本申请要求于2015年11月24日提交的美国临时申请62/259,181的优先权，其全部公开内容通过引用以其全部内容并入本文中。
本公开内容一般地涉及电力，更具体地，涉及调节从发电设施输送到客户现场的电压，更具体地，涉及基本上实时地调节输送到客户现场的交流电压以获得低电压值，这允许节省能源。
背景技术：
常规的统一潮流控制器(“upfc”)设备是向高压和中压电力传输网络提供快速作用无功功率补偿的电气设备。常规upfc设备通常使用一对三相可控桥来产生使用串联变压器被注入到传输线的电流。常规upfc设备可以同时调节传输线中的有功功率流和无功功率流。通常，这些常规upfc设备采用固态设备，其提供常规晶闸管控制系统通常无法实现的功能灵活性。常规upfc设备控制参数例如线路电抗、相位角和沿传输线路的电压。
附图说明
现在将参照附图仅以示例的方式来描述本技术的实现，其中：
图1示出了根据本公开内容的一个示例的公用电网环境；
图2示出了根据本公开内容的一个示例的操作环境内的统一潮流控制器；
图3示出了根据本公开内容的一个示例的当从图2的电压调节器的公用电网侧观察时的功率因数；
图4a示出了根据本公开内容的一个示例的操作环境内的单相统一潮流控制器；
图4b示出了在图4a所示的变压器的输出端处获取的功率波形图；
图4c示出了在图4a所示的变压器的输入端处获取的功率波形图；
图5示出了根据本公开内容的一个示例的与电压调节器的输出对应的波形图；
图6示出了根据本公开内容的一个示例的操作环境内的单相统一潮流控制器；
图7示出了根据本公开内容的另一个示例的操作环境内的单相统一潮流控制器；
图8示出了根据本公开内容的一个示例的操作环境内的分相统一潮流控制器；
图9示出了根据本公开内容的一个示例的操作环境内的分相统一潮流控制器；
图10示出了根据本公开内容的一个示例的操作环境内的具有单芯变压器的分相统一潮流控制器；
图11示出了根据本公开内容的一个示例的操作环境内的三相统一潮流控制器；
图12示出了根据本公开内容的一个示例的操作环境内的三相统一潮流控制器；以及
图13示出了根据本公开内容的一个示例的示例方法的流程图。
具体实施方式
应该理解，为了说明的简单和清楚起见，在适当的情况下，可以在不同附图中重复附图标记以指示相应的或类似的元件。另外，阐述了许多具体细节以提供对本文中描述的示例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文中描述的示例。在其他情况下，方法、过程和组件未被详细描述以免混淆正被描述的有关的相关特征。此外，该描述不应被认为限制本文中描述的示例的范围。附图不一定按比例，并且某些部件的比例已经被夸大以更好地示出本公开内容的细节和特征。通过访问本文中提供的教导，本领域技术人员将理解在其范围内的另外的修改、应用和示例以及该技术将在其中具有重要效用的另外的领域。
除非另外定义，否则本文中使用的技术和科学术语具有与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。本文中使用的术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个要素与另一个要素区分开。此外，术语“一个(a)”和“一个(an)”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所引用的项目。术语“或者”意味着是包含性的，并且意味着任何、若干或所有列出的项目。
术语“连接”和“耦接”不限于物理或机械连接或耦接，并且可以包括直接或间接的电连接或耦接。连接可以是使得物体永久地连接或可释放地连接。术语“通信地耦接”被限定为直接或通过中间组件间接地连接，并且连接不一定限于物理连接，而是适应数据、信号或其他物质在所描述的组件之间传送的连接。术语“基本上”被定义为实质上符合其“基本上”修改的事物，使得事物不需要是精确的。例如，基本上实时意味着事件可能在没有明显延迟的情况下发生，但可以包括微小的延迟。
