用于在电力网络中注入或提取功率的方法和系统的制作方法

用于在电力网络中注入或提取功率的方法和系统的制作方法
【专利摘要】提供了用于将功率注入到电力网络中或者从电力网络提取出功率的系统和方法。在方法中，获得关于PCC处的每条导线的等效戴维南电路的至少戴维南电压和戴维南电阻形式的戴维南参数。基于PCC处的特定量的功率和所获得的戴维南参数，获得所有导线的总戴维南功率。该方法计算待注入到PCC中的或从PCC提取的最佳电流，以注入或提取特定量的功率。该计算基于所述总戴维南功率和所述戴维南参数。该方法根据最佳电流来控制在PCC处的电流注入或提取。
【专利说明】
用于在电力网络中注入或提取功率的方法和系统
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求享有英国专利申请号1322487.8的优先权，该专利申请通过引用方式 纳入本文中。
技术领域
[0003] 本发明设及用于在电力网络中注入或提取功率的方法和系统，具体而言，设及通 过确定用于注入或提取功率的最佳电流进行电流补偿。
【背景技术】
[0004] 大多数电力系统目前使用处于低电压、中电压和高电压的双导线或更多导线交流 电（AC)运行，并且在一些情况下使用高压直流电（DCKHVDC)运行。AC传输线路和DC传输线 路两者均具有与导线电流的平方和导线电阻（即1?)成正比例的损耗。如果电流和电压同 相，那么所传输的功率与电流和电压的乘积成正比例。
[0005] 为了降低传输损耗，在AC的情况下使用变压器使电压增加，W及在DC的情况下使 用功率电子转换器和变压器使电压增加。在双导线单发电机系统中传输功率的最有效方式 是在电流与发电机电压同相时。在多导线和多个发电机的情况下，W最小损耗传输电流的 方式变得更加复杂，难W解决。
[0006] 电力网络可W是具有负载和许多不同形式的功率源的小型网络或微型电网或大 型国家电网。
[0007] 通常，电力系统由W下部分构成:将来自热能源、光能源、风能源、化学能源或其它 能源的能量转换成电能的发电机;将能量长距离地传输至配电网络的传输网络;将能量分 配给负载的配电网络；W及随机地在有限域中吸取能量的负载。
[000引电力电子方面的新改进提供了通过降低功率损耗来优化电力系统的新方法。新开 发的技术还使得私人客户有机会从风能或太阳能发电并将电力注入到电网中W及向负载 供应无功功率，W使从电网汲取的电流幅度减小，否则会增加传输损耗。
[0009] 由于先进的技术，在网络上的各个兴趣点(包括消耗点）处发电变得更容易且更经 济。该电力不仅用于在消耗点处供应负载，当生成过剩的电力时，该电力还被注入到电力网 络中。将电力注入到网络中可许多不同的方式进行，运是因为现代电力电子转换器可 W容易地控制注入到网络的每条导线中的电流的幅度和相位角。因此，运引起了W下问题： 运些需要是何种方式，W使得网络将W最小传输损耗接收或供应功率。
[0010] 通常将多导线系统中的电力W与连接点处的电压幅度相等且同相的方式注入到 网络中。然而，运不一定是使电力流向其消耗点的最有效方式，运是因为每条导线的电阻和 电抗特性W及电压可能并不总是相同。

【发明内容】

[0011] 根据本发明的第一方面，提供了一种用于在具有一条或多条导线的公共禪合点 (PCC)处将功率注入到电力网络中或从电力网络提取出功率的方法，包括:获得关于PCC的 每条导线的等效戴维南电路的至少戴维南电压和戴维南电阻形式的戴维南参数;基于在 PCC处的特定量的功率和所获得的戴维南参数来计算所有导线的总戴维南功率;计算待注 入到PCC中或从PCC提取的最佳电流，W注入或提取特定量的功率，其中，所述计算基于所述 总戴维南功率和所述戴维南参数；W及根据最佳电流来控制在所述PCC处的电流注入或提 取。
[0012] 进一步的特征提出了，获得关于PCC的每条导线的等效戴维南电路的至少戴维南 电压和戴维南电阻形式的戴维南参数包括:在无注入的电流的情况下测量PCC处的电压，W 获得戴维南电压；W及注入已知电流并且测量电压变化，W计算戴维南电阻。
[0013] 又一特征提出了，根据最佳电流来控制在PCC处的电流注入或提取包括:使用串联 的转换器或逆变器控制在每条导线中注入或提取最佳电流。
[0014] 还有一些特征提出了，根据最佳电流来控制在PCC处的电流注入或提取包括使用 并联的转换器或逆变器控制在每条导线中注入或提取最佳电流，包括:测量PCC处的每条导 线上的源电流或负载电流;计算所测量的电流与所计算的最佳电流之间的差值；W及使用 该并联的转换器或逆变器注入或提取差值电流。
[0015] 另外的特征提出，通过W下方式使该方法迭代:注入或提取第一计算的最佳电流； 重新获得戴维南参数;W及基于重新获得的戴维南参数计算第二计算的最佳电流。
[0016] 注入或提取电流W及重新获得戴维南参数可W周期性地重复，W产生戴维南参数 的运行值。
[0017] 注入或提取电流可W将所注入的电流叠加在任何注入或提取的电流上。
[0018] 进一步的特征提出，控制电流的注入或提取W注入与戴维南电压同相的电流，W 确保网络导线的损耗最小。
[0019] 戴维南电阻可W用于计算最佳电流的幅度。戴维南参数可W包括用于计算最佳电 流的相位角的戴维南电抗。
[0020] 又一特征提出，该方法包括:通过在未注入电流时在任何参考点处测量导线的电 压，计算从电阻加权零位参考点测量的戴维南电压。
[0021] 另外的特征提出，获得戴维南参数包括通过W下方式获得戴维南电阻:注入与戴 维南电压同相的电流，然后测量PCC处的电压;注入与戴维南电压反相的电流，然后测量PCC 处的电压;通过获取在PCC处测量的上述两个电压的差的绝对值并将该绝对值除W所注入 电流的幅度的两倍，计算戴维南电阻。
[0022] 进一步的特征提出，获得戴维南参数包括通过W下方式获得戴维南电抗:注入与 戴维南电压处于+90度相移的电流，随后测量PCC处的电压;注入与戴维南电压处于-90度相 移的电流，随后测量PCC处的电压;通过获取在PCC处测量的上述两个电压的差的绝对值并 将该绝对值除W所注入电流的幅度的两倍，计算戴维南电抗。
[0023] 所测量的电压可W为基频电压，并且可W是关于电阻加权零位参考点依赖于戴维 南导线等效电阻计算的。
[0024] 又一些特征提出，计算待注入或提取的最佳电流包括:将用于电阻加权零位参考 点处导线的戴维南电压改变为依赖于戴维南等效电阻的加权戴维南等效电压矢量;计算等 效戴维南电压点处的最佳戴维南总导线功率;通过使所计算的戴维南总导线功率除W加权 戴维南等效电压矢量的范数的平方来计算常数kA;W及通过使常数kA乘W加权戴维南电压 矢量来计算加权电流矢量。
[0025] 再一些特征提出，该方法包括:在戴维南参数已经确定后，计算当在公共禪合点处 注入或提取特定量的功率时能够到达网络等效消耗点的最佳附加戴维南功率。
[0026] -个实施方案提出所述方法包括通过迭代法计算戴维南总导线功率，包括:计算 最佳导线电流;针对所述导线中的每一条确定总功率损耗;基于在公共禪合点处的特定量 的功率推导出总导线损耗;W及使该方法迭代，直到戴维南功率收敛至足够的准确度。
[0027] 进一步的特征提出，该方法包括:在获得戴维南参数之后计算待在公共禪合点注 入或提取的最佳功率，使得特定量的功率最佳地到达消耗点。
[0028] 在一个实施方案中，公共禪合点处于多导线正弦交流(AC)系统，并且计算最佳电 流要计算电流幅度和相位角。在另一实施方案中，公共禪合点处于双线正弦交流(AC)系统， 并且计算最佳电流要计算相位角。在又一实施方案中，公共禪合点处于双导线或多导线直 流(DC)系统，并且计算最佳电流要计算电流幅度。
[0029] 进一步的特征提出，该方法包括:基于所获得的戴维南参数，计算当在特定的公共 禪合点(PCC)处最佳地注入或提取特定量的功率时能够到达网络等效消耗点的最佳附加功 率。
[0030] 又一特征提出，该方法包括:利用已知的源电压和已知的所注入或所提取的功率， 执行电流补偿法;计算与在公共禪合点处注入或提取的已知功率相关联的附加功率损耗； 通过将所计算的导线损耗与理论上可实现的最小损耗进行比较来确定功率损耗是否为可 W实现的最小功率损耗。
[0031] 再一些特征提出，计算与在公共禪合点处注入或提取的已知功率相关联的附加功 率损耗为:基于公共禪合点处的每条导线的总戴维南功率和各个戴维南电压和戴维南电阻 进行计算。
[0032] 根据本发明的第二方面，提供了一种用于计算待注入到电力网络中或从电力网络 提取出的功率的方法，包括:确定关于公共禪合点(PCC)的每条导线的等效戴维南电路的一 个或多个动态变化的戴维南参数；W及基于所确定的戴维南参数计算在公共禪合点处待注 入或提取的最佳功率，使得特定量的功率W最小损耗到达网络消耗者。
[0033] 进一步的特征提出，该方法包括:基于所计算的在多个公共禪合点中的每个公共 禪合点处待注入或提取的最佳功率，计算该多个公共禪合点中每个公共禪合点处的传输损 耗;确定最有利的公共禪合点。
