CN107846037A - 电源转换模块、发电***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源转换模块、发电***及其控制方法，其中，电源转换模块包含发电端转换电路、电网端转换电路以及控制驱动电路。发电端转换电路用以接收一输入电压，并根据该输入电压输出一第一电流。电网端转换电路电性耦接于该发电端转换电路于一节点，用以接收该第一电流并根据该第一电流对一电网供电。控制驱动电路用以输出一驱动信号至该电网端转换电路，以通过该电网端转换电路控制该节点的电压准位，其中该节点的电压等级为中压等级。

Description

电源转换模块、发电***及其控制方法

技术领域

本发明是关于一种发电***，且特别是关于一种采用再生能源的发电***。

背景技术

随着全球暖化现象加剧，以再生能源如风力、太阳能发电等低碳电力来源取代传统高碳排放的火力发电机组，已成为各国推动能源转型的重要目标。

然而，现有的风力机组和太阳能发电模块所产生的电力在馈入电网前，需要对应的电源转换电路进行处理。随着发电装置容量的提高，电源转换电路中所需电路元件的体积与成本也随之提高。

因此，如何改善现有再生能源发电***的架构，以降低装置成本并提高供电的转换效率，实为目前本领域重要的研究主题。

发明内容

本发明内容的一种态样为一种电源转换模块。电源转换模块包含第一发电端转换电路、电网端转换电路以及控制驱动电路。第一发电端转换电路用以接收一输入电压，并根据该输入电压输出一第一电流。电网端转换电路电性耦接于该第一发电端转换电路于一节点，用以接收该第一电流并根据该第一电流对一电网供电。控制驱动电路用以输出一驱动信号至该电网端转换电路，以通过该电网端转换电路控制该节点的电压准位，其中该节点的电压等级为中压等级。

在本发明内容的部分实施例中，该第一发电端转换电路用以控制一太阳能模块操作在一最大功率点，以自该太阳能模块接收该输入电压，其中该输入电压为直流电压。

在本发明内容的部分实施例中，第一发电端转换电路包含一第一直流直流转换单元，用以控制该太阳能模块操作在该最大功率点，并根据该输入电压输出一直流电流；以及一第二直流直流转换单元，电性连接于该第一直流直流转换单元与该节点之间，用以根据该直流电流输出该第一电流至该节点。

在本发明内容的部分实施例中，该第二直流直流转换单元包含一隔离型直流直流转换器，用以提供该太阳能模块以及该电网端转换电路之间的电流隔离。

在本发明内容的部分实施例中，该第一发电端转换电路用以控制一风力发电机操作在一最大功率点，以自该风力发电机接收该输入电压，其中该输入电压为交流电压。

在本发明内容的部分实施例中，该第一发电端转换电路包含：一交流直流转换单元，用以控制该风力发电机操作在该最大功率点，并根据该输入电压输出一直流电流；以及一直流直流转换单元，电性连接于该交流直流转换单元与该节点之间，用以根据该直流电流输出该第一电流至该节点。

在本发明内容的部分实施例中，该电网端转换电路包含一直流交流转换单元，该直流交流转换单元用以输出与该电网同频同相的交流电力，以对该电网供电。

在本发明内容的部分实施例中，电源转换模块更包含一第二发电端转换电路，用以接收一第二输入电压，并根据该第二输入电压输出一第二电流；其中该电网端转换电路电性耦接于该第二发电端转换电路于该节点，用以接收该第二电流并根据该第一电流与该第二电流对该电网供电。

在本发明内容的部分实施例中，电源转换模块更包含一储能装置；以及一储能端转换电路，电性耦接于该节点与该储能装置之间，用以提供该节点或自该节点接收一储能电流以对该储能装置充放电；其中该控制驱动电路更用以输出一第二驱动信号至该储能端转换电路，以通过该储能端转换电路控制该储能电流，据以调整自该节点输出至该电网端转换电路的电流大小。

本发明内容的另一态样为一种发电***。发电***包含发电模块、电源转换模块以及电网端开关电路。电源转换模块包含第一发电端转换电路、电网端转换电路以及控制驱动电路。第一发电端转换电路电性耦接于该发电模块，用以自该发电模块接收一输入电压，并根据该输入电压输出一第一电流。电网端转换电路电性耦接于该第一发电端转换电路于一节点，用以接收该第一电流并根据该第一电流对一电网供电。控制驱动电路用以输出一驱动信号至该电网端转换电路，以通过该电网端转换电路控制该节点的电压准位。电网端开关电路电性耦接于该电网端转换电路与该电网之间，用以于该电网异常时选择性地关断，藉以隔离该电网端转换电路及该电网。

在本发明内容的部分实施例中，该电网端转换电路更用以电性耦接至一当地负载，以对该当地负载供电。

本发明内容的另一种态样为一种发电***的控制方法。控制方法包含：由一第一发电端转换电路接收一输入电压，并根据该输入电压产生一第一电流；由一控制驱动电路，输出一驱动信号至一电网端转换电路，其中该电网端转换电路与该第一发电端转换电路耦接于一节点；藉由该电网端转换电路，根据该驱动信号控制该节点的电压准位；以及由该电网端转换电路将该第一电流转换为交流电输出至一电网。

