DISPOSITIVO DE CONTROL SENSIBLE A LA RED.

[0001] La presente invención es un medio y un método para el control del equilibrio entre suministro y generación en una red eléctrica. Antecedentes de la invención [0002] Una fuente de electricidad fiable es esencial para casi todos aspectos de la vida de moderna. [0003] El suministro de electricidad fiable es, actualmente, un desafío técnico de gran complejidad. Implica la evaluación en tiempo real y el control de un sistema eléctrico que consiste en la generación, de todo tipo, (nuclear, carbón, aceite, gas natural, hidroenergía, geotérmico, fotovoltaico, etc.), y la carga, por ejemplo los aparatos, los instrumentos etc. que utilizan electricidad. [0004] La electricidad se suministra a través de una red de distribución que consiste en líneas de transmisión interconectada por estaciones de conmutación. La electricidad generada suele intensificarse mediante transformadores de alto voltaje (230 - 765 kV) para reducir las pérdidas de transmisión de electricidad (mediante calor). Los generadores, las redes de distribución y las cargas forman una red de energía eléctrica. [0005] El funcionamiento fiable de una red de energía es complejo dado que, actualmente, la electricidad debe producirse en el momento en el que se utiliza, lo que significa que la generación y la demanda deben estar en continuo equilibrio. En los sistemas de gestión de energía existentes, el suministro de electricidad se equilibra con la demanda por planificación, control y coordinación de la generación de electricidad. [0006] Si se produce un error al ajustar la generación a la demanda, la frecuencia de un sistema CA aumenta cuando la generación supera a la demanda y desciende cuando la generación es inferior a la demanda. [0007] En el Reino Unido, los cuadros eléctricos deben mantener una frecuencia nominal de 50 Hz y se permiten una variación de ± 1/2 %. En Estados Unidos, esta frecuencia nominal es de 60 Hz. En algunos sistemas de bucle cerrado, tales como los de un avión, la frecuencia nominal es de 400 Hz. La frecuencia nominal es la frecuencia de CA para la que se diseñó una red y ésta sirve para mantener dicha frecuencia controlada y estable. [0008] Las pequeñas variaciones aleatorias en la frecuencia son normales, ya que las cargas aumentan y caen y los generadores modifican su salida para responder a los cambios de demanda. No obstante, las grandes desviaciones en la frecuencia pueden causar que la velocidad de rotación de los generadores supere los límites de tolerancia, lo cual puede dañar las turbinas de los generadores y otros equipos. [0009] La variación en la frecuencia puede también dañar las cargas. [0010] Un cambio de frecuencia de sólo ± 1/2 % es una señal grande en cuanto a la precisión de la instrumentación semiconductora de módem. [0011] Hay problemas con la actual arquitectura de estilo suministro que ajusta la generación a la demanda. Actualmente, cuando no se pueden controlar las frecuencias extremadamente bajas, por ejemplo, cuando la demanda supera con creces a la generación, se puede desencadenar una emisión de carga de baja frecuencia automática, que desconecta bloques de usuarios para prevenir un colapso total de sistema eléctrico. Esto puede estabilizar el sistema, pero es extremadamente inconveniente e, incluso, peligroso para el usuario. [0012] Tras un apagón, la red se encuentra en una fase particularmente sensible y su recuperación es lenta. Los generadores grandes suelen requerir que otros generadores generen algo de energía para iniciarlos o reiniciarlos. Si no hay energía disponible, estos generadores no pueden iniciarse. Así, los sistemas de red tienen servicios, conocidos como servicios de "arranque en frío", por la cual un subconjunto de generación tiene la capacidad de iniciar y continuar generando, incluso cuando el resto de la red está inactiva (es decir, fría). Los operadores de red han preparado secuencias planificadas para restaurar la generación y la carga. Éstos garantizan que los suministros iniciales limitados se utilicen primero para proporcionar comunicación y control, después para arrancar generadores mayores y, por último, se conecta la carga progresivamente para ajustar la disponibilidad en aumento de generación. [0013] Todo el proceso de arranque en frío es complicado. Un apagón es algo raro y no se puede practicar a menos que suceda una crisis real. Todos los que participan se encuentran bajo una gran presión y los sistemas trabajan fuera de su intervalo operativo normal (y a veces fuera de su intervalo de diseño). Cada paso, cuando se añade carga o generación, supone un impacto para el sistema y la red puede tardar segundos o minutos en estabilizarse después de que esto ocurra. Sería prudente hacer cambios en los pequeños incrementos. Esto, inevitablemente, ralentiza todo el proceso, prolongando el apagón de aquellos que aún están por reconectar. [0014] Para protegerse en lo posible del desbordamiento de carga, se accionará un sistema de potencia en todo momento capaz de contener la pérdida del generador o la instalación de transmisión más importante (es decir, la contingencia única más significativa). Así, la red normalmente opera por debajo de su capacidad, de manera que un fallo aleatorio grande no ponga en riesgo el conjunto del sistema. Esto, no obstante, significa que la generación no opera con la mayor eficiencia posible, dando como resultado un aumento en los costes de suministro eléctrico. 