TW201731191A - 電力系統及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本案關於一種電力系統，包含：變頻器模組，包含：第一電能轉換電路，耦接於直流母線及電力端之間，且第一電能轉換電路及電力端之間存在第一功率；第二電能轉換電路，耦接於直流母線及電能/動能轉換裝置之間，且第二電能轉換電路與電能/動能轉換裝置之間存在第二功率，第二功率根據電能/動能轉換裝置之運作變化而動態變化；以及儲能模組，與直流母線耦接，用以充電或放電；以及控制模組，與變頻器模組及電能/動能轉換裝置耦接，用以依據第二功率的動態變化而對應控制儲能模組充電或放電，以反向補償電能/動能轉換裝置之運作變化。

Description

電力系統及其控制方法
　 本案係關於一種電力系統，尤指一種可抵銷電能/動能轉換裝置的變化對電力端之輸入/輸出功率的影響的電力系統及其控制方法。
　 由於各種電子設備皆需要電力維持工作，因此需要一電力系統來轉換所接收之電能而提供給電子設備使用，而維持電力系統之穩定為目前研發的重點之一。以船舶工業為例，電力系統是相當重要的一環，因船舶的電力系統與岸上電力系統有些不同，其可靠度與穩定度要求更為嚴苛。更進一步說明，當船舶的電動機組處於升速過程或海況惡劣時，電動機組所推進的負載會隨之增加，故電動機組的功率需求便增大，此時如果船舶的電力系統電能較弱而能力不足，將導致船舶的發電機組無法及時回應，使得電動機組的推進功率不足，如此一來，將造成船舶的電力系統內之變頻器模組的直流母線電壓降低和發電機組的波動，進而影響推進性能。在電動機的減速過程中，電動機組通常會進入發電狀態，此時電動機組的推進功率係快速減少，進而向船舶的電力系統內的變頻器模組的直流母線回饋一部分電能，然這部分電能會引起直流母線的電壓升高，導致電力系統內之電子元件容易損壞。
　 目前解決推進功率需求快速增加的問題通常採用加大電力系統的輸出功率或投入後備發電設備的方法，藉此保證推進機動性。然而，加大電力系統的輸出功率也導致電動機組的熱功率上升，如此一來，不但降低電力系統的運行效率，亦造成成本的增加。同時由於發電機組的工作特性，故當推進功率增加過快時，發電機組也無法及時回應而對應快速增加輸出，故對於投入備用發電機組而言，備用發電機組其回應速度亦無法滿足推進機動性的要求。
　 而解決推進功率快速減少的問題則通常採用兩種處理方法，其一是額外增加洩能電阻，藉此將直流母線電壓上多餘的回饋能量直接消耗掉，另一種則是將多餘的電能回饋到電網再利用。然此兩種方法都有局限性，對於洩能電阻而言，不但需額外考慮洩能電阻的尺寸、重量以及散熱效率，且過多的能量消耗實影響電力系統的運行效率。而對於將多餘的電能回饋到電網而言，由於大部分設備的電網容量較小，因此把過多的由負載變化引起的電能回饋到電網係對電網的穩定性(例如船舶的電力系統)產生影響。
　 更甚者，目前在某些地區係要求近海和入港的船舶必須減少對港口環境的污染，使得船舶僅能採用輕質原油作為發動機組的動力能源，或採用岸上電源引導船舶靠岸，然而換成輕質原油或採用岸上電源引導均大幅增加船舶的成本，導致整體的運輸成本上升。
　 需要指出的是，以上僅以船舶電力系統為例進行說明。，如何發展一種可改善上述習知技術缺失之電力系統及其控制方法，實為相關技術領域者目前所迫切需要解決之問題。
　 本案之主要目的為提供一種電力系統及其控制方法，其係具有儲能模組，而在電能/動能轉換裝置的運作變化時，儲能模組可進行充電或放電，藉此反向補償電能/動能轉換裝置的運作變化，以抵銷電能/動能轉換裝置的運作變化對存在於變頻器模組之第一電能轉換電路與電力端之間的第一功率的影響，進而維持第一功率的穩定，並穩定直流母線和第一功率在電能/動能轉換裝置的運作係變化時的波動，故本案之電力系統可實現第一功率的平滑控制，減少電力系統的成本、穩定變頻器模組的直流母線電壓、減少外界因素變化對電網的影響。尤其是當本案之電力系統應用於船舶時，可達到減少電動機組的熱功率上升、優化斬波電路內的洩能電阻的尺寸、重量以及散熱效率、提升電力系統的運行效率及在運輸成本無須上升的情況下減少港口環境的污染等功效。
　 為達上述目的，本案之較佳實施態樣為提供一種電力系統，用以進行電能/動能轉換裝置與電力端之間的電能的轉換與傳遞，電力系統係包含：變頻器模組，用以進行電能之轉換，且包含：第一電能轉換電路，係耦接於直流母線及電力端之間，用以轉換所接收之電能，且第一電能轉換電路及電力端之間係存在第一功率；第二電能轉換電路，係耦接於直流母線及電能/動能轉換裝置之間，用以轉換所接收之電能，且第二電能轉換電路與電能/動能轉換裝置之間係存在第二功率，第二功率係根據電能/動能轉換裝置之運作變化而動態變化；以及至少一儲能模組，與直流母線耦接，用以進行充電或放電之運作；以及控制模組，係與變頻器模組及電能/動能轉換裝置耦接，用以依據第二功率的動態變化而對應控制儲能模組進行充電或放電之運作，以反向補償電能/動能轉換裝置之運作變化，抵銷電能/動能轉換裝置之運作變化對第一功率的影響。
