專利名稱：無功功率管理的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及配電網絡中無功功率流的管理。具體但不排他地，其涉及用于控制耗電和/或供電裝置上的無功功率流的裝置及方法。
背景技術：
通常經由配電網絡從供應商(諸如電站)向消費者(諸如家庭住戶和企業(yè))進行電力供應。圖1示出了包括輸電網100和配電網102的示例性配電網絡I。輸電網與發(fā)電廠104連接，該發(fā)電廠可以是核電廠或燃氣發(fā)電廠，例如，輸電網利用輸電線(諸如架空輸電線)從發(fā)電廠向配電網102輸送大量極高電壓(例如，在英國通常是204kV量級；然而這因國家而異)下的電能。輸電網100經由包括變壓器106的變壓器節(jié)點106與配電網102連接，該變壓器106將供電轉換為較低電壓(例如，在英國通常是50kV量級；然而這因國家而異)以在配電網102中分配。配電網又經由包括用于轉換為更低電壓的其他變壓器的變電站108與本地網絡(諸如提供給家庭用戶114的城市網絡112)連接，以及與工業(yè)用戶(諸如工廠110)連接。小型電力供應商(諸如風力發(fā)電廠116)也可與配電網102連接并向其供電。電力通常通過配電網絡的所有部分以正弦交流(AC)波形式傳輸。例如，在家庭用戶114地點連入網絡的耗電裝置充當網絡上的負載，從其中獲取電力。由每個這種裝置提供的負載通常不是純電阻性的，而是包括由于裝置中的電容和/或電感元件而形成的無功元件。負載的無功分量在具有高電感的裝置(諸如電機和變壓器)和具有高電容的裝置中可能特別大。這種裝置會產生以與電壓成±90°流通的無功電流分量；這使得在網絡中流通的電流相對于電壓產生相移。本文中使用術語“無功功率”來指在網絡給定位置處流通的無功電流分量與電壓的乘積。該無功功率產生了向裝置的非凈能量(no net energy)傳輸,但其對網絡和電力供應商均產生影響，如下文所述。本文中使用術語“有效功率”來指耗電裝置的電能消耗速率。本文中使用術語“功率因數”來指有效功率與有效功率和無功功率的矢量和的比。盡管單個裝置的無功負載對網絡中的電流-電壓相位差的影響可能很小，但由多個裝置的累積影響可能很明顯。電流-電壓相位差變得越大，必須提供給裝置的電流大小就越大，以便能提供給定的有效電流(即，與網絡電壓同相位流通的電流分量)以及由此的給定量的有效功率。此外，網絡中由于例如輸電線發(fā)熱而產生的能量損失取決于總電流，而無論該電流是有效的還是無功的。因此，這種相位差有效增加了必須由電力供應商產生并提供的總電流的大小以滿足其消費者的需求；這對電力供應商造成了經濟負擔，增加了發(fā)電成本。類似地，增加了為給消費者提供給定量電力而由電力供應商消耗的資源量，這可能造成不良環(huán)境影響。此外，網絡元件(諸如變壓器和輸電線)的尺寸是根據網絡中流通的電流(無論是有效的還是無功的)的總大小來設計的；因此，其操作會受到任何無功電流的不利影響(由于熱損失等原因)。傳統(tǒng)上，對降低在該網絡中流通的電力的電流-電壓相位差的努力集中于在大型電力供應商處最小化無功功率貢獻和/或建立適當的無功功率補償量，以及在配電網絡中的變電站處建立對無功功率的補償。例如，電站可獨立使用或根據網絡運營商的指示使用電容器和/或電感器組來調整電站的無功功率貢獻。然而，無功功率補償僅在近距離處有效(由于例如熱損失)，且此外，電流-電壓相位差可能根據在配電網絡中的位置不同而顯著改變；這意味著少數大型電力供應商處的無功功率補償不能對局部電流-電壓相位差有效提供補償。無功功率的一些大型用戶也可采用某些通過使用輔助裝置(諸如開關電容器或空載同步電機)補償其生成的無功功率來最小化其自身對網絡的無功功率貢獻的方法；實際上，某些電力供應商通過對除實際功耗之外的無功功率貢獻收費來鼓勵工業(yè)用戶(諸如工廠)減少無功功率貢獻。這些方法全部集中在最小化單個裝置對網絡中的電流-電壓相位差的貢獻。美國專利申請第US2009/0200994A1號描述了一種可再生能源的分布式系統(tǒng)，每個系統(tǒng)均包括用于根據需求生成無功功率的電路。每個可再生能源系統(tǒng)均與中心控制的“網絡運營中心”通信，該網絡運營中心遠程控制可再生能源的無功功率生成。網絡運營中心從公用事業(yè)公司(即，電力供應商)接收對所需無功功率量的請求；作為響應，該網絡運營中心計算所需的來自在其控制下的每個可再生能源系統(tǒng)的最優(yōu)無功功率貢獻以產生必要補償，并相應地向可再生能源發(fā)送命令。這提供了一種有效補償可能存在于網絡中的電流-電壓相位差的方法。然而，US2009/0200994A1的系統(tǒng)需要中心控制，且不能對本地網絡中電壓-電流相位差的多種局部變化作出反應。本發(fā)明的目的在于至少解決現有技術的一些問題。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種與電力裝置一起使用的無功功率控制裝置，該電力裝置在與其連接時用于消耗來自配電網絡的電力或向配電網絡供電，該無功功率控制裝置包括檢測裝置，其用于在電力裝置處檢測在配電網絡中流通的電力的無功功率特性，該無功功率特性與在配電網絡中流通的電力的無功功率分量相關；以及控制裝置，其被配置為基于檢測到的無功功率特性來控制由電力裝置對配電網絡的無功功率貢獻，以調整檢測到的無功功率特性的值。通過基于在電力裝置處進行的無功功率特性測量來控制電力裝置處的無功功率供應，可為無功功率的局部變化提供實時補償。無功功率控制裝置能基于局部測量通過無功功率貢獻的自主變化來實現對這些局部變化的補償，且不需要中心控制。在優(yōu)選實施方式中，無功功率控制裝置被配置為確定檢測到的無功功率特性的值，并將確定值與預定義值相比較，以及控制裝置被配置為控制無功功率貢獻，以降低檢測值與預定值之間的差。因此，無功功率控制裝置可被配置為控制電力裝置以產生無功功率貢獻，該無功功率貢獻驅使配電網絡中電力的無功功率達到預定最優(yōu)值。無功功率特性可與在配電網絡中流通的電力的電壓與電流之間的相位差相關；預定義值可包括預定義相位差值。
