响应负载控制方法
响应负载控制方法
【专利摘要】响应负载控制方法管理触发在响应负载群中的电网频率的服务的分配和调节。该响应负载控制方法尤其适合于基本不具有工作周期或具有长持续时间（＞1小时）的工作周期的响应负载。根据该响应负载控制方法，响应负载服务的规则在其作用的响应负载群中被平等分配。
【专利说明】响应负载控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在电力分配网络中发电和用电的平衡的响应负载控制方法。该响应负载控制方法可以是但不限于向给电力分配公司提供的响应负载服务的一部分。本发明进一步涉及适合于实施该响应负载控制方法的设备，以及一种由处理器执行时实施该响应负载控制方法的软件产品。
【背景技术】
[0002]在响应负载服务中，与电力网络连接的设备的电力消耗被控制为响应于该电力网络中的发电和用电之间的不平衡。实施响应负载服务的电力网络有时指“智能的”电力网络。该响应负载服务可以通过集中控制器传递，该集中控制器通过与多组负载和/或单一负载通信来监控电力网络并对检测到的电网不平衡作出响应，以调节它们的电力消耗。自发响应负载可以附加地或替代地用于传递响应负载服务。自发响应负载独立地监控电力网络的可测量参数，例如表示电网不平衡的频率、波动。自发响应负载通过调节它们的电力消耗自动地对检测到的波动作出响应。
[0003]为了使响应负载服务的电力消耗调节响应顺利，以及为了避免负载同步，一系列的可测量的电网不平衡(例如电网频率)可以作为用于单一负载和/或一组负载的触发因子以调节它们的电力消耗。在自发响应负载的情况下，单一负载和/或一组负载将被触发时的电网不平衡程度在本文中是指负载“切换意愿”。触发一个或一组负载以调节它们的电力消耗时的电网不平衡程度可以随机分配。然而，随机分配可能会导致一些响应负载倾向于比响应负载群体中的其它响应负载更频繁地调节它们的电力消耗，这可能是不合需要的。
[0004]某些类型的用电设备，例如但不限于冰箱，由于它们的工作周期，其传递按需电力消耗变化的能力可能受到限制。对于这样的用电设备，可以使用被测变量(例如冰箱内温)作为在其工作周期中的设备状态的标记。该被测变量代表设备的传递响应负载服务的可用性，在GB 2426878中该被测变量用于确定在用电设备群中的触发电网频率，即它们的“切换意愿”。因而，可以将一系列的触发频率分配至“不太可用”的设备以确保这些设备在极端电网频移期间仅调节它们的电力消耗。由于对设备群中的每个设备来说其工作周期位置应该是随机的，因此响应负载群整体所产生的响应大致与频率线性相关(如果在设备群中的用电设备的工作周期变为同步化，则响应变为显著非线性)。
[0005]一些用电设备以非常缓慢(一天的时程)的工作周期运行，或者没有明确界定的工作周期。这样的设备的例子包括加热器和通风机。这样的设备可以持续运行以维持空气清新度，但是作为响应负载服务的一部分可以在短期内被关闭或上调至更高的设置而不产生不利后果。对于这些设备，没有可用于推导出“切换意愿”触发的明显的电网被测变量、或者将被随机分布在这样的设备群中的被测变量。人们推测在满足响应负载服务的要求时对设备的正常用电行为的改变应尽可能少并尽可能少时间地发生。
[0006]对于没有明确界定的工作周期或具有长时间工作周期的响应负载服务使用设备，至今手段已经基本涉及在可适用的频率范围内为设备随机分配触发频率。该随机分配已与多个行为规则联合使用，例如下列中的一个或多个:行为最短时间、行为最长时间等。
[0007]模拟显示，上述手段的问题是“负载变化”(增加或减少)在所有的设备中未被“平等”分配。具有远离电网的额定频率的触发频率的设备不太可能被触发。而具有接近电网的额定频率的触发频率的设备可能被频繁触发(有时可能是每隔几分钟)。可以通过使用行为规则(例如在30分钟内不重新触发)阻止设备的频繁触发，但是响应负载服务的结果表现通常由于频移的跟踪不佳而令人不满意。
[0008]此外，人们发现重设随机分配的频率无法完全解决该问题，除非触发重设发生在一小时以下的时程。然而频繁的(例如< 60分钟)触发重设具有其它相伴随的问题，并且不保证分配至设备的新的触发频率与前一个显著不同，除非使用确保该情况的系统规则。
[0009]在US 4064485中记载了一种中央控制响应负载服务，其中多个不同组的响应负载被用于传递响应负载服务。在US 4064485中,第一组响应负载被用于按预定顺序的响应负载服务的传递。在第二组响应负载中，该负载用于交替传递响应负载服务。在第一组负载中，相同的响应负载总是最先被使用，并且不可避免地比组内的之后的其它响应负载更频繁地被使用。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种改进的响应负载控制方法。
[0011]本发明还设法提供一种响应负载控制方法，其中响应负载服务的传递在用电设备群中更均匀分布。
[0012]本发明的进一步目的在于提供一种适用于通常可以用来调节其电力消耗的负载，例如那些不具有严格的工作周期的负载的改进的响应负载控制方法。
[0013]因此，本发明提供一种控制在运行时与具有额定运行频率的供电网络连接的响应负载群的方法，该响应负载群适合于通过根据所述供电网络的频率的函数改变其电力消耗来传递响应负载服务，所述方法包括:
a)为所述响应负载群中的每个响应负载分配触发因子，所述触发因子对应于所述供电网络的频率，在该频率下所述响应负载的电力消耗将被调节；以及
b)对于每个可用于传递响应负载服务的响应负载，由于供电网络的频率偏离其额定运行频率，调节所述响应负载的触发因子以重构之前缺乏可用于服务的响应负载的频段。
[0014]根据本发明，响应负载负担在响应负载群中的多个负载中更平均地分配。应理解，在本文中提及响应负载群或用电设备群是指多个响应负载/用电设备，优选地包括几千、几万、几十万、或更多的响应负载或用电设备的群。而且，当存在供电网络的频移时，根据本发明，已经被激活为传递响应负载服务的响应负载可以被来自相邻的频段的可用的响应负载所取代，以能够限制供电网络向相同的频率范围的进一步偏移。
[0015]优选地，在步骤b)中，分别以相同的量调节所述可用于传递响应负载服务的响应负载的触发因子。从触发因子最后分配至响应负载群开始，可以分别以如下的量调节所述触发因子:i)预定的量；或者ii)根据在两个分离的场合的供电网络的频率之间的差异所确定的量。在一个特别优选的实施方式中，分别以基本等于代表供电网络的频率的最新测量值和之前紧邻测量值之间的差异的量调节所述可用于传递响应负载服务的响应负载的触发因子。[0016]此外，在步骤b)中，可以是仅在供电网络的最新测量值代表了比之前紧邻测量值更接近额定运行频率的频率时调节所述可用于传递响应负载服务的响应负载的触发因子。
[0017]优选地，所述方法进一步包括以下步骤:一旦已经触发响应负载以传递响应负载服务，且供电网络的最新测量值代表了比之前紧邻测量值更接近额定运行频率的频率，则以如下的量中的任意一种调节所述触发因子:i)预定的量；或者ii)根据供电网络的最新测量值和之前紧邻测量值之间的差异所确定的量。
[0018]另一方面，本发明还提供一种控制在运行时与具有额定运行频率的供电网络连接的响应负载的方法，所述响应负载适合于通过根据所述供电网络的频率的函数改变其电力消耗来传递响应负载服务，所述方法包括:
a)为所述响应负载分配触发因子，所述触发因子对应于所述供电网络的频率，在该频率下所述响应负载的电力消耗将被改变；以及
b)在所述响应负载保持可用于传递响应负载服务，且供电网络的频率在其额定运行频率和对应于所述响应负载的触发因子的频率之间的情况下，调节所述响应负载的触发因子以使调节后的触发因子对应于更接近所述额定运行频率的频率。
