[0003] 本发明涉及电力的供应，并且更特别地，涉及在面对不可预测地变化的电力源(source)和电力汇点(sink)时维持该供应的目标特性。

[0004] 气候改变持续推动从基于煤炭和天然气的电力源向可再生源(例如，太阳能、风能、地热能和潮汐能)的过渡。然而，将电力从生成该电力的源的位置输送到其被负载/汇点消耗的位置的电网基础设施的开发没有考虑到可再生能源的高度可变和不可预测的本质，这使得电网不稳定且不适合该目的。

[0005] 由于这个和其他因素，向消费者提供电力的实际成本现在由将主电源的特性维持在目标范围内的成本主导。就主电力的供应而言，主要特性是AC电压、频率、谐波含量和功率因数(量化电压与电流之间的相位迟滞)。

[0006] 鉴于以上所述，迫切需要开发能够在面对不可预测地变化的可再生能量和消费者的消耗时维持电力具有可预测且稳定的特性的技术。

[0007] 气候科学表明，需要向温室气体(GHG)的净零排放迅速过渡，以相对于工业化前的水平将全球变暖限制在2℃以下。可用数据指示，能源部门仍然是当今GHG的主要排放者。因此，能源部门的脱碳至关重要。GHG中和能源部门也是所有其他GHG排放部门减排的基础。然而，在不全面推广可再生能源发电的情况下，能源部门不太可能实现GHG中和。

[0008] 期望克服或减轻现有技术的一个或多个困难，或者至少提供有用的替代方案。

[0033] 为了解决上述困难，本发明的实施例包括用于供应电力和/或氢气的电力设备和方法。该设备包括多个动态可调度的能量存储和取回部件，其包括提供动态可调度的能量存储的动态可调度的氢气生产和存储部件和/或至少部分以氢气为燃料且提供动态可调度的能量的动态可调度的发电机。该设备还包括控制器，用于动态地控制动态可调度的能量存储和取回部件的操作，以将电能和氢气的供应动态地匹配到一个或多个负载。

[0034] 典型地，并且如在描述的实施例中那样，存在多个负载，并且本发明的实施例在该上下文中描述。然而，从下面的描述中将变得显而易见的是，即使当仅存在一个负载时，该设备的能力也可以解决现有技术的缺点。

[0035] 控制器通过以下方式，将电能的供应与设备上的电气负载匹配：动态地控制能量存储和取回部件的操作，以：(i)当可用电力超过负载所需的电力时存储能量，以及(ii)当可用电力小于负载所需的电力时，从所存储的能量供应电能。实际上，能量存储和取回部件充当动态可变的负载以吸收过剩能量，而不是将该能量作为热量浪费，例如，将能够存储以供随后再用作燃料，例如再用作工业原料，以满足输送需求，或者当设备接收的电力小于设备上的外部负载所需的电力时再用作电能。此外，吸收过剩电力可以包括在短时间尺度(<1s时间间隔；例如，实时去除污染电源的理想正弦波形的谐波)下的连续功率质量校正、电压瞬变、过电压、相位不平衡，或系统中导致频率偏离目标的多余能量，或来自可再生能源系统(风力发电场、太阳能发电场、PV系统等)的多余能量(否则，这些多余能量可能被传输系统运营商削减以避免传输线路拥塞)。此外，设备还通过使用氢气形式的所存储的过剩能量作为基于天然气燃烧的基本负载发电的共混燃料而允许以准静态方式供应电力。

[0036] 使用各自不同的能量存储模式，在多个时间尺度上控制能量‘存储’和取回部件的操作。例如，图1是根据本发明的实施例的用于供应和/或吸收电力的设备200(在下文中也称为“电力设备”)的高层次框图。在此实施例中，设备200包括在非常短(“实时”)时间尺度上作为动态可变的负载操作的电磁部件或子系统201、在较长时间尺度上作为动态可变的负载操作的“负载”部件或子系统202，以及作为动态可变的电力发电机操作的“发电”部件或子系统203，这些部件201、202、203由通用控制器204控制。在功能上，受控部件201、202、203实现电力传递功能，分别如图3至5所示，并且如下所述。

