TWI635685B

TWI635685B - 離網並網無縫切換的儲能系統

Info

Publication number: TWI635685B
Application number: TW106125114A
Authority: TW
Inventors: 王偉旭; 周邦華; 戴日增; 謝卓明
Original assignee: 旭隼科技股份有限公司
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2018-09-11
Also published as: TW201911698A

Abstract

本發明公開一種離網並網無縫切換的儲能系統，包括有一雙向直流-交流轉換器、一直流母線、一直流-交流轉換器、一雙向直流-直流變換器及一最大功率追蹤電路，係應用在太陽能光電板與市電相耦接並且驅動一負載。於並網工作時，經過最大功率追蹤之後得到的光電能量可以經由雙向直流-直流變換器存儲到電池中，也可以通過雙向直流-交流轉換器回饋給市電，同時可經過直流-交流轉換器的逆變作用輸出給負載。於離網工作時，負載的能量來源能夠是來源於自市電電網經過雙向直流-交流轉換器中的單獨整流作用，也可來源於經過最大功率追蹤電路後得到的光電能量，也可來源於電池經由雙向直流-直流變換器的放電，使負載獲得能量。

Description

離網並網無縫切換的儲能系統

本發明涉及一種離網並網無縫切換的儲能系統，特別是一種當市電丟失時，負載仍由太陽能及電池供給電能的離網並網無縫切換的儲能系統。

在現有的離網型態的儲能系統中，主要是市電連接一個第一開關再連接至負載，太陽光電能的輸出連接到電池且同時連接一個整流逆變轉換器之後，整流逆變轉換器再由一個第二開關的連接後而連接到負載。如此，現有的電路架構的運作方式說明如下：當市電存在時，太陽光電能和電池的能量可以經過逆變後，再經過第二開關，供給電能傳送給負載，同時也可以經過第一開關，回饋到市電的電網上；當太陽供電能的能量不足時，市電也可以經過第一開關，供給負載，同時經過第二開關進行整流進而對電池充電。此乃目前離並網一體型態的逆變器中最常見之一種工作方式。另外，當市電丟失時，即指市電停電或斷電之時，整個系統會斷開該第一開關，在整個系統中所運作的機器會由並網模式切換到離網模式工作，繼續由電池和太陽光電能供應電能給負載；另當市電恢復時，該機器會先斷開第二開關，然後接合上第一開關，且當該機器中的主要控制器完成了離網到並網的切換動作後，再接合上第二開關。

然而，在這個並網切換為離網和離網切換為並網的過程中，由於第一開關和第二開關會存在有切換動作的作業時間，即負載端會存在有數毫秒的斷電時間。如果是採用繼電器作為開關元件，則一般會有5毫秒至10毫秒的切換時間，如果是採用的可控矽的相關半導體元件，則需視市電供應的情況而定，也可能會存在有1毫秒至10毫秒不等的切換時間。如此，對於斷電時間要求很高的精密負載，若存在有數毫秒的切換時間，系統還是會引起負載被斷電，這也是現有的離並網儲能一體逆變器的一個不足的地方與必須改進之缺失，另從某種程度上而言，離並網儲能一體逆變器是無法為對電網斷電時間要求很高的地區提供儲能的解決方案，有待且必要加以改善。

本發明涉及一種離網並網無縫切換的儲能系統，當市電存在時，市電與直流母線之間的能量流動是雙向的，存在有市電帶載而能充電，市電饋網之兩種情況；太陽能光電板通過最大功率追蹤電路後，將能量提供到直流母線中；電池與直流母線之間的能量流動也是雙向的，存在著電池能被充電以及電池能夠放電之兩種情況，以及直流母線經過直流-交流轉換器的逆變進而提供能量到負載。當市電停電或斷電之時，僅市電與直流母線之間的能量交換被停止，負載依然由該直流母線來供給，直流母線能量的來源乃是源自於太陽能光電板與電池，整個儲能系統會自動地切換到離網模式，實現了並網離網的無縫切換，即在執行切換的時候，該負載並沒有斷電的時間發生。