[0019]优选地，在步骤b)中，从触发因子最后被分配开始，以如下的量调节所述响应负载的触发因子:i)预定的量；或者ii)根据在两个分离的场合的供电网络的频率之间的差异所确定的量。在一个特别优选的实施方式中，以基本等于代表供电网络的频率的最新测量值和之前紧邻测量值之间的差异的量调节所述响应负载的触发因子。
[0020] 而且，在步骤b)中，可以是仅在供电网络的最新测量值代表了比之前紧邻测量值更接近额定运行频率的频率时调节响应负载的触发因子。
[0021]在一个特别优选的实施方式中，本发明提供一种控制在运行时与具有额定电网频率(fo)的供电网络连接的响应负载的方法，所述响应负载适合于通过根据所述供电网络的频率(fn)的函数改变其电力消耗来传递响应负载服务，所述方法包括:
(a)在电网频率(fn)关联于负载的触发频率(g)改变时，安排响应负载被触发以提供响应负载服务；
(b)在所述响应负载不被触发而不提供响应负载服务时，且电网频率(fn)在负载的触发频率(g)和额定电网频率(fo)之间时:
(i)在电网频率(fn)相对触发频率(g)—侧远离额定电网频率一侧时，不提供响应负载服务；
(ii)在最新电网频率(fn)比在上一时间步的电网频率更接近触发频率(g)时，
即
g < fQ，Df〈 0，且 Df = (fn) - (U ;或者 g > fQ，Df > 0，且Df = (fn) - (U时，不提供响应负载服务；
(iii)在电网频率(fn)比在上一时间步的电网频率(4-P更接近额定频率(fo)时，即 g < fQ，Df > 0，且 Df = (fn) - (U ;或者
g > fQ，Df < 0，且Df = (fn) - (U时，以Df的量调节触发频率(g);
(c)在因触发频率(g)比电网频率(fn)更接近额定频率(&)而响应负载被触发，且上一时间步的电网频率(fn-!)比电网频率(fn)更接近额定电网频率(fC1)时，维持触发频率(g)基本恒定；以及(d)在因触发频率(g)比电网频率(fn)更接近额定频率(&)而响应负载被触发，且电网频率(fn)比上一时间步的电网频率更接近额定电网频率(fo)时，以Df的量调节触发频率(g);
(e)在响应负载的触发结束时，即电网频率(fn)比触发频率(g)更接近额定电网频率Cf0)的第一时间步之后，分配新的触发频率(g)。
[0022]在步骤(e)中，可以在一个频率范围内随机或准随机地分配新的触发。或者也可以是，可以根据下述函数分配新的触发:
Sm = (f0 ~ kf) +fn - gw
其中kf是频率偏移。
[0023]再一方面，本发明还提供一种适合于通过根据供电网络的频率的函数改变其电力消耗来传递响应负载服务的响应负载，所述响应负载具有用于将所述响应负载与所述供电网络连接的电力连接器，且所述述响应负载具有可操作用于执行上述方法的负载管理。
[0024]又一方面，本发明还提供一种存储于机器可读的存储介质上的软件产品，所述软件产品能够由处理器执行以用于执行上述方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]以下参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式，这些实施方式仅是示例性的，在附图中:
图1示出根据本发明 的用于传递响应负载服务的系统；
图2示出实施根据本发明的响应负载控制方法的响应负载；
图3是三个设备对电网频率的变化的模型化响应的图，该设备中的每一个具有不同的触发频率并且每一个设备实施根据本发明的第一响应负载控制方法；
图4是图2中的三个设备分别被触发的正时图；
图5是实施上述根据本发明的第一响应负载控制方法的1500个设备形成的设备群的电网频率跟踪的图；
图6是三个设备对电网频率的变化的模型化响应的图，该设备中的每一个具有不同的触发频率并且每一个设备实施根据本发明的第二响应负载控制方法；
图7是图1中的三个设备分别被触发的正时图；
图8是实施上述根据本发明的第一响应负载控制方法的1500个设备形成的设备群的电网频率跟踪的图；
图9是将已知的响应负载服务的频率跟踪与根据本发明的响应负载服务的频率跟踪进行比较的第一模拟；
图10是将已知的响应负载服务的频率跟踪与根据本发明的响应负载服务的频率跟踪进行比较的第二模拟。
【具体实施方式】
[0026]在具体说明本发明的实施方式之前，应注意这些实施方式主要在于用于提供响应负载服务的方法步骤和装置部件的结合。因此，方法步骤和装置部件在适当情况下在附图中用惯用符号表示，附图中仅示出那些与理解实施方式有关的具体细节，并且为了清楚而省略本发明的本领域技术人员在了解本文说明后对其而言是显而易见的特征。就这一点而言，可以想到在一个实施方式中所描述的部件和方法步骤可以在某些情况下在其它实施方式中使用或实施。
[0027]应理解，在此描述的实施方式可以包含一个或多个常规的处理器以及控制该一个或多个处理器以与某些非处理器电路协同实施一些、大部分、或所有的用于提供响应负载服务的功能的独特的存储的程序指令。该非处理器电路可包括但不限于:通信收发器，例如无线电接收器和无线电发射器；信号驱动器；时钟电路；电源电路；以及用户输入设备。或者，可以通过没有存储的程序指令的状态机实施一些或所有的响应负载服务功能，或在一个或多个专用集成电路(ASICs)中实施一些或所有的响应负载服务功能，其中依照自定义逻辑实施每个功能或某些功能的一些组合。当然，也可以使用这些手段的组合。因此，在此说明了用于这些功能的方法和手段。此外，可以预期本领域技术人员在此处说明的概念和原理的教导下容易能够以有限次的实验产生这样的软件指令和程序以及集成电路(ICs)。
[0028]在图1中，供电网络10包括一个或多个经由第一配电网络40与一个或多个适合在响应负载服务中作为响应负载30运行的用电设备连接的发电机20。电网10也可以经由相同的第一配电网络40，或经由不同的第二配电网络50与一个或多个空间分布的用电设备60连接。
[0029]一个或多个响应负载30可以是自发响应负载，例如但不限于WO 2006/128709中记载的那些。如上所述，自发响应负载30适合于响应检测到的由响应负载局部监控的电网物理参数(例如运行频率)的变化而改变其电力消耗。自发响应负载30通过监控配电网络40的物理参数来确定是否需要负载平衡。
[0030]或者，一个或多个响应负载30可以被远程控制。对于远程控制的响应负载30，它们的电力消耗响应接收到的从空间远程位置传送的以电力控制信号的形式的指令而改变，该空间远程位置例如是控制中心或协调中心(未图示)。该协调中心可以由配电网络运营者控制和操作，或者可以由传递响应负载服务至配电运营者的第三方控制和操作。还可以是，响应负载30可以适合于结合自发操作和远程控制操作两者。
[0031]图2示出响应负载30。每个响应负载包括与电力连接网络40连接并与至少一个用电元件100通信的负载控制器120。负载控制器120可操作以使与其相连的一个或多个用电元件100消耗电力达到由监测到的电力连接网络40的物理参数确定的数量级，和/或响应于由负载控制器120接收到的远程传送的指令。在图2中，负载控制器120进一步包括用于接收来自响应负载服务的远程控制中心或控制器170的信号180的通信接口 130。可以通过控制器或协调中心170使用一个或多个不同的通信媒介、网络、和协议，例如无线传输、有线传输、光纤传输、电话、卫星、网络等传送信号180。在图2中示出负载控制器120和远程控制器170之间的双向通信，但是也可以想到从控制器170至响应负载30的单向通信。
