TW200849770A - Backup power system - Google Patents

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200849770 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 /本發明係關於備用電力系統，其經配置為具有客戶發電 系統並具有網路監視裝置之UPS系統。 【先前技術】 ㊉用於產生電能之客戶發電系統為已知的，例如太陽能發 电機具有PJV[發電機之風能系、统、可變速度内燃機，或 其經饋送至電網之電力強烈變化之燃料電池。通常為此種 發電系統提供有吸引力之特殊費率（rate)，因此，自經濟 之角度而5，對於此等系統之操作者而言對將所產生之電 力饋送至市電網有著愈來愈大之興趣。由於不同之費率， 所產生及消耗之能量通常用不同之錶進行量測。電網並聯 操作需考慮安全及連接之特殊情況。 :路監視亦為已知的，其非常重要。對於客戶發電系統 =言’必須能夠谓測出電網故障並停止操作。當一電網部 刀已斷開但客戶發電系統繼續在此部分中作業時，由於存 在傷害電網維護工人之可能風險’不允許進一步向電網饋 送電力。網路監視方法為已知的，其分為被動及主動方 ^。被動方法僅評估一相及三相電網電壓以及電網頻率之 里測值。主動方法之特徵在於功率或電壓失真以此方式影 響電網：電網參數或電網阻抗可自回應推斷。由電流失Z 獲得電壓回應，反之亦然，由電壓失真獲得電流回應。’、 相應地，電網監視系統必須在電網操作中有效。在孤島 操作（其中’至市電網之連接中斷，僅規定之先前已知部 128614.doc 200849770 分中之負载經*進一牛Μ \丄 步供電）中，關閉電網監視為已知的。 此係由於在電網择作 呆作過各中電網阻抗遠遠低於孤島操作模 式中之阻抗而發生。另外，在此方法中，由於孤島網路之 電網阻抗在模組化擴展時發生變化，模組化擴展性得以促 進有利地避免作為改變之電網參數之結果而發生的、客 戶發電系統之内部電網監視之故障切斷，尤其為在較大之 载荷步（load steps)時。整個系統因此變得更加穩定，尤其 為當作為孤島網路操作時。 電氣負載在電網故障時繼續經供電之客戶發電系統為已 知的。其需要附加之裝置。 義上之一種附加裝置為功能性單元，操作者必須安 裝該单元’以便允許已有之客戶發電系統作為 統操作。 7、示 有利的為’當更多之電氣負載需要用備用電力供電時 ，並無必須與附加裝置之某個功能性單元相關聯之特定電 孔負载之情況下’线僅能使用以附加組件之形式 模組進行擴展。 對於要保證之負載之不間斷供電，告 , 电田其處於負载操作時 /、，長1供市電網）及處於無負載操作時（其中，不 電網卜直在同-控制模式下操作備用電力、系統為實^ 相，因此’不需要中斷供電以切換控制器。在市電: 復操作時，同樣適用。 ° 在客戶發電系統安裝在線路分支上時，各 . 田貝入兩而消杯 低知可能在此線路分支中產生不能允許 Τ I问私網電壓。附 128614.doc 200849770 加裝置由此可用於吸收能量並相應地降低電網電壓。結 果，電網可經穩定，以便允許甚至在線路分支上安裝客戶 發電系統，否則此為不可能的。 另一方面，當消耗非常高時，在此等線路分支上，電網 電Μ可達到不能允許之低值。此處，同樣地，可使用附加 裝置以便自電池為高消耗峰值供給電力。相應地，消耗節 點上之電網電壓可被保持為穩定，即使在更大之電氣負載 下。 ' 能附加地用作備用電源系統之電網並聯客戶發電系統為 已知的。 具有電池充電器及電池變換器之分立ups系統可自Ερ 〇 817 350 Α2獲知。此種系統稱為在線式ups系統。 該系統以此方式操作··當市電網故障時，藉由將客戶發 電系統自電網斷開，保證備用電力供給。由此，將電能提 供給附加插座。使電壓在此插座上可用之變換器由此經由 電池被供電。電池由自市電網被供電或自客戶發電系統被 供電之電池充電器進行充電。 為此目的實現之客戶發電系統以此方式配置：其能在切 換後繼績作為？瓜島網路作業。4堇電池充電器連接至此孤島 網路。 在市電網故障時，電氣負載必須經手動連接至附加插 座八在方面為不便的，另一方面，在某些情況下由於 電流中斷亦為非常不期望的。 右電氣負載一直為經由附加插座被供電，電池充電器以 128614.doc 200849770 及附加變換器中產生之損失必須被接受。