CN107112762B 分层及分布式电网控制

CN107112762B 分层及分布式电网控制
背景
传统公用电网包括一个集中电力源(例如火力发电机、核电发电机、水电站发电机、风力发电场等)和集中式管理体系。该“电网”还可与其他电力源连接，因此可在宏观层次上在不同电力源的电网基础设施间进行电力共享。然而，传统上，所述电网包括大量的基础设施，例如，公用电线和配套杆塔以及配送电力的变电站。传统上，所述电网以大型发电机为基础，该发电机能够提供充足电力，满足联网用户的电力峰值需求。用户可包括住所、企业、蜂窝站或其他变电箱或者其他电力用户。不同用户可能具有不同的峰值需求，从最小的电力用户到因重型商用设备而具有很高电力需求的大型企业。
传统的电网基础设施构建和维护起来十分昂贵。此外，它需要从中央电力源将能源输送给用户，输送距离可能多达成百上千公里。变电站以及街区变压器等其他基础设施由集中式管理进行管控，以保持电压与电网上输送的电流同相，并保持电压水平处于监管水平。通常，从电网中提取电力的电动设备会导致电网的功率因数下降。在宏观上，电网管理已试图控制因上述电动设备而对电网的功率因数造成的干扰。现代电子学中较新的交换式电源供应设计需要无功功率，而且将噪声引入电网，使电网的功率因数和电压调节进一步复杂化。
电网输出的功率通常包括两部分：有功功率分量和无功功率分量。有功功率是电压波形和电流波形完全同相时输出的功率。无功功率是电压波形和电流波形不同相时输出的功率。根据电流波形和电压波形之间的相位差，无功功率可能超前或滞后。
对电力用户而言，对功率的理解可能不同于用于计算功率的能源。功率通常以瓦时(W.h)或瓦小时来表示。用瓦小时数乘以公用事业单位的收费费率便可得出电力用户应向公用事业单位支付的金额。但是能源能够以多种不同的方式表示和计算。举例来说，可以是(VA)V.I(电压矢量乘以电流矢量，得出伏安)、V.I.PF(电压矢量乘以电流矢量乘以功率因数，得出瓦特)以及W^2的平方根(瓦特的平方的平方根，得出无功伏安)。电力用户通常把功率看作瓦小时，瓦小时用于计算向用户建筑物提供的能源的费用。公用事业单位也已开始计量用户建筑物处的无功功率消耗并收取相应费用。
在用户场所就地增加可再生能源来发电的电网用户显著增加。可再生能源通常是太阳能和/或风能，使用太阳能系统的数量显著增加。用户电力源的一个局限性在于，他们通常在同一时间生产电力，并且所生产的电力可能超过电网上所能使用的电力。传统的电网基础设施为单向系统，从用户建筑物输送回集中管理处以及中央电力源的有功功率可能造成电网电压控制问题以及电网无功功率不稳定。这些问题已导致电网运营商限制可与电网连接的可再生能源的数量。在某些情况下，需要在用户处或用户附近安装额外的硬件或电网基础设施，以控制流回电网的电力。
除可再生能源造成的所述问题之外，空调装置及需要消耗大量无功功率的其他负载的使用的增加，也为需要将电压水平保持在所需水平的电网管理方造成额外的压力。近期的热浪导致滚动限电和停电。另一些时候，例如当人们下班回家、电力消耗增加的时候，将重设设备接口用以处理负载的变化，此时电网可能会存在暂时中断。传统上，集中管理方必须保持电网规定(如电压水平)的合规性。一旦与电网连接的某一对象发生过电压，其将从电网中切断，因而可能对周边地区造成附加负载，从而可能在集中管理方恢复电网稳定之前导致更大面积的电网故障。
附图说明
下文的描述包含对图示的阐述，这些图示以示例的方式说明本发明之实施例的实施方式。这些附图应视为示例性的，而非限制性的。如本文所使用，本专利申请中提及的一个或多个“实施例”应理解为描述本发明的至少一个实施例所包含的某一特定功能、结构和/或特征。因此，本专利申请中出现的诸如“在一个实施例中”或“在一个替代实施例中”之类的语句描述本发明的各种实施例和实施方式，也不一定均指同一实施例。然而，它们也不一定相互排斥。
图1示出了一种采用分层电网控制的系统的一个实施例的框图。
图2示出了一种在单个街区内的公共耦合点处进行监测和控制的系统的一个实施例的框图。
图3示出了一种在多个街区之间的公共耦合点处进行监测和控制的系统的一个实施例的框图。
图4示出了一种分布式电网系统的一个实施例的框图。
图5示出了一种包含用户建筑物的系统的一个实施例的框图，其中该系统包括一个由转换器根据仪表的监测进行控制的能量源。
图6示出了一种包含转换器的系统的一个实施例的框图，其中该转换器用于根据仪表的监测对用户建筑物进行控制。