[0032]如图2所示，负载控制器120包括用于执行实施响应负载服务所需的程序步骤的处理器140。处理器140与构成数据和程序存储的存储器150、通信接口 130、以及各个相连的用电元件100通信。存储器150具有物理形态，且其本身为非临时性的，例如但不限于磁盘驱动器。图2中的负载控制器120是自发响应负载，因此处理器140还与监控配电网络40的频率波动的频率监控器160通信。在被远程控制的负载控制器120的情况下，可以省略频率监控器160。[0033]在基于电网频率数据的频率信息或控制信号从远程控制器170传送至响应负载的情况下，图2所示的频率监控器160可以被忽略或搁置。类似地，一些、也可能是所有的处理器140的功能可以被远程实施。也可以是，可以想到使用具有程序功能和以分散的方式远程存储的数据的云计算技术实施响应负载群的远程管理和控制。
[0034]用于响应负载服务的传递的响应负载30的操作与GB 2426878中记载的类似，其内容作为参考合并于此。以下详细说明根据本发明的响应负载操作与GB 2426878中记载的响应负载操作的不同之处。
[0035]以下说明在作为存储于负载控制器120的存储器150中的响应负载控制程序的一部分被实施时有助于至少缓和以及优选地避免上述已知的响应负载服务所遭遇的问题的两种相关的算法。在它们的最简单的应用中，这些算法具有以下共同的特征:
它们尽可能紧密地遵从响应负载服务的需求(给定有限数量的随机隔开的触发频率);它们确保负载变化被所有的用电设备平等地均匀地分担(虽然不是对于给定的偏移，但是基本上平等地平均分担);
它们确保响应负载被触发后每个其它的负载在最初被触发的响应负载再次被触发之前被触发(对于一个算法，序列与触发的开始保持一致，对于另一个算法，序列与触发的结束保持一致);
对算法进行简单调节而以负载容量交换精度、或再用率是可行的。
[0036]算法A
从单一响应负载的触发频率的角度说明该算法。本说明假定负载120将在低频移期间根据需要而被关闭，以减少需求；延伸至在高频移时开启设备是显而易见的。
[0037]对于给定的响应负载,在某个启动时间,在相关的频率范围(在英国该频率范围可以是49.5-50 Hz)内随机分配“低”触发频率。在每个随后的时间步或相关的时钟周期(例如每秒),该设备测量电网频率f(tn)并应用下列规则:
在不触发时(触发频率 <测得的电网频率)
如果测得的电网频率高于额定频率(例如50 Hz)，则不进行操作；
如果测得的电网频率小于上一时间步测得的电网频率(Df〈0，且Df =则不
进行操作；
如果测得的电网频率大于上一时间步的电网频率(Df>0)，则使触发频率增加Df ；
在触发时(触发频率 > 测得的电网频率)
保持触发常数(即、使用相同的频率直至结束触发状态)；
在触发结束时(即、在触发频率< 电网频率时的第一时间步)
设置新的触发频率为(49.5 +电网频率-触发频率)(对于英国)。
[0038]图3-5示出关于三个响应负载的算法A的实施。图3示出三个设备(其中的每一个以不同的触发频率启动)的触发频率如何对电网频率的变化作出响应。可以看出，在不触发时，负载的触发频率响应于如上所述的电网频率而同步“向上行进”。一旦被触发，响应负载就保持被触发直至最初的触发状态结束。
[0039]可以进一步想到可以将“最大被触发时间”加至算法A中，其可以仅在任何给定的电网频移的固定的初始期中应用。
[0040]在“低”频率触发因子的分配和管理中，如上所述，触发仅在电网频率正在减小时发生。在该电网状态下，触发频率“保持稳定”，等待被到达。
[0041]图4示出设备中的每一个被触发的正时。可以看出，设备以与它们之前被释放的顺序相同的顺序被触发，从而使触发间隔的时间最大化。
[0042]图5示出需求响应如何很好地跟踪电网频率中的负偏移(以1500个响应负载)。
[0043]算法A的一个问题是响应负载会在偏移的整个持续时间内被触发。如下所述的算法B解决了这个问题。
[0044]算法B
从单一响应负载的触发频率的角度说明该算法。本说明假定负载120将在低频移期间根据需要而被关闭，以减少需求；延伸至在高频移时开启设备是显而易见的。
[0045]对于给定的响应负载,在某个启动时间,在相关的频率范围(在英国该频率范围可以是49.5-50 Hz)内随机分配“低”触发频率。在每个随后的时间步或相关的时钟周期(例如每秒),该设备测量电网频率f(tn)并应用下列规则:
在不触发时(触发频率 <测得的电网频率)
如果测得的电网频率高于50 Hz，则不进行操作；
如果测得的电网频率 小于上一时间步测得的电网频率(Df〈0，且Df=则不进
行操作；
如果测得的电网频率大于上一时间步测得的电网频率(Df>0)，则使触发频率增加Df; 在触发时(触发频率>电网频率)
如果测得的电网频率小于上一时间步测得的电网频率(Df〈O，且Df=fn - fn_!)，则不进行操作；
如果测得的电网频率小于上一时间步测得的电网频率(Df>0)，则使触发频率增加Df;如果触发频率变为大于电网额定频率(例如50 Hz)，则将触发频率设为(触发频率-FF)?其中FF是一个预定的常数。在英国，FF—般可以为0.5 Hz0这通常将结束触发状态(除非电网频率低于触发频率范围的下阈值(例如在英国为49.5 Hz))。
[0046]图6-8不出关于三个响应负载的算法B的实施。图6不出三个设备(其中的每一个以不同的触发频率启动)的触发频率如何对电网频率的变化作出响应。可以看出，在不触发时，负载的触发频率响应于如上所述的电网频率而同步“向上行进”。一旦被触发，响应负载就保持被触发直至最初的触发状态结束。
[0047]可以进一步想到可以将“最大被触发时间”加至算法B中，其可以仅在任何给定的电网频移的固定的初始期中应用。
[0048]图7示出响应负载何时被触发。与算法A相反，可以看出触发保持相同的顺序，并且关闭触发遵循与打开触发相同的周期。在偏移的整个期间通常没有响应负载被触发；触发期间在响应负载中更平均。
[0049]图1示出需求响应如何很好地跟踪电网频率中的负偏移(以1500个响应负载)。
[0050]应注意，在上述实施中，频率和触发期间的持续仅仅是电网频率的函数(即不依赖于设备的数量)。可以是，这会导致单一的响应负载比可接受的情况更频繁地被触发，或者比可接受的情况持续时间更长(虽然经设计这些是传递最大响应的最小可能触发期间)。在该情况下，可以采取两个步骤:
a)可以将“最大触发期间”应用至每个响应负载；b)可以降低触发的频率，例如通过禁止“1/2触发”、“2/3”等；以使响应以因子2、3降低为代价来降低触发的频率等(注意甚至可以禁止“ 1/3触发”，这将使响应减少2/3，等等)。
[0051]应注意，可以实施上述响应负载控制方法以与特定的响应负载(例如通过时钟周期、工作周期、或用户需求开启或关闭的设备)的“可用/不可用”的信号相互作用。最简单的方法是保持算法一直运行，并忽略响应负载不可用时发生的触发。这会维持算法的完整性但是以减少理论可用响应为代价。
[0052]一个替代的方法是在响应负载不可用于被触发时冻结算法(即、保持触发频率恒定)。然后在设备再次变为可用时可以将触发频率重设至预定的阈值，或至随机的水平。该替代的方法的一个缺点是，如果几个响应负载具有相同的正时(例如由商店营业时间驱动)，则会影响触发频率的随机传播，从而导致响应负载服务变为非线性。
[0053]在正频移期间可以开启通常处于关闭的响应负载以增加电力消耗，并且可以使用相同的算法以控制响应负载的运行，以明显的变化适应这将成为对正频移的响应的事实。
