CN107112763B 电网网络网关聚合
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示出了一种分布式电网系统的一个实施例的框图。
图4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5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6示出了一种分布式电网系统的网关装置的一个实施例的框图。
图7示出了一种网关聚合器系统的一个实施例的框图。
图8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9示出了分布式电网的一种节点的一个实施例的框图。
图10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11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12示出了一种具备智能本地能量存储装置的用户节点的一个实施例的框图。
图13示出了一个利用数据聚合控制电网节点的过程的一个实施例的流程图。
图14示出了一个聚合本地信息和电网状态信息的过程的一个实施例的流程图。
图15示出了一个利用聚合器网关生成电网控制操作的过程的一个实施例的流程图。
图16示出了一个用于提供备用电池装置智能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
如本专利申请所述，分布式电网网络智能支持在本地控制节点处进行数据聚合。在用户节点中，仪表位于公共耦合点(PCC)的用户侧。该仪表可以接收一个或多个外部电网输入和一个或多个本地传感器输入。该电网输入可以来自公共耦合点以外的来源，而该本地传感器输入监测公共耦合点处和/或公共耦合点之内的状态。该仪表可以识别公共耦合点之内的电力需量并计算本地功率转换器要产生的输出功率。该计算并非仅基于电力需量，而且还基于聚合信息，该聚合信息包括所述一个或多个外部电网输入、所述一个或多个本地传感器输入以及本地负载的电力需量。随后，该本地功率转换器可以根据所计算的输出功率来输出功率。
在一个实施例中，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。
在一个实施例中，通常，两个街区可以耦合在一起，成为分布式电网网络的一部分。街区可以位于电网网络内的层次结构的同一层上，或者可以处于层次结构的不同层上。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处进行控制，以影响另一个公共耦合点处的性能(从电网看去)。
所述电网网络包括分布式控制节点。在一个实施例中，分布式控制节点首先在其各自的公共耦合点处保证合规性，例如在其各自的街区之内，然后设法为整个电网的合规性提供支持。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，分布式控制节点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。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，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。
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，街区仅包含有与公共耦合点相连的节点，并且街区内不存在子公共耦合点。在上述实施方式中，可将与公共耦合点相连的控制节点看作一个网关装置。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。
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，与控制节点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，一串装置的所述顶端是一个网关装置并控制整串装置的连接。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3示出了一种分布式电网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。系统300可以只是前述系统之一的一部分。在一个实施例中，系统300可以是前述系统之一的替代系统。在一个实施例中，系统300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300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300是一个虚拟电网和/或模块化电网。在一个实施例中，系统300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300可以与其他虚拟电网和/或模块化电网部分相连。