[0034] 根据本发明的第Ξ方面，提供了一种用于在具有一条或多条导线的公共禪合点 (PCC)处将功率注入到电力网络中或从电力网络提取出功率的系统，包括:戴维南参数部 件，用于获得关于PCC的每条导线的等效戴维南电路的至少戴维南电压和戴维南电阻形式 的戴维南参数;戴维南功率部件，用于基于在PCC处的特定量的功率和所获得的戴维南参数 来计算所有导线的总戴维南功率;最佳电流部件，用于基于总戴维南功率和戴维南参数计 算待注入到PCC中或从PCC提取的最佳电流，W注入或提取特定量的功率；W及控制部件，用 于根据最佳电流来控制在PCC处的电流注入或提取。
[0035] 进一步的特征提出，用于获得关于PCC的每条导线的等效戴维南电路的至少戴维 南电压和戴维南电阻形式的戴维南参数的戴维南参数部件包括：电压测量部件，用于在无 注入的电流的情况下测量PCC处的电压，w获得戴维南电压；w及用于注入已知电流的已知 电流注入部件，并且所述电压测量部件还用于测量电压变化W计算戴维南电阻。
[0036] 又一特征提出，用于根据最佳电流来控制在PCC处的电流注入或提取的控制部件 包括:串联的转换器或逆变器，用于控制在每条导线中注入或提取所需要的最佳电流。
[0037] 再一些特征提出，用于根据最佳电流来控制在PCC处的电流注入或提取的控制部 件包括用于控制在每条导线中注入或提取所需要的最佳电流的并联的转换器或逆变器，该 并联的转换器或逆变器包括W下部件：用于测量PCC处的每条导线上的源电流或负载电流 的部件；用于计算所测量的电流与所计算的最佳电流之间的差的部件；W及使用该并联的 转换器或逆变器注入或提取为所述差的电流的部件。
[0038] 另外的特征提出，该系统包括用于通过W下方式使所述方法迭代的迭代部件:注 入或提取第一计算的最佳电流;重新获得戴维南参数；W及基于所重新获得的戴维南参数 计算第二计算的最佳电流。
[0039] 进一步的特征提出，该系统包括重新评估部件，该重新评估部件用于:注入或提取 第一计算的最佳电流;重新获得戴维南参数；W及基于所重新获得的戴维南参数计算第二 计算的最佳电流。
[0040] 又一些特征提出，戴维南参数部件包括戴维南电阻获得部件，该戴维南电阻获得 部件用于获得用来计算电流的幅度的戴维南电阻。
[0041] 再一特征提出，戴维南参数部件包括戴维南电抗获得部件，该戴维南电抗获得部 件用于获得用来计算最佳电流的相位角的戴维南电抗。
[0042] 又一特征提出，电压测量部件通过在未注入电流时在任何参考点处测量导线的电 压，计算从电阻加权零位参考点测量的戴维南电压。
[0043] 进一步的特征提出，戴维南电阻获得部件用于执行通过W下方式获得戴维南电阻 的步骤:注入与戴维南电压同相的电流，随后测量PCC处的电压;注入与戴维南电压反相的 电流，随后测量PCC处的电压;通过获取在PCC处测量的上述两个电压的差的绝对值，并通过 将该绝对值除W所注入电流的幅度的两倍，计算戴维南电阻。
[0044] 另外的特征提出，戴维南电抗获得部件用于通过W下方式获得戴维南电抗:注入 与戴维南电压处于+90度相移的电流，随后测量PCC处的电压;注入与戴维南电压处于-90度 相移的电流，随后测量PCC处的电压;通过获取在PCC处测量的上述两个电压的差的绝对值， 并通过将该绝对值除W所注入电流的幅度的两倍，计算戴维南电抗。
[0045] 该系统可W包括定时器，并且注入电流和重新获得戴维南参数可W周期性地重 复，W产生戴维南参数的运行值。
[0046] 注入电流可W将所注入的电流叠加在任何注入或提取的电流上。
[0047] 进一步的特征提出，最佳电流部件用于执行W下步骤:将用于电阻加权零位参考 点处导线的戴维南电压改变为依赖于戴维南等效电阻的加权戴维南等效电压矢量;计算等 效戴维南电压点处的最佳戴维南总导线功率;通过使所计算的戴维南总导线功率除W加权 戴维南等效电压矢量的范数的平方来计算常数kA;W及通过使常数kA乘W加权戴维南电压 矢量来计算加权电流矢量。
[0048] 在一个实施方案中，公共禪合点处于多导线正弦交流(AC)系统，并且最佳电流部 件计算电流幅度和相位角。在另一实施方案中，公共禪合点处于双导线正弦交流(AC)系统， 并且最佳电流部件计算相位角。在又一实施方案中，公共禪合点处于双导线或多导线直流 (DC)系统，并且最佳电流部件计算电流幅度。
[0049] 根据本发明的第四方面，提供了一种用于在电力网络的公共禪合点(PCC)处将功 率注入到电力网络中或从电力网络提取出功率的计算机程序产品，其中，PCC具有一条或多 条导线，该计算机程序产品包括存储有用于执行W下步骤的计算机可读程序代码的计算机 可读介质：获得关于PCC的每条导线的等效戴维南电路的至少戴维南电压和戴维南电阻形 式的戴维南参数;基于在PCC处的特定量的功率和所获得的戴维南参数来计算所有导线的 总戴维南功率;计算待注入到PCC中或从PCC提取的最佳电流，W注入或提取特定量的功率， 其中，所述计算基于所述总戴维南功率和所述戴维南参数；W及根据最佳电流来控制在PCC 处的电流注入或提取。
[0050] 进一步的特征提出，该计算机可读介质为非临时性计算机可读介质，并且计算机 可读程序代码能够由处理电路执行。
【附图说明】
[0051] 现在将仅通过示例的方式，参照附图来描述本发明，在附图中：
[0052] 图1是示出了根据本发明的实施方案的方法的流程图；
[0053] 图2是示出了根据本发明的实施方案的系统的部件的示意图；
[0054] 图3是示出了根据本发明的实施方案的系统的部件的框图；
[0055] 图4是示出了可W在其中实现本发明的实施方案的一个典型的微型电网电力网络 的示意图；
[0056] 图5是图4的微型电网的简化模型；
[0057] 图6是图5所描绘的简化微型电网网络的、示出本发明的各方面的戴维南等效模 型；
[0058] 图7是示出了根据本发明的各方面的戴维南网络的示意图；
[0059] 图8A是根据本发明的实施方案的正电流注入的相量图；
[0060] 图8B是根据本发明的实施方案的负电流注入的相量图；
[0061] 图9是根据本发明的实施方案的电阻计算器的示意图；
[0062] 图10是根据本发明的实施方案的Ξ相四导线戴维南系统的示意图；
[0063] 图11是根据本发明的实施方案的具有m导线电力电子转换器的示例性电力网络的 框图；
[0064] 图12是图11的网络的m导线戴维南等效电路；
[0065] 图13是具有功率源或功率耗散器(power sink)的另一示例性电力网络的框图；
[0066] 图14是示出了可W在并联的转换器(诸如图13的并联的转换器)处进行的方法的 框图；
[0067] 图15是根据本发明的实施方案的用于网络的单相戴维南模型的示意图；
[0068] 图16是示出了根据本发明的一个方面的实施方案的方法的流程图；W及
[0069] 图17示出了可W在其中实施本公开文本的各个方面的计算设备的实施例。
【具体实施方式】
[0070] 对于网络上的任何兴趣点，可W用等效戴维南电路来代替网络，该戴维南电路由 串联的、随时间变化的戴维南等效电压(Vth)、电阻器(Rth)和电抗(Xth)构成。
[0071] 戴维南电压是在一个特定时间处的但不是可W被认为处于任何特定点处的等效 电压。在注入到网络中的情况下，该戴维南电压是在功率得W吸收W做有用功(包括减轻现 有的传输损耗）的地方，或者当从网络提取功率时，该戴维南电压是在功率所源自的地方。 它并不具有物理存在，而是在网络简化为关于公共禪合点（PCC)的Ξ元件电路Vth、R化和Xth 时为等效"点"，其中在该PCC处连接有转换器"设备"。
[0072] 在戴维南"虚拟"或"等效"电压下的电流需要同相，W获得最小的损耗。
[0073] 所描述的方法和系统提供了将电功率注入到单相或多导线电力网络的优化方法， 使得功率W最小损耗到达其被消耗的目的地。所描述的方法和系统还可W应用于从电力网 络提取功率。
[0074] 可W提供一种下述方法和系统，该方法和系统将电功率注入到单导线或多导线导 线电力网络中或从单导线或多导线电力网络中提取出电功率，使得W整个电网络经受最小 损耗的方式，视情况而定将注入到网络中的附加功率从源传输至网络中的目的地或者将从 网络提取的附加功率从源传输至网络外的目的地。该方法和系统可W容易地用在正弦AC或 DC实现中，并且可W扩展到任何电压或电流型系统。当扩展到任何电压或电流型系统(诸如 非正弦系统、不平衡系统或不对称系统)时，原理也是有效的，但还需要测量基频电压。
[0075] 该方法和系统通过首先确定关于设备与电力网络的公共禪合点(PCC)的网络戴维 南等效电路来提供所描述的优化。戴维南等效电路由串联的下述Ξ个部件构成:戴维南电 压(Vth)、戴维南等效电阻器(Rth) W及戴维南电抗(Xth)。
[0076] 使用一条或多条导线的每个相位的上述动态变化的戴维南参数，可W确定正确的 最佳电流，并且可将网络的电传输损耗（1?)降为最小值的方式注入或提取该最佳电 流。该最小值可受到负载的能力和PCC的限制，并因而可能不是绝对的最小值。可W例如通 过在其他公共禪合点处的其他类似设备更进一步地降低损耗。因而，贯穿整个说明书所使 用的术语，诸如"最小损耗"、"确保网络导线的损耗最小"、"最佳电流"等均应当在此约束内 被解释。