[0054]能够以两个频率方向(例如通常以部分负载运行但能够加速至100%或减速至0%功率的电风扇)响应频移的响应负载需要多一点注意。最简单的解决方案是独立计算两个触发因子:“高”和“低”(一个触发频率高于额定电网频率，另一个低于额定电网频率)。这两个触发因子可以不相关且会不同时触发。
[0055]上述方法的一个缺点是正触发和负触发可能连续快速地发生。如果这成为一个问题，则可以加入规则以阻止其发生，但是不可避免地以减少可用响应为代价。
[0056]频率测量的精度中的数值舍入和数值限制可能会导致触发频率“聚集”从而失去完全的随机性。为减轻该问题，需要以一个时间基准(例如每8小时)随机地重设触发频率。
[0057]在图9中示出将常规响应负载服务的频率跟踪与实施算法B的响应负载服务的频率跟踪进行比较的第一模拟，其中基础趋势由小比例变化所掩盖。在图10中示出常规响应负载服务的频率跟踪与实施算法B的响应负载服务的频率跟踪进行比较的第二模拟，其中测得的电网频率反复偏离额定电网频率。在表1中示出常规响应负载服务和实施算法B的响应负载服务的基于图9和图10的模拟的性能特性；
【权利要求】
1.一种控制在运行时与具有额定运行频率的供电网络连接的响应负载群的方法，该响应负载群适合于通过根据所述供电网络的频率的函数改变其电力消耗来传递响应负载服务，所述方法包括: a)为所述响应负载群中的每个响应负载分配触发因子，所述触发因子对应于所述供电网络的频率，在该频率下所述响应负载的电力消耗将被调节；以及 b)对于每个可用于传递响应负载服务的响应负载，由于供电网络的频率偏离其额定运行频率，调节所述响应负载的触发因子以重构之前缺乏可用于服务的响应负载的频段。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，分别以相同的量调节所述可用于传递响应负载服务的响应负载的触发因子。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，从触发因子最后分配至响应负载群开始，分别以如下的量调节所述可用于传递响应负载服务的响应负载的触发因子:i)预定的量；或者ii)根据在两个分离的场合的供电网络的频率之间的差异所确定的量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，分别以基本等于代表供电网络的频率的最新测量值和之前紧邻测量值之间的差异的量调节所述可用于传递响应负载服务的响应负载的所述触发因子。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，仅在供电网络的最新测量值代表了比 之前紧邻测量值更接近额定运行频率的频率时调节所述可用于传递响应负载服务的响应负载的触发因子。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤:一旦已经触发响应负载以传递响应负载服务，且供电网络的最新测量值代表了比之前紧邻测量值更接近额定运行频率的频率，则以如下的量中的任意一种调节所述触发因子:i)预定的量；或者ii)根据供电网络的最新测量值和之前紧邻测量值之间的差异所确定的量。
7.—种控制在运行时与具有额定运行频率的供电网络连接的响应负载的方法，所述响应负载适合于通过根据所述供电网络的频率的函数改变其电力消耗来传递响应负载服务，所述方法包括: a)为所述响应负载分配触发因子，所述触发因子对应于所述供电网络的频率，在该频率下所述响应负载的电力消耗将被改变；以及 b)在所述响应负载保持可用于传递响应负载服务，且供电网络的频率在其额定运行频率和对应于所述响应负载的触发因子的频率之间的情况下，调节所述响应负载的触发因子以使调节后的触发因子对应于更接近所述额定运行频率的频率。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，从触发因子最后被分配开始，以如下的量调节所述响应负载的触发因子:i)预定的量；或者ii)根据在两个分离的场合的供电网络的频率之间的差异所确定的量。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，以基本等于代表供电网络的频率的最新测量值和之前紧邻测量值之间的差异的量调节所述响应负载的触发因子。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，仅在供电网络的最新测量值代表了比之前紧邻测量值更接近额定运行频率的频率时调节所述响应负载的触发因子。
11.一种控制在运行时与具有额定电网频率(fd)的供电网络连接的响应负载的方法，所述响应负载适合于通过根据所述供电网络的频率(fn)的函数改变其电力消耗来传递响应负载服务，所述方法包括: (a)在电网频率(fn)关联于负载的触发频率(g)改变时，安排响应负载被触发以提供响应负载服务； (b)在所述响应负载不被触发而不提供响应负载服务时，且电网频率(fn)在负载的触发频率(g)和额定电网频率(fo)之间时: (i)在电网频率(fn)相对触发频率(g)—侧远离额定电网频率一侧时，不提供响应负载服务； (ii)在最新电网频率(fn)比在上一时间步的电网频率(4-P更接近触发频率(g)时，即
g〈f。，DfXO，且 Df= (4)-(4-0 ;或者 g>fQ，0€>0，且0€=(4)-(4_1)时，不提供响应负载服务； (iii)在电网频率(fn)比在上一时间步的电网频率(4-P更接近额定频率(fo)时，即
g〈f0，Df>0，且 Df= (4)-(4-0 ;或者 g>f0，Df〈0，且 Df= (f J-(I1)时，以Df的量调节触发频率(g)； (c)在因触发频率(g)比电网频率(fn)更接近额定频率(&)而响应负载被触发，且上一时间步的电网频率(fn-!)比电网频率(fn)更接近额定电网频率(fC1)时，维持触发频率(g)基本恒定；以及 (d)在因触发频率(g)比电网频率(fn)更接近额定频率(&)而响应负载被触发，且电网频率(fn)比上一时间步的电网频率(f^)更接近额定电网频率(fo)时，以Df的量调节触发频率(g); (e)在响应负载的触发结束时，即电网频率(fn)比触发频率(g)更接近额定电网频率Cf0)的第一时间步之后，分配新的触发频率(g)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤(e)中，在一个频率范围内随机分配新的触发。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤(e)中，根据下述函数分配新的触发:
Sm= (f0 - kf) +fn - gm_i 其中kf是频率偏移。
14.一种适合于通过根据供电网络的频率的函数改变其电力消耗来传递响应负载服务的响应负载，所述响应负载具有用于将所述响应负载与所述供电网络连接的电力连接器，且所述响应负载具有可操作用于执行权利要求7至13中任一项所述的方法的负载管理。
15.一种存储于机器可读的存储介质上的软件产品，所述软件产品能够由处理器执行以用于执行权利要求1至6中任一项所述的方法或权利要求7至13中任一项所述的方法。
16.一种基本如上述参照说明书附图所描述的控制多个响应负载的方法。
17.—种基本如上述参照说明书附图所描述的控制响应负载的方法。
18.—种基本如上述参照说明书附图所描述的响应负载。
【文档编号】H02J3/14GK103718412SQ201280037357
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年8月3日 优先权日:2011年8月3日
【发明者】凯蒂·布卢尔, 基蒙·鲁索普洛斯 申请人:开放能源有限公司
