CN109863660A

CN109863660A - 通过在电力使用点利用自适应电压控制和峰值降低来节省电压从而最大限度地节省能源

Info

Publication number: CN109863660A
Application number: CN201780063769.XA
Authority: CN
Inventors: 尼尔·乔治·斯图尔特; 戈登·柯里; 简·萨帕塔; 理查德·麦金杜
Original assignee: Edge Electrons Ltd
Current assignee: Edge Electrons Ltd
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2019-06-07
Also published as: WO2018073719A1; JP2019536402A; EP3526872A4; AU2017345388A1; EP3526872A1; PH12019500840A1

Abstract

在当前的传统发电和配电系统中，被传递到最终消费者的电力质量是由于数种破坏性技术和立法影响；尤其随着连接在跨低电压（LV）配电网络的任何点处的无数种私人拥有和操作的家用和商用分布式发电（DEG）装置逐渐增多而降级。本发明通过提供包括安装在客户电力使用点（POU）处的能量处理单元（EPU）的解决方案来解决这个越来越严峻的DEG问题。并且由于受到严格的电压控制EPU的调节输出，可以通过动态电压控制实现显着的节能效果，利用CVR效应，降低无功功率需求，并减少或消除峰值需求量的征费。

Description

通过在电力使用点利用自适应电压控制和峰值降低来节省电压从而最大限度地节省能源

相关专利申请的交叉引用

本申请在巴黎公约下要求2016年10月17日提交的美国专利申请第15/295,967号的优先权，其公开内容通过整体引用并入本文。美国专利申请号15/295,967是2014年10月10日提交的美国专利申请第14/511,187号的部分继续（CIP）申请，其公开内容通过整体引用并入本文。本申请还涉及2015年9月29日授权的美国专利第9,148,058号，于2014年10月10日提交的美国专利申请第14/565,444号，以及于2015年1月12日提交的PCT国际申请第PCT/CN2015/070538号以及于2015年3月1日提交的PCT国际申请第PCT/CN2016/075144号，其公开内容通过整体引用并入本文。

技术领域

本发明涉及发电和配电。更具体地说，本发明涉及用于解决当前传统电气系统中由于技术演进和立法影响（诸如分布式发电（DEG））产生的日益增多的电力质量降级的方法和系统。

背景技术

当前传统电气系统和被传递到用户的电力质量是由于数种破坏性技术和立法影响（尤其随着连接在跨低电压LV配电网络的任何点处的无数种私人拥有和操作的家用和商用分布式发电（DEG）装置迅速日益增多）而降级。被传递到最终消费者的电力质量的这种日益增多的降级（尤其电压波动、电流和频率起伏）可负面地影响性能或甚至损坏电气设备、电气用具和连接到用户住宅中的电力系统的电子装置，且甚至可使更广领域的LV配电网络、变电站保护设备、高电压（HV）输电电网和甚至发电厂跳闸和断电。

参考图1，在1800年代末期启动的传统交流（AC）电力系统中，由于低电压组件和距离过短而限制了输电能力。因此无数种分离的独立发电厂（IPP）随着中央发电厂而不断涌现并向局部区域或局部电力岛供电。当时，每一个局部区域或局部电力岛存在一定范围的电压和各种频率。包括大量白炽灯电力照明的负载是简单的。

参考图2，随着电力技术的发展，运用HV绝缘体和开关，允许输电电压增加，因此实现较高电力在较长距离内的传递。电压等级从爱迪生的初始220 VDC局部电网迅速地增加到2.3 KVAC的第一AC电网（1893年），每隔几年上升到765 KVAC（1960年末期）。由于较长输电电网导致覆盖电力岛，商业领域、竞争技术标准中开始出现矛盾，且最终出现垄断。随着日益增多的使用电力、可靠性成疑和电力行业中的矛盾的增长，许多国家开始立法来对其电力行业进行监管控制。

在美国，基于向消费者传递高质量的可靠电力的目标，监管迅速增长的电力行业以创建国家标准变得至关重要，这也将允许多个电网互连以在全国创建稳定的电力网络。联邦政府在1992年国会通过了联邦级别的能源电力监管立法。因此FERC（联邦能源监管委员会）承担监管来自中央电力公用设施的电力质量的责任，所述中央电力公用设施拥有发电厂、端对端的输电和配电网络。然后在1996年，为了增加竞争和优化电力成本，FERC进一步解除对电力行业的监管并规定发电、输电和配电必须通过合法的独立实体来进行。这为输电电网上创建了竞争市场，使得发电厂可在输电网电网上作电力批发销售，而经销商可从输电公司作电力批发购买。

许多国家在1900年制定了类似的已解除监管的竞争电力结构。在美国，在1965年的大规模东北部断电之后，创建了NERC（北美可靠性委员会）以维护并执行系统标准和电力质量可靠性。再然后，在2003年8月14日东北部和加拿大的另一次大规模断电之后，联邦政府在2007年6月对输电运营商通过了由NERC联合FERC合法地强制的更严格的监管法规和处罚。

参考图3，一直到今天，伴随着解除监管立法出现了DEG，其能够将小型发电机连接到HV输电电网。随着发电的更进一步技术发展（诸如CHP微涡轮机、燃料电池设施和尤其可再生能源诸如光伏（PV）、太阳热能和风能））外加投资成本的降低，家用和商用住宅的私营业主已宣布购买并安装这些小型DEG装置。

过去几年引入后续更新和修改的上网电价（FIT）政策加速了这些小型私人拥有和操作的家用和商用DEG装置的安装。FIT强制输电运营商向DEG装置的业主以最低价格支付已产生并返回添加到能量电网中的过多电力。因此，现在无数种私人拥有和操作的家用和商用DEG装置日益增多地连接到局部LV配电网络，其不但对用于最终消费者的电力质量产生了巨大影响，而且增加了广大地区的大规模电网断电的现实可能性。尤其输电电网因运转备用的减少而出现跳闸（运转备用的减少是由于大型中央公用设施因由数量不断增长的已安装DEG装置产生另外的电力而卸载）的机会增加。来自这些私人拥有和操作的家用和商用DEG装置的叠加到配电网络和输电电网上的所得电压、电流和频率起伏增加了系统跳闸保护开关设备（通常按紧密度容限和长期建立的传统电力规范进行调整）断流的可能性。

另外，由于配电网络上的这些电压的增加，当DEG接口控制电子器件在超过经调节电压极限而禁用DEG接口时，这不但切断了来自DEG设施的任何DEG能量回收，而且消除了最终消费者的任何FIT回收。因此，沿局部配电网络连接的DEG接口（例如，附近的PV设施）越多，随着配电网络电压由于大量过多能量被DEG设施传递到配电网络中而增加，将被DEG接口控制电子器件禁用的这些DEG接口的数量就越多，其中对于最终消费者来说没有能量回收或FIT。

