用于调节低压配电系统中的电压的系统和方法与流程

本说明书的实施例一般涉及配电系统，以及更具体来说涉及中压和低压配电系统中的电压的调节。

背景技术：

在最近的时期，由客户对商业光电(pv)、住宅光电和电动车辆(ev)的增加的使用导致了沿配电系统的馈线的电压分布的波动。相应地，电压调节装置与配电系统的馈线结合用于避免沿馈线的电压分布的波动。通常，这些电压调节装置基于机械和/或电子有载分接开关(oltc)或者基于功率电子转换器/逆变器。

常规地，机械oltc用于高压和中压配电系统中。但是，虽然机械oltc比较廉价，但是机械oltc在低压配电系统中不太适合。而且，配电系统中的大电压波动引起机械oltc的过度操作，这又导致机械oltc的增加的磨损。

近来，全电子或者电子辅助(混合)oltc已经用于配电系统中。这些oltc能够工作在较高切换频率。此外，这些oltc因没有分接变换期间的电弧而具有较长生存周期。但是，全电子或者电子辅助oltc解决方案更为复杂。而且，虽然采用功率电子转换器/逆变器的电压调节装置提供很高的灵活性和增强的功能性，但是这些电压调节装置的成本是极高的。

此外，与个别电压调节装置的成本相比，现有电压调节装置的安装成本明显要高。而且，当新的pv装备和电动车辆连接到配电系统的馈线时，馈线遭遇离馈线的电压的较高限制或较低限制的从大约±1%至大约±2%的范围中的电压违反。较大数量的新pv装备或ev连接的使用导致馈线遭遇电压违反的更高百分比。当前，网络运营商经由使用更大电压调节能力来解决电压违反的问题，以便避免将来的高安装成本。因此，用于低压配电系统的当前可用的电压调节装置配置成提供从标称电压的大约±6%至大约±10%的范围中的电压调节。但是，在大多数情况下，可能不要求电压调节的这个高值。

技术实现要素：

按照本说明书的方面，提供一种用于提供电压调节的预期值的配电系统。该系统包含至少一个功率源、至少一个接收器、配置成将至少一个功率源耦合到至少一个接收器的配电馈线。此外，该系统包含：多个模块化电压调节单元，其耦合到配电馈线，其中多个模块化电压调节单元的每个包含变压器，其包含具有第一端和第二端的一次绕组以及具有第一端和第二端的二次绕组；以及至少一个开关，耦合到变压器的一次绕组，其中二次绕组的第一端经由至少一个开关来耦合到一次绕组的第一和第二端的至少一个。

按照本说明书的另一方面，提供一种操作配电系统以提供电压调节的预期值的方法，其中配电系统包含配电馈线并且提出多个模块化电压调节单元。该方法包含使用控制器来测量与沿配电馈线的一个或多个位置对应的一个或多个电压，其中配电馈线配置成将至少一个功率源耦合到至少一个接收器，以及其中多个模块化电压调节单元的每个耦合到配电馈线，并且包含变压器，其包含：具有第一端和第二端的一次绕组以及具有第一端和第二端的二次绕组；至少一个开关，耦合到变压器的一次绕组，其中二次绕组的第一端经由至少一个开关来耦合到一次绕组的第一和第二端的至少一个。该方法还包含使用控制器将所测量的一个或多个电压与对应的所确定的阈值进行比较。而且，该方法包含使用控制器基于该比较来确定至少一个开关的切换模式。此外，该方法包含使用控制器基于切换模式来调节沿配电馈线的一个或多个位置处的电压，以提供电压调节的预期值。

按照本说明书的另一方面，一种配电外壳包含壳体，其包含一个或多个机架、一个或多个熔丝座、一个或多个电缆连接器、一个或多个汇流条或者其组合。此外，至少一个模块化电压调节单元设置在壳体中，其中至少一个模块化电压调节单元与至少一个其他模块化电压调节单元串联耦合，其中至少一个其他模块化电压调节单元设置在壳体之内或者壳体外部，以及其中至少一个模块化电压调节单元包含变压器，其包含：具有第一端和第二端的一次绕组以及具有第一端和第二端的二次绕组；以及至少一个开关，耦合到变压器的一次绕组，其中二次绕组的第一端经由至少一个开关来耦合到一次绕组的第一和第二端的至少一个。

本发明提供一组技术方案,如下:

1.一种用于提供电压调节的预期值的配电系统，所述系统包括；

至少一个功率源；

至少一个接收器；

配电馈线，配置成将所述至少一个功率源耦合到所述至少一个接收器；

多个模块化电压调节单元，耦合到所述配电馈线，其中所述多个模块化电压调节单元的每个包括：

变压器，包括具有第一端和第二端的一次绕组以及具有第一端和第二端的二次绕组；以及

至少一个开关，耦合到所述变压器的所述一次绕组，其中所述二次绕组的所述第一端经由所述至少一个开关来耦合到所述一次绕组的所述第一和第二端的至少一个。

2.如技术方案1所述的系统，还包括控制器，其耦合到所述多个模块化电压调节单元的一个或多个，并且配置成控制所述多个模块化电压调节单元的操作以提供电压调节的所述预期值。

3.如技术方案2所述的系统，其中，所述控制器包括电气参数感测子单元、处理子单元或两者。

4.如技术方案1所述的系统，其中，所述变压器包括单相变压器和三相变压器的至少一个。

5.如技术方案1所述的系统，其中，所述至少一个开关包括固态电子开关。

6.如技术方案1所述的系统，其中，所述多个模块化电压调节单元配置成基于电压调节的所述预期值来修改与沿所述配电馈线的一个或多个位置对应的电压。

7.如技术方案1所述的系统，其中，所述多个模块化电压调节单元设置在一个或多个配电外壳中。

8.如技术方案7所述的系统，其中，所述一个或多个配电外壳包括一个或多个熔丝座、一个或多个电缆连接器、一个或多个汇流条、一个或多个机架或者其组合。

9.如技术方案8所述的系统，其中，所述多个模块化电压调节单元耦合到所述一个或多个机架。

10.如技术方案1所述的系统，其中，所述配电馈线包括至少一个相导体和中性导体。

11.如技术方案10所述的系统，其中，所述多个模块化电压调节单元直接地、经由所述配电馈线的所述至少一个相导体和所述中性导体或者其组合串联耦合。

12.如技术方案11所述的系统，其中，所述多个模块化电压调节单元中的一个的所述变压器的所述二次绕组的所述第二端直接地、经由所述至少一个相导体或者其组合来耦合到另一个模块化电压调节单元的所述变压器的所述二次绕组的所述第一端。

