CN103339815B

CN103339815B - 用于稳定电源的功率控制电路和方法

Info

Publication number: CN103339815B
Application number: CN201180045766.6A
Authority: CN
Inventors: 许树源; 李志群; 吴复立
Original assignee: City University of Hong Kong CityU; Versitech Ltd
Current assignee: City University of Hong Kong CityU; Versitech Ltd
Priority date: 2010-10-04
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2031-09-30

Abstract

一种功率控制电路可连接到负载适用于接收电源，和一种稳定可连接到负载电源的至少一个电参数的方法。所述功率控制电路适用于从电源吸收功率和适用于向电源输出功率来稳定电源至少一个电参数。方法包括以下步骤：从电源吸收功率或者输出功率到电源。电源的至少一个电参数包括如电压和频率参数。

Description

用于稳定电源的功率控制电路和方法

技术领域

本发明涉及用于稳定电源的功率控制电路和方法，特别是，但不限于是，与连接到动态变化的电源的分布式负载一起使用的这类电路和方法，例如由动态变化可再生能源产生的动态变化电源。

背景技术

发展可再生能源需求不断增长，例如风能、太阳能、地热能以及海洋波浪能，已引起关于未来电网不确定性的新关注。在传统的电力系统中发电量的数量和发电率由发电厂严格控制。在新兴电网，也称为智能电网，越来越多的独立和分布式可再生能源从小规模屋顶上的太阳能电池板到大规模的风力发电场有或没有中央计划下将被安装在电网的各种不同部位。对于这种动态变化的智能电网，精确地预测电网内的功率流将很难，因此在智能电网系统中集中控制功率流是不容易的。

可再生能源发电的性质是动态和可变化，例如风能（依靠风的速度）和太阳能（依靠太阳光）使预测实时发电量变得困难。当这种动态变化可再生能源在智能电网中增加时，整体电网中变化和不确定因素百分比也随之增大。因此，未来智能电网可能会面临严重的不确定性和潜在的电压稳定问题，因为对于公用事业公司许多已知或未知的电源将以分布式的方式存在于电力系统中

传统电力系统稳定控制中，早在1982年，无功功率控制器（也被称为无功补偿器）已被充分研究作为输电线提供电压稳定的工具，如在T.J.Miller，“Reactive powerControl in Electric Systems”，John Wiley & Sons，1982。使用无功功率电压稳定控制的基本概念可以见图1a。图中给出了交流电源电压和输电线阻抗的等效电路和它们的向量图。从向量图可以看出因为输电线电阻和阻抗输出电压V₂减小。在向量图中电源电流的有功（也被称为“实部”）和无功（也被称为“虚部”）被分别标注为I_p和I_Q。这里指出了有功电流I_p和V₂同相，且导致负载的实际功耗。无功电流I_Q异相V₂90°（滞后），且对实际功耗没有贡献。因此，与I_Q相关的功率被称为无功功率因为它没有消耗地流入和流出系统。

如果无功电流（和无功功率关联）引入到图1b所示的系统中，由于无功电流I_Q可以被流入的电流I_Q’补偿，无功电流I_Q的压降可以被流入的电流I_Q’补偿。这表明着通过控制无功功率，可以增加或提高输出电压因为可以减小它的压降。但应当注意的是如果I_Q’和I_Q同相，这表明电压V₂可以根据无功功率如何流入到系统进行调整。图1b显示了并联无功补偿的基本概念，可以别用来在电源线中稳定电源。并联补偿也被称为平行补偿因为无功电源和负载平行放置。

无功补偿也可以通过串联来实现。如果一个辅助或补偿电压源，它的电源V_comp向量垂直于电流I，被创建并放置于与负载串联如图2所示，向量图表明输出电压V₂可控。应当指出的是V_comp可以90°（正向的）或270°（反向的）与I异相。这表明V₂可视V₂’增减如图2所示。图2方案也称为串联无功功率补偿因为无功电源与负载串联放置。

串联和并联无功功率补偿可以单独或一起使用。如图3所示当一个串联和一个并联无功控制器一起使用时就构成了统一潮流控制器（UPFC）。在图3中，两个无功功率控制器共享一个由电容器产生的共同的直流电源。两个逆变器形成两个自然二极管整流器的二级体并联量测，连接直流电源线电压到直流电容器。因此，这个电容器可以被充电和用作直流电源。两个逆变器的开关动作可以正弦脉冲宽度调制，所以它们的PWM电压波形是正弦曲线（图4）。输出电压幅值可以通过调制指数控制，且相位相对于电流同样可控。图3中，串联和并联补偿器的无功功率通过隔离变压器接入到电力线路中。

但应当注意的是无功功率控制器可以通过使用逆变器和能量存储设备来实际实现，如图5所示它可以是一个大容量电容作为电压源或是一个电感作为电流源。另外，应该指出的是逆变器不限于图3、图4和图5所示的2级逆变。多级逆变器原理上也可以别用来产生交流电压波形。如果使用多层逆变器，以增加开关数量和电路和控制的复杂性为代价可以简化滤波工作。

总之，从以上描述我们可以看出无功功率控制器可以用来吸收或传送无功功率。然而，无功功率补偿器用来从数以百计千伏安（KVA）到数以千计千伏安（KVA）的中到大功率应用场合。它们以统一潮流控制器（UPFCs）的形式用于高功率输电线。为提高电能质量，它们被安装于强电流应用如焊接设备，引起大和非线性电流，恶化电源的电能质量。

在小规模功率内，“单相”无功功率控制器被提出用于照明系统的调光设备，如专利GB2405540.B名称为“Apparatus and Method for Providing Green Energy Savingand Dimming Control of Lamps and Electrical Lighting Systems”和专利GB2418786名称为"Dimmable lighting system"。在GB2405540.B中，无功功率控制器和控制方案如图6所示，用来降低一个照明系统的输入交流电源电压。其思路是在图6中使用一个“串联”无功功率控制器（示于虚线框内）建立一个辅助电压V_a，所以控制器的输出电压V_o可以从电源电压V_s（通常220v到240V）调整到最小电压180V，这保证了制造商建议的正常照明系统运行最小电压。调光等级（或输出电压值）由图6所示调光控制信号设置，并在控制电压水平保持常数以便保持光照系统光强度稳定。为了校正输入功率因素接近于整数，专利GB 2418786也建议使用额外并联无功功率控制器作为功率因数校正电路。这个概念是图3中UPFC的改进使用，但是它的应用是用于调光函数（使用串联无功功率控制器）和功率因数校正（使用并联无功功率控制器）。图7给出的电路不是为了用于功率稳定性如UPFC用于非常高的功率系统。为了照明亮度控制，专利GB2405540.B和GB2418786的无功功率控制器用来降低输出电压V_o，它必须要小于或等于输入电源电压V_s。

