智能微网可重构AC接口
阅读：758发布：2020-05-12
专利汇可以提供智能微网可重构AC接口专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种用于向AC电 力 系统提供可重构AC 接口 的系统和方法。本方法包含嵌入可重构AC接口，用于在电源和负荷之间传输电力、监控可重构AC接口的接口 电压 和 电流 、并且基于监控在电源之间切换。本系统包含可重构AC接口，该可重构AC接口进一步包含用于将DC电力变换成AC的逆变器、具有用于连接至逆变器的接口的转换 开关 、其他转换开关、以及AC 母线 ，以及动态地配置转换开关从而在逆变器和AC母线之间传输电力的 控制器 。，下面是智能微网可重构AC接口专利的具体信息内容。
1.一种控制微网的方法，其特征在于并且包含以下步骤：
将每个带有接口节点的多个可重构AC接口嵌入所述微网中，所述微网包括负荷和与所述接口节点电连通的多个电源，所述多个电源包括多个分布式能源系统并且所述多个分布式能源系统包括第一分布式能源系统和第二分布式能源系统，所述可重构AC接口至少包括所述第一分布式能源系统的第一可重构AC接口和所述第二分布式能源系统的第二可重构AC接口，并且其中所述可重构AC接口被配置为从所述电源的至少一个传输电力至所述负荷；
同步所述第一分布式能源系统的第一可重构AC接口与所述第二分布式能源系统的第二可重构AC接口的AC输出；
监控所述第一可重构AC接口和所述第二可重构AC接口的至少一个接口节点的电压和电流；以及
切换所述第一可重构AC接口和所述第二可重构AC接口中的所述一个，以将来自不同电源的电力传输至所述负荷，从而基于对所述电压和所述电流的所述监控，提供不间断的电力供应至所述负荷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于并且还包含以下步骤：
监控所述第二可重构AC接口的所述接口节点的频率和相位；以及
使所述第一可重构AC接口的内部相位锁定振荡器同步到所述第二可重构AC接口的所述频率和所述相位。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述电源进一步包含公用电力网。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于其中所述可重构AC接口将来自所述分布式能源系统的DC电力转化为用于所述负荷的AC电力。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述电源包含公用电力网，并且还包含：
将电力从分布式能源系统通过所述可重构AC接口中的选择的一个传输至所述公用电力网。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于还包含：
将电力从所述分布式能源系统通过所述可重构AC接口中的所述选择的一个传输至所述负荷。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于还包含：
如果电连接至所述可重构AC接口中的所述选择的一个的接口的电源的所述电力下降至低于特定电力，则隔离电连接至所述可重构AC接口中的所述选择的一个的接口的所述电源；以及
如果所述电力返回至特定电力一特定时间段，则重新连接电连接至所述可重构AC接口中的所述选择的一个的接口的所述电源。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
通过所述可重构AC接口中的所述选择的一个将公用电力网的电力传输至所述负荷。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
从穿过传输线传输的公用电力网负荷平衡电力到负荷。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一可重构AC接口是副逆变器并且所述第二可重构AC接口是主逆变器。
11.一种用于微网的可重构AC接口，其特征在于包含：
逆变器，其用于将DC电源变换成AC电源；
第一转换开关，其包含至所述逆变器的第一电接口和至第一AC电力母线的第二电接口，所述第一AC电力母线电连接至公用电力网，并且所述第一转换开关被配置为基于来自所述DC电源的所述电力在特定电压和电流水平内，选择性地连接并且从所述DC电源传输电力至所述公用电力网；
第二转换开关，其包含至所述第一转换开关的第三电接口和至第二AC电力母线的第四电接口，所述第二AC电力母线电连接至负荷，并且其中来自所述公用电力网的电力通过至所述第一转换开关的所述第三电接口被选择性地提供至所述负荷；以及
控制器，其被配置为动态配置所述第一转换开关和所述第二转换开关，从而在所述逆变器、所述第一AC电力母线和所述第二AC电力母线之间传输电力，所述控制器被配置为如果来自所述DC电源的所述电力低于所述特定电压和电流水平，则动态配置所述第一转换开关以将所述逆变器与所述公用电力网断开，同时允许所述公用电力网的电力通过至所述第一转换开关的所述第三电接口流至所述负荷。
12.根据权利要求11所述的可重构AC接口，其特征在于其中所述控制器被配置为动态配置所述第一转换开关和所述第二转换开关，以便所述负荷与所述公用电力网隔离，并且所述负荷接收来自所述逆变器的电力，而不会中断提供至所述负荷的电力。
13.根据权利要求12所述的可重构AC接口，其特征在于其中所述控制器被配置为接收信号，从而将所述负荷与所述公用电力网隔离。
14.根据权利要求11所述的可重构AC接口，其特征在于还包含：
传感器，其用于检测所述第一AC电力母线的电参数；以及
其中所述控制器被配置为动态配置所述第一转换开关，从而基于在所述第一AC电力母线上检测的所述电参数隔离所述第一AC电力母线。
15.根据权利要求14所述的可重构AC接口，其特征在于其中所述控制器被配置为动态地配置所述第一转换开关，从而基于第一AC电力母线上的所述电参数达到特定电压和电流预定时间段，使所述第一转换开关重新连接至所述第一AC电力母线。