13.如技术方案10所述的系统，其中，所述变压器的所述一次绕组的所述第一和第二端的至少一个经由所述至少一个开关来耦合到所述相导体和所述中性导体的至少一个。

14.如技术方案1所述的系统，还包括通信信道，其配置成在通信上耦合所述多个模块化电压调节单元。

15.一种操作配电系统以提供电压调节的预期值的方法，其中，所述配电系统包括配电馈线和多个模块化电压调节单元，所述方法包括：

使用控制器来测量与沿所述配电馈线的一个或多个位置对应的一个或多个电压，其中所述配电馈线配置成将至少一个功率源耦合到至少一个接收器，并且其中所述多个模块化电压调节单元的每个耦合到所述配电馈线，并且包括：

变压器，包括具有第一端和第二端的一次绕组以及具有第一端和第二端的二次绕组；

至少一个开关，耦合到所述变压器的所述一次绕组，其中所述二次绕组的所述第一端经由所述至少一个开关来耦合到所述一次绕组的所述第一和第二端的至少一个；

使用所述控制器将所测量的一个或多个电压与对应的所确定的阈值进行比较；

使用所述控制器基于比较来确定所述至少一个开关的切换模式；以及

使用所述控制器基于所述切换模式来调节沿所述配电馈线的一个或多个位置处的电压，以提供电压调节的所述预期值。

16.如技术方案15所述的方法，还包括基于所确定的切换模式有选择地切换所述至少一个开关，以提供电压调节的所述预期值。

17.如技术方案15所述的方法，其中，所确定的阈值包括电压的所确定的设置点周围的值的范围。

18.如技术方案17所述的方法，其中，将所测量的电压与所确定的阈值进行比较还包括在所确定的时间周期内来确定所测量的电压与电压的所确定的设置点周围的值的所述范围的偏差。

19.一种配电外壳，包括：

壳体，包括一个或多个机架、一个或多个熔丝座、一个或多个电缆连接器、一个或多个汇流条或者其组合；

设置在所述壳体中的至少一个模块化电压调节单元，其中所述至少一个模块化电压调节单元与至少一个其他模块化电压调节单元串联耦合，其中所述至少一个其他模块化电压调节单元设置在所述壳体之内或者所述壳体外部，并且其中至少一个模块化电压调节单元包括：

变压器，包括具有第一端和第二端的一次绕组以及具有第一端和第二端的二次绕组；以及

至少一个开关，耦合到所述变压器的所述一次绕组，其中所述二次绕组的所述第一端经由所述至少一个开关来耦合到所述一次绕组的所述第一和第二端的至少一个。

20.如技术方案19所述的外壳，其中，所述至少一个模块化电压调节单元配置成提供预期电压调节。

附图说明

在参照附图阅读下面详细描述，本公开的这些及其他特征、方面和优点将变得更好理解，附图中，相似字符通篇表示相似部件，附图包括：

图1是按照本说明书的方面、配置成提供电压调节的配电系统的图解表示；

图2是按照本说明书的方面、具有配置供在图1的配电系统中使用的模块化电压调节单元的配电外壳的图解表示；

图3是按照本说明书的方面、供在图1的配电系统中使用的模块化电压调节单元的一个实施例的图解表示；

图4-7是按照本说明书的方面、供在图1的配电系统中使用的模块化电压调节单元的其他实施例的图解表示；

图8是按照本说明书的方面、沿图1的配电系统的配电馈线的电压分布的图解表示；

图9是沿图1的配电系统的配电馈线的电压分布和常规配电系统的电压分布的比较的图解表示；

图10是按照本说明书的方面、图1的配电系统的模块化电压调节单元之间的串联耦合的图解表示；

图11是按照本说明书的方面、设置在不同配电外壳中的图1的模块化电压调节单元的串联耦合的图解表示；以及

图12是表示按照本说明书的方面的用于操作图1的配电系统的示范方法的流程图。

具体实施方式

除非另加限定，否则本文所使用的科学和技术术语具有与本公开所属领域的技术人员普遍理解的相同的含意。如本文所使用的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、量或重要性，而是用来区分一个元件与另一个元件。而且，术语“一”和“一个”并不表示数量的限制，而是表示存在引用项的至少一个。术语“或者”意味着包含在内，并且意味着所列项的一个、一些或全部。本文中使用“包含”、“包括”或“具有”及其变化意味着囊括其后所列的项及其等效体以及附加项。术语“连接”和“耦合”并不是限制到物理或机械连接或者耦合，而是能够包含无论是直接还是间接的电连接或耦合。此外，术语“电路”、“电路系统”和“控制器”可包含单个组件或者多个组件，其是有源和/或无源的并且连接或者以另外的方式耦合在一起以提供所述功能。

如下文将详细描述的，提出配置成提供电压调节的配电系统以及用于操作配电系统以提供电压调节的预期值的方法的各个实施例。配电系统配置成在电压的预期范围之内调节电压。

现在转到附图，通过图1的示例，提出按照本说明书的方面、配置成提供电压调节的预期值的配电系统的图解表示100。在当前考虑的配置中，配电系统100包含功率网102、变压器104、配电馈线106、多个配电子馈线107、光电板114、负载112和控制器126。

而且，在一个示例中，变压器104是中压至低压变压器。相应地，变压器104配置成将从功率网102所接收的中压输入转换成低压输出。变压器104可包含空载分接开关、有载分接开关或者无分接变压器(tap-lesstransformer)。

功率网102可以是中压电网或高压电网。在一个示例中，高压可具有大约30kv及更高的值。而且，中压可具有从大约1kv至大约30kv的范围中的值。低压可具有大约1kv或更低的值。

负载112可包含民房/公寓、电动车辆和/或其他负载。在一个示例中，功率可从功率网102提供给负载112。相应地，在这个示例中，功率网102充当功率源，以及负载112充当接收器(sink)。如本文所使用的术语‘功率’用来表示电压和电流的乘积。