[0037] 设备概述

[0038] 图2示出设备200的更详细的框图，并且图6至8分别示出受控部件201、202、203的框图。

[0039] 如图2所示，电磁部件201和发电部件203包括各自的电磁芯“EM芯I”和“EM芯II”，每个电磁芯具有缠绕在磁芯上的初级绕组、次级绕组和调制绕组。在任何给定时间流经这些EM芯中任一个的调制绕组的瞬时电流确定其初级绕组与次级绕组之间的瞬时电磁耦合，从而允许实时修改次级绕组处的波形和初级绕组处的波形。例如，通过在比期望的输出波形的周期显著短的时间尺度上动态地调制此电流，可以实时‘校正’初级绕组处的波形与期望的输出波形之间的任何差异。因此，例如，在初级绕组处存在的失真正弦信号可以被实时动态地调制，以在次级绕组处产生期望的正弦输出信号。

[0040] 如图2和6所示，除了EM芯I和II之外，电磁部件201还包括耦合到电容器组2014的转换器矩阵2012，该电容器组的输出用以给质子交换膜(PEM)氢气电解槽2022供电。PEM电解槽2022产生的氢气由氢气存储和压缩单元2025压缩和存储。压缩后的氢气可以以各种不同的方式使用，如下所述。然而，一种用途是作为设备200的燃料以在本地生成电力，要么用于本地使用以支持负载20118，要么用于在设备的初级侧20110将电力反馈到电网中。在图2的实施例中，氢气单独地或作为与天然气的混合物为发电单元(在这种情况下为燃气轮机2034)提供燃料。替换地，在一些实施例中，发电单元是燃气发动机(具有混合燃料操作)，并且在一些其他实施例中，它是(仅氢气)燃料电池。燃气轮机2034耦合到发电机203，其以输出信号的形式生成电力，该输出信号被提供给EM芯II用于动态修改，以满足耦合到设备200的负载的电力供应需求。

[0041] 电磁部件或子系统201

[0042] 如图3所示，电磁部件或子系统201的主要功能是在t<1s的时间尺度下执行动态电力信号校正，从而实现对应的短时间尺度传递函数。

[0043] 与EM芯II一起，电磁部件201在用于实现电磁部件或子系统201的电力电子半导体平台的操作频率确定的短时间尺度操作范围内，将输入的电力信号动态地校正到参考信号。例如，在所描述的用SiC晶体管的实施例中，动态校正对应于大约400kHz的频率，而用GaN晶体管的实现方式可以在高得多的频率下操作。

[0044] 传递(生产)函数是由以下输入和输出来表征的。如图3和6所示，EM芯I的输入是时变三相电信号20110，由其电流、电压、频率以及各相之间的相间和相内关系来表征，其中，电压表示与覆盖的电网线关联的电网电压，典型地用初级侧的电压来表示。

[0045] EM芯I的初级输出也是时变三相AC电信号20112，由其电流、电压、频率以及各相之间的相间和相内关系来表征，但是其电压表示与较低电压(LV)电网线关联的电网电压，典型地用设备200的次级侧的电压来表示。

[0046] EM芯II的输入也是时变三相AC电信号2039，如图8所示，由其电流、电压和频率来表征，其中，正确对准的相间和相内关系对应于(或至少非常接近)理想三相电力信号，其中，电压表示由发电机203生成的三相电压。

[0047] EM芯II的输出也是时变三相AC电信号20314，由其电流、电压、频率以及各相之间的相间和相内关系来表征，其中，电压表示与较高电压(HV)电网线关联的电网电压，典型地用设备200的初级侧的电压来表示。

