TW535340B - Independent operating method and device of passive discriminating distributed power generating system - Google Patents

Description

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 轉之型，她 處於單獨運轉狀態之被。 政府擬開放民眾自行裝設分散式發電系統（如 ·電系統、風力機、太陽能發電系統等），用 ^斤又之77放式發電系統除可供應本身所需之電力外， 斟1 =餘之包里回市電網路，111此可降低用電戶 勒糸5之依賴性，進而有效地解決日趨嚴重之電力不 敷使用問題。 雖然分散式儲能發電系統併入配電系統運轉已具存在 之誘因’然而-些技術上的問題尚需被廣泛研究，包括分 ί式儲能發電系統加入公用電力網路後，對配電系統的穩 疋度影響’與可能發生之單獨運轉供電現象等。請配合參 閱第八圖所不’其係為_般分散式發電系統與市電網路配 電站線路之連接不意圖··圖中交流市電係透過—配電站（ 5 ^ )、經分路斷路器（5 0 1 )分別提供予其所屬之各用 戶區域（51) (52)，隸屬該配電站（5〇)下之一 用戶區域（5 1 )則設有-分散式發電系統（5 1 1 )。 在此供電組態中可能發生之潛在問題即為用戶區域（5 1 ^於市電斷電時，若分散式發電系統（5 1 1 )並未即時 &头並切離發生異常之市電系統，此時將由分散式發電系 、尤持績供給該區域（5丄），並形成不受電力公司掌控之 電力孤島（Independent Power Island)。此現象尤其常發 生於分散式儲能發電系統的發電量總和與區域系統用電負 本紙張尺度適準（CNS)A4規格（210 X 297公釐

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載相接近的時刻，並可能造成下列負面之影響·· (1 )電力公司故障維修人員之安全危害。 ς / 2 )分散式發電系統單獨運轉現象期間，電壓、頻 率不穩定，造成用戶端用電設備之損害。 (3 )影響配電系統其他保護電驛動作程序。 (4)市電無法復供之問題。 /有鑑於此，目前台灣電力公司於營業細則之「汽電共 生:系統規定以及屋内外線設置規則」β，即明列相關系統 ，濩規定，該規範詳述分散式發電系統總容量在丽者， 传並接於220V單相三線式或22〇ν三 220V/380V三相四式之麵^ —線式及 祁四式之低Μ系統，總容量在1〇kw以上而未 滿刚kW，得並接22評三相三線式或22αν/讀三相四式 之低壓系統；總容量在100kw以上而未滿5〇晴，得並接 220V/38GV二相四線式之低壓系統。低壓受電用戶使用分 散式發電系統並接於電業之配電系統者，電源之責任分界 點，應裝設下列保護設備：（發電容量1〇kw (含）以下除 外）過電廢電驛（_)、低電麼電釋（UVR)、低頻電釋 (UFR)、高頻電驛（0FR)、電力系統為無逆送電力者須 加裝逆電力電驛（_、電力系統為有逆送電力必須加裝 主動及被防止獨運轉檢出電驛各一套。 、 由上述電力法規内容可知，欲自行裝設與市電並聯之 電源系統，其内至少需有二種防制單獨運轉事件發生之偵 測電驛，其主要功能在於市電無預警尹斷時，私設發電系 統可自行檢知並將其與市電網路解聯。 μ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂—β------線·