因此，已知的无功功率控制器涉及控制供应到负载的无功功率控制器的输出电压，或如上指出提到的V_o。特别是当在一个已存在的应用中使用串联无功功率控制器，也就是说，电力系统电压调整和照明系统亮度调节，控制变量是串联无功功率控制器的输出电压（或如上指出提到的V_o）。

发明内容

在第一方面，本发明提供一种可连接适用于接收电源的负载的功率控制电路，该功率控制电路适用于从电源吸收功率和适用于向电源传送功率来稳定电源的至少一个电参数。

优选，通过功率控制电路吸收和传送的功率包括无功功率，或有功功率，或两者皆有。

在一个实施例中，所述至少一个电参数是电压，功率控制电路维持电源在额定电源电压。优选，负载具有负载电压且功率控制电路提供辅助电压这样负载电压和辅助电压的矢量和等于额定电源电压。在一个实施例中，负载具有负载电流且辅助电压的相位角垂直于负载电流。

优选，功率控制电路更进一步适用于输出功率到负载来稳定电源的所述至少一个电参数。

在另一个实施例，所述至少一个电参数为频率，功率控制电路保持维持电源在额定电源频率。优选，负载具有负载电压且当电源频率低于额定电源频率时功率控制电路降低负载电压。同样优选，负载具有负载电压且当电源频率高于额定电源频率时功率控制电路增加负载电压。负载电压优选增加到超过额定电源电压。优选，负载具有负载电压且功率控制电路提供辅助电压来增加或降低负载电压。

优选，功率控制电路包括吸收和输出功率的功率控制器，从而使功率控制电路能够吸收和输出功率。优选，功率控制器吸收和传递无功功率或有功功率或两者都有。在一些实施例中，所述功率控制器是无功功率控制器。

在一个实施例中，功率控制器与电源和负载串联连接。

在另一个实施例中，功率控制器与负载并联连接。

在又一实施例中，所述电源控制电路包括第二个功率控制器，其中第一个功率控制器与电源和负载串联连接，而第二个功率控制器并联于第一个功率控制器和负载。优选，第一个和第二个功率控制器通过功率转换连接互联。优选，所述功率转换连接包括能量存储元件。所述能源存储元件优选为与第一和第二功率控制器并联联接的电容。优选，第一和第二个功率控制器中的任一个或全部通过功率转换连接向第一和第二个功率控制器中的另一个吸收或输出功率，且第一个或第二个功率控制器中的另一个向电源或负载吸收或输出功率。优选，第一个功率控制器通过功率转换连接吸收和输出有功功率到第二个功率控制器，且第二个功率控制器吸收和输出有功功率到电源。同样优选，第二个功率控制器通过功率转换连接吸收和输出功率到第一个功率控制器，且第一个功率控制器吸收和输出功率到负载。

在进一步实施例中，功率控制器包括第二个功率控制器，其中第一个功率控制器与电源和负载串联，且第二个功率控制器与负载并联。

优选，功率控制器包括功率逆变器和能量存储元件。优选，能量存储元件是电容器或电感器。优选，功率逆变器是二级功率逆变器或多级功率逆变器。同样优选，功率逆变器是脉冲宽度调制功率逆变器。

优选，功率控制电路包括用来检测电源电压以及基于是否电源电压是高于或低于额定电源电压提供电压控制信号的电压控制器，当电源电压高于或低于额定电源电压时功率控制电路参照该电压控制信号来吸收或输出功率，从而维持电源在额定电源电压。

优选，功率控制电路包括能量存储元件和第二个电压控制器，第二个电压控制器检测能量存储元件的存储电压，接收第一个电压控制器提供的电压控制信号，并提供第二个电压控制信号，当电源电压高于或低于额定电源电压时功率控制电路参照第二个电压控制信号吸收或输出功率，从而维持电源在额定电源电压。

优选，电压控制器是比例-积分控制器或超前-滞后补偿器。优选，电压控制信号提供给功率控制器用于吸收和输出功率，从而使得功率控制电路吸收和输出功率。在一个实施例中，电压控制器是功率控制器的一部分。

优选，负载具有负载电压，且功率控制电路包括用于检测电源相位角和提供同步信号的同步网络，功率控制电路参照同步信号提供在一个合适相位角的辅助电压以使得负载和辅助电压的矢量和等于额定电源电压，从而维持电源在额定电源电压。

优选，同步信号提供给功率控制器用来吸收和输出功率使得功率控制电路提供在所述合适相位角的辅助电压。在一个实施例中，同步网络是功率控制器的一部分。

优选，功率控制电路包括频率控制器用来检测电源频率和基于电源频率是高于或低于额定电源频率提供频率控制信号，当电源频率高于或低于额定电源频率时功率控制电路参照该频率控制信号来吸收或输出功率，从而维持电源在额定电源频率。

优选，频率控制信号提供给功率控制器用于吸收和输出功率从而使得功率控制电路吸收和输出功率。在一个实施例中，频率控制器是功率控制器的一部分。

优选，负载是非关键负载。在一些实施例中，负载是热水器或照明负载。

优选，功率控制电路和负载作为一个整体提供。

优选，功率控制电路包括旁路电路，所述旁路电路具有可操作的旁路开关使得电源通过旁路电路可以直接连接到负载。

优选，电源具有动态变化功率分布和并且负载的功率遵循该动态变化功率分布。在一个实施例中，电源由一个或多个动态变化可再生能源产生。

在第二方面，本发明提供一种稳定可连接到负载的电源的至少一个电参数的方法，所述方法包括从电源吸收功率或输出功率到电源。

优选，吸收和输出的功率包括无功功率或有功功率或两者皆有。

在一个实施例中，所述至少一个电参数为电压，且所述方法包括维持电源在额定电源电压。优选，负载具有负载电压且所述方法包括配备辅助电压以使得负载和辅助电压的矢量和等于额定电源电压。在一个实施例中，负载具有负载电流且辅助电压配置为相位角垂直于负载电流。

优选，方法包括输出功率到负载来稳定电源的所述至少一个电参数。

在另一个实施例中，所述至少一个电参数为频率，且该方法包括维持电源在额定电源频率。优选，负载具有负载电压且该方法包括当电源频率低于额定电源频率时降低负载电压。同样优选，负载具有负载电压且该方法包括当电源频率高于额定电源频率时增加负载电压。负载电压优选升高超过额定电源电压。优选，负载包括负载电压且该方法包括配置辅助电压来提高或降低负载电压。

