TWI614971B - 微電網不斷電控制裝置 - Google Patents

Abstract

一種微電網不斷電控制裝置，其包含有一電力匯流排；一與該電力匯流排連接之儲能系統；一與該電力匯流排連接之負載；一與該電力匯流排連接之再生能源；至少一與該電力匯流排連接之其他發電裝置；一與市電及該儲能系統連接之靜態開關；以及至少一與該其他發電裝置連接之同步開關。藉此，可使微電網在市電併聯轉孤島運轉期間，或者於孤島運轉下，當儲能系統故障時，利用其他發電裝置作為微電網電壓源，提升微電網運轉之穩定性與安全性；因此，本發明能避免因儲能系統故障，而使微電網發生全黑之情況，並且可依需求，使儲能系統與其他發電裝置交換電壓源之主控權，增加供電之穩定性與可靠性。

Description

微電網不斷電控制裝置

本發明係有關於一種微電網不斷電控制裝置，尤指涉及一種以儲能系統或複合型發電裝置作為電壓源，特別係指能避免因儲能系統故障，而使微電網發生全黑之情況，並且可依需求，使儲能系統與其他發電裝置交換電壓源之主控權，增加供電之穩定性與可靠性者。

近年來，在微電網之架構中，除了有各種分散式發電設備（如太陽能、風力及生質能等）及許多用戶負載之外，儲能系統及與市電端（大電網端）相接連之快速切換開關（如靜態開關等）也是不可少之重要設備。其中，儲能系統在微電網中可以提高電網之電力品質，調節再生能源之發電量及負載之用電量，使系統可以達成供需之平衡。因此，儲能系統之存在已成為不可缺少之重要設備。 在實際應用上，儲能系統本身並非是穩定之設備，儲能系統之異常甚至是故障，常常起因於電池模組之不穩定、逆變器（Inverter）無法併聯、或儲能系統之通訊干擾等；其中，又以電池模組之不穩定最常發生。電池能量之儲存依賴於化學反應，然而天氣與環境之變化常常會對於電池產生不可預期之影響，例如電池之電芯損壞等；此外，電池模組之電芯本身也會有壽命之限制，在儲能系統內部中，每個模組間雖然會持續做電壓與能量之平衡，但是此平衡係依靠讀取之數值作平衡，實際上各個電池間化學反應仍然會有些微差異，長久累積仍會使各個電池間之壽命造成差異，使得某組電池模組電壓過低，使得儲能系統需要不定時分別對不同電池模組取出做單獨充電或更換，這也使得微電網之長時間連續運轉受到影響。上述係以鋰電池之電芯為例，描述儲能系統可能的故障情形，並無限定特定種類之儲能系統。 如中華民國專利證書號I467881之專利案，為一種微電網儲能系統模式切換裝置，係利用儲能系統與靜態開關之連動，當儲能系統進行控制模式切換時，該靜態開關則同時動作，而達到以快速切換之方式使微電網進行併網運轉模式或孤島運轉模式之功效。然而，該專利案具有下列兩項缺點： 1.市電併聯期間且儲能系統故障，當發生市電突然消失時，會進入孤島運轉模式，但此時微電網內部無電壓源控制微電網整體之電壓及頻率，微電網會有全黑之情況。 2.在孤島下，若儲能系統突然發生故障，因微電網內部無可以作為儲能系統故障時之替代電壓源，微電網也會有全黑之情況。 另如中華民國專利證書號I492472之專利案，為一種電網之雙套儲能系統，係將雙套儲能系統之運轉分為數種模式，並分別依據雙套儲能系統中之電壓、電流及異常訊號決定其運轉模式，可以提高儲能系統效能與可靠度，而達到延長儲能系統使用壽命之功效。然而，該專利案亦具有下列兩項缺點： 1.兩套儲能系統成本更是大為提高，同時儲能系統數量變多，也會有更多電池組穩定性與安全性之問題。 2.此架構中，當市電發生異常且再生能源發電量不夠時，除非儲能系統之儲存電力容量夠大，否則雙套儲能系統也無法持續提供不足之電力。 有鑑於上述習知儲能系統之各項缺失，以及用於儲能系統之電力能源管理之重要性，本發明人乃亟思發明一種以儲能系統或複合型發電裝置作為電壓源之微電網不斷電控制裝置，以提升微電網運轉之穩定性與安全性，藉以改善習用之種種問題。

