專利名稱：電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制電網(wǎng)中用電和發(fā)電之間的平衡的裝置和方法。 背景抆術(shù)可靠的電力來源對于現(xiàn)代生活幾乎所有的方面都是必不可少的。當(dāng)前，提供可靠的電力是一項非常復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)。它涉及到對由發(fā)電機(jī)(包括 所有類型核能、燃煤、燃油、天然氣、水力、地?zé)?、光伏?和負(fù)載(例如，用電 的設(shè)備和裝置等)組成的電力系統(tǒng)的實時評估和控制。電力是通過由開關(guān)站和傳輸線組成的配電網(wǎng)來供應(yīng)的。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力，通常 會通過變壓器被逐級升壓至高電壓(230-765kV)，以減少(由發(fā)熱造成的)電力傳 輸損耗。發(fā)電機(jī)，配電網(wǎng)，和負(fù)載組成了電力電網(wǎng)。目前，電網(wǎng)的可靠運(yùn)行是非常復(fù)雜的，這是由于，電力被產(chǎn)生后立即被用掉，這 就意味著電能的產(chǎn)生和需求必須保持持續(xù)地平衡。在現(xiàn)有的電力管理系統(tǒng)里，電力供 應(yīng)與需求的平衡，是通過計劃，控制和協(xié)調(diào)發(fā)電側(cè)來實現(xiàn)的。當(dāng)電力供大于求時將導(dǎo)致交流電力系統(tǒng)的頻率增加，而當(dāng)電力供不應(yīng)求時將導(dǎo)致 該頻率下降。在英國，供電局必須保證50Hz的標(biāo)稱頻率，該頻率允許的變化范圍是土O. 5%。 在美國，該標(biāo)稱頻率為60Hz。在一些閉環(huán)系統(tǒng)里面，例如，飛機(jī)，該標(biāo)稱頻率是"OHz。 標(biāo)稱頻率是交流電的頻率，電網(wǎng)的設(shè)計就是為了保證這個頻率是受控的和穩(wěn)定的。由于負(fù)載的接入和斷開，以及發(fā)電機(jī)改變其輸出以滿足用電需求的變化，產(chǎn)生隨 機(jī)的、較小的頻率變化是正常的。然而，頻率上較大的偏移，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動速 度超過可以容忍的極限，造成發(fā)電機(jī)渦輪和其他設(shè)備的損壞。頻率上較大的變化也會造成負(fù)載的損壞。對現(xiàn)代的半導(dǎo)體儀器的精度來說，頻率變化僅±0.5%,已經(jīng)是較大的信號了。 現(xiàn)有的在供電側(cè)來匹配發(fā)電量與需求的架構(gòu)有許多問題。目前，當(dāng)不能處理極低 頻時，即，當(dāng)電力需求超過發(fā)電量時，自動低頻減載操作就會被觸發(fā)，使用戶離線以 防止整個電力系統(tǒng)的崩潰。這樣對穩(wěn)定電力系統(tǒng)是有幫助的，但對用戶來說，特別地 不方便，甚至是危險的。在停電事故后，電網(wǎng)處于特別敏感的階段，恢復(fù)過程是很慢的。大型發(fā)電機(jī)往往 需要其他發(fā)電機(jī)提供部分電力來進(jìn)行啟動或再啟動。如果沒有額外的電力，這種發(fā)電 機(jī)將沒有辦法啟動。因此電網(wǎng)系統(tǒng)具有叫做"黑啟動"服務(wù)的服務(wù)，通過黑啟動一些發(fā)電機(jī)具有自啟動和持續(xù)發(fā)電的能力，即使電網(wǎng)的其他部份全部停用(即，為黑)。 電網(wǎng)運(yùn)營商已經(jīng)準(zhǔn)備了恢復(fù)發(fā)電和負(fù)荷的次序。這些保證了有限的初始電力供應(yīng)被首 先用來提供通信和控制，然后用來啟動大型發(fā)電機(jī)，然后負(fù)荷被逐步地連入電網(wǎng)內(nèi)以 匹配逐步增加的發(fā)電量。黑啟動的整個過程是令人憂心的。停電是非常罕見的事件，沒有人能練習(xí)除非正 處在這樣的實際危機(jī)中。參與這樣的過程的每個人都有巨大的壓力，電力系統(tǒng)的操作 完全處在其正常操作范圍外(有時在設(shè)計范圍外)。負(fù)荷或發(fā)電量被連入電網(wǎng)的每一 步，都是對電力系統(tǒng)的沖擊，之后，電網(wǎng)需要花幾秒或者幾分鐘來穩(wěn)定。處于謹(jǐn)慎的 考慮，負(fù)荷或發(fā)電量應(yīng)該以很小的變化加入。這必然使整個恢復(fù)過程變得很緩慢，對 那些仍須重新連入電網(wǎng)的用戶來說，延長了停電時間。為了盡可能地避免切負(fù)荷，在任何時間都運(yùn)行電力系統(tǒng)以能處理關(guān)鍵發(fā)電機(jī)和關(guān) 鍵傳輸設(shè)備的損耗(即，最重要的單次偶然事故)。這樣，電網(wǎng)通常在不滿負(fù)荷的情 況下，也能正常運(yùn)行，以使較大的隨機(jī)故障不會危及整個系統(tǒng)的安全。然而這也意味 著發(fā)電機(jī)的工作效率不高，導(dǎo)致電力供應(yīng)的成本增加。夏天的空調(diào)及其他制冷負(fù)載和冬天的供熱負(fù)載，通常是造成系統(tǒng)高峰負(fù)荷的常見 原因。然而，電網(wǎng)運(yùn)營商通過精確的計劃和對電網(wǎng)運(yùn)行的研究，包括長期的評估，年 前，季前，周前，日前，小時前和實時的運(yùn)行中的意外事故分析，來預(yù)見問題。而總有意外事故發(fā)生，這就是為什么電力系統(tǒng)運(yùn)行需要有用于補(bǔ)償最大意外事故 的空間?？梢允褂镁哂懈哌\(yùn)行成本的額外的調(diào)峰發(fā)電機(jī)，在需要的時候提供額外的電 力供應(yīng)，或讓主發(fā)電機(jī)不滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)以留出一些潛在的發(fā)電余量應(yīng)付過負(fù)荷的情況。 這兩種方案都會導(dǎo)致單位發(fā)電成本較系統(tǒng)接近滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時高。一種針對現(xiàn)有方案的、匹配負(fù)荷和發(fā)電量的可替代的架構(gòu)已經(jīng)被提出。主要的思 想就是通過在需求側(cè)對負(fù)荷進(jìn)行管理來彌補(bǔ)負(fù)荷與發(fā)電量之間的差值。關(guān)于使用負(fù)荷或電力需求，來(至少)對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生作用的文獻(xiàn)有限。US 4, 317,049 (Schweppe等人)，提出了這樣一種與現(xiàn)有的電力管理方法不同 的基本理念，就是電力的供應(yīng)和需求彼此響應(yīng)，并試圖維持平衡的狀態(tài)。這篇文獻(xiàn)定義了兩類用電設(shè)備，第一類用電設(shè)備稱為電能消耗型用電設(shè)備，它們 的特點(diǎn)是，在一段時間內(nèi)需要一定量的電能以完成它們的功能，同時這類用電設(shè)備并 不關(guān)心某一具體時間上電能的供給。例如空調(diào)設(shè)備，熱水器，電冰箱，空氣壓縮機(jī)，泵等。第二類用電設(shè)備稱之為功率消耗型用電設(shè)備，它們的特點(diǎn)是，在特定的時間需 要功率。如果沒有在特定的時間并以特定的速率提供功率，這類用電設(shè)備將(完全) 失效。這類設(shè)備例如，照明設(shè)備，計算機(jī)，電視機(jī)等。Schweppe等人的專利提出的，頻率自適應(yīng)功率-電能再調(diào)度器(FAPER),通過 在電能消耗型用電設(shè)備上應(yīng)用FAPER來實現(xiàn)功率管理。Schweppe等人的專利具體討 論了在用于將水泵送至儲水箱內(nèi)的水泵上的FAPER的應(yīng)用。在水箱中，水的液面高度有最小允許高度乙n和最大允許高度Y_。
一般地，當(dāng) 水箱內(nèi)液面回落至或低于最小高度時，水泵將會啟動，將水泵送至儲水箱內(nèi)，而當(dāng)水 箱內(nèi)液面達(dá)到最大高度時，水泵將會被關(guān)閉。其他時間，水泵將是閑置的。FAPER根據(jù)電力系統(tǒng)的頻率對這些極限(乙 和Y ax)進(jìn)行了修改。這樣，在系統(tǒng) 頻率較高的時期內(nèi)(電力需求較小的情況下)，也就是說，在電網(wǎng)的頻率超過標(biāo)稱值 時，導(dǎo)致水泵被啟動的最小液面高度(U被增加，而最大液面高度(Y ax)也被增 加。這樣，水泵將會在比沒有在FAPER控制下運(yùn)轉(zhuǎn)時高的液面高度上接入和斷開。這 就意味著消耗了過多的電量。使用同樣的原理，在電網(wǎng)的頻率低于電網(wǎng)的標(biāo)稱頻率時 (發(fā)電量不足的情況下)，最小液面高度和最大液面高度被降低。這種降低使接入的 水泵被較快地被斷開，斷開的水泵較晚地被接入，所以消耗較少的電能，從而降低了 電網(wǎng)的負(fù)荷。根據(jù)Schweppe等人的專利，液面高度極限的升高(特別是最大允許高度)和液 面高度極限的降低(特別是最小允許高度)應(yīng)有一定的范圍限制，這由用戶需求或安 全要求來確定。所以，這種液面高度極限是可以擴(kuò)展的，但被限制在一定范圍內(nèi)，否 則，水箱將會發(fā)生難以接受的溢出或者完全空掉。Schwe卯e等人的專利揭示的主要概念為，具有某種電能存儲功能并以工作周期 運(yùn)行的耗能設(shè)備，對提供電網(wǎng)響應(yīng)行為很有幫助。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時，補(bǔ)充或充滿電能存 儲，因而存儲的勢能增加。當(dāng)設(shè)備不運(yùn)行時，由于負(fù)載存儲電能的能力，該負(fù)載的功 能仍然能發(fā)揮作用。FAPER在不影響設(shè)備所提供的服務(wù)的前提下，根據(jù)電網(wǎng)頻率的引導(dǎo)修改負(fù)載的耗 能時間。這樣，當(dāng)電網(wǎng)頻率較高時，設(shè)備的勢能增加，以最大化所存儲的供給到設(shè)備 中的電能的量。這樣能補(bǔ)償任何過多的電能。在發(fā)電量不足的時期(高頻情況下)， 設(shè)備勢能降低，從而釋放電能給電網(wǎng)，以彌補(bǔ)發(fā)電量的不足。由FAPER改進(jìn)， 一種不同的、改進(jìn)的"響應(yīng)負(fù)載系統(tǒng)"，由本發(fā)明人在專利 GB2361 118中公開。響應(yīng)負(fù)載系統(tǒng)是基于與FAPER設(shè)備相同的基本原理，通過使用需 求側(cè)的電網(wǎng)響應(yīng)，并基于這種響應(yīng)方法和提供對負(fù)載的接入/斷開時刻應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)的 方法的進(jìn)一步改進(jìn)，至少有助于電網(wǎng)的穩(wěn)定性。FAPER設(shè)備的一個問題是，沒有任何隨機(jī)性，電網(wǎng)頻率的最小變化都會導(dǎo)致所有 具有FAPER的負(fù)載同時以相同的方式響應(yīng)。這可能會對電網(wǎng)造成不穩(wěn)定的影響。逐漸 的響應(yīng)是需要的，且響應(yīng)負(fù)載系統(tǒng)通過用隨機(jī)化功能來分配每一個設(shè)備發(fā)生響應(yīng)的頻 率來實現(xiàn)這一點(diǎn)。如上面提到的，GB 2361118所述的響應(yīng)負(fù)載系統(tǒng)，定義了一種用于選擇設(shè)備所 敏感的頻率的可能的方法。采用這種方法，當(dāng)系統(tǒng)頻率偏離電網(wǎng)的標(biāo)稱頻率時，逐漸 增多的響應(yīng)負(fù)載設(shè)備數(shù)量，改變了電網(wǎng)的負(fù)荷。更詳細(xì)地，響應(yīng)負(fù)載系統(tǒng)使用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器來選擇設(shè)備對之敏感的高頻率和低頻率。這比FAPER設(shè)備有利在于，隨著頻率分別地增加或減小，越來越多的負(fù)荷被逐步 地接入或切除。設(shè)備對之敏感的髙、低兩個頻率的隨機(jī)輸入有時被修改。這個步驟有助于將響應(yīng) 設(shè)備的任何不利之處，在響應(yīng)設(shè)備總體中分散，并確保沒有設(shè)備被固定在不合適的頻 率觸發(fā)上。例如，如果某一特定的設(shè)備一直對頻率上最小的改變敏感，同時另一個設(shè) 備具有只在電網(wǎng)極端緊張的情況下才提供頻率響應(yīng)的較寬的觸發(fā)頻率，這是都不適當(dāng) 的。這種響應(yīng)負(fù)載系統(tǒng)有一個問題，控制器不是可以防止擺弄的。用戶，例如，空調(diào) 用戶，也許會選擇改變他們的空調(diào)控制，因為由于頻率響應(yīng)負(fù)載改變的結(jié)果，房間里 的一點(diǎn)點(diǎn)供熱或制冷，超過了預(yù)期。這樣，如果空調(diào)設(shè)定的溫度范圍比較低，由于電 網(wǎng)頻率的增加，空調(diào)會更劇烈且更頻繁地運(yùn)轉(zhuǎn)，用戶注意到這些，會在電網(wǎng)頻率恢復(fù) 到可接受的水平前，將空調(diào)關(guān)掉，導(dǎo)致負(fù)載頻率響應(yīng)失敗。部分是因為上述這個問題，產(chǎn)生0322278. 3號UK專利申請中的電網(wǎng)穩(wěn)定系統(tǒng)。 這種電網(wǎng)穩(wěn)定系統(tǒng)可以通過將頻率觸發(fā)固定在電網(wǎng)預(yù)緊張設(shè)置而防止終端用戶使頻 率響應(yīng)功能無效。通過這種方法，在電網(wǎng)高度緊張時期，對設(shè)定點(diǎn)控制器，例如溫度 控制器的操作，將沒有效果。這種電網(wǎng)穩(wěn)定系統(tǒng)還定義了系統(tǒng)的三種狀態(tài)，正常狀態(tài)，緊張狀態(tài)，和危機(jī)狀態(tài)。 電網(wǎng)的緊張水平?jīng)Q定了電網(wǎng)處于上述三種狀態(tài)的哪一種。通過比較當(dāng)前的電網(wǎng)頻率和頻率的極限值，并判斷當(dāng)前電網(wǎng)頻率是否落在表示系 統(tǒng)是處于正常狀態(tài)，緊張狀態(tài)或危機(jī)狀態(tài)的極限值內(nèi)來確定電網(wǎng)的緊張水平。通過規(guī)定電網(wǎng)頻率變化的速率的極限，頻率的快速變化，不論頻率的絕對值是多 少，也可以作為電網(wǎng)緊張水平的指示。電網(wǎng)緊張水平，也可以由電網(wǎng)頻率對電網(wǎng)標(biāo)稱頻率的偏移隨著時間的積分來指 示。這樣，即使頻率偏離的程度非常小，只要它偏離了足夠長的時間，都可以認(rèn)定系 統(tǒng)處于緊張狀態(tài)或是危機(jī)狀態(tài)。所以，電網(wǎng)狀態(tài)是由電網(wǎng)穩(wěn)定系統(tǒng)來決定，通過考慮了瞬時的較大的偏離于標(biāo)稱 值的頻率，快速的頻率變化，和累積起來較大的，但不是必須在任何給定時間下優(yōu)選 的頻率變化范圍之外的偏離，都指示電網(wǎng)的緊張狀態(tài)。每一種可能的電網(wǎng)緊張狀態(tài)的 指示都有一組相關(guān)的極限，該極限單獨(dú)或組合判斷電網(wǎng)是否處于正常狀態(tài)、緊張狀態(tài) 或是危機(jī)狀態(tài)。 '電網(wǎng)的狀態(tài)，即電網(wǎng)是否處于正常狀態(tài)、緊張狀態(tài)或是危機(jī)狀態(tài)確定后，電網(wǎng)穩(wěn) 定系統(tǒng)的控制器將基于確定的電網(wǎng)狀態(tài)調(diào)整其電網(wǎng)響應(yīng)行為。如果確定是處于正常狀 態(tài)，設(shè)備將以與現(xiàn)有響應(yīng)負(fù)載設(shè)備相同的方式提供對頻率變化的響應(yīng)。因此，當(dāng)電網(wǎng) 頻率高于由溫度確定的觸發(fā)頻率時，斷開的設(shè)備將接入以"消耗"電網(wǎng)中過多的發(fā)電 量。在電網(wǎng)頻率低于低頻率觸發(fā)值的時候，"接入"的設(shè)備將被斷開，以減少電網(wǎng)的負(fù)荷。如果像FAPER發(fā)明一樣運(yùn)轉(zhuǎn)，負(fù)載的物理變量(液面高度、溫度)在工作時仍然 被控制在最小值和最大值之間，但極限值被擴(kuò)展了，所以，設(shè)備接入和已接入的設(shè)備， 將比運(yùn)轉(zhuǎn)在正常頻率狀態(tài)內(nèi)的可控設(shè)備停留在接入狀態(tài)更長時間。同樣的，在電網(wǎng)頻 率過高的時期，斷開的設(shè)備將停留在斷開狀態(tài)更長的時間，因為負(fù)載物理變量的下限 也已經(jīng)被擴(kuò)展了。使用水箱的例子，當(dāng)電網(wǎng)頻率增加超過頻率上限時，斷開的設(shè)備將接入，而接入 的設(shè)備將保持接入，直到負(fù)載物理變量達(dá)到其擴(kuò)展后的極限，或直到電網(wǎng)頻率返回頻 率上限以下。舉個例子，如果水箱液面高度的正常范圍在1米到1. 5米之間，只要電網(wǎng)頻率超過頻率上限，斷開的設(shè)備將接入，而接入的設(shè)備將保持接入狀態(tài)，直到達(dá)到擴(kuò)展的液面高度，例如1.7米。這樣，水箱的可能的最大液面高度被提高到它正常面高度之上。而且，所有以此方式控制的水泵的總體的勢能將增加它們的平均液面高 度。這對產(chǎn)生高電網(wǎng)頻率的過多發(fā)電量提供了補(bǔ)償，并將這部分過多的電網(wǎng)電能存儲 起來，在一定程度上補(bǔ)償了電網(wǎng)的較高頻率。當(dāng)電網(wǎng)頻率落至頻率下限以下，這部分 電能將通過接入的設(shè)備被斷開和被斷開的設(shè)備保持?jǐn)嚅_直到達(dá)到擴(kuò)展的物理變量的下限，例如O. 8米，來被償還給電網(wǎng)。這使設(shè)備總體降低它們的勢能，并將電能差提 供給電網(wǎng)。這將補(bǔ)償造成低電網(wǎng)頻率的發(fā)電量不足。如果像GB2361118專利中所述的響應(yīng)負(fù)載系統(tǒng)一樣工作，控制極限保持不變，但 是如果系統(tǒng)的頻率超過了設(shè)備敏感的頻率，設(shè)備將被接入或斷開。這樣，在設(shè)備達(dá)到 控制極限之前，設(shè)備可以被切換，這額外的切換操作改變了負(fù)荷，也就起到了平衡系 統(tǒng)所必需的負(fù)荷改變的作用。再次使用水箱的例子，低電網(wǎng)頻率可以使接入的設(shè)備在，例如1.4米被斷開，比 達(dá)到1.5米的極限早地斷開設(shè)備。相反，高電網(wǎng)頻率可以使斷開的設(shè)備在，例如l.l 米接入，比達(dá)到1米的下限早地接入設(shè)備。合在一起，當(dāng)系統(tǒng)頻率降低的時候，導(dǎo)致設(shè)備總體的平均液面高度變低，當(dāng)系統(tǒng) 頻率變高的時候，平均液面高度變高，盡管每個單獨(dú)的設(shè)備仍然運(yùn)行在其控制極限內(nèi)。將特定設(shè)備的頻率極限選擇落在上頻率范圍內(nèi)和下頻率范圍內(nèi)。由于使用了前面 討論的響應(yīng)負(fù)載，使用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器選擇特定的高觸發(fā)頻率和特定的低觸發(fā)頻率，使 得設(shè)備總體具有分別分布在上頻率范圍和下頻率范圍內(nèi)的高觸發(fā)頻率和低觸發(fā)頻率。 從而在高觸發(fā)頻率分布和低觸發(fā)頻率分布之間，形成窗口。這個窗口以標(biāo)稱頻率為中 心。