在本发明内容的部分实施例中，通过该第一发电端转换电路产生该第一电流的步骤包含：控制一太阳能模块操作在一最大功率点，以自该太阳能模块接收该输入电压，其中该输入电压为直流电压。

在本发明内容的部分实施例中，通过该第一发电端转换电路产生该第一电流的步骤更包含：由该第一发电端转换电路的一第一直流直流转换单元，控制该太阳能模块操作在该最大功率点；由该第一直流直流转换单元根据该输入电压输出一直流电流；以及由该第一发电端转换电路的一第二直流直流转换单元，根据该直流电流输出该第一电流至该节点。

在本发明内容的部分实施例中，通过该第一发电端转换电路产生该第一电流的步骤包含：控制一风力发电机操作在一最大功率点，以自该风力发电机接收该输入电压，其中该输入电压为交流电压。

在本发明内容的部分实施例中，通过该第一发电端转换电路产生该第一电流的步骤更包含：由该第一发电端转换电路的一交流直流转换单元，控制该风力发电机操作在该最大功率点；由该交流直流转换单元根据该输入电压输出一直流电流；以及由该第一发电端转换电路的一直流直流转换单元，根据该直流电流输出该第一电流至该节点。

在本发明内容的部分实施例中，由该电网端转换电路将该第一电流转换为交流电输出至该电网的步骤包含：由该电网端转换电路的一直流交流转换单元，输出与该电网同频同相的交流电，以对该电网供电。

在本发明内容的部分实施例中，控制方法更包含：由一第二发电端转换电路接收一第二输入电压，并根据该第二输入电压输出一第二电流；以及由该电网端转换电路，自该节点接收该第一电流与该第二电流并将该第一电流与该第二电流转换为交流电输出至该电网。

在本发明内容的部分实施例中，控制方法更包含：于该电网异常时，选择性地关断电性耦接于该电网端转换电路与该电网之间的一电网端开关电路，藉以隔离该电网端转换电路及该电网；以及由该电网端转换电路将该第一电流转换为交流电以对一当地负载供电。

在本发明内容的部分实施例中，控制方法更包含：由一储能端转换电路提供该节点或自该节点接收一储能电流；以及由该控制驱动电路输出一第二驱动信号至该储能端转换电路，以通过该储能端转换电路控制该储能电流，据以调整自该节点输出至该电网端转换电路的电流大小。

综上所述，本发明内容通过由中压(MV)等级的直流电进行转换器模块中的能量传输减少传输在线的线路损耗，提升***整体的转换效率。此外，在本发明内容中，由控制驱动电路输出驱动信号，通过电网端转换电路控制节点的电压准位与馈入电网的输出电流的频率和相位，因此发电端转换电路可采用高频化电路设计。如此一来，发电端转换电路的成本降低、体积缩小、铜损、铁损减少等问题，使得转换器模块实现小型化并更为节能。

附图说明

图1为根据本发明部分实施例所绘示的发电***的示意图。

图2为根据本发明部分实施例所绘示的发电***的示意图。

图3为根据本发明部分实施例所绘示的发电***的示意图。

图4为根据本发明部分实施例所绘示的发电***的示意图。

图5为根据本发明其他部分实施例所绘示的发电***的示意图。

图6为根据本发明内容部分实施例所绘示的发电***的控制方法的流程图。

其中，附图标记

100 电源转换模块

120、140 发电端转换电路

122a、142b、124、144 直流直流转换单元

122c、142d 交流直流转换单元

130 储能端转换电路

150 储能装置

160 电网端转换电路

180 控制驱动电路

220、240 发电模块

300 电网

400 电网端开关电路

600 控制方法

900 当地负载

N1 节点

PV1、PV2 太阳能模块

WT1、WT2 风力发电机

Vin1、Vin2 输入电压

Vbus 电压准位

I1、I2、I3、Ia、Ib、Ic、Id、Io、Iload 电流

DS、DS1、DS2 驱动信号

S610～S680 步骤

具体实施方式

下文举实施例配合所附图式作详细说明，以更好地理解本发明的态样，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。此外，根据业界的标准及惯常做法，图式仅以辅助说明为目的，并未依照原尺寸作图，实际上各种特征的尺寸可任意地增加或减少以便于说明。下述说明中相同元件将以相同的符号标示来进行说明以便于理解。

在全篇说明书与申请专利范围所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此发明的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本发明的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本发明的描述上额外的引导。

此外，在本文中所使用的用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指『包含但不限于”。此外，本文中所使用的“及/或”，包含相关列举项目中一或多个项目的任意一个以及其所有组合。

于本文中，当一元件被称为“连接”或“耦接”时，可指“电性连接”或“电性耦接”。“连接”或“耦接”亦可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本文中使用“第一”、“第二”、…等用语描述不同元件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。

请参考图1。图1为根据本发明部分实施例所绘示的发电***的示意图。如图1所示，在部分实施例中，发电***包含电源转换模块100、发电模块220、240以及电网300。电源转换模块100电性耦接于发电模块220、240以及电网300之间，用以将发电模块220、240输出的电能转换为合适的形式馈入电网300。具体来说，电源转换模块100的输入端电性耦接于发电模块220、240，以接收输入电压Vin1、Vin2。电源转换模块100的输出端电性耦接于电网300，已对电网300供电并输出电流Io。

