TW202123590A - 用以檢測及緩解反向功率流之裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

一種電力感測及切換電路，使用電壓及電流感測器、積體電路及邏輯閘檢測來自無功負載、非線性負載或散布型發電機之反向功率流，並且藉由作用為一功率因子校正裝置、及藉由將反向功率流作為再循環電力經由一恢復線轉向至儲存、本地使用、或遠端使用，使反向功率流緩解，該恢復線緩解配送網不穩定性並使散布型發電機加速成長。

Description

用以檢測及緩解反向功率流之裝置及方法
本發明係有關於簡單之交流(AC)電力感測及切換電路，用於為了能效而即時檢測及緩解反向功率流，可用於功率因子校正並將能量從反向功率流恢復。
電力網已存在超過一世紀，將可靠之電力遞送給客戶(費率付款人)。與提供這種電力相關聯之成本可來自兩個主要來源：發電及電力遞送。在一理想情況下，電力係以盡可能最低之成本產生並遞送給客戶。無效率會使總體系統成本增加，而提高效率方面之任何改良均可轉化成更低之發電及電力遞送成本。電力網無效率的原因之一是存在反向功率流。反向功率流問題複雜，因為其作為一廢棄問題而不受歡迎、或作為一電力過剩而受到歡迎。控制反向功率流需要對造成反向功率流之來源有一基礎瞭解，進而需要對下文所述電力網之結構有一基本瞭解。
電力網係由四個部分所構成：發電、傳輸網、配送網、及客戶負載。
電廠透過將某些材料(例如：煤、天然氣、石油及核子)中之能量轉換成電來發電。這種轉換過程之熱力學極限導致原料中大約三分之二(約65%)之能量轉換成電。傳統上，電廠可位於距其服務之客戶數百英里處，這要求在電廠與客戶之間建立一有效率之遞送系統。電力線負責在發電機(類似於一樹之根部)與客戶(類似於一樹上之葉子)之間遞送電力(類似於水)。電力線可區分成兩種主要類別：傳輸線 及配送線 。
傳輸線(類似於一樹之樹幹)係位於產生器與變電所之間的電力線，其組成電力網之傳輸網 區段。傳輸線係用於長距離移電力之高電壓線。傳統上，傳輸線在一點至多點拓樸結構中具有單向性(類似於一樹從一個點至多個點之複雜分支結構)。傳輸線中之電力喪失約略為2%至6%。
配送線係位於變電所與客戶站點之間的電力線，其組成電力網之配送網 區段。配送線可進一步區分成兩種子類別：中電壓線 及低電壓線 。中電壓線(如一樹之分枝)將電力從變電所攜載至附近社區。中電壓線使用變換器將中電壓線降為低電壓線(類似於分枝上之細枝)，其係客戶熟悉之電力線(類似於細枝上之葉子)。配送線中之電力喪失約略為4%。
客戶負載可區分成三種消費者類型：工業、商業及住宅。客戶負載意指為各消費者滿足其各種用電需求所需之各種電量。從公用事業(其應意味著及包括所有網格參與者，包括公用事業、能量經銷商、能量管理公司等)產生之電力在送達客戶站點之前，先喪失約略41%至45%。如果電力是在更靠近客戶處產生，則單獨傳輸線中之電力喪失(約略6%至10%)將比公用事業提供之電力有所改善。公用事業還必須克服在客戶站點處產生之一電力類型，其稱為反向功率，這進一步加劇此問題。此電力之方向係從客戶站點到電力網，並且稱為反向功率流。反向功率流有下文所述之兩種類型：來自客戶負載之反向功率流及來自散布型發電機之反向功率流。
來自客戶負載之反向功率流。客戶負載係由客戶站點內使用公用事業所提供電力之所有電氣裝置所構成。客戶站點透過客戶負載之電氣特性促成電力喪失。客戶負載之電氣特性係由所有個別電氣裝置組合所構成。這種類型之反向功率流係由一無效率客戶負載所產生。一無效率客戶負載可稱為一低功率因子 負載。與這類型反向功率流相關聯之電力創建兩個問題：客戶負載無法使用此電力、以及公用事業因此需要產生更多電力。因此，這種形式之反向功率流不受歡迎，並且可稱為廢棄電力 。傳統上，配送線具有雙向性(允許電力沿兩方向移動)。此雙向能力允許廢棄電力重新進入電力網，並且稱為反饋 。如果允許廢棄電力進入傳輸網，則可造成總體電力網不穩定。為了防止廢棄電力進入傳輸網，由公用事業實施保護電路，以防配送網層級處之反饋。校正一無效率客戶負載之一裝置可稱為一功率因子校正裝置 。基於成本理由，功率因子校正裝置通常不針對整個客戶站點實施，而是在一每產品基礎上實施。目前，沒有實際資料可用來確定無效率客戶負載所廢棄之能量大小。如果要求所有產品都具有一理想負載(功率因子為一)，則這將等於公用事業需要產生之最低電量，其可轉化成一更低能量成本。然而，一更低能量成本之效益可能不會優於為了使一產品具有一理想負載而新增功率因子校正之附加成本。藉由使用能效產品，可在一個人消費者基礎上節省成本，但在知道廢棄電力之實際資料前，公用事業將難以花時間來證明聚焦於用以設定付款人費率之校正無效率客戶負載的成本。
來自散布型發電機之反向功率流。散布型發電機係連接至配送網之小型產生器。這些產生器係分散型、模組化且靈活性技術，位於靠近其服務之客戶負載處，而且通常小於百萬瓦。散布型發電機通常使用再生能源(例如：水力發電、生質、沼氣、太陽能、風力及地熱發電)，並且逐漸針對配電網扮演一重要角色。以住宅光伏打(PV)系統來說明，太陽是一種免費能源，並且由於PV系統之位置處於客戶站點，因此電力傳輸損耗可忽略不計。使用散布型發電機之經濟價值隨著公用事業電廠與客戶之間的距離增加而提升。散布型發電機係設計成使產生之電力「看似」公用事業電力，並且可視為具有接近完美之效率(該電力係同步化電力)。如果散布型發電機創建比客戶負載可消耗者更多之電力，則多餘電力係發送到配送網裡作為一反向功率流。當散布型發電機創建反向功率流時，因為反向功率經過同步化，因此公用事業不必產生更多電力來克服這種類型之反向功率流。與這類型反向功率流相關聯之電力受到客戶及公用事業兩者歡迎。為了鼓勵再生能量發展，公共公用事業委員會已引導公用事業採取政策以購買客戶之散布型發電機所產生之多餘電力。散布型發電機擁有者與公用事業之間通常會簽訂關於再生能量合約之互連協議。對於合約(如淨計量合約)，要求公用事業允許過度發電到配送網裡。然而，公用事業發現，隨著連接之散布型發電機增多，配送網不穩定性也越大。當散布型發電機產生之多餘電力係送到網格裡時，配送網不穩定性便會出現。因此，現將淨計量合約更換為將散布型發電機之產生容量限制為小於本地所消耗者。
「目前較佳 」及「較佳 」等詞一旦用於說明一過程、功能或部分，便可為了改善文件可讀性之唯一目的而在文件之其餘部分予以捨棄。除非另有所指，否則會將這些術語之預期用法理解為屬於所述過程、功能或部分。
各散布型發電機均為一微型電廠，其可不受管理網格之公用事業控制。數千個散布型發電機在連接至公用事業之配送網時，組成一不受控制之電廠，產生之電量可變，這端視諸如天氣及客戶負載等條件而定。散布型發電機過度發電會創建反向功率。無效率客戶負載有時會消耗電力，會在其他時間創建反向功率流。在這種狀況中，反向功率流使負載看起來像一產生器。因此，可以說，反向功率流看起來像連至電力網之一產生器。如果將配送網上之保護電路設計為將傳輸網與反饋問題隔離，則將產生器置放在配送網上似乎與此設計相矛盾。反向功率流如果係視為產生器，則在邏輯方面應予以放在單獨傳輸線上。由於進入一客戶站點之電力可由正向功率流及反向功率流兩者所組成，因此檢測這兩個流動之間的差異並將正向功率流發送至客戶負載、並使反向功率流從電力網轉向離開會使反饋問題緩解。反向功率流可接著予以再循環並且再利用。這是本發明之基本概念。專利引證及參考文獻
Choudhury之美國專利9966841 B2係以參考方式併入本文中，揭示一種電力供應器，該電力供應器包括即時且適應性之一功率因子校正模組，其使用一電子開關，以操作條件為基礎。
Cohen之美國專利7098631係以參考方式併入本文中，揭示一種功率因子校正模組，其使用一電流感測器來調變一電力開關之接通及阻斷區間，該電流感測器不需要感測來自轉換器之輸入電壓之瞬時值。
Rohatyn之美國專利4672298係以參考方式併入本文中，揭示一種功率因子校正系統，該功率因子校正系統適用於與來自一發電機之一線路供應電力相配合，該發電機包括與該線路供應電力並聯之一無功功率補償裝置，而且適用於與電感性負載並聯連接。
Lorenezen等人之美國專利5341082係以參考方式併入本文中，揭示用於將一產生器連接至一電池防止反向電流流動之電路系統。
Zigovszki等人之美國專利9476740係以參考方式併入本文中，揭示用於對反向流動條件進行檢測及提示之技術。
Tesla, Inc.之美國專利申請公告US 2019/0097427 A1係以參考方式併入本文中，揭示獨立於連至一電力網之連接，將具有能量產生系統之終端使用者電氣系統連接至其他終端使用者電氣系統、或連接至網格之電纜，以使得可將電力在該等電纜之間及之中轉向。
PCT國際專利申請案PCT/US2005/020005 (公布為WO2005120202A2)係以參考方式併入本文中，揭示一種具有一電壓感測電路之功率因子校正電路，該電壓感測電路將輸出電壓與一參考電壓作比較，並以一脈衝信號驅動一開關。
「Reverse Power Mitigation System for Photovoltaic Energy Resources」由Chojnowski, T.、LaPlante, D.、及J. Truong在Worcester Polytechnic Institute and National Grid提出（2015年12月），係以參考方式併入本文中，揭示一種位於一模擬電網內之一反向功率流緩解系統，其檢測從一變電所輸出之電力，並且將一信號發送至一散布型發電機以控制其輸出，係以參考方式併入本文中。
「Mitigating the Impacts of Photovoltaics on the Power System」由Hao, K.、Achanta, S.、Rowland, B.、及A. Kivi在Schweitzer Engineering Laboratories, Inc.提出（2017年3月），係以參考方式併入本文中，揭示一種高速控制及無線電通訊，用以降低一電廠之輸出，使諸本地負載相匹配並限制反向功率流。
「Transient Over-Voltage Mitigation and its Prevention in Secondary Distribution Networks with High PV-to-Load Ratio」由Schwarzer, V.、及R. Ghorbani在Electric Vehicle Transportation Center提出（2015年2月），係以參考方式併入本文中，揭示用以使電力網中之暫態過電壓緩解之各種方法。
「Clean energy technologies threaten to overwhelm the grid. Here’s how it can adapt」由David Roberts在Vox Media提出（2018年12月），係以參考方式併入本文中，揭示過時電力網之一由下而上重新設計。
「Lost In Transmission: How Much Electricity Disappears Between A Power Plant And Your Plug?」由Jordan Wirfs-Brock在Inside Energy提出（2015年11月），係以參考方式併入本文中，揭示從產生到消耗之能量損耗。
「A Tale of Two Visions: Designing a Decentralized Transactive Electric System」由Kristov, L.、De Martini, P.及J. D. Taft在IEEE Power and Energy Magazine第14卷第3期提出（2016年5月至6月），係以參考方式併入本文中，揭示兩種可管理分散式能量資源之方式。
在以下說明中，將對各項實施例及實例作說明。為求清楚，提出特定組態及細節以便透徹理解實施例及實例。然而，對所屬技術領域中具有通常知識者亦將會清楚可知的是，不用特定細節也可實踐實施例及實例。為了不混淆所述實施例及實例，可省略或簡化眾所周知之特徵。本發明之較佳實施例係一種電力感測及切換電路，其藉由即時檢測反向功率流並立即將反向功率流轉向作為再循環電力收回來檢測及緩解反向功率流。
將引進新術語，因為這些術語係本發明所使用之新概念，下文有說明。本發明藉由對使用配送線提供一更細微定義以及將新電力線引進到配送網裡，設法進一步定義配送網之角色。配送線將用於將公用事業產生之電力攜載至客戶負載，並且此方向將稱為正向功率流 。配送線上之保護電路系統將維持並用於在有意外電力注入配送網之情況下緩解反饋問題。本發明在變電所與使用者站點之間要求新傳輸線，其將僅攜載反向功率流。這些新傳輸線遵循與現有配送線相同之路徑，現有配送線可佈設在電線桿上，或佈設在介於鄰近客戶群與變電所之間的公用事業地下實作態樣中。一類似命名慣例係用於配送線，可用於新電力線。命名慣例亦可有助於區別功率流之意欲方向。沿正向功率流方向支援電力之現有配送線在其名稱中將具有電力，而沿反向功率流方向支援電力之線路則在其名稱中將具有恢復 一詞。使用此命名慣例，新線路可稱為恢復線 。供鄰近客戶群與個別客戶站點用之配送線之間的電力線稱為電力服務線 。因此，可將恢復線連接至客戶站點之線路可稱為恢復服務線 。恢復線將使用與現有低電壓線相同之纜線類型。可將恢復線視為配送網中界定之低電壓傳輸線。這防止在區別高電壓傳輸線與這些新低電壓恢復線時可能引起之混亂。來自諸散布型發電機之無功、非線性、及過度生產之電力引起之反向功率流可共存。因此，即使散布型發電機所產生之電力可具有接近於一之一功率因子，因為其現可與來自無功且非線性負載之反向功率組合，所以發送至配送網之淨電力可導致一淨功率因子小於一。此比理想電力更小之電力可稱為再循環電力 ，並且可予以發送至可稱為再循環電力線 之新線路。再循環電力需要先「處理」才可使用。可將「處理」前之再循環電力發送至可稱為預調節電力線 之新線路。「已處理」再循環電力可稱為重調節電力 ，並且可予以發送至可稱為已調節電力線路 之新線路。
本發明係一種用於使流向將一交流電提供至一負載之一電源的反向功率緩解之裝置。交流電根據一電流波形交變，並且具有在界定一循環持續時間之一頻率之一最小值與一最大值之間交變之一循環性變動電壓。變動電壓具有一電壓波形。電流流動方向之變化界定目前之中間交叉點。負載改變電流波形而使電流波形波動，可週期性變化，並且可有別於電壓波形，而且藉由外在來源或裝置將雜訊引進交流電。
本發明包含： (1) 一電力供應器，其具有一電力供應正電壓及一電力供應負電壓，在該電力供應正電壓與該電力供應負電壓之間的中途創建一參考電壓； (2) 一電壓感測器，其連接至該電源；藉此該電壓感測器感測該變動電壓並以近似該電壓波形即時輸出一代表電壓之電壓信號，經比例調整及偏置而置中於該電力供應正電壓與該電力供應負電壓之間，並且在該參考電壓上方具有交叉點，於各循環之末端及中點界定電壓中間交叉點； (3) 一電流感測器，其連接至該負載，藉此該電流感測器感測該交流電並以近似該電流波形即時輸出一代表電流之電壓信號，經比例調整及偏置而置中於該電力供應正電壓與該電力供應負電壓之間，而且還經比例調整而能夠與該參考電壓作比較； (4) 一任意電壓方波轉換器，其具有一電壓轉換器傳播延遲，用以接收該代表電壓之電壓信號並將該代表電壓之電壓信號與該參考電壓作比較，具有一遲滯電路，用以回應於比該電壓中間交叉點加上該雜訊更高之一代表電壓之電壓信號而產生一高電壓觸發點電壓，以及回應於比該電壓中間交叉點減去該雜訊更低之一代表電壓之電壓信號而產生一低電壓觸發點電壓，該任意電壓方波轉換器還輸出回應於該高電壓觸發點電壓而處於高位準且回應於該低電壓觸發點電壓而處於低位準之電壓方波，藉此從低轉變至高並且再轉變回到低之一電壓方波構成一電壓脈衝； (5) 一任意電流方波轉換器，其具有一電流轉換器傳播延遲，用以接收該代表電流之電壓信號，並且用以將該代表電流之電壓信號與該參考電壓作比較，具有一遲滯電路，用以回應於比該目前中間交叉電壓加上該雜訊更高之一代表電流之電壓信號而產生一高電流觸發點電壓，以及回應於比該目前中間交叉電壓減去該雜訊更低之一代表電流之電壓信號而產生一低電流觸發點電壓，該任意電流方波轉換器還輸出回應於該高電流觸發點電壓而處於高位準且回應於該低電流觸發點電壓而處於低位準之電流方波，藉此從低轉變至高並且再轉變回到低之一電流方波構成具有一前緣及一尾緣之一電流脈衝，該電流脈衝具有一電流脈衝長度； (6) 一極性檢查器，其將該電壓方波與該電流方波作比較，當該電壓方波處於高位準且該電流方波處於低位準時、以及當該電壓方波處於低位準且該電流方波處於高位準時，產生一極性脈衝； (7) 一脈衝延伸器，其連接至該任意電流方波轉換器，將一電流脈衝延伸一脈衝持續時間，並且如果一後續電流脈衝在小於一循環持續時間內抵達，則繼續延伸該脈衝持續時間，藉此針對該脈衝持續時間創建指出一可靠電流之一延伸電流脈衝；以及 (8) 一開關控件導致可操作性連接至該脈衝延伸器及該極性檢查器之一輸出，僅針對該脈衝持續時間致能該極性檢查器，藉此當該極性脈衝處於高位準時，反向功率流係視為可能存在，並且當該極性脈衝處於低位準時，反向功率流不視為可能存在，但僅在該延伸電流脈衝指出可靠電流的情況下才致能該極性檢查器，藉此當指出可靠電流並且反向功率流係視為可能存在時，該開關控件指出該輸出反向功率流，以及當未指出可靠電流時或當反向功率流不視為可能存在時，該開關控件指出該沒有輸出反向功率流。
該電壓轉換器傳播延遲與該電流轉換器傳播延遲實質等同。
較佳的是，該高電流觸發點與該高電壓觸發點實質等同，並且該低電流觸發點與該低電壓觸發點實質等同。
較佳的是，該脈衝延伸器更包含： (1) 一前導脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該前緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間之一半更大但比該循環持續時間更小之一前導脈衝長度；以及一後尾脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該尾緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間稍微小之一後尾脈衝長度；以及一兩輸入或閘，其連接至該前導脈衝延長器及該後尾脈衝延長器，如果觸發該前導脈衝延長器或該後尾脈衝延長器中之任一者，則其延伸該脈衝延伸器之該脈衝持續時間；該等前導脈衝長度與該等後尾脈衝長度彼此重疊，以涵蓋在週期性方面可與該等電壓脈衝不同之電流脈衝之週期性； (2) 一前導脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該前緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間之一半更大但比該循環持續時間更小之一前導脈衝長度；以及一後尾脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該尾緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間稍微小之一後尾脈衝長度；以及一三輸入或閘，其連接至該前導脈衝延長器及該後尾脈衝延長器，而且還接收該電流脈衝，如果觸發該前導脈衝延長器或觸發該後尾脈衝延長器或接收該電流脈衝，則延伸該脈衝延伸器之該脈衝持續時間；以及該等前導脈衝長度與該等後尾脈衝長度與該等電流脈衝長度彼此重疊，以涵蓋在週期性方面可與該等電壓脈衝不同之電流脈衝之週期性；或 (3) 一後尾脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該尾緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間稍微小之一後尾脈衝長度；以及一2輸入或閘，其連接至該後尾脈衝延長器，而且還接收該電流脈衝，如果觸發該後尾脈衝延長器或接收該電流脈衝，則延伸該脈衝延伸器之該脈衝持續時間；以及該等後尾脈衝長度與該等電流脈衝長度彼此重疊，以涵蓋在週期性方面可與該等電壓脈衝不同之電流脈衝之週期性。
較佳的是，該輸出包含連接至該電壓感測器、該電流感測器、及該開關控件之一監測電路，其提供反向功率流計量資訊。
較佳的是，當該輸出係一監測電路時，該脈衝延伸器更包含： (1) 一後尾脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該尾緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間稍微小之一後尾脈衝長度；以及該等後尾脈衝長度涵蓋在週期性方面可與該等電壓脈衝不同之電流脈衝之週期性。
較佳的是，該電源係一電力服務線，並且該負載係一客戶負載線，該輸出包含由該開關控件所控制之一單極雙投開關，其(1)在該開關控件之該輸出指出沒有反向功率流時，將該電力服務線連接至該客戶負載線，以及(2)在該開關控件之該輸出指出反向功率流時，將該電力服務線連接至一再循環電力線，使該交流電從該客戶負載線轉向至該再循環電力線作為再循環電力。
較佳的是，當該輸出係一單極雙投開關時，本發明更包含： (1) 一電力變換器電路，其連接至該再循環電力線； (2) 一預調節電力線，其連接至該電力變換器電路；以及 (3) 一再循環電力重調節電路，其含有連接至該預調節電力線之一再循環能量儲存系統。
當該開關之該輸出具有該再循環電力時，該交流電從該再循環電力線流經該電力變換器電路、流經該預調節電力線流至該再循環電力重調節電路並流進該再循環能量儲存系統。
