专利名称：智能响应电气负载的制作方法
技术领域：
本发明涉及智能响应电气负载。此外，本发明还涉及通过使用这些智能响应电气负载提供供电网络负载控制的方法。并且，本发明涉及包含这些智能响应电气负载中的一个或更 多个的供电网络。另外，本发明涉及可在计算硬件上执行的、用于实现这些方法的软件产品。
背景技术：
在早先公开的国际PCT专利申请WO 06Λ8709Α2中描述用于对供电网络提供智能负载的装置和方法，在此加入该专利申请作为参考。该公开专利申请描述了制冷器，并且与将水抽吸到箱罐中类比。但是，该申请没有考虑具有其它操作限制的其它类型的装置。因此，响应供电网络干线频率的变化，电气负载脱落是已知的，并且是基于诸如热水器和制冷器的装置。并且，电气中断之后的自动启动也是已知的。当前，全世界每天消耗约8千万桶油。这些油的很大部分被用于运输，例如，用于汽车、卡车、船和飞机。石油代表方便在例如汽车的移动设备中使用的极其浓缩形式的能量。但是，期望对于将来的道路运输使用电力，其中，在理想情况下从可再生能源产生电力。实际上，电力更可能源自燃煤发电站中的燃烧的煤(产生温室气体)并且源自核反应堆(产生危险的长期的放射性废料)。这种燃煤发电站和核电站已知能够应对稳定的基线负载，但是，难以应对迅速波动的需求。并且，当社会的很大部分使用个人电动运输时，随着这种电气需求中的更大的时间波动，供电需求可望在将来更大。例如，用于电动车辆的快速电池充电器都在对这些车辆的电池充电时可望消耗来自供电网络的几千瓦(kw)的电力。这种大小的消耗减少由制冷器和类似的器具消耗的功率量。但是，当对电池充电时，例如，当对具有非常不同的要求的锂电池或超级电容器充电时，控制制冷器中的加热和冷却的方法是相当不合适的。例如，公司EEstor Inc.宣称最近开发了具有无限次数再充电/放电循环的基于提供超过300W/kg的能量存储密度的纳米粒子形式的钛酸钡材料的超电容器；如果可以以经济的形式实现这种电池技术，那么，它代表电动道路运输的重大突破，为从内燃机道路运输向电动道路运输的转变铺平了道路。一些过程，例如，电池充电过程，均是能量集中和复杂的，即，需要仔细控制充电功率变化的次序，以实现保持最佳的电池寿命。这种充电过程不落入根据国际PCT专利申请 WO 06/28709A2的适于控制制冷器的限制内。关于电池充电，在电网紧张时断开电气装置的供电线路频率响应过程是不期望的。类似地，洗衣机和洗碗机对于从它们的供电网络断开一段时间作出不利的响应；例如，洗碗机需要达到足够高的温度以确保微生物在洗碗过程中被消灭，并且，衣服如果在高温下放置不必要地延长的时段可能受到损害。因此，需要替代类型的用于稳定供电网络中的智能响应电气负载，这些智能响应电气负载能够应对复杂能量消耗过程，该复杂能量消耗过程使用与例如制冷器的简单开关装置不同的复杂步骤次序。
发明内容
本发明寻求提供用于供电网络的改进的智能响应电气负载，该智能负载可操作为对于网络提供响应负载控制，同时还满足与智能响应电气负载相关的复杂能量消耗过程的需求。根据本发明的第一方面，提供在所附的权利要求1中描述的智能响应电气负载 提供一种在操作上可与供电网络连接的智能响应电气负载，智能响应电气负载包含耗电装置和用于控制从网络向装 置供给电力的控制配置，其中，控制配置可操作为在要求向装置提供功率的请求之后在向装置供给电力之前施加可变时间延迟(tp)，可变时间延迟(tp)为网络的状态的函数。本发明的优点在于，作为用于通过用于提供网络调节的装置来延迟电力消耗的网络的状态的函数，使用可变时间延迟能够应对复杂能量消耗过程的需要。任选地，关于智能响应负载，网络的状态是网络的供电频率(f)。任选地，关于智能响应负载，网络的状态是网络的供电幅度(V)。任选地，关于智能响应电气负载，控制配置可操作为在已经过可变时间延迟(tp) 之后以不中断的方式向装置供给电力。更任选地，关于智能响应电气负载，不中断的方式不易于由于用户干扰而被超驰。任选地，关于智能响应电气负载，控制配置可操作为响应供电频率(f)超过界限频率值向装置施加电力，电力然后以不中断的方式被施加到装置。任选地，关于智能响应电气负载，控制配置可操作为响应供电幅度(V)超过界限幅度值向装置施加电力，电力然后以不中断的方式被施加到装置。任选地，关于智能响应电气负载，控制配置被配置为在操作中接收用于参照的数字时钟信号，控制配置可操作为计算供电频率(f)作为时钟信号计数的数量，并且，控制配置可操作为计算作为时钟信号计数的乘数的函数的可变时间延迟(tp)。更任选地，关于智能响应电气负载，控制配置可操作为单独地对于供电频率(f) 低于其标称优选值提供低侧响应。更任选地，关于智能响应电气负载，控制配置可操作为单独地对于供电频率(f) 大于其标称优选值提供高侧响应。更任选地，关于智能响应电气负载，控制配置可操作为单独地对于供电幅度(V) 低于其标称优选值提供低侧响应。更任选地，关于智能响应电气负载，控制配置可操作为单独地对于供电幅度(V) 大于其标称优选值提供高侧响应。更任选地，关于智能响应电气负载，控制配置可操作为提供供电频率(f)大于其标称优选值的高侧响应和供电频率⑴低于其标称优选值的低侧响应的组合。更任选地，关于智能响应电气负载，控制配置可操作为提供供电幅度(V)大于其标称优选值的高侧响应和供电幅度(V)低于其标称优选值的低侧响应的组合。更任选地，关于智能响应电气负载，界限频率值与以下的方面相对应(a)供电频率(f)的标称最大值；或(b)供电频率(f)的标称值；或(c)供电频率(f)的标称最小频率值。