在某些实施例中，光电板114经由配电馈线106和配电子馈线107来耦合到功率网102，以及功率从光电板114提供给功率网102。在这个示例中，光电板114充当功率源，以及功率网102充当接收器。虽然图1的示例将光电板114描绘为耦合到配电馈线106，但是也可采用其他发电单元、例如风力发电系统和其他可再生发电系统。

此外，在一个示例中，配电馈线106可包含多个导体。具体来说，配电馈线106可包含三个单相导体和中性导体。术语‘单相导体’用来表示配置成携带交流电压的导体，交流电压在时间上偏移时间周期的三分之一。在一个实施例中，中性导体可耦合到接地点。相应地，中性导体又可称作接地或地导体。

此外，系统100包含沿配电馈线106所分布的多个模块化电压调节单元110。具体来说，模块化电压调节单元110在沿配电馈线106的不同位置处来耦合到配电馈线106。在一个示例中，多个模块化电压调节单元110相互串联耦合。模块化电压调节单元110可经由与配电馈线106对应的相导体和中性导体彼此耦合。如本文所使用的术语“耦合”包含有线耦合、无线耦合、电耦合、磁耦合或者其组合。

参考数字109通常表示模块化电压调节单元110的这个耦合。在一个示例中，模块化电压调节单元110的耦合109通过使用配电馈线106来实现。将参照图10和图11更详细描述将模块化电压调节单元110相互耦合的一个示例。此外，按照本说明书的方面，两个或更多模块化电压调节单元110可在相同位置处来耦合到配电馈线106。在这个示例中，两个或更多模块化电压调节单元110可直接彼此串联耦合。

在一个实施例中，模块化电压调节单元110设置在一个或多个配电外壳108中。相应地，各配电外壳108可包含一个或多个模块化电压调节单元110。在一个示例中，如果两个或更多模块化电压调节单元110设置在单个配电外壳108中，则这些模块化电压调节单元110可直接彼此串联耦合。将针对图2更详细描述配电外壳108中的模块化电压调节单元110的布置。而且，沿配电馈线106所分布的模块化电压调节单元110可经由使用通信信道113在通信上相互耦合。

此外，模块化电压调节单元110的每个配置成提供电压调节的预期值。相应地，模块化电压调节单元110帮助将沿配电馈线106的电压分布保持在期望范围之内。具体来说，模块化电压调节单元110的使用帮助保持沿配电馈线106的相对较平坦电压分布，并且由此优化沿配电馈线106的电压分布。术语‘更平坦电压分布’用来表示没有显著偏差的电压分布。此外，模块化电压调节单元110帮助避免沿配电馈线106的电压的违反超出容许限度。在一个示例中，容许限度要求与沿配电馈线106的标称电压的最大电压偏差不应当超过标称电压的±10%。可注意，欧洲的低压配电网中的标称电压为230v，其具有±10%的变化。另外，在北美，低压配电网中的标称电压为120v，其中所容许变化是从114v至126v(±5%)。针对图8和图9更详细描述避免沿配电馈线106的电压违反并且保持沿配电馈线106的更平坦电压分布的不同示例。

在当前考虑的配置中，模块化电压调节单元110包含至少一个开关和变压器。开关可以是电气开关、半导体开关、可控开关、不可控开关、固态电子开关等。将针对图3-7更详细描述模块化电压调节单元的不同实施例。

此外，控制器126配置成控制模块化电压调节单元110的操作。具体来说，控制器126耦合到模块化电压调节单元110中的开关，并且配置成控制模块化电压调节单元110中的开关的切换。术语‘切换’用来表示开关的激活和停用。而且，如本文所使用的术语开关的‘激活’表示将开关转变到‘通’态，以提供闭路传导通路。如本文所使用的术语开关的‘停用’表示将开关转变到‘断’态，以提供开路不传导通路。

在某些实施例中，控制器126包含处理子单元128和电气参数感测子单元130。在一个示例中，电气参数感测子单元130可配置成测量沿配电馈线106的任何位置或者模块化电压调节单元110的输入和/或输出处的电流、电压、功率等。

处理子单元128又可包含微控制器、微处理器、计算机或者其组合。在一个示例中，处理子单元128可配置成在所确定的时间内周期将模块化电压调节单元110的电压或者在沿配电馈线106的任何位置处的电压与所确定的阈值进行比较。此外，处理子单元128可帮助基于该比较来确定在沿配电馈线106的特定位置处将要提供的电压调节的预期值。此外，处理子单元128可帮助确定模块化电压调节单元110的操作模式，以及具体来说确定模块化电压调节单元110中的变压器的操作模式。模块化电压调节单元110中的变压器的操作模式可基于模块化电压调节单元110中的开关的切换模式来确定。将针对图8和图12更详细描述在沿配电馈线106的任何位置处的电压与所确定的阈值的比较。

如先前参照图1所述，模块化电压调节单元110可设置在配电外壳中。图2是配置供在图1的配电系统100中使用的配电外壳的图解表示200。在图2的示例中，配电外壳200配置成容纳三相模块化电压调节单元216。

配电外壳200包含壳体202。壳体202可以是箱/盒(cabinet/enclosure)，其配置成从功率源接收功率，并且将功率分配给位于一个或多个位置处的负载。此外，配电外壳200包含多个机架203，其配置成安全地保持模块化电压调节单元218。在某些实施例中，配电外壳还可包含一个或多个门，其帮助包封配电外壳200内部的空间。另外，门还可帮助保护在配电外壳200中设置的组件免受诸如灰尘、风、冰等的外力。

另外，配电外壳200包含汇流条。汇流条可以是水平汇流条或垂直汇流条。在图2的示例中，参考数字204表示三个水平汇流条，其中各水平汇流条204对应于三相导体的相导体。另外，参考数字206表示与中性导体对应的水平汇流条。配电外壳200还包含多个电缆连接器210。

此外，在图2的示例中，配电外壳200示为包含两组导体212、214。第一组导体212表示引入导体，以及第二组导体214表示配电外壳200中的外出导体。引入导体是从配电系统100(参见图1)的上游端进入的导体，而外出导体是退出到配电系统100的下游端的导体。在一个示例中，配电系统100的上游端定位成更靠近功率网102(参见图1)，以及配电系统100的下游端更远离功率网102。