[0077] 即使在其中关于PCC的戴维南特性由于负载和功率可用性变化而不断改变的动态 变化网络的情况下，网络的总损耗也始终被最小化。
[0078] 例如，任何Ξ导线网络(小型或大型）均可W在电流之和为零处(其可W在瞬时和 平均零序电压分量存在的更一般的情况下被称为零加权电压参考点，并且还可W包括谐波 和直流分量)建模为Ξ个戴维南等效单相电路。
[0079] 为了从连接到网络中的PCC的能量源获得最大功率并且该功率到达有效消耗点， (运实际上是每个相的戴维南电压），要求计算需要如何最佳地注入电流(即，W便获得最小 网络传输损耗）。戴维南电压不是网络中的特定点，而是关于任何特定PCC的等效(伪消耗点 或伪供应点）电压点。
[0080] 发现可W将关于特定的PCC的网络替换为每个相的由戴维南电压Vth、戴维南等效 电阻器RthW及戴维南电抗X化组成的简单戴维南等效电路，该戴维南等效电路是关于该PCC 的单相系统的充足表示，W用于用所描述的方法计算最佳地传输功率所需的电流。描述了 在任何时间动态地获得戴维南参数的有效方法的示例性实施方案，然而也可W使用获得戴 维南参数的其他方法。然后描述如何计算在所有时间所需的最佳电流的非常有效的方法。
[0081] 任何m导线网络(其可W为小型或大型网络)可W在网络上的任何节点处被建模为 m个单戴维南等效网络，所述单戴维南等效网络W电阻加权零参考点为参考。当网络实时改 变时，等效模型将相应地改变。
[0082] 参考点是根据W下方式得到的:将从公共参考(导线之一)所测量的所有电压各自 均除W相应的导线电阻后求和，总额再除W导线的电导之和。
[0083] 在本文描述的系统和方法中使用的电压可W基于电阻加权零位参考点进行调节， 并且并非是原始测量值（如由其他人使用的），原始测量值不能给出真正的戴维南等效参 数。
[0084] 在已获得用于m个单戴维南等效网络的等效戴维南参数后，可W使用电流补偿法 计算m个电流和相位角。因此，运意味着注入到每条导线中的功率不一定是相同比例的。
[0085] 可W使用各种电流补偿法。在简单电力系统的情况下，并且假设戴维南参数是已 知的，可W通过置换分析计算电流;然而，运可能较耗时。
[0086] 所使用的一种置换方法可W包括：W所有可能的方式对PCC处可用的总功率在导 线之间进行解列（split),并且计算针对每种情况所获得的总戴维南功率。运可W首先通过 W下方式进行:将总功率的10%、20%、30%至100%分配给每条导线，并且分析它们的所有 可能置换。给出最小损耗的功率解列可W给出最大解列位于何处的在10%内的近似值，并 且通过重复此过程、W1%的增量在所发现的点周围进行放大可W更精确地确定最大解列 位于何处。如果在不同时间处的两个负载电流W及在PCC处的电压在幅度和角度方面是已 知的，那么可W提取戴维南电阻、电抗W及戴维南电压幅度。
[0087] 在M.Malengret和C.T.Gaunt的"General theoiT of instantaneous power for multi-phase systems with distort ion,unbalance and direct current components."'Electric Power Systems Research 81.10,第1897-1904页，2011 中，描述 了一种已知的电流补偿法，该文献通过引用方式被并入本文中。该篇文献论述了递送给定 的瞬时功率的经补偿供电线电流，并且其在下文中被称为"文献Γ。
[0088] 在M.Malengret和C.T.Gaunt的"General theoiT of average power for multi- phase systems with distort ion, unbalance and direct current components.''， Electric Power Systems Research 84.1，第224-230页，2012中，描述了另一种电流补偿 法，该文献通过引用方式被并入本文中。第一篇文献被扩展为能够在失真(非正弦）、不平衡 和DC偏移的情况下可应用于其中具有任何电阻的导线的任何m导线系统的平均功率域。该 文献在下文中被称为"文献2"。
[0089] 在C.T.Gaunt和M.Malengret的"True power factor metering for m-wire power systems with distortion .unbalance and direct current components''， Electric化wer Systems Research,95,第140-147页中，描述了电流补偿法的应用，该文 献通过引用方式被并入本文中。该文献说明了测量失真功率源的实用性，并且其在下文中 被称为"文献3"。
[0090] 贯穿下文的描述中，文献1、文献2和文献3可W被统称为"Malengret和Gaunt文献" 或诸如此类。类似地，在运些文献中提出的方法可W被称为"Malengret和Gaunt方法"或诸 如此类。
[0091] 仅当所有导线(在单导线返回（SWER)的情况下，包括中性线或地线）的线路电阻已 知时，才可W应用在所发表文献中描述的电流补偿法。在所描述的方法中，使用所求得的戴 维南电阻替代已知的线路电阻并且用戴维南功率Pth替代负载功率，由M.Malengret和 C.T.Gaunt开发的电流补偿法发现超出了仅功率因数补偿的新应用。
[0092] 参照图1，流程图（100)示出了所描述方法的一个示例实施方案。该方法可W在电 流补偿器系统进行，该电流补偿器系统例如可W设置有微型电网中央控制器(MGCC)或者诸 如逆变器、转换器等设备。
[0093] 所描述的方法可W应用在用于将功率注入到电力网络中或者从电力网络提取出 功率的设备。例如，该设备可W是如下逆变器或转换器，该逆变器或转换器用于将功率注入 到电力网络中或从电力网络提取出功率，或者用于调节进入或离开电力网络的功率相对于 每条导线（串联的或并联的）的分配。
[0094] 该方法可W用在W下情况中：
[0095] ?在多导线正弦系统(AC)中，用W获得对每条导线进行注入或提取所需的电流幅 度和相位角。
[0096] ?在单相正弦AC系统中，W获得待注入或提取的电流的相位角。
[0097] .在双导线化SWER的情况下，包括单接地返回）或多导线导线DC系统中，W获得 待注入或提取的电流的幅度。
[0098] .在具有非正弦电流和电压的双导线或多导线系统中。
[0099] .在任何电压和电流波形W及上述各项的组合中。
[0100] 在第一步骤（101)，选择m导线电力网络上的兴趣点作为公共禪合点。可W将网络 用关于PCC的每条导线的等效戴维南电路代替。
[0101] 在下一步骤（102)中，获得关于PCC的每条导线的等效戴维南电路的至少戴维南电 压(Vth)和戴维南电阻(Rth)形式的戴维南参数。电力网络的戴维南参数可W随时间动态地 改变，并且因此获得的戴维南参数可获得戴维南参数在特定时刻处的印象。因而，对于网络 的特定条件(例如，对于足够小的时间间隔），关于PCC的网络等效戴维南电压Vth是恒定的。
[0102] 获得戴维南参数的步骤(102)还可W包括获得戴维南电抗(Xth)。戴维南电阻(Rth) 可W用于计算最佳电流的幅度，而戴维南电抗(Xth)可W用于计算最佳电流的相位角。
[0103] 可W使用获得戴维南参数的任何合适的方法。在一些情况下，获得戴维南参数的 步骤(102)可W包括:在无注入电流的情况下测量PCC处的电压，W获得戴维南电压;然后注 入已知电流并且测量电压变化，W计算戴维南电阻。
[0104] 当在多(m)导线交流(AC)系统中应用该方法W获得每条导线的电流幅度和相位角 时，可W针对每条导线确定戴维南电阻Rth和戴维南电抗Xth，并将其编号为1到m。
[0105] 当在双导线AC系统中应用该方法W获得待注入或提取的电流的相位角时，可W确 定戴维南电抗Xth。单导线接地返回（SWER)系统也可W被视为双导线，可W将地视为导线。
[0106] 当在双导线或多导线DC系统中应用该方法W获得待注入或提取的电流的幅度时， 可W确定戴维南电阻Rth。
[0107] 在获得或确定戴维南参数后，然后在下一步骤（103)，基于在公共禪合点（PCC)处 的特定量的功率W及所获得的戴维南参数，计算总戴维南功率(Pth)。
[0108] 在下一步骤（104)，计算待注入到PCC中或从PCC提取的最佳电流，例如电流补偿矢 量，w注入或提取特定量的功率。该计算可w基于总戴维南功率和戴维南参数。计算电流补 偿矢量可W确定待注入或提取的最佳电流幅度和/或相位。
[0109] 在接下来的步骤（105)，根据最佳电流来控制在PCC处的电流注入或提取。在一个 实施方案中，根据最佳电流来控制在PCC处的电流注入或提取的步骤（105)可W包括:使用 串联的转换器控制在每条导线中注入或提取所需的最佳电流。在另一实施方案中，根据最 佳电流来控制在PCC处的电流注入或提取的步骤(105)包括:使用并联的转换器控制在每条 导线中注入或提取所需的最佳电流。运转而包括:测量PCC处的每条导线上的源电流或负载 电流，然后计算所测量的电流与所计算的最佳电流之间的差。然后使用并联的转换器注入 或提取为所述差的电流。