16.根据权利要求11所述的可重构AC接口，其特征在于还包含：
第二逆变器，其用于将所述DC电源变换成AC电源；以及
其中所述第二转换开关还包含至所述第二逆变器的第五电接口；并且其中所述控制器被配置为动态地配置所述第一转换开关，从而将电力从所述逆变器传输至所述第一AC电力母线，并且动态地配置所述第二转换开关，从而在所述第二逆变器和所述第二AC电力母线之间传输电力。
17.根据权利要求11所述的可重构AC接口，其特征在于还包括：
传感器，用于监控至所述第一AC电力母线的所述第二电接口的频率和相位；以及相位锁定振荡器，其与所述传感器通信，用于将所述可重构AC接口同步至所述频率和所述相位。
18.根据权利要求11所述的可重构AC接口，其特征在于其中所述DC电源为分布式能源系统。
19.一种用于微网的系统，包括：
多个逆变器，用于将DC电源转换为AC电源，所述DC电源包括多个DC源，所述多个DC源是微网的部分，其中一个所述逆变器包括与另一个所述逆变器同步的AC输出；
多个互联的转换开关，用于在所述逆变器、AC电源和AC电力母线之间电互联；
多个传感器，用于监控所述DC电源和所述AC电源；以及
控制器，其至少部分根据所述多个传感器的传感器读数动态配置所述互联的转换开关，以控制所述逆变器、所述AC电源和所述AC电力母线之间的电力流动，其中所述控制器能够动态配置使得传输至负荷的电力能够从所述多个DC源的第一个的电力变化为至少所述多个DC源的第二个的电力，以提供不间断电力供应至所述负荷。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述控制器配置所述互联的转换开关为下组中选择的配置，所述组包括将所述AC电源与所述AC电力母线上的所述负荷电隔离；将来自所述AC电源的所述AC电力母线转换至所述逆变器中的一个，而不中断至所述AC电力母线的电力；电隔离所述多个逆变器与所述AC电源；以及将第一所述逆变器电连接至所述AC电源并且将第二所述逆变器电连接至所述AC电力母线。
智能微网可重构AC接口
技术领域
[0001] 本文所描述主题的实施例一般涉及用于微网的可重构AC接口的系统和方法。
背景技术
[0002] 许多工业化国家在大型集中式电厂中产生大量电，并且在公用电力网，或公网上通过电力线输送。通常，电厂是基于化石燃料、核能或水力发电的。然而，例如使用本地发电机，以及可用的太阳能、风、或地热资源，可以在本地产生电力。本地产生的电力通常是在其自身网上，该网被称为微网。通过将微网电力地捆绑至本地公网，并且通过净计量以判定流入或流出微网的净流量，从而能够将微网上所产生的多余的电力卖回至公用设施。
[0003] 传统地，公网为AC，或交流电，而微网使用网绑定逆变器接入公网。网绑定逆变器使用防孤岛开关，其保证了如果来自公用设施的电力下降，逆变器与公网断开，并且仅当公用设施再次正常运行时而再次连接。防孤岛开关为这样的安全部件，其在公用设施工人修理下降的电力线或发生故障的变压器时防止微网将电力供应至公网。尽管这保护公网免受产生在微网上电力的影响，但是仍存在微网本身供电中断的可能性。
[0004] 微网连同公用设施参与负荷削减项目，然后公用设施将微网看做是可调度负荷，如有需要其能够通过公用设施被削减。微网业主同意缩减至接近商定的次数和持续时间。反过来，微网业主的动机通常是降低能耗，这样总体能量账单降低，或者实际负荷的容量和/或能量的支付被置于中断的风险下。通常业主在当公用服务将要中断和基于仪表数据，事后发生按要求去削减用户负荷的检验时被告知。按要求业主能够选择不遵循去除负荷的方向，尽管罚金时常不依照规章征收，并且可能是严重的。在一些负荷缩减项目中，负荷被立即中断而没有警报。当前微网解决方案没有解决关于使负荷继续供电，同时遵循公用设施削减负荷要求的方案。
[0005] 随着微网变得更加常见，它们对网在稳定性上的影响将增加。由微网触发的不期望的动态交互作用增加了关键的，重负荷传输线跳闸的可能性。当前微网解决方案没有解决如下公网的设计，其中该公网利用微网的动态性质增强公网和传输线的稳定性。发明内容
[0006] 呈现的是使用可重构AC接口管理微网电连接的系统和方法。在实施例中，可重构AC接口维持微网上的不间断电力。在实施例中，可重构AC接口通过允许额外的能量源或备用发电机持续地添加至微网而无需削减负荷。在实施例中，可重构AC接口能够使电力被无缝地添加至公网或从公网中去掉，从而增强网稳定性并且允许传输线电力的限制值增大。
[0008] 在实施例中，本系统包括这样的可重构AC接口，其还包括用于将DC电力变换成AC的逆变器、具有用于连接至逆变器、其他转换开关、以及AC母线的接口的转换开关，以及动态地配置转换开关的控制器，以便在逆变器和AC母线之间变换电力。
[0009] 在实施例中，本系统包括逆变器，其用于将DC电源变换成AC电力、用于在逆变器、AC电源、以及AC电母线之间电气互连的互连转换开关、用于监控AC和DC电源的传感器、以及动态配置互连的转换开关的控制器，以便至少部分基于传感器的读数来控制逆变器、AC电源、以及AC电母线之间的电流。
附图说明
[0011] 附图描述用于向微网提供可重构AC接口的系统和方法的各种实施例。下面提供了每个附图的简要说明。每个附图中具有相同参考符号的元件指示相同或功能类似的元件。此外，参考符号最左边的数字指示参考符号首次出现的附图。
[0012] 图1为具有接入公网的AC接口的网绑定微网的绘图；
[0013] 图2为在微网可重构AC接口的一个实施例中的不间断微网的绘图，其中不间断微网具有接入公网的AC接口以及接入负荷的分开的AC接口；
[0014] 图3为在微网可重构AC接口的一个实施例中的离网微网的绘图，其中离网微网具有接入公网的AC接口以及接入离网电源的一个AC接口；
[0015] 图4为在微网可重构AC接口的一个实施例中的远程离网微网的绘图，其中传输线分离了公用设施与本地发电源和负荷；
[0016] 图5为在微网可重构AC接口的一个实施例中的分布式微网的绘图，其中分布式微网具有连接至公网、离网电源、以及传输线的多个连接；