图7示出了一种包含仪表的系统的一个实施例的框图，其中该仪表用于监测描述复数电流矢量的不同能量信号。
图8示出了一种系统中的电流分量的实施例的示意图，其中，电流的谐波分量具有相对于初级电流分量的角向偏移量。
图9示出了一种系统中的电流分量的实施例的示意图，其中，电流矢量是初级电流分量和谐波电流分量的合成矢量。
图10示出了一种计量仪表的实施例的示意图，其中该计量仪表用于监测公共耦合点处的电力。
图11示出了用于监测描述复数电流矢量的不同能量信号的过程的一个实施例的流程图。
图12示出了一个过程的一个实施例的流程图，其中该过程用于根据在公共耦合点处所监测的能量信号满足该公共耦合点处的电力需求。
图13示出了一个过程的一个实施例的流程图，其中该过程用于调整公共耦合点处的有功、无功功率消耗。
图14示出了一个过程的一个实施例的流程图，其中该过程用于提供动态电网支持，可包括解决电网饱和问题。
图15示出了一种系统的一个实施例的框图，其中该系统可利用与硬件波形控制器相连的软件反馈控制子系统控制谐波失真。
图16示出了一种系统的一个实施例的框图，其中该系统利用功率因数调节将本地来源的电力传输给并网负载。
图17示出了分布式电网的一种节点的一个实施例的框图。
图18示出了一个用于提供分布式电网控制的过程的一个实施例的流程图。
下文将描述某些细节和实施方式，包括对所述附图的描述，这些附图可能描述下文阐述的实施例中的部分或全部实施例，还可能探讨本专利申请提及的发明构思的其他潜在实施例或实施方式。
详细说明
如本专利申请所描述，控制节点支持分布式电网控制。多个独立的控制节点可以分布在整个电网上。可将多个控制节点与这些多个控制节点的公共控制节点相连，对所述控制节点进行分层设置。每个控制节点管理电网的一个公共耦合点(PCC)。公共耦合点是一个互连点，多个下游负载和/或本地电力源在该互连点与电网相连。就本专利申请而言，每个控制节点与多个负载和/或电力源相连，因此也与公共耦合点相连。因为每个控制节点独立于任何其他控制节点来管理其与电网的接口或互连，因此电网控制智能化可以分布在整个电网上。
在一个实施例中，每个控制节点独立于任何其他控制节点而工作，其通过公共耦合点或所述控制节点监测并管理其位于公用电网和下游所有设备之间的公共耦合点处的发电量和电力需量。所述下游设备可以包括太阳能和/或风力发电等能源、有功功率和/或无功功率用户(如用户节点)等负载以及其他公共耦合点或其他控制节点。在一个实施例中，每个控制节点管理其与电网的接口或互连，以保持电网规定的合规性。在一个实施例中，所述控制节点含有任意数量的用户节点和任意数量的下游联网能源。用户节点可以是用户建筑物。在一个实施例中，一个用户建筑物可以包含多个用户节点。在一个实施例中，一个用户节点可以包含多个用户建筑物。在一个实施例中，一个控制节点管理多个用户建筑物。每个控制节点可监测下游的发电量和电力需量并确保该电网上的所述电力需量处于可接受水平。所述控制节点可通过所述公共耦合点调节控制节点与电网集中管理间的接口进行电网控制，以保持公共耦合点处符合电网规定。
在一个实施例中，所述控制节点调节下游的有功功率消耗。在一个实施例中，所述控制节点调节下游的无功功率消耗。在一个实施例中，所述控制节点调节下游产生的无功功率。在一个实施例中，所述控制节点调节下游产生的有功功率。在一个实施例中，所述控制节点控制所述公共耦合点处的能源，从电网的角度(即从电网一端或者从电网集中管理或电网基础设施角度通过所述公共耦合点向下游看)管理所述公共耦合点处的能源数量和类型。
图1示出了一种采用分层电网控制的系统的一个实施例的框图。系统100表示一种采用分层控制的电网。在一个实施例中，系统100包括发电厂110和电网骨干网架120，尽管在一个实施例中，可以应用所述分层电网，不与集中电网管理处和中心电网发电厂相连。系统100为一种电网系统，其中电力用户彼此相连并与电力源相连。
发电厂110是一种大型发电厂，其为电网骨干网架120提供电力。发电厂110通常是水电站发电机、核电厂、火力发电厂或大型风力发电场。近来还新增了大型太阳能发电场。电网骨干网架120包括电力塔、电力线、变压器、变电站以及实现用户与发电厂110互连的其他基础设施。电网骨干网架120包括带高压电力线的电网基础设施，以实现数公里的电力传输。实际上，多个电力源或发电厂可与同一电网骨干网架120相连，然而，所有电力源或发电厂均为大型电力源或发电厂，它们通常用来产生尽可能多的电力并服务尽可能多的用户。传统的电网骨干网架120设计用于从发电厂110向用户进行单向电力分配。所提及的“电网”或“公用电网”可以指发电厂110和电网骨干网架120的基础设施。
