TWI726590B - 充放電裝置和充放電方法 - Google Patents
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Abstract
提出一種充放電裝置和充放電方法。充放電裝置包含再生能源轉換器、鋁電池、控制器以及變流器。再生能源轉換器接收來自再生能源發電系統的電力。控制器耦接再生能源轉換器以及鋁電池，其中控制器根據電力的功率值來配置鋁電池之充放電功率以對電力進行補償，從而產生經補償電力。變流器耦接控制器，其中變流器將經補償電力進行直交流轉換後輸出至電力網。
Description
本揭露是有關於一種充放電裝置和充放電方法，且特別是有關於一種適用於再生能源發電系統的充放電裝置和充放電方法。
再生能源的不確定性容易影響發電系統的穩定性。舉例來說，太陽能發電系統的太陽能板可能因間歇地被遮蔽而導致輸出功率驟降及/或驟升，從而影響市電電力網的穩定性。先進國家皆有要求再生能源發電系統的輸出電力的最大變化率（maximum rate of change）。輸出電力的最大變化率會隨著環境的不同而變化。再生能源發電系統的輸出電力的最大變化率需要符合當地的規範。因此，本領域人員無不致力於研究針對再生能源發電系統，以降低輸出電力的變化率。
因此，如何降低發電量與配置的電池的比例，從而減少所需的電池容量並且降低電池占用的體積，亦是本領域人員致力的目標之一。
本揭露提供一種適用於再生能源發電系統的充放電裝置以及充放電方法，其可平滑化再生能源發電系統的輸出電力曲線。
本揭露的一種適用於再生能源發電系統的充放電裝置，包括再生能源轉換器、鋁電池、控制器以及變流器。再生能源轉換器接收來自再生能源發電系統的電力。控制器耦接再生能源轉換器以及鋁電池，其中控制器根據電力的功率值來配置鋁電池之充放電功率以對電力進行補償，從而產生經補償電力。變流器耦接控制器，其中變流器將經補償電力進行直交流轉換後輸出至電力網。
在本揭露的一實施例中，上述的控制器根據電力的功率值產生電力的擬合曲線，並且根據擬合曲線來配置鋁電池之充放電功率以對電力進行補償。
在本揭露的一實施例中，上述的控制器根據電力的當前功率值與擬合曲線的函數值的差值來計算補償值，並且根據補償值對電力進行補償。
在本揭露的一實施例中，上述的控制器響應於當前功率值大於擬合曲線的函數值而決定補償值為負值，並且響應於當前功率值小於擬合曲線的函數值而決定補償值為正值。
在本揭露的一實施例中，上述的控制器響應於差值和當前功率值的比例大於或等於第一餘量，且擬合曲線的函數值大於零，而決定補償值等於第一餘量，其中第一餘量定義為電力的最大正變化率。
在本揭露的一實施例中，上述的控制器響應於差值和當前功率值的比例大於或等於第二餘量，且擬合曲線的函數值小於零，而決定補償值之絕對值等於第二餘量，其中第二餘量定義為電力的最大負變化率。
在本揭露的一實施例中，上述的控制器響應於差值和當前功率值的比例小於第一餘量，且擬合曲線的函數值大於零，而決定補償值等於比例，其中第一餘量定義為電力的最大正變化率。
在本揭露的一實施例中，上述的控制器響應於差值和當前功率值的比例小於第二餘量，且擬合曲線的函數值小於零，而決定補償值之絕對值等於比例，其中第二餘量定義為電力的最大負變化率。
在本揭露的一實施例中，上述的控制器響應於差值和當前功率值的比例大於或等於鋁電池的最大充電率，且擬合曲線的函數值小於零，而決定補償值之絕對值等於最大充電率。
在本揭露的一實施例中，上述的控制器響應於差值和當前功率值的比例大於或等於鋁電池的最大放電率，且擬合曲線的函數值大於零，而決定補償值等於最大放電率。
在本揭露的一實施例中，上述的電力的第一餘量與第二餘量的數值相異，第一餘量定義為電力的最大正變化率，第二餘量定義為電力的最大負變化率。
在本揭露的一實施例中，上述的鋁電池的容量是基於再生能源發電系統的輸出電力的歷史最大變化率所對應的瓦數而配置，其中再生能源轉換器之一場域容量乘以最大正變化率係上升規範值，並且場域容量乘以最大負變化率係下降規範值。
在本揭露的一實施例中，上述的鋁電池的充放電率介於10C至60C之間。
本揭露的一種適用於再生能源發電系統的充放電方法，包括：接收來自再生能源發電系統的電力；根據電力的功率值來配置鋁電池之充放電功率以對電力進行補償，從而產生經補償電力；以及將經補償電力進行直交流轉換後輸出至電力網。
在本揭露的一實施例中，上述的根據電力的功率值來配置鋁電池之充放電功率以對電力進行補償，從而產生經補償電力的步驟包括：根據電力的功率值產生電力的擬合曲線，並且根據擬合曲線來配置鋁電池之充放電功率以對電力進行補償。