[0017] 图6为在微网可重构AC接口的一个实施例中的内部正弦波发生器的绘图；
[0018] 图7为在微网可重构AC接口的一个实施例中的DC输入前端的绘图；
[0019] 图8为在微网可重构AC接口的一个实施例中的高电力电子的绘图；
[0020] 图9为在微网可重构AC接口的一个实施例中，在微网中实施可重构AC接口的示例性方法的流程图；以及
[0021] 图10为在微网可重构AC接口的一个实施例中，在微网中控制可重构AC接口的示例性方法的流程图
具体实施方式
[0022] 以下详细描述本质上仅是说明性的，并且不是要限制本发明或本申请的实施例以及该实施例的使用。此外，不存在受到上述技术领域、背景技术、简要说明或下列详细描述中呈现的明示或暗示理论的束缚。
[0023] 分布式能源（DER）系统为小型发电技术（通常在3kW到10,000kW范围内），该技术被用于为由公用设施公司维护的传统电力公网提供替换或增强。微网为被连接至传统的集中式公网的正常运行的发电、能量存储、以及负荷的局部化分组。
[0024] 现在参考图1，呈现出网绑定微网100的传统配置。在网绑定微网100中，电源102a、102b（统称电源102）被连接至逆变器104a和104b（统称为逆变器104）。一般的电源为石化燃料供能的发电机、太阳能电池板、风轮机、或者是地热泵机。逆变器104将电源102的直电流或DC电力变换成适于通过公用电力线110传输至使用电力的负荷112的交电流或AC电力。逆变器104使AC电力相位与在公用电力线110上的AC电力相位同步。这被称为是网绑定配置，因为逆变器104被绑定至网，或公用电力线110。防孤岛开关、或AC断开开关106a、106b（统称为AC断开开关106），能够使逆变器104与公用电力线110断开。
[0025] 当从逆变器104汲取太多电力时，AC断开开关106断开、或者跳闸。例如，当由于线由于风暴或意外事故交叉或者倒落出现电力线短路时，AC断开开关106将会跳闸，并且使逆变器104与公用电力线110断开。同样地，如果在公用电力线110上未出现电力时，AC断开开关106将会跳闸，指示公用设施侧断电。这是用于防止网绑定微网100将电力输至公用设施工人可能正处理的线上的安全部件。此外，由于公用设施的负荷切断要求，AC断开开关106可以与公用电力线110断开。
[0026] 在网绑定微网100中，净计量装置108a、108b（统称为净计量装置108）执行监控通过网绑定微网100添加至公用设施电线110或网绑定微网100从公用设施电线110汲取的电力的功能。来自公用设施和网绑定微网100的AC电力通过公用电力线110运输至使用电力的负荷112。断路器114为安全部件，用于在负荷112的电短路或者其他故障事件下，将负荷112与公用电线断开。能够手动使断路器114跳闸，以将负荷112与公用电力线110分离开，从而在负荷112上执行维修。
[0027] 在实施例中，存在连至一个或更多逆变器104、AC断开开关106、以及净计量装置108的通信链路116，从而能够命令、控制、并且监控功能。通信链路的一些非限制性示例协议和物理层为监视控制与数据采集（SCADA），X.25、TCP/IP、UDP、基于串行的通信、基于光纤的通信、无线通信等。
[0028] 现在参看图2，呈现出不间断微网200的实施例。在不间断微网200中，电源102连接至双输出逆变器204a、204b（统称为双输出逆变器204），并且双输出逆变器204通过AC断开开关106经网绑定至公用电力线110。净计量装置108监控通过不间断微网200添加至公用电力线110或者由不间断微网200从公用电力线110汲取的电力。然而，双输出逆变器204还连接至一系列本地AC断开开关206，其通过断路器114将电力供至负荷112。通信链路116能够命令、控制和监控功能。
[0029] 双输出逆变器204将至公用电力线110的连接与至负荷112的连接分离开，从而使得连接之间的影响减至最小。通过每个双输出逆变器204或者从公用电力线110供至负荷112的电量是独立调整的。在不间断微网200中，在不扰乱供至负荷112的电力的情况下，双输出逆变器204能够无缝地连接至公网和公用电力线110以及与其断开。
[0030] 尽管为简便起见示出不间断微网200具有双输出逆变器204和单负荷112，但是不间断微网200结构能够适于支撑任何数量的负荷112，并且使用多种输出逆变器（未示出）。
[0031] 现在参考图3，呈现出离网微网300的配置。在分布式离网微网300中，电源302a、302b（统称电源302）被连接至逆变器304a和304b（统称为逆变器304）。逆变器304并联，其中一个逆变器304b为具有输出的主逆变器，所述输出为用于离网微网300的恒定的电压源。另一逆变器304a为具有输出的副逆变器，所述输出为通过AC母线308同步的可变电流源。逆变器304与负荷112共享电力，其中负荷112受到断路器114保护。在离网微网300配置的一个实施例中，主逆变器304b通过电源302b例如发电机被供给并且因此为离网逆变器，而副逆变器304a通过电源302a例如另一个发电机被供给。副逆变器304a使其AC输出与离网逆变器、主逆变器304b同步，并且因此副逆变器304a为网绑定逆变器。注意地是在一些实施例中，逆变器304为需要在同步的逆变器输出处出现AC电力以便与同步逆变器同步的网绑定同步逆变器。也就是说，为了将DC电力转换成AC电力，AC电源必须能够提供同步。在这些实施例中，同步逆变器不能用于单独的应用中，单独的应用没有来自市政公用设施（另一个微网）或另一单独的逆变器的电力。
[0032] 现在参考图4，呈现出远程离网微网400的配置。在远程离网微网400中，电源302a、302b（统称电源302）被连接至逆变器304a和304b（统称为逆变器304）。电源302a和逆变器
304a将电力提供至远程AC母线308a，而电源302b和逆变器304b将电力提供至本地AC母线