在此種情況下， 系統如在線式UPS系統那樣地操作。若在線式UPS系統故 P早，經由5亥系統被供電之電氣負載必須經由附加之開關裝 置連接至市電網。 此種方案不保證至相關聯負載之電流供給。 此種UPS系統具有其他之缺點。若系統經操作為在線式 UPS系統，附加轉換損耗必須被忍、受，亦需要已有客戶發 電系統與開關單it之間的資料連接。結果，難以將已有客 戶發電系統轉換為具有受到保證之電源之系統，因為當在 線式UPS系統故障時 '經由在線式ups系統被供電之電氣 負載需要經由附加之開關裝置連接至市電網。具有受到保 證之供電之電氣負載與確切之一個電池變換器相關聯。相 應地’非常大之負載無法與幾個變換器相關聯。另外，複 數個負載必須進-步一直在特定之變換器中分配。 另外’客戶發電系統、電氣負載及備用電源未經並聯連 接在AC側，故安全之電力供給及電網並聯操作為不可能 的。 美國專利No. M4933 B2展示並介紹用於在Dc側輕接 能量蓄積器及客戶發電系統之耦接裝置。所介紹之系統為 離線式UPS系統。 · 在該系統中，僅提供一個DC-AC轉換器，其用於向市電 網饋送電能，或用於當電網電力不可用時向特定電氣負 供電。 ；；、 由於能量源--例如光電發電機—在所介紹之情況下具有 128614.doc -10- 200849770 f重波動之電屡，必須在能量源與電池之間提供雙向轉接 器。 二。轉換早π"裝在dc_ac轉換器之下游。在電網故障時， 亥單元將DC-AC轉換及特定負载自電網斷開。此後，其 • 2接至DC"AC轉換器之輸出，經由DC.AC轉換H，其被供 - 電。負載在切換過程中不被供電。 作為自光電發電機供給能量之替代方案，電池必須由市 電網經由分立之電池充電器進行充電。 在此離線方案中，並無模組化擴展之可能，除電氣負載 無法在並無中斷之情況下被供電以外，因為特定數量之特 殊負載與特定之DC-AC轉換器相關聯。結果，消耗高功率 之負載無法與幾個DC_AC轉換器相關聯。因此，複數個負 载必須-直在特定之DC_AC轉換器之間分配。另一缺點在 於在客戶發電系統安裝時整個系統必須自開始經設計為作 為安全電源操作，因為電池必須連接至DC侧，且DC-AC (/ _器亦必須適合於自-開始進行孤島操作。另外，現有 之不具有DC中間電路之客戶發電系統—尤其為具有異步發 電機之風力發電機一無法經整合。 t要附加裝置―即雙向轉接器，其使系統更為昂貴。 ' 右』主電池亦自市電網充電，進-步需要附加之電池供 電設備。 具有耦接在AC側之電池變換器及客戶發電系統之方案 亦為已知的。 在 2006年 8月之目錄，，Smart Energy C0ncepts”（Studer lnc 1286l4.doc -11 - 200849770 in Si〇n(Switzerland))中，在第n頁介紹組合了具有客戶發 電系統之電池變換器之系統，客戶發電系統之網路監視在 電網操作及孤島操作模式下均保持為可操作。 對此系統進行調節，使得電流控制在負載操作中在獨立 變換器中可操作。在電網故障之情況下，控制必須切換至 電壓控制。結果’負载之供電在所有網路組態中被中斷。 此系統之不利之處在於’當負載被添加至電路或自電路 移除時，由於電網參數在孤島操作模式下與在電網操作模 式下相比變化更大’客户發電系統經常在孤島操作中關 閉。結果，整個系統之穩定性受到限制。另外，使得模植 化擴展更為困難。當電池變換器及客戶發電系統根據先前 技術耗接至AC側時，無法實現負載之不間斷供電，因為 控制器需要被切換。 配置為具有客戶發電系統及電網監視系統之咖系統之 備用電力系統可自美國專利N。6,3〇4，_ m獲知，所述 系統經配置為UPS(不間斷電源)或備用系統。其包含電網 監視裝置。太陽能發電機由此可經由開關連接至負載。太 陽能發電機連接至獨立變換器，該變換器將太陽能發 之DC電壓轉換為與電網相當之AC電壓。市電網連接至1 開關。然而’經由開關’僅電網或僅太陽能發電機可； 選擇地連接至負載。或者，電、- HP八防此發電機 至獨立轉換器。經由此種開關拓撲，不可能同時將= 發電機及電池連接至負載。若 +太％此 電力，連接至獨η 機用於提供備用 連接至獨立㈣器的、附加之附屬 1286I4.doc 200849770 間使用。採用此種方案，獨立變換器之尺寸必須設計為用 於最高可能效能。此為昂貴的，因為獨立變換器必麸為過 大的。