用于實現(xiàn)分布式發(fā)電的配電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種具有分布式發(fā)電的配電系統(tǒng)，包括安裝在電力使用點處(POU)處的能量處理單元(EPU)。在當(dāng)前的傳統(tǒng)發(fā)電和配電系統(tǒng)中，被傳遞到最終消費者的電力質(zhì)量是由于數(shù)種破壞性技術(shù)和立法影響(尤其隨著連接在跨低壓(LV)配電網(wǎng)絡(luò)的任何點處的無數(shù)種私人擁有和操作的家用和商用分布式發(fā)電(DEG)裝置逐漸增多)而降級。該具有分布式發(fā)電的配電系統(tǒng)解決這個越來越嚴(yán)峻的DEG問題。
【專利說明】
用于實現(xiàn)分布式發(fā)電的配電系統(tǒng)
[0001 ] 版權(quán)聲明
[0002] 本專利文件的公開的一部分包括受到版權(quán)保護(hù)的材料。版權(quán)所有者不反對任何人 復(fù)制呈現(xiàn)在專利和商標(biāo)局專利文件或記錄中的專利文件或?qū)＠_內(nèi)容，但在其它方面卻 保留所有版權(quán)權(quán)利。
[0003] 國內(nèi)優(yōu)先權(quán)要求
[0004] 本申請依據(jù)35U.S.C.§119要求以下美國臨時申請案的優(yōu)先權(quán):2013年10月11日提 交的第61/889,543號、2013年10月28日提交的第61/896,635號、2013年10月28日提交的第 61/896,639號、2013年11月26日提交的第61/908,763號、2013年12月10日提交的第61/913， 932號、2013年12月10日提交的第61/913,934號和2013年12月10日提交的第61/913,935號， 所述申請案的全部內(nèi)容是以引用方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005] 本發(fā)明涉及發(fā)電和配電。更具體地說，本發(fā)明涉及用于解決當(dāng)前傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)中 由于技術(shù)演進(jìn)和立法影響(諸如分布式發(fā)電(DEG))產(chǎn)生的日益增多的電力質(zhì)量降級的方法 和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0006] 當(dāng)前傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)和被傳遞到用戶的電力質(zhì)量是由于數(shù)種破壞性技術(shù)和立法影 響(尤其隨著連接在跨低電壓LV配電網(wǎng)絡(luò)的任何點處的無數(shù)種私人擁有和操作的家用和商 用分布式發(fā)電(DEG)裝置迅速日益增多）而降級。被傳遞到最終消費者的電力質(zhì)量的這種日 益增多的降級(尤其電壓波動、電流和頻率起伏)可負(fù)面地影響性能或甚至損壞電氣設(shè)備、 電氣用具和連接到用戶住宅中的電力系統(tǒng)的電子裝置，且甚至可使更廣領(lǐng)域的LV配電網(wǎng) 絡(luò)、變電站保護(hù)設(shè)備、高電壓(HV)輸電電網(wǎng)和甚至發(fā)電廠跳閘和斷電。
[0007] 參考圖1，在1800年代末期啟動的傳統(tǒng)交流(AC)電力系統(tǒng)中，由于低電壓組件和距 離過短而限制了輸電能力。因此無數(shù)種分離的獨立發(fā)電廠（IPP)隨著中央發(fā)電廠而不斷涌 現(xiàn)并向局部區(qū)域或局部電力島供電。當(dāng)時，每一個局部區(qū)域或局部電力島存在一定范圍的 電壓和各種頻率。包括大量白熾燈電力照明的負(fù)載是簡單的。
[0008] 參考圖2,隨著電力技術(shù)的發(fā)展，運用HV絕緣體和開關(guān)，允許輸電電壓增加，因此實 現(xiàn)較高電力在較長距離內(nèi)的傳遞。電壓等級從愛迪生的初始220VDC局部電網(wǎng)迅速地增加到 2.3KVAC的第一AC電網(wǎng)（1893年），每隔幾年上升到765KVAC(1960年末期）。由于較長輸電電 網(wǎng)導(dǎo)致覆蓋電力島，商業(yè)領(lǐng)域、競爭技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中開始出現(xiàn)矛盾，且最終出現(xiàn)壟斷。隨著日益 增多的使用電力、可靠性成疑和電力行業(yè)中的矛盾的增長，許多國家開始立法來對其電力 行業(yè)進(jìn)行監(jiān)管控制。
[0009] 在美國，基于向消費者傳遞高質(zhì)量的可靠電力的目標(biāo)，監(jiān)管迅速增長的電力行業(yè) 以創(chuàng)建國家標(biāo)準(zhǔn)變得至關(guān)重要，這也將允許多個電網(wǎng)互連以在全國創(chuàng)建穩(wěn)定的電力網(wǎng)絡(luò)。 聯(lián)邦政府在1992年國會通過了聯(lián)邦級別的能源電力監(jiān)管立法。因此FERC(聯(lián)邦能源監(jiān)管委 員會)承擔(dān)監(jiān)管來自中央電力公用設(shè)施的電力質(zhì)量的責(zé)任，所述中央電力公用設(shè)施擁有發(fā) 電廠、端對端的輸電和配電網(wǎng)絡(luò)。然后在1996年，為了增加競爭和優(yōu)化電力成本，F(xiàn)ERC進(jìn)一 步解除對電力行業(yè)的監(jiān)管并規(guī)定發(fā)電、輸電和配電必須通過合法的獨立實體來進(jìn)行。這為 輸電電網(wǎng)上創(chuàng)建了競爭市場，使得發(fā)電廠可在輸電網(wǎng)電網(wǎng)上作電力批發(fā)銷售，而經(jīng)銷商可 從輸電公司作電力批發(fā)購買。
[0010] 許多國家在1900年制定了類似的已解除監(jiān)管的競爭電力結(jié)構(gòu)。在美國，在1965年 的大規(guī)模東北部斷電之后，創(chuàng)建了NERC(北美可靠性委員會）以維護(hù)并執(zhí)行系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和電力 質(zhì)量可靠性。再然后，在2003年8月14日東北部和加拿大的另一次大規(guī)模斷電之后，聯(lián)邦政 府在2007年6月對輸電運營商通過了由NERC聯(lián)合FERC合法地強制的更嚴(yán)格的監(jiān)管法規(guī)和處 罰。
[0011] 參考圖3, 一直到今天，伴隨著解除監(jiān)管立法出現(xiàn)了DEG，其能夠?qū)⑿⌒桶l(fā)電機連接 到HV輸電電網(wǎng)。隨著發(fā)電的更進(jìn)一步技術(shù)發(fā)展(諸如CHP微渦輪機、燃料電池設(shè)施和尤其可 再生能源諸如光伏(PV)、太陽熱能和風(fēng)能））外加投資成本的降低，家用和商用住宅的私營 業(yè)主已宣布購買并安裝這些小型DEG裝置。
