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用于具有并网负载的本地电源的功率输送管理

阅读：1026发布：2020-07-01

专利汇可以提供用于具有并网负载的本地电源的功率输送管理专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且功率输送系统提供生成的功率的功率因数调节。接收来自本地电源的功率，并将其转换为可用AC功率，并调节功率因数至期望值。该期望值可以是等于一或接近一的功率因数，或期望的功率因数可以响应于电网的情况、建立的价目表和/或对本地电源做出的远程确定。许多电源和功率输送系统可以被放在一起且被控制作为电源场所以输送功率至具有特定功率因数特性的电网。所述场所可以为多个用户建筑的群组。为了更有效的DC功率转换，AC功率还可以在由AC-DC电源使用之前被调节。，下面是用于具有并网负载的本地电源的功率输送管理专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于具有并网负载的本地电源的功率输送管理的方法，该方法包括：
在功率转换器处接收来自本地电源的直流DC功率，当本地负载连接至电网时，所述本地电源和所述功率转换器电力地位于至公共电网的连接点的同侧，其中所述本地负载包括所述电网的用户建筑；
接收关于具有相对于所述电网的AC 电压的相位的目标周期波形的特征形状和相位信息；
使用所述功率转换器将所述DC功率转换为用于传送至所述本地负载的交流AC功率，其中包括基于参考输出波形生成输出电流波形，所述参考输出波形表示基于接收到的特征形状和相位信息的所述目标周期波形的理想形式；
通过相对于所述电网电压的相位控制生成的电流输出波形的相位，来调节所述AC功率的功率因数，其中包括相对于所述电网的AC电压设置所述参考输出波形来以任意期望的功率因数生成所述输出电流波形；以及
在所述电网的所述本地负载侧上传送调节后的AC功率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述功率转换器处接收包括：
在安装在所述用户建筑上的微逆变器处接收。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，接收来自所述本地电源的功率包括：接收来自亚稳态电源的功率。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，接收来自亚稳态本地电源的功率包括：
接收来自太阳能电源、潮汐能电源、风能电源或热耦合热源的功率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，调节所述功率因数还包括：
用输出硬件生成所述输出电流波形；
对所述输出电流波形采样；
将所述输出电流波形与所述参考输出波形进行比较；
基于将所述输出电流波形与所述参考输出波形进行比较生成反馈信号；以及基于所述反馈信号在运行时调整所述输出硬件的操作，其中调整所述输出硬件的操作使所述输出电流波形趋近于所述参考输出波形和相位。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，调节所述功率因数还包括：
通过使用基于表格的相位调整来调整生成的AC电流的相位，以调节所述功率因数。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，调节所述功率因数还包括：
基于所述电网的情况来调节生成的AC电流的所述功率因数。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，基于所述电网的情况调节所述功率因数还包括：
测量来自所述用户建筑的所述电网的一种或多种情况。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，基于所述电网的情况调节所述功率因数还包括：
接收来自所述连接点的另一侧的指示功率因数调整的远程通信；以及
响应于接收到所述远程通信来调整所述功率因数。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，接收所述远程通信包括：
通过因特网、蜂窝通讯系统、无线电或WiFi 接口来接收通信。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，基于所述电网的情况调节所述功率因数还包括：
接收来自所述连接点的相同侧上的指示功率因数调整的主控制器的通信；以及响应于接收到所述通信来调整所述功率因数。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，调节所述功率因数包括：
响应于所述电网的情况使所述功率因数远离一。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，调节所述功率因数包括：
调整所述功率因数至接近一。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，调节所述功率因数还包括：
基于最佳利益分析来调节生成的AC电流的功率因数，包括考虑由所述电网的公共事业设置的电费价目表。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，传送调节后的AC功率还包括：
传送调节后的AC功率至所述电网。
16.一种逆变器装置，该逆变器装置包括：
输入硬件，用于接收来自本地电源的直流DC功率，当本地负载连接至电网时，所述本地电源和所述逆变器电力地位于至公共电网的连接点的同侧，其中所述本地负载包括所述电网的用户建筑；
逆变器硬件，用于将所述DC功率转换为用于传输至所述本地负载的交流AC功率，其中包括接收关于具有相对于所述电网的AC电压的相位的目标周期波形的特征形状和相位信息以及基于参考输出波形生成输出电流波形，所述参考输出波形表示基于接收到的特征形状和相位信息的所述目标周期波形的理想形式；
功率因数调节硬件，用于通过相对于所述电网的电压的相位控制生成的电流输出波形的相位来调节所述AC功率的功率因数，其中包括相对于所述电网的AC电压补偿所述参考输出波形来以任意期望的功率因数生成所述输出电流波形；以及
输出硬件，用于在所述电网的所述本地负载侧上传送调节后的AC功率。
17.根据权利要求16所述的逆变器装置，其中，所述功率因数调节硬件还包括：
软件算法，用于本地地确定功率因数调节。
18.根据权利要求16所述的逆变器装置，该逆变器装置还包括：
远程控制机构，用于接收来自提供用于确定功率因数调节的输入的远程设备的命令。
19.一种用于本地电源的功率输送管理的方法，该方法包括：
在AC/DC电源处接收交流AC功率；
通过相对于所述电源的AC电压的相位控制所述AC功率的电流的相位来调节所述AC功率的功率因数，其中控制所述相位包括调整所述AC功率的电流的相位以与所述AC电压的相位同相，包括基于参考输入波形生成输入电流波形，所述参考输入波形表示所述电源的AC电压的理想形式；
将调节后的AC功率转换为直流DC功率；以及
传送所述DC功率至所述电源的负载。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，调节所述功率因数还包括：通过基于表格的相位调整来调整AC电流的相位，以调节所述功率因数。

说明书全文

用于具有并网负载的本地电源的功率输送管理

[0001] 相关申请信息

[0002] 本申请为2009年2月19日提交的美国临时专利申请序列号61/153,940标题为“Power Transfer Management for Local Power Sources of a Grid-Tied Load”的、2009年3月31日提交的美国临时专利申请序列号61/165,167标题为“Power Transfer Management for Local Power Sources of a Grid-Tied Load”的、以及2009年11月20日提交的美国临时专利申请序列号61/263,239标题为“Automatic and Remote Management of Power Factor in Grid-Tied Solar Photovoltaic Systems”的非临时性专利申请，并要求这些申请的优先权的权益。

技术领域

[0003] 本发明的实施方式涉及功率转换，并且本发明的实施方式更具体地涉及从本地电源(local power source)到连接到公共电网(utility power grid)的负载的功率输送管理。

背景技术

[0004] 随着时间的推移，已经做了许多努力来使用本地电源补充来自公共电网的能量需求。常见的例子包括具有光伏(PV)逆变器的太阳能电池。其它例子可以使用风能，或其它自然产生的能源，诸如地热能。这样的能源与从传统电网中抽取的功率联合使用，以希望降低从电网抽取的功率(和随之产生的成本)。这样的系统被设计为从电源传输功率至包括本地负载和电网两者的负载。因此，从本地电源的角度来看，传统设计把本地负载和电网同等对待为来自该系统的功率传输的目标。因此，在实践中，这样的系统总是提供有功功率和无功功率两者给本地负载。

[0005] 从本地电源至本地负载的功率输送通常是低效率的，导致用户浪费本地产生的能量，而被浪费的能力然后从电网中抽取。因此，即使本地电源可以产生大量的表面上看来将满足本地负载需求的功率，本地负载通常仍然必须以对于用户消费者而言可衡量的成本来从电网中抽取有功功率和无功功率。

[0006] 管理公共电网用户用电成本的价格表依赖于许多因素，这些因素包括用户的基本负载的大小、每日所需电的时间以及所需功率的类型(是有功功率还是无功功率)。价格表结构需要用户支付更多，例如，如果是在高峰需求时间内用电，当公共设施具有少量用于紧急情况的储存量时，或例如，如果功率类型为有功功率而非无功功率。通常，在当前的价格表情况下，居民用户不用为无功功率支付，而工业用户需要支付。

[0007] 出于若干原因，对于公用事业而言相比于其曾经的生产，无功功率变得更昂贵。第一，对无功功率的需求相比于对有功功率的需求而言增长的更快，因为许多新的电子电气产品相比于从前需要更多的无功功率。这些产品包括等离子和LCD TV、计算机电源以及并网电力交通工具。第二，相比于有功功率，无功功率沿着长距离传输线的输送更昂贵，因为无功功率导致的电压下降比有功功率导致的电压下降大大约10倍。第三，尽管无功功率可以在本地配电线路上被补偿，从而消除了建造更大的数千米之远的发电站的需求，但是购买和维护补偿器是昂贵的。附图说明

[0008] 下面的描述包括具有通过本发明实施方式的实现的示例的方式给出的图示的附图的讨论。附图应该被理解为是示例的方式而非限制的方式。如本文使用的，对一个或多个“实施方式”的引用应当被理解为描述包括在本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。因此，出现在本文中的诸如“在一个实施方式中”或“在可选实施方式中”之类的短语描述了本发明的各种实施方式和实现方式，且并非必须全部涉及相同的实施方式。然而，也不需要相互排斥。

[0009] 图1至图2各自示出了采用功率因数调节从本地电源向并网负载输送功率的系统的实施方式的框图；

[0010] 图3为用于采用功率因数调节来从本地电源向并网负载传输功率的过程的实施方式的流程图；

[0011] 图4为具有多个电源、功率提取器和多个AC负载的系统的实施方式的框图；

[0012] 图5为采用耦合到硬件波形控制器的软件反馈控制子系统来控制谐波失真的系统的实施方式的框图；

[0013] 图6为控制谐波失真的系统的实施方式的框图；

[0014] 图7为具有多个电源、功率提取器和多个负载的系统的实施方式的框图；

[0015] 图8为功率提取器的实施方式的框图；

[0016] 图9至图13各自示出了功率输送电路的示例的实施方式的框图；

[0017] 图14为从本地电源和公共电网向邻近本地电源的电网负载同时发电的实施方式的框图；

[0018] 图15为功率因数增强型电源的实施方式的框图；

[0019] 图16A至图16B示出了由功率因数调节控制的相位、有功功率和无功功率的实施方式；

[0020] 图17为控制本地负载处的功率因数的系统的实施方式的框图；

[0021] 图18为通过控制本地负载处的功率因数来控制面向电网的连接上的功率因数的系统的实施方式的框图；

[0022] 图19为通过控制电源场所(farm)处的功率因数来控制电网连接处的功率因数的系统的实施方式的框图；

[0023] 图20为功率因数反馈机制的实施方式的框图；

[0024] 图21为用来远程控制功率因数的通信系统的实施方式的框图；

[0025] 图22为采用主/从配置来控制功率因数的系统实施方式的框图；以及[0026] 图23为用于功率因数控制的控制过程的实施方式的框图。

[0027] 下面对一些细节和实现方式的描述包括图(其可以描绘下面描述的一些或全部实施方式)的描述，以及论述本文呈现的创造性概念的其它可能的实施方式或实现方式。下面提供本发明实施方式的概述，之后是参照附图的更详细的描述。