在一个实施例中，引入和外出导体212、214可以是配电馈线、例如图1的配电馈线106的一部分。在三相配电系统中，引入和外出各可包含至少一个单相导体和中性导体。第一和第二组导体212、214在操作上耦合到电缆连接器210。

此外，配电外壳200还可包含一个或多个熔丝轨。熔丝轨在机械上直接耦合到壳体202或者水平汇流条204、206的一个或多个。此外，配电外壳200还可包含一个或多个熔丝座208。在某些实施例中，这些熔丝座208安装在熔丝轨上，并且配置成支承/容纳关联熔丝。而且，水平汇流条204耦合到各熔丝座208的一端，而电缆连接器210耦合到各熔丝座208的另一端。在某些实施例中，熔丝座208可以没有熔丝。在另一个实施例中，绝缘链路可设置在熔丝座208上，以便将对应电缆连接器210与水平汇流条204、206电绝缘。

为了便于说明，配电外壳200示为包含三个模块化电压调节单元218。具体来说，模块化电压调节单元218在机械上耦合到机架203。在一些实施例中，mvru218可经由使用紧固部件(例如但不限于螺杆、夹具等)在操作上耦合到机架203。保持模块化电压调节单元218的机架203在机械上耦合到配电外壳200或者水平汇流条204、206。

在图2的示例中，各模块化电压调节单元218是单相模块化电压调节单元。相应地，三个单相模块化电压调节单元218可组合地形成三相模块化电压调节单元216。在图2的示例中，三相模块化电压调节单元216可包含组合三个单相模块化电压调节单元218。在备选实施例中，三相模块化电压调节单元216可表示三相模块化电压调节单元，其具有单个三相变压器、一个或多个控制器以及与三相的每个对应的一组开关。控制器可配置成控制与模块化电压调节单元218对应的开关的操作。在一个示例中，控制器可以是单相模块化电压调节单元218的组成部分。在另一个示例中，控制器可以是单相模块化电压调节单元218外部的。在又一个示例中，集中控制器可用来控制与单相模块化电压调节单元218对应的操作。

此外，在某些实施例中，模块化电压调节单元218的每个可包含对应的第一端子213和第二端子215。第一端子213可表示输入端子，而第二端子215可表示模块化电压调节单元218的输出端子。此外，在图2的示例中，模块化电压调节单元218的第一端子213耦合到第一组导体212的电缆连接器210。而且，模块化电压调节单元218的第二端子215耦合到水平汇流条204、206。

在图2的示例中，单个模块化电压调节单元218耦合到水平汇流条204的每个。可注意，两个或更多模块化电压调节单元可直接彼此串联耦合。如本文所使用的术语‘直接’表示使用水平汇流条的两个或更多模块化电压调节单元的耦合。此外，在这个示例中，直接相互耦合的模块化电压调节单元可设置在单个配电外壳中。

现在转到图3，描绘按照本说明书的方面、供在图1的配电系统100中使用的模块化电压调节单元的一个实施例的图解表示400。模块化电压调节单元400包含变压器420。在一个实施例中，变压器420是无分接变压器。而且，变压器420可以是单相变压器或三相变压器。在一个示例中，变压器420是二绕组变压器。二绕组变压器可作为自耦变压器来操作。

变压器420的两个绕组包含一次绕组406和二次绕组408。而且，变压器420的一次绕组406具有第一端414和第二端416。在一个实施例中，一次绕组406可定额用于标称电压，以及二次绕组408可定额用于标称电压的一小部分。作为示例，二次绕组408定额用于在标称电压的从大约0.5%至大约5%的范围中的电压。在另一个示例中，二次绕组408基于配电馈线、例如图1的配电馈线106中的定额负载电流来定额，而一次绕组406以配电馈线中的定额负载电流的一小部分来定额。具体来说，一次绕组406可定额用于在定额负载电流的从大约0.5%至大约5%的范围中的电流。

另外，模块化电压调节单元400包含控制器418和开关402、403、404和405。在一个实施例中，开关402、403、404、405是交流的三极管(triac)。在另一个示例中，开关402、403、404、405可包含电气开关、固态电子开关、半导体开关或者其组合。

参考数字410表示相导体。此外，参考数字412表示中性导体。在图3的示例中，当二绕组变压器420作为自耦变压器来操作时，一次绕组406并联耦合在相导体410与中性导体412之间，以及二次绕组408与相导体410串联耦合。

在一个示例中，模块化电压调节单元400可配置成提供电压调节的一个或多个预期值。电压调节的预期值可具有对应幅值和极性。在一个示例中，电压调节的预期值的极性可包含正值或负值。此外，电压调节的极性基于开关402、403、404、405的切换模式来确定。如本文所使用的术语‘切换模式’表示基于其激活或停用开关402、403、404、405的组合的模式。

在某些实施例中，模块化电压调节单元400可包含单个开关。在这个示例中，切换模式可以是单个开关的切换状态。但是，当模块化电压调节单元400包含多个开关时，切换模式可以是多个开关的切换状态的组合。

由模块化电压调节单元400所提供的电压调节的幅值取决于变压器420的匝比。相应地，在一个示例中，如果变压器420的匝比为100:2，则由模块化电压调节单元400所提供的电压调节的预期值为+2%、-2%或0%。在另一个示例中，如果变压器420的匝比为100:1，则+1%、-1%或0%的电压调节的预期值通过采用模块化电压调节单元400来取得。由模块化电压调节单元400所提供的电压调节的预期值的一些示例包含沿配电馈线的电压的0%、+1%、-1%、+2%和-2%。

此外，通过反转相导体410与中性导体412之间的一次绕组406的耦合，变压器420可工作在调高模式(升压模式)中或调低模式(降压模式)中。当一次绕组406被短路时，变压器420还可工作在中性模式中。可注意，与中性模式对应的输出电压既没有调高也没有调低。因此，在变压器420的操作的中性模式中，输出电压等于输入电压。相应地，基于变压器420的操作模式，模块化电压调节单元400可具有操作的三种模式，例如操作的调高模式、调低模式和中性模式。

在图3的示例中，当开关404、405处于激活条件中而开关402、403处于停用条件中时，变压器420工作在调高(升压)模式中。相应地，一次绕组406的第一端414耦合到相导体410，以及一次绕组406的第二端416耦合到中性导体412。在这个示例中，可得到+2%的电压调节。