在一个实施例中，所述电网可以视为一种网络，可以对该网络进行分层，将其分为多个不同的电网部分。每个电网部分可由单独的控制节点控制。在一个实施例中，系统100包括控制节点130、140和150。每个控制节点可以管理一个PCC或公共耦合点，多个负载和/或电网的多个子部分在公共耦合点处耦合在一起。所述公共耦合点可以使每个部分和子部分彼此互连并且/或者与电网相连。
应当认识到，所述公共耦合点可以是等电位点，也可以是代替接地。在图中所示的层次结构的顶端是公共耦合点[0]，其使所有下游部分直接彼此互连。公共耦合点[0]还可以将所有下游点与电网骨干网架120相连。所提及的“下游”是指配电路径远端的装置或物品。因此，住宅或用户建筑物可处于电网配电路径上的一个点上，并且所述配电路径远端的用户建筑物为下游。应当认识到，由于远离发电厂110，带额外结构的其他电网部分可位于公共耦合点[0]下游，因此从集中电网管理处来看，其远离配电路径。
系统100可称为电网网络，其可包括或不包括电网骨干网架120和发电厂110。所述电网网络可以是分层网络，其中每个公共耦合点可以聚合多个低级公共耦合点。每个公共耦合点为所有下游装置提供一个连接点。公共耦合点[0]位于系统100的层次结构的顶端。在一个实施例中，多个未显示的附加装置可与公共耦合点[0]连接。所述其他未显示的装置可与节点130并联连接到公共耦合点[0]。由此可见，所述电网网络层次结构的最低层次是位于用户建筑物的控制节点，如用户建筑物160上的节点162以及公共耦合点[3]。在一个实施例中，用户建筑物包括一个或多个控制节点。在一个实施例中，系统100中存在无控制节点的用户建筑物。
系统100中示出了两座用户建筑物，用户建筑物160和用户建筑物180。所述用户建筑物还可以称作用户或用户节点。在一个实施例中，用户建筑物可包括住宅、企业、公园、负载、恒温器、泵、汽车充电站和/或其他电力用户。每个用户建筑物包括一个或多个依靠电力来工作的负载或装置。在一个实施例中，用户建筑物160包括一个单一控制节点162。在一个实施例中，用户建筑物180包括多个控制节点182和184。一个用户建筑物可包括零个或多个控制节点。根据电网网络的设计以及用户建筑物中负载和电力源的数量，单一用户建筑物可包括多个控制节点。系统100中可包括其他用户建筑物。零个或多个用户建筑物可包括发电装置，下文将结合其他附图进行更详细的描述。
在一个实施例中，每个公共耦合点与一个控制节点相连。与公共耦合点相连的所述控制节点管理或控制该控制节点上的电气操作。例如，在一个实施例中，系统100中的控制节点130与公共耦合点[1]相连，并管理公共耦合点[1]下游(在公共耦合点[1]处从所述电网一端来看)的负载需求和发电。所提及的从所述电网一端来看或从所述电网角度来看指的是该点上存在的净电力需量(所需电力或所产生的电力)。从所述电网角度来看也可指从该点向下游看时该点上存在的相位偏移或无功功率净值。所述公共耦合点是发电量和电力需量的聚合点。根据负载需求与所述公共耦合点的同一部分或区域之内产生的有功功率和无功功率的比较，净电力需量可以是所需有功功率和无功功率的差值。“在同一部分之内”可指在一个公共耦合点“之内”，意指在与所述公共耦合点相连的下游网络之内。
在一个实施例中，每个控制节点可独立控制其自己的公共耦合点。因此，控制节点130控制公共耦合点[1]，控制节点150控制公共耦合点[2]，控制节点140控制公共耦合点[4]，控制节点162控制公共耦合点[3]。在一个实施例中，独立控制是指每个控制节点监测和控制其公共耦合点处的操作，使所述公共耦合点尽可能符合电网规定。可能无法始终让每个控制节点完全符合电网规定。在一个实施例中，根据邻近控制节点输出(例如从当前控制节点向邻近控制节点看去时所看到的电力需量)进行所述控制节点的操作。然而，通过查看另一个控制节点的操作来进行操作控制并不意味着每个控制节点的操作彼此相关。相反，在一个实施例中，不管其他控制节点如何操作，每个控制节点旨在确保所述控制节点作为一个整体(连接在该控制节点“下方”或下游的一切)符合所有要求。监测邻近控制节点或邻近公共耦合点的性能或操作可以作为考虑因素，用于决定如何操作以及是否向上游向所述电网提供支持。在一个实施例中，每个控制节点能够接收和响应来自中央数据中心和/或集中式电网管理的输入，但可利用该输入进行操作，也可不利用该输入进行操作。因此，每个控制节点独立操作，以控制在其连接点处的所述净功率操作。