較佳的是，該輸出包含一單極單投開關，其由連接至該負載之該開關控件所控制，在該開關控件指出反向功率流時斷開，以及在該開關控件指出沒有反向功率流時閉接。
較佳的是，當該輸出係一單極單投開關時，該脈衝延伸器更包含一後尾脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該尾緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間稍微小之一後尾脈衝長度；以及該等後尾脈衝長度涵蓋在週期性方面可與該等電壓脈衝不同之電流脈衝之週期性。
本發明定義一種用於使包括一產生器及一客戶負載之一交流電路中之反向功率流緩解之方法，其利用電力感測及切換電路藉由檢測電流及電壓何時具有相反極性來檢測反向功率流之時間，以及將反向功率流轉向以創建再循環電力。發送至恢復服務線之再循環電力係一低電壓線。恢復服務線連接至恢復線，係用於再循環電力之遠端再循環的低電壓線。發送至預調節電力線之再循環電力可藉由使用一再循環電力重調節電路創建重調節電力將再循環電力重調節、並將該重調節電力引進到一客戶服務面板裡以供一客戶負載使用、或藉由將再循環電力儲存在一能量儲存系統中以供未來使用，用於再循環電力之本地再循環。
本發明包含四個部分：(1)一電力感測及切換電路、(2)恢復線、(3)一電力變換器電路、以及(4)一再循環電力重調節電路。
瞭解反向功率流。反向功率流係一複雜主題，而且需要基本電氣概念知識才能理解其為何物，還需要公用事業實務知識才能理解其目前受管理之方式。下面將說明此基線術語。公用事業針對其所產生之能量向其客戶收費。為了確定使用中能量之多寡，公用事業會測量負載所使用之能量小時(瓦時)。功率係以瓦特為單位所測得能量之容量，並且依照總使用量(每月)向客戶收費。公用事業經由交流電路供電給客戶。功率之組分稱為電壓(電氣壓力)及電流(電氣流動)，並且在下面作說明。
為求清楚且為了簡便起見，說明電力之單相遞送，並且相同概念可應用於多相系統。在一或多個循環持續時間內進行之測量係峰值電壓之均方根(類似於平均)，係稱為市電電壓 (在美國[US]為+120伏特交流電)，由公用事業規範。註記處除外，所述為美國電力系統，且相同概念可應用於憑藉不同市電電壓 之其他國家。
在包含一電源及一負載之一簡單交流電路中，電流及電壓兩者都是理想正弦狀。電流以一特定頻率(在美國為每秒60個循環[赫茲])朝向及遠離來源前後交變，且一電壓以該特定頻率在一最小-170伏特交流電與一最大+170伏特交流電峰間電壓之間變動。峰值電壓係峰間電壓之中間交叉點0伏特與最大電壓+170伏特交流電之間的電壓差。完成一循環所花費之時間可稱為一循環持續時間 (每秒1/60個週期或16.7毫秒)。交流電(AC)在各循環期間沿一交變方向流動(前後遊走)，沿一個方向移動時為正電流，而沿另一方向移動時為負電流。隨著負載之能量使用量增加及減少，電流也將隨之增加及減少。因為電流及電壓兩者都隨著時間交變，所以功率也將隨著時間交變。市電電壓+120伏特交流電之測量是在理想正弦電壓之一或多個循環持續時間內進行，其在±170伏交流電之間變動，這解釋了兩次電壓測量之間的關係。電流也是在一或多個循環持續時間內測量，並且電壓與電流之乘積係以瓦特為單位之功率，其為公用事業據以計費之能量單位。從一實務觀點來看，功率測量是在一或多個用於計算計費資訊之循環持續時間內進行。
電阻 係直流(DC)電路中使用之一概念，並且限制直流電中之電流動。阻抗 係交流(AC)電路中使用之一概念，並且限制交流電中之電流動。有三種不同元件組成負載之阻抗：電阻器 、電容器 及電感器 。負載之特性可具有電阻性 (來自一電阻)、電容性 (來自一電容器)、電感性 (來自一電感)、或這三者之一組合。一電容器係在一電場中儲存電能之一裝置，而一電感器則是當一電流通過該電感器時在一磁場中儲存電能之一裝置。負載包含一有功部分(電阻性)及一無功部分(電容性或電感性)。
一電容器可視為對負載之無功部分(電容性電抗 )提供一負貢獻，而一電感器則可視為對負載之無功部分(電感性電抗 )提供一正貢獻。當電容器貢獻與電感器貢獻之電抗相加在一起時，淨結果將是這兩個貢獻之總和。如果電容性電抗大於電感性電抗，則負載之無功部分等於一淨電容性電抗。同樣地，如果電感性電抗大於電容性電抗，則負載之無功部分等於一淨電感性電抗。電容器及電感器之電抗貢獻受交流電之頻率影響。電容性電抗隨著頻率增加而減小，而電感性電抗隨著頻率增加而增大。一負載之阻抗會對電壓及電流波形之相位造成深遠效應，從而影響電力之遞送。
相位 係電壓與電流波形之比較。同相 意味著電壓及電流波形兩者在每個時間點都正向增大或負向增大，且兩者都同時通過其中間交叉點。電壓及電流對此之任何偏差稱為異相 。電壓與電流之間的相位差取決於負載之阻抗。如果負載中之容抗增加，則電壓與電流波形之間的相位差趨向於-90°。如果負載中之感抗增加，則電壓與電流波形之間的相位差趨向於+90°。最有效率之電力移轉是在電壓與電流同相時(電壓與電流波形之間的差異為0°)。效率隨著相位差遠離0°移動而開始下降。如果有用以將負載之無功部分移除或緩解之方式，則這將提高發電及遞送系統之總體效率。公用事業想要在發電時盡可能有效率。然而，負載之有功及無功特性是由客戶負載創建，公用事業無法控制。為了量化此效率，將一簡單測量結果(功率因子 )用於說明負載之效率，以使得可採取校正措施來減少負載之無功部分之影響。功率因子係使用兩個測量結果(實際功率及視在功率)來計算，下面有說明。
有功功率及無功功率之組合稱為複功率 。視在功率 係供應給電路之功率，包含複功率之幅度。功率因子 係用在一交流電路中電力之效率之一度量，並且係實際功率(以瓦特為單位測得)與視在功率(以伏安為單位無功測得)之比。功率因子係一無單位值，其具有從-1到+1之一範圍。一電路之功率因子在電壓與電流同相時為+1。如果電壓與電流之間的相位差增大，則功率因子趨向於0。如果電壓與電流之間的相位差減小，則功率因子趨向於+1。倘若負載係一發電機，則功率因子為-1。
傳輸線不是理想導體，因為其具有電阻性元件(電力線及其他導線具有電阻)及無功元件(例如：變換器)。配送網上之功率因子校正裝置有助於降低由於傳輸線中之無功元件引起之電力喪失。一電氣傳輸系統中期望之一高功率因子為+1或接近+1，用以減少傳輸損耗並改善穩壓，這有助於降低總體系統之成本。
緩解低功率因子無功負載之一般方法是要將具有相等但相反電抗之無功組件施用於負載，使得組合式電抗為零，導致一純有功負載。如果負載電抗係靜態電抗，則這將是良好方法，但不幸的是，負載會不斷地變化。與動態補償負載中之無功變化相關聯之成本對於較大型商業客戶可能合理，但對於住宅型客戶可能耗成本。由於緩解低功率因子負載之成本在客戶站點處可能高得嚇人，因此公用事業將其精力聚焦在併網、功率因子校正裝置上。公用事業已在網格上實施功率因子校正裝置(例如：同步凝結器，靜態及動態伏安無功補償器，靜態同步補償器及電容器組)。這些系統係於一社區內實施，試圖將所有無功負荷匯集成可予以在集中位置中更輕鬆處理之一淨無功負荷。這些系統藉由使用被動元件(電容器及電感器)更改電流及電壓之相位來運作，而且對於低功率因子負載有效。
當一負載所使用之電流即使在該負載連接至一正弦電壓仍不具有一正弦波形時，該負載為非線性負載。這些非線性正弦電流含有與配送網之阻抗相互作用之諧波(一週期性波形之頻率之更高倍數)雜訊電流。該相互作用創建電壓失真，會影響配送線及與其連接之客戶負載中之公用事業設備。非線性負載主要出現在重型工業設備(諸如電弧爐、大型可變驅動機、用於電解精煉之重型整流器)中。諧波通常屬於局部性，而且諧波之緩解係局部完成，不會影響配送網。如今，非線性負載現已常見，而且已在工業應用中及商業大樓中創建諧波雜訊問題。緊湊型螢光燈、含自有交流/直流照明鎮流器之基於發光二極體(LED)之燈光、以及現代電視、電腦系統及電子設備中使用之開關模式電力供應器係合併非線性電力供應器之產品實例。開關模式電力供應器係為了消費性電子器件小型化而使用更高頻率使內部變換器尺寸縮減之電力供應器。幾乎每個電力電子裝置(諸如電腦、伺服器、監視器、印表機、影印機、電信設備、廣播設備、銀行業務機器)中均可發現開關模式電力供應器。開關模式電力供應器具有使功耗降低、使散熱減少、以及使電力供應器之尺寸及重量縮減等優點，其變得越來越普遍，並且取代傳統之線性電力供應器。然而，開關模式電力供應器亦為一高度非線性負載，而且其功率因子可低至+0.6。非線性功率因子校正裝置分為兩類：被動式及主動式。被動式功率因子校正裝置合併電感器及電容器，以提供低頻通過濾波器電路，使線性負載所創建之高頻諧波衰減(減小)。被動式功率因子校正電路之缺點係濾波器尺寸大、成本高、以及在不同國家操作所需之被動式電路不同，使可攜性成為一問題。這些缺點使被動式功率因子校正不適合許多應用。主動式功率因子校正使用主動式電子電路系統，而且在開關模式電力供應器中通常係用作為功率因子校正電路。主動式功率因子校正電路合併稱為一升壓轉換器及控制器 之複雜電路系統，其可提升電壓以使電流與電壓保持同相，從而使功率因子更接近於+1。用於開關模式電力供應器之一主動式功率因子校正裝置因為主動式電路需要附加電力而使電力供應器之效率降低。開關模式電力供應器在效率方面之增益受主動式電路所需之附加電力抵消。
反向功率流之檢測。為了在圖中提供一致性，電壓波形可表示為點線、電流波形可用虛線表示、以及功率波形可用實線表示。圖解並未按照比例，並且僅意欲對交流電力原理提供一般性理解。為了在術語方面提供一致性，除非另有所指，否則電壓意指為瞬時電壓、電流意指為瞬時電流、以及功率意指為瞬時功率。除非另有所指，否則為了一致性，將繼續使用與所述相同之產生器及負載電路。反向功率流源自三個來源：負載中之無功功率、負載中之非線性功率、以及過度發電。下面將說明反向功率流之三種來源。
無功負載中反向功率流之檢測。如果負載具有純電阻性(諸如位在一燈泡或爐體中)，則瞬時電壓及瞬時電流維持同相。在一理想情況下，一純電阻性負載可用作為一基線，用以確定功率流之方向。純電阻性負載與功率之有功部分(或實際功率)相關聯。在一純電阻性負載中，瞬時電壓及瞬時電流之乘積一律為正，其等於瞬時功率。在介於所產生電力與客戶負載之間的公用事業電力網中，可發生傳輸損耗，但在一純電阻性負載中，到達負載之所有電力全都係由負載完全使用(消耗)。
圖1展示一純電阻性負載中之瞬時電壓101 (點線)及瞬時電流102 (虛線)的一圖解。x軸展示時間(以+360°循環之相位角φ表達，其更適用於繪製週期信號)，並且y軸展示波形相對一零交叉點之幅度(高度) 。對於一純電阻性負載，瞬時電壓101與瞬時電流102完全同相，而且這是藉由兩波形同時於零振幅與水平軸交叉(零交叉點)且始終具有相同極性(亦即，瞬時電壓101及瞬時電流101兩者始終都具有一正振幅，或者瞬時電壓101及瞬時電流102兩者始終都具有一負振幅)來展示。
圖2中之圖解展示瞬時功率201 (實線)、及平均功率202 (粗實線)，其係推導自圖1中所示之瞬時電壓101及瞬時電流102。x軸展示時間(以相位角φ表達)，並且y軸展示波形之振幅(高度)。瞬時功率201係瞬時電壓101與瞬時電流102之乘積，而平均功率202則是平均電壓(圖未示)與平均電流(圖未示)之乘積。當瞬時電壓101與瞬時電流102具有相同極性時，瞬時功率201為正，如「+」號所示，而當圖1所示之瞬時電壓101與瞬時電流102兩者都是零時，瞬時功率201變為零。平均功率202呈現平坦，並且係用於功率測量之一良好純量(具有量值但無方向)，其中數個循環持續時間需要一值。然而，平均功率202不提供關於電力流動方向之資訊。注意，瞬時功率201具有+180°長之一週期性循環。亦注意，圖1所示之瞬時電壓101與瞬時電流101兩者在相位角φ處於+180°時都處於最小值。圖2所示之瞬時功率201在相位角φ於循環之中點處係+180°、以及於循環之末端處係0°及360°時處於最大值。圖1中之瞬時電流102將在一正最大值與一負最小值之間交變。然而，在一電阻性負載中，瞬時功率201始終為正或為零。除非瞬時電壓101及瞬時電流102為零，即當瞬時功率201也為零時，否則正瞬時功率201暗指將電力自來源移轉至負載在每個時間點均具有從來源朝向負載之一電力方向。
在一純電阻性負載中，瞬時功率201之方向始終從來源朝向負載(正向功率流 方向)，並且瞬時功率201為正功率。這暗指正功率等於正向功率流。可推斷負功率可等於反向功率流 。同樣地，瞬時電流102在來源與負載之間前後交變。這非常重要，因為有時會將瞬時電流102之方向誤認為是功率流之方向，但並非總是如此。
如果負載具有純電容性(諸如一顯像管)或純電感性(諸如一馬達)，則瞬時電壓與瞬時電流將不再同相。一純電容性負載及一純電感性負載兩者都稱為純無功負載。在一純電容性負載中，電壓與瞬時電流係-90度異相。在一純電感性負載中，瞬時電壓與瞬時電流係+90度異相。然而，純電容性負載之所產生平均功率、所移轉功率、以及功率解釋方向將與純電感性負載之以上所述相同。因此，在反向功率流之上下文中，將不說明純電容性負載。
圖3中之圖解針對一純電感性負載繪示瞬時電壓101 (點線)及瞬時電流102 (虛線)。x軸展示時間(以相位角φ表達)且y軸展示波形之振幅(高度)。瞬時電壓101與瞬時電流102異相+90°，如310處所示。瞬時功率201 (實線)係瞬時電壓101與瞬時電流101之乘積，而平均功率202 (粗實線)則是平均電壓(圖未示)與平均電流(圖未示)之乘積。區間300及302中展示瞬時功率201之正區段，即「+」號。區間301及303中展示瞬時功率201之負區段，即「-」號。當瞬時功率201為正時，電力係從來源移轉至負載，且電力之方向係從來源朝向負載，展示出一正向功率流方向。當瞬時功率201為負時，電力係從負載移轉至來源，且電力之方向係從負載朝向來源，展示出一反向功率流方向。在純電感性負載狀況中，從來源移轉至負載之電力與從負載移轉至來源之電力相同。所產生之平均功率為零，展示尚無淨電力移轉至負載。該階段之關鍵屬性之一在於，如果負載特性不變，則該階段維持恆定。注意，當負載為純無功時，電力係同等地移轉至及自負載。在一純無功負載中，電力有一半時間係沿朝向負載之方向，並且電力有另一半時間係沿來源之方向。在此時間內，負載維持不變且相位維持恆定。因此，相位不單獨對功率流之方向提供任何指示。這暗指無功功率測量無法單獨用於確定電力方向。理解純無功負載很重要，因為亦暗指功率流方向僅可即時測量。
圖4中之圖解繪示圖3中之相同瞬時功率201，其中本發明將瞬時功率201之負區段移除。x軸展示時間(以相位角φ表達)，並且y軸展示波形之振幅(高度)。區間300及302中展示瞬時功率201之正區段，即「+」號。區間301及303中展示瞬時功率201之已移除負區段，即「-」號。移除瞬時功率201負區段後，僅正瞬時功率201將留下。注意，將反向功率流區間301及303從瞬時功率201移除之結果導致一正平均功率202，並且由來源所產生之所有功率都移轉至負載。當所有功率都移轉至負載時，負載之功率因子為+1，這暗指本發明可作為一功率因子校正裝置。
理想負載係純有功或無功負載擇一，因此在功率解釋中有用處，但在實際客戶負載中不切實際。只要負載中具有無功元件，負載便將稱為一無功負載。如果負載中沒有無功元件，則係一有功負載(純電阻性)。
圖5中之圖解針對一無功負載繪示瞬時電壓101 (點線)及瞬時電流102 (虛線)。x軸展示時間(以相位角φ表達)且y軸展示波形之振幅(高度)。在這項實例中，510處展示+45°之一相移，以使得圖解更易於視覺化。瞬時功率201 (實線)係瞬時電壓101與瞬時電流102之乘積，而平均功率202 (粗實線)則是平均電壓(圖未示)與平均電流(圖未示)之乘積。區間500、502及504中展示瞬時功率201之正區段，即「+」號。區間501及503中展示瞬時功率201之負區段，即「-」號。當瞬時功率201為正時，電力係從來源移轉至負載，且電力之方向係從來源朝向負載，展示出一正向功率流方向。當瞬時功率201為負時，電力係從負載移轉至來源，且電力之方向係從負載朝向來源，展示出一反向功率流方向。注意，由一正功率表示之瞬時功率201波形之區段已自圖3所示之純電感性負載起增加。隨著瞬時電壓101與瞬時電流102之間的相位差減小，瞬時功率201之正區段增加。
圖6中之圖解繪示圖5中用於瞬時功率201之相同波形，其中本發明將瞬時功率201之負區段移除。x軸展示時間(以相位角φ表達)，並且y軸展示波形之振幅(高度)。區間500、502及504中展示瞬時功率201之正區段，即「+」號。區間501及503中展示瞬時功率201之已移除負區段，即「-」號。所產生之瞬時功率201僅剩餘正功率。注意，將區間501及503中之反向功率流移除之結果導致一正平均功率202，並且由來源所產生之所有功率都移轉至負載。對於無功負載中之反向功率流，可提出以下幾點。
(1) 無功功率無法單獨確定電力方向。 (2) 電流流動無法單獨確定電力方向。 (3) 相位無法單獨確定電力方向。 (4) 平均功率無法單獨確定電力方向。 (5) 一正功率展示正向功率流方向。 (6) 一負功率展示反向功率流方向。 (7) 反向功率流僅可從瞬時功率測量確定。 (8) 瞬時功率之負區段之移除與一功率因子校正裝置進行相同功能。
非線性負載中反向功率流之檢測。線性負載取用與所施加電壓成比例之電流，而非線性負載則取用與所施加電壓不成比例之電流。對於一線性負載，來自一正弦電壓波形來源之消耗電流也將是一正弦波形。對於一非線性負載，來自一正弦電壓波形來源之消耗電流將是非正弦之一波形。可將用於反向功率流檢測之相同邏輯施用於無功負載至非線性負載。對於非線性負載中之反向功率流，可提出以下幾點。
(1) 一正功率展示正向功率流方向。 (2) 一負功率展示反向功率流方向。 (3) 反向功率流僅可從瞬時功率測量確定。 (4) 瞬時功率之負區段之移除與一功率因子校正裝置進行相同功能。
來自過度發電之反向功率流之檢測。當散布型發電機創建多餘電力時，電壓與電流+180°異相。電壓與電流之乘積(功率)在任何時候都不會為正，當兩者都為零時例外，這時等於零功率。從公用事業觀點來看，負載現在看起來像一發電機。由於過度發電之計算始終為負，因此從公用事業之觀點來看，功率因子將為-1，這與一產生器之定義一致。由於功率為負，這暗指所產生之多餘電力係沿著反向功率流方向。
圖7提供當由一散布型發電機所創建之反向功率係送回到配送網裡時平均功率之一視覺表示型態。y軸展示相對於x軸時間(T)之振幅(高度)。為了簡便起見，所示係一純電阻性負載，其相較於瞬時功率圖解，善用更易於視覺化之平均功率圖解。平均功率波形(粗實線)展示正好在產生反向功率流之前及之後發生之情況。測量之參考點位在客戶服務面板之配送網側。701處所示係平均功率為正時之正向功率。隨著散布型發電機之功率增大，正向功率701之振幅減小。在此時間內，負載消耗來自散布型發電機之所有電力，而且所示電力係公用事業電力。來自公用事業電力之所有電力都將移轉至負載。在公用事業電力與發電機電力相等之時間點，不存在功率流，702處有展示。隨著產生器電力變得比公用事業電力更大，電力會將方向反過來，並且將發生一反向功率流條件，703處藉由負平均功率展示這種狀況。負載處於其滿負荷狀態，並且無法使用由散布型發電機所創建之所有電力，而且所示電力現將來自散布型發電機。
圖7A展示在有正向功率701之時間內，橢圓形中所示之瞬時電壓101 (點線)及瞬時電流102 (虛線)波形。由於負載係一電阻性負載，所以瞬時電壓101與瞬時電流102同相，並且在任何瞬時時間點均具有相同極性，而且所產生之瞬時功率及平均功率將為正。
圖7B展示在有反向功率703之時間內，橢圓形中所示之瞬時電壓101 (點線)及瞬時電流102 (虛線)波形。由於負載具有電阻性，所以瞬時電壓101與瞬時電流102將+180°異相，並且在任何瞬時時間點均為相反極性，而且所產生之瞬時功率及平均功率將為負。
反向功率流關鍵屬性。無功及非線性負載引起(視為廢棄之能量)及來自散布型發電機之過度發電引起(視為一有益電力，一直到其創建網格不穩定性之點)之反向功率流具有一個共同屬性。在所有狀況中，當存在反向功率流時，即時功率為負。此為用於檢測反向功率流之關鍵屬性。由於即時功率只在瞬時電壓與瞬時電流極性相反時才為負，因此可在任何瞬時時間點進行一簡單極性檢查，以判斷是否存在反向功率流。當檢測反向功率流時，如果使用瞬時電壓與瞬時電流之間的相位差，則此方法需要一功率循環時間之至少一半才能判斷是否存在反向功率。因為延遲這些檢測方法，故而將沒有機會緩解反向功率流。因此，反向功率流之緩解僅可藉由即時檢測反向功率流來實現。瞬時電壓及瞬時電流之極性檢查可提供反向功率流之最快即時檢測，藉此允許即時反向功率流緩解。
電力感測及切換電路。用於緩解反向功率流之一裝置可稱為一電力感測及切換電路。為了更加理解電力感測及切換電路，圖8之一概念圖係用於解釋電路之一般性工作原理。接受將圖11之一功能方塊圖用於解釋如何將該概念圖設想為接著在圖20之一較佳電路圖實例中展示之一功能電路。
電力感測及切換電路的概念圖。電力感測及切換電路取用即時電壓及電流波形、檢測何時可有一反向功率流條件、以及將反向功率及正向功率與電源分開。電壓及電流波形將需要透過信號處理區塊，藉由電力感測及切換電路來處理。
圖8繪示電力感測及切換電路之處理區塊。處理區塊係藉由類比或數位信號來互連，並且是在電力感測及切換電路之脈絡內，下面有定義。類比信號係隨時間變動之連續信號，並且係藉由正弦波符號來表示。數位信號係僅帶有兩個可能值之邏輯信號，並且係藉由方波符號來表示。處理區塊進行一特定功能或功能集。帶有相同輸入及輸出類型之處理區塊提供類似功能，下面有說明。
