TWI418807B - 微電網分散式電源系統之微動孤島偵測方法 - Google Patents

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微電網分散式電源系統之微動孤島偵測方法
本發明涉及微電網分散式電源(DER)系統之微動孤島偵測方法，尤指一種使用一被動偵測迴圈與一微動偵測迴圈之孤島偵測方法。
現有技術中，主動式孤島偵測方式大多以正回授方式激勵電壓或頻率超過一預先設定的門檻值，並藉以偵測孤島狀態而使分散式電源系統關閉。然而，若將現有方法用於微電網(Microgrid)系統，將於模式切換時破壞電力品質。亦即，現有技術中之主動式孤島偵測方式未考慮微電網系統判定孤島現象後仍繼續孤島運轉之缺點。
因此，尋求避免習知之孤島偵測演算法於其判斷過程中，須令電壓及頻率超過系統額定值，而造成系統電壓波型失真之缺點，而使微電網系統之模式切換更穩定之孤島偵測方法，實有其必要性。
職是之故，發明人鑒於習知技術之缺失，乃思及改良發明之意念，終能發明出本案之「微電網分散式電源系統之微動孤島偵測方法」。
本案之主要目的在於提出一種包含了一微動偵測迴圈與一被動偵測迴圈的孤島偵測法，其中該被動偵測迴圈用以偵測一微電網與一市電之一耦合點的相位變動是否大於一設定值，倘若該市電切離所導致之相位變動不大而無法藉由被動偵測迴圈判定，才改由該微動偵測迴圈判定，且於其判斷過程中，無須令電壓及頻率超過系統額定值，而使微電網之系統模式之切換更穩定。
本案之又一主要目的在於提供一種孤島偵測方法，包含下列之步驟：提供一微動偵測迴圈與一被動偵測迴圈；使用該被動偵測迴圈以偵測一電網系統與一市電之一耦合點(PCC)之一輸出電力參數與一基準值發生一誤差是否大於一第一預定值，其中該電網具有一換流器(inverter)；當該誤差不大於該第一預定值時，則改由該微動偵測迴圈判定；以及當該誤差不大於該第一預定值，且該輸出電力參數與該換流器所產生之一微動信號一致的一累計次數達到一門檻值時，即可判定該電網系統進入一孤島模式。
本案之下一主要目的在於提供一種孤島偵測方法，包含下列之步驟：提供一電網系統與一市電之一耦合點(PCC)，其中該電網系統產生一微動信號；判斷該PCC的一輸出電力參數與一基準值是否發生一誤差；以及偵測該輸出電力參數與該微動信號是否一致及該一致之一累計次數是否達到一門檻值，如是，即判定該電網系統進入一孤島模式。
為了讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
第一圖為本專利所考慮的微電網架構，該微電網系統由複數個分散式電源系統與複數個區域負載所組成，該複數個分散式電源系統透過電力電子電能轉換系統與一市電並聯運轉，該微電網系統與該市電於耦合點(Point of Common Coupling,PCC)透過靜態轉換開關(Static Transfer Switch,STS) Srelay 連結。在第一圖中，該複數個分散式電源系統的其中之一為一再生能源DG1 ，包含一直流/直流昇壓轉換器、一直流/交流變流器(inverter，例如一電壓源變流器，VSI)、一同步d-q架構電壓控制器、一具有一電網並聯模式與一孤島運轉模式之功率潮流控制器、一孤島偵測控制器與一選釋器等組件。其餘再生能源DG2 -DGn亦與DG1 具有相似之架構。
在市電並聯模式下，每一分散式電源系統可調節各自輸出功率，以控制微電網饋入市電之電力潮流(power flow)。當市電端故障或其他因素迫使微電網系統必須與市電解聯時，微電網系統可繼續穩定對區域負載供電，即進行孤島運轉模式。
當發生故障或異常現象導致微電網與市電網路隔離時，本專利提出了一微動孤島偵測方法以偵測孤島狀態的發生。微電網藉STS開啟轉換成孤島運轉模式。每一分散式電源系統皆為連續性地調節其輸出電壓，因此可平順的切換微電網的運轉模式。
第二圖顯示一依據本發明構想之較佳實施例之一孤島偵測方法的流程圖。如第二圖所示，本發明所提出的孤島偵測法包含了兩偵測迴圈，分別為微動偵測迴圈與被動偵測迴圈。被動偵測迴圈用以偵測PCC的相位變動是否大於設定值，倘若市電切離所導致之相位變動不大而無法藉由被動偵測迴圈判定，才須由微動偵測迴圈判定。
