TWI735062B

TWI735062B - 用於微電網之電壓控制系統及方法

Info

Publication number: TWI735062B
Application number: TW108139268A
Authority: TW
Inventors: 高俊廷; 李奕德
Original assignee: 行政院原子能委員會核能研究所
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2021-08-01
Also published as: TW202117479A

Abstract

本發明係有關於一種用於微電網之電壓控制系統及方法，該微電網包括一分散式電源模組，該分散式電源模組用於輸出一輸出電壓以及一輸出電流，並即時偵測該輸出電流，以根據該輸出電流的電流值決定是否降低該輸出電壓，藉由此舉，本發明可即時偵測該輸出電流並降低該輸出電壓，以對應的降低該輸出電流，達到提升微電網供電品質的目的。

Description

用於微電網之電壓控制系統及方法

本發明係關於一種電壓控制系統及方法，尤指一種應用於微電網之電壓控制系統及方法。

微電網(Micro-Gird)為一種小型發配電系統，其電力系統包括一個或多個分散式電源以及負載，規模可小至一戶住家或大至一個工業區甚至於一個離島，可根據其實施環境不同而獨立或併網於現有電網系統運行。

在現有技術中，當一負載變壓器投入微電網時，微電網之分散式電源會對負載變壓器進行激磁，往往會伴隨產生湧浪電流，最大可達額定電流的8至30倍。因此，當分散式電源無法承受湧浪電流時，為了裝置的安全性，將造成分散式電源跳機或停電，導致微電網無法穩定提供電源，其供電品質下降。

有鑑於上述現有技術之不足，本發明的主要目的在於提供一種用於微電網之電壓控制系統及方法，其可以根據分散式電源的輸出電流的電流值決定是否降低分散式電源的輸出電壓的電壓值，以即時偵測輸出電流並降低輸出電壓，進而降低湧浪電流的電流值，達到提升微電網供電品質的目的。

為達成上述目的所採取的主要技術手段，係令前述的用於微電網之電壓控制方法係由一分散式電源模組執行以下步驟：

偵測該分散式電源模組的一輸出電流；以及當該輸出電流等於或大於一電流臨界值，降低該分散式電源模組的一輸出電壓，其中，該輸出電壓不低於一電壓臨界值。

藉由上述方法，用於微電網之電壓控制方法之分散式電源模組偵測其輸出的輸出電流，並於該輸出電流等於或大於該電流臨界值時，降低其輸出電壓，同時輸出電壓不低於電壓臨界值，藉此降低湧浪電流，並維持微電網之電壓，達到提升微電網供電品質的目的。

為達成上述目的所採取的又一主要技術手段，係令前述的用於微電網之電壓控制系統包括一分散式電源模組，該分散式電源模組包括：一輸出端，用以輸出一輸出電壓及一輸出電流；一控制電路，用以偵測該輸出電流，當該輸出電流等於或大於一電流臨界值時，降低該輸出電壓，且該輸出電壓不低於一電壓臨界值。

藉由上述構造，用於微電網之電壓控制系統包括該分散式電源模組，該分散式電源模組之該控制電路偵測該輸出端的該輸出電流，當該輸出電流等於或大於該電流臨界值時，降低該分散式電源模組的該輸出電壓，且該輸出電壓不低於該電壓臨界值，藉此降低湧浪電流，並維持微電網之電壓，達到提升微電網供電品質的目的。

100:分散式電源模組

110:控制電路

120:驅動電路

130:電力開關

140:發電元件

150:濾波元件

200:分散式能源模組

300:負載變壓器模組

400:負載

1000:微電網

Vo:輸出電壓

Io:輸出電流

Out:輸出端

S310、S330、S331、S332、S333、S334:步驟

圖1為根據本發明實施例之微電網之系統架構示意圖；圖2為根據本發明實施例之控制電路之電路架構示意圖；圖3為根據本發明實施例之用於微電網之電壓控制方法實施例一之流程示意圖；以及圖4為根據本發明實施例之用於微電網之電壓控制方法實施例二之流程示意圖。

請參考圖1，圖1為本發明用於微電網之實施例，其包括一分散式電源模組100、一分散式能源模組200、一負載變壓器模組300以及一負載400。

該分散式電源模組100以及該分散式能源模組200可彼此並聯並用於提供電力至微電網，其中該分散式電源模組100可等效為電壓源，該分散式能源模組200可等效為電流源。該負載變壓器模組300運作時與該分散式電源模組100以及該分散式能源模組200並聯，用於接收微電網之電力，並將接收之電力變壓後提供至負載400。