术语“电路”、“电路系统”和“控制器”可以包括单个组件或多个组件，所述组件是有源组件和/或无源组件，并且可以可选地连接或以其他方式耦接在一起以提供所述功能。在各种实施方式中的任意实施方式中描述的“处理器”包括可以基于输入做出决定的电子电路，并且“处理器”可以与术语“控制器”互换。处理器可以包括通用计算机、专用计算机、asic或其他可编程数据处理设备的微处理器、微控制器和中央处理单元等。虽然可以使用单一处理器，但是本公开内容可以通过多个处理器来实现。
各种示例中的任何示例中描述的“服务器”包括提供处理设施、数据库设施和通信设施的硬件和/或软件。作为示例而非限制，“服务器”可以指具有相关联的通信和数据存储装置和数据库设施的单个物理处理器，或者“服务器”可以指联网的或集群的处理器联合体以及相关联的网络和存储设备，以及支持由服务器提供的服务的操作软件以及一个或更多个数据库系统和应用软件。
短语“电力公司”被定义为提供或管理向一个或更多个电能客户的电功率或电能的的供体的实体。本公开内容中使用的该短语包括但不限于区域公共事业公司、区域传输机构和任何其他负荷服务实体或管理地理区域内的电网的实体。电力公司采用恒定频率发电机以恒定的固定频率(如60hz、50hz、400hz等)产生电力。电能客户可以是出于任何目的使用电力的任何实体。例如，电能客户可以包括但不限于个体业主、商业办公楼租户、生产操作人员等。尽管本文中描述的特定示例针对具有交流电流的公用电力环境例如电网，但本领域普通技术人员将容易理解，本文中描述的技术适用于具有交流电流的任何配电系统，如与飞机、船舶、潜艇等联合使用的配电系统。此外，本领域普通技术人员将容易理解，本文中描述的技术适用于具有交流电流并且以诸如60hz、50hz、400hz等的任何固定频率操作的配电系统。
需要用于在电力消耗点处节省能量并促进成本节约的系统和方法。电力通常以120/127/230vrms的标称电压被输送至客户现场，120/127/230vrms的标称电压是公用电力公司意在在电力消耗点处提供的目标电压。该标称电压在最终在电力消耗点处被输送时可能波动正负10％或更多。通常，电器制造商设计电器电子设备在整个正负10％的电压波动范围内以正常的方式操作。换言之，电器制造商将电器电子设备设计成：在从负10％的低电压范围到正10％的高电压范围内以正常方式操作。接收高于负10％的低范围电压的电器被过度提供电压，这会导致电力浪费并增加客户的运营成本。
需要调节电力消耗点处的交流电流(ac)电压的系统和方法。例如，从发电设施输送至客户现场的ac电压可以降低到低电压值。这种电压降低将引起在保持电器的正常操作的同时针对客户的能量节约。此外，需要更有效地调节输送至客户现场的ac电压的系统和方法。根据一个示例，提供了一种统一潮流控制器(“upfc”)设备，其具有并入其中的节能设备。节能设备允许upfc设备操作为低电压upfc设备。
根据一个示例，upfc设备可以包括线路频率注入变压器，该线路频率注入变压器与从电力公司输送的线路电压串联地注入电压。在电力消耗点处设置upfc设备，以调节输送至客户现场的电压值。根据一个示例，线路频率注入变压器包括电耦接至电网电源的第一端子和电耦接至操作为节能设备的功率转换器的输出端的第二端子。根据一个示例，upfc设备的效率至少由于线路频率注入变压器对从电网电源输送的一部分功率进行处理而提高。例如，如果电网交流电压在110v至150v之间波动，则线路频率注入变压器与电网交流电压串联地在0v至40v之间注入，以保持期望的110v低电压值。与在没有upfc设备的情况下在客户现场处设置节能设备相比，在电力消耗点处设置低压upfc设备提高了整体系统效率。根据一个示例，与调节发电设施与客户现场之间的位置处的电压值相比，调节电力消耗点处的电压值可以增加系统的整体效率。
为了本公开内容的目的，计算机可读介质以机器可读形式存储计算机数据。作为示例而非限制，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的信息的任何方法或技术实现的易失性及非易失性截止、可移除及不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eprom、eeprom、闪存或其他固态存储技术、cd-rom、dvd或其他光存储装置、磁带盒、磁带、磁盘存储装置或其他磁存储设备或者可以用于存储所需信息并且可以由计算机访问的任何其他介质。
