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公開番号2025028054
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-28
出願番号2024194808,2023078322
出願日2024-11-07,2017-09-15
発明の名称動的ナノグリッドを作成し、電力消費者を集合化して、エネルギー市場に参加するシステム及び方法
出願人サバントシステムズインコーポレイテッド,Savant Systems,Inc.
代理人個人,個人,個人
主分類H02J 13/00 20060101AFI20250220BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】コマンドに応答して負荷への電力供給を遮断する際のアークの低減。
【解決手段】一群の住宅、企業、又は他の電力消費施設は、集合化され、負荷を十分な速度でかつ十分な量だけ動的に低減するように共通に制御され、エネルギー市場に市場参加者として参加する。参加には、尖頭負荷発電プラントとしての参加が含まれる。単一施設についての電力消費の低減量は通常非常に少ないが、ほんの数千の住宅又は企業の集合体の低減消費量の合計は、数百キロワット程度になる場合がある。構内電力制御装置は、インテリジェント回路遮断器と協働することができ、インテリジェント回路遮断器は、調光器を含む場合がある。構内電力制御装置により、各施設における個々の負荷の動的管理が可能になる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電気回路遮断器パネルであって、
プロセッサに結合されたスイッチ、分岐回路に結合された負荷端子、及び、前記電気回路遮断器パネルの電源入力に結合された電源コネクタ；
前記負荷端子及び前記プロセッサに接続されたセンサ；ならびに
前記プロセッサに結合されたネットワークモジュール
を含み、前記プロセッサは、
前記センサを使用して、前記負荷端子に伝導された電流をサンプリングし、
前記ネットワークモジュールを介して前記負荷端子への電源をオンまたはオフにするコマンドを受信することに応答して、前記伝導された電流のゼロクロスが検出されたときに前記スイッチを開閉する
ように構成されている、電気回路遮断器パネル。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記スイッチは、１５Ａで少なくとも１００ｋＨｚのスイッチング周波数が可能なトランジスタである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記センサは、ホール効果センサである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記プロセッサに結合され、前記伝導された電流の前記ゼロクロスが検出されたときに、前記プロセッサに信号を送るように構成されたゼロクロス回路をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ネットワークモジュールは、無線レシーバを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記スイッチはリレーであり、
前記スイッチを開閉するように構成された前記プロセッサは、前記負荷端子に前記伝導された電流の前記ゼロクロスと同時に前記リレーを開閉するようにさらに構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
ネットワークモジュールは、スマートフォンから前記コマンドを受信する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記電源コネクタは、前記電気回路遮断器パネルのアーク故障回路遮断器と直列に結合されている、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記プロセッサは、（ｉ）前記分岐回路への瞬間電力消費量、（ｉｉ）前記分岐回路への所定期間内の平均電力消費量、または（ｉｉｉ）前記分岐回路へのピーク電力消費量のうちの１つ以上の値を計算するようにさらに構成されており、前記計算された値が、前記ネットワークモジュールを介して送信される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記プロセッサは、前記ネットワークモジュールを介して、広域ネットワークを介してリモートサーバと通信するように構成されている、請求項９に記載の装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して電力管理の分野に関し、より詳細には、エネルギー市場に参加するために電力消費者の集合体を管理するシステム及び方法に関する。