在部分实施例中，电源转换模块100包含发电端转换电路120、140，电网端转换电路160以及控制驱动电路180。在结构上，发电端转换电路120用以电性耦接至发电模块220，以接收输入电压Vin1，并根据输入电压Vin1输出电流I1。相似地，发电端转换电路140用以电性耦接至发电模块240，以接收输入电压Vin2，并根据输入电压Vin2输出电流I2。

电网端转换电路160，电性耦接于发电端转换电路120、140于节点N1，并用以接收电流I1、I2并根据所接收的电流I1、I2输出电流Io对电网300供电。具体来说，在部分实施例中，电网端转换电路160包含直流交流转换单元，以将所接收的直流电流I1、I2，转换为与电网300同频同相的交流电流Io输出，以对电网300供电。具体来说，在部分实施例中，电网端转换电路160可通过一组或多组彼此串联的绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)单元实现，或是三电平NPC逆变器(3-Level NPC Inverter)等不同电路架构所实现，但本发明并不以此为限。

值得注意的是，虽然在图1中所示实施例中绘示两组发电端转换电路120，但其仅为示例之用，并非用以限制本发明。举例来说，在部分实施例中，发电***亦可仅包含一组发电模块220及相对应的发电端转换电路120，使得电网端转换电路160接收电流I1并根据电流I1对电网300供电。在其他部分实施例中，发电***亦可包含三组或以上的发电模块220、240及相对应数量的发电端转换电路120、140，使得电网端转换电路160接收各组发电端转换电路120、140输出的电流，并据以对电网300供电。

在部分实施例中，控制驱动电路180电性耦接于电网端转换电路160，并用以输出驱动信号DS至电网端转换电路160，以通过电网端转换电路160控制节点N1的电压准位Vbus。具体来说，在部分实施例中，控制驱动电路180通过电网端转换电路160控制节点N1的电压准位Vbus的电压等级为中压(MV)等级(如：1kV～35kV)。

举例来说，在部分实施例中，电网端转换电路160可包含由多个绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)实作的逆变器电路，并通过控制驱动电路180输出的驱动信号DS控制半导体开关元件的启闭，据以实现能量于节点N1与电网300之间的双向流通。藉此，通过驱动信号DS适当切换电网端转换电路160中半导体开关元件的启闭，便可控制节点N1的电压准位Vbus，并维持电网端转换电路160输出与电网300同频同相的交流电力(如：电流Io)对电网300供电。

通过以上电路的相互操作，电源转换模块100自发电端转换电路120、140传输电力至电网端转换电路160时，便可由中压等级的直流电进行能量传输。如此一来，便可降低传输在线的线路损耗，提升***整体的转换效率。

此外，由于控制驱动电路180输出驱动信号DS，使得电网端转换电路160对节点N1的电压准位Vbus与馈入电网300的输出电流Io的频率和相位进行控制，因此发电端转换电路120、140可采用高频化电路设计，使得发电端转换电路120、140的成本进一步降低。此外，高频化电路设计亦可避免工频变压器所导致体积庞大、高铜损、高铁损等问题，进而使电源转换模块100小型化并更为节能。

请参考图2。图2为根据本发明部分实施例所绘示的发电***的示意图。于图2中，与图1的实施例有关的相似元件以相同的参考标号表示以便于理解，且相似元件的具体原理已于先前段落中详细说明，若非与图2的元件间具有协同运作关系而必要介绍者，于此不再赘述。

如图2所示，在部分实施例中，发电模块220、240分别包含太阳能模块PV1、PV2，其输入电压Vin1、Vin2为太阳能光伏输出的直流电压。发电端转换电路120、140分别用以控制太阳能模块PV1、PV2操作在最大功率点(Maximum Power Point)，以自发电模块220、240接收输入电压Vin1、Vin2。具体来说，当太阳能模块PV1、PV2操作在不同的工作点时，所输出的电压、电流特性皆不相同。因此，发电端转换电路120、140控制太阳能模块PV1、PV2操作在最大功率点时，可使发电模块220、240提供实时最大的发电效率。此外，如图2所绘示，在本实施例中，电源转换模块100为串接型(String)直交流转换器，因此各组发电模块220、240可由各自对应的发电端转换电路120、140控制工作点。如此一来，即便各组太阳能模块PV1、PV2受到遮蔽效应等现象影响而具有相异的最大功率点，各组发电端转换电路120、140仍可分别通过各自的控制器进行控制，使每一组发电模块220、240皆提供实时最大的发电效率，以实现最大功率追踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)。

具体来说，在图2所绘示的实施例中，发电端转换电路120包含直流直流转换单元122a、124。在结构上，直流直流转换单元122a电性耦接太阳能模块PV1，并用以通过相应的控制器所输出的控制信号控制太阳能模块PV1操作在最大功率点，并根据输入电压Vin1输出直流电流Ia。换言之，直流直流转换单元122a可作为直流电流源，将太阳能模块PV1输出的电能传递至直流直流转换单元124。具体来说，在部分实施例中，直流直流转换单元122a可由升压型转换器或降压型转换器等等各种转换电路所实现。发电端转换电路120通过相应的控制器输出控制信号控制直流直流转换单元122a中开关单元的启闭，以使得太阳能模块PV1操作在相应的最大功率点。