具体实施方式

[0028] 功率因数的实时调节使得能够实现从本地电源到并网本地负载的更有效的功率输送。另外，通过根据总谐波失真控制来降低谐波失真以及采用来自具有动态阻抗匹配的不稳定和可变能源的最大功率提取，能够进一步改善从电源至负载的功率输送。使用来自本地电源的功率的当前系统并不调节来自可变或不稳定电源的生成功率的功率因数。如本文中使用的，“亚稳态的”指的是在其产生功率时可以为不稳定或可变的电源。这样的电源的示例为太阳能电池阵列、风车或其它“绿色”电源。如本文中使用的，“本地”负载和“本地”电源相对于彼此而言是本地的。本地指的是相对于彼此而言位于相同的电气系统上，更具体地，位于电网连接点(例如，来自典型经过功率测量计和断路器箱的电网的“线路输入”)的同侧上。除了针对本领域技术人员显而易见的系统设计的实践限制之外，本地不必暗示任何特定的地理需求。

[0029] 在将作为电源的亚稳态电源附设至并网(本地)负载(即，房屋、公寓、小木屋或其他住所)的现有系统中，没有针对电网功率来考虑功率因数调节。没有考虑功率因数对公共电源用户的重要意义，相反地，却认为对具有大导电性机器的动力公共事业和工业用户具有重要意义。没有针对公共事业用户特别是针对由亚稳态电源产生的功率来考虑功率因数校正的原因是：a)阻抗负载典型地已经被当作是功率因数的控制器，而不是向负载供电的逆变器；以及b)在考虑功率流的工程模型中，本地负载通常不与公共电网侧的常规负载(从本地电源看过去)区分。因此，在与将亚稳态电源附设到电网相关的工程模型中没有考虑到本地负载的最大功率输送。

[0030] 然而，考虑与公共电网侧上的常规负载分离的本地负载并控制到本地负载的功率输送，包括调节生成的功率的功率因数以及最大化至负载的功率输送能够极大地改善功率输送效率。此外，如在下面更详细描述的那样，功率因数调节的使用可以使得由亚稳态电源仅提供有效功率(real power)，而全部的无功功率需求则由电网提供。在某些情况下，电网可以仅提供无功功率，并且无有效功率提供至负载。

[0031] 图1为采用功率因数调节从本地电源向并网负载输送功率的系统的实施方式的框图。系统100表示包括亚稳态电源110、逆变器120、负载Z102和公共电网130的电源系统。负载Z102表示连接至电网130的用户场所(例如住宅)。亚稳态电源110(例如，太阳能电池/阵列、风能发电机或其它时变或绿色电源)和逆变器120对于负载Z102而言是本地的，且提供功率至该负载。更特别地，亚稳态电源110产生可变/不稳定的DC功率源(示为P电源或电源)。由于环境条件，该电源可以为时变的和/或可用功率可以变化。逆变器120表示动态功率提取器和逆变器装置。

[0032] 在常规操作下，DC功率被从电源110抽取，并由逆变器120提取、逆变和动态处理，以动态地产生相对来说无谐波失真和可变性且与来自电网130的AC电压信号完全同相的最大AC电流。使产生的AC电流与电网AC电压同相，产生了具有与负载Z102一致或接近一致的功率因数的AC功率，意味着由负载抽取的全部无功功率都来自电网130。如果电源110产生了满足负载Z102的有效功率需求的足够能量，则仅由负载从电网130抽取的AC功率是或者接近是专用的无功功率。当电源110不能产生足够服务负载的DC功率时，还可以以常规方式从电网抽取有效功率。

[0033] 可选地，如在下面更详细描述的那样，可以有意地将AC电流改变为在一定程度上与电网的AC电压信号异相。因此，单个逆变器120可以以任意期望的功率因数来传送功率以补偿电网130上的功率的条件。

[0034] 逆变器电流(I逆变器)和电网电流(I电网)被示为指向电网130，从而示出了由电源110产生足够的能量以实际上服务具有负载电流(IL)的Z102，并“送还”电网的情况。功率通常可以被送还至电网，且可以适当地补偿提供至电网的功率给用户。此外，送还的情况可以包括提供功率至邻近用户，如下面参照图14详细描述的那样。

[0035] 电网130包括功率计132，该功率计132测量负载Z102消耗的有效功率。典型地，测量电压和电流，从而计算功率。值得注意的是，在从电网仅抽取无功功率的情况下，功率计132将不测量负载Z102所使用的任何功率。

[0036] 如所论述的，在一个实施方式中，由逆变器120传送至负载Z102的功率因数为1.0或接近1.0，用于引入本地负载和引入电网。除了功率因数校正，逆变器120还提供谐波失真校正。在一个实施方式中，逆变器120提供基于表格的(table-based)谐波失真校正。以前的谐波失真技术利用基于硬件的方法或快速傅里叶变换(FFT)。在处理器或控制器上实施的基于表格的方法降低了每个逆变器的成本且相比于典型的硬件实现方式能够更好地进行缩放。

[0037] 除了对于从逆变器120传送的功率而言促使功率因数接近或等于一，逆变器还监控操作条件，且在能源和当前负载变化的情况下动态和实时地提供来自电源110的最大功率。因此，如果由电源110产生的功率的量改变，则逆变器120可以实时地基于那个电源来修改输出。此外，如果负载Z102的阻性条件(例如，诸如真空之类的感应马达被启动)改变，则功率因数校正自动地跟踪负载的需求并调整负载的实时变化。另外，相比于标准所要求的，总谐波失真能够更有效地调节谐波失真，从而通过动态地调节可变且不稳定的电源以及变化的负载能够符合标准要求且改善了系统的性能。

[0038] 应该理解，如果逆变器120的输出电压和电流彼此同相匹配且与电网上的电压同相匹配(例如，通过锁相环，或通过发电采样和反馈机制)，则将从电网吸收任何必要的无功功率。由电源110提供的有效功率越多，电网电压和电网电流更多的异相将局部地位于Z102。如果所有的有效功率都被本地提供，则在负载Z102本地处，电网的电流和电压将异相90度，使得电网有效功率贡献降为0(回想P有效＝(Vmax*Imax/2)cos(V相位-I相位))。

[0039] 图2为采用功率因数调节从本地电源向并网负载输送功率的系统的实施方式的框图。系统200提供了图1的系统100的一个示例。亚稳态电源210为可变或不稳定电源。系统200包括逆变器220，逆变器220包括耦合至DC/AC逆变器224的DC/DC转换器222，DC/DC转换器222和DC/AC逆变器224两者都耦合至控制器(CPU)240并由控制器(CPU)240控制。另外，开关器件S226(例如继电器)选择性地连接逆变器至负载Z202和电网230。

[0040] 控制器240监测从DC/AC逆变器224流出的AC电流以及电网230产生的施加到负载Z202的电压。控制器240控制转换器222的操作的参数242和逆变器224的操作的参数244中的至少一个参数。参数242和/或244可以为功率提取设备的开关信号的占空比(参见下面用于进一步描述的附图)。参数的修改依赖于所监测的电流和电压的品质。当被适当调节的功率可由负载使用时，控制器240还控制开关器件226以将负载耦合至产生的功率(来自电源210的、经由转换器222和逆变器224产生的)。

[0041] 在操作中，控制器240动态监测系统的操作，以相对于由电网230提供的AC电压来以选定的功率因数从电源210提取并产生AC电流(例如，完全同相或者以另外的相位)。当电流被充分地调节并且足够负载使用时，负载和电网均呈现完全的最大有效功率，意味着从电网主要地或仅抽取无功功率。由于功率计232仅记录由负载Z202从电网230抽取的有效功率，而不记录无功功率，所以由本地负载抽取的有效功率没有被开账单。

[0042] 在一个实施方式中，公共电网230包括无功伏安(伏特-安培无功)测量计234，用来监测负载Z202使用的无功伏安。该无功伏安可以通过基于负载处的电网电流和电压的相位执行测量以及基于测量到的值执行计算而被监测。

[0043] 在一个实施方式中，逆变器220包括表格250，其提供了基于表格的方法来控制功率因数。该表格可以包括基于从该系统测量到的输入条件获得的条目，用来获得期望的功率因数。来自并网节点的反馈可以包括电压零交叉、电压振幅和电流波形信息。通过采用这样的信息，控制器240使用表格250来调整转换器222和/或逆变器224的操作。该表格可以包括设定点(setpoint)，该设定点提供系统尝试生成的理想化输出信号。通过将输出性能与输出功率的理想化表现相匹配，相比于传统方式中仅尝试滤波和调整输出而言，能够获得更好的系统性能。

[0044] 尽管以上针对系统100和200提供了某些具体论述，但是总体上，该系统还可以通过下述的内容被描述。使用装置动态地处理亚稳态DC功率来产生单位功率因数(unity power factor)处的最大AC功率和低谐波失真。装置可以被提供为具有将亚稳态电源耦合至负载的电路，诸如连接至负载的电网连接。该装置可以包括具有由功率生成控制器控制的至少一个动态可修改参数(例如，开关控制部件的占空比，用来构建信号的脉冲串的脉冲串周期)的DC/DC转换器和DC/AC转换器(逆变器)。

[0045] 控制器动态地修正这些参数以产生低失真的AC电流。在一个实施方式中，AC电流完全与电网提供的电压同相，因此具有接近一的功率因数，以便全部或大部分的实际有效功率需求都由所述装置提供。因此，如果有的话，仅仅或大部分无功功率将从电网抽取。这样的方法将用从亚稳态DC能源抽取的能量来处理负载的益处最大化，同时最小化了从电网抽取能量的成本。

[0046] 在一个实施方式中，使用用于自适应地修改所产生的AC电流波形的基于表格的方法来执行参数的动态修改，以校正功率因数以及减小总谐波失真。此外，通过使用动态方法(诸如Besser等人在美国公开号2008/0122518A1标题为“Multi Source，Multi-load Systems with a Power Extractor”的申请中描述的以及下面参照图4更详细描述的那样)来提取功率使得能量输送最大化。