當(dāng)電網(wǎng)頻率與標(biāo)稱頻率足夠接近以落在這個窗口內(nèi)時，該窗口允許受控的負(fù)載， 如水箱，空調(diào)，電冰箱等，完全正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也就是說，如同沒有采用施加在該負(fù)載上 的頻率響應(yīng)控制器似的。響應(yīng)只有當(dāng)電網(wǎng)頻率超出這個窗口時才會被提供。在電網(wǎng)確定為處于緊張狀態(tài)的情況下，設(shè)備的控制極限被固定在預(yù)緊張設(shè)置，所 以，控制面板調(diào)整檢測到的物理變量(例如溫度)的設(shè)定點(diǎn)的操作將失效。這樣，受控負(fù)載的用戶將無法例如通過使用溫度控制器來調(diào)整這些受控負(fù)載的設(shè)置。如果響應(yīng) 設(shè)備正在控制空調(diào)，電網(wǎng)響應(yīng)導(dǎo)致房間溫度的變化將會被注意到。用戶也許決定試圖 通過調(diào)節(jié)溫度控制器來克服這種溫度變化。但在電網(wǎng)確定為處于緊張狀態(tài)的時候，電 網(wǎng)穩(wěn)定系統(tǒng)的響應(yīng)負(fù)載設(shè)備將會使這種設(shè)定點(diǎn)的調(diào)整無效。這是非常重要的，因為當(dāng) 電網(wǎng)處于緊張狀態(tài)下的時候電網(wǎng)是非常敏感的，且用戶取消所提供的負(fù)載響應(yīng)，將會 使電網(wǎng)的不穩(wěn)定加重。在極端的情況下，當(dāng)停電的風(fēng)險存在時，電網(wǎng)進(jìn)入危機(jī)狀態(tài)。在電網(wǎng)危機(jī)狀態(tài)下， 電網(wǎng)穩(wěn)定系統(tǒng)釋放對負(fù)載物理變量極限的控制，并允許它們移到優(yōu)選范圍之外。在高 頻率電網(wǎng)狀態(tài)下，設(shè)備被接入，直到危機(jī)狀態(tài)解除，在低頻率電網(wǎng)危機(jī)狀態(tài)下，響應(yīng) 負(fù)載(例如電冰箱)被斷開直到危機(jī)狀態(tài)解除。這種接入和斷開將不會考慮到控制極 限，所以，例如電冰箱，可能會持續(xù)制冷到溫度低于優(yōu)選的最低溫度，或該冰箱允許 溫度升高到高于優(yōu)選的最高溫度的周圍環(huán)境的溫度。這些極端的措施只有在電網(wǎng)處于 非常嚴(yán)重的情況下才會采用，否則就會發(fā)生電網(wǎng)停電事故?，F(xiàn)有的頻率和響應(yīng)控制設(shè)備的模型揭示了上述現(xiàn)有的電網(wǎng)響應(yīng)負(fù)載的以前未知 的問題。研究發(fā)現(xiàn)，在響應(yīng)已經(jīng)生效的一段時間后，設(shè)備總體將試圖達(dá)到物理變量的控制 極限，并以過高的速率開始接入或斷開。例如，由頻率響應(yīng)負(fù)載設(shè)備控制的電冰箱單 元將會在持續(xù)一段時間高頻或低頻后，達(dá)到它擴(kuò)展的溫度極限。以頻率高于電網(wǎng)標(biāo)稱 頻率的情況為例，設(shè)備將被接入直到達(dá)到低溫極限，然后設(shè)備被斷開，但只要溫度回 到低溫極限之上，設(shè)備將再次檢查電網(wǎng)頻率是否高于它的頻率上限，如果是，則設(shè)備 將立即再次被接入。這樣的后果導(dǎo)致當(dāng)設(shè)備試圖提供頻率響應(yīng)至接近其物理變量極限 的單元的時候，非常頻繁地切換設(shè)備。這不是我們期望的行為，因為這樣可能會損壞 受控負(fù)載。接入和斷開負(fù)載的過多轉(zhuǎn)換，將會減少設(shè)備的使用壽命。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的電網(wǎng)頻率響應(yīng)負(fù)載的模型對電網(wǎng)頻率有不希望的影響。 假定響應(yīng)設(shè)備能夠平滑系統(tǒng)頻率，以提供更干凈、噪聲更低的電網(wǎng)頻率。然而，在模 型上，這完全沒有被證實，而且還觀察到由于響應(yīng)負(fù)載造成的電網(wǎng)頻率上一些以前不 知道的奇怪特征。對于電網(wǎng)從停電中恢復(fù)出來，現(xiàn)有的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備沒有提供任何幫助，而響 應(yīng)負(fù)載的穩(wěn)定作用在此刻確比以前更需要。在其他的目的上，本發(fā)明目的在于，具有一種對電網(wǎng)的改進(jìn)的穩(wěn)定作用。本發(fā)明的目的也在于，在電網(wǎng)響應(yīng)設(shè)備控制電能存儲設(shè)備的供電的時候，減少對 電能存儲設(shè)備供電的切換。本發(fā)明的目的還在于，在停電后，幫助電網(wǎng)的啟動。特別是，本發(fā)明的目的在于， 在系統(tǒng)的黑啟動過程中，減弱對系統(tǒng)的沖擊。發(fā)電機(jī)和負(fù)載能被更快地重連入電網(wǎng)， 也就是加速電網(wǎng)的恢復(fù)。本發(fā)明所述的設(shè)備目的在于，克服前面提到的，現(xiàn)有的電網(wǎng)頻率響應(yīng)控制設(shè)備的 問題。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，本發(fā)明提供一種控制電網(wǎng)中的負(fù)載的電能消耗的控制 設(shè)備，所述控制設(shè)備包括檢測一段時間內(nèi)電網(wǎng)的物理變量的值的裝置，所述電網(wǎng)物理變量依賴于電網(wǎng) 中發(fā)電量和負(fù)荷之間的關(guān)系來變化；從所述電網(wǎng)的物理變量的值中確定電網(wǎng)物理變量的中心值的裝置；和 改變所述負(fù)載的電能消耗的裝置，所述改變依賴所述中心值。 根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，本發(fā)明提供一種控制電網(wǎng)中的負(fù)載的電能消耗的相應(yīng) 方法。通常，電網(wǎng)的標(biāo)稱頻率和電網(wǎng)的物理變量的當(dāng)前值，被用來控制負(fù)載的電能消耗。 然而，本發(fā)明使用了電網(wǎng)物理變量的過去讀數(shù)的一些功能。這為中心值提供了長期的 過去值，正是這個中心值，被用來控制負(fù)載的電能消耗。本發(fā)明的模型顯示，用于控 制負(fù)載的電能消耗的基于歷史值的中心值的使用，將消除現(xiàn)有的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備對 電網(wǎng)頻率的奇怪的影響。本發(fā)明的第一和第二個方面可以與前面討論的、現(xiàn)有的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備結(jié)合起 來使用。可選地，本發(fā)明的優(yōu)先實施方式包括結(jié)合以下描述的本發(fā)明的任何其他方面 或任何以下描述的優(yōu)選的特征的綜合的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，本發(fā)明提供一種控制電網(wǎng)中的負(fù)載的電能消耗的控制 設(shè)備，所述控制設(shè)備包括檢測電網(wǎng)的物理變量的值的裝置，所述電網(wǎng)物理變量依賴于電網(wǎng)中發(fā)電量和負(fù)荷之間的關(guān)系來變化；檢測負(fù)載的物理變量的值的裝置，所述負(fù)載物理變量代表了負(fù)載存儲的電能；當(dāng)所迷電網(wǎng)物理變量的值達(dá)到觸發(fā)值時，改變所述負(fù)載的電能消耗的裝置；和確定所述觸發(fā)值的裝置，所述觸發(fā)值的確定依賴于所述檢測到的負(fù)載物理變量。根據(jù)本發(fā)明的第四個方面，本發(fā)明提供一種控制電網(wǎng)中的負(fù)載的電能消耗的相應(yīng) 方法。本發(fā)明的第三和第四個方面依賴于電網(wǎng)物理變量的值來控制負(fù)載，這個電網(wǎng)物理 變量依賴于負(fù)載的物理變量被選擇。這樣，本發(fā)明的這些方面使得負(fù)載的電能消耗隨 著檢測到的負(fù)載的物理變量的變化而變化。通過以此方式將負(fù)載的物理變量記入考慮，負(fù)載的電能消耗能被控制以最小化負(fù)載電能消耗的變化率。這是因為負(fù)載越接近 他們的固有切換點(diǎn)(由負(fù)載的物理變量決定)對電網(wǎng)的響應(yīng)控制就越有幫助。此外，由本發(fā)明的第三和第四個方面所提供的本發(fā)明在和現(xiàn)有的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè) 備結(jié)合應(yīng)用時是有利的。當(dāng)它們與前述的本發(fā)明的第一、第二個方面結(jié)合應(yīng)用的時候 特別有利，并在和下面詳述的優(yōu)選實施例結(jié)合起來時提供更多的優(yōu)點(diǎn)。下面描述的優(yōu)選實施例是可應(yīng)用的，如本發(fā)明的方法或裝置的優(yōu)選實施例。這樣， 優(yōu)選實施例的特征，也可以適用于包括執(zhí)行這些特征的控制設(shè)備的裝置，或可以適用 于包括方法步驟。這些優(yōu)選特征通常是以裝置術(shù)語描述，但都可以適用于本發(fā)明的所 有的方面。在本發(fā)明的第一和第二個方面的優(yōu)選實施例中，控制設(shè)備適用于基于所述中心 值，確定電網(wǎng)的物理變量的觸發(fā)值，并在當(dāng)檢測到的電網(wǎng)物理變量的當(dāng)前值達(dá)到這個 觸發(fā)值時，改變負(fù)載的電能消耗。這個控制設(shè)備可以僅僅基于檢測到的負(fù)載的物理變量，或基于檢測到的負(fù)載的物 理變量和檢測到的電網(wǎng)的物理變量，或僅僅基于檢測到的電網(wǎng)的物理變量，確定觸發(fā) 值。本發(fā)明的特征的這種組合的優(yōu)點(diǎn)將在下面詳細(xì)闡述。根據(jù)本發(fā)明的這些方面的優(yōu)選實施方式，確定觸發(fā)值的裝置包括，能隨機(jī)地提供 在確定的電網(wǎng)物理變量的上限或下限和電網(wǎng)物理變量的中心值之間的觸發(fā)值的函數(shù)。控制設(shè)備也可以優(yōu)選地適用于產(chǎn)生隨機(jī)值和進(jìn)一步基于所述隨機(jī)值確定觸發(fā)值， 并基于觸發(fā)值控制負(fù)載的電能消耗。這樣，本發(fā)明的所有方面可以有利地利用隨機(jī)值來確定觸發(fā)值，這對觸發(fā)值提供 了隨機(jī)因素，意味著大量以這種方式控制的負(fù)載不會同步改變它們的電能消耗，這會 造成電網(wǎng)的不穩(wěn)定。根據(jù)更優(yōu)選的特征，對負(fù)載電能消耗的控制是通過比較電網(wǎng)物理變量的觸發(fā)值和 檢測到的電網(wǎng)物理變量的當(dāng)前值來實現(xiàn)的。在優(yōu)選實施例中，電網(wǎng)的物理變量是頻率，所以是檢測到的電網(wǎng)的頻率?；蛘咭?可以檢測到供電電壓的振幅，這也能顯示出電網(wǎng)的發(fā)電量與負(fù)荷之間的平衡關(guān)系。這樣，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，中心頻率是由電網(wǎng)頻率的過去讀數(shù)確定的， 且控制設(shè)備傾向于在一定程度上阻止頻率增高或降低上的任何變化，不管電網(wǎng)頻率的 絕對值是多少。從而，在現(xiàn)有的電網(wǎng)頻率響應(yīng)控制設(shè)備中，以電網(wǎng)的標(biāo)稱頻率作為確 定是否要提供響應(yīng)的參考點(diǎn)，而在本發(fā)明中，不同在于使用電網(wǎng)頻率的歷史值，響應(yīng) 觸發(fā)頻率就設(shè)置在其附近?；镜母拍钍牵踔廉?dāng)電網(wǎng)頻率低于標(biāo)稱頻率的時期，如果頻率開始上升，那么 響應(yīng)控制設(shè)備將阻止這種改變，不管頻率實際上是向標(biāo)稱值靠近，而這一般認(rèn)為是有 利的。在頻率較低的時期，負(fù)載總體的平均輸入電能降低以減少從電網(wǎng)獲取的電能，以此補(bǔ)償導(dǎo)致電網(wǎng)頻率降低的過多負(fù)荷。電能，事實上被借給了電網(wǎng)。理想的行為是，在頻率再次回到標(biāo)稱電網(wǎng)頻率以前，恢復(fù)這部分電能，并恢復(fù)整 個電能儲備。所以，頻率從低于標(biāo)稱頻率的值開始升高是非常有利的時間，以將電能 回饋給電網(wǎng)。同樣，但對稱的，在電網(wǎng)頻率高于標(biāo)稱頻率的時期，這些負(fù)載被控制從電網(wǎng)借取 電能，以消耗掉部分過多的發(fā)電量。有利的行為是，在頻率再次達(dá)到電網(wǎng)的標(biāo)稱頻率 之前，返回這些電能?？刂圃O(shè)備的行為加強(qiáng)了電網(wǎng)的固有特性，其中頻率是電網(wǎng)中電能過多或不足的指示。如果電網(wǎng)頻率低，則電能緊缺；如果電網(wǎng)頻率髙，則電能過剩。如果這種緊缺或過剩大部分都能夠由負(fù)載吸收掉，那么頻率信號就會非常干凈了。電網(wǎng)物理變量的中心值，例如頻率的中心值，優(yōu)選地通過由電網(wǎng)物理變量的過去讀數(shù)計算移動平均數(shù)得來。觸發(fā)值是一個值，例如頻率，響應(yīng)控制設(shè)備在物理變量達(dá)到這個值時，將要增加或者減少它們的電能消耗，觸發(fā)值是基于中心值來確定的。舉個例子，對于這樣的控制設(shè)備總體，如果當(dāng)前的頻率高于中心值，負(fù)載的電能消耗將趨向于增加；如果當(dāng)前 頻率低于中心值，負(fù)載的電能消耗將趨向于減少。隨機(jī)因素還優(yōu)選地包括在對觸發(fā)值的確定中，以確保負(fù)荷的增加或減少是逐步發(fā) 生的，不會在負(fù)載總體同時被切換時對電網(wǎng)造成負(fù)擔(dān)，從而影響控制設(shè)備的穩(wěn)定性目 標(biāo)。這樣，可以避免大范圍的負(fù)載同步切換。使用中心值來確定觸發(fā)值(在該觸發(fā)值上負(fù)載的電能消耗改變)的最重要的效果 是> 由這樣的設(shè)備控制的負(fù)載總體積極不斷地阻止電網(wǎng)頻率的變化。在優(yōu)選實施例中，設(shè)備還可適用于檢測負(fù)載的物理變量；確定負(fù)載物理變量的上 限和下限；并當(dāng)負(fù)載的物理變量達(dá)到其上限或下限時，改變負(fù)載的電能消耗。這個特征確保負(fù)載仍然能實現(xiàn)它的主要功能，即保持負(fù)載的物理變量在特定極限 內(nèi)。這些極限也可以由用戶選擇來得出。例如，空調(diào)、或電冰箱的溫度控制器的設(shè)定 點(diǎn)的設(shè)置，將導(dǎo)致這些極限被確定。經(jīng)調(diào)節(jié)或制冷的空間的溫度不應(yīng)該超過這些極限 或位于這些極限之外。溫度被保持在所希望的溫度附近。例如，電冰箱將會以工作周 期工作，以使當(dāng)溫度達(dá)到其上限的時候，電冰箱的制冷機(jī)制將被接入，以降低溫度。 當(dāng)然， 一旦溫度達(dá)到其下限，電冰箱將被斷開。下面的描述大部分涉及通過接入或斷開電能消耗，控制負(fù)載的物理變量處在控制 極限內(nèi)的負(fù)載。然而，采用連續(xù)地增加或減少電能來實現(xiàn)該控制的負(fù)載，也可以適用 于本發(fā)明所要求保護(hù)的控制設(shè)備。優(yōu)選實施例提供了兩個層次的控制，第一層是通過增加或減少負(fù)載的電能消耗以 保持負(fù)載的物理變量在其控制極限內(nèi)，而第二層是根據(jù)電網(wǎng)物理變量偏離中心值的相 對增加或減少，來進(jìn)一步控制負(fù)載的電能消耗。如上所述，現(xiàn)有的電網(wǎng)響應(yīng)設(shè)備的問題之一是，經(jīng)過長時間的頻率偏移，這兩層 控制會趨向于造成切換率的增加。本發(fā)明目的在于防止這種切換率的增加，且本發(fā)明 的第三和第四個方面，和本發(fā)明的第一和第二個方面的優(yōu)選實施例都是直接圍繞著達(dá) 到這個目標(biāo)。在優(yōu)選實施例中，這個目的也可以通過基于檢測到的負(fù)載物理變量的觸發(fā)值(或 觸發(fā)頻率)來達(dá)到。在優(yōu)選實施方式中，用于確定觸發(fā)值的裝置被設(shè)置為，依賴于檢 測到的負(fù)載物理變量和其控制極限來確定觸發(fā)值，以使負(fù)載的電能消耗變化速率減 小。在另一優(yōu)選實施方式中，確定觸發(fā)值的裝置包括，依賴于檢測到的負(fù)載物理變量 返回觸發(fā)值的函數(shù)，所述函數(shù)定義了隨所述負(fù)載物理變量變化的觸發(fā)值曲線(a trigger value profile),所述觸發(fā)值曲線示出，負(fù)載電能消耗改變得越多，觸發(fā) 值也就離電網(wǎng)物理變量的中心值越遠(yuǎn)。更具體地，在另一優(yōu)選實施例中，觸發(fā)值(例如頻率)的提供，還可以基于代表 所述檢測到的負(fù)載物理變量的相對于負(fù)載的物理變量的上限或下限的比較值與上限 和下限之間的范圍的比值。上面定義的這個比值是，和由控制極限所定義的最大值或最小值相比，有多少電 能存儲于負(fù)載之中的指示。而且，在以電冰箱為例的情況下，當(dāng)冰箱已經(jīng)接入了整個 電冰箱工作周期中接入時間的50%時，檢測到的負(fù)載物理變量應(yīng)該在距其最低溫度極 限一半的地方，或換句話說，電冰箱在距其最大輸入電能的一半的位置。在確定這個 優(yōu)選實施例的觸發(fā)頻率的過程中，控制設(shè)備需要考慮，已經(jīng)存儲了多少電能，因而有 多靠近固有切換點(diǎn)。在這個實施例的擴(kuò)展中，觸發(fā)值隨著這個比值的變化而變化，因此負(fù)載電能消耗 被改變的概率，隨著這個比值的增加而增加。這樣，這個比值的增加，依賴于負(fù)載處 于特定的電能消耗狀態(tài)的時間長短。例如，在電冰箱的例子中，冰箱的制冷裝置處于 斷開狀態(tài)是一種特定的電能消耗狀態(tài)，而冰箱的制冷裝置處于接入狀態(tài)則是另一種特 定的電能消耗狀態(tài)。在優(yōu)選實施方式中，第一電能消耗狀態(tài)是負(fù)載存儲的電能增加的 狀態(tài)，而第二電能消耗狀態(tài)是負(fù)載存儲的電能減少的狀態(tài)。這個比值可以是代表負(fù)載已經(jīng)處于某一特定電能消耗狀態(tài)的時長的任何函數(shù)。這 樣，在優(yōu)選實施例中，這個比值被定義為代表負(fù)載處于特定電能消耗狀態(tài)的時間相對 于可以處于這個狀態(tài)的最大時間之比。優(yōu)選地，這種代表是從負(fù)載的物理變量和其上 限和下限中得來的。這個比值可以定義為它將增加電冰箱接入的時間，也可以定義為它將增加電冰箱 斷開的時間。如果負(fù)載電能消耗狀態(tài)改變的概率隨著這個比值增加而增加，那么負(fù)載 在電能消耗狀態(tài)之間的切換則被最小化。如前面提到過的，這對于防止用戶所不能接 受的負(fù)載設(shè)備長期的損壞是非常重要的。被確定的觸發(fā)值考慮了負(fù)載與固有切換點(diǎn)的接近程度，或者與由負(fù)載的物理變量 到負(fù)載物理變量的最大值或最小值的接近程度確定的最長時間相比，負(fù)載已經(jīng)處于某 一特定電能消耗狀態(tài)的時間，這是優(yōu)選實施例的重要特征。當(dāng)檢測到的負(fù)載物理變量 接近電冰箱的溫度下限的時候，處于"制冷"狀態(tài)的電冰箱是較接近它的固有切換點(diǎn) 的。