優(yōu)選地，無功功率補償裝置被配置為基于檢測到的無功功率特性來確定無功功率分量是否比預定義值更具電感性或者是否比預定義值更具電容性，且控制裝置被配置為響應對檢測到的無功功率分量比預定義值更具電感性的確定，控制電力裝置將電容無功功率貢獻給配電網絡；以及響應對檢測到的無功功率分量比預定義值更具電容性的確定，控制電力裝置將電感無功功率貢獻給配電網絡。因此，無功功率補償裝置可控制電力裝置補償配電網絡中的電感或電容功率流。在一些實施方式中，檢測裝置被配置為檢測無功功率特性的變化；以及控制裝置被配置為響應檢測裝置檢測無功功率特性的值越過閾值的過渡，改變對配電網絡的無功功率貢獻。優(yōu)選地，控制裝置被配置為響應檢測到的無功功率分量的值從小于第一閾值的值變?yōu)榇笥诘谝婚撝档闹?，將由電力裝置貢獻給配電網絡的無功功率的值從第一預定值變?yōu)榈诙A定值；以及響應無功功率分量的值從大于第二閾值的值變?yōu)樾∮诘诙撝档闹担瑢⒂呻娏ρb置貢獻給配電網絡的無功功率從第二預定值變?yōu)榈谝活A定值，第二閾值具有小于第一閾值的大小。這在向配電網絡提供無功功率時提供了一種滯后作用，從而在裝置工作時防止振蕩發(fā)生，以及防止干擾配電網絡中的電流。優(yōu)選地，控制裝置被配置為在檢測裝置檢測到無功功率特性的變化之后，響應經過預定時間段來改變無功功率。這也防止將振蕩引入該系統(tǒng)中的電流。在一些實施方式中，在配電網絡中流通的電力包括具有預定周期的交流電流，且控制裝置被配置為控制開關裝置在預定周期的一個或多個部分期間選擇性中斷向電力裝置的供電。在一些實施方式中，控制裝置包括電流調制裝置，諸如脈沖寬度調制裝置，且功率特性包括耗電裝置的電力占空比特性。在一些實施方式中，電力裝置包括用于向配電網絡供電的供電裝置，該供電裝置被配置為提供直流電，以及控制裝置被配置為控制直流交流轉換裝置。無功功率控制裝置可包括用于檢測在配電網絡中流通的電力的一個或多個電力質量特性的裝置，且控制裝置被配置為控制由電力裝置提供和/或消耗的電力的特性，以改變所述檢測到的電力質量特性，其中，檢測到的一個或多個電力質量特性包括以下至少一項電流諧波；電壓隨機或重復變化；網絡失衡；功率流振蕩；功率流瞬變。因此，本發(fā)明的實施方式可用于校正配電網絡中除無功功率特性之外的異?，F象。供電裝置用于向配電網絡提供電力，該供電裝置可包括以下至少一項光伏發(fā)電裝置、個人電動車、個人電動自行車以及家用可再生能源(諸如CHP發(fā)電裝置)。電力裝置可包括供電裝置，其被配置為向典型地高達約IOkW的配電網絡供電，如本技術水平所允許。在一些實施方式中，配電網絡包括輸電網和配電網，輸電網經由一個或多個變壓器與配電網連接并向其供電，以及配電網向多個家庭和/或工業(yè)用戶供電，其中，電力裝置用于消耗來自所述配電網的電力或向所述配電網供電。因此，本發(fā)明的實施方式可用于輸電網，例如，用于本地或城市網絡。這能實現對該網絡中的局部無功功率流進行校正貢獻。在一些實施方式中，無功功率控制裝置包括用于從控制中心接收激活信號的通信接口，且控制裝置被配置為響應在通信接口處對激活信號的接收，執(zhí)行對無功功率貢獻的控制。這能使中心實體激活和/或停用一個或多個無功功率控制裝置；這在本發(fā)明的應用中是很有用的，其中，無功功率裝置組被用于基于需求來提供無功功率補償，例如作為將無功功率出售給電力供應商的方案的一部分。根據本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于控制配電網絡中的無功功率流的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括如上所述的分配的多個無功功率控制裝置，每個無功功率控制裝置控制與配電網絡連接的相應電力裝置。本發(fā)明的實施方式可由所分配的供電裝置組來實現，該供電裝置組被配置為共同向配電網絡提供補償性無功功率補償。該系統(tǒng)還可包括控制中心，其用于將激活信號發(fā)送給分配的多個無功功率控制裝置中的每一個。在優(yōu)選實施方式中，多個無功功率控制裝置中的不同無功功率控制裝置被配置為在接收到激活信號之后以不同時間間隔發(fā)起對控制的執(zhí)行。這能防止所有多個裝置同時激活，從而使配電網絡中的電功率流突然改變。在一些實施方式中，無功功率控制裝置包括用于監(jiān)測相應電力裝置的一個或多個性能特性的裝置，且每個裝置被配置為將表示一個或多個性能特性的數據傳送至控制中心，該一個或多個性能特性包括以下至少一項檢測到的在配電網絡中流通的無功功率分量的值、由相應電力裝置貢獻給配電網絡的無功功率的量、以及對無功功率貢獻執(zhí)行控制的時間。另外或可替代地，無功功率控制裝置可包括用于測量在配電網絡中流通的電力的電力質量特性的裝置，且每個無功功率控制裝置被配置為傳送表示一個或多個電力質量特性的數據，該一個或多個電力質量特性包括以下至少一項無功功率特性；電流諧波；電壓隨機或重復變化；網絡失衡；功率流振蕩；以及功率流瞬變。這能使控制中心獲得與測量相關的數據，該測量在整個配電網絡的各分配點處進行；例如，該數據對電力供應商監(jiān)測網絡狀況是有價值的。根據本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于控制與一個或多個電力裝置連接的配電網絡中的無功功率流的方法，該一個或多個電力裝置被配置為消耗來自配電網絡的電力和/或向配電網絡供電，該方法包括在電力裝置處檢測在配電網絡中流通的電力的無功功率特性，無功功率特性與在配電網絡中流通的電力的無功功率分量相關；以及基于檢測到的無功功率特性，由電力裝置控制對配電網絡的無功功率貢獻，以調整檢測到的無功功率特性的值。根據以下參照附圖進行的僅以實例方式給出的本發(fā)明優(yōu)選實施方式的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢將變得顯而易見。


圖1示出了現有技術的配電網絡；圖2示出了根據本發(fā)明實施方式的無功功率控制裝置、耗電和/或供電裝置、配電網絡以及它們之間的連接；圖3a示出了耗電裝置的耗電周期；
圖3b示出了根據本發(fā)明實施方式的耗電裝置的功率的第一類型控制功耗；圖3c示出了根據本發(fā)明實施方式的耗電裝置的功率的第二類型控制功耗；圖3d示出了根據本發(fā)明實施方式的耗電裝置的功率的第三類型控制功耗；圖4示出了根據本發(fā)明實施方式的無功功率控制裝置、供電裝置、配電網絡以及它們之間的連接；圖5a是示出DC供電裝置輸出端處的電壓對時間的曲線圖；圖5b是示出由根據本發(fā)明實施方式的在第一模式下工作的無功功率控制裝置控制的H橋終端處電壓隨時間的變化的曲線圖；圖5c是示出由根據本發(fā)明實施方式的在第二模式下工作的無功功率控制裝置控制的H橋終端處電壓隨時間的變化的曲線圖；圖5d是示出由根據本發(fā)明實施方式的在第三模式下工作的無功功率控制裝置控制的H橋終端處電壓隨時間的變化的曲線圖；圖5e是示出通過由根據本發(fā)明實施方式的在第一模式下工作的無功功率控制裝置控制的供電裝置提供給配電網絡的電流的電流隨時間的變化的曲線圖；圖5f是示出通過由根據本發(fā)明實施方式的在第二模式下工作的無功功率控制裝置控制的供電裝置提供給配電網絡的電流的電流隨時間的變化的曲線圖；圖5g是示出通過由根據本發(fā)明實施方式的在第二模式下工作的無功功率控制裝置控制的供電裝置提供給配電網絡的電流的電流隨時間的變化的曲線圖；圖6是示出根據本發(fā)明實施方式的當控制耗電和/或供電裝置時由無功功率控制裝置執(zhí)行的步驟的流程圖；圖7是示出在根據本發(fā)明實施方式的耗電和/或供電裝置處所測網絡無功功率對所生成無功功率的曲線圖。
