TWI614963B - 電源轉換模組、發電系統及其控制方法 - Google Patents

Abstract

電源轉換模組包含發電端轉換電路、電網端轉換電路以及控制驅動電路。發電端轉換電路用以接收一輸入電壓，並根據該輸入電壓輸出一第一電流。電網端轉換電路電性耦接於該發電端轉換電路於一節點，用以接收該第一電流並根據該第一電流對一電網供電。控制驅動電路用以輸出一驅動訊號至該電網端轉換電路，以透過該電網端轉換電路控制該節點的電壓準位，其中該節點的電壓等級為中壓等級。

Description

電源轉換模組、發電系統及其控制方法

本案係關於一種發電系統，且特別係關於一種採用再生能源的發電系統。

隨著全球暖化現象加劇，以再生能源如風力、太陽能發電等低碳電力來源取代傳統高碳排放的火力發電機組，已成為各國推動能源轉型的重要目標。

然而，現有的風力機組和太陽能發電模組所產生的電力在饋入電網前，需要對應的電源轉換電路進行處理。隨著發電裝置容量的提高，電源轉換電路中所需電路元件的體積與成本也隨之提高。

因此，如何改善現有再生能源發電系統的架構，以降低裝置成本並提高供電的轉換效率，實為目前本領域重要的研究主題。

本揭示內容的一種態樣為一種電源轉換模組。電源轉換模組包含第一發電端轉換電路、電網端轉換電路以及控制驅動電路。第一發電端轉換電路用以接收一輸入電壓，並根據該輸入電壓輸出一第一電流。電網端轉換電路電性耦接於該第一發電端轉換電路於一節點，用以接收該第一電流並根據該第一電流對一電網供電。控制驅動電路用以輸出一驅動訊號至該電網端轉換電路，以透過該電網端轉換電路控制該節點的電壓準位，其中該節點的電壓等級為中壓等級。

在本揭示內容的部分實施例中，該第一發電端轉換電路用以控制一太陽能模組操作在一最大功率點，以自該太陽能模組接收該輸入電壓，其中該輸入電壓為直流電壓。

在本揭示內容的部分實施例中，第一發電端轉換電路包含一第一直流直流轉換單元，用以控制該太陽能模組操作在該最大功率點，並根據該輸入電壓輸出一直流電流；以及一第二直流直流轉換單元，電性連接於該第一直流直流轉換單元與該節點之間，用以根據該直流電流輸出該第一電流至該節點。

在本揭示內容的部分實施例中，該第二直流直流轉換單元包含一隔離型直流直流轉換器，用以提供該太陽能模組以及該電網端轉換電路之間的電流隔離。

在本揭示內容的部分實施例中，該第一發電端轉換電路用以控制一風力發電機操作在一最大功率點，以自該風力發電機接收該輸入電壓，其中該輸入電壓為交流電壓。

在本揭示內容的部分實施例中，該第一發電端轉換電路包含：一交流直流轉換單元，用以控制該風力發電機操作在該最大功率點，並根據該輸入電壓輸出一直流電流；以及一直流直流轉換單元，電性連接於該交流直流轉換單元與該節點之間，用以根據該直流電流輸出該第一電流至該節點。

在本揭示內容的部分實施例中，該電網端轉換電路包含一直流交流轉換單元，該直流交流轉換單元用以輸出與該電網同頻同相的交流電力，以對該電網供電。

在本揭示內容的部分實施例中，電源轉換模組更包含一第二發電端轉換電路，用以接收一第二輸入電壓，並根據該第二輸入電壓輸出一第二電流；其中該電網端轉換電路電性耦接於該第二發電端轉換電路於該節點，用以接收該第二電流並根據該第一電流與該第二電流對該電網供電。

在本揭示內容的部分實施例中，電源轉換模組更包含一儲能裝置；以及一儲能端轉換電路，電性耦接於該節點與該儲能裝置之間，用以提供該節點或自該節點接收一儲能電流以對該儲能裝置充放電；其中該控制驅動電路更用以輸出一第二驅動訊號至該儲能端轉換電路，以透過該儲能端轉換電路控制該儲能電流，據以調整自該節點輸出至該電網端轉換電路的電流大小。

本揭示內容的另一態樣為一種發電系統。發電系統包含發電模組、電源轉換模組以及電網端開關電路。電源轉換模組包含第一發電端轉換電路、電網端轉換電路以及控制驅動電路。第一發電端轉換電路電性耦接於該發電模組，用以自該發電模組接收一輸入電壓，並根據該輸入電壓輸出一第一電流。電網端轉換電路電性耦接於該第一發電端轉換電路於一節點，用以接收該第一電流並根據該第一電流對一電網供電。控制驅動電路用以輸出一驅動訊號至該電網端轉換電路，以透過該電網端轉換電路控制該節點的電壓準位。電網端開關電路電性耦接於該電網端轉換電路與該電網之間，用以於該電網異常時選擇性地關斷，藉以隔離該電網端轉換電路及該電網。

在本揭示內容的部分實施例中，該電網端轉換電路更用以電性耦接至一當地負載，以對該當地負載供電。

本揭示內容的另一種態樣為一種發電系統的控制方法。控制方法包含：由一第一發電端轉換電路接收一輸入電壓，並根據該輸入電壓產生一第一電流；由一控制驅動電路，輸出一驅動訊號至一電網端轉換電路，其中該電網端轉換電路與該第一發電端轉換電路耦接於一節點；藉由該電網端轉換電路，根據該驅動訊號控制該節點的電壓準位；以及由該電網端轉換電路將該第一電流轉換為交流電輸出至一電網。