[0012]過去幾年引入后續(xù)更新和修改的上網(wǎng)電價(FIT)政策加速了這些小型私人擁有和 操作的家用和商用DEG裝置的安裝。FIT強制輸電運營商向DEG裝置的業(yè)主以最低價格支付 已產(chǎn)生并返回添加到能量電網(wǎng)中的過多電力。因此，現(xiàn)在無數(shù)種私人擁有和操作的家用和 商用DEG裝置日益增多地連接到局部LV配電網(wǎng)絡(luò)，其不但對用于最終消費者的電力質(zhì)量產(chǎn) 生了巨大影響，而且增加了廣大地區(qū)的大規(guī)模電網(wǎng)斷電的現(xiàn)實可能性。尤其輸電電網(wǎng)因運 轉(zhuǎn)備用的減少而出現(xiàn)跳閘(運轉(zhuǎn)備用的減少是由于大型中央公用設(shè)施因由數(shù)量不斷增長的 已安裝DEG裝置產(chǎn)生另外的電力而卸載)的機會增加。來自這些私人擁有和操作的家用和商 用DEG裝置的疊加到配電網(wǎng)絡(luò)和輸電電網(wǎng)上的所得電壓、電流和頻率起伏增加了系統(tǒng)跳閘 保護(hù)開關(guān)設(shè)備(通常按緊密度容限和長期建立的傳統(tǒng)電力規(guī)范進(jìn)行調(diào)整)斷流的可能性。
[0013] 另外，由于配電網(wǎng)絡(luò)上的這些電壓的增加，當(dāng)DEG接口控制電子器件在超過經(jīng)調(diào)節(jié) 電壓極限而禁用DEG接口時，這不但切斷了來自DEG設(shè)施的任何DEG能量回收，而且消除了最 終消費者的任何FIT回收。因此，沿局部配電網(wǎng)絡(luò)連接的DEG接口（例如，附近的PV設(shè)施）越 多，隨著配電網(wǎng)絡(luò)電壓由于大量過多能量被DEG設(shè)施傳遞到配電網(wǎng)絡(luò)中而增加，將被DEG接 口控制電子器件禁用的這些DEG接口的數(shù)量就越多，其中對于最終消費者來說沒有能量回 收或FIT。
[0014] 電力質(zhì)量是在以下規(guī)范下定義，關(guān)鍵參數(shù)是被傳遞到用戶的電力的一致且穩(wěn)定的 電壓、諧波和頻率。隨著連接到電氣系統(tǒng)的日益增多的電子裝置和設(shè)備(其是復(fù)雜的電氣負(fù) 載)的出現(xiàn)，尤其隨著家用和商用（而非工業(yè)，諸如在美國）電力需求的增加，因為這些電子 裝置向電氣系統(tǒng)提供更復(fù)雜的負(fù)載，所以這些電子裝置可引入電力不穩(wěn)定性，且這些電子 裝置通常位于家用和商用住宅中，使得來自LV配電網(wǎng)絡(luò)的電力需求增加，從而隨著跨配電 網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載和功率因子的變化而增加了電壓不穩(wěn)定性。
[0015] 當(dāng)傳統(tǒng)中央發(fā)電公用設(shè)施擁有完全相等的端對端的發(fā)電、輸電和配電時，其同意 且可滿足由政府和監(jiān)管機構(gòu)規(guī)定和執(zhí)行的已立法的嚴(yán)格電力質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。隨著許多國家的電 力行業(yè)更進(jìn)一步解除監(jiān)管的出現(xiàn)和FIT的擴(kuò)張，允許日益增多的無數(shù)種私人擁有和操作的 家用和商用DEG裝置連接到LV配電網(wǎng)絡(luò)以及增加復(fù)雜負(fù)載和改變功率因子，電力質(zhì)量(尤其 電壓不穩(wěn)定性)的降級日益嚴(yán)峻且局部和大面積大規(guī)模斷電的潛在性增加。
[0016] 電氣設(shè)備、電氣用具、電子器件和尤其電動機全部被設(shè)計為最優(yōu)地在已立法的電 壓和頻率嚴(yán)格設(shè)置的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)下執(zhí)行。經(jīng)受這些電壓和頻率起伏的電氣和電子裝置在設(shè)置 嚴(yán)格的傳統(tǒng)容限之外可能失靈、降低性能且甚至被破壞。
[0017] 尤其隨著國家之間的輸電大規(guī)模電網(wǎng)連接的出現(xiàn)，這些電力質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在每一個國 家且甚至在全世界已經(jīng)有很長歷史的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)化。對于家用和商用用戶的LV配電網(wǎng)絡(luò)，一 些國家制定的電氣LV配電干線標(biāo)準(zhǔn)的實例如下所示，參考標(biāo)稱電壓、電壓容限、標(biāo)稱頻率和 頻率容限：
[0020] 許多國家具有類似的標(biāo)稱LV配電POU電壓(諸如220/230/240VAC(且使這種較高配 電網(wǎng)絡(luò)電壓趨向于230VAC))和大體上110/115/120VAC的較低電壓，其中頻率現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)是 50Hz 或 60Hz。較高 220/230/240VAC 電壓大體上為 50Hz，且較低 110/115/120VAC 電壓為 60Hz， 但是某些國家因其電力系統(tǒng)歷史而使用任一種頻率。電壓容限可被標(biāo)準(zhǔn)化為±5%/±6%/ +10、-6%/±10%，任何國家的最大容限被設(shè)置為±10%。
[0021] 在許多國家，頻率容限通常被標(biāo)準(zhǔn)化為±1 %，某些國家具有±2%，±2%是最大 允許頻率容限。
[0022] 電力質(zhì)量問題與偏離規(guī)定監(jiān)管設(shè)置和執(zhí)行極限的電壓或頻率相關(guān)聯(lián)。電壓量級問 題可為：
[0023] 1)電壓迅速變化；
[0024] 2)低頻電壓變化導(dǎo)致閃爍；
[0025] 3)欠電壓驟降(-10%以下）；
[0026] 4)過電壓浪涌(+10%以上）
[0027] 5)過電壓尖峰和噪聲；
[0028] 6)3相系統(tǒng)中的電壓不平衡；
[0029] 7)電壓和電流諧波；
[0030] 8)功率因子(PF)-電壓和電流的相位（（PF=I，V和I同相，PF = 0，V和I 180°異相）） 因被稱為功率因子的無功功率不平衡而異相不但可產(chǎn)生電壓和電流諧波問題，而且電氣和 電子設(shè)備且尤其在電動機中費電、性能欠佳且還產(chǎn)生可能的破壞；
[0031] 9)3相系統(tǒng)中的電流不平衡(其中每一個相位負(fù)載有不相等電流)可導(dǎo)致輸電和配 電設(shè)備問題且使電力質(zhì)量降級;和
[0032] 10)頻率偏移也可影響電氣和電子裝置、變壓器和電動機的性能和操作；
[0033]由于配電網(wǎng)絡(luò)上的這些電壓的增加，當(dāng)超過經(jīng)調(diào)節(jié)電壓極限時，DEG接口控制電子 器件禁用DEG接口，因此不但切斷了來自DEG設(shè)施的任何DEG能量回收，而且消除了最終消費 者的任何FIT回收。因此，沿局部配電網(wǎng)絡(luò)(例如，民居)連接的DEG接口（例如，附近的家用PV 設(shè)施)越多，隨著配電網(wǎng)絡(luò)電壓由于大量過多能量被DEG設(shè)備傳遞到配電網(wǎng)絡(luò)中而增加 ，DEG 接口控制電子器件將禁用大量這些DEG接口，其中對于用戶來說沒有能量回收或FIT。