本發明所述之離網並網無縫切換的儲能系統乃應用於太陽能光電板與市電相耦接並且驅動一負載的連接關係中，該儲能系統包括有：一雙向直流-交流轉換器，耦接於該市電，且與該市電之間的電能為雙向傳輸；一直流母線，耦接於該雙向直流-交流轉換器，使該直流母線與該市電之間的電能為雙向傳輸；一直流-交流轉換器，該直流-交流轉換器有一輸入端耦接於該直流母線，該直流-交流轉換器有一輸出端耦接於該負載；一雙向直流-直流變換器，一端耦接於該直流母線，另一端耦接於一電池，使該直流母線與該雙向直流-直流變換器之間的電能為雙向傳輸；並使該雙向直流-直流變換器與該電池的電能為雙向傳輸；該雙向直流-直流變換器包括有一第一級電路及一第二級電路，該第一級電路與該第二級電路相耦接；一最大功率追蹤電路，輸入端耦接於該太陽能光電板，輸出端耦接於該直流母線；其中，當並網工作時，該雙向直流-交流轉換器的工作是作為逆變轉換之用；當離網工作時，該雙向直流-交流轉換器的工作僅作為整流之用或者是不作用。並且，其中所述的直流母線為一直流電源匯流排。

10‧‧‧市電

20‧‧‧雙向直流-交流轉換器

30‧‧‧直流母線

40、40a‧‧‧直流-交流轉換器

50‧‧‧負載

60‧‧‧雙向直流-直流變換器

60a‧‧‧第一級電路

60b‧‧‧第二級電路

70‧‧‧電池

80‧‧‧太陽能光電板

90‧‧‧最大功率追蹤電路(MPPT)

B+‧‧‧正母線端

B-‧‧‧負母線端

N‧‧‧中性線

X‧‧‧電壓輸出端

X2a‧‧‧第二級電路第一端

X2b‧‧‧第二級電路第二端

BA‧‧‧電池電壓

Tr‧‧‧變壓器

S1、S2、S3、S4、S41、S42、S43、S44、S45、S46、S61、S62、S63、S64、S65、S66、S67、S68、S71、S72、S73、S74‧‧‧開關

D1、D11、D2、D12‧‧‧二極體

R1、R2‧‧‧電阻

L1、L40、L41、L42、L43、L61、L62、L63‧‧‧電感

C11、C1、C12、C2、C41、C42、C43、C44、C45、C61、C62、C63、C64‧‧‧電容

圖1為本發明實施例之電路方塊連接示意圖；圖2為本發明實施例中雙向直流-交流轉換器與直流-交流轉換器之電路連接示意圖；圖3為本發明實施例之直流-交流轉換器的另一實施例示意圖；圖4為本發明實施例之雙向直流-直流變換器之電路示意圖；圖5為本發明實施例之雙向直流-交流轉換器雙向作用示意圖；圖6為本發明實施例之雙向直流-交流轉換器單向作用示意圖。

在下文中將參閱隨附圖式，藉以更充分地描述各種例示性實施例，並在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明之概念可能以許多不同形式來加以體現，且不應解釋為僅限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示電路方塊與元件與各個裝置之大小以及相對之位置，其中對於類似數字始終指示類似元件。

應理解，雖然在本文中可能使用術語開關元件係包括有開關元件，是指一種切換元件的表達術語，但並不限定是採用IGBT、BJT、MOS、CMOS、JFET或是MOSFET，即此等元件不應受此等電子元件實際產品術語之限制。以及本文所出現之第一、第二、第三...；或是S1開關、S41開關、S44開關、C1電容、C11電容、C2電容、D1二極體、D11二極體、D2二極體...，此等術語乃用以清楚地區分一元件與另一元件，並非具有一定的元件順序關係，即有可能會有第一開關、第三開關而無第二開關的元件實施態樣，乃非一定具有連續之序號作為元件符號之標示。

如本文中所使用術語之第一端、第二端、上端或下端、左側端或右側端、一次側或二次側等等，此等術語乃用以清楚地區分一個元件的一端點與該元件的另一端點，或為區分一元件與另一元件之間，或是一個端點與另一個端點之間係為不同，其並非用以限制該文字序號所呈現之順序關係，且非必然有數字上連續之關係。又，可能使用了術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之任一者及一或多者之所有組合。再者，本文可能使用術語複數個來描述具有多個元件，但此等複數個元件並不僅限於實施有二個、三個或四個及四個以上的元件數目表示所實施的技術。