术语“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”在本公开内容中可互换地使用。术语“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”意味着包括但不一定限于如此描述的事物。
下面的描述参考调节电力消耗点的电压的方法和设备的框图和操作说明。应该理解，可以用模拟或数字硬件和计算机程序指令来实现框图或操作说明的每个框以及框图或操作说明中的框的组合。计算机程序指令可以被提供至执行计算机程序指令以实现在框图或一个或多个操作框中指定的功能/动作的处理器。在一些替代实现中，框中指明的功能/动作可以不按操作说明中指明的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/动作，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者框有时可以以相反的顺序被执行。
公用电力公司采用位于靠近客户现场的变压器来调节输送至客户现场的电压值。通常，变压器沿着传输线位于客户现场之前的点处。根据一个示例，变压器通常包括抽头变换器，该抽头变换器提供实现输出端处的分级电压调节的可变匝数比。可以设置变压器以调节单个客户现场处或跨多个客户现场的电压。
本公开内容描述了使用低电压upfc设备调节电力消耗地点处的电压值的系统和方法。upfc设备设置在客户现场处，并且被优化以提高设置在upfc设备内的电压调节设备的整体效率。根据一个示例，upfc设备可以包括具有功率转换器的节能设备，所述功率转换器包括被配置为逆变器以在分配系统内获得和吸收无功功率的有源整流器。根据一个示例，基于在客户现场处在电力消耗的时段期间可用的电力的量来确定可以从公用电网获得的无功功率的量。例如，如果upfc设备的额定电流为30安培、额定电压为120伏特，则upfc设备可以提供高达3600kva的有效功率或无功功率。这种有效功率或无功功率可以作为有效功率、无功功率或二者的组合被输送至客户现场或公用电网。关于将无功功率提供回至公用电网，如果客户现场消耗2000kva，那么upfc设备可以将剩余的高达1600kva提供回至公用电网。
图1示出了公用电网环境100的一个示例。诸如住宅建筑、商业建筑等的客户现场101设置有能量消耗设备或负载。例如，能量消耗设备可以包括计算机、冰箱、电视机、诸如加热和空调系统的气候控制系统、马达、泵、商业设备或制造装置等。根据一个示例，upfc设备102可以设置在客户现场101处，以调节电力消耗点处的电压值。多个upfc设备102可以通信地耦接至远程服务器。可替选地，每个upfc设备102可以通信地耦接至位于相应的客户现场101内的计算设备。
upfc设备102可以通信地耦接至设置在客户现场101处的相应的功率计103。电力通过形成公用电网的一部分的传输线路115传输至客户现场101。根据一个示例，upfc设备102可以经由诸如因特网、蜂窝通信网络、专用广域网(“wan”)、电力线通信(“plc”)网络或任何其他合适的通信技术通信地耦接至公用电网。网络104可以经由常规路由器和/或防火墙连接至因特网。网络104也可以连接至诸如cdma网络的公用载波无线网络。网络104也可以连接至与plc网络连接的广域网。
upfc设备102可以包括具有处理器120的板载计算机，处理器120可以通信地耦接至计算机可读介质122。upfc设备102可以包括具有图形用户界面的显示设备124，其使得客户能够控制upfc设备102的特征。例如，客户可以提供电力消耗点处的节能参数，包括期望的均方根电压值、期望的电压降低百分比和期望的节省降低百分比。可替选地，客户计算机可以经由网络104来远程控制upfc设备102。此外，电力公司或另一个第三方可以经由网络104来远程控制upfc设备102。软件应用设置在upfc设备102处，用于与功率计103、能量消耗设备、下面描述的应用服务器106以及其他组件进行接口。软件应用可以包括由处理器120执行的指令。