在本揭露的一實施例中，上述的根據電力的功率值產生電力的擬合曲線，並且根據擬合曲線來配置鋁電池之充放電功率以對電力進行補償的步驟包括：根據電力的當前功率值與擬合曲線的函數值的差值來計算補償值，並且根據補償值對電力進行補償。
在本揭露的一實施例中，上述的根據電力的當前功率值與擬合曲線的函數值的差值來計算補償值的步驟包括：響應於當前功率值大於擬合曲線的函數值而決定補償值為負值，並且響應於當前功率值小於擬合曲線的函數值而決定補償值為正值。
在本揭露的一實施例中，上述的根據電力的當前功率值與擬合曲線的函數值的差值來計算補償值的步驟包括：響應於差值和當前功率值的比例大於或等於第一餘量，且擬合曲線的函數值大於零，而決定補償值等於第一餘量，其中第一餘量定義為電力的最大正變化率。
在本揭露的一實施例中，上述的根據電力的當前功率值與擬合曲線的函數值的差值來計算補償值的步驟包括：響應於差值和當前功率值的比例大於或等於第二餘量，且擬合曲線的函數值小於零，而決定補償值之絕對值等於第二餘量，其中第二餘量定義為電力的最大負變化率。
在本揭露的一實施例中，上述的根據電力的當前功率值與擬合曲線的函數值的差值來計算補償值的步驟包括：響應於差值和當前功率值的比例小於第一餘量，且擬合曲線的函數值大於零，而決定補償值等於比例，其中第一餘量定義為電力的最大正變化率。
在本揭露的一實施例中，上述的根據電力的當前功率值與擬合曲線的函數值的差值來計算補償值的步驟包括：響應於差值和當前功率值的比例小於第二餘量，且擬合曲線的函數值小於零，而決定補償值之絕對值等於比例，其中第二餘量定義為電力的最大負變化率。
在本揭露的一實施例中，上述的根據電力的當前功率值與擬合曲線的函數值的差值來計算補償值的步驟包括：響應於差值和當前功率值的比例大於或等於鋁電池的最大充電率，且擬合曲線的函數值小於零，而決定補償值等於最大充電率。
在本揭露的一實施例中，上述的根據電力的當前功率值與擬合曲線的函數值的差值來計算補償值的步驟包括：響應於差值和當前功率值的比例大於或等於鋁電池的最大放電率，且擬合曲線的函數值大於零，而決定補償值等於最大放電率。
在本揭露的一實施例中，上述的電力之第一餘量與第二餘量的數值相異，第一餘量定義為電力的最大正變化率，第二餘量定義為電力的最大負變化率。
基於上述，本揭露的充放電裝置和充放電方法可以根據再生能源發電系統輸出的電力的歷史記錄估算出所述電力的擬合曲線，從而根據擬合曲線決定用於補償電力的補償值。
為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
為了使本發明之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟，係代表相同或類似部件。
圖1根據本揭露的實施例繪示一種適用於再生能源發電系統的充放電裝置100的示意圖。充放電裝置100可將接收自再生能源發電系統的直流電轉換為交流電後，再將交流電併入市電的電力網。充放電裝置100包括控制器110、再生能源轉換器120、變流器130以及鋁電池140。在本實施例中，再生能源發電系統例如是太陽能發電系統，但本揭露不限於此。
控制器110例如是中央處理單元（central processing unit，CPU），或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微控制單元（micro control unit，MCU）、微處理器（microprocessor）、數位信號處理器（digital signal processor，DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（application specific integrated circuit，ASIC）、圖形處理器（graphics processing unit，GPU）、算數邏輯單元（arithmetic logic unit，ALU）、複雜可程式邏輯裝置（complex programmable logic device，CPLD）、現場可程式化邏輯閘陣列（field programmable gate array，FPGA）或其他類似元件或上述元件的組合。控制器110耦接再生能源轉換器120、變流器130以及鋁電池140。
再生能源轉換器120例如是耦接至再生能源發電系統的電力介面，其中所述再生能源發電系統可將日光的輻射能轉換成電力PI，其中電力PI的單位例如是瓦（W），電力PI亦為實際電力值。舉例來說，再生能源發電系統例如是通過光伏（photovoltaic）或聚光太陽能熱發電（concentrated solar power，CSP）技術將日光的輻射能轉換成電力PI。充放電裝置100通過再生能源轉換器120接收電力PI。
