全文摘要
提供一種具有連接兩個(gè)電網(wǎng)部分的變電站的電網(wǎng)系統(tǒng)，所述兩個(gè)電網(wǎng)部分較佳地處在電網(wǎng)分級(jí)結(jié)構(gòu)中的不同等級(jí)上，其中提供用于取決于網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)電網(wǎng)部分的應(yīng)力等級(jí)控制兩個(gè)部分之間的電流量的流量控制裝置。
文檔編號(hào)H02J3/04GK1902799SQ200480039752
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2004年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月7日
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