當微電網連結到市電時，在PCC點的電壓相位是由市電所維持。微動偵測迴圈的偵測方式主要為擾動PCC點之電壓大小，當PCC點的電壓與基準值發生誤差時(大於ΔV peak_th2 )，VSI開始擾動輸出電壓峰值，若微電網系統未與市電解聯，則PCC點電壓將被市電箝制；若PCC點的電壓與VSI所控制擾動之信號一致時(計數值累積到超過所設定的門檻值)，則可確定PCC點的電壓受VSI所控制，故可判定微電網已與市電解聯，此時產生一跳閘信號(tripping signal)，而後進入孤島運轉模式。
當DER系統與市電並聯時，其輸出端電壓相位角會操作於領先市電的相位，如此可注入實功至電網。一旦微電網與市電解聯，位於PCC點的電壓將由DER系統所維持住，故相位角會發生變動。若在市電並聯時DER系統所注入的實功越多，解聯時所造成的相位角變化則會越劇烈，因此孤島現象可根據在PCC相位角的劇烈變動而被該被動偵測迴圈所偵測到，此時亦產生一跳閘信號(tripping signal)，而後進入孤島運轉模式。
當微電網與市電解聯所導致PCC點的電壓相位角變化不夠大時(小於φThreshold )，被動偵測迴圈無法偵測，因此將進入微動偵測迴圈。微動偵測迴圈的偵測方式為擾動輸出電壓，VSI所設定的輸出電壓(112VAC )略高於市電電壓(110VAC )。當微電網從市電解聯時，PCC點的電壓將會被VSI所控制，故系統電壓峰值將高於市電並聯時的電壓，一旦峰值差ΔV peak 超過預先設定的門檻值ΔV peak_th2 ，微動偵測迴圈將會被觸發。
實施例：
1.一種孤島偵測方法，包含下列之步驟：提供一微動偵測迴圈與一被動偵測迴圈；使用該被動偵測迴圈以偵測一電網系統與一市電之一耦合點(PCC)之一輸出電力參數與一基準值所發生之一誤差是否大於一第一預定值，其中該電網具有一換流器(inverter)；當該誤差不大於該第一預定值時，則改由該微動偵測迴圈判定；以及當該誤差不大於該第一預定值，且該輸出電力參數與該換流器所產生之一微動信號一致的一累計次數達到一門檻值時，即可判定該電網系統進入一孤島模式。
2.根據實施例1所述之方法，更包括一步驟：當該誤差大於該第一預定值時，則判定該電網系統進入該孤島模式。
3.根據實施例1或2所述之方法，其中該誤差是一相位角的變動或者一輸出電壓峰值的變動。
4.根據以上任一實施例所述之方法，其中該使用該被動偵測迴圈以偵測步驟中之該誤差是該相位角的變動。
5.根據以上任一實施例所述之方法，其中該當該誤差不大於該第一預定值，且該輸出電力參數之步驟中之該誤差是該輸出電壓峰值的變動，且更包括下列之步驟：當該輸出電壓峰值的變動不大於一第二預定值，則令該微動訊號為零；當該輸出電壓峰值的變動大於該第二預定值，若該輸出電壓峰值的變動為正值，則令該微動訊號為負；當該輸出電壓峰值的變動大於該第二預定值，若該輸出電壓峰值的變動不為正值，則令該微動訊號為正；以及當前一次的該輸出電壓峰值的變動與目前的該微動訊號同為正值或同為負值時，則使該累計次數加1。
6.根據以上任一實施例所述之方法，其中當該電網系統未進入該孤島模式時，該電網系統是與該市電並聯運轉於一市電並聯模式。
7.一種孤島偵測方法，包含下列之步驟：提供一電網系統與一市電之一耦合點(PCC)，其中該電網系統產生一微動信號；判斷該PCC的一輸出電力參數與一基準值是否發生一誤差；以及偵測該輸出電力參數與該微動信號是否一致及該一致之一累計次數是否達到一門檻值，如是，即判定該電網系統進入一孤島模式。
8.根據實施例7所述之方法，其中該誤差是一相位角的變動或者一輸出電壓峰值的變動，該方法更包括一步驟：當該誤差大於一第一預定值時，則判定該電網系統進入該孤島模式。
9.根據實施例7或8述之方法，更包括一步驟：提供一微動偵測迴圈與一被動偵測迴圈；其中當該誤差大於一第一預定值時之步驟是由該被動偵測迴圈所執行，且該偵測該輸出電力參數與該微動信號是否一致之步驟是由該微動偵測迴圈所執行。
10.根據以上任一實施例所述之方法，其中該偵測該輸出電力參數與該微動信號是否一致之步驟中之該誤差是該輸出電壓峰值的變動，且更包括下列之步驟：當該輸出電壓峰值的變動不大於一第二預定值，則令該微動訊號為零；當該輸出電壓峰值的變動大於該第二預定值，若該輸出電壓峰值的變動為正值，則令該微動訊號為負；當該輸出電壓峰值的變動大於該第二預定值，若該輸出電壓峰值的變動不為正值，則令該微動訊號為正；以及當前一次的該輸出電壓峰值的變動與目前的該微動訊號同為正值或同為負值時，則使該累計次數加1。