电力质量是在以下规范下定义，关键参数是被传递到用户的电力的一致且稳定的电压、谐波和频率。随着连接到电气系统的日益增多的电子装置和设备（其是复杂的电气负载）的出现，尤其随着家用和商用（而非工业，诸如在美国）电力需求的增加，因为这些电子装置向电气系统提供更复杂的负载，所以这些电子装置可引入电力不稳定性，且这些电子装置通常位于家用和商用住宅中，使得来自LV配电网络的电力需求增加，从而随着跨配电网络的负载和功率因数的变化而增加了电压不稳定性。

当传统中央发电公用设施拥有完全相等的端对端的发电、输电和配电时，其同意且可满足由政府和监管机构规定和执行的已立法的严格电力质量标准。随着许多国家的电力行业更进一步解除监管的出现和FIT的扩张，允许日益增多的无数种私人拥有和操作的家用和商用DEG装置连接到LV配电网络以及增加复杂负载和改变功率因数，电力质量（尤其电压不稳定性）的降级日益严峻且随着增加的浪费能源消耗，向客户提供的电压过高的潜在性增加。

电气设备、电气用具、电子器件和尤其电动机全部被设计为最优地在已立法的电压和频率严格设置的传统标准下执行。经受这些电压和频率起伏的电气和电子装置在设置严格的传统容限之外可能失灵、降低性能、被破坏且甚至浪费能源。

尤其随着国家之间的输电大规模电网连接的出现，这些电力质量标准在每一个国家且甚至在全世界已经有很长历史的监管标准化。对于家用和商用用户的LV配电网络，一些国家制定的电气LV配电干线标准的实例如下所示，参考标称电压、电压容限、标称频率和频率容限:

国家	监管标准	标称电压（VAC RMS）	电压容限（%）	标准频率（Hz）	频率容限（%）
						美国	FERC/NERC	120(1ф) 240(1ф) 120/208(3ф)	± 5	60	± 1
英国	EN50160	230 (1ф/3ф)	+10、-6	50	± 1

许多国家具有类似的标称LV配电POU电压（诸如220/230/240 VAC（且使这种较高配电网络电压趋向于230 VAC））和大体上110/115/120 VAC的较低电压，其中频率现在的标准是50 Hz或60 Hz。较高220/230/240 VAC电压大体上为50Hz，且较低110/115/120 VAC电压为60 Hz，但是某些国家因其电力系统历史而使用任一种频率。电压容限可被标准化为±5%/± 6%/+10、-6%/ ±10%，任何国家的最大容限被设置为±10%。

在许多国家，频率容限通常被标准化为±1%，某些国家具有±2%，±2%是最大允许频率容限。

电力质量问题与偏离规定监管设置和执行极限的电压或频率相关联。电压量级问题可为：

电压迅速变化；

低频电压变化导致闪烁；

欠电压骤降（-10%以下）；

过电压浪涌（+10%以上）；

过电压尖峰和噪声；

3相系统中的电压不平衡；

电压和电流谐波；

功率因数（PF）-电压和电流的相位（（PF=1，V和I同相，PF=0，V和I 180°异相））因被称为功率因数的无功功率不平衡而异相不但可产生电压和电流谐波问题，而且电气和电子设备且尤其在电动机中费电、性能欠佳且还产生可能的破坏；

3相系统中的电流不平衡（其中每一个相位负载有不相等电流）可导致输电和配电设备问题且使电力质量降级；和

频率偏移也可影响电气和电子装置、变压器和电动机的性能和操作；

由于配电网络上的这些电压的增加，当超过经调节电压极限时，DEG接口控制电子器件禁用DEG接口，因此不但切断了来自DEG设施的任何DEG能量回收，而且消除了最终消费者的任何FIT回收。因此，沿局部配电网络（例如，民居）连接的DEG接口（例如，附近的家用PV设施）越多，随着配电网络电压由于大量过多能量被DEG设备传递到配电网络中而增加， DEG接口控制电子器件将禁用大量这些DEG接口，其中对于用户来说没有能量回收或FIT。

所有这样的电力质量问题使被传递到用户的电力质量降级，尤其跨并通过POU处的LV配电网络的电压不稳定性，其中现在，另外，无数种私人拥有和操作的家用和商用DEG装置已连接，由这些DEG装置产生的过多电力被返回负载到局部LV配电网络上。另外，这些私人拥有和操作的家用和商用DEG装置即使必须满足性能测试规范IEC 61215（2005年第2版）和IEC 61646（2008年第2版），其仍然可更广泛地在POU处的局部LV配电网络上建立大幅变化的电压、频率和迅速功率起伏。这些家用和商用DEG装置是小型PV设施、微风力、微水电、CHP微涡轮机、CHP燃料电池和未来可能的混合动力汽车。另外，这些问题还可降低POU处的电气和电子负载中的电力使用效率。例如，电动机在其以高于针对最优性能设计电动机的电压的电压下驱动时费电。由于在PF公式中，KVAR 与电压的平方成正比，电压越高，电网需要提供的浪费的无功功率就越多。此外，发电和配电行业正在发生变动，根据基于所使用的KW级峰值的峰值需求量向客户收取费用。随着更高的电压，KW级峰值需求量将增加，对客户的收费也将增加。

大型可再生工业PV、太阳热能、风能和水力发电设施需要远离人群中心、电力用户的广大物理区域，因此大型工业设施在大体上长距离内需要端对端HV输电，所以这些大型设施可被公用设施发电厂拥有和控制，因此可满足输电运营商监管的电力质量标准且可对其负责。

很多小型私人拥有和操作的家用和商用DEG装置的优点是，电力通过LV配电网络在靠近用户或POU处局部产生。但是这些私人拥有和操作的家用和商用DEG装置的业主购买、安装并操作这些DEG装置，但对局部LV配电网络电力质量的影响不负责。这些传统局部LV配电网络在大部分情况中最初并未针对要连接的很多家用和商用DEG装置而设计。因此，监管机构的担忧真实存在且日益增加，这是由于这些私人拥有和操作的家用和商用DEG装置的不断渗入，不但将用户电力质量降级，而且LV配电网络上的局部功率不稳定。除此之外，复杂的负载连接日益增加、改变功率因数和改变整个配电网络的负载。这导致更大区域且甚至HV输电电网因电压、电流或频率起伏超出可使电压、电流或频率电气系统安全和保护装置跳闸的严格容限电气标准而出现的服务中断日益增加，导致断电和运行中断。另外由于配电网络上的这些电压增加或有时的过量，由于负载效率降低和更高无功功率被吸收，会造成大量的能源浪费；而且客户会因KW级峰值需求量增加而被收费。

电力行业和监管机构努力克服传统电气系统中的这种新的且破坏性演变。对这种日益增加且真实问题的推荐解决方案全部是针对维持传统且具历史性的输电和配电网络结构和电力质量容限。