功率计103设置在电力消耗点或客户现场101处，以测量由电力消耗点或客户现场101中的能量消耗设备消耗的功率。根据一个示例，功率计103可以由服务相应的客户现场101的公用电力公司提供。可替选地，功率计103可以由不同于公用电力公司的实体提供。在这种情况下，功率计103可以代替由公用电力公司提供的任何功率计。可替选地，功率计103可以通信地耦接(如以串行方式通信地耦接)至由公用电力公司提供的功率计。电力可以经由功率计103和upfc设备102进入客户现场101。
根据一个示例，功率计103可以被编程成基本上实时地测量功耗。因此，功率计103可以基本上实时地测量客户现场101处消耗的电力，并且可以以预选的时间间隔将功耗数据传送至upfc设备102。计算机可读介质122可以存储诸如功耗数据的数据或者可以为在upfc设备102处接收的数据提供备份或存档。预选的时间间隔可以包括诸如实时的或连续的、基于秒的、基于分钟的、基于小时的、基于日的、基于月的等的时间间隔。本领域普通技术人员将容易理解，其他预选的时间间隔可以包括由能量消耗的百分比变化、消耗的能量的总量、一天中的时间、一月中的一天等引起的时间间隔。本领域普通技术人员也将容易理解，upfc设备102和功率计103可以以组合单元来设置或者可以设置为单独的单元。
参照图1，可以提供与多个upfc设备102进行通信的应用服务器106。应用服务器106可以经由诸如因特网、蜂窝通信网络、专用wan、plc网络的网络104或任何其他合适的通信技术与多个upfc设备102进行通信。根据一个示例，网络104可以与预选的区域相关联。例如，网络104可以与诸如街道、街区、邮政编码、县、州、地区等的地理区域相关联。可以为多个upfc设备102分配互联网协议(ip)地址，以跟踪相应的位置信息。本领域普通技术人员将容易理解，可以使用其他技术来获得位置信息。
应用服务器106可以包括具有处理器116的板载计算机，该处理器116通信地耦接至将数据存储在诸如数据库中的计算机可读介质118。应用服务器106可以包括具有图形用户界面的显示设备，其使得公用电力公司能够控制应用服务器106。可替选地，应用服务器106可以由公用电力公司或其他第三方经由网络104来远程控制。在应用服务器106处设置软件应用，用于与upfc设备102、功率计103、能量消耗设备以及其他部件进行接口。软件应用可以包括由处理器116执行的指令。
根据一个示例，upfc设备102可以经由网络104与功率计103和应用服务器106进行通信。例如，网络104可以支持传输控制协议/因特网协议(tcp/ip)连接，例如并且可以通过蜂窝通信信道、wi-fi、有线连接等来访问。一旦连接被建立，应用可以与upfc设备102通信并指示upfc设备102实时地调节电力消耗点处的电压。从所有其他upfc设备102接收的电压调节数据可以被汇总，以产生瞬时汇总电压调节概况。
根据一个示例，upfc设备102可以与相应的应用服务器106进行通信，来为相应的客户现场101提供电压调节数据。计算机可读介质118可以存储诸如由于电压调节而节省的能量的量的数据，或者可以为在应用服务器106处接收的数据提供备份或存档。在预选的时间间隔处，多个upfc设备102可以将与由于电压调节而节省的能量的量对应的数据传送至对应的应用服务器106。例如，预选的时间间隔可以包括诸如实时的或连续的、基于秒的、基于分钟的、基于小时的、基于日的、基于月的等的时间间隔。本领域普通技术人员将容易理解，其他预选的时间间隔可以包括通过由于电压调节而节省的能量的量的百分比变化、由于电压调节而节省的能量的总量、一天中的时间、一月中的一天等引起的时间间隔。
