用於電力公用網絡的本地需求側電力管理的製作方法
2023-05-18 20:00:11
用於電力公用網絡的本地需求側電力管理的製作方法
【專利摘要】公開一種需求側電力供應管理系統。該系統包括具有對供電電網的至少一個耦合點的孤島電力系統。所述孤島電力系統向多個電力負載供電，所述負載中的每個與控制所述負載需求的最大電力的負載控制器關聯。測量裝置，其與所述耦合點關聯，以測量所述電網電力和所述孤島系統之間的總電力傳輸；以及系統控制器，其監測相對於設定點測量到的電力傳輸，並且向多個負載控制器提供控制信號。每個負載控制器接收大致相同控制信號，並且基於所述控制信號中包含的信息確定與所述負載控制器關聯的所述負載或者每個負載被允許從所述孤島電力系統抽取的最大電力。
【專利說明】用於電力公用網絡的本地需求側電力管理
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於電力公用網絡的需求側功率管理的方法和系統。本發明的應用包括但是不限於可再生可再生發電資源的有效使用和電動交通工具的充電。
【背景技術】
[0002]現在已知動態需求控制(DDC)是需求側管理技術,其允許響應於所生成的功率相比於當時所使用的功率的波動，公用電力的頻率即電網頻率在小範圍變化。如果可用電力過高，則電網頻率被允許少量增加；如果可用電力過小，則電網頻率被允許少量減小。所述電網可以被視為巨大的旋壓負載，並且這些頻率變化對應於負載的旋轉速度和大的能量波動。如果頻率過高，則非必要的負載可以被接通以吸收那些能量中的一些；如果過低，則非必要的負載可以被關閉以釋放旋壓功率，用於更重要的應用。除非上下文清楚地要求，否則本文所指的「DCC」指的是這種系統。
[0003]在實際情形下，均具有自身的控制器的大量的支持DDC的小型負載被分布在網絡上。隨著網絡頻率變化，每個控制器確定需要什麼負載並且將該比例部分打開。如圖1所示，如果頻率小於49Hz，則切換的負載是零(W);如果大於51Hz，則負載是滿額定負載，並且在這兩個極端之間，所述負載線性地變化。因而如果網絡上存在一百萬個這些裝置在並且應用的實際負載將是可從O到2GW變化的電阻型負載。應注意的是，這僅僅是示例並且在現實中範圍49-51HZ可以小的多，並且不是全部負載都必須相同。主要要求是支持DDC的負載可在49Hz到51Hz的範圍內以連續可變的方式切換，或者至少在該範圍內被打開和關閉。
[0004]對可以變得兼容於DDC的負載的類型存在限制。一般地，「能量」負載，諸如燒水器、電池充電器、冰櫃、冰箱和空調是適用的，但是必須小心這些負載包括馬達、泵和風扇，在將這些裝置迅速打開或者關閉的`時候，會負面地影響它們的壽命。然而，DDC兼容能量負載佔了任何電網系統的電力負載的很大比例，並且使得DDC成為要實施的有吸引力的技術。
[0005]通過允許主頻率響應於負載而改變，以儘可能最簡單的方式實現了 DDC。示意地整個電網可以用具有慣性J的發電機和以圖2所示的頻率變化的負載代替。不具有其他控制器的原動機驅動表示電網的慣性J，而被連接到發電機的DDC兼容負載(未示出)經由反饋路徑使驅動慣性J的淨扭矩和緩。
[0006]如以上所概括的，DDC要求電網頻率被改變，使得所述兼容負載可以按照協調方式被打開和關閉。實現DDC的困難是公用電網運營商一方不願意允許電網頻率變化，這是因為電網被設計在恆定頻率操作。此外，不願意實現DDC，是因為所述實施必須在大規模進行，這意味著來自多個方面的大量的投資。
[0007]【目的】
[0008]本發明的目的是提供改進的需求側控制方法、系統或者處理，或者至少向公眾提供有用的選擇。
【發明內容】
[0009]因此在本發明的一個方面，其提供需求側電力供應管理系統，所述需求側電力供應管理系統包括:孤島電力系統，所述孤島電力系統具有耦合到供電電網的耦合點，所述孤島電力系統向多個消費者供電，每個消費者使用一個或者更多電負載，所述負載中的每個與以響應於控制信號控制由該負載要求的電力的負載控制器關聯，測量裝置，其與所述耦合點關聯，以測量所述電網和所述孤島系統之間的總電力傳輸；以及系統控制器，所述系統控制器監測相對於設定點測量到的傳輸到孤島系統中的電力，並且向一個或者更多負載控制器提供控制信號，以防止傳輸到孤島系統中的電力超過所述設定點。
