TWI458998B - 具有量測持續時間功能之功率計以及功率量測系統 - Google Patents

Description

具有量測持續時間功能之功率計以及功率量測系統

本發明係關於一種功率計以及功率量測系統，並且特別地，關於一種具有量測太陽光變頻器之持續時間之功能的功率計，以及應用此功率計的功率量測系統。

太陽能發電係以太陽能光電池接收太陽光，並且將太陽光的光能轉換成電能。由太陽能光電池轉換後的電能係為直流電的形式，故需轉換為交流電方能供一般電器使用。太陽光變頻器(Photovoltaic Inverter,PV inverter)，又稱太陽能光電轉換器，可將太陽能光電池所產生直流電轉換成交流電，其具有三種形式：獨立型、併網型以及混合型。獨立型太陽光變頻器所產生之交流輸出儲存於蓄電池以供獨立系統使用，但無法與市電併聯。併網型太陽光變頻器產生與市電同步的交流電輸出，並將其饋入市電而供電器使用，但併網型太陽光變頻器無法獨立進行供電。混合型太陽光變頻器可同時與市電併聯並與蓄電池連接，其可將交流輸出饋入市電，並當市電斷電時可做為併網型UPS而由蓄電池提供電源。

併網型太陽光變頻器由於是以饋入市電的方式供電，故當市電斷電時，太陽光變頻器同時也應於法規規範的時間內停止輸出電流，否則電器操作人員可能以為停電但系統仍由太陽光變頻器持續供電，導致電器設備損傷甚至危害人身安全等意外事故。因此，併網式太陽光變頻器於製 造後須測試其切斷後至無輸出所需的持續時間，當持續時間小於法規規範之時間，方可出售此併網式太陽光變頻器，而此種測試稱之為run on time測試。

於先前技術中，run on time測試係以示波器來進行。請參閱圖一，圖一係繪示先前技術之太陽光變頻器之run on time測試的系統架構示意圖。如圖一所示，太陽光變頻器10與市電系統12並聯，且於太陽光變頻器10與市電系統12之間設置有開關S1。於測試前，開關S1導通且太陽光變頻器10輸出電流至RLC電路，其電流值係太陽光變頻器10的規格值。當run on time測試啟動，控制裝置14開啟開關S1以模擬市電斷電狀態，並同時觸發示波器16開始量測太陽光變頻器10的輸出電流波形。示波器16所量測的電流波形可傳送至控制裝置14，使得控制裝置14能根據電流波形判斷太陽光變頻器10於模擬市電斷電狀態開關S1切斷後至太陽光變頻器10停止輸出的持續時間。

上述先前技術之run on time測試方法係利用示波器或數位紀錄器等來進行，然而，示波器於系統中僅用來進行此測試，因此其設備利用率極差。另一方面，用來判斷太陽光變頻器停止輸出的時間點，通常是設定於原始電流的1%，而示波器要達到小於1%誤差的水準具有極高的困難度。更甚者，由於示波器本身無法直接算出持續時間，而是必須以其量測出的電流波形，藉人為或其他計算軟體來計算，因此將會更進一步地增加測試系統的誤差範圍。

因此，本發明之一範疇在於提供一種具有量測持續時間功能的功率計，以解決先前技術之問題。

根據一具體實施例，本發明之新式功率計用於量測太陽光變頻器，其包含電流計以及連接電流計之處理器，其中，電流計可用來量測太陽光變頻器輸出的電流訊號。處理器包含有比較單元以及計時單元，比較單元可用來比較電流計所量測到的電流訊號與一預設訊號，並且當電流訊號小於預設訊號時發送停止訊號，計時單元則可根據停止訊號進行計時。

於本具體實施例中，當太陽光變頻器根據一觸發訊號模擬市電斷電狀態時，處理器的計時單元同時根據此觸發訊號而開始計時作動。太陽光變頻器因市電斷電後，正常應該於法規所規定的時間內關閉輸出，其電流訊號將會快速降低，當比較單元比較出電流訊號降低至其小於預設訊號後傳送停止訊號到計時單元，而計時單元則可根據觸發訊號與停止訊號計算出此太陽光變頻器在模擬市電斷電後至停止輸出的持續時間。