[0110] 在注入或提取第一计算的最佳电流(或所计算的最佳电流与所测量的电流之间的 差)之后的接下来的步骤(106)中，可W重新获得戴维南参数。如果需要更准确，运可W通过 W下方式进行:将电流叠加在现有的补偿器电流上，W调节所注入或所提取的电流的任何 不准确或者调节所述电流对网络(例如非线性)的等效戴维南参数可能具有的影响。然后可 W重新计算并相应地调节补偿电流，并且然后可W注入或提取基于所获得的动态变化的戴 维南参数的第二计算的最佳电流。
[0111] 该过程可W是迭代的过程，运是由于系统的非线性，所W需要W递增的步骤注入 功率并且建立更准确的戴维南参数，因为所注入或所提取的功率会影响戴维南参数的准确 性。
[0112] 该方法可W循环（107)?适应电力网络（108)的变化，然后循环至获得关于PCC的 每条导线的等效戴维南电路的至少戴维南电压和戴维南电阻形式的戴维南参数的第二步 骤(102)。
[0113] 动态变化的戴维南参数W及所注入或所提取电流的对应动态变化的迭代确定可 规则的时间间隔重复，W适应网络变化而调整，并改善戴维南参数的确定的准确性。取 决于应用，规则的时间间隔可W是每秒、每20秒、每分钟等。
[0114] 参照图2, W示意的形式示出可W在其中实施所描述的方法和系统的示例性电力 网络(200)。
[0115] 电力网络(200)可W是从小型到巨大型的任何电力网络，并且可W包括多个节点。 由于负载和发电可用性的变化，电力网络(200)可能不断地变动。
[0116] 可W提供设备（210)，W用于将电流注入(2?υ到电力网络(200)中或者或从该电 力网络提取(212)电流。设备(210)可W是逆变器或转换器。
[0117] 所描述的系统提供了用于设备(210)的电流补偿器系统(220)，该电流补偿器系统 动态地确定用W注入到电力网络(200)中或从该电力网络提取的最佳电流的幅度和/或相 位，W使电力网络(200)上的损耗最小化。在一些情况下，电流补偿器系统(220)可W包括一 个控制器，该控制器控制逆变器或转换器，并且具体地，该控制器控制将电流注入到网络中 或从网络提取出电流。
[0118] 在一些实现中，电流补偿器系统（220)可W具有用于执行计算机可读程序代码的 处理电路，W用于控制将功率注入到电力网络中或从电力网络提取出功率。
[0119] 设想了电流补偿器系统（220)可W远离设备(210)。在一些情况下，电流补偿器系 统可W经由通信网络与多个设备通信，并且可W动态地确定上述多个设备中的每一个待注 入到电力网络中或从电力网络提取的最佳电流的幅度和/或相位，w使电力网络上的损耗 最小化。电流补偿器系统可W例如经由通信网络从设备获得测量值，并且可W将用于注入 或提取电流的控制指令发送至设备。
[0120] 参照图3,一个框图示出了电流补偿器系统（220)的一个示例实施方案，该电流补 偿器系统用于在具有一条或多条导线的公共禪合点(PCC)处将功率注入到电力网络中或者 从电力网络提取功率，可W确定该一条或多条导线处的戴维南参数。
[0121] 该系统可W包括戴维南参数部件(302)，该戴维南参数部件用于获得关于PCC的每 条导线的等效戴维南电路的至少戴维南电压和戴维南电阻形式的戴维南参数。戴维南参数 部件(302)可W包括：电压测量部件(303)，用于在无注入电流的情况下测量PCC处的电压， W获得戴维南电压；W及已知电流注入部件(304)，用于注入已知电流。电压测量部件(303) 还可W测量电压变化，W计算戴维南电阻。可W提供戴维南电阻确定部件(305)?用于计算 戴维南电阻。戴维南参数部件(302)还可W包括用于确定戴维南电抗的戴维南电抗确定部 件(306)。
[0122] 可W提供戴维南功率部件(307)，W用于基于在PCC处的特定量的功率和所获得的 戴维南参数计算所有导线的总戴维南功率。
[0123] 可W提供戴维南参数重新评估部件(308)，W用于在注入或提取所计算的电流后 进一步调节参数。
[0124] 可W提供最佳电流部件(309)，W用于基于总戴维南功率和戴维南参数计算待注 入到PCC中或从PCC提取的最佳电流，从而注入或提取特定量的功率。计算最佳电流可W包 括计算待由电流补偿器系统(220)注入或提取的幅度和/或相位。
[0125] 还可W提供控制部件(310)，W用于根据最佳电流来控制在PCC处的电流注入或提 取。在一些实施方案中，可W提供电流注入器/提取器(311)，W用于根据最佳电流在PCC处 注入或提取电流。
[0126] 在一个实施方案中，控制部件(310)包括串联的转换器或可W接合至串联的转换 器，该串联的转换器用于控制在每条导线中注入或提取所需的最佳电流。在另一实施方案 中，控制部件(310)包括并联的转换器或可W接合至并联的转换器，该并联的转换器用于控 制在每条导线中注入或提取所需的最佳电流。并联的转换器可W包括用于下述操作的部 件:测量PCC处的每条导线上的源电流或负载电流;计算所测量的电流与所计算的最佳电流 之间的差；W及使用该并联的转换器注入或提取为所述差的电流。
[0127] 可W提供迭代部件(312)?用于使该方法迭代，并且可W提供定时器(313)?用于 动态电流补偿的定时迭代。
[012引电力网络的简单戴维南模型
[0129]图4示出了包括微型电网（402)的示例性电网（400)，该微型电网具有多用途节点。 运些节点的示例包括:吸收功率的常规负载，诸如加热器、空调等；W及微发电装置，诸如光 伏电池(PV)、蓄电装置（电池）、热电联产(CHP)和微型满轮机。如本文所描述的电流补偿器 系统可W设置在公共禪合点（PCC)处，W用于电流的最佳注入或提取。PCC可W是电力网络 中的源与负载之间的任何接口。在一种情况下，PCC可W是微型电网（402)连接到主电网 (400)的地方。在其他情况下，例如，PCC可W是光伏电池(PV)、微型满轮机、蓄电装置、热电 联产等连接到电网或微型电网的地方。
[0130] 戴维南等效理论指出，任何复杂的网络(诸如由示意图示出的网络)都可W替换为 具有等效电阻、等效电抗和等效电压源的简单电路。
[0131] 运可W通过使用经典的网络分析而缩减为戴维南等效电路，但为简化起见，在如 图5所示的较简单网络(500)上模拟该方法的有效性。
[0132] 此部分表明，当系统改变时，关于PCC的戴维南等效电路也改变。连同运一点一起， 还表明，当将功率注入到复杂的网状网络中时，产生与在注入到简单的等效模型中的情况 下相同的结果参数。运已经针对单相得W证实，表明每个相如何有效地独立运行。
[0133] 将如图4中所描绘的网络W下述方式简化为图5的网络(500):使负载作为可变电 阻器;使PV节点作为电压源(503);使传输线作为电感器和电阻器(504); W及使微型满轮机 作为可变电阻器或兴趣节点（501)。图5的简化微型电网还包括高压化V)源(505)，W模拟高 压网络。
[0134] 图6是图5所示的电网网络的戴维南等效模型（600)。该戴维南等效模型包括具有 相关参数的部件。上述部件包括具有电阻R化的戴维南电阻器(601)、具有电抗X化的戴维南 电抗器(602)、具有电压Vth的戴维南电压源(603)和兴趣节点(604)。
[0135] 通过使用用W针对不同网络行为中的每一个计算戴维南等效参数的简单程序，求 得戴维南等效参数，例如电阻R化和电抗Xth。线路电抗保持恒定。对图5和图6的两个示意性 网络进行模拟，并且对于每种不同的情况求得在兴趣节点（501)、（604)处的电压。对两种模 型的电压进行比较。
[0136] 针对典型网络可能处于的不同状态，展示了 W下各项：
[0137] .默认值；
[013引 ?通过使PV节点(503)的电压等于零，将PV源断开；
[0139] .通过使HV源(505)的电压也等于零，将微型电网与电网隔离开(断电）；
[0140] ?通过将可变负载(502)的电阻改变为负欧姆，网络上的其他负载不再吸收功率， 而是现在广生功率；
[0141] ?通过改变可变负载的电阻，网络上的其他负载吸收更多的功率。
[0142] 通过经典电路理论或使用参数推导法利用所描述的模拟得出的戴维南参数在所 有情况下均是匹配的。运表明，可W描述任何复杂网络的单相的戴维南特性，W用于确定功 率损耗和到达其消耗点的最佳功率。
[0143] 通过注入电流和吸收电流来模拟消耗节点和发电机节点，W计算戴维南参数。当 未注入功率时W及当已经在PCC处注入或提取功率时，可W叠加运些电流，运些电流并非补 偿电流的一部分。在所引入的功率相对于网络的功率相当大的情况下，可W运么做W提高 戴维南参数的准确性。
[0144] 如果网络和负载存在非线性，那么可W逐步地引入功率，并且可W在需要时W注 入或提取功率变量Pth为增量地重新调节戴维南参数。可替代地，可W-次总体引入全部功 率Pth，并且可W在需要时通过使功率水平小幅度地改变且重复此过程来进行校正。
[0145] 该模拟是针对微型满轮机的情况进行的，但对于网络上的任何节点，同样可W容 易地进行该模拟。如功率理论指出的，对于网络中的任何节点均可W求得戴维南等效。 [01W 网络特性计算方法