在一个实施例中，每个控制节点包括一个转换器或逆变器装置以及一个计量仪表。在一个实施例中，所述转换器是指电力转换装置或简称为转换装置。所述转换器可包括一个或多个可一起操作的转换器，来进行公共耦合点处的操作和/或接口控制。在一个实施例中，所述控制节点和转换器均为独立装置。因此，转换器132可以是控制节点130的一部分或仅在公共耦合点[1]处与控制节点130连接。同样地，转换器142与控制节点140相连，转换器152与控制节点150相连，转换器164与控制节点162相连，转换器192与控制节点182相连，转换器194与控制节点184相连。还可能存在其他网络配置。应当意识到，未示出整个系统100。
如上所述，每座用户建筑物可以是一个负载或可包括一个负载。用户建筑物160包括一个或多个负载172。每个负载172消耗电力。负载172可产生电力需量，该电力需量包含有功功率分量和无功功率分量。传统上，除所述用户建筑物现场的重型设备(如电容器组和/或感应电动机)之外，无功功率由所述电网提供。负载172可以是任何形式的负载，如照明、计算机设备、娱乐设备、电动机、HVAC(采暖、通风和空调系统)设备、家用电器和厨房电器或需要电力来工作的任何其他类型装置。所述装置可包括插入电源插座充电的可充电装置。许多此类装置产生无功功率需求。可以在所述负载的所述公共耦合点处以及上游其他公共耦合点处看到该无功功率需求，除非该需求已得到满足。在一个实施例中，节点162和转换器164可为负载172提供无功功率。
应当认识到，用户建筑物180内存在负载(未具体显示)。在一个实施例中，转换器164与连接负载172的公共耦合点[3]相连。在一个实施例中，转换器192和转换器194可在所述负载与所述公共耦合点(公共耦合点[2])之间相连。转换器164与公共耦合点[3]相连并且可以进行配置，以在公共耦合点[3]处保持一定的性能参数。在一个实施例中，实际上，转换器164连接于公共耦合点[3]和控制节点162的仪表之间。所述性能参数可以与控制公共耦合点处的有功功率和无功功率相关联。在一个实施例中，当转换器连接于所述负载和所述公共耦合点之间时，可配置所述转换器，以保持一个或多个特定负载与该转换器相连。
在一个实施例中，每个控制节点包括一个计量仪表或电能表，该计量仪表或电能表内置在所述控制节点中或与所述控制节点相连或成为所述控制节点的一部分。下文将更详细地阐述计量仪表实施例。所述计量仪表测量公共耦合点处的用电量并可以确定下游的净电力需量或发电量。在一个实施例中，所述计量仪表可以在公共耦合点处监测电网网络的操作。在一个实施例中，所述计量仪表可测量能量信号。每个转换器可控制公共耦合点处的用电量。在一个实施例中，所述转换器控制公共耦合点处的有功功率和/或无功功率的使用量。
在一个实施例中，系统100的所述电网层次结构可包括用户建筑物上的一个或多个控制节点、街区内的一个或多个控制节点、变电站上的一个或多个控制节点或者其他层次结构。该层次结构中的每个控制节点独立控制其下方的操作并向上游报告。因此，每个控制节点可独立管理所述电网的合规性。如果所述电网网络的一部分出现故障，位于所述层次结构上层或上游的节点可尝试调节操作，避免该故障在其公共耦合点之下的所述子网络之外发生或出现。因此，分布式电网可更快速、更高效地从故障中恢复并可降低所述电网其他部分出现故障的风险。例如，所述电网网络的每个分布式控制节点可动态调整无功功率和有功功率消耗，以保持其公共耦合点处的连接符合所述电网的连接要求。
在一个实施例中，系统100的每个分布式控制节点可通过所述相连的公共耦合点控制所述电网或电网网络看待所述电网的所述部分的方式。因此，控制节点130可控制所述电网看待公共耦合点[1]下游的一切的方式，控制节点150可控制所述电网或电网网络看待公共耦合点[3]下游的一切的方式，以此类推。控制所述电网如何通过公共耦合点看待所述电网的一部分的能力可在所述电网网络的一部分中实现更具适应性的操作。例如，鉴于现行规定要求在违反某些条件(过电压、过电流、孤岛效应和/或其他条件)时利用某些逆变器进行离线降额运行，控制所述公共耦合点与所述电网的连接可允许所述电网仅通过所述公共耦合点观察所述部分。因此，每个控制节点可在所述公共耦合点处控制其与所述电网网络的连接，因而允许逆变器保持在线更长时间，以尝试恢复。在理论上，只要与公共耦合点相连的所述装置总体合规，所述公共耦合点下游的每个逆变器可暂时违反透传要求和/或过电压要求一段时间。在一个实施例中，如果所述公共耦合点处的所述控制节点和逆变器可以获得其他逆变器的支持或者这些逆变器上的操作变化改变了所述公共耦合点上的净电力需量情况，则同样地，每个逆变器可暂时违反电网条件，同时所述控制节点通过改变所述公共耦合点之内其他装置的操作来保持所述公共耦合点的合规性。