變流器130例如是逆變器或併網逆變器（grid-tie inverter，GTI）。變流器130可將電力PI轉換成交流電。控制器110可配置鋁電池140進行充電或放電，控制器110決定鋁電池140之充放電功率，藉以對電力PI進行補償，從而產生經補償電力PO。變流器130還可調整經補償電力PO的頻率和相位，使經補償電力PO能與市電同步。
鋁電池140具備快速充放電的能力。在本實施例中，鋁電池140的充放電率（C-rate）可介於10C至60C之間。控制器110可配置鋁電池140進行快速地充電或放電，並且控制器110決定鋁電池140的輸出功率或是充電功率，以使經補償電力PO的變化率符合當地的規範，並且藉由本揭露的平滑化策略（如圖3所示），以及公式（15）、（16）各種狀況下的補償手段，以達到實時補償（real time compensation）的功效，在當下時間的輸出進行補償以符合管理者所規範的最大正變化率或最大負變化率。相較於使用傳統的電池，採用鋁電池140的充放電裝置100所配置的電池容量（單位：Ah）可降低20%以上。
圖2根據本揭露的實施例繪示電力的功率曲線的示意圖。由圖2可知，由變流器130所輸出的未經補償過的電力的功率曲線21在時間點t0至時間點t2之間驟降。此驟降的現象（例如雲層遮住太陽，使得發電功率驟降）可能使得變流器130所輸出的未經補償過的電力的負變化率大於當地所規範的最大負變化率，從而影響電力網的穩定性。為了使變流器130所輸出的電力的變化率符合當地的規範，本揭露的充放電裝置100來對電力PI進行補償以產生經補償電力PO，避免饋入電力網的電力驟升或驟降。經補償電力PO具有較為平滑的功率曲線23，如圖2所示。後續將藉由平滑化策略，將平滑的功率曲線23與實際功率曲線21進行比較，在不同條件下，調整鋁電池140的充放電功率，以補償電力PO，詳述如下。
控制器110可根據電力PI的功率值來配置鋁電池140之充放電功率以對電力PI進行補償，從而產生經補償電力PO。圖3根據本揭露的實施例繪示一種適用於再生能源發電系統的充放電方法的流程圖，其中所述充放電方法可由如圖1所示的充放電裝置100實施。圖3亦為根據本揭露的實施例之平滑化策略。
在步驟S301中，控制器110通過再生能源轉換器120取得再生能源發電系統的輸出電力歷史記錄。輸出電力歷史記錄可包括多筆分別對應於不同時間點的電力的功率值。舉例來說，輸出電力歷史記錄可包括諸如對應於時間點t0
的功率值c0
、對應於時間點t1
的功率值c1
、對應於時間點t2
的功率值c2
以及對應於時間點t3
的功率值c3
，如表1所示。
表1
| 時間點 | t0 | t1 | t2 | t3 |
| 功率值（W） | c0 | c1 | c2 | c3 |
控制器110可根據如表1所示的輸出電力歷史記錄繪示出如圖2所示的功率曲線21。功率曲線21上的每一個功率值的點都是未經過補償的，亦即每一個功率值均為實際原始量測值。在一實施例中，控制器110更經配置以取得市電的電力網（即：耦接至變流器130的電力網）的功率曲線以及鋁電池140的儲存電量。控制器110可參考電力網的功率曲線以及鋁電池140的儲存電量來調整對電力PI的補償程度。舉例來說，若鋁電池140的儲存電量不足，則控制器110可配置鋁電池140以較小的充放電功率進行放電。
在步驟S302中，控制器110判斷電力PI的在當前時間點是正值或負值。若電力PI為正值，則進入步驟S303。若電力PI為負值，則進入步驟S306。假設n代表一正整數，T代表取樣時間，P(x)代表電力PI在時間點x時的功率值，並且nT代表當前時間點（令x=nT）。控制器可根據如下所示的公式（1）判斷電力PI在當前時間點nT的變化率PROC
為正值或負值。在當前時間點的功率P(nT
)減去上一時間點功率值P(nT
-1)的差值後，該差值再除以當前時間點的功率P(nT
)，即可求得變化率PROC
：
…公式（1）
在步驟S303中，控制器110判斷電力PI的變化率PROC
（或稱為正變化率PROC+
）是否超過第一餘量（margin）PM1
，其中第一餘量PM1
定義為饋入至電力網的電力（例如：經補償電力PO）的最大正變化率（maximum positive rate of change）。最大正變化率可由管理者基於再生能源發電系統所在的環境而規定，其中最大正變化率和最大負變化率係由官方規定，且本揭露可進一步地利用該極值作為本揭露之平滑化策略的第一餘量和第二餘量的數值。舉例來說，「最大正變化率為12%」表示待饋入至電力網的經補償電力PO的正變化率PROC+
