TW202315260A - 三相不平衡區域電網之併聯策略 - Google Patents

三相不平衡區域電網之併聯策略 Download PDF

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TW202315260A TW110135947A TW110135947A TW202315260A TW 202315260 A TW202315260 A TW 202315260A TW 110135947 A TW110135947 A TW 110135947A TW 110135947 A TW110135947 A TW 110135947A TW 202315260 A TW202315260 A TW 202315260A
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Abstract

一種三相不平衡區域電網之併聯策略包含有下列步驟：擷取區域電網端之電壓均方根值與分散式電源之輸出實功率值；計算區域電網端之三相不平衡率；比對三相不平衡率與第一設定值；當三相不平衡率大於或等於第一設定值時，執行一計算程序；根據計算程序之結果輸出第一補償命令至三相個別功率調控器，以調控三相個別功率調控器之輸出實功率值；當三相不平衡率小於第一設定值時，擷取區域電網端之電壓均方根值與市電端之電壓均方根值；計算區域電網端與該市電端之三相個別電壓差值；及於確認三相個別電壓差值的絕對值小於第二設定值時，送出一併聯命令以使區域電網端與市電端完成併聯。

Description

三相不平衡區域電網之併聯策略
本發明是有關於一種區域電網併聯策略，特別是關於一種三相不平衡區域電網之併聯策略。
隨著近年來生態保育以及健康生活的觀念漸成顯學，核能機組正陸續除役且火力發電的佔比亦日漸降低。為彌補因此而生的電力供應缺口，再生能源目前正大規模併入區域電網發電。
然而，再生能源的發電不穩定性以及負載用電特性(例如，用電時間、負載類型等)，將導致區域電網供電三相不平衡。若區域電網內部因三相不平衡，或併聯時與市電壓差過大，於併聯瞬間將產生過大電流，此大電流有可能使設備損壞，甚至可能造成區域電網無法運轉或崩潰，而影響負載用電，並降低再生能源利用率與供電品質。
在目前習知技術中，有提出改善裝置輸出端之三相不平衡率的相關技術，但非改善區域電網併聯之三相不平衡率。
因此，如何能提供一種『三相不平衡區域電網之併聯策略』，成為業界所待解決之課題。
本發明實施例提供一種三相不平衡區域電網之併聯策略包含有下列步驟：擷取區域電網端之電壓均方根值與分散式電源之輸出實功率值；根據電壓均方根值計算區域電網端之三相不平衡率；比對三相不平衡率與第一設定值；當三相不平衡率大於或等於第一設定值時，執行一計算程序；根據計算程序之結果輸出第一補償命令至三相個別功率調控器，以調控分散式電源之輸出實功率值；當三相不平衡率小於第一設定值時，擷取區域電網端之電壓均方根值與市電端之電壓均方根值；根據區域電網端之電壓均方根值與市電端之電壓均方根值，以計算區域電網端與市電端之三相個別電壓差值；及於確認三相個別電壓差值的絕對值小於第二設定值時，送出一併聯命令以使區域電網端與市電端完成併聯。
在一些實施例中，其中當三相個別電壓差值的絕對值大於或等於第二設定值時，還包含有下列步驟: 計算分散式電源之實際輸出虛功率值；及根據實際輸出虛功率值輸出第二補償命令至三相個別功率調控器，以調控三相個別功率調控器之輸出虛功率值。
在一些實施例中，該計算程序包含計算分散式電源之三相平均實功率值(
Figure 02_image004
)，及各相實功率值與三相平均實功率值(
Figure 02_image004
)之差值。
在一些實施例中，三相平均實功率值(
Figure 02_image004
)由下列式子進行計算：
Figure 02_image006
，
Figure 02_image008
為該分散式電源之各相實功率值。
在一些實施例中，第一設定值為1%~5%之間。
在一些實施例中，第二設定值為1V~5V之間。
在一些實施例中，三相不平衡率(
Figure 02_image010
)由下列式子進行計算:
Figure 02_image012
，
Figure 02_image014
,
Figure 02_image016
,
Figure 02_image018
為區域電網端的三相個別電壓值，
Figure 02_image020
為區域電網端的三相電壓平均值。
為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此限制本發明的保護範圍。