在一个实施例中，分布式控制或电网或电网网络包括在对电网造成中断的情况下将该公共耦合点剔除。应考虑到的是，公共耦合点[2]处的问题通常会造成该点的电网发生故障。在一个实施例中，控制节点150和130可监测电网状态。控制节点150可试图通过转换器152的操作改变公共耦合点[2]处的电网状态，例如通过改变无功功率控制。控制节点150还可以向控制节点130通知电网状态。在一个实施例中，控制节点130可通过向控制节点140发送信号改变其操作(例如通过转换器142)以平衡公共耦合点[1]处的净电力需量情况，来对电网状态做出响应。控制节点130还可以根据电网状态改变转换器132的操作。根据所述控制节点的操作，虽然公共耦合点[2]可能出现时间长于标准所允许时间的故障状况，但是可使公共耦合点[1]处的电网状态符合标准和规定。因此，公共耦合点[2]及其设备可保持在线，以试图纠正问题。
因此，控制节点的分布以及通过这些节点的控制操作的分布可以将合规的节点设置于尽可能靠近所述发电机和/或电网骨干网架，以将局部干扰的影响降至最低。因此，在一个实施例中，电网网络100的一种层次结构中的每个点是独立的合规性控制点。在一个实施例中，系统100在整个层次结构上提供分布式冗余合规性。在一个实施例中，每个控制节点试图在合规的情况下操作。此类操作通常可以确保所述电网的每个部分和子部分在合规的情况下操作，但是如果某一层发生故障，若其上一层能够纠正该故障，则该故障不会导致所述电网发生故障。例如，如果控制节点130可以针对公共耦合点[2]处的故障调节操作，则控制节点150及其下游的一切可以保持在线，以试图纠正错误状态。借助此类操作，所述电网的一部分不会发生故障，除非最后一个控制点和合规点无法弥补所述状况。
图2示出了一种在单个街区内的公共耦合点处进行监测和控制的系统的一个实施例的框图。系统200包括一个电网网络，并且可以是根据图1所示系统100的一个实施例的电网网络和/或系统的一个示例。电网210是所述电网基础设施，其可包括中央发电机或发电厂以及集中电网控制(未具体显示)。
街区230是所述电网网络的一部分或子部分。街区230通过公共耦合点220与电网210相连。公共耦合点220包含相关联的控制节点222。控制节点222可以是根据本专利申请中描述的任何实施例的控制节点，可以包含处理逻辑，以控制公共耦合点220处的所述电网的性能。在一个实施例中，控制节点222包括一个转换器，用于控制所述公共耦合点的操作。在一个实施例中，街区是系统200的分布式控制层次结构之内的一层。所述层次结构中的其他层未具体示出。然而，公共耦合点220可利用分布式控制节点通过其他公共耦合点与电网210相连。
在一个实施例中，街区230可以是所述电网的任何部分或子部分。街区230通常是所述电网的一批或一组用户建筑物。所述一组用户建筑物可以是用户建筑物的任意组合，其由控制节点控制。在一个实施例中，例如，所述一组用户建筑物可以是由一个变压器、一个变电站或其他组用户建筑物服务的所有用户建筑物。在一个实施例中，街区可以是包含多栋建筑和/或负载和发电装置的大型用户建筑物，所述用户建筑物通过公共点(公共耦合点220)与电网210相连。在上述实施例中，单一用户建筑物内可分组。在一个实施例中，与控制仪表或该控制仪表下游和/或控制节点连接的一切可由与不同控制仪表相连的其他装置(负载)独立控制。所述控制仪表可以控制其所有相连负载与所述电网的连接。
考虑用户建筑物240。在一个实施例中，用户建筑物240包括仪表242、转换器244、负载246以及能量源248。负载246可包含任何类型和数量的负载。转换器244可以是根据本专利申请中描述的任何实施例的一种转换器。能量源248可以包括任何类型的本地能源。太阳能发电和风力发电是常见的本地电力源。此类能源通常称作“电力”源，因为它们产生可以在本地使用和/或返还至所述电网的电力。然而，传统系统调节以功率或电压乘以电流(P＝VI)表示的电力源的输出。该传统操作未能考虑到的是，如果不固定于具体的电流和/或电压，则可以更灵活地使用能源。功率调节必然导致电能的浪费。