308b。类似于离网微网300，逆变器304b中的一种，本地逆变器是主逆变器，而其他逆变器
304a，远程逆变器，是副逆变器。然而，远程AC母线308a通过传输线310被连接至本地AC母线
308b。传输线310能够使网绑定逆变器304a和电源302a远离离网逆变器304b和本地电源
304b相当大的距离。能够改变由负荷112造成的电力消耗，并且传输线310具有非零阻抗，这会造成本地AC母线308b和远程AC母线308a之间的相位差。当需要时，负荷平衡调整器314a和314b（统称为负荷平衡调整器314）调整并且平衡本地AC母线308b和远程AC母线308a，从而更好地适应负荷112从本地AC母线308b上汲取的瞬时功率。在实施例中，这些负荷平衡调整器314还包括可控传输线补偿器，从而维持电力的质量，例如使用自Schneider Electric可获得的静止无功补偿器、电容器组、过滤器。
304a将电力提供至远程AC母线308a，而电源302b和逆变器304b将电力提供至本地AC母线
308b。类似于离网微网300，逆变器304b中的一种，本地逆变器是主逆变器，而其他逆变器
304a，远程逆变器，是副逆变器。然而，远程AC母线308a通过传输线310被连接至本地AC母线
308b。传输线310能够使网绑定逆变器304a和电源302a远离离网逆变器304b和本地电源
304b相当大的距离。能够改变由负荷112造成的电力消耗，并且传输线310具有非零阻抗，这会造成本地AC母线308b和远程AC母线308a之间的相位差。当需要时，负荷平衡调整器314a和314b（统称为负荷平衡调整器314）调整并且平衡本地AC母线308b和远程AC母线308a，从而更好地适应负荷112从本地AC母线308b上汲取的瞬时功率。在实施例中，这些负荷平衡调整器314还包括可控传输线补偿器，从而维持电力的质量，例如使用自Schneider Electric可获得的静止无功补偿器、电容器组、过滤器。
[0033] 现在参考图5，呈现出分布式微网500配置。在分布式微网500中，电源302a、302b、302c和302d（统称为电源302）被连接至逆变器304a、304b、304c和304d（统称为逆变器304）。
电源302b和逆变器304b离网，并且为第一AC母线308a提供电力。电源302a和逆变器304a网绑定至第一AC母线308a。逆变器304a和304b将电力提供至第一负荷512a所连接的AC母线
308a。电源302c和逆变器304c网绑定至第二AC母线308b。电源302d和逆变器304d离网，并且从第二发电源提供电力。逆变器304c和304d将电力提供至第二负荷512b所连接的第二AC母线308b。第一AC母线308a通过传输线310连接至第二AC母线308b。第三负荷512c经第三AC母线308C连接至逆变器304C。负荷平衡调整器314a、314b、314c、314d（统称为负荷平衡调整器
314）调整并且平衡AC母线308a、308b、308c（统称为AC母线308）上的负荷。意欲使术语AC母线308包含设备或者设施内的内部母线，以及设备和设施外的电源线和电力线。术语AC母线
308贯穿全文用于清晰地说明，然而，想要的是不限制仅针对一个特定类型的AC母线。在运行中，第一负荷512a、第二负荷512b、以及第三负荷512c（统称为负荷512）接收来自任何逆变器304的电力。断路器114保护AC母线308免受负荷512的影响。
电源302b和逆变器304b离网，并且为第一AC母线308a提供电力。电源302a和逆变器304a网绑定至第一AC母线308a。逆变器304a和304b将电力提供至第一负荷512a所连接的AC母线
308a。电源302c和逆变器304c网绑定至第二AC母线308b。电源302d和逆变器304d离网，并且从第二发电源提供电力。逆变器304c和304d将电力提供至第二负荷512b所连接的第二AC母线308b。第一AC母线308a通过传输线310连接至第二AC母线308b。第三负荷512c经第三AC母线308C连接至逆变器304C。负荷平衡调整器314a、314b、314c、314d（统称为负荷平衡调整器
314）调整并且平衡AC母线308a、308b、308c（统称为AC母线308）上的负荷。意欲使术语AC母线308包含设备或者设施内的内部母线，以及设备和设施外的电源线和电力线。术语AC母线
308贯穿全文用于清晰地说明，然而，想要的是不限制仅针对一个特定类型的AC母线。在运行中，第一负荷512a、第二负荷512b、以及第三负荷512c（统称为负荷512）接收来自任何逆变器304的电力。断路器114保护AC母线308免受负荷512的影响。
[0034] 逆变器304和负荷平衡调整器314能够使各种电源302无缝集成到分布式微网500中。如图5所示，以独立配置方式示出分布式微网500，或者孤立于公网。然而，在实施例中，分布式微网500能够被绑定至公网（未示出）。当被绑定至公网时，所有逆变器304通常被配置为网绑定逆变器。然而，在实施例中，一个或更多逆变器304能够被配置为同步电压源。例如当公网的公共接触点（common contact）（或者POC）在长传输线310上时，该配置对于分布式微网500的稳定性而言可能是必要的或者甚至是关键的。
[0035] 分布式微网500能够被绑定至公网或者与之隔离（孤立），在不断开负荷512或者损害负荷512的情况下，按照需要，分布式能源（DER）系统能够作为电源302被添加或者移除。DER通常包含联接至能量存储系统的可再生能源，例如电池，其用于存储DC发电直到其被逆变器304需要。