[0047] 图3为用于使用功率因数调节来从本地电源向并网负载输送功率的过程的实施方式的流程图。这里所示的流程图提供了各种处理动作序列的示例。尽管示出了特定的序列或顺序，但是除非以其它方式特别指出，否则这些动作的顺序是可以修改的。因此，所示的实现方式应该被理解为仅是一个示例，并且用于建立安全信道的过程可以以不同顺序执行，并且一些动作可以并行执行。此外，在本发明的各种实施方式中，一个或多个动作可以省略；因此，并非全部动作在每个实现方式中都是需要的。其它的过程流是可能的。另外，应该理解，并非所示和所论述的全部操作在每个实施方式中都是必需的，一些操作是可选的。

[0048] 上面针对动态调节所论述的装置的操作在名义上可以分四部分来描述。在第一部分中(例如302-308)，由该装置创建的AC电压被调节成与公共电网的AC电压完全同相。该调节使所生成的AC电压与电网电压同相。在第二部分中(例如，310-314)，转换器的一个或多个参数被控制，直到从该装置获取的AC电流被调节成相对于公共电网的AC电压处于期望的相位(其还与生成的AC电压同相)。在一个实施方式中，期望的相位为完全同相，因此，生成的功率的功率因数达到一。在第三部分中(例如，318-320)，一个或多个参数还可以被进一步控制，直到来自该装置的AC电流的总谐波失真减小为符合要求的水平。在第四部分中(例如，322-326)，一个或多个参数可以被控制，来以非可变、恒定的方式提取并提供来自DC电源的最大有效功率。

[0049] 在第一部分中，在步骤302，生成的AC功率的电压被锁相为电网电压的相位。在步骤304，接收电源功率，以及在步骤306，将该电源功率转换为AC电压和电流。在步骤308，测量电网的电压，并将生成的AC电压的相位锁定为电网的相位。可以采用例如锁相环由控制器来周期性地监测公共电网上的施加到本地负载上的AC电压，并且修改一个或多个参数，直到逆变器AC电压与电网电压同相。

[0050] 在第二部分中，在步骤310，调节功率因数。在步骤312，以周期间隔速率监测由逆变器产生的AC电流，且检测电网电压相位。在一个实施方式中，监测AC电流的周期间隔速率以每秒不少于320次被执行。基于具有预定义值的表格对逆变器参数进行动态修改，直到由逆变器产生的交流AC电流与横跨在负载两端的公共电网电压同相或接近同相。因此，在步骤314，生成的AC电流的相位被锁定为电网电压相位。

[0051] 在第三部分中，在步骤315，进一步调节由该装置生成的AC电流以减少总谐波失真。在步骤318，测量或采样正被生成的输出信号，且在步骤320，通过查表法基于理想信号来调节输出信号。例如，控制器可以在每个周期性的1/320秒间隔期间动态地修改正弦波值表，直到总谐波失真满足预定容差。

[0052] 在第四部分中，最大化DC功率，这导致最大功率输送。该装置可以在电源和负载之间执行阻抗匹配。在步骤326，控制器修改功率提取器参数(例如，装置的参数212、222)，以在当前的电流条件下最大化所提取的电流。可以如下面更详细描述的那样执行这样的功率转换。

[0053] 图4为具有多个电源、功率提取器和多个AC负载的系统的实施方式的框图。系统400表示具有逆变器的功率输送系统。如本领域中所理解的那样，逆变器为从直流(DC)产生交流电流(AC)的电子器件或系统。通常，在方波DC电流转换成正弦AC电流时就完成了DC到AC的转换。逆变器通常为传统光伏(PV)和其它可再生能源系统中的关键部件，因为其负责控制这些能源系统和各种电力负载之间的电流流动。逆变器执行可变DC电源到干净的50-60Hz正弦交流电流(AC)的转换。逆变器还明显地执行最大功率点跟踪(MPPT)以尽可能有效地保持功率生成。本文描述的逆变器还可以具有到中心电站的通信接口，用于传输统计数据和报警。

[0054] 如图所示，功率提取器422可以为逆变器420的一个部件。因此，逆变器系统可以包括作为功率输送元件的功率提取器。系统400包括一个或多个电源412-414，其可以动态耦合到功率提取器422或者与功率提取器422解耦合以提供DC电流。除了功率输送，在系统400中，逆变电路424用作功率提取器422的输出的用户。一个或多个AC负载442-444可以选择性地、动态地耦合至逆变器420以及与逆变器420解耦合，以从逆变电路424接收功率。

[0055] 逆变电路424通常以有效的方式转换功率提取器422的被有效输送的输出功率，以及转换该功率并对该功率滤波。结果是能够获得比使用传统技术实现的系统更高效的逆变器。本文针对将功率分配至一个或多个负载的功率分配策略或其它功率输送的论述，能够如同其应用于其他所描述的实施方式那样，等同地应用于系统400。如在功率提取器422中执行的那样，监测输出功率的类似情形将被应用于逆变电路424中。逆变电路424中的监测功率输出的机制可以不同于功率提取器422中的机制。

[0056] 逆变电路424为算法操作的非线性电流模式功率转换器。逆变器420通过逆变电路424来使用几何结构或拓扑执行其从由功率提取器422提供的输出的电流转换。电流转换拓扑技术在微处理器的控制下将DC功率转换为AC功率。该微处理器可以为与在功率提取器422中使用的微处理器分开的微处理器。AC负载442-444对电压、频率和/或相位的负载要求可以在软件控制下被感测出，从而被实现为期望的电压、频率和/或相位。可选地或另外地(例如，作为替代)，对电压、频率和/或相位的负载要求可以是结构控制的。

[0057] 负载监控器426表示一个或多个部件，可以是硬件、软件或组合(例如，安装有固件控制的硬件)，负载监控器426监测逆变电路424的输出电压(V)、频率(FREQ)和/或相位。基于所检测到的和/或基于规则或外部输入，负载监控器426可以提供配置给逆变电路424。值得注意的是，即使负载监控器在硬件中实现，如果输入是给逆变电路424的微处理器的，则其输入至逆变电路424的输入仍然可以被认为是“受软件控制的”。负载监控器426还可以包括例如到中心电站的通信连接(未示出)，该通信连接发送被传递至逆变电路
424的配置参数。

[0058] 另外地或可选地，对于负载监控器426，逆变器420可以包括更多的“手工”配置机制。这样的配置机制可以包括开关(例如，通常使用的配置“DIP”(双列直插式封装)开关)。还可以使用其它开关或同类机制。DIP开关通常具有一排滑块(slider)或摇杆(rocker)(甚至螺旋式转动机制)，其可以被设置在一个位置或另一个位置。每个开关位置可以配置不同的项，或全部开关位置的组合可以向微处理器提供二进制“数”输入。频率选择432表示用来设置逆变器420的输出频率的配置机制。电压选择434可以用来选择逆变器420的输出电压。相位选择436可以用来选择逆变器420的输出相位。频率选择432、电压选择434和相位选择436的使用使得逆变器420能够正确工作，即使是在逆变器420对电网提供的不正确的电压、频率或相位信息进行操作的情况下。

[0059] 图5为采用耦合至硬件波形控制器的软件反馈控制子系统来控制谐波失真的系统的实施方式的框图。系统500包括电源504、负载506和输出与控制系统502。功率路径510表示从电源504至负载506的电功率的路径，如由输出系统502所控制的那样。

[0060] 输出系统502包括用来接收来自电源504的输入功率并将其转换为另一种形式(例如，DC到AC)的输入功率转换器520。输入功率转换器520包括用于接收功率信号以进行转换的硬件部件，且可以包括适当的功率部件。在一个实施方式中，输入功率转换器520实施动态阻抗匹配，这使得输入电子器件输送来自电源504的最大功率。动态阻抗匹配包括连续跟踪最大功率点，以及驱动输入功率耦合器(例如，变压器)来尽可能地维持平坦的功率斜率(例如，为0的斜率)。输入功率转换器520可以接收来自控制器530的控制信号或信息，以及提供用于指示转换器的操作的输入。

[0061] 输入前馈512向控制器530提供关于电源的信息(例如，最大功率值、适当频率或其它用来控制输入功率转换器硬件的信息)。控制器530基于关于输入功率的输入信息控制输入功率转换器520。控制器530表示可以嵌入输出系统502中的任何类型的处理控制器。控制器530可以为或包括任何类型的微控制器、数字信号处理器(DSP)、逻辑阵列或其它控制逻辑。此外，控制器530可以包括适当的存储器或储存部件(例如，随机存取存储器、只读存储器(ROM)、寄存器和/或闪存)，以储存在操作期间生成或或得的或者预计算的代码或值。

[0062] 控制器530驱动可编程波形发生器540以生成期望的输出波形。发生器540还位于功率路径510上，且接收来自输入功率转换器520的输入功率以进行输出。当输送功率时，没必要以与其接收到的波形相同的波形进行输出。例如，DC信号可以被输出为正弦信号，如图5的示例所示。其它功率转换可以类似于所示和所描述的那样被实现。在一个实施方式中，发生器540包括用于生成输出波形508的PWM。发生器540接收来自控制器530的控制信号和信息，且可以提供状态或操作信息或反馈给控制器530。输出波形可以为电流或电压。

[0063] 输出系统502能够合并特定时序、相位或其它频率信息以生成输出波形508。这样的时序、相位或其它频率信息可以称为“输入同步数据”。在一个实施方式中，这样的输入同步数据从实时负载信息获得，在这种情况下，其可以被称为“负载同步输入”。该负载同步输入或输入同步数据表示确定上面论述的同步信号所需的信息。这样的信息在输出系统502中被指示为输出同步514。在输出被预料的系统中(例如，连接至电网)，某些电压、时序或其它信息可以被预期(例如，在60Hz处为520V)，且初始估计值在启动时由该系统编入或做出。基于负载同步数据，可以调整初始估计值。

[0064] 控制器530还测量偏离功率路径510的输出反馈516，以确定由发生器540生成的实际输出。该实际输出与理想参考进行比较，以确定是否生成了期望的输出。在一个实施方式中，输出反馈516为用于表示控制器530的输出测量的抽象概念(abstraction)，且自身并不包括分离的部件。在一个实施方式中，输出反馈516包括用于与理想参考信号进行比较的采样机制或其它数据选择机制。如果输出反馈516包括与控制器530分离的部件，其可以由控制器530驱动，且接收来自控制器530的比较数据并提供误差或反馈信息。在一个实施方式中，输出反馈516被理解为包括反馈控制过程所需的至少硬件部件，以与输出线接口。此外，输出反馈516可以包括用于执行测量、计算和/或执行处理的其它硬件。