与传统方法相比，转换器244可以将能量源248产生的能量转换成负载246所需的任何类型的功率，有功功率、无功功率或二者的组合。此外，转换器244能够以有功功率和/或无功功率的形式通过公共耦合点220将能量返还至电网210。因此，在系统200中，能量源248称作“能量”源更为恰当，因为其传递能量，而未将输出调节至具体的电压或电流。下文将更详细地描述所述转换器。
正如可以对发电量加以限制，电力计量可以在监测和计量用户建筑物240的操作方面加以限制。存在多种进行能量计量的方式。总之，假定可以进行能量精确计量，在此不再详细说明进行能量计量的方式。因此，仪表242可以进行能量计量。在一个实施例中，仪表242是一种控制仪表，其以非瓦小时(W-h)进行能量计量。在一个实施例中，可利用仪表242的操作来控制系统200中的能量消耗和能量传输。在一个实施例中，仪表242可以跟踪负载246的能量信号，以确定控制公共耦合点的方式。虽然未具体示出和添加编号，但应当意识到，仪表242和转换器244的组合可以构成用户建筑物240处的一个控制节点。因此，负载246到转换器244和仪表246[根据上下文及附图，仪表246应为仪表242]的连接点可以是一个公共耦合点。用户建筑物240的所述公共耦合点包括通过能量源248的发电量以及负载246的电力消耗或电力需量。
在一个实施例中，街区230包括一座额外的用户建筑物250，用户建筑物250同样包括仪表252、转换器254、负载256以及能量源258。并不要求负载256以及能量源258的数量和类型与负载246或能量源248相同。相反，每座用户建筑物可包含任何数量的负载和/或发电装置。在一个实施例中，街区230可包含任何数量的具有能量源的用户建筑物。在一个实施例中，街区230可包含一个或多个没有能量源的用户建筑物。在一个实施例中，根据下文所详述，没有能量源的用户建筑物依然可以配置控制节点，例如仪表和功率转换器。
街区230内的仪表(例如仪表242和仪表252以及其他)可彼此通信，共享计量和/或控制信息。在一个实施例中，仪表之间或控制节点之间的所述信息共享可以支持仪表和/或控制节点控制所述街区的公共耦合点(公共耦合点220)在网络中的位置改变方式或者通过不同的公共耦合点在所述网络或整个电网中实施控制的方式。可使用任何媒介实现计量节点之间的通信。彼此进行信息共享和/或与中央数据中心进行信息共享的能力可以支持所述网络或电网根据电网状况进行自适应操作。因此，在一个实施例中，系统200支持分布式实时数据监测和共享。接收该数据的其他装置可以提供无功功率补偿，以在其控制之内提供电压支持和/或改变有功功率操作，从而改变公共耦合点处的净功率操作。
如上所述，在一个实施例中，与公共耦合点相连的一座或多座用户建筑物包含一种能量源，例如太阳能系统。如图所示，用户建筑物240和用户建筑物250分别包含能量源248和258。街区230内包含能量源的每座用户建筑物可分别包含一个功率转换器246和256[根据上下文及附图，功率转换器246和256应为功率转换器244和254]，用于控制来自能量源的能量分配。在一个实施例中，每个转换器使所述用户建筑物能够从所述能量源向本地负载(例如246和256)提供有功功率和/或无功功率。在一个实施例中，每个转换器可从所述能量源将有功功率和/或无功功率输送回所述电网(例如，通过公共耦合点220输送回电网210，其中街区230通过公共耦合点220与所述电网连接)。在一个实施例中，一座用户建筑物上的一个转换器提供的电力可能影响所述公共耦合点处的用电量。例如，用户建筑物240上的转换器244所产生的用于本地消耗和/或输送回电网的电力可改变公共耦合点220处仪表252和转换器254的净用电量。在一个实施例中，每个转换器可为所述街区内相邻用户建筑物的电力使用提供支持。因此，每座用户建筑物240和用户建筑物250可以操作来首先保证自给自足，然后向街区230提供电力，然后进一步向所述电网层次结构上游的其他街区和/或整个电网210提供电力。