更任选地，关于智能响应电气负载，可从控制配置远程调节界限频率值。例如，可通过因特网、通过无线或类似的通信媒体实现这种远程控制。更任选地，通过网络的操作员确定这种远程控制。更任选地，关于智能响应电气负载，为了使得与网络耦合的多个智能负载能够向网络提供集体平稳改变负载特性，界限频率值是可随机调节的。任选地，关于智能响应电气负载，网络的状态经受用于限定用于控制可变时间延迟(tp)的阈值的预过滤。任选地，关于智能响应电气 负载，阈值响应天的时间和/或年的季节而改变。更任选地，关于智能响应电气负载，装置包含以下方面中的至少一个(a)电池；和(b)家用器具。更任选地，装置包含以下方面中的至少一个(a)电动车辆电池；(b)洗衣机；(c)洗碗机；和(d)电热水壶。任选地，关于智能响应电气负载，可变时间延迟(tp)具有与其相关的负载的自动自发开关(willingness to switch) (WTS)，该自动自发开关(WTS)易于相对于限定的频率偏差被调节，在该频率偏差上，负载可操作为尝试保持网络的状态。这一方面参照图5和图 7。更任选地，关于智能响应电气负载，自动自发开关(WTS)的特性被配置为在多个负载在操作中与网络耦合时使网络具有线性变化负载响应。这一方面参照图7。根据本发明的第二方面，提供在所附的权利要求18中要求权利的方法提供一种在操作上可与供电网络连接的智能响应电气负载的操作方法，智能响应电气负载包含耗电装置和用于控制从网络向装置供给电力的控制配置，其中所述方法包括(a)接收要求向装置提供功率的请求；(b)通过在接收要求向装置提供功率的请求之后在向装置供给电力之前施加可变时间延迟(tp)，通过使用控制配置控制向装置的电力的传输，可变时间延迟(tp)为网络的状态的函数。根据本发明的第三方面，提供在所附的权利要求19中要求权利的智能负载系统， 提供一种用于向供电网络供给响应负载的智能负载系统，智能负载系统包含根据本发明的第一方面的多个智能负载。根据本发明的第四方面，提供在所附的权利要求21中要求权利的微型发电装置 提供一种可操作为产生用于向供电网络供给的电力的微型发电装置，其中，该装置适于用于向根据本发明的第一方面的智能响应电气负载供给能量，该微型发电装置可与其它的微型发电装置群一起操作以响应供电网络的物理参数提供稳定化的供电网络，稳定化依赖于热输出和/或微型发电装置的电力输出。可以理解，在不背离本发明的范围的情况下，本发明的特征易于在任何的组合中被组合。
现在将参照以下的附图仅作为例子描述本发明的实施例，其中，图1是与供电网络耦合的根据本发明的智能响应电气负载的示图；图2a 2d是在图1的智能响应电气负载的操作中提供的各种响应特性的示例性示
图3是由图1的网络的状态的变化触发的智能响应负载的示例性示图，其中，智能响应负载可操作为提供高侧和低侧响应两者；图4是由图1的网络的状态的变化触发的智能响应负载的示例性示图，其中，智能响应负载可操作为提供低侧响应；图5是多个图1的智能负载的自动自发开关(WTS)特性的示图；图6是由多个具有图5所示的特性的智能负载提供的响应调节特性的示图；图7是多个图1的智能负载的替代性自动自发开关(WTS)特性的示图；图8是图1的智能响应电气负载的实际表现的示图；以及图9是设有来自微型发电装置群的电力的图1的智能响应负载的示图。在附图中，使用下划线以表示定位下划线数字的项或与下划线数字相邻的项。不带下划线的数字涉及由链接不带下划线的数字与项的线所识别的项。当数字不带下划线并且伴随相关的箭头时，使用不带下划线的数字以识别箭头指向的一般项。
具体实施例方式本发明涉及可操作为根据尝试在减少可能的启动延迟和作为供电频率(f)和/或供电电压幅度(V)的函数响应负载响应提供有用的供电网络之间找到最佳平衡的算法来延迟它们的启动的自动响应负载。负载被有益地配置，使得它们的功耗性能一旦被启动就不被中断或明显修改。由此，不出现与中断的不期望的结果有关的问题。此外，通过使用根据本发明实现的大量的智能响应电气负载有益地提供供电网络负载响应，这些响应电气负载使用到目前为止会被视为不适于提供供电网络的负载控制的能量消耗过程。本发明与也称为“黑启动辅助”的“冷启动辅助”形成对照即不同。“冷启动辅助”与在供电网络被关闭之后恢复即从“中断”恢复之后允许启动负载之前的时间延迟有关。本发明涉及在正常的连续操作条件下稳定供电网络。参照图1，示出根据本发明的智能响应电气负载的示图；智能负载一般由10表示。 智能负载10包含通过控制配置40与供电网络20耦合的电气负载30。控制配置40包含与锁存接触器60串联连接在电气负载30和供电网络20之间的干线电力开关50。例如，干线电力开关50被有益地实现为用户可操作类型，例如，实现为接通(ON)/关断(OFF)开关或插头/插座连接器。任选地，例如，通过利用数字逻辑电路和半导体电力开关装置的组合通过使用电子部件实现锁存接触器60。任选地，控制配置40可实现为没有干线电力开关50，即，控制配置40是包含于锁存接触器60和电气负载30之间的仅有的元件。当以这种方式实现智能响应负载10时，控制配置40然后任选地实现为二端子装置，或者实现为包含与供电网络20的相对的另一电源线路连接的三端子装置。当对于控制配置40使用二端子操作时，配置40具有以下的益处(a)当锁存接触器60实现为真实锁存机械部件时，在致动之后不需要功率；或者，(b)从以下的情况，在锁存接触器60的接触器关闭之后，消耗功率(i)例如，在使用三端双向可控硅开关元件或其它的固态开关的情况下，在各半个干线循环上激发三端双向可控硅开关装置之前的小相位角；或者
