电网网络网关聚合的制作方法

优先权

本申请为正式申请，基于2014年7月4日提交的第62/021,085号美国临时专利申请并要求该临时专利申请的优先权。以引用的方式将该临时专利申请的全部内容并入本文。

本申请为一项国际申请，要求名称为“电网网络网关聚合”的第14/791,438号美国专利申请的优先权。本申请与名称为“分层及分布式电网控制””的第14/791,429号美国专利申请相关联。

本发明的实施例主要涉及一种电网，具体涉及一种电网网关，该电网网关基于数据聚合生成控制决策。

版权声明/许可

本专利申请文件的部分公开内容可能包含受版权保护的材料。版权所有人不反对任何人按照其在美国专利商标局的专利文档或记录中的形式对本专利文档或专利公开内容进行复制，但在其他方面保留所有版权。此版权声明适用于下文所描述的所有数据和本专利申请附图中的所有数据以及下文描述的任何软件：版权所有2015年，apparentinc.，保留所有权利。

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。

在一个实施例中，网关630包括仪表634，仪表634代表根据图8所示的装置800的计量仪表。仪表634使网关630能够监测公共耦合点622的用户侧的电力需量和/或发电量。公共耦合点622的用户侧是电网的相对侧。该用户侧是用户的负载和/或负载控制的电接触点。通常该公共耦合点包括某些类型的熔断器系统和/或其他断开机构。该熔断器系统可以是软性熔断器(例如，开关或可以电断开和闭合的其他机构)或必须以机械或物理方式重置或更换的硬性熔断器。在一个实施例中，仪表634存储和管理能量信号。在一个实施例中，仪表634执行聚合操作。

网关630包括控制器636，控制器636代表硬件处理资源，用于控制网关的操作。控制器636还可以代表用于控制网关630的操作的软件或固件逻辑。在一个实施例中，控制器636可以由多于一个硬件组件实现。在一个实施例中，控制器636包括或者可以是嵌入式计算机系统。例如，控制器636可以包括一个嵌入式单板pc(个人计算机)和/或其他硬件逻辑。控制器636通常控制网关630的操作，例如控制路由器632和/或仪表634。在一个实施例中，如果网关630需要实现某种行为，可以考虑由控制器636来执行某些操作，以实现该某种行为。

在一个实施例中，系统600包括位于公共耦合点622用户侧的一个或多个负载640。在一个实施例中，系统600包括一个或多个能量源660。能量源660代表用户处或公共耦合点622用户侧的发电资源。在一个实施例中，能量源660是一种可再生能源，例如风能或太阳能系统。在一个实施例中，能量源660产生有功功率。在一个实施例中，系统600包括备用电池装置670。备用电池装置可以是本专利申请所述的任何形式的能量存储装置或储能系统。

在一个实施例中，用户包括本地功率转换器650。转换器650可以是根据本专利申请所描述的转换器的任何实施例的转换器。转换器650执行一个或多个操作来管理或控制一个接口。在一个实施例中，所述接口代表一个装置与公共耦合点622的互连。在一个实施例中，所述接口代表一个装置与另一个点的电互连或电耦合。例如，转换器650可以操作来调节公共耦合点622与负载640的接口，例如通过改变电力或能量在所述电网和所述负载之间的传输方式。在一个实施例中，转换器650可以操作来调节能量源660和负载640之间的接口，例如，来从本地能量源向所述负载输送电力。在一个实施例中，转换器650可以操作来调节能量源660和公共耦合点622之间的接口，例如，来从能量源向所述电网输送电力。在一个实施例中，转换器650可以操作来调节备用电池装置670和公共耦合点622和/或能量源660之间的接口，例如，来为所述能量存储装置充电和/或将来自所述能量存储装置的电力提供给所述负载和/或所述电网使用。

图7示出了一种网关聚合器系统的一个实施例的框图。系统700是网关装置的一个实施例，可以是或者可以包括在根据本专利申请所述的任何实施例的控制节点中。聚合器710代表用于执行数据聚合的硬件和软件逻辑。聚合器710可以根据聚合信息计算以确定如何控制接口。

聚合逻辑720代表使聚合器710能够聚合与电网状态有关的多个数据元素的逻辑。外部i/o722代表位于公共耦合点外部的可以提供电网状态信息的来源。此类信息通常可以是整个电网的状态或者该电网的特定部分或区段的状态，其中该电网的特定部分或区段大于由和聚合器710相连的控制节点管理的用户或街区或部分。外部i/o722的例子可以包括但不限于，调度信息和电网控制信号。调度信息可以传播至整个电网网络或者可以发送至电网网络的特定区域。电网控制信息代表指示所述公共耦合点应当遵守和/或满足的至少一个电力状态的特定信号。例如，可以要求所述公共耦合点提供来自所述公共耦合点的特定输出。另一个例子是，可以特别要求所述公共耦合点根据电网网络另一位置的状态遵守一个规定。

传感器724代表所述公共耦合点之内的数据来源，例如，位于控制节点本地的一个或多个传感器或者其他网关装置或聚合装置。传感器数据的例子可以包括但不限于负载信息、本地温度、照明条件和/或其他信息。在一个实施例中，负载信息由仪表收集或监测，该仪表确定哪些负载吸收功率，例如根据指示负载的复数电流矢量的能量信号来确定。在一个实施例中，负载信息可以配置入聚合器710，其可以是特定负载连接(例如断路器、插座或其他连接)允许的最大负载容量。在一个实施例中，本地能量源的操作可能受温度影响，或者温度可以是特定负载和/或能量源的期望效率和/或需求的指示。照明条件特定于太阳能系统，但还可以使用风传感器等其他传感器。

每个传感器可提供信息，这些信息可供考虑，以确定如何输出功率或控制所述公共耦合点之内和/或所述公共耦合点之外的接口。在一个实施例中，每个传感器记录有聚合逻辑720。聚合逻辑720可以包括一个传感器控制中心，用于收集和聚合来自多个传感器的信息。在一个实施例中，聚合器710在存储器742中存储聚合数据和/或原始数据。存储器742可以位于聚合器710本地并存储传感器和/或电网控制信息。

在一个实施例中，聚合逻辑720包含权重，为某些数据赋予比另一些数据更大的权重。该权重可基于时间和/或所接收的其他数据进行更改。例如，可以对温度数据加以考虑，以确定执行何种操作，但是当接收电网控制信息时，可为温度数据赋予很低的权重或者完全忽略。还存在无数其他实例。在一个实施例中，聚合逻辑720是一种复杂状态机。在一个实施例中，聚合逻辑720产生的每个状态输出识别一种基于各种输入确定的状态。例如，聚合逻辑720可以根据数据的范围来做出决定，例如，当照明条件位于给定范围之内以及温度处于特定范围之内时，以及当电网状态处于特定范围之内时，产生特定的状态输出。其他范围将产生其他状态输出。该状态输出可以指示聚合器710的何种状态用于确定如何控制功率转换器的操作。

在一个实施例中，聚合逻辑720产生一种或多种由执行逻辑750执行的状态。在一个实施例中，聚合器710可包括零个或多个其他逻辑单元，用于更改已确定的状态。在一个实施例中，聚合器710包括一个或多个预测逻辑730和/或前向预测740。在一个实施例中，聚合器710之内的所有逻辑块可以视为聚合器的控制逻辑。因此，所提及的执行计算的聚合器可以包括聚合逻辑720、预测逻辑730、前向预测逻辑740、执行逻辑750和/或未示出的其他逻辑的操作。

在一个实施例中，预测逻辑730可以接收费率源信息732。费率源信息732可包含用户费率或价格信息和/或市场费率或市场价格信息。在一个实施例中，用户费率将包含有功功率和无功功率的不同费率。在一个实施例中，市场费率将包含有功功率和无功功率的不同费率。无功功率通常可以提供给电网用于“辅助服务市场”或提供辅助服务。因此，无功功率费率实际上可以包含许多不同费率，具体视市场情况和所选择的辅助市场而定。应当意识到，费率信息在一天和/或一季或一年之内可能发生变化。因此，在根据费率信息计算要执行的操作时，一天的时间和一年的时间可能是要考虑的信息。在一个实施例中，费率源732是一个实时费率信息源，可提供有关市场化的能源市场的数据，例如，费率合同信息、瞬时费率和/或其他信息。在一个实施例中，聚合器710通过外部i/o722与费率源732耦合。

在一个实施例中，预测逻辑730根据聚合逻辑720识别的状态以及费率信息做出决定或计算要执行的操作。预测逻辑730可综合费率信息和状态信息来决定要采取的一个或多个操作。例如，由聚合逻辑720计算的确定状态可以识别由聚合器710管理的接口的具体状态或操作区域。聚合器710与一个可向本地负载以及电网提供电力的控制节点相连。因此，例如，预测逻辑730可以确定本地所产生之能量的最佳利用。预测逻辑730可以根据用户获取最大经济收入的方式来确定控制接口的最佳方式。

例如，在某一天，市场价格可能在有功功率和辅助服务之间波动，具体视电网网络的状态而定。当有功功率费率更高时，预测逻辑730可以决定使相连的功率转换器产生有功功率，以传输给电网。如果一项或多项辅助市场价格高于有功功率市场费率，预测逻辑730则可以决定使相连的功率转换器产生无功功率，以传输给电网。在另一个例子中，考虑用户拥有具备负载需求的负载。然而，因为市场费率目前高于在本地消耗能量的价值，因此，预测逻辑730决定将能量传输至电网，并从电网吸收电力，为负载供电。同样地，当市场费率下降时，预测逻辑730可以决定使富余能量转向满足本地负载需求。因此，聚合器710可从本地公共耦合点处动态监测并控制与电网的接口，为本地用户和电网实现能量价值最大化。

在一个实施例中，前向预测740从存储器742获取历史信息。该历史信息可包括一种或多种状态，该状态包含所执行的相关操作、费率的历史趋势信息、电力状态、电力需量和/或其他信息。该历史信息可使聚合器710能够根据之前的操作识别趋势或模式。因此，控制节点的工作时间越久，其历史数据可向操作提供的信息就越多。在一个实施例中，聚合器710包括一个在利用历史信息之前的数据收集时期。可针对聚合器的不同用途改变数据收集时间，但是可以按小时、天、周或月来计算。在一个实施例中，所述信息可以“分阶段逐步引入”，逐渐为历史数据分析或评估或者执行何种操作的计算赋予更多权重。

在一个实施例中，历史数据可以识别操作的特定状态和操作的后续状态以及它们之间间隔多长时间。因此，例如，前向预测可以确定是否根据指示所述状态或状况是否可能持续足够长的时间的历史信息来执行所确定的操作，以保证经济效益。在一个实施例中，前向预测740从所选择的操作或状态以及历史数据中确定控制节点应执行何种操作。在一个实施例中，每个预测代表根据能量负载、能量价格、天气状况、费率和/或其他信息的历史数据基于当前状态要做出的决定的估计。在一个实施例中，该历史数据可以指操作历史记录或操作数据，指的是受监测/控制电网节点之内的操作。