不得超過12%，亦即第一餘量PM1
=12%，實際應用不限於此實施例。假設nT為當前時間點，控制器110可根據如下所示的公式（2）判斷電力PI的正變化率PROC+
是否超過第一餘量PM1
：
…公式（2）
若電力PI的正變化率PROC+
超過第一餘量PM1
，則進入步驟S304。若電力PI的正變化率PROC+
未超過第一餘量PM1
，則進入步驟S301。
在步驟S304中，控制器110計算對電力PI的補償值（以下稱為補償值PC
）。首先，控制器110根據電力PI的功率值產生電力PI的擬合曲線（fitting curve）。具體來說，控制器110可先將電力PI的功率曲線假設為如公式（3）所示的多項式A，其中i代表時間索引，a0
、a1
、…、an-1
以及an
為係數，並且t為時間：
…公式（3）
接著，控制器110根據電力PI的輸出電力歷史記錄以及多項式A產生對應於電力PI的擬合曲線的目標函數Err。目標函數Err如公式（4）所示：
…公式（4）
其中i代表時間索引，m代表包含於輸出電力歷史記錄中的資料（即：電力PI的功率值）的筆數，P(ti
)代表電力PI在時間點ti
時的功率值。舉例來說，若控制器110根據如表1所示的輸出電力歷史記錄產生目標函數Err，則目標函數Err的可表示如公式（5）所示，其中c0=P(t0
)，c1=P(t1
)，c2=P(t2
)，c3=P(t3
)：
…公式（5）
控制器110可最小化目標函數Err藉以計算元素或係數a0
、a1
、…、an-1
以及an
的值（例如：透過最小平方法（least squares method）），從而取得電力PI的擬合曲線（即：如圖2所示的擬合曲線22）的函式PS
(t)，如公式（6）所示：
…公式（6）
在取得電力PI的擬合曲線22的函式PS
(t)後，控制器110可根據電力PI的當前功率值與擬合曲線22的函數值的差值來計算補償值PC
。具體來說，在當前時間點ti
時，控制器110可先計算當前功率值P(ti
)與擬合曲線22的函數值PS
(ti
)的差值PD
(ti
)，以及計算差值PD
(ti
)與當前功率值P(ti
)的比例POI
(ti
)，如公式（7）所示：
…公式（7）
以圖2為例，若控制器110欲計算對電力PI在當前時間點t4
時的補償值PC
(t4
)，則控制器110可先計算在當前時間點t4
時，當前功率值P(t4
)與擬合曲線22的函數值PS
(t4
)的差值PD
(t4
)，以及計算差值PD
(t4
)與當前功率值為P(t4
)的比例POI
(t4
)，如公式（8）所示：
…公式（8）
在計算完差值PD
(ti
)與當前功率值P(ti
)的比例POI
(ti
)後，控制器110可根據比例POI
(ti
)決定補償值PC
(ti
)。詳細來說，控制器110可響應於：電力PI的當前功率值P(ti
)大於擬合曲線22的函數值PS
(ti
)而決定補償值PC
(ti
)應為負值（若PI > PS
(ti
)且PC
(ti
) > 0）；並且響應於電力PI的當前功率值P(ti
)小於擬合曲線22的函數值PS
(ti
)而決定補償值PC
(ti
)應為正值（若PI> PS
(ti
)且PC
(ti
)>0）。當補償值PC
(ti
)為負值時，控制器110將配置鋁電池140進行充電，以對電力PI進行負補償。相對來說，當補償值PC
(ti
)為正值時，控制器110將配置鋁電池140進行放電，以對電力PI進行正補償。
當補償值PC
(ti
)為負值時，補償值PC
(ti
)的大小將受限於第二餘量PM2
，其中第二餘量PM2
定義為饋入至電力網的電力（例如：經補償電力PO）的最大負變化率（maximum negative rate of change）。最大負變化率根據再生能源發電系統所在的環境而規定的，其中最大正變化率和最大負變化率係由官方規定，且本揭露可進一步地利用該極值作為本揭露之平滑化策略的第一餘量和第二餘量的數值。舉例來說，「最大負變化率為6%」表示經補償電力PO的負變化率（以下稱之為負變化率PROC-
）不得超過6%。對電力網來說，饋入電力的功率值驟升會對電力網造成不良的影響。若經補償電力PO的負變化率PROC-
較低，代表未來經補償電力PO驟升的情況也較不出現。如此，可避免經補償電力PO驟升而產生的突波功率，從而避免再生能源發電系統、充放電裝置100或電力網被破壞。在一實施例中，管理者可將第二餘量PM2
配置為小於第一餘量PM1