[0048] 如图6所示，EM芯I的初级输出2013连接到转换器矩阵2012。如图9所示，转换器矩阵2012是电力电子(PE)转换器单元的矩阵。矩阵2012的总额定功率典型地超过所连接的电解槽2022的额定功率。例如，在一个实施例中，电解槽由额定功率为1MW的PEM堆组成，并且矩阵的单个单元的额定功率为1.5MVA。PE转换器单元(例如，SiC晶体管以400kHz切换)以网络频率的倍数快速切换(例如，在50或60Hz的主电源频率的情况下，切换时间为<<(1/50)s或(1/60)s)，这实现AC/AC、AC/DC、DC/DC和DC/AC转换，进而动态地耦合EM芯I的次级侧20112、EM芯I 2011和EM芯II 2039的初级侧20110以及EM芯II的次级侧2038。此外，快速切换不仅动态地耦合电网的HV和LV侧，而且动态地耦合可调度的负载(在描述的实施例中以电解槽2022(图7)的形式)和发电机(在描述的实施例中以发电机2036(图8)的形式)。通过向调制绕组施加脉宽调制(PWM)谐波信号，动态地调制三相电磁子系统(EM芯2011和EM芯II 
2039)磁通量，来修改系统的功率流。如图6所示，通过在转换器矩阵通信地耦合到的通用控制器204的控制下，快速切换转换器矩阵2012，来生成谐波信号。

[0049] 转换器矩阵2012被配置成既用作电压源转换器以将电力从AC转换成直流(DC)，又用作逆变器以将电力从DC转换成AC。如图10所示，电压源转换器包括多个晶体管和多个电容器，它们被配置成形成具有串联连接的单元的转换器，每个转换器单元包括与电容器并联连接的一对串联连接的晶体管。在各种实施例中，晶体管是基于碳化硅的金属氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管和/或氮化镓晶体管。电压源转换器的AC输入端子和AC输出端子分别电耦合到EM芯2011(或EM芯2039)的初级绕组和次级绕组。电压源转换器的DC(输出)端子电耦合到用于存储电能的组件(在所描述的实施例中为电容器的形式)。当来自初级AC电力侧20110的电信号被引入EM芯2011(或EM芯2039)的初级绕组时，在磁芯中感应出电磁场。电磁场在次级绕组中感应出电信号。

[0050] 控制器204被配置成：接收表示初级绕组和次级绕组中的输入电信号的被测参数的数据，并将被测参数与次级绕组的参考信号的对应参数进行比较。在所描述的实施例中，被测参数是在电磁子系统的初级侧和次级侧(例如，在EM芯I和II处)占主导地位的实际信号的电压、电流、相移和频率，并且参考信号表示具有目标频率、电流和电压的理想正弦波形。因此，参考信号表示具有输出信号的期望参数的理想波形；例如，在没有噪声或谐波的情况下。在所描述的实施例中，数模转换器(DAC)根据从耦合到电磁子系统的初级侧和次级侧中的每一个的三相的标准电压传感器和电流传感器接收的信号，生成数据。

[0051] 各个量之间的代数差描述电磁子系统的初级侧和次级侧(EM芯I和II)两者处的实际占主导地位信号到规定参考螺旋面的几何距离。控制器204被配置成：确定谐波信号，当该谐波信号被施加到EM芯2011(或EM芯2039)的初级绕组时，例如通过相消干涉，使次级绕组的输出电信号接近参考信号。控制器204被配置成：使用如下所述的电压源转换器2012使谐波信号施加到EM芯2011(或EM芯2039)的初级绕组。因此，一旦施加了谐波信号，次级绕组中的输出电信号就基本上与参考信号相同。

[0052] 借助于次级侧20112和初级侧20110处的绕组耦合，电压源转换器(转换器矩阵)2012执行AC‑DC和DC‑AC转换，并且可以以初级AC信号频率的倍数的开关频率操作。并行地，电压源转换器矩阵2012还可以通过从PE单元的电容器释放DC电流，来充当可调度的DC电源。当作为可调度的负载的可控高速开关操作时，转换器可以动态地耦合到电(电解)负载，以优化(或至少改进)电力供应。这允许电解工作以最低的边际成本进行。