[0010]在另一方面，本發明提供需求側電力供應管理系統，所述需求側電力供應管理系統包括:孤島電力系統，所述孤島電力系統具有耦合到供電電網的耦合點，所述孤島電力系統向多個電負載供電，每個所述負載與控制由所述負載要求的最大電力的負載控制器關聯；測量裝置，其與所述耦合點關聯，以測量所述電網和所述孤島系統之間的總電力傳輸；以及系統控制器，其監測相對於設定點測量到的從所述供電電網傳輸到所述孤島系統中的電力，並且向多個負載控制器提供控制信號，其中，每個負載控制器接收大致相同控制信號，並且基於所述控制信號中包含的信息確定與所述負載控制器關聯的所述負載或者每個負載被允許從所述孤島電力系統抽取的最大電力。
[0011]負載控制器可以對其負載相對於另一個負載或者其他負載優先化,因而針對給定控制信號，第一優先級的負載被控制為優先於第二優先級的負載抽取功率。例如，響應於指示需求需要減少的控制信號中的變化，第一優先級的負載被控制為在第二優先級的負載之後減少需求。指派到負載的優先級可以被改變。在一個實施例中，根據所述負載執行的功能，優先級可以被改變。
[0012]到孤島系統中的功率流可以基本上維持在所述設定點。
[0013]在一個實施例中，設定點表示孤島系統的基礎電力要求。所述基礎功率要求可以由消費者和/或由負載控制器或者電網系統運營商來建立。所述基礎電力要求以及由此而來的設定點可以被改變。其可以依賴於諸如孤島系統的電力要求、由電網供應的電力的成本結構、以及電網上的整體電力需求即從電網可用到孤島系統的電力的因素。
[0014]所述孤島系統可以包括一個或者更多發電機。在一個實施例中，在所述孤島系統中發電導致從電網傳輸較少的電力，因而造成控制信號指示負載會需要更多功率。在一個實施例中，如果負載被完全供電，則孤島系統中的過量發電可以被專遞到電網。
[0015]在一個實施例中，通過測量供應到所述孤島系統的總能量與如果孤島系統已經在設定點基準連續操作則將供應的能量相比較來導出控制信號。
[0016]在本發明的第二方面，其概括提供需求側電力供應管理系統，所述需求側電力供應管理系統包括:孤島電力系統，所述孤島電力系統具有對供電電網的耦合點，所述孤島電力系統向多個消費者供電，每個消費者使用至少一個負載，每個負載與負載控制器關聯，所述負載控制器響應於由低延遲通信系統投送到所述負載控制器的控制信號來控制所述負載需求的電力，系統控制器，所述系統控制器監測相對於針對傳輸到所述孤島系統的電力的設定點從所述電網向所述孤島系統傳輸的電力，從而建立差分電力傳輸，並且向所述一個或者更多個負載控制器提供控制信號，使得差分電力傳輸基本上平均為零。
[0017]所述負載控制器可以對其負載相對於另一個負載或者其他負載優先化，因而針對給定控制信號，第一優先級的負載被控制為優先於第二優先級的負載抽取功率。例如，響應於指示需求需要減少的控制信號中的變化，第一優先級的負載被控制為在第二優先級的負載之後減少需求。指派到負載的優先級可以被改變。在一個實施例中，根據所述負載執行的功能，優先級可以被改變。
[0018]到孤島系統中的功率流可以基本上維持在所述設定點。
[0019]在一個實施例中，所述設定點表示孤島系統的基礎電力要求。所述基礎電力要求可以由消費者和/或由負載控制器或者電網系統運營商來建立。所述基礎電力要求以及由此而來的設定點可以被改變。其可以依賴於諸如孤島系統的電力要求、由電網供應的電力的成本結構、以及電網上的整體電力需求即從電網可用到孤島系統的電力的因素。
[0020]孤島系統可以包括一個或者更多發電機。在一個實施例中，在孤島系統內的發電導致從電網傳輸較少的功率，因而造成控制信號指示負載會需要更多電力。在一個實施例中，如果負載被完全供電，則孤島系統中的過量發電可以被傳輸到電網。
[0021]在一個實施例中，通過測量供應到孤島系統的總能量與如果孤島系統已經在設定點基準連續操作則將供應的能量相比較來導出控制信號。
[0022]在本發明的第三方面，其提供需求側電力供應管理的方法，所述方法包括以下步驟:
[0023]建立針對從供電電網向具有多個負載的孤島電力系統傳輸的電力的基準設定
佔.[0024]監測相對於所述基準設定點從所述電網向所述孤島電力系統傳輸的電力，從而建立差分電力傳輸；
[0025]生成一個或者更多控制信號，以控制所述孤島系統中存在的負載，使得所述差分電力傳輸基本上平均為零，以及；
[0026]在低延遲通信系統上提供所述一個或者更多控制信號。