[0034]所有這樣的電力質(zhì)量問題使被傳遞到用戶的電力質(zhì)量降級，尤其跨并通過POU處 的LV配電網(wǎng)絡(luò)的電壓不穩(wěn)定性，其中現(xiàn)在，另外，無數(shù)種私人擁有和操作的家用和商用DEG 裝置已連接，由這些DEG裝置產(chǎn)生的過多電力被返回負(fù)載到局部LV配電網(wǎng)絡(luò)上。另外，這些 私人擁有和操作的家用和商用DEG裝置即使必須滿足性能測試規(guī)范IEC 61215(2005年第2 版)和IEC 61646(2008年第2版），其仍然可更廣泛地在POU處的局部LV配電網(wǎng)絡(luò)上建立大幅 變化的電壓、頻率和迅速功率起伏。這些家用和商用DEG裝置是小型PV設(shè)施、微風(fēng)力、微水 電、CHP微渦輪機、CHP燃料電池和未來可能的混合動力汽車。另外，這些問題還可降低POU處 的電氣和電子負(fù)載中的電力使用效率。例如，電動機在其以高于針對最優(yōu)性能設(shè)計電動機 的電壓的電壓下驅(qū)動時費電，且另外過多的PF、電壓和電流不平衡和諧波不但可降低效率 而且可損壞這些靈敏的電氣和電子負(fù)載。
[0035] 大型可再生工業(yè)PV、太陽熱能、風(fēng)能和水力發(fā)電設(shè)施需要遠(yuǎn)離人群中心、電力用戶 的廣大物理區(qū)域，因此大型工業(yè)設(shè)施在大體上長距離內(nèi)需要端對端HV輸電，所以這些大型 設(shè)施可被公用設(shè)施發(fā)電廠擁有和控制，因此可滿足輸電運營商監(jiān)管的電力質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)且可對 其負(fù)責(zé)。
[0036]很多小型私人擁有和操作的家用和商用DEG裝置的優(yōu)點是，電力通過LV配電網(wǎng)絡(luò) 在靠近用戶或POU處局部產(chǎn)生。但是這些私人擁有和操作的家用和商用DEG裝置的業(yè)主購 買、安裝并操作這些DEG裝置，但對局部LV配電網(wǎng)絡(luò)電力質(zhì)量的影響不負(fù)責(zé)。這些傳統(tǒng)局部 LV配電網(wǎng)絡(luò)在大部分情況中最初并未針對要連接的很多家用和商用DEG裝置而設(shè)計。因此， 監(jiān)管機構(gòu)的擔(dān)憂真實存在且日益增加，這是由于這些私人擁有和操作的家用和商用DEG裝 置的不斷滲入，不但將用戶電力質(zhì)量降級，而且LV配電網(wǎng)絡(luò)上的局部功率不穩(wěn)定。除此之 外，復(fù)雜的負(fù)載連接日益增加、改變功率因子和改變整個配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。這導(dǎo)致更大區(qū)域 且甚至HV輸電電網(wǎng)因電壓、電流或頻率起伏超出可使電壓、電流或頻率電氣系統(tǒng)安全和保 護(hù)裝置跳閘的嚴(yán)格容限電氣標(biāo)準(zhǔn)而出現(xiàn)的服務(wù)中斷日益增加，導(dǎo)致斷電和運行中斷。另外 由于配電網(wǎng)絡(luò)上的這些電壓增加，當(dāng)超過經(jīng)調(diào)節(jié)電壓極限時，DEG接口控制電子器件禁用 DEG接口；因此不但切斷了來自DEG設(shè)備的任何DEG能量回收，而且消除了用戶的任何FIT回 收。
[0037]電力行業(yè)和監(jiān)管機構(gòu)努力克服傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)中的這種新的且破壞性演變。對這種 日益增加且真實問題的推薦解決方案全部是針對維持傳統(tǒng)且具歷史性的輸電和配電網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)和電力質(zhì)量容限。
[0038]單獨專用于私人擁有和操作的家用和商用DEG裝置的不斷滲入的迫在眉睫的問題 的一本重要書籍是Math Bollen和Fainan Hussan創(chuàng)作的標(biāo)題為"電力系統(tǒng)中的分布式發(fā)電 的集成（Integration of Distributed Generation in the Power System)''。這本書的全 部內(nèi)容是以引用方式并入本文。這本書是IEEE最近在2011年唯一出版的書籍，且這本書描 述了過去10年周期以來的詳細(xì)深入研究，全部涉及私人擁有和操作的家用和商用DEG裝置 對電力質(zhì)量的破壞性演變。
[0039]這本書具有470個參考文獻(xiàn)，且在其對DEG裝置對整體電力系統(tǒng)的破壞性影響的日 益嚴(yán)峻方面的細(xì)節(jié)的深入研究方面是優(yōu)越的。許多作者和機構(gòu)提出了解決這個問題的類似 解決方案，相同解決方案同樣全面詳細(xì)地涵蓋在這本書中，且再次全部針對通過保護(hù)和控 制HV輸電電網(wǎng)和LV配電網(wǎng)絡(luò)來維持傳統(tǒng)電氣標(biāo)準(zhǔn)電力質(zhì)量容限。但是同樣，所有這些推薦 解決方案是單獨用來維持多年以來這些歷史性的、長期建立的傳統(tǒng)嚴(yán)格容限電氣行業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)。這本深入研究且詳細(xì)的書最后對其通過添加一層數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)以將DEG裝置返回鏈接 為控制和保護(hù)HV輸電電網(wǎng)來解決很多私人擁有和操作的家用和商用DEG裝置的日益增加連 接的嚴(yán)峻問題的建議作出了總結(jié)，或甚至這種數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)可促進(jìn)配電網(wǎng)絡(luò)饋電線上的電 壓保護(hù)中繼器的跳閘或甚至斷開DEG裝置（即，過電壓結(jié)果）。這本書還推薦了添加存儲器和 基于將備用轉(zhuǎn)移到客戶或DEG裝置的所添加數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的其它負(fù)載轉(zhuǎn)移動作的各種方 案。
[0040] 由于添加將所需要的更復(fù)雜的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)和軟件算法所涉及的大成本、時間和 復(fù)雜性的擔(dān)憂，這本書又總結(jié)出另一種可能的常規(guī)解決方案，因此在其第470頁上的最后一 段中在這些高級的解決方案之后，不應(yīng)忘記建立更堅固的電線或電纜的經(jīng)典解決方案。 然而，引入新類型的產(chǎn)品將需要在更多情況中使用比以往更先進(jìn)的解決方案。通過結(jié)合經(jīng) 典和先進(jìn)的解決方案，電力系統(tǒng)將不會變?yōu)閷σ敕植际桨l(fā)電的不必要障礙"。