2   [0015] El aire acondicionado alto y otras cargas de refrigeración en el verano y las altas cargas de calefacción en el invierno son una causa normal de carga máxima. Los operadores de red, no obstante, utilizan rigurosos estudios de planificación y operación, incluida evaluaciones a largo plazo, análisis de contingencia operativa con un año, una estación, una semana, un día, una hora por delante y en tiempo real para anticipar problemas. [0016] De todos modos, aún puede ocurrir algo inesperado, razón por la cual el sistema funciona con margen para compensar las mayores contingencias. Las utilidades pueden usar generadores de pico máximo adicionales, que tienen un gasto de explotación alto, para proporcionar electricidad adicional cuando es necesario o, alternativamente, para no operar los generadores principales a capacidad y dejar algún potencial para generación extra para satisfacer cargas de exceso. Ambos métodos suponen un coste unitario mayor de electricidad que si el sistema operara más cerca de la capacidad. [0017] Se ha propuesto una arquitectura alternativa para ajustar la carga y la generación a la usada actualmente. La idea es compensar las diferencias entre carga y generación utilizando la demanda a modo de gestión de carga. [0018] Existe poca bibliografía sobre el concepto del uso de carga, o demanda, para contribuir (por lo menos) a la estabilidad de la red. [0019] El documento US 4,317,049 (Schweppe et al.) propone una filosofía básica diferente de la gestión de energía eléctrica existente en la que tanto el suministro como la demanda de electricidad responden entre sí y tratan de mantener un estado de equilibrio. [0020] Este documento identifica dos clases de dispositivos de uso. El primer tipo son dispositivos de uso tipo energía, caracterizados por necesitar una cierta cantidad de energía durante un período de tiempo para realizar su función y una indiferencia en el momento exacto en el que se proporciona la energía. Se dieron como ejemplos aparatos acondicionadores, calentadores de agua, frigoríficos, compresores de aire, bombas, etc.. La segunda clase fue un dispositivo de uso tipo potencia caracterizado por necesitar potencia en un momento específico. Dichos dispositivos no podrían cumplir (completamente) su función si la potencia no se suministrara en un tiempo e índice designados. Ejemplos: iluminación, ordenadores, TVs, etc. [0021] El Replanificador de Potencia-Energía Adaptativo de Frecuencia (RPEAF) de la patente de Schweppe et al. proporcionaba su gestión de energía aplicando un RPEAF a dispositivos de uso tipo energía. La patente de Schweppe et al. aborda particularmente la aplicación del RPEAF en una bomba de agua para bombear agua a un tanque de almacenamiento. [0022] El nivel de agua del tanque de agua tiene un nivel mínimo admisible Ymin y un nivel máximo admisible Ymax. Comúnmente, la bomba de agua se conectará para bombear agua al tanque de almacenamiento cuando el nivel descienda a o esté por debajo del nivel mínimo y desconectará la bomba cuando se alcance el nivel máximo. Por lo demás, la bomba permanecerá inactiva. [0023] El RPEAF modifica estos límites (Ymax, Ymin) dependiendo de la frecuencia del sistema. Así, en un período de alta frecuencia (escasez de demanda eléctrica), es decir, cuando la frecuencia de red aumenta por encima del nominal, el nivel mínimo de agua que haría activarse la bomba (Ymin) se aumenta... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de control para controlar un consumo de energía de una carga en una red eléctrica, dicho dispositivo de control comprendiendo: medios para la detección de valores en un período de tiempo de una variable física de la red, dicha variable física variando dependiendo de una relación entre generación de electricidad y carga en la red; caracterizada por medios para determinar un promedio de movimiento de la variable física de la red a partir de lecturas del pasado de dichos valores de la variable física de la red; y medios para aumentar el consumo de energía de dicha carga cuando un valor detectado de dicha variable física de dicha red está por encima de dicho promedio de movimiento, y disminuir el consumo de energía de dicha carga cuando un valor detectado de dicha variable física de dicha red está por debajo de dicho promedio de movimiento. 