[0027]所述方法可以包括:對其負載相對於另一個負載或者其他負載優先化，因而針對給定控制信號，第一優先級的負載被控制為優先於第二優先級的負載抽取電力。例如，響應於指示需求需要減少的控制信號中的變化，第一優先級的負載被控制為在第二優先級的負載之後減少需求。指派到負載的優先級可以被改變。在一個實施例中，根據所述負載執行的功能，優先級可以被改變。
[0028]所述方法可以包括:將到孤島系統中的功率流基本上維持在設定點。
[0029]在一個實施例中，所述定點表示孤島系統的基礎電力要求。所述基礎電力要求可以由消費者和/或由負載控制器或者電網系統運營商來建立。所述基礎電力要求以及由此而來的設定點可以被改變。其可以依賴於諸如孤島系統的電力要求、由電網供應的電力的成本結構、以及電網上的整體電力需求即從電網可用到孤島系統的電力的因素。
[0030]所述孤島系統可以包括一個或者更多發電機。在一個實施例中，在孤島系統內的發電導致從電網傳輸較少的電力，因而造成控制信號指示負載會需要更多電力。在一個實施例中，如果負載被完全供電，則孤島系統中的過量發電可以被傳輸到電網。
[0031]在一個實施例中，通過測量供應到孤島系統的總能量與如果孤島系統已經在設定點基準連續操作則將供應的能量相比較來導出控制信號。
[0032]在第四方面，本發明提供需求側電力供應管理系統控制器，所述需求側電力供應管理系統控制器包括:
[0033]用於監測從供電電網向具有多個負載的孤島電力系統傳輸的電力的裝置；
[0034]用於比較從所述電網向所述孤島電力系統傳輸的電力與相對於針對從所述電網傳輸到所述孤島系統的電力基準的設定點的裝置，從而建立到所述孤島系統中的差分電力傳輸電力流；以及
[0035]產生用於在低延遲通信系統上傳輸的控制信號，以控制孤島系統上存在的負載使得差分電力傳輸基本上平均為零的裝置。
[0036]負載控制器可以對其負載相對於另一個負載或者其他負載優先化,因而針對給定控制信號，第一優先級的負載被控制為優先於第二優先級的負載抽取電力。例如，響應於指示需求需要減少的控制信號中的變化，第一優先級的負載被控制為在第二優先級的負載之後減少需求。指派到負載的優先級可以被改變。在一個實施例中，根據所述負載執行的功能，優先級可以被改變。
[0037]到孤島系統中的功率流可以基本上維持在設定點。
[0038]在一個實施例中，所述設定點表示孤島系統的基礎電力要求。所述基礎電力要求可以由消費者和/或由負載控制器或者電網系統運營商來建立。所述基礎電力要求以及由此而來的設定點可以被改變。其可以依賴於諸如孤島系統的電力要求、由電網供應的電力的成本結構、以及電網上的整體電力需求即從電網可用到孤島系統的電力的因素。
[0039]所述孤島系統可以包括一個或者更多發電機。在一個實施例中，在孤島系統中發電導致從電網傳輸較少的電力，因而造成控制信號指示負載會需要更多電力。在一個實施例中，如果負載被完全供電，則孤島系統中的過量發電可以被專遞到電網。
[0040]在一個實施例中，通過測量供應到孤島系統的總能量與如果孤島系統已經在設定點基準連續操作則將供應的能量相比較來導出控制信號。
[0041]在第五方面，本發明提供需求側電力供應管理系統的方法，所述方法包括以下步驟:
[0042]向電力系統中的多個負載中的每個負載指派優先級；
[0043]接收指示可用於所述電力系統的電力的控制信號；以及
[0044]根據所述控制信號和向每個負載指派的優先級控制所述負載，因而針對來自所述控制信號的給定電力可用性指示，第一優先級的負載被控制為優先於第二優先級的負載抽取功率。
[0045]在一個實施例中，所述電力系統包括孤島電力系統。
[0046]所述控制信號可以使用低延遲通信系統提供。所述控制信號可以包括電力系統操作的頻率。
[0047]所述孤島電力系統可以從供電電網接收電力。
[0048]在第六方面，本發明提供用於需求側電力供應管理系統的負載控制器，所述控制器包括:
[0049]存儲用於一個或者更多負載的優先級標識的裝置；
[0050]用於接收控制信號的裝置，所述控制信號指示向所述一個或者更多負載供電的電力系統可用的電力；以及
[0051]根據所述控制信號和被分配到所述負載的指定優先級，用於控制所述一個或者更多負載的裝置。
[0052]在一個實施例中，所述負載控制器存儲用於多個負載中的每個負載的優先級標識，並且根據所述控制信號和所指定的優先級來控制所述負載，因而針對來自控制信號的給定電力可用性指示，第一優先級的負載被控制為優先於第二優先級的負載抽取電力。
[0053]在一個實施例中，所述電力系統包括孤島電力系統。