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居進一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 主叙刑、前習知之單獨運轉伯測法，約可分成 數傲化=動型兩種方法，被動型侧法係則貞測系統參 單獨運轉現象是否發生，相咖原理則如 私义化率偵測法、電壓相位跳動偵 法等。請參閱第九圖Η所示，係為 Ϊ電=Γ於分散式發電系_則狀態，當分散式 處於市電仍正常供電時，可得到輸出電源波形相 二°距（Τ1==Τ2) ’意即，此頻率變化率為0，但若 頻統處於市電跳脫之單獨運轉狀態時，其輸出波形 目χ於市電正常供給時輸出波形將已改變（Τ14Τ2) 言1=偵測。電驛可得到—頻率變化量，並藉此指標變化判 。貝务電系統單獨運轉現象是否發生。 ί被動型單獨運轉谓測法—電壓相位跳動僅測法 十圖Α、Β所示，當市電正常供電時，該分散 電糸統之輸出電壓波係適與市電電源波形相疊，即無 同V之ft /兄產生’但’當該市電電源跳脫停止供電時， 此:，亥刀政式發電系統所處之獨立供電區域將呈弱匯流排 狀態’輸出電壓波形前後週期將呈現相位領先或落後之現 因此運用4偵測法之保護電驛可藉此區別出單獨運轉 見象疋否舍生。然而上述兩種谓測法之主要缺點皆在於市 電即使處於正常運轉狀態，其電壓仍可能因用戶端使用之 ^載特1± (如大$使用非線性負載），或其他開關切換暫 悲而產生畸變，並誤致動保護電驛。 對於主動型谓測單獨運轉方法主要利用發電系統之輸 --------訂-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •線·

本，，’氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵Q χ 297公 智 員 費 印 535340 A7 五、發明說明（分） 先行加入一微量之小擾動，當 用電力網路足夠強健，^ & T U A 之，一曰市帝中斷德小棱動將不會造成任何影響；反 幅變化了：二=’則小擾動卻可引起頻率或電塵的大 巾田k化目此可協助電力工程 統即時解聯，避免產生單 ：：私電系 較前述被動偵測法穩定二轉主動細雖 1疋：放式笔源糸統（如：汽電共生系統），無法於 機上设吕十出較精穷之於山兩 ' ^ 主動型單獨運轉偵山測法别。笔力微擾動控制線路’故不適用 及需動型之單獨運轉㈣方法仍有其應用 及而求H應進-步地設計發展合適的方案。 /因此本發明之主要目的係在提供一種可確實提高發電 系統檢知市電中斷之準破从 、， χ ，亚立即將該發電系統與市電 、，轉解如的被動型單獨運轉偵測法，以解 人 安全問題，並防止發電系統供電不敎之情形產生 目的所❹之主要技術手段係令上述谓測法 讀取電塵、電流訊號，係操取市電目 電流值； 电坚率：功率之變化量，即利用每-電㈣交越點 计异出頻率之變化量； 取得谓測指數值，係利用上一步驟求得之頻率變 量與功率變化量職之乘積，計算W貞測指數值； 比對該指數值，即將該指數值與預設之指數門捏值相 I 〇 本纸張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱

------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) tT: i線命- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^5340 A? 五、發明說明（夕） 較’若大則予記錄一次； 之 冑人數疋否超出次數門檻值，即將上一步驟所累1 於ΪΓΓ料數門檻比對，若是大於次數門檀則判定: X電糸統目耵為單獨運轉狀態； 〜 變時上==要係根據目前市電電源在用戶端負载端改 電電電源㈣度會隨之改變，故以取樣方式操取 样值由ί及電流之變化頻率，以判斷是否超過預定之門 二：:;娜值'因此可有效地提高判斷獨立 為使#審查#員能進_步瞭解本發明㈣之設計及 -他目的，茲附以圖式詳細說明如后·· (一）圖式部份： =一圖··係本發明之一系統結構示意圖。 第二圖··係本發明之一流程圖。 第二圖·係本發明之一方塊圖。 第四圖· A、Β係本發明之一檢知曲線圖。 第五圖A、B :係本發明之另一檢知曲線圖。 第六圖A、B :係本發明之又一檢知曲線圖。 第七圖：係本發明之再一檢知曲線圖。 第八圖：係-習用市電網路與用戶端之配電結構示意圖。 第九圖A、B ·係-習用被動獨立偵測法之檢知曲線圖。 第十圖A、B ·係另一習用被動獨立福測法之檢知曲線圖 (二）圖號部份： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐）