单独专用于私人拥有和操作的家用和商用DEG装置的不断渗入的迫在眉睫的问题的一本重要书籍是Math Bollen和Fainan Hussan创作的标题为“电力系统中的分布式发电的集成（Integration of Distributed Generation in the Power System）”。这本书的全部内容是以引用方式并入本文。这本书是IEEE最近在2011年唯一出版的书籍，且这本书描述了过去10年周期以来的详细深入研究，全部涉及私人拥有和操作的家用和商用DEG装置对电力质量的破坏性演变。

这本书具有470个参考文献，且在其对DEG装置对整体电力系统的破坏性影响的日益严峻方面的细节的深入研究方面是优越的。许多作者和机构提出了解决这个问题的类似解决方案，相同解决方案同样全面详细地涵盖在这本书中，且再次全部针对通过保护和控制HV输电电网和LV配电网络来维持传统电气标准电力质量容限。但是同样，所有这些推荐解决方案是单独用来维持多年以来这些历史性的、长期建立的传统严格容限电气行业标准。这本深入研究且详细的书最后对其通过添加一层数字通信网络以将DEG装置返回链接为控制和保护HV输电电网来解决很多私人拥有和操作的家用和商用DEG装置的日益增加连接的严峻问题的建议作出了总结，或甚至这种数字通信网络可促进配电网络馈电线上的电压保护中继器的跳闸或甚至断开DEG装置（即，过电压结果）。这本书还推荐了添加存储器和基于将备用转移到客户或DEG装置的所添加数字通信网络的其它负载转移动作的各种方案。

由于添加将所需要的更复杂的数字通信网络和软件算法所涉及的大成本、时间和复杂性的担忧，这本书又总结出另一种可能的常规解决方案，因此在其第470页上的最后一段中-“在这些高级的解决方案之后，不应忘记建立更坚固的电线或电缆的经典解决方案。然而，引入新类型的产品将需要在更多情况中使用比以往更先进的解决方案。通过结合经典和先进的解决方案，电力系统将不会变为对引入分布式发电的不必要障碍”。

因此，这本书在第470页的这个最后一段概括了其对私人拥有和操作的家用和商用DEG装置尤其在LV配电网络上的日益渗入和其对整体电网的稳定性的潜在重要影响的担忧。其提出了先进的数字通信网络和软件解决方案（“智能电网”），而且在添加更多铜线到现有LV配电网络方面推荐了简单但昂贵的常规物理解决方案，这将通过随着这些DEG装置添加日益增多且波动的电力到局部LV配电网络上而降低当前LV配电网络中的导线的电阻来增加功率处置能力并降低电压不稳定性。最初并未设计这些LV配电网络，且当然也没有预期到随着很多私人拥有和操作的家用和商用DEG装置的连接的这种近期演变而出现这个新的DEG问题。

这本详细的书在最后一段明确地强调：

所有推荐解决方案均是针对并仍然满足电力质量的历史传统监管和执行电气标准的当前严格容限；

很多私人拥有和操作的家用和商用DEG装置连接到局部LV配电网络是主要问题，因为LV配电网络最初并未被设计用来处置这种新的破坏性电气演变，因此物理地升级这些LV配电网络的建议强调这个真实而又严峻问题的复杂性；

这本书的最后一行表明，由于这些先进的复杂“数字”解决方案（“智能电网”）的复杂性和成本以及时间，仅仅添加另外的铜线到当前LV配电网络将有所帮助。但是物理地升级LV配电网络也是极昂贵的解决方案且将需要数年来完成；

现在由于这些严峻问题是伴随着电力质量的降级和可能的普遍输电电网跳闸而发生，可能需要立法来限制允许安装的私人拥有和操作的家用和商用DEG装置的数量；

这本书也没有表明谁将对巨大数字通信软件网络的成本负责且谁对被传递到用户的电力质量最终负责；和

再者，这本书和该行业中围绕这个近期演变的DEG装置问题的所有建议强调毫无疑问完全同意地维持历史、传统监管电力质量严格规范和框架且仍满足数十年来的旧有传统电气系统电力质量严格容限标准。

发明内容

迄今为止，该行业提出的解决方案尝试通过定位于发电、HV输电和/或未真正成功的LV配电来解决因引入DEG的这种日益严峻问题。然而，本发明通过直接定位于电力使用点（POU）处理问题，使得每一个POU处可直接恢复高质量电力。因而，本发明将严格立法且监管的传统“电网”变换为具有宽容限的一类”开源式能量电网”。在这种”开源式能量电网”中，个别能量处理单元（EPU）装置安装在每一个最终消费者的POU处。这些EPU装置经具体设计以容忍极宽范围的电压、电流和频率变动-输入上的“污电力”，并处理输入“污电力”以在直接传递于POU处的输出处产生干净的高质量电力。本发明然后尤其使得LV配电网络能够处置数量日益增多的私人拥有和操作的家用和商用DEG装置的连接，并同时满足施加于HV输电运营商的严格监管和立法的传统电气标准的要求。并且由于严格控制的EPU输出电压，还可以实现显著的节能。

在本文中，使用点（POU）的具体定义是最终消费者与LV电网之间的单个电路连接终端。因而，EPU可被安装在最终消费者POU处，但不限于直接安装在最终消费者住宅中的配电板、电力连接服务终端、配电室处、远距离地安装在到单个最终消费者的住宅或负载的单个电路连接处、最终消费者住宅内部或外部的附近位置中，或电线杆上。本领域一般技术人员将观察到，如本文中定义的POU是其中安装EPU之处、可介于最终消费者的住宅或负载与点对点连接或由最终消费者进行的任何单个电路连接的LV电网之间。

最终消费者的具体定义包括能量电网上的常规电力消费者和连接到能量电网的DEG装置的业主和/或运营商。

附图说明

下文参考附图更详细地描述本发明的实施方案，其中:

图1是1800年代后期的发电和配电网络的逻辑图；

图2是1900年代的发电和配电网络的逻辑图；

图3是具有DEG装置但无本发明方案的当前发电和配电网络的逻辑图；

图4是本发明的一个实施方案中具有DEG装置和EPU的发电和配电网络的逻辑图；

图5是本发明的一个实施方案中能量处理单元的配置的方框图;

图6描绘了一个示例性场所-住宅房屋的逻辑图，示出了来自电网，智能电表，电压调节POU，房屋布线和电气插座的电气连接；

图7描绘了示出了房舍的POU的电压和负载电流的的示例性曲线图。

具体实施方式

在以下描述中，发电和配电等的方法和系统被阐述为优选实例。可以理解的是，本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下，作出包括添加和/或替换的修改。下面的描述中可能省略一些具体细节以免混淆；然而，这里的公开是要使得本领域技术人员能够在不过度实验的情况下即可实施本发明。

