TWI423551B - 智慧型電力系統操作模式切換器 - Google Patents

Description

智慧型電力系統操作模式切換器

本發明係有關於一種智慧型切換器，尤指涉及一種電力系統操作模式切換，特別係指智慧型電力系統操作模式切換器。

隨著科技發展，各類型之新能源發電設施之使用與佔有率日漸提高，然而現今相關發電設施之設計均與市電電力線連接，一旦市電中斷，所有之新能源發電設施均需停止運轉，形成了資源之浪費，也讓新能源發電設施不能被當成備用電力使用，唯有透過適當之開關切換與控制技術，新能源系統才能夠在不受限制之情況下安全穩定地提供能量，而透過智慧型模式切換器便係達到此一目的之最佳方法。

在傳統之架構下，如中華民國專利案第M403164號之多功能互控開關裝置，配合其圖式第2圖觀之，其係僅與傳統繼電器開關搭配外部控制設備使用而達到相互連接控制、方便人員操控與省電之功效，惟其無法偵測市電、亦無法針對發電裝置及再生能源併聯/獨立運轉模式切換進行控制，因此無法應用於電力網路，對於系統穩定度亦無幫助。

再以中華民國專利案第M395964號之電源切換裝置為例，配合其圖式第2圖觀之，此發明可在常態供電之情況下由使用者操作其運作狀態，且在市電系統發生供電異常之情況下，亦可由數個備用電源中擇一進行供電，進而可達到有效延長備用電源之供電時間之目的；然而，其依舊完全無法考慮系統切換造成之不穩定現象，亦無法針對負載特性進行不同之供電系統運轉決策，因此無法使能源獲得有效利用，不能提升系統穩定度。

另外，美國專利號7,521,825之「Interface switch for distributed energy resources」，配合其圖式第3圖觀之，其係針對市電及分散式發電設施之電壓、相角等條件來進行開關動作切換，開關條件包含有保護事件、IEEE1547事件及電力品質事件，然其發明亦無法針對發電設施、儲能系統及負載間進行通訊及控制，因此無法適當調度達到維持電力系統供電穩定之目標。

由上述可知，習知技術僅考慮小型電器或分散式電源之單純切換，並無法於電力系統使用，達到穩定電力系統及提高能源使用率之目的，故一般習用者無法符合使用者實際使用之需。

本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種

為達以上之目的，本發明係一種智慧型電力系統操作模式切換器，係與一發電裝置、一再生能源、一負載及一儲能系統組合成一小型電力系統，該發電裝置、該再生能源、該負載及該儲能系統係透過該智慧型電力系統操作模式切換器以一電力線與一市電連接。本發明之智慧型電力系統操作模式切換器，係至少包括一市電感知單元、一通訊單元、一負載偵測單元、一運算單元及一控制模式切換單元所構成。其中，該市電感知單元係透過一偵測線與該市電連接，用以偵測該市電之供電狀態；該通訊單元係透過一通訊線與該發電裝置、該再生能源、該負載及該儲能系統連接，用以將運算及判斷後之操作模式，通知該發電裝置、該再生能源、該負載及該儲能系統；該負載偵測單元係透過一負載控制線與該負載連接，用以感測該負載之運轉狀態；該運算單元係與該市電感知單元、該通訊單元及該負載偵測單元連接，用以處理經由該市電感知單元及該負載偵測單元傳回之訊號，判斷該市電是否發生異常、以及該負載是否可接受短暫斷電，待所有資料加以整合後，進行數據資料之認證與傳輸作業；以及該控制模式切換單元，係與該運算單元連接，依據該數據資料，透過一控制線提供相關控制參數及訊號予該發電裝置及該儲能系統，以將操作模式切換為負載可短暫斷電模式及負載不可短暫斷電模式其中之任一模式；藉此，俾供本發明之智慧型電力系統操作模式切換器，其切換動作可控制為市電之連接或切離、市電故障偵測、發電裝置併聯/獨立運轉模式切換順序控制、再生能源併聯/獨立運轉模式切換順序控制、以及儲能系統併聯/獨立運轉模式切換順序控制及充放電控制。

於一較佳實施例中，上述負載可短暫斷電模式，係經由該負載偵測單元感測該負載為可接受短暫斷電而不影響運轉之狀態下，由該智慧型電力系統操作模式切換器於故障發生初期斷開市電，並透過該控制線控制該發電裝置建立系統運轉所需電壓後，由該發電裝置以獨立運轉方式繼續對該負載供電，該儲能系統配合發電量變化較大之再生能源調整輸出，以維持電力系統穩定。