[0036] 在实施例中，逆变器304包含可重构AC接口，该接口将来自DER的DC电力变换成AC电力。逆变器304能够是恒定电流或者电压电源，这取决于逆变器304是如以上讨论的主逆变器还是副逆变器。当逆变器304被网绑定至公网时，逆变器304输出能够是与公网同步的恒定电流源。在逆变器为恒定电流源的实施例中，逆变器304输出通过内部正弦波发生器被内部地同步。然而，逆变器304输出在与另一个逆变器304同步时，能够是可变电流源。无论输出是与公网还是另一个逆变器304同步均是系统设计选择。例如，如果公网是稳定的并且至公用设施的通路被广泛地可用，如在工业化国家中是典型的，则分布式微网500能够与公网同步。然而，存在对于分布式微网500提供同步化的优选的时间，例如当使用来自多个独立公共设施公司或者电源的电力，或者如果公用电源大体上不稳定，如发展中国家、公共服务不可靠的边远地区、战争或者内乱时期，以及对例如战场上临时安装的情况。
[0037] 可重构AC接口提供外部电力调整以及负荷平衡。为此，逆变器304具有两个隔离的输出。第一输出是输至共享负荷电力需求。第二输出是输至本地负荷电力需求。能够以可获得的电力的量控制和调整逆变器304的隔离输出的电力，其使得逆变器304能够区分被输送至共享负荷和本地负荷的电力的优先顺序。例如，如果共享电力需求大于或者具有高于本地负荷的优先级，则在满足共享负荷所需电力后，本地负荷的电力将是剩余的电力。
[0038] 一些负荷具有可变电力消耗。例如，制冷单元在压缩机打开时需要非常高的初始启动电力，但是随后被设定至较低稳定状态用电。类似地，马达和其他非线性负荷具有使得AC母线308失去平衡的阻抗，这样会导致电力变得未经调整或者非同步化。为了补偿，负荷平衡调整器314被用于稳定AC母线308。在实施例中，负荷平衡调整器314具有无源断开联接元件，例如电容器或者电容器-感应器电路，用于防止喘振以及按照需要提供瞬时功率。除断开联接元件之外，负荷平衡调整器314可使用有源组件，以补偿每个相位间不平衡的电压，如本领域中可以理解的。示例负荷平衡调整器314为自动电压调整器，从Staco能源产品公司可获得的一种模块化电力调节系统。然后，逆变器304暂时性调整AC电力，从而实现电力从电源302至负荷512的有效传输。
[0039] 现在参考图6，在实施例中，除了AC断开开关106之外，设计逆变器304具有内部正弦波发生器600。内部正弦波发生器600包含隔离同步输入602，其连接至公用电力线110或者AC母线308的一个相位。隔离同步输入602使用隔离变压器604隔离，其中在实施例中，隔离变压器604为降压变压器。比较器606将来自隔离变压器604的波形与电压基准608比较，并且输出方波。电压控制的比较器、或者VCO610使用来自比较器606、晶体振荡器612的方波以及将来自VCO610的三相输出616的一个相位至如下相位的反馈，即将VCO610锁定至隔离同步输入602的相位和频率（在实践中，VCO610为锁定至多重频率的相位，然后该相位通过N分频计数器减少至所需的频率）。这允许内部正弦波发生器600快速地使分布式微网500与本地电力网同步。如果不存在来自隔离同步输入602的输入，VCO610维持最后已知的相位和频率，这是仅使用晶体振荡器612通过VCO610获得的频率。VCO610的输出被输入至N分频计数器614，并且其接受VCO610的输出，并且将该输出分频，从而产生三相输出616。三相输出616通常为50/60Hz，具有0度、120度、240度的相位差异。在实施例中，能够根据系统的类型选择频率和相位，例如许多飞行器和航空航天器使用400Hz。逆变器304使用三相输出616，从而在适于为公用电线110或者AC母线308提供电力的频率和相位下，将来自DER、或者其他电源的DC电力变换成AC电力。
[0040] 内部正弦波发生器600的隔离同步输入602在逆变器304是网绑定条件下连接至公网，或者在逆变器304离网条件下连接至一级主逆变器304。如果逆变器304被连接至公网、或者网绑定，逆变器304的同步输入允许内部正弦波发生器600与公用电线110锁相。如果逆变器304被指定为一级主逆变器304，内部正弦波发生器600将与电力网同步，从而促进无缝电力传输。
[0041] 在实施例中，来自分布式能源（DER）系统的DC电力被连接至DC输入700前端。DC输入700前端包含AC-至-DC电力供应702，其为内部正弦波发生器600提供了电压基准608，以及为控制单元704、其他计算逻辑、以及逆变器304的电子器件提供电力的DC电压。尽管示出作为+5V输出仅用于说明的目的，但是应当注意地是AC-至-DC电力供应702的输出能够是3.3V、5V、12V、-12V、-48V、或者所需的任何其他电力，用于实施逆变器304和支持电子器件。
示例AC-至-DC电力供应装置702为来自TDK-Lambda的GenesysTMAC-至-DC可编程电力供应装置。如能被本领域一般技术人员理解，在实施例中，AC-至-DC电力供应装置702能够是DC-至-DC电力供应装置，其使用直接来自DER的DC电力。DC输入700还包含电压表706和电流表
708，其提供了关于电力消耗或者来自DER的电力可用性的信息。在实施例中，电压表706和电流表708串联或者在电力线外侧，例如使用霍尔效应传感器。在实施例中，DER本身将电压和电流输出提供至DC输入700。控制单元704包含这样的逻辑，即连同霍尔传感器802一起，其中霍尔传感器与图8所示转换开关804的AC母线接口806a或者本地负荷接口806b关联，监控由电压表706感测的电压和由DER的电流表708所感测的电流。控制单元704使用这些感测输入判定如何配置可重构转换开关804，从而将电力提供至负荷112。例如，控制单元704能够使逆变器304与恒压电源输出并联，从而将多余的电力提供至负荷112。在实施例中，控制单元704接收外部信号或者命令，以便根据用户输入配置转换开关804。例如，响应于用户或者公用设施命令，控制单元704能够配置转换开关804，从而响应于公用设施要求削减低优先级的负荷112，从而移除公网中的负荷112，并且使用DER源为其供电，或者在公网不稳定的情况中将负荷与公网隔离。在实施例中，控制单元704使用测量公网电压的光学隔离器（未示出）监控AC母线接口806a。