為了清楚與方便圖式說明之故，圖式中的各部件在尺寸與比例上可能會被擴大或縮小地呈現。在以下描述及/或申請專利範圍中，當提及元件「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至該另一元件或可存在介入元件；而當提及元件「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，不存在介入元件，用於描述元件或層之間之關係之其他字詞應以相同方式解釋；「第一」、「第二」、「第三」等序數，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
請參照第1圖，為本發明實施例之區域電網併聯架構示意圖。如第1圖所示，區域電網併聯架構100包含有市電10、併聯開關12、控制平台20、三相個別功率調控器30、電源32、分散式電源40與負載50。
市電10電連接併聯開關12。併聯開關12分別電連接控制平台20、三相個別功率調控器30、分散式電源40與負載50。三相個別功率調控器30電連接電源32。控制平台20分別電連接三相個別功率調控器30與分散式電源40。
併聯開關12可以例如是靜態轉換開關(Static Transfer Switch，STS)。控制平台20電連接至節點12a，以取得區域電網端的電壓值或電流值。換句話說，節點12a代表區域電網端。控制平台20還電連接至節點12b，以取得市電端的電壓值或電流值。換句話說，節點12b代表市電端。另外，當併聯開關12為斷開狀態時，分散式電源40可視為孤島運轉狀態。
控制平台20可偵測併聯開關12的狀態訊號(例如，導通或斷開)，並輸出控制命令至併聯開關12，以控制併聯開關12導通或斷開。控制平台20還收集分散式電源40個別相輸出功率的相關數據。實際上，控制平台20可透過網路通訊方式收集分散式電源40個別相輸出功率的相關數據。控制平台20根據收集分散式電源40個別相輸出功率的相關數據，以輸出第一補償命令或第二補償命令至三相個別功率調控器30。實際上，控制平台20包含電腦系統，或由具有可執行軟體程式流程的資訊處理裝置所構成。
三相個別功率調控器30依據控制平台20輸出的第一補償命令或第二補償命令，調控三相個別功率調控器30輸出的實功率或虛功率。實際上，三相個別功率調控器30可由變流器(Inverter)所構成。電源32可由直流電源(例如，電池)所構成。
分散式電源40用以供應電力給負載50。實際上，分散式電源40可以是柴油發電機、燃料電池或再生能源發電設備等。負載50可為單一負載(例如，家庭用電戶或工廠用電戶)或複數個負載(彼此可為串聯或並聯)。
接下來，請參照第2A圖與第2B圖，為本發明實施例之三相不平衡區域電網之併聯策略流程圖。
如第2A圖所示，步驟S200，控制平台20偵測併聯開關12狀態資訊。步驟S210，控制平台20確認併聯開關12是否導通? 若併聯開關12為導通，則回到步驟S200持續偵測併聯開關12狀態資訊，直到併聯開關12為斷開時，則進入步驟S220。
步驟S220，控制平台20擷取區域電網端之電壓均方根值(Root Mean Square，RMS)與區域電網內的分散式電源40之輸出實功率值。所述的輸出實功率值包含各相輸出實功率值(
Figure 02_image008
)。
步驟S230，控制平台20根據電壓均方根值計算區域電網端之三相不平衡率(
Figure 02_image010
)。三相不平衡率(
Figure 02_image010
)可由下列式子進行計算：
Figure 02_image012
。
Figure 02_image014
,
Figure 02_image016
,
Figure 02_image018
為區域電網端的三相個別電壓值。
Figure 02_image020
為區域電網端的三相電壓平均值。
Figure 02_image022
表示為取最大值。
步驟S240，控制平台20比對三相不平衡率(
Figure 02_image010
)與第一設定值的關係，以確認三相不平衡率(
Figure 02_image010
)是否小於第一設定值。第一設定值可由使用者自行設定與調整。本實施例的第一設定值為1%~5%之間的數值。當三相不平衡率(
Figure 02_image010
)大於或等於第一設定值時，則進入步驟S250。
步驟S250，控制平台20執行一計算程序。所述的計算程序包含計算分散式電源40之三相平均實功率值(
Figure 02_image004
)，以及各相實功率值與三相平均實功率值之差值(
Figure 02_image024
)。三相平均實功率值(
Figure 02_image004
)可由下列式子進行計算：
Figure 02_image006
。
Figure 02_image008
為區域電網內的分散式電源40各相實功率值。差值(
Figure 02_image024
)可由下列式子進行計算：
Figure 02_image026
。i =R,S,T，代表分散式電源40的個別相。差值(
Figure 02_image024
)可為正值或負值。
步驟S260，控制平台20輸出第一補償命令(