相反地，當(dāng)檢測到的負(fù)載物理變量接近電冰箱空間溫度的上限的時候，處于"不 制冷"狀態(tài)的電冰箱是較接近它的固有切換點(diǎn)的。這樣，代表檢測到的負(fù)載物理變量在其最大極限和最小極限內(nèi)的相對位置的某一 比值，對于確定負(fù)載的固有切換點(diǎn)是一種優(yōu)選的方式。計算設(shè)備的觸發(fā)頻率的函數(shù)將 把這個比值計入考慮。在優(yōu)選實施例中，控制設(shè)備適用于確定電網(wǎng)物理變量的上限和下限；其中，觸發(fā)值的提供將依賴于所述電網(wǎng)物理變量的上限和下限。這樣，控制設(shè)備適當(dāng)?shù)卦谶@個上 限和下限內(nèi)，分配設(shè)備總體的觸發(fā)頻率，以使設(shè)備在需要的時候提供響應(yīng)。在優(yōu)選實施例中，觸發(fā)頻率的值是這樣的值，就是通過提供合適的計算觸發(fā)值的 函數(shù)，使比起其他負(fù)載保持在特定狀態(tài)較長時間的負(fù)載變得對檢測到的電網(wǎng)物理變量 的改變更敏感。更具體地，觸發(fā)值的提供，優(yōu)選地，首先采用適用于基于所述中心值和所述隨機(jī) 值提供電網(wǎng)物理變量的基值的控制設(shè)備，例如，隨機(jī)地提供在所述中心值和所述控制上限或控制下限內(nèi)的所述基值；控制設(shè)備還適用于從所述基值提供觸發(fā)值函數(shù)；然后 從這個觸發(fā)值函數(shù)確定觸發(fā)值。這樣，由隨機(jī)值帶來的隨機(jī)化就被應(yīng)用于基值的提供，從而對用于提供觸發(fā)值的 特定函數(shù)有決定作用。在特定的優(yōu)選實施例中，觸發(fā)值函數(shù)定義了觸發(fā)值隨著負(fù)載處 于特定電能消耗狀態(tài)的時間而變化。更優(yōu)選地，由如上所述的觸發(fā)值函數(shù)改變提供觸 發(fā)頻率。這樣，每個設(shè)備首先都從觸發(fā)值函數(shù)，得到隨機(jī)化的基值。這個函數(shù)的特定形式， 也就是說，它是如何跟隨比值變化的，依賴于所述基值的值。這樣，基于基值的負(fù)載 改變其電能消耗狀態(tài)的概率的增加或減少是不同的。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，每個控制設(shè)備都將確定它自己的基本頻率。這個基本 頻率將在設(shè)備總體中隨機(jī)分布，這樣負(fù)載電能消耗狀態(tài)的改變或負(fù)載的接入或斷開， 將在整個設(shè)備總體中逐漸進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例， 一旦這個基本頻率被確定，則設(shè)備發(fā)生響應(yīng)的準(zhǔn)確頻 率依賴于觸發(fā)值函數(shù)確定的觸發(fā)頻率。這個函數(shù)被定義為，使負(fù)載的自發(fā)響應(yīng)根據(jù)其 內(nèi)部狀態(tài)而變化。如果，處于非常低的電能狀態(tài)，同時設(shè)備為接入的，或者在增加負(fù) 載存儲的電能的第一狀態(tài)，設(shè)備斷開或切換到減小負(fù)載存儲的電能的第二狀態(tài)將是不 期望發(fā)生的，除非處于最極端的電網(wǎng)狀態(tài)(由電網(wǎng)的物理變量，即頻率表示)但，如 果設(shè)備的電能存儲正接近其上限，則設(shè)備斷開或切換到第二狀態(tài)是非常期望發(fā)生的。這種改變自發(fā)性受觸發(fā)頻率偏離中心頻率的程度影響。這樣，當(dāng)負(fù)載的電能狀態(tài)變化時，觸發(fā)頻率具有非線性的軌跡。為了保持負(fù)載總 體中切換的概率的隨機(jī)分布，觸發(fā)值函數(shù)的形式依賴于隨機(jī)提供的基值而變化。以這種方式改變自發(fā)性，切換操作將會盡可能地少，同時切換的負(fù)載在負(fù)載總體 中分步。這也通過避免建立非常接近極限的子負(fù)載總體來保持負(fù)載的分散性。在優(yōu)選實施例中，隨機(jī)數(shù)發(fā)生器提供隨機(jī)值，隨機(jī)數(shù)發(fā)生器被配置為為大量所述 控制設(shè)備提供基值分布，所述分布是從電網(wǎng)物理變量的極限擴(kuò)展到電網(wǎng)物理變量的中 心值。這是與現(xiàn)有的設(shè)備有所區(qū)別的地方，這定義了一個窗口，在這個窗口范圍內(nèi)不 提供電網(wǎng)響應(yīng)，且設(shè)備被允許正常運(yùn)轉(zhuǎn)，好像沒有安裝響應(yīng)控制設(shè)備一樣。然而，本發(fā)明，將大量的觸發(fā)值分布在從中心值到極限，這樣，在確定的頻率上 限和下限之間的所有頻率上都有響應(yīng)被提供。以這種方式，從電網(wǎng)中借取電能或返還 從電網(wǎng)借取的電能就會在整個確定的電網(wǎng)頻譜上發(fā)生。這對提供抑制所有對電網(wǎng)中心 頻率的偏移是有影響的。優(yōu)選地，隨機(jī)數(shù)發(fā)生器是這樣的，就是控制設(shè)備總體都將具有觸發(fā)值，該觸發(fā)值 具有從電網(wǎng)物理變量的上限到下限之間擴(kuò)展的分布。在優(yōu)選實施例中，當(dāng)比值從最小 值變到最大值變化時，觸發(fā)值從電網(wǎng)物理變量的極限到中心值變化。以這種方式，觸 發(fā)值越接近中心值，負(fù)載停留在特定電能狀態(tài)的時間也就越長。因此，負(fù)載的電能消 耗改變的可能性越大，設(shè)備停留在特定電能狀態(tài)的時間也就越長。在優(yōu)選實施例中，負(fù)載電能消耗的改變，可以采用接入負(fù)載或斷開負(fù)載。負(fù)荷被 定義為負(fù)載的主要功能的電能消耗。例如，在電冰箱的例子中，負(fù)荷被定義為制冷裝 置的電能消耗。這樣，使用這個定義，電冰箱的不顯著的運(yùn)行，例如，照明或負(fù)載的 其他輔助功能的負(fù)荷將不在本文中被考慮。應(yīng)該明確，上述比值反映了設(shè)備已經(jīng)被接入或斷開的時間。優(yōu)選地，當(dāng)斷開的設(shè) 備的檢測到的物理變量接近處于斷開狀態(tài)的設(shè)備物理變量的極限時，這個比值達(dá)到最 大值，或者，這個比值是為處于接入的設(shè)備定義的，當(dāng)接入的設(shè)備的檢測到的物理變 量接近處于接入狀態(tài)的設(shè)備物理變量的極限時，它為最大值。在另一優(yōu)選實施例中，觸發(fā)值的提供還基于負(fù)載的特定的電能狀態(tài)(例如，負(fù)載 是處于接入還是斷開的狀態(tài))。也優(yōu)選地，代表著設(shè)備接近物理變量的極限的程度的 比值，是依賴于負(fù)載的特定電能消耗狀態(tài)的。這樣，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，根據(jù) 負(fù)載的特定電能狀態(tài)(舉例來說，這個負(fù)載是處于接入還是斷開狀態(tài)，或是處于第一 狀態(tài)還是第二狀態(tài))，不同地定義這個比值。這是有利的，例如當(dāng)斷開的負(fù)載，通常在負(fù)載物理變量的下限(存儲的電能最小) 時，將被接入。另一方面，當(dāng)接入的負(fù)載，在負(fù)載物理變量的上限(存儲的電能最大) 時，將接近其固有切換點(diǎn)。因此，當(dāng)定義觸發(fā)頻率的時候，優(yōu)選地將負(fù)載電能消耗狀 態(tài)計入考慮。在另一個優(yōu)選實施例中，負(fù)載物理變量的上限和下限是從負(fù)載物理變量的設(shè)定點(diǎn) 得出來的。設(shè)定點(diǎn)可以由例如溫度控制器設(shè)置，或是電冰箱的特定設(shè)置來定義。這是 本發(fā)明有利的特征，不僅僅通過提供電網(wǎng)頻率響應(yīng)實現(xiàn)了較好的電網(wǎng)穩(wěn)定效果，而且 負(fù)載的主要功能，例如制冷，加熱，泵送等，可以實現(xiàn)。在一定的電網(wǎng)條件下，檢測到的負(fù)載物理變量的極限可以被控制改變一段延長的 時間。這種極限的改變，并不是經(jīng)常與正常的電網(wǎng)響應(yīng)行為的提供相關(guān)，也不是由于 物理變量的設(shè)定點(diǎn)中的改變。這種極限擴(kuò)展的改變通常是歸因于電網(wǎng)情況。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，檢測到的物理變量的上限和/或下限分別地以小于或 大于檢測到的負(fù)載物理變量增大或者減少的最大速率，被增加或者減少。以這種方式，極限以小于物理變量理論上能達(dá)到的變化速率被移動。極限移動的 較低速率意味著，即使當(dāng)物理變量的極限被改變了，仍然有負(fù)載在提供電網(wǎng)響應(yīng)。電網(wǎng)狀態(tài)的一個例子在停電后的啟動過程中是非常有用的。正如上面討論的，電 網(wǎng)在這個階段中是非常脆弱的。
一般地，在電力中斷后，檢測到的物理變量將在其正 常的范圍之外，且負(fù)載將需要被操作以使該物理變量返回到它優(yōu)選的控制極限內(nèi)。根 據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的方面，檢測到的物理變量的上限和/或下限以小于負(fù)載恒定的最大電 能消耗的速率被增加。這樣，這在增加極限以提供響應(yīng)期間是有可能的。在電網(wǎng)黑啟動的過程中，負(fù)載 的這種提供電網(wǎng)響應(yīng)行為的能力是非常重要的，在這個過程中，電網(wǎng)是非常脆弱的。在又一優(yōu)選實施例中，本發(fā)明定義了黑啟動輔助模式，在這個模式中，在負(fù)載從 電網(wǎng)抽取電能之前，有隨機(jī)的延遲。這個優(yōu)選的特征，意味著負(fù)載將逐漸地從電網(wǎng)抽 取電能，而不是這些負(fù)載同時接入，極大地給電網(wǎng)造成緊張。


本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，將在下面參考附圖進(jìn)行描述。圖1A到圖1C顯示的是，觸發(fā)頻率如何隨負(fù)載存儲的電能變化的優(yōu)選實施方式。圖2顯示的是，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式控制的負(fù)載總體的例子。圖3A到圖3B顯示的是，觸發(fā)頻率函數(shù)曲線的例子。圖4顯示的是，優(yōu)選的響應(yīng)控制設(shè)備的各種狀態(tài)圖。圖5顯示的是，本發(fā)明的響應(yīng)控制設(shè)備的優(yōu)選運(yùn)行流程圖。圖6顯示的是，大致描述PID控制器控制的負(fù)載的運(yùn)行的方塊圖。圖6A顯示的是，大致描述PID控制器控制的負(fù)載的調(diào)整電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備的設(shè)定點(diǎn)的運(yùn)行的方塊圖。圖6B顯示的是，大致描述PID控制器控制的負(fù)載的調(diào)整電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備的電動機(jī)功率的運(yùn)行的方塊圖。圖7顯示的是，以價格作為電網(wǎng)發(fā)電量和負(fù)荷的平衡指示運(yùn)行的電網(wǎng)響應(yīng)控制。
具體實施方式
下面將描述本發(fā)明的特定的實施例，以幫助對本發(fā)明的理解。本發(fā)明的控制設(shè)備可以應(yīng)用到電網(wǎng)上的具有電能存儲能力的，消耗斷續(xù)的或可變 的電能的負(fù)載?？刂圃O(shè)備要求兩種主要的輸入，第一種是電網(wǎng)的頻率，或者其他能代表電網(wǎng)中發(fā) 電量和電力需求的平衡的參數(shù)，而第二種是電能存儲負(fù)載的某種物理變量。通常，負(fù) 載的首要功能是保持物理變量在特定的控制極限。負(fù)載通常以某種工作周期運(yùn)行，通常在一段時間內(nèi)，負(fù)載是接入的，而另一段時 間內(nèi)，負(fù)載是斷開的。因此，50%的工作周期意味著，負(fù)載將接入和斷開相等的時間。 本發(fā)明可應(yīng)用的這種特定負(fù)載包括，空調(diào)(例如，制冷或制熱的)，電冰箱和儲水泵 等。然而，現(xiàn)代電力電子控制技術(shù)使得改變電動機(jī)的功率消耗成為可能。功率根據(jù)設(shè) 備的需求來變化，使電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)得更有效率，也意味著電動機(jī)連續(xù)或幾乎連續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn)。 所以，以電冰箱為例，當(dāng)溫度已經(jīng)達(dá)到其所期望的設(shè)定點(diǎn)時，電動機(jī)將減小其功率， 而當(dāng)溫度升高時，電動機(jī)將增加其功率，并且如果電冰箱變得太冷了，電動機(jī)還將進(jìn) 一步減小功率。這樣做，也對電冰箱減小噪音有好處。電動機(jī)通常需要運(yùn)行在相當(dāng)寬的功率范圍內(nèi)，例如冰箱和冷藏庫，當(dāng)它們被接通 的時候，或有熱的物體被放入時，它們需要有快速制冷的能力。所以，這里仍然有根 據(jù)溫度外的輸入，例如頻率，暫時地改變設(shè)備的功率需求的余地。本發(fā)明提供的控制設(shè)備，可操作以改變兩種類型的負(fù)載消耗的電能，即一類是二 進(jìn)制接入/斷開控制，而另一類是逐漸地或連續(xù)地增加和減少電能消耗。下面的描述，將主要以電冰箱為例，說明本發(fā)明所述的控制設(shè)備的使用。本發(fā)明到目前這一點(diǎn)上，操作都與現(xiàn)有技術(shù)已知的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備相同。本發(fā) 明利用上面描述的電能存儲負(fù)載的原理，能在特定時間內(nèi)不需要從電網(wǎng)輸入電能仍然 能完成其功能。與照明設(shè)備，或其他負(fù)載不同，電能存儲負(fù)載可以變化的水平或變化 的間隙接受輸入電能，并且，只要能被控制以保持負(fù)載的物理變量在特定負(fù)載的特定 控制極限內(nèi)> 就能以完全令人滿意的方式工作。上面描述的電能存儲設(shè)備所存儲的電能量，由物理變量的控制極限確定。以電冰 箱為例，負(fù)載所能存儲的最大電能量由電冰箱當(dāng)前設(shè)定點(diǎn)設(shè)置的溫度下限來確定，而 最小電能量由溫度上限來確定。在下面的描述中，y是由本發(fā)明的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備所控制的負(fù)載的物理變量的 歸一化的測量。較大的y值代表比較小的y值存儲更多的輸入電能(例如，電冰箱最 冷)。如果x代表存儲的電能，那么y是x的函數(shù)，即，y = f (x)。歸一化的y, 可以取值從O到l, O表示沒有電能存儲，1表示電能存儲的臨界最大水平。這個函數(shù)通常是非常接近線性的，使它能被很好地近似。在電冰箱的例子中，輸入的電能被直接用來制冷。所以當(dāng)電冰箱達(dá)到其最冷的程度時，y最大，為l,而當(dāng)內(nèi)部的溫度升髙到環(huán)境溫度時，y是0。以水箱為例，當(dāng)水 箱為空的時候，y是0，當(dāng)水箱溢出的時候，y為l。通常，它當(dāng)然被控制在較小的極 限內(nèi)，即物理變量的上限和下限，或y吣和y^。根據(jù)現(xiàn)有的電網(wǎng)響應(yīng)負(fù)載的原理，在負(fù)載的特定設(shè)置下，輸入能量變化以保持物 理變量y在由y^和y^設(shè)置的極限內(nèi)變化，以同樣的方式，當(dāng)負(fù)載可以被正常地操 作時，電網(wǎng)的頻率(或其他與電網(wǎng)中發(fā)電量與負(fù)荷之間的平衡相關(guān)的參數(shù))不被考慮 進(jìn)去。通常地說，沒有電網(wǎng)響應(yīng)控制器運(yùn)行的使用本發(fā)明的這類負(fù)載，當(dāng)y的最小值 (y^)達(dá)到時，將會接入負(fù)載，當(dāng)y的最大值(y,)達(dá)到時，將會斷開負(fù)載。根據(jù)優(yōu)選實施例的負(fù)載響應(yīng)控制器，負(fù)載切換的時刻，即什么時候接入的負(fù)載被 斷開或斷開的負(fù)載被接入，將根據(jù)電網(wǎng)的頻率進(jìn)行調(diào)整。例如，在電網(wǎng)頻率低的時期， 電網(wǎng)上有太多的負(fù)荷而沒有足夠的發(fā)電量來匹配，且接入的電網(wǎng)響應(yīng)設(shè)備將響應(yīng)于在 正常應(yīng)該斷開負(fù)載的時刻之前，也就是說在y達(dá)到y(tǒng),之前斷開負(fù)載(或切換到減少 的電能消耗狀態(tài))。同樣，在電網(wǎng)頻率高的時期，需要更多的負(fù)荷來消耗過多的發(fā)電 量，且在y^達(dá)到之前，負(fù)載將被接入(或切換到增加的電能消耗狀態(tài))。另外，可以確定檢測到的物理變量的上限和下限的擴(kuò)展設(shè)置以增加響應(yīng)提供的數(shù) 量。所以，在電網(wǎng)頻率高的時期，電網(wǎng)響應(yīng)負(fù)載將被接入，且檢測到的物理變量的最 大值(y,)可以被增加，這樣負(fù)載可以比正常狀態(tài)下被接入更長的時間，已接入的 負(fù)載亦如此。在電網(wǎng)頻率低的時期，有同樣的操作。本發(fā)明的優(yōu)選控制設(shè)備定義了電網(wǎng)的狀態(tài)，以確定改變電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備所提供 的頻率的響應(yīng)的具體類型。電網(wǎng)頻率響應(yīng)控制設(shè)備有三種運(yùn)行模式，"正常"模式， "緊張"模式，和"危機(jī)"模式，這與0322278. 3號UK專利申請所描述的系統(tǒng)中定 義的相同。本發(fā)明的優(yōu)選實施例，從頻率的函數(shù)，以下稱為h,定義了控制器的運(yùn)行模式和 關(guān)聯(lián)的電網(wǎng)狀態(tài)。函數(shù)h從電網(wǎng)頻率的特征來定義電網(wǎng)的當(dāng)前狀態(tài)。理想的h在一定 程度上代表了，有多少電能被借給電能存儲負(fù)載或有多少電能從電能存儲負(fù)載借來的 測量值。優(yōu)選地，函數(shù)h包含三個主項，比例項，積分項和微分項。這三項將給出電網(wǎng)穩(wěn) 定狀態(tài)的很好指示。比例項是當(dāng)前頻率與電網(wǎng)標(biāo)稱頻率或其他中心值的偏差，代表著頻率需要改變多 少以返回期望的中心值。積分項代表了從長時期內(nèi)來看(與瞬時比例項相比)的頻率誤差。這一項是很有 用的，長時間內(nèi)的小誤差將影響函數(shù)h,所以在提供電網(wǎng)穩(wěn)定性響應(yīng)時，應(yīng)該被考慮。積分項可以是過去時間內(nèi)頻率的偏移的一組量的和，或者可以是過去時間內(nèi)頻率的偏 移的移動平均值。積分項可以從上一次頻率偏移為零的時刻開始計算，而不是時間的 零點(diǎn)。微分項與電網(wǎng)當(dāng)前的不穩(wěn)定性相關(guān)。它可以是頻率偏移變化的速率。這樣，大的 頻率擺動也將影響函數(shù)h,并成為電網(wǎng)不穩(wěn)定的指示，即使實際的電網(wǎng)頻率當(dāng)前的偏 移沒有超出優(yōu)選極限。以等式的形式，函數(shù)h可以被寫成 h=Pfc+ICc-Df，c這里fc是比例項，Cc是積分項，f，c是微分項，P, I， D是每個項影響函數(shù)h 的重要程度的常數(shù)。