[0053] 电容器中缓冲的能量的一部分可以用以提供电力以稍后生成谐波信号，从而支持功率因数校正、电压调节、功率质量管理和/或相位平衡，作为输出信号中系统频率稳定的一部分。然而，此外，电容器中缓冲的能量可以被传递到用于存储能量的其他组件，例如传递到电池中以用于长期存储，或者通过将电解槽耦合到电容器2014而传递到氢气中。

[0054] 如图6所示，电容器组2014由来自转换器矩阵2012的DC电流经由DC互连2015馈电。电容器组2014允许根据通用控制器204生成的谐波信号2017并且以数倍于网络频率的速度(即，对于50或60Hz的网络频率，切换时间<<(l/50)s或(l/60)s)临时且可变地存储电能，并且随后动态地释放电能。电容器组2014使得能够以比网络速度快的速度动态且迅速地存储和释放电能。

[0055] 如图6所示，通用控制器204控制的动态开关2016使得电容器组2014能够经由将DC负载动态地耦合到电磁子系统201的DC链路2018动态地连接到“负载”子系统202(例如，氢气电解)和/或从其断开，从而使得过剩电力能够被吸收作为电容器组2014中的存储，或者经由从EM芯I 2011的次级侧直接汲取而吸收，从而绕过位于容纳AC/DC转换器矩阵的电力电子模块内的电容器组。

[0056] EM芯的动态耦合和隔离

[0057] 电磁芯EM芯I 2011和EM芯II 2039可以通过各自的开关20111、20113、20114、20115、20116和20117与电网(初级侧)和AC负载(次级侧)动态地耦合或去耦合，这些开关本身由通用控制器204控制，如下所述。

[0058] 如图6所示，动态开关20111使得EM芯I 2011的初级侧能够连接到电网和从其断开，其中，在后一种情况下，动态负载子系统202也通过开关20115的同时操作从电网断开，从而使发电子系统203作为设备的连接到电网的唯一子系统。在这种操作模式下，设备200提供准静态和动态控制的“发电”两者，避免设备本身内的反向功率流，其中：

[0059] (i)当连接20117闭合并且连接20113打开时，准静态操作向本地负载需求20118(例如，当电气设备安装在工业现场时的持续现场电力需求)提供AC电力，或者作为可能的替代应用备用电力(例如，当微电网在隔离、孤岛状态下操作时，微电网中的备用电源)；

[0060] (ii)在开关20113闭合的情况下，动态操作促进瞬时发电需求，诸如系统频率稳定所需的需求(快速频率抑制、自动频率恢复或手动频率恢复)；和

[0061] (iii)在开关20113和20117两者都闭合的情况下，准静态和动态操作的组合形式可以向本地负载需求20118提供AC电力，并且向电网提供AC电力以提供频率稳定服务。由此，控制器204使得能够控制准静态和动态电源供应之间的额定功率平衡(例如，到本地负载的60％基本负载额定功率，以及支持电网的动态电源以用于系统频率稳定的40％额定功率)。

[0062] 如图8所示，动态开关20113可操作以选择性地将EM芯II 2039的初级侧连接到电网或从其断开，其中，后者也将发电子系统203从电网断开。与动态操作开关20111不同，在这种操作模式下，设备200向电网提供动态控制的“发电”和“负载”，或仅“负载”，其中，后者包括避免设备本身内的反向功率流。此外，对于开关20113打开的后一种情况，设备200还可以并行地提供准静态模式发电，以满足开关20117闭合时的本地电力需求。在开关20113闭合的动态操作模式下，设备200完全支持所有技术相关范围下的系统频率稳定的要求，包括(快速)频率抑制(FCR)、自动频率恢复(aFRR)和手动频率恢复(mFRR)。