优选，方法包括提供功率控制器吸收和输出功率。

在一个实施例中，功率控制器与电源和负载串联。

在另一个实施例中，功率控制器与负载并联。

在又另一个实施例中，该方法包括配置第二个功率控制器，其中第一个功率控制器与电源和负载串联，而第二个功率控制器与第一个功率控制器和负载并联。

在进一步的实施例中，该方法包括配置第二个功率控制器，其中第一个功率控制器与电源和负载串联，且第二个功率控制器与负载并联。

优选，该方法包括配置一个电压控制器来检测电源电压和基于电源电压是高于或低于额定电源电压提供电压控制信号，当电源电压高于或低于额定电源电压时功率参照该电压控制信号来吸收或输出功率，从而维持电源在额定电源电压。

优选，负载具有负载电压，该方法包括提供检测电压相位角和提供同步信号的同步网络，参照同步信号来配备在一个合适相位角的辅助电压以使得负载和辅助电压的矢量和等于额定电源电压，从而维持电源在额定电源电压。

优选，该方法包括配置频率控制器用来检测电源频率和基于电源频率是高于或低于额定电源频率提供频率控制信号，当电源频率高于或低于额定电源频率时参照该频率控制信号来吸收或输出功率，从而维持电源在额定电源频率。

优选，该方法包括配备功率控制电路来吸收和输出功率。优选，功率控制电路与负载作为一个整体提供。

优选，电源具有动态变化功率分布且从电源吸收功率或输出功率到电源使得负载功率遵循该动态变化功率分布。

附图说明

现在，仅仅通过例子，参照附图，描述本发明最佳模式优选实施例，其中：

图1a是没有无功功率补偿器现有技术AC电源等效电路原理图，同时给出了电路各个电参数向量图；

图1b是具有并联无功功率补偿器现有技术AC电源等效电路原理图，同时给出了电路各个电参数向量图；

图2是具有串联无功功率补偿器的现有技术AC电源等效电路原理图，同时给出了电路各个电参数向量图;

图3是基于使用并联和串联组合的无功功率控制器共享同一个DC电压源的现有技术统一潮流控制器电路原理图；

图4示出用于低通滤波后产生可控正弦输出电压现有技术逆变器正弦PWM开关动作波形；

图5a是基于电压源逆变器的现有技术无功功率控制器电路原理图；

图5b是基于电流源逆变器的现有技术无功功率控制器电路原理图；

图6a是使用串联无功功率控制器的现有技术电路原理图，如图中虚线框内所示；

图6b是用于大规模照明网络的现有技术中央调光系统电路原理图，其中虚线框内为无功功率控制器；

图7是用于大规模照明网络的现有技术中央调光系统电路原理图，具有一个串联无功功率控制器用于调光和一个并联无功功率控制器用于提高可调灯光系统输入功率因子；

图8a是自然长度机械弹簧图，没有产生力；

图8b压缩长度机械弹簧图，产生向上的力；

图8c是延伸长度的机械弹簧图，产生向下的力；

图9是阵列分布机械弹簧图，例如在床垫中，可以吸收机械扰动；

图10a是本发明一个实施例对应的串联功率控制电路原理图；

图10b是现有技术并联功率控制电路原理图；

图10c是本发明另一个实施例对应的串联和并联功率控制电路原理图；

图10d是本发明进一步的实施例对应的串联和并联功率控制电路原理图；

图11a是本发明另一个实施例对应的功率控制电路原理图；

图11b是本发明另一个实施例对应的功率控制电路原理图；

图11c是本发明又一个实施例对应的串联和并联功率控制电路原理图；

图12是图11b和11c功率控制电路简化电路原理图；

图13是10KVA实验装置电路原理图，包括通过与本发明一个实施例对应的功率控制电路控制的负载，以及其他一些负载；

图14a到14f给出了以图13实验装置进行测试结果曲线图，曲线图显示了测试中电路各种电参数；

图15a到15f给出了与本发明一个实施例对应的在一个功率控制电路中使用实际风分布测试结果曲线图，曲线图显示了测试中电路各种电参数；

图16a到16b给出了与本发明一个实施例对应的使用模拟风能提供功率控制电路测试结果更进一步曲线图，曲线图显示了测试中电路各种电参数；

图17是图12功率控制电路各种电参数向量图；

图18是本发明一个实施例对应的串联和并联功率控制电路原理图；

图19a是图18所示功率控制电路电路原理图，示出了功率控制电路可能的功率流方向例子；

图19b是图18所示功率控制电路各种电参数的向量图，示出功率控制电路仅仅吸收和输出有用功；

图20是图18功率控制电路的电路原理图，给出功率控制电路可能的功率流另一个例子；

图21是图18功率控制电路各种电参数向量图，示出输出电压(V_o)比电源电压(V_s)大，且功率控制电路吸收和输出有用功和无用功；

图22是负载连接到与本发明一个实施例对应的功率控制电路，和负载直接连接到电源而不是连接到与本发明一个实施例对应的功率控制电路，负载的功率分布示意图；

图23给出了电源频率振荡示意图，和

图24是本发明一个带有频率控制实施例对应的功率控制电路原理图。

具体实施方式

结合附图，给出了功率控制电路1可连接到负载2，用来接收电源3。功率控制电路1适用于从电源3吸收功率和适用于向电源输出功率来稳定电源3至少一个电参数。功率控制电路1吸收和输出的功率包括无功功率，或有功功率，或两者皆有。

在一些实施例中，功率控制电路1更进一步地适用于向负载2输出功率来稳定电源3至少一个电参数。

同样在一些实施例中，所述至少一个电参数为电压，功率控制电路1保持电源3在额定电源电压V_s。该额定电源电压可以是不同国家电网提供的任何额定电源电压。例如，额定电源电压可以是110V，220V，230V，或240V。在一个特殊的实施例中，负载2具有负载电压V_o而功率控制电路1提供辅助电压V_a使得负载电压和辅助电压的矢量和等于额定电源电压V_s。在另外一个特殊实施例中，负载2具有负载电流I_o而辅助电压V_a相位角垂直于负载电流I_o。

在一些别的实施例中，所述至少一个电参数为频率，功率控制电路1保持电源3在额定电源频率。该额定电源频率可以是不同国家电网提供的任何额定电源频率。例如，额定电源频率可以是50Hz或60Hz。

在一个实施例中，负载2具有负载电压V_o，而当电源频率低于额定电源频率时功率控制电路1可以降低这个负载电压。当电源频率高于额定电源频率时功率控制电路1同样可以升高该负载电压。特别是，负载电压V_o被增加到超过额定电源电压V_s。这可以通过功率控制电路1提供辅助电压V_a来提高或降低负载电压V_o实现。

