TWI697166B - 能源調控系統 - Google Patents
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Abstract
一種由一對多個用戶端供電的能源調控系統，包含多個分別提供第一電力的再生能源裝置、多個配電變壓裝置、一偵測該等配電變壓裝置供電情形的資訊收集模組，及一與每一配電變壓裝置各對應一配電匝數比例的變電中心，該變電中心根據該等配電匝數比例提供電力至該等用戶端，該資訊收集模組偵測每一配電變壓裝置各自交流電力，以產生多個電力變動資訊，該變電中心根據接收到的電力變動資訊及用戶端的電力以決定主變壓器的配電匝數比例。
Description
本發明是有關於一種交流配電網路之電路裝置，特別是指一種藉由變壓器對一網路饋電之裝置。
近年來各國政府為減少溫室效應對環境之衝擊，因而抑制傳統石化燃料發電，並致力於再生能源產業的發展，以我國現今能源計畫來說，預計2025年的再生能源發電將佔總發電容量20GW以上，因此近幾年開始有大量再生能源發電業者進行再生能源發電案場之設置，目前主要的供電機制是透過配電系統將傳統發電產生的電力與再生能源發電案場產生的電力進行併網後，再經由饋線提供電力給用戶，雖然再生能源發電案場產生電力方式對節能減碳具有相當程度之助益，然而大多數的再生能源發電案場是佈建在傳統農地或魚塭，由於這些區域處於非負載(即，接收電力的用戶端)集中區，因此過多的再生能源電力將無法即時提供給負載中心，造成在配電系統的饋線上的電壓變動率幅度增大，進而影響配電系統整體之供電品質。
另一方面，以台電來說，其變電所的主變壓器裝設有載切換開關(On-load Tap Changer,OLTC)，配合主變壓器抽頭，以隨時偵測饋線出口電壓而對主變壓器匝數比做調整，藉以調整饋線出口電壓以符合台電所規定之電壓變動率，然而目前大多數有載切換開關並非透過自動調整方式進行動態電壓調整，主要原因在於有載切換開關切換次數有一定之限制，太過頻繁會造成開關壽命減短，因此是以人工手動方式配合過往經驗直接進行調控，如上午10點或下午3點之尖峰時段各調整一次，另中午12點與下午5點離峰時段亦各調整一次，並根據經驗直接調控至特定匝數比，這對傳統配電系統尚未具有大量再生能源發電時非常有效，然而對於目前逐漸上升的滲透率(penetration)之再生能源發電(即，再生能源的發電量占總發電量的比例)而言，將可能因有載切換開關調控錯誤導致整體饋線電壓過高之問題，進而影響用戶供電品質與安全，更甚者可能會導致用戶設備損壞，因此，現有的能源調控方式有改善的必要。
因此，本發明的目的，即在提供一種依據一供電端供應至負載端的電力變化情形，調控另一供電端供應至該負載端的電力的能源調控系統。
於是，本發明的目的，即在提供一種依據一供電端供應至負載端的電力變化情形，調控另一供電端供應至該負載端的電力的能源調控系統。
於是，本發明能源調控系統適用於多個用戶端，包含多個再生能源裝置、多個配電變壓裝置、一變電中心，及一資訊收集模組。
該等再生能源裝置分別產生多個第一電力。
該等配電變壓裝置分別電連接該多個再生能源裝置以接收該等第一電力。
該變電中心電連接該等配電變壓裝置，並與該資訊收集模組通訊連接，該變電中心與每一配電變壓裝置對應一可調整的配電匝數比例，該變電中心並根據配電匝數比例經由該等配電變壓裝置提供電力至該等用戶端。
該資訊收集模組電連接該等配電變壓裝置，並偵測多個配電變壓裝置輸出的電力，以產生多個相關於該等配電變壓裝置提供的輸出電力的電力運轉資訊，且將該等電力運轉資訊傳送至該變電中心，該變電中心根據接收到的電力運轉資訊來調整所對應的配電匝數比例。
本發明的功效在於：藉由資訊收集模組偵測配電變壓裝置將再生能源裝置產生的電力提供到用戶端的供電情形以產生對
應的電力運轉資訊，變電中心可根據實際電力運轉資訊再調整其與配電變壓裝置之間的配電匝數比例而無需人工調整，且可提供品質穩定的電力到用戶端。