[0063] 如图6所示，动态开关20114使得EM芯I 2011的次级侧能够连接到电网的AC负载侧和从其断开，其中，后一种情况适用于当作用在电磁子系统以及因此电网上的唯一负载是诸如由动态负载子系统202的电解槽和/或准静态负载20118(图6)提供的DC负载时。

[0064] 类似地，动态开关20115使得EM芯II 2039的次级侧能够选择性地连接到转换器矩阵2012和从其断开，其中，后一种情况适用于当动态负载子系统203从电网断开并且因此设备仅作为本地AC电源操作时。

[0065] 最后，动态开关20116使得EM芯II 2039的次级侧能够选择性地连接到LV AC负载侧20112和从其断开，其中，后一种情况适用于当发电子系统203仅连接到电网；即，设备200仅提供动态控制的“发电”时。

[0066] 动态负载部件或子系统202

[0067] 如图4所示，动态负载部件202充当动态控制且可调度的负载，并且实现动态负载传递函数。如图7所示，动态负载部件202包括电解槽2022(例如，基于质子交换膜(PEM)电解的原理的电解槽)，以及具有集成的氢气压缩的储氢罐2024，其中，后者基于机械(ME)压缩或电化学压缩(EHC)。

[0068] 如图4所示，动态负载部件202的输入是时变DC电压信号，其为电解槽2022提供输入。通过具有从电容器模块2014汲取多余DC电力的选项的连接2018，从耦合到电磁芯EM芯I 2011和EM芯II 2039两者的转换器矩阵2012汲取DC电流。为了生成氢气，将去离子水供应到电解槽2022。动态负载部件202的输出包括使用高压(典型地为30‑40巴)管道连接2024将氢气(Hydrogen1)2027时变调度到氢气压缩和存储单元2025，其中，压缩和存储单元2025可以使用高压管道连接2027按需将氢气供应到“发电”部件203，该高压管道连接将氢气压缩和存储单元2025连接到共混模块2031，如图7所示。在一些实施例中，动态负载部件202以压缩形式生成和存储的氢气也可以用于辅助目的，诸如输送，其中，高/低压连接2028向填充站提供氢气。

[0069] 动态负载部件202包括DC‑DC转换器2021，其通过调制转换器矩阵和/或电容器组的电输出来控制输入功率，以提供电解槽2022的PEM堆所需的较低电压(例如，根据IEC 60038，对于额定连接功率大约为1.707MVA的电解槽的电网连接为3×568V、3×568V/50Hz，或者根据IEC 60038，对于额定连接功率大约为500kVA的电解槽的电网连接为3×400V/
50Hz)。

[0070] 在所描述的实施例中，电解槽2022基于质子交换膜(PEM)电解的原理，并且经由AC‑DC转换器(即，转换器矩阵)2012和电容器组2014以及DC‑DC转换器2021耦合到电磁部件202。电解槽2022原则上可以是标准设计的并且是可商购的(例如，如在https://www.h‑tec.com/en/products/detail/h‑tec‑pem‑electrolyser‑me450‑1400/me450‑1400中描述的H‑TEC ME 450/1400电解槽，具有集成的AC/DC转换器，以及通过集成的控制模块启用的准静态操作模式。然而，为了不仅使得经由各个PEM堆单元(例如，可商购的110kVA PEM堆)的并联耦合能够无缝额定功率缩放，而且更重要的是使得这些单元能够在高速动态控制且可变的氢气生产速率下操作，已知额定功率(例如，110kVA)的PEM模块被配置成对应于转换器矩阵配置的矩阵配置，如图9所示。因此，每个PEM模块由矩阵单元中的对应一个供电，其中，每个矩阵单元(如图10所示)的额定功率被匹配到其供电的对应PEM模块的额定功率。替换地，PEM模块可以被分组，使得每组多个单元提供操作对应PEM模块的电力。这不仅通过添加另外的PEM模块，而且借助于直接连接到DC‑DC转换器和AC/DC转换器矩阵来提供额定扩展的能力，这种配置允许PEM堆由在设备200的次级侧20112占主导地位的可变电压输入馈电，并且由控制器204直接控制每个PEM堆模块。