在本揭示內容的部分實施例中，透過該第一發電端轉換電路產生該第一電流的步驟包含：控制一太陽能模組操作在一最大功率點，以自該太陽能模組接收該輸入電壓，其中該輸入電壓為直流電壓。

在本揭示內容的部分實施例中，透過該第一發電端轉換電路產生該第一電流的步驟更包含：由該第一發電端轉換電路的一第一直流直流轉換單元，控制該太陽能模組操作在該最大功率點；由該第一直流直流轉換單元根據該輸入電壓輸出一直流電流；以及由該第一發電端轉換電路的一第二直流直流轉換單元，根據該直流電流輸出該第一電流至該節點。

在本揭示內容的部分實施例中，透過該第一發電端轉換電路產生該第一電流的步驟包含：控制一風力發電機操作在一最大功率點，以自該風力發電機接收該輸入電壓，其中該輸入電壓為交流電壓。

在本揭示內容的部分實施例中，透過該第一發電端轉換電路產生該第一電流的步驟更包含：由該第一發電端轉換電路的一交流直流轉換單元，控制該風力發電機操作在該最大功率點；由該交流直流轉換單元根據該輸入電壓輸出一直流電流；以及由該第一發電端轉換電路的一直流直流轉換單元，根據該直流電流輸出該第一電流至該節點。

在本揭示內容的部分實施例中，由該電網端轉換電路將該第一電流轉換為交流電輸出至該電網的步驟包含：由該電網端轉換電路的一直流交流轉換單元，輸出與該電網同頻同相的交流電，以對該電網供電。

在本揭示內容的部分實施例中，控制方法更包含：由一第二發電端轉換電路接收一第二輸入電壓，並根據該第二輸入電壓輸出一第二電流；以及由該電網端轉換電路，自該節點接收該第一電流與該第二電流並將該第一電流與該第二電流轉換為交流電輸出至該電網。

在本揭示內容的部分實施例中，控制方法更包含：於該電網異常時，選擇性地關斷電性耦接於該電網端轉換電路與該電網之間的一電網端開關電路，藉以隔離該電網端轉換電路及該電網；以及由該電網端轉換電路將該第一電流轉換為交流電以對一當地負載供電。

在本揭示內容的部分實施例中，控制方法更包含：由一儲能端轉換電路提供該節點或自該節點接收一儲能電流；以及由該控制驅動電路輸出一第二驅動訊號至該儲能端轉換電路，以透過該儲能端轉換電路控制該 儲能電流，據以調整自該節點輸出至該電網端轉換電路的電流大小。

綜上所述，本揭示內容透過由中壓（MV）等級的直流電進行轉換器模組中的能量傳輸減少傳輸線上的線路損耗，提升系統整體的轉換效率。此外，在本揭示內容中，係由控制驅動電路輸出驅動訊號，透過電網端轉換電路控制節點的電壓準位與饋入電網之輸出電流的頻率和相位，因此發電端轉換電路可採用高頻化電路設計。如此一來，發電端轉換電路的成本降低、體積縮小、銅損、鐵損減少等問題，使得轉換器模組實現小型化並更為節能。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，以更好地理解本案的態樣，但所提供之實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。此外，根據業界的標準及慣常做法，圖式僅以輔助說明為目的，並未依照原尺寸作圖，實際上各種特徵的尺寸可任意地增加或減少以便於說明。下述說明中相同元件將以相同之符號標示來進行說明以便於理解。

在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞（terms），除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

此外，在本文中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指『包含但不限於』。此外，本文中所使用之『及／或』，包含相關列舉項目中一或多個項目的任意一個以及其所有組合。

於本文中，當一元件被稱為『連接』或『耦接』時，可指『電性連接』或『電性耦接』。『連接』或『耦接』亦可用以表示二或多個元件間相互搭配操作或互動。此外，雖然本文中使用『第一』、『第二』、…等用語描述不同元件，該用語僅是用以區別以相同技術用語描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否則該用語並非特別指稱或暗示次序或順位，亦非用以限定本發明。

請參考第1圖。第1圖為根據本案部分實施例所繪示的發電系統的示意圖。如第1圖所示，在部分實施例中，發電系統包含電源轉換模組100、發電模組220、240以及電網300。電源轉換模組100電性耦接於發電模組220、240以及電網300之間，用以將發電模組220、240輸出之電能轉換為合適的形式饋入電網300。具體來說，電源轉換模組100的輸入端電性耦接於發電模組220、240，以接收輸入電壓Vin1、Vin2。電源轉換模組100的輸出端電性耦接於電網300，已對電網300供電並輸出電流Io。

在部分實施例中，電源轉換模組100包含發電端轉換電路120、140，電網端轉換電路160以及控制驅動電路180。在結構上，發電端轉換電路120用以電性耦接至發電模組220，以接收輸入電壓Vin1，並根據輸入電壓Vin1輸出電流I1。相似地，發電端轉換電路140用以電性耦接至發電模組240，以接收輸入電壓Vin2，並根據輸入電壓Vin2輸出電流I2。

電網端轉換電路160，電性耦接於發電端轉換電路120、140於節點N1，並用以接收電流I1、I2並根據所接收的電流I1、I2輸出電流Io對電網300供電。具體來說，在部分實施例中，電網端轉換電路160包含直流交流轉換單元，以將所接收的直流電流I1、I2，轉換為與電網300同頻同相的交流電流Io輸出，以對電網300供電。具體來說，在部分實施例中，電網端轉換電路160可透過一組或多組彼此串聯的絕緣柵雙極電晶體（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）單元實現，或是三電平NPC逆變器（3-Level NPC Inverter）等不同電路架構所實現，但本案並不以此為限。