随着对允许这些私人拥有和操作的家用和商用DEG装置连接到LV配电网络的解除监管的电力质量的负面影响日益增多、尤其随着对FIT的进一步立法和许多国家的类似许可，在添加复杂的数字通信网络和控制算法到电网（“智能电网”）方面尝试要解决的工业问题变得严峻。然而，这种方法是昂贵的、复杂的，且将巨大的电力系统联合在一起将需要数年，且同时其将不会改善当前情况（允许数量日益增多的私人拥有和操作的家用和商用DEG装置连接到配电网络）或不能解决日益增多的复杂负载的添加和改变整个配电网络的负载和功率因数。最后，发电和配电行业的“智能电网”计划绝不能为客户的场所提供非常接近的容差（<= 1％）电压，以通过减少节能降压（CVR）来最大限度地节省能源，降低无功功率KVAR吸收，并减少客户的KW级峰值需求量费用。

电力行业中的许多人表达的主要担忧是整个电力系统的稳定性，因为日益增多的私人拥有和操作的家用和商用DEG装置的安装将不但使局部LV配电网络降级，而且可危及HV输电电网，这是因为更多的中央发电公用设施因从DEG装置产生并负载到LV配电网络上的能量增加和一般来说可再生设备增加而减少容量和空转备用。由于中央发电厂公用设施空转备用降低且通过一系列且日益增多的私人拥有和操作的家用和商用DEG装置传递到LV配电网络的更多波动能量，网络电压和频率跳闸的机会和另外由于HV电网故障不能用不足的空转备用来补偿而导致的大规模运行中断的潜在性日益增加。

本发明的一方面是完全忽略所安装且主要连接到LV配电网络的无数个和多种类型的私人拥有和操作的家用和商用DEG装置的严峻且日益增多的问题的配电系统，所述LV配电网络最初并未是针对近期DEG演变外加日益增多的复杂负载的添加、改变整个配电网络的负载和功率因数而设计或甚至所预期，产生高和过剩能量浪费电压，和更高的KW级峰值需求使用量。

根据一方面，本发明将严格立法且监管的传统“电网”变换为具有宽容限的一类”开源式能量电网”。在这种”开源式能量电网”中，个别能量处理单元（EPU）装置安装在每一个最终消费者的POU处。这些EPU装置经具体设计以容忍极宽范围的电压、电流和频率变动-输入上的“污电力”，并处理输入“污电力”以在直接传递于POU处的输出处产生干净的高质量电力。

EPU可仅仅安装在每一个POU处且LV配电网络没有任何变化，使得可安装和连接的DEG装置的质量和数量没有限制，因此本发明允许近期演变为“电网”以演变为“开源式能量电网”，使得EPU处理“污电力”以直接在POU和客户的场所处产生“干净电力”。

例如，在根据本发明的一个实施方案的一种配置中，到EPU的输入可被设计为接受+-25%的电压容限，且在POU处为+-2%时在其输出处用并入EPU的自动调压（AVR）传递电压。因此，例如，LV配电网络电压容限可被放宽到+-25%，输电电网可被放宽到+-10%，且另外DEG装置输出电压满足+-10%。因此，由于EPU的安装且电力质量容限被加宽以允许配电网络和电网电力质量波动，且EPU在客户POU处传递严格调节的电压（例如+ -1％容差），DEG的发展可随着配电和网络稳定性的增加以及POU处的高电力质量而继续进行，而不限制可连接到LV配电网络的DEG装置的数量。

另外由于EPU安装在POU处且配电网络由于连接日益增多的私人拥有和操作的家用和商用DEG装置而出现的波动和稳定性增加的潜在电力质量问题，且随着EPU修正宽电压波动和宽公差，在客户POU处的电压调节公差非常严紧（例如+ -1％），无论LV配电网络上的广泛的电力质量起伏、尤其电压、PF、谐波和电流如何不平衡，在大幅节能方面均存在另外的优势，因为EPU在POU处的输出高电力质量受到严格控制，因此大幅节能也是可行的。

在根据本发明的一个实施方案的另一配置中，因为运用串联电压方法，EPU的输出电压被调节且被保持为严格标称电压和容限（这无关于且独立于EPU的输入处的高配电电压）且还因为EPU是双向的，所以连接到EPU的输出的任何过多能量被返回传递到其输入且传递到HV配电网络上，而无关于配电网络上的高电压。然而，当DEG接口连接到EPU输出时，DEG接口控制电子器件只得到并感测标准且标称的经调节EPU输出，因此DEG接口电子器件将继续在全能量回收的情况下正常操作，并且永远不会触发DEG设备的过压锁定（OVLO）。因而，本发明的EPU解决了与LV配电网络上的DEG设备的数量日益增加相关联的问题。

图4示出了连接到EPU 401输出的DEG 402，它还连接到实际住宅POU。因为EPU 401用作串联调压器而操作，基本上将DEG接口与高配电电压“隔离”，所以DEG接口和能量回收正常地操作，这是因为DEG控制器件仅发现或感测固定且设置的标称EPU调节输出电压，且任何过多的DEG能量通过双向EPU而返回传递到连接到配电网络的EPU输入，而无关于配电网络上的高电压，从而允许标准的FIT用于用户。并且DEG设备只能看到EPU严格调节的输出，因此DEG设备永远不会被触发进入OVLO。

在根据本发明的优选实施方案的另一配置中，代替并入EPU中的全AVR的是，EPU可针对最大节能而利用节能降压（CVR）来设计，因此EPU在低电压AC电源的条件下可用仅降压AC调压器结合串联旁路接触器针对较低成本和另外的节能来配置。因此代替EPU的是，利用全AVR（将电压增压到设置的经调节输出电压，但是仅仅在结合串联旁路接触器使用具有降压AC调压器的EPU时将损失另外的节能）。例如，在EPU的这种节能优化配置中，本发明涉及优化EPU的节能且还防止电气负载过电压且防止高AC输入电压的能耗超过最优能耗水平。在输入电源AC电压下降到选定最优水平以下的情况下，如同在EPU中利用全AVR，全AVR不但继续使用其内部电力电子器件来将低输入AC电压增压到设置的经调节输出AC电压，而且AVR将输入AC电源电压增加或增压到设置的最优输出节能电压等级，然后节能在低输入电源AC电压下将不会被优化，因为输入电流（因此输入功率）将随着全AVR将低电源输入AC电压增加或增压而增加。

在本发明的这个优选实施方案中，如果输入AC电源电压下降到最优节能电压或较低选定电压点以下，那么EPU中的降压电力电子器件被断开以节省降压AC调压器内部电力电子器件的使用，且串联旁路接触器被激活，使得较低电源电压被直接传递到电气负载，因此实现的节能大于交替EPU配置中使用全增压AVR的情况。本发明的原理可轻易地适用于任何多相AC系统，诸如单相或3相电气系统。