本發明之電壓控制系統可由該分散式電源模組100實現。該分散式電源模組100具有一輸出端Out，用以輸出作為電力的輸出電壓Vo，同時於該輸出端Out產生一輸出電流Io，該分散式電源模組100於運行時，即時偵測該輸出電流Io，當該輸出電流Io等於或大於一電流臨界值時，該分散式電源模組100將據以降低其該輸出電壓Vo，且該輸出電壓Vo不低於一電壓臨界值，其中該電流臨界值較佳為100%的額定電流，額定電流根據該分散式電源模組100之電流承受能力而定，該電壓臨界值較佳為90%的額定電壓，該電壓臨界值可根據該分散式電源模組100的低電壓穿越能力而定，本發明不以此為限制。

因此，當該負載變壓器模組300併入微電網並將負載400投入於微電網時，該分散式電源模組100對該負載變壓器模組300進行激磁而產生湧浪電流時，該分散式電源模組100可即時偵測到該輸出電流Io的增加，並在該輸出電流Io等於或大於該電流臨界值時降低該輸出電壓Vo，基於湧浪電流與激磁電壓正相關，因此可藉由降低該輸出電壓Vo相應地降低湧浪電流，同時使該輸出電壓Vo不低於該電壓臨界值。

藉此，本發明用於微電網之電壓控制系統可降低湧浪電流的電流值，同時維持微電網之電壓，使該分散式電源模組100不因瞬間大電流或低電壓而解併(跳機或停電)，此外，降低該輸出電壓Vo亦可相應提升該分散式電源模組100的電流承受能力，達到提升微電網供電品質的目的。

於本較佳實施例中，該分散式電源模組100可為柴油發電機模組或燃料電池發電模組等發電模組，且本發明不以此為限制。

於本較佳實施例中，該分散式能源模組200可為太陽能模組、風力發電模組等發電模組，且本發明不以此為限制。

於本實施例中，該負載變壓器模組300的功率不低於10KVA(千伏安培)，該湧浪電流為百A級以上。

於本較佳實施例中，負載400可為單一負載或者為彼此串/並聯的複數負載，且本發明不以此為限制。

於本較佳實施例中，該微電網1000為獨立型微電網，且不與市電併網。

為了進一步說明本發明之該分散式電源模組100的實施例，請參考圖2，該分散式電源模組100至少包括一控制電路110、一驅動電路120、一電力開關130、一發電元件140以及一濾波元件150。該控制電路110用以根據預設指令或外部指令產生一開關控制訊號(例如：PWM訊號)並致能或禁能該發電元件 140，同時於該分散式電源模組100運行時，即時偵測該分散式電源模組100的該輸出端Out的該輸出電流Io以及該輸出電壓Vo。該驅動電路120用以接收該開關控制訊號，並根據該開關控制訊號控制該電力開關130，以調整經由該電力開關130輸出的交流電壓。該濾波元件150用以濾除交流電壓中的雜訊或干擾並產生該輸出電壓Vo。

因此，當該控制電路110判斷該輸出電流Io等於或大於該電流臨界值時，該控制電路110據以產生並輸出該開關控制訊號，因此該驅動電路120可根據該開關控制訊號控制該電力開關130，以降低輸出的交流電壓，進而降低該輸出電壓Vo。

在一實施例中，該控制電路110更可用以判斷該輸出電壓Vo是否小於該電壓臨界值，當該輸出電壓Vo因前述作動而被調低並低於該電壓臨界值，且該輸出電流Io仍等於或大於該電流臨界值時，該控制電路110使該分散式電源模組100解併，以確保該分散式電源模組100的安全。

於本較佳實施例中，該控制電路110可為微控制器，且本發明不以此為限制。

於本較佳實施例中，該電力開關130可由絕緣閘極雙極性電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)實現，且本發明不以此為限制。

於本較佳實施例中，該發電元件140可為柴油發電機或燃料電池，且本發明不以此為限制。

於本較佳實施例中，該濾波元件150可為電容元件，且本發明不以此為限制。

根據上述實施例的內容，本發明可進一步歸納一用於微電網之電壓控制方法，如圖3所示，主要係由該分散式電源模組100執行以下步驟：偵測該分散式電源模組的輸出電流Io(S310)；於本較佳實施例中，該分散式電源模組100的該控制電路110偵測該分散式電源模組100的該輸出端Out的輸出電流Io；以及當該輸出電流Io等於或大於一電流臨界值，降低該分散式電源模組100的輸出電壓Vo(S330)；當該控制電路110判斷該輸出電流Io等於或大於該電流臨界值，該控制電路110據以產生對應的該開關控制訊號，使該驅動電路120根據接收的該開關控制訊號控制該電力開關130，以降低該輸出電壓Vo，且該輸出電壓Vo不低於該電壓臨界值。