2. Dispositivo de control de la reivindicación 1, que comprende: medios para aumentar o disminuir el consumo de energía de dicha carga cuando un valor actual de dicha variable física detectada de la red alcanza un valor de activación; y medios para determinar dicho valor de activación, dependiendo la determinación de dicho valor de activación de dicho promedio de movimiento, y donde a) dichos medios para determinar dicho valor de activación comprenden para suministrar de forma aleatoria dicho valor de activación entre un valor superior o inferior determinado de la variable física de la red y dicho promedio de movimiento, y/o comprendiendo b) dicho dispositivo de control medios para detectar un valor de una variable física de la carga, dicha variable física es representativa de la energía almacenada por la carga; dicha determinación del valor de activación además depende de dicha variable física detectada de la carga. 3. Dispositivo de control según la reivindicación 1, dicho dispositivo de control comprendiendo: medios para detectar un valor de una variable física de la carga, dicha variable física de la carga representativa de la energía almacenada por la carga; medios para variar el consumo de energía de dicha carga cuando un valor de dicha variable física de la red alcanza un valor de activación; y medios para determinar el valor de activación, dicha determinación del valor de activación dependiendo de dicha variable física detectada de la carga y además está basada en un valor aleatorio. 4. Dispositivo de control de cualquiera de reivindicaciones 2 a 3, donde dichos medios para variar constan de medios para la comparación de dicho valor de activación con la actual variable física detectada de la red. 5. Dispositivo de control de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 3, donde los medios para variar el consumo de energía de la carga son configurados para variar el consumo de energía de la carga para mantener la variable física detectada de la carga dentro de los límites centrales y es posteriormente configurado para variar el consumo de energía cuando dicho valor de la variable física de la red alcanza el valor de activación. 6. Dispositivo de control según la reivindicación 5 cuando depende de la reivindicación 2 o 3, dichos medios para determinar el valor de activación configurados para determinar el valor de activación en dependencia del valor de la variable física detectada de la carga con relación a sus valores máximos o mínimos. 7. Dispositivo de control según la reivindicación 5 cuando depende de la reivindicación 2 o 3, dichos medios para determinar dicho valor de activación comprenden medios para definir un perfil de valor de activación que varía con dicha variable física de la carga, siendo dicho tal que cuanto más recientemente el consumo de energía de la carga haya variado, más lejos está el valor de activación del valor históricamente basado en lecturas del pasado de la variable física de la red. 8. Dispositivo de control según la reivindicación 2 o 3, dichos medios para determinar dicho valor de activación constan de medios para definir un perfil de valor de activación que varía con dicha variable física de la carga, dicho perfil siendo influido por un valor aleatorio de dicha variable física de la carga. 9. Dispositivo de control de cualquier reivindicación precedente, donde dicha variable física detectada de la red es una frecuencia detectada de la red. 10. Dispositivo de control de cualquier reivindicación precedente, dichos medios para variar configurados para variar dicho consumo de energía por conmutación del consumo de energía entre un primer estado de aumento de la energía almacenada por la carga y un segundo estado de disminución de la energía almacenado por la carga. 11. Dispositivo de control según la reivindicación 1 para controlar un consumo de energía de una carga en una red eléctrica, dicho dispositivo de control comprendiendo: medios para determinar un retraso aleatorio; 31   medios para demorar el inicio de consumo de energía de dicha carga por una cantidad de tiempo generada de forma aleatoria después de que se haya proporcionado potencia inicialmente al dispositivo de control. 12. Dispositivo de control según la reivindicación 1 para controlar un consumo de energía de una carga en una red de electricidad para mantener una variable física de la carga dentro de los límites superiores e inferiores, dicho dispositivo de control comprendiendo: medios para la detección de la variable física de la carga; medios para suministrar los límites superiores e inferiores de la variable física detectada de la carga; y medios para aumentar el límite superior y/o inferior de la variable física detectada a un índice menor que un consumo de energía máximo de la carga después de que se haya proporcionado potencia inicialmente al dispositivo de control. 