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(1 0 )市電網路 (1 1 0 )微處理器 (1 1 2)電驛 (2 0 )用戶端區域 (5 0 )配電站 (501)分路斷路器 (5 1 1 )分散式發電系統 (1 1 )偵測裝置 (1 1 1)濾波器 (1 2 )負載 (2 1 )發電系統 (5 1 )用戶端區域 (5 1 0)用電戶 (52)用戶端區域 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 為鏗別分散式發電二獨運轉 即時與發 田 本為本方法之實施流程圖，即有關此一偵測方 法主要包括以下步驟·· 口貝取電壓、電流訊號，係操取市電目前電源之電麼、 電流值； 冲开頻率與功率之變化量，即利用每一電壓零交越點 計算出頻率之變化量； 曰取彳于偵測指數值，係利用上一步驟求得之頻率變化率 量與功率變化量倒數之乘積’計算出偵測指數值； 比對该指數值’即將該指數值與預設之指數門檻值相 較，若大則予記錄一次； 比對次數是否超出次數門檻值，即將上一步驟所累計 之-人數與預設次數門檻比對，若是大於次數門檻則判定該 發電系統目前為單獨運轉狀態； 上述步驟為有效提高檢測發電系統單獨運轉現象之準 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂—'------線. 个、錢人度週用中國國家標準（CNS)A4規格⑽X 297公爱） 535340 A7

部 智 慧 局 員 工 消 費 確度’即利用電逐、電流取取樣作為計 每一個電壓零交越點後，即 ^ 率之變化詈，扮可本… 進—步推算出電源頻率與功 ， ？传一偵測指數值（Detection Index ) ，之後再將此—指數值並與預設之指數門檻作—比對，若 大於該^則記錄-次，待累計次數超過至次數門檀時， 獨運轉事件產生’·當累計次數未達次數門檻時，出之指數值小於指數門檻，則不再累計， 並且將先刖累積之次數歸零。 由前述可知，該檢測方法係利用監測市電電源在用戶 端產生負载變動時，所連帶造成之頻率波動，計算出一摘 測指標，再予比對是否超過預設之標準，以供判斷是否有 早獨運轉狀況發生。又為使該檢知靈敏度不致因過高而產 生誤，作·因此，可设置兩道檢測門檀，以使檢測結果具 有更南的準確度及可靠度。 .至於支持本發明方法之主要應用原理，謹再詳述如后 考慮分散式發電系統與電力系統並聯的組態，盆可鬥 化成兩電力網路相連組態，如第—圖所示視為系統A'與^ 統B兩互聯之子系統，其中系統A表示主要的電力系統網 路’系統B則為-種分散式發電系統。因此再考慮兩子系 統之功率變化時所可能導致頻率的改變，即可定義出下式 所列之功率—頻率特性（Powe卜Frequency Characteristics)，亦 gp ϊ 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐）

--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) t---------線· 535340 κΑ 假設在系統B冑％負載的變動 A7 五、發明說明（θ

dfA dPA ^ 其中奶、％表系統“β中的功率變化4 ) 弘、私為對應系統的頻率變化量里 心、心則分別表示系統Α及 。 $功率一頻率特性常數 上述係定義出兩系統間之頻 式之檢知頊丰之4寸性，其中該檢測方 式之檢知過^可於以下兩狀況中得知： (1)當系統A與系統b並聯供電時； 且導致系統A輸至 r:f先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 系統B的功率變動量為逆 dPB _ dPt dPr 則 dfB dfB dfB (2) _ dPt dfA dfA 此時由於兩系統彼此互聯，故可得 (3) dfA: 二 dfB (4) dPB 如^(1)、（3)及（4)式代入（2)式，則可得 一 dPA + dPL I dfB Wa dfB J (5) dfB 一-KAKB dPL KA +KB (6) 由於A為主要電力網路的功率頻率特性常數， 其遠小