在一个实施例中，执行逻辑750分别从聚合逻辑720、预测逻辑730和前向预测逻辑740接收一种或多种状态、一个或多个操作和/或一个或多个预测。执行逻辑750可以分析输入数据并根据所接收的数据计算要执行的一个或多个操作。在一个实施例中，总的来说，聚合器710可以了解相连的本地能量源、入口仪表信息、能量存储或备用能量系统、本地或现场负载以及其他信息。在一个实施例中，在聚合器710等网关装置内收集的所有信息由本地仪表收集。聚合器710之内的逻辑可以从多个来源接收数据并根据该数据做出决策。数据聚合本身不同于之前的控制节点。可将预测添加至聚合器中。在一个实施例中，执行逻辑750根据所计算的状态、操作和预算有选择性地生成操作。

考虑一个例子，仪表监测一个已开启的冷冻负载，其需要更多无功功率。例如，该仪表可以通过计算或处理负载的不同负载能量信号来做出此类决策。例如，考虑系统中已经存在合成电流。增加另一个上线的负载将改变总合成电流。在一个实施例中，所述仪表可以计算所述新的合成电流和之前的合成电流之间的差值，以确定所述新负载的能量信号。因此，所述仪表可以识别具体负载并通过聚合器710来决定执行操作变化，以响应特定负载的电力需求。应当认识到，所述计算可能需要矢量分析和/或矢量计算来区分特定负载。在一个实施例中，聚合器710可以保存一个或多个能量信号的历史数据，因此可以根据历史平均值确定特定负载预计将持续多长时间。因此，可以利用能量信号以及历史数据和/或在聚合器中计算的其他确定数据来确定要执行何种操作。

继续以上线的冷冻负载的为例，在一个实施例中，所述仪表监测系统中对无功功率需求的增加。在一个实施例中，所述仪表监测该冷冻负载的能量信号。该网关可以使相连的太阳能系统(本地能量源)调节其相位角(例如，通过与该太阳能系统相连的转换器和/或逆变器)来产生更多无功功率，满足该冷冻负载。一旦该冷冻负载关闭，该网关可以通知该太阳能系统利用额外的电力为备用电池系统充电，或者向电网提供支持。同样，各种不同的可能实例不胜枚举。

在一个实施例中，执行逻辑750生成一个操作并执行该操作。在一个实施例中，执行逻辑750可以为本地输出752和/或市场输出754生成一个操作。本地输出的实例可包括但不限于，向负载提供有功功率和/或无功功率，提供有功功率和/或无功功率为能量存储装置充电，和/或提供电力满足本地“容量”，该本地“容量”可以指一个或多个负载以及一个或多个能量存储装置。市场输出的实例可包括但不限于，向所述电网提供有功功率，和/或提供辅助服务。

该辅助服务可以包括许多不同的服务，尽管未说明所有可能的服务。辅助服务可以包括电网支持、频率支持、上调、下调和/或黑启动服务和/或其他服务。电网支持代表任何类型的电压支持服务，以提高或降低所述公共耦合点处的电网电压条件。上调和下调指特定的频率支持服务。上调和下调可以指控制负载接口，以改变所述公共耦合点处的负载。频率支持代表其他类型的频率服务，可包括改变一个接口来改变能量向电网的流动，以调节所述公共耦合点处的交流功率的频率。黑启动服务代表执行一定的操作，提高电网电力容量，使所述电网的断开部分重新与电网网络相连。所有辅助服务可以包括提供符合所述公共耦合点处的电网需求的电力容量。

通常，在一个实施例中，一个用户节点可以包含一个控制节点。通常控制节点包括电能表和控制器。该控制器可以是根据聚合器710的控制器和/或其他网关装置。该电能表和控制器位于公共耦合点的用户侧，执行在公共耦合点之内的操作，通过所述公共耦合点改变与电网的接口。该用户节点包括一个或多个功率转换器，该功率转换器根据所述控制器和/或仪表的命令或控件来改变其操作。该功率转换器操作根据所述控制器做出的决定改变与所述公共耦合点的接口。功率转换器的操作可以改变本地节点处电网网络之内的能量流动。

因此，该功率转换器可以通过根据控制器的决定改变操作来响应聚合信息，根据聚合信息确定如何操作。该聚合信息可以包含来自一个或多个传感器、一个或多个电网侧控制器或数据中心的信息，以及本地电力需量和本地状态。所述控制器的决策制定可包括根据聚合的本地和电网状态信息进行计算。在一个实施例中，所述决策制定包括根据费率信息进行计算。在一个实施例中，所述决策制定包括根据历史信息进行计算。在一个实施例中，所述决策制定包括由执行逻辑计算来为一个或多个功率转换器生成一个或多个控件。所述功率转换器根据本专利申请所描述的任何实施例改变公共耦合点之内和/或公共耦合点和所述电网之间的能量流动。所述功率转换器可以根据本专利申请所描述的任何实施例控制来自本地能量源和/或来自所述电网的有功功率和无功功率组合。

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。计量仪表800可以是根据本专利申请所述的任何实施例的电能表或能量表。在一个实施例中，计量仪表800是根据本专利申请所述的任何实施例的控制节点或属于该控制节点的一部分。计量仪表800包括与电网网络互连的硬件组件，用于与上游连接和/或与相邻电网网络节点相连。在一个实施例中，计量仪表800包括硬件组件，用于与一个或多个负载和/或耦合于所述电能计量仪表下游的其他装置或节点相连。应当意识到，计量仪表800可以独立于所述电网用来计量由所述电网供应的电力并收取相应费用的仪表。可以有多个计量仪表800与单一电网仪表耦合。

计量仪表800包括负载接口820。负载接口820提供用于与下游装置互连的硬件。计量仪表800监测下游装置的电力使用量。在一个实施例中，计量仪表800包括电压感测硬件824和电流感测硬件822。电流感测硬件822可以测量所述负载吸收的电流，并且可以包括能够测量电力需量的谐波分量的硬件。电流感测822可以包括一个负载或一组负载所吸收的电流的大小、相位偏移(例如功率因数)、频率和/或其他电气性能。在一个实施例中，计量仪表800可以产生能量信号并将该能量信号与所存储的能量信号进行比较。计量仪表800还可以存储新的能量信号。电压感测硬件824可以测量电压，包括相位、频率、大小和/或电压波形的其他电气性能。

处理器810代表计量仪表800的控制逻辑或控制器。可以对处理器810进行配置或编程，以进行能量监测。可以对处理器810进行配置来执行计算，用于计算能量信号并且/或者与能量信号比较电流和电压读数。在一个实施例中，处理器810确定调节电流的方式，以补偿谐波、电网状态或其他状态，使所述公共耦合点合规，并且/或者提供支持以补偿其他控制点的故障。处理器810可以执行操作并包含硬件和/或控制逻辑，以跟踪计量仪表800下方的电网网络部分的能量消耗，并确定如何补偿，以保证计量仪表1000下方的本地电网网络部分的合规性。虽然未显示，计量仪表800和功率转换器一起工作，提供所述监测指示的所需的无功功率。

计量仪表800包括外部i/o840，用于使计量仪表800能够与其他计量仪表或控制节点相连，并能够与数据中心或其他中心数据设备相连。在一个实施例中，外部i/o840使计量仪表800能够与传统公用电网的电网管理相连。在一个实施例中，外部i/o840使计量仪表800能够向中央数据中心发送数据和/或从中央数据中心接收数据。外部i/o840可以为计量仪表800接收调度信息。外部i/o840可以包括任何类型的通信接口，包括已知的有线和/或无线通信机制。在一个实施例中，外部i/o840包括专有的和/或用户通信机制，该通信机制可包括有线和/或无线通信平台，例如用于发送和接收通信的硬件和软件堆栈或其他处理逻辑。

电网接口850代表硬件，用于使计量仪表800能够与所示电网网络耦合。在一个实施例中，电网接口850使计量仪表800能够确定与计量仪表800相连接的公共耦合点处的电网状态。在一个实施例中，电网接口850代表硬件，用于使计量仪表800能够与本地能量源耦合。在一个实施例中，电网接口850和/或计量仪表800内的其他接口使计量仪表800能够决定可以从下游装置提供何种类型(多少)的能量支持。例如，计量仪表800可以确定本地能量源产生多少能量。所述功率转换器通过调节其操作来调节所述公共耦合点处与所述电网的接口，包括所述公共耦合点处呈现何种电流波形。

在一个实施例中，计量仪表800包括存储资源，例如，存储器和/或硬盘驱动器或固态存储器。存储器830代表计量仪表800的存储器资源。在一个实施例中，计量仪表800存储多个用于监测和控制负载的信号832。在一个实施例中，每个信号832是复数电流矢量，其代表不同负载吸收的电流波形的状态。在一个实施例中，处理器810可以产生和存储信号832。在一个实施例中，信号832预加载在计量仪表800上。在一个实施例中，处理器810计算合成电流波形信息，以便与信号832比较。根据与所述信号的对比，处理器810可以计算给定负载场合(电力需求)和/或发电场合所需的电流波形相位和形状。

在一个实施例中，处理器810获取一条或多条合规信息834。在一个实施例中，合规信息834存储于存储器830中。在一个实施例中，通过外部i/o840接收合规信息834。在一个实施例中，处理器810根据合规信息834计算给定电力需求场合和/或发电场合所需的电流波形相位和形状。因此，合规信息834可能影响计量仪表800的操作方式。在一个实施例中，外部i/o840使计量仪表800能够与相连的一个或多个转换器相耦合。根据处理器810进行的计算，计量仪表可以向转换器发送如何操作的信号，以实现所需的电流。在一个实施例中，计量仪表800直接向所述转换器指示所需的电流，随后所述转换器可以独立计算产生所述电流的方式。在一个实施例中，计量仪表800计算特定参数作为转换器装置的输入，使该转换器装置调节其操作，以便在所述公共耦合点处获得所需的电流波形。

在一个实施例中，计量仪表800能够根据之前所述的位置感知进行位置感知。在一个实施例中，处理器810可以利用位置感知确定其位置。因此，根据所测量或接收的电网接口850的状态，处理器810可以根据位置监测计算所需的无功功率。随后，外部i/o840可以向所述相连的转换器发送信号，以产生所需的功率。计量仪表800可以监测并决定向上游的发电机或集中电网管理提供电压支持，使所述公共耦合点处的控制节点提供负相位或滞后相位的无功功率支持。计量仪表800可以监测并决定向远离发电机或集中电网管理的下游提供电压支持，使所述公共耦合点处的控制节点提供正相位或超前相位的无功功率支持。应当认识到，所述超前支持指电流波形在相位上超前于所述电网的交流电压。同样地，所述滞后支持指电流波形在相位上滞后于所述电网的交流电压。

信号832代表一个或多个负载的复数电流矢量。所述复数电流矢量是合成电流，当负载处于有效状态时，可从该合成电流中提取相应的电流矢量。在一个实施例中，每个信号具有一个相伴的复数电流矢量，该复数电流矢量包含表观功率分量和谐波分量，该谐波分量用于使由所述负载使用的有效功率移相。在一个实施例中，计量仪表800可以跟踪所述信号并使相连的功率转换器基于对上线和/或离线的具体负载的监测而进行不同的操作。

在一个实施例中，处理器810可以执行所监测电流的矢量计算和/或矢量分析。因此，仪表800可以识别并跟踪不同的能量信号或电流信号。信号832可以指电流信号，那就是说当所述不同负载处于有效或工作状态时，将会有具体的、可识别的电流矢量与所述上线的负载相关联。信号832可以指能量信号，那就是说当所述负载处于有效状态时，所述复数矢量本身就是所述负载的复合用电量的代表。