(1) 以下處理區塊具有類比輸入及類比輸出，其說明從一原始類比波形轉換成一經比例調整類比波形。 a.     電壓感測器810。 b.    電流感測器820。
(2) 以下處理區塊具有類比輸入及數位輸出，其說明從一經比例調整類比波形轉換成一數位信號。 a.     任意電壓方波轉換器811。 b.    任意電流方波轉換器821。
(3) 以下處理區塊具有數位輸入及數位輸出，其說明用以檢測及緩解一反向功率流條件之邏輯數學。 a.     極性檢查器850。 b.    脈衝延伸器803。 c.     開關控件830。
由於需要即時測量電壓、電流及功率才能檢測反向功率流，因此電力感測及切換電路必須即時操作。除非另有具體敍述，否則在一或多個循環持續時間內進行之測量(如一平均值或均方根值)不適用於電力感測及切換電路。
定義電源及負載。可將一電源定義為向一負載提供一交流電。交流電根據一電流波形交變，並且具有在界定一循環持續時間之一頻率之一最小值與一最大值之間交變之一循環性變動電壓。變動電壓具有一電壓波形。電流流動方向之變化界定目前之中間交叉點。負載改變電流波形而使電流波形波動，可週期性變化，並且可有別於電壓波形，而且藉由外在來源或裝置將雜訊引進交流電。電力感測及切換電路使用主動式電路，因此需要定義電力供應器及接地術語，下面有說明。
電力供應器術語。電力供應器端子連接之參照將各種術語用於正及負電力供應器。為求清楚，正電力供應器端子將稱為電力供應正電壓 ，並且負電力供應器端子將稱為電力供應負電壓 。具有一電力供應正電壓及一電力供應負電壓之電力供應器將稱為雙電力供應器 。沒有電力供應負電壓之電力供應器將稱為單電力供應器 。
接地術語。接地 可以是一令人困惑之用語，除非另有具體敍述，否則此後使用之術語將用於電力感測及切換電路。在一雙電力供應器中，接地係零伏特。在一單電力供應器中，沒有電力供應負電壓，並且接地變為等效於帶有一為零伏特值​之電力供應負電壓。電力供應器接地將稱呼為接地 。在電路中，有一用語稱為信號接地 ，其係用於信號之共用回波路徑。與信號接地係參考點時相比，當將此顯式定義用於信號接地時，會造成混淆。波形之中間交叉點處於零伏特，並且稱為零交叉點。當參考點不再是電路之接地時，這兩個用語可不再互換。當使用一單電力供應器時，習知做法係取用電力供應電壓之一半並將這一半新增至信號。依此作法，信號之有一中間交叉點點處於零伏特之原始正及負峰值現可移動至一新中間交叉點，其為正供應端子之一半。使用零交叉點一詞不再適用於中間交叉點，因為其不再處於零伏特。新中間交叉點有時可稱為虛擬接地 ，其係一參考點。為了避免混淆，在用作為一參考點(如信號接地或虛擬接地)時合併接地一詞之術語將不用於說明電力感測及切換電路中之一參考點。反而，接地一詞之使用將定義為信號返回處之點，並且將明確定義電路中使用之任何參考點。
處理區塊：參考電壓。具有一電力供應正電壓及一電力供應負電壓之一電力供應器在該電力供應正電壓與該電力供應負電壓之間的中途創建一參考電壓801。電力感測及切換電路包含創建一參考電壓801之一電力供應器。
類比波形比例調整過程。為了測量類比電壓及電流波形，必須先使原始類比波形與測量電路之輸入相容。可將比例調整一波形定義為創建該波形之一等比例複本，其與測量電路之輸入相容。
處理區塊：電壓感測器。一電壓感測器810，其連接至該電源；藉此電壓感測器810感測815處所示之變動電壓並以近似814處所示之電壓波形即時輸出一代表電壓之電壓信號，經比例調整及偏置而置中於該電力供應正電壓與該電力供應負電壓之間，並且在參考電壓801上方具有交叉點，於各循環之末端及中點界定電壓中間交叉點。電壓感測器810之輸出將發送至任意電壓方波轉換器811及監測電路842。
處理區塊：電流感測器。一電流感測器820，其連接至該負載，藉此電流感測器820感測825處所示之交流電並以近似824處所示之電流波形即時輸出一代表電流之電壓信號，經比例調整及偏置而置中於該電力供應正電壓與該電力供應負電壓之間，而且還經比例調整而能夠與參考電壓801作比較。電流感測器820之輸出將發送至任意電流方波轉換器821及監測電路842。
類比信號至數位信號轉換過程。任意方波轉換器取用一輸入信號，將其與參考電壓801作比較，並將其轉換成一方波信號輸出。因為輸入信號等於參考電壓801，比較過程可能易受雜訊影響。為了緩解轉換過程引起之雜訊，我們需要先定義何謂雜訊，然後確定將比較過程引起之雜訊緩解之一過程。
定義雜訊。設計電子電路時，電子雜訊係一不可避免之條件。雜訊係由外在來源或由裝置(電力感測及切換電路)引進到信號裡。首先，需要對雜訊做出一些假設。
(1) 雜訊可包含許多頻率。 (2) 不同頻率可具有不同振幅。 (3) 個別頻率可形成一複合波形，並且可稱為雜訊 。
基於這些假設，一模型可由雜訊建構。以下術語可意指為其性質。雜訊可從其位處雜訊底端之最低電壓(低峰值 )變動至其位處雜訊頂端之最高電壓(高峰值 )，並且可稱為雜訊峰間電壓 。頂峰與底峰之間的中途可稱為雜訊中間交叉點 。雜訊中間交叉點至雜訊峰值之振幅可稱為雜訊信號高度 。
定義遲滯。定義之雜訊信號受一低峰值及高峰值電壓約束。可將輸入信號與參考電壓作比較之一電路可稱為一比較電路。可將稱為遲滯之一過程施用於一比較電路，該比較電路允許輸出保持其值，直到發生顯著變化以觸發一變化為止。遲滯可用於轉換一比較電路上之一雜訊輸入，以提供一輸出方波，該輸出方波類似無雜訊之相同輸入信號之一方波輸出。
圖9展示910處所示之一輸入正弦信號之一圖形表示型態，其中遲滯係施用於比較電路。圖10展示比較電路之1010處所示之所產生方波輸出之一圖形表示型態。信號未按照比例。兩圖解之垂直軸都代表電壓，其未按照比例。兩圖解之水平軸都代表時間，其未按照比例。為求清楚，通常將911處所示之雜訊信號展示成疊加在正弦信號上，但係展示為帶有一放大高度之一單獨信號。一低觸發點電壓(LTPV)略低於雜訊信號之低峰值。一高觸發點電壓(HTPV)略高於雜訊信號之高峰值。高觸發點電壓(HTPV)與低觸發點電壓(LTPV)之間的電壓可稱為一雜訊區。當輸入信號與高觸發點電壓(HTPV)交叉時，示於900處，輸入信號與參考電壓(RV)之比較輸出將處於高位準，示於1000處。只要輸入繼續高於901處所示之低觸發點電壓(LTPV)，輸出便維持高位準。一旦輸入信號與低觸發點電壓交叉，輸出便將變為低位準，如1001處所示。只要輸入繼續低於902處所示之高觸發點電壓(HTPV)，輸出便維持低位準。一旦輸入信號與高觸發點電壓(HTPV)交叉，輸出將變為高位準，如1002處所示。只要輸入繼續高於903處所示之低觸發點電壓(LTPV)，輸出便維持高位準。一旦輸入信號與低觸發點電壓交叉(LTPV)，輸出便將變為低位準，如1003處所示。過程繼續以上述方式重複進行。如果信號介於低觸發點電壓與高觸發點電壓之間，則保持比較電路之先前狀態。遲滯已防止比較電路之輸出遭由參考電壓(RV)週圍之雜訊電壓觸發，這已有效地緩解雜訊。
處理區塊：任意電壓方波轉換器。一任意電壓方波轉換器811，其具有一電壓轉換器傳播延遲、接收814處所示代表電壓之電壓信號、以及將該代表電壓之電壓信號與參考電壓801作比較，具有一遲滯電路，用以回應於比該電壓中間交叉點加上該雜訊更高之一代表電壓之電壓信號而產生一高電壓觸發點電壓，以及回應於比該電壓中間交叉點減去該雜訊更低之一代表電壓之電壓信號而產生一低電壓觸發點電壓，該任意電壓方波轉換器還輸出回應於該高電壓觸發點電壓而處於高位準且回應於該低電壓觸發點電壓而處於低位準之812處所示之電壓方波，藉此從低轉變至高並且再轉變回到低之一電壓方波構成一電壓脈衝。812處所示之所產生即時數位輸出將發送至一極性檢查器850。
處理區塊：任意電流方波轉換器。一任意電流方波轉換器821，其具有一電流轉換器傳播延遲，用以接收824處所示之代表電流之電壓信號，並且用以將該代表電流之電壓信號與參考電壓801作比較，具有一遲滯電路，用以回應於比該目前中間交叉電壓加上該雜訊更高之一代表電流之電壓信號而產生一高電流觸發點電壓，以及回應於比該目前中間交叉電壓減去該雜訊更低之一代表電流之電壓信號而產生一低電流觸發點電壓，該任意電流方波轉換器還輸出回應於該高電流觸發點電壓而處於高位準且回應於該低電流觸發點電壓而處於低位準之822處所示之電流方波，藉此從低轉變至高並且再轉變回到低之一電流方波構成具有一前緣及一尾緣之一電流脈衝，該電流脈衝具有一電流脈衝長度。822處所示之所產生即時數位輸出將發送至極性檢查器850。
類比數位轉換傳播延遲考量因素。相較於數位信號，對於電壓及電流信號之類比處理更易受時間延遲影響。由於本發明依賴於瞬時電壓及電流信號之時序，因此維持電壓與電流信號之間的時序係操作極性檢查器850之關鍵。正因如此，該電壓轉換器傳播延遲與該電流轉換器傳播延遲應該實質等同。
處理區塊：極性檢查器。一極性檢查器850，其將812處所示之電壓方波與822處所示之電流方波作比較，當該電壓方波處於高位準且該電流方波處於低位準時、以及當該電壓方波處於低位準且該電流方波處於高位準時，產生851處所示之一極性脈衝。851處所示之所產生即時數位輸出將發送至開關控件830。
處理區塊：脈衝延伸器。值得注意的是，可在任何瞬時時間點進行一極性檢查，結果是，反向功率流檢測既快速又即時。然而，使用此方法有兩個問題： (1) 當電流信號位在雜訊區中時，電流信號與雜訊彼此無法區分。 (2) 當沒有電流信號時，極性檢查器850可能輸出錯誤之脈衝。
在兩種狀況中，電流信號之可靠度令人質疑。用於檢測一可靠電流信號之兩種功能係一雜訊位準檢測器及一電流檢測器。
雜訊位準檢測器功能。僅當電流信號高於高電流觸發點電壓時，任意電流方波轉換器821才會輸出一電流脈衝。實際上，電流脈衝亦可用於提供電流信號何時大於電流雜訊區之一指示。任意電流方波轉換器821可具有雙重目的：將相同電流脈衝提供給極性檢查器850以用於反向功率流檢測、以及提供給脈衝延伸器803以用於雜訊檢測。正因如此，任意電流方波轉換器821係雜訊位準檢測器，並且不會被包括作為脈衝延伸器803處理區塊之部分。822處所示之所產生即時數位輸出將發送至脈衝延伸器803。
電流檢測器功能。雜訊位準檢測器功能提供一種確定何時有一可靠電流之方法。然而，電流信號可能可靠之持續時間屬於未知，而且這種不確定性會影響極性檢測器之準確度。需要對電流信號進行假設，以確定何時不再存在可靠電流。如果電流信號具有週期性，則可假設電流可存在至少一循環持續時間，並且檢測週期可為至少一循環持續時間。一脈衝延伸器803，其連接至該任意電流方波轉換器821，將一電流脈衝延伸一脈衝持續時間，並且如果一後續電流脈衝在小於一循環持續時間內抵達，則繼續延伸該脈衝持續時間，藉此針對該脈衝持續時間創建指出一可靠電流之804處所示之一延伸電流脈衝。所產生之即時數位輸出804將發送至開關控件830。
處理區塊：開關控件。一開關控件830導致可操作性連接至脈衝延伸器803及極性檢查器850之843處所示之一輸出，僅針對該脈衝持續時間致能極性檢查器850，藉此當該極性脈衝處於高位準時，反向功率流係視為可能存在，並且當該極性脈衝處於低位準時，反向功率流不視為可能存在，但僅在該延伸電流脈衝指出可靠電流的情況下才致能極性檢查器850，藉此當指出可靠電流並且反向功率流係視為可能存在時，開關控件830指出該輸出反向功率流，以及當未指出可靠電流時或當反向功率流不視為可能存在時，開關控件830指出該沒有輸出反向功率流。843處所示之開關控件輸出將發送至開關控件群組890。
開關控件群組。843處所示之開關控件輸出係選自於稱為開關控件群組890之群組，以一虛線框包圍，由下列所組成： (1) 一單極雙投開關840 (SPDT)可用於使反向功率流轉向以用作為再循環電力。 (2) 一單極單投開關841 (SPST)可用於獨立之功率因子校正裝置。 (3) 一監測電路842可伴隨或不伴隨一開關使用，並且可提供反向功率計量資訊。
電力感測及切換電路之功能方塊圖。圖11展示電力感測及切換電路，其包括以下功能塊：(1)參考電壓801、(2)電壓感測器810、(3)電流感測器820、(4)任意電壓方波轉換器811、(5)任意電流方波轉換器821、(6)脈衝延伸器803、(7)極性檢查器850、(8)開關控件830、以及(9)虛線框中之開關控件群組890。一通用電力線1191可用作為連接至一通用電源1160之一線路用之一通用語。一通用負載線1192可用作為連接至一通用負載1170之一線路用之一通用語。一中性線1193可用作為用於將電流攜載回到通用電源1160之一線路用之一通用語。一通用電力線1191、通用負載線1192、中性線1193、及再循環電力線1194係展示為更粗線條，相較於代表電路信號之更細線條，其代表交流電力線。
積體電路選擇準則。電力感測及切換電路將類比積體電路及邏輯積體電路兩者都併入。類比電路處理在電力供應負電壓與電力供應正電壓之間變動之信號。數位電路處理處於零電壓或處於電力供應正電壓之信號，並且在這些極端之間並無有效狀態。一積體電路係一電子裝置，其中已在一小塊半導體材料上實施具有分立部件(例如：電阻器、電容器、變換器、電晶體)之更大類比及數位電路。在積體電路之前，必須將使用分立部件之諸電路設計連接在一起。隨著分立部件數量增加，可靠度及占用空間成為問題。想像一下使用分立部件建置一電腦晶片所需之工作量大小。為了克服可靠度及空間節約之問題，開發了積體電路。為求清楚，除非另有所指，否則類比積體電路及數位積體電路可稱為晶片 。在整個設計中廣泛使用之此一種類比積體電路稱為運算放大器 。運算放大器(圖未示)電子符號係帶有反相「-」輸入及一非反相「+」輸入之一三角形。運算放大器也稱op-amp，係一種電壓放大裝置，設計旨在與介於其輸入與輸出端子之間的外部元件(諸如電阻器、電容器、電感器、二極體)配合使用。這些元件確定放大器之最終功能或操作。使用外部元件之不同組態進行各種不同操作，諸如信號調節、濾波、比較、及數學運算(加法、減法、積分及微分)，因此得到一運算放大器之稱號。由於測量係即時進行，因此電力感測及切換電路依賴於晶片操作有效性方面之速度，即為了低傳播延遲而設計之晶片。傳播延遲係使一信號從可包含一或多個晶片之一電路之輸入行進至輸出所花費之時間。諸如軌對軌運算放大器等帶有一更寬動態範圍之晶片優於不具有此功能之運算放大器。軌對軌功能意味著一運算放大器之輸入及輸出可在供應電壓附近操作，其允許更低之供應電壓。當涉及感測器測量時，晶片雜訊也非常重要，而且較佳為帶有更低雜訊位準之晶片。從一成本觀點來看，一正電壓與一負電壓相等之一雙電力供應器(諸如一±12伏特直流電力供應器)或具有單一正電壓之一單電力供應器(諸如一+5伏特直流電力供應器)之間所作的決定某種程度取決於所使用之晶片。由於單電力供應器通常用於邏輯積體電路，因此，如果整個電路係以單電力供應器為中心來設計，則可降低總體解決方案之成本。從一單電力供應器之觀點來看，諸晶片製造商之間有一致性的原因在於，大部分狀況中，一更高供應電壓會轉化成一更低傳播延遲。如相較於+3.3伏特直流供應，對於使用一+5伏特直流供應之一晶片，傳播時間更短。電力感測及切換電路之設計使用一較佳之單+5伏特直流電力供應器，除非另有所指，否則在本文件之其餘部分將使用相對於此電力供應電壓對信號電壓之參照。電路不受限於使用+5伏特直流電力供應器，並且可使用其他單電力供應器或雙電力供應器。
處理區塊：參考電壓。測量功率時使用之方法可涉及取用原始波形並創建與積體電路技術相容之等效信號。原始波形最小值及最大值需要重新調整比例以適合所使用積體電路之上下輸入範圍。一波形之比例調整係於下面作說明，使用的是+5伏特直流單電力供應器，並假設所使用之晶片允許0伏特至+5伏特交流電之一峰間信號輸入，並且要調整比例之波形具有一峰間值，兩峰值都具有相同振幅，但正負號相反(±峰值)。一適當比例調整之信號有三個要求。
(1) 原始波形之最大預期高峰值(+Peak)係轉化成經比例調整信號之+5伏特交流電。 (2) 原始波形之最小預期低峰值(-Peak)係轉化成經比例調整信號之0伏特。 (3) 介於兩個峰值之間的原始波形需要以相同或恆定之比率轉化成經比例調整信號，使得經比例調整信號係原始波形之一精確比例表示型態。
使用此比例調整術語是因為仍可使用原始波形(電壓或電流)之單位，用意在於最終經比例調整信號係以電力供應器及晶片之電壓單位為準。如果原始波形係一電流波形，則可先將電流波形轉換成一代表電流之電壓信號再進行比例調整。為了電壓感測器810及電流感測器820所示之功能塊包括提供一輸出信號所需之所有信號處理，該輸出信號係與任意方波轉換器輸入相容之原始波形之一經比例調整版本。因為電力感測及切換電路主要依賴於時序準確度，所以只要不對電壓或電流信號之中間交叉點產生負面影響，便可容忍經比例調整信號之波形中之任何缺陷。一波形之比例調整還需要轉化中間交叉點。將相同要求用於以上經比例調整信號，經比例調整信號之中間交叉點將需要等於電力供應正電壓(+5伏特直流電)之一半。因此，較佳參考電壓801等於+2.5伏特直流電。需要參考電壓之電路之各區段可藉由使用分立電阻器來實施。然而，由於電阻器之值變動輕微，這將在整個電路之諸參考電壓之間造成變異。將單一參考電壓用於整個電路會提供一致性，並且改善電路之總體效能。參考電壓801電路之輸出沒有時間相依性，並且維持一恆定參考電壓(+2.5伏特直流電)且雜訊或失真盡可能小之能力係電路此部分最重要之功能。值得注意的是，一參考電壓僅涉及類比信號測量，因為數位邏輯電路中沒有參考電壓。
功能塊：電壓及電流感測器。反向功率流之檢測需要同時進行電壓及電流檢測，並且僅具有少量或不具有無功元件，無功元件會在電壓與電流信號之間引進任何附加相移或時間延遲差異。
功能塊：電壓感測器。來自通用電源1160之電壓可稱為電壓波形 。電壓感測器810取用電壓波形並提供一輸出信號，該輸出信號係連至任意電壓方波轉換器811之輸入，可將其稱為電壓信號 。除非另有所指，否則電壓信號係電源電壓波形之一代表電壓之電壓信號。電壓信號名稱係用於將其與電源電壓波形作區別。一旦一電壓波形轉換成一電壓信號，隨著其經受各種信號處理階段，將繼續稱為一電壓信號。電壓信號未固定，而是正如電源電壓波形般變動。電壓信號可從其在電壓信號底端之最低電壓變動至其在電壓信號頂端之最高電壓。電壓信號之底端及頂端可稱為電壓信號之峰值 ，並且在頂端與底端電壓之間變動之電壓可稱為峰間電壓信號 。頂峰與底峰之間的中途可稱為電壓中間交叉點 。電壓中間交叉點出現在各循環之末端及中點處。在電力感測及切換電路中，電壓波形係參考源，並且置放電壓感測器810之最可靠位置位在通用電力線1191上。電壓測量係擇一使用一電容性分壓器、一電阻分壓器、或一步降變壓器來完成。電容性分壓器使用兩個電容器，這兩個電容器附接在中間，一個連接至高電壓端子且另一個連接至接地。電容性分壓器之中間提供電壓波形之經比例縮小表示型態，其比例調整取決於所選擇之兩個電容器之值。當分壓器之中間係連接至一感應線調諧元件及一電壓器時，此裝置稱為一電容器變壓器，且通常係用於高電壓電力測量。電阻分壓器亦可用於使市電電壓步降。市電電壓與測量裝置沒有隔離，所以，如果實施本方法，請務必小心。對於低電壓電力，可將一電力變換器直接連接至市電供應，以產生電壓波形之一代表電壓之電壓信號。電力變換器對市電供應之功率因子影響很小，並且還為求安全而提供隔離。電力變換器之初級繞組係連接至通用電力線1191及中性線1193。電力變換器之次級繞組提供比需要與其連接之晶片具有一稍微更高輸出電壓之一輸出電壓。一電阻分壓器電路係用於比例調整電力變換器之電壓輸出，以符合任意電壓方波轉換器811之晶片輸入要求。較佳之電壓感測器810包含帶有一電阻分壓器電路之一電力變換器，該電阻分壓器電路產生電壓波形之一代表電壓之電壓信號，該代表電壓之電壓信號係經比例調整而與任意電壓方波轉換器811相容。
功能塊：電流感測器。電流感測器820可連接至負載線。用於電力系統之電流感測器檢測一導線中之電流，並且產生與該電流成比例之一信號。與電壓不同，電流可隨著電力消耗量而變動。可將電流比作一供應管道中之水。水管上之塞子部分地或完全地打開或閉合，端視需要消耗之水量而定，這與電流相同。電流感測器製造商面臨之最大挑戰是要施作一種在一很大電流範圍內具有準確度之感測器。變流器(基於金屬芯)、羅哥斯基線圈、霍爾效應電流感測器係用作為電流感測器之更常見技術，且在下面有說明。
一變流器係電流感測器之一種常見形式。一變流器與一電力變換器之間的主要差異在於，變流器將高電流值轉換成小電流值，而一電力變換器則可將高電壓值轉換成低電壓值。帶有金屬芯之變流器比其他電流感測器更大，但提供可靠之相位測量。使用鎳芯之變流器係用於高準確度、低位準電流感測應用，諸如接地故障檢測電路。帶有鎳芯之環型串聯變換器使用矽鋼芯使類似變換器所呈現之相位角誤差減少。變流器亦可使用高級非晶或奈米晶合金來製造。這些變流器可提供非常小之相位誤差。變流器呈環狀(像甜甜圈之環形)，具有一鐵芯或鎳芯，環繞著一攜載電流之初級繞組/纜線。變換器之初級繞組/纜線中之交流電在變換器之芯體中產生一交變磁場，該芯體接著在變換器之次級繞組/纜線中感應出一交流電。廠商建構在中間帶有一孔洞之變流器，該孔洞具有一圓形或矩形中心。受測量之電流攜載纜線通過此孔洞。變流器在沒有連至電路之直接實體或電氣連接時稱為非侵入式。受監測之電路與變流器之間的唯一連結係隨著電流流經初級繞組/纜線時，在初級繞組/纜線周圍發展之磁場。初級繞組/纜線中之電流不因插入變流器而受影響。變流器之輸出與輸入成比例(按照單一固定比率)，因此其具有一線性操作範圍。然而，當芯體飽和時，變流器之輸出將不再線性操作，這限制了其電流測量範圍。變流器具有一合宜之動態範圍(1 A至200 A)，並且當在其線性範圍內操作時，為電路提供一穩定之操作。較佳之電流感測器820可使用一鎳芯或高級非晶或奈米晶合金變流器。