直流直流转换单元124电性耦接直流直流转换单元122a与节点N1之间，并用以根据直流电流Ia输出电流I1至节点N1。如图2所示，在部分实施例中，直流直流转换单元124包含隔离型直流直流转换器，用以提供发电模块220以及电网端转换电路160之间的电流隔离。如此一来，便可确保具有不同电压等级的直流直流转换单元124两侧电路各自的正常操作。举例来说，在部分实施例中，发电端转换电路120的工作电压可为650V或800V等等。相对的，节点N1的电压准位Vbus可为介于1kV～35kV的中压(MV)等级。举例来说，在部分实施例中，直流直流转换单元124包含直流变压器(DC Transformer，DCX)实现前后级之间的电源隔离与变压。具体而言，直流变压器可通过LLC谐振式电源转换器架构实现，但本发明并不以此为限。

相似地，在部分实施例中，发电端转换电路140包含直流直流转换单元142b、144。直流直流转换单元142b电性耦接太阳能模块PV2，并用以控制太阳能模块PV2操作在最大功率点，并根据输入电压Vin2输出直流电流Ib。直流直流转换单元144电性耦接直流直流转换单元142b与节点N1之间，并用以根据直流电流Ib输出电流I2至节点N1。如图2所示，在部分实施例中，直流直流转换单元144包含隔离型直流直流转换器，用以提供太阳能模块PV2以及电网端转换电路160之间的电流隔离。发电端转换电路140的具体电路与操作与发电端转换电路120相似，并已于先前段落中详细说明，故于此不再赘述。

值得注意的是，在图2所示实施例中的直流直流转换单元122a、124以及直流直流转换单元142b、144可采用各种合适的电力电子元件(如：绝缘栅双极晶体管等)，并以各种不同类型的非隔离型交换式电源电路以及隔离型交换式电源电路实现。

值得注意的是，本发明内容中的发电***与电源转换模块100不仅仅可应用在太阳能发电***中，亦可应用在风力发电***中。请参考第图3。图3为根据本发明部分实施例所绘示的发电***的示意图。于图3中，与图1、图2的实施例有关的相似元件以相同的参考标号表示以便于理解，且相似元件的具体原理已于先前段落中详细说明，若非与图3的元件间具有协同运作关系而必要介绍者，于此不再赘述。

如图3所示，在部分实施例中，发电模块220、240分别包含风力发电机WT1、WT2，其输入电压Vin1、Vin2为风力发电机WT1、WT2输出的交流电压。举例来说，风力发电机WT1、WT2可分别输出三相交流电力至发电端转换电路120、140。发电端转换电路120、140分别用以控制风力发电机WT1、WT2操作在最大功率点(Maximum Power Point)，以自发电模块220、240接收输入电压Vin1、Vin2。

与图2所绘示的太阳能发电***相似，当风力发电机WT1、WT2操作在不同的工作点时，所输出的电压、电流特性皆不相同。因此，发电端转换电路120、140控制风力发电机WT1、WT2操作在最大功率点时，可使发电模块220、240提供实时最大的发电效率。此外，如图3所绘示，在本实施例中，电源转换模块100为串接型(String)转换器，因此各组发电模块220、240可由各自对应的发电端转换电路120、140控制工作点。如此一来，即便各组风力发电机WT1、WT2处在不同的风速条件下而具有相异的最大功率点，各组发电端转换电路120、140仍可分别进行控制，使每一组发电模块220、240皆提供实时最大的发电效率，以实现最大功率追踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)。

和图2所绘示实施例相比，在图3所绘示的实施例中，发电端转换电路120包含多个交流直流转换单元122c以及直流直流转换单元124。在结构上，交流直流转换单元122c分别电性耦接发电模块220中的各组绕组，并用以控制风力发电机WT1操作在最大功率点，并根据输入电压Vin1输出直流电流Ic。换言之，交流直流转换单元122c可作为直流电流源，将风力发电机WT1输出的电能传递至直流直流转换单元124。

直流直流转换单元124电性耦接交流直流转换单元122c与节点N1之间，并用以根据直流电流Ic输出电流I1至节点N1。与图2所示实施例相似，在本实施例中，直流直流转换单元124亦可包含隔离型直流直流转换器，用以提供发电模块220以及电网端转换电路160之间的电流隔离，以确保具有不同电压等级的直流直流转换单元124两侧电路各自的正常操作。

相似地，在部分实施例中，发电端转换电路140包含多个交流直流转换单元142d以及直流直流转换单元144。交流直流转换单元142d分别电性耦接发电模块240中的各组绕组，并用以控制风力发电机WT2操作在最大功率点，并根据输入电压Vin2输出直流电流Id。直流直流转换单元144电性耦接交流直流转换单元142d与节点N1之间，并用以根据直流电流Id输出电流I2至节点N1。发电端转换电路140的具体电路与操作与发电端转换电路120相似，并已于先前段落中详细说明，故于此不再赘述。