【专利摘要】响应负载控制方法管理触发在响应负载群中的电网频率的服务的分配和调节。该响应负载控制方法尤其适合于基本不具有工作周期或具有长持续时间（＞1小时）的工作周期的响应负载。根据该响应负载控制方法，响应负载服务的规则在其作用的响应负载群中被平等分配。
【专利说明】响应负载控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在电力分配网络中发电和用电的平衡的响应负载控制方法。该响应负载控制方法可以是但不限于向给电力分配公司提供的响应负载服务的一部分。本发明进一步涉及适合于实施该响应负载控制方法的设备，以及一种由处理器执行时实施该响应负载控制方法的软件产品。
【背景技术】
[0002]在响应负载服务中，与电力网络连接的设备的电力消耗被控制为响应于该电力网络中的发电和用电之间的不平衡。实施响应负载服务的电力网络有时指“智能的”电力网络。该响应负载服务可以通过集中控制器传递，该集中控制器通过与多组负载和/或单一负载通信来监控电力网络并对检测到的电网不平衡作出响应，以调节它们的电力消耗。自发响应负载可以附加地或替代地用于传递响应负载服务。自发响应负载独立地监控电力网络的可测量参数，例如表示电网不平衡的频率、波动。自发响应负载通过调节它们的电力消耗自动地对检测到的波动作出响应。
[0003]为了使响应负载服务的电力消耗调节响应顺利，以及为了避免负载同步，一系列的可测量的电网不平衡(例如电网频率)可以作为用于单一负载和/或一组负载的触发因子以调节它们的电力消耗。在自发响应负载的情况下，单一负载和/或一组负载将被触发时的电网不平衡程度在本文中是指负载“切换意愿”。触发一个或一组负载以调节它们的电力消耗时的电网不平衡程度可以随机分配。然而，随机分配可能会导致一些响应负载倾向于比响应负载群体中的其它响应负载更频繁地调节它们的电力消耗，这可能是不合需要的。
[0004]某些类型的用电设备，例如但不限于冰箱，由于它们的工作周期，其传递按需电力消耗变化的能力可能受到限制。对于这样的用电设备，可以使用被测变量(例如冰箱内温)作为在其工作周期中的设备状态的标记。该被测变量代表设备的传递响应负载服务的可用性，在GB 2426878中该被测变量用于确定在用电设备群中的触发电网频率，即它们的“切换意愿”。因而，可以将一系列的触发频率分配至“不太可用”的设备以确保这些设备在极端电网频移期间仅调节它们的电力消耗。由于对设备群中的每个设备来说其工作周期位置应该是随机的，因此响应负载群整体所产生的响应大致与频率线性相关(如果在设备群中的用电设备的工作周期变为同步化，则响应变为显著非线性)。
[0005]一些用电设备以非常缓慢(一天的时程)的工作周期运行，或者没有明确界定的工作周期。这样的设备的例子包括加热器和通风机。这样的设备可以持续运行以维持空气清新度，但是作为响应负载服务的一部分可以在短期内被关闭或上调至更高的设置而不产生不利后果。对于这些设备，没有可用于推导出“切换意愿”触发的明显的电网被测变量、或者将被随机分布在这样的设备群中的被测变量。人们推测在满足响应负载服务的要求时对设备的正常用电行为的改变应尽可能少并尽可能少时间地发生。
[0006]对于没有明确界定的工作周期或具有长时间工作周期的响应负载服务使用设备，至今手段已经基本涉及在可适用的频率范围内为设备随机分配触发频率。该随机分配已与多个行为规则联合使用，例如下列中的一个或多个:行为最短时间、行为最长时间等。
[0007]模拟显示，上述手段的问题是“负载变化”(增加或减少)在所有的设备中未被“平等”分配。具有远离电网的额定频率的触发频率的设备不太可能被触发。而具有接近电网的额定频率的触发频率的设备可能被频繁触发(有时可能是每隔几分钟)。可以通过使用行为规则(例如在30分钟内不重新触发)阻止设备的频繁触发，但是响应负载服务的结果表现通常由于频移的跟踪不佳而令人不满意。
[0008]此外，人们发现重设随机分配的频率无法完全解决该问题，除非触发重设发生在一小时以下的时程。然而频繁的(例如< 60分钟)触发重设具有其它相伴随的问题，并且不保证分配至设备的新的触发频率与前一个显著不同，除非使用确保该情况的系统规则。
[0009]在US 4064485中记载了一种中央控制响应负载服务，其中多个不同组的响应负载被用于传递响应负载服务。在US 4064485中,第一组响应负载被用于按预定顺序的响应负载服务的传递。在第二组响应负载中，该负载用于交替传递响应负载服务。在第一组负载中，相同的响应负载总是最先被使用，并且不可避免地比组内的之后的其它响应负载更频繁地被使用。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种改进的响应负载控制方法。
[0011]本发明还设法提供一种响应负载控制方法，其中响应负载服务的传递在用电设备群中更均匀分布。
[0012]本发明的进一步目的在于提供一种适用于通常可以用来调节其电力消耗的负载，例如那些不具有严格的工作周期的负载的改进的响应负载控制方法。
[0013]因此，本发明提供一种控制在运行时与具有额定运行频率的供电网络连接的响应负载群的方法，该响应负载群适合于通过根据所述供电网络的频率的函数改变其电力消耗来传递响应负载服务，所述方法包括:
a)为所述响应负载群中的每个响应负载分配触发因子，所述触发因子对应于所述供电网络的频率，在该频率下所述响应负载的电力消耗将被调节；以及
b)对于每个可用于传递响应负载服务的响应负载，由于供电网络的频率偏离其额定运行频率，调节所述响应负载的触发因子以重构之前缺乏可用于服务的响应负载的频段。
[0014]根据本发明，响应负载负担在响应负载群中的多个负载中更平均地分配。应理解，在本文中提及响应负载群或用电设备群是指多个响应负载/用电设备，优选地包括几千、几万、几十万、或更多的响应负载或用电设备的群。而且，当存在供电网络的频移时，根据本发明，已经被激活为传递响应负载服务的响应负载可以被来自相邻的频段的可用的响应负载所取代，以能够限制供电网络向相同的频率范围的进一步偏移。
[0015]优选地，在步骤b)中，分别以相同的量调节所述可用于传递响应负载服务的响应负载的触发因子。从触发因子最后分配至响应负载群开始，可以分别以如下的量调节所述触发因子:i)预定的量；或者ii)根据在两个分离的场合的供电网络的频率之间的差异所确定的量。在一个特别优选的实施方式中，分别以基本等于代表供电网络的频率的最新测量值和之前紧邻测量值之间的差异的量调节所述可用于传递响应负载服务的响应负载的触发因子。[0016]此外，在步骤b)中，可以是仅在供电网络的最新测量值代表了比之前紧邻测量值更接近额定运行频率的频率时调节所述可用于传递响应负载服务的响应负载的触发因子。
[0017]优选地，所述方法进一步包括以下步骤:一旦已经触发响应负载以传递响应负载服务，且供电网络的最新测量值代表了比之前紧邻测量值更接近额定运行频率的频率，则以如下的量中的任意一种调节所述触发因子:i)预定的量；或者ii)根据供电网络的最新测量值和之前紧邻测量值之间的差异所确定的量。
[0018]另一方面，本发明还提供一种控制在运行时与具有额定运行频率的供电网络连接的响应负载的方法，所述响应负载适合于通过根据所述供电网络的频率的函数改变其电力消耗来传递响应负载服务，所述方法包括:
a)为所述响应负载分配触发因子，所述触发因子对应于所述供电网络的频率，在该频率下所述响应负载的电力消耗将被改变；以及
b)在所述响应负载保持可用于传递响应负载服务，且供电网络的频率在其额定运行频率和对应于所述响应负载的触发因子的频率之间的情况下，调节所述响应负载的触发因子以使调节后的触发因子对应于更接近所述额定运行频率的频率。