用这种方法，更多实际（或有功）功率被负载2消耗以便减低电源频率。更进一步，如果有大量被各自的功率控制电路1控制、并分散在电网中的负载2，将会提高整个电网的整体频率调节。

应理解的是，在一些实施例中，功率控制电路1稳定电源3的电压和频率的电参数，同时功率控制电路1保持电源3在额定电源电压V_s，和保持电源3在额定电源频率，如上所述。

在一些实施例中，功率控制电路1包括功率控制器4用来吸收和输出功率从而使得功率控制电路1吸收和输出功率。功率控制器4可以吸收和输出无功功率，或有功功率，或两者皆有。例如，在这里描述的一些实施例中，功率控制器4是无功功率控制器。

因此，本发明提出的方法使用（1）无功功率控制器的无功功率和／或（2）作为集保持电网稳定性和控制负载功率消耗于一身的新一代“智能负载”的有功功率控制。所提出的智能负载方法包括两部分（1）控制无功功率控制器的无功功率和（2）控制负载的有功功率消耗。

为实现这一新方法，提出一种新的控制方法和设备，它和之前无功功率控制器的方法不同。在传统使用串联无功功率控制器控制电力系统中（图3）和在照明系统亮度控制中（图7），控制变量是串联无功功率控制器的“输出电压V_o”。输出变量的控制是常见和基本的。在本发明的实施例中，串联无功功率控制器的“输入电压V_s”被控制。该“输入变量控制”方法和传统的“输出变量控制”方法不同。新控制方法下串联接于一个电力负载的串联无功功率控制器可以构成一个“智能负载”单元为电源电压调整提供无功功率补偿并使得负载功率遵循功率产生分布。

在一些实施例中，无功功率控制器4可以设计为和负载2分开的单元或被设计为和负载集成的方式。它均可用于具有变化的功率消耗的电力负荷和功率恒定的负载，取决于无功功率控制器的配置。

既然这种智能负载方法可以应用于许多家庭的、工业的和公共的用途（例如热水器、户内和户外照片公共照明系统、冰箱等等），基于本发明实施的智能负载可以安装于所有智能电网并为智能电网的输电线提供稳定作用（或缓冲作用）。例如，本发明所提方法可以被家用热水器和道路照明系统采用，由于安装方式性质它们分布于城市各处。

本质上，无功功率控制器可以吸收和输出无功电能所以它可以有效地改变（降低或升高）输电线电压。我们可以认为无功功率控制器功能类似于使用机械弹簧。

考虑如图8所示机械弹簧。在没有外力和干扰的情况下弹簧的长度保持在中性位置如图8（a）所示。如果弹簧经受一个外力使得长度缩短，弹簧将产生向上的力（恢复到中性位置）如图8（b）所示。另一方面，如果外力使得弹簧的长度超过它的中性位置弹簧将产生一个向下的力（恢复到中性位置）如图8（c）所示。图8的图突出说明一个事实如果有外部影响使得弹簧摆动或中性长度改变时机械弹簧可以用来提供缓冲和阻尼作用。机械弹簧的这个特征使得机械弹簧适合机械悬挂应用。如果机械弹簧分布于如图9所示一大块面积上（例如床垫），可以理解这样分布的弹簧结构在大平面上可以用来提供支撑、吸收机械扰动和抑制机械振荡。

在本发明的一个实施例中，提出的无功功率控制器4被用作“电子弹簧”或“电压稳定器”来保持与该无功功率控制器连接的输送线电压稳定。无功功率控制器吸收和输出功率的能力可以被用来保持电压稳定性。既然无功功率控制器与电力负荷相连构成“智能负载”，它分布于例如城市或其他电网，安装所提出的智能负载将提供许多本地“电子弹簧”或“电压稳定器”，分布于城市或电网的各处构成“智能电网”。它们因此可以在电网上提供电压稳定和抑制扰动。这种分布的智能电网大功率网络的电压支持同图9所示床垫弹簧提供分布式机械支撑类似。

现在让我们考虑这种电子弹簧的实现。基于如图10所示这种新的智能负载概念有至少4个结构。这种智能负载结构可以使单相的或多相的。它们是：

“结构-1”：串联结构，如图10a所示；

“结构-2”：并联结构，如图10b所示；

“结构-3”：第一个串联和并联，如图10c所示；和

“结构-4”：第二个串联和并联，如图10d所示。

为了发展具有电压调整功能和负载功率变化功能的智能负载，无功功率控制器的控制回路将和GB2405540.B和GB2418786中使用的非常不同，它们不是为了电网电压稳定提出，而是仅为了照明系统灯光调节提出。

在图11的帮助下现在解释具有串联无功功率控制器结构的智能负载。这里负载可以是不要求稳定功率的任何电力负荷。应用例子为家用或工业用热水器，个人照明系统或用于公共区域的较好的网络照明系统，和一些能够允许超过额定允许偏差的电源电压的较大波动的电力设备。这些也被称为“非关键”负载。

图11a示出了串联方式智能负载控制方法示意图（也就是图10的结构-1）。与使用无功功率控制器通过设置负载参考电压V_{o_ref}控制负载电压V_o来达到调节亮度的目的不同，本发明具体实施方式的新控制方法使用额定电源电压，也称为额定供电电压，V_{s_ref}作为参考。例如，使用额定电源电压为230V作为相电压的国家，这个方法的电压参考V_{s_ref}可以在控制系统的电子控制板上设置为等于230V。这个表示230v的电压参考作为恒定电压应用在本发明一个实施例对应的功率控制器的控制板中。开关S是一个旁路开关，当它闭合时，允许功率绕开串联无功功率控制器，并将输电线直接连接到负载而不经过无功功率控制。图11b给出了类似示意图，它包括负载网络，而不是单个负载。

实际交流电源电压Vs和参考电源电压的偏差传送给电压控制器5，它可以是任何合适的控制器例如比例-积分（PI）控制器或超前-滞后补偿器。电压控制器5的输出为脉冲-宽度-调制（PWM）发生器6提供控制信号。同步网络7用于为PWM发生器6提供相位信息，其为功率逆变器8的功率半导体开关产生开关信号以产生高电压正弦PWM电压波形。功率逆变器8的dc电压通常从电感9获得，电感9通过逆变器开关的反并联二极管（类似于带有输出dc电容器的二极管整流器）充电。功率逆变器产生的PWM电压通过低通LC滤波器滤波，因此产生辅助正弦电压V_a。只要向量V_a垂直于（90°或270°）于负载电流I_o向量，功率逆变器8（被用作无功功率控制器的一部分）在产生辅助电压V_a的过程中将不消耗有功功率，假设功率逆变器电路和过滤器的传导损耗、铁心损耗和开关损耗可以忽略。既然辅助电压V_a可以在任一极产生，因此串联无功功率控制器将导致有效功率线电压V_s遵循它的额定参考值V_{s_ref}，图11提出的原理图可以看做是图12所示“电子弹簧”或“电压稳定器”。