具體實施例方式圖2示出了在電力裝置202位置處用于控制在配電網絡I中流通的電力的電流與電壓之間的相位差的無功功率控制裝置200。電力裝置202可以是一種耗電裝置，例如，具有小于500W額定功率的低耗電裝置(諸如節(jié)能燈、手機充電器、計算裝置電源)，具有500W與IOkW之間的額定功率的中型電力裝置(諸如個人電動車(PEV))，或具有大于IOkW額定功率的大型電力裝置(諸如位于工廠的工業(yè)機械)。應當注意，該裝置可以是單相或多相的；在后者情況下，上述額定功率適用于每相。當電力裝置202包括耗電裝置時，通常以交流形式(諸如正弦交流)由配電網絡I向電力裝置202供電。另外或可替代地，電力裝置202可包括向配電網絡I供電的供電裝置。供電裝置可包括利用例如光伏電池發(fā)電的發(fā)電裝置，或者可包括簡單存儲能量并在需要時釋放能量的裝置。一些裝置既可用作耗電裝置也可用作供電裝置；例如，個人電動車(PEV)通常具有存儲大量電力的能力。這意味著除作為電力消耗者之外，它們還可在高需求時用作網絡的電源，在這些時候將存儲在PEV電池中的電力反饋給網絡。在本發(fā)明的實施方式中，電力裝置200通常與以上參照圖1所述的配電網絡I的配電網102部分連接，例如，與本地網絡(諸如城市網絡)連接。
無功功率控制裝置200可被實施為電力裝置202的主要部分或其外圍設備；例如，其可被實施為用于手機充電器或PEV的AC/DC轉換器的一部分。在其他配置中，無功功率控制裝置可被實施為獨立裝置，該獨立裝置可與配電網絡202連接，且電力裝置202可與該獨立裝置可互換式連接，使得電力裝置經由無功功率控制裝置200從配電網絡202接收電力和/或向配電網絡202供電。圖2所示的示例性無功功率控制裝置200包括無功功率表203、控制單元204和電流控制裝置212。無功功率表203在電力裝置202位置處檢測并測量與配電網絡I中流通的電力的無功功率分量相關的無功功率特性(RPC)。無功功率表203可包括在鎖相環(huán)(PLL)電路中常見的相位檢測器，在電力裝置202位置處測量配電網絡I中電力的電壓和電流及其時間特性的伏特表與安培表的組合以及時鐘，或者能夠測量配電網絡中流通的電力的無功功率特性的任何其他裝置。無功功率表203將測量信號發(fā)送至控制單元204以表示它檢測到的RPC。該測量信號可包括表示無功功率分量的大小和/或符號(即，電流是滯后還是領先于電壓)的數據。參照檢測到的相位差來描述以下多個實例；然而，在一些實施方式中，可檢測到不同RPC，且可用其來確定無功功率控制裝置200的模式，例如，無功功率分量的大小或電流的功率因數。此外，當本文描述無功功率表203 “測量”或“檢測” RPC時，這應被理解為包括無功功率表203向控制單元204提供數據從而控制單元204可從該數據獲得RPC的情況；例如，無功功率表203可向控制單元提供表示在配電網絡I中流通的交變電力的峰值電壓和峰值電流的時序的數據，控制單元204可從該數據獲得相位差?？刂茊卧?04包括處理器206、數據存儲器210和通信接口 208。處理器206例如可被實施為可編程器件或使用簡單邏輯電路，其接收由無功功率表203發(fā)送的測量信號，并基于這些信號來確定在該網絡中流通的電力的電流-電壓相移，以及將控制信號發(fā)送至電流控制裝置212。數據存儲器210可用于記錄數據，諸如表示由無功功率表203進行的測量的數據、由處理器206發(fā)送給電流控制裝置212的控制信號等。I/O接口 208可用于與控制中心通信以向其提供數據存儲器中記錄的數據和/或從控制中心接收激活和/或停用信號；下文將更詳細地描述控制中心及其與無功功率控制裝置的交互。電流控制裝置212從處理器206接收控制信號，并基于這些信號來控制去往和/或來自電力裝置202的電流，從而使電力裝置202向配電網絡I貢獻無功功率流，來自電力裝置202的無功功率流貢獻被選為電容或電感功率流，以驅使電流-電壓相位差達到設定的最佳值，如下文所討論?，F參照圖3a至圖3d來描述電流控制裝置212的示例性操作，圖3a至圖3d示出了電力裝置202處電壓隨時間的變化。為清楚起見，在這些實例中，假設電力裝置202是耗電裝置且被稱為耗電裝置；然而，需要理解，所提供的實例加以必要修改，同樣適用于供電
>J-U裝直。圖3a至圖3d的陰影區(qū)表示電流控制裝置212控制耗電裝置202從配電網絡I獲取電流的時間段；非陰影區(qū)表示電流控制裝置212控制耗電裝置202不從配電網絡I獲取電流的時間段。可通過操作開關裝置(通常為半導體開關裝置)來執(zhí)行該控制，以選擇性地將耗電裝置202連接至配電網絡I以及將耗電裝置202與配電網絡I斷開。以此方式，無功功率控制裝置200可改變耗電裝置202的占空比，使得耗電裝置202在給定周期內不對稱地消耗電力，從而調整其提供給配電網絡I的無功功率量，如現在更詳細描述。通過調制提供給耗電裝置的電流，耗電裝置202的無功功率貢獻可在不使用產生無功功率的任何附加裝置(諸如開關電容器)的情況下被改變。此外，電流調制方法能實現對網絡條件改變的比利用這些附加裝置可能的更迅速的響應。在圖3a)所示的無功功率控制裝置200的第一工作模式下，耗電裝置202在整個電壓周期內從配電網絡I獲取電流。在該模式下，電流控制裝置212不對耗電裝置202施加任何影響，即，上述開關在整個電壓周期內處于“接通”位置。在該工作模式下，電流控制裝置212對網絡中電流-電壓相位差無影響。該工作模式在本文中被稱為“中性模式”。在圖3b)所示的第二工作模式下，無功功率控制裝置200控制耗電裝置202僅在每次裝置202處的電壓過零之后的時間段Tl內獲取電流。這會產生根據與電壓相同的頻率但卻領先于它來變化的電流分量，即無功功率控制裝置212控制耗電裝置202將電容無功功率提供給配電網絡；傳統(tǒng)地，指定相位差為電流領先于電壓的正值。按照該慣例，在該工作模式下，無功功率控制裝置200控制耗電裝置202對在配電網絡I中流通的電力的電流-電壓相位差產生正貢獻。耗電裝置202對電流-電壓相位差提供正貢獻的工作模式在本文中統(tǒng)稱為“電容模式”。在圖3c)所示的第三工作模式下，電流控制裝置212控制耗電裝置202僅在每次電壓過零之前的時間段T2內獲取電流；時間段T2的長度可以與時間段Tl的長度相同或不同。