由于可以向系统200层次结构上游提供电力，因此系统200还可以在所述电网网络的层次结构或架构的不同层实现隔离。在一个实施例中，每个仪表242和仪表252监测所述装置下游电网的所述部分的本地运行以及相邻仪表的本地运行。例如，街区230内或所述电网层次结构的每一层内的仪表可共享或发布监测信息，该信息可包含电力需量和发电量信息。因此，每个仪表可以监测本地运行并了解其局部区域之外的状况。在一个实施例中，所述操作使系统200能够根据整个电网上的状况改变所述公共耦合点的位置。类似于上文所提及，如果街区230内某处发生故障或出现错误状况，街区230可以进行隔离，转移所述电网的反应。街区230可通过所述街区内的控制节点的独立操作以及通过控制节点222进行隔离。所述操作将允许所述电网正常运行更长时间。在一个实施例中，街区230可有效控制所述电网子组内的无功功率需求，同时可以仅从整个电网中获取有功功率。所述操作可通过公共耦合点220及所述电网网络层次结构内的其他公共耦合点处的信息聚合来实现。因此，在一个实施例中，街区230自行响应公共耦合点220处的电网事件，而无需等待电网210的中央调度或电网管理操作。在一个实施例中，系统200可根据所述电网的事件动态地重新定义公共耦合点的范围。
图3示出了一种在多个街区之间的公共耦合点处进行监测和控制的系统的一个实施例的框图。系统300包括一个电网网络，并且可以是根据图1所示系统100和/或图2所示系统200的一个实施例的电网网络和/或系统的一个示例。电网310代表所述电网基础设施，其可包括中央发电机或发电厂302以及集中电网控制(未具体显示)。系统300示出了两个街区324和334，但是应当意识到，系统300可包括任意数量的街区。如图所示，鉴于街区324比街区334更加靠近发电厂302，街区324位于街区334的上游。
街区324和街区334的各个街区代表根据本专利申请所描述之街区的任何实施例的所述电网的任何部分或子部分。街区324通过公共耦合点320与电网310相连，公共耦合点320拥有相关联的分布式控制节点322。街区334通过公共耦合点330与电网310相连，公共耦合点330拥有相关联的分布式控制节点332。在一个实施例中，街区324和334处于系统300之内的层次结构的同一层上。在一个实施例中，街区324和334处于层次结构的不同层上；例如，公共耦合点320和/或公共耦合点330可通过其他公共耦合点与电网310相连，并且不一定具有相同数量的公共耦合点。在一个实施例中，一个街区为另一个街区提供支持(如电压支持)，所述街区应拥有足够的地理邻近性或电气邻近性，支持在一个公共耦合点上进行控制，以影响另一个公共耦合点的性能(从电网310看去)。
控制节点322和332可以是根据本专利申请阐述的任何控制节点实施例的控制节点。在一个实施例中，控制节点322和332首先在其各自的公共耦合点320和330上保证合规性，然后设法为整个电网310的合规性提供支持。在一个实施例中，可将每个控制节点看作一个网关装置。所述网关装置可在其关联的公共耦合点上控制性能、功率因数、负载控制和/或谐波失真。每个控制节点拥有一个相关联的功率转换器，用于控制向上游的功率输出以及下游的电力消耗。
在一个实施例中，控制节点322和332在所述电网网络中具备位置感知能力。在一个实施例中，每个控制节点可以了解其在所述电网网络的所述层次结构中的位置。此外，在一个实施例中，每个控制节点可以了解其相对于所述电网所述发电厂的位置。例如，控制节点322可了解其在系统300层次结构中的位置，并且可了解其位于控制节点332的上游。在一个实施例中，每个街区的每个节点首先设法管理其本地街区的电力消耗，还可以视所述电网的状态(例如，其他街区发生的事件)为所述电网提供支持。所述电网的状态可包括任何性能参数，例如，电压水平、功率因数、谐波失真和/或其他电气参数。位置感知使所述控制节点可以考虑与所述电网的上游运行有关的状态，使所述控制节点能够提供更具体的支持。在一个实施例中，每个控制节点能够根据所述电网内的事件或电网状态为更上层的公共耦合点提供支持。因此，例如，如果相邻街区324不符合电网要求，则街区334可以为电网310提供电力。因此，每个控制节点可设法确保本地合规性，还可以为实现整体合规性提供支持。
街区324包括多个电力用户342、344、350和其他未示出的电力用户。电力用户342、344和350可以是本专利申请所述的任何类型的电力用户。在一个实施例中，单个电力用户包括多座用户建筑物。在一个实施例中，一座用户建筑物包括多个电力用户。在一个实施例中，电力用户和用户建筑物之间是一对一关系。可以看出，电力用户342和344不具备本地能量源或本地发电装置。电力用户350包括能量源354，能量源354为本地发电装置。在一个实施例中，电力用户350包括控制节点352，其在本地管理本地所产生之能量的使用，并管理能量输送回街区324并最终输送回电网310。