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能避免因儲能系統故障，而使微電網發生全黑之情況，並且可依需求，使儲能系統與其他發電裝置交換電壓源之主控權，增加供電之穩定性與可靠性之微電網不斷電控制裝置。 本發明之次要目的係在於，提供一種可使微電網在市電併聯轉孤島運轉期間，或者於孤島運轉下，當儲能系統故障時，利用其他發電裝置作為微電網電壓源，提升微電網運轉之穩定性與安全性之微電網不斷電控制裝置。 為達以上之目的，本發明係一種微電網不斷電控制裝置，係以儲能系統或複合型發電裝置作為電壓源，其包括：一電力匯流排；一儲能系統，係與該電力匯流排連接；一負載，係與該電力匯流排連接；一再生能源，係與該電力匯流排連接；至少一其他發電裝置，係與該電力匯流排連接；一靜態開關，係與市電及該儲能系統連接；以及至少一同步開關，係與該其他發電裝置連接。 於本發明上述實施例中，該同步開關包含一次側與二次側。 於本發明上述實施例中，各同步開關係相互串聯，且分別與各其他發電裝置連接。 於本發明上述實施例中，當該儲能系統正常運轉下，市電發生異常時，微電網由市電併聯模式轉為孤島運轉模式，此時由該儲能系統擔任微電網孤島運轉之電壓源，再將該其他發電裝置開啟，以P/Q模式作為功率之提供者；若該儲能系統於微電網孤島運轉期間發生故障時，該其他發電裝置則會取代該儲能系統成為電壓源。 於本發明上述實施例中，若故障之儲能系統於微電網孤島運轉期間回復正常後，該儲能系統將取回電壓源主控權，該其他發電裝置再轉變回P/Q模式作為功率之提供者；若市電回復正常後，該儲能系統會帶領整個微電網回併市電。 於本發明上述實施例中，當該儲能系統於故障期間發生市電異常時，係由該其他發電裝置擔任微電網孤島運轉之電壓源；當市電回復正常後而該儲能系統仍未修復，該其他發電裝置會帶領整個微電網回併市電。

在現有之微電網架構下，儲能系統在微電網進入孤島運轉模式時，作為電壓源而控制整個微電網之電壓與頻率，並且平衡發電與負載間之功率差；當儲能系統故障或異常時，會導致微電網全黑。考量此種情況，本發明新增其他發電裝置及一個由該其他發電裝置所控制之主匯流排開關，以作為儲能系統故障時之替代電壓源；而上述所提其他發電裝置可為複數個。以下將以具體實施例詳細說明。 請參閱『第１圖』所示，係本發明第一實施例之基本架構示意圖。如圖所示：本發明係一種微電網不斷電控制裝置，係以儲能系統或複合型發電裝置作為電壓源，其至少包含有一電力匯流排１、一儲能系統２、一負載３、一再生能源４、一其他發電裝置５、一靜態開關６以及一同步開關７所構成。 上述所提之儲能系統２係與該電力匯流排１連接。 該負載３係與該電力匯流排１連接。 該再生能源４係與該電力匯流排１連接。 該其他發電裝置５係與該電力匯流排１連接。 該靜態開關６係與市電８及該儲能系統２連接。 該同步開關７包含一次側７１與二次側７２，該同步開關７係與該其他發電裝置５連接。如是，藉由上述揭露之結構構成一全新之微電網不斷電控制裝置。 當本發明於運用時，係可分為三種情境進行運作，就本實施例而言，可適用於情境一與情境二。 情境一、儲能系統正常運轉，其他發電裝置處在關閉狀態。 當儲能系統２正常運轉下，市電８發生異常時，微電網由市電併聯模式轉為孤島運轉模式，此時由儲能系統２擔任微電網孤島運轉之電壓源，再將其他發電裝置５開啟（避免使其他發電裝置５長久待機），以P/Q模式作為功率之提供者；若儲能系統２於微電網孤島運轉期間發生故障時，其他發電裝置５則會取代儲能系統２成為電壓源。 當故障之儲能系統２於微電網孤島運轉期間回復正常，其他發電裝置５偵測到同步開關７一次側７１有電壓，進行同步後將同步開關７閉合，由儲能系統２擔任電壓源，其他發電裝置５則轉為P/Q模式提供功率；若市電８回復正常，儲能系統２將會帶領微電網回併市電８。 情境二、儲能系統故障，其他發電裝置處在待機。 當儲能系統２於故障期間發生市電８異常，微電網須由市電併聯模式轉為孤島運轉模式，此時仍可由其他發電裝置５擔任微電網孤島運轉之電壓源（V/F模式），並將同步開關７打開；當市電８回復正常後而儲能系統２仍未修復，其他發電裝置５仍可回併市電８，並將自身轉成P/Q模式。 請參閱『第２圖』所示，係本發明第二實施例之基本架構示意圖。如圖所示：本發明除上述第一實施例所提結構型態之外，更可為本第二實施例之結構型態，而其所不同之處係在於，具有複數個其他發電裝置５ａ、５ｂ、５ｃ與複數個同步開關７ａ、７ｂ、７ｃ，各同步開關７ａ、７ｂ、７ｃ係相互串聯，且分別與各其他發電裝置５ａ、５ｂ、５ｃ連接。 當本發明於運用時，就本實施例而言，可適用於情境三。 情境三、儲能系統故障，有複數個其他發電裝置。 在複數個其他發電裝置５ａ、５ｂ、５ｃ及同步開關７ａ、７ｂ、７ｃ串聯之架構下，當儲能系統２於故障期間發生市電８異常，其他發電裝置５ａ將成為電壓源，並將同步開關７ａ打開隔離市電端；承上述之情況，若其他發電裝置５ａ故障，其他發電裝置５ｂ將成為電壓源，並將同步開關７ｂ打開，依此類推，如此將可減少電壓源唯一性造成之風險，增加微電網供電之穩定性。 透過上述三種情境了解本裝置之功用，故本發明所提微電網不斷電控制裝置，係可達成以下特性： 1.增加電網供電穩定性 a.分散只有一台儲能系統能擔任電壓源之風險。 2.增加回併時之選擇性 a.儲能系統存在，優先使用儲能系統回併市電。 b.儲能系統不在，使用其他發電裝置、與市電端串聯之同步併聯開關，及其他發電裝置上之同步控制器，同步併回市電。 3.避免對儲能系統之依賴性 a.在市電異常時，即使儲能系統當下為故障，依然可以斷開同步開關使其他發電裝置擔任微電網之電壓源。 b.孤島下，當再生能源及儲能系統儲存之電量不足以承擔負載時，其他發電裝置可以提供不足之電力。 4.設備成本觀點（其他發電裝置不含儲能系統） a.不需要因增加次要之電壓源而多買一套儲能系統，在價格上，其他發電裝置較儲能系統便宜。 b.其他發電裝置之故障率較儲能系統低，在維修成本上，與儲能系統之電池模組相比也更低。 c.靜態開關之價格較同步開關高，只需要在最關鍵且需快速切換之處安裝靜態開關即可。 綜上所述，本發明係一種微電網不斷電控制裝置，可有效改善習用之種種缺點，可使微電網在市電併聯轉孤島運轉期間，或者於孤島運轉下，當儲能系統故障時，利用其他發電裝置作為微電網電壓源，提升微電網運轉之穩定性與安全性；因此，本發明能避免因儲能系統故障，而使微電網發生全黑之情況，並且可依需求，使儲能系統與其他發電裝置交換電壓源之主控權，增加供電之穩定性與可靠性，進而使本發明之□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。