本發明公開一種離網並網無縫切換的儲能系統，藉由本發明所設置之直流母線的耦接關係能使得市電經過一級雙向直流-交流轉換器之耦接，而將市電傳送至直流母線，再由一級直流-交流轉換器之耦接而將電能傳送至負載。且能夠針對市電停電或是丟失時，僅僅控制市電與直流母線之間的能量交換設定為停止交換，此時由該直流母線供應電能給負載，其來源為太陽能光電板與電池，系統自然切換至離網模式，實現了並網離網的無縫切換作業，意即為本發明之離網並網無縫切換的儲能系統所承載之負載沒有斷電時間發生。

圖1所示，本發明所述之離網並網無縫切換的儲能系統，係應用於太陽能光電板80與市電10相耦接並且驅動一負載50，本發明案之離網並網無縫切換的儲能系統包括有一雙向直流-交流轉換器20、一直流母線30、一直流-交流轉換器40、一雙向直流-直流變換器60、一電池70以及一最大功率追蹤電路90。其中，雙向直流-交流轉換器20耦接於市電10，且與市電10之間的電能為雙向傳輸的運作，意即除了市電10能將電能傳送給雙向直流-交流轉換器20再傳送到直流母線30之外，所述的雙向直流-交流轉換器20也能夠將直流母線30的電能傳輸回饋給市電10。圖1的直流母線30耦接於雙向直流-交流轉換器20，同樣能夠進一步得使直流母線30與市電10之間的電能為雙向傳輸。所述的直流-交流轉換器40耦接於直流母線30，即直流-交流轉換器40的輸入端是耦接於直流母線30，關於直流-交流轉換器40的輸出端則是耦接於負載50。

圖1所示之雙向直流-直流變換器60的一端(如圖1所示雙向直流-直流變換器60的上端)是雙向耦接於直流母線30，另一端(如圖1所示雙向直流-直流變換器60的上端)則是雙向耦接於電池70，能使得直流母線與雙向直流-直流變換器之間的電能為雙向式的傳輸；同時使得雙向直流-直流變換器60與電池70之間的電能亦為雙向傳輸。並且在雙向直流-直流變換器60中更包括有一第一級電路60a及一第二級電路60b，第一級電路60a與該第二級電路60b兩者為相耦接，於圖4中再予以說明。本發明案之離網並網無縫切換的儲能系統中的最大功率追蹤電路90，其輸入端耦接於太陽能光電板80，輸出端耦接於直流母線30，係將太陽能光電板80所產生之光電能經過最大功率追蹤90處理候傳輸至直流母線30之中。

針對圖1之離網並網無縫切換的儲能系統而言，當並網工作時，該雙向直流-交流轉換器的工作是作為逆變轉換之用，更進一步而言，於並網工作模式時，太陽光電能板80經過最大功率追蹤電路90傳輸之後所得到的光電能量，經由直流母線30再經由雙向直流-直流變換器60儲存到電池70中，並且能透過雙向直流-交流轉換器20之回傳作用而回饋電能給該市電10，同時能經過直流-交流轉換器40的逆變作用輸出電能給負載50。

另一方面，當離網工作模式時，負載50的電能之能量來源是能夠來自市電10的電網經過雙向直流-交流轉換器20中的整流作用，並且能夠來源自經過最大功率追蹤電路90後所得到的太陽的光電能量，以及能來源自電池70經由雙向直流-直流變換器60的放電，再匯集一起經由直流母線30與直流-交流轉換器40的逆變作用，使得負載50能夠獲得電能量。即當離網工作時，雙向直流-交流轉換器20的工作僅作為整流之用或者是不作用。

需強調的是，本發明案中之直流母線30，於實務運用與製作上，係能夠單純為一個直流電源匯流排。

圖2所示，係將雙向直流-交流轉換器20、直流母線30以及直流-交流轉換器40的電路圖進一步加以說明。其中雙向直流-交流轉換器20的電路中係包括有一正母線端B+、一負母線端B-、一中心線N及一電壓輸出端X。正母線端B+及負母線端B-是直接耦接於直流母線30，進一步而言，於雙向直流-交流轉換器20中包括：有一C11電容，其一端耦接於正母線端B+，C11電容的另一端耦接於中心線N；有一S1開關，其第一端(如圖2所示S1開關的上端)是耦接於正母線端B+；有一D11二極體，該D11二極體有第一端(如圖2所示D11二極體之陽極端)耦接與該中心線N，D11二極體的第二端(如圖2所示D11二極體之陰極端)耦接與S1開關的第二端(如圖2所示S1開關的下端)；有一S2開關，S2開關的第一端(如圖2所示S2開關的上端)耦接於該S1開關的第二端，該S2開關的第二端(如圖2所示S2開關的下端)耦接於該電壓輸出端X。