一以Walter Rogowski命名之羅哥斯基線圈包含一螺旋形導線線圈，引線從一端穿過線圈之中心返回到另一端，以使得兩端子都位處線圈之同一端。整體總成繞著有電流要測量之直導體環繞。羅哥斯基線圈中沒有金屬芯，而且這些裝置不會像一傳統變流器那樣蒙受芯體飽和問題，使其具有大很多之電流測量範圍。這些感測器亦不因直流電流而受到干擾，因而可在一大直流電流存在之情況下測量小交流電流。然而，這些電流感測器需要一積分器電路才能在輸出上獲得一可測量電流波形。一主動式積分器功能可使用一運算放大器來實施，但由於回授支路上需要電容器，電路無法感測電流乃至直流電。在信號處理路徑中引進電容器可需要相位補償電路系統才能校正此相移。羅哥斯基線圈信號也很小(在500 μV/A範圍內)，並且需要放大才能與所使用之積體電路晶片相容。話雖如此，羅哥斯基線圈可在0.1 A至900 A之範圍內操作。羅哥斯基線圈之優點在於其線性操作範圍更大，因此對於更大之動態範圍要求，優於CT感測器之使用。
以Edwin Hall命名之一霍爾效應電流感測器依賴於橫跨一導電體之電壓差(霍爾電壓)，該電壓差橫切導體中之電流，並且橫向垂直於該電流之一外加磁場。感測器之優點在於能夠讀取交流電流及直流電流兩者。然而，感測器產生一低信號位準，並且需要放大。感測器易受週遭環境(諸如其他導線)引起之磁通量影響，因此感測器之位置及屏蔽必須仔細。為了克服這些問題，一些製造商將磁性屏蔽及放大作為感測器之部分，使感測器之信號雜訊比及漂移改善。霍爾效應電流感測器提供一比率計量輸出，其係代表原始電流波形以伏特為單位之一輸出。霍爾效應技術與眾不同之根本優勢在於，在實際溫度範圍內，所感測之基於電流之磁特性不受熱影響。結果是，霍爾效應感測器可憑藉寬溫度範圍在惡劣環境中提供高準確度測量。
市電之電流波形可在一高峰值與一低峰值之間變動，幅度相同但正負號相反(±140安培交流電為一實例)。將所有信號都轉換成電壓表示型態之決策必須先將電流波形轉換成一代表電流之電壓信號。使用較佳之變流器，稱為一負擔電阻器之橫跨變流器端子置放之一電阻器會將交流電轉換成一代表電流之電壓信號。較佳之電流感測器820包含帶有一負擔電阻器之一鎳芯變流器，其產生電流波形之一代表電流之電壓信號，該代表電流之電壓信號係經比例調整而與任意電流方波轉換器821相容。
功能塊：任意方波轉換器。因為時間延遲在即時資料處理方面有問題，所以需要使時序延遲達到最小，並且電路簡化對電路之操作效率至關重要。儘管使傳播延遲達到最小很重要，但電壓轉換器傳播延遲與電流轉換器傳播延遲實質等同也同樣重要。為了使任意電壓方波轉換器811與任意電流方波轉換器821之間的傳播延遲達到最小，使用等同之積體電路晶片。使用相同積體電路晶片可為兩轉換器引進相同時序延遲，這可具有使該等轉換器之間的時序差異消除之功效。任意方波轉換器合併按以下順序串聯運行之三種功能：輸入隔離功能、低通濾波功能、及類比數位信號轉換功能。下面說明這三種功能。
輸入隔離功能。任意方波轉換器之較佳輸入應將電壓感測器810與電流感測器820輸出隔離。感測器可不具有足以供電給晶片之電流。一運算放大器可緩衝感測器之輸出，並且提供足以供電給這些晶片之電流。用於電壓信號處理及電流信號處理兩者之等同晶片之相同設計原理應該予以在這裡施用。
低通濾波功能。較佳的是，為了避免引進導因於無功元件(如電容器及電感器)之相移(相位誤差)，用於電壓信號處理及電流信號處理兩者之等同晶片之相同設計原理應該予以在這裡施用於被動式低通濾波功能，使得電壓相位誤差與電流相位誤差實質等同。低通濾波器可在任意方波轉換器中用於衰減由電力變換器(用於電壓感測器810中)及變流器(用於電流感測器820中)引進之高頻外部雜訊。如相較於主動式濾波器，使用一較佳被動式濾波器之決策在於被動式濾波器未引進傳播延遲，而且不需要電力也能操作。然而，這是以某信號振幅損耗為代價。被動式濾波器可將一相位失真引進到任意電壓方波轉換器811及任意電流方波轉換器821裡，所以，選擇被動式濾波器元件時請務必小心。截止頻率(低通濾波器具有一-3分貝衰減處之頻率)越低，則引進之相位失真越大，但是高頻雜訊衰減則屬於優越。截止頻率越高，則引進之相位失真越小，但是高頻雜訊衰減則屬於低劣。被動式濾波器截止頻率之選擇要求在允許之相位失真量與有效之高頻雜訊衰減量之間取得一平衡。為了使被動式濾波器所引進之相位失真差異保持最小，應將嚴格之容差用於被動式濾波器元件。這使被動式濾波器截止頻率之選擇更有靈活性。
類比信號至數位信號轉換功能。電壓信號及電流信號係在0伏特與+5伏特交流電(對於一+5伏特單電力供應器而言)之間變動之類比信號。類比信號在中間交叉點(+2.5伏特交流電)附近變動。由於類比信號係原始波形之表示型態，因此可進行以下觀察。如果類比信號低於中間交叉點(0伏特至+2.5伏特交流電)，則這代表原始波形之負部分。如果類比信號高於中間交叉點(+2.5伏特交流電至+5伏特交流電)，則這代表原始波形之正部分。一數位信號在兩種電壓狀態之間變動：0伏特(數位邏輯0)與+5伏特直流電(數位邏輯1)。任意方波轉換器操作是用來將類比信號之負表示型態(0伏特至+2.5伏交流電)轉換成0伏特(數位邏輯0)，並且用來將類比信號之正表示型態(+2.5伏特交流電至+5伏特交流電)轉換成+5伏特直流電(數位邏輯1)。能夠達成此功能之較佳類比積體電路稱為一比較器。一比較器比較兩個輸入之幅度，並且確定這兩個輸入中較大之輸入。用於較佳任意方波轉換器之較佳比較器積體電路如相較於一通用運算放大器，係帶有一更加改良型時間(傳播)延遲之一運算放大器之一特殊形式。為求清楚，不應將原始波形假設為一正弦波。如果原始波形係一正弦波 ，則比較器之輸出將是一方波 。非線性負載創建非正弦波形 ，並且比較器之輸出看起來像是一脈衝或一系列脈衝 。由於波形失真，精密測量要求電壓中間交叉點(+2.5伏特交流電)及電流中間交叉點(+2.5伏特交流電)等同於參考電壓801 (+2.5伏特直流電)。為比較器維持等同晶片並使用相同參考電壓801可減少任何時序誤差並改善電路之效能。較佳比較器具有一反相輸入「-」及一非反相輸入「+」。參考電壓801係連接至反相輸入，並且類比信號係連接至非反相輸入。如果類比信號位在非反相輸入上，則比較器稱為一非反相比較器，而且係用於任意方波轉換器之較佳比較器實作態樣。如果非反相輸入具有比參考電壓801更高之一電壓，則比較器之輸出將為+5伏特直流電。如果非反相輸入具有比參考電壓801更低之一電壓，則比較器之輸出將為0伏特。當非反相與反相輸入之間有一電壓差時，較佳比較器電路會表現良好；然而，如果其輸入上有雜訊或如果輸入變化緩慢，則比較器之輸出可振盪，使其輸出在低電力供應電壓(0伏特)與高電力供應電壓(+5伏特直流電)之間前後切換。緩解此問題之一種方式係藉由在比較器周圍使用正回授電阻器來提供遲滯。正回授係一種技巧，用於經由藉由兩個電阻器憑藉與其比率成比例之回授量所設置之一較佳分壓器電路將輸出信號之一部分或一小部分發送回到比較器之非反相輸入。帶有遲滯之比較器稱為一施密特觸發器 ，並且係一種常用於使由於雜訊所致或當輸入信號變化緩慢時之輸出振盪緩解之比較器電路。可將施密特觸發器實施成一反相或非反相比較器。任意電壓方波轉換器811及任意電流方波轉換器821兩者中都​可使用較佳非反相施密特觸發器。較佳電壓信號大到使任意電壓方波轉換器811可不需要一非反相施密特觸發器；然而，將等同之非反相施密特觸發器用於任意電壓方波轉換器及任意電流方波轉換器821兩者可抵消掉僅在任意電流方波轉換器821上使用施密特觸發器時可能出現之任何時序差異。因此，為了使電壓非反相施密特觸發器與電流非反相施密特觸發器之間的任何時序差異降到最低，高電流觸發點與高電壓觸發點應該實質等同，並且低電流觸發點與低電壓觸發點應該實質等同。任意方波轉換器之輸出上只有兩種電壓結果。可將這兩個電壓轉化成那些電壓之一數位表示型態。
(1) 如果結果為+5伏特，則輸出可以是一高信號。 (2) 如果結果為0伏特，則輸出可以是一低信號。
任意電壓方波轉換器811之從低轉變到高再轉變回到低之輸出構成一電壓脈衝。任意電流方波轉換器821之處於高位準之輸出構成一電流脈衝。所產生之電壓脈衝及電流脈衝係發送至極性檢查器850。
功能塊：極性檢查器。較佳之極性檢查器850將來自任意電壓方波轉換器811之電壓方波與來自任意電流方波轉換器821之電流方波作比較，並且在每個瞬時時間點檢查極性是否相同或相反。當存在反向功率流時，極性檢查器850之輸出將產生可稱為一極性脈衝之一輸出方波。極性檢查器850將比較電壓方波與該電流方波，並且當該電壓方波處於高位準且該電流方波處於低位準時、以及當該電壓方波處於低位準且該電流方波處於高位準時，將產生一極性脈衝。帶有兩個輸入之互斥或(XOR)邏輯操作在其兩輸入中之一者但非兩者為真(true)的情況下導致一真值。極性檢查器850之輸出導致相同之XOR邏輯操作。因此，稱為互斥或(XOR)邏輯閘之一較佳邏輯閘可用於極性檢查器850功能塊。所產生之極性脈衝係發送至開關控件830。
功能塊：脈衝延伸器。只要檢測到一可靠電流，一脈衝延伸器803便將提供一延伸脈衝。較佳的是，脈衝延伸器803包含以下延伸脈衝替代方案之一： (1) 替代方案1： a.     替代方案1延伸脈衝係連續脈衝，但可具有在第一電流脈衝之前緣與第一前導脈衝延長器之前緣之間處於低位準之一小時段。 b.    替代方案1延伸脈衝可用於所有開關控件群組890類型。 c.     脈衝延伸器803包含以下脈衝： i.     一前導脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該前緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間之一半更大但比該循環持續時間更小之一前導脈衝長度，以及 ii.     一後尾脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該尾緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間稍微小之一後尾脈衝長度。 d.    脈衝延伸器803使用一兩輸入或閘，該兩輸入或閘係連接至該前導脈衝延長器及該後尾脈衝延長器，如果觸發該前導脈衝延長器或該後尾脈衝延長器中之任一者，則其延伸脈衝延伸器803之該脈衝持續時間。 e.     該等前導脈衝長度與該等後尾脈衝長度彼此重疊，以涵蓋在週期性方面可與該等電壓脈衝不同之電流脈衝之週期性。 (2) 替代方案2： a.     替代方案2延伸脈衝係連續脈衝。 b.    替代方案2延伸脈衝可用於所有開關控件群組890類型。 c.     脈衝延伸器803包含以下脈衝： i.     一前導脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該前緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間之一半更大但比該循環持續時間更小之一前導脈衝長度， ii.     一後尾脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該尾緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間稍微小之一後尾脈衝長度，以及 iii.     該電流脈衝。 d.    脈衝延伸器803使用一三輸入或閘，該三輸入或閘係連接至該前導脈衝延長器及該後尾脈衝延長器，而且還接收該電流脈衝，如果觸發該前導脈衝延長器或觸發該後尾脈衝延長器或接收該電流脈衝，則延伸脈衝延伸器803之該脈衝持續時間。 e.     該等前導脈衝長度與該等後尾脈衝長度與該等電流脈衝長度彼此重疊，以涵蓋在週期性方面可與該等電壓脈衝不同之電流脈衝之週期性。 (3) 替代方案3： a.     替代方案3延伸脈衝非為連續脈衝，並且可具有輸出在電流脈衝之前緣與前導脈衝延長器之前緣之間處於低位準之一小時段。 b.    替代方案3延伸脈衝可用於所有開關控件群組890類型。 c.     脈衝延伸器803包含以下脈衝： i.     一後尾脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該尾緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間稍微小之一後尾脈衝長度，以及 ii.     該電流脈衝。 d.    脈衝延伸器803使用一2輸入或閘，該2輸入或閘係連接至該後尾脈衝延長器，而且接收該電流脈衝，如果觸發該後尾脈衝延長器或接收該電流脈衝，則延伸脈衝延伸器803之該脈衝持續時間。 e.     該等後尾脈衝長度與該等電流脈衝長度彼此重疊，以涵蓋在週期性方面可與該等電壓脈衝不同之電流脈衝之週期性。 (4) 替代方案4： a.     替代方案4延伸脈衝非為連續脈衝。 b.    替代方案4延伸脈衝可用於獨立之功率因子校正裝置及用於監測電路，並且當存在一散布型發電機時，不應該予以使用。 c.     脈衝延伸器803包含藉由該電流脈衝之該尾緣來觸發之一後尾脈衝延長器，該電流脈衝具有比該循環持續時間稍微小之一後尾脈衝長度。 d.    該等後尾脈衝長度涵蓋在週期性方面可與該等電壓脈衝不同之電流脈衝之週期性。
可在稱為單穩態多諧振盪器之一較佳積體電路中落實脈衝延伸器803。+5伏特直流輸出可基於使用一較佳之單+5伏特電力供應器。可替代地使用其他電力供應器類型及電壓。多諧振盪器(鬆弛振盪器)係循序再生電路，其產生一輸出對稱或不對稱方波。一單穩態多諧振盪器係僅具有一種穩定狀態(因此其名稱有個「單」)之一電子電路，其在受到外部觸發時會產生一單輸出脈衝。在信號處理中，脈衝持續時間係脈衝之前緣之50%與脈衝之尾緣之50%之間的時間區間。受觸發時，產生一預定持續時間(脈衝持續時間)之一脈衝，並且單穩態多諧振盪器處於其不穩定狀態。當脈衝持續時間完成時，電路返回到其穩定狀態，並且於再次受觸發前不再產生輸出。
為了解釋單穩態多諧振盪器當用在脈衝延伸器803中時之操作，隨著圖12中展示連至單穩態多諧振盪器之輸入，並且圖13中展示單穩態多諧振盪器之相關聯輸出，使用雜訊位準檢測器輸出信號之一圖形表示型態。兩圖解之垂直軸都代表電壓。兩圖解之水平軸都代表時間，各單元代表一循環持續時間(TPC 係1211處所示之一循環持續時間，2TPC 係1212處所示之兩個循環持續時間，3TPC 係1213處所示之三個循環持續時間，4T之PC 係1214處所示之四個循環持續時間等)。單穩態多諧振盪器之輸入之初始狀態起於低電壓，並且示於1200處，單穩態多諧振盪器之所產生輸出係示於1300處。當帶有1202之一通用脈衝持續時間在1201處所示之一通用電壓脈衝係於時間TPC 1211發送至單穩態多諧振盪器時，單穩態多諧振盪器可將此通用電壓脈衝作為一觸發用於創建帶有1302處所示一通用輸出持續時間在1301處所示之一通用輸出脈衝。通用輸出脈衝持續時間係藉由實施稱為一RC時序電路之一電阻器及電容器時序電路來創建。一旦單穩態多諧振盪器發出一脈衝，將忽視其輸入之狀態，直到脈衝持續時間完成為止。可於時間2TPC 1212看到帶有1204處所示之一後續通用脈衝持續時間在1203處所示之一後續通用電壓脈衝。單穩態多諧振盪器可將此後續通用電壓脈衝作為一觸發用於創建帶有1304處所示之一後續通用輸出持續時間在1303處所示之一後續通用輸出脈衝。如果沒有輸入電壓觸發，則單穩態多諧振盪器可輸出1205處所示之一低電壓，並且單穩態多諧振盪器之後續輸出可以是1305處所示之一低電壓。
回到圖11，單穩態多諧振盪器輸出係一數位信號，並且將提供以下轉化。一0伏特輸出轉化成一數位邏輯0信號，其代表一不可靠電流。一+5伏特直流輸出轉化成一數位邏輯1信號，其代表一可靠電流。可使用兩個單穩態多諧振盪器來產生脈衝延伸器803處理區塊中所述之兩個脈衝。一個單穩態多諧振盪器可將電流脈衝之前緣用作為一觸發來創建一輸出脈衝，而第二單穩態多諧振盪器則可將電流脈衝之尾緣用作為一觸發來創建一輸出脈衝。一OR邏輯閘將來自兩單穩態多諧振盪器之脈衝組合，並且將脈衝延伸器功能塊之數位邏輯輸出發送至開關控件830。
功能塊：開關控件。較佳之開關控件830從極性檢查器850及脈衝延伸器803接收輸入。當極性脈衝處於高位準時，將反向功率流視為可能存在。當極性脈衝處於低位準時，不將反向功率流視為可能存在。僅當延伸電流脈衝指出可靠電流時，才致能極性檢查器850。輸出邏輯取決於開關控件群組890之輸出之要求。為求清楚，將使用以下輸出邏輯：當指出可靠電流並且將反向功率流視為可能存在時，開關控件830指出反向功率流，開關控件830之輸出將處於低位準。當未指出可靠電流時或當不將反向功率流視為可能存在時，開關控件830指出沒有反向功率流，開關控件830之輸出將處於高位準。帶有兩個輸入之反及(NAND)邏輯操作僅在其兩輸入中之一者或非兩者為偽(false)的情況下才導致一真值。開關控件830之輸出導致相同之NAND邏輯操作。因此，可將稱為反及(NAND)邏輯閘之一較佳兩輸入邏輯閘用於開關控件830功能塊。為了隔離目的，還可在NAND邏輯閘之輸出上使用一緩衝器。
功能塊：開關控件群組。在電氣工程中，一開關係一種電氣裝置，其可連接或斷接一電路，使電流中斷，或使電流從一個導體轉向至另一導體。一開關在操作時將一電路中之傳導路徑移除或還原。一開關之一實例係一二極體，其允許電流沿一個方向流動，並且當電流沿相反方向時，停止電流流動。然而，一二極體係用於基於電流之方向而非基於功率來做出切換決策，因此不可用於檢測反向功率流條件。需要一種控制機制來賦能開關以連接或斷接負載，並且此開關稱為一繼電器。一繼電器係一種將一交流或直流控制輸入擇一用於連接或斷接一更大電力電路、或在輸入控制或兩者之間提供隔離之開關。為求清楚，開關及繼電器等詞可互換使用。
固態繼電器說明。因為反向功率流檢測及緩解電路依賴於速度，所以開關操作必須快速。機械性繼電器(高功率繼電器稱為接觸器)操作很緩慢，並且由於機械接觸而具有一有限使用壽命。固態繼電器使用諸如控矽整流器、三端雙向可控矽元件或MOSFET之半導體裝置來進行切換。一固態繼電器(SSR)可在小於200奈秒內回應於一控制信號，沒有移動部件，也不會蒙受接觸電弧。因此，如果需要速度及耐用性，則固態繼電器係較佳開關。對於高安培切換，大部分固態繼電器都合併一閘流體(控矽整流器或一三端雙向可控矽元件)。然而，在輸出電路中使用控矽整流器之固態繼電器無法關閉，直到其負載電流降至低於其設計之保持電流為止，這造成一零交越電壓關閉條件。固態繼電器需要一瞬時接通及阻斷特徵。閘流體控制型固態繼電器之一替代方案係功率金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。一MOSFET係一種電晶體，其係一電壓控制型裝置，並且可用作為具有一瞬時接通及阻斷能力之一開關。一MOSFET具有四個介面：汲極、源極、閘極、及本體。本體及源極可連接在一起。施加在閘極處之一控制電壓可判斷MOSFET是否將在汲極與源極之間導通電流。一MOSFET之主要優點在於，其幾乎不需要輸入電流也能控制負載電流。一MOSFET有兩種操作模式：增強模式及空乏模式。在一增強模式MOSFET中，施加至閘極端子之電壓使MOSFET之傳導率增大。由於一增強模式MOSFET在閘極端子受賦能時使傳導率增大，因此可將該MOSFET視為具有常開(NO)之一等效輸出連接狀態。在一空乏模式MOSFET中，施加至閘極端子之電壓使MOSFET之傳導率減小。由於一空乏模式MOSFET在閘極端子受賦能時使傳導率減小，因此可將該MOSFET視為具有常閉(NC)之一等效輸出連接狀態。一MOSFET電晶體可由n型或p型半導體兩者製成。MOSFET之輸出支援雙向電流流動，但MOSFET之構造僅可沿一個方向控制。藉由使用兩個串聯之功率MOSFET，可沿兩方向控制交流電流，使MOSFET對可作用為帶有瞬時接通及阻斷能力之一固態繼電器。
圖14展示一固態繼電器電路的一簡圖。固態繼電器可示於1400處，並且可由1402及1404處所示之一MOSFET對以及1401處所示之一控制電路所組成。固態繼電器可具有兩個輸入1410 (正)及1411 (負)，其代表固態繼電器控制電路之直流數位邏輯輸入。1412及1413處所示之固態繼電器之輸出係連接至1407處所示之一交流電流源。固態繼電器之輸入可連接至開關控件830之輸出。固態繼電器之輸出可連接至1407處所示之一泛型交流源及一泛型負載1406。一MOSFET之一本質特徵可以是內部連接之一二極體。此內部二極體可稱為一內接二極體，並且可示於1403及1405處。在阻斷時間內，MOSFET之內接二極體將阻擋電流流動。當一二極體阻擋電流時，則將其稱為反向偏置。當一二極體允許電流流經時，則將其稱為正向偏置。1403處所示之內接二極體對於正電壓係反向偏置，並且1405處所示之內接二極體對於負電壓係反向偏置。當開關阻斷時，兩二極體將處於反向偏置操作模式。當開關接通時，電流將能夠沿兩方向通過兩MOSFET之汲極及源極連接。MOSFET具有一輸入電容，並且1401處所示之控制電路將提供接通及阻斷MOSFET所需之電壓。控制電路1401可從開關控件830取用輸出數位邏輯信號。因此，1400處所示之固態繼電器可操作為帶有一常開(NO)輸出之直流控制型、瞬時接通及阻斷開關交流輸出開關。MOSFET對與控制電路或兩者之其他組合可提供帶有一常閉(NC)輸出之一開關。交流電壓之轉換可在電路中引進一附加延遲，因此，直流控制型固態繼電器優於交流控制型固態繼電器。如果不需要一外部驅動電路，則一直流控制型固態繼電器可直接連接至開關控件830之輸出。使用不同MOSFET組合新增一直流控制電路可作用為一較佳單極雙投開關或帶有瞬時接通及阻斷之一較佳單極雙投開關，其可切換高安培交流負載。為求清楚，用於通用電力線1191、通用負載線1192、中性線1193、通用電源1160、及通用負載1170之通用語係映射至用於各開關控件群組890類型之術語，並且在適當情況下，將於各區段中作說明。下面說明各開關控件群組890類型。