[0019]优选地，在步骤b)中，从触发因子最后被分配开始，以如下的量调节所述响应负载的触发因子:i)预定的量；或者ii)根据在两个分离的场合的供电网络的频率之间的差异所确定的量。在一个特别优选的实施方式中，以基本等于代表供电网络的频率的最新测量值和之前紧邻测量值之间的差异的量调节所述响应负载的触发因子。
[0020] 而且，在步骤b)中，可以是仅在供电网络的最新测量值代表了比之前紧邻测量值更接近额定运行频率的频率时调节响应负载的触发因子。
[0021]在一个特别优选的实施方式中，本发明提供一种控制在运行时与具有额定电网频率(fo)的供电网络连接的响应负载的方法，所述响应负载适合于通过根据所述供电网络的频率(fn)的函数改变其电力消耗来传递响应负载服务，所述方法包括:
(a)在电网频率(fn)关联于负载的触发频率(g)改变时，安排响应负载被触发以提供响应负载服务；
(b)在所述响应负载不被触发而不提供响应负载服务时，且电网频率(fn)在负载的触发频率(g)和额定电网频率(fo)之间时:
(i)在电网频率(fn)相对触发频率(g)—侧远离额定电网频率一侧时，不提供响应负载服务；
(ii)在最新电网频率(fn)比在上一时间步的电网频率更接近触发频率(g)时，
即
g < fQ，Df〈 0，且 Df = (fn) - (U ;或者 g > fQ，Df > 0，且Df = (fn) - (U时，不提供响应负载服务；
(iii)在电网频率(fn)比在上一时间步的电网频率(4-P更接近额定频率(fo)时，即 g < fQ，Df > 0，且 Df = (fn) - (U ;或者
g > fQ，Df < 0，且Df = (fn) - (U时，以Df的量调节触发频率(g);
(c)在因触发频率(g)比电网频率(fn)更接近额定频率(&)而响应负载被触发，且上一时间步的电网频率(fn-!)比电网频率(fn)更接近额定电网频率(fC1)时，维持触发频率(g)基本恒定；以及(d)在因触发频率(g)比电网频率(fn)更接近额定频率(&)而响应负载被触发，且电网频率(fn)比上一时间步的电网频率更接近额定电网频率(fo)时，以Df的量调节触发频率(g);
(e)在响应负载的触发结束时，即电网频率(fn)比触发频率(g)更接近额定电网频率Cf0)的第一时间步之后，分配新的触发频率(g)。
[0022]在步骤(e)中，可以在一个频率范围内随机或准随机地分配新的触发。或者也可以是，可以根据下述函数分配新的触发:
Sm = (f0 ~ kf) +fn - gw
其中kf是频率偏移。
[0023]再一方面，本发明还提供一种适合于通过根据供电网络的频率的函数改变其电力消耗来传递响应负载服务的响应负载，所述响应负载具有用于将所述响应负载与所述供电网络连接的电力连接器，且所述述响应负载具有可操作用于执行上述方法的负载管理。
[0024]又一方面，本发明还提供一种存储于机器可读的存储介质上的软件产品，所述软件产品能够由处理器执行以用于执行上述方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]以下参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式，这些实施方式仅是示例性的，在附图中:
图1示出根据本发明 的用于传递响应负载服务的系统；
图2示出实施根据本发明的响应负载控制方法的响应负载；
图3是三个设备对电网频率的变化的模型化响应的图，该设备中的每一个具有不同的触发频率并且每一个设备实施根据本发明的第一响应负载控制方法；
图4是图2中的三个设备分别被触发的正时图；
图5是实施上述根据本发明的第一响应负载控制方法的1500个设备形成的设备群的电网频率跟踪的图；
图6是三个设备对电网频率的变化的模型化响应的图，该设备中的每一个具有不同的触发频率并且每一个设备实施根据本发明的第二响应负载控制方法；
图7是图1中的三个设备分别被触发的正时图；
图8是实施上述根据本发明的第一响应负载控制方法的1500个设备形成的设备群的电网频率跟踪的图；
图9是将已知的响应负载服务的频率跟踪与根据本发明的响应负载服务的频率跟踪进行比较的第一模拟；
图10是将已知的响应负载服务的频率跟踪与根据本发明的响应负载服务的频率跟踪进行比较的第二模拟。
【具体实施方式】
[0026]在具体说明本发明的实施方式之前，应注意这些实施方式主要在于用于提供响应负载服务的方法步骤和装置部件的结合。因此，方法步骤和装置部件在适当情况下在附图中用惯用符号表示，附图中仅示出那些与理解实施方式有关的具体细节，并且为了清楚而省略本发明的本领域技术人员在了解本文说明后对其而言是显而易见的特征。就这一点而言，可以想到在一个实施方式中所描述的部件和方法步骤可以在某些情况下在其它实施方式中使用或实施。
[0027]应理解，在此描述的实施方式可以包含一个或多个常规的处理器以及控制该一个或多个处理器以与某些非处理器电路协同实施一些、大部分、或所有的用于提供响应负载服务的功能的独特的存储的程序指令。该非处理器电路可包括但不限于:通信收发器，例如无线电接收器和无线电发射器；信号驱动器；时钟电路；电源电路；以及用户输入设备。或者，可以通过没有存储的程序指令的状态机实施一些或所有的响应负载服务功能，或在一个或多个专用集成电路(ASICs)中实施一些或所有的响应负载服务功能，其中依照自定义逻辑实施每个功能或某些功能的一些组合。当然，也可以使用这些手段的组合。因此，在此说明了用于这些功能的方法和手段。此外，可以预期本领域技术人员在此处说明的概念和原理的教导下容易能够以有限次的实验产生这样的软件指令和程序以及集成电路(ICs)。
[0028]在图1中，供电网络10包括一个或多个经由第一配电网络40与一个或多个适合在响应负载服务中作为响应负载30运行的用电设备连接的发电机20。电网10也可以经由相同的第一配电网络40，或经由不同的第二配电网络50与一个或多个空间分布的用电设备60连接。
[0029]一个或多个响应负载30可以是自发响应负载，例如但不限于WO 2006/128709中记载的那些。如上所述，自发响应负载30适合于响应检测到的由响应负载局部监控的电网物理参数(例如运行频率)的变化而改变其电力消耗。自发响应负载30通过监控配电网络40的物理参数来确定是否需要负载平衡。
[0030]或者，一个或多个响应负载30可以被远程控制。对于远程控制的响应负载30，它们的电力消耗响应接收到的从空间远程位置传送的以电力控制信号的形式的指令而改变，该空间远程位置例如是控制中心或协调中心(未图示)。该协调中心可以由配电网络运营者控制和操作，或者可以由传递响应负载服务至配电运营者的第三方控制和操作。还可以是，响应负载30可以适合于结合自发操作和远程控制操作两者。
[0031]图2示出响应负载30。每个响应负载包括与电力连接网络40连接并与至少一个用电元件100通信的负载控制器120。负载控制器120可操作以使与其相连的一个或多个用电元件100消耗电力达到由监测到的电力连接网络40的物理参数确定的数量级，和/或响应于由负载控制器120接收到的远程传送的指令。在图2中，负载控制器120进一步包括用于接收来自响应负载服务的远程控制中心或控制器170的信号180的通信接口 130。可以通过控制器或协调中心170使用一个或多个不同的通信媒介、网络、和协议，例如无线传输、有线传输、光纤传输、电话、卫星、网络等传送信号180。在图2中示出负载控制器120和远程控制器170之间的双向通信，但是也可以想到从控制器170至响应负载30的单向通信。