這會產生根據與電壓相同的頻率但卻滯后于它變化的電流分量，即電流控制裝置212控制耗電裝置202將電感貢獻提供給網絡中的功率流。按照上述慣例，在該工作模式下，無功功率控制裝置200控制耗電裝置202的功耗以對在配電網絡I中流通的電力的電流-電壓相位差產生負貢獻。耗電裝置202對電流-電壓相位差提供負貢獻的工作模式在本文中統(tǒng)稱為“電感模式”。盡管圖3a)至圖3c)示出了電流控制裝置212的三種工作模式，但在本發(fā)明的一些實施方式中，無功功率控制裝置200具有不同模式數量。例如，其可具有Tl和/或T2的值發(fā)生改變以由耗電裝置202產生更大或更小的無功貢獻的不同模式。另外或可替代地，其可具有將電壓周期劃分為多個時隙的一種或多種工作模式，且從所選多個時隙獲取電流以調整耗電裝置202的無功貢獻。該工作模式的一個實例如圖3d)所示，其中，將每個半周期C劃分為16個時隙，且從所選多個時隙獲取電力；盡管為便于理解而僅示出了 16個時隙，但通常將每個半周期C劃分為成百上千個時隙，這能實現功耗在電壓周期內的更平整分布。在圖3d)所示實例中，在每個半周期C初期部分中每隔一個時隙期間向耗電裝置供電，且在每個半周期C后期部分期間僅每三個時隙供電，從而產生對配電網絡的電容無功功率貢獻。在本發(fā)明的一些實施方式中，電流控制裝置212包括脈沖寬度調制(PWM)單元，并根據PWM方法來工作，如現在所述。在PWM方法中，再將來自配電網絡I的供電的每個周期劃分為時隙，例如幾十個時隙，且在向耗電裝置212供電的每個時隙期間的時間比例根據周期內的時隙位置來改變；例如，耗電裝置202可在每個周期的第一和第三四分之一周期期間以45%的能力運行，以及在第二和第四四分之一周期期間以55%的能力運行以產生“滯后”電感功率貢獻。例如，這可通過將每個時隙劃分為子時隙并僅在部分給定時隙的子時隙期間向耗電裝置供電來實現。
如上所述，盡管上述與圖2和圖3相關的實例稱電力裝置202為耗電裝置，但在本發(fā)明的一些實施方式中，電力裝置202是向配電網絡I供電的供電裝置，且無功功率控制裝置200控制供電而不是耗電。在后者情況下，根據上述原理來修改由電力裝置202提供的交流。當由電力裝置202提供的電流是AC形式時，或者在進行如上所述處理之前被轉換為AC形式時，該方法尤為適用。然而，在電力裝置202提供DC電流的情況下，例如，若電力裝置是太陽能板或蓄電裝置(諸如PEV或個人電動自行車電池)，則其可便于將電流調制為DC到AC轉換過程的一部分。此外，在由電力裝置202提供的AC電可變或質量差的情況下(例如，在家用生物燃料發(fā)電機中)，在根據現在描述的方法重新將其轉換為AC電之前，可便于將AC電轉換為穩(wěn)定的DC電。AC/DC轉換可利用臨時或間歇式能量存儲器(諸如電池)來實現。圖4示出了可被用作(DC/AC)轉換裝置(通常被稱為“逆變器”)的一部分的無功功率控制裝置200的細節(jié)，如下文所述。在該實例中，無功功率控制裝置200與DC供電裝置202a —起使用，且電流控制裝置212包括H橋412、電感器404和變壓器406，這些器件的功能如下所述。來自DC供電裝置202a的DC供電與H橋412連接，該H橋包括四個開關400a至400d，它們通常被實施為晶體管或其他半導體開關。H橋412由無功功率控制單元204控制，以控制DC供電裝置202a的無功功率貢獻。H橋經由端子402a和402b與電感器404及后續(xù)組件連接，如下文所述。通過改變H橋412的開關400的配置，可以改變H橋412的端子402a和402b的極性。在對角線相對的開關400a和400d開啟且開關400b和400c關閉的配置中，H橋端子402a為負電性(S卩，電流通過端子402a流向供電裝置202b的負端401a)，而H橋端子402b為正電性(S卩，電流通過H橋412的端子402b從供電裝置410b的正端401a流出)。相反，在開關400a和400d開啟且開關400b和400c關閉的配置中，H橋端子402a為正電性且H橋端子402b為負電性?？刂茊卧?04的處理器206控制H橋的開關配置，以由端子402a和402b產生AC信號。將來自H橋412的信號饋送給平滑AC信號的電感器404，并由其饋送給變壓器406，該變壓器調整信號以使其具有適于在配電網絡I中傳輸的電壓，來自變壓器406的信號被饋送給該配電網絡I。圖5a是供電裝置202b的輸出端401a和401b之間的電位差(V)對時間⑴的曲線圖。該電位差被示出為不變；實際上，若供電裝置202a是太陽能發(fā)電機，則例如根據天氣情況可能會有隨時間的一些變化。圖5b至圖5d是示出當H橋412正在根據本發(fā)明實施方式的不同模式下被控制時H橋端子402a和402b之間的電位差對時間的曲線圖。圖5e至圖5g示出了在變壓器406的輸出端408a和408b處電流⑴(即提供給配電網絡I的電流)隨時間的相應變化。在參照圖5b至圖5d所述的每個實例中，控制單元204控制H橋412，使得開關400a至400d以周期性重復開-關順序來工作，以在變壓器的輸出端480a和408b處產生交流。所產生的交流被配置為與在配電網絡I中流通的電力 的電流同相，并具有對應于該電力的電流的半周期C’長度。圖5b示出了當控制單元204正根據中性工作模式來控制H橋412時，在H橋端子402a和402b處電壓對時間的變化。在該工作模式下，控制單元204以重復開-關順序來控制H橋412的開關400，該順序關于每個半周期C’的中心點對稱，使得提供給配電網絡I的電流為對稱正弦交流，如圖5e所示。由于這種開-關模式以及提供給配電網絡的電流關于每個半周期C’的中心點對稱，所以不對在配電網絡中流通的電力進行無功功率貢獻。圖5c示出了當控制單元204正根據電容工作模式來控制H橋時，在H橋端子402a和402b處電壓對時間的變化。在該工作模式下，控制單元204以關于每個半周期的中心點不對稱的重復開-關順序來控制H橋412的開關400，使得提供給配電網絡I的電流為非對稱交流，如圖5f所示。電流流過H橋412期間的時間比例大于每個半周期C’的第一半期間的時間比例，使得提供給配電網絡的電流領先于在其中流通的電力的電壓；因此，在該模式下，對在配電網絡I中流通的電力進行電容貢獻。圖5d示出了當控制單元204正根據電感工作模式來控制H橋時，在H橋端子402a和402b處電壓對時間的變化。在該工作模式下，控制單元204以關于每個半周期的中心點不對稱的重復開-關順序來控制H橋412的開關400，使得提供給配電網絡I的電流為非對稱交流，如圖5g所示。電流流過H橋412期間的時間比例大于每個半周期C’的第二半期間的時間比例，使得提供給配電網絡的電流滯后于在其中流通的電力的電壓；因此在該模式下,對在配電網絡I中流通的電力進行電感貢獻。