開關控件群組：單極雙投開關。圖15展示一單極雙投開關840。單極雙投開關連接至四條電力線。
(1) 連至現有公用事業擁有之電力服務線 1591 ，其係連接至公用事業電力線，並且位於客戶服務面板之配送網側。 (2) 連至現有客戶擁有之客戶負載線 1592 ，並且包括客戶服務面板(圖未示)、客戶負載(圖未示)及任何散布型發電機(圖未示)，如果存在的話。 (3) 連至一新再循環電力線 1194 。 (4) 一中性線 1193 是要用作為針對以上所有線路連至來源之共用電流回波路徑。
如相較於代表843處所示開關控件輸出之一電路信號的更細線條，將一電力服務線1591、客戶負載線1592、中性線1193、及再循環電力線1194展示為代表交流電力線之更粗線條。較佳的是，該電源係一電力服務線1591，並且該負載係一客戶負載線1592，該輸出包含由該開關控件(圖未示)所控制之一單極雙投開關840，其(1)在開關控件輸出843指出沒有反向功率流時，將電力服務線1591連接至客戶負載線1592，以及(2)在開關控件輸出843指出反向功率流時，將電力服務線1591連接至一再循環電力線1194，使該交流電從客戶負載線1592轉向至再循環電力線1194作為再循環電力。單極雙投開關840具有一個輸入控制、一共用輸出端子、及兩個切換式輸出端子。一單極雙投開關840之輸出端子被組配成使得一個輸出端子係常開(NO)，其係未連接，而另一輸出端子係常閉(NC)，其係有連接。當沒有將電力施加至一開關之控制輸入時，一常開或常閉連接係該開關之狀態。用以接通開關電力之輸入控制(數位邏輯1)將稱為將開關賦能 。用以阻斷開關電力(數位邏輯0)之輸入控制稱為將開關去能 。當單極雙投開關840受賦能時，將連接常開端子，並且將斷接常閉端子。當單極雙投開關840受去能時，將斷接常開端子，並且將連接常閉端子。客戶負載線1592可連接至單極雙投開關840之共用輸出端子，並且電力服務線1591可連接至該等切換式輸出端子之一，而另一切換式輸出端子則可連接至再循環電力線1194。單極雙投開關840之操作允許客戶負載線1592擇一連接至電力服務線1591或再循環電力線1194，但不同時連接至兩者。
單極雙投開關等效。可將兩個單極單投開關用作為使用一個單極雙投開關之一替代方案，並且將在這裡作說明。一單極單投開關具有一個輸入端子，並且只能連接至一個輸出端子。一單極單投開關之輸出端子被組配為常開(NO)，其係未連接，或常閉(NC)，其係有連接。當帶有一常開(NO)輸出端子之一單極單投開關受賦能時，輸入係連接至輸出。當帶有一常閉(NC)輸出端子之一單極單投開關受賦能時，輸入與輸出斷接。一單極雙投替代方案之較佳組合將是使用帶有一常開(NO)端子輸出之一個單極單投開關、及帶有一常閉(NC)端子輸出之一個單極單投開關。連接兩個單極單投開關之輸入端子形成共用端子連接。兩個單極單投開關之這種組態實際上將提供與一個單極雙投開關相同之功能。帶有不同端子輸出之兩個單極單投開關之其他組合可配合適當變更用於開關控制邏輯。
開關之邏輯控制設計考量因素。開關之輸入控制確定開關控件需要什麼輸出邏輯。開關控件之邏輯閘要求將使用一個單極雙投開關840作說明。開關邏輯設計可基於數種因素，諸如電路依據所使用之邏輯閘數量需要多高效率、該等閘件基於邏輯閘布置方式之時序、或甚至諸邏輯閘之間的傳播延遲。沒有一種最好之邏輯設計，因為數種設計均可奏效。將電力轉向之決策稱為使電力再循環。不將電力轉向之決策稱為不使電力再循環。開關控件輸出843使用以下邏輯，並且為求清楚，將在這裡重複。
(1) 當指出可靠電流並且將反向功率流視為可能存在時，開關控件輸出843指出反向功率流，開關控件輸出843將處於低位準。 (2) 當未指出可靠電流時或未將反向功率流視為可能存在時，開關控件輸出843指出沒有反向功率流，開關控件輸出843將處於高位準。
共用端子係連接至客戶負載線1592、常開(NO)端子輸出可連接至電力服務線1591、以及常閉(NC)端子輸出可連接至再循環電力線1194。開關控件輸出843將直流電壓用於將開關賦能(高)或將開關去能(低)。單極雙投開關840之操作將如下： (1) 如果開關控件輸出843處於低位準(指出反向功率流)，則將開關去能，這將導致客戶負載線1592連接至再循環電力線1194並與電力服務線1591斷接。 (2) 如果開關控件輸出843處於高位準(未指出反向功率流)，則將開關賦能，這將導致客戶負載線1592連接至電力服務線1591並與再循環電力線1194斷接。
開關控件群組：單極單投開關。圖16繪示一單極單投開關841。當使用一單極單投開關841時，本發明操作為一獨立功率因子校正裝置。單極單投開關連接至三條電力線。
(1) 連至一通用電力線1191，其係連接至一通用電源1160。 (2) 連至一通用負載線1192，其係連接至1170處所示之一通用負載。 (3) 一中性線1193係用作為針對以上所有線路連至來源之共用電流回波路徑。
如相較於代表843處所示開關控件輸出之一電路信號的更細線條，將通用電力線1191、通用負載線1192、及中性線1193展示為代表交流電力線之較更粗線條。連接至負載之單極單投開關841在開關控件輸出843指出反向功率流時斷開，並且在開關控件輸出843指出沒有反向功率流時閉接。一單極單投開關具有一個輸入端子，並且只能連接至一個輸出端子。一單極單投開關之輸出端子被組配為常開(NO)，其係未連接，或常閉(NC)，其係有連接。當帶有一常開(NO)輸出端子之一單極單投開關受賦能時，輸入係連接至輸出。當帶有一常閉(NC)輸出端子之一單極單投開關受賦能時，輸入與輸出斷接。開關之輸入控制確定開關控件(圖未示)需要什麼輸出邏輯。開關控件(圖未示)之邏輯閘要求將使用一個單極單投開關841作說明。開關邏輯設計可基於數種因素，諸如電路依據所使用之邏輯閘數量需要多高效率、該等閘件基於邏輯閘布置方式之時序、或甚至諸邏輯閘之間的傳播延遲。沒有一種最好之邏輯設計，因為數種設計均可奏效。開關控件輸出843使用以下邏輯，並且為求清楚，將在這裡重複。
(1) 當指出可靠電流並且將反向功率流視為可能存在時，開關控件輸出843指出反向功率流，開關控件輸出843將處於低位準。 (2) 當未指出可靠電流時或未將反向功率流視為可能存在時，開關控件輸出843指出沒有反向功率流，開關控件輸出843將處於高位準。
輸入端子係連接至通用負載線1192，並且輸出端子係連接至通用電力線1191。開關控件輸出843將直流電壓用於將開關賦能(高)或將開關去能(低)。如果使用帶有一常開(NO)端子輸出之一單極單投開關841，則單極單投開關841之操作將如下：
(1) 如果開關控件輸出843處於低位準(指出反向功率流)，則將開關去能，這將導致總負載線1192與通用電力線1191斷接。 (2) 如果開關控件輸出843處於高位準(未指出反向功率流)，則將開關賦能，這將導致通用負載線1192連接至通用電力線1191。
如果使用帶有一常閉(NC)端子輸出之一單極單投開關841，則需要變更開關控件(圖未示)之邏輯才能支援這類型開關。
開關控件群組：監測電路。圖17繪示一監測電路842的一功能方塊圖。監測電路連接至以下電力線。
(1) 通用電力線1191，其係連接至一通用電源1160。 (2) 通用負載線1192，其係連接至一通用負載1170。 (3) 中性線1193是要用作為針對以上所有線路連至來源之共用電流回波路徑。
監測電路可在有或沒有一開關之情況下連接至電力感測及切換電路。虛線框中所包圍之所示較佳監測電路包括附加之以下功能塊：(1)電壓信號重新定標器1780、(2)電流信號重新定標器1781、(3)位準偏移器1782、(4)微控制器1783、(5)顯示器1784、及(6)通訊介面1785。由於電力感測及切換電路即時操作，因此使用積體電路能量計晶片中所用之取樣技巧可能無法回報及計算反向功率流測量結果。另外，電流信號可非為正弦信號，因此計量器將需要瞬時功率測量。可將一不同方法用於測量反向功率流，下面將有說明。一微控制器係位在單一積體電路上之一小型電腦。一微控制器含有一或多個中央處理單元(CPU)、記憶體、可規劃輸入/輸出介面、類比數位轉換器(ADC)、及數位類比轉換器(DAC)。電壓感測器810可為監測電路842提供電壓信號資訊。電流感測器820可為監測電路842提供電流信號資訊。來自感測器之電壓及電流信號可需要重新調整比例，端視所用微控制器1783之電氣輸入要求而定。一重新定標器轉換用於來自輸入系統之一電力供應器的一信號，使該信號等效於用於來自輸出系統之一電力供應器的一信號。舉例而言，一輸入系統可使用+5伏特直流電力供應器，而輸出系統可使用+3.3伏特直流電力供應器。一重新定標器會將+5伏特直流電力供應系統中使用之信號轉化成+3.3伏特直流電力供應系統中使用之一等效信號。這種轉化係針對類比信號完成。可使用一電壓信號重新定標器1780將電壓感測器810信號重新調整比例，並且可使用一電流信號重新定標器1781將電流感測器820信號重新調整比例。兩重新定標器之輸出都可連接至微控制器1783類比轉數位輸入。一位準偏移器類似於一重新定標器，原因在於其亦將一信號從一個電力供應器轉化至另一電力系統。差異在於一位準偏移器係用於轉化數位信號。開關控件輸出843係連接至微控制器1783之數位輸入，並且如果兩系統之電力供應器不同，則可需要位準偏移器1782。電壓感測器810、電流感測器820、以及開關控件830之輸出同時進行輪詢。電壓感測器810及電流感測器820信號係透過類比數位轉換器處理，並且開關控件830之輸出係透過數位輸入/輸出(I/O)連接埠處理。雖然還可使用這三個輸入信號來計算附加功率測量結果，但仍說明用於非反向功率(非再循環電力)及反向功率(循環電力)之計算。區間T1 ≤ t ≤ T2 內針對一連續函數f(t)定義之均方根為：
Figure 02_image001
我們在輪詢資料時，可用輪詢數N定義相同函數，其中N係針對時段T2 -T1 所採取，其等於一循環持續時間：
Figure 02_image003
對於反向功率流檢測之所有狀況，以下演算法可提供轉向電力及非再循環電力兩者之均方根值。微控制器1783每次輪詢都將進行以下功能，直到完成一循環持續時間為止：
(1) 如果開關控件輸出843處於低位準，則微控制器1783將遞增一再循環電力計數器，將來自類比數位轉換器之電壓與電流測量結果相乘，對此值求平方，並將結果加到一累增再循環電力變數。 (2) 如果開關控件輸出843處於高位準，則微控制器1783將遞增一非再循環電力計數器，將來自類比數位轉換器之電壓與電流測量結果相乘，對此值求平方，並將結果加到一累增非再循環電力變數。 (3) 在循環結束時，再循環電力變數除以再循環電力計數器之商之平方根將等於一循環持續時間之再循環電力之均方根，接著可隨時間予以累加，諸如一小時。 (4) 在循環結束時，非再循環電力變數除以非再循環電力計數器之商之平方根將等於一循環持續時間之非再循環電力之均方根，接著可隨時間予以累加，諸如一小時。 (5) 計算完成後，將重設電力計數器及變數，並且輪詢過程將繼續進行下一個循環。
接著可將反向及非反向功率資訊發送至一顯示器1784以供本機檢視，或為了監測及計費目的而經由一通訊介面1785發送至一遠端位置。
輸入/輸出時序圖。時序圖從一時序觀點展示一電路中之不同數位信號如何彼此產生關係。為求清楚，時序圖可展示一高數位邏輯信號及一低數位邏輯信號，因為其隨時間在兩個邏輯位準之間轉變。
圖18及19展示在無功及非線性負載兩狀況中以及在散布型過度發電狀況中檢測到反向功率時的時序圖。可先定義以下時間參數： (1)     TRPF1 1801係定義為電壓脈衝之前緣與電流脈衝之前緣之間的時間。此時間代表恰好在電流脈衝之前發生之反向功率流類型1。 (2)     TRFP2 1802係定義為電壓脈衝之尾緣與電流脈衝之尾緣之間的時間。此時間代表恰好在電流脈衝之後發生之反向功率流類型2。 (3)     TCYCLE 1803係定義為一循環持續時間之持續時間(60 Hz市電頻率具有16.67毫秒之一循環持續時間)。 (4)     TVASC1 1804係定義為電壓方波高數位邏輯位準輸出信號之持續時間。 (5)     TVASC2 1805係定義為電壓方波低數位邏輯位準輸出信號之持續時間。 (6)     TCASC1 1806係定義為電流脈衝之持續時間。 (7)     TCASC2 1807係定義為兩個連序電流脈衝之間的持續時間。 (8)     TCAP1 1808係定義為電壓脈衝之前緣與電流脈衝之尾緣之間的持續時間。 (9)     TCAP2 1809係定義為電流脈衝之尾緣與電壓脈衝之前緣之間的持續時間。 (10) TUNK 1810係定義為一未知時間區間，該時間區間內可存在反向功率流，但尚未檢測到可靠電流。 (11) TN/A 1811係定義為雖存在但不應視為合法之時間區間。 (12) TPULSE1 1812係定義為由電流脈衝之前緣所觸發之前導脈衝延長器。 (13) TPULSE2 1813係定義為由電流脈衝之尾緣所觸發之後尾脈衝延長器。 (14) TGAP 1814 係定義為兩個連序TPULSE2 脈衝之間的時間間隙。 (15) TOUT 1815係定義為脈衝延伸器之輸出脈衝。 (16) TERR 1816係定義為TOUT 脈衝與TN/A 脈衝重疊時所創建之錯誤脈衝。 (17) TRPF3 1817係定義為在藉由散布型發電機創建之過度發電期間看到的反向功率流脈衝。
無功及非線性負載反向功率流狀況的時序圖。圖18展示當檢測無功及非線性負載反向功率流兩條件時，例示性電路之重要點的時序圖。下面說明以下輸入/輸出時間： (1) 任意電壓方波轉換器(VASWC)數位邏輯輸出信號可憑藉由時間區間TVASC1 1804及TVASC2 1805所組成之一週期TCYCLE 1803 (循環持續時間)重複一市電電壓頻率。 (2) 任意電流方波轉換器(CASWC)數位邏輯輸出信號展示兩個輸出脈衝TCASC1 1806，其指出在這項實例中針對兩個循環持續時間存在之一可靠電流。TCASC1 1806脈衝時間之結束與下一個TCASC1 1806脈衝時間之開始之間的時間係TCASC2 1807。 (3) 脈衝延伸器(圖未示)中單穩態多諧振盪器之前導脈衝延伸器(LPE)數位邏輯輸出信號帶有一持續時間TPULSE1 1812，其稍微大於由電流脈衝之前緣觸發之一循環持續時間之一半。 (4) 脈衝延伸器(圖未示)中單穩態多諧振盪器之後尾脈衝延伸器(TPE)數位邏輯輸出信號帶有一持續時間TPULSE2 1813，其稍微小於由電流脈衝之尾緣觸發之一循環持續時間。時間TGAP 1814係介於TPULSE2 1813時間之結束與下一個TPULSE2 1813時間之開始之間的時間。 (5) 脈衝延伸器(PE)數位邏輯輸出信號係使用一OR邏輯閘之前導脈衝延伸器(LPE)輸出信號及後尾脈衝延伸器(TPE)輸出信號之組合式輸出，帶有一所產生脈衝持續時間TOUT 1815。 (6) 極性檢查器(PC)數位邏輯輸出信號係使用任意電壓方波轉換器(VASWC)輸出信號及任意電流方波轉換器(CASWC)輸出信號作為輸入之一XOR邏輯操作之結果。極性檢查器之操作僅在有一可靠電流時才有效。因此，展示為時間TN/A 1811之輸出脈衝不用於一反向功率流條件之檢測。展示為時間TUNK 1810之輸出脈衝正確地展示一反向功率流條件。然而，本發明依賴於先檢測一可靠電流再考量極性檢查器(PC)輸出，如此，可能無法正確地檢測與先於第一TCASC1 1806時間之TUNK 相關聯之反向功率流。 (7) 開關控件(SC)數位邏輯輸出係使用極性檢查器(PC)輸出信號及脈衝延伸器(PE)輸出信號作為輸入之一NAND邏輯操作之結果。開關控件(SC)輸出信號展示脈衝時間TRPF1 1801 (在時間TCAP1 1808內發生)及TRPF2 1802 (在時間TCAP2 1809內發生)，其代表檢測到反向功率流之時間。由於脈衝延伸器(圖未示)不知道何時不再存在可靠電流，因此輸出脈衝TOUT 1815將與TN/A 1811脈衝重疊，並且在檢測時間結束時創建帶有一錯誤持續時間TERR 1816之一錯誤脈衝。由於這時候沒有檢測到可靠電流，因此在TERR 1816期間檢測到之反向功率流之量可來自雜訊。
注意，脈衝時間TPULSE2 1813能夠單獨識別時間TRPF1 1801及TRPF2 1802。然而，TPULSE1 1812涵蓋TPULSE2 1813無法單獨涵蓋之TGAP 1814時間。前導脈衝延伸器(LPE)輸出信號及後尾脈衝延伸器(TPE)輸出信號彼此重疊，以涵蓋波動並且與任意電壓方波轉換器(VASWC)輸出信號之週期性不同之任意電流到方波轉換器(CASWC)輸出信號之週期性。從一容差觀點來看，如果使用TPULSE2 1813而不用TPULSE1 1812，則需要遵守以下方程式： TPULSE2 1813 ＞ TCASC2 1807
對於理解TCASC2 1807之要求，可使用更短之TPULSE2 1813時間。如果TCASC2 1807屬於未知，則建議使用第二脈衝TPULSE1 1812。TPULSE2 1813之最大值可稍微小於一循環持續時間(60 Hz循環持續時間係16.67毫秒)。然而，從一實務觀點來看，TPULSE2 1813時間應稍微小於允許之頻率調節誤差。舉例而言，如果頻率容差程度為±0.5 Hz，其中一低頻為59.5 Hz且一高頻為60.5 Hz，則TPULSE2 1813應稍微小於16.53毫秒。在電流脈衝之前緣之前或在電流脈衝之尾緣之後、或以上兩者，可存在反向功率流條件。可建構方程式以基於這些觀察來說明這些時間。以下方程式可用於從無功及非線性負載說明反向功率流條件。 (1) TRPF1 1801 = TCAP1 1808 – TCASC1 1806 (2) TRPF2 1802 = TCAP2 1809 – TVASC2 1805 (3) TCYCLE 1803 = TVASC1 1804 + TVASC2 1805
散布型發電機反向功率流狀況的時序圖。圖19展示當檢測來自散布型發電機之反向功率流時，例示性電路之重要點的時序圖。下面說明以下輸入/輸出時間： (1) 任意電壓方波轉換器(VASWC)數位邏輯輸出信號可憑藉由時間區間TVASC1 1804及TVASC2 1805所組成之一週期TCYCLE 1803時間(循環持續時間)重複一市電電壓頻率。 (2) 任意電流方波轉換器(CASWC)數位邏輯輸出信號展示兩個輸出脈衝TCASC1 1806，其指出在這項實例中針對兩個循環持續時間存在之一可靠電流。TCASC1 1806脈衝時間之結束與下一個TCASC1 1806脈衝時間之開始之間的時間係TCASC2 1807。 (3) 脈衝延伸器(圖未示)中一單穩態多諧振盪器之前導脈衝延伸器(LPE)數位邏輯輸出信號帶有一持續時間TPULSE1 1812，其稍微大於由電流脈衝之前緣觸發之一循環持續時間之一半。 (4) 脈衝延伸器(圖未示)中一單穩態多諧振盪器之後尾脈衝延伸器(TPE)數位邏輯輸出信號帶有一持續時間TPULSE2 1813，其稍微小於由電流脈衝之尾緣觸發之一循環持續時間。時間TGAP 1814係介於TPULSE2 1813時間之結束與下一個TPULSE2 1813時間之開始之間的時間。 (5) 脈衝延伸器(圖未示)之脈衝延伸器(PE)數位邏輯輸出信號係使用一OR邏輯閘之前導脈衝延伸器(LPE)輸出信號及後尾脈衝延伸器(TPE)輸出信號之組合式輸出，帶有一所產生脈衝持續時間TOUT 1815。 (6) 極性檢查器(PC)數位邏輯輸出信號係使用任意電壓方波轉換器(VASWC)輸出信號及任意電流方波轉換器(CASWC)輸出信號作為輸入之一XOR邏輯操作之結果。極性檢查器之操作僅在有一可靠電流時才有效。因此，展示為時間TN/A 1811之極性檢查器(PC)輸出脈衝不用於一反向功率流條件之檢測。 (7) 開關控件(SC)數位邏輯輸出係使用極性檢查器(PC)輸出信號及脈衝延伸器(PE)輸出信號作為輸入之一NAND邏輯操作之結果。開關控件(SC)輸出信號展示脈衝時間TRPF3 1817，其代表檢測到反向功率流之時間。
當檢測來自散布型發電機之反向功率流時，任意電壓方波轉換器(VASWC)及任意電流方波轉換器(CASWC)將處於相反之數位邏輯位準，並且將呈現為時間TVASC2 1805 (低數位邏輯位準)及TCASC1 1806 (高數位邏輯位準)處以及時間TVASC1 1804 (高數位邏輯位準)及TCASC2 1807 (低數位邏輯位準)處所示之相反邏輯信號位準。注意，時間區間TPULSE2 1813不再能夠單獨識別反向功率流。現在需要兩時間區間TPULSE1 1812與TPULSE2 1813之組合才能識別反向功率流條件。TPULSE1 1812識別在TOUT 1815時間之開始與TPULSE2 1813時間之開始之間發生之初始反向功率流、以及在TGAP 1814時間內發生之反向功率流。TPULSE1 1812之最小值可稍微大於一循環持續時間之一半(60 Hz循環持續時間之一半係8.33毫秒)。然而，從一實務觀點來看，TPULSE1 1812時間應稍微大於允許之頻率調節誤差。舉例而言，如果頻率容差程度為±0.5 Hz，其中一低頻為59.5 Hz且一高頻為60.5 Hz，則TPULSE2 1813應稍微大於8.40毫秒。因此，從一容差觀點來看，需要遵守以下方程式： TPULSE1 1812 ＞ TVASC2 1805