3:再生能源裝置
31:能源案場
32:變流器
4:配電變壓裝置
5:資訊收集模組
51:端末單元
52:資料收集單元
6:變電中心
61:能源管理系統
62:主變壓器
72:偵測步驟
721:偵測電力子步驟
722:運算子步驟
73:傳輸步驟
74:調控步驟
741:建檔子步驟
742:分析子步驟
743:調整子步驟
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明本發明能源調控系統的一實施例；圖2是一流程圖，說明本實施例執行的一能源調控方法；及圖3是一流程圖，輔助說明本實施例執行該能源調控方法的詳細步驟。
首先，本發明提出了考慮再生能源發電的變動，而使變電中心的主變壓器配合有載切換開關的調控機制，來穩定供應到饋線上的電力，一般來說，主變壓器與再生能源案場分別由二路供應電力到配電變壓裝置，配電變壓裝置再將接收到的電力併電且轉換為電壓較低的電力經由饋線再供應至用戶端，本發明在配電變壓裝置供應到用戶端的所屬饋線上加裝變壓器端末單元(TTU：Transformer Terminal Unit)，透過變壓器端末單元所收集之資
料，結合氣象結果，可得知饋線可能之電壓變動率，並事先進行再生能源案場之智慧變流器功率因數及實功調控，除此之外，透過變壓器端末單元所量測到之饋線各區間供電狀態，隨時以廣域(LoRa：Long Range)無線通訊方式先回報至配電再生能源先進管理系統(Distribution Renewable Energy Advance Management System,DREAMS)，由配電再生能源先進管理系統搭配氣象資料進行再生能源併網衝擊分析，決定出變電中心的主變壓器配合有載切換開關的匝數比調控點，藉以降低再生能源發電對配電系統之衝擊，並可進一步提升整體系統之供電品質。
舉例來說，當變壓器端末單元即時偵測出各個再生能源案場在日照量充足時，其大量再生能源發電所造成電壓變動率過高之現象，主動透過無線通訊方式回報電壓至資料收集器(Data Concentrator Unit,DCU)，該資料收集器可透過台電配電自動化系統(Distribution Automation System,DAS)所鋪設之光纖通訊網路，或是4G行動通訊網路，回報電壓資訊至配電再生能源先進管理系統，該配電再生能源先進管理系統則會根據目前配電系統網路架構，進行資料檔建立與分析，同時亦考慮各個再生能源案場發電資訊，計算出變電所主變壓器最佳之有載切換開關調控匝數比，藉以降低大量再生能源發電對配電系統之衝擊，有效抑制系統電壓除可避免用戶設備因電壓過高造成燒毀之現象外，亦可進一步
提升整體系統之供電品質，以下進一步詳細說明本發明的具體實施方式。
參閱圖1，本發明能源調控系統的一實施例，包含多個再生能源裝置3、多個配電變壓裝置4、一資訊收集模組5，及一變電中心6。
該等再生能源裝置3分別產生多個第一電力，每一再生能源裝置3各自包括一能源案場31，及一電連接該能源案場31的變流器32，該能源案場31接收外部能源(例如：太陽能)而產生直流電力，該變流器32接收能源案場31產生的直流電力以產生一第一電力，其中，該第一電力為交流電。
該變電中心6電連接該等配電變壓裝置4，用以產生第二電力，該變電中心6並根據該等配電多個變壓器匝數比例分別供電到該等配電變壓裝置4。
該等配電變壓裝置4分別電連接該等再生能源裝置3以接收該等第一電力。
該資訊收集模組5電連接該等配電變壓裝置4，並偵測該等配電變壓裝置4的提供的電力，以產生多個分別指示輸出的電力的電力運轉資訊，且將該等電力運轉資訊傳送至該變電中心6。其中，該資訊收集模組5進一步地包括多個分別電連接該等配電變壓裝置4，並用以偵測該等輸出交流電力的端末單元51，及一電連接
該等端末單元51並接收該等輸出交流電力用以產生該等電力運轉資訊的資料收集單元52，在本實施例中，該等端末單元51為變壓器端末單元。