參照圖4和圖5a至圖5g所述的實施方式提供了調制來自供電裝置202的電流的另一方法，以改變不使用產生無功功率的任何附加裝置(諸如開關電容器)即可改變的供電裝置202的無功功率貢獻。在所述實施方式中，通過產生關于每個半周期C’的中心點不對稱但以與在配電網絡I中流通的電壓信號相同的頻率且在同一時刻過零點的AC信號來控制無功功率貢獻。另外或可替代地，通過改變該信號過零點的時間可產生無功功率貢獻，以與在配電網絡I中流通的電壓信號不同相。在上述實例中，無功功率控制裝置在有限數量的離散模式下工作，其中，212在每種模式下提供預定義大小的無功功率。在一些情況下，存在有關最大可允許功率因數的規(guī)定，該最大可允許功率因數可由耗電裝置202提供。例如，歐盟條例規(guī)定具有高達25W額定功率的裝置必須具有0. 5以上的功率因數，且規(guī)定具有75W以上額定功率的裝置必須具有0.9以上的功率因數(參見IEC/EN 61000-3-2)。因此，可有利地將電流控制裝置212配置為在測量電流控制裝置212激活的所有情況下提供最大可允許輸出。然而，在一些實施方式中，電流控制裝置212可被配置為根據電流-電壓相位差的測量值不斷改變所提供的無功功率的大小。工作模式的數量和類型可根據電力裝置202的特性(諸如額定功率)和/或有關最大可允許無功功率貢獻的規(guī)定來選擇。此外，電流控制裝置212不限于所述實例；例如，可使用可包括可變電阻的裝置，該裝置結合或替代上述開關裝置在電流周期內的任何給定點處提供全部可用電流的一些部分。通過根據上述無功功率控制裝置200的工作模式來控制耗電裝置202的功耗，可提供對配電網絡I中的功率流的電容無功功率貢獻和/或電感無功功率貢獻，其與電力裝置202的組件自身可具有的任何感抗和/或容抗無關。因此，盡管電力單元202例如可對功率流產生電感貢獻，但由于其中的電感組件(諸如電磁線圈等)，因無功功率控制裝置200的操作而產生的功率流貢獻例如可以是電容性的。
圖6是示出根據本發(fā)明一些實施方式的在控制電力裝置202時由無功功率控制裝置204執(zhí)行的示例性步驟的流程圖。在步驟S600中，無功功率表203在電力裝置202位置處測量配電網絡中流通的電力的電流-電壓相位差。在步驟S602中，控制單元202中處理器206基于步驟S600中進行的測量來確定相位差是否在預定范圍內，該預定范圍可以是相位差的預定范圍，相位差在該預定范圍內不需要調整。若處理器206確定相位差在預定范圍內，則不需要對電力裝置202的無功貢獻進行調整，因此該過程進入步驟S604，其中，處理器206選擇無功功率控制裝置200的中性模式，并向電流控制裝置212發(fā)送命令信號以在所選中性模式下工作。另一方面，若處理器在步驟S602中確定相位差不在預定范圍內，則該過程進入步驟S606，其中，處理器206通過確定在步驟S600中測得的相位差是否在預定范圍外來確定電感側是否需要電感補償。若確定需要電感貢獻，則該過程進入步驟S608，其中，處理器選擇電容模式，使得電流控制裝置212控制電力裝置202向配電網絡I中的功率流提供電感貢獻，并向電流控制裝置212發(fā)送命令信號以在電容模式下工作。若在步驟S606中確定不需要對相位差進行電感補償，則判定需要電容貢獻，且該過程進入步驟S610，其中，處理器206選擇電感模式，使得電流控制裝置212控制電力裝置202向配電網絡中的功率流提供電感貢獻，并向電流控制裝置發(fā)送命令信號以在電感模式下工作。以此方式，無功功率控制裝置200響應局部檢測到的在配電網絡I中流通的電力的電流-電壓相位差來控制電流以及由此的電力流入和/或流出電力裝置202。這種電流的控制產生對調整配電網絡中流通的電力的相位差的無功功率貢獻。在電力裝置202的耗電和/或供電很大的情況下，來自單個裝置的校正無功功率貢獻可向在配電網絡中流通的電力的相位差提供重大調整。此外，即便單個電力裝置202的耗電和/或供電很小，例如，若該裝置是如上所述的低電力裝置，則來自所分配的這種裝置組的組合貢獻可具有對在配電網絡中流通的電力的電流-電壓相位差的顯著影響，如下文更詳細描述。通常，網絡條件將隨時間改變；因此，在本發(fā)明的一些實施方式中，不斷重復或間隔重復以上參照圖6所述的過程，且由無功功率表檢測到的相位差的變化產生不同模式，并從而選擇不同的無功功率貢獻。在上述實例中，描述了無功功率補償裝置200確定相位差是否在預定范圍內并根據該確定來選擇工作模式；然而，在一些實施方式中，不存在預定范圍。在這些實施方式中，無功功率補償裝置200省略步驟S602，并直接進入步驟S606。換句話說，在這些實施方式中，無功功率補償裝置不存在“中性工作模式”，且該無功功率補償裝置200根據無功功率流是否被確定為比預定義值的更高電感性或更高電容性而在電容模式與電感模式之間切換。在一些情況下，期望提供一種具有與檢測到的無功功率分量的符號總是相反的符號的無功功率分量(即，若檢測到的無功功率分量是電感性的，則提供電容分量，且反之亦然)，使得上述預定義值為零；在其他情況下，最優(yōu)電流-電壓相位差可以是非零值。這是因為當其通過配電網絡I時，電流-電壓相位差可由于來自變壓器的無功貢獻以及配電網絡I中的其他分量而改變。因此，從功率傳輸效率的角度來看，最佳情況不一定是電力裝置202位置處相位差為零；相反，其可以是例如相位差在電力裝置202處稍微是電容性的(例如，在2至5度范圍內)，使得若相位差在電站稍微是電感性的，則在網絡中間某點處將為零。因此，無功功率補償裝置200可被配置為確定相位差的值，將該值與預定義最佳值比較，并提供旨在降低檢測到的相位差與預定義值之間的差的無功功率貢獻。由于上述預定范圍通常集中于(或至少包括)最佳值，所以在一些情況下，尤其是將最佳值設定在零處或零附近處和/或上述預定范圍相對很大的情況下，該范圍的端點可以異號，即一端可對應于電容值，且另一端對應于電感值。在這些情況下，確定是否需要上述電感補償(步驟S606)的步驟可包括簡單確定在步驟S600中測得的電流-電壓相位差是否是電感性的或者是否是電抗性的。在其他情況下，當最佳值被設定為非零值時，且尤其是當預定范圍相對很窄時，該預定范圍將僅包括電容值或僅包括電感值。在這些情況下，步驟S606可包括將利用步驟S600測得的相位差與預定范圍的端點相比較，以確定所測得的相位差位于該范圍的電感側還是電容側。在一些情況下，配電網絡I中的電力的相移可能存在很小波動；若這些波動出現在限定上述可接受范圍的端點的閾值處或其附近，則其可使無功功率控制裝置200在模式之間振蕩；這可能會加劇振蕩，并造成在配電網絡I中流通的電流的不穩(wěn)定。為減小或消除這些振蕩，可使用與閾值相關的滯后作用，在該閾值處無功功率控制裝置200在模式之間切換，如現在參照圖5所述。