Figure 02_image026
。i =R,S,T)至三相個別功率調控器30，以調控三相個別功率調控器30輸出的實功率值。藉此，改善區域電網端的三相不平衡率(
Figure 02_image010
)。
接著，回到步驟S220，控制平台20再次擷取區域電網端之電壓均方根值與區域電網內的分散式電源40之輸出實功率值，並於步驟S230再次計算三相不平衡率(
Figure 02_image010
)。於步驟S240再次確認三相不平衡率(
Figure 02_image010
)是否小於第一設定值。
當三相不平衡率(
Figure 02_image010
)小於第一設定值時，則進入步驟S290。如第2B圖所示，步驟S290，控制平台20擷取區域電網端之電壓均方根值與市電端之電壓均方根值。
步驟S300，根據區域電網端之電壓均方根值與市電端之電壓均方根值，以計算區域電網端與市電端之三相個別電壓差值(
Figure 02_image028
)。i =R,S,T。
接著，步驟S310，控制平台20比對三相個別電壓差值(
Figure 02_image028
)的絕對值與第二設定值的關係，以確認三相個別電壓差值(
Figure 02_image028
)的絕對值是否小於第二設定值。於確認三相個別電壓差(
Figure 02_image028
)的絕對值小於第二設定值時，則進入步驟S320。
值得說明的是，計算三相個別電壓差值(
Figure 02_image028
)時，可能為正值或負值，故在步驟S310中，三相個別電壓差值(
Figure 02_image028
)需要取絕對值，以進行數值比對程序。同樣的，第二設定值可由使用者自行設定與調整。第二設定值為1V~5V之間的數值。
步驟S320，控制平台20送出一併聯命令至併聯開關12，以導通併聯開關12，並使區域電網端與市電端完成併聯。
於確認三相個別電壓差值(
Figure 02_image028
)的絕對值大於或等於第二設定值時，則進入步驟S270。在步驟S270中，控制平台20計算分散式電源40之一實際輸出虛功率值(
Figure 02_image030
)。實際輸出虛功率值(
Figure 02_image030
)可由下列式子進行計算：
Figure 02_image032
。
Figure 02_image034
為估算虛功率值。
Figure 02_image036
為前一次輸出之虛功率值。估算虛功率值(
Figure 02_image034
)可由下列式子進行計算：
Figure 02_image038
。
Figure 02_image040
為變數，可由使用者自行設定與調整。
在控制平台20取得實際輸出虛功率值(
Figure 02_image030
)後，進入步驟S280，控制平台20輸出第二補償命令至三相個別功率調控器30，以調控三相個別功率調控器30之輸出虛功率值。藉此，降低區域電網端與市電端的電壓差。
接著，進入步驟S290，控制平台20再次擷取區域電網端之電壓均方根值與市電端之電壓均方根值。於步驟S300，控制平台20再次計算區域電網端與市電端之三相個別電壓差值(
Figure 02_image028
)。於步驟S310，控制平台20再次比對三相個別電壓差值(
Figure 02_image028
)的絕對值與第二設定值。於確認三相個別電壓差值(
Figure 02_image028
)的絕對值小於第二設定值時，則進入步驟S320。
綜上所述，本發明之三相不平衡區域電網之併聯策略，可有效降低區域電網於孤島運轉時之三相不平衡率至使用者設定的門檻值，並進一步降低區域電網端與市電端之電壓差，最後再將區域電網與市電併聯。
根據本發明實施例之三相不平衡區域電網之併聯策略，可改善區域電網與市電併聯時的瞬間電流，使區域電網能穩定運轉，增加再生能源的使用時間，進而提高再生能源的利用率與供電品質。
根據本發明實施例之控制平台與三相個別功率調控器可分別調整三相個別功率調控器輸出的實功率與虛功率，藉此有效降低分散式電源的三相不平衡率。
根據本發明實施例之控制平台可根據由使用者自行設定三相不平衡率的門檻值，使併聯架構可符合各種使用需求、環境與條件，具有靈活度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。
10:市電 12:併聯開關 12a,12b:節點 20:控制平台 30:三相個別功率調控器 32:電源 40:分散式電源 50:負載 S200,S210,S220,S230,S240,S250,S260,S270,S280,S290,S300,S310,S320:步驟
第1圖為本發明實施例之區域電網併聯架構示意圖。 第2A圖與第2B圖為本發明實施例之三相不平衡區域電網之併聯策略流程圖。
S200,S210,S220,S230,S240,S250,S260,S270,S280,S290,S300,S310,S320:步驟