用于串联结构的快速响应的替代控制方法如图11c所示。具有与负载串联连接的串联无功功率控制器新特性，通过组合单元连接到输送线与图11a和11b保持一致。然而，和图11a和11b所示控制方法不同，这种方法包括基于存储电容9的dc电压的感应的快速内部控制回路。因为电压V_a的幅值由PWM逆变器8基于dc电压V_dc产生，V_dc的任何变化是比从V_s有效值（rms）变化获取的表征更快速的负载需求响应的表征。

图11a，11b和11c示出的所有控制方法可以并入并联无功功率控制以构成电子弹簧(i)作为一个独立的单元改良现有负载到智能负载或(ii)作为负载的组成部分构成一个集成的智能负载。

为了验证本发明实施例的实用性，开发了一个10kVA智能电网原型系统。在该系统中为了仿真风场产生电力，实际风分布输入到在三相输电线系统中产生电能的三相逆变器。这个实验装置（如图13所示）仿真实际情况，其中输电线电压没有规则。如果动态变化的可再生能源产生大量能量进入到智能电网中这种状况是一个预期问题。

设置由两组负载组成，负载网络2串联接于串联功率控制器4一起称为“智能负载网”。同时也有一组负载10没有智能控制而直接连接到输电线上（在图13中标记为“其他负载”）。这些负载10表示同一电网中不在本发明实施例控制下的其他负载。测试中的智能负载包括电阻（代表热水器）和一些镇流驱动发光二极管LED设备（代表路灯系统）。

进行了2组测试。第一系列测试包括产生一个不稳定正弦波形电源电压。由于这种动态变化的特性，功率流不稳定且输电线电压也有明显的波动如图14a-f所示。通过关闭电子弹簧（也就是串联无功功率控制器）和旁路开关S获取初始量测。然后激活“电子弹簧”和打开旁路开关S获取量测。

通过观察图14a-f，得到如下结论：

(1)当提出的电压稳定能力没有被激活时（电子弹簧断开），电源3电压调整非常差且电源电压大大偏离额定电压值220V。

(2)当提出的电子弹簧激活时，电源3的电压波动可以大大降低，并且电源电压可以恢复到额定值（在这个测试中是220V）。

(3)当电子弹簧被激活后，负载功率（需求响应）包括有用和/或无用功率，以这样一种方式进行调整以保持电源电压稳定在额定值。这是以保持电网稳定为目的，随着电能产生的负载需求响应的演示。

(4)当电子弹簧被激活时，负载2功率变化可能会增加。这是保持电网稳定控制目标的体现。智能负载（也就是无功功率控制器4和负载2的组合）现在发挥保持电网稳定的作用。

(5)对于很多类型的负载2如热水器（它不需要稳定的功率操作）、照明系统（因为实际亮度变化会被人眼的瞳孔自适应地降低）和一些能允许大范围变化的电源电压的电气设备，电源电压一定程度的变化是可接受的。

另一组测试使用真正的风速分布进行。量测记录在图15a-f中。这些实际结果证实：通过使用提出的由负载2和串联无功功率控制器4组成的基本单元并将该基本单元连接到输送线，输送线电压可以保持。负载功率被调整以保持交流电压在额定电源电压值。这说明了智能负载可以对电源条件做出反应并在保持电网稳定中发挥自己的作用的事实。

为了进一步检验电子弹簧的功能，输电线电压（V_s)有效值（rms）、智能负载网络和电子弹簧两端之间的电压标绘在图16a中。该设置设计为通过仿真风能两次产生同样不稳定电压模型。在上半段测试中当第一个不稳定电压模型产生时，旁路开关S闭合且电子弹簧为激活。智能电网电压因此和电源电压相同，在这个测试中在额定电压220V以下波动。在测试的下半段，同样的不稳定电压从仿真风能产生。应该指出的是图16a中可编程电压模型的一些点处产生的电压达到或超过220V。

从图16a上半段可以看出，当电子弹簧关闭（也就是旁路开关S闭合）时智能负载电压遵循不稳定电压模型。在下半段当旁路开关S打开时且电子弹簧打开，在同样的来自风能不稳定电压模型下，由电子弹簧产生的辅助电压以动态方式保持输电线电压恢复到接近给定的额定值220V。注意，电源电压向量V_s等于功率控制器4两端的电压V_a和负载2两端的电压V_o的矢量和。如图17所示他们以向量方式相关联。图16a中它们的值为标量值。需要重点强调的是当产生的电源电压超过220V时电子弹簧电压降到零。这个量测证实电子弹簧的动能功能是提供无功功率补偿来保持电压动态调整。

测得的电源电压量测，智能负载网络的有用功率和无用功率一起记录和显示在图16b中。可以看出，在测试下半段激活电子弹簧后，智能负载网络的有功功率和无功功率模型从同它们之前的模型发生变化。一般地，智能负载网络中的有功功率降低（也就是某种形式的减载）和智能电网中无功功率的增加。

到目前为止，基于图10中结构-1串联类型的智能负载概念已在负载可以承受一定程度电压变化的10KVA系统中实际验证，被称为非关键负载。结构-1说明使用串联无功功率控制器串联负载可以将联合单元转变为智能负载的独特之处，它可以（1）为电源电压调整提供无功功率补偿，和（2）使负载需求服从动态功率分布（如可再生或风能）。

对于为了平稳运行需要严格调整电压的负载（如带有微处理器或电子控制的电梯和自动扶梯），被称为关键负载，图10b中的并联类型会更合适，因为并联操作无功功率控制器对于负载没有大幅影响负载有功功率时可以保持良好的电压调整。

为了进一步证实以上所述功率控制器结构的操作，再次参照图17，图17显示了V_s、V_a和V_o的向量图。设负载是电阻(Rl)例如热水器，从它的向量图可得到如下方程：

V_{o}^{2} = V_{s}^{2} - V_{a}^{2} - - - (1)

P_{1} = V_{o}^{2} / R_{1} - - - (2)

如果有另外一个电阻负载R2直接连接在电源电压两侧不在电子弹簧控制下，它的功率为了能量守恒，产生的功率(Ρ_in)必须要和消耗的总功率相等。因此Pin=P1+P2。

P_{in} = \frac{V_{s}^{2} - V_{a}^{2}}{R_{1}} + \frac{V_{s}^{2}}{R_{2}} - - - (3)