[0147]逆变器能够注入与电压同相的电流，甚至在电压改变时也如此。注入的电流使电 压改变。基波电压的幅度将改变A V，运是由所注入的电流W及网络上的R化和X化参数确定 的。
[0148] 网络中的任何节点针对每条导线均具有等效戴维南等效模型，从而表示整个网 络。虽然电压的相位是未知的，但是在同相地注入电流时，可W将PCC处的电压的相位当作 参考并将其视为零相位角。
[0149] 图7示出了示例性戴维南网络(700)的示意图。戴维南网络(700)包括:具有电压Vth 的戴维南源(701);具有电阻R化的戴维南电阻器(702);具有电抗X化的戴维南电感器(703)。 戴维南网络(700)是关于公共禪合点(PCC)的，在此情况下，该PCC为逆变器(704)连接到网 络的地方。在下文中，将逆变器(704)的电压表示为Vinv，并且通过逆变器注入的电流的幅度 为Iinv 〇
[0150] 可W使用各种不同的方法来计算戴维南参数。下面详细地描述一种方法;然而，其 他方法可W包括在两种或更多种不同的条件下测量电流和相位角。
[0151] 图8A示出了用于逆变器(704)处的正电流注入的相量图（800)，并且图8B示出了用 于该逆变器(704)处的负电流注入的相量图（850)。相量图（800)和(850)表明可W通过下述 方式来计算戴维南电阻:注入与电压同相的电流，并且在下一时刻注入具有相同幅度的负 电流。电感器上的压降抵消，而电阻器上的压降相加在一起。
[0152] 因此，首先注入与电压同相的基波电流(或在DC的情况下注入DC电流），然后注入 与电压反相（180度异相）的电流。在上述情况中的每种情况下测量两个电压Vin+和Vin-的 幅度。所测量的电压可W是基波电压W适应非正弦电流。如果使用正弦电流，则可W使用该 电压。
[0153] 然后可W计算戴维南电阻：
[0154]
[0155] 在相量图中，看到可W计算Rth。在相量图中表明，当注入正电流Ipos时，将看作PCC 的逆变器(704)处的电压标记为Vin+。另一方面，当采用负电流Ine耐，将逆变器(704)处的电 压标记为Vin-。使在每个不同的时间段发现的逆变器处的电压相减（Vin+-Vin-)，将产生 2RthIinveXthIp日S与XthiNEG抵消，而Rthip日S与RthiNEG相力日，运是因为电流的幅度是相同的（I Ipos = |lNEG|=Iinv)。因此，可W通过简单地除W所注入电流的幅度的两倍来求得戴维南电阻 (等式1)。
[0156] W相同的方式，可W用此方法计算戴维南电抗，不同之处在于所注入的电流现在 相对于电压处于90度的相移。电抗也是使用(等式1)、利用相应注入时间处的电压计算的：
[0157]
[0158] 电力电子模拟包已用于演示如何可W在单戴维南电路中确定戴维南参数。为了模 拟逆变器，在模拟模型中使用了注入与电压同相的电流的简单正弦电流源。
[0159] 对于网络的电抗计算，电流源模型W90度的相移跟随电压。
[0160] 图9示出了与图7的示例性戴维南网络类似的一个示例性戴维南网络的示意图 (900)，不同之处在于包括多个探测器W用于测量各种参数。探测器包括探测器1(910)和探 测器4(913)，它们用于在确定戴维南参数时相对于PCC处的电压来控制电流的注入。探测器 2(911)和探测器3(912)也测量PCC处相同的电压和电流，但却用于计算电流的目的。戴维南 网络包括戴维南源(901)、戴维南电阻器(902)、戴维南电抗(903)和逆变器(904)。
[0161] 在第一步骤中，注入与电压同相的电流，并使用探测器2(911)记录最大电压。在5 个周期之后，注入幅度相同但现在处于180度异相的电流，并再次记录电压峰值。最后使用 方程块、利用(等式1)计算Rth，并使其显示在数字视图块中。在实践中，可W对电压和电流的 瞬时值进行采样并保持至少50赫兹周期的持续时间，并且将所采样的值用于计算戴维南参 数和待需注入的电流。
[0162] 重复进行此方法W获得基准电力网络的所有典型参数，并且记录实际值和所计算 的值。
[0163] 重复此过程W用于计算电抗。唯一进行的改变在于，电流源首先相对于PCC处的电 压处于+90度相移，然后相对于PCC处的电压处于-90度。其后，使用相同的方程块，并且将结 果导入到表中。
[0164] 根据经典功率理论公知的是，戴维南模型可W表示任何复杂的网络。还已经示出， 上述方法正确地计算了关于任何PCC的戴维南参数，因此运些参数可W用于计算所需的电 流幅度和角度，W确保在任何PCC处注入到网络中的功率W最小损耗到达其目的地(该功率 被消耗的地方）。
[0165] 逆变器可W连接到如在公共电力系统中的Ξ导线系统，并且可非常少的计算 时间计算每个网络的特性。
[016引使用源电压和逆变器电压的电流补偿法
[0167] 先前已表明，整个复杂的网状网络可W针对每个相表示为简单的戴维南等效网 络。如果在任何节点处存在来自任何源(PV、风力满轮机等）的可用功率，那么期望获知将多 少功率提供到每条导线上，W将最大功率传输至可W使用该功率的地方（即戴维南电压 源），或者换言之，使得功率W最小损耗到达其目的地。电流注入法做到了运一点。
[0168] 然而，为了注入电流W实现最小损耗，必须确定在该方法的电流计算中必须使用 的是等效戴维南电压还是连接点处的电压。已发现，在计算中必须使用戴维南等效电压而 非注入点或消耗点处的电压。原因在于，戴维南等效电压相对于所注入或提取的电流的幅 度具有不变性，所注入或提取的电流的幅度将是根据在上面所参考的文献中发表的 Ma 1 engre t和Gaunt方法的。运也意味着，所注入或所提取的电流将与戴维南等效电压同相， 但不与补偿器设备的连接点处的电压同相。
[0169] 例如，具有零电阻中性导线的Ξ相系统可W简单地由Ξ个戴维南电路表示。图10 示出Ξ相四导线戴维南系统（1000)。系统（1000)包括Ξ个戴维南等效电路，每个戴维南等 效电路具有多种戴维南部件。每个戴维南等效电路具有戴维南源（1010、1020、1030)、戴维 南电阻器(1011、1021、1031)、戴维南电抗(1012、1022、1032)和逆变器(1013、1023、1033)。
[0170] 图11是根据本发明的实施方案的具有m导线电力电子转换器(1103)的示例性电力 网络（1101)的框图。转换器（1103)在PCC(1102)处连接至电力网络，并且可操作W将所注入 或所提取的功率Pin/out(1104)转换为PCC(ll〇2)处去往或来自网络（1101)的最佳电流幅 度和/或相位。
[0171] 图12示出PCC(1202)处的m导线戴维南等效电路（1200)，其具有图11的m导线电力 电子转换器(1203)或补偿器。电路(1200)针对m条导线中的每一条都包括戴维南电阻Rthm和 电抗Xthm( 1231、1232、1233、1234)，并且针对m条导线中的每一条都包括戴维南源Vthm( 1221、 1222α223α224)〇
[0172] 在Malengret和Gaunt文献中描述了已知的电流补偿法，现在将参照图η和图12对 该方法进行描述。该方法将应用于图11和图12的示例性网络和等效电路，不同之处在于使 用根据本发明的实施方案的动态确定的戴维南参数代替在Malengret和Gaunt文献中提出 的固定物理值。
[0173] 在如Malengret和Gaunt文献中所描述的并且根据本发明的实施方案进行调整的 电流注入或补偿法的第一步骤中，将戴维南电压改变为依赖于戴维南电阻的加权戴维南电 压矢量(等式3)。将如图11和图12所示的PCC处的每条导线的戴维南电压和戴维南电阻分别 称为Vthl、Vth2、. . .Vthm和Rthl、Rth2、. . .Rthmo
[0174]
[0175] (运在文献1中被称为等式9至等式12。）
[0176] 其中，Vthl、Vth2、.. vthm为W电阻加权零位参考点为参考的戴维南电压。电压参考是 按照在文献1中所解释的内容而进行的，其中待使用的电压为基于电阻加权零位参考点的 经调节值，而非原始测量值。电阻加权零位参考点是根据W下方式得到的：将从公共参考 (导线之一)所测量的所有电压各自均除W相应的导线电阻后求和，总额再除W导线的电导 之和。原始测量值无法给出真正的戴维南等效参数。Rthl、Rth2、. . .Rthm为先前所确定的并且 如图12的电路(1200)所示出的每条导线的等效戴维南电阻。
[0177] 在下一步骤中，根据下面的等式13计算(所有导线的）总戴维南功率Pth，稍后在本 说明书描述该等式的推导。在PCC处的特定量的功率Ppcc是已知的，并且在等式中用于确定 最佳的附加总戴维南功率Pth。
[0178] 该等式对于Pth具有两个解，一个解用于提取的功率，另一个解用于注入的功率。待 提取的功率为针对Pth的两个解中的较大者。待注入的功率为针对Pth的两个解中的较小者。
[0179]
[0180] 重要的是要注意，Pth是在未确定最佳电流的情况下计算的。由于在网络上注入功 率的非线性W及可能对戴维南参数具有的影响，可W使用迭代法计算Pth;然而，可W使用如 上所计算的Pth作为开端。在已获得具有一定准确性的Pth之后，可W停止迭代。