信号832不仅可以代表用于负载的能量的可测量功率分量，而且还包含所述谐波或谐波干扰的信息。因此，在一个实施例中，仪表800可以聚合谐波信息以及可测量的用电量。由此产生的信号832并非用传统功率矢量來表示，而且包含关于谐波的信息。在一个实施例中，了解谐波信息后，可以通知转换器进行操作，调节电力供应的接口，以抑制谐波。

在一个实施例中，根据负载的合成电流的测量和计算确定对应于特定的一个或多个负载或者负载状态的能量信号832。在一个实施例中，每个能量信号832表示负载状态(多个负载同时运行的情形)，而非识别具体的装置。仪表800可以确定负载的复数电流矢量，包括确定所述初级电流的有功功率分量和无功功率分量，以及有功功率分量、无功功率分量和谐波相对于初级电流的角位移。

图9示出了分布式电网的一种节点的一个实施例的框图。节点900代表控制节点，可以是根据本专利申请所述的任何实施例的控制节点的一个示例。节点900包括各种硬件组件来实现其操作。通常，该硬件可以描述为处理器910、功率分配硬件920以及功率监测硬件930。这些组件中的每个组件可以包括特定类型和功能的硬件，这些组件中的部分组件可以是图9所示的其他组件。

处理器910代表节点900内的一个或多个控制器或处理器。在一个实施例中，节点900包括一个电能表、一个功率转换器和一个控制硬件，该控制硬件用于连接这两个组件并使它们与电网相连。在一个实施例中，每个独立的项均包含一个控制器，例如，计量仪表内的控制器以及功率转换器内的控制器。该功率转换器可以包括一个功率提取器控制器、一个逆变器控制器和另一个用于管理它们的控制器。因此，控制器910可以代表多个控制器或控制逻辑组件，使节点900能够检测和分配功率。

处理器910管理和控制节点900之内的硬件的操作，包括上文所述的任何硬件。处理器910可以为节点900提供现代电网智能(mgi)。在一个实施例中，处理器910执行逻辑，针对节点910[根据上下文及附图，节点1710应为节点1700]提供所述功能中的至少一些功能。就硬件提供的所述功能而言，处理器910可以被视为控制器，用于控制所述硬件的操作。在一个实施例中，处理器910为节点900执行一个控制节点操作系统。在一个实施例中，所述操作系统是现代电网智能操作系统(mgios)。mgios可以提供一系列能力和优势，至少包括下列中的一些能力和优势。

mgios可以针对节点900的操作提供计算和一般控制。在一个实施例中，mgios使所述节点能够收集数据并作出决策，向节点外围发送数据。在一个实施例中，mgios可以利用所述数据控制本地系统，例如，与公共耦合点的同一侧相连的本地组件。在一个实施例中，mgios还发送数据供外部实体使用，例如公用事业单位管理者和/或电网网络中的其他节点。

在一个实施例中，mgios控制节点900的调度功能。所述调度可以包括提供和接收数据，尤其是提醒，用于确定如何分配功率。在一个实施例中，mgios可以支持自主调度，允许电网网络的所述节点彼此之间共享控制所述电网的操作的信息。该自主调度指中央电网运营商不需要参与所述调度信息的生成或分配。

在一个实施例中，mgios支持控制功能。该控制可由人工、云端和/或自动化控制逻辑实现。在一个实施例中，mgios支持节点900作为单独的节点独立工作和/或与电网网络中的其他控制节点一起工作。所述每个节点的独立工作可以使所述分布式网络无需中心发电厂便可正常运行，和/或仅需最少量的集中电网管理。

在一个实施例中，mgios可支持黑启动操作。黑启动操作是指节点900可以将其所在部分的电网从离线状态恢复为在线状态。该操作可从集中电网管理处自主发生，例如通过电网网络的每个节点900独立监测电网网络上游和下游的状态。因此，当条件允许时，节点900可以上线，而无需等待电网运营商控制向所述节点的功率分配。因此，通过控制功率流向电网以及从电网流出，节点900可以智能将其所在的节点部分恢复在线，因此可以防止启动问题。

在一个实施例中，mgi使节点900能够提供多种线路电压。在一个实施例中，电网接口980可以通过处理器910的控制逻辑来控制与电网的连接，可对电网接口1780进行配置，实现多种不同的跳变点电压。每个跳变点电压可提供不同的控制事件。每个控制事件可以使处理器910执行控制操作，以调节所述控制节点的接口。该接口可以是与负载的接口和/或与所述电网网络的接口。

在一个实施例中，mgi可以节约所述电网网络之内的互连。在一个实施例中，节点900控制向电网网络的回流，通过限制回流和/或调节输出，来改变提供给所述电网的功率类型。在一个实施例中，节点900提供公用电网控制功能，控制来自中心发电厂的功率流动，在传统上，这些控制功能由公用电网管理方执行。节点900可以提供所述电网控制功能，以实现分布式电网。

功率分配硬件920包括电力线、连接器、锁相环路、错误校正回路、变压器等接口保护或隔离装置和/或支持所述控制节点将能量从一个点传输至另一个点、控制接口以控制整个电网中的功率流动或进行其他操作的硬件。在一个实施例中，所述功率分配硬件可包括一个功率转换器。功率转换器可以是智能逆变器或微型逆变器，并且可以是根据系统1500和1600的相关描述的功率转换器。

功率监测硬件930包括连接器、信号线、采样硬件、反馈回路、计算硬件和/或支持所述控制节点监控一个或多个电网状态和/或负载状态的其他硬件。所述电网状态可以是或可以包括电压水平、相位、频率以及电网操作的其他参数。所述负载状态可以是或可以包括电压、电流、相位、频率以及负载电力需求的其他参数。

在一个实施例中，节点900包括电网控制940。电网控制代表用于控制所述电网网络接口的硬件和逻辑(例如，软件/固件逻辑、配置)。在一个实施例中，电网接口980代表电网网络接口。电网控制940可以包括有功功率控制942和无功功率控制944。所述有功功率控制和无功功率控制可以是根据本专利申请所述的任何实施例的有功功率控制和无功功率控制。在一个实施例中，有功功率控制942包括向所述电网提供有功功率的逻辑(硬件和/或软件)。在一个实施例中，无功功率控制944包括向所述电网提供无功功率的逻辑。向所述电网提供功率可包括改变一个接口，使所需类型和组合的功率流向所述电网。

在一个实施例中，节点900包括本地控制950。本地控制代表硬件和逻辑(例如，软件/固件逻辑、配置)，用于控制与所述负载的接口或与电网网络相连的公共耦合点下游项目的接口。本地控制950可以包括有功功率控制952和无功功率控制954。所述有功功率控制和无功功率控制可以是根据本专利申请所述的任何实施例的有功功率控制和无功功率控制。在一个实施例中，有功功率控制952包括向负载提供有功功率的逻辑(硬件和/或软件)。在一个实施例中，无功功率控制954包括向负载提供无功功率的逻辑。向所述负载提供功率可包括改变一个接口，使所需类型和组合的功率从一个本地能量源和/或所述电网流向所述负载。

应当意识到，公用电网拥有不仅基于使用量，而且基于使用时间的费率结构。例如，公用电网可以拥有阶梯费率。在一个实施例中，处理器910包括费率结构信息，该信息使处理器1710在计算如何利用电网控制940和/或本地控制950改变接口时能够将费率结构信息纳入考虑。将费率结构信息纳入考虑可包括确定在特定情况下何种功率(有功功率或无功功率)价值更高。因此，处理器910可使发电价值最大化并且/或者将能源消耗的成本降至最低。在存在阶梯式费率结构的实施例中，处理器910可根据尽可能将功率消耗保持最低的方式以及尽可能提供最大功率的方式来指示电网控制940和/或本地控制950。在一个实施例中，在控制电网控制940和/或本地控制950的操作时，处理器910考虑公用电网或电网网络的要求。例如，所述电网可能存在缩减或其他状况，影响功率的提供和/或使用方式。在一个实施例中，当负载动态上线和离线时，节点900可以调节功率输出。例如，当负载离线时，本地控制950可以减小输出，当负载上线时，本地控制1750可以增加输出。

计量960代表节点900的计量能力，可包括根据本专利申请所述的任何实施例的仪表。在一个实施例中，计量960可以包括负载控制计量962。负载控制962可以包括监测负载电力需量的逻辑。在一个实施例中，计量960可以包括信号管理器964。信号管理器964包括创建、存储和使用能量信号监测负载状况的逻辑。更具体地说，信号管理器964可以根据本专利申请所述的任何实施例管理包括复数电流矢量的能量信号。

传统上，需要安装网络电能表与所述电网相连。然而，新规定可能禁止与所述电网连接，除非满足特定的功能。计量960可以使节点900能够控制逆变器或转换器来响应在电力线上识别的特定负载和/或特定能量信号。根据计量960的监测结果，节点900可以对能量的产生和负载消耗提供实时控制。

在一个实施例中，节点900包括数据接口970。在一个实施例中，数据接口970包括用于控制数据的数据管理器972，其控制将发送至数据中心或数据管理的数据，以及从该数据中心或数据管理接收的数据。数据管理器972可以向数据中心或类似的数据源发送请求来收集数据。在一个实施例中，数据接口970包括外部管理器974，外部管理器1774可以管理与数据中心、集中电网管理、电网网络中的其他节点和/或其他数据源的接口。在一个实施例中，数据管理器972根据数据源发送的数据接收数据。在一个实施例中，外部管理器974向数据源的数据发送请求。该请求可以是根据大量标准通信协议和/或专有协议中的任何协议发送的请求。通信媒介可以是任何在节点900和数据源之间实现通信的媒介。在一个实施例中，外部管理器974定期与数据源通信。在一个实施例中，外部管理器974根据一个事件(例如，有更多可用的数据)与数据源通信，决定是否接收外部数据可用的指示或者数据管理器972是否指示本地数据已准备就绪可以发送。数据接口970可以支持可供市场使用的实时数据。在一个实施例中，数据接口970提供数据收集，在一个实施例中，该数据收集可用于识别能量信号的电流。

在一个实施例中，节点900包括电网接口980。在一个实施例中，电网接口980包括用于与公用电网相连的公用电网接口982。在一个实施例中，电网接口980包括用于与分布式电网网络相连的虚拟接口984。电网接口的操作可以指现代电网智能(mgi)，指由处理器910运行现代电网智能操作系统(mgios)。电网接口980可以包括将节点900和电网基础设施相连的任何类型的接口，无论是传统公用电网基础设施和/或分布式电网网络。在一个实施例中，电网接口980可以支持节点900了解功率方向。在一个实施例中，所述电网网络提供调度信息，例如提供来自馈线的信号，指示功率方向。节点900可以根据所述电网网络中功率流的方向管理其操作。电网接口980还可以动态监测功率流方向的变化。

在一个实施例中，mgios支持节点900调节一个或多个连接于公共耦合点下游的构件的操作，以测量所述电网的逆向操作。考虑以连接于公共耦合点下游的空调为例。在一个实施例中，mgios可以监测所述电网正面临重负载，并且可以决定降低所有空调载荷，为所述电网减压5至10分钟。因此，所述装置不需要停机，而且所述电网不需要关断任何部分的电力供应。相反，可以为选定负载降低功率一段时间，以便所述电网可以自我恢复。因此，mgios可以控制所述负载和/或电力源。所述操作可以减少或防止限电或轮流停电，例如，通过相应缩减电力需求，而非完全关断电力供应。