公式（3）给出了产生功率和消耗功率之间的数学关系。式（3）右边第一项是非关键负载消耗的功率，第二项是其他负载消耗的功率。

如果通过本发明实施例方法控制输入电压保持电压V_s恒定，那么式（3）中V_s是一个常数。对于任意给定的电阻R1和R2，降低风能产生的功率P_in引起V_a的升高，反之亦然。V_a升高，按照式（1），导致V_o降低，并因此按照式（2）将降低负载功率。因此，这三个方程提供了基于所提出的方法为什么负载需求将遵循风能的解释。图22进一步说明这点当非关键负载和关键负载的功率分布对比时。

原则上，串联和并联布置可以组合为串-并联分布如图10c和10d所示。

图10c的结构-3可以以如图18所示形式实现。应该注意的是结构-3保持新特征：串联功率控制器4’作为第一个功率控制器串联接于负载2，该组合单元连接于输电线3。然而，结构-3的功率控制电路1，更一步包括第二个功率控制器4，第二个功率控制器4与串联的或第一个功率控制器4和负载2并联。第二个功率控制器4’同样也称为并联功率控制器。结构-3提供其他可能的控制功能如果两个功率控制器被允许处理包括有用和无用功率。使用并联功率控制器4’和串联功率控制器4之间的功率传递连接11（也就是通过共享如图18、19和20所示电路中电容存储元件），将产生两个控制器4和4’以及负载2之间的功率流。如果串联功率控制器4被限制于垂直于负载电流向量I_o。如上述，功率传递连接11在所给实施例中是一个如图18、19和20所示电路中共享电容存储元件。更特别地，该电容并联接于第一个和第二个功率控制器4和4’。

这种操作的一个例子是使用串联功率控制器4来吸收有用功率，然后为了避免不必要的功率损失通过并联功率控制器4’传送回输电线3。在图19a所示的过程中，电压向量V_a相对于电流向量I_o可以在任何相位。这样，电源电压向量的向量V_s可以随着更小的电压向量V_a变化（当和图17相比时），允许串联控制器4的额定电压减少。另外，V_o的调整意味着智能负载的有用功率可以通过这种方式进行控制。在一种极端情况下，如果串联功率控制器4仅吸收有用功，电压向量V_a将和电流向量I_o同相，如图19b所示。比较图17和图19b表明更小幅值的向量V_a需要改变幅值电压V_o。

使用结构3的另外一个例子描述如下。如果电源电压超过额定电压值V_s（例如由于瞬时产生的过大功率），更多的功率可能流入负载2如图20所示，以吸收多余的功率来降低电源3过大的电压。图20中功率流机理使得负载电压V_o高于电源额定电压V_s如图21中的向量图所示，在这里向量V_a不需要垂直于电流向量I_o。

示于图10d中的结构-4示意通过控制来提高负载电压的一种手段，在结构-4中，功率控制电路1包括第二功率控制器4’，这里第一个功率控制器4和电压3和负载2串联，而第二个功率控制器4’（也称为并联功率控制器）并联连接在负载两端。

在对图10d实施例仿真研究过程中，该无功功率控制器4以电感方式被控制，并被模拟为一个串联电阻的等效电感。并联无功功率控制器4’以电容模式操作，并因此表示为一个具有小电阻的等效电容。应注意的是电源线电压可以被轻微提高如果需要的话。

因为提出的智能负载方法可以应用于多个负载（如热水器、照明系统等等），通常安装于城市各处和其他一些电网，这些智能负载具有本发明实施例提供的电压稳定能力，将为大规模智能电网降低线电压波动提供有力的缓冲作用，归因于例如提高可再生能源的数量，在未来的智能电网系统变得日益有影响力。

如本发明实施例提供的具有无功功率控制能力的智能负载，本质上包括(1)稳定电压的无功功率补偿功能和（2）负载功率控制。利用本发明，负载响应（负载功率）可以遵循产生的功率并在保持线电压稳定中起到支持作用，这是未来智能电网需要的唯一特征。对于热水器应用，例如，当务之急应该且可以是电网的安全性。这意味着负载可能不得不变化来保持电网稳定。在降低电源电压电压情况下，智能负载，如本发明实施例提出，应该优先反映保持电压稳定。

如上提及，图22说明了非关键负载和关键负载之间功率分布的区别，这里非关键负载由本发明提出的功率控制电路或功率控制器控制。可以清楚看出，由本发明提出的功率控制电路或功率控制器控制的飞挂件负载服从动态变化电源的动态变化功率分布，例如基于可再生能源的这些电源。

如前所述，本发明的一些实施例适用于为稳定电源频率。对于为同一智能电网提供电能的发电机，根据负载发电频率可以偏离额定值50Hz或60Hz。如果负载需求超过产生的能量，频率被从额定值轻微降低，反之亦然。因此，频率不稳定会有发生。示意图见图23。

如前所述的结构-3可以用于提高频率稳定性问题通过控制非关键负载2的有用功率，如图24所示。可靠的功率反馈与基准频率（额定电源频率50Hz或60Hz的基准频率）比较。频率误差输入频率控制器12用于反过来控制第一个功率控制器4和第二个功率控制器4’，这样：

(1)如果频率小于额定值，为了分流一些负载功率负载两端电压V_o将降低。

(2)如果频率高于额定值，可以通过在第一个功率控制器两端产生电压升高负载两端电压V_o，这样V_o可能会超过额定电源电压值。在这种情况下，更多的有功功率被非关键负载消耗来降低发电机的频率。如果大量这种可控负载分布于电网各处，将会提高系统的整体频率调整能力。

在本发明其他方面，提供稳定可连接到负载的电源至少一个电参数的一种方法，该方法包括从电源吸收功率或输出功率到电源。在优选的实施例中，电源是如上所述的电源3，而负载时如上所述的负载2。实施例包括提供功率控制电路1，包括提供如上所述的用于吸收和输出功率的功率控制器4或功率控制器4和4’。其他实施例包括已在之前叙述过或从以上描述可以容易理解的方法步骤。

总之，在新兴的智能电网系统（“智能电网”）中，期望引入具有动态变化功率流的可再生能源（如风场合太阳光伏电站）。未来的智能电网将和现存的智能电网不同，现存电网中的中、能量产生将由电站严格控制。可预见的通常分布于电网中的可再生能源的大量渗透将很可能引起电网系统不稳定(例如电压和频率的不稳定和振荡)。