若超過獨立變換器之效能限制，必須使用新的、更 為強大之變換器。對於AC發電機，無法直接對負载供 電。 /、 US 2002/143438 A1展示並介紹用於連接至市電網之燃 料電池之開關拓撲。該拓撲包含三個連接節點，即·第— 節點，具有DC/AC轉換器之燃料電池、用於電網連接之開 關以及用於連接負載之附加開關連接至第_節點；第二節 點’負載、附加開關以及用於負载之開關連接至第二節 點；第三節點，其用於將電網連接至附加開關及第一開 關。進-步提供負載管理。此種負載管理用於在峰值負载 時(例如在某些季節或一天中之某些時間)將燃料電池連接 至電網，以便避免電網故障。 包含再生髮電機（即幾個風能電廠及幾個太陽能發電機） 之孤島網路可自W0 〇3/()77398 A2獲知。每個太陽能發電 機連接至DC/DC轉換器。DC/DC轉換器以匯流排狀方式連 接至DC/AC轉換器。進一步使用蓄電裝置或電池，其各自 包含DC/DC轉換器。 【發明内容】 此處介紹之本發明之目的在於尋找對先前技術之改良， 以便提供電網側之電網並聯客戶發電“之擴展，據此， 客戶發電系統得到補充，使得一方面其可用於提供備用電 力’另-方面’其可使用模組進行擴展，在電網故障存在 128614.doc -13- 200849770 %負載之不間斷電力供給以及自電網斷開成為可能。 此目的藉由被實現為具有客戶發電系統及監視裝置之 系、先之備用电力系統得到實現。該系統包含連接至客 户發電系統之連接節點，客戶發電系統連接至包含第 一開關之至少—自動斷開開_，該第-開關被布置在客戶 發電“與市電網之間’且客戶發電系統連接至第二開 關’第二開關連接至一個或幾個負載，該系統亦包含第二 連接節點’第二連接節點連接至第二開關，第二開關連接 =負載，客戶發電系統連接至布置在市電網與負載之間的 弟三開關且連接至第四開關，具有蓄電裝置之獨立變換器 連接至第四開關’且該系統包含將第一開關與第三開關連 接至市②網之第三連接節點，客戶發電系統提供从電 壓’該電壓可與市電網並聯地被加至電路，在市電網故障 時，提供用於斷開第一開關之電網監視裝置。

本么月提供對於能夠供給備用電力之電網並聯客戶發 系統之方案。 X 不 必 本务明亦提供在線式UPS系統，若各開關之開關時間 大…s、尤其為不大於30 ms，其為有利的；各開關 此被貫現為接觸器。安全不間斷電源因此得到保證。 本發明可安裝為附加至已經存在之客戶發電系統，不 更換饋送裝置（例如太陽能變換器）。 '，本發明進-步允許例如電池支持之㈣電源至市電網之 亚耳“呆作(其他蓄能裝置―例如飛輪(flywheel)蓄能系統、 UC電容器、EEstore、燃料電池等—亦為可以的），並實現 128614.doc 200849770 下列優點： =電力系統之蓄能裝置可長期再度充電，使得在電網 故p早時可獲得充足之能量。 』〜备此里流及蓄能裝置之電 壓，以保證蓄電裝置之長壽命。 為，戶發電系統提供"自動斷開開關"（較早之e N S)，以 便使付客戶發電系統之内部自動斷開開關不可操作。釺 果，客戶發電系統可有利地繼續以孤島操作模式操作。、、’° 在市電網故障之情況下，通常可在並無任何中斷之情況 下對負载供電。若並無至市電網之連接，形成孤島網路， :至市電網重新可操作…，可重新自市電網對負載供 電0 在重新連接至電路之前，孤島網路可在電壓及頻率上盘 市電網同步。 在市電網中短路(short)之情況下，由備用電源供電之負 載上之電壓下降無法持續多於3〇 ms。 、 滿足了根據先前技術有效規則之所有饋入安全要求。 使用分立之計數器，可進一步區分來自市電網之電力與 由客戶發電系統饋送之電力。 、 在本發明所開發之有利實施方式中，設置為· 、且匈•各開關以 此方式整合在附加裝置中，使得各組件被布置在適者之人 子或者一個或幾個控制面板中，並使附加裝置連接在市電 網與客戶發電系統之間。獨立變換器以及蓄能 加裝置之組成部分。 在本發明之系統所開發之另一有利實施方式中，提供摘 128614.doc -15- 200849770 :严離使得在電網故障時附加裝置能與電網完 全^離。結果，當電力供給低時，電氣負载之電力需求； 猎由客户發電系統(即經由連接至獨立變換器之蓄能裝置 例如電池）得到保證。當光電 ' '機用於客戶發電系統時 為重要的，因為此等發電機在夜間不供給任何電 力，或在太陽輻射低時供給過少之電力。 :當幾個客戶發電系統並聯連接時，給出增大電 最優適應。由於在市電網與客戶& 〜+尸^冤系統之間附加裝置包 ^被實現為接觸器之開關’且由於該開關亦可對於高電 流強度以相對較低之成本設計，模组化擴展為可行的。若 負載尺寸要求，幾個獨立變換器可並聯連接。 若附加裝置包含自動斷開開關，使得客戶發電系統之電 網監視能以其可在電網並聯以及在孤島操作模式中操作之 二式设置，可獲得另一優點，此意即電網監視由具有獨立 變換器之附加裝置接管。 附加衰置亦包含自動斷開開關、轉換接觸器（加加 ⑽⑽⑽）、接觸器、電網電壓錶以及電網電流錶，使得裝 置能夠自足地操作。 田被用作订動系統時，有利地設置為：轉換接觸器為兩 極，觸器，-極經配置為在自電網並聯操作切換至孤島操 作時，連接至邏輯點之中性導體之接觸器極可由電網之中 性導體切換至PE。 一旦有電壓且獨立 轉換接觸器就在電 根據有利之特徵，亦設置為：電網中 變換器以充電操作模式操作或不操作， 128614.doc -16- 200849770 網與負載之間開啟 電力供給。 此係為保證當獨立 變換器不操作時之 本發明之另-目的為操作附加裝置 電系統為連接至附加裝置之資料一 ’戶發 摔作模彳έ 、"並、.坐由資料通信以可將 杯作μ自孤島操作切換至 作模式之切換受到控制，使得在：：：文到影響’操 電系統切換至電網並聯摔:二:連接故障時’客戶發 從屬q 持在此種操作模式。 攸屬凊求項中給出本 【實施方式】 進—步有利之實施方式。 展示備用電力系統或附加裝置4之實施例。此種裝置 用於帛錶2(其被更為具體地實現為輸出錶)及第二錶 3G、被更為具體地實現為輸入錶）之連接。 附加裝置4經由輸出錶2及輸入錶3連接至市電網^。 統（ENS)停止操作 =個或幾個客戶發電系統5(例如具有太陽能變換器之太 陽月匕& %機）、負載6、緊急時（at need)之發電機8連接至具 有獨立變換器7之附加裝置4。獨立變換器可由並聯連接: 個或成個獨立變換器組成。一旦客戶發電系統$已連接 至附加裝置4，可能設置在客戶發電系統中之電網監視系 在其DC側，獨立變換器7連接至蓄能裝置，例如電池 71獨立麦換裔7可包含AC與DC側之間的内部電流隔離 (galvanic isolation)。此種隔離可藉由以與電網操作在同一 頻率之變壓器或藉由一個或幾個高頻變壓器實現。 獨立變換器7有利地配置為由半導體開關構成之Η橋。此 128614.doc •17· 200849770 等半導體開關可由MQS電晶體、igbt電晶體或GT〇閘流體 組成。 根據本發明，獨立變換器7被配置為··在孤島操作過程 中負載電路存在短路時，啟用負載電路之已有之過載保護 元件。 u 接觸斋45經觸發，使得當存在負載電路短路時以及存在 $其相關之邏輯點9上之電壓下降時，接觸器觸點保持閉 合，直至變換器7之短路電流啟用負載電路之相關聯之過 载保護元件，故邏輯點9上之電壓被回復。 附加裝置4包含介面單元41。該單元用於將獨立變換器7 與附加裝置4中之感測器及致動器相連接。適合之資料匯 w排（例如CAN匯流排）用作連接。所述一個或幾個客戶發 电系統經由自動斷開開關42連接至輸出錶2。此種斷開開 關包a至少一個接觸器41 i ;然而，其亦可包含附加接觸 J 412該接觸态與此接觸器串聯連接。接觸器411及412 可配置為單極接觸器或斷路器。負載6經由轉換接觸器钧 連接至電網1。當轉換接觸器43被斷開，且系統以孤島操 作松式操作時，接觸器44將客戶發電系統5經由邏輯點9連 接至負載6。接觸器45將獨立變換器7與負載6經由邏輯點9 連接。接觸器46將發電機8經由邏輯點9連接至負載6。此 :、妾觸卯各自可經配置為單極接觸器或斷路器。 、凌置4至少包含以下量測值偵測器：電網電壓錶 獨立鉍換裔上之AC電壓量測錶49，電流錶Μ。另 外’亦提供發電機電壓錶48。 1286l4.doc -18- 200849770 下面之操作條件為可能的： 由市電網操作： 載Γ自觸二411、412、43及45閉合，接觸器44及46斷開。負 Γ:錶二由輪入錶―