应当意识到，节点900需要一定量的功率来操作。节点900消耗的功率可以称作净损失功率，其指示当所述节点不产生电力时所述控制装置消耗的功率。在一个实施例中，节点900包括休眠功能，以减少净损失功率。例如，控制太阳能等相对稳定的能量源的节点在没有太阳光时可以休眠，当太阳升起时可以唤醒。在一个实施例中，所述节点默认为低功率状态并根据以太网供电的太阳光检测器的信号唤醒，或者由其他外部信号触发将其唤醒。在一个实施例中，一个节点可以在夜晚休眠周期内唤醒，来进行升级或提供其他辅助服务。

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。系统1000包括电力源1004、负载1006和转换器1002，用于产生输出并控制该电力源和该负载之间的接口。在一个实施例中，转换器1002是根据2010年2月18日提交的名称为“并网负载本地电力源的功率传输管理”(powertransfermanagementforlocalpowersourcesofagrid-tiedload)的第12/708,514号美国专利申请所述的转换器。在一个实施例中，功率转换可以是根据2007年8月31日提交的名称为“带功率提取器的多源、多负载系统”的第11/849,242号美国专利申请所述的功率转换。系统1000可以是一种系统的一个示例，该系统包括用于根据本专利申请所述的任何实施例的控制节点的转换器。

功率传输路径1010表示电力源1004的电功率传递向负载1006的路径，其由转换器1002控制。转换器1002包括输入功率转换器1020，用于从电力源1004接收输入功率，然后把它转换成另一种形式(例如，直流变交流)。输入功率转换器1020包括用于接收待转换的功率信号的硬件组件，可以包括适当的功率器件。在一个实施例中，输入功率转换器1020执行动态阻抗匹配，使输入电子器件能够从电力源1004输送最大功率。动态阻抗匹配包括不断跟踪最大功率点以及推动输入功率耦合器(例如，变压器)来保持尽可能平坦的功率变化率(例如，变化率为零)。输入功率转换器1020可以从控制器1030接收控制信号或信息，同时提供输入以指示该转换器的操作。在一个实施例中，动态阻抗匹配包括通过变压器或电感进行输入功率的高频切换，为转换器1002之内的内部节点充电。该内部节点可以充当能量储存库，用于通过另一个变压器或电感进行输出功率的高频切换，使负载能够消耗所需的任何功率。因此，输入功率转换器1020可以从输入到输出提供未经调节的能量传输。

输入前馈1012向控制器1030提供有关电力源的信息(例如，最大功率值、适当的频率或用于控制所述输入功率转换器硬件的其他信息)。控制器1030根据所述输入功率的输入信息控制输入功率转换器1020。控制器1030代表任何类型的处理器，控制器可以嵌入在转换器1002之内。控制器1030可以是或包含任何类型的微控制器、数字信号处理器(dsp)、逻辑阵列或其他控制逻辑。此外，控制器1030可以包括适当的内存或存储器元件(例如，随机存取存储器、只读存储器(rom)、寄存器和/或闪存)来存储运行操作期间产生或获得的代码或值或者预计算的代码或值。

控制器1030驱动可编程波形发生器1040产生理想的输出波形。发生器1040也依赖于功率传输路径1010，并从输入功率转换器1020处接收输入功率以输出。虽然功率可以进行传输，但不一定输出与输入相同的波形。例如，直流信号可以输出为正弦信号。可以类似地实现其他功率转换。在一个实施例中，发生器1040包括pwm(脉冲波形调制器)，用于产生输出波形。发生器1040从控制器1030处接收控制信号和信息，并且可以向控制器1030提供状态或操作信息或反馈。输出波形可以是电流或电压。在一个实施例中，该输出是电流，具有相对于负载电压波形的相位偏移和角向偏移量，实现无谐波输出。

转换器1002能够将具体的时间、相位或其他频率信息整合入所述输出波形。该时间、相位或其他频率信息可以称作“输入同步数据”。在一个实施例中，该输入同步数据来自于实时负载信息，因此又可以称作“负载同步数据”。该负载同步数据或输入同步数据指示确定上述同步信号所需的信息。该信息在转换器1002上作为输出同步1014显示。在输出为预期输出的系统(例如，与电网相连)中，特定的电压、时间或其他信息可以预计(例如，60hz/120v)，以及启动时录入系统或由系统做出的初始估算。该初始估算可以根据负载同步数据进行调节。

控制器1030还测量功率传输路径1010上的输出反馈1016，以确定发生器1040产生的实际输出。将该实际输出与理想参考值比较，以确定是否产生了理想的输出。在一个实施例中，输出反馈1016是一个代表控制器1030的输出测量的抽象，其自身不包含独立元件。在一个实施例中，输出反馈1016包括采样机制或其他数据选择机制，用来与理想参考信号相比较。该理想参考信号可以是理想输出波形的理想化代表。该输出趋同于理想化的波形，而非负载或电网自身的目标波形。如果输出反馈1016包含独立于控制器1030的组件，它可由控制器1030驱动，并从控制器1030接收比较数据，并提供错误或反馈信息。在一个实施例中，输出反馈1016至少包含反馈控制过程所需的硬件组件，与输出线路连接。此外，输出反馈1016可包括用于执行测量、计算和/或进行处理的其他硬件。

输出同步1014和输出反馈1016一起可以视为反馈环路。应当意识到，输出同步1014和输出反馈1016并不是一回事，它们用于不同的目的。输出同步1014指示理想参考信号应当与参考波形表1032中存储的信号一致。输出反馈1016指示实际输出与参考信号的差异情况。更新表1034表示根据输出反馈1016生成的数据。在一个实施例中，输出同步1014基于功率传输路径1010的输出上的电压信息，而输出反馈1016基于功率传输路径1010的输出上产生的输出电流。

根据输出同步1014(或根据输出同步的初始估算)，转换器1002存储和/或生成参考波形表1032，参考波形表1532代表期望发生器1040产生的输出波形的理想形式。参考波形表1032可以以表格或其他点集(或定位点)的形式存储，反映出输出波形“应该”的样子。该参考波形可以是任何周期性波形。在一个实施例中，所述参考波形表示为一系列具有振幅和定位的点。因此，趋同于所述参考波形可以包括驱动输出波形发生器使采样的输出点与代表所述参考波形的定位点相匹配。参考波形表1032还可以称作参考波形源。

转换器1002根据输出反馈1016生成更新表1034。更新表1034包括指示如何改变发生器1040的操作的条目或点，以便使输出与参考波形表1032的波形更加一致。虽然表示为表，但更新表1034可以是存储的表，按照一定的时间间隔进行修正(例如，根据需要更新每条条目，以反映测量的误差数据)，或者按照一定的更新时间间隔重新生成。更新表1034还可以称作更新数据形源。该“更新”可以是旧值的修正，数值的替换，或者可以存储于存储器内不同的位置，便于控制器1030访问。在一个实施例中，更新表1034的每个值显示一系列点中每个点的“上升”、“下降”或无变化。该值应用于控制发生器1040的输出的所述硬件，使所述输出信号趋同于所需的理想波形。

从一个角度来看，转换器1002可以视为拥有五个功能或组件。虽然这些功能在系统1000中通过特定框图的形式加以描述，但是应当意识到，可以使用不同的结构和各种各样的不同的组件来实现这些功能中的一个或多个功能。出于方便阐述的目的而非进行限制，以“功能1”、“功能2”等(以此类推)的形式对这些功能进行描述。应当认识到，该标号仅为了简便地指称被描述功能或组件的主体，并不一定表明任何与顺序或重要性有关的意义。

功能1可包括用于整合具体的时间、相位或其他频率信息的装置。该装置包括硬件和/或软件，用于根据输出同步1014产生和接收上文所提及的输入同步数据或负载同步输入。功能2包括参考波形表1032，其可包括软件中代表输出波形1008的理想形式的数据表或方程式。功能3包括控制器1030，控制器1530可以是或包括软件算法，用于将发生器1040生成的实际输出波形与参考波形表1032代表的理想表格表示法相比较。功能4包括控制器1030内的一个算法，其计算或选择并生成由更新表1034代表的更新数据。功能5包括发生器1040，发生器1540利用更新表1034的更新数据生成所需形状、比例、时间和相位的输出波形1008。

就功能1而言，所述具体的时间、相位或其他频率信息提供同步信息，用于比较和更新控制器1030中的算法。该信息可以为表、方程式、实时硬件监测信号采样或其他源。

就功能2而言，如果在表之内，所述代表参考波形的数据可以是任何长度和任何格式的、整数或非整数数据。所述表可以在运行时动态生成或者在编译时进行硬编码。所代表的波形的理想形态可以是正弦波或非正弦波。由数据值代表的波形均匀或不均匀分布在时域内，在时间上前移或后移或者它们的任何组合。该波形还可以由频域内的数据值表示，并以任何方式排列。该数据可以是压缩的或未压缩的。该数据可以用方程式表示，而非计算数据定位点，或者部分用方程式表示，部分用表来表示。在一个实施例中，表中存储的定位点是方程式的计算结果。在运行时处理期间可以更改该数据，以将所述理想波形的形态更改成另一种理想形态。如果在运行时更改，可以更改或使用不同值取代参考波形表1032中的值。可以对该数据进行校准，使其与输入波形精确同相，或者可以具有相位偏移。

就功能3而言，控制器1030可包括任何传统或标准的比较算法。一种控制算法比较代表输出波形的数据值，这些数据值由硬件采样并通过标准或非标准的采样技术转化成软件数据值。在一个实施例中，所述控制器将表的理想定位点或方程式计算值与所述同步信息进行逐点比较并逐点生成错误数据。在一个实施例中，所述控制器可以同时处理多个点，而非逐点处理。

就功能4而言，控制器1030包括一种选择算法，该选择算法使用任何标准或非标准技术创建或生成新数据。在一个实施例中，所述选择算法涉及进行计算。或者，该选择算法可以只选择数据，不进行处理或计算。该选择算法可取代定位点表中的数据值或者放弃该表中的数据值，转而使用另一个存储区域。作为选择过程的一部分，该选择算法可以将所述数据从时域转变至频域，反之亦然。该选择算法提供错误更新机制(如算法)，该机制识别数据值并在适用时纠正输出波形。因此，应用数据值后的输出波形与最佳理想波形更为相似。

就功能5而言，通过标准流程将更新表1034代表的新数据值应用于发生器1040中的硬件，推动生成所述输出波形。在一个实施例中，通过pwm机制或任何其他机制应用所述新数据值，将离散数据值转变成模拟输出波形。

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。系统1100示出了一种并网转换器，该转换器与能量源、负载和电网相耦合。系统1100的转换器1120代表某一控制节点的转换器，该转换器可以是根据本专利申请所述的任何实施例的转换器。系统1100代表一种电力系统，其包括相对稳定的能量源1110、转换器1120、负载1102和公用电网1130。负载1102代表与公用电网1130相连的用户。公用电网1130可以本专利申请所述的电网网络的任何实施例。相对稳定的能量源1110(例如，太阳能电池/电池组、风力发电机或者其他随时间变化的或环保电力源)和转换器1120为负载1102的本地能量源和转换器，它们位于公共耦合点的同一侧，为该负载提供电力。在一个实施例中，相对稳定的能量源1110提供可变/不稳定的直流电力源。该直流电力源可能随时间变化并且/或者其可用功率随环境条件而改变。转换器1120代表一种动态功率提取器和逆变器装置。