続きを表示（約 3,700 文字）【背景技術】
【０００２】
米国では、電力公益事業会社は、連邦政府と州政府の両方によって高度に規制されている。一般に、そのような会社が、自らが供給する電力に対して課している小売価格は、自由市場によって決定されていない。むしろ、小売価格は、委員会や他の規制審査機関によって正式な管理プロセスを通して決定され、管理プロセスでは、現在及び予測される将来の需要、新たな供給源の建設やアクセスに要する費用、及び他のさまざまな要因が考慮される。卸売価格は、すべての分野においてではないが、多くの場合、独立系統運用機関（ＩＳＯ）市場に基づいている。
【０００３】
規制された電力市場内には、「基本負荷発電プラント」、「負荷追従発電プラント」、及び「尖頭負荷発電プラント」と呼ばれる発電施設がある。基本負荷発電プラントは通常、一定のサービスエリアにおいて電力の基本需要を満たすように連続運転される大規模で低コストの施設である。負荷追従発電プラントは、その名が示すように、一般に、需要（負荷）が高いときに運転されるが、需要が低いときには運転を制限若しくは抑制することが意図されている。尖頭負荷発電所は、多くの場合、アンシラリーサービス市場の一部である１０分及び３０分の予備力を指して使用され、一般に、サービスエリア内のピーク需要を満たすべく、若しくは発電プラントの故障のような不慮の事態における需要を満たすべく、間欠的に運転されることのみが意図されている。したがって、尖頭負荷発電プラントを実際に運転する必要性は、毎年わずか数日しか発生しない場合があり、わずか数時間しか継続しない場合がある。
【０００４】
エネルギー市場に参加するために、施設は、規制により、最小出力電力レベル（例えば、１００ｋＷ）を生成する必要があり、グリッドオペレータからの要求の後、所定時間内に電力をオンラインにできる必要があり、さらに、所定の最小期間にわたってオンラインを維持する必要がある。一般的規則によれば、尖頭負荷発電プラントには、彼らが供給する電力に対して、プレミアム価格が支払われる。このような発電プラントの極端に間欠的運転、このような発電プラントが維持しなければならない準備状態、及び確実にピーク需要が絶え間なく満たされることの重要性を考えれば、この価格は正当である。
【０００５】
近年、裁判所は、一般的規則の下で、市場参加者を所与のサービスエリア内の電気的負荷を低減する施設から構成することができるか否か、及びそれによって、追加電力の生成とは対照的に、電力消費が低減されるか否かという問題を検討した。裁判所は、この問題に対する肯定的な答えとして、例えば、アンシラリーサービス（１０分及び３０分の予備力、周波数制御、及び出力調整を含む）、リアルタイム市場、一日前市場、及び先渡容量市場を含むが、それらに限定されない確立されたエネルギー市場のすべてに参加する適格性を有するが、消費量を低減し、生成量を増加させないモデルに基づいて動作する新たな施設を開発する機会を作ることを示した。
【０００６】
関心のあるもう一つの問題は、太陽光（太陽光発電、すなわちＰＶ）パネルを備えた住宅、企業又は他の施設に現れる。こうした施設の大多数は、グリッドタイシステムである。つまり、太陽光発電パネルにより生成された余剰電力は、電力グリッドに送り返され、施設内で必要とされる追加の電力はすべて、電力グリッドによって供給される。単独運転防止法によれば、電力グリッドが故障した場合、たとえ太陽光発電パネルが施設内で使用可能な電力を生成できる場合であっても、すべてのグリッドタイシステムが、もはや動作しなくなる。近年では、単独運転インバータにより、単独運転防止法に準拠しながらも、太陽光発電パネルを使用し続けることが可能になっている。こうした二次インバータは、バッテリ及び重要負荷パネルと連携して動作し、限られた電力を住宅、企業又は施設内の重要負荷に供給する。ただし、重要負荷は、事前に選択され、メイン回路遮断器パネルとは別の重要負荷パネルに配線されなければならないため、「固定」である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、一群の住宅、企業、又は他の電力消費施設は、集合化され、負荷を十分な速度でかつ十分な量だけ動的に低減するように共通に制御され、エネルギー市場に市場参加者として参加する。