根据一个示例，软件应用108(在下文中称为“应用108”)可以与应用服务器106进行接口，以访问与由于对应的客户现场101处的电压调节而节省的能量的量对应的数据。例如，应用108可以包括在处理器上执行的指令，该指令被汇总以分析与由于电压调节而节省的能量的量对应的数据。根据一个示例，应用108可以分析由于从多个upfc设备102获得的电压调节数据而节省的能量的总量，以确定由于电压调节而节省的能量的总量。可以在任何的周期内例如瞬间地、每小时的周期、每日的周期、每周的周期、每月的周期等来确定由于电压调节而节省的能量的总量。此外，应用108可以在对应的时间周期期间分析另外的数据。另外的数据可以包括环境数据、天气数据等。根据一个示例，应用108可以分析由于电压调节而节省的能量的总量和/或另外的数据，以预测将来由于预选的时间周期内的电压调节而节省的能量的量。
根据一个示例，应用108可以存在于应用服务器106的计算机可读介质118中。可替选地，应用108可以存在于通信地耦接至应用服务器106的远程客户端设备110处。远程客户端设备110可以经由网络112与应用服务器106进行通信。网络112可以例如经由因特网、蜂窝通信网络、专用wan、plc网络或者任何其他合适的通信技术来支持tcp/ip连接。网络112可以经由常规的路由器和/或防火墙连接至因特网。网络112还可以连接至诸如cdma网络的公用载波无线网络。网络112也可以连接至与plc网络连接的广域网。
图2示出了包括具有并入其中的节能设备或电压调节器205的upfc设备102的技术的一个示例。与由公用电力公司输送的交流电压值相比，电压调节器205允许upfc设备102以低电压操作。根据一个示例，upfc设备102在终端客户的电力消耗点处执行电压调节。例如，电力消耗点可以包括诸如家庭、企业等的客户现场101。upfc设备102可以包括与vin串联设置的线路频率注入变压器210，以调节输出电压vout。upfc设备102可以包括通过与电压源vin串联地注入电压来驱动变压器210的高频功率转换器。如果变压器210与电压源vin同相地注入电压，则输出电压vout是注入的电压值与vin的和。可替选地，如果变压器210与电压源vin异相地注入电压，则输出电压vout是注入的电压值与vin的差。
图3示出了具有无源负载或电阻负载的节能设备205的x轴上的有效功率(p)和y轴上的无功功率(q)的极坐标图。节能设备205电耦接至提供无功功率的公用电网。v表示输入电压相量，dv表示由upfc设备102注入的电压，θ表示注入的角度。可以通过调节注入相位角θ和/或注入电压dv的大小来控制输出电压vout的大小。根据一个示例，upfc设备102可以在100v至300v的电压范围内操作。本领域普通技术人员将容易理解，upfc设备102可以在更宽的电压范围内操作。
根据一个示例，节能设备或电压调节器205可以包括具有有源整流器的功率转换器，该有源整流器将从公用电网接收的基本上所有的ac电压和电流转换为直流电压和电流。根据一个示例，诸如电容器、电池等的能量存储设备可以设置在dc总线处，以存储由直流电流提供的能量。有源整流器可以根据需要将无功功率分量和存储的能量提供回到公用电网，以调节客户现场101处的无功功率值。根据一个示例，可用于能量存储设备的电荷的量可以基于有源整流器处接收的功率与传递至负载的功率之间的差。例如，如果在有源整流器处接收10kw，则5kw被输送至负载，于是5kw可用于为能量存储设备充电。可以控制功率转换器以防止客户现场101处的电力中断。可替选地，节能设备205可以不存储从有源整流器接收的能量。在这种情况下，如下所述，有源整流器可以将dc电流和电压传递至逆变器。
根据一个示例，upfc设备102可以在电力消耗点处调节输送至负载的电压和电流。例如，电压调节器205和线路频率注入变压器210可以使用灵活的交流电流传输系统来调节电压和电流。参照图7，设置在upfc设备102内的电压调节器205可以包括具有整流器704和逆变器706的功率转换器，逆变器706设置有存储由整流器704提供的直流电流所提供的能量的中间直流电流(“dc”)总线。图7将电容器示出为能量存储设备。根据另一个示例，能量存储设备可以包括设置在dc总线处的电池等。根据另一个示例，upfc设备102可以并入放置在客户现场101处的电表插座中的功率计103中。可替选地，upfc设备102可以安置在客户现场101处的电表插座附近。