。換句話說，管理者可規定經補償電力PO的最大負變化率小於最大正變化率，其中最大正變化率或最大負變化率例如可設定為1%~20%。在一實施例中，第一餘量與第二餘量的數值相異。在另一實施例中，第一餘量與第二餘量的數值相同。
在一實施例中，控制器110可響應於：比例POI
(ti
)大於或等於第二餘量PM2
，當補償值PC
(ti
)為負值時（若PI> PS
(ti
)，亦即在ti
時間點功率值P(ti
)大於與擬合曲線22的函數值PS
(ti
)，則PC
(ti
)>0，亦即決定補償值為負值），而決定補償值PC
(ti
)的絕對值等於第二餘量PM2
。控制器110限制補償值PC
(ti
)的絕對值不超過第二餘量PM2
，其中第二餘量PM2
定義為饋入至電力網的電力（例如：經補償電力PO）的最大負變化率。補償值PC
(ti
)的數學式如公式（9）所示。
…公式（9）
在一實施例中，控制器110可響應於：比例POI
(ti
)小於第二餘量PM2
，當補償值PC
(ti
)為負值時（若PI> PS
(ti
)，則PC
(ti
)>0），而決定所述補償值PC
(ti
)的絕對值等於比例POI
(ti
)，其數學式如公式（10）所示
…公式（10）
在一實施例中，控制器110可響應於：比例POI
(ti
)大於或等於鋁電池140的最大充電率CC
，當補償值PC
(ti
)為負值時（若PI> PS
(ti
)，則PC
(ti
)>0），而決定補償值PC
(ti
)的絕對值等於鋁電池140的最大充電率CC
，其數學式如公式（11）所示。
…公式（11）
在一實施例中，控制器110可響應於：比例POI
(ti
)大於或等於第一餘量PM1
，當補償值PC
(ti
)為正值時（若PI> PS
(ti
)，亦即在ti
時間點功率值P(ti
)小於與擬合曲線22的函數值PS
(ti
)，則PC
(ti
)>0，亦即決定補償值為正值），而決定補償值PC
(ti
)等於第一餘量PM1
，其數學式如公式（12）所式。換言之，當補償值PC
(ti
)為正值時，控制器110可限制補償值PC
(ti
)不超過第一餘量PM1
，其中第一餘量PM1
定義為饋入至電力網的電力（例如：經補償電力PO）的最大正變化率。
…公式（12）
在一實施例中，控制器110可響應於：比例POI
(ti
)小於第一餘量PM1
，當補償值PC
(ti
)為正值時（若PI> PS
(ti
)，則PC
(ti
)>0），而決定所述補償值PC
(ti
)等於比例POI
(ti
)，其數學式如公式（13）所式。
…公式（13）
在一實施例中，控制器110可響應於：比例POI
(ti
)大於或等於鋁電池140的最大放電率CD
，當補償值PC
(ti
)為正值時（若PI> PS
(ti
)，則PC
(ti
)>0），而決定補償值PC
(ti
)等於鋁電池140的最大放電率CD
，其數學式如公式（14）所示。
…公式（14）
基於上述，控制器110可根據如下所示的公式（15）和公式（16）計算補償值PC
(ti
)，其中CC
代表鋁電池140的最大充電率，CD
代表鋁電池140的最大放電率，POI
(ti
)代表差值PD
(ti
)與當前功率值P(ti
)的比例，PM1
代表第一餘量，PM2
代表第二餘量：
…公式（15）
…公式（16）
在計算出補償值PC
(ti
)後，在步驟S305中，控制器110使用補償值PC
(ti
)對電力PI進行補償，從而產生經補償電力PO（PI+ PC
(ti
)= PO）。控制器110可通過變流器130將經補償電力PO進行直交流轉換後輸出至市電的電力網。
在步驟S306中，控制器110判斷電力PI的變化率PROC
（或稱為負變化率PROC-
）是否超過第二餘量PM2
。電力PI的負變化率PROC-
超過第二餘量PM2
代表再生能源發電系統可能受到遮蔽的影響而使得其所輸出的電力PI驟降。假設nT為當前時間點，控制器110可根據如下所示的公式（17）判斷電力PI的負變化率PROC-
是否超過第二餘量PM2
。在當前時間點的功率P(nT
)減去上一時間點功率值P(nT
-1)的差值後，該差值之絕對值再除以當前時間點的功率P(nT
)即可求得負變化率PROC-
：
…公式（17）
若電力PI的負變化率PROC-
超過第二餘量PM2
，則進入步驟S304。若電力PI的負變化率PROC-
未超過第二餘量PM2
，則進入步驟S301。