(ii)三端双向可控硅开关装置两端的电压降。对于智能响应负载10使用的锁存致动器60需要在智能负载10的下一个操作之前进行复位。通过以下方面中的任一个实现该复位(a)通过使用例如提供致动器60的闭合力的单圈负载电流，例如，在电热水壶上， 通过由电气负载30消耗的负载电流，使锁存致动器60保持为开；或者(b)与干线电力开关或循环指示的其它机械端的机械链接。可例如任选地通过由一个或更多个感测装置产生的信号，例如，从测量温度的感测装置和/或被充电的电池内的压力变化，实现锁存致动器60的复位。锁存接触器60的控制输入100与比较器110的输出耦合。比较器110包含非反相输入120和反相输入130。比较器110可操作为比较设置在非反相输入120上的第一信号Sl与设置在反相输入130上的第二信号S2。当第一信号Sl超过第二信号S2时，比较器 110可操作为激活锁存接触器60。一旦锁存接触器60被通电，它就保持锁存以从供电网络 20向电气负载30提供功率。由频率测量功能150产生的第一信号Sl表示供电网络20的供电频率f。并且， 第二信号S2由输入X通过定时器功能170与如图所示的那样远离供电网络20的电力开关 50的电气侧Y连接的响应功能160产生。定时器功能170可操作为提供从将电力开关50 从关断状态切换到接通状态的时间瞬时t = 0的时间延迟tp。换句话说，与没有定时器功能170的配置相比，定时器功能170的操作要在向负载30供给功率之前施加时间延迟tp。有益地通过使用在用由频率稳定时钟振荡器产生的时钟信号的操作中设置的便宜的微处理器或微控制器实现干线供电的频率(f)的测量；例如，任选地使用简单的8位微控制器。有益地，时钟振荡器包含用于精确地限定振荡器的工作频率的石英晶体共振器。这种微处理器或微控制器可有益地被编程为对从干线电位中的零交叉或干线电流中的零交叉确定的干线供电中的一个或更多个周期内的时钟脉冲的数量计数。由于石英共振器相对于温度和时间是相对频率稳定的，因此，欧洲供电网络的标称50. OHz干线频率与每20mSec 干线供电循环的Nk时钟周期对应。当瞬时干线频率4偏差标称50. OHz频率时，对于每个干线供电的周期由微控制器或微处理器计数的大量的时钟周期N而改变，使得可以很容易地从等式1 (Eq. 1)计算从标称50. OHz的频率偏差Δ f Δ/ = — JVt (5。广)=k、N - Nk ) Eq. 1这里，k是由设计确定的常数。通过使用能够执行计数和乘法功能的便宜的计算硬件，这种确定干线供电的瞬时频率fm的方式在计算上易于实现。类似地，可基于对大量的时钟周期计数计算可变时间延迟tp，由此避免在实现本发明时需要实现复杂的数值计算。因此，当例如通过使用简单的4 位或8位控制器实现时，本发明可能具有最适度的成本。
在图8中示出用于控制配置40的可能的示例性实现，其中，配置40是二端子实现，其中第一端子700与电力开关50连接，并且，第二端子710与负载30连接。电子部件 720 810包含线路边缘检测器电路；部件720 800包含电阻器和电容器。如图所示，线路边缘检测电路与具有包含耦合在一起的电阻器740、750和电容器760的正反馈的比较器配置结合组合电容分压器720、730。二极管800可操作为确保用于比较器810的正确的直流偏压，该比较器的输出与上拉电阻器770耦合。比较器810的输出易于被用于产生向控制配置40提供的干线电源的线路零交叉点，由此，如果需要的话，使得信号能被用于相位控制三端双向可控硅开关元件触发目的以及线路频率测量。示例性部件的特 性包含(a)部件720、730分别为InF和33nF电容器；(b)部件740、750分别为470k Ω和390k Ω电阻器；(c)部件76O为InF电容器；(d)部件800为1N4148硅二极管；并且，(e)部件770为IOkQ电阻器。通过使用具有一般与专用LM393半导体装置类似的操作特性的比较器装置实现比较器810。在操作中，比较器810及其相关的电路易于仅消耗毫瓦级的功率。虽然(a) (e)表示实际已测试的具有令人满意的结果的部件值，但是其它的部件值是也可行的。对于各线路循环，包含于图8中的配置40中的微控制器850可操作为对如示出的那样连接的比较器810的输出的各正边缘之间的由晶体共振器860的共振频率定义的大量的时钟周期计数。最佳地，存在于比较器810的输出中的负边缘之间的时钟周期的数量也被测量，并且被平均或加到相关的正边缘之间的计数上。该时钟周期的数量然后作为值被馈送到通过在微控制器850上执行的软件实现的线路频率估计(LFEF)滤波器870中。滤波器870的典型滤波器参数会是在操作中表现为0. 25 1秒的组延迟和1 1. 5的阻尼因子的二极滤波器。由于对于每个线路循环提供输出，因此，滤波器870的标准实现是具有最小存储要求的IIR滤波器。该滤波器870由此在频率确定中提供噪声拒绝和测量延迟之间的折衷。部件700 850、860、870是将在后面更详细解释的频率测量单元150的实现。在图8中，来自滤波器870的输出在操作中被馈送到判定单元880，用于实现项 170、160、110的功能，从而导致通过晶体管910馈送到接触器的接触器线圈920的的启动输出。在操作中，当接触930闭合时，通过电气负载30的电流通过与接触器相关的小线圈 940使接触器保持闭合；然后，一旦接触器被闭合，电源950就不再需要向控制配置40提供功率。一旦通过负载30的电流被中断，通过用户或者在其任务已完成之后切断的负载，接触器将复位。图8的控制配置40具有如下优点，诸如负载30的操作期间非常低的耗散，以及简单的二端子部件与代表负载30的器具或充电器的剩余部分无关。因此，重新参照图1，在操作中，当电力开关50被用户激活时，比较器比较第一信号Sl与信号S2。当第一信号Sl超过第二信号S2时，锁存接触器60被激活并且将电气负载30连接到供电网络20。现在更详细地解释信号Si、S2的本质。定时器功能170能够实现为提供(a)图2a示出的主要高侧响应(b)图2b示出的主要低侧响应