本發明之另一範疇在於提供一種有量測持續時間功能的功率量測系統，以解決先前技術之問題。

根據另一具體實施例，本發明之功率量測系統用於量測太陽光變頻器，其具有控制裝置、電流計以及處理器，其中控制裝置係電性連接於太陽光變頻器，以產生觸發訊號而切斷太陽光變頻器與市電端之間的電性連接。電流計係電性連接於太陽光變頻器以量測其輸出的電流訊號，處 理器則電性連接於電流計，並包含有比較單元以及計時單元。比較單元可用來比較電流計所量測到的電流訊號與一預設訊號，並且當電流訊號小於預設訊號時發送停止訊號。計時單元可根據觸發訊號以及停止訊號進行計時。

控制裝置可同時發送觸發訊號至太陽光變頻器電性與市電端間之開關以及計時單元，以切斷太陽光變頻器之輸出並控制計時單元開始計時。當比較單元比較出電流計所量測到的電流訊號降低至其小於預設訊號後，傳送停止訊號至計時單元，而計時單元則可根據觸發訊號與停止訊號計算出此太陽光變頻器的持續時間。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱圖二，圖二係繪示根據本發明之一具體實施例之功率量測系統2的示意圖。如圖二所示，功率量測系統2包含了控制裝置20以及功率計22，其中功率計22電性連接於太陽光變頻器P以及市電端M之間，可用來量測太陽光變頻器P輸出至市電端M的功率。請注意，於此太陽光變頻器P係一併網型太陽光變頻器，其可與市電系統(市電端M)並聯以將太陽能電池產生的直流電轉換成交流電並饋入市電系統。

於本具體實施例中，控制裝置20係與功率計22連接，以接收功率計22量測得到的電流及電壓訊號。控制裝置 20同時與連接太陽光變頻器P及市電端M之開關S2連接，以控制開關S2開啟或關閉。另外，控制裝置20也可電性連接至太陽光變頻器P，以獲得太陽光變頻器P的各種資訊。功率計22係包含有電流計220、電壓計222以及處理器224，其中電流計220以及電壓計222可量測太陽光變頻器P的輸出電流與電壓。詳言之，電流計220係與太陽光變頻器P以及RLC電路(如圖二所示)串聯，電壓計222則與太陽光變頻器P以及RLC電路並聯。電流計220及電壓計222分別電性連接到處理器224，以將所測得的電流及電壓訊號傳送至處理器224，並由處理器224計算出功率。

上述功率計22以及功率量測系統2除了可量測太陽光變頻器P的輸出功率之外，還可用來進行run on time測試。請一併參閱圖二以及圖三，圖三係繪示圖二之功率計22的內部示意圖。如圖三所示，功率計22的處理器224中進一步具有比較單元2240以及計時單元2242，其中比較單元2240電性連接至電流計220，以接收電流計220所量測到太陽光變頻器P的輸出電流訊號，且計時單元2242電性連接於比較單元2240。

於本具體實施例中，於進行run on time測試前，開關S2關閉使得太陽光變頻器P與市電端M間之電路導通，令太陽光變頻器P可正常輸出功率至市電端M。當進行run on time測試時，控制裝置20產生觸發訊號至開關S2令其開啟而在太陽光變頻器P與市電端M間形成斷路，亦即，模擬市電斷電。同時，控制裝置20所產生的觸發訊號亦傳 送至功率計22的計時單元2242，而計時單元2242接收到觸發訊號後即開始進行計時。

由於控制裝置20開啟開關S2，因此通過電流計220的電流訊號將會快速降低。比較單元2240電性連接至電流計220以從電流計220接收電流訊號，並將接收到的電流訊號持續地與一預設訊號進行比較，當比較出電流訊號小於預設訊號時，比較單元2240會產生一停止訊號並將其傳送至計時單元2242。預設訊號可設定為run on time測試前太陽光變頻器P所輸出電流值的固定比例值，亦即處理器224接收到觸發訊號時之電流訊號的固定比例值。舉例而言，預設訊號可設定為測試前或處理器224接收到觸發訊號時之電流值的1%或更小的電流值。當電流訊號降低至其小於原來的百分之一時，可判斷為太陽光變頻器P已停止輸出電流。

計時單元2242接收到比較單元2240所傳送的停止訊號後即停止計時，並將計時所累積的時間值作為太陽光變頻器P切斷後輸出電流的持續時間。詳言之，觸發訊號係代表系統切斷市電的時間點，停止訊號則代表太陽光變頻器P實際停止輸出電流訊號的時間點，故計時單元2242可計算出太陽光變頻器P於切斷市電後仍維持輸出的持續時間。藉此，本具體實施例之功率計22以及功率量測系統2可量測太陽光變頻器P的持續時間，而不需透過示波器。