在一實施例中，鋁電池140的容量（單位：Ah）是基於再生能源發電系統的輸出電力歷史記錄，且按照歷史最大變化率（例如：最大正變化率或最大負變化率）所算出/所對應的瓦數而配置，例如：將特定地點的場域容量乘以最大正變化率以計算電力的變化率的上升規範值，以及將場域容量乘以最大負變化率以計算電力的變化率的下降規範值。若電力的上升/下降超出了規範值，管理者可基於最大超出電力值（即：對應於最大正變化率或最大負變化率的電力值）來配置鋁電池140的容量。舉例來說，假設饋入至電力網的電力的最大正變化率的規範值為12%，最大負變化率的規範值為6%，並且再生能源發電系統的輸出電力歷史記錄如表2所示：
表2
| 時間點 | t0 | t1 | t2 | t3 |
| 功率值（W） | c0 | c1 | c2 | c3 |
| 正變化率超出量（W） | 101 | 80 | - | - |
| 負變化率超出量（W） | - | - | 111 | 94 |
由表2可知，在最糟的情況下，單位時間內的鋁電池140的充電率需要超過101W，並且單位時間內的鋁電池140的放電率需要超過111W（電力的上升/下降超出了規範值，管理者可基於最大超出電力值來配置鋁電池140的容量）。管理者可根據如表2所示的輸出電力歷史記錄來配置鋁電池140的容量，故表2實施例將採用鋁電池140具有111W的容量。
圖4根據本揭露的實施例繪示另一種適用於再生能源發電系統的充放電方法的流程圖，其中所述充放電方法可由如圖1所示的充放電裝置100實施。在步驟S401，接收來自再生能源發電系統的電力。在步驟S402，根據電力的功率值來配置鋁電池之充放電功率以對電力進行補償，從而產生經補償電力。在步驟S403，將經補償電力進行直交流轉換後輸出至電力網。
表3表示採用本揭露之充放電裝置100對位於特定地點之再生能源發電系統所輸出至電力網的功率進行平滑化的實驗結果，其中σ代表饋入的電力與前1分鐘的電力的變動量差值。在本實驗中，該特定地點的場域容量為210Wp（尖峰瓦數值）、饋入電力網的電力的最大正變化率被規定為12%（即：210*0.12=25.2W為上升規範值）且最大負變化率被規定為6%（即：210*0.06=12.6W為下降規範值）。由表3可知，在本實驗中，饋入至電力網的電力的最大變化率（在本實驗中為最大負變化率）出現在12:08的時候，且電力的下降超出了下降規範值（即：12.6W）111.52W。因此，管理者可基於表3的資料而根據111.52W來配置鋁電池140的容量。同時，利用本揭露的圖3之平滑化策略與公式（15）和（16），能針對當前功率值P(ti
)求出補償值PC
(ti
)以對電力PI進行補償，從而產生經補償電力PO（PI+PC
(ti
)= PO）。如此，可避免太陽能板因間歇地被遮蔽而導致輸出功率驟降及/或驟升，從而提高市電電力網的穩定性。表3的此分鐘饋入的電力（W）減去前一分鐘電力網的功率（W）等於此分鐘σ（W）。分鐘σ的絕對值（∣σ∣）減去25.2W（上升規範值）或12.6W（下降規範值）等於σ上升超出12%多少功率或是σ下降超出6%多少功率。
表3
| 時間 | 饋入的電力（W） | σ（W） | 電力網的功率（W） | σ上升超出12%（25.2W）多少功率 | σ下降超出6%（12.6W）多少功率 |
| 11:57 | 195.68 | -2.65 | 195.68 | - | 0.00 |
| 11:58 | 99.38 | -96.30 | 183.08 | - | 83.70 |
| 11:59 | 77.56 | -105.52 | 170.48 | - | 92.92 |
| 12:00 | 137.64 | -32.83 | 157.88 | - | 20.23 |
| 12:01 | 201.84 | 43.96 | 183.08 | 18.76 | - |
| 12:02 | 200.17 | 17.10 | 200.17 | 0.00 | - |
| 12:03 | 192.07 | -8.10 | 192.07 | - | 0.00 |
| 12:04 | 194.90 | 2.83 | 194.90 | 0.00 | - |
| 12:05 | 203.49 | 8.59 | 203.49 | 0.00 | - |
| 12:06 | 172.93 | -30.56 | 190.89 | - | 17.96 |
| 12:07 | 197.53 | 6.64 | 197.53 | 0.00 | - |
| 12:08 | 73.41 | -124.12 | 184.93 | - | 111.52 |
| 12:09 | 77.41 | -107.52 | 172.33 | - | 94.92 |
| 12:10 | 193.60 | 21.27 | 193.60 | 0.00 | - |