圖7是示出電力裝置202的所測得的網絡相位差對所產生的無功功率的曲線圖。在所示實例中，當在模式2下工作時，電力裝置202產生+P的無功功率，當在模式I下工作時，產生零無功功率，以及當在模式3下工作時，產生-P的無功功率。盡管在該實例中產生的無功功率的大小在模式2和模式3下相同，但在一些實施方式中，該大小可在每種模式下均不同。圖7示出了四個閾值R1至R4,該無功功率控制裝置200按照這四個閾值在模式之間切換，且R1和R2表示負(電感)相位差(IR11 > IR21)，以及R3和R4表示正(電容)相位差(Ir4I > Ir3I)。當電感網絡相位差大小增加時，一旦相位差值過R1，則無功功率控制裝置從中性模式切換至電容模式。然而，在相反方向上，當電感網絡相位差大小減小時，無功功率控制裝置200在R1處不從電容模式切換至中性模式；相反，在R2處進行切換。類似地，對增加的電容網絡相位差而言，無功功率控制裝置200從中性模式切換至電感模式，但對減小的電容網絡相位差而言，其在R4處切換。因此，即使相位差在閾值R1至R4中的一個周圍確有波動，在無功功率控制裝置200的工作模式下也不存在振蕩，因為后者在R2和R3周圍的中性模式下很穩(wěn)定，在R1周圍的電容模式下很穩(wěn)定，以及在R4周圍的電感模式下很穩(wěn)定。上述與圖7相關的實例將R1和R2稱為表示電感值，以及將R3和R4稱為表示電容值；然而，需要理解，當上述最佳值非零時，所有R1至R4均可以是電容性的或者均可以是電感性的。在該情況下，即便檢測到的相位差保持電容性，無功功率控制裝置200也可切換至電容模式，以在檢測到的相位差過&時提供電容貢獻；類似地，即便檢測到的相位差保持電感性，無功功率控制裝置200也可切換至電感模式，以在檢測到的相位差過R4時提供電感
-Tj. 士 [>貝獻。另外或可替代地，對于上述滯后特性，當在某個預定時間段T3內過閾值時，無功功率控制裝置可被配置為延遲模式之間的切換。這也防止了將高頻振蕩引入該系統(tǒng)。
此外，如上所述，在本發(fā)明的一些實施方式中，多個無功功率控制裝置200可被分配在配電網絡中的不同位置，每個無功功率控制裝置200控制相應電力裝置202，從而形成可用于控制配電網絡I中的無功功率流的系統(tǒng)。當與小型或中型電力裝置202—起使用時，這可能尤其有利，能實現對配電網絡中的無功功率流的比利用單個裝置能實現的更大的調整。例如，估計所有功耗中的約5%是由商業(yè)和住宅樓宇的照明裝置所致。若所有這種照明裝置均使用根據本發(fā)明的無功功率控制裝置200，且假設本文所述方法允許耗電裝置的總用電量的5%被貢獻為無功功率(利用本文所述方法可輕易實現的數字)，則O. 25%的總網絡功率容量可用于提供更有效的無功功率特性。在使用所分配的無功功率控制裝置組202的實施方式中(盡管不限于這些實施方式)，閾值R1至R4中的一個或多個值(無功功率控制裝置200按照其在模式之間切換)和/或切換延遲長度T3可在不同裝置之間改變。在制造無功功率控制裝置200期間，可隨機指定這些值(例如，在所限定的最佳值周圍的限定范圍內)，并將這些值存儲在數據存儲器210中。在一些情況下，無功功率控制裝置200的處理器206可改變值R1至R4以及T3中的一個或多個；例如，這可根據預定義時限處實施的隨機過程來進行，或者基于由來自控制中心的激活信號激活該裝置來進行(參見下文)。以此方式隨機化這些值防止了所分配的裝置組一致用于在系統(tǒng)中產生不想要的振蕩。如上所述，無功功率控制裝置200可被配置為經由通信接口與控制中心通信。該控制中心可以是配電網絡中的一個節(jié)點，或者可以是被配置為通信和/或控制如本文所述分配的無功功率控制裝置組的任何其他裝置?？衫脽o線或固定線路通信來執(zhí)行控制中心與無功功率控制裝置200之間的通信，例如，經由互聯網和/或GSM網絡通信。在一些情況下，可通過沿輸電線414傳輸數據來進行無功功率控制裝置200與控制中心之間的通信。在本發(fā)明的一些實施方式中，無功功率控制裝置200可被配置為從控制中心接收激活信號，并響應激活信號的接收來控制提供給配電網絡I的無功功率，即該激活信號開啟無功功率控制裝置200，且后者是非激活的，即在接收到激活信號之前關閉。當無功功率控制裝置為非激活時，即使不與無功功率控制裝置200連接，該電力裝置202也可根據其正常操作來消耗和/或提供由配電網絡提供的電力。控制中心還可提供停用信號來關閉該無功功率控制裝置，即使其進入非激活狀態(tài)。在從控制中心接收到激活信號后，分配的無功功率控制裝置組200中的每一個開啟，并例如根據上述與圖6相關的過程開始工作。上述與參數R1至R4和/或T3相關的隨機值的生成可響應該激活信號的接收來執(zhí)行。也可有利地將該系統(tǒng)配置為使得響應激活信號而激活的無功功率控制裝置200不在同一時間全部激活，以防止在配電網絡中流通的無功功率突然改變。在接收到激活信號之后，這可通過將每個裝置配置為在經過了隨機產生的時間間隔之后激活來完成；該隨機產生的時間間隔可由裝置自身產生，或者可在激活信號自身中規(guī)定。在一些實施方式中，參數R1至R4和/或T3可由控制中心規(guī)定，作為激活信號的一部分或一些其他信號。這能使無功功率控制裝置202的特性根據配電網絡I的具體條件來定制。在一些實施方式中，一些無功功率控制裝置200自主運轉，無需控制中心的控制，且一些其他無功功率控制裝置200在控制中心的控制下起作用。在該情況下，可有利地使上述預定范圍對自主無功功率控制裝置202相對很大，以及對遠程控制裝置202相對很??；以此方式，所有無功功率控制裝置202對配電網絡中的無功功率的大擺動作出反應，而僅可通過遠程調整其特性來更精細調整的遠程控制裝置用于調整較小變化。如上所述，使用控制中心來激活和/或停用無功功率控制裝置200能使后者用于將所需無功功率傳遞給配電網絡I。因此，例如，無功功率控制裝置200的用戶組和/或控制中心的操作員可向電力供應商出售無功功率。無功功率控制裝置200還可與控制中心通信，以提供有關無功功率控制裝置的性能的數據及其他信息。例如，處理器206可被配置為將數據(諸如無功功率控制裝置200的激活時間、提供給配電網絡I的無功功率的量、無功功率表203的RPC測量結果等)記錄在數據存儲器210中，并經由通信接口 208向控制中心提供該信息。若電力裝置202是移動裝置(諸如PEV)，則其還可被配置為利用例如GPS跟蹤裝置來記錄其位置，并將該位置傳遞給控制中心。此外，無功功率控制裝置200可測量在配電網絡I中流通的電力的一個或多個特性，以將表示這些電力特性的數據傳送給控制中心?？衫脽o功功率表203或一個或多個其他表來執(zhí)行該測量。