[0041] 因此，這本書在第470頁的這個最后一段概括了其對私人擁有和操作的家用和商 用DEG裝置尤其在LV配電網(wǎng)絡(luò)上的日益滲入和其對整體電網(wǎng)的穩(wěn)定性的潛在重要影響的擔(dān) 憂。其提出了先進(jìn)的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)和軟件解決方案（"智能電網(wǎng)"），而且在添加更多銅線到 現(xiàn)有LV配電網(wǎng)絡(luò)方面推薦了簡單但昂貴的常規(guī)物理解決方案，這將通過隨著這些DEG裝置 添加日益增多且波動的電力到局部LV配電網(wǎng)絡(luò)上而降低當(dāng)前LV配電網(wǎng)絡(luò)中的導(dǎo)線的電阻 來增加功率處置能力并降低電壓不穩(wěn)定性。最初并未設(shè)計這些LV配電網(wǎng)絡(luò)，且當(dāng)然也沒有 預(yù)期到隨著很多私人擁有和操作的家用和商用DEG裝置的連接的這種近期演變而出現(xiàn)這個 新的DEG問題。
[0042] 這本詳細(xì)的書在最后一段明確地強調(diào)：
[0043] 1)所有推薦解決方案均是針對并仍然滿足電力質(zhì)量的歷史傳統(tǒng)監(jiān)管和執(zhí)行電氣 標(biāo)準(zhǔn)的當(dāng)前嚴(yán)格容限；
[0044] 2)很多私人擁有和操作的家用和商用DEG裝置連接到局部LV配電網(wǎng)絡(luò)是主要問 題，因為LV配電網(wǎng)絡(luò)最初并未被設(shè)計用來處置這種新的破壞性電氣演變，因此物理地升級 這些LV配電網(wǎng)絡(luò)的建議強調(diào)這個真實而又嚴(yán)峻問題的復(fù)雜性；
[0045] 3)這本書的最后一行表明，由于這些先進(jìn)的復(fù)雜"數(shù)字"解決方案（"智能電網(wǎng)"）的 復(fù)雜性和成本以及時間，僅僅添加另外的銅線到當(dāng)前LV配電網(wǎng)絡(luò)將有所幫助。但是物理地 升級LV配電網(wǎng)絡(luò)也是極昂貴的解決方案且將需要數(shù)年來完成；
[0046] 4)現(xiàn)在由于這些嚴(yán)峻問題是伴隨著電力質(zhì)量的降級和可能的普遍輸電電網(wǎng)跳閘 而發(fā)生，可能需要立法來限制允許安裝的私人擁有和操作的家用和商用DEG裝置的數(shù)量；
[0047] 5)這本書也沒有表明誰將對巨大數(shù)字通信軟件網(wǎng)絡(luò)的成本負(fù)責(zé)且誰對被傳遞到 用戶的電力質(zhì)量最終負(fù)責(zé);和
[0048] 6)再者，這本書和該行業(yè)中圍繞這個近期演變的DEG裝置問題的所有建議強調(diào)毫 無疑問完全同意地維持歷史、傳統(tǒng)監(jiān)管電力質(zhì)量嚴(yán)格規(guī)范和框架且仍滿足數(shù)十年來的舊有 傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)電力質(zhì)量嚴(yán)格容限標(biāo)準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0049]迄今為止，該行業(yè)提出的解決方案嘗試通過定位于發(fā)電、HV輸電和/或未真正成功 的LV配電來解決因引入DEG的這種日益嚴(yán)峻問題。然而，本發(fā)明通過直接定位于電力使用點 (POU)處理問題，使得每一個POU處可直接恢復(fù)高質(zhì)量電力。因而，本發(fā)明將嚴(yán)格立法且監(jiān)管 的傳統(tǒng)"電網(wǎng)"變換為具有寬容限的一類"開源式能量電網(wǎng)"。在這種"開源式能量電網(wǎng)"中， 個別能量處理單元(EPU)裝置安裝在每一個最終消費者的POU處。這些EPU裝置經(jīng)具體設(shè)計 以容忍極寬范圍的電壓、電流和頻率變動-輸入上的"污電力"，并處理輸入"污電力"以在直 接傳遞于POU處的輸出處產(chǎn)生干凈的高質(zhì)量電力。本發(fā)明然后尤其使得LV配電網(wǎng)絡(luò)能夠處 置數(shù)量日益增多的私人擁有和操作的家用和商用DEG裝置的連接，并同時滿足施加于HV輸 電運營商的嚴(yán)格監(jiān)管和立法的傳統(tǒng)電氣標(biāo)準(zhǔn)的要求。
[0050] 在本文中，使用點（POU)的具體定義是最終消費者與LV電網(wǎng)之間的單個電路連接 終端。因而，EPU可被安裝在最終消費者POU處，但不限于直接安裝在最終消費者住宅中的配 電板、電力連接服務(wù)終端、配電室處、遠(yuǎn)距離地安裝在到單個最終消費者的住宅或負(fù)載的單 個電路連接處、最終消費者住宅內(nèi)部或外部的附近位置中，或電線桿上。本領(lǐng)域一般技術(shù)人 員將觀察到，如本文中定義的POU是其中安裝EPU之處、可介于最終消費者的住宅或負(fù)載與 點對點連接或由最終消費者進(jìn)行的任何單個電路連接的LV電網(wǎng)之間。
[0051] 最終消費者的具體定義包括能量電網(wǎng)上的常規(guī)電力消費者和連接到能量電網(wǎng)的 DEG裝置的業(yè)主和/或運營商。
【附圖說明】
[0052] 下文參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實施方案，其中：
[0053]圖1是1800年代后期的發(fā)電和配電網(wǎng)絡(luò)的邏輯圖；
[0054]圖2是1900年代的發(fā)電和配電網(wǎng)絡(luò)的邏輯圖；
[0055]圖3是具有DEG裝置但無本發(fā)明方案的當(dāng)前發(fā)電和配電網(wǎng)絡(luò)的邏輯圖；
[0056]圖4是本發(fā)明的一個實施方案中具有DEG裝置和EPU的發(fā)電和配電網(wǎng)絡(luò)的邏輯圖； [0057]圖5是本發(fā)明的一個實施方案中能量處理單元的配置的方框圖。
【具體實施方式】
[0058]在以下描述中，發(fā)電和配電等的方法和系統(tǒng)被闡述為優(yōu)選實例?？梢岳斫獾氖?，本 領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，作出包括添加和/或替換的修 改。下面的描述中可能省略一些具體細(xì)節(jié)以免混淆;然而，這里的公開是要使得本領(lǐng)域技術(shù) 人員能夠在不過度實驗的情況下即可實施本發(fā)明。
[0059] 隨著對允許這些私人擁有和操作的家用和商用DEG裝置連接到LV配電網(wǎng)絡(luò)的解除 監(jiān)管的電力質(zhì)量的負(fù)面影響日益增多、尤其隨著對FIT的進(jìn)一步立法和許多國家的類似許 可，在添加復(fù)雜的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)和控制算法到電網(wǎng)（"智能電網(wǎng)"）方面嘗試要解決的工業(yè)問 題變得嚴(yán)峻。然而，這種方法是昂貴的、復(fù)雜的，且將巨大的電力系統(tǒng)聯(lián)合在一起將需要數(shù) 年，且同時其將不會改善當(dāng)前情況(允許數(shù)量日益增多的私人擁有和操作的家用和商用DEG 裝置連接到配電網(wǎng)絡(luò))或不能解決日益增多的復(fù)雜負(fù)載的添加和改變整個配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載 和功率因子。