如果同時檢測到來自無功及非線性負載之反向功率流條件以及來自散布型發電機之過度發電，則TPULSE1 1812應稍微大於一循環持續時間之一半，並且TPULSE2 1813應稍微小於一循環持續時間。
電力感測及切換電路的例示性電路圖。圖20繪示使用一單極雙投開關840之一較佳例示性電路。較佳例示性電路僅展示使電路正確作用之必要部件。除非另有所指，否則未展示諸如上拉/下拉電阻器、旁路電容器、保護部件、以及未用輸入之適當端子等用以使積體電路運作之部件。電力感測及切換電路介接至三條電力線。
(1) 連至現有公用事業擁有之電力服務線1591，其係連接至公用事業電力線，並且位於客戶服務面板之配送網側。 (2) 連至現有客戶擁有之客戶負載線1592，並且包括客戶服務面板(圖未示)、客戶負載(圖未示)及任何散布型發電機(圖未示)，如果存在的話。 (3) 連至一新再循環電力線1194。 (4) 中性線1193是要用作為針對以上所有線路連至來源之共用電流回波路徑。
一電力服務線1591、客戶負載線1592、及中性線1193係展示為更粗線條，相較於代表電路信號之更細線條，其代表交流電力線。電力感測及切換電路包括以下功能塊：(1)參考電壓801、(2)電壓感測器810、(3)電流感測器820、(4)任意電壓方波轉換器811、(5)任意電流方波轉換器821、(6)脈衝延伸器803、(7)極性檢查器850、(8)開關控件830、(9)單極雙投開關840等效開關電路。
電力供應器。較佳例示性電路中使用之電力供應器(圖未示)係單一電力供應器，其帶有一+5伏特直流正電力供應電壓(標記為+V)、以及展示為GND當作接地之一0伏特直流負電力供應電壓。
例示性電路：參考電壓。參考電壓801係藉由使用等同之分壓電阻器RRV 2002配合一解耦電容器CRV 2003所創建，其係用於保持電壓穩定並用於吸收電壓尖波。在一理想情況下，參考電壓801將處於信號之中間交叉點。實際上，所使用之積體電路可需要將分壓電阻器調整至信號之實際中間交叉點。一電壓隨耦器(亦稱為一單位增益放大器、一緩衝放大器、及一隔離放大器)係一種運算放大器電路，其增益(放大率)為1，所以，運算放大器不對信號進行放大。一電壓隨耦器亦於諸電路之間提供電氣隔離，目的是防止信號源受到負載可能需要之電流影響。實際上，信號係「緩衝自」負載電流，因此稱為一緩衝放大器。例示性參考電壓801使用一電壓隨耦器2001來隔離並提供類比電路所需之附加驅動電流。較佳運算放大器使用一德儀OPA350PA低雜訊、低諧波失真運算放大器晶片。
例示性電路：電壓感測器。電壓感測器810可由步降電力變換器2095所組成，用以將電壓市電向下比例調整至電路之一相容電壓。步降電力變換器初級輸入可連接至電力服務線1591及連接至中性線1193。步降電力變換器次級輸出可使用較佳電阻分壓器電路(RV1 2093及RV2 2094)提供一按比例調整、相容之電壓。較佳之步降電力變換器Triad Magnetics FS12-090-C2可以是一第2類變換器，其在次級上提供+6.3伏特交流電。電壓感測器810之輸出係發送至任意電壓方波轉換器811。
例示性電路：電流感測器。電流感測器820可由一非侵入式實心鎳芯或一高級非晶或奈米晶合金變流器2092所組成，穿過其中心具有一孔洞，客戶負載線1592通過該孔洞。一負擔電阻器2091可連接至變流器，並且可用於將輸出自變流器之電流轉換成一按比例調整之相容電壓。較佳變流器可以是一Vacuumschmelze T60404-E4626-X502變流器，其具有一大約0.11°之相位誤差。電流感測器820之輸出係發送至任意電流方波轉換器821。
例示性電路：任意方波轉換器。任意電壓方波轉換器811、及任意電流方波轉換器821在各電壓及信號處理階段中使用等同晶片。下面說明個別電路區段(輸入隔離電路、低通濾波器電路、類比數位轉換電路、及緩衝電路)。
輸入隔離電路。用於較佳輸入隔離電路之一較佳輸入晶片係一德儀OPA350PA低雜訊、低諧波失真運算放大器晶片。任意電壓方波轉換器811及任意電流方波轉換器821兩者中都使用相同晶片，以減小這兩個電路之間的時序誤差。任意電壓方波轉換器811之輸入隔離電路將運算放大器晶片實施成一電壓隨耦器電路2011，其提供電壓感測器810與任意電壓方波轉換器811之隔離。任意電流方波轉換器821之輸入隔離電路將運算放大器晶片實施成一非反相放大器2021，其帶有由電阻器(RC1 2022及RC2 2023)所創建之放大率。運算放大器晶片提供隔離、附加驅動電力、以及電流信號之放大。
低通濾波器電路。一較佳低通被動式濾波器係由電阻器RF 2012及電容器CF 2013所創建，用以衰減外部高頻雜訊。由低通濾波器在市電之頻率下所創建之相移應顯著等同，以使得任意電壓方波轉換器與任意電流方波轉換器之間的相位差達到最小。
類比數位信號轉換電路。一較佳非反相施密特觸發比較器2016係用於將類比信號(電壓信號及電流信號兩者)轉換成一數位信號。非反相施密特觸發器(遲滯電路)係由回授電阻器(R1 2014及R2 2015)所組成。較佳之比較器係帶有軌對軌輸出之一Maxim Integrated MAX942EPA+-ND比較器。
緩衝電路。一緩衝器係一種整合式邏輯電路，其在有一數位邏輯0信號輸入時具有一0電壓輸出，並且在有一數位邏輯1信號輸入時具有一高阻抗(一電路對一交流電之有效電阻)輸出。一緩衝邏輯閘係用於在類比比較器電路與數位邏輯電路之間提供隔離。如果一邏輯電路為一數位邏輯1信號提供+5伏特直流電，並且對於介接至將+3.3伏特直流電用於一數位邏輯1信號之一邏輯電路有一需要，則緩衝器可使電壓位準在這兩個系統之間偏移。使電壓偏移之能力係緩衝器稱為位準偏移器之理由。一緩衝器亦可向諸如繼電器開關之裝置提供隔離及驅動電流。一緩衝器不應與一緩衝放大器(電壓隨耦器)混淆。一緩衝器具有一數位信號輸入及一數位信號輸出，而緩衝放大器則具有一類比信號輸入及一類比信號輸出。較佳之緩衝器2017整合式邏輯電路係德儀SN74LS07N緩衝器及驅動器晶片。任意電壓方波轉換器811及任意電流方波轉換器821之輸出係發送至極性檢查器850。用於可靠電流檢測之較佳雜訊位準檢測器電路等同於任意電流方波轉換器821，並且亦作為觸發器用於較佳脈衝延伸器803。
例示性電路：脈衝延伸器。較佳脈衝延伸器803係由兩個單穩態多諧振盪器(MM1 2081及MM2 2082)與一OR 2006邏輯閘所組成。單穩態多諧振盪器MM1 2081可被組配用以使用電流脈衝之前緣作為其觸發，並且脈衝持續時間可藉由一時序電阻器RT1 2004與時序電容器CT1 2005所組成之一RC時序電路來設定，用於創建比一循環持續時間之一半稍微更長之一脈衝持續時間(對於一60 Hz電力頻率，一循環持續時間之一半係8.33毫秒)。單穩態多諧振盪器MM2 2082可被組配用以使用電流脈衝之尾緣作為其觸發，並且脈衝持續時間可藉由一時序電阻器RT2 2007與時序電容器CT2 2008所組成之一RC時序電路來設定，用於創建比一循環持續時間稍微更小之一脈衝持續時間(對於一60 Hz電力頻率，一循環持續時間係16.67毫秒)。一些單穩態多諧振盪器提供可重觸發輸入，如果在單穩態多諧振盪器返回到穩定狀態之前有一新觸發出現，則允許重啟時序電路。可重觸發輸入可使不穩定狀態延伸比RC時序電路更長之週期。對於較佳例示性電路，未使用可重觸發特徵。然而，本較佳發明不受限於使用此特徵。一些單穩態多諧振盪器未合併一RC時序電路，但仍提供一可規劃脈衝持續時間，並且可在脈衝延伸器803中使用。較佳單穩態多諧振盪器係一德儀CD74AHC221E單穩態多諧振盪器。單穩態多諧振盪器MM1 2081之輸出脈衝係前導脈衝延長器。單穩態多諧振盪器MM2 2082之輸出脈衝係後尾脈衝延長器。任意電流方波轉換器821之輸出脈衝係作為一觸發用於兩單穩態多諧振盪器之電流脈衝。以下選項為了連至或閘之連線能力而說明各種組合： (1) 前導脈衝延長器、後尾脈衝延長器、及電流脈衝。 a.     脈衝延伸器803之輸出脈衝係連續脈衝。 b.    針對電流脈衝之前緣與單穩態多諧振盪器MM1 2081之前緣之間的時間內檢測到之第一可靠電流脈衝所發生之單穩態多諧振盪器MM1 2081傳播延遲得以緩解。 c.     對於脈衝延伸器803，此為理想實作態樣。 (2) 後尾脈衝延長器及電流脈衝。 a.     脈衝延伸器803之輸出脈衝非為連續脈衝。 b.    由於單穩態多諧振盪器MM2 2082傳播延遲的關係，脈衝延伸器803之輸出在電流脈衝之尾緣與單穩態多諧振盪器MM2 2082輸出之前緣之間的時間內將瞬間變低。 (3) 前導脈衝延長器及後尾脈衝延長器。 a.     脈衝延伸器803之輸出脈衝係連續脈衝。 b.    針對電流脈衝之前緣與單穩態多諧振盪器MM1 2081之前緣之間的時間內檢測到之第一可靠電流脈衝所發生之單穩態多諧振盪器MM1 2081傳播延遲未緩解。 c.     對於脈衝延伸器803，此為較佳實作態樣。 (4) 僅後尾脈衝延長器。 a.     脈衝延伸器803之輸出脈衝非為連續脈衝。 b.    如果不存在單穩態多諧振盪器MM2 2082，則不針對散布型發電機之過度發電支援反向功率流檢測。
OR邏輯閘係一德儀CD74HC4075E。脈衝延伸器803之輸出係發送至開關控件830。
例示性電路：極性檢查器。極性檢查器850係一德儀SN74HC86N互斥或(XOR) 2051邏輯閘。來自任意電壓方波轉換器811、及任意電流方波轉換器821之輸入係連接至XOR 2051閘之輸入。極性檢查器850之所產生數位信號輸出(極性脈衝)係發送至開關控件830。
例示性電路：開關控件。開關控件830係由一較佳之德儀SN74AHC00N NAND 2031邏輯閘所組成，用於確定何時可對840處所示之固態繼電器SSR1 2041及固態繼電器SSR2 2042開關(等效於一單極雙投開關)賦能(將客戶負載線1592連接至電力服務線1591)及去能(將客戶負載線1592連接至再循環電力線1194)。OR 2006閘(用於脈衝延伸器803中)及XOR 2051閘(用於極性檢查器850中)之傳播延遲應該大約相等，以使得NAND 2031閘將同時接收極性檢查器850及脈衝延伸器803之輸入信號。這在脈衝延伸器803使用理想實作態樣之情況下並非必要。來自極性檢查器850、及脈衝延伸器803之輸出係連接至開關控件830邏輯NAND 2031閘之輸入。邏輯數學可創建提供相同結果之諸邏輯閘之許多組合。因為邏輯閘比類比積體電路更快，所以只要不影響電路之效能，便可容忍由於一非簡化邏輯設計而導致之傳播延遲增加。NAND 2031邏輯閘之輸出可連接至繼電器開關。繼電器開關經由一低電壓(接通開關)或一高電壓(阻斷開關)受控制。雖然繼電器開關具有邏輯輸入狀態，其仍可能與數位邏輯閘輸出不相容。一緩衝器2017整合式邏輯電路可用於解決諸介面之間的這種不相容性。一緩衝器2017整合式邏輯電路係一是德儀SN74LS07N緩衝器，並且驅動器晶片可將NAND 2031邏輯閘輸出連接至830處所示之開關電路。
例示性電路：開關。例示性電路中使用之本開關可使用分立功率MOSFET電晶體來實施。840處所示之開關電路(等效於一單極雙投開關)係以兩個固態繼電器(展示為SSR1 2041及SSR2 2042)來實施。固態繼電器SSR1 2041將客戶負載線1592連接至電力服務線1591。固態繼電器SSR2 2042將客戶負載線1592連接至再循環電力線1194。固態繼電器SSR1 2041與SSR2 2042係連接在一起而成為一單極雙投開關840之一等效表示型態，其中共用端子係客戶負載線1592。固態繼電器SSR1 2041被組配用以作用為一常開等效開關。固態繼電器SSR2 2042被組配用以作用為一常閉等效開關。
例示性電路傳播延遲。對於反向功率流之檢測及緩解兩者，電力感測及切換電路依賴於速度。較佳例示性電路中所用晶片之0.1%處之傳播延遲或安置時間之廠商資料表可用於計算電路之最大傳播延遲。
(1) 德儀OPA350PA-ND；220奈秒之安置時間。 (2) Maxim Integrated MAX942EPA+-ND；200奈秒之最大傳播延遲；典型為80奈秒。 (3) 德儀SN74LS07N (緩衝器)；最大從高到低傳播延遲30奈秒；典型為19奈秒。 (4) 德儀SN74HC86N (XOR)；對於6.8奈秒之一5伏特直流電力供應器用之一15皮法拉負載，在25°C時之最大傳播延遲；典型為4.8奈秒。 (5) 德儀SN74AHC00N (NAND)；對於5.5奈秒之一5伏特直流電力供應器用之一15皮法拉負載，在25°C時之最大傳播延遲；典型為3.7奈秒。 (6) 德儀SN74LS07N (緩衝器)；最大從高到低傳播延遲30奈秒；典型為19奈秒。
針對最壞情境計算之無電路開關之總傳播時間為492.3奈秒(典型為346.5奈秒)。固態繼電器技術可涉及電路速度及固態繼電器技術進步之最大改良。未來之高速電力切換技術可對電路效能產生最大影響。
緩解反向功率流。來自散布型發電機之反向功率流對於公用事業既是一資產又是一負債。一方面，由散布型發電機所創建之多餘電力為網格提供更便宜之電力。另一方面，有太多電力時，會造成網格不穩定問題。來自無功或非線性負載之反向功率流可被公用事業及消費者視為一電力浪費。因為公用事業需要產生更多電流才能補償這種反向功率流，所以，由於必須攜載此廢棄電力，電力系統之總體容量會降低。配送網容量增大將使發電機更加散布。然而，散布型發電機可未察覺出現一反饋條件，也未察覺公用事業何時已將電力從配送網移除。一種方法係將電力轉向至接地。雖然反向功率流已緩解，這種方法仍可能造成浪費，而且不會符合公用事業或消費者之最大利益。處理過度發電之另一種方法可以是創建與散布型發電機通訊之一通訊網路，用以節流其發電量。這是一項非常複雜之任務，因為通訊需要時間，並且在進行任何緩解嘗試之前，反向功率流將已進入配送網。由於需要即時進行緩解，因此當在沒有任何外部介入之情況下檢測到反向功率流時，會需要進行反向功率之緩解，致使這種方法不太受歡迎。再者，一通訊系統可能創建一潛在安全漏洞，導致分散式發電機受到不需要的控制及存取。另一種方法是將多餘電力轉向到一能量儲存系統(如電池儲存)裡，以供未來使用。能量儲存系統對於客戶來說，可以是一良好解決方案，因為這些系統之成本持續下降。然而，在目前情況下，電池系統僅將容量增加到允許其符合自身消耗之點位，並且任何附加容量均可能未被發送到配送網裡。因此，這種方法不允許散布型發電機之客戶參與電力批發市場。可能最適合本發明之方法係予以在一分層產生及消耗模型中概念化。
分層產生及消耗模型。Lorentz、De Martini及Taft在一種稱為分散型、分層分解最佳化結構之概念中介紹創建相異發電及電力消耗層之方法，有能力容納多餘發電量，不會在配送網中創建不穩定性。此概念化模型之主要優點係一發電及電力消耗分層結構之創建。各層均具有由來自客戶負載及能量儲存系統之消耗量所確定之一容量限制。各層均具有等於消耗容量限制之一發電限制，並且多餘電力係發送至其上面之層。使用分層產生及消耗模型允許一種識別各層問題之方法，並從而洞悉緩解這些問題之最佳方法。可識別三層，並且下面有說明。
(1) 第一發電及電力消耗層位處客戶站點。 a.     公用電源及散布型發電機係發電來源，而客戶負載則是主要消耗負載。 b.    儲存裝置(如電池)既是發電來源，又是消耗負載。 c.     第一層之消耗容量限制係當客戶負載及電池儲存處於滿容量時。 d.    產生之多餘電力將期望發送至第二層，但這樣做可能創建網格不穩定性問題。 (2) 第二發電及電力消耗層位處社區層級，其中多個消費者站點係經由中電壓配送線及低電壓配送線連接。 a.     公用事業電力及來自第一層之任何多餘電力係發電來源。 b.    消耗容量包含所有第一層客戶負載，包括那些沒有散布型發電機以及社區能量儲存系統之負載。 c.     在配送網中，多餘電力將為連接至相同配送線之客戶創建一效益。可產生多達配送網容量之足夠電力，於此時點，多餘電力在配送網中造成反饋不穩定性問題。當感測到多餘電力時，反饋保護電路系統可將配送網與電力網斷接，防止多餘電力發送至上面之層。 (3) 第三發電及電力消耗層處於傳輸線層級，其中許多社區係互連在一起。 a.     如果來自第二層之電力可送至此層，則擁有散布型發電機之客戶可參與電力批發市場。然而，因為第二層處不允許多餘電力，所以不可能出售批發電力。
這三個發電及電力消耗層各獨立運作，並且彼此間有一明確界線，使電力遞送系統之總體複雜度降低。本發明在下文所述之一再循環電力系統模型中解決這些問題。
再循環電力系統之微觀模型。本發明定義一種用於使包括一產生器及一客戶負載之一交流電路中之反向功率流緩解之方法，其利用電力感測及切換電路藉由檢測電流及電壓何時具有相反極性來檢測反向功率流之時間，以及將反向功率流轉向以創建再循環電力。發送至恢復服務線之再循環電力係一低電壓線。恢復服務線連接至恢復線，係用於再循環電力之遠端再循環的低電壓線。發送至預調節電力線之再循環電力可藉由使用一再循環電力重調節電路創建重調節電力將再循環電力重調節、並將該重調節電力引進到一客戶服務面板裡以供一客戶負載使用、或藉由將再循環電力儲存在一能量儲存系統中以供未來使用，用於再循環電力之本地再循環。為了達成反向功率流之轉向，使用單極雙投開關840，並且本發明更包含： (1) 一電力變換器電路，其連接至該再循環電力線； (2) 一預調節電力線，其連接至該電力變換器電路；以及 (3) 一再循環電力重調節電路，其含有連接至該預調節電力線之一再循環能量儲存系統。
當該開關之該輸出具有該再循環電力時，該交流電從該再循環電力線流經該電力變換器電路、流經該預調節電力線流至該再循環電力重調節電路並流進該再循環能量儲存系統。接著可將儲存之電力重新插入客戶服務面板裡，以供客戶負載使用。
圖21展示2100處所示、包圍在一虛線框中之再循環電力系統的一功能方塊圖，還展示如何將其整合到客戶站點及配送網裡。再循環電力可存在於再循環電力線1194、預調節電力線2133、恢復服務線2131、及恢復線2132上。再循環電力係展示為粗實線，並且係低電壓線。
配送網。公用事業電力源自傳輸網(圖未示)，並且電力是在高電壓線2127上予以發送至變電所2124。接著將電力從變電所2124發送至配送網內之中電壓線2126。中電壓線2126係經由一步降電力變換器2123連接至低電壓線2125。公用事業電力可藉由電力服務線1591提供給客戶站點。
組合式客戶負載。客戶負載2121可經由客戶負載連接2142予以連接至客戶服務面板2120。一散布型發電機2122可經由一散布型發電機連接2143予以連接至客戶服務面板2120。組合式客戶負載係發送至一客戶負載線1592。客戶服務面板2120與電力感測及切換電路2101之間、以及客戶服務面板2120與客戶負載2121之間的雙向箭頭展示朝向客戶負載2121之正向功率流、以及朝向電力感測及切換電路2101之反向功率流。
電力感測及切換電路。電力感測及切換電路2101可具有以下功能： (1) 經由電力服務線1591連接至配送網。 (2) 經由客戶負載線1592連接至組合式客戶負載。 (3) 檢測並緩解來自以下所列者之反向功率流： a.     無功負載。 b.    非線性負載。 c.     散布型發電機2122過度發電。 (4) 經由再循環電力線1194將反向功率流作為再循環電力轉向至電力變換器電路2102。 (5) 操作為一功率因子校正裝置。 (6) 可連接至可用於收集及/或顯示電力計量資訊之監測電路842。
恢復線。由無效率客戶負載所創建之總廢棄電力量可能還未知，但少於產生之電量。因此，即使浪費係由這些無效率客戶負載所創建，反饋問題仍可藉由現有保護電路來控制。當創建多餘電力時，散布型發電機之到來已使反饋問題加劇，從而提升配送網之不穩定性。如果典範轉移正朝著實施更多散布型發電機之方向發展，則需要一種用以處置過度發電之新方法，其不損及網格，還允許帶有散布型發電機之客戶參與批發發電，不因現有配電網帶來之問題(如反饋)而有限制。新系統之架構使現有配送網保持以相同方式操作，其使得可靠之電力遞送維持超過一世紀，但卻使系統擴增有為了位於偏遠社區地區中之散布型發電機而專門建置之一新傳輸網。可將來自無效率負載之反向功率及由過度發電所產生之反向功率組合，並且可將淨結果稱為再循環電力。再循環電力來自將反向功率轉向至新恢復線之電力感測及切換電路。現有傳輸網僅攜載公用事業電力。相比之下，恢復線僅可攜載再循環電力。在美國，公用事業規格將低電壓定義為一絕緣纜線，其攜載電壓範圍從+120伏特交流電到+600伏特交流電之電流。空中及地下配送線兩者中都使用這些低電壓纜線。這些相同類型之低電壓纜線可用於使用相同空中及地下基礎設施之恢復線，該空中及地下基礎設施係用於現有配送線。
再循環電力重調節電路。將廢棄電力恢復、再循環、以及作為一重調節電力重新插入到客戶負載裡可還原此損耗之電力。請注意，若未重調節再循環電力，不應將再循環電力重新插入到客戶站點裡。一再循環電力重調節電路之本實施例可在下面作說明。