本发明特殊实施例和使用分布式无功功率控制器有关，分布式功率控制器为提高智能电网系统（智能电网）的系统电压和频率稳定性与电力负荷一起设计或集成，特别是这些具有大部分能量来自动态可变可再生能源例如风能和太阳能光伏电站的智能电网。代替一些集中高功率无功功率控制器靠近变电站安装，提出随着安装于智能电网的各处的很多类型的电力负荷分布无功功率控制器以便在许多覆盖或分布在电网中的区域，系统的稳定性，以例如交流电压和频率稳定的形式，得以保持。本发明实施例包括可以连接到对ac电源电压大范围变化具有高容忍的电力负荷，例如照明系统和热水器系统，和需要严格电压管理的电力负荷的配置。和现有的无功功率控制器直接连接到输电线两端不同，本发明一些实施例提出的智能电力负荷具有串联于负载的无功功率控制器。

如上述，在传统的电力系统中发电量遵循负载需求。然而，在未来的智能电网中，负载需求遵循动态变化电量是有益的。在本发明的实施例中，基于无功功率控制器方法的具有电压和频率稳定能力的新的智能负载概念被提出。每一个提出类型的智能负载在它所安装的本地具有电压和频率稳定能力。通过在电网中以分布式的方式安装这类具有电源电压和频率调节能力的智能负载，智能电网的电压和频率稳定性会被增强。本发明实施例提出的智能负载概念具有本地输电线电压和功率稳定性控制可以应用于分布在城市和其他电网中的许多类型的负载。一般来说，例如家用和工业用热水器系统和用于公共区域（例如街道和告诉公路）和建筑工业照明系统。本发明实施例包括基本单元由村联接于负载的无功功率控制器组成。这个基本单元（例如串联无功功率控制器和负载）连接于输电线两端。这个基本单元和惯用的连接于输电线两端的静止无功功率补偿装置不同。并联无功功率控制器可以加到这个基本结构上。

如前所述，已知的无功功率控制器涉及控制无功功率控制器的输出电压，或如前所述V_o，用于提供给负载。特别是，当在已有的应用中使用串联无功功率控制器时，也即是说，电力系统电压调整和照明系统亮度调整，被控变量是串联无功功率控制器的输出电压（或V_o如上所述）。

本发明实施例摈弃了这个传统输出电压反馈和控制策略。尤其，本发明实施例控制串联接于负载的串联无功功率控制器的输入电压(V_s)，串联无功功率控制器的输出电压（V_o）被允许随着可再生能源产生曲线动态波动。这种串联无功功率控制器(具有输入电压V_s反馈和控制)和串联连接电阻构成新智能负载单元用于电力系统稳定控制。

为了具有大量渗入可再生能源的智能电网的稳定控制，建议使用“中央”控制方法来关闭一些非关键负载例如热水器和冰箱以保证智能电网中能量平衡。在本方面实施例中，提出的智能负载期望分布于智能电网各处并在标准状态下继续操作改变功率级。

尽管本发明已根据特例被描述，可理解的是通过本领域技术人员本发明可以以其他一些方式体现。同样可理解的是通过本领域技术人员描述的各种例子的特征可以合并为其他组合。

Claims

1.一种适用于接收来自电网的电源的可连接非关键负载的功率控制电路，该功率控制电路适用于从所述电源吸收功率和适用于向所述电源传送功率来稳定所述电源的至少一个电参数，其中所述至少一个电参数包括额定电源电压和额定电源频率中的至少一个；

其中所述功率控制电路包括用来检测电源电压以及基于电源电压是高于或低于额定电源电压提供电压控制信号的电压控制器,当电源电压高于或低于额定电源电压时所述功率控制电路参照所述电压控制信号来吸收或输出功率,从而维持电源在额定电源电压；其中所述电压控制器是比例-积分控制器或超前-滞后补偿器；

其中所述负载具有负载电压,且所述功率控制电路包括用于检测所述电源的相位角和提供同步信号的同步网络,所述功率控制电路参照所述同步信号来配备在一个合适相位角的辅助电压，以使得所述负载和辅助电压的矢量和等于额定电源电压,从而维持电源在额定电源电压；所述功率控制器包括第二个功率控制器，其中第一个功率控制器与所述电源和所述负载串联，且所述第二个功率控制器与所述负载并联；其中所述功率控制电路和所述负载作为一个整体提供。

2.如权利要求1所述的功率控制电路，其中所述功率控制电路吸收和传送的所述功率包括无功功率，或有功功率，或两者皆有。

3.如权利要求1所述的功率控制电路，其中所述额定电源电压是110V，220V，230V和240V中的一个。

4.如权利要求3所述的功率控制电路，其中所述负载具有负载电压且所述功率控制电路提供辅助电压，这样所述负载和辅助电压矢量和等于所述额定电源电压。

5.如权利要求4所述的功率控制电路，其中所述负载具有负载电流且所述辅助电压的相位角垂直于所述负载电流。

6.如权利要求1所述的功率控制电路，其中所述功率控制电路更进一步适用于输出功率到所述负载来稳定所述电源的所述至少一个电参数。

7.如权利要求1所述的功率控制电路，其中所述额定电源频率是50Hz和60Hz中的一个。

8.如权利要求7所述的功率控制电路，其中所述负载具有负载电压且当电源频率低于所述额定电源频率时所述功率控制电路降低所述负载电压。

9.如权利要求7所述的功率控制电路，其中所述负载具有负载电压当电源频率高于所述额定频率时所述功率控制电路增加所述负载电压。

10.如权利要求9所述的功率控制电路，其中所述负载电压增加到超过额定电源电压。

11.如权利要求7所述的功率控制电路，其中所述载具有负载电压且所述功率控制电路提供辅助电压来增加或降低所述负载电压。

12.如权利要求1所述的功率控制电路，所述功率控制电路包括吸收和输出功率的功率控制器，从而使所述功率控制电路能够吸收和输出功率。

13.如权利要求12所述的功率控制电路，其中所述功率控制电路吸收和输出无功功率，或有功功率，或两者都有。

14.如权利要求12所述的功率控制电路，其中所述功率控制器是无功功率控制器。

15.如权利要求12所述的功率控制电路，其中所述功率控制器与所述电源和所述负载串联连接。

16.如权利要求12所述的功率控制电路，其中所述功率控制器与所述负载并联连接。

17.如权利要求12所述的功率控制电路，所述电源控制电路包括第二个功率控制器，其中第一个功率控制器与所述电源和所述负载串联连接，而第二个功率控制器并联于所述第一个功率控制器和所述负载。