[0065] 输出同步514和输出反馈516两者都可以被看做反馈回路。应该理解，输出同步514和输出反馈516并不是同样的部件，且用作不同的目的。输出同步514指示理想参考信号应该看起来像什么，如存储在参考波形表532中的那样。输出反馈516指示实际输出如何不同于参考信号。更新表534表示响应于输出反馈516而生成的数据。在一个实施方式中，输出同步514是基于与功率路径510的输出相关的电压信息，而输出反馈516是基于在功率路径510的输出处生成的输出电流。

[0066] 基于输出同步514(或基于输出同步的初始估计值)，输出系统502存储和/或生成参考波形表532，该参考波形表532表示期望由发生器540生成的输出波形的理想形式。参考波形表532可以被存储为反映输出波形“应该”看起来像什么的表格或其它点集(或设定点)。当被表示为正弦波形时，可以使用任何周期波形。参考波形表532可以可选地被称作参考波形源。

[0067] 基于输出反馈516，输出系统502生成更新表534，更新表534包括用于指示如何修改发生器540的操作以提供更接近地匹配于参考波形表532的波形的输出的项目或点。虽然被指示为表格，更新表534可以为以一定间隔被修改的存储表(例如，按需对每个项目进行更新，以反映测量到的误差数据)，或可以在每个更新间隔被新生成。更新表534可以可选地被称为更新数据源。所述“更新”可以为旧值的修改、值的替换，或可以存储在由控制器530访问的存储器内的不同位置中。在一个实施方式中，更新表534的每个值表示点集中的每个点的“上”、“下”或无变化。这样的值被施加至控制发生器540的输出的硬件，以使输出信号收敛到期望的理想波形上。

[0068] 从一个角度来看，输出系统502可以被视作具有五个特征或部件。虽然在图5中通过某些框图描述了这些特征，但是应该理解，不同的配置和各种不同的部件可以用来实现这些特征中的一个或多个。出于讨论而非限制的目的，使用诸如“特征1”、“特征2”等等的参考标记来描述这些特征。应该理解，这样的惯例只不过是用于提到所描述的特征或部件的主题的速记，且并非必须指明任何事情的顺序或重要性。

[0069] 特征1可以包括用于并入特定时序、相位或其它频率信息的装置。该装置包括用于生成和接收上面提及的输入同步数据或负载同步输入的硬件和/或软件，其是基于输出同步514的。特征2包括参考波形表532，该参考波形表532可以包括表示输出波形508的理想形式的软件内的数据表或等式。特征3包括控制器530，其可以是或包括将由发生器540生成的实际输出波形与由参考波形表532表示的理想表表示进行比较的软件算法。特征4包括控制器530内的算法，该算法计算或以其他方式选择和生成由更新表534表示的更新数据。特征5包括发生器540，其使用来自更新表534的更新数据生成具有期望形状、比例、时序和相位的输出波形508。

[0070] 关于特征1，特定的时序、相位或其它频率信息提供同步信息至控制器530中的比较和更新算法。该信息可以通过表格、等式、实时硬件监控信号的采样或其它来源的方式提供。

[0071] 关于特征2，如果位于表格内，则表示参考波形的数据可以为任意长度和任意格式，整数或非整数。这样的表可以在运行时动态生成或在编译时被硬编码。所表示的波形的理想形式可以为正弦或非正弦。该波形可以通过在时域内被均匀分布的数据值或非均匀分布的数据值、时间超前或时间落后或他们的任意混合来表示。该波形可以可选地由频域中的数据值表示以及以任何方式被组织。该数据可以被压缩或不被压缩。该数据可以由等式表示而非是计算的数据设定点，或者部分由等式表示，部分由表格表示。在一个实施方式中，表格中的存储设定点为等式的计算结果。该数据可以在运行时的处理期间被改变，以将理想波形的形式改变为不同的理想波形。如果在运行时被改变，则参考波形表532中的值可以被修改或替换为不同的值。数据可以被对准为与输入波形精确同相，或其可以被同相移位。

[0072] 关于特征3，控制器530可以包括任意传统或标准比较算法。控制算法对表示输出波形的、通过标准或非标准采样技术由硬件采样并被转换成软件数据值的数据值进行比较。在一个实施方式中，控制器将表的理想设定点或等式计算与同步信息逐点地进行比较，并逐点地生成误差数据。在一个实施方式中，控制器可以一次处理多个点而不是逐点处理。

[0073] 关于特征4，控制器530包括选择算法，该选择算法使用任何标准或非标准技术创建或生成新的数据。在一个实施方式中，选择算法涉及执行计算。可选地，选择算法可以仅选择数据，而不执行处理或执行计算。该选择算法可以替换设定点表格中的数据值，或者保留表格中宁愿使用其它存储区域的数据值。作为选择过程的一部分，该选择算法可以将数据从时域变换到频域和从频域变换到时域。该算法提供误差更新机制(例如，算法)，因为在被应用时其识别将校正输出波形的数据值。因此，在数据值应用后的输出波形看起来更像优选的理想波形。

[0074] 关于特征5，由更新表534表示的新的数据值通过标准过程被应用至发生器540中的硬件，以驱动输出波形的生成。在一个实施方式中，新的数据值通过PWM机制或将将离散数据值变换成模拟输出形式的其它机制而被施加。

[0075] 图6为控制谐波失真的系统的实施方式的框图。在一个实施方式中，图6的系统600为用于实现图5的系统500的并网功率转换系统的示例。因此，输入602可以对应于来自电源504的输入功率，而输出650可以对应于负载506处的输出。在一个实施方式中，系统600控制输出电流信号的谐波失真以及电网电压与并网太阳能光伏或其它源、DC到AC功率转换系统的输出电流信号之间的相移

[0076] 系统600将输入DC功率602逆变成输出650处的输出AC功率。在一个实施方式中，输出650处的电压和电流均为未被杂散谐波失真的理想的60Hz正弦波，其中电流滞后或超前于电压一定的相移。这样的实现方式可以在并网系统中使用，其中输出电压通过输出650处的并网被稳固地建立，但是电流并没有被建立。规则UL 1247要求降低电流中的谐波失真。如图所示，系统600提供至少理想正弦波形的、从固定的电网电压同相移位的、尚未被失真的形成。

[0077] 在一个实施方式中，系统600的操作可以被分为三部分。第一是针对具有期望相移角度但未失真的期望波形建立理想电流波形值表。虽然特别针对输出电流波形和理想电流波形进行了描述，但是应该理解，这是非限制性的示例，因此针对系统600的论述也能够用于控制输出电压波形，本领域技术人员将能够理解这样的修改。第二是将由波形发生器生成的实际输出信号与理想波形进行比较。第三是用输入时序信息和误差信息来生成具有允许波形发生器校正实际输出波形的值的更新表。这些操作朝向理想波形(例如，正弦)迭代地改进输出波形。因此，这些操作的结果获得了与电网电压波形同相、超前或滞后于电网电压波形的纯60Hz电流波形。

[0078] 在一个实施方式中，主功率流经路径如下：输入602为DC输入功率。PWM发生器630利用具有更新后的值的表格(PWM表格项目更新680)来驱动DC-AC转换器642。在一个实施方式中，更新表680与图5的表格534对应。输入DC功率602流入逆变器硬件640的DC-AC转换器642中，且作为输出AC电流波形650离开。电流波形检测器644检测输出
650处的电流波形。在PWM发生器630处示出的输入波形为理想的正弦波，并在电流波形检测器644处被失真。失真的量可以被放大，但是示出了输出波形甚至不能最初就看起来更像理想期望波形。然而，波形通过反馈趋于相同或相似。逆变器硬件640还包括电压波形检测器646，其生成与图5的输出同步信息相对应的同步信息648。

[0079] 用于检测和实现反馈的控制回路流如下：关于DC输入功率的信息604和输入相移信息606完善了参考理想波形610。如上所述，参考理想波形可以被存储为表格。在一个实施方式中，同时地，PWM发生器630的输出被峰值检测622，且被允许缩放参考波形水平控制624中的理想表。水平控制624的输出为期望的瞬时理想波形。来自参考波形水平控制624的参考波形和实际输出在PID(比例-积分-微分)控制器660处被接收。

[0080] PID控制器660包括PWM表格误差检测器662，其接收缩放后的参考波形和实际输出波形。该误差成为比例误差块664、积分误差块666和微分误差块668的误差输入。这些误差信号的和为PWM表格误差和，其将PID控制器输出提供至PWM表格项目更新680。这些更新后的表格值被反馈至PWM发生器630中并驱动发生器来调整逆变器硬件640的输出，以使输出信号与参考波形610趋于相同或相似。

[0081] 图7为具有多个电源、功率提取器和多个负载的系统的实施方式的框图。系统700为功率提取器730提供了普遍使用场景。功率提取器730为根据本文描述的任意实施方式的功率提取器的一个示例。可以有一个或多个耦合至功率提取器730的电源712-714。值得注意的是，不同的电源可以需要不同的耦合硬件。输入耦合硬件720包括将输入电源耦合至功率提取器730的接口电路。在一些实施方式中，接口电路722不同于接口电路724。但是，他们可以是相同的。

[0082] 电源712-714可以是任何类型的DC电源(称为电源或能源)。通常，根据功率提取器的实施方式可以使用的DC电源的示例包括但不局限于光电池或面板、一个或多个电池以及通过风、水(例如，水力发电)、潮汐能、热(例如热电偶)、氢能发电、天燃气发电、核、机械变形、压电和运动(例如，诸如行走、跑步或其它运动的人类运动)获得功率的电源。更具体地，对于本文讨论的并网系统，电源712-714包括能够提供功率至并网负载的任意电源。

[0083] 通常，电源可以包括自然能源和人造电源，且可以是稳定的(提供本质上恒定的功率，但幅度可变)以及不稳定的(提供随时间变化的功率)。输入耦合硬件720可以被认为包括整个接口(例如，从电缆/电线/轨迹至连接器/引脚至电路)，或仅包括瞬时接口电路。该接口电路可以包括本文描述的以及本领域中公知的任意类型的离散布局(例如，电阻器、电容器、电感器/变压器、二极管或其它电子元件)。

[0084] 此外，在一些实施方式中，输入耦合硬件720包括开关(例如，功率场效应晶体管(FET))或其它能够使一个或多个电源被选择性地与功率提取器730断开连接或解耦合的类似机构。可以例如经由来自功率提取器的管理部分的控制信号来执行电源的耦合与解耦合。