值得注意的是，雖然在第1圖中所示實施例中繪示兩組發電端轉換電路120，但其僅為示例之用，並非用以限制本案。舉例來說，在部分實施例中，發電系統亦可僅包含一組發電模組220及相對應之發電端轉換電路120，使得電網端轉換電路160接收電流I1並根據電流I1對電網300供電。在其他部分實施例中，發電系統亦可包含三組或以上的發電模組220、240及相對應數量之發電端轉換電路120、140，使得電網端轉換電路160接收各組發電端轉換電路120、140輸出之電流，並據以對電網300供電。

在部分實施例中，控制驅動電路180電性耦接於電網端轉換電路160，並用以輸出驅動訊號DS至電網端轉換電路160，以透過電網端轉換電路160控制節點N1的電壓準位Vbus。具體來說，在部分實施例中，控制驅動電路180透過電網端轉換電路160控制節點N1的電壓準位Vbus的電壓等級為中壓（MV）等級（如：1kV～35kV）。

舉例來說，在部分實施例中，電網端轉換電路160可包含由多個絕緣閘雙極電晶體（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）實作的逆變器電路，並透過控制驅動電路180輸出的驅動訊號DS控制半導體開關元件的啟閉，據以實現能量於節點N1與電網300之間的雙向流通。藉此，透過驅動訊號DS適當切換電網端轉換電路160中半導體開關元件的啟閉，便可控制節點N1的電壓準位Vbus，並維持電網端轉換電路160輸出與電網300同頻同相的交流電力（如：電流Io）對電網300供電。

透過以上電路的相互操作，電源轉換模組100自發電端轉換電路120、140傳輸電力至電網端轉換電路160時，便可由中壓等級的直流電進行能量傳輸。如此一來，便可降低傳輸線上的線路損耗，提升系統整體的轉換效率。

此外，由於控制驅動電路180輸出驅動訊號DS，使得電網端轉換電路160對節點N1的電壓準位Vbus與饋入電網300之輸出電流Io的頻率和相位進行控制，因此發電端轉換電路120、140可採用高頻化電路設計，使得發電端轉換電路120、140的成本進一步降低。此外，高頻化電路設計亦可避免工頻變壓器所導致體積龐大、高銅損、高鐵損等問題，進而使電源轉換模組100小型化並更為節能。

請參考第2圖。第2圖為根據本案部分實施例所繪示的發電系統的示意圖。於第2圖中，與第1圖之實施例有關的相似元件係以相同的參考標號表示以便於理解，且相似元件之具體原理已於先前段落中詳細說明，若非與第2圖之元件間具有協同運作關係而必要介紹者，於此不再贅述。

如第2圖所示，在部分實施例中，發電模組220、240分別包含太陽能模組PV1、PV2，其輸入電壓Vin1、Vin2為太陽能光伏輸出的直流電壓。發電端轉換電路120、140分別用以控制太陽能模組PV1、PV2操作在最大功率點（Maximum Power Point），以自發電模組220、240接收輸入電壓Vin1、Vin2。具體來說，當太陽能模組PV1、PV2操作在不同的工作點時，所輸出的電壓、電流特性皆不相同。因此，發電端轉換電路120、140控制太陽能模組PV1、PV2操作在最大功率點時，可使發電模組220、240提供即時最大的發電效率。此外，如第2圖所繪示，在本實施例中，電源轉換模組100係為串接型（String）直交流轉換器，因此各組發電模組220、240可由各自對應的發電端轉換電路120、140控制工作點。如此一來，即便各組太陽能模組PV1、PV2受到遮蔽效應等現象影響而具有相異的最大功率點，各組發電端轉換電路120、140仍可分別透過各自的控制器進行控制，使每一組發電模組220、240皆提供即時最大的發電效率，以實現最大功率追蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT）。

具體來說，在第2圖所繪示的實施例中，發電端轉換電路120包含直流直流轉換單元122a、124。在結構上，直流直流轉換單元122a電性耦接太陽能模組PV1，並用以透過相應的控制器所輸出的控制訊號控制太陽能模組PV1操作在最大功率點，並根據輸入電壓Vin1輸出直流電流Ia。換言之，直流直流轉換單元122a可作為直流電流源，將太陽能模組PV1輸出的電能傳遞至直流直流轉換單元124。具體來說，在部分實施例中，直流直流轉換單元122a可由升壓型轉換器或降壓型轉換器等等各種轉換電路所實現。發電端轉換電路120透過相應的控制器輸出控制訊號控制直流直流轉換單元122a中開關單元的啟閉，以使得太陽能模組PV1操作在相應的最大功率點。

直流直流轉換單元124電性耦接直流直流轉換單元122a與節點N1之間，並用以根據直流電流Ia輸出電流I1至節點N1。如第2圖所示，在部分實施例中，直流直流轉換單元124包含隔離型直流直流轉換器，用以提供發電模組220以及電網端轉換電路160之間的電流隔離。如此一來，便可確保具有不同電壓等級之直流直流轉換單元124兩側電路各自的正常操作。舉例來說，在部分實施例中，發電端轉換電路120的工作電壓可為650V或800V等等。相對的，節點N1的電壓準位Vbus可為介於1kV～35kV之中壓（MV）等級。舉例來說，在部分實施例中，直流直流轉換單元124包含直流變壓器(DC Transformer，DCX)實現前後級之間的電源隔離與變壓。具體而言，直流變壓器可透過LLC諧振式電源轉換器架構實現，但本案並不以此為限。