根据一个示例，upfc设备102可以位于诸如家庭或企业的电力消耗点的进户线处。根据一个示例，upfc设备102可以由电力公司直接或远程访问。根据一个示例，应用服务器106可以访问一个或更多个upfc设备102或电压调节器102，以在电力消耗点处调节从发电设施输送的电压。本领域普通技术人员将容易理解，与访问单个客户现场101处的单个upfc设备102相比，访问多个客户现场101处的多个upfc设备102可以提供改进的性能。本领域普通技术人员将容易理解，upfc设备102可以在住宅建筑物、商业建筑物和工业建筑物的分配系统以及其他分配系统中使用。在商业或工业环境中，可以授予建筑物管理者对upfc设备102进行编程的权限，以在电力消耗点处调节从发电设施输送的电压。
图4a示出了在操作环境内使用的技术的一个示例。根据一个示例，upfc设备102可以位于杆式变压器402与家庭101之间的住宅环境中。根据一个示例，其中结合有节能设备205的upfc设备102可以操作成：在电力消耗点或家庭101处调节所输送的ac电压值。为了简单起见，图4a示出了单相连接。本领域普通技术人员将容易理解，可以实现两相连接以向家庭101提供大约220v。此外，本领域普通技术人员将容易理解，可以实现三相连接。
根据一个示例，电压调节器205可以被配置成：调节由与住宅和/或商业结构101相关联的分配系统输送至电力消耗点处的负载的ac电压和ac电流。可以执行电压调节，以通过限制电压电平升高到期望阈值以上来节省能量。本领域普通技术人员将容易理解，保持电压电平高于阈值电压电平可能导致电力浪费。根据一个示例，可以采用桥设计来调节无功功率，同时还调节ac电压值。
根据一个示例，电压调节器205可以包括执行脉冲宽度调制以减少从进入的正弦波接收的模拟信号的igbt和/或fet驱动控制设备。脉冲宽度调制允许降低的模拟信号，以保持输入正弦波的原始形状。图5示出了用多个片505描绘的正弦波500的一个示例，所述多个片505可以由igbt/fet驱动控制设备从调制正弦波的曲线下方的区域保持或去除。可以移除片505以减小电压值，而没有与这种电压控制先前相关联的伴随谐波。可以采用igbt/fet设备，以沿着调制正弦波500来控制开启和关闭触发点。在于2011年12月27日发布的美国专利no.8,085,009中描述了可以用来修改调制正弦波500的电压值的一种技术，其通过引用以其全部内容并入本文中。在于2014年8月5日提交的美国专利申请no.14/451,891中描述了可以用来修改调制正弦波的电压值的另一种技术，其通过引用以其全部内容并入本文中。
由于igbt和fet设备本质上是单极的，因此采用至少一个igbt/fet驱动控制设备来控制交流电流(ac)信号的每个半周期。此外，可以采用引导二极管来将每个半周期信号路由至合适的设备，以避免反向偏置。如果以90％的标识间隔比(markspaceratio)来调制每个半周期，则曲线下的面积可以减小10％。当作为量的平方的时间平均值的平方根的均方根(rms)值被测量并且看到输出电压降低类似于采用的标识间隔比率的百分比时，可以实现整体效果。可替选地，对于周期性的量，可以在一个完整周期内获取平均值，该平均值也被称为有效值。降低的电压值导致降低的电流，这导致降低的功耗。
返回到图4a，upfc设备102包括具有被绕组407、409包围的磁芯的变压器406。根据一个示例，变压器绕组407的第一端子可以通过电压调节器或节能设备205耦接至线路电压。根据一个示例，变压器绕组407的第二端子可以通过电压调节器205耦接至中性线路。根据一个示例，变压器绕组409的第一端子和第二端子可以耦接至在家庭101处终止的线路电压。电流可以通过变压器406的绕组407、409，以增加磁芯内的磁场。根据一个示例，当通过绕组407、409的电流增加磁芯内的磁场时，upfc设备102处的电压值vout可以增加。可替选地，当通过变压器406的绕组407、409的电流减小磁芯内的磁场时，可以降低电压值vout。