圖23繪示再循環電力重調節電路2103的一功能方塊圖。簡圖中之實線可展示實際電力，且箭頭可展示電力之方向。可將電力展示為一交流電AC或一直流電DC。虛線可展示電路之控制信號線。再循環電力重調節電路包含以下功能塊：(1)整流器2303、(2)混合逆變器2304、及(3)電池系統2305。
2120處所示之客戶服務面板將客戶負載線1592連接至已調節電力線2141。將重調節電力引回到配送網裡時，市電電壓與重調節電力電壓之相位必須相同。當正弦波與市電電壓同步時，可經由已調節電力線2141將重調節電力重新插入到客戶服務面板2120裡。再循環電力重調節電路2103可合併一再循環能量儲存系統2301。再循環能量儲存系統包含一混合逆變器2304及一電池系統2305。混合逆變器將整流器直流電壓及電池直流電壓兩者都轉換成交流電壓。其亦處置所有電池控制充電及放電功能。回到圖21，2103處所示之再循環電力重調節電路可具有以下功能： (1)      從電力變換器電路接收再循環電力。 (2) 處理再循環電力，經由已調節電力線2141將其重新插入到客戶服務面板2120裡作為重調節電力。 (3) 發送至預調節電力線2133之再循環電力可用於再循環電力之本地再循環。 (4) 合併一再循環能量儲存系統(圖未示)，其可儲存再循環能量以供未來使用。
電力變換器電路。圖22提供電力變換器電路2102的一詳細視圖。電力變換器電路2102可由兩個電力變換器XFMRIN 2201及XFMROUT 2202所組成。電力變換器電路係用於連接來自電力感測及切換電路、恢復線、及再循環電力重調節電路之不同電壓。變換器電壓係使用美國電壓作說明，但可適用於其他國家。所使用之實際電壓可以不同，端視連接至電力變換器電路之各線路所需之電壓而定。為求清楚，將線路展示為邏輯連接而非實體連接。再循環電力可存在於以下四條線路上： (1) 再循環電力線1194係連接至電力變換器電路2102。 (2) 恢復服務線2131係連接至電力變換器電路2102。 (3) 恢復線2132係連接至恢復服務線2131。 (4) 預調節電力線2133係連接至電力變換器電路2102。
電力感測及切換電路2101可經由再循環電力線1194連接至電力變換器XMFRIN 2201。電力變換器XFMRIN 2201上於2211處所示之線路L1具有一120伏特交流電壓。電力變換器XFMROUT 2202上於2212處所示之線路L2具有一120伏特交流電壓。一中性線係示於1193。電力變換器XMFRIN 2201係用於將連自兩個單獨電力感測及切換電路在兩條再循環電力線1194上具有120伏特交流電之線路L1及L2兩者都轉換成恢復服務專線2131上於2213處所示之600伏特交流電。電力變換器XFMROUT 2202可連接至再循環電力重調節電路2103。電力變換器XMFROUT 2202係用於將恢復服務線2131上於2214處所示之600伏特交流電轉換成預調節電力線2133上於2215處所示之240伏特交流電。電力變換器XMFRIN 2201及XMFROUT 2202係經由恢復服務線2131連接至恢復線2132。
回到圖21，電力變換器電路2102可具有以下功能： (1) 可用於互連來自再循環電力線1194、恢復服務線2131、及預調節電力線2133之不同電壓。 (2) 在電力感測及切換電路2101、經由恢復服務線2131之恢復線2132、及再循環電力重調節電路2103之間攜載再循環電力。
可以沒有為了公用事業電線桿或配備變換器接墊之人行道上之一新變換器而分配之空間。因此，電力變換器電路之較佳位置可位處客戶站點。
瞭解電力感測及切換電路以及恢復線。電力感測及切換電路藉由即時檢測反向功率流，然後僅將過度發電切換到恢復線，來與恢復線配合運作。為了簡便起見，引用了美國電力標準。
圖24、25及26繪示電力感測及切換電路以及恢復線的邏輯圖。恢復服務線2131將恢復線(圖未示)連接至客戶站點。連至客戶站點之本發明連接係經由一單極雙投開關840進行。單極雙投開關840共用連接係連至客戶負載線1592。單極雙投開關840之一個端子輸出係連接至電力服務線1591，而另一端子輸出係連接至再循環電力線1194。再循環電力線1194係連接至電力變換器電路2102，電力變換器電路2102接著係連接至恢復服務線2131。客戶負載線1592係連接至客戶服務面板2121。如果存在一散布型發電機2122，則其係經由一散布型發電機連接2143予以連接。客戶負載2121係經由一客戶負載連接2142予以連接至客戶服務面板2120。客戶負載線1592、散布型發電機連接2143、及客戶負載連接2142在客戶服務面板2120處相交。圖中之箭頭展示功率流之方向。虛線代表沒有功率流。
圖24展示一正向功率流條件(無反向功率條件)。當負載消耗大於散布型發電機2122所產生之電力時，存在一正向功率流條件。在正向功率流條件期間，單極雙投開關840未連接至再循環電力線1194，並且沒有電力可流入或流出電力變換器電路2102。箭頭之方向展示沿朝向客戶負載2121之方向的正向功率流。
圖25展示由於一散布型發電機2122之過度發電而出現之一反向功率流條件。當負載消耗小於散布型發電機2122所產生之電力時，存在一反向功率流條件。在反向功率流條件期間，單極雙投開關840係連接至再循環電力線1194，以及電力可朝向電力變換器電路2102流動，並且電力服務線1591將與客戶站點斷接。箭頭之方向展示沿朝向恢復服務線2131之方向的反向功率流。
圖26展示由於一無功負載或非線性負載或兩者而出現之一反向功率流條件。為了簡便起見，將散布型發電機2122從圖式移除。在此情境中，本發明當作功率因子校正裝置。在反向功率流條件期間，單極雙投開關840未連接至再循環電力線1194，並且再循環電力可朝向電力變換器電路2102流動。箭頭之方向展示沿朝向恢復服務線2131之方向的反向功率流。
回到圖21，恢復線2132可具有以下功能： (1) 為了再循環電力而在配送網內提供一傳輸線。 (2) 利用低電壓線路2125中使用之相同低電壓纜線類型，這允許恢復線路2132使用與現有低電壓線路2125相同之地役權。 (3) 提供與現有配送線之隔離，以緩解反饋問題。 (4) 將再循環電力從一客戶站點攜載至另一客戶站點或攜載至變電所2124。 (5) 發送至再循環服務線2131及再循環線2132之再循環電力可用於再循環電力之遠端再循環。
再循環電力系統之部署組合。電力感測及切換電路、恢復線、及再循環電力重調節電路可獨立使用或彼此組合使用。下面將說明這些使用案例之各者： (1) 僅電力感測及切換電路 a.     監測電路 i.     一監測電路可用於提供再循環電力及非再循環電力資訊。 ii.     此操作模式下不需要開關。 b.    用於裝置負載之功率因子校正裝置 i.     用於商用產品之一功率因子校正裝置，其可附接至位於客戶負載中之裝置電源(例如：一客戶服務面板中之一電力出口及斷路器)。 ii.     一單極單投開關(圖未示)可用於將裝置負載與裝置電源連接及斷接。 c.     用於客戶站點之功率因子校正裝置 i.     用於客戶站點之一功率因子校正裝置。 ii.     一單極單投開關(圖未示)可用於將客戶負載線與電力服務線連接及斷接。 iii.     對於具有淨計量合約之客戶，不建議此操作模式，因為不允許過度發電進入到配送網裡。 iv.     此操作模式可用於具有再生電力合約之客戶，該等再生電力合約禁止過度發電到電力網裡。 (2) 電力感測及切換電路+恢復線 a.     用於客戶站點之一功率因子校正裝置。 b.    一單極雙投開關(圖未示)可用於將客戶負載線連接至電力服務線或再循環電力線。 c.     用於將反向功率從無功負載、非線性負載、以及從散布型發電機過度發電轉向出來，以用作為可發送至再循環線之再循環電力。 d.    此操作模式可由具有淨計量合約或禁止過度發電進入到電力網裡之合約的客戶使用。 e.     可接納任何允許批發電力銷售之合約。 f.      如果部署一散布型發電機，則可將公用事業電力看作為一備援電源。 (3) 電力感測及切換電路+再循環電力重調節電路 a.     用於客戶站點之一功率因子校正裝置。 b.    一單極雙投開關(圖未示)可用於將客戶負載線連接至電力服務線或再循環電力線。 c.     用於將反向功率從無功負載、非線性負載、以及從散布型發電機過度發電轉向出來，以用作為可發送至再循環線之再循環電力。 d.    憑藉使用再循環電力重調節電路之任選儲存能力，此操作模式可用於淨計量合約。 e.     此操作模式可用於具有再生電力合約之客戶，該等再生電力合約禁止過度發電到電力網裡。 (4) 再循環電力重調節電路+恢復線 a.     可將來自連接至恢復線之客戶站點的再循環電力重調節並重新插入到客戶服務面板裡，以供客戶負載使用。 (5) 電力感測及切換電路+再循環電力重調節電路+恢復線 a.     此為本發明之較佳部署。 b.    用於客戶站點之一功率因子校正裝置。 c.     用於將反向功率從無功負載、非線性負載、以及從散布型發電機過度發電轉向出來，以用作為可發送至再循環線之再循環電力。 d.    再循環電力可予以接收自預調節電力線、重調節、以及透過客戶服務面板經由已調節電力線重新插入並進入客戶負載。 e.     可接納任何允許批發電力銷售之合約。 f.      如果部署一散布型發電機，則可將公用事業電力看作為一備援電源。
再循環電力系統之巨觀模型。為了更加理解可如何將本發明併入配送網，圖27展示未附本發明之配送網，且圖28展示帶有本發明之配送網。以下稱呼適用於圖31及32兩者。傳輸網格中之傳輸線係展示為高電壓線2127，並且進入到變電所2124裡。配送網中之配送線係展示為中電壓線2126及低電壓線2125。中電壓線2126可藉由使用步降變換器2123降至一低電壓。接著可將低電壓向外發送到低電壓線2125再發送至客戶站點。低電壓線2125看起來像與中電壓線2126外之步降變換器2123連接之分支電路，並且可僅基於步降變換器2123可遞送之電量來服務該數量之客戶。電力之流動可藉由箭頭之方向及箭頭線之寬度來展示，其展示高電壓傳輸線(粗加權線)、中電壓線(中加權線)、及低電壓線(細加權線) 。從C1列舉到C6在矩形框內展示之客戶站點位置。有兩種不同類型之客戶站點： (1) 未附散布型發電機之客戶站點(C1、C4、C5)。 (2) 帶有散布型發電機之客戶站點(C2、C3、C6)。
未附散布型發電機之客戶站點具有以下所列： (1) 連接至電力服務線1591之客戶服務面板2120。 (2) 連接至客戶服務面板2120之客戶負載2121。
帶有散布型發電機之客戶站點具有以下所列： (1) 連接至電力服務線1591之客戶服務面板2120。 (2) 連接至客戶服務面板2120之客戶負載2121。 (3) 連接至客戶服務面板2120之一散布型發電機2122。
低電壓線2125經由電力服務線1591向各客戶站點提供電力。客戶站點係進一步分組成客戶群組： (1) 2710處所示之客戶群組A包括客戶C1及C2。 (2) 2711處所示之客戶群組B包括客戶C3、C4、C5及C6。
低電壓線2125及中電壓線2126兩者都設計用來操作為雙向功率流線路，其係由位處線路兩端之箭頭來表示。對於2710處所示之客戶群組A，中電壓線2126係示於2701處且低電壓線2125係示於2702處。對於2711處所示之客戶群組B，中電壓線2126係示於2703處且低電壓線2125係示於2704處。進入變電所2124之反饋(反向功率流)係藉由中電壓線2126來繪示，其兩側帶有進入變電所2124之箭頭。
圖28展示與圖27所示相同之簡圖，但帶有再循環電力系統之附加組件，該等組件包括以下所列：(1)電力感測及切換電路2101、(2)電力變換器電路2102、(3)再循環電力重調節電路2103、(4)恢復服務線2131、及(5)恢復線2132。除了再循環電力系統以外，還有四種不同類型之客戶站點： (1) 未附沒有再循環電力系統之散布型發電機的客戶站點(C5)。 (2) 未附帶有再循環電力系統之散布型發電機的客戶站點(C1及C4)。 (3) 帶有未附再循環電力系統之散布型發電機的客戶(C6)。 (4) 帶有具再循環電力系統之散布型發電機的客戶(C2及C3)。
具有再循環電力系統之客戶另外具有以下所列： (1) 連接於客戶服務面板2120與電力服務線1591之間的電力感測及切換電路2101。 (2) 連接至客戶服務面板2120之再循環電力重調節電路2103。 (3) 將電力感測及切換電路2101及再循環電力重調節電路2103連接至恢復服務線2131之電力變換器電路2102。
對於已實施再循環電力系統之客戶C1及C2，請注意，電力服務線1591僅沿朝向客戶站點之方向具有功率流。這是因為再循環電力系統正將反向功率流轉向至恢復服務線路2131。由於客戶C1及C2係2710處所示客戶群組A中之唯一幾個客戶，因此2702處所示之低電壓線2125將始終沿著正向功率流方向。隨後，2701處所示之中電壓線2126也將沿著正向功率流方向。對於2710處所示之客戶群組A，沒有反向功率流回到配送網裡，因為所有客戶站點都具有再循環電力系統。客戶C1能夠從客戶C2接收由散布型發電機2122所產生之過度發電引起之再循環電力。由於客戶C1及C2兩者都連接至恢復線2132，因此再循環電力在諸客戶站點之間自由移動。再循環電力重調節電路接收再循環電力，以及將其重調節並重新插入客戶服務面板2120裡以供立即使用，或可將再循環電力儲存在係為再循環電力重調節電路2103之部分的一能量儲存系統(圖未示)中，以供未來使用。對於2711所示之客戶群組B，客戶C3及C4亦具有再循環電力系統，且其操作與客戶C1及C2相同。然而，對於2711處所示之客戶群組B，客戶C5及C6不具有再循環電力系統，如此，用於兩個客戶站點之電力服務線1591仍可創建由電力服務線1591兩端箭頭所示之反向功率流。因為客戶C5及C6不具有再循環電力系統，所以反向功率流仍然能夠創建反饋問題。此係展示為用於2704處所示低電壓線2125及2703處所示中電壓線2126兩者之雙向線路。反饋仍出現，如進入變電所2124之中電壓線2126上之兩個箭頭所示。然而，反向功率流量係藉由為客戶C1、C2、C3及C4使反向功率流轉向來降低。如果配送網上之所有客戶都利用再循環電力系統，則可緩解反向功率流，並且隨後可緩解反饋問題。因為恢復線2132可分區段建置，所以僅藉由恢復線2132連接在一起之客戶站點才可有能力共享電力。客戶C1及C2能夠共享再循環電力，並且客戶C3及C4能夠共享電力。然而，客戶C1及C2不能夠與客戶C3及C4共享再循環，直到恢復線2132將兩站點連接為止。客戶C3及C4係展示為連接至變電所2124，這允許其參與任何批發電力銷售。實施成用於解決反向功率流之一再循環電力系統的本發明可允許發電、電力儲存、及電力恢復之自動平衡而更接近於客戶需求。本發明可在沒有公用事業介入且未變更現有散布型發電機操作方式之情況下操作。該解決方案藉由保存電流配送網支援結構資產並以低電壓恢復線2132對其進行擴增來解決配送網反饋問題，以創建可解決反饋問題之一新配送網。恢復線2132可予以增量建置，即使未將其連接回變電所，仍可立即使用。解決方案亦允許已投資散布型發電機之客戶參與批發電力市場。
恢復線：空中及地下考量因素。典型向住宅及商業客戶提供服務有兩種方式。第一種係經由公用事業電線桿之空中實作態樣，且第二種係經由地下地役權。
圖29繪示恢復線2132及恢復服務線2131將如何在一空中實作態樣中運作。特意省略公用事業電線桿及線路之細節，以便更加理解恢復線之可實施位置。簡圖具有實施例之空中實作態樣的一側立面圖。中電壓線2126及位處公用事業電線桿之頂端。中電壓係藉由步降電力變換器2123來降低，然後透過低電壓線2125發送。低電壓線2125低於公用事業電線桿上之中電壓線2126。低電壓線2125係連接至電力服務線1591，經由2901處所示之一天氣頭(weatherhead) (防風雨服務滴入點，高架電力透過一入口管道於此處進入一建築物，帶有一圓頭蓋體，設計用來防止水進入該入口管道)進入客戶站點，並且終止於一現有公用事業機櫃2908內部之一客戶服務面板(圖未示)。客戶服務面板(圖未示)將電力服務線1591連接至客戶負載2121。恢復線2132可以是絕緣低電壓纜線，有可能將其用於公用事業電線桿上之低電壓高度處。恢復線可連接至恢復服務線2131，經由與電力服務線1591所使用者相同之天氣頭2901進入客戶站點。恢復服務線2131可接著終止於電力變換器電路(圖未示)，其進而連接至位於新公用事業機櫃系統2909內部之電力感測及切換電路(圖未示)及再循環電力重調節電路(圖未示)。恢復線2132經由2923延續至下一根公用事業電線桿(圖未示)或延續至變電所(圖未示)。
圖30繪示恢復線2132及恢復服務線2131將如何在一地下實作態樣中運作。特意省略地下基礎設施之細節，以便更加理解恢復線之可實施位置。簡圖具有實施例之地下實作態樣的一示意性俯視平面圖。中電壓線2126穿過巷道3004中之導管佈設，該等導管在巷道3053內並穿過人孔3054佈設。中電壓線2126經由3033延續至下一個人孔(圖未示)或延續至變電所(圖未示)。中電壓線2126穿過將人孔連接至人行道3005上電力變換器之導管佈設，接著連接至一步降電力變壓器2123，在人行道3051上之一變換器接墊(圖未示)上，被包圍於3003處所示之人行道上之一公用事業機櫃中。中電壓係藉由步降電力變換器2123來降低，透過將電力變換器連接至人行道導管3006之導管來發送，然後發送至低電壓線2125。低電壓線2125係接著透過佈設在人行道3007底下之導管來發送，並且係連接至電力服務線1591，透過手孔(handhole) 3052進入客戶站點，然後穿過將手孔連接至現有公用事業機櫃3001之導管，其通過一現有公用事業機櫃2908，並且終止於現有公用事業機櫃2908內部之一客戶服務面板(圖未示)。客戶服務面板(圖未示)將電力服務線1591連接至客戶負載2121。低電壓線2125經由3034延續至為其他客戶站點提供服務之下一個手孔(圖未示)。恢復線2132可以是絕緣低電壓纜線，有可能將其用於公用事業地下實作態樣中。恢復線2132可連接至恢復服務線2131，經由與電力服務線1591相同之導管進入客戶站點。恢復服務線2131可接著終止於電力變換器電路(圖未示)，其進而連接至位於新公用事業機櫃系統2909內部之電力感測及切換電路(圖未示)及再循環電力重調節電路(圖未示)。恢復線2132經由3024延續至為其他客戶站點提供服務之下一個手孔(圖未示)。恢復線2132亦經由3023延續至下一個人孔(圖未示)或延續至變電所(圖未示)。
恢復線重新插至電力網。將恢復線連接回到電力網裡(重新插入)可在中電壓線上之數個位置進行。然而，較佳位置將位處變電所，因為這是高電壓傳輸線及中電壓線連接處。最靠近消耗位置創建之電力可比遠距離輸送之電力更便宜。最低電力成本應視為主要電力來源，因此，恢復線可以是一配送網上客戶之主要來源，並且高電壓傳輸線所遞送之電力對於這些客戶將是次要電源，其可以是連至配送網之備援電力。一微網(microgrid)可以是一小型電力使用者網路，其具有足夠的散布型發電機，用來產生足以起作用之電力而無需公用事業電力，但可連接至電力網以供備援之用。當恢復線所創建之電力可為了與其附接之客戶負載而持續供電時，配送網將操作為一網格內之一獨立網格，其係一微網之定義。當恢復線正在產生比正在消耗之電力更多之電力時，變電所處將發電機電力重新插回。恢復線攜載再循環電力，並且電力在重新引回到配送網裡之前、或者如果要售回給公用事業，可能需要重調節。下面說明再循環電力收回過程。
圖31繪示用以在變電所處收回再循環電力之恢復線之較佳連線能力的一功能方塊圖。以下三種電力線類型如下。 (1) 公用事業擁有之高電壓線2127。 (2) 公用事業擁有之中電壓線： a.     3110處所示之公用事業電線桿電力線。 b.    3111處所示之地下電力線。 (3) 低電壓恢復線： a.     3120處所示之公用事業電線桿恢復線。 b.    3121處所示之公用事業地下恢復線。
以下四個功能塊總結如下。 (1) 3100處之再循環電力重調節系統。 a.     3101處所示之步降電力變換器-A。 b.    3102處所示之整流器系統。 c.     3103處所示之逆變器-A系統。 d.    3104處所示之步升電力變換器-B。 (2) 3140處所示之中電壓系統。 a.     3141處所示之交叉連接系統。 b.    3142處所示之控制系統。 (3) 3150處所示之高電壓系統。 a.     3151處所示之步降電力變換器-C。 (4) 3130處所示之電能儲存系統。 a.     3131處所示之電氣儲存裝置。 b.    3132處所示之逆變器-B系統。
高電壓系統。高電壓系統3150可經由一步降電力變換器-C 3151連接至中電壓系統3140。步降電力變換器-C 3151將高電壓線2127上之高電壓變換成中電壓線上使用之中電壓。
再循環電力重調節系統。再循環電力重調節系統3100展示連接至一步降電力變換器-A 3101之低電壓公用事業電線桿恢復線3121及低電壓地下恢復線3130。該等恢復線具有與用於在配送網上攜載電力之低電壓線(圖未示)相同之纜線規格，其具有+600伏特交流電之一最大電壓。步降電力變換器-A 3101可接著將+600伏特交流電力轉換成展示為LV之一較佳低電壓(例如：+240伏特交流電)。再循環電力受攜載於低電壓恢復線上，並且由於反向功率流電力轉向過程而可具有一失真電壓波形，並且將需要重調節至公用事業規格，才能重新插回到電力網裡。一再循環電力重調節系統3100可包括一整流器系統3102，整流器系統3102可將來自步降電力變換器-A 3101之電力轉換成一直流電壓，接著可藉由一逆變器-A系統3103將該直流電壓轉換回一低電壓，其符合公用事業規格。步升電力變換器-B 3104可接著將低電壓轉換成現有中電壓線上所使用，如MV (例如：5 kV或12 kV)所示之現有公用事業中電壓。