積分項Cc可以由(fcS)計算得來，這里S是取樣積分。三個參數(shù)P, I, D對控制設(shè)備得到h應(yīng)該是足夠了 ，但為了實現(xiàn)完整性和靈活性， 可以適當(dāng)擴(kuò)展到平方項或立方項。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，電網(wǎng)狀態(tài)是由函數(shù)h推斷出來的。例如，如果h低于 第一極限，那么電網(wǎng)處于"正常"狀態(tài)。如果h是在第一極限和更高一些的第二極限 之間，那么電網(wǎng)處于"緊張"狀態(tài)。如果h處于第二極限和更高一些的第三極限內(nèi)， 那么電網(wǎng)處于"危機(jī)"狀態(tài)。與電網(wǎng)的每個狀態(tài)相關(guān)的運(yùn)行模式的差別，與0322278.3 號UK專利申請中描述的相同。函數(shù)h是確定電網(wǎng)運(yùn)行的緊張程度的有效方式。適當(dāng)?shù)卦O(shè)定h的參數(shù)P, I和D,使得函數(shù)能適當(dāng)?shù)貐^(qū)分電網(wǎng)的這三種狀態(tài)。在正常運(yùn)行模式下，本發(fā)明的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備將如下面所述運(yùn)行。在緊張運(yùn)行 模式下，電能存儲負(fù)載的用戶，將不被允許調(diào)整負(fù)載物理變量的設(shè)定點(diǎn)。這樣，本發(fā) 明提供電網(wǎng)響應(yīng)補(bǔ)償將不會被否定。在危機(jī)狀態(tài)下，電能存儲負(fù)載的運(yùn)行，將不會理 會負(fù)載物理變量的期望的范圍。負(fù)載的物理變量將被允許達(dá)到y(tǒng)的絕對極限，而不是 y^和y^設(shè)定的優(yōu)選范圍。例如，在危機(jī)狀態(tài)下，電冰箱被允許達(dá)到其制冷所能達(dá)到 的最低溫度，或者達(dá)到環(huán)境溫度。同樣地，在水箱的例子中，液面高度允許達(dá)到水箱 為空或達(dá)到滿的水平。下面將描述實踐本發(fā)明的原理的主要模式。緊接著是本發(fā)明的其他優(yōu)選實施例。本發(fā)明的電網(wǎng)響應(yīng)控制器包括不斷主動地阻止電網(wǎng)頻率變化的控制機(jī)制。本發(fā)明 的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備將對所有的對中心值的頻率偏移進(jìn)行響應(yīng)，這個中心值，定義為 歷史頻率讀數(shù)期間預(yù)定的樣本的平均值。當(dāng)控制設(shè)備第一次被使用時，中心值將被設(shè)成當(dāng)前的頻率。然后該中心值是電網(wǎng) 頻率過去釆樣值的移動平均值。中心頻率是電網(wǎng)頻率從開始采樣的時刻起到現(xiàn)在的平 均值。電網(wǎng)頻率對中心頻率的任何偏移都將被本發(fā)明的響應(yīng)控制設(shè)備阻止。如果當(dāng)前電網(wǎng)頻率髙于中心頻率，那么響應(yīng)控制設(shè)備將趨向接入它們的負(fù)荷以補(bǔ)償發(fā)電量的增 加。如果當(dāng)前電網(wǎng)頻率低于中心頻率，那么響應(yīng)控制設(shè)備將趨向于斷開它們的負(fù)荷以 補(bǔ)償發(fā)電量的不足。這將對電網(wǎng)提供重要的穩(wěn)定作用，由干凈、噪音更低的電網(wǎng)頻率 信號表示。負(fù)載將不會同時地改變它們的電能消耗狀態(tài)。本發(fā)明的控制設(shè)備適用于確保負(fù)荷 以漸進(jìn)的方式開始切換，以使越大的從中心值的頻率偏移將導(dǎo)致越多的趨向于接入或 者斷開的負(fù)荷。對于確保負(fù)載總體不同步地響應(yīng)，該同步將對電網(wǎng)造成不穩(wěn)定的影響， 這種漸進(jìn)式的切換是非常重要的。下面將描述隨機(jī)化的更多細(xì)節(jié)。在本發(fā)明的響應(yīng)控制設(shè)備的優(yōu)選實施例中，計算中心頻率值的采樣時期將從中心 頻率值上一次跨過電網(wǎng)的標(biāo)稱頻率開始計時。本發(fā)明定義了高頻率偏移時期，即當(dāng)中心頻率高于標(biāo)稱頻率移動的時候，和低頻 率偏移時期，即當(dāng)中心頻率低于標(biāo)稱頻率的時候。 一個偏移時期的結(jié)束，標(biāo)志著另一 個偏移時期的開始。這種交替的時刻是為計算中心頻率而開始累積頻率讀數(shù)的方便的 時刻。這樣，為中心頻率的每一高頻率偏移時期(頻率高于標(biāo)稱值)和低頻率偏移時 期(頻率低于標(biāo)稱值)，計算中心頻率。因此，中心頻率將計算為當(dāng)前頻率偏移時期 內(nèi)的頻率的移動平均值，并在中心頻率一跨過標(biāo)稱頻率，且頻率偏移發(fā)生改變(例如， 從高頻率偏移變到低頻率偏移或相反)的時候就被重置。選擇高于或者低于標(biāo)稱頻率的偏移時期為采樣時間的優(yōu)點(diǎn)在于，設(shè)備將以具有共 同的中心頻率數(shù)據(jù)而結(jié)束。剛連入電網(wǎng)的負(fù)載，沒有頻率的歷史數(shù)據(jù)，由于中心頻率 跨越電網(wǎng)標(biāo)稱頻率預(yù)期將足夠地頻繁發(fā)生，所以很快就會與其他設(shè)備有相同的頻率歷 史數(shù)據(jù)。設(shè)備將會有相同的中心頻率是很有用的，因為它們的行為也將以預(yù)想的方式 協(xié)調(diào)一致(但不是同步發(fā)生)。釆樣時期也許不是總是合適的。如果頻率偏移時期持續(xù)了接近電能存儲設(shè)備接入 或斷開周期的平均值的一段時間，設(shè)備也許會被要求提供電網(wǎng)響應(yīng)行為，從而沒有機(jī) 會達(dá)到它們最大或最小電能存儲水平。這對電量存儲負(fù)載的切換頻率有相反的效果。 另外，如果負(fù)載沒有達(dá)到其最大電能存儲水平，且使其自身充分充電，那么這樣的設(shè) 備總體，平均起來，將被耗盡。這也許是控制設(shè)備需要稍微改進(jìn)的地方以適應(yīng)這樣的 情況。有一點(diǎn)可以設(shè)想，用來得到中心頻率的移動平均可以是加權(quán)移動平均，這樣越是 最近時刻的頻率值也就越重要。用這種方式，最近獲得的頻率的偏移值也就越可能提 供負(fù)載響應(yīng)和被補(bǔ)償。這對穩(wěn)定電網(wǎng)的任何頻率偏移也是有幫助的。本發(fā)明的某些方面所述的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備，也包括另一種改進(jìn)，目的在于最小化負(fù)載的切換頻率和在這樣的有效負(fù)載總體中，分布能量的變化。如下面描述的細(xì)節(jié)， 這是根據(jù)其當(dāng)前接入或斷開狀態(tài)，通過改變設(shè)備的觸發(fā)頻率來實現(xiàn)的。觸發(fā)頻率是電網(wǎng)的頻率，在該頻率上，負(fù)載將被控制從接入狀態(tài)切換到斷開狀態(tài)，或者從斷開狀態(tài)切換到接入狀態(tài)。當(dāng)檢測到的負(fù)載物理變量到達(dá)由y,或y^定義的 當(dāng)前頻率最大值或最小值時，負(fù)載也能被接入或者斷開。電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備適用于以隨機(jī)的方式確定目標(biāo)(或基本)頻率。在這樣的設(shè)備 總體中，目標(biāo)頻率將在設(shè)備總體中隨機(jī)分布，所以前面所述漸進(jìn)的響應(yīng)可以實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，設(shè)備的目標(biāo)頻率是平均起來，設(shè)備將要響應(yīng)的頻率。 然而，當(dāng)前的觸發(fā)頻率，即負(fù)載將要在接入狀態(tài)和斷開狀態(tài)之間切換的電網(wǎng)頻率，通 常與目標(biāo)頻率是不一樣的。目標(biāo)頻率是隨機(jī)選擇的頻率，確定導(dǎo)致設(shè)備在不同狀態(tài)之間切換的觸發(fā)頻率，電網(wǎng)頻率的唯一曲線是根據(jù)它得出來的。因此，觸發(fā)頻率的曲線是從一個函數(shù)得出來的，這個函數(shù)依賴于隨機(jī)選擇的目標(biāo) 頻率。控制設(shè)備使用的實際的觸發(fā)頻率就是從這個函數(shù)得來，這個函數(shù)優(yōu)選地是設(shè)備 已經(jīng)處于當(dāng)前電能消耗狀態(tài)多長時間，也就是說，設(shè)備已經(jīng)接入或斷開了多長時間的 函數(shù)。設(shè)備已經(jīng)接入或斷開了多長時間，相對于固有切換點(diǎn)確定，該固有切換點(diǎn)是檢測 到的物理變量將要達(dá)到其最大值或最小值(y^或y^),從而進(jìn)行切換的點(diǎn)。所以， 確定設(shè)備觸發(fā)頻率的函數(shù)也是檢測到的物理變量相對于其最大值或最小值的值的函 數(shù)。所以，當(dāng)前觸發(fā)頻率是依賴于y的當(dāng)前值。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，觸發(fā)頻率 的軌跡線將是傾斜的，這樣，負(fù)載離開其固有切換點(diǎn)越遠(yuǎn)，觸發(fā)頻率就越不可能是電 網(wǎng)的頻率，也就是說，觸發(fā)頻率越遠(yuǎn)離標(biāo)稱頻率。這樣，設(shè)備越不可能發(fā)生切換，該 設(shè)備離其固有切換點(diǎn)就越遠(yuǎn)。優(yōu)選地，觸發(fā)頻率的軌跡是以這樣一種方式傾斜的，有一半的時間，設(shè)備的敏感 比隨機(jī)選擇的目標(biāo)頻率情況下的小，有一半時間比之大。這樣，優(yōu)選地，觸發(fā)頻率的 平均值就是目標(biāo)頻率。在優(yōu)選實施例中，負(fù)載處于接入狀態(tài)或斷開狀態(tài)的時間長度，由與y,或y^的 當(dāng)前值界定的檢測到的物理變量允許的范圍相比的負(fù)載物理變量的當(dāng)前值計算出來。 這可以例如用百分比來表示出來。為了說明，處于接入狀態(tài)，且其檢測到的物理變量 接近達(dá)到該檢測到的變量的最大值的負(fù)載設(shè)備，已經(jīng)接入了它正常接入時間的80%。 這可以用公式表達(dá)為<formula>formula see original document page 23</formula>這里，t。n是負(fù)載相對于它預(yù)期應(yīng)該接入的時間的已經(jīng)接入的時間，y是檢測到的 物理變量的當(dāng)前值。設(shè)備處于斷開狀態(tài)多長時間，應(yīng)用相同的原理，但使用不同的公式定義。斷開的 設(shè)備，越接近其物理變量的下限y^，它停留在斷開狀態(tài)的時間也就越長。適合的公 式如下這里，t。rr是負(fù)載相對于它預(yù)期應(yīng)該斷開的時間的已經(jīng)斷開的時間。圖1A, 1B和1C顯示觸發(fā)頻率函數(shù)的曲線的例子。Y軸是頻率，X軸表示電量存 儲負(fù)載，電能滿或空的程度。圖1A顯示接入的設(shè)備將要被斷開的頻率。由于對本發(fā)明來說是唯一的，觸發(fā)頻 率是依賴于設(shè)備與預(yù)期應(yīng)該接入的時間(達(dá)到y(tǒng)^)相比的已經(jīng)處于接入狀態(tài)的時間。 從圖1A上可以看到，對于50%的時間，觸發(fā)頻率較靠近中心頻率或標(biāo)稱頻率，對于 另外50%的時間，觸發(fā)頻率較遠(yuǎn)離這些頻率。這樣，只有在非常極端的電網(wǎng)狀態(tài)下， 那些僅接入了 50%的時間，或者少于其預(yù)期接入時間的設(shè)備將會被觸發(fā)。這是基于一 種假設(shè)，就是，電網(wǎng)頻率大部分時間將在中心頻率或者標(biāo)稱頻率附近，這樣，電網(wǎng)頻 率就更有可能達(dá)到接近中心頻率或者標(biāo)稱頻率的觸發(fā)頻率。這樣，觸發(fā)頻率越接近標(biāo) 稱頻率或者中心頻率，負(fù)載的切換就越有可能發(fā)生。這對于隨機(jī)選擇的目標(biāo)頻率基于與所期望的接入時間或斷開時間相比的接入或 斷開時間，選擇觸發(fā)頻率的確切形式也是很重要的。以這種方式，負(fù)載總體將提供多 樣的電網(wǎng)頻率響應(yīng)。圖1B與圖1A相比，說明觸發(fā)頻率的曲線依賴于選擇的目標(biāo)頻率。這可以得出結(jié) 論，當(dāng)觸發(fā)頻率總是隨著負(fù)載預(yù)期接入或斷開時間的百分比而變化時，這種變化的形 式?jīng)Q定于隨機(jī)選擇的目標(biāo)頻率。圖1B和圖1A顯示了接入的設(shè)備的觸發(fā)頻率。圖1C相反地顯示了斷開的設(shè)備的觸發(fā)頻率曲線。原理是相同的，也就是，斷開的設(shè)備將要被接入時的頻率依賴于預(yù)期 斷開時間的百分比而變化，如上面的公式所定義。如從圖1C中所能看到的，當(dāng)設(shè)備 接近其固有切換點(diǎn)的時候，觸發(fā)頻率接近中心頻率或者電網(wǎng)的標(biāo)稱頻率。通常，這個曲線要求，設(shè)備越接近其固有切換點(diǎn)，頻率就越接近阻尼頻率或標(biāo)稱頻率，所以，負(fù) 載也就越有可能被用于提供電網(wǎng)頻率響應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，檢測到的電網(wǎng)頻率在中心頻率之上或之下的任何變 動，將導(dǎo)致負(fù)載被切換。檢測到的電網(wǎng)頻率偏離中心頻率越多，逐漸地被切換的負(fù)載 也就越多。由于中心頻率是過去頻率范圍的移動平均值，中心頻率將趨向于"跟隨" 檢測到的電網(wǎng)頻率，盡管是以阻尼的方式。這將能提供平滑的中心值，以決定執(zhí)行高 頻率(高于標(biāo)稱頻率)響應(yīng)還是低頻率(低于標(biāo)稱頻率)響應(yīng)。檢測到的頻率也可能改變其方向，高于中心頻率或低于中心頻率。只要電網(wǎng)頻率 開始變化，本發(fā)明的控制設(shè)備將通過從電網(wǎng)借取或者償還電能，阻止任何高于或低于 中心頻率的快速增加或者減少的頻率變化。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這是從電網(wǎng)借取或 者償還電能的適當(dāng)?shù)臅r刻，并提供比現(xiàn)有技術(shù)的電網(wǎng)響應(yīng)控制頻率穩(wěn)定得多的電網(wǎng)頻 率。在一開始，高于或低于電網(wǎng)中心頻率的任何變化，只會切換那些接近它們固有切 換點(diǎn)的負(fù)載。這是因為觸發(fā)頻率隨著特定設(shè)備接入或斷開的時間而變化。已經(jīng)接入或斷開大于50%它們預(yù)期應(yīng)該接入或斷開時間的所有的負(fù)載優(yōu)先。只有當(dāng)電網(wǎng)頻率劇烈 地遠(yuǎn)離中心頻率變化時，那些距離上一個切換點(diǎn)的時間少于50%的設(shè)備才會被切換。這樣，本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了較穩(wěn)定的電網(wǎng)頻率，因此也導(dǎo)致響應(yīng)負(fù)載的較 少切換。而且已經(jīng)切換的設(shè)備不是優(yōu)先被切換的，所以進(jìn)一步導(dǎo)致負(fù)載的切換負(fù)擔(dān)。由本發(fā)明的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備控制的電能存儲負(fù)載總體組成的系統(tǒng)，提供準(zhǔn)備切 換以響應(yīng)任何電網(wǎng)頻率的變化的負(fù)載總體。頻率的改變越大，越多數(shù)量的負(fù)載提供響 應(yīng)。這應(yīng)該是線性的關(guān)系。圖2顯示了由本發(fā)明控制的系統(tǒng)的例子，該系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，并運(yùn)行在電網(wǎng)標(biāo) 稱頻率下。如圖2所示，在這種狀態(tài)下，處于斷開狀態(tài)下的設(shè)備的比例[l],和處于接入狀態(tài)下設(shè)備的比例[2],對應(yīng)于預(yù)期的工作周期。所以，如果負(fù)載運(yùn)行在5oy。的工作周期的情況下，負(fù)載總數(shù)平分。如果系統(tǒng)進(jìn)入低頻率(低于標(biāo)稱頻率)偏移期，接入的負(fù)載將會被觸發(fā)成斷開[3] 以減小負(fù)荷。它們在短時間內(nèi)不可能再被接入。在低頻率偏移期，不管負(fù)載當(dāng)前超出的頻率，有一些斷開的負(fù)載將會被接入[4],因為它們已經(jīng)達(dá)到了它們電能存儲的最小狀態(tài)，負(fù)載的特定功能要求它被接通。這部 分負(fù)載將不再被要求提供高頻率響應(yīng)，所以要從能夠提供高頻率響應(yīng)的負(fù)載總數(shù)中劃 去，即使這些負(fù)載實際上是最敏感的。此外，這些近期被切換的負(fù)載在短時間內(nèi)，不 可能會再被斷開。一些負(fù)載將要達(dá)到它們的最大電能存儲狀態(tài)，需要被斷開[5]。如果工作周期是 50%,那么達(dá)到最大電能存儲狀態(tài)的負(fù)載數(shù)量[5]將趨向于和達(dá)到其最小電能存儲狀態(tài) 的設(shè)備數(shù)量[4]相同。剩下的有能力提供低頻率響應(yīng)的設(shè)備[7]是具有較低敏感頻率設(shè)置的總體，由于 它們接近電網(wǎng)的標(biāo)稱頻率已經(jīng)被"用掉"。如果現(xiàn)在頻率上升，高于中心頻率，那么，盡管頻率仍然低于電網(wǎng)的標(biāo)稱頻率， 期望的是，負(fù)載開始被接入并恢復(fù)早先借給電網(wǎng)的電能。當(dāng)頻率上升，高于中心頻率， 一些設(shè)備將被觸發(fā)接入[8]以增加電網(wǎng)的負(fù)荷。由 于負(fù)載[3]因為最近剛被切換而處于最小切換模式，所以這些設(shè)備最有可能是[1]中的 剩余的設(shè)備數(shù)量。如以前， 一些接入的設(shè)備將會被斷開[IO],而一些斷開的設(shè)備將會被接入[9]， 因為它們已經(jīng)分別達(dá)到了它們最大或者最小電能存儲狀態(tài)，而并不被要求提供高頻率 響應(yīng)。雖然將被斷開的已接入設(shè)備UO],在總體中提供響應(yīng)最敏感，但這些設(shè)備將從 提供低頻率響應(yīng)的總體中被劃去，不再使用。已經(jīng)達(dá)到了它們最大或者最小電能存儲 狀態(tài)的負(fù)載的數(shù)量將會相當(dāng)小。能夠繼續(xù)提供高頻率響應(yīng)的設(shè)備的總體是如所期望的，由于它們適度地平均分布 在中心頻率和最大頻率極限之間的頻率內(nèi)。然而，那些對僅低于中心頻率的頻率敏感的設(shè)備總體，已經(jīng)被耗盡。所以，頻率的再次下降，將觸發(fā)比以前導(dǎo)致下降得更多的 平均頻率少的負(fù)荷減小，直到達(dá)到未耗盡的區(qū)域或者觸發(fā)頻率的固有移動，重新分布 在已耗盡的區(qū)域。這是所期望的行為。在頻率發(fā)生波動的低頻率偏移期，頻率趨向于易于下降而不 是上升(或更通常的是，遠(yuǎn)離標(biāo)稱頻率比接近標(biāo)稱頻率更容易發(fā)生)。這反映了一個 事實，當(dāng)負(fù)載償還電能時，負(fù)載正在將電能借給電網(wǎng)并阻止頻率的升髙。理想地，只 有當(dāng)負(fù)載償還所有的電能給電網(wǎng)時，頻率才會返回標(biāo)稱值。