系统300示出了街区340和街区360，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340和街区360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340与控制节点332耦合。同样地，街区[根据上下文及附图，街区应为街区360]与控制节点334耦合。控制节点332和334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332和334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。
在一个实施例中，所述控制节点是公共耦合点。因此，控制节点332可以是公共耦合点322，而控制节点334可以是公共耦合点324。在一个实施例中，控制节点332和334与中央数据中心310耦合。数据中心310可以聚合有关系统300电网网络内的多个分布式节点的操作的信息。数据中心310为中央数据中心，控制节点332和334可以向该数据中心提供数据并从该数据中心接收数据。在一个实施例中，数据中心310包括处理和分析引擎，可以根据电网状态决定每个节点应当进行何种操作。在一个实施例中，数据中心310类似于集中电网管理，但是可以更简单。鉴于集中电网管理通常控制中心发电厂与所述电网的互连或接口并且可能控制变电站的操作，数据中心可以向分布式节点提供信息。所述分布式节点可以根据电网状态在其所在的所述电网网络部分之内独立操作。在一个实施例中，数据中心310向所述分布式控制节点提供调度信息。
在一个实施例中，街区340包含一个或多个没有本地能量源的用户342。在一个实施例中，街区340包含一个或多个包括本地能量源352和本地控制节点354的用户350。所述能量源和本地控制节点可以是根据本专利申请所述的任何实施例的能量源和本地控制节点。通常，街区340具有代表所述街区内的电力需量的总负载以及代表所述街区内的发电量的总电容量。所述总负载减去总电容量可以表示净电力需量，该数值可能是正数或负数。负的电力需量可能表示街区340所产生的能量多于本地用户所消耗的能量。应当意识到，一年和一年之内的电力需量不断波动，因为用户消耗和生产的电量不同。控制节点332可持续监测其相关联街区340的净电力需量。
在一个实施例中，街区360包括一个或多个不包含本地能量源的用户362以及一个或多个包含本地能量源372和本地控制节点374的用户370。对街区340的描述同样十分适合街区360。街区360也具有代表所述街区内的电力需量的总负载以及代表所述街区内的发电量的总电容量，该总负载和总电容量可以与街区340的数值完全不同。
在一个实施例中，所述街区中的任何一个或两个可以包含本地能量存储装置。例如，如图所示，街区340包含能量存储装置344，街区360包含能量存储装置364。在一个实施例中，至少一个街区不包含能量存储装置。在一个实施例中，所有街区均包含能量存储装置。能量存储装置344和364代表所述街区之内可以存在的任何类型的能量存储装置。能量存储装置344和364可代表所述街区内各个用户全部本地能量存储资源的总和。在一个实施例中，一个或多个街区包括一个街区能量存储装置。所述街区能量存储装置可以是各个用户的本地能量存储装置的补充或替代。
在一个实施例中，能量存储装置344和364可包括电池资源，该电池资源可包括任何类型的电池。电池是一种通过化学和/或电子方法存储能源的装置，该能源可供稍后使用。然而，能量存储装置不仅限于电池。例如，在一个实施例中，无论是就地为一个用户存储能量还是在多个用户之间或整个街区内共享能量，能量存储装置包括一个机构，该机构用于做功来将有功电能转化为势能，稍后可以通过能量转换从势能转化回有功电能。例如，将一种水蓄能系统看作一个能量存储装置。当用户和/或所述街区内存在富余能量时，所述系统可触发泵利用富余电力“向上”抽水，在本质上，可以以任何方式克服重力抽水。所述能量的回收可包括允许水利用重力向下回流推动一台发电机或微型发电机产生能量。另一种方法可以是使用能量压缩空气，然后在减压过程中利用空气使发电机运转。应当意识到，能量存储装置不仅限于传统电池资源，也可使用其他示例。