對應於上述之C11電容、S1開關、D11二極體以及S2開關所設置之位置，於所述雙向直流-交流轉換器20中亦相對設置有一C12電容，其一端耦接於負母線端B-，另一端耦接於中心線N；有一S4開關，該S4開關的第二端(如圖2所示是指為S4開關的上端)耦接於負母線端B-；有一D12二極體，該D12二極體的第一端(如圖2所示D12二極體之陽極端)耦接與該S4開關的第一端(如圖2所示是指為S4開關的下端)，該D11二極體的第二端(如圖2所示D12二極體之陰極端)耦接與該中心線N；以及有一S3開關，該S3開關的第二端(如圖2所示是指為S3開關的上端)耦接於該S4開關的第一端，該S3開關的第一端(如圖2所示是指為S3開關的下端)耦接於該電壓輸出端X。於電壓輸出端X上並設置有一L1電感，作為雙向直流-交流轉換器20輸出端之一所使用。

在所述雙向直流-交流轉換器20中，位於中心線N及電壓輸出端X之間，並且設置有一第一二極體電路及一第二二極體電路。對於所述第一二極體電路是包括：有一D1二極體，於D1二極體的第二端(如圖2中D1二極體的陰極端)耦接於電壓輸出端X；有一C1電容，C1電容的一端耦接於中心線N，另一端耦接於該D1二極體的第一端(如圖2中D1二極體的陽極端)；及有一R1電阻，其一端耦接於該D1二極體的第一端(如圖2中D1二極體的陽極端)，R1電阻的另一端耦接於負母線端B-。

另外述的第二二極體電路中包括：有一D2二極體，D2二極體的第一端(如圖2中D2二極體的陽極端)耦接於電壓輸出端X；有一C2電容，C1電容的一端耦接於中心線N，C1電容的另一端耦接於D2二極體的第二端(如圖2中D2二極體的陰極端)；以及有一R2電阻，其一端耦接於該D2二極體的第二端(如圖2中D2二極體的陰極端)，R2電阻的另一端耦接於正母線端B+。如此完成本發明中雙向直流-交流轉換器20的電路實施例。

圖2中所示的直流-交流轉換器40的電路實施例，於實際上運用於單相的負載時，該直流-交流轉換器40中包括有一C41電容，乃是並連接於直流母線30；有一S41開關，S41開關的第一端(如圖2所示之S41開關的上端)耦接於直流母線30；有一S42開關，其第一端(如圖2所示之S42開關的上端)耦接於該S41開關的第二端(指如圖2所示之S41開關的下端)並且接地，S42開關的第二端(指如圖2所示之S42開關的下端)耦接於直流母線30；有一S43開關，其第一端(如圖2所示之S43開關的上端)耦接於直流母線30；有一S44開關，其第一端(係指如圖2所示之S44開關的上端)耦接於S43開關的第二端(如圖2所示之S43開關的下端)，該S44開關有第二端(如圖2所示之S44開關的下端)係耦接於直流母線30；有一L40電感，第一端(指圖2中L40電感的上端)耦接於該S43開關的第二端；以及有一C42電容，其第一端(指圖2中C42電容的上端)耦接於該L40電感的第二端(指圖2中L40電感的下端)，C42電容的第二端(圖2中C42電容的下端)則為接地。

圖3所示，是當本發明之離網並網無縫切換的儲能系統運用於三相型態的負載時，所述之直流-交流轉換器40a的實施例電路圖，其中包括：有一C41電容，並連接於直流母線30；有一S41開關，其第一端(如圖3中S41開關的上端)耦接於直流母線30；有一S42開關，其第一端(如圖3中S42開關的上端)耦接於S41開關的第二端(如圖3中S41開關的下端)，S42開關有第二端(如圖3中S42開關的下端)耦接於直流母線30；有一S43開關，有第一端(如圖3中S43開關的上端)耦接於直流母線30；有一S44開關，其第一端(如圖3中S44開關的上端)耦接於該S43開關的第二端(如圖3中S43開關的下端)，S44開關之第二端(如圖3中S44開關的下端)耦接於直流母線30。