例如，在全世界的电气系统中，最终的LV配电电压大体上是110/120 VAC系统或220/230/240 VAC系统，但是全世界大部分系统针对LV配电电压而被标准化为标称120 VAC或230 VAC系统。另外，存在标准化且立法的电气系统规范，且尤其待传递到家用和商用住宅的配电板的配电电压等级和容限。例如，在美国，家用和商用住宅的标准配电电压是120VAC（由FERC/NERC规定）和最大+5%且最小-5%的电压容限。在诸如澳大利亚（由AS60038规定）和英国（由EN50160规定）的较高电压230 VAC系统中，允许的电压容限被规定为+10%最大值和-6%最小值。虽然工业中可接受的是过电压等级可能更高且接受+10%的过电压和-10%的欠电压作为极限，但是仍然是可接受的。但是这些极端和最大电压在被施加于被设计为标称规定标准电压（诸如美国的120 VAC以及澳大利亚和英国的230 VAC）的电气设备和电气用具（尤其电动机）时，不但耗能（由于另外的较高工作电压）而且不会最优地执行，电动机和变压器可能过热、缩短工作寿命且可永久地损坏连接到电气系统的任何设备。

因此，对于美国来说，与标称120 VAC相差+5%最大电压的电压范围是126 VAC，且相差+10%过电压等级的电压范围是132 VAC，且相差-5%最小值的电压范围是114 VAC，在-10%过电压下是108 VAC。工业中通常接受的是，美国的输电和配电运营商将114 VAC的最小电压传递到住宅配电板，且允许到诸如家庭住宅中的电气用具的实际负载的另一3.5%电压降（针对110 VAC的最小值估计）。

为了将与120 VAC的标称电压相差所允许的电压容限内的规定范围的电压传递到局部电力岛配电网络上的每一个家用或商用住宅，其要求到局部电力岛配电网络的输入处的电压更高，这是由于因电线和系统导体的电阻而沿配电网络的物理电线连续发生的电压降。因此，通常靠近配电网络局部电力岛的变电站的住宅将发现较高的最大电压范围，且进一步沿局部电力岛配电网络将发现较低的电压范围。因此对于美国来说，针对标称120 VAC局部电力岛配电网络，电压范围可从126 VAC或甚至更高降低到114 VAC或甚至更低。

类似地，对于标称230 VAC的国家，诸如澳大利亚和英国，针对标称230 VAC局部电力岛配电网络，电压范围可从253 VAC或在局部电力岛变电站处甚至更高降低到216 VAC或沿配电网络甚至更低，允许内部设施或住宅布线的电压降高达5％。

因此，已对局部电力岛配电网络进行了大规模投资以使所有家用和商用住宅的所传递电源AC电压的容限最小化，但是这因日益增多的使用和复杂的电子负载被添加到家用和商用住宅外加改变负载和功率因数而变得更加困难。由于紧密调节的电压，直接在客户POU处的EPU输出上的电压容差很小，因此只有在POU中增加的EPU单元才能真正获得最大的节能效果。在例如美国，现在有很多家用和商用楼宇工业使用的电力。由于与DEG相关联的前述问题，就电力系统复杂性、电压范围波动和尤其过压来说，所述问题大幅严重化。

电气和电子设备以及电气用具（尤其电动机）被具体设计以在标称规定标准电压（诸如美国的120 VAC和其它230 VAC国家，以及澳大利亚、英国的230 VAC和其它230 VAC国家）下操作。超过标称设计标准电压的电压不但可损坏所连接的电气和电子设备，而且其耗能比所需要的更多，电动机和变压器可能过热，因此通常存在优化性能和传递最大节能的优化电压。因此例如，在针对最大节能利用CVR优化的EPU中，最优节能电压被选择作为标称电压电源-5%以实现标准设备性能，且最大化节能。使得节能设置电压对于标称120 VAC系统来说可为114 VAC，且对于标称230 VAC系统来说可为220 VAC，或可选择其它较低节能电压，且这仅仅是明确示出概念的实例。此外，EPU的输出电压可以设置得更低，包括设施或住宅布线允许的电压降，从最大3％到5％的电压降，具体取决于每个国家/地区的法规。

因此，在本发明的这个优选实施方案中，只需要降压AC调压器结合串联旁路接触器工作，且降压AC调压器的输出电压对于标称120 VAC系统被设置为114 VAC的节能水平，且对于230 VAC被设置为220 VAC的节能水平，因此在极端或过电压的条件下，降压AC调压器将到负载的输出电压保持在选定设置的节能电压。在输入AC电源电压下降到节能设置电压（在这个实例中，对于标称120 VAC系统，114 VAC，且对于标称230 VAC系统，220 VAC）以下的条件下，如果使用全AVR，那么全AVR将不但使用内部电力来将低输入电源AC电压增加或增压，而且将不会节省与本发明一样多的能量，因为在设置节能电压以下，控制电子器件将感测低输入AC电源电压，切断节省内部能量的降压AC调压器电力电子器件，且激活串联旁路接触器，因此低电源AC输入电压现在被直接施加于负载，使得在降压AC调压器保持连接在电路中时使电压降最小化，且凭借于通过串联旁路接触器将这个低输入电源AC电压直接施加于负载来实现另外的节能。另外当输入电源AC电压增加到设置节能电压以上时，串联旁路接触器被切断，且降压AC调压器被激活以将到负载的输出AC电压调节为节能电压等级，而无关于配电网络上的较高和极端过电压。

在本发明的另一实施方案中，具有仅仅结合串联旁路接触器工作的降压AC调压器的具体节能EPU并有如许多“智能仪表”中设计的标准数字通信。以这种方式，利用CVR的节能EPU可被称为“节能仪表”，因为其不但执行并报告为通过“智能仪表”数字通信的各种标准模式通信的“智能仪表”，而且其可节能，并报告准确的计费功率数据。

为了说明EPU输出电压降低到最优节能水平（在这个实例中，对于120 VAC系统，114 VAC，且对于230 VAC或240 VAC系统，220 VAC），可实现10%到15%的节能，且在低于120VAC系统中的114 VAC或230 VAC或240 VAC系统中的220 VAC以下的低电压条件下在仅仅结合串联旁路接触器使用降压AC调压器的这种较低成本节能EPU（代替利用全AVR的EPU）中将增加这些节能。本发明涉及甚至通过动态补偿设施或住宅布线内部布线电压降，将EPU输出电压设置为低于最小法定电压的能力例如对于标称120 VAC系统，114 VAC，对于标称230VAC系统，220 VAC。

EPU可被设计为在双向数字通信网络中工作，双向数字通信网络可用于将EPU装置和LV配电网络的状态传送到中央位置。这种传输数据可用来修改EPU装置的操作以缓解LV配电网络问题，且另外EPU电力岛可被隔离为用作所述局部电力区域中的“微电网”（图4中的403）操作，且由于LV配电网络上放宽了电力质量容限，LV配电网络或微电网可在更宽的电力质量波动下操作，而EPU处理所述“污电力”以传递POU处的“干净电力”。另外，数字数据可在更宽的电力岛区域上使用以修改发电厂、输电电网、DEG和EPU的整体交互和操作以维持电力系统的稳定性，但是在电力系统上的较宽电力质量容限的情况下，由于安装了EPU，其允许在增加配电电力质量波动的情况下更容易进行整体系统控制，而EPU仍然在POU处传递高电力质量的“干净电力”。