此外，当开关402、403处于激活条件中而开关404、405处于停用条件中时，变压器420工作在调低(降压)模式中。相应地，一次绕组406的第一端414耦合到中性导体412，并且而一次绕组406的第二端416耦合到相导体410。因此，可得到-2%的电压调节。

此外，当一次绕组406被短路时，变压器420工作在中性模式中。当开关402、404处于激活条件中而开关403、405处于停用条件中时，一次绕组406被短路。在另一个示例中，当开关403、405处于激活条件中而开关402、404处于停用条件中时，一次绕组406可被短路。由于当一次绕组406被短路时中性模式的输出电压既没有调高也没有调低，所以由模块化电压调节单元400所提供的电压调节为0%。

在某些情形中，可预期电压调节的较高百分比。例如，在一些状况中，可预期±4%的电压调节。在这类情形中，两个或更多模块化电压调节单元400可串联连接在单个配电外壳内部，以取得电压调节的预期更高值。模块化电压调节单元可基于配电外壳内可用的空间来安装在配电外壳中。在一个示例中，为了得到±4%的电压调节，可采用四个模块化电压调节单元400，其中各模块化电压调节单元配置成提供±1%的电压调节。在另一个示例中，两个模块化电压调节单元400(其中各模块化电压调节单元配置成提供±2%)可串联耦合。按照本说明书的示范方面，比与个别模块化电压调节单元400对应的电压调节的值要高的电压调节的值可通过变更配电外壳中的模块化电压调节单元400的数量来取得。

此外，与模块化电压调节单元400的每个对应的变压器420的大小基于模块化电压调节单元配置成要提供的电压调节的值以及定额负载电流来定义。可注意，电压调节的值和定额负载电流可朝配电馈线的下游端减少。

虽然在图3的示例中，控制器418描绘为对模块化电压调节单元400是整体的，在另一个实施例中，控制器418可以是模块化电压调节单元400外部的。此外，虽然在图3的示例中，模块化电压调节单元描绘为具有四个开关，但是也可使用具有任何其他数量的开关的模块化电压调节单元。而且，图3的示例提供模块化电压调节单元400，其配置成提供电压调节的三个值，即，电压调节的正、负和零值。但是，在另一个实施例中，模块化电压调节单元400可配置成提供电压调节的其他值。将针对图4-7更详细描述模块化电压调节单元的不同实施例。

图4和图5是按照本说明书的方面、供在图1的配电系统100中使用的模块化电压调节单元的其他实施例的图解表示421、440。具体来说，图4和图5表示具有两个开关的模块化电压调节单元421、440。

图4表示包含变压器422和两个开关432、434的模块化电压调节单元421。参考数字423表示相导体、例如与水平汇流条或配电馈线对应的相导体，以及参考数字425表示中性导体、例如与水平汇流条或配电馈线对应的中性导体。变压器422包含一次绕组424和二次绕组426。在图4的示例中，变压器422的匝比为100:2。一次绕组424具有第一端428和第二端430。二次绕组426与相导体423串联耦合。

开关432跨一次绕组424的第一和第二端428、430耦合。此外，第一端428耦合到中性导体425，以及第二端430经由开关434来耦合到相导体423。当激活开关432时，一次绕组424可被短路。当一次绕组406被短路时，变压器422工作在中性模式中。相应地，模块化电压调节单元421可工作在中性模式中。由中性模式的模块化电压调节单元421所提供的电压调节为0%。

此外，当激活开关434而停用开关432时，一次绕组424的第二端430耦合到相导体423。相应地，变压器422工作在调低模式中。在这个示例中，模块化电压调节单元421工作在调低模式中，并且提供-2%的电压调节。

图5表示包含变压器442和开关452、454的模块化电压调节单元440。变压器442具有一次绕组444和二次绕组446。在图5的示例中，变压器442的匝比为100:2。一次绕组444具有第一端448和第二端450。参考数字443表示相导体，以及参考数字445表示中性导体。二次绕组446与相导体443串联耦合。此外，开关452耦合在一次绕组444的第一端448与相导体443之间。开关454跨一次绕组444的第一端448和第二端450耦合。而且，一次绕组444的第二端450耦合到中性导体445。

当激活开关454时，一次绕组444可被短路。在这种状况中，变压器442工作在中性模式中。相应地，模块化电压调节单元440可工作在中性模式中。由中性模式的模块化电压调节单元440所提供的电压调节为0%。而且，当激活开关452而停用开关454时，一次绕组444的第一端448耦合到相导体443。相应地，变压器442工作在调高模式中。在这个示例中，模块化电压调节单元440工作在调高模式中，并且提供+2%的电压调节。

图6和图7是按照本说明书的方面、供在图1的配电系统100中使用的模块化电压调节单元的其他实施例的图解表示460、480。具体来说，图6和图7表示具有单个开关的模块化电压调节单元460、480。

图6表示包含变压器462和开关472的模块化电压调节单元460。变压器462包含一次绕组464和二次绕组466。在图6的示例中，变压器462的匝比为100:2。一次绕组464具有第一端468和第二端470。参考数字463表示相导体，以及参考数字465表示中性导体。开关472耦合在一次绕组464的第二端470与相导体463之间。一次绕组464的第一端468耦合到中性导体465。

当停用开关472时，模块化电压调节单元460配置成提供0%的电压调节。但是，当激活开关472时，一次绕组464的第二端470耦合到相导体463。相应地，变压器462工作在调低模式中。因此，模块化电压调节单元460工作在调低模式中，并且提供-2%的电压调节。

图7表示包含变压器482和开关492的模块化电压调节单元480。变压器482包含一次绕组484和二次绕组486。在图7的示例中，变压器482的匝比为100:2。一次绕组484具有第一端488和第二端490。参考数字483表示相导体，以及参考数字485表示中性导体。开关492耦合在一次绕组484的第一端488与相导体483之间。一次绕组484的第二端490耦合到中性导体485。

当开关492处于停用状态中时，模块化电压调节单元480配置成提供0%的电压调节。但是，当激活开关492时，一次绕组484的第一端488耦合到相导体483。相应地，变压器482工作在调高模式中。因此，模块化电压调节单元480工作在调高模式中，并且提供+2%的电压调节。