電網1饋达能量。獨立變換器7對蓄能裝置71 2^蓄能裝置被充電時，具有低能量花費Μ流充電 、书-使用對於電網電壓及電網電流之量測值以及合 適之孤島抑制方法（antMslanding咖化叫，獨立變換器7 不斷監視市電網之電網參數，因此能㈣測是否存在孤島 網路。獨立變換器7受到電壓控制。獨立變換器7中之内橋 電廢由此受到控制，使得其在大小及相位上相對於邏輯點 上之電壓以此方式被設置：在邏輯點上獲得之電堡為期望 之電壓，且規定之電池負載電流得到設置。 右獨立變換裔有缺陷或g聋姓p音 αχ 丨曰：¾ L日守故p早，其可經由連接器45自 邏輯點9斷開。一旦故障p姑拎$ 甘π # ^ 早匕破改正’其可使用電壓錶47及 49與邏輯點9上之電壓同步，祐鈐舌虹日日以# 电& Ν艾，並此重新開始蓄能裝置71之 負載操作。 轉變： 獨立變換器7债測電m之斷開，附近之短路或市電網電 壓供給中之故障。經由其電壓控制器，獨立變換器現在試 圖在邏輯點9上保持電壓穩定。使得接觸器4ii、412、43 斷開。若轉變過程中之條件導致來自獨立變換器7之電流 超過某個最大值，獨立變換器7將此電流限制於此最大 值，以便使獨立變換器之内部組件不過載。由此，邏輯點 128614.doc -19- 200849770 9上之電壓相應地下降。一旦上面提及之接觸器斷開，電 流僅流入負載6。邏輯點9上之電壓重新達到其標稱值。 孤島操作： 在孤島操作中，使得接觸器44閉合，故客戶發電系統能 夠自動與邏輯點9上之孤島網路同步。現在，由此形成之 孤島網路可操作，口 |g < 旦 ，、要客戶發電系統平均提供足夠之能 畺產出及/肖耗中之波動由獨立變換器7及其蓄能裝置7 j 平滑去掉。 另外，現有之發電機8(例如柴油發電機）可經由接觸器 46添加至電路。出於此目的，發電機被首先啟動，隨後， 獨立變換使用發電機電祕48及電麼錶49將邏輯點9之 電壓與發電機8之輸出電壓同步。在同步完成時，發電機 接觸器46被閉合。 當電網重新開始操作時： 電壓錶47偵測市電網1之電壓何時回復至正常。在偵測 時’使得接觸器44首先斷開。客戶發電系統隨後關閉。隨 後，使得邏輯點9上之電壓與電m中之電壓同步，並使轉 換接觸器43閉合。最後，使得接觸器4ΐι、412閉合，以便 允許客戶發電系統5經由輸出錶2自電網操作。結果，負載 6由電網供電’客戶發電系統5向電網}饋送電力。 轉換接觸态43可實現為斷開器或由半導體開關組成。其 ^觸發’以便當電網電壓在附加裝置故障之情況下施加 ^直閉。。結果，可保證負載在附加裝置故障時不盥電 網隔離。 / 128614.doc •20- 200849770 /附加裝置4之所有組件可布置在合適之盒子、客戶發電 $統5或獨立變換器7之一個或幾個控制面板中。獨立變換 器7及蓄能裝置71亦為附加裝置4之組成部分。 在孤島操作中，負載6可完全由客戶發電系統5供電，只 要所產生之能量大於或等於消耗。蓄能裝置僅用於替代產 出與消耗之間的差異能量。結果，作為AC耗接之優點， 正個糸統效率增加。 客戶發電系統較佳為具有相關聯之pv變換器之PV電 廠。其亦可為具有PM發電機（永磁同步發電機）之可變速度 風此電薇。 圖2展示系統之組態，轉換接觸器43經配置為使得：當 自電’並聯操作變為孤島操作時’連接至邏輯點9之中性 導體之接觸器極可由電網之中性導體切換至PE。 表=I展不在一相上具有幾（n)個獨立變換器及幾（以）個客戶 發電系統之系統之組態。獨立變換器由此可連接在一起以 及經由合適之資料匯流排連接連接至介面單元41。 圖4展示具有至市電網之三相連接以及每相一個獨立變 換态之糸統之組態。 圖5展示具有至市電網之三相連接及一個三相獨立變換 器之系統之組態。 圖6展示具有三相轉換接觸器43之系統之組態，接觸器 43經配置為：當自電網並聯操作變為孤島操作時，連接至 L輯，t中性導體之接觸器極可由電網之中性導體切換 至PE。切換操作亦可由幾個接觸器執行。 、 128614.doc -21 - 200849770 每態，其具有至市電網之三相連接以及 ==二T獨立_。°一客戶發電系統 連接至各相。亦可連接^個三相客戶發電系統。 -Π展不具有至市電網之三相連接以及-個以上(η個)之 二相獨立變換器之系統之組態。〇至_ 至每相。亦可連接0至m個三相客戶發電系統。U連接 客戶發電祕可㈣於孤島操作以及對於電網並聯操作 =同模式實現。借助附加裝置4與客戶發電系統5之間的 二見Γ:切換為可行的。因此可在孤島操作模式 中只現進-步改良之穩定性。根據本發明，切換以此方式 ^:在客戶發電系統與附加褒置之間的資料連接故障或 客戶發電系統切換至"電網並聯"操作模式或保持 ^由合適之資料傳送介質，附加裝置可自負責之電網操 /接收貧料。