圖3之離網並網無縫切換的儲能系統中亦包括有一S45開關，其第一端(如圖3中S45開關的上端)耦接於直流母線30；亦有一S46開關，其第一端(指圖3中S46開關的上端)耦接於S45開關的第二端(如圖3中S45開關的下端)，於S46開關中有第二端(指圖3中S46開關的下端)耦接於直流母線30；有一L41電感，有第一端耦接於該S45開關的第二端；有一C43電容，有第一端耦接於該L41電感的第二端，該C43電容有第二端為接地；有一L42電感，有第一端耦接於該S43開關的第二端；有一C44電容，有第一端耦接於該L42電感的第二端，該C44電容有第二端為接地；有一L43電感，有第一端耦接於該S41開關的第二端；及有一C45電容，有第一端耦接於該L43電感的第二端，該C45電容有第二端為接地。如此完成圖3中所示運用於三相形式負載中所實施之直流-交流轉換器40a。

圖4所示，本發明所述之雙向直流-直流變換器60中包括有第一級電路60a以及第二級電路60b，且兩者為相耦接之電路，針對所述之第一級電路60a包括：有-一L61電感，其第一端耦接於電池70的電池電壓BA的正極端+；有一C61電容，其第一端耦接於該L61電感的第二端，該C61電容有第二端耦接於該電池電壓BA的負極端-；有一S61開關，S61開關的第一端(指圖4中S61開關的上端)耦接於L61電感的第二端；有一S62開關，其第一端(圖4中S62開關的上端)耦接於S61開關的第二端(圖4中S61開關的下端)，該S62開關有第二端(圖4中S62開關的下端)耦接於電池電壓BA的負極端-；另有一S63開關，其第一端(指S63開關的上端)耦接於該L61電感的第二端；並有一S64開關，第一端(指S64開關的上端)耦接於S63開關的第二端(指S63開關的下端)，該S64開關有第二端(指S64開關的下端)耦接於電池電壓BA的負極端-；有一L62電感，其第一端耦接於S61開關的第二端(指S61開關的下端)，L62電感的第二端則耦接有一Tr變壓器。

更進一步而言，Tr電壓器的一次側的第一端(指該一次側的上端)耦接於L62電感的第二端，一次側的第二端(指該一次側的下端)耦接於S64開關的第一端(指S64開關的上端)。對於Tr變壓器的二次側而言，該Tr變壓器的二次側的第一端(指二次側的上端)耦接有一S65開關的第二端(指S65開關的下端)，Tr變壓器的二次側的第二端(指二次側的下端)耦接有一S68開關的第一端(指S68開關的上端)。

圖4中，第一級電路60a中包括：有所述的S65開關，S65開關有第一端(指S65開關的上端)是耦接於第二級電路第一端X2a；有一S66開關，有第一端(指S66開關的上端)耦接於該S65開關的第二端(指S65的下端)，該S66開關有第二端(指S66開關的下端)耦接於該第二級電路第二端X2b；有一S67開關，有第一端(指S67開關的上端)耦接於該第二級電路第一端X2a，該S67開關有第二端(指S67開關的下端)耦接於該Tr變壓器的二次側的第二端；及有所述的S68開關，有第一端(指S68開關的上端)耦接於該S67開關的第二端(指S67開關的下端)，而S68開關的第二端(指S68開關的下端)耦接於第二級電路第二端X2b。如此，完成本發明中雙向直流-直流變換器60中的的第一級電路60a，在實際電路設計製作時，所述的第一級電路60a能夠是一個雙向直流-直流變換器的電路實施方式。

圖4中所述雙向直流-直流變換器60中的的第二級電路60b，則包括：有一C62電容，有一端耦接於該第二級電路第一端X2a，有另一端耦接於該第二級電路第二端X2b；有一L63電感，第一端(指L63電感的左側端)耦接於該第二級電路第一端X2a；有一S71開關，第二端(指S71開關的左側端)耦接於L63電感的第二端(指L63電感的右側端)，該S71開關有第一一端(指S71開關的右側端)耦接於該第二級電路60b的正極端+；有一S73開關，第一端耦接於該L63電感的第二端，該S73開關的第二端(指S73 開關的下端)為接地；有一C63電容，其一端耦接於該第二級電路60b的正極端+，有另一端為接地；有一S72開關，其第二端(指S72開關的右側端)耦接於該第二級電路60b的負極端-，另外該S72開關之第一端(指S72開關的左側端)耦接於該第二級電路第二端X2b；有一S74開關，第一端(指S74開關的上端)耦接於S73開關的第二端(指S73開關的下端)，該S74開關之第二端(指S74開關的下端)耦接於該第二級電路第二端X2b；有一C64電容，其一端耦接於該第二級電路60b的負極端-，C64電容有另一端是為接地。如此，完成本發明中雙向直流-直流變換器60中的的第二級電路60b，在實際電路設計製作時，所述的第二級電路60b能夠是一個雙向直流-直流電壓變換器的電路實施方式。