参加には、尖頭負荷発電プラントとしての参加が含まれる。単一施設についての電力消費の低減量は通常非常に少ないが、ほんの数千の住宅又は企業の集合体の低減消費量の合計は、数百キロワット程度になる場合がある。集合体への参加を選択することにより、各住宅、企業又は他の施設は、現在進行中の実質的省エネ活動に貢献し、プロバイダから受け取る収益を共有することができる。同様に、電力コストが低いときには、ピーク期間中に非アクティブな負荷をアクティブにすることができ、ピーク期間中にそれらの負荷を動作させるコストが節約される。
【０００８】
集合体に参加している各住宅、企業又は他の施設は、従来の回路遮断器又はヒューズを増強する構内電力制御装置及びインテリジェント回路遮断器を備えている。構内電力制御装置及びインテリジェント回路遮断器は、建設中に設置されてもよいし、施設改修によって設置されてもよい。構内電力制御装置は、プロセッサ；メモリ；ユーザインタフェースを提供できる表示装置；インテリジェント回路遮断器、主要な電化製品、暖房換気空調（ＨＶＡＣ）システム、及び給湯器のためのインタフェース；並びに、太陽光発電、地熱発電、マイクロ水力発電若しくは風力発電及びインバータ、蓄電池（バッテリ）、発電機、他の再生可能電源、ホームオートメーションシステム、スケジューラ、又はユーザ制御デバイスのためのインタフェースを含む場合がある。構内電力制御装置は、環境センサ（例えば、温度検出器、気圧検出器、電圧検出器、電流検出器、モーション検出器）及び他の関心のあるセンサのためのインタフェースをさらに含む場合がある。構内電力制御装置は、遠隔地に配置されることがあるアグリゲーションサーバ又は他のシステムと通信するために、広域ネットワーク（ＷＡＮ）接続又は他の適当なネットワーク接続をさらに有する場合がある。
【０００９】
各インテリジェント回路遮断器は、電気的に作動されることができ、手動で作動されることができる従来の回路遮断器と接続されている。各インテリジェント回路遮断器は、電力計、他のインテリジェント回路遮断器や構内電力制御装置と通信するための無線トランシーバ、遮断器制御装置、メモリ、及び表示装置を含む。照明回路の場合、インテリジェント回路遮断器は、調光器をさらに含む。メモリは、インテリジェント回路遮断器の状態、電力消費量、動作履歴等に関する関心のあるデータを一時的に記憶するために使用される場合がある。インテリジェント回路遮断器は、有利なことに、電気機器の主要な製造業者（例えば、シュナイダー・エレクトリックのスクエアＤ、ゼネラル・エレクトリック・カンパニー、シーメンスＡＧ、シーメンスＡＧのマリー、アセア・ブラウン・ボベリのトーマス・アンド・ベッソ、及びエアトンのクラウズ－ハインズ）により提供される回路遮断器パネルと互換性を有する（すなわち、当該回路遮断器パネルと適合するように構成された）フォームファクタで作成される場合がある。
【００１０】
インテリジェント回路遮断器は通常、金属製の遮断器パネル内に設置されるため、通常、遮断器との間の通信に相当な干渉がある。そのような干渉を克服するために、インテリジェント回路遮断器に関連する無線トランシーバ間に、無線メッシュネットワークが確立される場合がある。無線メッシュネットワークによれば、構内電力制御装置との間の通信の輻輳を低減しつつ、指定されたゲートキーパー無線トランシーバによって受信されたメッセージを、他のすべての無線トランシーバにわたって伝搬させることが可能になる。ゲートキーパー無線トランシーバは、他の無線トランシーバの何れかから発信されたメッセージを構内電力制御装置に送信するとともに、構内電力制御装置から受信したメッセージを他の無線トランシーバのうちの１以上に中継する役割を果たす。干渉をさらに低減するために、ゲートキーパー無線トランシーバは、遮断器パネルの開口部に近接して配置される場合がある。開口部は単独で、あるいは、場合によっては開口部を通過して延びる配線と組み合わせて、ゲートキーパー無線トランシーバと構内電力制御装置との間の良好な無線通信を可能にすることができる。あるいは、開口部は、ゲートキーパー無線トランシーバに結合された小さなアンテナを収容する場合がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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