相似地，在部分實施例中，發電端轉換電路140包含直流直流轉換單元142b、144。直流直流轉換單元142b電性耦接太陽能模組PV2，並用以控制太陽能模組PV2操作在最大功率點，並根據輸入電壓Vin2輸出直流電流Ib。直流直流轉換單元144電性耦接直流直流轉換單元142b與節點N1之間，並用以根據直流電流Ib輸出電流I2至節點N1。如第2圖所示，在部分實施例中，直流直流轉換單元144包含隔離型直流直流轉換器，用以提供太陽能模組PV2以及電網端轉換電路160之間的電流隔離。發電端轉換電路140的具體電路與操作與發電端轉換電路120相似，並已於先前段落中詳細說明，故於此不再贅述。

值得注意的是，在第2圖所示實施例中的直流直流轉換單元122a、124以及直流直流轉換單元142b、144可採用各種合適的電力電子元件（如：絕緣閘雙極電晶體等），並以各種不同類型的非隔離型交換式電源電路以及隔離型交換式電源電路實現。

值得注意的是，本揭示內容中的發電系統與電源轉換模組100不僅僅可應用在太陽能發電系統中，亦可應用在風力發電系統中。請參考第3圖。第3圖為根據本案部分實施例所繪示的發電系統的示意圖。於第3圖中，與第1圖、第2圖之實施例有關的相似元件係以相同的參考標號表示以便於理解，且相似元件之具體原理已於先前段落中詳細說明，若非與第3圖之元件間具有協同運作關係而必要介紹者，於此不再贅述。

如第3圖所示，在部分實施例中，發電模組220、240分別包含風力發電機WT1、WT2，其輸入電壓Vin1、Vin2為風力發電機WT1、WT2輸出的交流電壓。舉例來說，風力發電機WT1、WT2可分別輸出三相交流電力至發電端轉換電路120、140。發電端轉換電路120、140分別用以控制風力發電機WT1、WT2操作在最大功率點（Maximum Power Point），以自發電模組220、240接收輸入電壓Vin1、Vin2。

與第2圖所繪示的太陽能發電系統相似，當風力發電機WT1、WT2操作在不同的工作點時，所輸出的電壓、電流特性皆不相同。因此，發電端轉換電路120、140控制風力發電機WT1、WT2操作在最大功率點時，可使發電模組220、240提供即時最大的發電效率。此外，如第3圖所繪示，在本實施例中，電源轉換模組100係為串接型（String）轉換器，因此各組發電模組220、240可由各自對應的發電端轉換電路120、140控制工作點。如此一來，即便各組風力發電機WT1、WT2處在不同的風速條件下而具有相異的最大功率點，各組發電端轉換電路120、140仍可分別進行控制，使每一組發電模組220、240皆提供即時最大的發電效率，以實現最大功率追蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT）。

和第2圖所繪示實施例相比，在第3圖所繪示的實施例中，發電端轉換電路120包含多個交流直流轉換單元122c以及直流直流轉換單元124。在結構上，交流直流轉換單元122c分別電性耦接發電模組220中的各組繞組，並用以控制風力發電機WT1操作在最大功率點，並根據輸入電壓Vin1輸出直流電流Ic。換言之，交流直流轉換單元122c可作為直流電流源，將風力發電機WT1輸出的電能傳遞至直流直流轉換單元124。

直流直流轉換單元124電性耦接交流直流轉換單元122c與節點N1之間，並用以根據直流電流Ic輸出電流I1至節點N1。與第2圖所示實施例相似，在本實施例中，直流直流轉換單元124亦可包含隔離型直流直流轉換器，用以提供發電模組220以及電網端轉換電路160之間的電流隔離，以確保具有不同電壓等級之直流直流轉換單元124兩側電路各自的正常操作。

相似地，在部分實施例中，發電端轉換電路140包含多個交流直流轉換單元142d以及直流直流轉換單元144。交流直流轉換單元142d分別電性耦接發電模組240中的各組繞組，並用以控制風力發電機WT2操作在最大功率點，並根據輸入電壓Vin2輸出直流電流Id。直流直流轉換單元144電性耦接交流直流轉換單元142d與節點N1之間，並用以根據直流電流Id輸出電流I2至節點N1。發電端轉換電路140的具體電路與操作與發電端轉換電路120相似，並已於先前段落中詳細說明，故於此不再贅述。

換言之，如第2圖、第3圖所示，在本案的不同實施例中，電源轉換模組100可包含相應的發電端轉換電路120、140以配合不同的發電模組220、240，如太陽能發電系統的太陽能模組PV1、PV2或是風力發電系統的風力發電機WT1、WT2等等。如此一來，電源轉換模組100便可應用在不同的再生能源發電系統中，以降低電源轉換模組100的體積與成本。此外，透過電源轉換模組100的高頻化電路及相應控制，亦可實現發電側的最大功率追蹤、降低銅鐵損，藉此提高系統整體的發電效率和轉換效率。

此外，在部分實施例中，電源轉換模組100亦可應用在太陽能─風能混合發電系統中。請參考第4圖。第4圖為根據本案部分實施例所繪示的發電系統的示意圖。於第4圖中，與第1圖～第3圖之實施例有關的相似元件係以相同的參考標號表示以便於理解，且相似元件之具體原理已於先前段落中詳細說明，若非與第4圖之元件間具有協同運作關係而必要介紹者，於此不再贅述。