[0071] 在氢气生产输出可变的PEM模块的动态控制的上下文中，作为对电网状态改变的响应，现有技术的电解槽太受约束而不能作为具有可变额定负载(功耗范围)和快速响应时间的动态可调度的负载来操作。根据频率抑制和自动频率恢复的要求，在短时间尺度内实现可变功耗的频率稳定。由此，每个矩阵单元或单元组的电源和汲取由通用控制器204控制。

[0072] 电解槽2022的电容限制氢气生产的最大速率，但其也与可从转换器矩阵2012获得的输入DC电力成正比(并且因此也受其限制)。

[0073] 通用控制器204向电解槽2022发出控制信号，从而允许电解槽的快速启动(激活)或负载水平改变(负载偏移)(例如，对于启动，<30秒，对于负载偏移，<2秒)。PEM电解槽2022按以下两种模式中的一种操作：电压模式或电流模式。

[0074] 压缩和存储单元2025使得能够在利用前临时存储氢气。储罐(例如，碳纤维增强复合材料罐)可以承受升高的压力(例如，高达大约300巴)，并且可以是类似于PEM堆的模块化配置，以实现存储容量的缩放。

[0075] 通用控制器204基于请求时储罐内的占主导地位氢气体积，向存储单元2025发出控制信号，使存储单元2025经由管线2027向燃料气体共混模块2031释放规定量的氢气，如图7所示，使得能够将氢气作为共混燃料供应到燃气轮机2033，其中，根据氢气与天然气的比率的燃料共混组合物使用“下垂控制特性”来确定。如本领域技术人员将理解的，下垂控制特性允许根据从储罐汲取(供应)的预定氢气量和燃气轮机的占主导地位负载水平，来确定混合燃料组合物所需的天然气供应。

[0076] 辅助管线2028使得能够从储氢单元2025输送存储的氢气，以用于第一辅助用途(在图4的传递函数中表示为“Hydrogen2”)。如图7所示，通过从通用控制器204接收控制信号2026以从储罐释放存储的氢气，将氢气从存储模块释放到所连接的天然气管线(例如，至用于基于H2的输送的加油站的连接)，从而为氢气生产提供另外的能力。Hydrogen2的辅助用途可以包括使用氢气来生产合成燃料，并且可以通过将甲烷化过程耦合到设备200来实现。

[0077] 发电部件或子系统203

[0078] 如图5所示，发电部件203实现传递(生产)函数，并且充当动态控制的可调度的电力发电机，通过在设备的初级侧20110(通常是电网的高压侧)注入电力，具有有效的瞬时响应。

[0079] 如图5所示，传递(生产)函数的输入包括气态燃料的时变馈入，该气态燃料呈纯天然气、纯氢气或者天然气和氢气的燃料混合物的形式，并且得到的输出是将电力时变调度到设备的初级侧20110。

[0080] 如图8所示，燃料共混模块2031向燃气轮机或燃气发动机2033的燃烧室供应气态燃料，使得能够混合天然气(NG)2032和氢气2027两者。燃料气体共混模块2031经由高压管线2027接收来自储氢单元2025的氢气，以及来自本地天然气基础设施20311的天然气。

[0081] 燃气轮机或燃气发动机2033被选择为具有快速启动时间(例如对于标称额定功率在1‑8MW范围内的燃气轮机，例如，从冷态到标称额定功率≤5分钟)，以匹配频率服务的要求(例如，在各种实施例中，航改式燃气轮机、Siemens SGT‑A05系列涡轮机、Solar Turbine Taurus 60‑70、OPRA径向燃气轮机或KAWASAKI GTB35系列涡轮机)。