换言之，如图2、图3所示，在本发明的不同实施例中，电源转换模块100可包含相应的发电端转换电路120、140以配合不同的发电模块220、240，如太阳能发电***的太阳能模块PV1、PV2或是风力发电***的风力发电机WT1、WT2等等。如此一来，电源转换模块100便可应用在不同的再生能源发电***中，以降低电源转换模块100的体积与成本。此外，通过电源转换模块100的高频化电路及相应控制，亦可实现发电侧的最大功率追踪、降低铜铁损，藉此提高***整体的发电效率和转换效率。

此外，在部分实施例中，电源转换模块100亦可应用在太阳能─风能混合发电***中。请参考图4。图4为根据本发明部分实施例所绘示的发电***的示意图。于图4中，与图1～图3的实施例有关的相似元件以相同的参考标号表示以便于理解，且相似元件的具体原理已于先前段落中详细说明，若非与图4的元件间具有协同运作关系而必要介绍者，于此不再赘述。

如图4所示，电源转换模块100中发电端转换电路120、140可分别自太阳能模块PV1与风力发电机WT2接收输入电压Vin1、Vin2，并分别通过直流直流转换单元122a与交流直流转换单元142d输出直流电流Ia、Id至直流直流转换单元124、144。藉此，电网端转换电路160便可从连接至不同再生能源发电装置的发电端转换电路120、140接收电能，并将电能转换为适当的电流形式输出至电网300。如此一来，电源转换模块100便可应用在太阳能─风能混合发电***中进行操作。此外，虽然在图4所实施例中仅绘示一组太阳能模块PV1与一组风力发电机WT2，但其仅为示例之用，并非用以限制本发明。如先前段落所述，本领域具通常知识者可根据实际需求设置发电端转换电路120、140的组数和类型，以搭配发电***中发电模块220、240的数量及类型，使得电网端转换电路160接收各组发电端转换电路120、140输出的电流I1、I2，并据以对电网300供电。

此外，相似地，电源转换模块100中发电端转换电路120、140亦可分别自其他不同的电力来源接收输入电压，并通过相应的发电端转换电路120、140接收电能，并将电能转换为适当的电流形式输出至电网300。换言之，电源转换模块100亦可应用在各种混合发电***中进行操作。举例来说，电源转换模块100亦可自水力发电、潮汐发电、洋流发电、火力发电、核能发电等等不同再生能源或传统能源的发电机组接收电力，并通过发电端转换电路120、140将电能转换为适当的电流源形式，并通过电路并联将各个机组产生的电力提供至电网端转换电路160，并由电网端转换电路160对节点N1的电压准位Vbus与馈入电网300的输出电流Io的频率和相位进行控制，以对电网300供电。

与图2所述实施例中的转换电路相似，在图3、图4所示实施例中，交流直流转换单元122c、142d亦可采用各种合适的电力电子元件(如：绝缘栅双极晶体管等)，并以各种不同类型的非隔离型交换式电源电路实现。

请参考图5。图5为根据本发明其他部分实施例所绘示的发电***的示意图。于图5中，与图1的实施例有关的相似元件以相同的参考标号表示以便于理解，且相似元件的具体原理已于先前段落中详细说明，若非与图5的元件间具有协同运作关系而必要介绍者，于此不再赘述。

和图1所示实施例相比，如图5所示，在部分实施例中，发电***更包含电网端开关电路400以及当地负载900。电网端开关电路400设置于电源转换模块100以及电网300之间。具体来说，如图中所示，在部分实施例中电网端开关电路400电性耦接于电源转换模块100中的电网端转换电路160与电网300之间。当电源转换模块100与电网300并网运转时，电源转换模块100输出电流Io经由导通的电网端开关电路400对电网300供电。相对地，于电网300异常时，电网端开关电路400相应选择性地关断，藉以隔离电网端转换电路160及电网300。

藉此，当电网300掉电或是电力质量发生异常的情形发生时，电网端开关电路400可经由相应的控制策略关断，以保护电源转换模块100以及发电模块220、240的设备。相似地，***亦可在检测到电源转换模块100以及发电模块220、240发生异常时，控制电网端开关电路400关断，将电源转换模块100以及发电模块220、240切离市电，确保电网300的***稳定。藉此，通过设置电网端开关电路400在检测到故障或异常状态时自动跳脱，便可避免设备毁损或是电网稳定度的进一步恶化。

此外，在部分实施例中，电网端转换电路160更用以电性耦接至当地负载900，以对当地负载900供电。如此一来，即便电源转换模块100以及发电模块220、240未与电网300并联，仍可操作在孤岛运转的模式，直接提供负载电流Iload至当地负载900，以提供当地负载900所需的电力。值得注意的是，在部分实施例中，电源转换模块100中可设置其他的功能电路以确保电源转换模块100与发电模块220、240操作在孤岛运转的模式时对当地负载900提供稳定的负载电流Iload。