示例AC-至-DC电力供应装置702为来自TDK-Lambda的GenesysTMAC-至-DC可编程电力供应装置。如能被本领域一般技术人员理解，在实施例中，AC-至-DC电力供应装置702能够是DC-至-DC电力供应装置，其使用直接来自DER的DC电力。DC输入700还包含电压表706和电流表
708，其提供了关于电力消耗或者来自DER的电力可用性的信息。在实施例中，电压表706和电流表708串联或者在电力线外侧，例如使用霍尔效应传感器。在实施例中，DER本身将电压和电流输出提供至DC输入700。控制单元704包含这样的逻辑，即连同霍尔传感器802一起，其中霍尔传感器与图8所示转换开关804的AC母线接口806a或者本地负荷接口806b关联，监控由电压表706感测的电压和由DER的电流表708所感测的电流。控制单元704使用这些感测输入判定如何配置可重构转换开关804，从而将电力提供至负荷112。例如，控制单元704能够使逆变器304与恒压电源输出并联，从而将多余的电力提供至负荷112。在实施例中，控制单元704接收外部信号或者命令，以便根据用户输入配置转换开关804。例如，响应于用户或者公用设施命令，控制单元704能够配置转换开关804，从而响应于公用设施要求削减低优先级的负荷112，从而移除公网中的负荷112，并且使用DER源为其供电，或者在公网不稳定的情况中将负荷与公网隔离。在实施例中，控制单元704使用测量公网电压的光学隔离器（未示出）监控AC母线接口806a。
[0042] 现在参考图8，在实施例中，逆变器304包含高功率电子器件800，用于将DC电力变换成AC电力，并且将来自公网和DER的电力动态地路由至负荷。为了从DER的DC输入中产生AC电力，隔离栅双级型晶体管、或者IGBT810a、810b、810c、810d、810e、810f（统称为IGBT810）切断来自DC输入700的DC电力，其通过隔离变压器812a或者812b（统称为隔离变压器812）被步入所需的电压。由IGBT810以及随后由隔离变压器812产生的波形是通过激励电路808a、808b、808c、808d、808e、808f（统称为激励电路808）确定的，其将内部正弦波发生器600的三相输出616的输入成形成这样的波形，即该波形适于从隔离变压器812中产生近似正弦AC波形。在实施例中，激励电路808从内部正弦波发生器600的三相输出616产生正弦波形。激励电路808和IGBT810为通常可用于电力厂的高功率转换电路。隔离变压器812的一个非限制性示例为干式变压器，例如可从ABB集团获得的 干式变压器。隔离变
压器812能够是120/208VAC、240/448VAC，或者任何其他电压，以及任何标准的或者非标准频率，例如50Hz、60Hz、400Hz等等。在一个实施例中，隔离变压器812和内部正弦波发生器
600为动态可开关的，允许高功率电子器件800形成适于当前操作环境的电力。例如，内部正弦波发生器600在美国操作时能产生60Hz波形，但是当在欧洲或者亚洲操作时，将转换成
50Hz波形。在世界多数地方，除了美国，以50Hz输送电力。
压器812能够是120/208VAC、240/448VAC，或者任何其他电压，以及任何标准的或者非标准频率，例如50Hz、60Hz、400Hz等等。在一个实施例中，隔离变压器812和内部正弦波发生器
600为动态可开关的，允许高功率电子器件800形成适于当前操作环境的电力。例如，内部正弦波发生器600在美国操作时能产生60Hz波形，但是当在欧洲或者亚洲操作时，将转换成
50Hz波形。在世界多数地方，除了美国，以50Hz输送电力。
[0043] 来自隔离变压器812的大约正弦AC波形被供至一个或者更多转换开关804a、804b（统称为转换开关804）。转换开关804为可重构AC接口的部分，其在电源和负荷112之间动态地路由电力。转换开关804具有电接口，用于接收和重新传输来自各个电源（例如逆变器304）的AC电力、公用电力线110、AC电力母线308、负荷112等等。在实施例中，转换开关804将一个接口准确地连接至另一个接口。例如，转换开关804能够将逆变器304连接至负荷112；
或者转换开关804能够将另一个转换开关804的输出连接至公用电力线110。在可选实施例中，转换开关804将一个接口连接至多个其他接口。示例性转换开关804为科勒转换开关，额定电流为150安培至4000安培，其中转变类型是常闭的或者程控的。转换开关804接收来自控制单元704的输入，例如命令或者信号，并且动态地重新配置，从而在隔离变压器812、公共AC母线接口806a、以及本地负荷接口806b之间路由电力。转换开关804允许电力被传输至并且来自公共AC母线接口806a。例如，如果公共AC母线接口806a被连接至公用电力线110、或者电力网，则DER产生的电力能够被卖回至公用设施，并且被电力网内的负荷所使用。或者如果本地负荷112需要电力，则转换开关804能够经配置将连接至公共AC母线接口806的公用电力线110的电力输送至连接至本地负荷接口806b的本地负荷112。类似地，在转换开关804连接至AC母线308时，转换开关804允许电力传输至以及来自公共AC母线接口806a。在实施例中，AC母线接口806包含霍尔效应传感器802，其用于监控公共AC母线接口806a的电流和/或电压。霍尔效应传感器802容许控制单元704监控横跨公共AC母线接口806a传输的电力，以及动态地配置转换开关804，从而将电力提供至负荷110。