图8是按照本说明书的方面、沿图1的配电系统100的配电馈线106的电压分布的图解表示500。如上文所述，术语‘电压分布’用来表示沿配电馈线106的长度的电压。期望具有沿配电馈线的比较平坦电压分布。

在图8的示例中，描绘沿配电馈线507的电压分布513。另外，描绘功率网501、变压器503、配电子馈线509、光电板512和模块化电压调节单元514连同电压分布。在一个实施例中，光电板512配置成经由配电馈线507向功率网501提供功率。在这种情形中，功率网501充当接收器，而光电板512充当源。

此外，点a、b、c表示沿配电馈线507的不同位置。光电板512耦合到点a、b和c。在这个示例中，功率可在点a、b和c处经由对应配电子馈线509从光电板512来提供给配电馈线507。因此，点a、b和c下游的电压可增加。因此，沿配电馈线507的电压可偏离超出最大电压vmax504。为了调节沿配电馈线507的电压，模块化电压调节单元514沿配电馈线507来设置。在图8的示例中，模块化电压调节单元514在点a、b、c的每个处耦合到配电馈线507。在一个示例中，模块化电压调节单元514可相互串联耦合。在一个实施例中，模块化电压调节单元514可设置在一个或多个配电外壳中。

参考数字502表示y轴，其描绘沿配电馈线507的电压。在图8的示例中，在沿配电馈线507的点a处的电压为v1。耦合在点a处的模块化电压调节单元514配置成调节点a处的电压。为此，模块化电压调节单元514将电压v1与对应于点a的所确定的阈值进行比较。按照本说明书的方面，在所确定的时间周期内将电压v1与对应的所确定的阈值进行比较，以便避免任何误报警。所确定的阈值包含电压的所确定的设置点周围的值的范围。具体来说，所确定的阈值包含电压的所确定的设置点周围的死区。相应地，所确定的阈值可具有电压的对应上带和下带。术语‘电压的所确定的设置点’用来表示参考电压的单个所确定值。在一个示例中，电压的所确定的设置点可以是va伏，以及所确定的阈值可以是从大约(va+∆v)伏至大约(va-∆v)伏的值的范围。

此外，按照本说明书的方面，如果所测量的电压在超过所确定的时间周期的周期内偏离所确定的阈值，则可确立对电压调节的需要。在一个示例中，如果在点a处的电压v1与对应的所确定的阈值的偏差保持超过所确定的时间周期的周期，则模块化电压调节单元514可从当前操作模式切换到不同操作模式，以便减少在点a处沿配电馈线507的电压的值。如果在那个时刻，模块化电压调节单元514处于中性模式中，则模块化电压调节单元514可转变成调低模式。在另一个示例中，如果在那个时刻，模块化电压调节单元514处于调高模式中，则模块化电压调节单元514可转变成中性模式。在又一个示例中，如果在那个时刻，模块化电压调节单元514已经处于调低模式中，则可注意，可能没有取得由耦合在点a处的模块化电压调节单元514进行的进一步电压降低。

基于操作模式，确定促进模块化电压调节单元514转变到预期操作模式的一个或多个开关的适当切换模式。在图8的示例中，在点a处的电压可从v1减少由参考数字506所表示的值。在点a处的电压的这个降低之后，点a下游的电压也可降低。

类似地，基于在点b处的电压v2与对应的所确定的阈值的比较，确定耦合在点b处的模块化电压调节单元514的预期操作模式，以修改在点b处沿配电馈线507的电压。在一个示例中，模块化电压调节单元514从中性模式切换到调低模式，以及在点b处沿配电馈线507的电压减少由参考数字508所表示的值。以类似的方式，在点c处的模块化电压调节单元514从中性模式切换到调低模式，以及在点c处沿配电馈线507的电压减少由参考数字510所表示的值。在图8的示例中，在点a、b和c处的模块化电压调节单元514的一次与二次变压器绕组之间的匝比为100:1。因此，通过参考数字506、508和510的每个所表示的电压调节的值为-1%。在另一个示例中，由模块化电压调节单元514所提供的电压调节的值可以为±2.5%、±2%、±1.5%、±0.75%、±0.5%或0%。

在如参照图8所述的一个或多个配电外壳中实现具有模块化电压调节单元的配电系统确保在沿配电馈线507的任何点处的电压没有偏离超出最大电压vmax504。此外，在沿着循配电馈线507的多个点的电压的调节之后，沿配电馈线507的电压分布513具有相对较平坦分布。

在另一个示例中，通信信道、例如图1的通信信道113可用来在通信上耦合模块化电压调节单元514。位于沿配电馈线507的不同点a、b和c处的模块化电压调节单元514可经由通信信道彼此通信，以确定模块化电压调节单元514的每个的预期操作模式，以便得到沿配电馈线507的最佳电压分布。通信信道的使用促进沿配电馈线507的电压调节的增强的精度，并且因此取得模块化电压调节单元514的协调操作。协调操作可基于在沿配电馈线507的不同位置处的电压、电流和/或功率的一个或多个测量来取得。

图9是沿图1的配电系统100的配电馈线106的电压分布和常规配电系统的电压分布的比较的图解表示520。可注意，常规配电系统通常采用仅在沿配电馈线的一个位置处的电压调节装置。

为了便于说明，图9中，描绘功率网530、负载538、配电馈线534和光电板536连同示范配电系统100的电压分布和常规配电系统的电压分布。在一种情形中，功率可从功率网530提供给负载538。相应地，功率网530充当功率源，以及负载538充当接收器。在另一个示例中，功率从光电板536提供给功率网530。在这个示例中，光电板536充当功率源，以及功率网530充当接收器。

参考数字545表示与示范配电系统100对应的电压分布，以及参考数字547表示常规配电系统的电压分布。如先前所述，示范配电系统包含模块化电压调节单元，其在沿配电馈线534的不同位置处来耦合到配电馈线534。表示为mvr1和mvr2的模块化电压调节单元在沿配电馈线534的不同位置处来耦合到配电馈线534。但是，常规配电系统仅包含单个电压调节装置vr，其在单个位置处来耦合到配电馈线534。参考数字535表示沿配电馈线534从上游端x向下游端z的方向。