| 12:11 | 123.88 | -69.72 | 181.00 | - | 57.12 |
| 12:12 | 73.50 | -107.49 | 168.40 | - | 94.89 |
| 12:13 | 61.88 | -106.52 | 155.80 | - | 93.92 |
| 12:14 | 56.24 | -99.56 | 143.20 | - | 86.96 |
| 12:15 | 56.38 | -86.82 | 130.60 | - | 74.22 |
| 12:16 | 61.00 | -69.60 | 118.00 | - | 57.00 |
| 12:17 | 75.60 | -42.40 | 105.40 | - | 29.80 |
| 12:18 | 202.04 | 96.64 | 130.60 | 71.44 | - |
| 12:19 | 206.41 | 75.81 | 155.80 | 50.61 | - |
| 12:20 | 206.07 | 50.27 | 181.00 | 25.07 | - |
| 12:21 | 202.04 | 21.04 | 202.04 | 0.00 | - |
| 12:22 | 193.87 | -8.17 | 193.87 | - | 0.00 |
綜上所述，本揭露的充放電裝置和充放電方法可以根據再生能源發電系統輸出的電力的歷史記錄估算出所述電力的擬合曲線，從而根據擬合曲線預測所述電力將來的變化。充放電裝置可根據擬合曲線估算出對應的補償值，並且根據所估算的補償值來配置鋁電池之充放電功率以對待輸出至電力網的電力的補償。相較於傳統的電池，本揭露所採用的鋁電池具有較高的充放電率，鋁電池可進行快速地充電或放電，並且藉由本揭露的平滑化策略在各種狀況下的補償手段，以達到實時補償的功效。因此，充放電裝置可以在使用較小容量或較小體積的電池的情況下，將電力的變化率維持在符合當地法規的範圍之內。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:充放電裝置
110:控制器
120:再生能源轉換器
130:變流器
140:鋁電池
21、23:功率曲線
22:擬合曲線
c0、c1、c2、c3:功率值
t0、t1、t2、t3、t4:時間點
PI:電力
PO:經補償電力
S301、S302、S303、S304、S305、S306、S307、S308、S401、S402、S403:步驟
圖1根據本揭露的實施例繪示一種適用於再生能源發電系統的充放電裝置的示意圖。
圖2根據本揭露的實施例繪示電力的功率曲線的示意圖。
圖3根據本揭露的實施例繪示一種適用於再生能源發電系統的充放電方法的流程圖。
圖4根據本揭露的實施例繪示另一種適用於再生能源發電系統的充放電方法的流程圖。
100:充放電裝置
110:控制器
120:再生能源轉換器
130:變流器
140:鋁電池
PI:電力
PO:經補償電力
Claims (20)
- 一種適用於再生能源發電系統的充放電裝置，包括：再生能源轉換器，接收來自所述再生能源發電系統的電力；鋁電池；控制器，耦接所述再生能源轉換器以及所述鋁電池，其中所述控制器根據所述電力的功率值來配置所述鋁電池之充放電功率以對所述電力進行補償，從而產生經補償電力；以及變流器，耦接所述控制器，其中所述變流器將所述經補償電力進行直交流轉換後輸出至電力網，其中所述控制器根據所述電力的所述功率值產生所述電力的擬合曲線，根據所述電力的當前功率值與所述擬合曲線的函數值的差值來計算補償值，並且根據所述補償值來配置所述鋁電池之所述充放電功率以對所述電力進行補償。
- 如請求項1所述的充放電裝置，其中所述控制器響應於所述當前功率值大於所述擬合曲線的所述函數值而決定所述補償值為負值，並且響應於所述當前功率值小於所述擬合曲線的所述函數值而決定所述補償值為正值。
- 如請求項1所述的充放電裝置，其中所述控制器響應於所述差值和所述當前功率值的比例大於或等於第一餘量，且所述擬合曲線的所述函數值大於零，而決定所述補償值等於所述第一餘量，其中所述第一餘量定義為所述電力的最大正變化率。
- 如請求項1所述的充放電裝置，其中所述控制器響應於所述差值和所述當前功率值的比例大於或等於第二餘量，且所述擬合曲線的所述函數值小於零，而決定所述補償值之絕對值等於所述第二餘量，其中所述第二餘量定義為所述電力的最大負變化率。
- 如請求項1所述的充放電裝置，其中所述控制器響應於所述差值和所述當前功率值的比例小於第一餘量，且所述擬合曲線的所述函數值大於零，而決定所述補償值等於所述比例，其中所述第一餘量定義為所述電力的最大正變化率。