(c)图2c示出的综合主要低侧和主要高侧响应；或者(d)图2d示出的小低侧响应和主要高侧响应的组合。“高侧”涉及智能负载10对于干线供电的响应，该干线供电的交变频率超过对于智能负载10的干线供电的标称交变频率；例如，标称干线交变频率在欧洲为50Hz、在美国为 60Hz并且在专家移动小型供电网络中为400Hz。并且，定时器功能170被两个参数，即电力开关50是否处于其接通状态以及从供电网络20提供的电力的频率f，驱动。根据在智能负载10中使用哪个控制区域，时间延迟 tp是图2a 2d所示的频率f的函数。任选地，控制时段取决于以下方面中的至少一个(a) 一天的时间，例如，与傍晚相对，夜晚时间。(b) 一年的周期，例如，一年的季节；(b)在控制其功能的智能负载20上接收的信号，例如，来自供电网络20的操作员的无线或因特网指示。
在图2a 2d中，频率f = 50. OHz是用于供电网络20的标称期望工作频率。在图2a中，当频率f大于50. 5Hz时，时间延迟tp是0秒。时间延迟tp从频率f 为50. 5Hz时的0秒逐渐增加到频率f为50. OHz时的极限tpmaxl。对于低于50. OHz的频率 f,时间延迟tp限于示出的tpmaxl。在图2b中，当频率f大于50. OHz时，时间延迟tp是0秒。对于从50. OHz减小到
49.5Hz的频率f，时间延迟tp逐渐增加到tpmax2。当频率f小于49. 5Hz时，时间延迟tp保
持在值 pmax2上。在图2c中，当频率f大于50. 5Hz时，时间延迟tp是0秒。当频率f从50. 5Hz变为49. 5Hz时，时间延迟tp从0秒逐渐增加到tpmax3。当频率f小于49. 5Hz时，时间延迟tp
保持在值 pmax3上。在图2d中，当频率f大于50. 5Hz时，时间延迟％是0秒。当频率f从50. 5Hz变为
50.OHz时，时间延迟tp从0秒逐渐增加到值tpmax4a。此外，当频率f从50. OHz变为49. 5Hz 时，时间延迟tp从tpmax4a逐渐增加到tpmax4b。当频率f小于49. 5Hz时，时间延迟tp保持在
值 tpmax4b 上。能够用要作为解释性的例子的图2a 2d所示的特性以外的其它类型的特性实现定时器功能170。例如，当通过与其共用的供电网络相互耦合时，任选地利用没有离散的拐点的平滑函数，以减少智能负载10在操作中与任何其它的这样的智能负载同步化的趋势。在操作中，当频率f由于供电网络20上的更大的负载而减小时，智能负载10趋于在接合锁存接触器60之前延迟得更长。图2a 2d示出电力开关50被接合的瞬时作为频率f的函数实现延迟tp的不同时段。任选地，当电力开关50从其关断状态变为其接通状态时，智能负载10可操作为考虑瞬时t = 0秒之前的采样周期的频率f的先前平均值；这种先前平均值的考虑是预过滤的例子。另外任选地，频率f对于接合电力开关50以将频率 f的时间变化模型化之前的周期被采样，时间延迟tp是频率f的将来期望的外推值的函数。 该期望的外推有效地提供微分反馈特性，该微分反馈特性对于通过电力用户经受时间波动发电容量和功率负载的供电网络中的减弱振荡是高度有益的。更任选地，延迟％是延迟周期tp期间的频率f的变化的函数。例如，在图3中，向电气负载30供给功率的锁存接触器60的致动也是频率f的增加速率的函数。换句话说，时间延迟％可响应当已出现时间延迟tp时的频率改变而动态改变。并且，例如，在图4中， 向电气负载30供给功率的锁存接触器60的致动是低于阈值的频率f的降低的时间速率的函数。任选地，当电力开关50分别对于高侧和低侧响应的实际启动时间(ST)被设置为其接通状态时，图2a 2d所示的开关特性与图3和/或图4所示的开关特性组合，以从请求启动(RS)提供混合控制的程度。响应功能160有益地操作为在由定时器功能170提供的基本定时延迟功能上提供该附加的控制。现在将描述第一情况，其中，智能负载10提供用于有助于稳定供电网络20的高侧响应；“高侧响应”与对于大于网络20的标称工作频率、例如高于欧洲供电网络的50. OHz 的标称交变频率的来自供电网络20的供电频率f提供来自智能负载10的功率稳定化响应相对应。许多智能负载10有益地与供电网络20耦合，以向网络20提供平稳变化的共同负载，其响应向基本上以例如欧洲供电网络的f = 50. OHz的标称交变频率的操作来稳定网络 20。在不导致用户不方便的情况下有益地提供网络20的最佳稳定化响应，例如，这种不方便为用户等待他们的充电式混合车辆在与供电网络已耦合之后开始充电。当初始通电时缓慢增加的电气负载30通常在10秒内保持全功率操作；约10秒的启动延迟对于用户来说一般是觉察不到的。