在一个实施例中，系统300是包含分布式控制的电网的一部分。在上述实施例中，电网网络层次结构中的每个节点可在其公共耦合点上管理自己的状态，以确保符合标准或性能期望值。在一个实施例中，当节点发现电网网络一侧(该部分的上游)性能下降时，每个节点也可向相邻部分或公共耦合点提供电力支持。在一个实施例中，每个节点可对接收的来自数据中心310、其他节点的信息和/或中央管理的调度或控制信息做出响应，为相邻部分或公共耦合点提供电力支持。
在一个实施例中，系统300包括一个或多个相互耦合为所述电网网络提供电力的电力源312。一个或多个电力源312可以是用户本地电力源的补充。在一个实施例中，单一电力源312均没有足够的能力满足用户电力需求。例如，所述电网的一部分并不包括一个工业发电厂或公用事业规模的发电厂，而是在本地包括一个或多个电力源312。所述部分可以在一个街区内或在多个街区间共享。电力源312可包括较小规模的发电机，其小于公用事业规模的发电设备，却大于用户或用户建筑物所使用的典型发电设备。社区内电力源312可直接与控制节点相连(例如，电力源312可与控制节点332耦合并受其控制)。所述控制节点可管理所述电力源的输出。
一种不包含大型发电厂的电网网络，取而代之的是较小规模的发电装置(如街区发电机、街区太阳能装置、小规模水力发电机或其他电力源)，与当今的电网相比，其可安装极少的基础设施。基于当前需求，所述模块化电网网络可为电网外的建筑提供支持，然后与其他独立电网网络部分互连。每个部分可继续独立运行，然而，因为其能够基于可用性在相邻部分之间更好地分配发电量和电力需量，所以每个部分都能从中受益。每个接口或互连可包括一个或多个控制节点，用于控制电力的使用以及向上游的电力供应，所述控制节点可包括一个或多个功率转换器。因此，可建立一个本地电网网络，当为电网网络层次结构添加另一层来连接所述两个独立部分时，该本地电网网络与另一个本地电网网络相耦合。
在一个实施例中，考虑街区340包括多个拥有本地电力源352的用户建筑物350。传统上，电网的设计和建造是单向的，因为电网仅设计用来将电力从单个大规模发电厂输送给用户。利用用户建筑物350处的发电装置，街区340以及上游相连电网可有效变成一个双向系统，该系统可将电力从中央电力源输送给所述用户，而且所述用户也可将产生的富余电能输送回所述电网。如果所述街区和相邻街区的发电量超出瞬时电力需量，所产生的电能则将会被沿着所述电网向上输送回所述发电厂。上述情况可能会考验所述电网基础设施。
电网运营商(如公用事业单位)通常针对耦合到所述电网的本地发电量设置限额，降低大量电能沿着所述电网向上输送回发电厂时带来的风险。上述限额通常称作饱和值，其中存在允许连接到所述电网的电能的阈值。如果已达到饱和阈值，用户通常需支付额外的电网基础设施(附加设备)费用，以便所述公用事业单位能够选择性地从所述电网断开用户的发电装置。上述情况还让用户和公用事业单位存在矛盾，因为用户无法看到相同水平的成本降低，而由于所述电网无法使用所述发电量，因此所述电网运营商不会向用户支付所述发电量的费用。
在一个实施例中，系统300可提供一种替代机制来处理电网饱和。在一个实施例中，系统300中的所述分布式控制可对公共耦合点和/或用户建筑物或控制节点下游任何地方的电力需量和发电量进行动态控制。在一个实施例中，所述控制节点包括一个功率转换器，用于控制有功功率和无功功率需量以及有功功率产生量和无功功率产生量。更具体地说，所述控制节点可调节操作，以影响所述公共耦合点下游的电力的有功功率分量以及所述公共耦合点上游的有功功率分量。所述控制节点可调节操作，以影响所述公共耦合点下游的电力的无功功率分量以及所述公共耦合点上游的无功功率分量。在一个实施例中，所述控制节点可包括一个或多个逆变器或者一个或多个微型逆变器，作为功率转换器对电力需量和发电量进行控制。
在一个实施例中，节点332包括一个电网连接器，用于连接电网网络的上游。所述电网连接器可包括众所周知的连接器、高压和低压信号线。节点332与公共耦合点(公共耦合点322)相连，将街区340的电网网络部分接入电网。节点332包括控制器或微处理器等控制逻辑或其他逻辑，来确定操作方式。在一个实施例中，节点332确定街区340之内已达到饱和阈值。上述确定可以是动态监测的结果，动态监测可确定发电量已超过电力需量。上述确定可以基于数据中心或集中电网管理的通知。上述确定可以基于其他分布式控制节点的数据。在一个实施例中，街区340之内的每个能量源352与该街区内的控制节点354相连。在一个实施例中，每个控制节点354包含有与其相连的能量源352的电容量信息。在一个实施例中，每个本地控制节点354与控制节点332相关联，便于控制节点332了解街区340的总电容量。
