TWI442668B - 市電模擬器 - Google Patents

Description

市電模擬器

本發明係有關於一種市電模擬器，尤指一種利用自動調控負載調整自動調控負載的消耗功率等於併網發電系統的輸出功率與交流電源供應器的輸出功率之和，以及防止電流逆灌交流電源供應器及關機交流電源供應器的市電模擬器。

一般說來，再生能源發展領域中併網發電系統(grid-connected generation power system)具有較佳的經濟效益與缺少有害環境的優點，使得併網發電系統日益普及。併網發電系統係透過直流電壓/交流電壓換流器將併網發電系統產生的直流電能轉換為公共電網(utility grid)的交流電能。在廠商準備生產併網發電系統之前，廠商必須對併網發電系統執行一連串的標準測試，以判斷所設計的併網發電系統是否符合安規要求。然而，公共電網的總電壓諧波失真(harmonic distortion)會影響併網發電系統的諧波電流。另外，當併網發電系統注入交流電能到公共電網時，必須注意公共電網的狀況以及耦接於公共電網的負載對併網發電系統的影響。

先前技術係利用診斷測試程式透過功率電阻負載和交流電源供應器去測試併網發電系統。然而，為了要成功地執行診斷測試程式，使用者必須頻繁地控制耦接於功率電阻負載的開關以及小心地調控交流電源供應器的輸出功率，以確保併網發電系統係運作於使用者想要的情況下。但對於使用者而言，上述測試過程不僅繁瑣且容易出錯。因此，對於測試併網發電系統，先前技術並非為一個好的選擇。

本發明的一實施例提供一種市電模擬器。該市電模擬器包含一交流電源供應器及一自動調控負載。該交流電源供應器係用以提供一市電頻率與一市電電壓；該自動調控負載係耦接於該交流電源供應器與一併網發電系統之間，用以做為該併網發電系統的測試負載，並防止一電流逆灌該交流電源供應器及關機該交流電源供應器，其中當測試該併網發電系統時，該自動調控負載的消耗功率係等於該併網發電系統的輸出功率與該交流電源供應器的輸出功率之和。

本發明提供一種市電模擬器。該市電模擬器係利用一自動調控負載做為一併網發電系統的測試負載，以及利用一交流電源供應器提供一市電頻率與一市電電壓以模擬一市電的各種狀況。另外，該自動調控負載可根據該併網發電系統與該交流電源供應器的電流與電壓的狀況，藉由調節一功率電阻箱的阻值，讓該交流電源供應器維持一定程度上的功率輸出，以使該自動調控負載的消耗功率係等於該併網發電系統的輸出功率與該交流電源供應器的輸出功率之和，並防止一電流逆灌該交流電源供應器及關機該交流電源供應器。因此，本發明可改善先前技術在測試該併網發電系統的過程中不僅繁瑣且容易出錯的缺點。

請參照第1圖，第1圖係為本發明的一實施例說明一種市電模擬器100的示意圖。市電模擬器100包含一交流電源供應器102和一自動調控負載104。交流電源供應器102係可為可程式交流電源供應器，用以提供一市電頻率(例如60Hz)與一市電電壓(例如110V)以模擬一市電的各種狀況，並隔離市電饋入的雜訊、諧波和漣波。自動調控負載104耦接於交流電源供應器102與一併網發電系統106之間，用以做為併網發電系統106的測試負載，並防止一電流逆灌交流電源供應器102及關機交流電源供應器102，其中當測試併網發電系統106時，自動調控負載104的消耗功率係等於併網發電系統106的輸出功率與交流電源供應器102的輸出功率之和，且併網發電系統106係可為一光伏發電機(photovoltaic generator)。另外，併網發電系統106係根據市電頻率與市電電壓傳遞併網發電系統106的輸出電能至一市電。

如第1圖所示，自動調控負載104包含一功率電阻箱1042和一負載控制器1044。功率電阻箱1042包含複數個並聯電阻R1~Rn，其中n係為大於1的整數。而功率電阻箱1042係耦接於併網發電系統106的輸出端與交流電源供應器102的輸出端之間，用以消耗併網發電系統106的輸出電能與交流電源供應器102的輸出電能。負載控制器1044係耦接於功率電阻箱1042與併網發電系統106之間，用以當測試併網發電系統106時，自動調控功率電阻箱1042的等效阻值，以使自動調控負載104的消耗功率係等於併網發電系統106的輸出功率與交流電源供應器102的輸出功率之和，其中併網發電系統106的輸出功率係大於交流電源供應器102的輸出功率。亦即自動調控負載104的消耗功率大部份係由併網發電系統106供應以及少部份係由交流電源供應器102供應。另外，使用者亦可根據併網發電系統106的實際狀況，設定自動調控負載104為一固定負載模式。當自動調控負載104為固定負載模式時，功率電阻箱1042的等效阻值係為一定值，且負載控制器1044自動調控功率電阻箱1042的功能被關閉。另外，當自動調控負載104一開機時，自動調控負載104可逐一改變功率電阻箱1042的等效阻值，以檢查負載控制器1044是否故障。