如第4圖所示，電源轉換模組100中發電端轉換電路120、140可分別自太陽能模組PV1與風力發電機WT2接收輸入電壓Vin1、Vin2，並分別透過直流直流轉換單元122a與交流直流轉換單元142d輸出直流電流Ia、Id至直流直流轉換單元124、144。藉此，電網端轉換電路160便可從連接至不同再生能源發電裝置的發電端轉換電路120、140接收電能，並將電能轉換為適當的電流形式輸出至電網300。如此一來，電源轉換模組100便可應用在太陽能─風能混合發電系統中進行操作。此外，雖然在第4圖所實施例中僅繪示一組太陽能模組PV1與一組風力發電機WT2，但其僅為示例之用，並非用以限制本案。如先前段落所述，本領域具通常知識者可根據實際需求設置發電端轉換電路120、140的組數和類型，以搭配發電系統中發電模組220、240的數量及類型，使得電網端轉換電路160接收各組發電端轉換電路120、140輸出之電流I1、I2，並據以對電網300供電。

此外，相似地，電源轉換模組100中發電端轉換電路120、140亦可分別自其他不同的電力來源接收輸入電壓，並透過相應的發電端轉換電路120、140接收電能，並將電能轉換為適當的電流形式輸出至電網300。換言之，電源轉換模組100亦可應用在各種混合發電系統中進行操作。舉例來說，電源轉換模組100亦可自水力發電、潮汐發電、洋流發電、火力發電、核能發電等等不同再生能源或傳統能源的發電機組接收電力，並透過發電端轉換電路120、140將電能轉換為適當的電流源形式，並透過電路並聯將各個機組產生的電力提供至電網端轉換電路160，並由電網端轉換電路160對節點N1的電壓準位Vbus與饋入電網300之輸出電流Io的頻率和相位進行控制，以對電網300供電。

與第2圖所述實施例中的轉換電路相似，在第3圖、第4圖所示實施例中，交流直流轉換單元122c、142d亦可採用各種合適的電力電子元件（如：絕緣閘雙極電晶體等），並以各種不同類型的非隔離型交換式電源電路實現。

請參考第5圖。第5圖為根據本案其他部分實施例所繪示的發電系統的示意圖。於第5圖中，與第1圖之實施例有關的相似元件係以相同的參考標號表示以便於理解，且相似元件之具體原理已於先前段落中詳細說明，若非與第5圖之元件間具有協同運作關係而必要介紹者，於此不再贅述。

和第1圖所示實施例相比，如第5圖所示，在部分實施例中，發電系統更包含電網端開關電路400以及當地負載900。電網端開關電路400設置於電源轉換模組100以及電網300之間。具體來說，如圖中所示，在部分實施例中電網端開關電路400電性耦接於電源轉換模組100中的電網端轉換電路160與電網300之間。當電源轉換模組100與電網300併網運轉時，電源轉換模組100輸出電流Io經由導通的電網端開關電路400對電網300供電。相對地，於電網300異常時，電網端開關電路400相應選擇性地關斷，藉以隔離電網端轉換電路160及電網300。

藉此，當電網300掉電或是電力品質發生異常的情形發生時，電網端開關電路400可經由相應的控制策略關斷，以保護電源轉換模組100以及發電模組220、240的設備。相似地，系統亦可在偵測到電源轉換模組100以及發電模組220、240發生異常時，控制電網端開關電路400關斷，將電源轉換模組100以及發電模組220、240切離市電，確保電網300的系統穩定。藉此，透過設置電網端開關電路400在偵測到故障或異常狀態時自動跳脫，便可避免設備毀損或是電網穩定度的進一步惡化。

此外，在部分實施例中，電網端轉換電路160更用以電性耦接至當地負載900，以對當地負載900供電。如此一來，即便電源轉換模組100以及發電模組220、240未與電網300並聯，仍可操作在孤島運轉的模式，直接提供負載電流Iload至當地負載900，以提供當地負載900所需的電力。值得注意的是，在部分實施例中，電源轉換模組100中可設置其他的功能電路以確保電源轉換模組100與發電模組220、240操作在孤島運轉的模式時對當地負載900提供穩定的負載電流Iload。

如第5圖所示，在部分實施例中，電源轉換模組100更包含儲能端轉換電路130以及儲能裝置150。具體來說，儲能端轉換電路130可包含直流直流轉換電路，儲能裝置150可包含電池等電力儲存設備。在結構上，儲能端轉換電路130電性耦接於節點N1與儲能裝置150之間。如此一來，儲能端轉換電路130便可提供節點N1儲能電流I3，或是自節點N1接收儲能電流I3以對儲能裝置150充放電，以維持節點N1的電壓準位Vbus的穩定。

換言之，儲能端轉換電路130可於節點N1與儲能裝置150之間實現雙向的電力傳輸，以搭配電網端轉換電路160的操作維持系統的電力平衡。儲能端轉換電路130可透過控制驅動電路180進行控制。具體來說，在本實施例中，控制驅動電路180可輸出驅動訊號DS1至電網端轉換電路160控制電網端轉換電路160的操作之外，更可輸出驅動訊號DS2至儲能端轉換電路130，以透過儲能端轉換電路130控制儲能電流I3，據以調整自節點N1輸出至儲能端轉換電路130之儲能電流I3的大小，或是自儲能端轉換電路130輸出至節點N1之儲能電流I3的大小。

舉例來說，在陽光充足、風力豐沛等有利條件下，發電端的發電比電網300所需調度的電力以及當地負載900所需的電力還多的情況下，發電模組220、240所發出的額外電力可以儲能電流I3的形式從節點N1經由儲能端轉換電路130送至儲能裝置150中儲存，避免因發電過多將能量累積於線路上，進而導致節點N1的電壓準位Vbus劇烈變化。

相對地，在光線遮蔽、風力減弱等不利條件下，發電端的發電不足以供應電網300所需調度的電力以及當地負載900所需的電力時，電網端轉換電路160可透過節點N1自儲能端轉換電路130接收儲能電流I3，避免因發電不足導致節點N1的電壓準位Vbus劇烈變化。藉此，儲能裝置150中所儲存的電力便可經由儲能端轉換電路130輸出，並透過電網端轉換電路160轉換為適當的頻率與相位的交流電至電網300及當地負載900等負載端。