[0054]所述控制信號可以使用低延遲通信系統提供。所述控制信號可以包括電力系統的操作的頻率。
[0055]所述孤島電力系統可以從供電電網接收電力。
[0056]在第七方面，本發明概括提供用於需求側電力供電管理系統的電器，所述電器包括:
[0057]-用於存儲優先級標識的裝置；
[0058]-用於接收控制信號的裝置，所述控制信號指示向所述電器供電的電力系統可用的電力；以及
[0059]-根據所述控制信號和指定的優先級，用於控制所述電器的電力需求的裝置。
[0060]在第八方面，本發明概括提供需求側電力供應管理系統，所述需求側電力供應管理系統包括:具有對供電電網的至少一個耦合點的孤島電力系統，以及被連接到孤島系統的發電機的可變電源，所述孤島電力系統向多個消費者供電，每個消費者使用至少一個負載，每個負載與負載控制器關聯，所述負載控制器響應於由低延遲通信系統傳送到所述負載控制器的控制信號來控制所述負載需求的電力，系統控制器，其向一個或者更多負載控制器提供控制信號，使得來自發電機的電力被優先提供給能量負載。
[0061]在第八方面，本發明概括提供電動交通工具電力供應管理系統，所述電動交通工具電力供應管理系統包括:能夠向多個電動交通工具負載提供電力並且具有耦合到供電電網的耦合點的孤島電力系統，每個負載與負載控制器關聯，所述負載控制器響應於由低延遲通信系統傳送到所述負載控制器的控制信號來控制所述負載需求的電力，系統控制器，所述系統控制器監測相對於針對到所述孤島系統的電力傳輸的設定點從所述電網向所述孤島系統傳輸的電力，從而建立差分電力傳輸，並且向所述一個或者更多負載控制器提供控制信號，使得差分電力傳輸基本上平均為零。
[0062]在一個實施例中，電動交通工具被感應稱合到所述孤島電力系統。
[0063]在一個實施例中，當電動交通工具在諸如車庫地板、停車場或者道路這樣的交通工具承載表面上時，所述孤島系統被安排向電動交通工具負載感應地提供電力。
[0064]在第十方面，本發明提供需求側電力供應管理的方法，所述方法包括以下步驟:
[0065]向電力系統中的多個負載中的每個負載指派優先級；
[0066]接收指示可用於所述電力系統的電力的控制信號；
[0067]監測所述負載中的至少一個負載的特性；以及
[0068]根據所述控制信號和監測到的特性，重新指派用於所述負載中的一個或者更多的優先級。
[0069]所述監測到的特性可以包括以下中的一個或者更多:所述負載目前需求的電力；負載的充電狀態；負載是否被用戶打開或者關閉。
[0070]在一個實施例中，所述電力系統包括孤島電力系統。[0071]所述控制信號可以使用低延遲通信系統提供。所述控制信號可以包括電力系統的操作的頻率。
[0072]所述孤島電力系統可以從供電電網接收電力。
[0073]在第十一方面，本發明提供需求側電力供應管理系統，所述需求側電力供應管理系統包括:孤島電力系統，其具有對供電電網的至少一個耦合點，所述孤島電力系統向多個電力負載供電，每個所述負載與控制所述負載需求的最大電力的負載控制器關聯，所述系統還包括:測量裝置，其與所述耦合點或者每個耦合點關聯，以測量所述電網和所述孤島系統之間的總電力傳輸，其中每個負載控制器基於測量到的傳輸到系統中的電力與設定點的比較來確定與所述負載控制器關聯的所述負載或者每個負載被允許從所述孤島電力系統抽取的最大電力。
[0074]通過下列描述，本發明的被認為是新穎的所有進一步方面將變得顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0075]下面將參照附圖來描述本發明的一個或者更多實施例，其中:
[0076]圖1:是用於已知的IkW DDC控制器的功率-頻率的曲線圖；
[0077]圖2:是已知DDC控制器的框圖和傳遞函數；
[0078]圖3:是根據本發明的LDC系統的一般化示意圖；
[0079]圖4:是已知DDC控制器的框圖和傳遞函數；
[0080]圖5:是感應供電的電動交通工具的示意圖；
[0081]圖6:是用於感應供電的交通工具的道路的例示圖；
[0082]圖7:是示出測量到的發電機頻率和具有DDC控制的IPT電池充電系統和隨機扭矩輸入的充電系統輸出功率的一系列曲線圖；
[0083]圖8:是示出具有LDC控制器的風力電源、供電電網以及在一小時時段的總消耗的示例曲線圖；
[0084]圖9:示出兩個概率分布，一個針對從電網消耗的功率，另一個針對從風力消耗的功率;