針對圖1說明的更進一步而言，本發明案之離網並網無縫切換的儲能系統，其具體的工作原理如下所示：

首先，參閱圖5所示，本發明所述之離網並網無縫切換的儲能系統相對於現有習用技術所設計的，是將市電直接經由一個第一開關而旁路到負載的技術而言，則不同的是，在本發明的設計中是將市電直接經過一級的雙向直流-交流轉換器20的設置，再連接到直流母線30之中，並再增加了一級單向的直流-交流轉換器40將直流母線30的直流電能經過逆變轉換之後，再將電能輸出到負載之中。

本發明之技術內容而言，當市電存在時，市電與直流母線30之間的能量流動是雙向的，存在著市電能夠帶載回饋而充電，另外，市電被饋網之兩種情況：一、太陽能光電板通過最大功率追蹤電路(MPPT)90執行之後，將電能量提供到直流母線30中；二、電池與直流母線30之間的能量流動也是雙向的，存在著電池能被充電以及電池能夠放電之兩種情況。另一方面，直流母線30經過直流-交流轉換器40的逆變進而提供電能量到負載。如圖5所示。

當市電丟失時，即市電停電或斷電之時，僅市電與直流母線30之間的能量交換被停止，負載依然由該直流母線30來供給，直流母線30能量的來源乃是源自於太陽能光電板與電池，整個儲能系統會自動地切換到離網模式，實現了並離網的無縫切換，意即為在執行切換的時候，該負載並沒有斷電的時間發生。

本發明之架構除了能夠實現離網並網的無縫切換外，另有許多優點如下所述： 1.有效地提高了負載的電能品質，因負載始終接受的是由儲能系統中直流母線30所耦接之直流-交流轉換器40的逆變轉換而來的純淨之正弦波的電能，至於一些市電相關的諧波與干擾等等，都不會反映到負載上； 2.當並網到市電不被允許時，本發明之架構可以實現真正的零功率回饋。在現有習用技術的架構中，電池或太陽光電能的能量通過逆變而回饋到負載和市電中，只有當負載功率小於或等於逆變輸出功率時，才會沒有任何能量回饋到電網中。但是，當負載突然減小時，由於系統控制存在著延時的特性，則所轉換逆變的輸出功率無法及時的匹配於負載的減小情形，於是超出負載的功率則會直接回饋到電網上。一般如此的調節時間會在100毫秒的數量等級，實際上現有技術是無法實現零功率回饋的技術功效。

本發明的離網並網無縫切換的儲能系統的架構，能夠將市電與直流母線30之間的雙向直流-交流轉換器20的逆變功能加以停止掉，僅使用單向的整流功能，如圖6所示，當負載無論發生怎樣之變化時，多餘的能量都可以通過直流母線30的緩衝而加以吸收掉，並不會有能量回饋到市電的電網上。

本發明於並網工作時，經過最大功率追蹤(MPPT)90之後得到的光電能量可以經由雙向直流-直流變換器60存儲到電池中，也可以通過雙向直流-交流轉換器20回饋給市電，同時可經過直流-交流轉換器40的逆變作用輸出給負載。本發明於離網工作時，負載的能量來源能夠是來源於自市電電網經過雙向直流-交流轉換器20中的單獨整流作用，也可來源於經過最大功率追蹤電路(MPPT)90後得到的光電能量，也可來源於電池經由雙向直流-直流變換器60的放電，使負載獲得能量。

上述之離網與並網的工作方式取決於雙向直流-交流轉換器20的工作方式，當其作為逆變時，則是並網模式，當其作為單向整流或不工作時，則是離網模式。負載的工作狀態僅取決於直流-交流轉換器40之逆變作用，不受並網與離網模式切換的影響，從而實現並網與離網模式的無縫切換。並且當系統作為離網模式工作時，可以實現真正零功率回饋的技術功效。

