TW201635664A - 微電網與市電系統的同步裝置 - Google Patents

Abstract

一種微電網與市電系統的同步裝置，其包含一單向或雙向的功率調控單元及一隔離變壓器。該單向或雙向的功率調控單元，在該微電網與該市電系統恢復連接之前，比對該市電系統的第一電壓參數及一微電網的第二電壓參數。若該第二電壓參數與該第一電壓參數不同步，該單向或雙向的功率調控單元透過該隔離變壓器產生一迴路，以便從該市電系統引入一市電功率。藉由從該市電系統引入之足夠功率，調整該微電網的第二電壓參數，使之與該市電系統的第一電壓參數同步。

Description

微電網與市電系統的同步裝置

本發明係關於一種微電網與市電系統的同步裝置，特別是關於一種藉由架設迴路以引入功率之微電網與市電系統的同步裝置。

分散式發電透過反流器介面來控制功率的輸出，可分為電流控制與電壓控制。其中，電流控制型之架構，可視反流器為一個交流電流源，並藉由控制反流器輸出電流相位與振幅，以達到控制輸出功率之目的。同樣地，若反流器操作為一電壓源時，需控制電壓之振幅與相位達到調整輸出功率之目的。而各分散式發電單元於微電網供電時，需要完成適當的負載分配，方可維持電力供應之穩定，其中電壓控制型之分散式發電可使用下降控制法(Droop Control Method)來完成各個分散式發電單元之間的負載分配。使用下降控制法，各個分散式發電之間無須通訊聯結，可以節省成本以及增加分散式發電安裝可能性。

然而，當電壓控制型之分散式發電系統欲與市電網並聯時，需要使反流器輸出電壓，與市電網電壓同步後，方可併網運轉。同理，微電網於孤島運轉時，欲與市電網並聯，也需要進行同步後方可併網運轉。一般而言，微電網欲進行併網時，需要由中央操作員下達命令，協調微電網發電機組，調整微電網頻率相位，當中央操作員確認微電網頻率相位與市電網同步後，再將連接於微電網與市電網之間的開關閉合，完成併網。

就現有技術而言，在眾多分散式發電單元中，擇一成為調控單元(Dispatch Unit)。當微電網欲與市電網進行併網時，調控單元會調整輸出功率以試圖改變微電網之頻率與相位，待微電網之頻率與相位與市電相同時，靜態轉換開關(Static Transfer Switch，STS)閉合進而完成併網。值得 注意的是，欲改變微電網之頻率相位需要調整相當大量的實功率，倘若調控單元其調配的實功率不足以使得微電網之頻率相位與市電相同，則無法進行併網動作。

故，有必要提供一種能供應足夠實功率以進行調控之微電網與市電系統的同步裝置，以解決先前技術所存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種微電網與市電系統的同步裝置，其係利用從市電系統與微電網之間，架設一迴路引入功率，以便在同步裝置中的調控單元自身提供的實功率不足時，能補足併網所需的其餘功率，進而提升微電網與市電系統併網時的可靠度。

為達上述之目的，本發明提供一種微電網與市電系統的同步裝置，其包含：一單向整流器、一開關、一隔離變壓器及一調控單元。其中，該隔離變壓器分別電性連接該單向整流器及一市電系統，該調控單元，位於一微電網中，電性連接該單向整流器，在該微電網與該市電系統恢復連結之前，該調控單元透過該開關偵測該市電系統的供電電壓之一第一頻率及一第一相位，並偵測該微電網的供電電壓之一第二頻率及一第二相位，比對該第二頻率與該第一頻率，並比對該第二相位及該第一相位。其中若該第二頻率小於該第一頻率，則該調控單元透過該單向整流器及該隔離變壓器產生一迴路，以便從該市電系統經由該迴路引入一市電功率，使該調控單元自身具有足夠的功率，進而使該第二頻率與該第一頻率同步，並且該調控單元會控制該第二相位使之與該第一相位同步。

在本發明之一實施例中，其中該開關電性連接於該市電系統及該微電網之間，在該第二頻率與該第一頻率已完成同步，且該第二相位與該第一相位已完成同步後，該調控單元控制該開關形成導通。