图中还示出了包括多个电力用户348、360、370和其他电力用户的街区334。应当认识到，街区可包括任意数量的电力用户，无论是少于图示用户，抑或是图示用户的很多倍。在一个实施例中，一个街区可指连接到所述电网的一部分电力用户，该部分独立控制电力消耗并独立将电力输送回所述电网。如街区334中所示，电力用户348不包括本地发电装置，其中电力用户360包括本地能量源364，电力用户370包括本地能量源374。电力用户360和370还包括各自的控制节点362和372。
应当认识到，街区324和334可包含任意数量的不包括本地发电装置的电力用户以及任意数量的包括本地发电装置的电力用户。因此，一个街区可包含包括和不包括本地发电装置的电力用户的任意组合。在一个实施例中，电力用户可包含一个没有本地发电装置的控制节点，例如，电力用户344包括控制节点346。在上述配置中，即使没有本地能量源，本地控制节点346依然可以控制电力用户344的无功功率消耗。下文将详细阐述。
在一个实施例中，如果一个控制节点不包括断开管理，那么该控制节点不与一个公共耦合点连接，并且/或者不是一个网关装置。例如，在一个实施例中，街区324仅包含有与公共耦合点320相连的节点322，并且街区324内不存在子公共耦合点。在上述实施方式中，可将节点322看作一个网关装置。在一个实施例中，仅在网关装置上执行断开管理。所述网关装置可以使所有下游装置接入所述电网。在一个实施例中，街区324可以不含子公共耦合点，而街区334可以包含子公共耦合点(反之亦然)。即使包含子公共耦合点，节点332可以作为街区334的网关装置，其他子公共耦合点将由该街区内的子网关装置管理，无论系统300内存在何种分层网络结构。
所述电网内的位置感知可以指串列位置感知，指的是一个装置了解其在所述电网中一串装置中的位置的情形。位置感知可以提高微型逆变器或其他功率转换器的效用，因为其允许微型逆变器或其他功率转换器为自身区域以外的部分提供支持。例如，借助位置感知，与节点322和332相连的微型逆变器或其他功率转换器能够更好地提供电网支持。在一个实施例中，大量逆变器可利用位置感知来调节其操作，实现所需的总体输出。大量逆变器是指多个逆变器以星形或串联布置方式或其他网络结构连接在一起。大量逆变器是指一组多个逆变器彼此相连，对用户和/或发电装置进行控制。因此，控制节点的任何实例可以包含一个或多个功率转换器。在一个实施例中，一串装置的顶端是一个网关装置，其控制整个串列的耦合，例如，节点322作为街区324上的一串装置的顶端，而节点332作为街区334上的一串装置的顶端。所述一串装置的所述顶端可以将整个串列接入所述电网。
图4示出了一种分布式电网系统的一个实施例的框图。系统400包括一个电网网络，并且可以是根据图1所示系统100和/或图2所示系统200和/或图3所示系统300的一个实施例的电网网络和/或系统的一个示例。系统400可以只是前述系统之一的一部分。在一个实施例中，系统400可以是前述系统之一的替代系统。在一个实施例中，系统400是一个不包含集中电网管理的电网网络。在一个实施例中，系统400是一个不包含为整个电网提供电力的中心发电厂或其他大型电力源的电网网络。在一个实施例中，系统400是一个虚拟电网和/或模块化电网。在一个实施例中，系统400是一个依然可以作为独立部分与传统电网相连的虚拟电网。在一个实施例中，系统400可以与其他虚拟电网和/或模块化电网部分相连。
系统400示出了街区440和街区460，该街区可以是根据本专利申请所述的任何实施例的街区。更具体地说，街区440和街区460可以包括任意数量的包含和不包含本地能量源的用户，并且可以包括任意数量的包含和不包含本地控制节点的用户。街区440与控制节点432耦合。同样地，街区[根据上下文及附图，街区应为街区460]与控制节点434耦合。控制节点432和434可以是根据本专利申请所述的任何实施例的控制节点。控制节点432和434通过某种基础设施彼此耦合，该基础设施可以与电网基础设施相同，或者可以只是具备足够容量的电力线，支持所述控制节点彼此耦合并向彼此提供电气支持。