若已與電網操作者達成對應之協議，附加 糸統可基於此等資料與市電網交換無功及/或有功功率， 以便穩定邏輯點上之電壓。結果，可在邏輯點上避免例如 客戶發電系統之饋入引起之過電壓或大負載引起之過電 壓。 所有之開關it件可經配置為接觸器與繼電器或具有插入 印刷電路板之繼電器。 “么電系統可由具有同步發電機、PM發電機或異步 ::機並具有變換器之風能電廠、具有電網耦接同步或異 八電機之風能電廠、具有相關聯之變換器之燃料電池組 128614.doc -22- 200849770 成。客戶發電系統亦可為具有電網耦接同步或異步發電機 之水力電廠或具有PM發電機、同步發電機或異步發電機 以及相關聯之電網變換器之可變速度水電設備。客戶發電 系統亦可由具有電網耦接同步或異步發電機之内燃機、具 有PM發電機、同步發電機或異步發電機以及相關聯之電 網變換器之可變速度内燃機組成。另外，客戶發電系統可 由具有相關聯之變換器之燃料電池組成，或為其它類型之 客戶發電系統。 簡言之，圖1-8所示之附加裝置特徵在於： -其具有自身之電網監視及孤島網路偵測，且其使得客 戶發電系統5適合用作備用電源系統， -其具有一個或幾個獨立變換器7以及一或多個蓄能裝 置71， -獨立變換器7受到電壓控制，使得在電網故障時，不 需要控制器切換， -附加裝置4包含自動開關42，且作為其結果，客戶發 電系統之電網監視可設置為在電網並聯操作模式及孤 島操作模式下操作（意即電網監視由具有獨立 之附加裝置4執行）， -由客戶發電系統5及附加裝置4組成之備用電源在某種 程^上為在線式ups系統，其在所發生之大多數電網 故P早之N况下不間斷地連續對負載供電， -客戶發電系統5、負載6、獨立變換器7、市電網i經由 AC側之邏輯點9連接， 128614.doc -23- 200849770 其為向複數個負載供 或幾個負載之孤島網 電網1連接至此備用電源系統， 電之公用市電網或為具有一個 路， 附加虞置4包a自動開關42、轉換接觸器43及接觸哭 44， 口口 其包含電網電壓錶47及電網電流錶5〇， 附加裝置4連接至電網並聯客戶發電系統5，

自動開關42包含兩個串聯連接接觸器4ιι及412， 附加裝置4另外包含介面單元4 i， 介面單元41用於將獨立變換器7連接至附加裝置4中之 感測器及致動II ;連接由此可由適#之資料匯流排 (例如CAN匯流排）執行， 附加裝置4可另外包含發電機接觸㈣及發電機電壓 錶48， 附加裝置4另外包含用於斷開獨立變換器之接觸器45 以及獨立變換器上之電壓錶49， 附加裝置4之組件被布置在適當之盒子、客戶發電系 統5之一個或幾個控制面板中或獨立變換器7中， 備用電力系統可藉由簡單並聯連接一個或幾個獨立變 換器進行擴展， 成個獨立變換器為連接至合適之資料匯流排之資料， 獨立變換器7及客戶發電系統5由半導體開關構成，例 如 MOS 電晶體、IGBT、GTO， 獨立變換器7電連接至邏輯點， 128614.doc -24-

200849770 獨立變換器未電 同 至璉輯點9，且包含以與電網相 之頻率操作之變壓器， 獨立變換器7未連接 率 璉軏點9，且包含以高於電網頻 革之頻率操作之-或多個變壓哭， ::立變換器7為-相或三相變換器， 5進行連相接或—相連接對所述—個或幾個客戶發電系統 獨立變換器7經配置為全橋， 2接觸器43為單極接”，且中性導體在自電網並 4作切換至孤島操作料被切換， 、、接觸☆ 43為兩極接觸器，—極經配置為當自電網 並‘ #作Μ為?瓜島操作時，連接至邏輯點9之中性導 體之接觸ϋ極可由電網丨之中性導體切換至ρΕ， 轉換接觸器43為三極接觸器，且中性導體不在自電網 並聯操作切換至孤島操作時被切換， 轉換接觸器43為四極接觸器，一極經配置為當自電網 並聯操作變為孤島操作時，連接至邏輯點9之中性導 體之接觸器極可由電網丨之中性導體切換至ρΕ， 開關元件411，412 ; 42，43，料，45, 46可經配置為 接觸器、繼電器或具有插入印刷電路板之繼電器， 負載6可總體由處於孤島操作模式之客戶發電系統$供 電’只要所產生之能量大於或等於消耗， 客戶發電系統為具有對應變換器之Ρν電廠，具有ρΜ 發電機、同步發電機或異步發電機以及變換器之可變 128614.doc •25- 200849770 發電機、同牛八+ V舍廷機或異步發電機以及變換器之可變 速度風能電礙，具有電網耗接之同步或異步發電機之 風月b电礙’具有相關聯之變換器之燃料電池’具有電 ““妾之同步或異步發電機之水力電廠或具有PM發 " 同^兔电機或異步發電機以及相關聯之電網變