所測得并報告的一個或多個電力質量特性可包括以下一項或多項無功功率特性；電壓變化(諸如傾斜、下垂、隆起和掉電)，其中，線路電壓在短時間段內高于或低于標稱電壓；這可能是由例如網絡故障、電容負載切換以及過度加載引起的；諧波；線路電壓以供電頻率的倍數變化；這可能是由例如功率電子負載(諸如變速驅動器和UPS系統(tǒng))引起的；閃變；電壓隨機或重復變化；這可能是由例如磨粉機、EAF操作(電弧爐)、焊接設備以及粉碎機引起的；網絡失衡，即不同線路電壓；這可能是由單相負載、相間負載以及失衡三相負載(如焊接設備)引起的；振蕩(諧振)例如，電感器的磁場與電容器的電場之間的電能流會定期改變方向；瞬變(快速擾動)電壓和電流波形中發(fā)生的正弦波快速改變；這可能是由切換裝置、啟動和停止大功率設備引起的。無功功率控制裝置202還可包括用于控制電力裝置202的耗電和/或供電的裝置，以例如利用上述與圖2至圖7相關的方法的適應性對這些檢測到的質量特性提供調整。控制中心例如可使用該信息來確定需要無功功率補償的配電網絡I的區(qū)域?？刂浦行碾S后可確定要求由分配的無功功率控制裝置組200產生的所需無功功率量，并指定相關網絡區(qū)域中的裝置組且將激活信號發(fā)送給指定裝置中的每一個。為此，可便于無功功率控制裝置200分別被單獨尋址；例如，每個無功功率控制裝置200可具有IP地址和/或每個無功功率控制裝置可配備有用戶識別模塊SM卡，在該情況下，地址數據包括SM卡的識別編碼，諸如MSISDN號。本文所述技術和方法可通過各種方式實現。例如，這些技術可在硬件(一個或多個裝置)、固件(一個或多個器件)、軟件(一個或多個模塊)或其組合中實現。對于硬件實現，圖2和圖4的裝置可在一個或多個專用集成電路(ASIC)、數字信號處理器(DSP)、數字信號處理器件(DSro)、可編程邏輯器件(PLD)、現場可編程門陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、設計以執(zhí)行本文所述功能的其他電子單元或其組合內實現。對于固件或軟件，該實現可通過執(zhí)行本文所述功能的至少一個芯片集的模塊(例如，程序、功能等)來執(zhí)行。軟件代碼可被存儲在數據存儲單元中并由處理器執(zhí)行。數據存儲單元210可在處理器內或處理器外實現。在后者情況下，其可經由各種裝置與處理器通信耦接，如本領域已知。另外，本文所述系統(tǒng)的組件可由其他組件重新配置和/或補充，以便于實現針對其描述的各個方面等，且它們不限于在給定圖中所述的精確配置，如本領域技術人員所理解。上述實施方式需被理解為本發(fā)明的說明性實例。還能設想本發(fā)明的其他實施方式。例如，在上述討論的實施方式中，配電網絡I使用單相分布。然而，對于技術人員而言，顯然同樣的原理也適用于多相系統(tǒng)，諸如三相系統(tǒng)。此外，在上述實例中，電流控制裝置212利用一個或多個半導體開關器件來實現。該實施方式可能尤其適用于與獲取高達約25到35安培的電流的家用耗電裝置一起使用，如本技術所允許。然而，當與產生可能損壞半導體開關的電流水平的高耗電或供電裝置一起使用時，可優(yōu)選使用其他開關裝置，諸如真空管。需要理解，所述與任何一種實施方式相關的任何特征均可單獨使用，或結合所述其他特征一起使用，且還可結合任何其他實施方式的一個或多個特征，或任何其他實施方式的任何組合一起使用。此外，在不背離所附權利要求中限定的本發(fā)明的范圍的前提下，還可采用上文未描述的等同物以及修改。
權利要求
1.一種與電力裝置一起使用的無功功率控制裝置，所述電力裝置在與其連接時用于消耗來自配電網絡的電力或向配電網絡供電，所述無功功率控制裝置包括 檢測裝置，其用于在所述電力裝置處檢測在所述配電網絡中流通的電力的無功功率特性，所述無功功率特性與在所述配電網絡中流通的電力的無功功率分量相關；以及 控制裝置，其被配置為基于所述檢測到的無功功率特性來控制由所述電力裝置對所述配電網絡的無功功率貢獻，以調整所述檢測到的無功功率特性的值。
2.根據權利要求1所述的無功功率控制裝置，其中，所述無功功率控制裝置被配置為 確定所述檢測到的無功功率特性的值；以及 將確定值與預定義值相比較， 以及所述控制裝置被配置為控制所述無功功率貢獻，以降低檢測值與預定值之間的差。
3.根據權利要求2所述的無功功率控制裝置，其中，所述無功功率特性與在所述配電網絡中流通的電力的電壓與電流之間的相位差相關，以及所述預定義值包括預定義相位差值。
4.根據權利要求3所述的無功功率控制裝置，其中，所述無功功率補償裝置被配置為基于所述檢測到的功率特性來確定所述無功功率分量是否比所述預定義值更具電感性或者是否比所述預定義值更具電容性，且其中，所述控制裝置被配置為 響應對檢測到的無功功率分量比所述預定義值更具電感性的確定，控制所述電力裝置將電容無功功率貢獻給所述配電網絡；以及 響應對所述檢測到的無功功率分量比所述預定義值更具電容性的確定，控制所述電力裝置將電感無功功率貢獻給所述配電網絡。
5.根據前述權利要求中任一項所述的無功功率控制裝置，其中 所述檢測裝置被配置為檢測所述無功功率特性的變化；以及 所述控制裝置被配置為響應所述檢測裝置檢測所述無功功率特性的值越過閾值的過渡，改變對所述配電網絡的所述無功功率貢獻。
6.根據權利要求5所述的無功功率控制裝置，其中，所述控制裝置被配置為 響應所述檢測到的無功功率分量的值從小于第一閾值的值變?yōu)榇笥谒龅谝婚撝档闹?，將由所述電力裝置貢獻給所述配電網絡的無功功率的值從第一預定值變?yōu)榈诙A定值；以及 響應所述無功功率分量的值從大于第二閾值的值變?yōu)樾∮谒龅诙撝档闹担瑢⒂伤鲭娏ρb置貢獻給所述配電網絡的所述無功功率從所述第二預定值變?yōu)樗龅谝活A定值，所述第二閾值具有小于所述第一閾值的大小。
7.根據權利要求5和權利要求6中任一項所述的無功功率控制裝置，其中，所述控制裝置被配置為在所述檢測裝置檢測到所述無功功率特性的所述變化之后，響應經過預定時間段來改變所述無功功率。
8.根據前述權利要求中任一項所述的無功功率控制裝置，其中，在所述配電網絡中流通的電力包括具有預定周期的交流電流，且所述控制裝置被配置為控制開關裝置在所述預定周期的一個或多個部分期間選擇性中斷向所述電力裝置的供電和/或由所述電力裝置的供電。
9.根據前述權利要求中任一項所述的無功功率控制裝置，其中，所述控制裝置包括電流調制裝置。
10.根據權利要求9所述的無功功率控制裝置，其中，所述控制裝置包括脈沖寬度調制裝置，所述電力裝置包括用于消耗來自所述配電網絡的電力的耗電裝置，以及所述控制裝置被配置為控制所述耗電裝置的功耗的占空比特性。
11.根據前述權利要求中任一項所述的無功功率控制裝置，其中，所述電力裝置包括用于向所述配電網絡供電的供電裝置，所述供電裝置被配置為提供直流電，以及所述控制裝置被配置為控制直流交流轉換裝置。