[0060] 電力行業(yè)中的許多人表達(dá)的主要擔(dān)憂是整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因為日益增多的 私人擁有和操作的家用和商用DEG裝置的安裝將不但使局部LV配電網(wǎng)絡(luò)降級，而且可危及 HV輸電電網(wǎng)，這是因為更多的中央發(fā)電公用設(shè)施因從DEG裝置產(chǎn)生并負(fù)載到LV配電網(wǎng)絡(luò)上 的能量增加和一般來說可再生設(shè)備增加而減少容量和空轉(zhuǎn)備用。由于中央發(fā)電廠公用設(shè)施 空轉(zhuǎn)備用降低且通過一系列且日益增多的私人擁有和操作的家用和商用DEG裝置傳遞到LV 配電網(wǎng)絡(luò)的更多波動能量，網(wǎng)絡(luò)電壓和頻率跳閘的機會和另外由于HV電網(wǎng)故障不能用不足 的空轉(zhuǎn)備用來補償而導(dǎo)致的大規(guī)模運行中斷的潛在性日益增加。
[0061] 本發(fā)明的一方面是完全忽略所安裝且主要連接到LV配電網(wǎng)絡(luò)的無數(shù)個和多種類 型的私人擁有和操作的家用和商用DEG裝置的嚴(yán)峻且日益增多的問題的配電系統(tǒng)，所述LV 配電網(wǎng)絡(luò)最初并未是針對近期DEG演變外加日益增多的復(fù)雜負(fù)載的添加、改變整個配電網(wǎng) 絡(luò)的負(fù)載和功率因子而設(shè)計或甚至所預(yù)期。
[0062] 根據(jù)一方面，本發(fā)明將嚴(yán)格立法且監(jiān)管的傳統(tǒng)"電網(wǎng)"變換為具有寬容限的一類" 開源式能量電網(wǎng)"。在這種"開源式能量電網(wǎng)"中，個別能量處理單元(EPU)裝置安裝在每一 個最終消費者的POU處。這些EPU裝置經(jīng)具體設(shè)計以容忍極寬范圍的電壓、電流和頻率變動-輸入上的"污電力"，并處理輸入"污電力"以在直接傳遞于POU處的輸出處產(chǎn)生干凈的高質(zhì) 量電力。
[0063] EPU可僅僅安裝在每一個POU處且LV配電網(wǎng)絡(luò)沒有任何變化，使得可安裝和連接的 DEG裝置的質(zhì)量和數(shù)量沒有限制，因此本發(fā)明允許近期演變?yōu)?電網(wǎng)"以演變?yōu)?開源式能量 電網(wǎng)"，使得EHJ處理"污電力"以直接在POU處產(chǎn)生"干凈電力"。
[0064]例如，在根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的一種配置中，到EPU的輸入可被設(shè)計為接受 +-25%的電壓容限，且在POU處為+-2%時在其輸出處用并入EPU的自動調(diào)壓(AVR)傳遞電 壓。因此，例如，LV配電網(wǎng)絡(luò)電壓容限可被放寬到+-25%，輸電電網(wǎng)可被放寬到+-10%，且另 外DEG裝置輸出電壓滿足+-10%。因此，由于EPU的安裝且電力質(zhì)量容限被加寬以允許配電 網(wǎng)絡(luò)和電網(wǎng)電力質(zhì)量波動，且EPU在POU處傳遞高電力質(zhì)量，DEG的發(fā)展可隨著配電和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn) 定性的增加以及POU處的高識破的電力質(zhì)量而繼續(xù)進(jìn)行，而不限制可連接到LV配電網(wǎng)絡(luò)的 DEG裝置的數(shù)量。
[0065]另外由于EPU安裝在POU處且配電網(wǎng)絡(luò)由于連接日益增多的私人擁有和操作的家 用和商用DEG裝置而出現(xiàn)的波動和穩(wěn)定性增加的潛在電力質(zhì)量問題且由于POU修正所有或 一些這樣的嚴(yán)格傳統(tǒng)容限，無關(guān)于LV配電網(wǎng)絡(luò)上的廣泛的電力質(zhì)量起伏、尤其電壓、PFdg 波和電流不平衡，另外在大幅節(jié)能方面均存在另外的優(yōu)勢，因為EPU在POU處的輸出高電力 質(zhì)量受到嚴(yán)格控制，因此大幅節(jié)能也是可行的。
[0066]在根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的另一配置中，因為運用串聯(lián)電壓方法，EPU的輸出 電壓被調(diào)節(jié)且被保持為嚴(yán)格標(biāo)稱電壓和容限（這無關(guān)于且獨立于EHJ的輸入處的高配電電 壓)且還因為EPU是雙向的，所以連接到EPU的輸出的任何過多能量被返回傳遞到其輸入且 傳遞到HV配電網(wǎng)絡(luò)上，而無關(guān)于配電網(wǎng)絡(luò)上的高電壓。然而，當(dāng)DEG接口連接到EPU輸出時， DEG接口控制電子器件只得到并感測標(biāo)準(zhǔn)且標(biāo)稱的經(jīng)調(diào)節(jié)EPU輸出，因此DEG接口電子器件 將繼續(xù)在全能量回收的情況下正常操作。因而，本發(fā)明的EPU解決了與LV配電網(wǎng)絡(luò)上的DEG 設(shè)備的數(shù)量日益增加相關(guān)聯(lián)的問題。
[0067] 圖4示出了連接到EPU 401輸出的DEG 402,它還連接到實際住宅P0U。因為EPU 401 用作串聯(lián)調(diào)壓器而操作，基本上將DEG接口與高配電電壓"隔離"，所以DEG接口和能量回收 正常地操作，這是因為DEG控制器件僅發(fā)現(xiàn)或感測固定且設(shè)置的標(biāo)稱EPU調(diào)節(jié)輸出電壓，且 任何過多的DEG能量通過雙向EPU而返回傳遞到連接到配電網(wǎng)絡(luò)的EPU輸入，而無關(guān)于配電 網(wǎng)絡(luò)上的高電壓，從而允許標(biāo)準(zhǔn)的FIT用于用戶。
[0068]在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的另一配置中，代替并入EPU中的全AVR的是，EPU可 針對最大節(jié)能而利用守恒降壓(CVR)來設(shè)計，因此EPU在低電壓AC電源的條件下可用僅降壓 AC調(diào)壓器結(jié)合串聯(lián)旁路接觸器針對較低成本和另外的節(jié)能來配置。因此代替EPU的是，利用 全AVR(將電壓增壓到設(shè)置的經(jīng)調(diào)節(jié)輸出電壓，但是僅僅在結(jié)合串聯(lián)旁路接觸器使用具有降 壓AC調(diào)壓器的EPU時將損失另外的節(jié)能）。例如，在EPU的這種節(jié)能優(yōu)化配置中，本發(fā)明涉及 優(yōu)化EPU的節(jié)能且還防止電氣負(fù)載過電壓且防止高AC輸入電壓的能耗超過最優(yōu)能耗水平。 在輸入電源AC電壓下降到選定最優(yōu)水平以下的情況下，如同在EPU中利用全AVR，全AVR不但 繼續(xù)使用其內(nèi)部電力電子器件來將低輸入AC電壓增壓到設(shè)置的經(jīng)調(diào)節(jié)輸出AC電壓，而且 AVR將輸入AC電源電壓增加或增壓到設(shè)置的最優(yōu)輸出節(jié)能電壓等級，然后節(jié)能在低輸入電 源AC電壓下將不會被優(yōu)化，因為輸入電流（因此輸入功率)將隨著全AVR將低電源輸入AC電 壓增加或增壓而增加。