[0181] 在接下来的步骤中，通过使Pth除W加权电压矢量的范数的平方来计算常数kA(等 式4)。
[0182]
[0183] (其参引文献2中的等式17。）
[0184] 其中，II Vth II2为如文献2中所描述的参考加权电压的戴维南加权瞬时电压vth'的 范数的平方。
[0185] 在接下来的步骤中，通过使常数kA乘W加权电压矢量来计算加权电流矢量(等式 5)。
[0186] 1'A(t) =kAV'th(t)(等式5)
[0187] (其参引文献2中的等式17。）
[0188] 其中，表示如在Malengret和Gaunt文献中所描述的电阻加权矢量值。
[0189] 最后，待需注入或提取的电流矢量被确定为：
[0190] iA(t) = i'A(t)鸣-1/2 (等式 6)
[0191] 上述方法与所发表文献的方法不同之处在于四个方面:本方法使用加权戴维南电 压替代连接点处的加权电压，使用戴维南功率Pth替代连接点处的功率，并且使用所计算的 戴维南电阻替代实际的导线电阻，W及使用戴维南电抗W用于确定每个导线电流的相位 角。所发表的文献假设禪合点处的电压相比于注入的电流是不变的，本方法并未如此。尽管 文献3明确地承认文献1、2和3中发表的方法是假设恒定的，但实际上仍然会发生变化，并没 有提出任何考虑该变化的解决方案。因此，需要使用替代的参数组。本文描述的实施方案识 别并利用运些参数。
[0192] 代替使用导线电阻、忽略电抗W及使用禪合点处的电压和功率，使用戴维南电阻、 戴维南电抗、戴维南电压和戴维南功率提供了显著的优点。特别地，克服了假设的缺陷，该 假设在文献3中被识别为无效的假设。
[0193] 图13是具有功率源或功率耗散器(1303)的另一示例性电力网络（1301)的框图。功 率源或功率耗散器（1303)在PCC( 1302)处连接至电力网络，并且将功率注入到网络（1301) 中或者从该网络提取出功率。图13与图11的不同之处在于：由功率源或功率耗散器（1303) 注入或提取的功率(视情况而定)没有按运里描述的方法最佳地进行注入或提取。
[0194] 替代的是，利用并联(平行）的转换器（1305)或并联的有源滤波器，通过仅增加所 注入或所提取电流（Is)与所需的最佳电流（Ια)之间的所需差，可W获得相同的最佳电流注 入或提取。并联的转换器(1305)仅需要注入在期望电流与典型功率源或负载的电流之间的 差（Ig)。在一些情况下，并联的转换器（1305)可W仅处理功率的无功分量而不处理功率的 有功分量，然而在其他情况下，例如在设置有具有蓄电装置的过滤器的情况下，可W根据导 线电阻传输功率的有功分量。在蓄电装置（例如电池、电容器等）设置有并联的转换器 (1305)的情况下，那么流入或流出PCC(1302)的功率的有功分量可能短时间不同于流入或 流出功率耗散器(1303)的功率的有功分量。
[0195] 所需的电流（le)可W在无实际功率的情况下注入（除了可能用于最小损耗的之 外），因此可能仅引入非有功功率。
[0196] 并联的转换器（1305)的有利之处在于，其实质上可W更小、更便宜并且更有效。图 14是示出了可W在并联的转换器诸如图13的并联的转换器处进行的方法的框图。
[0197] 在第一步骤（1402)，该方法可W确定关于PCC的等效戴维南参数。该步骤（1402)可 W包括下述步骤:在不同的时刻测量每条导线的电流和电压，并且使用运些参数确定戴维 南参数，例如如上面关于图7、图8A和图8B所论述的那样或者根据任何其它合适的方法来进 行。在下一步骤（1404)，该方法可W测量功率源或功率耗散器的导线电流（Is)。然后，在接 下来的步骤（1406)，该方法可W计算流至PCC或从PCC流出的功率。在下一步骤（1408)，该方 法可W例如按照先前描述的等式13计算戴维南功率(Pth)。然后，在接下来的步骤(1410)，该 方法可W例如按照上述等式6计算使损耗最小化所需的最佳电流（Ια)。然后，在下一步骤 (1412)，计算最佳电流(Ια)与实际导线电流(Is)之间的差，W给出用W使损耗最小化所需的 电流（1C)。在接下来的步骤(1414)，由并联的转换器注入所需的电流(1C)。为了准确性和系 统的动态变化，该方法可W在必要时重复（1416)。
[0198] 在需要处理功率(例如DC到AC)的情况下，将使用串联的转换器，并且其将产生所 需的最佳电流。然而，在功率通过直接连接至PCC的发电机、现有的商用转换器、负载等被注 入的许多情况下，可W使用并联的转换器来优化电流。运将引起网络中减少的传输损耗。
[0199] 并联的转换器还可W在网络中的任何点被引入，并且可W例如置于传输线的开始 或尾端处、置于电力系统的不同节点处、W及置于网络节点之间的任何方便的点处。
[0200] 对Ξ导线电力系统的功率分配的置换分析
[0201] 在通常的Ξ导线电力网络中，每个节点存在Ξ条可用的导线。如前所示，运些Ξ导 线模型特性(源电压和阻抗）中的每一个随时间变化，并且可W如先前所描述的那样利用电 流注入和戴维南电阻器计算方法来计算该变化的特性。在简单的情况下，使用置换分析，也 可W求得为了在源处得到最大功率而在每条导线上注入的功率。在求得最好的或最佳的结 果(即，处于Pth的最大功率)后，使用电流补偿法并且比较结果用作对本发明构思的证明。
[0202] 图15示出了用于网络的单相戴维南模型的又一示意图（1500)。戴维南网络（1500) 包括具有电压V化的戴维南源（1501)、具有电阻R化的戴维南电阻器（1502)、具有电抗X化的戴 维南电抗(1503) W及接收戴维南电路的电流Iin的逆变器(1504)。
[0203] 对于网络电压和电流为正弦且不存在电感的简单示例性情况，并且在需要找到当 在PCC处注入功率时给出最少传输损耗的最佳导线电流解决方案的情况下，可W进行W下 过程。
[0204]假设对于每条导线而言，来自任何源(光伏阵列、电池等）的可用功率(Ppgg)、V化和 Rth是已知的。根据运些，可W通过W下等式计算在注入功率时到达每条导线的戴维南电压 (实际上为消耗点）的功率：
[020引 Pth = VthI 化（等式 7)
[0206] Vpcc = Vth+RthIpcc (等式 8)
[0207] 将(等式8)代入(等式7)中，并且由于PCC处的电流与戴维南点处的电流相同，使用 带方根的等式求解电流得出：
[0210]因此，达到戴维南等效电压或从戴维南等效电压提取的功率为： Pth = VthIpcc (等式 9)
[0212]然后可W通过W下方式使用上面的两个等式计算到达每条导线的戴维南点的功 率:首先通过置换法、使用分配给每条导线的功率来计算每条导线的电流;然后，使用等式9 计算到达具体的戴维南导线点的功率。然后可W通过将所有的各个导线戴维南功率相加来 求得总戴维南功率。
[0213]当在计算时CC和Ipc冲使用适当的符号输出时，也可W进行此操作。
[0214]功率输入是指PCC处的功率，并且当提取时其变为负值。Pth在任何情况下均保持， 并且将由Iin的幅度和符号来确定。运些等式仅适用于置换分析，运是因为置换分析针对每 种(解列)情况呈现出每条导线之间的功率解列。
[0215] 置换法包括形成待注入到PCC点处的每条导线中的功率的阵列。在一种示例性场 景中，1000瓦可用于注入到网络中。在每条线路上W100瓦（即10%)为步长、在线路1和线路 2上始于0瓦（因此在线路3上共1000瓦），每次使用所得到的特性(保持恒定)和上面的等式9 计算达到每条导线的等效戴维南电压(实际上为消耗者)的功率。记录所有的针对每次置换 所获得的总戴维南功率，并将它们映射到示出达到戴维南点的总功率(通过将每条导线上 的相应注入功率求和）的Ξ维区域图形中。然后W10瓦（即1%)为步长，考虑(或放大)给出 最大值的置换，W获得具有1%的分辨率的更准确的最大值。在电子表格中，将使用置换所 求得的最大值与电流补偿法进行比较。
[0216] 使用W100瓦为步长的表格发现的在10%的准确度内的、到达消耗点（戴维南等效 电压）的最大功率略小于使用电流补偿法求得的最大值。仅当上述方法使用10瓦的较小置 换步长进行"放大"时，才会求得与使用本方法所求得的最佳功率几乎完全一样的最大值。
[0217] 总之，使用电流补偿法针对每条导线所求得的电流与置换分析中每条导线上的最 佳功率比直接相关。利用已知的网络特性开发的电流补偿法可W用于针对最有效的功率流 计算每条导线的电流。
[0218] 利用已知注入功率的最佳功率流
[0219] 在此部分，得到一种用W利用PCC处注入的已知功率制定将由消耗者接收的最佳 功率的解决方案。
[0220] 在之前的部分中，已经发现电流补偿法可W确定实现最佳传输所需的电流，使得 对于任何具体的可用功率而言，都使最大功率到达消耗者。
[0221] 下面为用于计算到达消耗者的功率的方法。
[0224] 根据文献2获知所有导线的功率损耗之和为Mi' II2,因此平方法(等式10)给出该 3导线系统的功率损耗为：