[0085] 类似于输入侧，功率提取器730包括输出耦合硬件740，或者存在输出耦合硬件740连接至系统700中的功率提取器730。输出耦合硬件740包括接口元件742-744。接口元件742-744与负载752-754之间可以是一对一的关系，但这样的关系严格来说并不是必要的。一个或多个负载可以经由相同的输出耦合硬件被耦合。类似的配置可以存在于输入耦合硬件720中——元件与电源的关系可以是一对一或其它比率。通过采用并非是一对一的比率，在在选择性地使独立的源或负载在线和离线方面可能存在限制。这样的限制可能导致阻抗匹配的效率降低(从理想情况而非可能实现的情况)，尽管群匹配或许并非必然为较小的效率。因此，负载和/或电源可以被处理为组，然后可以作为组使它们在线或离线，以及作为组进行阻抗匹配。

[0086] 负载752-754也可以经由输出耦合硬件740选择性地耦合至功率提取器730。一个或多个负载可以经由根据管理策略的控制信号被耦合或去耦合。功率输送管理器734通常表示任意类型的功率输送管理电路，且可以包括一个或多个处理电路元件，诸如微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)、微控制器或其它硬件控制逻辑。功率输送的管理由功率输送管理器734执行，其可以被认为是根据功率输送管理策略来操作。这样的策略控制功率将被如何输送或功率输送管理器734将如何操作以管理功率输送。用来管理功率输送的操作可以包括将输出线设置为活动或不活动状态(例如，切换微处理器I/O引脚)或以其他方式发送配置控制给其它电路。

[0087] 功率输送管理器734监测输入功率的功率变化以确定如何控制功率输送电路732的操作。功率输送电路732将在下面被更详细地描述，且通常使得功率提取器730能够将来自电源的功率转换为用于输送至负载的功率。应该理解，通过采用选择性地耦合和去耦合电源和负载的能力，功率输送管理器734可以包括用来根据多个功率输送方案中的任一方案来调整功率输送的逻辑。这样的能力使得动态系统配置改变，而功率提取器730维持输送效率。

[0088] 功率输送管理器734和功率提取器730可以动态且连续地调整系统配置，以及连续监测输入和/或输出功率曲线。该逻辑解释负载和电源输入的需求。在一些实施方式中，负载的需求可以通过监测硬件来确定。一种更简单的方法是包括目标负载的功率概况，其告知功率输送管理器734如何控制特定负载的输出。基于负载检测/监测和/或经由外部源指示负载(例如，负载本身发送信号触发微处理器上的负载引脚，或系统管理实体指示哪些负载存在)，功率输送管理器734可以识别哪些负载是存在的，从而识别哪些概况是可应用的。

[0089] 传统系统的一个低效性是开关供应的“常开”。传统的功率输送技术甚至在负载不需要功率时和/或在电源不可用时也消耗功率。因此，电源输送电路的一些元件总是消耗功率。在一些实施方式中，功率输送管理器734可以基于功率和/或负载的存在来自动地打开和关闭功率提取器730。因此，例如，如果输入功率降低至低于阈值(例如，5V，1.0mA)，则功率输送管理器734可以自动进入睡眠状态。当功率高于上述阈值时，功率输送管理器734可以确定是否任意负载被连接或应该被连接。在电源和/或负载不存在的情况下，功率输送管理器734可以不提供控制信号，这导致没有功率输送，或可以产生信号以使有源电路停用。功率输送管理器734可以是先进的，并且也可以包括或者可选地包括定时器机构，该定时器机构能够使该系统在一段时间(例如，5分钟)后唤醒以再检测该系统的状态。

[0090] 在一些实施方式中，由功率输送管理器734体现的功率管理的概念可以被认为包括多个方面。例如，功率管理可以包括商业规则和控制，其中每个规则可以控制功率控制的不同方面，或以不同方式控制同一功率控制方面。商业规则和控制可以被实现为硬件、软件或一些组合。商业规则可以分成计划规则(planning rules)，该计划规则为可以查看阻抗匹配或监测功率曲线的战略规则。组织规则可以为确定如何处理多个输入和多个输出的战略规则。这些规则可以提供和/或实现用于提供功率提取器730的特定功能性的参数。输送控制可以实现动作或使商业规则生效。例如，在一些实施方式中，阻抗匹配可以仅匹配单个电源。将针对输入电源执行选择性匹配，该选择性匹配使得匹配有意义。

[0091] 在一些实施方式中，确定怎样输送功率至负载或确定功率输送方案包括确定或识别以及选择功率分配规则。然后根据所选择的功率分配规则发生功率输送。功率分配规则可以为简单的或复杂的，且通常可以被如下分类。

[0092] 分层规则产生一个负载到另一个负载的简单优先权。随着电源上下波动，输送至负载的功率可以针对一个负载到另一个负载进行优先处理。一个示例可以为有利于关键任务设备的运算电路，而分配低优先权给对若干备用电池中的其中一个电池的再充电。

[0093] 轮询规则建立了用于分配功率的调度表。例如，在一段时间内功率可以被分配至一个负载，然后分配给另一个负载，然后分配给再一个负载。这样，在给定的时间段内，所有负载都将接收被分配的功率的一些部分。基于分配的规则可以针对每个负载建立固定的分配。例如，系统可以分配全部被分配功率的80％来对主电池充电，其余20％用于一个或多个其他负载。

[0094] 基于时间的规则允许功率的分配基于每日的时间或每周的时间。例如，系统可以被编程有日出/日落日程表，且具有用来确定高峰日照时间的逻辑。因此，可以期望在一天中的特定时间来自太阳能面板的功率处于峰值。基于一天中的时间，该系统可以根据一种策略或另一种策略来分配功率。在另一场景中，系统可以具有指示高峰负载使用的历史数据。可以根据期望的使用来在一天中某些时间分配功率。值得注意的是，如下所述，峰值输入功率和高峰负载可以被积极确定且被动态解释。基于时间的规则可以然后用作将被应用的其它规则的框架。例如，在一天中某些时间内，可以使用轮询，而在一天中的其它时间采用基于需求的策略。

[0095] 基于功能性的规则使系统能够根据负载的功能性或系统的目的来分配功率。例如，在起搏器中，功能电路可以优先于电池充电。类似地，导航设备可以优先于飞机中驾驶舱照明。基于需求的规则可以调整功率输送以与负载的需求相当。基于需求的规则可以要求在输出耦合硬件740中增加检测电路(未示出)。在一些实施方式中，功率提取器730包括负载均衡逻辑(硬件和/或软件)，以实现基于需求的规则。在一些实施方式中，还可以应用基于命令的规则。也就是说，中心电站或其它控制实体可以提供功率应如何被分配的规则，其可以优先于系统中已经存在的任何其他规则或条件。

[0096] 如已经暗示的，功率分配规则可以被始终如一地应用，或可以针对多个场景中的任何场景(例如，需求变化、一天中的时间、电源数量/强度或其它可变条件)而被调整。

[0097] 功率输送管理器734可以包括或具有关联的阻抗控制736。阻抗控制736可以指的是分别将输入耦合硬件720和/或输出耦合硬件740的阻抗与关联的电源或负载进行匹配的硬件和软件。用于阻抗匹配的技术如上所述，在此将不再赘述。

[0098] 图8为功率提取器的实施方式的框图。功率变化分析电路820包括功率变化监测电路830。功率输送电路870包括电路872、874和876。电路872和876包括变压器T1(包括电感器L1和L3)以及变压器T2(包括电感器L2和L4)。电路874包括电容器C1和C2以及将C1和C2分离且连接至电感器L3和L4的节点N5。电源802经由具有节点N1、接口*连接器以及节点N1的导体804耦合至电感器L1。该(*)表示有效节点，或从外部看向该* *
系统的等效节点(N1从电源802看过去，而N2 从负载890看过去)。作为一个示例，接口*
连接器可以为插座。如果N1、接口连接器以及N1之间的阻抗差异相对小，则他们可以被当*
作是一个节点。否则，他们可以被当作是多于一个节点。节点N2、对应的接口连接器和节* *
点N2也是类似。电感器L1位于节点N1和N3之间，而电感器L2位于节点N4和N2 之间。

[0099] 功率变化检测电路830检测节点N1*处的功率的功率变化，且提供导体838上的开关控制信号(来自元件836)至比较电路840的一个输入。在一个实施方式中，功率变化检测电路830检测功率变化的斜率，且可以被称为功率斜率检测电路830，并提供功率斜率指示信号。在一个实施方式中，功率斜率为瞬时功率斜率。比较电路840的另一个输入接收诸如来自波形发生器电路826的锯齿波的波形。比较电路840控制开关S1和S2的占空比。在一个实施方式中，S1和S2不是同时均打开或均闭合(可能的例外情况是当他们正在开关时的短时间转变)。波形发生器826和比较电路840为开关控制电路880中的电路的示例。

[0100] 当S1闭合时，T1和T2中的电磁场改变，同时C1和C2两端的静电势被改变，因此来自电源802的能量被电磁地分配至T1和T2中，同时被静电地分配至C1和C2中。当S1打开时，S2闭合并且T1中的磁通量开始减小。因此，存储在T1中的能量流经N3至电路874的电容器C1和C2，从而将一些能量转储到C1和C2上作为静电场，以及将一些能量通过节点N5和电感器L4转储到电路876的T2中。T2中的剩余通量也开始减小，从而通过N2将能量输送至负载890。当再次S1闭合且S2打开时，T1中的磁通量开始增加，同时由于消耗了之前存储在C1和C2上的部分静电能，T2中的磁通量也增加。因此，存储在电路874中的能量被放电并输送至T2和负载。通过以适当的频率驱动开关，T1和T2可以被驱动以达到饱和，从而能够高效率地从电源802向负载输送能量。

[0101] 多相能量输送将两个或更多相位的输入组合，以在磁芯中产生相当于输入的角平分线的合成通量。(注意：众所周知，角的角平分线为与形成该角的两条射线(半直线)等距离的点的轨迹)。在功率提取器的实施方式中，电容器C1和C2用来移位施加至T1和T2的次级线圈(分别为L3和L4)的电流的相位。因此，多相输入被施加至T2和T3的磁芯。多相输入的总和改变在变压器的初级线圈L1和L2中的通量增加和减小期间的电动势。结果是电路872和876分别呈现给电源和负载的阻抗的虚部中的高频变化的中和。电路872和876可以为多相等分线能量输送电路，用来促使多相等分线能量输送且用于与电路874接口。

[0102] 由于电路872的动态特性，电源802“看到”功率提取器810的电感器L1处的等效阻抗。同样地，对于电感器L2和负载890也是如此。功率提取器810的输入阻抗和输出阻抗通过控制S1和S2的占空比来进行调整。当实现从电源抽取最大功率时，对于电源802而言，发生了最佳阻抗匹配。