如此一來，在發電模組220、240與電源轉換模組100和電網300併網運轉的情況下，電網300自電網端轉換電路160接收的功率便可相對穩定，避免因發電模組220、240的發電量變化而導致功率的劇烈變動，進而損害電網300的電力品質。此外，在發電模組220、240與電源轉換模組100孤島運轉，沒有和電網300併網的情況下，電源轉換模組100亦可藉由儲能裝置150實現線路上的負載平衡，在發電模組220、240發電量高於當地負載900用電量時將多餘電力儲存於儲能裝置150中，並在發電模組220、240發電量低於當地負載900用電量時由儲能裝置150儲存的能量補足發電不足的部分，以維持穩定的供電品質。

值得注意的是，在第5圖所示實施例中的儲能端轉換電路130亦可採用各種合適的電力電子元件（如：絕緣閘雙極電晶體等），並由各種不同類型的交換式電源電路實現。此外，電網端開關電路400亦可由各種不同類型的電力電子開關器件實現。

綜上所述，在上述各個實施例中，電網端轉換電路160可透過控制驅動電路180的控制實現節點N1與負載端（如：電網300或是當地負載900）之間電力的雙向傳輸，並據以控制節點N1的電壓準位Vbus。此外，在部分實施例中，儲能端轉換電路130可透過控制驅動電路180的控制實現節點N1與儲能裝置150之間電力的雙向傳輸。藉此，透過控制驅動電路180的適當控制，發電端轉換電路120、140輸出的電流I1、I2，儲能端轉換電路130輸出或接收的儲能電流I3便可與負載端所接收的電流Io及／或負載電流Iload達到能量平衡。

於此同時，由於發電端轉換電路120、140不須對節點N1的電壓準位Vbus進行控制，因此可採用高頻化的電路設計，進而縮小體積、降低成本。此外，亦可有效降低線路上以及轉換電路內的銅損、鐵損等等損失。藉此，不論系統處於滿載或空載，都可具有較高的能量轉換效率。

此外，值得注意的是，在不衝突的情況下，在本揭示內容各個圖式、實施例及實施例中的特徵與電路可以相互組合。上述圖式中所繪示的電路僅為示例之用，係簡化以使說明簡潔並便於理解，並非用以限制本案。

請參考第6圖。第6圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的發電系統的控制方法600的流程圖。為方便及清楚說明起見，下述控制方法600是配合第1圖～第5圖所示實施例進行說明，但不以此為限，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可對作各種更動與潤飾。如第6圖所示，控制方法600包含步驟S610、S620、S630以及S640。在部分實施例中，控制方法600可進一步包含步驟S650以及S660。在部分實施例中，控制方法600可進一步包含步驟S670以及S680。

首先，在步驟S610中，由發電端轉換電路120接收輸入電壓Vin1，並根據輸入電壓Vin1產生電流I1。在不同實施例中，輸入電壓Vin1可根據電力來源不同而為直流電或是交流電形式。具體來說，在部分實施例中，步驟S610中可包含控制太陽能模組PV1操作在最大功率點，以自太陽能模組PV1接收直流電壓的輸入電壓Vin1。舉例來說，在步驟S610中可由發電端轉換電路120的直流直流轉換單元122a控制太陽能模組PV1操作在最大功率點。接著，由直流直流轉換單元122a根據輸入電壓Vin1輸出直流電流Ia。最後，由發電端轉換電路120的直流直流轉換單元124，根據直流電流Ia輸出電流I1至節點N1。

此外，在其他部分實施例中，步驟S610中可包含控制風力發電機WT1操作在最大功率點，以自風力發電機WT1接收交流電壓的輸入電壓Vin1。舉例來說，在步驟S610中可由發電端轉換電路120的交流直流轉換單元122c，控制風力發電機WT1操作在最大功率點。接著，由交流直流轉換單元122c根據輸入電壓Vin1輸出直流電流Ic。最後，由發電端轉換電路120的直流直流轉換單元124，根據直流電流Ic輸出電流I1至節點N1。

接著，在步驟S620中，由控制驅動電路180輸出驅動訊號DS至電網端轉換電路160。如先前段落中所述，在部分實施例中，電網端轉換電路160與發電端轉換電路120耦接於節點N1。

接著，在步驟S630中，藉由電網端轉換電路160，根據驅動訊號DS控制節點N1的電壓準位Vbus。具體來說，電網端轉換電路160可控制節點N1的電壓準位Vbus的電壓等級處於中壓（MV）等級。如此一來，便可減少線路上的損耗。

最後，在步驟S640中，由電網端轉換電路160將電流I1轉換為交流電輸出至電網300。舉例來說，在部分實施例中，步驟S630可包含由電網端轉換電路160的直流交流轉換單元，輸出與電網300同頻同相的交流電，以對電網300供電。

此外，在部分實施例中，控制方法600亦可包含由發電端轉換電路140接收輸入電壓Vin2，並根據輸入電壓Vin2輸出電流I2，以及由電網端轉換電路160，自節點N1接收電流I1與電流I2並將電流I1與電流I2轉換為交流電輸出至電網300。其具體操作已於先前段落中配合多個實施例詳細說明，故不再於此贅述。

在部分實施例中，控制方法600進一步包含步驟S650以及步驟S660，以控制發電系統操作在孤島運轉模式。舉例來說，在步驟S650中，於電網300異常時，選擇性地關斷電性耦接於電網端轉換電路160與電網300之間的電網端開關電路400，藉以隔離電網端轉換電路160及電網300。接著，在步驟S660中，由電網端轉換電路160將電流I1轉換為交流電以對當地負載900供電。如此一來，即便在與電網300解聯的情況下，發電系統仍可藉由孤島運轉模式對當地負載900供電。