如图5所示，在部分实施例中，电源转换模块100更包含储能端转换电路130以及储能装置150。具体来说，储能端转换电路130可包含直流直流转换电路，储能装置150可包含电池等电力储存设备。在结构上，储能端转换电路130电性耦接于节点N1与储能装置150之间。如此一来，储能端转换电路130便可提供节点N1储能电流I3，或是自节点N1接收储能电流I3以对储能装置150充放电，以维持节点N1的电压准位Vbus的稳定。

换言之，储能端转换电路130可于节点N1与储能装置150之间实现双向的电力传输，以搭配电网端转换电路160的操作维持***的电力平衡。储能端转换电路130可通过控制驱动电路180进行控制。具体来说，在本实施例中，控制驱动电路180可输出驱动信号DS1至电网端转换电路160控制电网端转换电路160的操作之外，更可输出驱动信号DS2至储能端转换电路130，以通过储能端转换电路130控制储能电流I3，据以调整自节点N1输出至储能端转换电路130的储能电流I3的大小，或是自储能端转换电路130输出至节点N1的储能电流I3的大小。

举例来说，在阳光充足、风力丰沛等有利条件下，发电端的发电比电网300所需调度的电力以及当地负载900所需的电力还多的情况下，发电模块220、240所发出的额外电力可以储能电流I3的形式从节点N1经由储能端转换电路130送至储能装置150中储存，避免因发电过多将能量累积于线路上，进而导致节点N1的电压准位Vbus剧烈变化。

相对地，在光线遮蔽、风力减弱等不利条件下，发电端的发电不足以供应电网300所需调度的电力以及当地负载900所需的电力时，电网端转换电路160可通过节点N1自储能端转换电路130接收储能电流I3，避免因发电不足导致节点N1的电压准位Vbus剧烈变化。藉此，储能装置150中所储存的电力便可经由储能端转换电路130输出，并通过电网端转换电路160转换为适当的频率与相位的交流电至电网300及当地负载900等负载端。

如此一来，在发电模块220、240与电源转换模块100和电网300并网运转的情况下，电网300自电网端转换电路160接收的功率便可相对稳定，避免因发电模块220、240的发电量变化而导致功率的剧烈变动，进而损害电网300的电力质量。此外，在发电模块220、240与电源转换模块100孤岛运转，没有和电网300并网的情况下，电源转换模块100亦可藉由储能装置150实现线路上的负载平衡，在发电模块220、240发电量高于当地负载900用电量时将多余电力储存于储能装置150中，并在发电模块220、240发电量低于当地负载900用电量时由储能装置150储存的能量补足发电不足的部分，以维持稳定的供电质量。

值得注意的是，在图5所示实施例中的储能端转换电路130亦可采用各种合适的电力电子元件(如：绝缘栅双极晶体管等)，并由各种不同类型的交换式电源电路实现。此外，电网端开关电路400亦可由各种不同类型的电力电子开关器件实现。

综上所述，在上述各个实施例中，电网端转换电路160可通过控制驱动电路180的控制实现节点N1与负载端(如：电网300或是当地负载900)之间电力的双向传输，并据以控制节点N1的电压准位Vbus。此外，在部分实施例中，储能端转换电路130可通过控制驱动电路180的控制实现节点N1与储能装置150之间电力的双向传输。藉此，通过控制驱动电路180的适当控制，发电端转换电路120、140输出的电流I1、I2，储能端转换电路130输出或接收的储能电流I3便可与负载端所接收的电流Io及/或负载电流Iload达到能量平衡。

于此同时，由于发电端转换电路120、140不须对节点N1的电压准位Vbus进行控制，因此可采用高频化的电路设计，进而缩小体积、降低成本。此外，亦可有效降低线路上以及转换电路内的铜损、铁损等等损失。藉此，不论***处于满载或空载，都可具有较高的能量转换效率。

此外，值得注意的是，在不冲突的情况下，在本发明内容各个图式、实施例及实施例中的特征与电路可以相互组合。上述图式中所绘示的电路仅为示例之用，简化以使说明简洁并便于理解，并非用以限制本发明。

请参考图6。图6为根据本发明内容部分实施例所绘示的发电***的控制方法600的流程图。为方便及清楚说明起见，下述控制方法600是配合图1～图5所示实施例进行说明，但不以此为限，任何熟悉本领域的相关技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可对作各种更动与润饰。如图6所示，控制方法600包含步骤S610、S620、S630以及S640。在部分实施例中，控制方法600可进一步包含步骤S650以及S660。在部分实施例中，控制方法600可进一步包含步骤S670以及S680。

首先，在步骤S610中，由发电端转换电路120接收输入电压Vin1，并根据输入电压Vin1产生电流I1。在不同实施例中，输入电压Vin1可根据电力来源不同而为直流电或是交流电形式。具体来说，在部分实施例中，步骤S610中可包含控制太阳能模块PV1操作在最大功率点，以自太阳能模块PV1接收直流电压的输入电压Vin1。举例来说，在步骤S610中可由发电端转换电路120的直流直流转换单元122a控制太阳能模块PV1操作在最大功率点。接着，由直流直流转换单元122a根据输入电压Vin1输出直流电流Ia。最后，由发电端转换电路120的直流直流转换单元124，根据直流电流Ia输出电流I1至节点N1。