例如小于30分钟的更长的延迟使得能够实现更大程度地稳定网络20。 当网络20非常严重地过载时，例如，当主要发电机群由于维护或事故而处于非操作中时， 必需例如几小时或者甚至几天的更长的延迟。例如，电气负载30是用于以3kW的速率对电池充电的电池充电器，其中，电池是 IOkffh的满能量容量。由于电池一般在再充电之前仅在使用中被部分放电，因此，电池的充电循环包含存储约7kWh能量。假定当频率f为50. 5Hz时在前30分钟的电池充电中出现 3kff的消耗并且当频率f为50Hz时在2小时延迟之后进行充电，那么为了有助于稳定供电网络20，能够实现约86W的高侧响应。现在将描述第二种情况，其中，智能负载10提供用于有助于稳定供电网络20的低侧响应；“低侧响应”与来自供电网络20的供电频率f提供来自智能负载10的功率稳定化响应相对应，该频率小于供电网络20的标称交变频率、例如低于欧洲供电网络的50. OHz0 换句话说，低侧响应实现延迟启动电气负载30，当频率f小于50. OHz时，该电气负载30如果与供电网络20直接连接那么已另外开始。为了获得在10秒或更短的时间内反应的低侧响应，只有会在小于10秒内反应的那些智能负载10是相关的。类似地，为了获取在30秒或更长的时间内反应的低侧响应，只有在30秒或更长的时间内反应的那些智能负载10是相关的。实际上，出于有助于稳定网络20的目的，通过易于受用户期望短标称延迟的许多启动影响的高功率负载30最佳地提供快速反应低侧。例如，负载30是家用热水壶，该家用热水壶当操作时消耗2. 7kff并且需要2分钟来为用户加热壶中的水。在壶每天被使用10次的情况下，与壶相关的每日总功耗为 0.9kWh，或者，在24小时周期上的平均值为37. 5W。当启动延迟tp在对于f = 50. OHz的 0秒到对于f = 49. 5Hz的30秒的范围内改变时，能够实现24小时周期的从(2. 7kffX30 秒)/2. 4小时=9. 5W的壶的低侧调节响应。实际上，当壶被最常使用时，由作为智能负载 10操作的壶提供的这种调节每天被加偏压多次。对于这种壶，高侧响应也易于如图2c所示的那样被添加，其中，随着频率f从50. 5Hz减小到49. 5Hz，时间延迟tp逐渐增加。如果用于30秒的标称延迟使得包含壶的智能负载10能够提供更多的对于网络20的负载调节，那么可以提供高侧和低侧响应，其中， 当频率f为50. OHz时，包含壶的智能负载10提供时间延迟tp的中间量，时间延迟tp随着频率f增加到与网络20的小负载相对应的约50. 5Hz而减小，并且时间延迟tp随着频率f 减小到与网络20的大负载对应的约49. 5Hz而增加。对于混合充电式车辆的整夜充电，当用户正在睡觉时，几分钟或者甚至几小时的延迟一般对于用户来说是可接受的。在用于智能负载10的电气负载30的电池充电器的情况下，特别期望图2d所示的响应特性，即，提供强的高端响应和相对较弱的低端响应，使得在tpmax4b > tpmax4a的条件下， tpmax4b << (2Xtpmax4a)。当频率f = 50. OHz时，时间延迟tpmax4a有益地为2小时。但是，由于与用于加热水的壶的重复使用相比对电池充电相对很少发生，因此，由实现为电池充电器的智能负载10提供的网络20的低侧调节响应的量相对较小，估计是对于30秒时间延迟的0. 7W或对于10秒反应延迟的0. 24W。很显然，为了提供用于网络20的更重要的响应负载控制，高度期望至少几 分钟或甚至几小时的更长的时间延迟。以上，智能负载10从用户的观点看表现作为由供电网络20提供的电力的频率f 的函数的“自动自发开关”(WTS)的特性。“自动自发开关”(WTS)有益地以与为网络20的 50. OHz的标称工作频率的两侧提供调节的图2d类似的方式实现为二部分功能。当许多智能负载10被设置为与网络20耦合并且还为网络20提供调节时，智能负载10有益地具有相互不同的“自动自发开关”(WTS)特性，即，实现它们的低侧和高侧响应的有效标称不同优选的目标频率。这种相互不同的WTS为网络20提供更平稳的调节响应，这有助于关于网络20减少调节控制振荡和可能的操作不稳定性。耗电装置群将趋于相互同步化，除非随机性的表现被拒绝以减少出现这种同步化的趋势，该耗电装置群通过共用供电网络至少部分地相互耦合在一起并且根据与某一阈值相关的突然过渡而遭受开关事件。在本发明的情况下，使用从一个智能负载10到另一个改变的延迟tp以提供这种随机化；从智能负载10的 “自动自发开关”(WTS)得到这种变化。参照图5，示出由SLl SLlO表示的十个智能负载10的响应的集合。横轴表示 “自动自发开关”(WTS)，纵轴表示从例如为欧洲供电网络的标称频率f = 50. OHz的标称开关频率的偏差。在图5中，各智能负载IO(SL)的目标频率由圆200表示。因此，提供具有相互不同的目标频率的多个智能负载10，关于这些目标频率，配置它们的高侧和低侧响应。 任选地，智能负载10分别可操作为随机采用关于使用“自动自发开关”的图5所示的特性。 这种采用有益地为网络20的性能的函数；例如，网络20在低于50. OHz的频率f上操作的趋势导致智能负载10自动采用它们提供更大的低端响应的时段。当使用智能负载10的这种操作时，获得图6所示的用于加载网络20的操作特性，其中，横轴NFD与归一化频率偏差对应，纵轴PD与变为接通状态的智能负载10的部分对应。