電能儲存系統。一獨立電能儲存系統3130中之儲存能量可藉由一逆變器-B系統3132轉換成一低電壓，其可接著連接至逆變器-A系統3103所共享之低電壓連接。這種連接方法可允許再循環電力重調節系統3100及電能儲存系統3130彼此獨立地操作。附加儲存容量可輕鬆地使用此連接方法來新增。電氣儲存裝置3131 (諸如一電池或飛輪)可藉由使用已重調節之再循環電力來充電。依此作法，可節約新產生之電力，並且僅將再循環電力用於能量儲存。
中電壓系統。中電壓系統3140可透過一交叉連接系統3141將再循環電力重調節系統3100及高電壓系統3150連接至外送中電壓公用事業電線桿線路3110及中電壓地下電力線3111。可將交叉連接系統3141設想為現有電力纜線連接(圖未示)之擴增，但帶有可受控制系統3142控制之繼電器開關(圖未示)。交叉連接系統3141可允許發電來源(重調節電力、儲存產生電力、或公用事業產生之電力)之任意間連接。控制系統3142在中電壓系統3140內操作，並且可伴隨中電壓線上之需求，具有使再循環電力重調節系統3100、高電壓系統3150、及電能儲存系統3130所產生之傳入電力獲得平衡之主要功能。控制系統之控制信號係展示為虛線。控制系統3142可配有通訊能力(圖未示)，其可允許公用事業平衡、控制、及監測變電所內或來自遠距位置之電力。在恢復線以滿負荷操作時之峰值操作時間內，控制系統3142可指導電能儲存系統3130儲存多餘電力供以後使用。於所產生之多餘電量可超過配送網及電能儲存系統容量之點，可將過度發電作為批發電力售回給公用事業。這裡要注意之重要事項為，由於過度發電對公用事業將看起來像一迷你電廠，因此連至電力網之連接可採用電流產生之電力係連接至傳輸網之方式來達成，這種方式已可靠地運作超過一世紀。
本發明例示性客戶站點實作態樣。圖32繪示一典型客戶站點，其可具有連接至一公用事業計量器3201之電力服務線1591，公用事業計量器3201可接受連接至罩覆一客戶服務面板(圖未示)之一現有公用事業機櫃2908。
圖33繪示本發明例示性客戶站點實作態樣。需要纜線才能將電力服務線1591及恢復服務線2131互連至藉由實施位於公用事業計量器3201上面但亦可位於公用事業計量器3201下面之一新公用事業機櫃延伸件3301所達成之本發明。用於本發明之所有電力纜線及感測器線路可接著穿過一導管3302延伸至被包圍在一較佳新公用事業機櫃系統2909中之再循環電力系統(圖未示)。纜線延伸實作態樣允許新公用事業機櫃位於不同於圖中所示之一替代位置。可接著經由一導管3303將重調節電力重新插入到位於現有公用事業機櫃2908中之客戶服務面板(圖未示)裡。
產業利用性。儘管已搭配本文中所述之較佳實施例揭示電力感測及切換電路，仍可有落入電力感測及切換電路之精神及範疇內之其他實施例，如申請專利範圍所定義。因此，此電力感測及切換電路中沒有要暗指或推斷限制，但申請專利範圍中具體且明確所提者除外。此電力感測及切換電路可用於期望即時檢測及緩解或重複使用反向功率流之任何情況，包括(以非限制方式)功率因子校正、散布型發電機之過度發電、以及能量儲存系統之能量儲存。
101:瞬時電壓 102:瞬時電流 201:瞬時功率 202:平均功率 300,301,302,303,500,501,502,503,504:區間 310:異相 510:相移 701:正向功率 702:公用事業電力與發電機電力相等 703:電力會將方向反過來，並且將發生一反向功率流條件 801:參考電壓 803:脈衝延伸器 804:延伸電流脈衝 810:電壓感測器 811:任意電壓方波轉換器 812,821:任意電流方波轉換器 814:電壓波形 815:變動電壓 820:電流感測器 822:電流方波 824:電流波形 825:交流電 830:開關控件 840:單極雙投開關 841:單極單投開關 842:監測電路 850:極性檢查器 851:極性脈衝 890:開關控件群組 900,902:高觸發點電壓 901,903:低觸發點電壓 910:輸入正弦信號 911:雜訊信號 1000:輸入信號與參考電壓之比較輸出 1001,1003:輸出便將變為低位準 1002:輸出將變為高位準 1010:所產生方波輸出 1160:通用電源 1170:通用負載 1191:通用電力線 1192:通用負載線 1193:中性線 1194:再循環電力線 1200:單穩態多諧振盪器之輸入之初始狀態 1201:通用電壓脈衝 1202:通用脈衝持續時間 1203:後續通用電壓脈衝 1204:後續通用脈衝持續時間 1205,1305:低電壓 1211,1212,1213,1214:循環持續時間 1300:單穩態多諧振盪器之所產生輸出 1301:通用輸出脈衝 1302:通用輸出持續時間 1303:後續通用輸出脈衝 1304:後續通用輸出持續時間 1400,2041,2042:固態繼電器 1401:控制電路 1402,1404:MOSFET對 1403,1405:內接二極體 1406:泛型負載 1407:泛型交流源 1410,1411:輸入 1412,1413:固態繼電器之輸出 1591:電力服務線 1592:客戶負載線 1780:電壓信號重新定標器 1781:電流信號重新定標器 1782:位準偏移器 1783:微控制器 1784:顯示器 1785:通訊介面 1801,1802,1807:脈衝時間 1803:週期 1804,1805,1812,1813:時間區間 1806:輸出脈衝 1808,1809,1810,1811,1814:時間 1815:所產生脈衝持續時間 1816:錯誤持續時間 2001:電壓隨耦器 2002:分壓電阻器 2003:解耦電容器 2004,2007:時序電阻器 2005,2008:時序電容器 2006:OR邏輯閘 2011:電壓隨耦器電路 2012,2022,2023:電阻器 2013:電容器 2014,2015:回授電阻器 2016:非反相施密特觸發比較器 2017:緩衝器 2021:非反相放大器 2031:反及閘 2051:互斥或閘 2081,2082:單穩態多諧振盪器 2092:奈米晶合金變流器 2093,2094:電阻分壓器電路 2095:步降電力變換器 2100:再循環電力系統 2101:切換電路 2102:電力變換器電路 2103:再循環電力重調節電路 2120:客戶服務面板 2121:客戶負載 2122:散布型發電機 2123:步降電力變換器 2124:變電所 2125,2702,2704:低電壓線 2126,2701,2703:中電壓線 2127:高電壓線 2131:恢復服務線 2132:恢復線 2133:預調節電力線 2141:已調節電力線 2142:客戶負載連接 2143:散布型發電機連接 2201,2202:電力變換器 2211:線路L1 2212:線路L2 2213,2214:600伏特交流電 2215:240伏特交流電 2301:再循環能量儲存系統 2303:整流器 2304:混合逆變器 2305:電池系統 2901:天氣頭 2908,3001:現有公用事業機櫃 2909:公用事業機櫃系統 2923,3023,3024,3033,3034:延續 3003,3005,3007,3051:人行道 3004,3053:巷道 3006:人行道導管 3052:手孔 3054:人孔 3100:再循環電力重調節系統 3101:步降電力變換器-A 3102:整流器系統 3103:逆變器-A系統 3104:步升電力變換器-B 3110:外送中電壓公用事業電線桿線路 3111:中電壓地下電力線 3120:公用事業電線桿恢復線 3121:公用事業地下恢復線 3130:電能儲存系統 3131:電氣儲存裝置 3132:逆變器-B系統 3140:中電壓系統 3141:交叉連接系統 3142:控制系統 3150:高電壓系統 3151:步降電力變換器-C 3201:公用事業計量器 3301:公用事業機櫃延伸件 3302,3303:導管
圖1係一圖解，其展示當電壓與電流完全同相時，一個交流電循環期間之電壓及電流。
圖2係一圖解，其展示當電壓與電流完全同相時，一個交流電循環期間之功率及平均功率。
圖3係一圖解，其展示當電壓與電流+90°異相時，一個交流電循環期間之電壓、電流、功率及平均功率。
圖4係一圖解，其展示當電壓與電流+90°異相時，一個交流電循環期間之功率及平均功率，其中反向功率流係藉由本發明轉向。
圖5係一圖解，其展示當電壓與電流+45°異相時，一個交流電循環期間之電壓、電流、功率及平均功率。
圖6係一圖解，其展示當電壓與電流+45°異相時，一個交流電循環期間之電壓、電流、功率及平均功率，其中反向功率流係藉由本發明轉向。
圖7係一圖解，其隨著散布型發電機之功率增加，從電氣公用事業之觀點展示功率。圖7A展示在散布型發電機之功率等於整個負載之前，電壓與電流完全同相。圖7B展示在散布型發電機之功率超出整個負載之後，電壓與電流異相，導致反向功率流。
圖8根據本發明，係一裝置之較佳實施例的一概念圖。
圖9係一圖解，其展示一輸入信號伴隨施加遲滯進入一非反相施密特觸發比較器。
圖10係一圖解，其展示施加遲滯之後，圖9中非反相施密特觸發比較器之一輸出信號。
圖11根據本發明，係一裝置之較佳實施例的一功能方塊圖。
圖12係一圖解，其展示送至一單穩態多諧振盪器之輸入脈衝。
圖13係一圖解，其展示圖12中單穩態多諧振盪器之一輸出延伸輸入脈衝之持續時間。
圖14根據本發明，係一裝置之較佳實施例之一較佳功率金屬氧化物半導體場效電晶體固態繼電器。
圖15係根據本發明之一裝置之較佳實施例連接至一單極雙投開關的一功能方塊圖，該單極雙投開關係一開關控件群組之部分。
圖16係根據本發明之一裝置之較佳實施例連接至一單極單投開關的一功能方塊圖，該單極單投開關係一開關控件群組之部分。
圖17係一監測電路的一功能方塊圖，該監測電路係一開關控件群組之部分。
圖18係當使由一無功或非線性負載所創建之反向功率轉向時，根據本發明之一裝置之較佳實施例的一較佳例示性電路輸入/輸出時序圖。
圖19係當使由一散布型發電機所創建之反向功率轉向時，根據本發明之一裝置之較佳實施例的一較佳例示性電路輸入/輸出時序圖。
圖20根據本發明，係一裝置之較佳實施例的一較佳電路圖實例。
圖21係整合為一總解決方案用於檢測及緩解反向功率流之一電力感測及切換電路、恢復服務線、恢復線、再循環電力重調節電路、監測電路、及電力變換器電路的一方塊圖。
圖22係將電力感測及切換電路以及再循環電力重調節電路連接至恢復線之一電力變換器電路的一方塊圖。
圖23係一再循環電力重調節電路的一方塊圖。
圖24係一簡圖，其展示流向具有一散布型發電機、以及本發明之一客戶之功率流，其中該散布型發電機比客戶負載產生更少電力。
圖25係一簡圖，其展示流向具有一散布型發電機、以及本發明之一客戶之功率流，其中該散布型發電機比客戶負載產生更多電力。
圖26係一簡圖，其展示流向沒有一散布型發電機及本發明之一客戶之正常功率流，其中客戶負載(單獨)產生一反向功率流。
圖27係一簡圖，其展示配送網中之功率流，該配送網帶有各種客戶組合，該等客戶帶有及沒有散布型發電機，而且沒有本發明。
圖28係一簡圖，其展示配送網中之功率流，該配送網帶有各種客戶組合，該等客戶帶有及沒有散布型發電機，而且帶有本發明。
圖29係連接至地上電力線之本發明之一實施例的一示意性側立面圖。
圖30係連接至地下電力線之本發明之一實施例的一示意性俯視平面圖。
圖31係本發明之位於如一變電所之一公用事業自有站點處之恢復線重新插至配送網的一方塊圖。
圖32係一方塊圖，其根據本發明，展示安裝一系統前之一例示性客戶站點。
圖33係一方塊圖，其根據本發明，展示安裝一系統後之一例示性客戶站點。
101:瞬時電壓
102:瞬時電流
201:瞬時功率
202:平均功率
500,501,502,503,504:區間
510:相移

Claims (16)

  1. 一種用於減輕反向功率流之裝置，該反向功率流係流至向一負載提供一交流電之一電源，該交流電根據一電流波形交變，並具有在界定一循環持續時間之一頻率之一最小值與一最大值之間交變之一循環性變動電壓，其中該變動電壓具有一電壓波形，藉此依電流流動方向之變化界定電流中間交叉點，藉此該負載改變該電流波形而使該電流波形波動、可週期性變動、並且可有別於該電壓波形，以及藉此雜訊係藉由外在來源或該裝置予以引進到該交流電裡，該裝置包含： 一電力供應器，其具有一電力供應正電壓及一電力供應負電壓，在該電力供應正電壓與該電力供應負電壓之間的中途創建一參考電壓； 一電壓感測器，其連接至該電源，藉此該電壓感測器感測該變動電壓並以近似該電壓波形即時輸出一代表電壓之電壓信號，經比例調整及偏置而置中於該電力供應正電壓與該電力供應負電壓之間，並且在該參考電壓上方具有交叉點，於各循環之末端及中點界定電壓中間交叉點； 一電流感測器，其連接至該負載，藉此該電流感測器感測該交流電並以近似該電流波形即時輸出一代表電流之電壓信號，經比例調整及偏置而置中於該電力供應正電壓與該電力供應負電壓之間，而且還經比例調整而能夠與該參考電壓作比較； 一任意電壓方波轉換器，其具有一電壓轉換器傳播延遲，用以接收該代表電壓之電壓信號並將該代表電壓之電壓信號與該參考電壓作比較，具有一遲滯電路，用以回應於比該電壓中間交叉點加上該雜訊更高之一代表電壓之電壓信號而產生一高電壓觸發點電壓，以及回應於比該電壓中間交叉點減去該雜訊更低之一代表電壓之電壓信號而產生一低電壓觸發點電壓，該任意電壓方波轉換器還輸出回應於該高電壓觸發點電壓而處於高位準且回應於該低電壓觸發點電壓而處於低位準之電壓方波，藉此從低轉變至高並且再轉變回到低之一電壓方波構成一電壓脈衝； 一任意電流方波轉換器，其具有一電流轉換器傳播延遲，用以接收該代表電流之電壓信號，並且用以將該代表電流之電壓信號與該參考電壓作比較，具有一遲滯電路，用以回應於比該目前中間交叉電壓加上該雜訊更高之一代表電流之電壓信號而產生一高電流觸發點電壓，以及回應於比該目前中間交叉電壓減去該雜訊更低之一代表電流之電壓信號而產生一低電流觸發點電壓，該任意電流方波轉換器還輸出回應於該高電流觸發點電壓而處於高位準且回應於該低電流觸發點電壓而處於低位準之電流方波，藉此從低轉變至高並且再轉變回到低之一電流方波構成具有一前緣及一尾緣之一電流脈衝，該電流脈衝具有一電流脈衝長度； 其中該電壓轉換器傳播延遲與該電流轉換器傳播延遲實質等同； 一極性檢查器，其將該電壓方波與該電流方波作比較，當該電壓方波處於高位準且該電流方波處於低位準時、以及當該電壓方波處於低位準且該電流方波處於高位準時，產生一極性脈衝； 一脈衝延伸器，其連接至該任意電流方波轉換器，將一電流脈衝延伸一脈衝持續時間，並且如果一後續電流脈衝在小於一循環持續時間內抵達，則繼續延伸該脈衝持續時間，藉此針對該脈衝持續時間創建指出可靠電流之一延伸電流脈衝； 一開關控件，其導致可操作性連接至該脈衝延伸器及該極性檢查器之一輸出，僅針對該脈衝持續時間致能該極性檢查器，藉此當該極性脈衝處於高位準時，反向功率流係視為可能存在，並且當該極性脈衝處於低位準時，反向功率流不視為可能存在，但僅在該延伸電流脈衝指出可靠電流的情況下才致能該極性檢查器，藉此當指出可靠電流並且反向功率流係視為可能存在時，該開關控件向該輸出指出反向功率流，以及當未指出可靠電流時或當反向功率流不視為可能存在時，該開關控件向該輸出指出沒有反向功率流。
  2. 如請求項1之裝置，其中該高電流觸發點與該高電壓觸發點實質等同，並且該低電流觸發點與該低電壓觸發點實質等同。
  3. 如請求項1之裝置，其中該脈衝延伸器更包含： 一前導脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該前緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間之一半更大但比該循環持續時間更小之一前導脈衝長度；以及 一後尾脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該尾緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間稍微小之一後尾脈衝長度；以及 一兩輸入或閘，其連接至該前導脈衝延長器及該後尾脈衝延長器，如果觸發該前導脈衝延長器或該後尾脈衝延長器中之任一者，則其延伸該脈衝延伸器之該脈衝持續時間； 藉此該等前導脈衝長度與該等後尾脈衝長度彼此重疊，以涵蓋在週期性方面可與該等電壓脈衝不同之電流脈衝之週期性。
  4. 如請求項1之裝置，其中該脈衝延伸器更包含： 一前導脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該前緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間之一半更大但比該循環持續時間更小之一前導脈衝長度；以及 一後尾脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該尾緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間稍微小之一後尾脈衝長度；以及 一三輸入或閘，其連接至該前導脈衝延長器及該後尾脈衝延長器，而且還接收該電流脈衝，如果觸發該前導脈衝延長器或觸發該後尾脈衝延長器或接收該電流脈衝，則延伸該脈衝延伸器之該脈衝持續時間； 藉此該等前導脈衝長度與該等後尾脈衝長度與該等電流脈衝長度彼此重疊，以涵蓋在週期性方面可與該等電壓脈衝不同之電流脈衝之週期性。
  5. 如請求項1之裝置，其中該脈衝延伸器更包含： 一後尾脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該尾緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間稍微小之一後尾脈衝長度；以及 一2輸入或閘，其連接至該後尾脈衝延長器，並且接收該電流脈衝，如果觸發該後尾脈衝延長器或接收該電流脈衝，則延伸該脈衝延伸器之該脈衝持續時間； 藉此該等後尾脈衝長度與該等電流脈衝長度彼此重疊，以涵蓋在週期性方面可與該等電壓脈衝不同之電流脈衝之週期性。
  6. 如請求項1之裝置，其中該輸出包含連接至該電壓感測器、該電流感測器、及該開關控件之一監測電路，其提供反向功率流計量資訊。
  7. 如請求項6之裝置，其中該脈衝延伸器更包含： 一後尾脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該尾緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間稍微小之一後尾脈衝長度；以及 藉此該等後尾脈衝長度涵蓋在週期性方面可與該等電壓脈衝不同之電流脈衝之週期性。
  8. 如請求項1之裝置，其中該電源係一電力服務線，並且該負載係一客戶負載線，其中該輸出包含： 由該開關控件所控制之一單極雙投開關，其(1)在該開關控件之該輸出指出沒有反向功率流時，將該電力服務線連接至該客戶負載線，以及(2)在該開關控件之該輸出指出反向功率流時，將該電力服務線連接至一再循環電力線，使該交流電從該客戶負載線轉向至該再循環電力線作為再循環電力。
  9. 如請求項8之裝置，其更包含： 一電力變換器電路，其連接至該再循環電力線； 一預調節電力線，其連接至該電力變換器電路； 一再循環電力重調節電路，其含有連接至該預調節電力線之一再循環能量儲存系統； 藉此當該開關之該輸出具有該再循環電力時，該交流電從該再循環電力線流經該電力變換器電路、流經該預調節電力線流至該再循環電力重調節電路並流進該再循環能量儲存系統。
  10. 如請求項1之裝置，其中該輸出包含： 一單極單投開關，其由連接至該負載之該開關控件所控制，在該開關控件指出反向功率流時斷開，以及在該開關控件指出沒有反向功率流時閉接。
  11. 如請求項10之裝置，其中該脈衝延伸器更包含： 一後尾脈衝延長器，其藉由該電流脈衝之該尾緣來觸發，該電流脈衝具有比該循環持續時間稍微小之一後尾脈衝長度；以及 藉此該等後尾脈衝長度涵蓋在週期性方面可與該等電壓脈衝不同之電流脈衝之週期性。
  12. 一種用於使包括一產生器及一客戶負載之一交流電路中之反向功率流緩解之方法，其包含： 檢測該電路中反向功率流之時間，其中該檢測步驟係藉由檢測該電路中電流及電壓之極性並在該等電流與電壓具有相反極性時確定反向功率流來進行；以及 於該反向功率流之時間將任何反向功率流從該電路轉向離開以創建再循環電力。
  13. 如請求項12之方法，其更包含： 將該再循環電力發送至係為一低電壓線之一恢復服務線；其中該恢復服務線連接至係為低電壓線之恢復線，用於該再循環電力之遠端再循環。
  14. 如請求項12之方法，其更包含： 將該再循環電力發送至預調節電力線，用於該再循環電力之本地再循環。
  15. 如請求項12之方法，其更包含： 使用一再循環電力重調節電路將該再循環電力重調節以創建重調節電力；以及 將該重調節電力引進到一客戶服務面板裡以供一客戶負載使用。
  16. 如請求項12之方法，其更包含： 將該再循環電力儲存在一能量儲存系統中。
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