AC电源上存在调节电压的两种方式。一种方式是串联调压，其中AC输入和AC输出被“解耦”使得只有未经调节输入AC电压与规定且固定的经调节输出AC电压之间的电压差被电力电子器件处理。另一种方法是分流调节，其中AC电压是通过注入与电源分流或并联的规定电流且调整被接合内部存储装置（诸如高电压电解质电容器）的电力电子器件注入或吸收的规定电流的水平而改变。分流调节方法因此通过驱动或吸收接合跨电源线阻抗或电阻的内部存储装置的规定电流来控制AC电源线电压。

根据本发明的实施方案的EPU调压是通过串联调压方法进行，所述串联调压方法包括（但不限于）以下专利/申请案中公开的串联AC高频调压器技术：美国专利第9,148,058号、美国专利申请第14/565,444号、PCT国际申请第PCT/CN2015/070538号。该串联调压方法具有优于分流调节方法的巨大优势。分流调节方法需要产生大量电流来改变其中AC线阻抗极低的条件下的电压差。AC线阻抗通常远小于1 ohm，且在许多情况中可小于0.1 ohm，且另外取决于线条件而改变。因此，分流调节方法是不足的且其驱动足够多电流到低线阻抗以在广大范围内调节电压的能力有限，且在一些情况下，极低线阻抗不能产生或吸收足够多电流来修正所需电压。如本发明中所使用的串联调压方法高度有效、无需分流配置所需要的内部存储装置（诸如不可靠的高电压电解质电容器），且可在输入AC电压的极宽范围内调节AC输出电压，独立于线阻抗，且可单独用作独立AC串联调压AVR。

在一个实施例中，每个能量处理单元中的串联调压器美国专利第9,148,058号，美国专利申请第14/565,444号，或PCT国际申请第PCT/CN2015/070538号中定义的是串联交流高频调压器。上述串联调压器的各种实施例的特点是

1.)第一独立可控单极开关和第三独立可控单极开关受第一脉冲宽度调制信号（PWM）驱动;

2.)第二独立可控单极开关和第四独立可控单极开关受第二PWM驱动;

3.)第一有源整流器和第三有源整流器受由第一PWM信号导出的信号控制（如适用）;

4.)第二有源整流器和第四整有源流器受由第二PWM信号导出的信号控制（如适用）;

5.)第一PWM信号和第二PWM信号彼此互补;

6.)第一PWM信号和第二PWM信号不重叠且第一PWM信号和第二PWM信号之间存在可调节的死区时间，或者，第一PWM信号和第二PWM信号重叠且第一PWM信号和第二PWM信号之间存在可调节的重叠时间;

7.)基于输出负载水平动态调节死区时间与重叠时间; 以及

8.)基于逐周期平均值反馈或者逐周期RMS值反馈控制第一PWM信号和第二PWM信号。

图5示出了根据本发明的一个实施方案的EPU的配置，且以下表格列出了其在解决前述电力质量问题方面的操作参数。

<u>电力质量问题</u>	<u>到EPU的输入</u>	<u>到POU的输出</u>	<u>注释</u>
				1）电压迅速变化	V高达± 25%	V± 2%	快速电子控制消除了电压迅速变化
2）低频电压变化	V高达± 25%	V± 2%	消除了低频电压变化
				3）欠电压骤降	V下降到-25%	V± 2%	消除了欠电压骤降
4）过电压浪涌	V高达± 25%	V± 2%	消除了电压浪涌
				5）过电压尖峰和噪声	V高达± 25%，噪声保护	V± 2%	消除了过电压尖峰和噪声
6）电压不平衡	V/相± 10%	V/相± 2%	平衡电压不平衡
				7）电压谐波	THD多达± 10%	THD± 2%	消除了电源电压谐波
8）功率因数	PF ≥ 0.98	PF ≥ 0.5，负载PF	修正输入处的负载PF
				9）电流不平衡	I/相± 10%	I/相± 2%	修正输入处的负载电流不平衡
10）频率偏移	F ± 5%	F ± 1%	修正频率偏移
				11）DEG电网接口控制电子器件切断消除了用户的DEG能量回收和FIT	配电网络	固定、标准、未调节电压	EPU输出电压经调节，因此DEG电网接口正常地操作且过多的DEG能量双向地返回流动到配电网路

在另一实施方式中，由于因EPU输出端的受到严格调节的电压直接提供到客户使用点（POU）而导致的节能，以及由于EPU可以提供受到非常严格控制的电压容差，例如<1%，（任何其他形式的配电电压调节都无法从电线杆提供如此严格的容差电压给客户POU），因此，通过动态控制EPU输出端的电压可以获得更多的节能。由于内部布线允许有法定的最大电压降（例如美国最高3%，澳大利亚最高可达5%），如果可以在最远的一或多个位于设施或房屋中的电源插座通过远程通信装置（例如基于WiFi、Zigbee、LoRa、Sigfox或其他任何适合的家庭区域网络(HAN)的无线模块，电力线通信(PLC)等）来远程设置EPU的输出端处的电压（例如，如图6所示），一或多个电源插座的电压可以连续地传输其电压读数，这样，当房屋布线中的负载发生变化时，EPU的输出电压会动态变化，以使房屋布线中的电压能够尽可能小。例如，在美国，远程电源插座电压目前可以设置为110 VAC或更低，该电压的远程感测和通信动态地改变了EPU的输出，以在电源插座实现最大程度的节能的同时，将电压维持在110VAC或更低。

在又一实施方式中，由于因EPU输出端的受到严格调节的电压直接提供到客户使用点（POU）而导致的节能，以及由于EPU可以提供受到非常严格控制的电压容差，例如<1%，（任何其他形式的配电电压调节都无法从电线杆提供如此严格的容差电压给客户POU），因此，通过动态控制EPU输出端的电压可以获得更多的节能。由于内部布线允许有法定的最大电压降（例如美国最高3%，澳大利亚最高可达5%），在该优选实施方式中，如图7所示，EPU的内部控制系统检测设施或住宅负载电流，随着电流增加，这将增大内部设施或住宅布线上的电压降，EPU的输出也将增大，以补偿设施内越来越大的电压降。作为230AC标称电压系统的示例，图7示出了线性（但也可以是任何形状的）电压变化与负载的关系，对于满负载，电压调节最大为3%和5%。本领域技术人员可以使用该不同电压（线性或非线性）与负载的关系以及容差，而不会否定本发明的核心原理，即使用负载电流对客户POU处的EPU进行自适应电压控制，其不仅可以控制EPU的输出电压以补偿内部布线的电压降，而且使EPU的输出能够设置为甚至低于法定最小值的电压，以便进一步节能并补偿EPU在低负载下效率降低的情况。