曲线300与例如图2b所示的在智能负载10中使用线性调节响应时的智能负载10的响应特性相对应，并且曲线310与如图5所示的智能负载10的相互不同的响应的集合相对应。从图6可以理解，所有与适于曲线300类似的智能负载10相比，对于曲线310智能负载10初始更迅速地接通。当智能负载IO(SL)被配置为提供图7所示的特性时，S卩，各智能负载10被分配 “目标WTS”而不是目标频率时，可从实现为提供用于使网络20稳定的相互不同的负载调节特性的多个智能负载IO(SL)获得改进的特性。智能负载IO(L)组内的“目标WTS”的分布如图7所示的那样有益地均勻地分布。此外，智能负载10易于使它们的“目标WTS”随机地和/或响应例如通过因特网和/或来自供电网络20的操作员的无线通信传送到智能负载 10的指令被修改。在图7中，各线表示具有由各线的圆350表示的特定的目标WTS的智能负载10。 当网络20的频率f偏向与和其自身的WTS状态相关的开关频率相当的大小时，智能负载10 将分别开关。 各智能负载(SL)的目标WTS是中间频率偏差上即智能负载10的转向点上的 WTS 值。发明人通过模拟和计算已理解，如果智能负载10群的目标WTS在可能的WTS的范围上均勻分布并且智能负载10的实际WTS随着时间而线性变化并且是独立的，那么该群将线性地响应频率f从其例如为50. OHz的标称期望值的频率偏差；该线性响应将被理解为表示智能负载10作为频率的函数接通和关断的次数。对于智能负载10中的一小部分，该开关将经受量化粗度，但是对于智能负载10中的很大一部分该粗度遵守为平均化为平稳响应。 该对于大部分的平稳响应对于避免在群中出现同步化效果是高度有利的，并因此能够在操作中提供更加稳定的网络20。为了从根据图7实现的智能负载10群获得有用的线性响应，目标WTS不需要被均勻地分布。WTS目标值的数值平均基本上均等于例如0 1的范围中的0. 5的中间WTS值就够了。任选地，可以有益地使用WTS目标值的半正弦分布、三角形分布或者甚至非对称分布，以为智能负载提供稳定的网络20。图7没有表示用于基于在使负载与网络20耦合之前使用时间延迟％提供对于在网络20内出现的频率偏差的线性响应的唯一方案。但是，基本期望的要求是，作为频率f的函数，在集合中考虑的所有装置的所有WTS频率曲线的平均梯度必须是基本上恒定的。图1所示的控制配置40任选地被实现为现有电气负载30的改进。作为替代方案，控制配置40易于整体加入用于与网络20耦合的新的装置中。任选地，至少部分地通过使用可操作为执行用于实现本发明的一个或更多个软件产品的计算硬件实现控制配置40 ； 在机器可读数据存储介质上记录一个或更多个软件产品。作为又一替代方案，控制配置40 易于在硬接线电子电路中、例如在专用集成电路(ASIC)、定制集成电路等中被实现。本发明高度期望用于通过供电网络再充电的未来的充电式电动车中，这里，期望避免这种供电网络的周期性过载。任选地，这种充电式电动车辆使它们的电池分成电池的多个子组，其中，这些组在时间上以组的次序被充电，并且，各组电池可在根据本发明的用于提供更多柔性和更少粒度稳定的网络20的充电中经受延迟tp。作为循序的放电/再充电循环的函数与执行用于尝试避免电池充电特性的相互偏差的电池平衡组合，有益地实现该电池的子组的充电。在不背离由所附的权利要求限定的本发明的范围的条件下，以上描述的本发明的实施例的修改是可能的。虽然以上已经关于供电网络20的频率f描述了本发明的实施例，但应理解，在供给电压幅度V是用于通过控制配置40改变和控制时间延迟tp的参数的情况下，本发明是类似地适用的。作为又一替代方案，控制配置40可操作为通过作为频率f和供给电压幅度V 的函数的复合参数改变和控制时间延迟tp。例如，低频率f和低供给电压幅度V的同时出现可导致智能负载10在对于例如电池充电或其它不可中断过程的给定过程开始消耗功率之前延迟特别长的时间。当存在明显的可能出现“中断”的风险时，这种特性使得智能负载 10能够应对极端负载条件。本发明涉及可用于稳定供电网络的智能响应电气负载。有益地，本发明易于与可操作为向图9所示的供电网络20供给电能的微型发电装置500群结合使用。有益地，由装置500群提供的净电力涉及例如为以下的参数中的至少一个的供电网络20的物理参数(a)供电网络20的频率；(b)供电网络20的电压幅度；
(c)供电网络20的(a)和/或(b)中的参数的早期(历史)值；以及(d)基于(a)和/或(b)中的参数的早期(历史)值的(a)和/或(b)中的参数的将来预测(期望)值。有益地在微型发电装置500上局部感测和记录早期(历史)值。另外，或者，作为替代方案，早期值在微型发电装置500上被局部感测并被传送到中心设施510，其中，中心设施510可操作为协调稳定供电网络20。另外，或者，作为替代方案，从中心设施510，例如， 通过自身可操作为监视供电网络20的值的无线网络或因特网控制微型发电装置500。虽然可以使用其它类型的大型和微型发电装置，但是，微型发电装置500有益地包含以下方面中的至少一个(i)大型和微型水力发电配置，例如，安装到山区河流上的水力涡轮机；(ii)小型风力涡轮机配置，例如，垂直安装的Darrieus型风力涡轮机配置或安装在私人住所和/或商业建筑物中、例如安装在居民房屋屋顶上的常规取向的水平轴叶轮型风力涡轮机配置；(iii)例如安装到居民房屋屋顶上的硅和/或薄膜太阳能电池；(iv)例如安装到居民房屋屋顶上的太阳镜发电配置；(ν)海洋波能量发电方案，例如，沿海岸并在水的主要岛屿区域中实现的发电配置，例如振荡水柱和水下潮汐涡轮机，例如相关的海边假日住所；(vi)基于燃烧，例如基于例如农田上、锯木厂中、垃圾处理场等中的气体、生物燃料和/或可燃废物产品的燃烧的发电方案。