TW201249062A - Power integration and distribution system - Google Patents

Description

201249062 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明係有關一種電力控制系統，尤指一種電力整 合及分配系統。 【先前技術】 [0002] 尋找替代性能源已經為全球之趨勢，為了解決在石 油逐漸短缺的情況，具有環保機能的再生能源 (renewable energy)如太陽能、風能、潮汐能、地熱 能、生物廢料能等被積極的尋求開發，期能提供足夠的 〇 能量來源以供使用。 [0003] 其中，太陽能與風能是最為方便，且較不受地區限 制的綠色能源，因此較受到矚目，且發展也較為迅速。 而風能及太陽能皆有其限制條件，如晚上無法進行太陽 能發電，無風期間也無法進行風力發電，兩者皆無法提 供長時間及穩定的電力來源。因而於目前的使用狀況下 ，無法避免的仍然必須要搭配市電使用，以提供長時間 》 及穩定的電力來源。 [0004] 為了解決上述問題，複合式能源系統不失為一種實 施方式，其分別利用太陽能、風能以及其他能源的方式 進行發電並儲存於一電池，而消耗用電的部分則由該電 池提供直流電輸出，或者將該電池中之電力轉換為交流 電後進行輸出。但，每次由太陽能發電系統或風力發電 系統產生的電力都必須經過該電池，接著由電池進行輸 出，電池的使用壽命容易因為多次且大量重複充放電而 快速損減，電池若需常常進行置換，皆不符合成本或環 100117921 表單編號 A0101 第 3 頁/共 18 頁 1002030184-0 201249062 保考量。 [0005] 請參閱中華民國專利公告第M399538號之「風光電 複合不斷電系統」，其揭露了一種不斷電系統，該不斷 電系統是將多種再生能源所產生的複數個電能，經一燃 料電池電解循環器轉換成一直流輸出電能後，再送至一 直交流轉換器以將直流輸出電能轉換成一交流電源，並 供給複數個交流負載使用。複數個交流負載平時由多種 再生能源提供電能，並且當多種再生能源輸出電力不足 時，則由市電提供電力，以得節能效果並維持穩定的供 電。雖然該案藉由燃料電池電解循環器解決一般電池之 壽命問題，並提供穩定輸出，但將電能轉換為化學能儲 存後，再將化學能轉回電能輸出，兩階段的轉換造成了 不必要的能量浪費，因而使得發電效率不佳。 [0006] 另外，不論是習知技術或者是上述不斷電系統，皆 於產生電能後先利用電池或燃料電池電解循環器進行化 學儲能後，再進行電力輸出，一旦電池毀損或電池無法 充放電，整套系統便視同癱瘓而無法繼續運作，實有改 進之必要。 【發明内容】 [0007] 本發明之主要目的，在於解決藉由電池儲能及放電 之化學能轉換而造成的能量損耗，而使得發電效率不佳 的問題，亦可解決電池儲能因多次充放電使用而有壽命 短的問題。 [0008] 本發明之另一目的，在於解決習知技術之電池因損 壞或無法充放電而造成系統癱瘓的問題。 100117921 表單編號 A0101 第 4 頁/共 18 頁 1002030184-0 201249062 [0009] Ο [0010] ο 為達上述目的，本發明提供一種電力整合及分配系 統，包含有一再生能源電力單元、一市電輸出單元、一 與該再生能源電力單元及該市電輸出單元連接的電力混 合模組、至少一與該電力混合模組連接的負載單元、一 與該電力混合模組連接的儲能模組，以及一與該電力混 合模組連接的電力管理模組，該電力混合模組接收該再 生能源電力單元及該市電輸出單元之電力後，將之整合 後進行輸出；該儲能模組接收並儲存該電力混合模組之 輸出電力；而該電力管理模組，其於一正常狀態時，控 制該再生能源電力單元與該市電輸出單元透過該電力混 合模組之輸出量，並控制該電力混合模組輸出至該負載 單元及該儲能模組之電力輸出量，並於一超載狀態時， 透過該電力混合模組提取該儲能模組之電力以加強供給 於負載單元之電力。 由上述說明可知，本發明藉由該電力混合模組以及 該電力管理模組之配合，而讓電力不經過該儲能模組而 直接輸出至負載單元，不僅可以減少因化學儲能轉換造 成的能量損耗的問題，亦避免習知技術之儲能模組因多 次充放電而有壽命耗損快速的問題。除此之外，於超載 狀態時，該電力管理模組更藉由該儲能模組提供額外電 力給該負載單元，解決超載應用時之電力需求問題。 [0011] [0012] 實施方式】 有關本發明之詳細說明及技術内容，現就配合圖式 說明如下： 請參閱「圖1」所示，係本發明一較佳實施例之電路 100117921 表單編號Α0101 第5頁/共18頁 1002030184-0 201249062 配置示意圖，如圖所示：本發明係為一種電力整合及分 配系統，包含有一再生能源電力單元1〇、一市電輸出單 兀20、一與該再生能源電力單元1〇及該市電輸出單元 連接的電力混合模組30、至少一與該電力混合模組3〇連 接的負載單元40、-與該電力混合模㈣連接的儲能模 組50，以及一與該電力混合模組3〇連接的電力管理模組 60 = [0013] 該電力混合模組30分別接收該再生能源電力單元丄〇 及该市電輸出單元20之電力後，將之整合後進行輸出； 該儲能模組50接收並儲存該電力混合模組3〇之輪出電力 ，該至少-負載單元40包含有一直流負載單元41及一交 流負載單元42 ;而該電力管理模組6〇於一正常狀態時， 分別控制該再生能源電力單元1()與該市電輸出單㈣透 過該電力混合模組30之輸出量，並控制該電力混合模組 30輸出至該負載單元4〇及該儲能模組5〇之電力輸出量， 並於一超載狀態時，透過該電力混合樸組3〇提取該儲能 模組50之電力以加強供給於負載單元4〇之電力，藉此提 供該負載單元40需要額外電力供給時使用。除此之外， 該電力管理模組60也與該負載單元4〇及該儲能模組5〇連 接，以得知該負載單元4G之負載狀況，以及該儲能模組 50之儲能狀況。需說明的是，該電力管理模組6〇與該負 載單元40及該儲能模組50之連接並非供給或取得電力X， 而僅是訊號之傳輸，因而於「圖^卜是以虛線表達訊 號之傳輸，而實線表示有實際電力供給傳輸之連接路線 。而該電力管理模組60具有一燃料成本管控單元η，根 100117921 表單編號A0101 第6頁/共18頁 1002030184-0 201249062 據計算該再生能源電力單元10及該市電輸出單元20之電 力成本，而以較低電力成本之輸出方式選擇該再生能源 電力單元10及該市電輸出單元20之電力輸出量。 [0014] 再者，於本實施例中，更具有一與該電力混合模組 30連接的緊急發電單元70，舉例來說，該緊急發電單元 70係為燃料（如汽油、柴油）發電機，其係於一緊急狀 態時，意指在再生能源電力單元10以及該市電輸出單元 20皆失效時，提供緊急電力予該電力混合模組30並輸送 0 至該直流負載單元41以及該交流負載單元42。另一方面 ，於緊急狀態時，也可透過該電力混合模組30提取該儲 能模組50之電力以供給該負載單元40。因而可藉由該緊 急發電單元70以及該儲能模組50之供電，達到雙重保險 之功用，避免負載單元40之斷電危機，因而可應用於區 域複合緊急發電備載系統，如醫院、學校、大樓或大型 公司等複合式並聯供電。 [0015] 請參閱「圖2」所示，該再生能源電力單元10之發電 〇 方式係選自於由風力發電、太陽能發電、潮汐發電及水 力發電所組成之群組，而於本實施例中，該再生能源電 力單元10係以風電力輸出單元11及太陽能電力輸出單元 12表示之，需說明的是，該風電力輸出單元11係輸出一 交流電力81，該太陽能電力輸出單元12則輸出一直流電 力82，而該市電輸出單元20則輸出交流電力81。該電力 混合模組3 0具有一直流緩衝單元31以及一交流中繼單元 32，而該電力管理模組60控制該太陽能電力輸出單元12 直接藉由該電力混合模組30中之直流緩衝單元31輸出予 100117921 表單編號A0101 第7頁/共18頁 1002030184-0 201249062 該直流負載單元41以及該儲能模組50。因為該太陽能電 力輸出單元12、該直流負載單元41及該儲能模組50皆以 直流電方式進行輸出或輸入，因此可直接進行直流能量 之間的交換.，以避免直交流轉換造成的能量耗損問題。 而另一方面，該市電輸出單元20、該風電力輸出單元11 及該交流負載單元42皆以交流電方式進行能量傳遞，因 此，該電力管理模組60控制該市電輸出單元20以及該風 電力輸出單元11輸出之交流電力81，藉由該電力混合模 組30之交流中繼單元32輸出予該交流負載單元42。藉由 上述方式，可避免電力經過轉介而有損耗的問題。而該 燃料成本管控單元61亦可於計算電力輸出成本後，控制 該風電力輸出單元11、該太陽能電力輸出單元12以及該 市電輸出單元20之電力輸出量而達到控管電力成本的目 的。 [0016] 另請一併參閱「圖3」所示，其係為本發明第三實施 例之電路結構示意圖，需先說明的是，另外，該緊急發 電單元7 0可為一交流輸出的汽柴油發電模組71或為一直 流輸出的燃料電池72，除了於緊急狀態時提供電力以外 ，該緊急發電單元70亦可於超載狀態時，藉由交流輸出 的該汽柴油發電模組71以及直流輸出的該燃料電池72， 提供該交流負載單元42以及該直流負載單元41額外的電 力。而該燃料成本管控單元61亦會進行成本估算，以決 定於超載狀態時，由該汽柴油發電模組71、該燃咐電池 72以及該儲能模組50之電力輸出量大小。該電力混合模 組30具有一與該市電輸出單元20連接的交直流轉換單元 100117921 表單編號A0101 第8頁/共18頁 1002030184-0 201249062 33、一整合單元34以及一與該整合單元34及該交流負載 0 [0017] 單元42連接的直交流轉換單元35，該太陽能電力輸出單 元12、該燃料電池72透過該整合單元34與該直流負載單 元41連接，其所輸入之直流電力82輸入至該整合單元34 進行電壓調配，而於交流部分，該市電輸出單元20、該 風電力輸出單元11及該汽柴油發電模組71係透過該交直 流轉換單元33將交流電力81轉換為直流，並經過該整合 單元34進行電壓調配，而後，該整合單元34内之電力則 可直接輸出至該直流負載單元41以及該儲能模組50，或 者透過該直交流轉換單元35轉換為交流後，輸出至該交 流負載單元42。同樣地，該燃料成本管控單元61亦可於 計算電力輸出成本後，控制該風電力輸出單元11、該太 陽能電力輸出單元12、該市電輸出單元20、該汽柴油發 電模組71以及該燃料電池72之電力輸出量而達到控管電 力成本的目的。 需特別說明的是，相較於習知技術串聯式的電池或 〇 燃料電池電解循環器，本發明利用系統並聯的方式架設 該儲能模組50，讓系統在有額外電力時進行充電，並於 負載單元40需要更多電力時進行輔助供電，最重要的是 ，即使該儲能模組50毁損或無法進行充電，本發明仍可 藉由該再生能源電力單元10或市電輸出單元20透過該電 力混合模組30直接進行電力輸出，再者，於進行儲能模 組50之維修或更換時，仍可藉由該電力混合模組30持續 供給負載單元40進行電力輸出，適合高電力依賴性之單 位（如醫院、工廠、大樓等）。 100117921 表單編號A0101 第9頁/共18頁 1002030184-0 201249062 [0018] 综上所述，由於本發明具有下列特點： [0019] [0020] [0021] [0022] [0023] [0024] [0025] 一、藉由該電力混合模組30以及該電力管理模組60 之配合’而讓電力不經過該儲能模組50而直接輸出至負 載單元40 ’減少因化學儲能轉換造成的能量損耗問題。 二 '避免習知技術之儲能模組50因多次充放電而有 壽命耗損快速的問題* 三、 於超載狀態時，該電力管理模組6〇更藉由該儲 能模組5 0以及該緊急發電單元7 0提供額外電力給該負載 單元40，解決超載應用時之電力需求問題。 Ο 四、 利用該電力官理模組60之電力管理機制選擇該 再生能源電力單元10及市電輸出單元2〇之輸出電力多募 ，藉此調整電力輸出，並取得一較佳之能源管理模式。 五、 於緊急狀態時，利用該緊急發電單元7〇以及該 儲能模組50之雙重保險方式避免負載單元4〇有斷電之危 機，而可使用於如醫院、大型企業等高電力依賴單位。 六、 本發明之儲能模組50係以類似並聯的方式設置 〇 於系統中’因而具有輔助供電的效果，不會因為儲能模 組5 0之損毁而導致系統癱瘓的問題。 因此本發明極具進步性及符合申請發明專利之要件 ，爰依法提出申請，祈鈞局早日賜准專利，實感德便。 以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅 爲本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施 之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾 100117921 表單編號A0101 第10頁/共18頁 1002030184-0 [0026] 201249062 等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍内。 【圖式簡單說明】 [0027] 圖1，係本發明第一實施例之電路結構示意圖。 [0028] 圖2，係本發明第二實施例之電路結構示意圖。 [0029] 圖3，係本發明第三實施例之電路結構示意圖。 【主要元件符號說明】 [0030] 1 0 :再生能源電力單元 [0031] 11 :風電力輸出單元 [0032] 12 :太陽能電力輸出單元 [0033] 20 :市電輸出單元 [0034] 30:電力混合模組 [0035] 31 :直流緩衝單元 [0036] 32:交流中繼單元 [0037] 33 :交直流轉換單元 [0038] 34:整合單元 [0039] 35 :直交流轉換單元 [0040] 40 :負載單元 [0041] 41:直流負載單元 [0042] 42 :交流負載單元 [0043] 50 :儲能模組 100117921 表單編號A0101 第11頁/共18頁 1002030184-0 201249062 [0044] 60 :電力管理模組 [0045] 61 :燃料成本管控單元 [0046] 70 :緊急發電單元 [0047] 71 :汽柴油發電模組 [0048] 72 :燃料電池 [0049] 81 :交流電力 [0050] 82 :直流電力 1002030184-0 100117921 表單編號A0101 第12頁/共18頁

Claims (1)

1. 201249062 七、申請專利範圍： 1 . 一種電力整合及分配系統，其包含有： 一再生能源電力單元； 一市電輸出單元； 一電力混合模組，其與該再生能源電力單元及該市電輸出 單元連接，並接收該再生能源電力單元及該市電輸出單元 之電力後，將之整合後進行輸出； 至少一與該電力混合模組連接的負載單元；

   一與該電力混合模組連接的儲能模組，其接收並儲存該電 力混合模組之輸出電力；及 一與該電力混合模組連接的電力管理模組，該電力管理模 組更與該負載單元及該儲能模組連接，以得知該負載單元 之負載狀況以及該儲能模組之儲能狀況，於一正常狀態時 ，該電力管理模組控制該再生能源電力單元與該市電輸出 單元透過該電力混合模組之各別輸出量，並控制該電力混 合模組輸出至該負載單元及該儲能模組之電力輸出量，並 於一超載狀態時，透過該電力混合模組提取該儲能模組之 電力以加強供給於負載單元之電力。 2 .如申請專利範圍第1項所述之電力整合及分配系統，其中 該至少一負載單元包含有一直流負載單元及一交流負載單 元。 3 .如申請專利範圍第2項所述之電力整合及分配系統，其中 該電力混合模組具有一直流緩衝單元，該電力管理模組控 制直流輸出的該再生能源電力單元直接藉由該直流緩衝單 元輸出予該直流負載單元以及該儲能模組。 100117921 表單編號A0101 第13頁/共18頁 1002030184-0 201249062 4 .如申請專利範圍第2項所述之電力整合及分配系統，其中 該電力混合模組具有一交流中繼單元，該電力管理模組控 制該市電輸出單元以及交流輸出的該再生能源電力單元直 接藉由該交流中繼單元輸出予該交流負載單元。 5 .如申請專利範圍第2項所述之電力整合及分配系統，其中 該電力混合模組具有一與該市電輸出單元連接的交直流轉 換單元、一整合單元以及一與該整合單元及該交流負載單 元連接的直交流轉換單元，該整合單元與該交直流轉換單 元、該再生能源電力單元及該直流負載單元連接，該整合 單元對輸入電力進行電壓調配後分別輸出至該直流負載單 元，以及透過該直交流轉換單元輸出至該交流負載單元。 6 .如申請專利範圍第1項所述之電力整合及分配系統，其中 該再生能源電力單元之發電方式係選自於由風力發電、太 陽能發電、潮汐發電及水力發電所組成之群組。 7 .如申請專利範圍第1項所述之電力整合及分配系統，其中 更具有一與該電力混合模組連接的緊急發電單元。 8 .如申請專利範圍第7項所述之電力整合及分配系統，其中 該緊急發電單元係為選自於由燃料電池、汽柴油發電模組 、燃料發電單元所組成之群組。 9 .如申請專利範圍第1項所述之電力整合及分配系統，其中 該電力管理模組更於一緊急狀態時，透過該電力混合模組 提取該儲能模組之電力以供給該負載單元。 10 .如申請專利範圍第1項所述之電力整合及分配系統，其中 該電力管理模組具有一燃料成本管控單元，根據計算該再 生能源電力單元及該市電輸出單元之電力成本，而以較低 電力成本之輸出方式選擇該再生能源電力單元及該市電輸 100117921 表單編號A0101 第14頁/共18頁 1002030184-0 201249062 出單元之電力輸出量。

   100117921 表單編號A0101 第15頁/共18頁 1002030184-0