請參閱圖四，圖四係繪示根據本發明之另一具體實施例之功率計3的內部示意圖。如圖四所示，功率計3包含電流計30、電壓計32、第一訊號調整器340、第二訊號調 整器342以及處理器36，請注意，電流計30及電壓計32可用來量測太陽光變頻器輸出至市電端的功率，其連接關係如圖二所示，於此不再贅述。

於本具體實施例中，第一訊號調整器340可電性連接於電流計30以及處理器36，以將電流計30所量得太陽光變頻器輸出的電流訊號調整至處理器36所能處理之電流訊號大小，進而得到最佳的測試解析度。同樣地，第二訊號調整器342可電性連接於電壓計32以及處理器36，以將電壓計32所量得太陽光變頻器輸出的電壓訊號調整至處理器36所能處理之電壓訊號大小，進而得到最佳的測試解析度。處理器36自第一訊號調整器340以及第二訊號調整器342接收調整過的電流與電壓訊號後，即可進行功率的計算以及進行run on time測試。

請參閱圖五，圖五係繪示根據本發明之另一具體實施例之功率計4的內部示意圖。如圖五所示，本具體實施例與上述具體實施例不同處，在於本具體實施例之功率計4進一步包含第一轉換器460以及第二轉換器462。請注意，本具體實施例之其他單元，如電流計40、電壓計42、第一訊號調整器440、第二訊號調整器442以及處理器48等，均與上一具體實施例之相對應單元大體上相同，故於此不再贅述。

於本具體實施例中，第一轉換器460係電性連接於第一訊號調整器440及處理器48之間，第二轉換器462則電性連接於第二訊號調整器及處理器48之間。一般而言，電流計40與電壓計42所量得太陽光變頻器的輸出電流與電 壓訊號係類比的電流與電壓訊號。電流計40所量得的類比電流訊號經過第一訊號調整器440調整大小後，可由第一轉換器460接收並轉換成數位的電流訊號，接著，第一轉換器再將轉換後的數位電流訊號傳送至處理器48。同樣地，第二轉換器462可自第二訊號調整器442接收調整後的類比電壓訊號，並將其轉換成數位電壓訊號後傳送至處理器48。處理器48可直接對數位電流與電壓訊號進行處理，而獲得太陽光變頻器的輸出功率或持續時間。

根據另一具體實施例，若上述功率量測系統係一三相量測系統，亦即，功率計具有三個電流計與三個電壓計，則可設置三個第一訊號調整器分別連接各電流計以及三個第二訊號調整器分別連接三個電壓計，更進一步地，可設置三個第一轉換器分別連接各第一訊號調整器以及三個第二轉換器分別連接各第二訊號調整器。因此，處理器可接收三相的數位電流訊號與數位電壓訊號，藉以量測太陽光變頻器的輸出功率或持續時間。

綜上所述，本發明之功率計及功率量測系統除了可量測太陽光變頻器的輸出功率之外，還可進行run on time測試而直接量得太陽光變頻器切斷市電後至停止輸出的持續時間。相較於先前技術，本發明之功率計進一步包含處理器與功率計內之電流計及電壓計連接。當功率量測系統對太陽光變頻器進行run on time測試而切斷太陽光變頻器與市電端間之電路連接時，處理器內的計時單元隨即開始進行計時。接著，當處理器內的比較單元比較出電流計量得電流訊號小於預設訊號時令計時單元停止計時，而計時單 元自觸發至停止的時間即為太陽光變頻器切斷後的持續時間，因此不需另外裝設示波器即可進行run on time測試。同時，由於本發明之功率計是可以直接比較電流訊號大小之方法而非以電流訊號的波形進行計算之方法來獲得持續時間，故可避免增加測試系統的誤差範圍。藉此，本發明之功率計以及功率量測系統可準確計算出太陽光變頻器切斷後的持續時間，並提升測試系統的設備使用率及簡化系統配置。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