綜上所述，本發明提出一種離網並網無縫切換的儲能系統，能針對現有的儲能系統於切換離網或並網時負載會產生斷電現象的缺失加以改善；以及本發明能夠有效地提昇負載的電能品質；且相關市電所產生的一些諧波與訊號干擾等等，都不會被反映到負載上，有效達到提供乾淨電能且不受雜訊干擾之目的。另外也可以進一步實現真正的零功率回饋的技術效果，有效改善現有技術之缺失，顯見本發明案具備申請專利之要件。

然，本發明說明內容所述，僅為較佳實施例之舉例說明，當不能以之限定本發明所保護之範圍，任何局部變動、修正或增加之技術，仍不脫離本發明所保護之範圍中。

Claims

一種離網並網無縫切換的儲能系統，係應用於太陽能光電板與市電相耦接並且驅動一負載，該離網並網無縫切換的儲能系統包括有：一雙向直流-交流轉換器，耦接於該市電，且與該市電之間的電能為雙向傳輸；一直流母線，耦接於該雙向直流-交流轉換器，使該直流母線與該市電之間的電能為雙向傳輸；一直流-交流轉換器，該直流-交流轉換器有一輸入端耦接於該直流母線，該直流-交流轉換器有一輸出端耦接於該負載；一雙向直流-直流變換器，一端耦接於該直流母線，另一端耦接於一電池，使該直流母線與該雙向直流-直流變換器之間的電能為雙向傳輸；並使該雙向直流-直流變換器與該電池的電能為雙向傳輸；該雙向直流-直流變換器包括有一第一級電路及一第二級電路，該第一級電路與該第二級電路相耦接；一最大功率追蹤電路，輸入端耦接於該太陽能光電板，輸出端耦接於該直流母線；其中，當並網工作時，該雙向直流-交流轉換器的工作是作為逆變轉換之用；當離網工作時，該雙向直流-交流轉換器的工作僅作為整流之用或者是不作用。
如請求項第1項所述離網並網無縫切換的儲能系統，其中所述的直流母線為一直流電源匯流排。
如請求項第1項所述離網並網無縫切換的儲能系統，其中所述的並網工作時，該太陽光電能板經過該最大功率追蹤電路傳輸之後所得到的光電能量，經由該直流母線再經由該雙向直流-直流變換器儲存到該電池中，且能透過該雙向直流-交流轉換器回饋給該市電，同時能經過該直流-交流轉換器的逆變作用輸出給該負載。
如請求項第1項所述離網並網無縫切換的儲能系統，其中所述的離網工作時，該負載的能量來源是能夠來自該市電的電網經過該雙向直流-交流轉換器中的整流作用，並且能來源自經過該最大功率追蹤電路後所得到的太陽的光電能量，以及能來源自該電池經由該雙向直流-直流變換器的放電，經由該直流母線與該直流-交流轉換器的逆變作用，使該負載獲得電能量。
如請求項第1項所述離網並網無縫切換的儲能系統，其中所述的雙向直流-交流轉換器係包括有一正母線端B+、一負母線端B-、一中心線N及一電壓輸出端X，該正母線端B+及該負母線端B-是耦接於該直流母線，於該雙向直流-交流轉換器中包括：一C11電容，一端耦接於該正母線端B+，另一端耦接於該中心線N；一S1開關，該S1開關的第一端耦接於該正母線端B+；一D11二極體，該D11二極體的第一端耦接與該中心線N，該D11二極體的第二端耦接與該S1開關的第二端；一S2開關，該S2開關的第一端耦接於該S1開關的第二端，該S2開關的第二端耦接於該電壓輸出端X；一C12電容，一端耦接於該負母線端B-，另一端耦接於該中心線N；一S4開關，該S4開關的第二端耦接於該負母線端B-；一D12二極體，該D12二極體的第一端耦接與該S4開關的第一端，該D11二極體的第二端耦接與該中心線N；及一S3開關，該S3開關的第二端耦接於該S4開關的第一端，該S3開關的第一端耦接於該電壓輸出端X；其中，於該中心線N及該電壓輸出端X之間，並且設置有一第一二極體電路及一第二二極體電路。
如請求項第5項所述離網並網無縫切換的儲能系統，其中所述的第一二極體電路包括：一D1二極體，該D1二極體的第二端耦接於該電壓輸出端X；一C1電容，該C1電容的一端耦接於該中心線N，另一端耦接於該D1二極體的第一端；及一R1電阻，一端耦接於該D1二極體的第一端，另一端耦接於該負母線端B-；其中所述的第二二極體電路包括：一D2二極體，該D2二極體的第一端耦接於該電壓輸出端X；一C2電容，該C1電容的一端耦接於該中心線N，另一端耦接於該D2二極體的第二端；及一R2電阻，一端耦接於該D2二極體的第二端，另一端耦接於該正母線端B+。