在本發明之一實施例中，該微電網與市電的同步裝置更包括一共用耦合點，該共用耦合點在該微電網之中，分別電性連 接至該調控單元及該開關。

在本發明之一實施例中，該市電系統包括一交流電壓供應源及一降壓變壓器，該微電網更包括至少一個分散式發電單元及至少一個本地負載。

為達上述之目的，本發明提供一種微電網與市電系統的同步裝置，其包含：一開關、一隔離變壓器及一雙向功率調控單元。其中，該隔離變壓器，電性連接一市電系統，該雙向功率調控單元，分別電性連接該隔離變壓器及一微電網，在該微電網與該市電系統恢復連結之前，該雙向功率調控單元偵測該市電系統的供電電壓之一第一頻率及一第一相位，並偵測該微電網的供電電壓之一第二頻率及一第二相位，比對該第二頻率與該第一頻率，並比對該第二相位及該第一相位。其中若該第二頻率與該第一頻率不同步，則該雙向功率調控單元經由該隔離變壓器產生一迴路，以便從該市電系統經由該迴路引入一市電功率，使該雙向功率調控單元自身具有足夠的功率，進而使該第二頻率與該第一頻率同步，並且該調控單元會控制該第二相位使之與該第一相位同步。

在本發明之一實施例中，其中該開關電性連接於該市電系統及該微電網之間，在該第二頻率與該第一頻率已完成同步，且該第二相位與該第一相位已完成同步後，該雙向功率調控單元控制該開關形成導通。

在本發明之一實施例中，該微電網與市電的同步裝置更包括一共用耦合點，該共用耦合點分別電性連接至該微電網、該雙向功率調控單元及該開關。

在本發明之一實施例中，該市電系統包括一交流電壓供應源及一降壓變壓器，該微電網包括至少一個分散式發電單元及至少一個本地負載。

如上所述，本發明所提供微電網與市電系統的同步裝置，其係利用從市電系統與微電網之間，架設一迴路引入市電系統之功率，以便在同步裝置中的調控單元自身實功率不足時，所引入之功率能穩定地 提供能量，進而提升微電網與市電系統併網時的可靠度及穩定度。然而，本發明所提出同步裝置中的調控單元，更有單向及雙向功率調控單元兩種。單向功率調控單元實則為一單向整流器，可以僅利用數個二極體來完成，因其價格低廉，能夠大幅節省同步裝置的構件成本。再者，雙向功率調控單元，可以僅利用一個背對背轉換器來完成，電路架構簡單，且可進行微電網與市電系統之間的雙向功率調控，當微電網頻率高於市電頻率時可以向市電輸出功率使得微電網頻率降低，反之當微電網頻率低於市電時可以從市電引入功率使得微電網頻率升高。故，微電網與市電系統的同步裝置，具有單向或雙向的功率調控功能，根據不同需求，讓實際運用時能有更多彈性調整。

110‧‧‧微電網

112‧‧‧分散式發電單元

114‧‧‧分散式發電單元

116‧‧‧分散式發電單元

118‧‧‧本地負載

120‧‧‧本地負載

122‧‧‧調控單元

130‧‧‧共用耦合點

140‧‧‧市電系統

142‧‧‧交流電壓供應源

144‧‧‧降壓變壓器

150‧‧‧開關

160‧‧‧單向整流器

170‧‧‧隔離變壓器

180‧‧‧雙向功率調控單元

第1圖：本發明第一實施例之微電網與市電系統的同步裝置之示意圖。

第2圖：本發明第二實施例之微電網與市電系統的同步裝置之示意圖。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參照第1圖所示，本發明第一實施例之微電網與市電的同步裝置，其主要包含一調控單元(Dispatch Unit)122、一單向整流器160、一隔離變壓器(Isolation Transformer)170、一共用耦合點(Point of Common Coupling)130及一開關150，該開關150是可以獲知其兩端電壓相位資訊之元件，其中，該開關150可以是一靜態轉換開關(Static Transfer Switch，STS)。此微電網與市電的同步裝置適用於一微電網110與一市電系統140恢復連結之前，同步該微電網110與該市電系統140的頻率。該市電系統140包括一交流電壓供應源142及一降壓變壓器 144，該交流電壓供應源142為電力公司所提供的高壓交流電，而降壓變壓器144則是為了適應各地的電力負載，提供合適的電壓值，電力公司所選擇的降壓元件。而微電網110包括一調控單元122、至少一個分散式發電單元112、114、116及至少一個本地負載118、120。舉例來說，微電網110可以是一個科學園區，其中該分散式發電單元112~116可以是小型的水力、風力或太陽能等再生能源的發電單元，該而本地負載118、120可以是公司營運單位或製造工廠等消耗能量的負載，該分散式發電單元112、114、116所產出的電力，即可對本地負載118、120進行供電。本發明將於下文利用第1圖逐一詳細說明第一實施例中，微電網與市電的同步裝置之上述各構件連接關係及運作方式。