[0032]如图2所示，负载控制器120包括用于执行实施响应负载服务所需的程序步骤的处理器140。处理器140与构成数据和程序存储的存储器150、通信接口 130、以及各个相连的用电元件100通信。存储器150具有物理形态，且其本身为非临时性的，例如但不限于磁盘驱动器。图2中的负载控制器120是自发响应负载，因此处理器140还与监控配电网络40的频率波动的频率监控器160通信。在被远程控制的负载控制器120的情况下，可以省略频率监控器160。[0033]在基于电网频率数据的频率信息或控制信号从远程控制器170传送至响应负载的情况下，图2所示的频率监控器160可以被忽略或搁置。类似地，一些、也可能是所有的处理器140的功能可以被远程实施。也可以是，可以想到使用具有程序功能和以分散的方式远程存储的数据的云计算技术实施响应负载群的远程管理和控制。
[0034]用于响应负载服务的传递的响应负载30的操作与GB 2426878中记载的类似，其内容作为参考合并于此。以下详细说明根据本发明的响应负载操作与GB 2426878中记载的响应负载操作的不同之处。
[0035]以下说明在作为存储于负载控制器120的存储器150中的响应负载控制程序的一部分被实施时有助于至少缓和以及优选地避免上述已知的响应负载服务所遭遇的问题的两种相关的算法。在它们的最简单的应用中，这些算法具有以下共同的特征:
它们尽可能紧密地遵从响应负载服务的需求(给定有限数量的随机隔开的触发频率);它们确保负载变化被所有的用电设备平等地均匀地分担(虽然不是对于给定的偏移，但是基本上平等地平均分担);
它们确保响应负载被触发后每个其它的负载在最初被触发的响应负载再次被触发之前被触发(对于一个算法，序列与触发的开始保持一致，对于另一个算法，序列与触发的结束保持一致);
对算法进行简单调节而以负载容量交换精度、或再用率是可行的。
[0036]算法A
从单一响应负载的触发频率的角度说明该算法。本说明假定负载120将在低频移期间根据需要而被关闭，以减少需求；延伸至在高频移时开启设备是显而易见的。
[0037]对于给定的响应负载,在某个启动时间,在相关的频率范围(在英国该频率范围可以是49.5-50 Hz)内随机分配“低”触发频率。在每个随后的时间步或相关的时钟周期(例如每秒),该设备测量电网频率f(tn)并应用下列规则:
在不触发时(触发频率 <测得的电网频率)
如果测得的电网频率高于额定频率(例如50 Hz)，则不进行操作；
如果测得的电网频率小于上一时间步测得的电网频率(Df〈0，且Df =则不
进行操作；
如果测得的电网频率大于上一时间步的电网频率(Df>0)，则使触发频率增加Df ；
在触发时(触发频率 > 测得的电网频率)
保持触发常数(即、使用相同的频率直至结束触发状态)；
在触发结束时(即、在触发频率< 电网频率时的第一时间步)
设置新的触发频率为(49.5 +电网频率-触发频率)(对于英国)。
[0038]图3-5示出关于三个响应负载的算法A的实施。图3示出三个设备(其中的每一个以不同的触发频率启动)的触发频率如何对电网频率的变化作出响应。可以看出，在不触发时，负载的触发频率响应于如上所述的电网频率而同步“向上行进”。一旦被触发，响应负载就保持被触发直至最初的触发状态结束。
[0039]可以进一步想到可以将“最大被触发时间”加至算法A中，其可以仅在任何给定的电网频移的固定的初始期中应用。
[0040]在“低”频率触发因子的分配和管理中，如上所述，触发仅在电网频率正在减小时发生。在该电网状态下，触发频率“保持稳定”，等待被到达。
[0041]图4示出设备中的每一个被触发的正时。可以看出，设备以与它们之前被释放的顺序相同的顺序被触发，从而使触发间隔的时间最大化。
[0042]图5示出需求响应如何很好地跟踪电网频率中的负偏移(以1500个响应负载)。
[0043]算法A的一个问题是响应负载会在偏移的整个持续时间内被触发。如下所述的算法B解决了这个问题。
[0044]算法B
从单一响应负载的触发频率的角度说明该算法。本说明假定负载120将在低频移期间根据需要而被关闭，以减少需求；延伸至在高频移时开启设备是显而易见的。
[0045]对于给定的响应负载,在某个启动时间,在相关的频率范围(在英国该频率范围可以是49.5-50 Hz)内随机分配“低”触发频率。在每个随后的时间步或相关的时钟周期(例如每秒),该设备测量电网频率f(tn)并应用下列规则:
在不触发时(触发频率 <测得的电网频率)
如果测得的电网频率高于50 Hz，则不进行操作；
如果测得的电网频率 小于上一时间步测得的电网频率(Df〈0，且Df=则不进
行操作；
如果测得的电网频率大于上一时间步测得的电网频率(Df>0)，则使触发频率增加Df; 在触发时(触发频率>电网频率)
如果测得的电网频率小于上一时间步测得的电网频率(Df〈O，且Df=fn - fn_!)，则不进行操作；
如果测得的电网频率小于上一时间步测得的电网频率(Df>0)，则使触发频率增加Df;如果触发频率变为大于电网额定频率(例如50 Hz)，则将触发频率设为(触发频率-FF)?其中FF是一个预定的常数。在英国，FF—般可以为0.5 Hz0这通常将结束触发状态(除非电网频率低于触发频率范围的下阈值(例如在英国为49.5 Hz))。
[0046]图6-8不出关于三个响应负载的算法B的实施。图6不出三个设备(其中的每一个以不同的触发频率启动)的触发频率如何对电网频率的变化作出响应。可以看出，在不触发时，负载的触发频率响应于如上所述的电网频率而同步“向上行进”。一旦被触发，响应负载就保持被触发直至最初的触发状态结束。
[0047]可以进一步想到可以将“最大被触发时间”加至算法B中，其可以仅在任何给定的电网频移的固定的初始期中应用。
[0048]图7示出响应负载何时被触发。与算法A相反，可以看出触发保持相同的顺序，并且关闭触发遵循与打开触发相同的周期。在偏移的整个期间通常没有响应负载被触发；触发期间在响应负载中更平均。
[0049]图1示出需求响应如何很好地跟踪电网频率中的负偏移(以1500个响应负载)。
[0050]应注意，在上述实施中，频率和触发期间的持续仅仅是电网频率的函数(即不依赖于设备的数量)。可以是，这会导致单一的响应负载比可接受的情况更频繁地被触发，或者比可接受的情况持续时间更长(虽然经设计这些是传递最大响应的最小可能触发期间)。在该情况下，可以采取两个步骤:
a)可以将“最大触发期间”应用至每个响应负载；b)可以降低触发的频率，例如通过禁止“1/2触发”、“2/3”等；以使响应以因子2、3降低为代价来降低触发的频率等(注意甚至可以禁止“ 1/3触发”，这将使响应减少2/3，等等)。
[0051]应注意，可以实施上述响应负载控制方法以与特定的响应负载(例如通过时钟周期、工作周期、或用户需求开启或关闭的设备)的“可用/不可用”的信号相互作用。最简单的方法是保持算法一直运行，并忽略响应负载不可用时发生的触发。这会维持算法的完整性但是以减少理论可用响应为代价。
[0052]一个替代的方法是在响应负载不可用于被触发时冻结算法(即、保持触发频率恒定)。然后在设备再次变为可用时可以将触发频率重设至预定的阈值，或至随机的水平。该替代的方法的一个缺点是，如果几个响应负载具有相同的正时(例如由商店营业时间驱动)，则会影响触发频率的随机传播，从而导致响应负载服务变为非线性。
[0053]在正频移期间可以开启通常处于关闭的响应负载以增加电力消耗，并且可以使用相同的算法以控制响应负载的运行，以明显的变化适应这将成为对正频移的响应的事实。
[0054]能够以两个频率方向(例如通常以部分负载运行但能够加速至100%或减速至0%功率的电风扇)响应频移的响应负载需要多一点注意。最简单的解决方案是独立计算两个触发因子:“高”和“低”(一个触发频率高于额定电网频率，另一个低于额定电网频率)。这两个触发因子可以不相关且会不同时触发。