1‧‧‧電力匯流排

2‧‧‧儲能系統

3‧‧‧負載

4‧‧‧再生能源

5、5a、5b、5c‧‧‧其他發電裝置

6‧‧‧靜態開關

7、7a、7b、7c‧‧‧同步開關

71‧‧‧一次側

72‧‧‧二次側

8‧‧‧市電

第１圖，係本發明第一實施例之基本架構示意圖。 第２圖，係本發明第二實施例之基本架構示意圖。

1‧‧‧電力匯流排

2‧‧‧儲能系統

3‧‧‧負載

4‧‧‧再生能源

5‧‧‧其他發電裝置

6‧‧‧靜態開關

7‧‧‧同步開關

71‧‧‧一次側

72‧‧‧二次側

8‧‧‧市電

Claims (4)

1. 一種微電網不斷電控制裝置，係以儲能系統或複合型發電裝置作為電壓源，其包括：一電力匯流排；一儲能系統，係與該電力匯流排連接；一負載，係與該電力匯流排連接；一再生能源，係與該電力匯流排連接；至少一其他發電裝置，係與該電力匯流排連接；一靜態開關，係與市電及該儲能系統連接；以及至少一同步開關，係與該其他發電裝置連接，當該儲能系統正常運轉下，市電發生異常時，微電網由市電併聯模式轉為孤島運轉模式，此時由該儲能系統擔任微電網孤島運轉之電壓源，再將該其他發電裝置開啟，以P/Q模式作為功率之提供者；若該儲能系統於微電網孤島運轉期間發生故障時，該其他發電裝置則會取代該儲能系統成為電壓源；若故障之儲能系統於微電網孤島運轉期間回復正常後，該儲能系統將取回電壓源主控權，該其他發電裝置再轉變回P/Q模式作為功率之提供者；若市電回復正常後，該儲能系統會帶領整個微電網回併市電。
2. 依申請專利範圍第1項所述之微電網不斷電控制裝置，其中，該同步開關包含一次側與二次側。
3. 依申請專利範圍第1項所述之微電網不斷電控制裝置，其中，各同步開關係相互串聯，且分別與各其他發電裝置連接。
4. 依申請專利範圍第1項所述之微電網不斷電控制裝置，其中，當 該儲能系統於故障期間發生市電異常時，係由該其他發電裝置擔任微電網孤島運轉之電壓源；當市電回復正常後而該儲能系統仍未修復，該其他發電裝置會帶領整個微電網回併市電。