在一个实施例中，控制节点332了解街区340的有功功率总需量峰值，例如，通过与分布于用户侧的仪表或其他设备通信而进行的配置和/或动态识别。在一个实施例中，设置有一个阈值，该阈值为所述有功功率总需量峰值的一个百分比，该阈值确定有功功率值，当有功功率产生量超过该值时，即认为街区处于饱和状态。在一个实施例中，根据所述饱和状态，控制节点332动态调节功率转换器的操作，以调节街区340和所述电网之间的接口。在一个实施例中，控制节点332调节街区340的有功功率与无功功率之比(从公共耦合点322的上游来看(例如，从公共耦合点324来看和/或从集中电网管理处或所述电网网络的另一部分来看))。
在一个实施例中，控制节点332接收来自数据中心310或集中电网管理处的调度信息，显示街区340的电网饱和水平。在一个实施例中，控制节点332接收来自下游的显示公共耦合点322下游电网饱和水平的信息，例如，通过仪表和/或节点354。在一个实施例中，控制节点332调节街区340的至少一个有功功率产生量，例如，通过与下游控制节点354通信来调节其有功功率输出。在一个实施例中，控制节点332可与下游通信，使控制节点354改变向上游输出的无功功率与有功功率之比。在一个实施例中，控制节点332调节公共耦合点322处的有功功率产生量和/或无功功率产生量和/或电力需量，以调节公共耦合点322上游的电力状况。在一个实施例中，控制节点332和/或控制节点354调节操作，将至少一部分有功功率和/或无功功率转移向能量存储装置344。
在一个实施例中，系统300是一个虚拟电网或虚拟电网部分。作为一个虚拟电网，系统300不需要传统公用电网中常见的传统基础设施、中心发电厂或集中电网管理。系统300可以是一个虚拟电网，在一个实施例中，每个街区340、360可独立于其他地区而产生本地电力并满足本地需求。尽管彼此独立，但街区340和360可彼此耦合，使每个街区能够为另一个街区提供支持并且/或者从一个街区获得支持。与传统电网需要庞大的基础设施相比，街区340和360之间的互连可以是最低限度的。
在一个实施例中，节点332和节点334耦合在一起作为一个公共耦合点并且/或者可以考虑通过另一个公共耦合点耦合在一起。在一个实施例中，公共耦合点322和公共耦合点324将通过公共耦合点326耦合在一起，公共耦合点326将拥有独立的控制节点(未明确显示)。可以考虑将公共耦合点326设置于电网网络层次结构中公共耦合点322和公共耦合点324的上层。可以通过控制节点来管理公共耦合点326，以控制所有下游连接的操作并管理上游连接。在一个实施例中，节点332和节点334并非通过公共耦合点326耦合在一起，而是位于所述电网网络层次结构的最上层，可互相通信并为彼此提供电网支持。在一个实施例中，街区340内的发电量，足以满足自身的电力需量峰值，但不足以满足街区340和360的峰值电力需量。街区360的发电量也是如此。
控制节点332和334独立管理自己的本地电力源。就每个街区而言，该街区整体上拥有一个“电力源”，该街区内的发电资源可以发电。控制节点332和334控制本地所产生之电力的分配，每个控制节点分别从各自的街区进行控制。应当认识到，虽然称作街区，但同样的原则也适用于两个不同的用户，每个用户拥有本地发电装置和控制节点。将所述两个用户连接在一起可以组成虚拟电网。因此，所述虚拟电网可以在单个用户层次或大量用户和街区层次运行。在一个实施例中，每个控制节点基于其本地电力需量和本地发电量进行操作，也基于从相连街区或用户处获取的有关电力需量和发电量的监测和/或通信信息。
在一个实施例中，一个或多个虚拟电网网络部分可与公用电网相连。在一个实施例中，一个或多个额外的用户或街区可以与连接在一起的用户或街区耦合在一起，成为一个虚拟电网。在一个实施例中，每个控制节点包括用于发现网络结构的通信和控制逻辑。在一个实施例中，系统300内的一个控制节点可以作为主节点，例如节点332。主控制节点可以包含一个或多个与之相连的从属节点。例如，节点334可以是节点332的从属节点。在主从节点情况下，控制节点332可以控制节点334的操作，使节点334根据主节点332产生的一个或多个命令或请求来控制其本地或下游资源。因此，节点332可以对其本地部分以及一个或多个作为从属部分相连的子部分进行控制。在上述情况下，节点332可以负责确保每个电网网络部分符合规定或要求。因此，节点332可以控制整个系统300中的电力和电力需量的分配。