如請求項第1項所述離網並網無縫切換的儲能系統，其中當所述的直流-交流轉換器於運用於單相的負載時，該直流-交流轉換器包括：一C41電容，並連接於該直流母線；一S41開關，有第一端耦接於該直流母線；一S42開關，有第一端耦接於該S41開關的第二端並且接地，該S42開關有第二端耦接於該直流母線；一S43開關，有第一端耦接於該直流母線；一S44開關，有第一端耦接於該S43開關的第二端，該S44開關有第二端耦接於該直流母線；一L40電感，有第一端耦接於該S43開關的第二端；及一C42電容，有第一端耦接於該L40電感的第二端，該C42電容有第二端為接地。
如請求項第1項所述離網並網無縫切換的儲能系統，其中當所述的直流-交流轉換器於運用於三相的負載時，該直流-交流轉換器包括：一C41電容，並連接於該直流母線；一S41開關，有第一端耦接於該直流母線；一S42開關，有第一端耦接於該S41開關的第二端，該S42開關有第二端耦接於該直流母線；一S43開關，有第一端耦接於該直流母線；一S44開關，有第一端耦接於該S43開關的第二端，該S44開關有第二端耦接於該直流母線；一S45開關，有第一端耦接於該直流母線；一S46開關，有第一端耦接於該S45開關的第二端，該S46開關有第二端耦接於該直流母線；一L41電感，有第一端耦接於該S45開關的第二端；一C43電容，有第一端耦接於該L41電感的第二端，該C43電容有第二端為接地；一L42電感，有第一端耦接於該S43開關的第二端；一C44電容，有第一端耦接於該L42電感的第二端，該C44電容有第二端為接地；一L43電感，有第一端耦接於該S41開關的第二端；及一C45電容，有第一端耦接於該L43電感的第二端，該C45電容有第二端為接地。
如請求項第1項所述離網並網無縫切換的儲能系統，其中所述的雙向直流-直流變換器中的該第一級電路包括：一L61電感，有第一端耦接於該電池的正極端；一C61電容，有第一端耦接於該L61電感的第二端，該C61電容有第二端耦接於該電池的負極端；一S61開關，有第一端耦接於該L61電感的第二端；一S62開關，有第一端耦接於該S61開關的第二端，該S62開關有第二端耦接於該電池的負極端；一S63開關，有第一端耦接於該L61電感的第二端；一S64開關，有第一端耦接於該S63開關的第二端，該S64開關有第二端耦接於該電池的負極端；一L62電感，有第一端耦接於該S61開關的第二端，一Tr電壓器，一次側的第一端耦接於該L62電感的第二端，一次側的第二端耦接於該S64開關的第一端；一S65開關，有第一端耦接於該第二級電路的第一端，該S65開關有第二端耦接於該Tr變壓器的二次側的第一端；一S66開關，有第一端耦接於該S65開關的第二端，該S66開關有第二端耦接於該第二級電路的第二端；一S67開關，有第一端耦接於該第二級電路的第一端，該S67開關有第二端耦接於該Tr變壓器的二次側的第二端；及一S68開關，有第一端耦接於該S67開關的第二端，該S68開關有第二端耦接於該第二級電路的第二端。
如請求項第1項所述離網並網無縫切換的儲能系統，其中所述的雙向直流-直流變換器中，有一第二級電路第一端及一第二級電路第二端，該第二級電路包括：一C62電容，有一端耦接於該第二級電路第一端，有另一端耦接於該第二級電路第二端；一L63電感，有第一端耦接於該第二級電路第一端；一S71開關，有第二端耦接於該L63電感的第二端，該S71開關有第一端耦接於該第二級電路的正極端；一S73開關，有第一端耦接於該L63電感的第二端，該S73開關有第二端為接地；一C63電容，有一端耦接於該第二級電路的正極端，有另一端為接地；一S72開關，有第二端耦接於該第二級電路的負極端，該S72開關有第一端耦接於該第二級電路第二端；一S74開關，有第一端耦接於該S73開關的第二端，該S74開關有第二端耦接於該第二級電路第二端；及一C64電容，有一端耦接於該第二級電路的負極端，有另一端為接地。