12.根據權利要求11所述的無功功率控制裝置，其中，所述電力裝置包括用于提供所述直流電的交流直流轉換裝置。
13.根據前述權利要求中任一項所述的無功功率控制裝置，包括用于檢測在所述配電網絡中流通的電力的一個或多個電力質量特性的裝置，其中，所述控制裝置被配置為控制由所述電力裝置提供和/或消耗的電力的特性，以改變所述檢測到的電力質量特性，檢測到的一個或多個電力質量特性包括以下至少一項電流諧波；電壓隨機或重復變化；網絡失衡；功率流振蕩；功率流瞬變。
14.根據前述權利要求中任一項所述的無功功率控制裝置，其中，所述電力裝置包括用于向所述配電網絡供電的供電裝置，所述供電裝置包括以下至少一項光伏發(fā)電裝置、個人電動車、個人電動自行車以及家用可再生能源。
15.根據前述權利要求中任一項所述的無功功率控制裝置，其中，所述配電網絡包括輸電網和配電網，所述輸電網經由一個或多個變壓器與所述配電網連接并向其供電，以及所述配電網向多個家庭和/或工業(yè)用戶供電，其中，所述電力裝置用于消耗來自所述配電網的電力或向所述配電網供電。
16.根據前述權利要求中任一項所述的無功功率控制裝置，包括用于從控制中心接收激活信號的通信接口，其中，所述控制裝置被配置為響應在所述通信接口處對所述激活信號的接收，執(zhí)行對無功功率貢獻的所述控制。
17.一種用于控制配電網絡中的無功功率流的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 根據權利要求15所述的分配的多個無功功率控制裝置，每個無功功率控制裝置控制與所述配電網絡連接的相應電力裝置；以及控制中心，其用于將所述激活信號發(fā)送給所述分配的多個無功功率控制裝置中的每一個。
18.根據權利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述多個無功功率控制裝置中的不同無功功率控制裝置被配置為在接收到所述激活信號之后以不同時間間隔發(fā)起對所述控制的執(zhí)行。
19.根據權利要求16和權利要求17中任一項所述的系統(tǒng)，其中，每個所述無功功率控制裝置包括用于測量相應電力裝置的一個或多個性能特性的裝置，且每個所述無功功率控制裝置被配置為將表示所述一個或多個性能特性的數據傳送至所述控制中心，所述一個或多個性能特性包括以下至少一項檢測到的在所述配電網絡中流通的無功功率分量的值；由相應電力裝置貢獻給所述配電網絡的無功功率的量；以及對無功功率貢獻執(zhí)行所述控制的時間。
20.根據權利要求17至權利要求19中任一項所述的系統(tǒng)，其中，每個所述無功功率控制裝置包括用于測量在所述配電網絡中流通的電力的電力質量特性的裝置，且每個所述無功功率控制裝置被配置為傳送表示所測得的一個或多個電力質量特性的數據，所述一個或多個電力特性與以下至少一項相關無功功率特性；電流諧波；電壓隨機或重復變化；網絡失衡；功率流振蕩；功率流瞬變。
21.一種用于控制與一個或多個電力裝置連接的配電網絡中的無功功率流的方法，所述一個或多個電力裝置被配置為消耗來自所述配電網絡的電力和/或向所述配電網絡供電，所述方法包括 在所述電力裝置處檢測在所述配電網絡中流通的電力的無功功率特性，所述無功功率特性與在所述配電網絡中流通的電力的無功功率分量相關；以及 基于所述檢測到的無功功率特性，控制由所述電力裝置對所述配電網絡的無功功率貢獻，以調整所述檢測到的無功功率特性的值。
22.根據權利要求21所述的方法，包括 確定所述檢測到的無功功率特性的值； 將確定值與預定義值相比較；以及 控制所述無功功率貢獻，以降低檢測值與預定值之間的差。
23.根據權利要求22所述的方法，其中，所述無功功率特性與在所述配電網絡中流通的電力的電壓與電流之間的相位差相關。
24.根據權利要求23所述的方法，包括 基于所述檢測到的無功功率特性來確定所述檢測到的無功功率分量是否比所述預定義值更具電感性或者是否比所述預定義值更具電容性；以及 在確定所述檢測到的無功功率分量比所述預定義值更具電感性的情況下，控制所述電力裝置將電容無功功率貢獻給所述配電網絡； 在確定所述檢測到的無功功率分量比所述預定義值更具電容性的情況下，控制所述電力裝置將電感無功功率貢獻給所述配電網絡。
25.根據權利要求21至權利要求24中任一項所述的方法，包括 檢測所述無功功率特性的變化；以及 響應檢測到的所述無功功率分量的值越過閾值的過渡來改變所述電力裝置的所述無功功率貢獻。
26.根據權利要求25所述的方法，包括根據隨機值生成處理來確定所述閾值。
27.根據權利要求25和權利要求26中任一項所述的方法，包括 響應所述檢測到的無功功率特性的值從小于第一閾值的值變?yōu)榇笥谒龅谝婚撝档闹?，將由所述電力裝置貢獻給所述配電網絡的所述無功功率從第一預定值變?yōu)榈诙A定值；以及 響應所述無功功率特性的值從大于第二閾值的值變?yōu)樾∮谒龅诙撝档闹?，將由所述電力裝置貢獻給所述配電網絡的所述無功功率從所述第二預定值變?yōu)樗龅谝活A定值，所述第二閾值具有小于所述第一閾值的大小。
28.根據權利要求25至權利要求27中任一項所述的方法，包括在檢測到所述無功功率特性的所述變化之后，響應經過預定時間段來改變由所述電力裝置對所述配電網絡的無功功率貢獻。
29.根據權利要求28所述的方法，包括根據隨機值生成處理來確定所述時間段的值。
全文摘要
本發(fā)明的實施方式涉及用于控制對在配電網絡中流通的無功功率的無功功率貢獻以優(yōu)化無功功率流的裝置和方法以及系統(tǒng)。控制無功功率流的傳統(tǒng)方法集中在例如根據管理最大可允許功率因數的規(guī)定和/或在中心控制實體的控制下最小化與配電網絡連接的供電和耗電裝置的無功功率貢獻。然而，該方法對變化的網絡狀況反應很慢，且未考慮無功功率的局部變化。在本發(fā)明的實施方式中，提供了一種與耗電和/或供電裝置一起使用的無功功率控制裝置。該無功功率控制裝置包括檢測裝置，其用于在電力裝置處檢測在配電網絡中流通的電力的無功功率特性，該無功功率特性與在網絡中流通的電力的無功功率分量相關。無功功率控制裝置還包括控制裝置，其用于基于檢測到的無功功率特性來控制對配電網絡的無功功率貢獻，以調整檢測到的無功功率特性的值。這能使各耗電和/或供電裝置自主對配電網絡中的局部變化作出反應，并提供無功功率貢獻來驅使檢測到的無功功率特性達到期望值。
文檔編號H02J3/18GK103038969SQ201180026097
公開日2013年4月10日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權日2010年5月25日
發(fā)明者?；せ裟?申請人:迅應科技有限公司