在又另一实施方式中，由于因EPU输出端的受到严格调节的电压直接提供到客户使用点（POU）而导致的节能，所以不仅可以通过负载经由节能降压效应（CVR）降低KW而得以节能，也因无功功率与施加的电压平方成正比而降低了KVAR，而且KW级峰值的实际功率也得以降低。因此，对于在一些国家被按用电峰值需求量向客户征费，根据负载、应用和计费系统的情况，其峰值需求量会降低（通常会最多减少7%），且客户账单也会减少。此外，在该实施方式中，为了进一步降低峰值需求量，可以增加一个小的可充电电池，不是为了支持蓄电，而是专门设计为尽可能小且只有足够的容量，以仅仅进一步降低峰值需求量，并因此减少客户账单。例如，在许多应用中，比如小型房屋或公寓，小于1 KWHr或2 KWHr的小型可充电电池，其对于支持蓄电尤其不足够大，且用途也不是为了支持蓄电，该电池的容量非常有限，并且仅仅能与EPU结合使用（无论是集成在EPU内部或外部），用以消除或显著降低峰值需求量，减少客户在峰值需求量收费方面的账单。

在另又一实施方式中，由于因EPU输出端的受到较低严格程度调节的电压直接提供到客户使用点（POU）而导致的节能，所以不仅可以通过负载降低KW来实现节能，也可以通过节能降压（CVR）效应来节能，并降低了KVAR。由于无功功率与施加的电压平方成正比，因此，由于KW中实际功耗的负荷的降低以及已降低的EPU输出电压的KVAR中的无功功率的减少，来自电网的总视在功率KVA需求将减小。而且，可以通过增加直接传送给客户POU的每个EPU的输出端处的受到严格调节的EPU电压，来实现反向动作。这样，不仅负载使用的能量通过因负载通过节能降压（CVR）效应的反向增加KW而得以增加，并且还增加了KVAR，因为无功功率与施加的电压平方成比例，来自电网的总视在功率KVA需求将因实际功率KW中实际功耗的负荷增大以及已增加的EPU输出电压的KVAR中的无用功率的增加而得以增加。因此，通过对EPU输出电压的数字通信和控制系统的本地或远程控制，或者优选地控制多于一个的EPU作为横跨或沿着配电网络的阵列中的多个EPU，这些EPU变更的输出电压出现变化将改变来自电网的KVA总功率需求，然后反过来改变电网电压。

由于KW和KVAR或来自电网的总KVA需求的降低，电网电压可以通过较低的EPU输出电压而得以增加，因为连接在每个EPU的负载输出点处的负载的较低功耗或者电网电压可以随着EPU输出电压的升高被降低，而EPU输出电压是通过连接在每个EPU的负载输出点处的负载增加KW及KVAR或来自电网的总KVA需求而得以升高。因此，通过对横跨或沿着配电网络的阵列中的EPU阵列的远程控制（通过数字通信网络），由于来自电网的电力需求的变化，可以通过改变EPU的输出电压来控制和改变电网电压。此外，利用对实时高分辨率和细粒度的电能质量数据进行监控，并将其从每个负载点的每个EPU经由双向数字通信网络传输至SCADA或配电控制室，通过调节横跨或沿着网络的各个EPU输出电压经过双向数字通信网络，使得电网电压也能够沿着整个或甚至部分的配电网络（其可以包括但不限于所有配电网络和各种类型和尺寸的微电网）而得以实时地精确调节。

本文公开的实施方式可以使用通用或专用计算设备、计算机处理器或电子电路来实现，包括但不限于数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、以及根据本申请的教导而配置或编程的其他可编程逻辑器件。基于本申请的教导，软件或电子领域的技术人员可以容易地准备好运行在通用或专用计算设备、计算机处理器或可编程逻辑器件中的计算机指令或软件代码。

在一些实施方式中，本发明包括具有存储在其中的计算机指令或软件代码的计算机存储介质，该计算机指令或软件代码可用于对计算机或微处理器进行编程以执行本发明的任何过程。存储介质可以包括但不限于软盘、光盘、蓝光光盘、DVD、CD-ROM和磁光盘、ROM、RAM、闪存设备或适用于存储指令、代码和/或数据的任何类型的介质或设备。

本发明的前述描述已出于说明和描述目的而提供。其不旨在详尽或将本发明限于所公开的精确形式。本领域技术人员将明白许多修改和变动。

实施方案经选取和描述以最佳地解释本发明的原理和其实际应用，从而使得本领域技术人员能够针对各个实施方案且在适用于所预期的特定使用的各种修改的情况下理解本发明。希望本发明的范围是由以下权利要求书和其等同物界定。

Claims

1.一种具有分布式能量产生的配电系统，其特征在于，包括

电力配电网络；

一或多个能量处理单元，每个能量处理单元直接安装在一或多个使用点之一；

其中，每个能量处理单元具有输入连接和输出连接，所述输入连接连接至配电网络的输入连接，所述输出连接连接至一或多个负载及位于安装有所述能量处理单元的使用点中的分布式能量产生设备；

其中，每个能量处理单元在其输出端由所述能量处理单元的输入处的配电网络中的未调节输入电压产生已调节的输出电压；

其中，每个能量处理单元包括串联调压器，并使用串联调压方法产生其已调节的输出电压；

其中，每个能量处理单元是电双向的，以使得过剩能量的能量回收能够被传送回所述能量处理单元的输入并且传送到所述配电网络上，该过剩能量由其中安装有能量处理单元的使用点中的任何分布式能量产生设备产生；

其中，当所述配电网络中的未调节输入电压高于规定的上限时，所述能量处理单元的所述输出连接处的已调节的输出电压允许进行连续的能量回收。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个能量处理单元用于：

将在其输出端的已调节电压直接提供给所述使用点；

允许设置或动态控制较不精确的输出电压，以通过节能降压（CVR）效应降低KW级能源来最大化地节能；

允许通过远程补偿在最远的一或多个电源插座上的接线电压降来降低输出电压，以最大限度地减少无功功率需求和峰值需量，并在低负载的情况下补偿降低的能量处理单元效率；

允许通过分别降低或增加每个能量处理单元的已调节电压输出，降低或增加由负载消耗的来自电网的KW级总功率需求或KVAR或KVA级总视在功率，以能够控制连接至所述能量处理单元的输入的电网电压;

允许通过使用双向通信数字网络将实时电能质量数据从每个负载点的能量处理单元沿着配电网络经由远程减少或增加各个能量处理单元输出电压，以能够细粒度控制沿着整个配电网络或者配电网络的一或多个部位的电网电压。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