[0082] 这些轮机或发动机可以使用由天然气(NG)和范围从0％到100％的共混氢气组成的共混气态燃料，即在后一种情况下，基于纯氢气的燃料。

[0083] 在一些实施例中，设备包括热回收蒸汽发电机(HRSG)或经由管线2034耦合到该热回收蒸汽发电机，以提供热电联产(CHP)系统的服务，从而提取废气中含有的热能。这可以用于包括但不限于区域供热的热水生成或工业设施的工艺蒸汽生成的目的。

[0084] 取决于所使用的特定燃气轮机或发动机类型，在一些实施例中，设备包括高性能齿轮箱2035，以使得燃气轮机转子速度能够—在燃气轮机的设计转子速度不等于发电机的标称转子速度的情况下(典型地是航改式燃气轮机的情况)—与发电机的转子速度同步，该转子速度原则上与参考信号频率(例如，50Hz或60Hz，分别对应于3000rpm或3600rpm)，即AC电气系统的频率一致。

[0085] 在所描述的实施例中，发电机2036可以是两极气冷式设计的工业同步电力发电机，其MVA尺寸与燃气轮机或发动机2034的MW额定值匹配，被调整到EM芯I和EM芯II的累积额定功率。在一些实施例中，发电机2036是可商购的电力发电机，诸如可通过BRUSH低额定功率工业发电机组(范围为0.3至10MVA)或Siemens工业两极SGen系列发电机(来自SIGENTICS系列，范围为0.3至20MVA)获得。

[0086] 为了提供峰值负载或跟随负载的可变发电，通用控制器204基于下垂控制特性，经由双向数据接口2037向燃气轮机或发动机发出控制信号。

[0087] 发电机到EM芯II 2039的次级侧的AC‑AC电耦合2038使得发电机2036的输出电压能够适应于作用在EM芯II 2039的初级侧的目标电网电压。

[0088] 在门开关20113和20114打开(如图8所示由通用控制器204设定)的情况下，电磁子系统和负载部件201、202从设备200的次级侧断开，从而使得设备能够在仅发电模式下操作。这种操作模式可以是连续操作或待机操作，其中，后者可以用作峰值模式发电或待机(备用)发电，从而提供设备的不同操作状态，包括孤岛操作和并网操作，并且因此能够向电网或本地能量负载提供服务。

[0089] 在门开关20111处于打开状态(如图8所示由通用控制器204设定)的情况下，发电部件203从初级侧20110以及因此从电网断开，从而使得设备能够在‘仅负载’模式或‘仅功率质量校正’模式下操作。‘仅负载’操作模式可以是连续操作或待机操作。

[0090] 连续操作模式典型地表示连续氢气生产，诸如当来自可再生能源发电的多余能量可用时。待机模式典型地用于系统频率稳定。

[0091] 在门开关20111和开关20115处于打开状态(如图8所示由通用控制器204设定)的情况下，EM芯II以及因此发电单元与电网的初级侧20110以及电网的次级AC负载侧20112断开，从而避免设备内的反向功率流。这使得设备200能够仅使用EM芯I 2011在“仅功率质量”和“仅负载”操作模式下操作。

[0092] 当实施或以其他方式配置为提供动态可调度的负载(无论是否具有可调度的发电)时，设备通过存储过剩电力(包括以氢气的形式)用于随后再使用而不是作为废热，来支持碳中和，并且所存储的电力(无论以氢气或其他形式)的边际成本等效为零。分布在电网上的设备的多个实例可以用于提供电网稳定性。

[0093] 替换地，当实施或以其他方式配置为仅提供动态可调度的发电机时，设备的分布式实例仍然有助于电网稳定性，提供惯性，并且防止由信号扰动造成的机械损坏。

[0094] 从上面的描述中将显而易见的是，本发明的那些实施例包括用于提供能量系统稳定性同时减少熵(例如，热)能量损失和向消耗者提供能量的边际成本的自主分散装置，这是通过基于电能在时间和空间上的调制以及向不同能量形式的模态转换将电信号协调为参考信号来实现的。

[0095] 在不脱离本发明的范围的情况下，许多修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。