此外，該等電力運轉資訊還相關於該等配電變壓裝置4供電至該等用戶端2的電壓變化。
需再說明的是，造成電力變動主因為：根據日照量充足或不足，該能源案場31接收外部能源也有所不同，進而造成電壓變動。
該變電中心6與該資訊收集模組5以廣域無線通訊技術通訊連接，該變電中心6與每一配電變壓裝置4各對應一配電匝數比例，該變電中心6根據該等配電匝數比例經由該等配電變壓裝置4提供電力至該等用戶端2。
該變電中心6進一步地包括一與該資料收集單元52通訊連接以接收該等電力運轉資訊的能源管理系統61，及一電連接該能源管理系統61並以有載切換開關形式供電至該等配電變壓裝置4的主變壓器62，該能源管理系統61並根據該等電力運轉資訊與該主變壓器62提供的電力進行運算分析，以決定該主變壓器62的配電匝數比例。
進一步詳細說明變壓器搭配其匝數比例的工作原理，以目前台電配電系統為例，目前台電配電系統變電所的主變壓器，其
可將69千伏或161千伏轉成11.4千伏與22.8千伏，並透過饋線供電給負載。由於配電系統饋線上的電壓變化與承載之負載(即，用戶端用電情形)有著極大的關係，且與功率因數有關，故當負載較重時，會造成饋線電壓偏低；另當饋線功率因數呈現電容性時，則會造成饋線電壓偏高，故為維持饋線供電電壓之穩定性，其變電所之主變壓器具備多抽頭方式進行電壓調控，結合有載切換開關(On-Load Tap Changer,OLTC)配合變壓器抽頭可調整饋線電壓。由於變壓器電壓與匝數比的關係式為V1：V2=N1：N2，當V1與N1固定，則可透過調整N2改變V2，其中V1與V2分別為一次側與二次側電壓，N1與N2分別為一次側與二次側線圈匝數。
此外，由於台電為維持饋線電壓符合規定，故會再根據負載電壓狀況調整有載切換開關，然而大量再生能源併網會影響饋線電壓，其電壓大小與再生能源發電量呈現正比關係，若變流器之功率因數以進相運行方式發電，則會降低其饋線電壓，故根據再生能源發電量與進相運轉時之功率因數，結合饋線負載量，透過電力潮流分析可推估出饋線出口電壓大小，再配合有載切換開關之調控可進一步穩定饋線出口電壓。
歸納該實施例各元件的運作對應關係如下：每個再生能源裝置3對應電連接一個配電變壓裝置4、每個配電變壓裝置4經由饋線供電給多個用戶端(一條饋線對應一個用戶端)、該主變壓器
62電連接到每個配電變壓裝置4、對於再生能源裝置3而言，配電變壓裝置4是扮演升壓的角色(再生能源裝置3產生的電壓較低)，配電變壓裝置4把電壓升壓後再經由饋線傳送至用戶端、對於主變壓器62而言，配電變壓裝置4是扮演降壓的角色(主變壓器62產生的電壓較高)，配電變壓裝置4把電壓降壓後再經由饋線傳送至用戶端、每一端末單元51各自是裝設在每一配電變壓裝置4的次級繞組(Secondary winding)的輸出端，即，裝設在電連接配電變壓裝置與每一用戶端之間的饋線上、配電變壓裝置4本身的匝數是固定的主變壓62器對應於每一配電變壓裝置4有一個可調的匝數比。以下進一步說明該實施例執行的能源調控方法。
參閱圖2，該該實施例執行的一能源調控方法，包含一偵測步驟72、一傳輸步驟73，及一調控步驟74。
該偵測步驟72為該資訊收集模組5偵測每一配電變壓裝置4的輸出供應至每一用戶端的該輸出電力，以產生多個分別指示該等輸出電力的電力變動資訊。
配合圖2參閱圖3，進一步地說明該偵測步驟72的詳細做法，包括一偵測電力子步驟721，及一運算子步驟722。
該偵測電力子步驟721為每一端末單元51各自偵測每一配電變壓裝置4輸出電力的次級繞組傳送到每一用戶端的該輸出電力狀態。
該運算子步驟722為每一端末單元51各自依照輸出電力的變動狀況運算產生對應的電力運轉資訊。
再參閱圖2，該傳輸步驟73為該資料收集單元52將該等端末單元51運算出的電力運轉資訊以廣域無線通訊技術傳送至該能源管理系統61。
該調控步驟74為該變電中心6根據接收到的電力運轉資訊，及提供至該等用戶端的電力以決定與對應的每一配電變壓裝置4間的配電匝數比例。