能量源1110是一种可变或不稳定的电力源。系统1100包括转换器1120，转换器1620包括与直流/交流逆变器1124相耦合的直流/直流转换器1122，转换器1622和逆变器1624均与控制器(cpu)1140相耦合并由其控制。此外，开关装置s1126(如继电器)可选择性地将所述逆变器与负载1102和电网1130相连。在正常条件下，从能量源1110吸收直流功率，再由转换器1120提取、转换和动态处理，以动态产生相对无谐波失真和易变性的最大交流电流，并相对于电网1130的交流电压信号处于理想的相位上。使所产生的交流电流与电网交流电压同相，可为负载1102产生具有单位功率因数或接近单位功率因数的交流功率，意味着负载消耗的所有无功功率由电网1130提供。如果能量源1110产生足够的能量，可以满足负载1102的有功功率需求，转换器可以使负载仅从电网1130提取仅为或几乎仅为无功功率的交流功率。当能量源1110无法产生足够的直流功率来完全满足负载1102的功率需求时，转换器1120可以调节一个接口，允许有功功率从电网1130流向负载1102。

在一个实施例中，转换器1120可有意产生相对于所述电网的交流电压信号有一定程度的不同相的交流电流。因此，单个转换器1120可提供具有所需的任何功率因数的功率，以补偿电网1130的功率状态。在一个实施例中，多个转换器1120可在同一接口并行操作，每个转换器可以产生具有相同功率因数的功率，或者可以对每个转换器进行动态配置，以产生有功功率和无功功率的不同组合。

当能量源1110产生足够满足负载1102的功率时，逆变器电流和电网电流将流向电网1130。一般而言，电力通常可以返还给所述电网，而用户可以从提供给电网的电力中得到适当的报酬。在一个实施例中，一种电力返还情况可以涉及根据本专利申请所述的任何实施例向邻居用户提供电力。

在一个实施例中，电能表1132代表一种测量负载1102消耗的有功功率的仪表。在一个实施例中，无功伏安表1134代表一种测量负载1102消耗的无功功率的仪表。在一个实施例中，电能表1132和无功伏安表1134可以由一个仪表在物理上和/或功能上结合在一起。该仪表可以位于电网1130一侧。在一个实施例中，所述仪表(结合电能表1132和无功伏安表1134)位于一个公共耦合点上并与所述电网相连，它是包含转换器1120的控制节点的一部分。该仪表可以是根据本专利申请所描述的任何实施例的仪表。在一个实施例中，电能表1132通常测量电压和电流并利用这些测量值计算功率。应当认识到，在仅从电网1130提取无功功率的情况下，电能表1132将不会测量负载1102的任何功率消耗。无功伏安表1134可以测量和计算所消耗的无功功率，例如，通过测量负载处电网的电流和电压的相位，并根据测量值进行计算。

如前所述，在一个实施例中，相对于电网1130而言，转换器1120提供给负载1102的功率因数为1.0或接近1.0。因此，转换器1120可以执行功率因数校正。在一个实施例中，转换器1120可以提供谐波失真校正。在一个实施例中，转换器1120提供基于表的谐波失真校正。之前的谐波失真技术使用基于硬件的方法或快速傅里叶变换(fft)。通过处理器或控制器实现的基于表的方法降低每个逆变器的成本并且比典型的硬件实现方法测量更准确，并且该方法可以根据结合系统800所做的描述。

转换器1120的逆变器1124根据所需的功率因数(单位功率因数或其他)产生输出。在一个实施例中，逆变器1134[根据上下文及附图，逆变器1634应为逆变器1624]监测与负载1102的连接点处的工作状态，并根据能量源和当前负载上的变化实时动态从能量源1110提供最大功率。因此，如果能量源1110产生的能量额发生变化，转换器1120可以根据该能量源实时修改输出。此外，如果负载1102的电阻条件发生变化(例如，开启吸尘器等感应电动机)，转换器可以自动对功率输出做出更改，以跟踪负载的需求。当条件发生变化时，所有上述更改可以实时发生。在一个实施例中，转换器1120可以提供输出调节，针对谐波失真提供比标准的要求更高效的整体谐波失真控制，因此，通过动态调节可变、不稳定的电力源以及变化的负载实现标准的合规和系统性能的改善。

应当认识到，如果转换器1120的输出电压和电流彼此相位匹配并且与所述电网的电压相位匹配(例如，通过锁相环路或通过发电采样和反馈机制)，则将从所述电网吸收任何所需的无功功率。能量源1110提供的有功功率越多，位于负载1102本地处的电网电压和电网电流则越发不同相。如果所有有功功率均由本地提供，则位于负载1102本地处的电网电压和电网电流将90度不同相，导致电网有功功率贡献量降至0(记住，preal＝(vmax*imax/2)cos(vphase-iphase))。

在一个实施例中，功率转换器1120的直流直流转换器1122包括输入和输出部分，在图中以虚线表示，将该装置分成两个部分。与能量源1110相耦合的部分可以称作输入部分，而与直流/交流逆变器1124相耦合的部分可以称作输出部分。在一个实施例中，转换器1122的操作是改变输入阻抗和输出阻抗，将能量源1110的能量传输至逆变器1124。在一个实施例中，转换器1122可以指功率提取器。

转换器1122可以进行阻抗匹配，改变输入接口，使来自能量源1110的能量传输最大化，而无需将电压或电流值固定在特定值。相反，该输入可以允许功率根据能量源1110产生的电压浮动，而电流将根据所产生的总功率进行匹配。同样地，在输出端，转换器1122进行阻抗匹配，改变输出接口，允许负载(在这种情况下，逆变器1124)以所述逆变器的工作电压消耗所需的功率。因此，转换器1122的输出可以浮动，以匹配逆变器1124的电压，并且产生电流以匹配总功率。转换器1122可以产生输出电流波形，而其大小由可供使用的能量额以及逆变器1124的工作电压决定。因此，所述输出浮动来与所述负载匹配，而非固定电流或电压。转换器1122之内的内部节点可以充当能量储存库，其中该输入阻抗匹配支持为内部节点进行高效充电，而输出阻抗匹配支持负载从该内部节点吸收能量。该输入和输出均通过电感和/或变压器与该内部节点耦合，以使该输入和输出彼此隔离开并与该内部节点隔离开。

控制器1140可以监测交流电流以及电网1130产生的电压，前者从直流/交流逆变器1124流出，后者体现在负载1102两端。控制器1140控制转换器1122的接口的至少一个电气参数，以控制其操作。参数1142和/或1144代表控制器1140的控制，以控制转换器1120之内的转换器1122的操作。在一个实施例中，参数1142和/或1624[根据上下文及附图，1624应为1644]可以是功率提取的转换信号的占空比，其改变输入和/或输出阻抗匹配，进而控制所述内部节点的充电以及从所述内部节点提取功率。每个参数的修改可能依赖于所监测电流和电压的特性。当适当调节的功率可供负载1102使用时，控制器1140还控制开关装置s1626使所述负载与所产生(通过转换器1122和逆变器1124从能量源1110产生)的功率相连。

在一个实施例中，转换器1120包括表1150，表1650提供基于表的控制功率因数的方法，用于调节转换器1120的操作，以产生所需的无功功率。所述表可以包含根据从所述系统测量的输入条件而获得的条目，以获得所需的有功功率和无功功率组合。从并网节点获得的反馈可以包括电压过零检测、电压振幅以及电流波形信息。借助上述信息，控制器1140利用表1150来调节转换器1122和/或逆变器1124的操作。所述表可包含提供所述系统试图创建的理想化输出信号的定位点。通过将输出性能与输入功率的理想化表示相匹配，有可能实现比仅试图以传统方式过滤和调节输出更卓越的系统性能。

在一个实施例中，可以应用不包括特定的能量源1110的系统1100。例如，可以连接转换器1120从电网1130接收功率，并产生供负载1102使用的输出，提供负载1102所需的有功功率和无功功率的任意组合。在一个实施例中，可以调节转换器1122来接收交流输入。在一个实施例中，可以使用硬件配置转换器1122的一个连接，来从所述电网产生直流功率，例如，交流直流转换器。然而，应当认识到，所述转换可能会导致低效率。在一个实施例中，可以利用输入变压器来实现转换器1122，该输入变压器将实现电网功率和内部节点之间的连接。

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。系统1200代表根据本专利申请所述的任何实施例的用户节点或公共耦合点内的一个区域。系统1200具体示出了一种结构，其中，本地能量存储装置与本地发电装置在用户节点处结合在一起。系统1200可以是或包括根据本专利申请所述的任何实施例的控制节点。

公共耦合点1210代表与电网网络的连接点。电网电力代表从所述电网消耗的电力。在一个实施例中，系统1200包括网关1220，其用于聚合信息并根据所聚合的信息控制系统1200之内的操作。网关1220可以管理系统1200的电力容量和电力需量。电力容量指系统1200在本地产生电力的能力。电力需量指系统1200本地的负载需求，其来自负载(未具体显示)。

在一个实施例中，系统1200利用一个或多个本地能量源1260产生电力容量。本地能量源1260可以是任何类型的发电系统。在一个实施例中，本地能量源1260的发电机构产生有功功率。在一个实施例中，本地能量源1260代表具有相连的功率转换器和/或逆变器的发电机构。当本地能量源1260包括功率转换器和/或逆变器时，其可称作发电系统。用户建筑物中通常采用太阳能系统，而本地能量源1260可以是或者包括太阳能系统。

系统1200包括一个或多个能量转换装置或功率转换器装置控制公共耦合点之内的能量流动。在一个实施例中，转换器1252和逆变器1254代表系统1200的功率转换器装置。在一个实施例中，每个逆变器包括一个功率转换器。在一个实施例中，功率转换器代表一种功率转换器装置，其实现能量源和负载之间的高效耦合，例如针对系统1000和系统1100所做的描述。装置1252和/或1254提供对系统1200之内的能量交换的控制。在一个实施例中，每个能量源包括一个逆变器和/或转换器。因此，虚线框内的装置代表可以分布于系统1200之内的装置。每个用户节点可以包括多个转换器装置，用于控制能量流动。在一个实施例中，每个能量存储资源包括一个逆变器和/或转换器。

系统1200包括一个或多个能量存储资源。如图所示，备用电池系统1230代表用于存储能量的商业电池系统。能量存储装置1240代表非电池备用装置或能量存储装置或系统，但备用电池装置将视为能量存储装置的一个特定示例。非电池备用装置的例子可以包括包含泵或其他电动装置的系统，该泵或其他电动装置将系统1200之内的有功功率转化成动能。例如，能量存储装置1240可以克服重力抽水或其他液体，可以压缩空气或其他气体，可以克服重力举起重物或者执行其他功能来将能量转化为功，存储在系统中。稍后可以利用反作用力(例如，重力或减压)获取所存储的能量来驱动发电机运转。因此，所述储能系统可以将所述动能转化回有功功率，供系统1200使用。