[0222] 根据最初的理论，在用Pth替换P并且用V'th替换V'2后，给出最小损耗的加权电流矢 量为：
[0223]
[0225]
[0226] 因此，对于注入电流的情况，戴维南点处的功率为所注入的功率减去上面所计算 的损耗(等式11)。对于提取电流的情况，戴维南点处的功率为所注入的功率加上上面所计 算的损耗(等式11):
[0227]
[02%]采用二次方程式求解(等式12)PDut给出两个解，一个解用于注入功率，另一个解用 于提取功率(减号适用于注入）：
[0229]
[0230] 能够根据戴维南等效电路确定到达网络W用于有用目的的、注入到任何PCC中的 最佳量的功率(没有实际上计算最佳电流)具有有利的应用。运同样适用于获知需要多少功 率W将功率输出至具体的PCC。
[0231] 例如，系统运营商将能够计算需要在每个蓄电装置或供应点(PCC)注入的功率，使 得所需的特定附加量的功率到达消耗者(戴维南电压），并因此关于应当要求哪个点来递送 所需的功率做出更加明智的决定，并且计算与每个可能的PCC相关联的传输功率损耗。运可 能对于在从网络上的各输入或输出电力的投标者询求电力的价格后在选择投标者方面是 重要的。
[0232] 因为电流补偿法要求电压是时间不变的，所W还必须计算逆变器须注入电流的节 点电压的相位(S)。由此，可W使源电压和电流的相位为零。
[0233] IVpccI Ζδ= Zthipcc+V化=RthIpcc+巧thIpcc+V化
[0234] 电压的角度被计算为：
[0235]
[0236] 因此，由此获知PCC处的每条导线的AC电流的相位角化DC的情况下，将不需要此 参数）。
[0237] 应当指出，由于戴维南电压点具有纯电压源(无电阻或无电感）的特性，所W所注 入的电流必须与戴维南等效电压(而不是PCC处的电压）同相，W确保等效导线(表示网络） 的（1?)损耗最小。因此，仅在计算中使用等效戴维南不变电压(而不是PCC点）W使得到最 小传输损耗时，由Malengret和Gaunt提出的已知补偿法才是最佳的，其中最小传输损耗是 所提出的关于单位功率因素的定义。
[0238] 在一个实施方案中，可W直接使用等式13计算戴维南功率Pth，等式13并不需要知 道电流，并且其基于公共禪合点处的特定量的功率和所确定的戴维南参数。
[0239] 在一个可替代的实施方案中，可W提供确定戴维南功率Pth的迭代法。可W使用等 式10和等式6,如先前所描述的那样计算最佳导线电流。然后可W通过每条导线的Rthlin2之 和来确定总功率损耗。然后可W从已知Ppcc中减去总导线损耗来获得Pth。该过程可W重复， 直到Pth收敛至足够的准确度。
[0240] 图16是示出了根据本发明的实施方案的一个方法（1600)的框状流程图。该方法 (1600)是对等式13的概念的检验证明或者是在未使用等式13的情况下确定最佳电流的方 法。
[0241] 在第一步骤(1601)，将到达源的功率即"戴维南功率或Pth"设置为输入功率(Ppcc)。 在第二步骤(1602)，使用等式10和等式6计算最佳电流，其后，在下一步骤(1603)，通过使用 所有导线损耗（即Rthlin2)之和计算线路损耗。在接下来的步骤（1604)，通过从时G碱去导线 损耗之和来计算Pth，然后在下一步骤（1605)，将该P化与Pth的先前值进行比较W确定其是否 足够准确，如果否，那么该方法循环(1606)至第二步骤(1602)。
[0242] 如果戴维南功率Pth的新值足够准确，那么则其将用于在下一步骤（1607)更准确地 确定最佳电流。
[0243] 然后可W使用根据本发明的实施方案的方法计算用W供应所确定的最佳输入功 率所需的电流矢量。
[0244] 然后将从迭代法求得的结果与来自上面的计算方法(等式13)的结果进行比较。在 运两种计算步骤中还可W容易地计算逆变器必须注入电流的角度。
[0245] 上面的结果表明两种方法之间的直接相关性。两者具有相同的网络特性，并且两 者输出相同的输出功率最优解决方案。运表明，运些方法可W由任何逆变器用来计算最佳 功率流。结果表明，使用所计算出的功率，可W使用电流补偿法，并且实际上确实得到开始 进行注入的功率。该方法要求电压是时间不变的，因此电流与源电压同相。由于正在注入功 率的逆变器不知道电压的相位，所W该逆变器仅能注入与逆变器所处的电压存在相移的功 率。
[0246] 总之，当预定量的功率在逆变器侧可用时，两种方法均可W用于计算输出功率。对 于逆变器，当需要在非常短的时间段（电压波形的一个或两个周期）内计算运些值时，该计 算方法将更理想，运是因为它将使用较少的计算时间。容易计算出所注入电流的相移，并且 求得最佳功率注入。
[0247] 典型网络的电流补偿模拟
[0248] 本部分的目的是展示在典型网络中的电流补偿法。对Ξ种典型网络进行了模拟。
[0249] 在之前的部分已经表明，典型网络可W表示为简单的戴维南等效网络。其还表明， 在逆变器的能力范围内，可W在网络上的任何节点处计算参数。在获知运些参数的情况下， 可W求得最佳电流矢量，W用于在注入的情况下使最大功率到达源，而在汲取功率时从源 汲取最少的功率。该模型并不表示网络的完整负载流。
[0250] 根据运些结果可W推断出，在戴维南等效模型的最佳功率与典型的网络模型之间 存在相关性。当注入功率时，功率不一定去往消耗点，运是因为在将功率注入到网络中或从 网络提取功率之前，消耗点还使现有的传输损耗降低。此方法提供了一种用于使逆变器得 到如下电流矢量的方式，该电流矢量对网络功率需求的减少具有最大影响。在使用相同电 流的情况下，注入与电压同相的电流将不会使网络所需的功率降低至当在功率消耗点或功 率生成点处注入或提取功率时可W实现的最小值。
[0251] 缉逆
[0252] 上面的部分逐步地解释和展示了用于使逆变器在任何节点处最佳地注入或汲取 功率的方法。已经表明，在典型网络中，即使它们被设计成平衡的，但实际上通常发现它们 并非如此。因此，在任何节点，每条导线将具有不同的电压和阻抗特性，因此在该导线上的 功率将不同地传输。还表明，对于与转换器连接的每个对应节点(或导线），可W得到网络的 简单3元素戴维南等效模型。
[0253] 已经提出一种计算针对与转换器连接的每条导线而言的等效的简单戴维南网络 的参数的方法，因此可W推断出可W求得任何的多个m导线网络特性。使用最近对于针对已 知的电阻、电压和功率的电流补偿法所发表的方法，展示了利用典型的网络，该方法确定引 起处于最小传输损耗的最佳总功率流的电流矢量。
[0254] 还表明，由于网络导线的阻抗和戴维南参数可W通过该方法或其他方法得到，所 W不仅可W计算每条导线上的最佳功率，而且还可W计算功率损耗W及将到达期望目的点 的功率。在大多数情况下，节点为负载并且将汲取功率或消耗功率。因为已经表明该方法对 于注入功率和汲取功率是凑效的，所W其还可W应用于该场景，并且可W得到测量负载所 需功率(包括相关联的最佳线路损耗)的准确方法。
[0255] 因此，已经表明，将此电流注入或提取方法与电阻计算器方法一起应用在逆变器 中W用于获得流入或流出网络的最佳功率是可行的。
[0256] 能够最佳地将电流动态地注入到多导线系统中W获得最小传输损耗的暗示，在小 型电网的应用中W及许多其他应用(诸如最佳的电力调度、功率因数的测量和仪表化定义、 网络的稳定性、最佳的负载流等）中在国际上具有重要意义。
[0257] 所描述的方法和系统可W用在W下应用中：
[0258] .将传统的或可再生的能源更有效地调度到网络中。
[0259] .将功率接收到蓄电装置中或在消耗点处接收功率。
[0260] .在选择最好的发电点或存储点方面做出明智的决定。例如，网络的控制中屯、管 理系统在多个潜在的调度点或存储点之间进行选择。
[0261] .通过在相位之间重新分配电流，使用无功功率在网络上的任何负载节点进行功 率因数补偿。运也可W在无实际功率的情况下实现。
[0262] ?测量和仪表化，包括更好的新的功率因数定义和电费应用。
[0263] 图17示出了可W在其中实现本公开内容的各个方面的计算设备（1700)的示例。该 计算设备（1700)可W适合于存储和执行计算机程序代码。在先前描述的系统图中的各参与 者和要素可W使用计算设备（1700)的任何合适数目的子系统或部件，W便利本文所描述的 功能。
[0264] 计算设备（1700)可W包括经由通信基础设施（1705)(例如，通信总线、交叉杆设备 或网络）互连的子系统或部件。计算设备（1700)可W包括至少一个中央处理器（1710)和计 算机可读介质形式的至少一个存储器部件。存储器部件可W包括系统存储器（1715)，该系 统存储器可W包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。基本输入/输出系统(BIOS) 可W存储在ROM中。系统软件可W存储在系统存储器（1715)中，包括操作系统软件。存储器 部件还可W包括辅助存储器（1720)。辅助存储器（1720)可W包括硬盘（1721)，诸如硬盘驱 动器，并且可选地可W包括用于可移除的存储部件（1723)的一个或多个可移除存储接口 (1722)。