[0085]圖10:是示出在一小時時段內，單個家庭需求的曲線圖；
[0086]圖11:是示出對風力電力的20kW臺階的系統響應的曲線圖；
[0087]圖12:是例不生成和使用可變頻率控制/[目號的孤島電力系統的不意圖；
[0088]圖13:是用於在圖12所示的系統中生成控制信號的頻率-電壓的曲線圖；
[0089]圖14:是示出負載控制裝置操作的示意圖；
[0090]圖15:是示出根據本發明的一個實施例的LDC島中的信息流的示意圖；
[0091]圖16:是例示集成了 DDC和LDC的混合系統的示例的圖；
[0092]圖17:示出風力電力和負載功率隨著時間變化的曲線；以及
[0093]圖18:示出針對圖17的模擬，標準偏差對傳輸延遲和採樣時間隨著時間變化的曲線圖。
【具體實施方式】
[0094]現將描述動態需求側控制的新方案。在一個實施例中，這個新方案允許主頻率恆定並且還允許本地的分布式發電(DG)，其如圖3所示。這個方案可以被認為是分布式發電需求控制的形式，但是為了方便起見，這個方案在本說明書中被稱為本地需求控制(LDC)。實質上，在具有對電網的連接點的孤島系統中的負載被控制以防止從電網向孤島系統供應的電力超過設定點。在本文件中使用的術語「孤島系統」表示可以包括或者可以不包括發電，並且具有對公用供電電網的至少一個耦合點的電力系統或者子系統。孤島系統可以向多個消費者供應電力，其中所述消費者使用被連接到系統的負載(例如，家用電器)或者可能共享負載。在一個示例中，孤島系統可以包括單個家庭，以及在另一個示例中，可以包括城市。在另一個示例中，孤島系統可以由不必位於同一緊鄰地理區域，但為了實施本發明的目的，而集體同意形成孤島系統的的數個家庭定義。
[0095]以下將要闡述的一個實施示例是包括諸如農場或者小村莊這樣的小型社區的孤島系統。然而，如以上提到，所述系統還可應用於甚至更小的規模，諸如個體住宅。同樣，本發明可以在諸如城市這樣的大規模孤島系統上實施。
[0096]在例如農場的情況下，可從電網I得到電力，但是它可能在也驅動其他孤立的農場的長供電線的端部，使得電力是弱的並且非常可變。這個單相或有時三相的供電線在不中斷對鄰居的電力供應的情況下不能夠驅動大負載，使得對在也許7kW的一個或者更多電動交通工具充電的構思不實際。在這裡的示例中，孤島系統包括發電機，因此除了來自本地發電功率以外，公用供電電網的電力可用。在本地，風力渦輪機2驅動單相感應發電機3來生成單相電力。三相電力也可以生成。那麼，在農場可用的電力來自公用供電線的電力，t匕如說15kW ；以及來自風力渦輪機的電力功率，在小型應用中，其可能僅僅是20kW並且隨著風強度改變而寬範圍變化。
[0097]公用供電線可用的功率可以被用於建立基準設定點。因而設定點表示孤島系統的基礎電力要求。如以下更詳細討論的，所述基礎電力要求可以由消費者和/或由負載控制器或者電網系統運營商來建立，。所述基礎電力要求以及隨著而來的設定點可以被改變。其可以依賴於諸如孤島系統的電力要求、由電網供應的電力的成本結構、以及電網上的整體電力需求，即電網可用到孤島系統的電力的因素。在一個示例中，電網上的系統需求可以被監測，並且當下一個公用記帳周期開始時，所述設定點可以基於需求趨勢來調整。因而如果公用以半小時周期記帳，則所述設定點可以被調整，以便與下一個半小時周期的開始重合。在改變前，所述系統可以向電網系統運營商用信號通知設定點的希望變化。
[0098]可用電力是來自電網的設定點電力和在任意時刻孤島系統內的發電的總和。作為可用功率的指示的控制信號可以被從系統控制器5共同添加到本地系統的全部相位電壓。傳輸到孤島系統的電力可以被監測，並與設定點相比，以便建立差分電力傳輸，並且這個差分電力傳輸可以通過適當的負載控制來控制，以便其平均為零。在一個實施例中，通過確定在如果系統連續在設定點操作則將被消耗的能量以上和上方的、從電網傳輸到孤島系統的能量來確定控制信號。這個差異可以由電壓表示，並且用於生成如以下進一步討論的控制信號。