10‧‧‧太陽光變頻器

12‧‧‧市電系統

14‧‧‧控制裝置

16‧‧‧示波器

S1‧‧‧開關

2‧‧‧功率量測系統

20‧‧‧控制裝置

22、3、4‧‧‧功率計

S2‧‧‧開關

P‧‧‧太陽光變頻器

M‧‧‧市電端

220、30、40‧‧‧電流計

222、32、42‧‧‧電壓計

224、36、48‧‧‧處理器

2240‧‧‧比較單元

2242‧‧‧計時單元

340、440‧‧‧第一訊號調整器

342、442‧‧‧第二訊號調整器

460‧‧‧第一轉換器

462‧‧‧第二轉換器

圖一係繪示先前技術之太陽光變頻器之run on time測試的系統架構示意圖。

圖二係繪示根據本發明之一具體實施例之功率量測系統的示意圖。

圖三係繪示圖二之功率計的內部示意圖。

圖四係繪示根據本發明之另一具體實施例之功率計的內部示意圖。

圖五係繪示根據本發明之另一具體實施例之功率計的內部示意圖。

2‧‧‧功率量測系統

20‧‧‧控制裝置

22‧‧‧功率計

S2‧‧‧開關

P‧‧‧太陽光變頻器

M‧‧‧市電端

220‧‧‧電流計

222‧‧‧電壓計

224‧‧‧處理器

Claims (10)

1. 一種具有量測持續時間功能之功率計，用以量測一太陽光變頻器，該太陽光變頻器係根據一觸發訊號關閉輸出，並用於轉換太陽能光電池之直流電為交流電，該功率計包含：一電流計，用以量測該太陽光變頻器所輸出之一電流訊號；以及一處理器，電性連接於該電流計，該處理器包含：一比較單元，用以將該電流訊號與一預設訊號進行比較，並於該電流訊號小於該預設訊號時發送一停止訊號；以及一計時單元，根據該觸發訊號以及該停止訊號進行計時，以取得該太陽光變頻器之一持續時間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之功率計，其中該預設訊號係該處理器接收到該觸發訊號時之該電流訊號1%以下的電流值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之功率計，進一步包含電性連接於該處理器之一電壓計，該電壓計用以量測該太陽光變頻器所輸出之一電壓訊號，以供該處理器根據該電壓訊號及該電流訊號計算該太陽光變頻器之功率。
4. 如申請專利範圍第3項所述之功率計，進一步包含：一第一訊號調整器，電性連接於該電流計及該處理器之間，該第一訊號調整器用以調整該電流訊號之大小；以及一第二訊號調整器，電性連接於該電壓計與該處理器之 間，該第二訊號調整器用以調整該電壓訊號之大小。
5. 如申請專利範圍第4項所述之功率計，其中該電壓訊號以及該電流訊號係為類比訊號，該功率計進一步包含：一第一轉換器，電性連接於該第一訊號調整器以及該處理器之間，該第一轉換器用以將類比的該電流訊號轉換為數位的該電流訊號；以及一第二轉換器，電性連接於該第二訊號調整器以及該處理器之間，該第二轉換器用以將類比的該電壓訊號轉換為數位的該電壓訊號。
6. 一種具有量測持續時間功能之功率量測系統，包含：一控制裝置，電性連接於一太陽光變頻器，其中該太陽光變頻器用於轉換太陽能光電池之直流電為交流電，該控制裝置用以產生一觸發訊號以切斷該太陽光變頻器與一市電端間之電性連接；一電流計，電性連接於該太陽光變頻器，該電流計用以量測該太陽光變頻器所輸出之一電流訊號；以及一處理器，電性連接於該電流計，該處理器包含：一比較單元，用以將該電流訊號與一預設訊號進行比較，並於該電流訊號小於該預設訊號時發送一停止訊號；以及一計時單元，根據該觸發訊號以及該停止訊號進行計時，以取得該太陽光變頻器之一持續時間。
7. 如申請專利範圍第6項所述之功率量測系統，其中該預設訊號係該處理器接收到該觸發訊號時之該電流訊號1%以下的電流值。
8. 如申請專利範圍第6項所述之功率量測系統，進一步包含電性連接於該處理器之一電壓計，該電壓計用以量測該太陽光變頻器所輸出之一電壓訊號，以供該處理器根據該電壓訊號及該電流訊號計算該太陽光變頻器之功率。
9. 如申請專利範圍第8項所述之功率量測系統，其中該功率計進一步包含：一第一訊號調整器，電性連接於該電流計及該處理器之間，該第一訊號調整器用以調整該電流訊號之大小；以及一第二訊號調整器，電性連接於該電壓計與該處理器之間，該第二訊號調整器用以調整該電壓訊號之大小。
10. 如申請專利範圍第9項所述之功率量測系統，其中該電壓訊號以及該電流訊號係為類比訊號，該功率計進一步包含：一第一轉換器，電性連接於該第一訊號調整器以及該處理器之間，該第一轉換器用以將類比的該電流訊號轉換為數位的該電流訊號；以及一第二轉換器，電性連接於該第二訊號調整器以及該處理器之間，該第二轉換器用以將類比的該電壓訊號轉換為數位的該電壓訊號。