在一个实施例中，系统300的电网网络在规模上可以进行模块化调整。鉴于所述电网网络上的每个街区340、360……等可以独立运行，可以在所述电网网络中动态添加和/或移除所述网络的街区、用户和/或其他部分或组。例如，在发展中地区，可以构建包括发电装置的第一街区340，设法满足其用户的需求。在一个实施例中，可以连接电力源312，但其不足以满足街区340的峰值电力需量，但是当本地能量源不足以满足需求的时候，电力源312可以用来满足需求。在一个实施例中，可以进一步开发街区360，然后将街区360与街区340相连(例如，耦合节点332和334)。同样地，可以通过更高层公共耦合点和控制节点添加其他街区，并且/或者通过耦合街区控制节点。在一个实施例中，电力源312可以借助所述控制节点通过分配服务两个街区，而所述街区一般依靠本地发电量，但是可以从作为支持性电力源的电力源312处获取电力。在一个实施例中，当本地发电量(包括从能量存储装置转化的能量)无法满足需求时，使用来自电力源312的电力。在一个实施例中，一个控制节点通过调节无功功率输出来改变街区互连点的电压和功率流，以此来支持另一个控制节点。改变在所述街区本地产生和/或消耗的无功功率或功率的相位偏移可以促成一种电力状态，将使功率流向不同的方向，具体取决于另一个街区是否需要接收额外的功率。
图4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。示意图410示出了电流的复数矢量表示。矢量是一个既有大小又有方向的量。在一个实施例中，并非按照传统做法只计量功率，仪表和/或控制节点可以以包含复数功率矢量表示的能量信号方式监测功率。在一个实施例中，每个信号识别定义和/或“命名”该信号的特征。每个信号包含一个复数矢量表示，其中含有初级电流矢量和一个或多个谐波的矢量。
矢量420是初级电流矢量。在典型的表示法中，X坐标是页面上从左向右延伸的矢量分量。Y分量是页面上从下向上延伸的矢量分量。应当认识到，虽然为简单起见，未在此处示出，但矢量可以拥有负的Y分量。X-Y坐标定义所述矢量的末端。现假设初级电流矢量420的X坐标和Y坐标定义一个平面。根据所述发明者所做的研究和工作，设想谐波的最正确方式是将所述谐波表示为一个三维矢量。因此，如果矢量420的X坐标和Y坐标定义一个基准平面，一个或多个所述谐波可能拥有相对于所述初级电流矢量平面的角向偏移量。
例如，考虑示意图410所示的示例。如图所示，第一谐波具有矢量430，矢量430包括X分量和Y分量，其中，所述分量的大小可以是相对于初级电流分量的任意大小。除X坐标和Y坐标之外，第一谐波矢量430包括一个Z坐标分量，该Z坐标分量定义该矢量相对于初级电流矢量420的所述基准平面的角向偏移量452。应当认识到，所述初级电流和所述谐波的起点相同。因此，所述谐波矢量或复数矢量的第三维度不一定是绝对的Z坐标分量，而是相对于所述初级电流的角向偏移量。
如图所示，第三谐波矢量440也具有一个X分量和一个Y分量以及角向偏移量454，角向偏移量454可以不同于(大于或小于)第一谐波矢量430的角向偏移量452。所述角向偏移量的角度偏移表示对电流的磁效应。发明者已经测量到第四十谐波对功率消耗的明显影响。因此，谐波偏移的影响不容小觑。当尝试推动电流时，由于磁通量的不同共振效应，所述谐波偏移一定的角向偏移量。初级电流矢量420是用户所期望的电流。然而，所述谐波分量可能会使功耗显著(可计量的)增加。所述谐波偏移可以使所期望的简单二维电流矢量转变成三维电流矢量(复数电流矢量)。传统的功率三角形不能充分满足用户的电力使用量，因为将需要额外的电力来克服由移位或偏移的谐波分量所代表的磁分量。
图5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。示意图510、520、530和540示出了根据图4所示示意图410的实施例的复数电流矢量的分量组成。如图所示，示意图510代表初级电流矢量512。所述初级电流包括X分量和Y分量并定义所述谐波的参考坐标系。
示意图520代表第一谐波矢量522，第一谐波矢量522包括X分量和Y分量以及角向偏移量524。示意图530代表第三谐波矢量532，第三谐波矢量532包括X分量和Y分量以及角向偏移量534。示意图540代表第五谐波矢量542，第五谐波矢量542包括X分量和Y分量以及角向偏移量544。初级电流512和各个谐波(522、532、542)之中每一个以二维“功率三角形”表示法示出，其为传统表示法。然而，如上所述，所述谐波通常具有相对于初级电流分量矢量的角向偏移量，因此所得出的合成电流矢量将不会与初级电流矢量512处于同一平面上。