[0069] 在本發(fā)明的這個優(yōu)選實施方案中，如果輸入AC電源電壓下降到最優(yōu)節(jié)能電壓或較 低選定電壓點以下，那么EPU中的降壓電力電子器件被斷開以節(jié)省降壓AC調(diào)壓器內(nèi)部電力 電子器件的使用，且串聯(lián)旁路接觸器被激活，使得較低電源電壓被直接傳遞到電氣負(fù)載，因 此實現(xiàn)的節(jié)能大于交替EPU配置中使用全增壓AVR的情況。本發(fā)明的原理可輕易地適用于任 何多相AC系統(tǒng)，諸如單相或3相電氣系統(tǒng)。
[0070] 例如，在全世界的電氣系統(tǒng)中，最終的LV配電電壓大體上是110/120VAC系統(tǒng)或 220/230/240VAC系統(tǒng)，但是全世界大部分系統(tǒng)針對LV配電電壓而被標(biāo)準(zhǔn)化為標(biāo)稱120VAC或 230VAC系統(tǒng)。另外，存在標(biāo)準(zhǔn)化且立法的電氣系統(tǒng)規(guī)范，且尤其待傳遞到家用和商用住宅的 配電板的配電電壓等級和容限。例如，在美國，家用和商用住宅的標(biāo)準(zhǔn)配電電壓是120VAC (由FERC/NERC規(guī)定)和最大+5%且最小-5%的電壓容限。在諸如澳大利亞（由AS60038規(guī)定） 和英國（由EN50160規(guī)定）的較高電壓230VAC系統(tǒng)中，允許的電壓容限被規(guī)定為+10%最大值 和-6%最小值。雖然工業(yè)中可接受的是過電壓等級可能更高且接受+10%的過電壓和-10% 的欠電壓作為極限，但是仍然是可接受的。但是這些極端和最大電壓在被施加于被設(shè)計為 標(biāo)稱規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)電壓(諸如美國的120VAC以及澳大利亞和英國的230VAC)的電氣設(shè)備和電氣 用具(尤其電動機)時，不但耗能（由于另外的較高工作電壓)而且不會最優(yōu)地執(zhí)行，電動機 和變壓器可能過熱、縮短工作壽命且可永久地?fù)p壞連接到電氣系統(tǒng)的任何設(shè)備。
[0071] 因此，對于美國來說，與標(biāo)稱120VAC相差+5%最大電壓的電壓范圍是126VAC，且相 差+10%過電壓等級的電壓范圍是132VAC，且相差-5%最小值的電壓范圍是114VAC，在-10%過電壓下是108VAC。工業(yè)中通常接受的是，美國的輸電和配電運營商將114VAC的最小 電壓傳遞到住宅配電板，且允許到諸如家庭住宅中的電氣用具的實際負(fù)載的另一3.5%電 壓降(針對110VAC的最小值估計）。
[0072] 為了將與120VAC的標(biāo)稱電壓相差所允許的電壓容限內(nèi)的規(guī)定范圍的電壓傳遞到 局部電力島配電網(wǎng)絡(luò)上的每一個家用或商用住宅，其要求到局部電力島配電網(wǎng)絡(luò)的輸入處 的電壓更高，這是由于因電線和系統(tǒng)導(dǎo)體的電阻而沿配電網(wǎng)絡(luò)的物理電線連續(xù)發(fā)生的電壓 降。因此，通?？拷潆娋W(wǎng)絡(luò)局部電力島的變電站的住宅將發(fā)現(xiàn)較高的最大電壓范圍，且進(jìn) 一步沿局部電力島配電網(wǎng)絡(luò)將發(fā)現(xiàn)較低的電壓范圍。因此對于美國來說，針對標(biāo)稱120VAC 局部電力島配電網(wǎng)絡(luò)，電壓范圍可從126VAC或甚至更高降低到114VAC或甚至更低。
[0073] 類似地，對于標(biāo)稱230VAC的國家，諸如澳大利亞和英國，針對標(biāo)稱230VAC局部電力 島配電網(wǎng)絡(luò)，電壓范圍可從253VAC或在局部電力島變電站處甚至更高降低到216VAC或沿配 電網(wǎng)絡(luò)甚至更低。
[0074] 因此，已對局部電力島配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了大規(guī)模投資以使所有家用和商用住宅的所 傳遞電源AC電壓的容限最小化，但是這因日益增多的使用和復(fù)雜的電子負(fù)載被添加到家用 和商用住宅外加改變負(fù)載和功率因子而變得更加困難。在例如美國，現(xiàn)在有很多家用和商 用樓宇工業(yè)使用的電力。由于與DEG相關(guān)聯(lián)的前述問題，就電力系統(tǒng)復(fù)雜性、電壓范圍波動 和尤其過壓來說，所述問題大幅嚴(yán)重化。
[0075] 電氣和電子設(shè)備以及電氣用具(尤其電動機)被具體設(shè)計以在標(biāo)稱規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)電壓 (諸如美國的120VAC和其它230VAC國家，以及澳大利亞、英國的230VAC和其它230VAC國家） 下操作。超過標(biāo)稱設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)電壓的電壓不但可損壞所連接的電氣和電子設(shè)備，而且其耗能 比所需要的更多，電動機和變壓器可能過熱，因此通常存在優(yōu)化性能和傳遞最大節(jié)能的優(yōu) 化電壓。因此例如，在針對最大節(jié)能利用CVR優(yōu)化的EPU中，最優(yōu)節(jié)能電壓被選擇作為標(biāo)稱電 壓電源-5%以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備性能，且最大化節(jié)能。使得節(jié)能設(shè)置電壓對于標(biāo)稱120VAC系統(tǒng) 來說可為114VAC，且對于標(biāo)稱230VAC系統(tǒng)來說可為220VAC，或可選擇其它較低節(jié)能電壓，且 這僅僅是明確示出概念的實例。
[0076] 因此，在本發(fā)明的這個優(yōu)選實施方案中，只需要降壓AC調(diào)壓器結(jié)合串聯(lián)旁路接觸 器工作，且降壓AC調(diào)壓器的輸出電壓對于標(biāo)稱120VAC系統(tǒng)被設(shè)置為114VAC的節(jié)能水平，且 對于230VAC被設(shè)置為220VAC的節(jié)能水平，因此在極端或過電壓的條件下，降壓AC調(diào)壓器將 到負(fù)載的輸出電壓保持在選定設(shè)置的節(jié)能電壓。在輸入AC電源電壓下降到節(jié)能設(shè)置電壓 (在這個實例中，對于標(biāo)稱120VAC系統(tǒng)，114VAC，且對于標(biāo)稱230VAC系統(tǒng)，220VAC)以下的條 件下，如果使用全AVR，那么全AVR將不但使用內(nèi)部電力來將低輸入電源AC電壓增加或增壓， 而且將不會節(jié)省與本發(fā)明一樣多的能量，因為在設(shè)置節(jié)能電壓以下，控制電子器件將感測 低輸入AC電源電壓，切斷節(jié)省內(nèi)部能量的降壓AC調(diào)壓器電力電子器件，且激活串聯(lián)旁路接 觸器，因此低電源AC輸入電壓現(xiàn)在被直接施加于負(fù)載，使得在降壓AC調(diào)壓器保持連接在電 路中時使電壓降最小化，且憑借于通過串聯(lián)旁路接觸器將這個低輸入電源AC電壓直接施加 于負(fù)載來實現(xiàn)另外的節(jié)能。另外當(dāng)輸入電源AC電壓增加到設(shè)置節(jié)能電壓以上時，串聯(lián)旁路 接觸器被切斷，且降壓AC調(diào)壓器被激活以將到負(fù)載的輸出AC電壓調(diào)節(jié)為節(jié)能電壓等級，而 無關(guān)于配電網(wǎng)絡(luò)上的較高和極端過電壓。