[0099]進一步細節在圖12到圖14中示出。該系統控制器5可以產生電壓，通過使用電壓到頻率轉換器21，可從該電壓生成控制信號。在這個示例中，控制信號是純音的，例如從200Hz到IkHz變化的I伏特，如圖13所示，對應於「保證的」功率下限到也許20kW。所述系統實施的每個電器或者家庭9與負載控制器諸如控制器30關聯，所述負載控制器接收以上描述的公共控制信號並且相應地控制所述電器或電器37。參照圖14，其示出負載控制器實現方式的一個示例，其中負載控制器30具有對應於不同的負載切換或者操作優先級的濾波器31到34 (並且可能更多)。設置連接在受控負載，例如電器37與電源(在圖14中由電源輸出插座35表示)之間的適配器36。適配器36包括使得能夠進行開/關或者不同控制的開關，並且響應於來自負載控制器30的指令來增加或者減小所連接的電器37或者其他負載的需求。在一個實施例中，適配器37和負載控制器之間的通信可以經由無線網絡發生。作為另選，所述控制器的功能可以被替換包括在適配器36中，使得單獨的控制器硬體是不必要的。所述控制器或者適配器36可以被設置作為電器的一部分，使得單獨的硬體是不必要的。
[0100]因而，任何相關的電器或者電力裝置將接著被開啟/關閉(或者如果可能或者針對給定負載類型或者負載執行的功能適當，則可變地控制其需求)。控制信號還可以是通過導線或者在農場或者社區上無線傳播的數位訊號。全部LDC兼容裝置在大致同一時間得到該控制信號並且適當地開啟/關閉。因此，必須由低延遲系統發送控制信號。在圖3中控制信號被示出為在本地變壓器生成。這對於這種控制器是方便的實際位置，因為在該點可以測量從電網供應的電力。然而應理解的是負載控制器可以位於其他物理位置，或者可以甚至遠離孤島系統。可以通過不同於以上描述的方式提供控制信號。例如，可以使用無線通信系統或者網絡。因而可以通過改變系統頻率、通過無線電信號、通過WiFi或者Zigbee或者例如通過網際網路來進行控制信號的傳輸。
[0101]如上所述，每個負載可以被指定優先級。優先級的順序是社區或者該社區中的個體消費者希望的任何順序。優先級的設定應被仔細考慮，因為在高功率端的裝置有可能被相對經常地開啟和關閉，並且一些裝置，例如冰箱，不被標稱為用於迅速切換。
[0102]消耗相對低量的功率的裝置可以被設置在優先級列表的低功率端。那些不期望頻繁開/關切換的可以包括操作調度，其防止切換動作達特定時間段。例如，針對特定負載(例如冰箱)的調度可以包括要求每當該負載被開啟/關閉時必須保持開/關達至少10分鐘或者直至自己關閉為止的調度。針對每個電器的優先級可以按照可由用戶改變或者依賴於諸如負載執行的功能這樣的參數由負載控制器智能改變的方式、被存儲在每個負載控制器中。在孤島功率系統中的消費者和/或「社區」可對關於負載優先化進行決定。例如，在圖3中，示出每個家庭具有熱水器負載6和電力交通工具(EV)充電負載7。如果消費者已經選擇EV負載7通常具有比熱水器負載6低的優先級，則隨著控制信號指示可用電力供應在消失，負載7通常將優先於負載6被關閉。然而，如果確定(或者接收指示的反饋)例如EV充電量非常低，或者水溫充足(即使不是優選的)，或者依賴於一天中的時間(例如，在半夜優先於交通工具充電切斷對水加熱，並且在適當時間重開始對水加熱)，負載控制器可以改變優先級。負載6和7兩者是可被控制為連續可變的類型，並且負載控制器可以執行該功能。將可見的是在此描述的優先化的系統總體上可應用於DDC，並且不必須限制於用於孤島電力系統中使用，因為所使用的控制信號可以是電力系統的頻率。將可見的是容許功率供應變化性的「能量」負載(諸如加熱水和EV充電)可以被優先化，使得發電機3的可變的發電被有效地用於對這些負載供電。因而，本發明可以充分使用諸如來自可再生的可變發電，例如包括風力、太陽能和潮汐發電來源。
[0103]按照以上利用風力渦輪機驅動感應發電機描述的形式，電壓和頻率由電網設定。取自電網的電力可減少到零，並且如果電力實際不被使用，即，如果全部負載被按照要求供電，則電力可以被輸出返回到電網。實際上在更大的應用中，如果可能的話，用於孤島系統的系統運營商(so)可以要求電網電力減少，或者會招致更高的「一天中的時間」價格調度。如果存在OS不希望的盈餘，則可以用於對水加熱或者被倒掉。在一個實施例中，可以針對從電網(在以上描述的農場示例中的供電線)傳送到孤島系統的電力建立基準設定點，並且控制器可以向可控負載提供控制信號，使得傳送到孤島系統的電力不超過或者至少不大致超過所述設定點。此外，根據由孤島系統供電的負載的性質和孤島系統中的發電能力，孤島系統可以被管理，使得從電網傳送的電力大致維持在所述設定點，至少達特定時間段。這樣，對電網的需求更可預測，需求中具有更少的不期待的變化，因此電網運營商可減少或者至少更經濟地管理旋壓儲備。
[0104]在一些系統中，例如，那些具有相對低的功率使用和高的發電能力的系統，孤島系統可以操作以將大致恆定量的電力饋入到電網中。