或者转换开关804能够将另一个转换开关804的输出连接至公用电力线110。在可选实施例中，转换开关804将一个接口连接至多个其他接口。示例性转换开关804为科勒转换开关，额定电流为150安培至4000安培，其中转变类型是常闭的或者程控的。转换开关804接收来自控制单元704的输入，例如命令或者信号，并且动态地重新配置，从而在隔离变压器812、公共AC母线接口806a、以及本地负荷接口806b之间路由电力。转换开关804允许电力被传输至并且来自公共AC母线接口806a。例如，如果公共AC母线接口806a被连接至公用电力线110、或者电力网，则DER产生的电力能够被卖回至公用设施，并且被电力网内的负荷所使用。或者如果本地负荷112需要电力，则转换开关804能够经配置将连接至公共AC母线接口806的公用电力线110的电力输送至连接至本地负荷接口806b的本地负荷112。类似地，在转换开关804连接至AC母线308时，转换开关804允许电力传输至以及来自公共AC母线接口806a。在实施例中，AC母线接口806包含霍尔效应传感器802，其用于监控公共AC母线接口806a的电流和/或电压。霍尔效应传感器802容许控制单元704监控横跨公共AC母线接口806a传输的电力，以及动态地配置转换开关804，从而将电力提供至负荷110。
[0044] 转换开关804提供可重构AC接口，从而将分布式微网500的部分与一个或更多公网连接或者隔离。当分布式微网500被连接至公用电力线，或者电力网时，逆变器304被无缝连接至电力网或者与之断开。虽然在说明中提供两个转换开关804，预想具有两个、三个、或者任何数量的转换开关804的逆变器304，从而支持多重连接至负荷、AC母线308、以及逆变器电子器件808、810、812。使用转换开关804，将电力从电源动态地路由至负荷的能力使得逆变器304为可重构AC接口。应当注意地是可重构AC接口不是必须包括逆变器功能，并且在实施例中仅能够包括转换开关804。
[0045] 在一个实施例中，控制单元704监控来自DER的电压和电流，以及来自公共AC母线接口806a的电压和电流。如果来自DER的电力在预定时间段，例如三秒处于特定电压和电流水平内，则控制单元704将配置转换开关804a关闭，以便电力从隔离变压器812a流至公共AC母线806a，并且流至AC母线308或者公用电力线110。在DER电力传输至公网的过程中，控制单元704连续地跟踪DER输入，从而确保DER电力在范围内。在实施例中，控制单元704在DER输入上执行最大点电力跟踪，或者MPPT。控制单元704还连续地监控公共AC母线806a，以便检查公网上的任何错误。当DC电力低于特定电压和电流水平时，控制单元704将配置转换开关804a打开，以防止电力从公用电力线110返回至隔离变压器812a。然而，转换开关804a和转换开关804b之间的连接保持关闭，以便来自公用电力线110的电力继续流至本地负荷接口806b和负荷112。当在公共AC母线806a上呈现出可能损坏逆变器电子器件808a、810a、812a的条件时，控制单元704断开转换开关804a。控制单元704监控公共AC母线806a，从而确保AC公用电力网是健康的，否则将转换开关804a从公网断开，并且当AC公用电力网再次健康时，重新连接。
[0046] 虽然本公开示出三相电力的分布式微网500，但是分布式微网500同样适用于单相电功率，例如110/120V电系统或者任何其他单相电功率系统。
[0047] 现在参考图9，呈现出将可重构AC接口嵌入分布式微网500的示例性方法900的流程图。在902，可重构AC接口自一个或更多电源302接收电力，在904，例如通过绑至电力网或者在906，通过将来自DER系统的DC电力转化成AC电力。如果可重构AC接口绑至电力网，则908监控电力网的频率和相位，并且在910，可重构AC接口与电力网同步。在912，可重构AC接口监控电源302和负荷112的电压和电流。在912，可重构AC接口监控电压和电流，以便判定电源302和负荷112被连接。例如，当逆变器304被配置为主逆变器（即，其他逆变器304为副逆变器或者远离AC接口）而启动时，可重构AC接口首先检查，从而确保在分布式微网500的电力线上尚未通电。能够有若干不同的方式配置可重构AC接口，这取决于所需的分布式微网500配置和呈现的电源302和负荷112。如果DER系统提供了多于微网负荷所需的电力，则在914可重构AC接口经配置将电力传输至电力网。如果自本地DER为负荷112提供电力，则在
916可重构AC接口经配置将连接至DER的逆变器304的电力局部传输至负荷112。如果负荷需要电力，在918可重构AC接口经配置将来自电源302，例如电力网、DER、或者发电机的电力传输至负荷112。如果电源302损坏、或者需要停止服务，或者如果分布式微网500电力线上的负荷需要更多电力，则在920可重构AC接口经配置通过将来自一个或者更多其他电源304的电力传输至负荷112来提供不间断电力。如果电力网变得不稳定，或者如果分布式微网500的业主要求，则在922可重构AC接口能够将分布式微网500与电力网，或者与任何其他电源
302隔离。另外，如果需要，通过隔离的单个负荷或者连接至多重负荷的电力线，在924可重构AC接口能够被用于削减负荷。在实施例中，那些负荷112能够是无功率的，或者按照需要通过DER和逆变器继续提供功率。
916可重构AC接口经配置将连接至DER的逆变器304的电力局部传输至负荷112。如果负荷需要电力，在918可重构AC接口经配置将来自电源302，例如电力网、DER、或者发电机的电力传输至负荷112。如果电源302损坏、或者需要停止服务，或者如果分布式微网500电力线上的负荷需要更多电力，则在920可重构AC接口经配置通过将来自一个或者更多其他电源304的电力传输至负荷112来提供不间断电力。如果电力网变得不稳定，或者如果分布式微网500的业主要求，则在922可重构AC接口能够将分布式微网500与电力网，或者与任何其他电源
302隔离。另外，如果需要，通过隔离的单个负荷或者连接至多重负荷的电力线，在924可重构AC接口能够被用于削减负荷。在实施例中，那些负荷112能够是无功率的，或者按照需要通过DER和逆变器继续提供功率。
[0048] 现在参考图10，呈现出控制到分布式微网500内的可重构AC接口的示例性方法1000的流程图。首先，在1002判定分布式微网500的电流配置。在1004如果分布式微网500网绑至公共程序，例如公共电力网，则在1006所有可重构AC接口被设置成网绑定配置。在1008可重构AC接口的逆变器304与公网的频率和相位同步，并且在1010可重构AC接口将电力添加至电力线作为电流源。如果分布式微网500不是网绑定的，则在1012分布式微网500在隔离的微网配置中运行。在1014分布式微网500中的逆变器304中的一个被配置为主AC接口。