於一較佳實施例中，上述負載不可短暫斷電模式，係經由該負載偵測單元感測該負載為不可接受短暫斷電之狀態下，由該智慧型電力系統操作模式切換器之控制模式切換單元於故障發生初期透過該控制線通知該儲能系統準備建立系統運轉所需電壓後斷開市電，由該儲能系統以獨立運轉方式對該負載供電，該發電裝置採併聯模式持續運轉，該儲能系統隨時配合發電量變化較大之再生能源調整輸出，以維持電力系統穩定；若市電於該儲能系統運轉達特定時間後尚未恢復，則該智慧型電力系統操作模式切換器之控制模式切換單元將透過該控制線通知該發電裝置切換為獨立運轉模式，建立系統運轉所需電壓後通知該儲能系統切換為併聯模式，此時將改由該發電裝置建立系統運轉所需電壓，該儲能系統配合發電量變化較大之再生能源調整輸出，以維持電力系統穩定。

請參閱『第1圖及第2圖』所示，係分別為本發明之智慧型電力系統操作模式切換器及小型電力系統架構示意圖、及本發明之運作流程示意圖。如圖所示：本發明係一種智慧型電力系統操作模式切換器10，係與一發電裝置20、一再生能源30、一負載40及一儲能系統50組合成一小型電力系統100，該發電裝置20、該再生能源30、該負載40及該儲能系統50係透過該智慧型電力系統操作模式切換器10以一電力線101與一市電60連接。本發明之智慧型電力系統操作模式切換器10，係至少包括一市電感知單元11、一通訊單元12、一負載偵測單元13、一運算單元14及一控制模式切換單元15所構成。

上述所提之市電感知單元11係透過一偵測線102與該市電60連接，用以偵測該市電60之供電狀態。

該通訊單元12係透過一通訊線103與該發電裝置20、該再生能源30、該負載40及該儲能系統50連接，用以將運算及判斷後之操作模式，通知該發電裝置20、該再生能源30、該負載40及該儲能系統50。

該負載偵測單元13係透過一負載控制線104與該負載40連接，用以感測該負載40之運轉狀態。

該運算單元14係與該市電感知單元11、該通訊單元12及該負載偵測單元13連接，用以處理經由該市電感知單元11及該負載偵測單元13傳回之訊號，判斷該市電60是否發生異常、以及該負載40是否可接受短暫斷電，待所有資料加以整合後，進行數據資料之認證與傳輸作業。

該控制模式切換單元15係與該運算單元14連接，依據該數據資料，透過一控制線105提供相關控制參數及訊號予該發電裝置20及該儲能系統50，以將操作模式切換為負載可短暫斷電模式及負載不可短暫斷電模式其中之任一模式，俾供切換動作可控制為市電之連接或切離、市電故障偵測、發電裝置併聯/獨立運轉模式切換順序控制、再生能源併聯/獨立運轉模式切換順序控制、以及儲能系統併聯/獨立運轉模式切換順序控制及充放電控制。

本發明係可透過智慧型電力系統操作模式切換器10偵測市電供應情形，藉此決定小型電力系統100、發電裝置20及儲能系統50操作模式，並可依據負載40之重要性及特性，決定提供能量之裝置類型。

當運用時，如第2圖所示，於步驟201中，係透過智慧型電力系統操作模式切換器之市電感知單元偵測市電之狀態；接著，於步驟202中，判斷是否發生異常，若為正常運轉則回至步驟201，將小型電力系統與市電連接，負載由市電供應能量；反之，當偵測市電開始發生故障，則進至步驟203，判斷操作模式之切換，若經由負載偵測單元感測負載為可接受短暫斷電而不影響運轉之狀態，係進至步驟204，由智慧型電力系統操作模式切換器於故障發生初期透過通訊線通知電力系統之發電裝置準備提供能量，設定完成操作模式後，立即切斷與市電之連接；然後，於步驟205、206中，透過控制線控制發電裝置建立系統運轉所需電壓後，在不影響負載運轉之情形下，由發電裝置開始提供負載所需能量，發電裝置將以獨立運轉方式繼續對負載供電，儲能系統配合發電量變化較大之再生能源系統調整輸出，維持電力系統穩定。

反之，若上述步驟203判斷經由負載偵測單元感測負載為不可接受短暫斷電之狀態時，則進至步驟207，由智慧型電力系統操作模式切換器之控制模式切換單元於故障發生初期透過控制線通知儲能系統準備建立系統運轉所需電壓後，於步驟208中斷開市電，並於步驟209中，由儲能系統以獨立運轉方式對負載供電，發電裝置採併聯模式持續運轉，儲能系統隨時配合發電量變化較大之再生能源系統調整輸出，維持電力系統穩定；然後，於步驟210中，判斷市電於單位時間是否復電，若已恢復，則回至步驟209；反之，若市電於儲能系統運轉達特定時間後尚未恢復，則進至步驟211、212中，由智慧型電力系統操作模式切換器之控制模式切換單元透過控制線通知發電裝置切換為獨立運轉模式，建立系統運轉所需電壓後通知儲能系統切換模式為併聯模式，此時改由發電裝置建立系統運轉所需電壓，儲能系統配合發電量變化較大之再生能源系統調整輸出，維持電力系統穩定。