圖2顯示了低頻率總體的一種可能的操作，就是將仍然接入的負(fù)載在中心頻率和 最小頻率之間分布(而不是標(biāo)稱頻率和最小頻率之間)。這樣做，可以使頻率僅僅比 中心頻率低一點(diǎn)點(diǎn)的設(shè)備也被耗盡(選擇的目標(biāo)頻率高于中心頻率，或在標(biāo)稱頻率和 中心頻率之間的設(shè)備，現(xiàn)在讓它們的目標(biāo)頻率低于中心頻率)。所以，頻率具有較大 的下降趨勢。這也許不是所希望的。在該操作的替換中，這種改變可以僅有助于一些負(fù)載，如那些從低頻率偏移期開 始的時候就接入的設(shè)備。發(fā)生這種情況是由于設(shè)備從低頻率偏移期就已經(jīng)接入，因為 它們處于電能低的狀態(tài)，所以需要在它們提供響應(yīng)之前補(bǔ)充電能的機(jī)會。影響這個的 方法之一是，系統(tǒng)地(更極端地)降低負(fù)載被接入時的頻率。這樣，將趨向于允許電 網(wǎng)頻率降得更低。在極端的狀態(tài)下，這也將趨向于在設(shè)備中更均句地分布接入時間。 在沒有這個修改時，這個接入時間已經(jīng)沿著觸發(fā)頻率的軌跡在設(shè)備之間均勾分布。圖2所示的例子是對于低頻率偏移期的，在高頻率偏移期，負(fù)載總體的行為是對 稱的。在理想的系統(tǒng)里，即所有的電網(wǎng)響應(yīng)是由根據(jù)本發(fā)明控制的設(shè)備來提供的，頻率 偏移將不會結(jié)東直到所有從電網(wǎng)借取的電能都被償還了。如果對電網(wǎng)頻率的響應(yīng)還來 自其他地方(如發(fā)電機(jī))，頻率偏移也許會在被借取的電能完全被償還前結(jié)東，雖然 如此，負(fù)載仍會重新得到電能以補(bǔ)充它們的電能存儲。從頻率的移動平均中得到的中心頻率是這樣的頻率，就是高于該頻率，所有由根 據(jù)本發(fā)明控制的設(shè)備產(chǎn)生的負(fù)荷將增加，而低于該頻率，該負(fù)荷將減少。對整個系統(tǒng) 來說，這是有效的目標(biāo)頻率。移動系統(tǒng)的目標(biāo)頻率靠近標(biāo)稱頻率，提供一些偏置以影 響電網(wǎng)頻率靠近標(biāo)稱頻率是可能的。下面將更細(xì)地描述得到特定的控制設(shè)備的觸發(fā)頻率完整的過程。首先，計算中心頻率。從當(dāng)前高于或低于標(biāo)稱頻率的頻率偏移期的第一個記錄的 頻率讀數(shù)開始的每一個讀數(shù)都被計入考慮。所得到的中心頻率然后被進(jìn)一步處理以偏 向標(biāo)稱頻率，但這一步也不是必須的，因為這樣的傾斜是本發(fā)明的控制設(shè)備固有的特 征。然后是確定設(shè)備的基本頻率或目標(biāo)頻率。為此，基本頻率所處的頻率范圍先被確 定下來，然后在這個范圍內(nèi)選擇隨機(jī)的目標(biāo)頻率。每個設(shè)備都有高目標(biāo)頻率和低目標(biāo)頻率，優(yōu)選地，這兩個頻率分別由稱為高隨機(jī)值和低隨機(jī)值的隨機(jī)值提供。高目標(biāo)頻 率是用于高頻率偏移時期，而低目標(biāo)頻率是用于低頻率偏移時期。當(dāng)選擇使目標(biāo)頻率分布在標(biāo)稱頻率和允許的頻率范圍的下限或上限之間的隨機(jī) 數(shù)時，優(yōu)選地， 一個隨機(jī)數(shù)用于高頻率偏移時期，另一個隨機(jī)數(shù)用于低頻率偏移時期。 這些隨機(jī)數(shù)較優(yōu)選地處于O到l之間，這樣目標(biāo)頻率可以位于整個允許的頻率范圍(如上所定義的)內(nèi)的任何位置。優(yōu)選地，兩隨機(jī)數(shù)在相反的頻率偏移時期開始后，重新 產(chǎn)生。這樣，低頻率偏移隨機(jī)數(shù)在高頻率偏移時期開始時被選擇，而高頻率偏移隨機(jī)數(shù) 在低頻率偏移時期開始時被選擇，從而確保在頻率偏移時期切換時，準(zhǔn)備好隨機(jī)數(shù)。因為特定控制設(shè)備對電網(wǎng)頻率變化的敏感程度依賴于隨機(jī)數(shù)，所以，以有規(guī)律的 間隔重新產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，是非常重要的。如下詳述，具有較小隨機(jī)數(shù)的電冰箱，將趨向 于帶有比具有較大的隨機(jī)數(shù)的電冰箱大的切換負(fù)擔(dān)。這是因為，由較大的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生 的目標(biāo)頻率將更有可能提供更接近外部頻率極限的觸發(fā)頻率，這比提供靠近電網(wǎng)的標(biāo) 稱頻率的觸發(fā)頻率，更不容易由電網(wǎng)實現(xiàn)。隨機(jī)數(shù)不在特定的頻率偏移時期內(nèi)產(chǎn)生也是很重要的。這將會對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn) 生不能預(yù)料的影響。然而，其他的策略也是可能的，例如，可以在二十四小時后，或 其他這樣的選擇的時期后的第一次變化期間，產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。目標(biāo)頻率有四個可能的范圍(1) 電網(wǎng)處于低頻率偏移時期(中心頻率低于標(biāo)稱頻率)情況下，負(fù)載處于當(dāng) 前接入狀態(tài)，這在圖3A的左邊部分示出。在這個狀態(tài)中，目標(biāo)頻率處在電網(wǎng)頻率下 限(電網(wǎng)頻率下限的選擇在下文論述)和標(biāo)稱頻率之間。由于電網(wǎng)當(dāng)前是處于低頻率 偏移時期，中心頻率也將處于標(biāo)稱頻率和上述電網(wǎng)頻率下限之間。(2) 電網(wǎng)處于低頻率偏移時期情況下，負(fù)載處于斷開狀態(tài)(在圖3A的右邊部分 示出)。目標(biāo)頻率將隨機(jī)地處在電網(wǎng)頻率上限(電網(wǎng)頻率上限的選擇在下文論述)和 中心頻率(不同于標(biāo)稱頻率)之間。(3) 電網(wǎng)處于高頻率偏移時期(中心頻率高于標(biāo)稱頻率)情況下，負(fù)載處于斷 開狀態(tài)(在圖3B的左邊部分示出)。目標(biāo)頻率將隨機(jī)地處在電網(wǎng)頻率上限和電網(wǎng)標(biāo) 稱頻率之間。(4) 電網(wǎng)處于高頻率偏移時期(中心頻率高于標(biāo)稱頻率)情況下，負(fù)載處于接 入狀態(tài)(在圖3B的右邊部分示出)。目標(biāo)頻率將處在電網(wǎng)頻率下限和中心頻率值之 間。圖3A到圖3B顯示了頻率在上述四個區(qū)域中的每個內(nèi)的示例位置。這些圖也顯示 了觸發(fā)頻率，在該觸發(fā)頻率點(diǎn)上，電網(wǎng)頻率將觸發(fā)使特定的接入的設(shè)備斷開，或觸發(fā) 使特定的斷開的設(shè)備接入。圖3A到圖3B顯示，觸發(fā)頻率與隨機(jī)的目標(biāo)頻率在相同的 頻率范圍內(nèi)。如圖3A到圖3B所示，設(shè)備的目標(biāo)頻率對觸發(fā)頻率曲線的形狀有決定作用。這樣， 目標(biāo)頻率的隨機(jī)化效果就被帶入到觸發(fā)頻率中。在本發(fā)明的控制設(shè)備的優(yōu)選實施例中， 一旦為特定設(shè)備計算了高目標(biāo)頻率或低目 標(biāo)頻率，設(shè)備特定的觸發(fā)頻率就需要被計算。當(dāng)設(shè)備是接入的，只有低目標(biāo)頻率是相 關(guān)的，而當(dāng)設(shè)備是斷開的，只有髙目標(biāo)頻率是相關(guān)的。從特定目標(biāo)頻率的值，可以得 到函數(shù)的形式。這個函數(shù)是不同的，不僅僅依賴于設(shè)備的目標(biāo)頻率，也依賴于設(shè)備是 處于接入狀態(tài)還是斷開狀態(tài)。從這個函數(shù)，使用物理變量的當(dāng)前值，可以得到設(shè)備的 當(dāng)前觸發(fā)頻率。通過將電網(wǎng)頻率與觸發(fā)頻率相比較，這個觸發(fā)頻率對設(shè)備是接入還是 斷開起決定作用。圖3A到圖3B所示的觸發(fā)頻率的值由下述方式來計算。下述的比例，代表電能存 儲接近它最大值或者最小值的程度，是最大值還是最小值，是由設(shè)備是處于接入還是 斷開狀態(tài)決定的。這個比例優(yōu)選地是U或t。rf,計算過程如下(1) 如果比例小于0.5,那么(也就是說，負(fù)載切換持續(xù)的時間是否小于負(fù)載 達(dá)到電能存儲的最大值或最小值的時間的50% )(2) "偏移"=(目標(biāo)頻率-"起始點(diǎn)")x比例這里，起始點(diǎn)對接入的設(shè)備來說，是頻率下限，而對斷開的設(shè)備來說，是頻率上 限。這樣，(目標(biāo)頻率-起始點(diǎn))是頻率上限或頻率下限與目標(biāo)頻率之間的差。由于 這個比例總是在0到0.5之間(如步驟(1)所述)，這個差由于比例項的作用而變 小。這樣，在這一步驟里，檢測到的物理變量的值和目標(biāo)頻率一樣，影響觸發(fā)頻率。(3) 觸發(fā)頻率=起始點(diǎn)+偏移這樣，對于接入的設(shè)備，觸發(fā)頻率是從頻率下限的偏移，而對于斷開的設(shè)備，觸 發(fā)頻率是從頻率上限的偏移。(4) 如果比例大于或等于0. 5,那么(也就是說，負(fù)載接入或斷開持續(xù)的時間 是否超過到其固有切換點(diǎn)時間的一半以上？如果是逸樣，負(fù)載需要被操作在切換概率 高的區(qū)域)。(5) 偏移=("結(jié)東點(diǎn)"-目標(biāo)頻率)x比例這里，結(jié)東點(diǎn)是在低頻率偏移時期斷開的設(shè)備和在高頻率偏移時期接入的設(shè)備的 中心頻率，是在高頻率偏移時期接入的設(shè)備和在低頻率偏移時期斷開的設(shè)備的標(biāo)稱頻 率。這個偏移是目標(biāo)頻率與結(jié)東點(diǎn)之間的差值乘上比例。由于該比例總是在0. 5到1 之間，偏移將處于這個差值的一半和這個差值之間。此外，這一步驟顯示，設(shè)備接入 或斷開的時間和目標(biāo)頻率都影響偏移的值。(6) 觸發(fā)頻率=目標(biāo)頻率+偏移這樣，觸發(fā)頻率處在目標(biāo)頻率和中心頻率或標(biāo)稱頻率之間。 下面將描述圖3A所示的具有觸發(fā)頻率曲線的負(fù)載控制設(shè)備。 在低頻率偏移時期，如圖3A所示，中心頻率在標(biāo)稱頻率和電網(wǎng)頻率下限之間。在這樣的低頻率偏移時期，最希望的行為是接入的設(shè)備趨向于斷開，以最后將系統(tǒng)頻 率帶回到電網(wǎng)的標(biāo)稱頻率。圖3A顯示負(fù)載的變化過程，負(fù)載一開始處于接入的狀態(tài)，此時電網(wǎng)處于低頻率 偏移時期。電量狀態(tài)的軌跡1(左邊坐標(biāo))顯示，電能狀態(tài)從最小電能狀態(tài)向最大電 能狀態(tài)變化。如果沒有響應(yīng)提供，負(fù)載將在最大電能狀態(tài)從其極限設(shè)置斷開，然后電 能狀態(tài)將從最大電能狀態(tài)向最小電能狀態(tài)變化。對于電網(wǎng)頻率和負(fù)載物理變量的每個讀數(shù)，中心頻率被重新計算。為了清晰起見， 圖示顯示了固定的中心頻率，但實際上，它是隨著電網(wǎng)狀態(tài)而變化的。當(dāng)設(shè)備是接入的，用低頻率隨機(jī)數(shù)2計算用于斷開設(shè)備的目標(biāo)頻率。這將存在于 圖示(圖3A)的左邊所示的范圍3中，在該狀態(tài)中，選擇位于頻率下限和標(biāo)稱頻率 之間。負(fù)載的物理變量被用于計算使設(shè)備斷開的觸發(fā)頻率4。這樣，接入的設(shè)備的觸 發(fā)頻率將考慮新的中心頻率和新的檢測到的負(fù)載物理變量。對于接入的設(shè)備來說，當(dāng) 電網(wǎng)頻率低于目標(biāo)斷開頻率時，那么負(fù)荷將會被斷開。對于斷開的設(shè)備來說，當(dāng)測得 的電網(wǎng)頻率高于接入觸發(fā)頻率時，那么負(fù)荷將會被接入。當(dāng)電網(wǎng)頻率變得低于觸發(fā)頻率5時，設(shè)備將會被斷開，電能軌跡將改變方向，即 使最大電能存儲狀態(tài)沒有達(dá)到。這樣有助于在不改變物理變量的極限的情況下，降低 存儲在設(shè)備中的平均電能。對于大量這樣的設(shè)備來說，這樣做的效果就是，提高了設(shè) 備總體的平均溫度。當(dāng)設(shè)備已經(jīng)被斷開時，其下一步的行為如圖3A右邊所示。如圖所示，工作周期 的一部分6被略去。在設(shè)備接入的目標(biāo)頻率的選擇范圍在頻率上限和中心頻率之間的情況下，接入觸 發(fā)頻率的示例軌跡8如圖所示。如果中心頻率保持不變，那么設(shè)備將不會被再次接入9直到電能狀態(tài)再次達(dá)到其最小值。根據(jù)圖3A,測得的電網(wǎng)頻率的任何偏離標(biāo)稱頻率的變動，都將導(dǎo)致一些負(fù)載被 斷開。明顯地，電網(wǎng)頻率偏離標(biāo)稱頻率越大，也就有越多數(shù)量的設(shè)備被逐漸斷開。而 且，可以看到，檢測到的電網(wǎng)頻率偏離標(biāo)稱頻率越大，負(fù)載就趨向于越早在其接入工 作周期中被斷開。根據(jù)圖3A,中心頻率的任何變動，都將導(dǎo)致斷開的負(fù)載被接入。這樣，本發(fā)明 提供的觸發(fā)頻率阻止所有關(guān)于中心頻率的頻率變動。相同的討論也可以用于高頻率偏移時期，如圖3B所示。在所示實施例的操作中，上面描述的目標(biāo)頻率所在的四個范圍，都可以在中心頻 率和頻率最大極限或頻率最小極限之間提供，而不是兩個范圍在電網(wǎng)標(biāo)稱頻率和頻率 上限或頻率下限之間(如圖3A到圖3B中)。在這種控制設(shè)備的可選形式中，圖3A將被調(diào)整，使只有測得的頻率減小到中心頻率以下，將導(dǎo)致負(fù)載被斷開(而不是減小 到中心頻率以下和增加到中心頻率以上直到標(biāo)稱頻率，如圖所示)。這將仍然提供所期望的響應(yīng)，由于頻率的減小意味著太多的負(fù)荷，所以，設(shè)備被斷開。同樣的，圖 3B的曲線可以被修改，所以只有在頻率增加到中心頻率以上，將導(dǎo)致斷開的設(shè)備被 接入(而不是增加到中心頻率以上以及減小到中心頻率以下直到標(biāo)稱值，如圖所示)。 這種修改了的形式也將仍然提供所期望的響應(yīng)，由于頻率的增加代表著發(fā)電量的增 加，這需要通過接入負(fù)載來消粍這部分增加的發(fā)電量。根據(jù)圖3A,在低頻率偏移時期，如果當(dāng)前系統(tǒng)頻率降至中心頻率以下，那么斷開的設(shè)備不能被接入，由于沒有觸發(fā)頻率在這個點(diǎn)以下。斷開了的設(shè)備被接入的唯一的方法是，只要負(fù)載物理變量達(dá)到了它的下限。這樣，從圖3A中可以確定，在頻率 減小到中心頻率以下的情況下，只能由接入的設(shè)備被斷開來提供響應(yīng)，這正是補(bǔ)償造 成的頻率下降過多負(fù)荷所要求的響應(yīng)。再次參考圖3B,在頻率上升到中心頻率以上的時期，斷開的設(shè)備開始被接入是 所期望的。根據(jù)圖3B,這個行為被提供。圖3B也顯示了通過使設(shè)備的觸發(fā)頻率最接 近中心頻率，這些設(shè)備接近固有接入點(diǎn)是如何有利的。這個圖也顯示了斷開的設(shè)備總 體的觸發(fā)頻率是如何分布在中心頻率和頻率上限之間的，因而能提供漸進(jìn)地頻率響應(yīng) 行為。有這樣一種可能就是，電網(wǎng)頻率在接近中心頻率的很小的頻率范圍內(nèi)重復(fù)地上升 和下降。在這種情況下，那些對這個頻率范圍內(nèi)的頻率敏感的設(shè)備總體將被耗盡。也 就說，當(dāng)頻率降低時，最敏感的設(shè)備將被斷開，而當(dāng)頻率上升時，那些最敏感的設(shè)備 將被接入。以這樣的方式切換的設(shè)備將變得無法提供更多的響應(yīng)，直到它們完成它們 工作周期剩下的部分。在適當(dāng)?shù)臅r候，隨著設(shè)備接近它們的工作周期中的狀態(tài)，敏感 設(shè)備的總數(shù)將被恢復(fù)，這個工作周期通過設(shè)備提供的響應(yīng)可能被縮短，這樣設(shè)備將再 次可以被切換。目標(biāo)頻率所選擇的范圍將影響耗盡了的頻率區(qū)被補(bǔ)充的速度。目標(biāo)頻率范圍包括 被耗盡的敏感設(shè)備的頻率區(qū)，增加了從接近敏感點(diǎn)的設(shè)備總數(shù)中補(bǔ)充耗盡了的頻率區(qū) 的速度。增加的補(bǔ)充通過在較寬的頻率范圍內(nèi)分散耗盡來實現(xiàn)，這個頻率范圍不是當(dāng)前電 網(wǎng)所經(jīng)歷的。當(dāng)這確實減小了所有仍然有效的響應(yīng)時，這適當(dāng)?shù)胤从吵鲇帽M由大量電 冰箱提供的有限響應(yīng)的物理事實。盡管看起來，在標(biāo)稱頻率和中心頻率之間有一個區(qū)域，在這個區(qū)域中，接入的設(shè) 備和斷開的設(shè)備的行為看起來是彼此交疊并從而無效，在實踐中，這些行為實際上不 會同時發(fā)生，它們被用于電網(wǎng)頻率改變方向和阻止頻率較小的上升和下降變化的時間 分開。當(dāng)電網(wǎng)頻率經(jīng)過耗盡的區(qū)域，響應(yīng)有效的程度將會變小，所以，減緩頻率變化的 負(fù)載的改變也趨向于變小。這個趨勢使得頻率成為，電冰箱總體從電網(wǎng)中借取電能和 給予電網(wǎng)電量的程度的較準(zhǔn)確的指示，這個趨勢也是所希望的行為。從圖3A中可以看到，當(dāng)測得的電網(wǎng)頻率增加到中心頻率以上時，根據(jù)圖3A,斷 開的負(fù)載將會接入。只有當(dāng)頻率再次降低時，接入的設(shè)備將會被關(guān)閉，由于仍有一定 數(shù)量的設(shè)備，它們的觸發(fā)斷開頻率在中心頻率和標(biāo)稱頻率之間。這意味著，當(dāng)電網(wǎng)頻 率低于中心頻率變化時，將導(dǎo)致只有接入的設(shè)備被斷開(除了斷開的設(shè)備已經(jīng)達(dá)到了 它們的負(fù)載物理變量的最小極限)，對于電網(wǎng)頻率高于中心頻率變化的響應(yīng)，是由斷 開的設(shè)備被接入提供的，如所期望的那樣使電網(wǎng)頻率的變化穩(wěn)定。對于與圖3B所給出的低頻率偏移時期類似的討論可對稱地應(yīng)用到中心頻率的高頻率偏移時期(高于標(biāo)稱頻率)在真實的電網(wǎng)中，隨著負(fù)荷和發(fā)電量變化，在高頻率偏移時期和低頻率偏移時期 之間變化，在每個狀態(tài)中，電冰箱的總數(shù)將是動態(tài)的，電冰箱個體的行為較少由這些 描述確定?？刂圃O(shè)備使用最大頻率極限和最小頻率極限，以確定目標(biāo)頻率和觸發(fā)頻率應(yīng)該分 布的范圍。這些頻率極限可以根據(jù)電網(wǎng)的頻率行為的過去經(jīng)驗來確定，或者依賴于確 定使用的電網(wǎng)在安裝時就設(shè)置這些頻率極限。例如，在美國，電網(wǎng)頻率規(guī)定被保持在電網(wǎng)標(biāo)稱頻率±0. 5。/。的范圍內(nèi)，也就是說， 電網(wǎng)頻率始終在59. 7赫茲和60. 3赫茲之間。這是在美國電網(wǎng)中運(yùn)行的控制設(shè)備的缺 省值。這些缺省值可以被設(shè)置或者根據(jù)設(shè)備在電網(wǎng)中的經(jīng)驗而自我優(yōu)化。自我優(yōu)化的 控制設(shè)備提供頻率極限的可能性將被討論。本發(fā)明的控制設(shè)備優(yōu)選地具有與電網(wǎng)相關(guān)的一些參數(shù)的缺省設(shè)置，這些參數(shù)是希 望被釆用的。