本發明第一實施例之微電網與市電的同步裝置，其中，該單向整流器160的設置目的是用以讓電流順著預設方向流動，其功能可以用一個或數個二極體來完成。該隔離變壓器170分別電性連接該單向整流器160及該市電系統140，該隔離變壓器之配置係為了隔離該單向整流器160及該市電系統140，避免電流短路。該共用耦合點130在該微電網110之中，分別電性連接至該調控單元122及該開關150。其中，連接至同一節點(即該共用耦合點130)的該分散式發電單元112、114、116及本地負載118、120，所使用的電力能源之電壓均具有相同的頻率、相位及振幅。分散式發電單元112、114、116可藉由逆變器(Inverter)介面與共用耦合點130連結。該開關150，電性連接於該市電系統140及該微電網110之間，在該第二頻率與該第一頻率已完成同步，且該第二相位與該第一相位已完成同步後，該調控單元122控制該開關150形成導通。

請再參照第1圖所示，本發明第一實施例之微電網與市電的同步裝置的調控單元122，位於一微電網110中，電性連接該單向整流器160，在該微電網110與該市電系統140恢復連結之前，該調控單元122透過該開關150偵測該市電系統140的供電電壓 之一第一頻率及一第一相位，並偵測該微電網110的供電電壓之一第二頻率及一第二相位，比對該第二頻率與該第一頻率，並比對該第二相位及該第一相位。其中，若該第二頻率小於該第一頻率，則該調控單元122透過該單向整流器160及該隔離變壓器170產生一迴路，以便從該市電系統140經由該迴路引入一市電功率，使該調控單元122自身具有足夠的功率，進而使該第二頻率與該第一頻率同步，並且該調控單元122會控制該第二相位，進而使該第二相位與該第一相位同步。

此外，該微電網110與該市電系統140的電壓振幅也必須同步，方能增加併網時的穩定度。故，本發明第一實施例，亦可利用該調控單元122在該微電網110與該市電系統140恢復連結之前，比對該微電網110當時的電壓振幅及該市電系統140當時的電壓振幅，倘若兩者不同步，該調控單元122同樣地透過該迴路引入功率，進而使兩者的電壓振幅同步。

然而，在本發明其它實施例中，調控單元122本身亦可以是一分散式發電單元，亦可如同該分散式發電單元112、114及116，係小型的水力、風力或太陽能等再生能源的發電單元。

請參照第2圖所示，本發明第二實施例之微電網與市電的同步裝置，其包括：一雙向功率調節單元180、該隔離變壓器170、該共用耦合點130及該開關150，其中，該開關150可以是一靜態轉換開關。該共用耦合點130分別電性連接至該微電網110、該雙向功率調控單元180及該開關150。第二實施例與第一實施例的主要差異在於：第一實施例僅能提供單向的調控。在第一實施例中，僅適用於當該微電網110的該第二頻率小於該市電系統140的該第一頻率時，但第二實施例不但可以應用在該第二頻率小於該第一頻率的情況，且亦可適用於該第二頻率大於該第一頻率的情形。此外，第二實施例中的雙向功率調控單元180，可以是一背對背轉換器(Back-to-Back Converter)，其可取代第一實施例中該調控單元122及該單向整流器160，且更能執行雙向調控功能。

在第二實施例中，該雙向功率調控單元180電性連接該隔離變壓器170及該微電網110，在該微電網110與該市電系統140恢復連結之前，該雙向功率調控單元180偵測該市電系統140的供電電壓之一第一頻率及一第一相位，並偵測該微電網110的供電電壓之一第二頻率及一第二相位，比對該第二頻率與該第一頻率，並比對該第二相位及該第一相位。其中若該第二頻率與該第一頻率不同步，則該雙向功率調控單元180經由該隔離變壓器170產生一迴路，以便從該市電系統140經由該迴路引入一市電功率，使該雙向功率調控單元180自身具有足夠的功率，進而使該第二頻率與該第一頻率同步，並且該調控單元122會控制該第二相位，進而使該第二相位與該第一相位同步。

同理，本發明第二實施例，亦可利用該雙向功率調控單元180在該市電系統140與該微電網110恢復連接之前，比對該微電網110當時的電壓振幅及該市電系統140當時的電壓振幅，倘若兩者不同步，該雙向功率調控單元180同樣地透過該迴路引入功率，進而使兩者的電壓振幅同步。

該開關150，透過共同耦合點130，電性連接於該市電系統及該微電網之間，當該微電網110頻率、相位及振幅與該市電系統140已完成同步後，該雙向功率調控單元180控制該開關150形成導通。