藉此，透過本發明之智慧型電力系統操作模式切換器來偵測市電供應情形，可進行電力調度，決定電力系統併聯/獨立運轉操作模式，並可依據負載之重要性及特性，決定提供能量之裝置類型，並於併聯或獨立運轉模式下，均可維持電力系統平衡與穩定，使電力系統能保持穩定運轉，當市電電力系統故障時，俾供用戶端能夠持續進行負載操作與使用。

綜上所述，本發明係一種智慧型電力系統操作模式切換器，可有效改善習用之種種缺點，係可透過智慧型電力系統操作模式切換器偵測市電供應情形，藉此決定小型電力系統、發電裝置及儲能系統操作模式，並可依據負載之重要性及特性，決定提供能量之裝置類型，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

10．．．智慧型電力系統操作模式切換器

11．．．市電感知單元

12．．．通訊單元

13．．．負載偵測單元

14．．．運算單元

15．．．控制模式切換單元

20．．．發電裝置

30．．．再生能源

40．．．負載

50．．．儲能系統

60．．．市電

100．．．電力系統

101．．．電力線

102．．．偵測線

103．．．通訊線

104．．．負載控制線

105．．．控制線

201～212．．．步驟

第1圖，係本發明之智慧型電力系統操作模式切換器及小型電力系統架構示意圖。

第2圖，係本發明之運作流程示意圖。

10．．．智慧型電力系統操作模式切換器

11．．．市電感知單元

12．．．通訊單元

13．．．負載偵測單元

14．．．運算單元

15．．．控制模式切換單元

20．．．發電裝置

30．．．再生能源

40．．．負載

50．．．儲能系統

60．．．市電

100．．．電力系統

101．．．電力線

102．．．偵測線

103．．．通訊線

104．．．負載控制線

105．．．控制線

Claims (6)

1. 一種智慧型電力系統操作模式切換器，係供一發電裝置、一再生能源、一負載及一儲能系統與一市電連接，其包括：一市電感知單元，係透過一偵測線與該市電連接，用以偵測該市電之供電狀態；一通訊單元，係透過一通訊線與該發電裝置、該再生能源、該負載及該儲能系統連接，用以將運算及判斷後之操作模式，通知該發電裝置、該再生能源、該負載及該儲能系統；一負載偵測單元，係透過一負載控制線與該負載連接，用以感測該負載之運轉狀態；一運算單元，係與該市電感知單元、該通訊單元及該負載偵測單元連接，用以處理經由該市電感知單元及該負載偵測單元傳回之訊號，判斷該市電是否發生異常、以及該負載是否可接受短暫斷電，待所有資料加以整合後，進行數據資料之認證與傳輸作業；以及一控制模式切換單元，係與該運算單元連接，依據該數據資料，透過一控制線提供相關控制參數及訊號予該發電裝置及該儲能系統，以將操作模式切換為負載可短暫斷電模式及負載不可短暫斷電模式其中之任一模式，俾供切換動作可控制為市電之連接或切離、市電故障偵測、發電裝置併聯/獨立運轉模式切換順序控制、再生能源併聯/獨立運轉模式切換順序控制、以及儲能系統併聯/獨立運轉模式切換順序控制及充放電控制。
2. 依申請專利範圍第1項所述之智慧型電力系統操作模式切換器，係與該發電裝置、該再生能源、該負載及該儲能系統組合成一電力系統。
3. 依申請專利範圍第2項所述之智慧型電力系統操作模式切換器，其中，該電力系統係透過該智慧型電力系統操作模式切換器以一電力線與市電連接。
4. 依申請專利範圍第1項所述之智慧型電力系統操作模式切換器，其中，該負載可短暫斷電模式係經由該負載偵測單元感測該負載為可接受短暫斷電而不影響運轉之狀態下，於故障發生初期斷開市電，並透過該控制線控制該發電裝置建立系統運轉所需電壓後，由該發電裝置以獨立運轉方式繼續對該負載供電，該儲能系統配合發電量變化較大之再生能源調整輸出，以維持電力系統穩定。
5. 依申請專利範圍第1項所述之智慧型電力系統操作模式切換器，其中，該負載不可短暫斷電模式係經由該負載偵測單元感測該負載為不可接受短暫斷電之狀態下，由該控制模式切換單元於故障發生初期透過該控制線通知該儲能系統準備建立系統運轉所需電壓後斷開市電，由該儲能系統以獨立運轉方式對該負載供電，該發電裝置採併聯模式持續運轉，該儲能系統隨時配合發電量變化較大之再生能源調整輸出，以維持電力系統穩定。
6. 依申請專利範圍第5項所述之智慧型電力系統操作模式切換器，其中，當該儲能系統運轉達特定時間後，若市電尚未恢復，則該控制模式切換單元將透過該控制線通知該發電裝置切換為獨立運轉模式，建立系統運轉所需電壓後通知該儲能系統切換為併聯模式，此時將改由該發電裝置建立系統運轉所需電壓，該儲能系統配合發電量變化較大之再生能源調整輸出，以維持電力系統穩定。