此外，参考数字540表示指示沿配电馈线534的电压(单位为伏)的y轴，以及参考数字542表示指示沿配电馈线534的位置的x轴。而且，参考数字544指示在没有任何调节的情况下沿配电馈线534的电压。此外，vmax(limit)指示沿配电馈线534的最大电压，以及vmin(limit)指示沿配电馈线534的最小电压。

光电板536耦合在沿配电馈线534的点y处，以及负载538耦合在沿配电馈线534的点z处。功率可从光电板536提供给配电馈线534，以及功率可在负载538处从配电馈线534消耗。因此，在点y处的电压具有更高值，而在点z处的电压具有更低值。在图9的示例中，在点y处的电压高于vmax(limit)，以及在点z处的电压等于或低于vmin(limit)。

可注意，在常规配电系统547中，电压调节装置vr仅在点m处耦合到配电馈线534。在点m处，沿配电馈线534的电压基本上等于与电压调节装置vr对应的所确定的阈值vset_max(vr)。相应地，电压调节装置vr可调低在点m处并且在点m的下游沿配电馈线534的电压。但是，由于通过耦合在配电馈线534的点z处的负载538所消耗的功率，沿配电馈线534的电压下降低于电压vmin(limit)。因此，常规配电系统中的电压调节装置vr的这个布置不允许常规配电系统避免任何电压违反。

如图9所描绘的，在示范配电系统545中，模块化电压调节单元耦合在沿配电馈线534的多个点、例如点m和点n处。具体来说，模块化电压调节单元mvr1在点m处耦合到配电馈线534，而模块化电压调节单元mvr2在点n处耦合到配电馈线534。在一个示例中，模块化电压调节单元mvr1和mvr2可设置在不同配电外壳中。此外，在点m处，沿配电馈线534的电压基本上等于与模块化电压调节单元mvr1对应的所确定的阈值的上带vset_max(mvr1)。模块化电压调节单元mvr1可从一种操作模式切换到另一种，使得在点m处的电压下降预期值。

此外，在点n处，沿配电馈线534的电压基本上等于与模块化电压调节单元mvr2对应的所确定的阈值的下带vset_min(mvr2)。模块化电压调节单元mvr2可从一种操作模式切换到另一种，使得在点n处的电压增加预期值。因此，与示范配电系统对应的电压分布546沿配电馈线534保持在vmax(limit)与vmin(limit)之间。示范配电系统100帮助避免沿配电馈线534的任何电压违反。

如先前参照图1所述，一个或多个模块化电压调节单元可如由参考数字109所指示地那样相互耦合。图10是模块化电压调节单元、例如模块化电压调节单元110(其沿配电馈线、例如配电馈线106来设置)之间的耦合的一个示例的图解表示600。更具体来说，图10描绘设置在一个配电外壳中的一组模块化电压调节单元与设置在另一个配电外壳中的另一组模块化电压调节单元之间的耦合。

参考数字602表示配电馈线602，其又包含一组导体、例如图3的第一和第二组导体212、214。在一个示例中，每组导体又包含与三相对应的三个相导体和中性导体。

如图10所描绘的，第一组模块化电压调节单元610设置在第一配电外壳604中，以及第二组模块化电压调节单元612设置在第二配电外壳608中。第一和第二配电外壳604、608设置在沿配电馈线602的两个不同位置处。作为示例，第一配电外壳604可设置在配电馈线602的上游端处，而第二配电外壳608可设置在配电馈线602的下游端处。在图10的示例中，第一和第二组模块化电压调节单元610、612的每个包含三个单相模块化电压调节单元。此外，三个单相模块化电压调节单元610形成单个三相模块化电压调节单元603。类似地，三个单相模块化电压调节单元612形成单个三相模块化电压调节单元605。

另外，配电外壳604、608的每个包含水平汇流条、例如图3的水平汇流条204、206。在图10的示例中，与三相对应的水平汇流条可表示为x、y和z。

而且，各模块化电压调节单元610耦合到相应汇流条x、y和z。以类似的方式，模块化电压调节单元612的每个耦合到对应汇流条x、y和z。

此外，按照本说明书的方面，耦合到配电外壳中的给定水平汇流条的模块化电压调节单元串联耦合到与另一个配电外壳中的对应水平汇流条耦合的模块化电压调节单元。作为示例，模块化电压调节单元610(其耦合到第一配电外壳604中的水平汇流条x)与模块化电压调节单元612(其经由配电馈线602的相导体来耦合到第二配电外壳608中的水平汇流条x)串联耦合。以类似的方式，模块化电压调节单元610(其耦合到第一配电外壳604中的水平汇流条y和z)与模块化电压调节单元612(其经由配电馈线602的相应相导体分别耦合到第二配电外壳608的汇流条y和z)串联耦合。将针对图11更详细描述第一和第二配电外壳604、608中的模块化电压调节单元610、612的串联耦合。

现在转到图11，描绘设置在不同配电外壳中的模块化电压调节单元的串联耦合的图解表示640。具体来说，图11的示意图640描绘设置在一个配电外壳中的一个模块化电压调节单元与设置在另一个配电外壳中的另一个模块化电压分配单元之间的串联耦合。

示意图640描绘第一模块化电压调节单元642(其设置在第一配电外壳中)与第二模块化电压调节单元644(其设置在第二配电外壳中)之间的串联耦合。第一模块化电压调节单元642包含四个第一开关662、第一控制器664和第一变压器646。类似地，第二模块化电压调节单元644包含四个第二开关666、第二控制器668和第二变压器652。第一变压器646包含一次绕组648和二次绕组650，以及第二变压器652包含一次绕组654和二次绕组656。

参考数字658表示相导体。可注意，相导体658可表示与配电馈线602(参见图10)对应的相导体或者与水平汇流条204(参见图2)对应的相导体。而且，参考数字660表示中性导体。在一个示例中，中性导体660可表示与配电馈线602对应的中性导体或者与水平汇流条206(参见图2)对应的中性导体。

在第一模块化电压调节单元642中，一次绕组648具有第一端672和第二端673，以及二次绕组650具有第一端670和第二端671。此外，在第二模块化电压调节单元644中，一次绕组654具有第一端676和第二端677，以及二次绕组656具有第一端674和第二端675。