如上所述，本發明所提供微電網與市電系統的同步裝置，其係利用從市電系統與微電網之間，架設一迴路引入市電系統之功率，以便在同步裝置中的調控單元自身實功率不足時，所引入之功率能穩定地提供能量，進而提升微電網與市電系統併網時的可靠度及穩定度。然而，本發明所提出同步裝置中的調控單元，更有單向及雙向功率調控單元兩種。單向功率調控單元實則為一單向整流器，可以僅利用一個二極體來完成，因其價格低廉，能夠大幅節省同步裝置的構件成本。再者，雙向功率調控單元，可以僅利用一個背對背轉換器來完成，電路架構簡單，且可進行微電網與市電系統之間的雙向功率調控，當雙向功率調控單元自身實功 率不足時，可以從市電系統引入功率，而當微電網的發電功率高，而使所能提供的電壓頻率大於市電系統的電壓頻率時，雙向功率調控單元則可以將多發之功率傳送至市電系統，例如：將微電網中所產生之電能，多於本地負載所需使用的部分，銷售予電力公司。故，微電網與市電系統的同步裝置，具有單向或雙向的功率調控功能，根據不同需求，讓實際運用時能有更多彈性調整。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧微電網

112‧‧‧分散式發電單元

114‧‧‧分散式發電單元

116‧‧‧分散式發電單元

118‧‧‧本地負載

120‧‧‧本地負載

122‧‧‧調控單元

130‧‧‧共用耦合點

140‧‧‧市電系統

142‧‧‧交流電壓供應源

144‧‧‧降壓變壓器

150‧‧‧開關

160‧‧‧單向整流器

170‧‧‧隔離變壓器

Claims (8)

1. 一種微電網與市電系統的同步裝置，其包含：一單向整流器；一開關；一隔離變壓器，分別電性連接該單向整流器及一市電系統；以及一調控單元，位於一微電網中，電性連接該單向整流器，在該微電網與該市電系統恢復連結之前，該調控單元透過該開關偵測該市電系統的供電電壓之一第一頻率及一第一相位，並偵測該微電網的供電電壓之一第二頻率及一第二相位，比對該第二頻率與該第一頻率，並比對該第二相位及該第一相位；其中若該第二頻率小於該第一頻率，則該調控單元透過該單向整流器及該隔離變壓器產生一迴路，以便從該市電系統經由該迴路引入一市電功率，使該調控單元自身具有足夠的功率，進而使該第二頻率與該第一頻率同步；其中若該第二相位與該第一相位不同步，該調控單元亦透過該迴路，引入該市電功率，使該調控單元自身具有足夠的功率，進而使該第二相位與該第一相位同步。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微電網與市電的同步裝置，其中該開關電性連接於該市電系統及該微電網之間，在該第二頻率與該第一頻率已完成同步，且該第二相位與該第一相位已完成同步後，該調控單元控制該開關形成導通。
3. 如申請專利範圍第1項所述微電網與市電的同步裝置，更包 括一共用耦合點，該共用耦合點在該微電網之中，分別電性連接至該調控單元及該開關。
4. 如申請專利範圍第1項所述之微電網與市電的同步裝置，其中該市電系統包括一交流電壓供應源及一降壓變壓器，該微電網更包括至少一個分散式發電單元及至少一個本地負載。
5. 一種微電網與市電系統的同步裝置，其包含：一開關；一隔離變壓器，電性連接一市電系統；一雙向功率調控單元，分別電性連接該隔離變壓器及一微電網，在該微電網與該市電系統恢復連結之前，該雙向功率調控單元偵測該市電系統的供電電壓之一第一頻率及一第一相位，並偵測該微電網的供電電壓之一第二頻率及一第二相位，比對該第二頻率與該第一頻率，並比對該第二相位及該第一相位；其中若該第二頻率與該第一頻率不同步，則該雙向功率調控單元經由該隔離變壓器產生一迴路，以便從該市電系統經由該迴路引入一市電功率，使該雙向功率調控單元自身具有足夠的功率，進而使該第二頻率與該第一頻率同步；其中若該第二相位與該第一相位不同步，該雙向功率調控單元亦透過該迴路，引入該市電功率，使該雙向功率調控單元自身具有足夠的功率，進而使該第二相位與該第一相位同步。
6. 如申請專利範圍第5項所述之微電網與市電的同步裝置，其 中該開關電性連接於該市電系統及該微電網之間，在該第二頻率與該第一頻率已完成同步，且該第二相位與該第一相位已完成同步後，該雙向功率調控單元控制該開關形成導通。
7. 如申請專利範圍第5項所述微電網與市電的同步裝置，更包括一共用耦合點，該共用耦合點分別電性連接至該微電網、該雙向功率調控單元及該開關。
8. 如申請專利範圍第5項所述之微電網與市電的同步裝置，其中該市電系統包括一交流電壓供應源及一降壓變壓器，該微電網包括至少一個分散式發電單元及至少一個本地負載。