在部分實施例中，控制方法600進一步包含步驟S670以及步驟S680，以搭配儲能裝置150進行操作。舉例來說，在步驟S670中，由儲能端轉換電路130提供節點N1或自節點N1接收儲能電流I3。在步驟S680中，由控制驅動電路180輸出驅動訊號DS2至儲能端轉換電路130，以透過儲能端轉換電路130控制 儲能電流I3，據以調整自節點N1輸出至電網端轉換電路160的電流大小。如此一來，發電系統便可藉由儲能電流I3對儲能裝置150進行充放電，以維持系統的供需平衡。

所屬技術領域具有通常知識者可直接瞭解此控制方法600如何基於上述多個不同實施例中的發電系統以執行該等操作及功能，故不再此贅述。

此外，雖然本文將所公開的方法示出和描述為一系列的步驟或事件，但是應當理解，所示出的這些步驟或事件的順序不應解釋為限制意義。例如，部分步驟可以以不同順序發生和／或與除了本文所示和／或所描述之步驟或事件以外的其他步驟或事件同時發生。另外，實施本文所描述的一個或多個態樣或實施例時，並非所有於此示出的步驟皆為必需。此外，本文中的一個或多個步驟亦可能在一個或多個分離的步驟和／或階段中執行。

綜上所述，本揭示內容透過上述多個實施例，由中壓（MV）等級的直流電進行轉換器模組中的能量傳輸。如此一來，便可減少傳輸線上的線路損耗，提升系統整體的轉換效率。此外，由於本揭示內容中的轉換器模組係由驅動電路輸出驅動訊號，透過電網端轉換電路控制節點的電壓準位與饋入電網之輸出電流的頻率和相位，因此發電端轉換電路可採用高頻化電路設計。如此一來，發電端轉換電路的成本降低、體積縮小、銅損、鐵損減少等問題，使得轉換器模組實現小型化並更為節能。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電源轉換模組

120、140‧‧‧發電端轉換電路

122a、142b、124、144‧‧‧直流直流轉換單元

122c、142d‧‧‧交流直流轉換單元

130‧‧‧儲能端轉換電路

150‧‧‧儲能裝置

160‧‧‧電網端轉換電路

180‧‧‧控制驅動電路

220、240‧‧‧發電模組

300‧‧‧電網

400‧‧‧電網端開關電路

600‧‧‧控制方法

900‧‧‧當地負載

N1‧‧‧節點

PV1、PV2‧‧‧太陽能模組

WT1、WT2‧‧‧風力發電機

Vin1、Vin2‧‧‧輸入電壓

Vbus‧‧‧電壓準位

I1、I2、I3、Ia、Ib、Ic、Id、Io、Iload‧‧‧電流

DS、DS1、DS2‧‧‧驅動訊號

S610~S680‧‧‧步驟

第1圖為根據本案部分實施例所繪示的發電系統的示意圖。 第2圖為根據本案部分實施例所繪示的發電系統的示意圖。 第3圖為根據本案部分實施例所繪示的發電系統的示意圖。 第4圖為根據本案部分實施例所繪示的發電系統的示意圖。 第5圖為根據本案其他部分實施例所繪示的發電系統的示意圖。 第6圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的發電系統的控制方法的流程圖。

100‧‧‧電源轉換模組

120、140‧‧‧發電端轉換電路

160‧‧‧電網端轉換電路

180‧‧‧控制驅動電路

220、240‧‧‧發電模組

300‧‧‧電網

N1‧‧‧節點

Vin1、Vin2‧‧‧輸入電壓

Vbus‧‧‧電壓準位

I1、I2、Io‧‧‧電流

DS‧‧‧驅動訊號

Claims (18)