在1016主AC接口验证在电力线上无电力，并且然后在1018将基准电压VAC供应至电力线，其他逆变器304用作基准频率和相位。因此，在1020其他的本地逆变器304被配置为副AC接口。
在1022这些副逆变器304被放在辅助的或者备用的模式中，这取决于当前是否需要电力。在
1020被配置为副AC接口的逆变器304与电力线同步1024，并且将电力1010添加至电力线作为电流源。在1040，例如位于传输线310的其他端部的远程逆变器304被配置为远程AC接口。
在1042这些远程逆变器304验证其本地电力线参数，例如线上是否有电力、线路阻抗、电力级、频率、相位、以及频率和相位的稳定性。在1024远程逆变器304与电力线同步。如果远程逆变器304在1026未调整模式中运行时，例如如果附近没有公网，并且远程逆变器为电力线的唯一电源，则在1018远程逆变器304将基准电压VAC供应至电力线。其他远程逆变器304以副配置运行至远程逆变器304以及在1028以调整模式运行。如果远程逆变器304在1028调整模式运行，则1010将电力添加至电力线作为电流源。分布式微网500通过在1034削减本地负荷、在1036添加辅助电源、以及在1038配置线补偿器，在1032还调整电力线以保持电力稳定。还能够将负荷动态添加至分布式微网500并且在1030被连接至电力线。
在1016主AC接口验证在电力线上无电力，并且然后在1018将基准电压VAC供应至电力线，其他逆变器304用作基准频率和相位。因此，在1020其他的本地逆变器304被配置为副AC接口。
在1022这些副逆变器304被放在辅助的或者备用的模式中，这取决于当前是否需要电力。在
1020被配置为副AC接口的逆变器304与电力线同步1024，并且将电力1010添加至电力线作为电流源。在1040，例如位于传输线310的其他端部的远程逆变器304被配置为远程AC接口。
在1042这些远程逆变器304验证其本地电力线参数，例如线上是否有电力、线路阻抗、电力级、频率、相位、以及频率和相位的稳定性。在1024远程逆变器304与电力线同步。如果远程逆变器304在1026未调整模式中运行时，例如如果附近没有公网，并且远程逆变器为电力线的唯一电源，则在1018远程逆变器304将基准电压VAC供应至电力线。其他远程逆变器304以副配置运行至远程逆变器304以及在1028以调整模式运行。如果远程逆变器304在1028调整模式运行，则1010将电力添加至电力线作为电流源。分布式微网500通过在1034削减本地负荷、在1036添加辅助电源、以及在1038配置线补偿器，在1032还调整电力线以保持电力稳定。还能够将负荷动态添加至分布式微网500并且在1030被连接至电力线。
[0049] 如上图1-10所示以及附文，公开了这样的系统，其包括用于将DC电源变换为AC电源的多个逆变器，以及在所述逆变器、AC电源、和AC电力母线之间电气互连的多个互连的转换开关。本系统可还包括多个传感器，其用于监控所述DC电源和所述AC电源；以及控制器，其动态地配置所述互连的转换开关，从而至少部分基于来自所述多个传感器的传感器读数控制电力在所述逆变器、所述AC电源、所述AC电力母线之间的流动。
[0050] 在上述系统的一个实施例中，控制器可将互联的转换开关配置成从如下组中选出的配置，所述组包括使所述AC电力母线上的负荷电隔离所述AC电源；在不中断输至所述AC电力母线的电力的情况下，将所述AC电力母线从所述AC电源切换成所述逆变器中的一个；将所述多个逆变器与所述AC电源电隔离；以及将第一所述逆变器电连接至所述AC电源，以及将第二所述逆变器电连接至AC电力母线。
[0051] 此外，如上附文以及附图1-10所示，公开了微网的可重构AC接口。可重构AC接口包括用于将DC电源变换为AC电源的逆变器、第一转换开关以及第二转换开关，所述第一转换开关包括用于逆变器的电接口和用于第一AC母线的电接口，所述第二转换开关包括用于第一转换开关的电接口和用于第二AC母线的电接口。另外，AC接口可包括控制器，其适用于动态配置第一转换开关和第二转换开关，从而在逆变器、所述第一AC母线、第二AC母线之间传输电力。
[0052] 在可重构AC接口的一个实施例中，第二AC母线电连接至负荷，并且第一AC母线电连接至公用电力网，并且控制器适于动态配置第一转换开关和第二转换开关，以便负荷与公用电力网隔离，并且负荷接收来自逆变器的电力，而不会中断提供至负荷的电力。
[0053] 在一个可选的可重构AC接口中，控制器适用于接收信号，从而将负荷与公用电力电网隔离。在又一个实施例中，权利要求11的可重构AC接口可还包括传感器，用于检测第一AC母线的电参数；并且所述控制器适用于动态配置所述第一转换开关，从而基于第一AC母线检测的电参数隔离第一AC母线。
[0054] 在可重构AC接口的另一个可选方案中，控制器适用于动态地配置第一转换开关，从而基于第一AC母线上的电参数重新连接至第一AC母线，从而在预定时间段内获得特定的电压和电流。
[0055] 在可重构AC接口的另一个可选方案中，第二逆变器用于将DC电源变换成AC电源；并且第二转换开关还包含接入所述第二逆变器的电接口，并且控制器适用于动态地配置第一转换开关，从而将逆变器的电力传输至第一AC母线，并且动态地配置第二转换开关，从而在第二逆变器和第二AC母线之间传输电力。
[0056] 在可重构AC接口的另一个可选方案中，传感器被用于监控接入所述第一AC母线的电接口的频率和相位；并且与传感器连通的相位锁定振荡器用于使可重构AC接口与频率和相位同步。
[0057] 在可重构AC接口的可选实施例中，DC电源为分布式能源系统，第一AC母线能够与公用电力网电流通，并且第二AC母线与负荷电连通。
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