18.如权利要求17所述的功率控制电路，其中所述第一个和第二个功率控制器通过功率转换连接互联。

19.如权利要求18所述的功率控制电路，其中所述功率转换连接包括能量存储元件。

20.如权利要求19所述的功率控制电路，其中所述能量存储元件为与所述第一个和第二个功率控制器并联的电容。

21.如权利要求18所述的功率控制电路，其中所述第一和第二个功率控制器的任一个或全部通过所述功率转换连接向第一和第二个功率控制器的另一个吸收和输出功率，且所述第一个和第二个功率控制器的另一个向电源或负载吸收和输出功率。

22.如权利要求18所述的功率控制电路，其中所述第一个功率控制器通过所述功率转换连接吸收和输出有功功率到所述第二个功率控制器，且所述第二个功率控制器吸收和输出有功功率到所述电源。

23.如权利要求18所述的功率控制电路，其中所述第二个功率控制器通过所述功率转换连接吸收和输出功率到所述第一个功率控制器，且所述第一个功率控制器吸收和输出功率到所述负载。

24.如权利要求12所述的功率控制电路，其中所述功率控制器包括功率逆变器和能量存储元件。

25.如权利要求24所述的功率控制电路，其中所述能量存储元件是电容或电感。

26.如权利要求24所述的功率控制电路，其中所述功率逆变器是二级功率逆变器或多级功率逆变器。

27.如权利要求24所述的功率控制电路，其中所述功率逆变器是脉冲宽度调制功率逆变器。

28.如权利要求1所述的功率控制电路，所述功率控制电路包括能量存储元件和第二个电压控制器,所述第二个电压控制器用于检测所述能量存储元件的存储电压,接收第一个电压控制器提供的电压控制信号，并提供第二个电压控制信号，当电源电压高于或低于额定电源电压时所述功率控制电路参照所述第二个电压控制信号吸收或输出功率,从而维持电源在额定电源电压。

29.如权利要求1所述的功率控制电路，其中所述电压控制信号提供给功率控制器用于吸收和输出功率，从而使得所述功率控制电路吸收和输出功率。

30.如权利要求29所述的功率控制电路，所述电压控制器是所述功率控制器的一部分。

31.如权利要求1所述的功率控制电路，其中所述同步信号提供给功率控制器用来吸收和输出功率使得所述功率控制电路配备在一个合适相位角的辅助电压。

32.如权利要求31所述的功率控制电路，其中所述同步网络是所述功率控制器的一部分。

33.如权利要求1所述的功率控制电路，所述功率控制电路包括频率控制器用来检测电源频率和基于电源频率是高于或低于额定电源频率提供频率控制信号,当电源频率高于或低于额定电源频率时所述功率控制电路参照所述频率控制信号来吸收或输出功率,从而维持电源在额定电源频率。

34.如权利要求33所述的功率控制电路，其中所述频率控制信号提供给功率控制器用于吸收和输出功率从而使得所述功率控制电路吸收和输出功率。

35.如权利要求34所述的功率控制电路，其中所述频率控制器是所述功率控制器的一部分。

36.如权利要求1所述的功率控制电路，其中所述非关键负载是热水器或照明负载。

37.如权利要求1所述的功率控制电路，所述功率控制电路包括旁路电路，具有可操作的旁路开关使得所述电源通过所述旁路电路可以直接连接到所述负载。

38.如权利要求1所述的功率控制电路，其中所述电源具有动态变化功率分布并且所述负载的功率遵循所述动态变化功率分布。

39.如权利要求31所述的功率控制电路，其中所述电源由一个或多个动态变化的可再生能源产生。

40.一种稳定可连接到非关键负载的来自电网的电源的至少一个电参数的方法，所述方法包括从所述电源吸收功率或输出功率到所述电源，其中所述至少一个电参数包括额定电源电压和额定电源频率中的至少一个；

其中所述方法包括配置一个电压控制器来检测电源电压和基于电源电压是高于或低于额定电源电压提供电压控制信号,当电源电压高于或低于额定电源电压时参照所述电压控制信号来吸收或输出功率,从而维持电源在额定电源电压；并且

其中所述负载具有负载电压，所述方法包括提供用于检测所述电源的相位角和提供同步信号的同步网络，参照所述同步信号来配备在一个合适相位角的辅助电压使得所述负载和辅助电压的矢量和等于额定电源电压,从而维持电源在额定电源电压；包括配置第二个功率控制器,其中第一个功率控制器与所述电源和所述负载串联,且所述第二个功率控制器与所述负载并联；其中所述功率控制电路和所述负载作为一个整体提供。

41.如权利要求40所述的方法，其中所述吸收和输出的功率包括无功功率、有功功率或两者皆有。

42.如权利要求40所述的方法，其中所述至少一个电参数为电压，且所述方法包括维持所述电源在额定电源电压。

43.如权利要求42所述的方法，其中所述负载具有负载电压且所述方法包括配备辅助电压以使得所述负载和辅助电压的矢量和等于所述额定电源电压。

44.如权利要求43所述的方法，其中所述负载具有负载电流且所述辅助电压配置为相位角垂直于所述负载电流。

45.如权利要求40所述的方法，更一步包括输出功率到所述负载来稳定所述电源的所述至少一个电参数。

46.如权利要求40所述的方法，其中所述至少一个电参数为频率，且所述方法包括维持所述电源在额定电源频率。

47.如权利要求46所述的方法，其中所述负载具有负载电压且所述方法包括当所述电源的频率低于所述额定电源频率时降低所述负载电压。

48.如权利要求46所述的方法，其中所述负载具有负载电压且所述方法包括当所述电源的频率高于所述额定电源频率时增加所述负载电压。

49.如权利要求48所述的方法，其中所述负载电压升高到超过额定电源电压。

50.如权利要求46所述的方法，其中所述负载包括负载电压且所述方法包括配置辅助电压来提高或降低所述负载电压。

51.如权利要求40所述的方法，所述方法包括提供功率控制器用于吸收和输出功率。

52.如权利要求51所述的方法，其中所述功率控制器与所述电源和所述负载串联。

53.如权利要求51所述的方法，其中所述功率控制器与所述负载并联。

54.如权利要求51所述的方法，所述方法包括配置第二个功率控制器,其中第一个功率控制器与所述电源和负载串联,而所述第二个功率控制器与所述第一个功率控制器和所述负载并联。

55.如权利要求40所述的方法，所述方法包括提供用于用来检测电源频率和基于电源频率是高于或低于额定电源频率提供频率控制信号的频率控制器，当电源频率高于或低于额定电源频率时参照所述频率控制信号来吸收或输出功率,从而维持电源在额定电源频率。

56.如权利要求40所述的方法，包括提供用于吸收和输出功率的功率控制电路。

57.如权利要求40所述的方法，其中所述电源具有动态变化功率分布，并且功率从所述电源吸收或输出到所述电源以使所述负载的功率遵循所述动态变化功率分布。