再配合圖2參閱圖3，進一步地說明該調控步驟74的詳細做法，包括一建檔子步驟741、一分析子步驟742，及一調整子步驟743。
該建檔子步驟741為該能源管理系統61接收該等電力運轉資訊以進行資料建檔。
該分析子步驟742為該能源管理系統61接著對接收到的電力運轉資訊進行運算分析。
該調整子步驟743為該能源管理系統61根據運算分析結果決定該主變壓器62的匝數比例。
該實施例藉配電變壓裝置4接收來自再生能源裝置3提供的第一電力及來自變電中心6提供的第二電力，並將該第一、第二電力進行併電轉換為輸出電力後，再經由饋線42傳送到用戶端，接
著由端末單元51偵測饋線42與用戶端之間的輸出交流電力的變動情形以換算得到電力變動資訊，資料收集單元再將端末單元51換算出的電力變動資訊以廣域無線通訊技術傳送到能源管理系統61，使能源管理系統61可依據電力變動資訊換算出主變壓器62對應每一配電變壓裝置4合理的配電匝數比例，並控制主變壓器依照換算出的配電匝數比例，連同配合調整有載切換開關以提供調控過的第一電力至配電變壓裝置4，再經由配電變壓裝置4傳輸到用戶端以提升供電品質，且因無需人工調整有載切換開關而提升供電安全。
綜上所述，本發明能源調控系統在配電變壓裝置將再生能源裝置產生的電力與變電中心提供的電力進行併電後提供到用戶端，藉由資訊收集模組偵測配電變壓裝置的供電情形以產生對應的電力運轉資訊，並將電力運轉資訊回傳至變電中心，使變電中心可根據實際電力運轉資訊自動調整其與配電變壓裝置之間的配電匝數比例以提升供電安全及供電品質。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
3:再生能源裝置
31:能源案場
32:變流器
4:配電變壓裝置
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51:端末單元
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6:變電中心
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Claims (3)
- 一種能源調控系統，適用於對多個用戶端供電，包含：多個再生能源裝置，分別產生多個第一電力；多個配電變壓裝置，分別電連接該等再生能源裝置以接收該多個第一電力；一變電中心，電連接該等配電變壓裝置，且根據多個配電匝數比例分別產生多個第二電力，該等配電匝數比例分別對應該等配電變壓裝置，該變電中心並根據該等配電匝數比例分別供電到該等配電變壓裝置，每一配電變壓裝置將所對應的第一電力與該第二電力進行併電以提供一輸出電力至所對應的該等用戶端；及一資訊收集模組，電連接該等配電變壓裝置，並產生多個相關於該等配電變壓裝置提供的輸出電力的電力運轉資訊，且將該等電力運轉資訊傳送至該變電中心，該變電中心根據接收到的電力運轉資訊來調整所對應的配電匝數比例，其中，該等電力運轉資訊相關於該等配電變壓裝置供電運轉狀態，每一再生能源裝置各自包括一接收外部能源以產生電力的能源案場，及一電連接該能源案場並將電力轉換為該輸入交流電力的變流器，該資訊收集模組包括多個分別電連接該等配電變壓裝置以偵測該等輸出交流電力的端末單元，及一電連接該等端末單元並接收該等輸出交流電力以產生該等電力變 動資訊的資料收集單元。
- 如請求項1所述的能源調控系統，其中，該等電力運轉資訊還相關於該等配電變壓裝置供電至該等用戶端的電壓變化。
- 如請求項1所述的能源調控系統，其中，該變電中心包括一與該資料收集單元通訊連接以接收該等電力變動資訊的能源管理系統，及一電連接該能源管理系統並以有載切換開關形式供電至該等配電變壓裝置的主變壓器，該能源管理系統並根據該等電力變動資訊與該主變壓器提供的電力進行運算分析，以決定該主變壓器的配電匝數比例。
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