- 如請求項1所述的充放電裝置，其中所述控制器響應於所述差值和所述當前功率值的比例小於第二餘量，且所述擬合曲線的所述函數值小於零，而決定所述補償值之絕對值等於所述比例，其中所述第二餘量定義為所述電力的最大負變化率。
- 如請求項1所述的充放電裝置，其中所述控制器響應於所述差值和所述當前功率值的比例大於或等於所述鋁電池的最大充電率，且所述擬合曲線的所述函數值小於零，而決定所述補償值之絕對值等於所述最大充電率。
- 如請求項1所述的充放電裝置，其中所述控制器響應於所述差值和所述當前功率值的比例大於或等於所述鋁電池的最大放電率，且所述擬合曲線的所述函數值大於零，而決定所述補償值等於所述最大放電率。
- 如請求項1所述的充放電裝置，其中所述電力的第一餘量與第二餘量的數值相異，所述第一餘量定義為所述電力的最大正變化率，所述第二餘量定義為所述電力的最大負變化率。
- 如請求項9所述的充放電裝置，其中所述鋁電池的容量是基於所述再生能源發電系統的輸出電力的歷史最大變化率所對應的瓦數而配置，其中所述再生能源轉換器之一場域容量乘以所述最大正變化率係上升規範值，並且所述場域容量乘以所述最大負變化率係下降規範值。
- 如請求項1所述的充放電裝置，其中所述鋁電池的充放電率介於10C至60C之間。
- 一種適用於再生能源發電系統的充放電方法，包括：接收來自所述再生能源發電系統的電力；根據所述電力的功率值來配置鋁電池之充放電功率以對所述電力進行補償，從而產生經補償電力，包括：根據所述電力的所述功率值產生所述電力的擬合曲線，並且根據所述擬合曲線來配置所述鋁電池之所述充放電功率以對所述電力進行補償，包括：根據所述電力的當前功率值與所述擬合曲線的函數值的差值來計算補償值，並且根據所述補償值對所述電力進行補償；以及將所述經補償電力進行直交流轉換後輸出至電力網。
- 如請求項12所述的充放電方法，其中根據所述電力的所述當前功率值與所述擬合曲線的所述函數值的所述差值來計算所述補償值的步驟包括：響應於所述當前功率值大於所述擬合曲線的所述函數值而決定所述補償值為負值，並且響應於所述當前功率值小於所述擬合曲線的所述函數值而決定所述補償值為正值。
- 如請求項12所述的充放電方法，其中根據所述電力的所述當前功率值與所述擬合曲線的所述函數值的所述差值來計算所述補償值的步驟包括：響應於所述差值和所述當前功率值的比例大於或等於第一餘量，且所述擬合曲線的所述函數值大於零，而決定所述補償值等於所述第一餘量，其中所述第一餘量定義為所述電力的最大正變化率。
- 如請求項12所述的充放電方法，其中根據所述電力的所述當前功率值與所述擬合曲線的所述函數值的所述差值來計算所述補償值的步驟包括：響應於所述差值和所述當前功率值的比例大於或等於第二餘量，且所述擬合曲線的所述函數值小於零，而決定所述補償值之絕對值等於所述第二餘量，其中所述第二餘量定義為所述電力的最大負變化率。
- 如請求項12所述的充放電方法，其中根據所述電力的所述當前功率值與所述擬合曲線的所述函數值的所述差值來計算所述補償值的步驟包括：響應於所述差值和所述當前功率值的比例小於第一餘量，且所述擬合曲線的所述函數值大於零，而決定所述補償值等於所述比例，其中所述第一餘量定義為所述電力的最大正變化率。
- 如請求項12所述的充放電方法，其中根據所述電力的所述當前功率值與所述擬合曲線的所述函數值的所述差值來計算所述補償值的步驟包括：響應於所述差值和所述當前功率值的比例小於第二餘量，且所述擬合曲線的所述函數值小於零，而決定所述補償值之絕對值等於所述比例，其中所述第二餘量定義為所述電力的最大負變化率。
- 如請求項12所述的充放電方法，其中根據所述電力的所述當前功率值與所述擬合曲線的所述函數值的所述差值來計算所述補償值的步驟包括：響應於所述差值和所述當前功率值的比例大於或等於所述鋁電池的最大充電率，且所述擬合曲線的所述函數值小於零，而決定所述補償值之絕對值等於所述最大充電率。
- 如請求項12所述的充放電方法，其中根據所述電力的所述當前功率值與所述擬合曲線的所述函數值的所述差值來計算所述補償值的步驟包括： 響應於所述差值和所述當前功率值的比例大於或等於所述鋁電池的最大放電率，且所述擬合曲線的所述函數值大於零，而決定所述補償值等於所述最大放電率。
- 如請求項12所述的充放電方法，其中所述電力之第一餘量與第二餘量的數值相異，所述第一餘量定義為所述電力的最大正變化率，所述第二餘量定義為所述電力的最大負變化率。
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