1. 一種電源轉換模組，包含：一第一發電端轉換電路，用以自一發電模組接收一輸入電壓，並根據該輸入電壓輸出一第一電流；一電網端轉換電路，電性耦接於該第一發電端轉換電路於一節點，用以接收該第一電流並根據該第一電流對一電網供電；一控制驅動電路，用以輸出一驅動訊號至該電網端轉換電路，以透過該電網端轉換電路控制該節點的電壓準位，其中該節點的電壓等級為中壓等級；以及一第二發電端轉換電路，用以自一第二發電模組接收一第二輸入電壓，並根據該第二輸入電壓輸出一第二電流；其中該電網端轉換電路電性耦接於該第二發電端轉換電路於該節點，用以接收該第二電流並根據該第一電流與該第二電流對該電網供電，該第一發電端轉換電路與該第二發電端轉換電路分別包含一隔離型直流直流轉換器，用以提供該發電模組、該第二發電模組與該電網端轉換電路之間的電流隔離。
2. 如請求項1所述之電源轉換模組，其中該第一發電端轉換電路用以控制該發電模組中的一太陽能模組操作在一最大功率點，以自該太陽能模組接收該輸入電壓，其中該輸入電壓為直流電壓。
3. 如請求項2所述之電源轉換模組，其中該第 一發電端轉換電路包含：一第一直流直流轉換單元，用以控制該太陽能模組操作在該最大功率點，並根據該輸入電壓輸出一直流電流；以及一第二直流直流轉換單元，電性連接於該第一直流直流轉換單元與該節點之間，用以根據該直流電流輸出該第一電流至該節點。
4. 如請求項3所述之電源轉換模組，其中該第二直流直流轉換單元包含該隔離型直流直流轉換器，用以提供該太陽能模組以及該電網端轉換電路之間的電流隔離。
5. 如請求項1所述之電源轉換模組，其中該第一發電端轉換電路用以控制該發電模組中的一風力發電機操作在一最大功率點，以自該風力發電機接收該輸入電壓，其中該輸入電壓為交流電壓。
6. 如請求項5所述之電源轉換模組，其中該第一發電端轉換電路包含：一交流直流轉換單元，用以控制該風力發電機操作在該最大功率點，並根據該輸入電壓輸出一直流電流；以及一直流直流轉換單元，電性連接於該交流直流轉換單元與該節點之間，用以根據該直流電流輸出該第一電流至該節點。
7. 如請求項1所述之電源轉換模組，其中該電 網端轉換電路包含一直流交流轉換單元，該直流交流轉換單元用以輸出與該電網同頻同相的交流電力，以對該電網供電。
8. 如請求項1所述之電源轉換模組，更包含：一儲能裝置；以及一儲能端轉換電路，電性耦接於該節點與該儲能裝置之間，用以提供該節點或自該節點接收一儲能電流以對該儲能裝置充放電；其中該控制驅動電路更用以輸出一第二驅動訊號至該儲能端轉換電路，以透過該儲能端轉換電路控制該儲能電流，據以調整自該節點輸出至該電網端轉換電路的電流大小。
9. 一種發電系統，包含：一發電模組；一第二發電模組；一電源轉換模組，包含：一第一發電端轉換電路，電性耦接於該發電模組，用以自該發電模組接收一輸入電壓，並根據該輸入電壓輸出一第一電流；一第二發電端轉換電路，電性耦接於該第二發電模組，用以自該第二發電模組接收一第二輸入電壓，並根據該第二輸入電壓輸出一第二電流；一電網端轉換電路，電性耦接於該第一發電端轉換電路與該第二發電端轉換電路於一節點，用以接收該第一電流與該第二電流，並根據該第一電流與該第二電流 對一電網供電；以及一控制驅動電路，用以輸出一驅動訊號至該電網端轉換電路，以透過該電網端轉換電路控制該節點的電壓準位；以及一電網端開關電路，電性耦接於該電網端轉換電路與該電網之間，用以於該電網異常時選擇性地關斷，藉以隔離該電網端轉換電路及該電網；其中該第一發電端轉換電路與該第二發電端轉換電路分別包含一隔離型直流直流轉換器，用以提供該發電模組、該第二發電模組與該電網端轉換電路之間的電流隔離。
10. 如請求項9所述之發電系統，其中該電網端轉換電路更用以電性耦接至一當地負載，以對該當地負載供電。
11. 一種發電系統的控制方法，包含：由一第一發電端轉換電路自一發電模組接收一輸入電壓，並根據該輸入電壓產生一第一電流；由一第二發電端轉換電路自一第二發電模組接收一第二輸入電壓，並根據該第二輸入電壓輸出一第二電流；由一控制驅動電路，輸出一驅動訊號至一電網端轉換電路，其中該電網端轉換電路與該第一發電端轉換電路耦接於一節點；分別由該第一發電端轉換電路與該第二發電端轉換電路中的一隔離型直流直流轉換器提供該發電模組、該第二發電模組與該電網端轉換電路之間的電流隔離； 藉由該電網端轉換電路，根據該驅動訊號控制該節點的電壓準位；以及由該電網端轉換電路自該節點接收該第一電流與該第二電流，並將該第一電流與該第二電流轉換為交流電輸出至一電網。
12. 如請求項11所述之控制方法，其中透過該第一發電端轉換電路產生該第一電流的步驟包含：控制一太陽能模組操作在一最大功率點，以自該太陽能模組接收該輸入電壓，其中該輸入電壓為直流電壓。
13. 如請求項12所述之控制方法，其中透過該第一發電端轉換電路產生該第一電流的步驟更包含：由該第一發電端轉換電路的一第一直流直流轉換單元，控制該太陽能模組操作在該最大功率點；由該第一直流直流轉換單元根據該輸入電壓輸出一直流電流；以及由該第一發電端轉換電路的一第二直流直流轉換單元，根據該直流電流輸出該第一電流至該節點。
14. 如請求項13所述之控制方法，其中透過該第一發電端轉換電路產生該第一電流的步驟包含：控制一風力發電機操作在一最大功率點，以自該風力發電機接收該輸入電壓，其中該輸入電壓為交流電壓。
15. 如請求項14所述之控制方法，其中透過該第一發電端轉換電路產生該第一電流的步驟更包含：由該第一發電端轉換電路的一交流直流轉換單元，控制該風力發電機操作在該最大功率點；由該交流直流轉換單元根據該輸入電壓輸出一直流電流；以及由該第一發電端轉換電路的一直流直流轉換單元，根據該直流電流輸出該第一電流至該節點。
16. 如請求項11所述之控制方法，其中由該電網端轉換電路將該第一電流轉換為交流電輸出至該電網的步驟包含：由該電網端轉換電路的一直流交流轉換單元，輸出與該電網同頻同相的交流電，以對該電網供電。
17. 如請求項11所述之控制方法，更包含：於該電網異常時，選擇性地關斷電性耦接於該電網端轉換電路與該電網之間的一電網端開關電路，藉以隔離該電網端轉換電路及該電網；以及由該電網端轉換電路將該第一電流轉換為交流電以對一當地負載供電。
18. 如請求項11所述之控制方法，更包含：由一儲能端轉換電路提供該節點或自該節點接收一儲能電流；以及 由該控制驅動電路輸出一第二驅動訊號至該儲能端轉換電路，以透過該儲能端轉換電路控制該儲能電流，據以調整自該節點輸出至該電網端轉換電路的電流大小。