此外，在其他部分实施例中，步骤S610中可包含控制风力发电机WT1操作在最大功率点，以自风力发电机WT1接收交流电压的输入电压Vin1。举例来说，在步骤S610中可由发电端转换电路120的交流直流转换单元122c，控制风力发电机WT1操作在最大功率点。接着，由交流直流转换单元122c根据输入电压Vin1输出直流电流Ic。最后，由发电端转换电路120的直流直流转换单元124，根据直流电流Ic输出电流I1至节点N1。

接着，在步骤S620中，由控制驱动电路180输出驱动信号DS至电网端转换电路160。如先前段落中所述，在部分实施例中，电网端转换电路160与发电端转换电路120耦接于节点N1。

接着，在步骤S630中，藉由电网端转换电路160，根据驱动信号DS控制节点N1的电压准位Vbus。具体来说，电网端转换电路160可控制节点N1的电压准位Vbus的电压等级处于中压(MV)等级。如此一来，便可减少线路上的损耗。

最后，在步骤S640中，由电网端转换电路160将电流I1转换为交流电输出至电网300。举例来说，在部分实施例中，步骤S630可包含由电网端转换电路160的直流交流转换单元，输出与电网300同频同相的交流电，以对电网300供电。

此外，在部分实施例中，控制方法600亦可包含由发电端转换电路140接收输入电压Vin2，并根据输入电压Vin2输出电流I2，以及由电网端转换电路160，自节点N1接收电流I1与电流I2并将电流I1与电流I2转换为交流电输出至电网300。其具体操作已于先前段落中配合多个实施例详细说明，故不再于此赘述。

在部分实施例中，控制方法600进一步包含步骤S650以及步骤S660，以控制发电***操作在孤岛运转模式。举例来说，在步骤S650中，于电网300异常时，选择性地关断电性耦接于电网端转换电路160与电网300之间的电网端开关电路400，藉以隔离电网端转换电路160及电网300。接着，在步骤S660中，由电网端转换电路160将电流I1转换为交流电以对当地负载900供电。如此一来，即便在与电网300解联的情况下，发电***仍可藉由孤岛运转模式对当地负载900供电。

在部分实施例中，控制方法600进一步包含步骤S670以及步骤S680，以搭配储能装置150进行操作。举例来说，在步骤S670中，由储能端转换电路130提供节点N1或自节点N1接收储能电流I3。在步骤S680中，由控制驱动电路180输出驱动信号DS2至储能端转换电路130，以通过储能端转换电路130控制储能电流I3，据以调整自节点N1输出至电网端转换电路160的电流大小。如此一来，发电***便可藉由储能电流I3对储能装置150进行充放电，以维持***的供需平衡。

所属技术领域具有通常知识者可直接了解此控制方法600如何基于上述多个不同实施例中的发电***以执行该等操作及功能，故不再此赘述。

此外，虽然本文将所公开的方法示出和描述为一系列的步骤或事件，但是应当理解，所示出的这些步骤或事件的顺序不应解释为限制意义。例如，部分步骤可以以不同顺序发生和/或与除了本文所示和/或所描述的步骤或事件以外的其他步骤或事件同时发生。另外，实施本文所描述的一个或多个态样或实施例时，并非所有于此示出的步骤皆为必需。此外，本文中的一个或多个步骤亦可能在一个或多个分离的步骤和/或阶段中执行。

综上所述，本发明内容通过上述多个实施例，由中压(MV)等级的直流电进行转换器模块中的能量传输。如此一来，便可减少传输在线的线路损耗，提升***整体的转换效率。此外，由于本发明内容中的转换器模块由驱动电路输出驱动信号，通过电网端转换电路控制节点的电压准位与馈入电网的输出电流的频率和相位，因此发电端转换电路可采用高频化电路设计。如此一来，发电端转换电路的成本降低、体积缩小、铜损、铁损减少等问题，使得转换器模块实现小型化并更为节能。

虽然本发明内容已以实施方式发明如上，然其并非用以限定本发明内容，任何熟悉本领域的相关技术人员，在不脱离本发明内容的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，但这些更动与润饰皆应包含于本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (20)

1.一种电源转换模块，其特征在于，包含：

一第一发电端转换电路，用以接收一输入电压，并根据该输入电压输出一第一电流；

一电网端转换电路，电性耦接于该第一发电端转换电路于一节点，用以接收该第一电流并根据该第一电流对一电网供电；以及

一控制驱动电路，用以输出一驱动信号至该电网端转换电路，以通过该电网端转换电路控制该节点的电压准位，其中该节点的电压等级为中压等级。

2.如权利要求1所述的电源转换模块，其特征在于，该第一发电端转换电路用以控制一太阳能模块操作在一最大功率点，以自该太阳能模块接收该输入电压，其中该输入电压为直流电压。

3.如权利要求2所述的电源转换模块，其特征在于，该第一发电端转换电路包含：

一第一直流直流转换单元，用以控制该太阳能模块操作在该最大功率点，并根据该输入电压输出一直流电流；以及

一第二直流直流转换单元，电性连接于该第一直流直流转换单元与该节点之间，用以根据该直流电流输出该第一电流至该节点。

4.如权利要求3所述的电源转换模块，其特征在于，该第二直流直流转换单元包含一隔离型直流直流转换器，用以提供该太阳能模块以及该电网端转换电路之间的电流隔离。

5.如权利要求1所述的电源转换模块，其特征在于，该第一发电端转换电路用以控制一风力发电机操作在一最大功率点，以自该风力发电机接收该输入电压，其中该输入电压为交流电压。