從圖3A到圖3B可以看出，如果電網(wǎng)頻率超出電網(wǎng)的最大或最小頻率范 圍，所有的設(shè)備都將處于相同的切換狀態(tài)，也就是接入或者斷開狀態(tài)。負(fù)載不再提供 進(jìn)一步的電網(wǎng)響應(yīng)。這樣，仔細(xì)和正確地執(zhí)行頻率極限的自我調(diào)整就變得非常重要了。理想地，頻率的控制極限被選在剛超出電網(wǎng)所能容忍的頻率偏移。然而，這也是 期望的，以保持相當(dāng)?shù)偷碾娋W(wǎng)頻率變化的速率。本發(fā)明的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備所采用的 方法是平衡這些需求，以監(jiān)視電網(wǎng)所經(jīng)歷的頻率極端，并用這些經(jīng)驗去調(diào)整存儲的電 網(wǎng)頻率極限。使用兩個核心的調(diào)整過程。首先，在頻率偏移期，如果頻率所經(jīng)歷的極值比當(dāng)前使用的頻率極限大，那么， 在下一個偏移期內(nèi)，這個極值將被設(shè)為新的頻率極限。所以，在具有較大的頻率變化 的電網(wǎng)上，電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備將調(diào)整分布其服務(wù)覆蓋電網(wǎng)頻率所能經(jīng)歷的整個范圍。 電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備有能力分析導(dǎo)致出現(xiàn)極值的事件，并能用這種能力緩沖頻率極限擴(kuò) 大的程度。在第二個過程中，如果在一段時期內(nèi)頻率所經(jīng)歷的極值小于當(dāng)前存儲的頻率極 限，那么頻率極限將被調(diào)整為靠近這個所經(jīng)歷的頻率極值。然而，響應(yīng)控制負(fù)載將僅 用頻率極值和頻率極限的差乘以較小的比例來使頻率極限靠近所經(jīng)歷的頻率極值。用 這種方式，在頻率極限明顯變窄之前，將用許多周期來調(diào)整。極限變窄的趨勢也會通過忽略所有在所存儲的頻率極限以外的偏移期比定義的時期(例如在幾分鐘內(nèi))短而 被克服。所以，如果設(shè)備經(jīng)歷了比它缺省情況所預(yù)期的多的極值頻率，它將快速地擴(kuò)展它 的行為以適應(yīng)這種情況。在另一方面，如果電網(wǎng)比它缺省情況所預(yù)期的更穩(wěn)定，它將 僅僅緩慢地朝較窄的極限變化，如果電網(wǎng)行為再次變得較不穩(wěn)定時，仍將快速地反應(yīng)。而且，這種極限度具有余度，即所謂的罕見事件余度，這樣，電網(wǎng)響應(yīng)控制負(fù)載 將假定，最大的頻率偏移是不罕見的，所以，實際選擇的頻率極限被調(diào)整到以提供與 罕見事件余度成比例的空閑容量。罕見事件余度可以在制造時以兩種方式提供。當(dāng)經(jīng)歷正常的電網(wǎng)頻率極值時，罕見事件余度可以被設(shè)置成小于1,意味著將沒 有電網(wǎng)響應(yīng)行為。這是因為罕見事件余度將定義控制設(shè)備的頻率極限在電網(wǎng)的頻率極 值內(nèi)。在電網(wǎng)中，電網(wǎng)的頻率響應(yīng)行為主要由火力發(fā)電設(shè)備而不是負(fù)載來提供，豐富 的排放好處可以通過將罕見事件余度設(shè)為小于1實現(xiàn)。可選地，罕見事件余度也可以被設(shè)置為大于1。這樣，電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備將調(diào)整 它自己，以使甚至在電網(wǎng)的極端情況下，仍然對異常事件有余度。當(dāng)本發(fā)明的電網(wǎng)響 應(yīng)控制設(shè)備是主要電網(wǎng)響應(yīng)行為的提供者時，這模式是非常重要的，因為一些電網(wǎng)響 應(yīng)行為在電網(wǎng)的所有狀態(tài)下都是需要的。這樣，小于1的罕見事件余度將被用于電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備的實現(xiàn)的早期階段，且 隨著數(shù)量的增多，大于1的罕見事件余度將變成正常的標(biāo)準(zhǔn)。小于1的罕見事件余度的排放好處增加，因為在負(fù)載端提供響應(yīng)將不會對排放產(chǎn) 生任何影響，無論是二氧化碳還是其他污染物。這與在電力供應(yīng)端提供響應(yīng)相反，在 供應(yīng)端，發(fā)電設(shè)備將不得不運(yùn)行在比其最大發(fā)電能力低的水平上，并能運(yùn)行在頻繁的 動態(tài)變化下(使效率和污染控制困難)。為了下結(jié)論，當(dāng)極值頻率和罕見事件發(fā)生時，本發(fā)明的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備需要對 "罕見"進(jìn)行定義。極端的電網(wǎng)事件，包括發(fā)電設(shè)備失效或者重要的傳輸線失效。這 樣的事件是最不可能發(fā)生的，而且也是大于1的罕見事件余度打算覆蓋的事件。在另 一方面，如果短暫的高峰負(fù)荷發(fā)生，例如在冬天里的電視的中斷，沒有被極端頻率極 限覆蓋，那么極限將被有效地調(diào)整以覆蓋這樣的事件，此為電力緊張的指示，但不是 罕見的失效。一天或一周內(nèi)不同的變化時期有不同的頻率控制極限也是值得考慮的事情(許多 電網(wǎng)使用半小時作為測量的分界線，這里，這將很有用)。在電力需求快速改變時， 極限的范圍有時可以變得更寬，如前面定義的緊張狀態(tài)函數(shù)(h)所指示。最小電力 需求的時刻或電網(wǎng)的低緊張狀態(tài)下，可以有較窄的頻率控制極限范圍。在一天里面電 網(wǎng)最有可能處于緊張狀態(tài)的時刻，可以通過對電網(wǎng)過去的經(jīng)歷狀況的學(xué)習(xí)而得來'而 頻率控制設(shè)備需要被加寬的時間間隔，可以由控制設(shè)備記時。然而，因此，控制設(shè)備 將不用訪問外部時鐘，這種調(diào)整在電力被斷開時需要被廢棄。從整體上來看，本發(fā)明提供電網(wǎng)頻率響應(yīng)控制設(shè)備，以最小化負(fù)荷的斷開，阻止 所有關(guān)于當(dāng)前頻率的歷史移動平均值的頻率變化，并使系統(tǒng)頻率向標(biāo)稱頻率偏移一定 程度。這樣，電網(wǎng)被穩(wěn)定，負(fù)載的過度工作被防止。還提供干凈的頻率信號，其噪聲 較少，更平穩(wěn)，且逐漸地，連續(xù)地向理想的電網(wǎng)標(biāo)稱頻率偏移。如上所述，在接入和斷開狀態(tài)之間切換負(fù)載的電能消耗，是通過直接控制負(fù)載的 電能消耗設(shè)備來實現(xiàn)的。然而，本發(fā)明的另一實施例調(diào)整負(fù)載參數(shù)的設(shè)定點(diǎn)或負(fù)載參 數(shù)的控制極限。在這種方式下，負(fù)載將調(diào)整其電能消耗以保持檢測到的負(fù)載物理變量 在控制極限內(nèi)。在電冰箱的例子中，當(dāng)測得的頻率是電冰箱應(yīng)該被接入的頻率，控制極限可以被 移動到電冰箱制冷空間內(nèi)當(dāng)前的溫度以下。這樣，電冰箱的控制機(jī)制將檢測到溫度太 高，并通過將電冰箱的制冷方式切換到接入的狀態(tài)以響應(yīng)。這種反方向移動控制極限 可以在測得的頻率是電冰箱應(yīng)該斷開的頻率時被執(zhí)行。除了調(diào)整控制極限，設(shè)定點(diǎn)本身也可以被本發(fā)明的控制設(shè)備調(diào)整。負(fù)載的控制機(jī) 制自身將接收到新的設(shè)定點(diǎn)，并得出新的控制限度。控制設(shè)備以這種方式控制設(shè)定點(diǎn)或控制極限是有利的。這樣，控制設(shè)備將不需要 被集成進(jìn)負(fù)載的控制電路，可以能夠直接與負(fù)載的電能消耗裝置通信。相反，它僅需 要提供中心信號到負(fù)載的控制電路，電能消耗的變化以正常方式實現(xiàn)?；氐角懊嬗懻摰膬?yōu)選實施例，電網(wǎng)響應(yīng)控制是通過接入或斷開電能消耗來實現(xiàn) 的。然而， 一些負(fù)載，通過調(diào)整電能消耗的水平控制負(fù)載物理變量在控制極限內(nèi)。這 樣，負(fù)載可以被控制在負(fù)載存儲的電能增加的第一狀態(tài)和負(fù)載存儲的電能減小的第二 狀態(tài)之間，如前面所討論的。下面將用以這樣連續(xù)地控制電能消耗來維持制冷空間內(nèi) 的溫度在控制極限內(nèi)的電冰箱為例，描述本發(fā)明的控制設(shè)備的示例實施例。純粹的溫度控制器很容易變成經(jīng)典的三項控制器，其參數(shù)影響從影響功率的設(shè)定 點(diǎn)變化的程度。典型地，這是比例誤差(現(xiàn)在誤差有多大)；積分誤差(長時間累積 的較小誤差)，和微分誤差(如果誤差在快速地減小，則其過調(diào)量是最小的)。現(xiàn)有 的三項控制器如PID控制器，盡管，事實上，控制可以不包括所有的三項，這樣要簡單許多。通常，PID控制器實際上驅(qū)動電動機(jī)功率控制器，該電動機(jī)功率控制器接下來驅(qū) 動電動機(jī)控制器的電力電子，然后驅(qū)動電動機(jī)或者負(fù)載。圖6給出了更多細(xì)節(jié)-手動控制器提供輸入到設(shè)定點(diǎn)控制器，設(shè)定點(diǎn)控制器以合適地形式提供設(shè)定點(diǎn) 信號到PID控制器。PID控制器也接受被控制的變量的當(dāng)前狀態(tài)做為輸入，所以，在 電冰箱的例子中，物理變量應(yīng)該為溫度。-PID控制器的輸出是，所希望的電動機(jī)功率水平。這個功率水平視為可以適合 保持控制的物理變量在其設(shè)定點(diǎn)。-這個所希望的功率水平經(jīng)常被其他控制器使用，以調(diào)整傳給電動機(jī)的實際的功率，因為實際功率改變的速率也許比所希望的設(shè)定點(diǎn)所能改變的速率慢。所以，可以 實現(xiàn)其他的反饋控制，以確保(電子)電動機(jī)控制器被設(shè)置得盡可能地精確。描述了在這樣的負(fù)載中實現(xiàn)本發(fā)明的控制設(shè)備的所希望的電網(wǎng)響應(yīng)服務(wù)的兩種 方法。在特定實施例中，這兩種方法的一種或全部可以被使用。設(shè)定點(diǎn)修改方法，如上面所述，通過修改被PID控制器所使用的設(shè)定點(diǎn)或控制極 限，影響設(shè)備消耗的功率。這樣，在電冰箱里，頻率越低，溫度設(shè)定點(diǎn)就越低(也就 是說，增加存儲的電能)，頻率越高，溫度設(shè)定點(diǎn)就越髙(也就是說，減小存儲的電 能)。更普遍地，設(shè)備希望實現(xiàn)，頻率越低，存儲的內(nèi)部電能就越多，如負(fù)載物理變 量所指示。圖6A顯示的方塊圖，略述了所提出的控制設(shè)備。至于常規(guī)的控制器，手動輸入 被使用以為PID定義正常的設(shè)定點(diǎn)。對于這個控制器，這設(shè)定了當(dāng)實際頻率達(dá)到中心 頻率時將要應(yīng)用的內(nèi)部電能目標(biāo)水平。也就是說，當(dāng)不需要其他控制加在頻率上時應(yīng) 用。在這個控制器中，設(shè)定點(diǎn)調(diào)整頻率函數(shù)將對設(shè)定點(diǎn)控制器提供調(diào)整。這個信號被 縮放使當(dāng)它是在其最大正值時，內(nèi)部電能水平設(shè)定點(diǎn)被設(shè)置到最高的允許值；當(dāng)它 是零值時，內(nèi)部電能水平設(shè)定點(diǎn)被設(shè)置為手動控制；且當(dāng)它是在其最大負(fù)值時，內(nèi)部 電能水平設(shè)定點(diǎn)被設(shè)置到最低的允許值。設(shè)定點(diǎn)調(diào)整頻率函數(shù)有兩個輸入1. 中心頻率，由上面描述得來。2. 測得的頻率的當(dāng)前值。在其最簡化時，設(shè)定點(diǎn)調(diào)整頻率函數(shù)可以通過比較兩個頻率，乘以一個參數(shù)，然 后將結(jié)果作為輸入傳給設(shè)定點(diǎn)控制器運(yùn)行。這種簡單的方法的缺點(diǎn)涉及到可能性，如果使頻率變化相關(guān)于設(shè)定點(diǎn)變化的PID 的參數(shù)和這個函數(shù)(或簡單的乘法器)，不是特別為特定的電網(wǎng)的特定的環(huán)境來調(diào)整 的，那么這就存在這樣一種可能性，即冰箱的總體將高估或低估要達(dá)到穩(wěn)定的輸出的 變化。在糾正這個改變的過程中，設(shè)備將導(dǎo)致頻率發(fā)生振蕩。這樣的振蕩(由小信號穩(wěn)定性的損失引起)，確實有時在現(xiàn)有的電網(wǎng)中發(fā)生，而 且，如果不早點(diǎn)發(fā)現(xiàn)和糾正，將導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果。當(dāng)檢測到后，糾正的常規(guī)方法 是重新配置電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)量，所以振蕩的特定頻率不再共振(適當(dāng)?shù)刈矒艉凸收戏?法)。這可以通過返還一些參與振蕩的大型發(fā)電機(jī)的控制器來解決。分析電網(wǎng)，以檢 測，糾正和重新調(diào)整控制，對信息和計算能力提出了要求。然而，將來的電網(wǎng)，有非常多的本發(fā)明的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備，不可能很容易地故 意去重新配置(這可能當(dāng)振蕩觸發(fā)失效時意外地發(fā)生)。因此，在自動控制系統(tǒng)中，包含對設(shè)備總體中間的響應(yīng)具有差異性敏感的元素是 重要的。有了這樣的差異性，響應(yīng)將平滑地從最敏感設(shè)備向著敏感最小的設(shè)備改變，所以使隨著從標(biāo)稱頻率偏移來改變單調(diào)的負(fù)荷。下面將通過在設(shè)定點(diǎn)控制中加入概率元素，來描述這種差異性的實現(xiàn)。 控制器使用兩個隨機(jī)數(shù)，如上面描述的那樣選擇， 一個用于低頻率，另一個用于高頻率。如果當(dāng)前頻率低于中心頻率，那么設(shè)定點(diǎn)調(diào)整函數(shù)將1. 算出頻率差的負(fù)值(例如，當(dāng)前頻率-中心頻率)。2. 使這個值與控制器將要運(yùn)行的整個頻率范圍(最小頻率到標(biāo)稱頻率)成比例。3. 將這個值乘以低頻率隨機(jī)數(shù)。4. 將結(jié)果乘以定義系統(tǒng)敏感度的敏感性參數(shù)。5. 將此結(jié)果傳給設(shè)定點(diǎn)控制器，后者將用此數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)定點(diǎn)，降低電能水平。如果實際的頻率高于中心頻率，那么這個過程將相同，但使用高頻率隨機(jī)數(shù)，也 可以使用不同的敏感性參數(shù)。敏感性參數(shù)將根據(jù)希望的電網(wǎng)行為被設(shè)置，也可以根據(jù)設(shè)備的使用經(jīng)驗被調(diào)整。一種用于PID控制器修改設(shè)定點(diǎn)的替代方法是，輸出響應(yīng)PID控制器，該控制器 調(diào)整PID控制器的正常輸出以修改設(shè)備隨著頻率消耗的實際電能。參考圖6B, PID控制器的輸出，被電動機(jī)功率控制器所使用，以增加或者減小電動機(jī)消耗的功率。如果中心頻率與實際頻率相同，電動機(jī)功率控制器的行為繼續(xù)正常運(yùn)作，以保持控制變量在控制極限內(nèi)。圖6B顯示的方塊圖概述了使用PID可控負(fù)載的控制設(shè)備的運(yùn)行。 如果中心頻率和實際頻率是不同的，那么增加或減少電動機(jī)的功率水平是通過來自輸出調(diào)整頻率函數(shù)的信號來修改的。這些信號被歸一化以反映設(shè)備運(yùn)行的范圍，四種可能的控制行為分別如下所述1. 如果PID控制器的信號是用于電動機(jī)功率水平的增加，同時實際頻率高于中 心頻率的。所希望的兩個控制信號都是同方向的。這種情況下輸出調(diào)整頻率函數(shù)將增 大PID控制器所要求的功率水平的增加。計算如下調(diào)整的功率輸出水平增加-PID輸出功率水平增加+ (PID輸出功率水平增加x 高頻率隨機(jī)數(shù)x高頻率增加參數(shù)x (實際頻率-中心頻率))。2. 如果PID控制器的信號是用于電動機(jī)功率水平的增加，同時實際頻率低于中 心頻率的。這種情況下所希望的兩個控制信號都是相反的。這種情況下輸出調(diào)整頻率 函數(shù)將減小PID控制器所要求的功率水平的增加。計算如下調(diào)整的功率輸出水平增加-PID輸出功率水平增加-(PID輸出功率水平增加x 低頻率隨機(jī)數(shù)x低頻率減小參數(shù)x (中心頻率-實際頻率))。3. 如果PID控制器的信號是用于電動機(jī)功率水平的減小，同時實際頻率低于中 心頻率的。所希望的兩個控制信號都是同方向的。這種情況下調(diào)整的輸出調(diào)整頻率函數(shù)將增大PID控制器所要求的功率水平的增加。計算如下調(diào)整的功率輸出水平減小-PID輸出功率水平減小+ (PID輸出功率水平減小x 低頻率隨機(jī)數(shù)x低頻率減小參數(shù)x (實際頻率-中心頻率))。4.如果PID控制器的信號是用于電動機(jī)功率水平的減小，同時實際頻率高于中 心頻率的。這種情況下所希望的兩個控制信號都是相反的。這種情況下調(diào)整的輸出調(diào) 整頻率函數(shù)將減小PID控制器所要求的功率水平的減小。調(diào)整的功率輸出水平減小-PID輸出功率水平減小-(PID輸出功率水平減小x 髙頻率隨機(jī)數(shù)x高頻率減小參數(shù)x (中心頻率-實際頻率))。四個參數(shù)高頻率增加參數(shù)，低頻率增加參數(shù)，低頻率減小參數(shù)，高頻率增加參 數(shù)，根據(jù)所希望的電網(wǎng)響應(yīng)來設(shè)定，也可以由控制器根據(jù)實際的電網(wǎng)經(jīng)驗值來調(diào)整。有許多負(fù)載中斷或改變電能消耗以控制物理變量在控制極限內(nèi)的例子。此外，有 許多設(shè)備可以從中收益，如果它們運(yùn)行在比那些目前討論的工作周期長的周期中。供 水工業(yè)的一個例子是，"蓄水池模型(reservoir profiling)"。這在當(dāng)例如蓄水 池有能力足夠滿足一天或更長時期內(nèi)的需求，以跨越至少一個"非高峰"價格時期時 被使用。在這樣的情況下，當(dāng)對電力需求高時，讓蓄水池放空到優(yōu)選的水面高度以下，而 當(dāng)電費(fèi)較低時，補(bǔ)償水面高度是可能的。所以，舉個例子，在早上電力需求的高峰期 時，也對應(yīng)于用水量的高峰期，通過推遲蓄水池的水的補(bǔ)充，直到電力需求降低，是 可以實現(xiàn)耗電節(jié)約的。然而，蓄水池的補(bǔ)充的間歇性質(zhì)，使得使用電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備是 一個理想的選擇。控制設(shè)備的現(xiàn)有例子利用價格參數(shù)以提供電網(wǎng)響應(yīng)控制。電力的當(dāng)前價格，像頻 率一樣，也代表著電網(wǎng)負(fù)荷與發(fā)電量的平衡關(guān)系。檢測和使用實時電力價格在GB 2407947專利中討論了 。然后在控制極限或設(shè)定點(diǎn)控制器中使用價格，以調(diào)整負(fù)載物理變量的控制極限。 