按照本说明书的方面，在各模块化电压调节单元中，变压器的二次绕组的第一端经由至少一个开关来耦合到一次绕组的第一和第二端的至少一个。作为示例，在第一模块化电压调节单元642中，二次绕组650的第一端670在由参考数字680一般表示的点处经由第一开关662耦合到一次绕组648的第一端672和第二端673的至少一个。具体来说，当激活开关662时，一次绕组648的第一和第二端672、673在点680处耦合到二次绕组650的第一端670。

以类似的方式，在第二模块化电压调节单元644中，二次绕组656的第一端674在由参考数字678一般表示的点处经由第二开关666耦合到一次绕组654的第一端676和第二端677的至少一个。作为示例，当激活开关666时，一次绕组654的第一和第二端676、677在点678处耦合到二次绕组656的第一端674。

按照本说明书的另外方面，多个模块化电压调节单元中的一个的变压器的二次绕组的第二端直接地和/或经由至少一个相导体来耦合到另一模块化电压调节单元的变压器的二次绕组的第一端。此外，变压器的一次绕组的第一和第二端的至少一个经由至少一个开关来耦合到相导体和中性导体的至少一个。

在图11的示例中，第一模块化电压调节单元642的变压器646的二次绕组650的第二端671经由相导体658耦合到第二模块化电压调节单元644的变压器652的二次绕组656的第一端674。而且，变压器646的一次绕组648的第一和第二端672、673的至少一个经由第一开关662耦合到中性导体660。此外，变压器652的一次绕组654的第一和第二端676、677的至少一个经由第二开关666耦合到中性导体660。如参照图11所述地那样实现模块化电压调节单元的耦合有利地帮助按照串联配置将设置在沿配电馈线的不同位置处的多个模块化电压调节单元相互耦合。

图12是表示按照本说明书的方面、操作配电系统以提供电压调节的预期值的示范方法的流程图700。将参照图1的组件来描述图12。

如上文所述，配电系统100包含功率网102，其经由配电馈线106和配电子馈线107耦合到负载112。此外，配电系统100还包含耦合到配电馈线106的光电板114。另外，配电系统100包含模块化电压调节单元110，其在沿配电馈线106的不同位置处来耦合到配电馈线106。而且，各模块化电压调节单元110包含变压器和至少一个开关。另外，配电系统100包含控制器126。控制器126包含处理子单元128和电气参数感测子单元130。

该方法开始于框702处，其中与沿配电馈线106的一个或多个位置对应的一个或多个电压使用控制器126来测量。

此外，在框704处，将所测量的电压与对应的所确定的阈值进行比较。在一个实施例中，框704的比较可由控制器126执行。按照本说明书的方面，在所确定的时间周期内将所测量的电压与对应的所确定的阈值进行比较，以便避免任何误报警。此外，如果所测量的电压偏离对应的所确定的阈值超过所确定的时间周期的周期，则可确立对电压调节的需要。如先前所述，所确定的阈值包含电压的所确定的设置点周围的值的范围。

在所测量的电压与对应的所确定的阈值的比较之后，可确定所测量的电压的一个或多个与对应的所确定额阈值的偏差，如由框706所指示的。在一个实施例中，控制器126可用来确定一个或多个偏差。在一个示例中，所测量的电压可高于所确定的阈值的上带或者低于下带。所测量的电压的偏差可使沿配电馈线106的电压分布是非均匀的。具体来说，所测量的电压的偏差可导致沿配电馈线106的电压分布的显著波动。

此外，在框708处，可确定基于在框706处所确定的一个或多个偏差的模块化电压调节单元110中的开关的切换模式。在某些实施例中，控制器126可用来确定切换模式。在一个示例中，如果所测量的电压高于上带大于所确定的时间周期的周期，则可确定促进沿配电馈线106的电压的降低的切换模式。在这个示例中，预期电压调节的幅值可基于通过其所测量的电压超过所确定的阈值的上带的值来确定。

在框710处，在沿配电馈线106的一个或多个位置处的电压基于在框708处所确定的切换模式来调节，以提供电压调节的预期值。控制器126可用来基于切换模式来调节电压。模块化电压调节单元110的开关可基于所确定的切换模式有选择地切换，以取得电压调节的预期值。如先前所述，电压调节的预期值可包含电压调节的正和/或负值。

沿配电馈线106的电压的这种调节帮助降低电压分布中的波动。因此，可沿配电馈线106保持相对较平坦电压分布。

此外，上述示例、实证和过程步骤(例如可由系统来执行的那些步骤)可通过基于处理器的系统、例如通用或专用计算机上的适当代码来实现。还应当注意，本技术的不同实现可按照不同顺序或者基本上同时、即并行地执行本文所述步骤的一些或全部。此外，功能可以以各种编程语言来实现，编程语言包含但不限于c++或java。这种代码可存储或者适合于存储在可由基于处理器的系统来访问以运行所存储代码的一个或多个有形机器可读媒体上，例如数据资料库芯片、本地或远程硬盘、光盘(即，cd或dvd)，存储器或其他媒体上。注意，有形媒体可包括在其上印制了指令的纸张或另一种适当媒介。例如，指令可经由纸张或其他媒介的光学扫描以电子方式捕获，然后经过编译、解释或者根据需要以适当方式另外处理，并且然后存储在数据资料库或存储器中。

提出配置成提供电压调节的预期值的配电系统以及用于在配电系统中提供电压调节的预期值的方法的各个实施例。此外，由于配电系统中使用的示范电压调节单元的结构是模块化的，所以用来取得电压调节的预期值的电压调节单元的数量可适当调整。此外，沿配电馈线的模块化电压调节单元的串联分布帮助保持沿配电馈线的相对较平坦电压分布。另外，示范模块化电压调节单元可改型到现有配电外壳中，由此避免使用用于安装的专用箱。此外，模块化电压调节单元的成本因更少数量开关的使用而相对较低。此外，配电系统可在任何配电网络中发现应用。可注意，常规模块化电压调节单元通常配置成提供电压调节的6-8%。但是，与由常规电压调节装置所提供的的那些值相比，示范模块化电压调节单元配置成提供电压调节的低得多的值。

虽然已经参照示范实施例描述了本发明，但由本领域的技术人员将理解，可进行各种变化，并且等效物可代替其中的元件，而没有背离本发明的范围。另外，可进行许多修改以使具体情况或材料适应本发明的教导，而没有背离其本质范围。