例如，微型发电用于通过消耗诸如气体(甲烷、 丙烷)的主要化石燃料产生热水；该微型发电有益地产生一些电力作为副产品，这些电力可选择性被供给到供电网络20。有益地，与本发明相关地提供微型发电装置500群，其中，该群的净发电与供电网络20的物理参数有关，使得装置500可操作为提供有助于稳定供电网络20的操作的响应服务，该装置500可操作为独立地计算它们的用于向供电网络20提供稳定响应的热输出和 /或电力输出。使用这种微型发电装置500的益处在于，可从各种来源提供向供电网络20的电力供给，由此提高对于供电网络20的供电的可靠性，同时还协同地对于供电网络20提供稳定响应服务。此外，由于例如作为某些特定的天的强风条件和/或一年中的某些其它时间的可燃生物燃料的突然的可用性和/或主要降雨事件、例如来自收获操作的秸秆的结果，来自单个给定的微型发电装置500的电气输出是非常可变的，因此，高度期望稳定供电网络 20的响应控制。因此，本发明不仅易于通过使用智能耗电装置10提供需求响应、例如具有时间延迟响应的智能电池充电器以提供相应的网络稳定响应，而且还易于提供用于向与该智能耗电装置10耦合的供电网络20供电的微型发电装置500。本发明例如与在Scandinavia中提供来自微型发电装置500的功率的电动可充电车辆有关。使用诸如“包括”、“包含”、“加入” “由…构成”、“具有”、“为”的表达方式以描
述以非排它性方式解释本发明并要求其权利，即，也允许给出没有明确描述的项、部件或 元件。提到的单个也应被解释为涉及多个。包含于所附的权利要求中的括号中的数字目的是有助于理解权利要求，并且决不应被解释为限制由这些权利要求要求权利的主题。
权利要求
1.一种在操作上可与供电网络(20)连接的智能响应电气负载(10)，所述智能响应电气负载(10)包含耗电装置(30)和用于控制从网络(20)向装置(30)供给电力的控制配置 (40)，其特征在于，所述控制配置(60、110、150、160、170)可操作为在要求向装置(30)提供功率的请求之后在向装置(30)供给电力之前施加可变时间延迟(tp)，所述可变时间延迟(tp)是所述网络(20)的状态的函数。
2 如权利要求1所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述网络(20)的所述状态是所述网络(20)的供电频率(f)。
3.如权利要求1所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述网络(20)的所述状态是所述网络(20)的供电幅度(V)0
4.如权利要求2所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述控制配置(60、110、150、 160,170)被配置为在操作中接收用于参照的数字时钟信号，所述控制配置(60、110、150、 160,170)可操作为计算所述供电频率(f)作为时钟信号计数的数量，并且，所述控制配置 (60、110、150、160、170)可操作为作为所述时钟信号计数的倍数的函数计算所述可变时间延迟(tp)。
5.如权利要求1所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述控制配置(60、110、150、 160)可操作为在已经过所述可变时间延迟(tp)之后以不中断的方式向所述装置(30)供给电力。
6.如权利要求4所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述延迟不易于由于用户干扰而被超驰。
7.如权利要求2所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述控制配置(60、110、150、 160,170)可操作为响应所述供电频率(f)超过界限频率值向所述装置(30)施加电力，所述电力然后以不中断的方式被施加到装置(30)。
8.如权利要求3所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述控制配置(60、110、150、 160,170)可操作为响应所述供电幅度(V)超过界限幅度值向所述装置(30)施加电力，所述电力然后以不中断的方式被施加给装置(30)。
9.如权利要求7所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述控制配置(60、110、150、 160,170)可操作为单独地对于供电频率(f)低于其标称优选值提供低侧响应。
10.如权利要求8所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述控制配置(60、110、150、 160,170)可操作为单独地对于供电幅度(V)低于其标称优选值提供低侧响应。
11.如权利要求7所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述控制配置(60、110、150、 160,170)可操作为单独地对于供电频率(f)大于其标称优选值提供高侧响应。