[0103] 功率斜率检测电路830、功率变化指示信号和比较电路840为控制回路的一部分，该控制回路控制开关电路850的占空比以实现从电源802抽取最大功率(即，ΔP/ΔV＝0)。该控制回路还可以控制开关电路850的开关频率，以影响经由功率输送电路870的功率输送的效率。仅作为一个示例，依赖于电感器的饱和极限，频率可以位于100KHz到250KHz的范围内。然而，在其他实施方式中，频率可以基本上不同。可以选择电感器和关联磁芯以及诸如电容器之类的其他部件的大小和其他方面，以满足各种标准(包括期望的功率输送能力、效率以及可用空间)。在一些实施方式中，可以通过改变来自波形发生器电路826的波形的频率来改变频率。在一些实施方式中，通过控制回路控制频率，作为是否电流的开启时间上升(on-time rise)位于功率输送电路中的最小和最大电流之间的函数。

[0104] 如本文中使用的，开关电路850的占空比为S1的开启时间与S1和S2总开启时间的比率(即，占空比＝S1/(S1+S2))。在其他实施方式中，可以通过与S1和/或S2关联的不同比率来定义占空比。在一些实施方式中，当电源802和负载890的电压相等且占空比为50％时，存在着经由功率提取器810的零功率输送。如果电源802和负载890的电压不等，则更高或更低的占空比可以导致经由功率提取器810的零功率输送。因此，开关电路850的特定占空比并不受限于经由功率输送电路870的功率输送的特定方向或量。

[0105] 应该理解，可以连续地检测功率变化，且可以不断第更新开关控制信号。使用模拟电路是执行连续检测和更新的一种方式。使用数字电路(诸如处理器)为执行连续检测和开关控制信号更新的另一种方式。即使来自一些数字电路的更新可能在某种意义上不是完全连续的，但是出于实践的目的当其产生与真正连续更新相同的结果时，其也可以被认为是连续的。作为一个示例，当频率变化位于控制回路带宽之外时，开关控制信号的更新也被认为是连续的。在一些情况下，当频率变化位于控制带宽内时，开关控制信号的更新也应该被认为是连续的。仅作为一个示例，在一些实现方式中，控制回路带宽可以为大约800Hz。在其它实施方式中，控制回路带宽高于800Hz，且可能比800Hz高很多。在又一其他实施方式中，控制回路带宽低于800Hz，且依赖于期望的实现方式和性能可以低于400Hz。

[0106] 还可以包括处理器/ASIC和/或现场可编程门阵列(FPGA)822(下文中称为处理器822)、缩放电路824、电流传感器(CS)862和864。处理器822接收指示感测到的电流和*节点N1的电压的信号。字母A和B表示电流传感器和处理器822之间的连接。在一个实施方式中，处理器822还采集信息和/或提供控制至子负载。电流信息可以用来指示诸如比率、量和功率输送效率之类的信息。采集这样的信息的一个原因是使处理器822确定是处于保护模式(如第二模式)还是普通工作模式(如第一模式)。

[0107] 在保护模式中，处理器822可以做各种事情来提供对功率提取器810或负载890的保护。一种选择是打开开关S1和S2两者。另一种选择是提供偏置信号至缩放电路824，该偏置信号在电路836中与功率斜率指示信号组合以在导体838上创建开关控制信号。例如，如果该偏置信号使得开关控制信号很高，则占空比将是低的，使得电流是小的。在保护模式中，功率的调节可以是完全关闭电源或仅仅是降低功率。在保护模式中，目的是不再最大化被输送的功率。在一些实施方式中，该偏置信号被声称为并非是仅仅出于保护模式的目的。

[0108] 此外，电流传感器852和854提供指示通过开关S1和S2的电流的信号，这些信号在加法器856中被求和。功率可以与来自加法器856的平均电流有关。这些可以被提供至积分器858，以提供指示功率的信号，该信号被微分器832微分并被放大器834放大。

[0109] 图9-13中的每幅图示出了功率输送电路的实施方式的框图。图8的功率输送电路在图9中再现，且可以与图10-图13中所示的可选功率输送电路相比较。在每幅图中，电阻器、电容器和电感器(如R1，R2，C1，C2，C3，C4，L1，L2，L3，L4，L5和L6)的值并非必须相同。对于电路872，874和876的修改将被理解为下面参考图9所描述的修改。

[0110] 参照图10，电路872和876被修改以包括电感器L3和L4与地之间的RC电路。因此，图9中L3的连接至地的节点连接至并联的R1和C3，并联的R1和C3继而连接至地。类似地，L4连接至并联的R2和C4，并联的R2和C4继而连接至地。此外，电路874被修改以包括连接在L3和L4之间的L5。N5不是连接至L3和L4，而是连接至L5的绕组(逻辑上差不多位于中间)。

[0111] 参照图11，电路872被修改为包括L3和地之间的电阻器R1，且电路876被修改为包括L4和地之间的电阻器R2。此外，电路874被修改为包括L3和节点N5之间的电感器L5以及L4和节点N5之间的电感器L6。电容器C3连接在L3和L4之间。

[0112] 参照图12，电路872被修改为包括连接至L3的电感器L5，并且L5继而连接至由R1和C3构成的并联RC电路，该RC电路继而接地。类似地，电路876被修改为包括连接至L4的电感器L6，其中L6连接到并联的R2和C4，继而并联的R2和C4连接至地。

[0113] 参照图13，电路872被修改为包括L3和地之间的电感器L5，而电路876被修改为包括L4和地之间的电感器L6。电路874被修改以将R1连接在L3和N5之间，而R2连接在L4和N5之间。此外，电容器C3连接在L3和R1与地之间。类似地，电容器C4连接在L4和R2与地之间。

[0114] 图14为从本地电源和公共电网向邻近本地电源的电网负载同时发电的实施方式的框图。系统1400采用功率因数调节来输送来自本地电源的功率至并网负载。系统1400表示包括亚稳态电源1410、逆变器140、负载Z1402和公共电网1430的电源系统。负载Z1402表示连接至电网1430的第一用户建筑，而负载Z1404表示连接至电网1430的第二用户建筑。对于至电网1430的连接点而言，负载Z1404并没有位于与负载Z1402相同的电力系统内，因此并没有位于负载Z1402本地。

[0115] 然而，负载Z1404可以是邻居，因为由负载Z1402的本地电源所生成的功率输出可以以可测量的效果而被引导到负载Z1404。如果负载在地理上相距足够远以致于整体来看从负载Z1402至Z1404的功率输送的效果只是可忽略不计地大于至电网的效果，则对于电源的电力目的而言，该负载不是邻居。

[0116] 电源1410和逆变器1420位于负载Z1402本地，且提供功率给该负载。在一个实施方式中，在常规操作下，从电源1410抽汽DC功率，且通过逆变器进行提取、逆变和动态处理，以动态地产生相对无谐波失真和变化性且与来自电网1430的AC电压信号完全同相的最大AC电流。使生成的AC电流与电网AC电压同相向负载Z1402产生了具有等于或接近一的功率因数的AC功率，意味着由负载抽取的全部无功功率都来自电网1430。如果电源1410产生了比满足负载Z1402的有效功率需求所需的能量更多的能量，那么被功率校正和失真滤波的功率可以被传送至电网1430以进行进一步分配。

[0117] 用于输送功率至电网1430的阈值电压可以比电网的平均电压高3％-5％。理想地，将对与负载Z1402关联的用户补偿被提供给电网1430的过量功率的值，或者以现金支付的形式或从自电网1430消耗的功率的花费中进行扣除。

[0118] 被反馈至电网1430的来自电源1410的过量功率可以被输送以满足邻近负载(例如，具有第二电网用户的负载Z1404)的负载需求。在各种实施方式中，功率可以被传输超出单个变压器的范围。除了提供传统的同时发电功率给电网1430(该功率具有期望的功率因数和失真特性)，系统1400的操作可以被修改以提供具有可以更满足需求的其他特性的功率给电网1430(如，公共事业公司)，特别是在高峰功耗时间。

[0119] 更具体地，逆变器1420可以被配置(静态地或动态地)以产生具有领先或滞后其他的电流和电压的功率。这样，在负载Z1402的区域内，功率可以用功率三角形(power triangle)来产生，该功率三角形展现可以由公共事业使用以分别抵消或补偿容性或感性功率的增长的感性或容性无功功率。此外，由单个逆变器1420在电网上创建的电势效应可以沿着电网传输不超出一次或两次跳跃。然而，例如，一个区域中的一个或多个逆变器可以在在他们的本地区域中在一组邻居中提供控制时是有效的。当通过在许多邻域中具有这样的逆变器来增强效率时，可以通过本地和公共电网控制来更有效地管理电网。

[0120] 图15为功率因数增强型电源的实施方式的框图。在各种实施方式中，可以基于功率因数增强来提高电源的效率。AC/DC电源具有通过将传送至电源的AC功率与传送至负载的DC功率进行比较测得的效率。通过采用如系统1500中所示的功率因数调节，可以基于本文描述的功率因数控制原理来提供更高效的电源。

[0121] 系统1500包括为AC电源的电网AC 1510。不是如同在传统系统中执行的那样将AC输入直接发送至AC/DC转换器1524，功率因数(PF)增强型电源1520(下文中称为“电源1520”)首先调节进入的AC功率的功率因数。功率因数调节器1522修改来自电源1510的输入AC信号，以传送功率至电源1520，该电源1520在输入处具有等于或接近一的功率因数。等于或接近一，或使一个信号与另一个信号同相可以被理解为意味着功率因数位于与一相差几个百分点的容差内。应该理解，功率因数可以不立即达到一，而是可以存在着高达若干秒的调整周期以允许该系统将功率因数调节至期望的值。

[0122] 通过在电源的输入处创建单位或接近单位功率因数，更多的有效功率被传输至电源1520，电源1520反过来提高了至DC负载1530的DC功率传送的效率。因此，对于由电源1510提供的功率，组合的功率因数调节器和电源的效率高于单独的传统电源的效率。

[0123] 图16A至图16B示出了由功率因数调节控制的相位、有功功率和无功功率的实施方式。如本领域中理解的那样，术语“无功功率”指的是与电压和电流异相90度有关的功率。其中角度异相其它角度(例如，80度或30度)的功率为有功功率和无功功率两者的“混合”。

[0124] 考虑图16A所示的直角三角形。在该三角形中，底边1606表示电压波形，斜边1604表示电流波形。电压和电流波形之间的角度1602与有功功率和无功功率之间的角度相同。调整电流波形和电压波形之间的角度能够将功率因数调节至期望值或调节向期望值。