[0055]上述方法的一个缺点是正触发和负触发可能连续快速地发生。如果这成为一个问题，则可以加入规则以阻止其发生，但是不可避免地以减少可用响应为代价。
[0056]频率测量的精度中的数值舍入和数值限制可能会导致触发频率“聚集”从而失去完全的随机性。为减轻该问题，需要以一个时间基准(例如每8小时)随机地重设触发频率。
[0057]在图9中示出将常规响应负载服务的频率跟踪与实施算法B的响应负载服务的频率跟踪进行比较的第一模拟，其中基础趋势由小比例变化所掩盖。在图10中示出常规响应负载服务的频率跟踪与实施算法B的响应负载服务的频率跟踪进行比较的第二模拟，其中测得的电网频率反复偏离额定电网频率。在表1中示出常规响应负载服务和实施算法B的响应负载服务的基于图9和图10的模拟的性能特性；
【权利要求】
1.一种控制在运行时与具有额定运行频率的供电网络连接的响应负载群的方法，该响应负载群适合于通过根据所述供电网络的频率的函数改变其电力消耗来传递响应负载服务，所述方法包括: a)为所述响应负载群中的每个响应负载分配触发因子，所述触发因子对应于所述供电网络的频率，在该频率下所述响应负载的电力消耗将被调节；以及 b)对于每个可用于传递响应负载服务的响应负载，由于供电网络的频率偏离其额定运行频率，调节所述响应负载的触发因子以重构之前缺乏可用于服务的响应负载的频段。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，分别以相同的量调节所述可用于传递响应负载服务的响应负载的触发因子。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，从触发因子最后分配至响应负载群开始，分别以如下的量调节所述可用于传递响应负载服务的响应负载的触发因子:i)预定的量；或者ii)根据在两个分离的场合的供电网络的频率之间的差异所确定的量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，分别以基本等于代表供电网络的频率的最新测量值和之前紧邻测量值之间的差异的量调节所述可用于传递响应负载服务的响应负载的所述触发因子。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，仅在供电网络的最新测量值代表了比 之前紧邻测量值更接近额定运行频率的频率时调节所述可用于传递响应负载服务的响应负载的触发因子。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤:一旦已经触发响应负载以传递响应负载服务，且供电网络的最新测量值代表了比之前紧邻测量值更接近额定运行频率的频率，则以如下的量中的任意一种调节所述触发因子:i)预定的量；或者ii)根据供电网络的最新测量值和之前紧邻测量值之间的差异所确定的量。
7.—种控制在运行时与具有额定运行频率的供电网络连接的响应负载的方法，所述响应负载适合于通过根据所述供电网络的频率的函数改变其电力消耗来传递响应负载服务，所述方法包括: a)为所述响应负载分配触发因子，所述触发因子对应于所述供电网络的频率，在该频率下所述响应负载的电力消耗将被改变；以及 b)在所述响应负载保持可用于传递响应负载服务，且供电网络的频率在其额定运行频率和对应于所述响应负载的触发因子的频率之间的情况下，调节所述响应负载的触发因子以使调节后的触发因子对应于更接近所述额定运行频率的频率。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，从触发因子最后被分配开始，以如下的量调节所述响应负载的触发因子:i)预定的量；或者ii)根据在两个分离的场合的供电网络的频率之间的差异所确定的量。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，以基本等于代表供电网络的频率的最新测量值和之前紧邻测量值之间的差异的量调节所述响应负载的触发因子。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，仅在供电网络的最新测量值代表了比之前紧邻测量值更接近额定运行频率的频率时调节所述响应负载的触发因子。
11.一种控制在运行时与具有额定电网频率(fd)的供电网络连接的响应负载的方法，所述响应负载适合于通过根据所述供电网络的频率(fn)的函数改变其电力消耗来传递响应负载服务，所述方法包括: (a)在电网频率(fn)关联于负载的触发频率(g)改变时，安排响应负载被触发以提供响应负载服务； (b)在所述响应负载不被触发而不提供响应负载服务时，且电网频率(fn)在负载的触发频率(g)和额定电网频率(fo)之间时: (i)在电网频率(fn)相对触发频率(g)—侧远离额定电网频率一侧时，不提供响应负载服务； (ii)在最新电网频率(fn)比在上一时间步的电网频率(4-P更接近触发频率(g)时，即
g〈f。，DfXO，且 Df= (4)-(4-0 ;或者 g>fQ，0€>0，且0€=(4)-(4_1)时，不提供响应负载服务； (iii)在电网频率(fn)比在上一时间步的电网频率(4-P更接近额定频率(fo)时，即
g〈f0，Df>0，且 Df= (4)-(4-0 ;或者 g>f0，Df〈0，且 Df= (f J-(I1)时，以Df的量调节触发频率(g)； (c)在因触发频率(g)比电网频率(fn)更接近额定频率(&)而响应负载被触发，且上一时间步的电网频率(fn-!)比电网频率(fn)更接近额定电网频率(fC1)时，维持触发频率(g)基本恒定；以及 (d)在因触发频率(g)比电网频率(fn)更接近额定频率(&)而响应负载被触发，且电网频率(fn)比上一时间步的电网频率(f^)更接近额定电网频率(fo)时，以Df的量调节触发频率(g); (e)在响应负载的触发结束时，即电网频率(fn)比触发频率(g)更接近额定电网频率Cf0)的第一时间步之后，分配新的触发频率(g)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤(e)中，在一个频率范围内随机分配新的触发。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤(e)中，根据下述函数分配新的触发:
Sm= (f0 - kf) +fn - gm_i 其中kf是频率偏移。
14.一种适合于通过根据供电网络的频率的函数改变其电力消耗来传递响应负载服务的响应负载，所述响应负载具有用于将所述响应负载与所述供电网络连接的电力连接器，且所述响应负载具有可操作用于执行权利要求7至13中任一项所述的方法的负载管理。
15.一种存储于机器可读的存储介质上的软件产品，所述软件产品能够由处理器执行以用于执行权利要求1至6中任一项所述的方法或权利要求7至13中任一项所述的方法。
16.一种基本如上述参照说明书附图所描述的控制多个响应负载的方法。
17.—种基本如上述参照说明书附图所描述的控制响应负载的方法。
18.—种基本如上述参照说明书附图所描述的响应负载。
【文档编号】H02J3/14GK103718412SQ201280037357
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年8月3日 优先权日:2011年8月3日
【发明者】凯蒂·布卢尔, 基蒙·鲁索普洛斯 申请人:开放能源有限公司
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