13. Método para controlar un consumo de energía de una carga en una red de electricidad, dicho dispositivo de control comprendiendo: detección de valores en un período temporal de una variable física de la red, dicha variable física variando en dependencia de una relación entre generación de electricidad y carga en la red; caracterizado por determinar un promedio de movimiento de la variable física de la red a partir de lecturas pasadas de dicha variable física de la red; y aumentar el consumo de energía de dicha carga cuando un valor detectado de dicha variable física de dicha red está por encima de dicho promedio de movimiento, y disminuir el consumo de energía de dicha carga cuando un valor detectado de dicha variable física de dicha red está por debajo de dicho promedio de movimiento. 14. Método según la reivindicación 13, que comprende: variación del consumo de energía de dicha carga cuando un valor actual de dicha variable física detectada de la red alcanza un valor de activación; y determinación de dicho valor de activación, dicha determinación de dicho valor de activación dependiendo de dicho promedio de movimiento. 15. Método según la reivindicación 14, dicha determinación de dicho valor de activación comprendiendo una función para suministro de forma aleatoria de dicho valor de activación entre un valor inferior o superior determinado de la variable física de la red y dicho promedio de movimiento. 16. Método según la reivindicación 14 o 15, comprendiendo la detección de un valor de una variable física de la carga, siendo dicha variable física representativa de la energía almacenada por la carga; dicha determinación del valor de activación depende además de dicha variable física detectada de la carga. 17. Método de cualquiera de reivindicaciones 13 a 16, donde dicha variación comprende comparación de dicho valor de activación con la variable física actual detectada de la red. 18. Método de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, donde la variación en el consumo de energía de la carga comprende la variación del consumo de energía de la carga para mantener la variable física detectada de la carga dentro de los límites de control y además la variación del consumo de energía cuando dicho valor de la variable física de la red alcanza el valor de activación. 19. Método según la reivindicación 18, dicha determinación del valor de activación comprendiendo la determinación del valor de activación en dependencia del valor de la variable física detectada de la carga en relación con sus valores máximos o mínimos. 20. Método según la reivindicación 18 cuando depende de la reivindicación 16, dicha determinación de dicho valor de activación comprendiendo la definición de un perfil de valor de activación variable con dicha variable física de la carga, siendo dicho perfil tal que cuanto más recientemente haya variado el consumo de energía de la carga más lejos está el valor de activación de un valor históricamente basado determinado a partir de lecturas pasadas de la variable física de la red. 21. Método de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, donde dicha variable física detectada de la red es una frecuencia detectada de la red. 22. Método de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, dicha variación comprendiendo la variación de dicho consumo de energía por conmutación del consumo de energía entre un primer estado de aumento de la energía almacenada por la carga y un segundo estado de disminución de la energía almacenada por la carga. 23. Método de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, dicho método comprendiendo: demorar el inicio del consumo de energía de dicha carga por una cantidad de tiempo generada de forma aleatoria después de que se haya proporcionado potencia inicialmente a la carga. 24. Método de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16 para controlar un consumo de energía de una carga en una red eléctrica para mantener una variable física de la carga dentro de los límites superiores e inferiores, dicho método comprendiendo: detectar la variable física de la carga; 32   proporcionar los límites superiores e inferiores de la variable física detectada de la carga; y aumentar los límites superiores y/o inferiores de la variable física detectada a un índice menor que un consumo de energía máximo de la carga después de que se haya proporcionado potencia inicialmente al dispositivo de control. 33   34     36   37   38   39     41