[0105]顯著特徵是造成所生成的電力變化的風速中的波動基本上被LDC控制器去除，使得如果電力被計劃為被發送回到電網中，則其將是高質量恆定電壓電網頻率單相或者3相，其具有高價值。然而，如果因為存在不充足的負載來吸收全部可用電力，所以功率被發送回電網，則其為較低質量並且因此較低價值。假如停電，那麼這個系統不能夠發電，因為感應發電機將具有不充足的VAR勵磁；這是至今最低成本的實現方式並且也是最安全的，因為本地發電不能夠啟動無論為了什麼原因而被電力公司關閉的線路。在功率連續性重要的情況下，例如，對於透析機，可以使用UPS。
[0106]用於這種LDC系統的控制器在圖4中示意性地示出。其類似於圖2所示的控制器，
除了反饋路徑現在完全在感應發電機中。在這些情形下，輸出△ ω現在是造成g?；的扭矩
反饋的機器的轉差頻率的變化，其中，《S0是感應機器的額定轉差頻率，以及TO是額定扭矩。這給出傳遞函數
【權利要求】
1.一種需求側電力供應管理系統，所述需求側電力供應管理系統包括:孤島電力系統，其具有耦合到供電電網的耦合點，所述孤島電力系統對多個電負載供電，每個所述負載與控制由該負載要求的最大電力的負載控制器關聯；測量裝置，其與所述耦合點關聯以測量所述電網和所述孤島系統之間的總電力傳輸；以及系統控制器，其監測相對於設定點測量到的從所述供電電網到所述孤島系統中的電力傳輸，並且向多個負載控制器提供控制信號，其中，每個負載控制器接收大致相同控制信號，並且基於所述控制信號中包含的信息確定與所述負載控制器關聯的所述負載或者每個負載被允許從所述孤島電力系統抽取的最大電力。
2.根據權利要求1所述的需求側電力供應管理系統，其中，每個負載與優先級排名關聯，並且與所述負載關聯的相應負載控制器基於所述優先級排名確定所述負載被允許從所述孤島電力系統抽取的最大電力。
3.根據權利要求2所述的需求側電力供應管理系統，其中，分配到至少一些所述負載中的所述優先級排名可以被改變。
4.根據權利要求3所述的需求側電力供應管理系統，其中，至少一個負載控制器從關聯的負載接收反饋，並且能夠響應於所述反饋改變所述負載的優先級。
5.根據權利要求1到4中任一項所述的需求側電力供應管理系統，其中，所述控制信號具有與測量到的電力傳輸和所述設定點之間的差成比例變化的特性。
6.根據權利要求5所述的需求側電力供應管理系統，其中，所述特性是頻率。
7.根據權利要求5所述的需求側電力供應管理系統，其中，所述特性是振幅。
8.根據權利要求1到7中任一項所述的需求側電力供應管理系統,其中,所述孤島電力系統包括配電網絡，所述配電網絡包括中性線，並且所述控制信號通過所述中性線發送。·
9.根據權利要求1到7中任一項所述的需求側電力供應管理系統，其中，所述控制信號被疊加在所述孤島電力系統的相電壓上。
10.根據權利要求1到7中任一項所述的需求側電力供應管理系統，其中，所述控制信號通過低延遲無線通信裝置發送。
11.根據權利要求1到10中任一項所述的需求側電力供應管理系統，其中，針對至少一個負載，在向負載被允許抽取的最大電力的變化之間存在預定最小時間。
12.根據權利要求1到11中任一項所述的需求側電力供應管理系統，其中，所述設定點隨著時間變化。
13.根據權利要求12所述的需求側電力供應管理系統，其中，所述設定點響應於從所述供電電網的運營商接收的信息和/或響應於由所述供電電網提供的電力的特性而變化。
14.根據權利要求13所述的需求側電力供應管理系統，其中，所述信息是定價信息。
15.根據權利要求13所述的需求側電力供應管理系統，其中，所述信息涉及由所述供電電網運營商保持的發電儲備。
16.根據上述權利要求中任一所述的需求側電力供應管理系統,其中,所述總電力傳輸不超過所述設定點。
17.根據權利要求1到15中任一項所述的需求側電力供應管理系統，其中，所述總電力傳輸被保持在預定範圍內。
18.根據權利要求1到15中任一項所述的需求側電力供應管理系統，其中，總電力傳輸和設定點之間的時間加權平均差是零。
19.根據上述權利要求中任一所述的需求側電力供應管理系統，其中，所述孤島電力系統被連接到除了所述供電電網之外的附加電源。
20.根據權利要求19所述的需求側電力供應管理系統，其中，所述附加電源是間歇地可用的電源。
21.根據權利要求20所述的需求側電力供應管理系統，其中，所述間歇地可用的電源包括一個或者更多風力渦輪機。