*可又速度水電設備，具有電網耦接同步或異步 么毛機之内燃機’具有pM發電機、同步發電機或異 步發電機以及相關聯之電網變換器之 機^其它_之客戶發„統， 又内L m71為電池、雙層電容器、ΕΕ—、燃料電 池、氣輪、泵蓄能電廢或任何其他蓄能裝置， 附加裝置被實現為：負載 二 ^^^ A $心此里與由客戶發電 糸、、先饋之旎量由分立之錶進行量測， =加裝置中之電網監視及—依賴於

C =:加裝置中之電網監視與孤〜測依賴於 附加裝置能夠在負責之電網操 換無功及有功功率， ’時與市電網交 為改良邏輯點上之市電網電壓品質， 市電網交換無功及有功功率， p付力ϋ裝置能夠與 轉換接觸器43經配置為斷開器， 轉換接觸器43經配置為半導體開關， 當負載電路在孤島操作過程中短路時 ' 負載電路之過 128614.doc -26- 200849770 -當負載電路在孤島操作過程中發生短路以及存在與其 相關之邏輯點9上之電壓下降時，接觸器判保持閉 合，直至獨立變換器7能夠啟用負載電路之過載保護 元件，使得邏輯點9中之電壓可回復， - ' —旦電池被完全《電，冑立變換器進入節能模式，關 •， 閉除電網監視系統以外之一切，以便節省能量， -一旦市電網中有電壓以及獨立變換器在充電操作模式 下操作或不操作時，轉換接觸器43開啟， -在附加裝置4中之電網監視系統故障時，接觸器411， 412 ; 44關閉， _客戶發電系統5為連接至附加裝置4之資料，並經由資 料通信以此方式受到影響：將操作模式自孤島操作切 換至電網操作為可能的， -切換客戶發電系統5之操作模組·孤島操作/電網並聯操 作經配置為：當資料連接有缺陷時，客户發電系統進 ^ 入電網並聯操作模式或保持在此模式中， -資料連接藉由導線約束（wire_b_d)之通信及/或無線 電通信及/或電力線通信執行， 用於在客戶發电系統5之孤島操作與電網並聯操作之 .間切換之命令借助簡單之類比或數位信號來傳輸， 及/或 -用於在客戶發電系統5之孤島操作與電網並聯操作之 間切換之命令借助中央紋波控制信號經由電力線傳 輸0 128614.doc -27- 200849770 輸。 根據本發明，備用電力系統與客戶發電系統、負載、市 電網並聯操作，使得可使用模組對之進行擴展，且現有系 統可谷易地隨之更新。 現有之客戶發電系統可使用模組進行擴展，以便作為備 用電源系統。備用電源系統之效能可在後面之級中容易地 提面。 客戶發電系統、市電網、負載及備用電源系統可在ac 側並聯連接。 結果，若市電網不再供給電力，負載可在無任何中斷之 情況下被供電。 在市電網中附近之地方發生短路時，負載之供電可被中 斷小於30 ms。 用於提供不間斷電力供給之附加電力消耗可為最小的。 由客戶發電系統饋入市電網之能量無法由附加裝置最小 化。 【圖式簡單說明】 下面將苓照附圖更為詳細地介紹本發明。 在所述附圖中： 圖1 - 8展示附加裝置之八種不同之例示性實施例。 在附圖中，同樣之號碼用於表示相同之組件。 【主要元件符號說明】 1 市電網 2 第一錶/輸出錶 128614.doc -28- 200849770 4 附加裝置 5 客戶發電糸統 6 負載 7 獨立變換器 8 發電機 9 邏輯點 41 介面單元 42 自動斷開開關 43 轉換接觸器 44 接觸器 45 接觸器 46 接觸器 47 電網電壓錶 48 發電機電壓錶 49 電壓錶 50 電網電流錶 71 蓄能裝置/蓄電裝置 411 接觸器/第一開關 412 接觸器/第一開關 128614.doc -29-

Claims (1)

1. 200849770 十、申請專利範圍： K 電力/系統，其經配置為一具有一客戶發電系統 ()、、、罔路監視裝置之ups系統 其特徵在於： 一開關拓撲 &包含一第一連接節點， a·1其連接至該客戶發電系統（5) a.2連接至包含—第—關（411，412)之至少_自動斷 開開關’該第一開關(411，412)布置在該客戶發電 系統（5)與一市電網（1)之間，且 a. 3連接至第二開關（44)，該第二開關連接至一個或幾 個負載（6)， b·包含一第二連接節點（9) b. l其連接至該第二開關（44) b.2連接至該負載（6)， b. 3連接至布置在該市電網（1)與該負載之間的一第 二開關（43)，且 b·4連接至一第四開關（45)，一具有一蓄電裝置（71)之 獨立變換器（7)連接至該第四開關， c·及包含一第三連接節點， c. l其將該第一開關（411，412)及該第三開關（43)連接 至該市電網（1)， d·該客戶發電系統（5)與該市電網（1)並聯地供給一可 被加至该電路之AC電壓，在該市電網之一故障時， 128614.doc 200849770 長：供用於斷開該第一開關（4 1 1，4 1 2)之該電網監視 裝置。 