采用变压器406来调节vout的值的优点是：可以将最小谐波引入到系统中。图4b示出了在耦接至家庭101的主电压线420的变压器绕组409处观察到的具有少量纹波谐波的波形416。图4c示出了在耦接至电压调节器205的变压器绕组407处观察到的具有大量谐波的波形417。根据一个示例，变压器绕组407处的谐波信号在变压器绕组409处被抑制，原因在于：从变压器绕组407贡献的电流值小于变压器绕组409处的电流值。例如，经过变压器绕组407的电流值可以是变压器绕组409处的电流值的10％。例如，在100a系统中，90a可以经过变压器绕组409，而10a可以经过变压器绕组407。在这种情况下，输送至家庭101的电力将具有很少的谐波，原因在于：在家庭101处接收的电流的90％经过具有很少谐波的变压器绕组409。换言之，波形416、417的组合导致整体功率信号具有很少的谐波。作为比较点，当沿着主电压线420调节vout的值时，可能将大量谐波引入到系统中。在这种情况下，由于在家庭101处接收的大部分电力经过具有大量谐波的变压器绕组409，因此输送至家庭4101的电力可能具有大量谐波。
在upfc设备102内采用变压器406的缺点是：由于变压器特性而导致的系统效率的潜在损失。根据一个示例，变压器芯损耗可以致使系统效率更低。例如，变压器效率可以根据改变功率条件而变化。根据一个示例，变压器效率可以随着低于某个阈值的功率条件而降低，并且可以随着高于某个阈值的功率条件而增加。例如，阈值可以是系统功率的35％以及其他阈值。本领域普通技术人员将容易理解，变压器效率可以根据不同的特性而变化。
参照图4a，可以激活设置在upfc设备102内的开关410(未示出)以旁路变压器406。开关410可以耦接在绕组407的第一端子与第二端子之间。例如，当系统效率降到期望的系统效率以下时，可以激活开关410。在这种情况下，在不由电压调节器或节能设备205进行任何电压调节的情况下，输送至家庭101的线路电压vout由杆式变压器402处的线路电压来确定。在这种情况下，变压器406被旁路，因此不对线路电压执行任何电压调节。本领域普通技术人员将容易理解，开关410可以手动激活或者在微处理器的控制下激活。
可替选地，可以激活在upfc设备102内设置的开关410’，以旁路电压调节器205和变压器406两者。例如，这可以在系统效率降低到期望的系统效率以下或者杆式变压器402提供期望的电压值时发生。在这种情况下，通过在电压调节器205或变压器406没有进行任何电压调节的情况下从杆式变压器402输送的电压来确定输送至家庭101的线路电压vout。本领域普通技术人员将容易理解，可以出于各种原因而激活开关410、410’。本领域普通技术人员将容易理解，开关410’可以手动激活或者在微处理器的控制下激活。
图6示出了其中并入有电压调节器或节能设备205的单相upfc设备102的一个示例。可以设置高频功率转换器，以通过与电压源vin内联地或串联地注入电压来驱动变压器210。根据一个示例，节能设备205可以被配置成：降低或减小电压值，使得vout小于vin。在这种配置中，电压调节器205不存储能量。根据另一个示例，可以在upfc设备102内设置接触器605，以配置节能设备205以增加电压值，使得vout大于vin。本领域普通技术人员将容易理解，可以经由微处理器手动地或电子地激活接触器605。
图7示出了其中并入有节能设备205的单相upfc设备102的另一个示例。可以设置高频功率转换器，以通过与电压源vin内联地注入电压来驱动变压器210。节能设备205可以被配置成降压或升压。有源整流器704设置在节能设备205的电网侧。有源整流器704包括ac部件和dc部件。逆变器706设置在单相节能设备205的负载侧。逆变器706包括dc部件和ac部件。整流器704和逆变器706的dc部件相对于彼此是独立的，并且包括电容器和电感器。例如，整流器704和逆变器706的dc部件可以包括存储用于后续放电的能量的电容器。参照图3，极坐标图的y轴左边的部分对应于从整流器704输出的功率，极坐标图的y轴右边的部分对应于从逆变器706输出的功率。此外，极坐标图的x轴上方的部分对应于功率的提供，而极坐标图的x轴下方的部分对应于功率的吸收。