綜上所述，本發明在於提供一種包含了一微動偵測迴圈與一被動偵測迴圈的孤島偵測法，其中該被動偵測迴圈用以偵測一微電網與一市電之一耦合點的相位變動是否大於一設定值，倘若該市電切離所導致之相位變動不大而無法藉由被動偵測迴圈判定，才改由微動偵測迴圈判定，且於其判斷過程中，無須令電壓及頻率超過系統額定值，而使微電網之系統模式切換更穩定，故其確實具有進步性與新穎性。
是以，縱使本案已由上述之實施例所詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
第一圖：其係顯示一依據本發明構想之較佳實施例之一微電網架構；以及
第二圖：其係顯示一依據本發明構想之較佳實施例之一孤島偵測方法的流程圖。

Claims (10)

  1. 一種孤島偵測方法，包含下列之步驟：提供一微動偵測迴圈與一被動偵測迴圈；使用該被動偵測迴圈以偵測一電網系統與一市電之一耦合點(PCC)之一輸出電力參數與一基準值所發生之一誤差是否大於一第一預定值，其中該電網具有一換流器(inverter)；當該誤差不大於該第一預定值時，則改由該微動偵測迴圈判定；以及當該誤差不大於該第一預定值，且該輸出電力參數與該換流器所產生之一微動信號一致的一累計次數達到一門檻值時，即可判定該電網系統進入一孤島模式。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括一步驟：當該誤差大於該第一預定值時，則判定該電網系統進入該孤島模式。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該誤差是一相位角的變動或者一輸出電壓峰值的變動。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該使用該被動偵測迴圈以偵測步驟中之該誤差是該相位角的變動。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該當該誤差不大於該第一預定值，且該輸出電力參數之步驟中之該誤差是該輸出電壓峰值的變動，且更包括下列之步驟：當該輸出電壓峰值的變動不大於一第二預定值，則令該微動訊號為零；當該輸出電壓峰值的變動大於該第二預定值，若該輸出電壓峰值的變動為正值，則令該微動訊號為負；當該輸出電壓峰值的變動大於該第二預定值，若該輸出電壓峰值的變動不為正值，則令該微動訊號為正；以及當前一次的該輸出電壓峰值的變動與目前的該微動訊號同為正值或同為負值時，則使該累計次數加1。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中當該電網系統未進入該孤島模式時，該電網系統是與該市電並聯運轉於一市電並聯模式。
  7. 一種孤島偵測方法，包含下列之步驟：提供一電網系統與一市電之一耦合點(PCC)，其中該電網系統產生一微動信號；判斷該PCC的一輸出電力參數與一基準值是否產生一誤差；偵測該輸出電力參數與該微動信號是否一致及該一致之一累計次數是否達到一門檻值；以及如是，即判定該電網系統進入一孤島模式。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該誤差是一相位角的變動或者一輸出電壓峰值的變動，該方法更包括一步驟：當該誤差大於一第一預定值時，則判定該電網系統進入該孤島模式。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，更包括一步驟：提供一微動偵測迴圈與一被動偵測迴圈；其中當該誤差大於一第一預定值時之步驟是由該被動偵測迴圈所執行，且該偵測該輸出電力參數與該微動信號是否一致之步驟是由該微動偵測迴圈所執行。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該偵測該輸出電力參數與該微動信號是否一致之步驟中之該誤差是該輸出電壓峰值的變動，且更包括下列之步驟：當該輸出電壓峰值的變動不大於一第二預定值，則令該微動訊號為零；當該輸出電壓峰值的變動大於該第二預定值，若該輸出電壓峰值的變動為正值，則令該微動訊號為負；當該輸出電壓峰值的變動大於該第二預定值，若該輸出電壓峰值的變動不為正值，則令該微動訊號為正；以及當前一次的該輸出電壓峰值的變動與目前的該微動訊號同為正值或同為負值時，則使該累計次數加1。
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