在一个实施例中，转换器1252可用于在能量存储装置能量耗尽或部分耗尽时为能量存储装置(例如1230、1240)充电。在一个实施例中，逆变器1254可用于将来自所述能量存储装置的能量转化成有功功率。网关1220可以智能控制能量存储装置1230、1240的使用。例如，网关1220可以监测电网状态，以了解为所述能量存储装置充电的最“廉价”时间。有时电网电力更为廉价，可以转化成所存储的能量，供之后使用。有时能量源1260具有富余能量，可以在本地存储在能量存储装置1230、1240之中。

总体而言，在一个实施例中，系统1200包括位于公共耦合点1210用户侧的本地能量源1260和本地能量存储装置1230、1240。系统1200还包括转换器1252和/或逆变器1254等本地能量转换装置，来控制系统1200之内的能量流动，使能量流向所述能量存储装置以及使能量从所述能量存储装置流出。该能量转换使系统1200能够从所述能量存储装置获取能量并且/或者为所述能量存储装置充电。在一个实施例中，系统1200利用电网电力为能量存储装置1230、1240充电。在一个实施例中，系统1200利用能量源1260为能量存储装置1230、1240充电。在一个实施例中，系统1200利用能量存储装置1230、1240中的能量为本地负载供电，以满足本地电力需量。在一个实施例中，系统1200从能量存储装置1230、1240将电力传输至所述电网。所存储能量的使用可以包括将该能量转化成本地负载和/或所述电网所需的有功功率和无功功率的任意组合，具体取决于传输能量的位置。

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。利用聚合信息控制电网节点的过程1300可由控制节点的元件执行。在一个实施例中，该控制节点包括一个网关装置，该网关装置可以是或包括聚合器。为简单起见而非进行限制，过程1300的描述指的是聚合器的操作。该聚合器可以是根据本专利申请所描述的聚合器的任何实施例的聚合器。在一个实施例中，所述聚合信息包括测量本地和/或外部电网状态的本地仪表所收集的信息。

在一个实施例中，所述聚合器与一个或多个传感器相连，并且可以接收来自该传感器的测量数据，1302。在一个实施例中，所述聚合器可以接收一种或多种形式的关于所述电网的外部信息。该外部信息是所述聚合器可以接收的电网状态信息，1304。在一个实施例中，所述聚合器将关于本地设备的传感器信息与电网相关信息聚合在一起，以确定一种或多种状态，处理功率转换器操作，1306。因此，所述聚合器可以根据所述聚合数据生成一条或多条电网状态信息，1308。在一个实施例中，所述电网状态信息代表状态机中的一种状态，其中，该状态根据所述状态信息之间的关系来确定，所述状态信息可以包括所述电网信息和所述传感器信息。在一个实施例中，所述聚合器包括一个聚合引擎，该聚合引擎实现状态信息的关系数据库。例如，该关系数据库可以包括状态表以及代表状态之内的具体范围的行，其可以是各种状态的状态说明。在一个实施例中，所述聚合器生成一种状态，作为由功率转换器执行的“状态”或者作为其他决策逻辑的输入。

在一个实施例中，所述聚合器接收或者获取指示电力的价值或价格的费率信息，1310。在一个实施例中，所述聚合器根据所述聚合状态信息或之前确定的状态基于电力的价值利用该费率信息预测最佳操作，1312。在一个实施例中，所述聚合器访问关于所述用户节点的操作或操作状态或者所述本地控制节点的操作的之前历史信息，1314。在一个实施例中，所述聚合器根据所述历史信息基于所述聚合信息和/或预测信息计算一个前瞻性预测，1316。

在一个实施例中，所述聚合器根据所计算的操作和/或预测为接口硬件生成一个或多个控件，1318。因此，所述聚合器可以一起评估电网状态信息和本地负载工作状态，并且可以根据费率信息和/或历史信息来修改该评估。所述聚合器可以控制与转换器/逆变器的接口，以根据基于所述信息计算的操作提供电力满足本地容量和/或向所述电网提供电力，1320。根据所述操作，一个或多个功率转换器控制节点之内的功率流动和/或所述节点和所述电网之间的功率流动。

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。聚合本地信息和电网状态信息以根据该信息聚合做出决策的过程1400可由控制节点的元件执行。在一个实施例中，该控制节点包括一个网关装置，该网关装置可以是或包括聚合器。为简单起见而非进行限制，过程1400的描述指的是聚合器的操作。该聚合器可以是根据本专利申请所描述的聚合器的任何实施例的聚合器。在一个实施例中，所述聚合信息包括测量本地和/或外部电网状态的本地仪表所收集的信息。

在一个实施例中，过程1400包括本地传感器的监测以及电网状态信息的监测。在一个实施例中，本地传感器向所述聚合器登记，1402。在一个实施例中，所述聚合器记录所述传感器，对来自所述传感器的数据的监测进行配置，例如，从所述传感器获取数据的频率，以及与所述传感器相连的参数。所述聚合器可以通过来自所述传感器的数据监测本地状态，1404。在一个实施例中，所述聚合器监测所述传感器，直到获得更新信息。如果不存在更新信息，1406no分支，所述聚合器可以继续监测所述传感器获取本地状态，1404。如果存在更新信息，1406yes分支，在一个实施例中，所述聚合器记录所述状态，1408。

在一个实施例中，所述聚合器还自行配置，以便与电网i/o(输入/输出)相连，1410。所述电网i/o可以使所述聚合器能够从所述本地节点之外接收关于电网状态的信息，其中，所述聚合器是所述本地节点的一部分。所述聚合器可以监测由所述电网i/o指示的电网状态，1412。如果不存在更新信息，1414no分支，所述聚合器继续监测所述电网i/o，1412。如果存在更新信息，1414yes分支，在一个实施例中，所述聚合器确定所述电网i/o是否指示一种需要立即解决的状态。如果不存在需要立即进行的操作，1416no分支，所述聚合器可以记录所述外部i/o所指示的电网状态，1408。

在从所述电网和本地传感器记录状态之后，所述聚合器可以决定调节本地控制节点处的操作，1418。在一个实施例中，所述聚合器基于一项计划做出决定。在一个实施例中，所述聚合器基于每个数据事件做出操作决定，其中，数据事件可发生于存在更新数据之时。在一个实施例中，如果从所述电网接收的数据需要立即关注，1416yes分支，所述聚合器可以决定调节所述控制节点的转换器的操作，1418。

在一个实施例中，所述聚合器为所聚合的数据赋予权重并计算一种状态，1420。在一个实施例中，可赋予所述权重，考虑一个数据条目多于另一数据条目。在一个实施例中，其中所接收的电网信息需要立即关注，则该数据上的权重可以使所述控制节点立即满足该请求。在一个实施例中，所述聚合器在所述用户节点出生成一个或多个有待执行的操作，1422。在一个实施例中，所述状态的计算和/或有待执行的操作的生成可包括执行一个启发式决策算法，基于输入条件搜索最佳匹配输出方案。

所述操作可由所述控制节点的功率转换器执行，其可以是所述控制节点装置自身和/或所述用户节点之内的设备。在一个实施例中，所述操作可以包括下列一项或多项：将能量传输至一个本地负载，1424；在一个本地能量存储装置和所述公共耦合点之间传输能量，1426；在所述本地能量源和所述公共耦合点之间传输能量，1428；和/或在所述公共耦合点和所述电网之间传输能量，1430。在一个实施例中，向所述本地负载传输能量可以包括有功功率、无功功率和/或有功功率和无功功率的组合。在一个实施例中，产生电力来使负载能量信号的复数矢量偏移。在一个实施例中，在所述能量存储装置和所述公共耦合点之间传输能量可包括为所述电池充电或者利用所述能量存储装置为负载供电。在一个实施例中，在所述本地能量源和所述公共耦合点之间传输能量可包括有功功率、无功功率和/或有功功率和无功功率的组合。在一个实施例中，所述控制节点可以通过所述公共耦合点向所述电网提供电力，其可以是有功功率或辅助服务。

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。利用网关聚合器生成控制操作的过程1500可由控制节点的元件执行。在一个实施例中，该控制节点包括一个网关装置，该网关装置可以是或包括聚合器。为简单起见而非进行限制，过程1500的描述指的是聚合器的操作。该聚合器可以是根据本专利申请所描述的聚合器的任何实施例的聚合器。在一个实施例中，所述聚合信息包括测量本地和/或外部电网状态的本地仪表所收集的信息。

在一个实施例中，控制器或聚合器的控制逻辑接收聚合数据，该聚合数据可以包括本地状态和电网状态，1502。该聚合数据可以包括或可以附带本地负载需求。在一个实施例中，所述聚合器识别本地电力需量，1504。该本地电力需量可由根据本专利申请所描述的任何实施例的本地仪表测量。在一个实施例中，所述聚合器还可以识别本地发电容量，1506。由本地传感器识别的特定本地状态可以包括影响本地能量源可以产生多少电力的状态。例如，太阳辐射强度可以决定太阳能系统是否可以提供峰值输出，或者根据条件提供更少输出。

在一个实施例中，所述聚合器获取费率信息，1508。该费率信息可以包括用户和市场价格信息。所述聚合器可以根据费率信息从用户最佳货币效益角度预测最佳操作。在一个实施例中，所述聚合器获取历史信息，1510。该历史信息可以指示之前状态，支持所述聚合器预测未来状态。所述聚合器可以根据该历史数据生成一个操作，该操作反映对将发生之状态、费率或其他情况或者它们的组合的预测。

在一个实施例中，所述聚合器计算本地发电装置满足本地负载电力需量的能力，1512。在一个实施例中，来自所述本地能量源的电力可完全满足本地电力需量，1514yes分支。如果不存在足够本地电力来满足本地电力需量，1514no分支，在一个实施例中，所述系统可以确定是否存在本地能量存储装置。在一个实施例中，本地能量存储装置可利用本地传感器数据以及部分聚合数据确定。在一个实施例中，如果不存在本地能量存储装置，1516no分支，所述系统从所述电网吸收电力，1518。在一个实施例中，如果存在本地能量存储装置，1516yes分支，所述系统可以从所述本地能量存储装置吸收能量，假设该能量存储装置存在电力容量，1520。功率转换器可以将从所述能量存储装置或所述电网吸收的能量转化成有功功率和无功功率的组合来满足本地需求，1524。

如果存在足够的本地能量来满足需求，1514yes分支，而不存在富余本地电力，1522no分支，功率转换器可以将该本地能量转化成负载所需的有功功率和无功功率的组合，1524。在一个实施例中，如果在满足本地负载的需求之后存在富余本地电力，1522yes分支，所述系统可以决定是否将该富余能量存储在本地能量存储装置中。在一个实施例中，根据所述聚合器确定的本地状态和电网状态，所述系统可以为未完全满足本地电力需量的所述本地能量存储装置充电。因此，在一个实施例中，确定需求是否得到充分满足，1514，可以包括确定是否应当满足全部需求，或者是否可以采用其他方式(例如，利用本地电力为本地能量存储装置充电，同时利用电网电力为负载供电)更好地利用本地能量。

如果所述系统决定利用本地电力为本地能量存储装置充电，1528yes分支，则所述系统为本地能量存储装置充电，1532。在一个实施例中，如果所述系统决定不利用本地电力为本地能量存储装置充电，1528no分支，则所述系统可以将富余本地电力输送给所述电网，1530。将本地电力输送给所述电网可以包括决定如何将能量提供给所述电网。在一个实施例中，所述系统以有功功率形式使用该能量。在一个实施例中，所述系统向所述电网提供辅助服务。