[0077]在本發(fā)明的另一實施方案中，具有僅僅結(jié)合串聯(lián)旁路接觸器工作的降壓AC調(diào)壓器 的具體節(jié)能EPU并有如許多"智能儀表"中設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信。以這種方式，利用CVR的節(jié) 能EPU可被稱為"節(jié)能儀表"，因為其不但執(zhí)行并報告為通過"智能儀表"數(shù)字通信的各種標(biāo) 準(zhǔn)模式通信的"智能儀表"，而且其可節(jié)能。
[0078]為了說明EPU輸出電壓降低到最優(yōu)節(jié)能水平（在這個實例中，對于120VAC系統(tǒng)， 114VAC，且對于230VAC或240VAC系統(tǒng)，220VAC)，可實現(xiàn)10%到15%的節(jié)能，且在低于120VAC 系統(tǒng)中的114VAC或230VAC或240VAC系統(tǒng)中的220VAC以下的低電壓條件下在僅僅結(jié)合串聯(lián) 旁路接觸器使用降壓AC調(diào)壓器的這種較低成本節(jié)能EPU(代替利用全AVR的EPU)中將增加這
[0079] EPU可被設(shè)計為在雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)中工作，雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)可用于將EPU裝置 和LV配電網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)傳送到中央位置。這種傳輸數(shù)據(jù)可用來修改EPU裝置的操作以緩解LV 配電網(wǎng)絡(luò)問題，且另外EPU電力島可被隔離為用作所述局部電力區(qū)域中的"微電網(wǎng)"（圖4中 的403)操作，且由于LV配電網(wǎng)絡(luò)上放寬了電力質(zhì)量容限，LV配電網(wǎng)絡(luò)或微電網(wǎng)可在更寬的 電力質(zhì)量波動下操作，而EPU處理所述"污電力"以傳遞POU處的"干凈電力"。另外，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 可在更寬的電力島區(qū)域上使用以修改發(fā)電廠、輸電電網(wǎng)、DEG和EPU的整體交互和操作以維 持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是在電力系統(tǒng)上的較寬電力質(zhì)量容限的情況下，由于安裝了EPU， 其允許在增加配電電力質(zhì)量波動的情況下更容易進(jìn)行整體系統(tǒng)控制，而EPU仍然在POU處傳 遞高電力質(zhì)量的"干凈電力"。
[0080] AC電源上存在調(diào)節(jié)電壓的兩種方式。一種方式是串聯(lián)調(diào)壓，其中AC輸入和AC輸出 被"解耦"使得只有未經(jīng)調(diào)節(jié)輸入AC電壓與規(guī)定且固定的經(jīng)調(diào)節(jié)輸出AC電壓之間的電壓差 被電力電子器件處理。另一種方法是分流調(diào)節(jié)，其中AC電壓是通過注入與電源分流或并聯(lián) 的規(guī)定電流且調(diào)整被接合內(nèi)部存儲裝置(諸如高電壓電解質(zhì)電容器）的電力電子器件注入 或吸收的規(guī)定電流的水平而改變。分流調(diào)節(jié)方法因此通過驅(qū)動或吸收接合跨電源線阻抗或 電阻的內(nèi)部存儲裝置的規(guī)定電流來控制AC電源線電壓。
[0081] 根據(jù)本發(fā)明的實施方案的EPU調(diào)壓是通過串聯(lián)調(diào)壓方法進(jìn)行，所述串聯(lián)調(diào)壓方法 包括(但不限于）以下美國臨時實用專利申請案中公開的串聯(lián)AC高頻調(diào)壓器技術(shù)：第61/ 913,935號、第61/913,934號和第61/908,763號。串聯(lián)調(diào)壓方法具有優(yōu)于分流調(diào)節(jié)方法的巨 大優(yōu)勢。分流調(diào)節(jié)方法需要產(chǎn)生大量電流來改變其中AC線阻抗極低的條件下的電壓差。AC 線阻抗通常遠(yuǎn)小于Iohm，且在許多情況中可小于O.lohm，且另外取決于線條件而改變。因 此，分流調(diào)節(jié)方法是不足的且其驅(qū)動足夠多電流到低線阻抗以在廣大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電壓的能 力有限，且在一些情況下，極低線阻抗不能產(chǎn)生或吸收足夠多電流來修正所需電壓。如本發(fā) 明中所使用的串聯(lián)調(diào)壓方法高度有效、無需分流配置所需要的內(nèi)部存儲裝置(諸如不可靠 的高電壓電解質(zhì)電容器），且可在輸入AC電壓的極寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)AC輸出電壓，獨立于線阻 抗，且可單獨用作獨立AC串聯(lián)調(diào)壓AVR。
[0082]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的EPU的配置，且以下表格列出了其在解決 前述電力質(zhì)量問題方面的操作參數(shù)。
[0085] 本發(fā)明的前述描述已出于說明和描述目的而提供。其不旨在詳盡或?qū)⒈景l(fā)明限于 所公開的精確形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白許多修改和變動。
[0086] 實施方案經(jīng)選取和描述以最佳地解釋本發(fā)明的原理和其實際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng) 域技術(shù)人員能夠針對各個實施方案且在適用于所預(yù)期的特定使用的各種修改的情況下理 解本發(fā)明。希望本發(fā)明的范圍是由以下權(quán)利要求書和其等同物界定。
【主權(quán)項】