图8示出了其中并入有两个电压调节器或节能设备205、205’的分相upfc设备102的一个示例。可以设置两个高频功率转换器，以通过与电压源vin内联地注入电压来驱动变压器210、210’。根据一个示例，节能设备205、205’可以被配置成：降低或减小电压值，使得vout小于vin。根据另一个示例，可以在upfc设备102内设置接触器605、605’，以允许节能设备205、205’增加电压值，使得vout大于vin。本领域普通技术人员将容易理解，可以经由微处理器手动地或电子地激活接触器605、605’。
图9示出了其中并入有两个电压调节器或节能设备205、205’的分相upfc设备102的另一个示例。可以设置两个高频功率转换器，以通过与电压源vin内联地注入电压来驱动变压器210、210’。根据一个示例，节能设备205、205’可以被配置成降低或升高电压vin。采用这种分相配置，可以从诸如变压器的电网侧到诸如家庭的负载侧通过中性线路。根据一个示例，线路注入变压器210、210’可以异相或180度分开操作。另外，upfc设备102或控制器可以与电网同步。有源整流器904、904’设置在分相节能设备205、205’的电网侧。有源整流器904、904’包括ac部件和dc部件。逆变器906、906’设置在分相节能设备205、205’的负载侧。逆变器906、906’包括dc部件和ac部件。整流器904、904’和逆变器906、906’的dc部件相对于彼此是独立的，并且包括电容器和电感器。根据一个示例，整流器904、904’和逆变器906、906’的dc部件可以包括存储用于后续放电的能量的电容器。
图10示出了其中并入有单芯变压器1010和节能设备205的分相upfc设备102的另一个示例。可以设置高频功率转换器，以通过与电压源vin内联地注入电压来驱动变压器1010。
图11示出了其中并入有三个电压调节器或节能设备205、205’、205”的三相upfc设备102的一个示例。可以设置两个高频功率转换器，以通过与电压源vin内联地注入电压来驱动变压器210、210’、210”。根据一个示例，节能设备205、205’、205”可以被配置成：降低电压值，使得vout小于vin。根据另一个示例，可以在upfc设备102内设置接触器605、605’、605”，以配置节能设备205、205’、205”以增加电压值，使得vout大于vin。本领域普通技术人员将容易理解，可以经由微处理器手动地或电子地激活接触器605、605’、605”。
图12示出了其中并入有三个节能设备205的三相upfc设备102的另一个示例。可以设置高频功率转换器，以通过与电压源vin内联地注入电压来驱动变压器210、210’、210”。根据一个示例，节能设备205可以被配置成降低或升高电压vin。有源整流器1204设置在三相节能设备205的电网侧。有源整流器1204包括ac部件和dc部件。逆变器1206设置在三相节能设备205的负载侧。逆变器1206包括dc部件和ac部件。整流器1204和逆变器1206的dc部件相对于彼此是独立的，并且包括电容器和电感器。根据一个示例，整流器1204和逆变器1206的dc部件可以包括存储用于后续放电的能量的电容器。
图13是根据本公开内容的示例方法1300的流程图。可以使用上述系统来实现方法1300。例如，可以使用在电力消耗点处设置的upfc设备102来实现方法1300，以调节从发电设施输送至客户现场101的ac电压。
方法1300可以包括：在操作1302处，接收源自公用电网的电网交流电流和电网交流电压。在操作1304中，将基本上所有电网交流电流转换为直流电流。在操作1306中，将直流电流转换为负载交流电流和负载交流电压，其中负载交流电压小于电网交流电压。在操作1308中，将负载交流电压与电网交流电压串联地注入。
以上借助于功能构建块描述了示例，功能构建块示出了指定功能及其关系的实现。为了便于描述，在本文中任意限定了这些功能构建块的边界。只要适当地执行指定的功能及其关系，就可以限定替代边界。尽管前面的内容示出和描述了本技术的示例，但是应该理解，本技术不限于本文中公开的构造。在不偏离其精神的情况下，可以以其他特定形式来实现本技术。因此，所附权利要求不受本文中描述的特定示例限制。