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。提供备用电池装置智能控制的过程1600可由控制节点的元件执行。在一个实施例中，所述控制节点包括一个网关装置，该网关装置可以是或可以包括聚合器，该聚合器可以提供聚合数据。所述控制节点和所述网关装置可以是根据本专利申请所述的任何实施例的装置。

在一个实施例中，控制节点监测公共耦合点处的一种或多种电网状态，1602。所述电网状态可以包括电压水平、相位、频率或其他条件或其组合。在一个实施例中，所述控制节点监测下游电力需量和下游发电量，1604。该下游电力需量代表一个或多个负载的电力需量，其可包括分层电网网络下游的其他电网节点。在一个实施例中，该下游发电量代表产生能量的一个或多个能量源。在一个实施例中，确定需求可包括计算和/或识别一个或多个能量信号。

在一个实施例中，所述控制节点通过与所述控制节点相连的聚合器计算聚合信息，1606。在一个实施例中，所述聚合器和所述控制节点可以识别本地状态，包括电池状态或其他备用能量系统的状态，1608。虽然具体说明了电池，但是应当意识到，针对电池的描述将同样适用于其他能量存储装置，其可以包括非电池系统。在一个实施例中，如果所述电池的状态是其储存能量至少部分耗尽，1610，在一个实施例中，所述控制节点可以确定是否存在本地能量供应来为该电池充电。如果存在本地能量供应来为该电池充电，1612yes分支，在一个实施例中，所述控制节点调节与所述公共耦合点的接口，利用该本地能量为所述电池充电，1614。如果该电池已耗尽且不存在本地能量供应，1612no分支，在一个实施例中，所述控制节点可以决定调节一个接口来利用所述电网为所述电池充电，1616。在一个实施例中，如果不存在可用的本地能量供应，则所述控制节点不会为所述电池充电，除非满足特定条件，例如一天之内的时间，或者如果所述电池低于预定的耗尽阈值，或者电网电力成本在门槛成本之内，或者其他条件，或其组合。

在一个实施例中，所述电池的状态是存在可用的电池电量，1618。在一个实施例中，所述控制节点可以决定如何使用电池电量。如果存在本地电力需求，1620yes分支，在一个实施例中，所述控制节点可以调节一个接口，利用可用的电池电量为所述本地负载供电，1622。在一个实施例中，如果不存在本地电力需求，1620no分支，但所述控制节点处存在电力需求或服务需求，则所述控制节点可以调节一个接口，将电池电量输送向所述电网，1624。在一个实施例中，所述电池状态可以是已耗尽在充电和有电量可供使用之外的状态，例如，已耗尽但尚未充电的状态，或者存在可用使用的电量但尚未使用的状态，还可以存在其他状态，而且所述控制节点可以控制操作与其他状态一致，1626。

在一个方面，一种与电网网络相连的方法包括：在与所述电网网络相连的公共耦合点处用户侧的仪表上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；识别与所述公共耦合点用户侧相连的本地负载的电力需量；根据该一个或多个外部电网输入、一个或多个本地传感器输入以及本地负载的电力需量计算一个利用与所述公共耦合点用户侧相连的本地功率转换器生成的输出功率；以及根据该计算的输出功率从该本地功率转换器输出功率。

在一个方面，一种电网系统的电网网络中的一个用户节点包括：能量表，其位于和所述电网网络相连的公共耦合点的用户侧，该能量表用于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，并且用于识别与所述公共耦合点的用户侧相连的本地负载的电力需量；本地功率转换器，其与所述公共耦合点的用户侧相连，该功率转换器用于控制与所述公共耦合点的接口，以控制所述公共耦合点处的功率流；以及网关控制器，其用于从该能量表接收信息，以根据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所述本地负载的电力需量来计算要生成的本地输出功率，并请求该功率转换器输出所计算的输出功率。

在一个方面，一种电网系统包括：本地能量源，其与和所述电网系统的电网网络相连的公共耦合点的用户侧耦合，该本地能量源用于生成有功功率；以及控制节点，其在所述公共耦合点处与该本地能量源相连，该控制节点包括能量表，其位于和所述电网网络相连的公共耦合点的用户侧，该能量表用于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，并且用于识别与所述公共耦合点的用户侧相连的本地负载的电力需量；本地功率转换器，其与所述公共耦合点的用户侧相连，该功率转换器用于控制与所述公共耦合点的接口，以控制所述公共耦合点处的功率流；以及网关控制器，其用于从该能量表接收信息，以根据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所述本地负载的电力需量来计算要生成的本地输出功率，并请求该功率转换器输出所计算的输出功率，包括从该本地能量源处生成功率。

就前三段落所述的方法、用户节点和/或电网系统而言，下列实施例提供可以应用的实施方式的示例，它们仅为说明性实施例，并非限定性实施例。在一个实施例中，所述电网网络包括一个公用电网。在一个实施例中，接收所述外部电网输入包括从集中电网控制器处接收一个或多个调度信息，从电网控制器处接收具体控制信号，或者从所述电网网络的其他节点处接收电网状态信息。在一个实施例中，接收所述本地传感器输入包括接收一个或多个温度信息，或者影响本地能量源产生能量的能力的一种或多种状态的信息。在一个实施例中，计算所述输出功率包括应用决策算法，根据一天的时间或一年的时间或者两者为所述输入赋予权重。在一个实施例中，计算所述输出功率包括应用启发式决策算法，以搜索最佳匹配输出方案。在一个实施例中，输出功率包括输出供本地负载消耗的功率。在一个实施例中，输出功率包括输出功率来为本地能量存储资源充电。在一个实施例中，输出功率包括向电网市场输出有功功率，以获取货币效益。在一个实施例中，输出功率包括向一个或多个辅助服务输出功率，包括有功功率和/或无功功率电网支持、电网网络频率支持、黑启动操作、上调操作、下调操作或其组合。

在一个方面，一种与电网网络相连的方法包括：监测与所述电网网络相连的公共耦合点的用户侧的本地电力需量和本地发电量；计算位于所述公共耦合点的用户侧上的本地能量存储装置的接口操作，其中，该接口操作包括根据本地电力需量和本地发电量从该本地能量存储装置获取能量或者为该本地能量存储装置充电；以及触发与所述公共耦合点的用户侧相连的本地功率转换器执行与该本地能量存储装置的接口操作。

在一个方面，电网系统之内的用户节点包括：本地能量源，其位于与所述电网网络相连的公共耦合点的用户侧；本地能量存储装置，其位于所述公共耦合点的用户侧；能量转换装置，其位于所述公共耦合点的用户侧，用于执行接口操作，包括从该本地能量存储装置获取能量或者为该本地能量存储装置充电，以在该本地能量存储装置和所述公共耦合点之间传输能量。

在一个方面，一种电网系统包括：本地能量源，其与和公用电网的电网网络相连的公共耦合点用户侧耦合，该本地能量源用于产生有功功率；以及本地能量存储装置，其位于所述公共耦合点的用户侧；控制节点，其在所述公共耦合点处与该本地能量源和该本地能量存储装置相连，该控制节点包含计量仪表，该计量仪表用于监测所述公共耦合点用户侧的电网状态，其中，该电网状态指示所述电网网络的电力状态；能量转换装置，其用于执行接口操作，包括从该本地能量存储装置获取能量或者为该本地能量存储装置充电，以根据所述公用电网的状态来在该本地能量存储装置和所述公共耦合点之间传输能量。

就前三段落所述的方法、用户节点和/或电网系统而言，下列实施例提供可以应用的实施方式的示例，它们仅为说明性实施例，并非限定性实施例。在一个实施例中，所述本地能量存储装置包括一个电池。在一个实施例中，所述本地能量存储装置包括一个非电池储能系统。在一个实施例中，其还包括监测所述公共耦合点用户侧的电网状态，其中，该电网状态指示所述电网网络的电力状态；并且其中，计算所述接口操作包括生成一个操作来利用所述电网网络为该本地能量存储装置充电。在一个实施例中，监测所述电网状态包括监测所述公共耦合点处的电压水平、相位或频率之中的一项或多项。在一个实施例中，监测所述本地发电量包括监测与所述公共耦合点用户侧相连的、产生有功功率的本地能量源产生的电量。在一个实施例中，计算所述接口操作包括生成一个操作，以利用所述电网网络为所述本地能量存储装置充电。在一个实施例中，计算所述接口操作包括生成一个操作，以利用本地能量源为所述本地能量存储装置充电。在一个实施例中，计算所述接口操作包括生成一个操作，以利用所述本地能量存储装置为本地负载供电。在一个实施例中，触发所述功率转换器以执行所述接口操作包括触发所述功率转换器以生成有功功率和无功功率的组合。在一个实施例中，计算所述接口操作包括生成一个操作，以利用所述本地能量存储装置提供电网支持。在一个实施例中，计算所述接口操作还包括根据至少一部分聚合数据来执行计算，该聚合数据包括来自集中电网控制器的一个或多个调度信息，来自电网控制器的具体控制信号，本地温度信息，来自所述电网网络其他节点的电网状态信息或者影响本地发电量的一种或多种本地状态的信息。

在一个方面，一种与电网网络相连的方法包括：在位于和所述电网网络相连的公共耦合点的用户侧的仪表处接收多个输入，该输入指示所述电网网络的电力状态以及所述公共耦合点处的本地工作状态；识别与所述公共耦合点用户侧相连的本地负载的电力需量；根据该多个输入以及该本地负载的电力需量计算一个有功功率和无功功率的组合，以便从本地能量源输出；以及根据所计算的输出功率从所述本地能量源输出功率。

在一个方面，一种电网系统的电网网络中的一个用户节点包括：能量表，其位于和所述电网网络相连的公共耦合点的用户侧，该能量表用于接收多个指示所述电网网络电力状态以及所述公共耦合点处的本地工作状态的输入，并且用于识别与所述公共耦合点的用户侧相连的本地负载的电力需量；本地功率转换器，其与所述公共耦合点的用户侧相连，该功率转换器用于控制与所述公共耦合点的接口，以控制所述公共耦合点处的功率流；以及网关控制器，其用于从该能量表接收信息，以根据所述多个输入以及所述本地负载的电力需量来计算一个有功功率和无功功率的组合，以便从本地能量源输出，并请求该功率转换器输出所计算的输出功率。

在一个方面，一种电网系统包括：电网连接器，其使一个本地用户节点在公共耦合点的用户侧与公用电网相连；本地能量源，其连接于所述公共耦合点的用户侧；以及控制节点，其在所述公共耦合点处与所述本地能量源相连，该控制节点包括能量表，其位于和所述电网网络相连的公共耦合点的用户侧，该能量表用于接收多个指示所述电网网络电力状态以及所述公共耦合点处的本地工作状态的输入，并且用于识别与所述公共耦合点的用户侧相连的本地负载的电力需量；本地功率转换器，其与所述公共耦合点的用户侧相连，该功率转换器用于控制与所述公共耦合点的接口，以控制所述公共耦合点处的功率流；以及网关控制器，其用于从该能量表接收信息，以根据所述多个输入以及所述本地负载的电力需量来计算一个有功功率和无功功率的组合，以便从本地能量源输出，并请求该功率转换器输出所计算的输出功率。