該原理是，當(dāng)價格升高時，用于內(nèi)部電能存儲的極限(或設(shè)定點(diǎn))被降低，而當(dāng) 價格下降時，用于內(nèi)部電能存儲的極限(或設(shè)定點(diǎn))升高。 使用 一種將極限選為與價格成比例的簡單的比例控制。對此的優(yōu)化是，用價格來修改極限的"變化率"。所以，如果價格較高，或高于 所付價格設(shè)置的閾值，那么(內(nèi)部電能的)極限減小的速率被增加。這個極限被阻止 超過由搡作和安全要求設(shè)定的極值。同樣的，如果價格較低，或低于所付價格設(shè)定的闃值，那么(內(nèi)部電能的)極限 增加的速率被增加。理想的調(diào)整是使大量這樣的負(fù)載在所有的時間都能提供高頻率響應(yīng)和低頻率響 應(yīng)兩者，但也能通過最小化電力的消耗從長期存儲中受益。本發(fā)明也提供了黑啟動輔助功能，這個功能允許電能存儲負(fù)載，在停電發(fā)生后，黑啟動過程中提供電網(wǎng)響應(yīng)行為。如前面提到的，電網(wǎng)在這個時期是特別的敏感，且 電網(wǎng)頻率響應(yīng)負(fù)載是需要的，以確保在這個非常重要的點(diǎn)上的電網(wǎng)穩(wěn)定性，也加速了 電網(wǎng)的恢復(fù)過程。這樣，依照第五個方面，本發(fā)明提供控制電網(wǎng)中負(fù)載電能消粍的控制設(shè)備，所述 的控制設(shè)備由以下組成通過在控制設(shè)備上電后隨機(jī)產(chǎn)生的時間值延遲所述負(fù)載的電能消粍的開始的裝置。第五個方面的相應(yīng)方法，在本發(fā)明的第六個方面中提供。依照第七個方面，本發(fā)明提供控制電網(wǎng)中負(fù)載電能消耗以將負(fù)載的物理變量保持 在上下限之間的控制設(shè)備，所述的控制設(shè)備由以下組成 檢測負(fù)載物理變量的裝置；提供所檢測到的負(fù)載物理變量的上下限的裝置；和在控制設(shè)備上電后，以小于負(fù)載最大的電能消耗的速率，增加所檢測到的物理變 量的上限和/或下限的裝置。第七個方面的相應(yīng)方法，由本發(fā)明的第八個方面提供。本發(fā)明涉及黑啟動模式的方面的功能，可以組合起來提供一種特別有利的控制設(shè) 備。它們可以與現(xiàn)有技術(shù)中的頻率響應(yīng)控制設(shè)備或上文中提到的頻率響應(yīng)控制設(shè)備一 起使用，特別是和以前所述的方面和本發(fā)明優(yōu)選的方面組合在一起。本發(fā)明的黑啟動 輔助(BSA)方面下面將更詳細(xì)地描述。當(dāng)負(fù)載掉電時，這可以歸結(jié)為負(fù)載電力被切斷或者停電。本發(fā)明的控制設(shè)備適用 于識別這種可能性。在這樣的情況下，電網(wǎng)是脆弱的，所以希望設(shè)備能1)，盡快地開始提供髙頻率響應(yīng)和低頻率響應(yīng)；2),避免與其他電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè) 備同步地提供響應(yīng)；3),使檢測到的電能存儲負(fù)載的物理變量重新位于其最大極限和 最小極限內(nèi)。因為，停電可能已經(jīng)使檢測到的負(fù)載的物理變量超出了它的控制極限， 一點(diǎn)時間上的延遲使負(fù)載重新進(jìn)入其優(yōu)選的運(yùn)行范圍，通常比保持恢復(fù)電網(wǎng)穩(wěn)定的優(yōu) 先級要低。本發(fā)明的控制設(shè)備提供黑啟動輔助(BSA)模式提升電力以在負(fù)載重新連入電網(wǎng) 的過程中幫助恢復(fù)電網(wǎng)。在BSA模式的一個方面，電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備確定開始前的隨機(jī)延遲。這個延遲可 以既能在電力恢復(fù)的時候防止高峰負(fù)荷上升，由于只要電網(wǎng)被切部分被重新接入，所 有的負(fù)荷同時處于接入狀態(tài)，又能盡可能快地最小化控制設(shè)備同步(最大化差異性)。 在黑啟動模式下的重新接入后的啟動中的隨機(jī)延遲，將提供停電后電網(wǎng)負(fù)荷的逐漸增 加。在重新接入的時候，常規(guī)的電冰箱將為電能存儲負(fù)載設(shè)置100%的接入工作周期，直到檢測到的負(fù)載的物理變量達(dá)到其最大控制極限(y_)并將立即斷開。然而，在 本發(fā)明的第二個有利的方面，響應(yīng)是由負(fù)載提供的，即使當(dāng)此負(fù)載以加速的速率操作， 使負(fù)載重新設(shè)置在其優(yōu)選的運(yùn)行參數(shù)中。根據(jù)BSA的這個第二個有利的方面，負(fù)載被逐漸地處于其較合適的工況，也就是 說，當(dāng)檢測到的物理變量是在負(fù)載物理變量的控制極限內(nèi)，保持在某個工作周期內(nèi)。 在這個漸進(jìn)的過程中，工作周期的提供允許一些響應(yīng)被提供，從而幫助黑啟動。為了 加速負(fù)載進(jìn)入其合適的工況，檢測到的電能存儲負(fù)載物理變量的極限必須被增加。這 樣，工作周期適用于使設(shè)備運(yùn)行在比正常運(yùn)行時長的接入狀態(tài)?？刂曝?fù)載，雖然它確 實也保持工作周期。達(dá)到這個目的一種示例方法，如下所述。第一步是選擇設(shè)備將要達(dá)到其合適的工況的時間。這是某一時間因數(shù)(大于1), 負(fù)載如果不被中斷，將達(dá)到合適的工況。這個因數(shù)將在黑啟動過程中提供沒有負(fù)載的 時期。以這種方式，負(fù)載可以根據(jù)低頻率被斷開或根據(jù)高頻率被接入。這樣，負(fù)載能 在其控制極限逐漸升高的過程中提供響應(yīng)。這個因數(shù)可以是，例如，期望的總體工作 周期與期望的工作周期中負(fù)載接入的時間部分的比值。在當(dāng)前處于環(huán)境溫度的電冰箱的例子中，由于最近的停電，正常情況下，達(dá)到最 高溫度極限，即0攝氏度的100%的接入的工作周期時間需要30分鐘。使用因數(shù)2， 增加負(fù)載到其正常的運(yùn)行溫度范圍的時間需要60分鐘。選擇的因數(shù)可以通過隨機(jī)化函數(shù)被更改，以增加負(fù)載控制設(shè)備的更多差異性。下一步是估計恢復(fù)正常運(yùn)行所需要的接入時間。估計這個時間的一種方法是，正 常溫度變化推斷負(fù)載接入時間的一個單位，來確定負(fù)載需要從現(xiàn)在的電能存儲水平開 始接入多長時間。如果需要，所期望的接入時間的估計可以比線性的推斷更復(fù)雜?？紤]到設(shè)備將處于接入狀態(tài)多長時間和恢復(fù)到所希望的水平所選擇的時期，電能 存儲目標(biāo)水平改變的速率可以被確定下來。在經(jīng)過隨機(jī)延遲后，電量下限被設(shè)置為檢測到的物理變量的當(dāng)前值，而電能上限 被設(shè)為從下限的一定的偏移。設(shè)備被啟動，并進(jìn)入正常頻率響應(yīng)操作。根據(jù)選擇的電能存儲水平變化的速率，極限被增加。參考圖4和圖5，下面將給出，在單一的系統(tǒng)里結(jié)合本發(fā)明的所有方面的優(yōu)選實 施例的電網(wǎng)響應(yīng)行為的搡作的概述。如圖5所示，優(yōu)選地，電網(wǎng)響應(yīng)控制器集成從電網(wǎng)中消耗電能的負(fù)載。當(dāng)負(fù)載第 一次連入或接入電網(wǎng)中時，響應(yīng)負(fù)載控制設(shè)備適用于確定當(dāng)前電網(wǎng)的頻率。頻率的測 量是基于中央處理器的時鐘周期或響應(yīng)控制設(shè)備的其他處理周期，或預(yù)先定義的一定 數(shù)量的這樣的循環(huán)來周期性地執(zhí)行的。這些連續(xù)的頻率讀數(shù)將被累積起來用來計算電 網(wǎng)的中心頻率，在其他用途中，這對本發(fā)明的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備的操作來說是關(guān)鍵的。除了頻率測量，電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備也要求檢測負(fù)載的物理變量。圖4顯示響應(yīng)控制設(shè)備運(yùn)行的各種狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換。從圖4可以看出，電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備優(yōu)選地以黑啟動輔助模式啟動，如上所述。在這種方式下，所有最近接入電 網(wǎng)的負(fù)載都將從接入一開始就提供電網(wǎng)響應(yīng)，如前面已經(jīng)描述過了的，這對停電后是 特別有用的。作為本發(fā)明所提供的黑啟動輔助功能的一部分，控制設(shè)備將具有人工重啟動執(zhí)行 器(如圖5所示)，如果人工重啟動執(zhí)行器被啟動，其將使檢測到的負(fù)載物理變量， 被盡可能地快的帶回到正?？刂茦O限范圍內(nèi)。這樣，如果人工重啟動控制被啟動，那 么黑啟動輔助模式將無效，負(fù)載將運(yùn)行在最大電能消耗狀態(tài)，直到檢測到的物理變量 回到其控制極限內(nèi)。這個功能是很有用的，因為在第一次使用或者被維修以后，負(fù)載 經(jīng)常是簡單地被接入。在這些情況下，電網(wǎng)是相對穩(wěn)定的，且根據(jù)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，在 啟動時期接入的設(shè)備在沒有響應(yīng)時運(yùn)行短暫時期，是不合理的。人工重啟動執(zhí)行器可以是負(fù)載上提供的按鈕。這個按鈕應(yīng)該被安裝在維修工程師 知道，但知道技術(shù)的負(fù)載的所有者并不方便去按動的位置。如果，這個人工重啟動按 鈕為許多負(fù)載的所有者所知，那么本發(fā)明的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備的黑啟動輔助功能將無 效。一旦檢測到的負(fù)載的物理變量在其指定的控制極限內(nèi)，電網(wǎng)的狀態(tài)將被確定，以 導(dǎo)出控制設(shè)備的操作模式。電網(wǎng)的狀態(tài)是由前面定義的h函數(shù)和測量得到的電網(wǎng)頻率 所確定，如圖5所示。如前面描述過的和圖4所顯示的，依賴于函數(shù)h的值，電網(wǎng)可 以處于高頻率危機(jī)狀態(tài)或低頻率危機(jī)狀態(tài)，高頻率緊張狀態(tài)或低頻率緊張狀態(tài)或正常 狀態(tài)。本發(fā)明的響應(yīng)控制設(shè)備的一般的原理是，檢測到的物理變量的最大極限和最小極 限(ym， y in)依賴于控制設(shè)備的運(yùn)行模式，概述如下。在黑啟動輔助模式期間，檢測到的物理變量的當(dāng)前限度被設(shè)置在負(fù)載初始上電時 測量到的物理變量的值的附近。這個物理變量的初始黑啟動輔助極限的設(shè)置如圖5所 示。這些極限以預(yù)先定義的速率被增加，直到達(dá)到負(fù)載的正常運(yùn)行的正常極限，如以 上較完整的描述。這是本發(fā)明的有利特征，預(yù)先定義的極限增加速率使設(shè)備有某些工 作周期。這些工作周期將允許負(fù)載提供響應(yīng)而不是讓設(shè)備連續(xù)地接入。在BSA模式下，極限總是增加的，除非在低頻率緊張狀態(tài)或低頻率危機(jī)狀態(tài)下， 在這些狀態(tài)下，極限被固定；或者在極限增加速率被增加時處在高頻率緊張狀態(tài)或髙 頻率危機(jī)狀態(tài)下。在低頻率緊張狀態(tài)或低頻率危機(jī)狀態(tài)下，電網(wǎng)的負(fù)荷太高，所以連 續(xù)增加響應(yīng)負(fù)載的電能消耗是不合適的。在高頻率緊張狀態(tài)或高頻率危機(jī)狀態(tài)下，發(fā) 電量太大，所以增加極限增加的速率是有利的。在低頻率危機(jī)狀態(tài)下，負(fù)載物理變量的極限被減小，直到它們達(dá)到最小電能存儲 狀態(tài)(y-0)。減小的速率被選擇為近似為負(fù)載接入運(yùn)行時間的一半，所以當(dāng)極限朝 著0減小時沒，仍然有響應(yīng)。在低頻率緊張狀態(tài)下，由負(fù)載的設(shè)定點(diǎn)確定的負(fù)載當(dāng)前極限被固定以防止用戶調(diào)節(jié)設(shè)定點(diǎn)。對這種極限的固定有一種例外就是，在從低頻率危機(jī)狀態(tài)恢復(fù)的情況下， 在此期間，極限增加以將它們帶回到進(jìn)入危機(jī)狀態(tài)以前的值。一旦在BSA后達(dá)到正常的運(yùn)行狀態(tài)，檢測到的物理變量的極限，優(yōu)選地依賴于電 網(wǎng)面臨著髙頻率緊張狀態(tài)，高頻率危機(jī)狀態(tài)，低頻率緊張狀態(tài)還是低頻率危機(jī)狀態(tài)來 控制。在高頻率緊張狀態(tài)或高頻率危機(jī)狀態(tài)下，斷開的設(shè)備優(yōu)選地被接入以消耗過多 的發(fā)電量。這樣，y,的值優(yōu)選地增加，這樣，接入的設(shè)備將保持接入更長一段時間， 而剛剛被接入的以前斷開的設(shè)備，因為高頻率而保持接入一段延長了的時間。在低頻 率緊張狀態(tài)或低頻率危機(jī)狀態(tài)下，與之相反，電網(wǎng)中有太多的負(fù)荷。這意味著檢測到的物理變量的下限(y in)被減小，以確保斷開的設(shè)備保持?jǐn)嚅_一段延長了的時間。在高頻率危機(jī)狀態(tài)下，極限被增加，直到它達(dá)到最大電能存儲水平(y=i)。這 個增加被選擇為近似于負(fù)載工作周期中接入時間的一倍，以減小電能存儲水平，但仍 然保持一些響應(yīng)。在高頻率緊張狀態(tài)下，檢測到的物理變量的最大極限和最小極限被固定，因為與 它們定在低頻率緊張狀態(tài)下被固定同樣的原因，以防止設(shè)定點(diǎn)的調(diào)整。對于防止這些 極限被改變有一個例外，就是當(dāng)電網(wǎng)在從高頻率危機(jī)狀態(tài)或者低頻率危機(jī)狀態(tài)中恢復(fù) 時，當(dāng)極限被很小地移動直到它們回到電網(wǎng)進(jìn)入危機(jī)狀態(tài)以前的值。在高頻率危機(jī)狀態(tài)下或電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備的黑啟動輔助模式下，極限的增加和在 低頻率危機(jī)狀態(tài)下，極限的減小，是本發(fā)明對于現(xiàn)有技術(shù)的另一新穎性和有利特征的 例證。根據(jù)本發(fā)明，即使在罕見電網(wǎng)事件中， 一些電網(wǎng)響應(yīng)行為仍然能被提供。這種 響應(yīng)，在那些要恢復(fù)電網(wǎng)的穩(wěn)定性的電網(wǎng)狀態(tài)中是特別有利的。圖4中所示的虛線示出，代表著電網(wǎng)的奇怪的行為的無效轉(zhuǎn)換。例如，直接從低 頻率危機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到高頻率危機(jī)狀態(tài)是不可能發(fā)生的。通常，如果這樣的轉(zhuǎn)換確實發(fā) 生了，控制設(shè)備將選擇中間狀態(tài)以使電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備的狀態(tài)轉(zhuǎn)換少一些突變。當(dāng)檢測到的物理變量的最小極限和最大極限根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行模式而被改變時，觸 發(fā)頻率的確定如以前所描述的。唯一的不同是，根據(jù)運(yùn)行模式，在這樣的設(shè)備的總體 中的平均溫度水平將被擴(kuò)展到較大的溫度范圍內(nèi)。這樣，在危機(jī)狀態(tài)模式中，負(fù)載物 理變量的極限(y^或ymin)將相對于正常運(yùn)行模式下的極限被擴(kuò)展。這將導(dǎo)致設(shè)備總 體在負(fù)載物理變量擴(kuò)展的范圍內(nèi)提供響應(yīng)。參考圖5,—旦設(shè)備以黑啟動模式啟動，且一旦電網(wǎng)狀態(tài)被確定下來，目標(biāo)頻率 和觸發(fā)頻率將使用調(diào)整后的y^和/或y^來計算，它們是根據(jù)電網(wǎng)狀態(tài)'測得的負(fù)載 物理變量的當(dāng)前值進(jìn)行調(diào)整的。測得電網(wǎng)頻率，負(fù)載物理變量，并得到測到的觸發(fā)以 使負(fù)載接入或斷開的頻率的值后，可以得出是否需要切換負(fù)載的決定。這個決定是通 過比較測得的電網(wǎng)頻率與觸發(fā)頻率，和比較檢測到的負(fù)載物理變量和檢測到的負(fù)載物理變量的當(dāng)前極限而得來的。更多的步驟如圖5所示。這些步驟包括，捕獲涉及設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)，使用這些數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行。這種捕獲和調(diào)整已經(jīng)在前面關(guān)于依賴于電網(wǎng)經(jīng)驗提供并調(diào)整電網(wǎng) 頻率極限討論過。關(guān)于調(diào)整設(shè)備的更多可能性，將在下面討論。調(diào)整后的變量可以被 存儲和有利地重新使用。圖5也顯示了傳遞捕獲到的數(shù)據(jù)的可能性，這將在下面討論。本發(fā)明也包括如上所述具有某些改進(jìn)的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備。這些改進(jìn)是可選的特 征，這些特征可以對已經(jīng)討論過的控制設(shè)備提供特別的改進(jìn)。本發(fā)明的控制設(shè)備目的在于，防止電能存儲負(fù)載的快速切換，但仍然有一定的電 網(wǎng)狀態(tài)能導(dǎo)致過高的切換率，特別是當(dāng)電網(wǎng)處于緊張狀態(tài)下時。這樣快的切換率也許， 在電冰箱的例子中，會使壓縮機(jī)無效甚至損壞。壓縮機(jī)的無效是由于在壓縮機(jī)被斷開 后，壓縮機(jī)內(nèi)部的壓強(qiáng)被散去所需要的最小時間引起的。如果在這發(fā)生以前它又被接 入，則壓縮機(jī)內(nèi)的高壓強(qiáng)不能被克服(它需要從運(yùn)行著的泵的慣性的額外的推動)， 所以壓縮機(jī)將停止運(yùn)轉(zhuǎn)。這將產(chǎn)生高電力負(fù)荷，散逸熱，把整個設(shè)備置于風(fēng)險中。電 冰箱通常具有停止檢測器或熱量檢測器，可以從這樣的損壞中斷開電源以保護(hù)設(shè)備。本發(fā)明的響應(yīng)控制設(shè)備可以包括滯后功能，這樣，接入或者斷開狀態(tài)都能保持最 小時間，這可以適合于設(shè)備而設(shè)定。這個滯后功能是一種備份，因為被偏置以最小化 切換的觸發(fā)頻率軌跡將阻止任何快速的切換。僅僅是在最極端的電網(wǎng)狀態(tài)下，切換率 將會變得過高，滯后功能才是需要的。本發(fā)明的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備將能夠運(yùn)行而不需要任何額外的輸入，除了頻率和檢 測到的物理變量外。在電能存儲的整個過程中，電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備是獨(dú)立的。為了達(dá)到這樣的獨(dú)立要求，本發(fā)明的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備優(yōu)選地適用于能檢測電網(wǎng) 本身的標(biāo)稱頻率(這個步驟如圖5所示)。