每个能量处理单元还包括可充电电池，以减少或消除用于降低峰值需量计费资费的KW级峰值需量；

所述可充电电池不用于支持蓄电。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

每个能量处理单元包括串联调压器，并且使用与一或多个电能质量功能中的至少一个相结合的串联调压方法，来产生其已调节的输出电压；

所述一或多个电能质量功能包括功率因数控制、负载平衡、电压平衡、谐波校正和频率控制。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，电力配电网络中的未调节输入电压允许范围为：±25%的标称电压变化的容限，±10%的标称电压不平衡的容限，±10%的标称电压谐波，低功率因数校正超过0.98，±10%的标称电流不平衡，±5%的标称频率偏差容限。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电力配电网络中的未调节输入电压的容限被允许高于法定电力质量标准容限。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述能量处理单元配备有双向数据通信装置，用于与电力配电网络中的发电机和电力传输运营者进行数据通信。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个能量处理单元中的串联调压器是串联交流（AC）高频调压器，其包括：

用于降低AC输入电源的AC输入电压的AC高频（HF）串联电压降压电源调控器拓扑结构，其包括：

第一独立可控AC双向开关和第二独立可控AC双向开关，

第一功率电感器，和

用于产生指示第一功率电感器电流方向的第一功率电感器电流方向数据信号的第一电流变换器；

用于升高AC输入电压源的AC HF串联电压降压电源调控器拓扑结构，其包括：

第三独立可控AC双向开关和第四独立可控AC双向开关，

第二功率电感器，和

用于产生指示第二功率电感器电流方向的第二功率电感器电流方向数据信号的第二电流变换器；

控制电路，用于接收AC输入电压、AC参考电压、AC输出电压源、第一功率电感器电流方向数据信号和第二功率电感器电流方向数据信号，并产生用于AC双向开关的开关驱动信号。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个能量处理单元中的串联调压器是串联交流（AC）高频调压器，其包括：

第一单极路径，其包括：

第一半桥，其包括分别与第一独立可控单极开关和第二独立可控单极开关串联连接的第一整流器和第二整流器，和

第一功率电感器；

第二单极路径，其包括：

第二半桥，其包括分别与第三独立可控单极开关和第四独立可控单极开关串联连接的第三整流器和第四整流器，和

第二功率电感器；和

用于升高AC输入电压的AC HF串联电压升压电源调控器拓扑结构，其包括：

第三单极路径，其包括：

第三半桥，其包括分别与第五独立可控单极开关和第六独立可控单极开关串联连接的第五整流器和第六整流器，和

第三功率电感器；

第四单极路径，其包括：

第四半桥，其包括分别与第七独立可控单极开关和第八独立可控单极开关串联连接的第七整流器和第八整流器，和

第四功率电感器；

控制电路，用于接收AC输入电压、AC参考电压和AC输出电压，并产生用于单极开关的开关驱动信号；

其中，在消除任何功率“击穿”的任何时间，在AC HF串联电压升压电源调控器拓扑结构或AC HF串联电压降压电源调控器拓扑结构中，分离地且独立地处理AC输入电压的正半周期和负半周期。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个能量处理单元中的串联调压器是串联交流（AC）高频调压器，其包括：

AC 高频（HF）串联电压降压电源调控器拓扑结构，用于降低AC输入电源的AC输入电压；

旁路接触器；

与旁路接触器并联连接的双向AC半导体器件；

控制电路，用于接收AC输入电压、AC参考电压和AC输出电压，并产生用于旁路接触器和双向AC半导体器件的驱动信号；

其中，在AC输入电压下降至低于选定的最佳节能设定水平的情况下，控制电路感测该情况，产生驱动信号以激活双向AC半导体器件，并转换旁路接触器，使得双向AC半导体器件首先旁路AC HF串联电压降压电源调控器拓扑结构，然后旁路接触器的触点闭合并完全旁路AC HF串联电压降压电源调控器拓扑结构和双向AC半导体器件。

11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个能量处理单元还包括串联旁路接触器，并使用节能降压方法实现节能；其中，所述节能降压方法包括：

当所述未调节输入电压高于规定的上限时，通过串联调压器输送所述未调节输入电压；

当所述未调节输入电压低于规定的上限时，通过串联旁路接触器输送所述未调节输入电压。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，每个能量处理单元中的串联调压器是串联交流（AC）高频电压调节器，其包括：

用于降低AC输入电源的AC输入电压的AC 高频（HF）串联电压降压电源调控器拓扑结构，其包括：

第一独立可控AC双向开关和第二独立可控AC双向开关，

第一功率电感器，和

第三独立可控AC双向开关和第四独立可控AC双向开关，

第二功率电感器，和

13.如权利要求11所述的系统，其特征在于，每个能量处理单元中的串联调压器是串联交流（AC）高频调压器，其包括：

第一单极路径，其包括：

第一功率电感器；

第二单极路径，其包括：

第二功率电感器；和

第三单极路径，其包括：

第三功率电感器；

第四单极路径，其包括：

第四功率电感器；和

14.如权利要求11所述的系统，其特征在于，每个能量处理单元中的串联调压器是串联交流（AC）高频调压器，其包括：

旁路接触器；

与旁路接触器并联连接的双向AC半导体器件；

15.如权利要求9所述的系统，其特征在于，

第一独立可控单极开关和第三独立可控单极开关受第一脉冲宽度调制信号（PWM）驱动；

第二独立可控单极开关和第四独立可控单极开关受第二PWM驱动；

第一整流器和第三整流器受由第一PWM信号导出的信号控制；

第二整流器和第四整流器受由第二PWM信号导出的信号控制；

第一PWM信号和第二PWM信号彼此互补；

第一PWM信号和第二PWM信号不重叠且第一PWM信号和第二PWM信号之间存在可调节的死区时间，或者，第一PWM信号和第二PWM信号重叠且第一PWM信号和第二PWM信号之间存在可调节的重叠时间；

基于输出负载水平动态调节死区时间与重叠时间；

基于逐周期平均值反馈或者逐周期RMS值反馈控制第一PWM信号和第二PWM信号。

16.如权利要求13所述的系统，其特征在于，

第一整流器和第三整流器受由第一PWM信号导出的信号控制；

第二整流器和第四整流器受由第二PWM信号导出的信号控制；

第一PWM信号和第二PWM信号彼此互补；

基于输出负载水平动态调节死区时间与重叠时间；

17.一种具有分布式能量产生的配电系统，其特征在于，包括一或多个能量处理单元，每个能量处理单元直接安装在一或多个使用点之一；

其中，每个能量处理单元中的串联调压器是串联交流（AC）高频调压器，其包括：

第一单极路径，其包括：

第一功率电感器；

第二单极路径，其包括：

第二功率电感器；和

第三单极路径，其包括：

第三功率电感器；

第四单极路径，其包括：

第四功率电感器；和

18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，

第一整流器和第三整流器受由第一PWM信号导出的信号控制；

第二整流器和第四整流器受由第二PWM信号导出的信号控制；

第一PWM信号和第二PWM信号彼此互补；

基于输出负载水平动态调节死区时间与重叠时间；