dfB dPL K, ⑺ ίο 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 535340 A7 五 發明說明) (2)田系、’充a與系統B單獨運轉時（即有市電網路跳 時）·· 請 先 閱 讀 背 面 之 注 1意 * 1 Μ 1 丨再 1 填 寫 • 頁 I 1 1 1 二、、有相同於狀況（1)的負載變動時，則 dPB 二 dPL ' i 二 κ (8) A β (9) ▽比較（7)及（9)式，即可發現相同的負載變化在不同 的運轉組態下，_已有顯著之變化，此觀念即可應用 於制單獨運轉現象之產生，意即，言亥⑽Λ之值在市電 網路正常供電與解聯兩種狀態下，將會產生極大的變化， 其變化量即為本發明偵測方法之主要偵測參考依據。 以上即為本發明單獨運轉之偵測方法，至於實際執行 本發明之系統結構，以下謹配合圖式詳加說明如后·· 一:先請參閱第三圖所示，係為本方法之—實際實施結 構不思方塊圖，其中係包含有一市電網路（10)、—並 聯至該市電網路（1〇)之分散式發電系統（2 1) 轉換器Ρ.τ·、電流轉換器ατ.連接至市電網路 C 1 〇 )之一偵測裝置（丄]_ )，其包含有·· =微處理器（1 1 ◦)，其内設有上述偵測法； 濾波杰（1 1 1)，係連接於電壓轉換哭 流轉換器C.T·與微處理器（110),;其中^ 1 1 1 )可為一帶通濾波器，用以濾除系統電 雜訊訊號； 貝从外 一電驛（112)，係設於市電網路（1〇)、八气 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐 535340 〇)間，其動作狀

(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明說明（ 式I電系統（2 1 )與微處理器（1 悲受上述微處理器（1 1 〇 )抨制· 、、增測裝置（11)結構當該微處理器（110) 旦、… 電流取樣值判斷後’若市電電源變動 = 過指數、次數《，因此判定該分散發電系統（ 無早獨運轉狀態產生，意即，該分散式發電系 1 )。仍繼續與市電網路（丄〇 )並聯運轉，反之 處理器（11 1 )判斷目前市電電源產生變化 、次數門檻，即該分散式發電李έ“川方超灿數 政式“系統（2 1 )產生單獨運轉 ’ &立即將分散式發電系統（2 1 )與市電網路（ 1〇）解聯。 ν 二以上為本方法之檢知流程、原理及系統動作說明，以 下謹配合圖示說明本發明於實際各種市電狀態下所呈現之 偵測靈敏度及可靠度情形： 首先，請參閱第四圖所示，係為一市電中斷瞬間2 0 %實功率供需不平衡下之系統電壓及頻率變化_之實際 狀況，請先參看第四圖Α所示，係為一般傳統型頻率變化 偵測響應圖，由圖示可知，市電於2〇〇ms時中斷，該偵測 方法於215ms時可立即判斷為單獨運轉現象，而第四圖β 則為本發明所提偵測法的響應圖，由於先前設定兩道門襤 值，因此本發明可約在275ms時判斷出單獨運轉事件。 此案例中雖本發明方法對於單獨運轉異常現象之檢知時間 較長，然本發明之主要貢獻在於提高電驛之偵測敏感度及 参 訂i —---- •線. 12 A7 B7

經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 535340 穩定度，其相關說明如后： 功率供需：圖所不’该係為-當市電中斷瞬間1 % | 4先衡下之系統電壓及頻率變化關係之實瞻 響應圖：因市係為-般傳統型頻率變化❹ 間只有1 功:…15mS產生跳脫，而市電在中斷_ 化率… 率，該頻率變化偵測方法因檢知之頻率變 革並未超過單獨運轉偵測電驛跳 知單獨運轉事件^ “ + 疋值α此無法檢 統之被動型Π: 述可知，當市電中斷瞬間，傳 事故能因檢測靈敏度不足無嶋^ 、χ 。而第五圖Β係為本發明之偵測響應圖，由圖 =單=電條件狀態下，本發明…時即可 、、 蜀運轉事件發生，故檢知之敏感度較佳。 電源照:六圖所示，該為市電供電正常時，分散式 ，、一兒亚勝運轉之狀況，當市電模擬輸入如第六圖Α =不之市電電力擾動測試值進人該分散式發電系統，則本 法偵測結果，如第六圖Β所示，在電力擾動之時間内， 1其指數值並未超出預設之門檻值（Thresh〇ui)，故並無 =决動作之情況產生，由是可知，本發明對該電力擾動 狀悲之產生並不會判斷為單獨運轉異常事件，即不合 誤判跳脫之結果。 +請參閱第七圖所示.，係為分散式電源受到並聯之市電 包壓具總諧波含量6%干擾時，所測得之響應圖，由圖示可 知，因利用所發明所計算而得之指數值並未超出預設之臨 界值，故本發明之電驛系統亦無誤動作狀況產生。 _ 13 本紙家鮮（CNS)A4祕⑵G x 297公£