12.如权利要求8所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述控制配置(60、110、150、 160,170)可操作为单独地对于供电幅度(V)大于其标称优选值提供高侧响应。
13.如权利要求1所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述控制配置(60、11、150、 160,170)可操作为提供供电频率(f)大于其标称优选值的高侧响应和供电频率(f)低于标称优选值的低侧响应的组合。
14.如权利要求1所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述控制配置(60、11、150、.160,170)可操作为提供供电幅度(V)大于其标称优选值的高侧响应和供电幅度(V)低于其标称优选值的低侧响应的组合。
15.如权利要求7所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述界限频率值与以下的方面对应(a)供电频率(f)的标称最大值；或(b)供电频率(f)的标称值；或(c)供电频率(f)的标称最小频率值。
16.如权利要求7所述的智能响应电气负载(10)，其中，可从所述控制配置(40)远程调节所述界限频率值。
17.如权利要求7所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述界限频率值是可随机调节的，用于使得与网络(20)耦合的多个所述智能负载(10)能够向所述网络(20)提供共同平稳变化的负载特性。
18.如权利要求1所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述网络(20)的所述状态经受用于限定控制所述可变时间延迟(tp)的阈值的预过滤。
19.如权利要求7所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述阈值响应天的时间和/或年的季节而改变。
20.如权利要求1所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述装置(30)包含以下方面中的至少一个(a)电池；和(b)家用器具。
21.如权利要求20所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述装置(30)包含以下方面中的至少一个(a)电动车辆电池；(b)洗衣机；和(c)洗碗机。
22.如权利要求1所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述可变时间延迟(tp)具有与其相关的所述负载(10)的自动自发开关(WTS)，该自动自发开关(WTS)易于相对于限定的频率偏差被调节，在该频率偏差上，所述负载(10)可操作为尝试保持所述网络(20)的所述状态。
23.如权利要求22所述的智能响应电气负载(10)，其中，所述自动自发开关(WTS)的特性被配置为在多个所述负载(10)在操作中与网络(20)耦合时为网络(10)提供线性变化负载响应。
24.一种在操作上可与供电网络(20)连接的智能响应电气负载(10)的操作方法，所述智能响应电气负载(10)包含耗电装置(30)和用于控制从网络(20)向装置(30)供给电力的控制配置(40)，其特征在于，所述方法包括(a)接收要求向所述装置(30)提供功率的请求；(b)通过在接收要求向装置(30)提供功率的请求之后在向装置(30)供给电力之前施加可变时间延迟(tp)，通过使用所述控制配置(60、110、150、160、170)控制向装置(30)的电力传输，所述可变时间延迟(tp)为所述网络(20)的状态的函数。
25.一种用于向供电网络(20)提供响应负载的智能负载系统，所述智能负载系统包含根据权利要求1到23中的任一项的多个智能负载(10)。
26.一种操作为产生用于向供电网络(20)供给电力的微型发电装置(500)，其中，所述装置(500)适于用于向如权利要求1到23中的任一项所述的智能响应电气负载(10)提供能量，所述微型发电装置(500)通过其它微型发电装置群可操作，以响应供电网络(200)的物理参数提供稳定化的供电网络(20)，所述稳定化取决于微型发电装置(500)的热输出和 /或电力输出。
全文摘要
智能响应电气负载(10)在操作上可与供电网络(20)连接。智能响应电气负载(10)包含耗电装置(30)和用于控制从网络(20)向装置(30)供给电力的控制配置(40)。控制配置(60、110、150、160、170)可操作为在要求向装置(30)提供功率的请求之后在向装置(30)供给电力之前施加可变时间延迟(tp)。可变时间延迟(tp)是网络(20)的状态、例如其频率(f)和/或其电压幅度(V)的函数。任选地，装置(30)是例如供可充电电动车辆使用的电池充电器。有益地，从可操作为提供供电网络响应的微型发电装置(500)群向智能响应负载(10)提供电力。
文档编号H02J3/00GK102210079SQ200980144203
公开日2011年10月5日 申请日期2009年9月18日 优先权日2008年9月22日
发明者A·戴梅斯, A·霍维, K·罗斯索普罗斯 申请人:Rl技术有限公司