就前三段落所述的方法、用户节点和/或电网系统而言，下列实施例提供可以应用的实施方式的示例，它们仅为说明性实施例，并非限定性实施例。在一个实施例中，所述电网网络包括一个公用电网。在一个实施例中，接收所述外部电网输入包括从集中电网控制器处接收一个或多个调度信息，从电网控制器处接收具体控制信号，或者从所述电网网络的其他节点处接收电网状态信息。在一个实施例中，接收所述本地传感器输入包括接收一个或多个温度信息，或者影响本地能量源产生能量的能力的一种或多种状态的信息。在一个实施例中，计算所述输出功率还包括根据至少一部分费率信息来计算所述有功功率和无功功率的组合，其中该费率信息指示所产生电力的价值。在一个实施例中，计算所述输出功率还包括根据至少一部分历史信息的推断来计算所述有功功率和无功功率的组合，其中该历史信息指示过去所产生的本地电力需量和本地发电量的历史。在一个实施例中，输出功率包括输出供本地负载消耗的功率。在一个实施例中，输出功率包括输出功率来为本地能量存储资源充电。在一个实施例中，输出功率包括向电网市场输出有功功率，以获取货币效益。在一个实施例中，输出功率包括向一个或多个辅助服务输出功率，包括有功功率和/或无功功率电网支持、电网网络频率支持、黑启动操作、上调操作、下调操作或其组合。

在一个方面，一种与电网网络相连的方法包括：在位于和所述电网网络相连的公共耦合点用户侧的仪表处接收电网状态信息，其中该电网状态信息包括指示所述电网网络的电力状态以及所述公共耦合点处的本地工作状态的多个输入的聚合，其包括本地电力需量；获取所述电网网络的费率信息，该费率信息表明用户电力价格和市场电力价格；根据所述多个输入、所述本地电力需量以及所述费率信息计算与所述公共耦合点用户侧相连的本地功率转换器要产生的输出功率；以及根据所计算的输出功率从本地功率转换器处输出功率。

在一个方面，一种电网系统的电网网络中的一个用户节点包括：能量表，其位于和所述电网网络相连的公共耦合点的用户侧，该能量表用于接收电网状态信息，该电网状态信息包括指示所述电网网络电力状态以及所述公共耦合点处的本地工作状态的多个输入的聚合，其包括本地电力需量；本地功率转换器，其与所述公共耦合点的用户侧相连，该功率转换器用于控制与所述公共耦合点的接口，以控制所述公共耦合点处的功率流；以及网关控制器，其用于从该能量表接收信息，以根据所述多个输入、所述本地电力需量以及所述费率信息来计算所述本地功率转换器要产生的输出功率，并请求该功率转换器输出所计算的输出功率。

在一个方面，一种电网系统包括：电网连接器，其使一个本地用户节点在公共耦合点的用户侧与公用电网相连；本地能量源，其连接于所述公共耦合点的用户侧；以及控制节点，其在所述公共耦合点处与所述本地能量源相连，该控制节点包括能量表，该能量表位于和所述电网网络相连的公共耦合点的用户侧，该能量表用于接收电网状态信息，该电网状态信息包括指示所述电网网络电力状态以及所述公共耦合点处的本地工作状态的多个输入的聚合，其包括本地电力需量；本地功率转换器，其与所述公共耦合点的用户侧相连，该功率转换器用于控制与所述公共耦合点的接口，以控制所述公共耦合点处的功率流；以及网关控制器，其用于从所述能量表接收信息，以根据所述多个输入、所述本地电力需量以及所述费率信息来计算所述本地功率转换器要产生的输出功率，包括来自所述本地能量源的功率，并请求该功率转换器输出所计算的输出功率。

就前三段落所述的方法、用户节点和/或电网系统而言，下列实施例提供可以应用的实施方式的示例，它们仅为说明性实施例，并非限定性实施例。在一个实施例中，接收所述外部电网输入包括从集中电网控制器处接收一个或多个调度信息，从电网控制器处接收具体控制信号，或者从所述电网网络的其他节点处接收电网状态信息。在一个实施例中，接收所述本地传感器输入包括接收一个或多个温度信息，或者影响本地能量源产生能量的能力的一种或多种状态的信息。在一个实施例中，获取所述费率信息包括从实时市场费率源获取费率信息。在一个实施例中，获取所述费率信息包括获取表明用户有功功率和市场有功功率价格的费率信息。在一个实施例中，获取所述费率信息包括获取表明用户无功功率和市场无功功率价格的费率信息。在一个实施例中，计算所述输出功率还包括根据所述仪表处监测的历史信息执行前向预测。在一个实施例中，计算所述输出功率包括确定由与所述公共耦合点的用户侧相连的多个功率转换器执行的操作。在一个实施例中，输出功率还包括为所计算的输出功率启动一个本地能量存储装置。在一个实施例中，输出功率包括输出供本地容量消耗的功率。在一个实施例中，输出功率包括向电网市场或者一个或多个辅助服务输出功率，包括有功功率和/或无功功率电网支持、电网网络频率支持、黑启动操作、上调操作、下调操作或其组合。

在一个方面，一种与电网网络相连的方法包括：在位于和所述电网网络相连的公共耦合点用户侧的仪表处接收电网状态信息，其中该电网状态信息包括指示所述电网网络的电力状态以及所述公共耦合点处的本地工作状态的多个输入的聚合，其包括本地电力需量；获取本地控制节点的操作历史，该操作历史包括不同电网状态和所述公共耦合点处的操作状态的之前功率输出的记录；根据所述多个输入、所述本地电力需量以及所述操作历史计算与所述公共耦合点用户侧相连的本地功率转换器要产生的输出功率；以及根据所计算的输出功率从本地功率转换器处输出功率。

在一个方面，一种电网系统的电网网络中的一个用户节点包括：能量表，其位于和所述电网网络相连的公共耦合点的用户侧，该能量表用于接收电网状态信息，该电网状态信息包括指示所述电网网络电力状态以及所述公共耦合点处的本地工作状态的多个输入的聚合，其包括本地电力需量；本地功率转换器，其与所述公共耦合点的用户侧相连，该功率转换器用于控制与所述公共耦合点的接口，以控制所述公共耦合点处的功率流；存储装置，用于存储用户节点的操作历史，该操作历史包括不同电网状态和所述公共耦合点处的操作状态的之前功率输出的记录；以及网关控制器，其用于从该能量表接收信息，以根据所述多个输入、所述本地电力需量以及所述操作历史来计算所述本地功率转换器要产生的输出功率，并请求该功率转换器输出所计算的输出功率。

在一个方面，一种电网系统包括：电网连接器，其使一个本地用户节点在公共耦合点的用户侧与公用电网相连；本地能量源，其连接于所述公共耦合点的用户侧；以及控制节点，其在所述公共耦合点处与所述本地能量源相连，该控制节点包括能量表，该能量表位于和所述电网网络相连的公共耦合点的用户侧，该能量表用于接收电网状态信息，该电网状态信息包括指示所述电网网络电力状态以及所述公共耦合点处的本地工作状态的多个输入的聚合，其包括本地电力需量；本地功率转换器，其与所述公共耦合点的用户侧相连，该功率转换器用于控制与所述公共耦合点的接口，以控制所述公共耦合点处的功率流；存储装置，用于存储用户节点的操作历史，该操作历史包括不同电网状态和所述公共耦合点处的操作状态的之前功率输出的记录；以及网关控制器，其用于从所述能量表接收信息，以根据所述多个输入、所述本地电力需量以及所述操作历史来计算所述本地功率转换器要产生的输出功率，包括来自所述本地能量源的功率，并请求该功率转换器输出所计算的输出功率。

就前三段落所述的方法、用户节点和/或电网系统而言，下列实施例提供可以应用的实施方式的示例，它们仅为说明性实施例，并非限定性实施例。在一个实施例中，接收所述外部电网输入包括从集中电网控制器处接收一个或多个调度信息，从电网控制器处接收具体控制信号，或者从所述电网网络的其他节点处接收电网状态信息。在一个实施例中，接收所述本地传感器输入包括接收一个或多个温度信息，或者影响本地能量源产生能量的能力的一种或多种状态的信息。在一个实施例中，获取所述操作历史包括根据一天的时间获取操作条件。在一个实施例中，获取所述操作历史包括根据一年的时间获取操作条件。在一个实施例中，计算所述输出功率还包括获取表明用户有功功率、市场有功功率、用户无功功率和服务市场价格的费率信息。在一个实施例中，获取所述操作历史包括获取历史费率信息。在一个实施例中，计算所述输出功率包括确定由与所述公共耦合点的用户侧相连的多个功率转换器执行的操作。在一个实施例中，输出功率还包括为所计算的输出功率启动一个本地能量存储装置。在一个实施例中，输出功率包括输出供本地容量消耗的功率。在一个实施例中，输出功率包括向电网市场或者一个或多个辅助服务输出功率，包括有功功率和/或无功功率电网支持、电网网络频率支持、黑启动操作、上调操作、下调操作或其组合。

本专利申请附图中所示的流程图提供各种流程操作顺序的示例。这些流程图可以表明一系列可由软件或固件程序的操作以及人工操作。在一个实施例中，流程图可以说明一种有限状态机(fsm)的状态，其可由硬件和/或软件来实现。尽管这些流程图以特定的顺序或次序显示，除非另作说明，这些操作的顺序可以更改。因此，图示所说明的实施例应当仅视为示例，并且该流程可以按照不同的次序执行，并且某些操作可以并行执行。此外，各个实施例中的一个或多个操作可以省略；因此，并非每个实施例都需要所有的操作。还可能存在其他程序流程。

就本专利申请所描述的各种操作或功能而言，它们可以描述或定义为软件代码、指令、配置和/或数据。该内容可以是可直接执行(“对象”或“可执行”格式)源代码或差分代码(“delta”或“补丁”代码)。本专利申请所描述的实施例的软件内容可以通过一种存储有内容的制品来提供或者通过一种操作通信接口以经由该通信接口发送数据的方法来提供。一种机器可读存储介质可以使机器执行所述的功能或操作，并包括以机器(例如计算设备、电子系统等)可获取的方式存储信息的任何机制，例如，可写入/非可写入介质(例如，只读储存器(rom)、随机存取存储器(ram)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备等)。一种通信接口包括与硬连线、无线、光学等介质中的任意一种相连的任何机制，用以与另一个设备通信，例如存储器总线接口、处理器总线接口、互联网连接、磁盘控制器等。可以对该通信接口进行配置，提供配置参数和/或发送信号，使该通信接口准备提供描述软件内容的数据信号。可以通过发送给该通信接口的一个或多个命令或者信号访问该通信接口。

本专利申请所描述的各种组件可以是执行所述操作或功能的一种方式。本专利申请所描述的各个组件包括软件、硬件或它们的组合。这些组件可以作为软件模块、硬件模块、专用硬件(例如，应用专用硬件、专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)等)、嵌入式控制器、硬连线电路等来实现。

除本专利申请所描述的实施例外，在不脱离本发明范围的情况下，可以对本发明的公开实施例和实施方式做出修改。因此，专利申请中的说明和示例应视为说明性的，而非限制性的。本发明的范围应仅参照下列权利要求进行衡量。