[0125] 图16B示出了具有表示有功功率的量的底边1614以及表示无功功率的直角边1616的直角三角形。因此，水平边或底边与斜边(视在功率(apparent power)1612)之间的角度1602与一起产生这些功率的电压和电流之间的角度相同。应该理解，斜边1612的长度是常量，从而控制圆1610的圆周。斜边1612表示“视在”功率。当角度1602增大时，有功功率1614减小，而无功功率1616增加。因此，能够通过控制相位角度来控制有功功率和无功功率的混合。

[0126] 术语“功率因数”指的是有功功率1614与视在功率1612的比率。应该理解，视在功率保持恒定，因此，当角度1602增大时，功率因数减小。因此，用于“电压和电流之间的相位角度”的精确含义但相对简短的术语为“功率因数”。在技术语言中，这两个术语可以互换使用。当相位角度1602值为0时，最大功率因数等于1。当相位角度1602为90度时，最小功率因数等于0。

[0127] 通过在电力电网处对任意波形的自适应产生和控制的出现，可以在逆变器的输出处通过功率因数进行管理和控制。在逆变器的输出处控制功率因数有利于公共事业，因为其提供了向本地分配系统提供无功功率的可选方式。因此，相比于公用事业自己产生无功功率或者对无功功率进行本地补偿而言，当本地电源(例如，太阳能光伏(PV)系统)提供该无功功率时，公用事业能够节省相当多的金额。

[0128] 美国加州近来要求在该州中运营的公用事业在太阳能PV拥有者向电网供应有功功率和无功功率时，向这些太阳能PV拥有者支付有功功率和无功功率的费用。希望其他州也将学着做。因此，对于PV拥有者而言，依赖于他们接受的价目表和/或PPA来供应两种类型的功率的混合是相当有利的。

[0129] 因此，公用事业具有动机来生成价目表，从而鼓励PV拥有者构建控制PV系统的功率因数，而PV拥有者具有动机来在他们的PV系统上使用这些价目表。基于电网条件(例如，一天中的时间、无功功率和/或有功功率需求)从PV(或其他本地电源)系统提供功率至电网对公共事业和用户两者都有利。

[0130] 图17为控制本地负载处的功率因数的系统的实施方式的框图。系统1700示出了典型的逆变器1720(如，太阳能PV逆变器)，其在点“A”处控制功率因数，点“A”经由电测量仪表1730(下文中称为“测量计1730”)连接至公共电网1740(下文中称为“电网1740”)。点B表示本地负载Z1702及其关联电力系统(即，包括电源1710和逆变器1720)至电网
1740的连接点。根据测量计1730处的价目表的达成一致的元素，通过提供有功功率和无功功率的适当混合，电源1710的拥有者的利益被最大化。这样的控制和管理可以例如通过至远程控制算法1728或者自动软件算法1726的远程控制通信而按需出现，其中远程控制算法1728和自动软件算法1726两者都内置在逆变器1720中。逆变器1720还包括逆变处理器1722，用来如上所述那样提供功率输送功能。逆变控制器1724控制逆变处理器1722的操作以转换功率并调节功率因数。

[0131] 能够通过在点A处控制功率因数来在点B或点C处控制功率因数。应该理解，点C可以被解释为位于电网上的任何位置处。努力控制与测量计1730相距很远的功率因数，在距离上存在实际的限制。因此，点C正好可以位于测量计范围之外，或位于测量计范围之外一些合理的距离。对于邻域或地理区域中的全部或许多阵列而言，存在一种实现方式，其中可以通过公共事业(例如，通过使用WiFi(例如，802.1x无线系统))来执行监测。假设存在着具有自动校正功率因数的PV阵列的邻域，则他们可以协调以有利于公共事业，如果公共事业与邻域拥有者达成价格一致来控制他们的输出功率因数。在这样的实现方式中，那些逆变器或许需要了解测量计范围之外的功率因数，但不是相距很远以致于变得不重要。

[0132] 图18为通过控制本地负载处的功率因数来控制面向电网的连接上的功率因数的系统的实施方式的框图。系统1800示出了通过控制点A处的功率因数来控制点B或点C处的功率因数。在任何时刻，流入本地负载Z1802的功率的量仅由负载的特性来指示，而不是通过别的来指示。功率可以来自逆变器1810(来自本地电源)、来自电网1830或一起来自两者。逆变器1810和电网1830两者都生成视在功率，其由有功功率和无功功率两者组成(参照上述的图16A和图16B)。

[0133] 因此，如果建立的价目表使Z1802的用户仅支付电网1830提供的有功功率，则该用户的最大利益是减小从电网流过测量计1820的有功功率。在那种情况中，逆变器1810应该提供全部有功功率并且不提供无功功率，以满足本地负载Z1802的需求。负载Z1802需要的无功功率然后由全部电网提供。减小点A处的相位角度将必然导致全部无功功率来自电网。应该理解，如果来自逆变器1810的功率的功率因数为一(1)，则来自逆变器1810的无功功率分量为零，且全部无功功率都必须由电网1830提供。因此，控制点A处的功率传输必然影响从点B进入电力系统的功率。

[0134] 另一方面，如果建立的价目表要求用户为无功功率支付比有功功率更高的费用，则最大利益是逆变器提供负载Z1802对无功功率的全部需求，同时使电网提供负载的大部分(如果不是全部的话)有功功率需求。基于与上面提到的相类似的原因，增大点A处的相位角度将实现那个目的。

[0135] 根据建立的价目表，对用户而言最大的利益可能是产生有功功率和无功功率两者的混合。在本地电源能够提供无功功率和有功功率两者的情况下，本地负载的需求可以通过本地电源来满足。在本地电源的供应量多于本地负载的需要量的情况下，生成的被调节的功率的剩余量可以流到电网1830。

[0136] 因此，应该理解，用户的“最大利益”依赖于建立的价目表所指定的内容。在许多情况下，可以动态计算并实时应用最大利益。例如，嵌入逆变器1810的控制装置中的软件算法可以执行计算。在其他时间和情况下，可以通过通信链路来远程应用“最大利益”设置。

[0137] 图19为通过控制电源场所处的功率因数来控制电网连接处的功率因数的系统的实施方式的框图。在大的本地电源(诸如非常大的PV阵列或绿色能量“场所”(诸如“太阳能场所”))的情况下，某些特定时刻下的“最大利益”可以通过公共事业的需求而非用户的需求来控制。例如，公共事业可能需要将无功功率插入至电网，以支撑下降的电压。在这样的情况下，公共事业可以设计出附属于PPA(功率购买协议)的价目表，其给予公共事业控制太阳能场所的输出处的功率因数设置的权限。功率因数设置可以由公共事业远程控制，而不是通过本地决策。

[0138] 系统1900示出了由主控制器控制的电源“场所”的方案。系统1900包括多个逆变器1912-1916。每个逆变器分别具有关联的远程控制机构1922-1926。远程控制机构可以包括通信接口(包括连接器、物理联网接口、协议栈和用于远程通信和接收命令所需的任何其他模块)。远程控制机构然后还具有控制逻辑，以应用远程接收到的命令来调整性能或关联逆变器的输出。

[0139] 上面参照其他附图描述了逆变器的操作。除了响应于反馈信号来应用改变，或替代响应于反馈信号来应用改变，逆变器可以响应于远程命令来应用改变。所述命令可以指示期望的功率因数、delta或校正值、可以被应用的相对值，或可以指示进行本地测量以及基于测量到的值进行校正。

[0140] 主控制器1932可以位于公共事业处，或可以为位于与逆变器相同的电力系统内的主控制器(即，位于至电网1950的连接点的相同侧)。主控制器1932包括软件算法机构1934，用来使主控制器能够基于电网的调节确定从逆变器应用应用什么样的功率因数。远程控制算法1936表示由主控制器1932用来与逆变器通信的机构。

[0141] 应该理解，每个逆变器1912-1916可以被单独地设置为特定的功率因数，且协作的多个设备的累积效应将是用来以特定功率因数提供被调节和滤波后的功率。虽然可以想到，逆变器可以单独地以不同的功率因数进行操作，且作为整体系统以特定功率因数提供功率，在目标功率输送条件下(功率因数、电压和频率)操作每个逆变器可以更有效率。这种方法的一个优点为逆变器经由测量计1940处的点B至电网1950的接口应该比每个逆变器以不同的设置进行操作而言更简化和更有效。

[0142] 通过采用系统1900的配置，在紧急情况期间，公共事业可以远程地命令场所中的全部或一些逆变器产生大多数的无功功率。应该理解，在系统1900中，不存在本地负载，相反地，电网1950用作功率的无限接收器(infinite sink)。电网将采用有功功率或无功功率。因此，公共事业可以命令逆变器产生他们需要的任何功率混合以稳定电网电压。因此，在各种点A1、A2、……、AN处的控制可以至少在某些地理区域内影响点B和C处的电网。

[0143] 如所述的，功率因数调节通过动态地使用嵌入每个逆变器内的软件算法来提供用于在每个逆变器1912-1916的输出(点A1-AN)处以及在并网电力测量计(点B和/或点C)处选择有功功率和无功功率的混合的机构。此外，系统1900通过利用构建在每个逆变器中的软件协议来提供用于通过通信接口(例如，因特网浏览器、电话、无线电或其它通信方式)远程选择和建立这种混合的机构。另外，系统1900通过使用每个逆变器的自动机构和/或远程通信机构来为主控制器1932提供控制源自一个或多个从属逆变器的有功功率和无功功率的期望混合的机构。

[0144] 图20、21和22示出了用来提供功率至负载并传送过量功率至电网的各种机构。图20集中于监测以识别电网处的功率因数、反馈信息至单个逆变器的电网的使用，其中内部算法确定有功功率和无功功率的优选混合。图21集中于在通信媒体或通信线、因特网、蜂窝电话线或其它通信介质上的通信协议的使用，以允许远程功率因数设置。远程通信可以允许公用事业控制功率因数设置，而非是拥有者控制。这样的控制在诸如系统2100的配置中是可能的。图22集中于主控制器的使用，该主控制器向单个逆变器或逆变器组指示期望的输出混合。主控制器可以根据依赖于其内部软件算法的自动机构来动作，或根据依赖于远程通信的远程通信机构来动作。

[0145] 图20为功率因数反馈机制的实施方式的框图。系统2000示出了提供DC功率至逆变器2020的电源2010，逆变器2020包括逆变处理器2022、逆变控制器2024和软件算法2026。功率从逆变器2020传送至负载Z2002。系统2000还示出了使用功率因数反馈2032对点B处的功率因数进行监测。可选地，监测可以发生在点B和测量计2030范围之外的点C处。