如前面所描述的，對本發(fā)明來說，知道標(biāo) 稱頻率是重要的，因此控制設(shè)備能偏移其頻率響應(yīng)行為，以致于促使系統(tǒng)頻率回到標(biāo) 稱頻率。本發(fā)明也利用了一些其他的電網(wǎng)特定設(shè)置，電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備應(yīng)能從其連接的電 網(wǎng)的過去經(jīng)驗中確定這些設(shè)置，而不需要額外的輸入。另一個例子是，檢測電網(wǎng)頻率 的上下限，如前面所描述的。由于本發(fā)明上述的要求，電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備適用于經(jīng)過一系列測量后確定電網(wǎng)的 標(biāo)稱頻率。對于每一次測量，都會查詢存儲在控制設(shè)備存儲器里的"標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)稱頻率" 集，且最接近電網(wǎng)頻率測量值的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)稱頻率被當(dāng)作該次測量的標(biāo)準(zhǔn)頻率。 一旦在連 續(xù)的頻率測量中確定了相同的標(biāo)準(zhǔn)頻率，這個標(biāo)準(zhǔn)頻率的值就被選作電網(wǎng)的標(biāo)稱頻 率。因此，本發(fā)明的響應(yīng)控制要求保留可能的標(biāo)稱頻率的列表，如，"赫茲，60赫 茲和400赫茲。本發(fā)明的控制設(shè)備也可被配置為，知道用來存儲從電網(wǎng)中得到的任何當(dāng)前設(shè)置的 一定的預(yù)定時期。任何從電網(wǎng)過去的經(jīng)驗中得來的參數(shù)都可以在相應(yīng)的時間周期結(jié)東 的時候，被存儲進(jìn)長時間非易失性存儲器。以這種方式，電網(wǎng)行為的關(guān)鍵特征能被記錄在長時間存儲器上。這種能夠存儲和更新設(shè)備從電網(wǎng)的行為和負(fù)載的行為得到的數(shù)據(jù)的能力，是本發(fā) 明重要的特征(如圖5所示)，因為特定負(fù)載很可能在電網(wǎng)間移動。例如，在丹麥， 負(fù)載不用在國家之間移動就可以切換電網(wǎng)。每一個電網(wǎng)的行為表現(xiàn)都不一樣，且電網(wǎng) 響應(yīng)控制設(shè)備需要據(jù)此做出反應(yīng)和調(diào)整?？刂圃O(shè)備也需要調(diào)整自己與電網(wǎng)行為協(xié)調(diào)，因為電網(wǎng)行為可能隨著時間而發(fā)生改 變，特別是當(dāng)越來越多的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備應(yīng)用于電網(wǎng)中的電能存儲負(fù)載上。然而， 這種自我調(diào)整需要仔細(xì)地進(jìn)行，否則將是沒有幫助的。例如， 一段連續(xù)時期內(nèi)電網(wǎng)的 不穩(wěn)定導(dǎo)致設(shè)備的自我調(diào)整，將損害設(shè)備在罕見的危機(jī)狀態(tài)時進(jìn)行響應(yīng)的能力。響應(yīng)控制設(shè)備也需要根據(jù)負(fù)載的行為，調(diào)整它們的參數(shù)。例如，非常滿的電冰箱 不可能和幾乎是空的電冰箱以相同的方式進(jìn)行響應(yīng)。自我調(diào)整的能力目前被設(shè)想為包括最優(yōu)化考慮所希望的工作周期時間的變化，根 據(jù)電網(wǎng)的經(jīng)驗(如上面所討論的)，最優(yōu)化最小頻率極限和最大頻率極限，并在參數(shù) 調(diào)整的過程中最優(yōu)化歷史頻率特性的使用。如果負(fù)載正在從停電中恢復(fù)，保留停電事故前所達(dá)到的任何調(diào)整后的參數(shù)是所希 望的。這要求存儲調(diào)整后的參數(shù)和其他捕獲的數(shù)據(jù)，如圖5所示。然而，控制設(shè)備也 需要考慮到設(shè)備在第一次被接入時，沒有任何以前調(diào)整的參數(shù)可以恢復(fù)的情況。將要 運(yùn)行的電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備的一般的原則是，設(shè)備目的在于恢復(fù)較早的調(diào)整，除非設(shè)備 已經(jīng)斷開時間太長，這不可能是停電或電網(wǎng)標(biāo)稱頻率已經(jīng)改變?？梢允褂靡环N硬件功能以確定是否設(shè)備已經(jīng)斷開太久，超過了停電事故，例如漏電電容器，當(dāng)它放電結(jié)東時，建議負(fù)載處于y^O的狀態(tài)。這樣，控制器具有一些裝置以確定負(fù)載是否因為停電被斷開，或者僅僅是因為用 戶斷開了它而被斷開。在這兩種情況下，恢復(fù)以前調(diào)整好了的參數(shù)是合適的。然而， 如果負(fù)載是第一次被接入，或被從一個電網(wǎng)切換到另一個電網(wǎng)，那么，將不會加載來 自存儲器中以前確定的參數(shù)。從電網(wǎng)停電中恢復(fù)也有可能使大量連接到電網(wǎng)的負(fù)載的所有的數(shù)據(jù)捕獲時期變 得同步。當(dāng)前設(shè)想的過程沒有精密地依靠不同時期，但電網(wǎng)行為因為同時相同的自我 調(diào)整而快速變化的可能性被消除，如果有的話。這樣，在設(shè)備初始接入時，本發(fā)明的 電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備優(yōu)選地適用于為設(shè)備所利用的任何時期選擇隨機(jī)的時間。本發(fā)明的響應(yīng)控制設(shè)備經(jīng)常利用設(shè)備預(yù)期被接入和斷開的時間，例如，在黑啟動 輔助模式或者高頻率危機(jī)狀態(tài)或低頻率危機(jī)狀態(tài)下，確定檢測到的物理變量控制極限 的增加率或減少率的時候。設(shè)備預(yù)期被接入和斷開的時間是負(fù)載預(yù)期從一個檢測到的 物理變量的值變化到另一個值的時間。對這個預(yù)期的時間的調(diào)整可以基于檢測到的負(fù) 載的物理變量是如何對特定電能消耗水平進(jìn)行反應(yīng)的經(jīng)驗來進(jìn)行。最優(yōu)化負(fù)載對電能消耗的響應(yīng)的一種方法，如下所述。在狀態(tài)的每一次變化后'也就是說，從接入狀態(tài)到斷開狀態(tài)切換或相反時，可以觀察到負(fù)載運(yùn)行了多長時間， 和在那時檢測到的物理變量改變的程度。這些被觀察到的值可以被用于推斷估計特定 物理變量改變的預(yù)期接入的時間或預(yù)期斷開的時間。檢測到的物理變量隨著接入/斷 開時間如何變化依賴于它的當(dāng)前使用。舉例來說，滿的程度或開啟的頻繁程度。預(yù)期 接入或斷開時間的計算可以例如在每個切換點(diǎn)進(jìn)行。響應(yīng)控制設(shè)備也可以利用對停留在接入狀態(tài)或斷開狀態(tài)的時間長短的預(yù)期。這可 以從上一個狀態(tài)的實際停留時間的移動平均值來確定。從頻率圖表的檢查來看，很清楚的是，不同電網(wǎng)在它們的頻率行為上具有實質(zhì)的 差異。頻率變化的范圍是一個重要的方面，但這里還有更細(xì)微的差異，如頻率波動的 趨勢，高于標(biāo)稱頻率的頻率偏移時期的時間長度等等。這些特征可以被用來修改一些 參數(shù)，如調(diào)整頻率極限變窄的速率這樣的參數(shù)。這樣，對于本發(fā)明的響應(yīng)控制設(shè)備來 說，捕獲電網(wǎng)頻率行為中的信息是重要的，特別是在固有時間周期結(jié)東的時候，如頻 率偏移時期，特定電網(wǎng)狀態(tài)(正常，緊張或危機(jī))時期，負(fù)載特定狀態(tài)結(jié)東(接入或 斷開)或者工作周期結(jié)束(控制控制設(shè)備的主要功能計時的處理器的一個周期)的時 候。所有捕獲到的信息可以作為調(diào)整響應(yīng)控制設(shè)備的輸入，以優(yōu)化響應(yīng)控制設(shè)備所連 接的電網(wǎng)的運(yùn)行。本發(fā)明的響應(yīng)控制設(shè)備也可以包括某種形式的通信裝置，通信步驟如圖5所示， 這樣，收集的數(shù)據(jù)可以被傳輸出去。數(shù)據(jù)的傳輸通常由設(shè)備維護(hù)人員來完成。有效的 通信裝置，可以使響應(yīng)控制設(shè)備的軟件或電網(wǎng)參數(shù)通過維護(hù)訪問進(jìn)行更新。通信裝置 也使在負(fù)載的工作壽命內(nèi)，捕獲電網(wǎng)行為測量值和負(fù)載對電網(wǎng)起作用成為可能>這樣, 負(fù)載對電網(wǎng)的價值的某些度量，也就能被確定。
權(quán)利要求
1.一種控制電網(wǎng)中的負(fù)載的電能消耗的控制設(shè)備，其特征在于，所述控制設(shè)備包括在一段時期內(nèi)檢測所述電網(wǎng)的物理變量的值的裝置，所述電網(wǎng)物理變量依賴于所述電網(wǎng)中發(fā)電量和負(fù)荷之間的關(guān)系而變化；從所述電網(wǎng)物理變量的值中，確定所述電網(wǎng)的物理變量的中心值的裝置；和改變所述負(fù)載的電能消耗的裝置，所述改變依賴于所述中心值。
2. 如權(quán)利要求l所述的控制設(shè)備，其特征在于，包括 當(dāng)所述檢測到的電網(wǎng)的物理變量的當(dāng)前值達(dá)到觸發(fā)值時，改變所述負(fù)載的電能消耗的裝置；和確定所述觸發(fā)值的裝置，所述確定所述觸發(fā)值依賴于所述中心值。
3. 如權(quán)利要求2所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述確定所述觸發(fā)值的裝置包括，隨機(jī)地提供在確定的所述電網(wǎng)的物理變量的上限或下限和所述中心值之間 的所述觸發(fā)值的函數(shù)。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的控制設(shè)備包括，其特征在于，包括檢測所述負(fù)載的物理變量的值的裝置，所述負(fù)載物理變量代表所述負(fù)載所存儲的電能；所述確定所述觸發(fā)值還依賴于所述檢測到的負(fù)載物理變量。
5. —種控制電網(wǎng)中的負(fù)載的電能消耗的控制設(shè)備，其特征在于，所述控制設(shè) 備包括檢測所述電網(wǎng)的物理變量的值的裝置，所述電網(wǎng)物理變量依賴于所述電網(wǎng)中 發(fā)電量和負(fù)荷之間的關(guān)系而變化；檢測所述負(fù)載的物理變量的值的裝置，所述負(fù)載物理變量代表著所述負(fù)載所存儲的電能；當(dāng)所述電網(wǎng)物理變量的值達(dá)到觸發(fā)值時，改變所述負(fù)載的電能消耗的裝置；和確定所述觸發(fā)值的裝置，所述確定所述觸發(fā)值依賴于所述檢測到的負(fù)載物理 變量。
6. 如權(quán)利要求2到5中任何一個所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述改變所 述負(fù)載的電能消耗的裝置包括，比較所述觸發(fā)值和所述檢測到的電網(wǎng)物理變量的當(dāng)前值的裝置。
7. 如權(quán)利要求2到5中任何一個所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述改變所 述負(fù)載的電能消耗的裝置被設(shè)置成改變所述負(fù)載的電能消粍以保持所述檢測到的 負(fù)載物理變量在控制極限之內(nèi)，且還被設(shè)置成當(dāng)所述電網(wǎng)物理變量的值達(dá)到所述 觸發(fā)值時，改變所述負(fù)載的電能消耗。
8. 如權(quán)利要求7所述的控制設(shè)備，當(dāng)取決于權(quán)利要求4或5時，其特征在于， 所述確定所述觸發(fā)值的裝置被設(shè)置成依賴于所述檢測到的負(fù)載物理變量和所述控 制極限來確定所述觸發(fā)值，以減小所述負(fù)載電能消耗的變化率。
9. 如權(quán)利要求7所述的控制設(shè)備，當(dāng)取決于權(quán)利要求4或5時，其特征在于, 所述確定所述觸發(fā)值的裝置包括，依賴于所述負(fù)載的物理變量，返回所述觸發(fā)值 的函數(shù)，所述函數(shù)定義隨著所述負(fù)載的物理變量而變化的觸發(fā)值曲線，所述觸發(fā) 值曲線顯示，所述負(fù)載的電能消耗改變得越多，所述觸發(fā)值也就離所述電網(wǎng)物理 變量的中心值越遠(yuǎn)。
10. 如任何前述權(quán)利要求所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述檢測到的電網(wǎng) 物理變量是檢測到的所述電網(wǎng)的頻率。
11. 如任何前述權(quán)利要求所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述改變所述負(fù)載 的電能消耗的裝置被設(shè)定成通過在增加所述負(fù)載存儲的電能的第一狀態(tài)和減少所 述負(fù)載存儲的電能的第二狀態(tài)之間切換所述負(fù)載的電能消耗來改變所述負(fù)載的電 能消耗。
12. —種控制電網(wǎng)中的負(fù)載的電能消耗的控制設(shè)備，其特征在于，所述控制 設(shè)備包括在所述控制設(shè)備初始上電以后，通過隨機(jī)產(chǎn)生的時間，延遲所述負(fù)載的電能 消耗的開始的裝置。
13. —種控制電網(wǎng)中的負(fù)載的電能消耗以保持所述負(fù)載的物理變量在上限和 下限內(nèi)的控制設(shè)備，其特征在于，所述控制設(shè)備包括檢測所述負(fù)載的物理變量的裝置；提供所述檢測到的負(fù)載物理變量的上限和下限的裝置；和 在所述控制設(shè)備初始上電以后，以小于所述負(fù)載的最大電能消耗的速率，增加所述檢測到的負(fù)載物理變量的上限和/或下限的裝置。
14. 一種控制電網(wǎng)中的負(fù)載的電能消耗的方法，其特征在于，所述方法包括.-在一段時期內(nèi)檢測所述電網(wǎng)的物理變量的值，所述電網(wǎng)物理變量依賴于所述電網(wǎng)中發(fā)電量和負(fù)荷之間的關(guān)系而變化；從所述電網(wǎng)物理變量的值中，確定所述電網(wǎng)物理變量的中心值；和 改變所述負(fù)載的電能消耗，所述變化依賴于所述中心值。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，包括 當(dāng)所述檢測到的電網(wǎng)物理變量的當(dāng)前值達(dá)到觸發(fā)值時，改變所述負(fù)載的電能消耗；和確定所述觸發(fā)值，所述確定所述觸發(fā)值依賴于所述中心值。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述確定所述觸發(fā)值包括，隨 機(jī)地提供在確定的所述電網(wǎng)的物理變量的上限或下限和所述中心值之間的所述觸 發(fā)值的函數(shù)。
17. 如權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于，包括檢測所述負(fù)載的物 理變量的值，所述負(fù)載物理變量代表所述負(fù)載存儲的電能；所述確定所述觸發(fā)值 還依賴于所述檢測到的負(fù)載物理變量。
18. —種控制電網(wǎng)中的負(fù)載的電能消耗的方法，其特征在于，所述方法包括: 檢測所述電網(wǎng)的物理變量的值，所述電網(wǎng)物理變量依賴于所述電網(wǎng)中發(fā)電量和負(fù)荷之間的關(guān)系而改變；檢測所述負(fù)載的物理變量的值，所述負(fù)載的物理變量代表所述負(fù)載存儲的電能；當(dāng)所述電網(wǎng)的物理變量的值達(dá)到觸發(fā)值時，改變所述負(fù)載的電能消耗；和 確定所述觸發(fā)值，所述確定所述觸發(fā)值依賴于所述檢測到的負(fù)載物理變量。
19. 如權(quán)利要求15到18中任何一個所述的方法，其特征在于，所述改變所述負(fù)載的電能消耗包括，比較所述觸發(fā)值和所述檢測到的電網(wǎng)物理變量的當(dāng)前值。
20. 如權(quán)利要求15到19中任何一個所述的方法，其特征在于，所述改變所 述負(fù)載的電能消耗包括，改變所述負(fù)載的電能消耗以保持所述檢測到的負(fù)載物理 變量在控制極限之內(nèi)，且還包括在所述電網(wǎng)物理變量的值達(dá)到所述觸發(fā)值時，改變所述負(fù)載的電能消耗。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，當(dāng)取決于權(quán)利要求17或18時，其特征在于, 所述確定所述觸發(fā)值包括，依賴于所述檢測到的負(fù)載物理變量和所述控制極限來 確定所述觸發(fā)值，以減小所述負(fù)載的電能消耗的變化率。
22. 如權(quán)利要求20所述的方法，當(dāng)取決于權(quán)利要求17或18時，其特征在于, 所述確定所述觸發(fā)值包括，依賴于所述負(fù)載的物理變量，通過定義隨著所述負(fù)載 物理變量變化而變化的觸發(fā)值曲線，返回所述觸發(fā)值，所述觸發(fā)值曲線顯示，所 述負(fù)載的電能消耗改變得越多，所述觸發(fā)值也就離所述電網(wǎng)物理變量的中心值越 遠(yuǎn)。
23. 如權(quán)利要求14到22中任何一個所述的方法，其特征在于，所述檢測到 的電網(wǎng)物理變量是檢測到的所述電網(wǎng)的頻率。
24. 如權(quán)利要求14到23中任何一個所述的方法，其特征在于，所述改變所 述負(fù)載的電能消耗包括，通過在增加所述負(fù)載存儲的電能的第一狀態(tài)和減小所述 負(fù)載存儲的電能的第二狀態(tài)之間切換所述負(fù)載的電能消耗來改變所述負(fù)載的電能 消耗。
25. —種控制電網(wǎng)中的負(fù)載的電能消耗的方法，其特征在于，所述方法包括 在所述控制設(shè)備初始上電以后，通過隨機(jī)產(chǎn)生的時間，延遲所述負(fù)載的電能消耗的開始。
26. —種控制電網(wǎng)中的負(fù)載的電能消耗以保持所述負(fù)載的物理變量在上限和 下限內(nèi)的方法，其特征在于，所述方法包括檢測所述負(fù)載的物理變量；提供所述檢測到的負(fù)載物理變量的上限和下限；和在所述控制設(shè)備初始上電以后，以小于所述負(fù)載的最大電能消耗的速率，增 加所述檢測到的負(fù)載物理變量的上限和/或下限。
全文摘要
一種對代表電網(wǎng)中發(fā)電量和負(fù)荷之間的平衡關(guān)系的物理變量進(jìn)行響應(yīng)的負(fù)載控制設(shè)備。該控制設(shè)備基于電網(wǎng)物理變量的當(dāng)前值相對于該電網(wǎng)物理變量的中心值的變化，改變負(fù)載的電能消耗。該電網(wǎng)物理變量的中心值是由電網(wǎng)物理變量的過去讀數(shù)得來。該電網(wǎng)響應(yīng)控制設(shè)備也考慮了從負(fù)載上一次改變其電能消耗到現(xiàn)在的時間，以確定是否應(yīng)該提供電網(wǎng)物理變量負(fù)載控制。
文檔編號H02J3/14GK101238625SQ200680028738
公開日2008年8月6日 申請日期2006年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者大衛(wèi)·赫斯特 申請人:響應(yīng)負(fù)載有限公司