[0265] 计算设备（1700)可W包括外部通信接口（1730),?用于计算设备（1700)在联网环 境中进行操作，从而使得能够在多个计算设备（1700)之间传输数据。经由外部通信接口 (1730)传输的数据可W为信号的形式，该信号可W是电子信号、电磁信号、光信号、无线电 信号或其它类型的信号。外部通信接口（1730)可W使得能够实现计算设备（1700)与其他计 算设备(包括服务器和外部存储设施)之间的数据通信。
[0266] 各种存储器部件形式的计算机可读介质可W提供对计算机可执行指令、数据结 构、程序模块和其它数据的存储。可W通过存储有能够由中央处理器（1710)执行的计算机 可读程序代码的计算机可读介质来提供计算机程序产品。计算机程序产品可W由非瞬态计 算机可读介质提供，或者可W经由通信接口（1730)经由信号或其他瞬态手段来提供。
[0267] 经由通信基础设施（1705)的互连允许中央处理器（1710)与每个子系统或部件进 行通信，并允许中央处理器控制来自存储器部件的指令的执行W及子系统或部件之间的信 息交换。
[0268] 外围设备(诸如打印机、扫描仪、摄像机等)和输入/输出（I/O)设备(诸如鼠标、触 摸板、键盘、传声器、操纵杆等）可W直接地或经由I/O控制器（ 1735)禪合到计算设备 (1700)。运些部件可W通过现有技术中已知的任何数目的装置(诸如串行端口）连接到计算 设备（1700)。一个或多个监视器（1745)可W经由显示器适配器或视频适配器（1740)禪合至 计算设备(1700)。
[0269] 最后，在说明书中所使用的语言主要是出于可读性和指导性的目的被选择的，并 且其不被选择用W界定或限制发明主题。因此，意在表明本发明的范围不受该详述的说明 限制，而受基于此处的申请发布的任何权利要求限定。因此，本发明的实施方案的公开意在 是说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的范围在所附权利要求中阐明。
【主权项】
1. 一种用于在具有一条或多条导线的公共耦合点(PCC)处将功率注入到电力网络中或 从电力网络提取出功率的方法，包括： 获得关于所述PCC的每条导线的等效戴维南电路的至少戴维南电压和戴维南电阻形式 的戴维南参数； 基于在所述PCC处的特定量的功率和所获得的戴维南参数来计算所有所述导线的总戴 维南功率； 计算待注入到所述PCC中或从所述PCC提取的最佳电流，以注入或提取特定量的功率， 其中，所述计算基于所述总戴维南功率和所述戴维南参数;以及 根据所述最佳电流来控制在所述PCC处的电流注入或提取。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，获得关于所述PCC的每条导线的等效戴维南电路 的至少戴维南电压和戴维南电阻形式的戴维南参数包括： 在无注入的电流的情况下测量所述PCC处的电压，以获得戴维南电压；以及 注入已知电流并且测量电压变化，以计算戴维南电阻。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据所述最佳电流来控制在所述PCC处的电流 注入或提取包括： 使用串联的转换器或逆变器控制在每条导线中注入或提取所述最佳电流。4. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据所述最佳电流来控制在所述PCC处的电流 注入或提取包括： 使用并联的转换器或逆变器控制在每条导线中注入或提取所述最佳电流，包括： 测量所述PCC处的每条导线上的源电流或负载电流； 计算所测量的电流与所计算的最佳电流之间的差；以及 使用所述并联的转换器或逆变器注入或提取为所述差的电流。5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括通过以下方式使所述方法迭代： 注入或提取第一计算的最佳电流； 重新获得所述戴维南参数；以及 基于重新获得的戴维南参数计算第二计算的最佳电流。6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，控制电流注入或提取注入与所述戴 维南电压同相的电流，以确保网络导线的损耗最小。7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述戴维南参数包括用于计算所述 最佳电流的相位角的戴维南电抗。8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括:通过在不注入电流时在任何参考点 处测量导线的电压，计算从电阻加权零位参考点测量的戴维南电压。9. 根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其中，所测量的电压为基频电压，并且是关 于电阻加权零位参考点依赖于戴维南导线等效电阻计算的。10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，计算待注入或提取的所述最佳电流 包括： 将用于电阻加权零位参考点处导线的戴维南电压改变为依赖于戴维南等效电阻的加 权戴维南等效电压矢量； 计算等效戴维南电压点处的最佳戴维南总导线功率； 通过使所计算的戴维南总导线功率除以所述加权戴维南等效电压矢量的范数的平方 来计算常数kA;以及 通过使所述常数kA乘以加权戴维南电压矢量来计算加权电流矢量。11. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括： 在已经确定所述戴维南参数后，计算当在公共耦合点处注入或提取特定量的功率时能 够达到网络等效消耗点的最佳附加戴维南功率。12. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法，包括： 通过迭代法计算戴维南总导线功率，包括： 计算最佳导线电流； 针对所述导线中的每一条确定总功率损耗； 基于在所述公共耦合点处的特定量的功率推导出总导线损耗；以及 使所述方法迭代，直到戴维南功率收敛至足够的准确度。13. -种用于在具有一条或多条导线的公共耦合点（PCC)处将功率注入到电力网络中 或从所述电力网络提取出功率的系统，包括： 戴维南参数部件，用于获得关于所述PCC的每条导线的等效戴维南电路的至少戴维南 电压和戴维南电阻形式的戴维南参数； 戴维南功率部件，用于基于在所述PCC处的特定量的功率和所获得的戴维南参数来计 算所有所述导线的总戴维南功率； 最佳电流部件，用于基于所述总戴维南功率和所述戴维南参数计算待注入到所述PCC 中或从所述PCC提取的最佳电流，以注入或提取特定量的功率;以及 控制部件，用于根据所述最佳电流来控制在所述PCC处的电流注入或提取。14. 根据权利要求13所述的系统，其中，用于获得关于所述PCC的每条导线的等效戴维 南电路的至少戴维南电压和戴维南电阻形式的戴维南参数的所述戴维南参数部件包括： 电压测量部件，用于在无注入的电流的情况下测量所述PCC处的电压，以获得戴维南电 压；以及 用于注入已知电流的已知电流注入部件，并且所述电压测量部件还用于测量电压变化 以计算戴维南电阻。15. 根据权利要求13或14所述的系统，其中，用于根据所述最佳电流来控制在所述PCC 处的电流注入或提取的所述控制部件包括： 串联的转换器或逆变器，用于控制在每条导线中注入或提取所需的最佳电流。16. 根据权利要求13或14所述的系统，其中，用于根据所述最佳电流来控制在所述PCC 处的电流注入或提取的所述控制部件包括： 并联的转换器或逆变器，用于控制在每条导线中注入或提取所需的最佳电流，所述并 联的转换器或逆变器包括用于以下操作的部件： 测量所述PCC处的每条导线上的源电流或负载电流； 计算所测量的电流与所计算的最佳电流之间的差；以及 使用所述并联的转换器或逆变器注入或提取为所述差的电流。17. 根据权利要求13至16中任一项所述的系统，包括用于通过以下方式使方法迭代的 迭代部件： 注入或提取第一计算的最佳电流； 重新获得所述戴维南参数；以及 基于所重新获得的戴维南参数计算第二计算的最佳电流。18.-种用于在电力网络的公共耦合点（PCC)处将功率注入到所述电力网络中或从所 述电力网络提取出功率的计算机程序产品，其中，所述PCC具有一条或多条导线，所述计算 机程序产品包括存储有用于执行以下步骤的计算机可读程序代码的计算机可读介质： 获得关于所述PCC的每条导线的等效戴维南电路的至少戴维南电压和戴维南电阻形式 的戴维南参数； 基于在所述PCC处的特定量的功率和所获得的戴维南参数来计算所有所述导线的总戴 维南功率； 计算待注入到所述PCC中或从所述PCC提取的最佳电流，以注入或提取特定量的功率， 其中，所述计算基于所述总戴维南功率和所述戴维南参数;以及 根据所述最佳电流来控制在所述PCC处的电流注入或提取。
【文档编号】H02J3/46GK106063070SQ201480076057
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年12月17日
【发明人】米歇尔·马伦瑞特, 查尔斯·特雷弗·刚特
【申请人】开普敦大学