[0146] 监控点B或点C处的功率因数允许软件算法2026(即，控制逻辑)将实际功率因数与期望的功率因数进行比较，从而自调节点A处逆变器2020的输出功率。如上所示，通过控制点A处的输出，逆变器2020朝着最大利益值的方向移动并网连接或看向电网的连接点的功率因数。最大利益并非一直是为一的功率因数。如上所述，功率因数可以被最佳地设置为基于电网条件和价目表条件的值。算法2026可以使用依赖于当前合适的价目表的“最大利益”计算，其可以包括公共事业可能在这样的价目表中需要的任意的和全部因数。

[0147] 图21为用来远程控制功率因数的通信系统的实施方式的框图。系统2100示出了提供DC功率至逆变器2120的电源2110，该逆变器2120包括逆变处理器2122、逆变控制器2124、软件算法2126和远程控制机构2128。功率从逆变器2120传送至负载Z2102。在测量计2130处测量来自电网2140的功率。可以在点B(或一些其他点C)处测量功率因数，且功率因数被提供给软件算法2126作为功率因数反馈2132。

[0148] 系统2100还示出了远程通信2162的使用。每种通信方式都可以使用不同的通信协议。远程控制2128可以包括对一个或多个通信机构的支持。这样的机构可以包括例如，通过网络浏览器2152的因特网、通过蜂窝电话或其它移动应用程序2154、通过无线发射器(通过RF频带中的任意信号)2156、通过家用或公共无线系统(例如，IEEE 802.1x系统)2158、经由远程登录(Telnet)2160或其它拨号机构或通过其它通信机构进行通信。这样的通信入口可以馈送在远程位置处做出的命令至负载Z2012、至逆变器2120的功率因数控制器机构(例如，软件算法2126、逆变控制器2124和逆变处理器2122)。逆变控制器2124改变点A处的功率因数，这最终改变了电网2140上的点B和C处的功率因数。通信协议包括两个方向通信，从而允许点A、点B和/或点C处的与当前功率因数设置相关的信息被传送至远程控制器。在一个实施方式中，远程控制器做出“最大利益”功率因素设置的决定，而不允许这样的决定被本地作出或使被本地作出的这样的决定优先。

[0149] 图22为采用主/从配置来控制功率因数的系统实施方式的框图。系统2200包括多个逆变器2212-2216，每个逆变器具有关联的远程控制器机构2222-2226。每个逆变器可以提供有功和无功功率的特定混合，以通过测量计2240传送至电网2250。每个逆变器2212-2216被示出具有有效点A：A1、A2、……、AN。应该理解，在一些实施方式中，所有的这些点可以为同一点。所有逆变器的输出被组合且传送至电网。

[0150] 主控制器2232使用远程通信机构发送命令至系统2200的一个或多个单独的逆变器2212-2216。主控制器2232经由远程控制2222-2226通过通信系统来控制单独的逆变器“从属”。在一个实施方式中，主控制器2232应用其自己内部的软件算法2234来确定如何引导单独的逆变器的行为，这在上面的图19中示出。可选地，主控制器2232可以使用其自己的通信信道经由远程通信算法2236来与一个或多个远程位置进行通信。在远程通信情况中，命令可以通过通信入口，诸如通过网络浏览器2252的因特网、通过蜂窝电话或其它移动应用程序2254、通过无线发射器2256、通过无线系统2258、经由远程登录2260或其它类型的交互信道和协议，而在主控制器2232中产生。在处理之后，这样的命令由主控制器2232转发至从属逆变器2212-2216。从属逆变器然后相应地改变A处的功率因数，从而影响电网2250上的点B和C处的功率因数。

[0151] 图23为用于功率因数控制的控制过程的实施方式的框图。所示出的控制过程可以根据上述描述的内容由例如逆变器或主控制器中的软件算法来实现。比较算法2310接收关于一天中的时间2314的输入、所连接的电源2316当前可用的功率以及价目表特征2312。比较算法可以被实现为查表法、各种计算或状态机。一天中的时间2314由时钟输入确定。价目表特征2312被配置在系统中，以指示来自公共事业公司的恰当的最当前的价目表。价目表特征可以被实现为一组规则或状态机。通过测量组成电源的设备的输出来确定可用功率2316。比较产生了基于价目表指示一组条件的结果。

[0152] 比较算法结果在确定算法2320处被接收，其基于比较结果和多个其它条件或因素来计算最佳利益功率因数2330。价目表的特征具有关联的最佳利益标准2322，其为用来解释一天中的时间的交叉、可用功率和价目表特征的一组规则。确定算法2320还考虑在测量计2324(在点B或C处)处测量的功率因数。在一个实施方式中，还存在远程控制或影响该过程的可能性；因此，通过确定算法来考虑远程优先级2326，以确定是否远程或外部命令或控制影响所述确定。

[0153] 在一个实施方式中，远程设置2318可以如上所述那样通过远程通信信道而被应用。可以从远程系统对价目表设置进行动态配置和改变。除了改变价目表特征2312，还可以远程改变或配置最佳利益标准2322。

[0154] 通过设置影响系统的功率因数的参数来在该系统中实现所述确定。因此，确定算法的输出可以为用来设置或调整与产生当前功率因数的当前系统控制相关的设置的参数。与设置如何被远程影响相类似，该确定过程还可以是远程优先的。可以通过促使该系统不实现由确定算法计算的功率因数改变的命令或控制以及通过优先于由确定算法计算的设置的命令来实现使该过程优先。

[0155] 如下面的权利要求书阐述的，在一个实施方式中，实现了一种方法，该方法包括：在功率转换器处接收来自本地电源的直流(DC)功率，当本地负载连接至电网时，本地电源和功率转换器电力地位于至公共电网的连接点的同侧，其中本地负载包括电网的用户建筑；使用功率转换器将DC功率转换为用于传送至本地负载的交流(AC)功率；通过相对于电网电压的相位来控制生成的电流的相位，来调节AC功率的功率因数；以及在电网的本地负载侧上传送调节后的AC功率。

[0156] 所述接收可以包括接收来自亚稳态电源的功率，或接收安装在用户建筑上的微逆变器的功率。亚稳态本地电源可以包括太阳能电源、潮汐能电源、风能电源或热电偶热源。

[0157] 调节功率因数可以包括：接收关于具有相对于电网的AC电压的相位的目标周期波形的特征形状和相位信息；用输出硬件产生输出波形；对输出波形采样；将输出波形与相应的参考输出波形进行比较，该参考输出波形表示基于接收到的特征形状和相位信息的目标周期波形的理想形式；基于将输出波形与参考输出波形进行比较来生成反馈信号；以及基于反馈信号在运行时调整输出硬件的操作，其中调整输出硬件的操作使输出波形朝着参考输出波形和相位趋于相似或相同。

[0158] 调节功率因数还可以包括通过使用基于表格的相位调整来调整生成的AC电流的相位来调节功率因数，或基于电网情况调节生成的AC电流的功率因数。基于电网情况的调节可以包括：从用户建筑测量电网的一种或多种情况；接收来自用户建筑外部的测量，或接收来自连接点另一侧的指示功率因数调节的远程通信；以及响应于接收远程通信来调整功率因数。接收远程通信可以包括通过网络、蜂窝系统、无线电或WiFi接口来接收通信。

[0159] 基于电网的情况来调节功率因数可以包括：接收来自连接点的相同侧上的主控制器的指示功率因数的通信，并响应于接收到该通信来调节功率因数。调节功率因数可以包括响应于电网情况来使功率因数远离一。

[0160] 调节功率因数可以包括将功率因数调整至近似为一或接近一。调节功率因数可以包括基于最佳利益分析来调节生成的AC电流的功率因数，包括考虑由电网的公共事业设置的电费价目表。

[0161] 传送调节后的AC功率可以包括传送调节后的AC功率至电网。功率可以被传送至特定地理区域或邻近负载。

[0162] 在逆变器装置的实现方式中，逆变器可以包括输入硬件、逆变器硬件、功率因数调节硬件以及输出硬件，输入硬件用来接收来自本地电源的直流(DC)功率，当本地负载连接至电网时，本地电源和逆变器电力地位于至公共电网的连接点的同侧上，其中本地负载包括电网的用户建筑，逆变器硬件用来将DC功率转换为用于传送至本地负载的交流(AC)功率，功率因数调节硬件用来通过控制相对于电网电压的相位的生成的电流的相位来调节AC功率的功率因数，输出硬件用来传送调节后的AC功率至电网的本地负载侧。

[0163] 功率因数调节硬件可以包括软件算法，用来本地地确定功率因数调节。逆变器还可以包括远程控制机构，用来接收来自用于提供确定功率因数调节的输入的远程设备的命令。

[0164] 在一个实施方式中，功率因数调节的实现方式针对AC到DC转换器而被执行，其中该方法可以包括：在AC/CD电源处接收交流(AC)功率；通过控制相对于该电源的AC电压的相位的AC功率的电流的相位来调节AC功率的功率因数，其中控制相位包括调整AC功率的电流相位以与AC电压的相位同相；将调节后的AC功率转换为直流(DC)功率；以及传送DC功率至电源的负载。

[0165] 调节功率因数可以包括通过基于表格的相位调整来调整AC电流的相位，来调节功率因数。

[0166] 本文描述了各种操作或功能，这些操作或功能可以被描述或定义为软件代码、指令、构造和/或数据。内容可以是直接可执行的(“对象”或“可执行”形式)、源代码或差分代码(difference code)(“δ”或“补丁”代码)。本文描述的实施方式的软件内容可以通过其上存储有内容的制造物品来提供，或通过操作通信接口以经由通信接口发送数据的方法来提供。机器可读介质可以使机器执行所描述的功能或操作，且包括提供(即，存储和/或传送)机器(例如，计算设备、电子系统)可访问形式的信息的任何机构，诸如可记录/非可记录媒介(例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储媒介、光学存储媒介、闪存设备或其它硬件存储媒介)。通信接口包括与硬连线、无线、光学介质中的任意一种进行接口以与其他设备进行通信的任意机构，例如存储器总线接口、处理器总线接口、因特网连接或磁盘控制器。可以通过提供配置参数和/或发送信号以准备通信接口来配置通信接口，以提供描述软件内容的数据信号。可以通过发送至通信接口的一个或多个命令或信号来访问通信接口。

[0167] 本文描述的各种部件可以是用于执行所描述的操作或功能的装置。本文描述的每个部件包括软件、硬件或它们的组合。这些部件可以被实现为软件模块、硬件模块、专用硬件(例如，专用硬件、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或其它可编程器件)、嵌入式控制器或硬连线电路。

[0168] 除了本文中描述的，在不背离本发明范围的情况下，可以对本发明公开的实施方式和实现方式做出各种修改。因此，本文中的图表和示例应当被解释为是说明性的而非限制性的。本发明的范围应该仅通过下面的权利要求书来唯一地确定。

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