如第1圖所示，負載控制器1044包含一開關電路10442、一感測電路10444和一微處理器10446。開關電路10442係耦接於功率電阻箱1042，而開關電路10442包含複數個並聯開關SW1~SWn-1，其中每一並聯開關係串聯功率電阻箱1042的複數個並聯電阻R1~Rn中的一相對應的並聯電阻，且複數個並聯開關SW1~SWn-1係為雙向電源開關。感測電路10444包含一第一電流感測器104442、一第二電流感測器104444、一第三電流感測器104446及一電壓回饋電路104448。第一電流感測器104442係耦接於併網發電系統106，用以感測併網發電系統106的輸出電流；第二電流感測器104444係耦接於交流電源供應器102，用以感測交流電源供應器102的輸出電流；第三電流感測器104446係耦接於開關電路10442，用以感測流經開關電路10442的輸入電流；電壓回饋電路104448係耦接於開關電路10442，用以感測併網發電系統106的輸出電壓。第一電流感測器104442、第二電流感測器104444、第三電流感測器104446及電壓回饋電路104448係用以轉換併網發電系統106的輸出電流、交流電源供應器102的輸出電流、開關電路10442的輸入電流及併網發電系統106的輸出電壓成為一微控制器控制訊號CS。微處理器10446係耦接於開關電路10442與感測電路10444，用以接收微控制器控制訊號CS，並根據微控制器控制訊號CS和一查閱表，產生開關控制訊號SCS，其中微處理器10446可顯示自動調控負載104的操作資訊於個人電腦或液晶顯示器給使用者。另外，自動調控負載104另具有遲滯功能，以避免微處理器10446根據微控制器控制訊號CS和查閱表，不停地調整開關電路10442的複數個雙向並聯開關SW1~SWn-1的開啟與關閉。另外，微處理器10446的操作頻率係遠高於交流電源供應器102所提供的市電頻率。

開關電路10442係利用開關控制訊號SCS，控制開關電路10442的複數個雙向並聯開關SW1~SWn-1的開啟與關閉，以調整功率電阻箱1042的複數個並聯電阻R1~Rn的等效阻值。而功率電阻箱1042即可根據式(1)，決定功率電阻箱1042的消耗功率。

其中P係為功率電阻箱1042的消耗功率，R係為功率電阻箱1042的複數個並聯電阻R1~Rn的等效阻值，以及V係為併網發電系統106的輸出電壓。

另外，功率電阻箱1042的複數個並聯電阻R1~Rn中的一並聯電阻Rn不串聯開關電路10442的複數個並聯開關SW1~SWn-1中的任一並聯開關。亦即並聯電阻Rn不透過開關電路10442的複數個並聯開關SW1~SWn-1中的任一並聯開關而直接耦接於交流電源供應器102的輸出端，以確保交流電源供應器102可提供一基本輸出電能並避免電流逆灌交流電源供應器102。

另外，當測試併網發電系統106時，自動調控負載104的消耗功率、併網發電系統106的輸出功率及交流電源供應器102的輸出功率之間的關係詳述如下：首先，當併網發電系統106關機時，交流電源供應器102提供基本輸出電能以匹配功率電阻箱1042的最小等效阻值。此時，自動調控負載104的消耗功率等於交流電源供應器102的輸出功率。然後，如果併網發電系統106的輸出功率大於零，則負載控制器1044會根據併網發電系統106的輸出電流、輸出電壓，和交流電源供應器102的輸出電流，自動調控功率電阻箱1042的等效阻值，以使自動調控負載104的消耗功率與併網發電系統106的輸出功率之間的差值為最小。亦即自動調控負載104的消耗功率大部份係由併網發電系統106供應以及少部份係由交流電源供應器102供應，其目的在於若併網發電系統106的輸出電能變化過大時，交流電源供應器102仍有足夠的餘裕度，讓自動調控負載104有足夠的反應時間去調整功率電阻箱1042的等效阻值，以防止電流逆灌交流電源供應器102及關機交流電源供應器102，且確保交流電源供應器102不會輸出超過交流電源供應器102可輸出功率的輸出功率。

由於微處理器10446內建的可抹除可編程唯讀記憶體(Erasable Programmable Read Only Memory,EPROM)，因此儲存於微處理器10446內上一次測試的設定並不會因市電模擬器100關機而影響到目前自動調控負載104的操作。另外，本發明並不受限於第1圖的負載控制器1044架構，只要自動調控負載104的消耗功率等於併網發電系統106的輸出功率與交流電源供應器102的輸出功率之和，即落入本發明的範疇。