22.根據權利要求20或21所述的需求側電力供應管理系統，當從屬於權利要求3或4時，其中，相對於當間歇性可用的電源不在發電時指派到所述負載的優先級，當間歇性可用的電源在發電時，與電源變化容許負載關聯的負載控制器向容許電源變化的負載指派更高的優先級。
23.根據權利要求22所述的需求側電力供應管理系統，當所述電源變化容許負載包括熱水器或者電動交通工具充電器。
24.根據上述權利要求中任一所述的需求側電力供應管理系統，其中，所述負載控制器在多個消費者中分布。
25.—種需求側電力供應管理系統的方法，所述方法包括以下步驟: 1、建立針對從供電電網向具有多個負載的孤島電力系統傳輸的電力的基準設定點； i1、監測相對於所述基準設定點從所述電網向所述孤島電力系統傳輸的電力，從而建立差分電力傳輸； ii1、產生控制所述孤島系統中存在的負載的一個或者更多控制信號，使得所述差分電力傳輸基本上平均為零，並且；` iv、在低延遲通信系統上提供所述一個或者更多控制信號。
26.—種需求側電力供應管理系統的方法，所述方法包括以下步驟: 1、向電力系統中的多個負載中的每個負載指派優先級； i1、接收指示所述電力系統可用電力的控制信號；以及 ii1、根據所述控制信號和向每個負載指派的優先級，控制所述負載，因而針對來自所述控制信號的給定電力可用性指示，第一優先級的負載被控制為優先於第二優先級的負載抽取電力。
27.—種需求側電力供應管理系統控制器，所述需求側電力供應管理系統控制器包括: -用於監測從供電電網向具有多個負載的孤島電力系統傳輸的電力的裝置； -用於相對於針對從所述電網到所述孤島系統的電力傳輸的基準設定點，比較從所述電網向所述孤島電力系統傳輸的電力，從而建立到所述孤島系統中的差分電力傳輸功率流的裝置；以及 -用於生成在低延遲通信系統上傳送的控制信號的裝置，以控制所述孤島系統中存在的負載使得所述差分電力傳輸基本上平均為零。
28.—種用於需求側電力供電管理系統的電器,所述電器包括: -用於存儲優先級標識的裝置； -用於接收控制信號的裝置，所述控制信號指示對所述電器供電的電力系統可用的電力；以及 -根據所述控制信號和指定的優先級，控制所述電器的電力需求的裝置。
29.一種用於需求側電力供應管理系統的負載控制器，所述控制器包括: -用於存儲針對一個或者更多負載的優先級標識的裝置； -用於接收控制信號的裝置，所述控制信號指示對所述一個或者更多負載供電的電力系統可用的電力；以及 -根據所述控制信號和被分配到所述負載的所指定的優先級，控制所述一個或者更多負載的裝置。
30.一種電動交通工具電力供應管理系統，所述電動交通工具電力供應管理系統包括:能夠向多個電動交通工具負載提供電力，並且具有耦合到供電電網的耦合點的孤島電力系統，每個負載與負載控制器關聯，所述負載控制器響應於由低延遲通信系統投送到所述負載控制器的控制信號來控制所述負載需求的電力，系統控制器，所述系統控制器監測相對於針對到所述孤島系統的電力傳輸的設定點從所述電網向所述孤島系統傳輸的電力，從而建立差分電力傳輸，並且向所述一個或者更多負載控制器提供控制信號，使得時間加權平均差分電力傳輸基本上是零。
31.一種需求側電力供應管理的方法，所述方法包括以下步驟: 1、向電力系統的多個負載中的每個負載指派優先級； i1、接收指示所述電力系統可用電力的控制信號； ii1、監測所述負載中的至少一個負載的特性；以及 iv、根據所述控制信號和監測到的特性，重新指派針對所述負載的一個或者更多的優先級。
32.一種需求側電力供應管理系統，所述需求側電力供應管理系統包括:孤島電力系統，其具有對供電電網的至少一個耦合點，所述孤島電力系統對多個電力負載供電，每個所述負載與以控制所述負載需求的最大電力的負載控制器關聯，所述系統還包括:測量裝置，其與所述耦合點或者每個耦合點關聯，以測量所述電網和所述孤島系統之間的總電力傳輸，其中每個負載控制器基於測量到的傳輸到系統中的電力與設定點的比較來確定與所述負載控制器關聯的所述負載或者每個負載被允許從所述孤島電力系統抽取的最大電力。
【文檔編號】H02J3/00GK103828167SQ201280027918
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年4月10日 優先權日:2011年4月8日
【發明者】格蘭特·安東尼·科維奇, 約翰·塔爾博特·博伊斯 申請人:奧克蘭聯合服務有限公司