於本較佳實施例中，步驟S330進一步包括以下步驟：判斷該輸出電流Io是否等於或大於該電流臨界值(S331)，當判斷為是，進行下一步驟(S332)，反之，回到步驟S310；於本較佳實施例中，該控制電路110判斷該輸出電流Io是否等於或大於該電流臨界值；以及降低該輸出電壓Vo(S332)；於本較佳實施例中，該控制電路110根據步驟S331的判斷結果產生對應的該開關控制訊號，使該驅動電路120根據接收的該開關控制訊號控制該電力開關130，以降低該輸出電壓Vo，且該輸出電壓Vo不低於該電壓臨界值。

於一實施例中，步驟S330更包括以下步驟，如圖4所示：判斷該輸出電壓Vo是否小於該電壓臨界值(S333)，當判斷為是，進行下一步驟(S334)，反之，回到步驟S310；於本較佳實施例中，該控制電路110判斷該輸出電壓Vo是否小於該電壓臨界值；以及使該分散式電源模組100解併(S334)；該控制電路110使該分散式電源模組100解併。

綜以上所述，本發明用於微電網之電壓控制系統及方法可降低湧浪電流的電流值，同時維持微電網之電壓，使該分散式電源模組100不因瞬間大電流或低電壓而解併，此外，降低該分散式電源模組100的該輸出電壓Vo亦可相應提升該分散式電源模組100的電流承受能力，達到提升微電網供電品質的目的。

S310、S330、S331、S332:步驟

Claims

一種用於微電網之電壓控制方法，該方法係由該微電網之分散式電源模組執行以下步驟：偵測該分散式電源模組的一輸出電流；以及當該輸出電流等於或大於一電流臨界值，降低該分散式電源模組的一輸出電壓，其中，該輸出電壓不低於一電壓臨界值。
如請求項1所述之用於微電網之電壓控制方法，其中當該輸出電流等於或大於一電流臨界值，降低該分散式電源模組的一輸出電壓的步驟包括：判斷該輸出電流是否等於或大於該電流臨界值；以及當判斷為是，降低該輸出電壓。
如請求項2所述之用於微電網之電壓控制方法，其中當該輸出電流等於或大於一電流臨界值，降低該分散式電源模組的一輸出電壓的步驟包括：判斷該輸出電壓是否小於該電壓臨界值；以及當判斷為是，該分散式電源模組解併。
如請求項1所述之用於微電網之電壓控制方法，其中該電流臨界值為100%的額定電流，該電壓臨界值為90%的額定電壓。
一種用於微電網之電壓控制系統，其包括一分散式電源模組，該分散式電源模組包括：一輸出端，用以輸出一輸出電壓及一輸出電流；以及一控制電路，與該輸出端電連接，用以偵測該輸出電流，當該輸出電流等於或大於一電流臨界值時，降低該輸出電壓，且該輸出電壓不低於一電壓臨界值。
如請求項5所述之用於微電網之電壓控制系統，其中，該分散式電源模組更包括：一發電元件；一驅動電路，與該控制電路電連接；一電力開關，與該驅動電路以及該發電元件電連接；以及一濾波元件，與該電力開關電連接，其中，該控制電路用以驅動該發電元件並產生傳送至該驅動電路的一開關控制訊號，並與該濾波元件電連接以偵測該輸出電流，該驅動電路根據該開關控制訊號控制該電力開關，以調整由該發電元件產生且經由該電力開關輸出的交流電壓，該濾波元件用以濾除該交流電壓並產生該輸出電壓。
如請求項6所述之用於微電網之電壓控制系統，該控制電路判斷該輸出電流等於或大於該電流臨界值時，產生並輸出該開關控制訊號，該驅動電路根據該開關控制訊號控制該電力開關以降低輸出的交流電壓。
如請求項5所述之用於微電網之電壓控制系統，其中該分散式電源模組為一柴油發電機模組或一燃料電池發電模組。
如請求項5所述之用於微電網之電壓控制系統，其中該電流臨界值為100%的額定電流，該電壓臨界值為90%的額定電壓。