綜上所述，本發明所提供的市電模擬器係利用自動調控負載做為併網發電系統的測試負載，以及利用交流電源供應器提供市電頻率與市電電壓以模擬市電的各種狀況。另外，自動調控負載可根據併網發電系統與交流電源供應器的電流與電壓的狀況，藉由調節功率電阻箱的阻值，讓交流電源供應器維持一定程度上的功率輸出，以使自動調控負載的消耗功率係等於併網發電系統的輸出功率與交流電源供應器的輸出功率之和，並防止電流逆灌交流電源供應器及關機交流電源供應器。因此，本發明可改善先前技術在測試併網發電系統的過程中不僅繁瑣且容易出錯的缺點。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100．．．市電模擬器

102．．．交流電源供應器

104．．．自動調控負載

106．．．併網發電系統

1042．．．功率電阻箱

1044．．．負載控制器

10442．．．開關電路

10444．．．感測電路

10446．．．微處理器

104442．．．第一電流感測器

104444．．．第二電流感測器

104446．．．第三電流感測器

104448．．．電壓回饋電路

CS‧‧‧微控制器控制訊號

R1~Rn‧‧‧並聯電阻

SCS‧‧‧開關控制訊號

SW1~SWn-1‧‧‧並聯開關

第1圖係為本發明的一實施例說明一種市電模擬器的示意圖。

100．．．市電模擬器

102．．．交流電源供應器

104．．．自動調控負載

106．．．併網發電系統

1042．．．功率電阻箱

1044．．．負載控制器

10442．．．開關電路

10444．．．感測電路

10446．．．微處理器

104442．．．第一電流感測器

104444．．．第二電流感測器

104446．．．第三電流感測器

104448．．．電壓回饋電路

CS．．．微控制器控制訊號

R1~Rn．．．並聯電阻

SCS．．．開關控制訊號

SW1~SWn-1．．．並聯開關

Claims (8)

1. 一種市電模擬器，包含：一交流電源供應器，用以提供一市電頻率與一市電電壓；及一自動調控負載，耦接於該交流電源供應器與一併網發電系統(grid-connected generation power system)之間，用以做為該併網發電系統的測試負載，並防止一電流逆灌該交流電源供應器及關機該交流電源供應器，其中當測試該併網發電系統時，該自動調控負載的消耗功率係等於該併網發電系統的輸出功率與該交流電源供應器的輸出功率之和，其中該自動調控負載包含：一功率電阻箱，包含複數個並聯電阻，用以消耗該併網發電系統的輸出電能與該交流電源供應器的輸出電能；及一負載控制器，用以當測試該併網發電系統時，自動調控該功率電阻箱的等效阻值，以使該自動調控負載的消耗功率係等於該併網發電系統的輸出功率與該交流電源供應器的輸出功率之和。
2. 如請求項1所述之市電模擬器，其中該交流電源供應器係用以模擬一市電的各種狀況。
3. 如請求項1所述之市電模擬器，其中該併網發電系統係為一光伏發電機(photovoltaic generator)。
4. 如請求項1所述之市電模擬器，其中該負載控制器包含：一開關電路，耦接於該功率電阻箱，該開關電路包含複數個並聯開關，每一並聯開關係串聯該複數個並聯電阻中的一並聯電阻；一感測電路，包含：一第一電流感測器，耦接於該併網發電系統，用以感測該併網發電系統的輸出電流；一第二電流感測器，耦接於該交流電源供應器，用以感測該交流電源供應器的輸出電流；一第三電流感測器，耦接於該開關電路，用以感測該開關電路的輸入電流；及一電壓回饋電路，耦接於該開關電路，用以感測該併網發電系統的輸出電壓；其中該第一電流感測器、該第二電流感測器、該第三電流感測器及該電壓回饋電路係用以轉換該併網發電系統的輸出電流、該交流電源供應器的輸出電流、該開關電路的輸入電流及該併網發電系統的輸出電壓成為一微控制器控制訊號；及一微處理器，耦接於該開關電路與該感測電路，用以接收該微控制器控制訊號，並根據該微控制器控制訊號，產生一開關控制訊號至該開關電路；其中該開關電路係利用該開關控制訊號，控制該複數個並聯開關的開啟與關閉，以調整該功率電阻箱的複數個並聯電阻 的等效阻值。
5. 如請求項4所述之市電模擬器，其中該複數個並聯開關係為雙向電源開關。
6. 如請求項4所述之市電模擬器，其中該微處理器係根據該微控制器控制訊號和一查閱表，產生該開關控制訊號。
7. 如請求項4所述之市電模擬器，其中該複數個並聯電阻中的一並聯電阻不串聯該複數個並聯開關中的任一並聯開關。
8. 如請求項1所述之市電模擬器，其中當該自動調控負載的消耗功率等於該併網發電系統的輸出功率與該交流電源供應器的輸出功率之和時，該自動調控負載的消耗功率與該併網發電系統的輸出功率之間的差值係為最小。