6.如权利要求5所述的电源转换模块，其特征在于，该第一发电端转换电路包含：

一交流直流转换单元，用以控制该风力发电机操作在该最大功率点，并根据该输入电压输出一直流电流；以及

一直流直流转换单元，电性连接于该交流直流转换单元与该节点之间，用以根据该直流电流输出该第一电流至该节点。

7.如权利要求1所述的电源转换模块，其特征在于，该电网端转换电路包含一直流交流转换单元，该直流交流转换单元用以输出与该电网同频同相的交流电力，以对该电网供电。

8.如权利要求1所述的电源转换模块，其特征在于，更包含：

一第二发电端转换电路，用以接收一第二输入电压，并根据该第二输入电压输出一第二电流；

其中该电网端转换电路电性耦接于该第二发电端转换电路于该节点，用以接收该第二电流并根据该第一电流与该第二电流对该电网供电。

9.如权利要求1所述的电源转换模块，其特征在于，更包含：

一储能装置；以及

一储能端转换电路，电性耦接于该节点与该储能装置之间，用以提供该节点或自该节点接收一储能电流以对该储能装置充放电；

其中该控制驱动电路更用以输出一第二驱动信号至该储能端转换电路，以通过该储能端转换电路控制该储能电流，据以调整自该节点输出至该电网端转换电路的电流大小。

10.一种发电***，其特征在于，包含：

一发电模块；以及

一电源转换模块，包含：

一第一发电端转换电路，电性耦接于该发电模块，用以自该发电模块接收一输入电压，并根据该输入电压输出一第一电流；

一电网端转换电路，电性耦接于该第一发电端转换电路于一节点，用以接收该第一电流并根据该第一电流对一电网供电；以及

一控制驱动电路，用以输出一驱动信号至该电网端转换电路，以通过该电网端转换电路控制该节点的电压准位。

一电网端开关电路，电性耦接于该电网端转换电路与该电网之间，用以于该电网异常时选择性地关断，藉以隔离该电网端转换电路及该电网。

11.如权利要求10所述的发电***，其特征在于，该电网端转换电路更用以电性耦接至一当地负载，以对该当地负载供电。

12.一种发电***的控制方法，其特征在于，包含：

由一第一发电端转换电路接收一输入电压，并根据该输入电压产生一第一电流；

由一控制驱动电路，输出一驱动信号至一电网端转换电路，其中该电网端转换电路与该第一发电端转换电路耦接于一节点；

藉由该电网端转换电路，根据该驱动信号控制该节点的电压准位；以及

由该电网端转换电路将该第一电流转换为交流电输出至一电网。

13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，通过该第一发电端转换电路产生该第一电流的步骤包含：

控制一太阳能模块操作在一最大功率点，以自该太阳能模块接收该输入电压，其中该输入电压为直流电压。

14.如权利要求13所述的控制方法，其特征在于，通过该第一发电端转换电路产生该第一电流的步骤更包含：

由该第一发电端转换电路的一第一直流直流转换单元，控制该太阳能模块操作在该最大功率点；

由该第一直流直流转换单元根据该输入电压输出一直流电流；以及

由该第一发电端转换电路的一第二直流直流转换单元，根据该直流电流输出该第一电流至该节点。

15.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，通过该第一发电端转换电路产生该第一电流的步骤包含：

控制一风力发电机操作在一最大功率点，以自该风力发电机接收该输入电压，其中该输入电压为交流电压。

16.如权利要求15所述的控制方法，其特征在于，通过该第一发电端转换电路产生该第一电流的步骤更包含：

由该第一发电端转换电路的一交流直流转换单元，控制该风力发电机操作在该最大功率点；

由该交流直流转换单元根据该输入电压输出一直流电流；以及

由该第一发电端转换电路的一直流直流转换单元，根据该直流电流输出该第一电流至该节点。

17.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，由该电网端转换电路将该第一电流转换为交流电输出至该电网的步骤包含：

由该电网端转换电路的一直流交流转换单元，输出与该电网同频同相的交流电，以对该电网供电。

18.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，更包含：

由一第二发电端转换电路接收一第二输入电压，并根据该第二输入电压输出一第二电流；以及

由该电网端转换电路，自该节点接收该第一电流与该第二电流并将该第一电流与该第二电流转换为交流电输出至该电网。

19.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，更包含：

于该电网异常时，选择性地关断电性耦接于该电网端转换电路与该电网之间的一电网端开关电路，藉以隔离该电网端转换电路及该电网；以及

由该电网端转换电路将该第一电流转换为交流电以对一当地负载供电。

20.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，更包含：

由一储能端转换电路提供该节点或自该节点接收一储能电流；以及

由该控制驱动电路输出一第二驱动信号至该储能端转换电路，以通过该储能端转换电路控制该储能电流，据以调整自该节点输出至该电网端转换电路的电流大小。