---tr---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 切34〇 切34〇 五 、發明說明（v〆） 僅益！上述可知’本發明之被動型偵測單獨運轉方法，不 ，亦、_方法易使分散式發電系統產生誤動作之缺點 鹿用:Γγ度電釋積測敏感度，因此’即可將此伯測方法 :市^類分散式發電系統中，使各分散式發電系統具有 罔路ϋ子互動之並聯工作狀態，進而將電業自由化 江朿真正落實，使民生'工業用電不虞匱乏。 因此，本發明之設計不僅可確實增進產業上之利用性 ，亦符合申請發明專利之新穎性、進步性等要件，爰依法 具文提出申請。 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Claims (1)

1. 535340 、申請專利範圍 1、一種被動型鑑別分散式發電系統單獨運轉之方 ，其包含有以下步驟·· / 值； 擷取市電電源之參數值，係擷取市電目前電源之參數 計算各參數變化量，即利用上一步驟所求得之各參 值加以计异後，求得一參數變化量； 二比對參數變化量與預設門檻值，將上一步驟所求得之 參數變化量與預設門檻值比較，若大於此 : 單獨運轉事件產生。 辦有 壓 交 / 2、如申請專利範圍第1項所述被動型鑑別分散式 電土統單獨運轉之方法，上述參數值係為市電電源之電X 弘抓值，且計算參數變化量之方式，係以計算電壓零乂 越’占以求出市兒電源頻率之變化量，並且利用該頻 功率變化量計算出偵測指數值。 、 3、如申請專利範圍第2項所述被動型鑑別分散式發 J系統單獨運轉之方法，上述比對參數變化量進-步包： 部 智 局 員 工 消 t曜指數值，即將該指數值與預設之指數門檻值相 較，若大則予記錄一次； 比對次數是否超出次數門捏值，即將上一步驟 預設次數門捏比對，若是大於次數門檀則判斷： 刖4叙電系統產生獨立事件。 4 ' %申請專利㈣第3項所述被動型 電系統單獨運轉之方法，上述計算頻率與功率之變= I 535340

   09888 ABCD 3驟前’先將取得之電壓、電流取樣值輪人至前處理濾 波為中，以濾除系、统電壓基頻以外雜訊訊號。 雷巾請專利範圍第4項所述被動型_分散式發 ♦乐、.、早運轉之方法，其中該前處理濾、波器係為 濾波器。 6 種被動型鐘別分散式發電系統單獨運轉之裝置 ，其設於分散式發電系統與市電網路之線路偵測、盆 包含有： 、 一微處理器，其内設有一偵測單獨運轉方法； 一濾-波器，係連接於電壓轉換器、電流轉換器與 理器間； 。。一斷路器，係設於市電網路、分散式發電系統與微處 理為間，其動作狀態受上述微處理器控制。 7、如申請專利範圍第6項所述被動型鑑別分散式發 電糸統單獨運轉之裝置，上述偵測單獨運轉方法係包含 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 麵 值； 擷取市電電源之參數值，係擷取市電目前電源之參數 訂：--------線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 計算各參數變化量，即利用上一步驟所求得之各參數 值加以計算後，求得一參數變化量； 比對參數變化量與預設門檻值，將上一步驟所求得之 參數變化量與預設門檻值比較，若大於此一門梧則判斷有 單獨運轉事件產生。 . 8、如申請專利範圍第6項所述被動型鑑別分散式發 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）