1. 一種具有分布式發(fā)電的配電系統(tǒng)，其特征在于，包括： 配電網(wǎng)絡(luò)； 一個或多個能量處理單元，其各自直接安裝在一個或多個使用點中的一者處； 其中所述能量處理單元中的每一者具有連接到所述配電網(wǎng)絡(luò)的輸入連接、以及連接到 安裝所述能量處理單元的所述使用點處的負(fù)載和分布式發(fā)電裝置中的一者或多者的輸出 連接； 其中所述能量處理單元中的每一者，在其輸出處基于來自所述配電網(wǎng)絡(luò)中的所述能量 處理單元輸入處的未經(jīng)調(diào)節(jié)輸入電壓，產(chǎn)生一個經(jīng)調(diào)節(jié)輸出電壓； 其中所述能量處理單元中的每一者包括串聯(lián)調(diào)壓器且使用串聯(lián)調(diào)壓方法結(jié)合一個或 多個電力質(zhì)量功能中的至少一者產(chǎn)生其經(jīng)調(diào)節(jié)輸出電壓； 其中所述能量處理單元中的每一者是雙向的，允許在安裝所述能量處理單元的所述使 用點處的任何分布式發(fā)電裝置產(chǎn)生的過多能量的能被回收被返回傳遞到所述能量處理單 元輸入且返回傳遞到所述配電網(wǎng)絡(luò)上;和 其中所述能量處理單元的所述輸出連接處的所述經(jīng)調(diào)節(jié)輸出電壓允許當(dāng)所述配電網(wǎng) 絡(luò)中的所述未經(jīng)調(diào)節(jié)輸入電壓高于經(jīng)調(diào)節(jié)上限時進(jìn)行連續(xù)能量回收。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個電力質(zhì)量功能包括功率因子控制、 負(fù)載平衡、電壓平衡、諧波修正和頻率控制。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述配電網(wǎng)絡(luò)中的所述未經(jīng)調(diào)節(jié)輸入電壓被允許 與標(biāo)稱電壓變化相差±25%的容限、與標(biāo)稱電壓不平衡相差±10%的容限、與標(biāo)稱電壓諧 波相差±10%的容限，低功率因子被修正到0.98以上、與標(biāo)稱電流不平衡相差±10%、與標(biāo) 稱頻率偏差相差±5%。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述配電網(wǎng)絡(luò)中的所述未經(jīng)調(diào)節(jié)輸入電壓被允許 高于立法的電力質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)容限的容限。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述能量處理單元配備有雙向數(shù)據(jù)通信裝置以與 所述配電網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電廠和電力輸電運營商進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述能量處理單元中的每一者中的所述串聯(lián)調(diào)壓 器是第61/896,635號美國專利申請中定義的串聯(lián)高頻交流調(diào)壓器。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述能量處理單元中的每一者中的所述串聯(lián)調(diào)壓 器是第61 /896，639號美國專利申請中定義的串聯(lián)高頻交流調(diào)壓器。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述能量處理單元中的每一者中的所述串聯(lián)調(diào)壓 器是第61/908,763號美國專利申請中定義的串聯(lián)高頻交流調(diào)壓器。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述能量處理單元中的每一者中的所述串聯(lián)調(diào)壓 器是第61/913,934號美國專利申請中定義的串聯(lián)高頻交流調(diào)壓器。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述能量處理單元中的每一者中的所述串聯(lián)調(diào)壓 器是第61/913,935號美國專利申請中定義的串聯(lián)高頻交流調(diào)壓器。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述能量處理單元中的每一者還包括串聯(lián)旁路接 觸器且使用守恒降壓方法實現(xiàn)節(jié)能;其中所述守恒降壓方法包括： 當(dāng)所述未經(jīng)調(diào)節(jié)輸入電壓高于所述經(jīng)調(diào)節(jié)上限時通過所述串聯(lián)降壓器傳遞所述未經(jīng) 調(diào)節(jié)輸入電壓;和 當(dāng)所述未經(jīng)調(diào)節(jié)輸入電壓低于所述經(jīng)調(diào)節(jié)上限時通過所述串聯(lián)旁路接觸器傳遞所述 未經(jīng)調(diào)節(jié)輸入電壓。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述能量處理單元中的每一者中的所述串聯(lián)調(diào) 壓器是第61/896,635號美國專利申請中定義的串聯(lián)高頻交流調(diào)壓器。13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述能量處理單元中的每一者中的所述串聯(lián)調(diào) 壓器是第61 /896，639號美國專利申請中定義的串聯(lián)高頻交流調(diào)壓器。14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述能量處理單元中的每一者中的所述串聯(lián)調(diào) 壓器是第61/908,763號美國專利申請中定義的串聯(lián)高頻交流調(diào)壓器。15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述能量處理單元中的每一者中的所述串聯(lián)調(diào) 壓器是第61/913,934號美國專利申請中定義的串聯(lián)高頻交流調(diào)壓器。16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述能量處理單元中的每一者中的所述串聯(lián)調(diào) 壓器是第61/913,935號美國專利申請中定義的串聯(lián)高頻交流調(diào)壓器。
【文檔編號】H02J3/00GK106068588SQ201480060505
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2014年10月10日 公開號201480060505.5, CN 106068588 A, CN 106068588A, CN 201480060505, CN-A-106068588, CN106068588 A, CN106068588A, CN201480060505, CN201480060505.5, PCT/2014/88325, PCT/CN/14/088325, PCT/CN/14/88325, PCT/CN/2014/088325, PCT/CN/2014/88325, PCT/CN14/088325, PCT/CN14/88325, PCT/CN14088325, PCT/CN1488325, PCT/CN2014/088325, PCT/CN2014/88325, PCT/CN2014088325, PCT/CN201488325
【發(fā)明人】斯圖爾特·尼爾喬治
【申請人】逸節(jié)電子有限公司