2·如請求項1之備用電力系統， 其特徵在於 •一 每個開關（411，412，43，44，45)以此方式整合在一 … 附加裝置（4)中，每個組件布置在一適當之盒子中或者一 個或幾個控制面板中，且該附加裝置（4)連接在該市電網 , (1)與5亥客戶發電系統（5 )之間。 C ‘ 3·如請求項2之備用電力系統， 其特徵在於 提供一孤島網路偵測裝置，該裝置用於控制該客戶發 2系統（5)至該市電網（1)之耦接，使得當該市電網（1)故 障時，該附加裝置（4)可完全地與電網隔離。 4.如請求項1之備用電力系統， 其特徵在於 ί， 使成個客戶發電系統（5)經調適用於並聯連接之一實施 方式。 5·如請求項1之備用電力系統， - 其特徵在於 ~ I幾個獨立變換器⑺經調適用於並聯連接之-實施方 式。 6·如請求項1之備用電力系統， 其特徵在於 用於兩個分立之功率錶（2，3)之兩個連接，連接至- 128614.doc 200849770 自動斷開開關（42)之一第一錶（2)經設置為一輪出錶（2)， 並設置一第二錶（3)，該第二錶（3)連接至—介於該電網 (1)與該負載（6)之間的第四開關（43)且經配置為一輸入 錶。 7·如請求項1之備用電力系統， 其特徵在於 另一個（更具體而言）第五開關（46)經設置為用於將一 附加發電機（8)添加至該電路，該發電機不同於該客戶發 電系統之一發電機，該發電機（8)較佳為一内燃機發電 機’更為具體而言，為一柴油發電機。 8·如請求項1之備用電力系統， 其特徵在於 該客戶發電系統包含具有至少一 DC_AC變換器之至少 一光電發電。 9·如請求項1之備用電力系統， 其特徵在於 該獨立變換器（7)受到電壓控制，使得當該電網故障 時’控制器不需要被切換。 10·如請求項2之備用電力系統， 其特徵在於 表该附加裝置（4)包含一自動斷開開關（42)，使得該客戶 '電系統之網路監視可經設置為在電網並聯操作模式及 孤島操作模式下均可操作。 11·如請求項10之備用電力系統， 128614.doc 200849770 其特徵在於 該==置⑷包含-自動斷開„(42)、作為___ 2-轉換接觸器⑷)、一接觸器(44)、_電網電 及一電網電流錶（5〇)。 12·如請求項丨丨之備用電力系統， 其特徵在於 :轉換接觸器⑷)為一種兩極接觸器，一極經配置為 S自電網並聯操作切換至孤象 作時，連接至該邏輯點 (9)之中性導體之該接觸器 切換至PE。 由該電網⑴之中性導體 13·如請求項丨之備用電力系統， 其特徵在於 在孤島操作中，該等負載可+人 ▼貝孝1 70全由该客戶發電系 (5)供私，只要所產生之能量大於或等於消耗。 、、 14·如請求項2之備用電力系統， 其特徵在於 該附加裝置⑷中提供之網路監視及孤島網路偵測依賴 於一被動或一主動方法。 1 5 ·如請求項1之備用電力系統， 其特徵在於 在孤島操作過程中一負載電路發生一短路時以及發生 與之相關之該邏輯點（9)之電壓下降時，該接觸器㈣保 持閉合，直至該獨立變換器⑺能夠啟用該負載電路之過 載保護元件，使得該邏輯點（9)之電壓得以回復。 128614.doc 200849770 16·如請求項1之備用電力系統， 其特徵在於 一旦電池已被完全再充電，該獨立變換器進入其關斷 除、’罔路監視之外所有之一切以便節省能量之一能量模 式。 17·如請求項u之備用電力系統， 其特徵在於 Γ I 二旦該市電財有電壓以及該(該等)獨立變換器在充 ^操作核式下操作或不操作，該轉換接觸器⑷)被切換 為開啟。 18· 一種操作如請求項1之-系統之方法， 其特徵在於 該客戶發電系統（5)為連彳 且可透過資料通信以此方^附加裝置⑷之資料， 島操作切換至電網並聯操:=::將操作模式自孤 操作模式-孤島操作/電網St 得在資料連接故障時，該客戶;電乍^切換經設計為使 操作或保持在該操作模式令/電系統切換至電網並聯 128614.doc