而是将所述合成电流矢量的功率三角形考虑为三维长方体中的三角形。示意图550提供这一概念的简单示意。据观察，初级电流矢量512位于示意图550的三维长方体的一个面上。所述谐波以某种方式将合成电流的功率三角形“推入”长方体中。合成电流矢量552在大小上大于初级电流矢量512，并且具有相对于初级电流矢量512的角向偏移量。偏移量554代表角向偏移量。应当认识到，初级电流矢量512和合成电流矢量552定义所述长方体的形状。根据谐波贡献量的大小，所述长方体的形状将不同。合成电流矢量552可以是由所述计量仪表存储的信号。初级电流512的基准平面可以定义为电网功率(指的是通过所述公共耦合点看到的所述电网的电力状态)平面。
就所产生的噪声和谐波而言，应当意识到，通常有开关式电源和磁共振的相关规定。每个装置均进行合规性检测(如UL认证)。当每个装置或负载按照其设计和测试方式单独工作时，每个装置或负载将符合必要的规定。然而，当多个负载和/或装置耦合在一起时，它们往往产生意外的共振。发明者已测量从第一谐波到第四十谐波对所述能量三角形的贡献量。因此，电力线上通常存在大量的谐波噪声。传统上，谐波抑制包括针对特定噪声分量的谐波滤波器。然而，因为不同的装置上线和离线，所述噪声分量可能会持续变化，所述网络的电共振结构持续变化。在一个实施例中，仪表监测每个负载或每组负载的特性。所述特性可以指所述谐波的信号。
在一个实施例中，所述电能表或能量表可以通过测量能量贡献量来监测所述谐波电流矢量的角向偏移量等偏移。所述功率转换器可以通过提供所需的无功功率使所述负载和/或公共耦合点与所述电网匹配，来补偿有效合成电流。因此，所述负载的电流可以由所述转换器调节，使所述合成电流不仅在功率因数上，而且在复数矢量上与所述电网匹配。上述操作将自然会消除或者至少减少由所述电网上的负载引起的谐波失真。
在一个实施例中，所描述的针对负载的操作也可以适用于发电装置。在一个实施例中，所述仪表可以确定所述公共耦合点上的能量信号并计算所需的电流，来为所述电网补偿所需的补偿量(如果需要某种非单位功率因数的功率因数)和/或在需要单位功率因数的场合来与所述电网相匹配。所述转换器可以调节操作来调节功率输出，使其不仅匹配无功功率需求，而且匹配复数电流矢量偏移，以便使所述电网的接口与所述公共耦合点的下游更高效地匹配。
应当认识到，示意图550中示出的能量三角形可以表示为观察负载或用户吸收的功率的电流分量时看到的效应的数学表征。该效应为能量损失，通常表现为热量。传统上，问题在于系统之间匹配不佳，而且存在显著的噪声分量。在一个实施例中，控制节点不仅匹配阻抗，而且匹配噪声或谐波校正，以便为所述电网提供特定能量信号连接。因此，所述控制节点可以通过所述电力接口提供“无干扰”的电网网络连接，无论是向所述电网输出功率还是从所述电网接收功率。
图6示出了一种分布式电网系统的网关装置的一个实施例的框图。系统600代表电网系统的一个实施例，可以是根据本专利申请所述的任何实施例的电网系统。例如，系统600可以是根据系统100、系统200和/或系统300中的一个系统的示例。电网610代表电网网络，可以是本专利申请所述的任何类型的电网，无论是公用电网、虚拟电网、分布式分层电网网络或其组合。仪表620代表电网仪表或电网之内使用的仪表，用于计量由所述电网供应的电力并收取相应费用。在一个实施例中，仪表620可视为电网基础设施的一部分，并且可以指入口仪表。网关630的仪表634可理解为独立于仪表620。在一个实施例中，仪表620监测电网610向公共耦合点622提供的电力，其中公共耦合点622代表根据本专利申请所描述的任何实施例的公共耦合点。
在一个实施例中，系统600包括网关，该网关可以是根据本专利申请所描述的控制节点并且/或者可以是根据本专利申请所描述的控制节点的一部分。在一个实施例中，网关630代表控制节点的“大脑”。在一个实施例中，网关包括路由器632，该路由器632使网关630能够与其他装置通信，例如，公共耦合点之外的装置。在一个实施例中，路由器632使网关630能够与数据中心680通信。数据中心680可以代表分布式电网网络的中央数据位置。在一个实施例中，数据中心680代表集中电网管理。因此，数据中心680代表电网相关信息的来源，例如，控制信息、调度信息或有关电网操作的其他数据。路由器632可包括以太网连接或使用互联网协议的其他连接。路由器632可包括电网的互连。路由器632可包括专用连接器。路由器632可代表网关630之内的堆栈或协议引擎，用于生成和处理通信，其还包括硬件连接器，用于提供与电网的接口或连接。