Claims (7)

  1. 一種三相不平衡區域電網之併聯策略，包含下列步驟: 擷取一區域電網端之電壓均方根值與一分散式電源之一輸出實功率值； 根據該電壓均方根值計算該區域電網端之一三相不平衡率； 比對該三相不平衡率與一第一設定值； 當該三相不平衡率大於或等於該第一設定值時，執行一計算程序； 根據該計算程序之結果輸出一第一補償命令至一三相個別功率調控器，以調控該三相個別功率調控器之輸出實功率值； 當該三相不平衡率小於該第一設定值時，擷取該區域電網端之該電壓均方根值與一市電端之電壓均方根值； 根據該區域電網端之該電壓均方根值與該市電端之該電壓均方根值，以計算該區域電網端與該市電端之一三相個別電壓差值；及 於確認該三相個別電壓差值的絕對值小於一第二設定值時，送出一併聯命令以使該區域電網端與該市電端完成併聯。
  2. 如請求項1所述之三相不平衡區域電網之併聯策略，其中當該三相個別電壓差值的絕對值大於或等於該第二設定值時，還包含有下列步驟: 計算該分散式電源之一實際輸出虛功率值；及 根據該實際輸出虛功率值輸出一第二補償命令至該三相個別功率調控器，以調控該三相個別功率調控器之輸出虛功率值。
  3. 如請求項1所述之三相不平衡區域電網之併聯策略，其中該計算程序包含計算該分散式電源之一三相平均實功率值(
    Figure 03_image004
    )，及各相實功率值與該三相平均實功率值(
    Figure 03_image004
    )之差值。
  4. 如請求項3所述之三相不平衡區域電網之併聯策略，其中該三相平均實功率值(
    Figure 03_image004
    )由下列式子進行計算：
    Figure 03_image006
    ，
    Figure 03_image008
    為該分散式電源之各相實功率值。
  5. 如請求項1所述之三相不平衡區域電網之併聯策略，其中該第一設定值為1%~5%之間。
  6. 如請求項1所述之三相不平衡區域電網之併聯策略，其中該第二設定值為1V~5V之間。
  7. 如請求項1所述之三相不平衡區域電網之併聯策略，其中該三相不平衡率(
    Figure 03_image010
    )由下列式子進行計算:
    Figure 03_image012
    ，
    Figure 03_image014
    ,
    Figure 03_image016
    ,
    Figure 03_image018
    為該區域電網端的三相個別電壓值，
    Figure 03_image020
    為該區域電網端的三相電壓平均值。
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