　 為達上述目的，本案之另一較佳實施態樣為提供一種電力系統，係耦接於直流發電系統，用以驅動電感性負載，係包含：變頻器模組，係進行雙向電能轉換，且包含：逆變電路，係接收直流電壓，並將直流電壓轉換為交流輸出電能，並輸出至電感性負載；以及至少一儲能模組，與逆變電路耦接，用以進行充電或放電之運作；以及控制模組，係與變頻器模組及電感性負載耦接，用以依據電感性負載動態的負載變化而對應控制儲能模組進行充電或放電之運作，以反向補償電感性負載的負載變化量，抵銷電感性負載的負載變化對變頻器模組的影響。
　 為達上述目的，本案之又一較佳實施態樣為提供一種控制方法，係應用於電力系統，其中電力系統係耦接於電能/動能轉換裝置與電力端之間，且具有變頻器模組及控制模組，控制模組係控制變頻器模組之儲能模組進行充電或放電之運作，且電力系統與電力端之間係存在第一功率，而電力系統與電能/動能轉換裝置之間係存在第二功率，第二功率係根據電能/動能轉換裝置之運作變化而動態變化，控制方法係包含下列步驟：(a)依據變頻器模組內之複數個參數而計算第二功率，並對第二功率進行頻譜分解，以得到第二功率的頻譜序列；(b)對頻譜序列進行濾波，以輸出符合特定頻率範圍之補償功率；以及(c)利用補償功率而使控制模組依據第二功率的動態變化對應控制儲能模組進行充電或放電之運作，以反向補償電能/動能轉換裝置的運作變化，俾抵銷電能/動能轉換裝置的運作變化對第一功率的影響。
　
1、2、3、4、5、6‧‧‧電力系統
10‧‧‧變頻器模組
100‧‧‧第一電能轉換電路
101‧‧‧第二電能轉換電路
102‧‧‧儲能模組
103‧‧‧充電/放電電路
104‧‧‧儲能裝置
105‧‧‧斬波電路
106‧‧‧斬波電路控制單元
107‧‧‧第一電能轉換電路控制單元
108‧‧‧第二電能轉換電路控制單元
11‧‧‧控制模組
110‧‧‧儲能模組控制電路
111、601‧‧‧頻譜運算單元
112‧‧‧高通濾波單元
113‧‧‧電流運算單元
114‧‧‧比較單元
115‧‧‧調節單元
12‧‧‧直流母線
20‧‧‧低通濾波器
21‧‧‧減法單元
61‧‧‧第一儲能模組
62‧‧‧第二儲能模組
602‧‧‧第一高通濾波單元
603‧‧‧第二高通濾波單元
604‧‧‧差值比較器
605‧‧‧第一電流運算單元
606‧‧‧第二電流運算單元
607‧‧‧第一比較單元
608‧‧‧第二比較單元
609‧‧‧第一調節單元
610‧‧‧第二調節單元
611‧‧‧光伏發電機組
612‧‧‧電網
711‧‧‧風力發電機組
7、30‧‧‧配電盤
8、80‧‧‧發電機組
9‧‧‧電動機組
C‧‧‧母線電容
Pout‧‧‧變頻器模組所輸出之輸出功率
Pchar‧‧‧儲能模組的輸出功率
Pin‧‧‧變頻器模組所接收之輸入功率
Vin、Vin’‧‧‧輸入電壓
Iin、Iin’‧‧‧輸入電流
Vbus‧‧‧母線電壓
Iout‧‧‧輸出電流
Vbat‧‧‧儲能電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
Ichar‧‧‧儲能裝置之實際電流
n‧‧‧轉速
S1~S3‧‧‧控制方法的步驟
　
第1圖係為本案電力系統應用於船舶之第一較佳實施例的電路方塊圖；
第2圖係為第1圖所示之電力系統在不同模式下的轉換關係；
第3(a)-3(d)圖係分別顯示本案之電力系統的控制原理示意圖；
第4圖係為第1圖所示之電力系統之控制架構及控制模組的電路結構示意圖；
第5圖係為第1圖所示之電力系統之變頻器模組之一示範性實施例的電路結構圖；
第6圖係為本案第二較佳實施例之電力系統之控制架構及控制模組的電路結構示意圖；
第7圖係為本案第三較佳實施例之電力系統之控制架構及控制模組的細部電路結構示意圖；
第8圖係為本案第四較佳實施例之電力系統的電路方塊圖；
第9圖係為第8圖所示之電力系統之控制架構及控制模組的細部電路結構示意圖；
第10圖係為本案五較佳實施例之電力系統之控制架構及控制模組的細部電路結構示意圖；
第11圖係為本案應用於光伏發電裝置之另一較佳實施例之電力系統的電路方塊圖。
第12圖係為第11圖所示之電力系統之控制架構及控制模組的電路結構示意圖。
第13圖係為本案應用於風力發電裝置之又一較佳實施例之電力系統的電路方塊圖。
第14圖係為第13圖所示之電力系統之控制架構及控制模組的電路結構示意圖。
第15圖係為適用於本案之電力系統之控制模組之控制方法的步驟流程圖。
　 體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。
　 本案之電力系統係耦接於一電能/動能轉換裝置與一電力端之間，用以進行電能/動能轉換裝置與電力端之間的電能傳遞，且電力系統可應用於一船舶、一光伏(太陽能)發電裝置或是一風力發電裝置等中。其中當電力系統應用於船舶時，電能/動能轉換裝置實際上係對應由電感性負載之電動機組所構成，而電力端則對應為發電機組。當電力系統應用於光伏發電裝置時，電力系統為太陽能電源系統，且電能/動能轉換裝置實際上係對應由光伏發電機組所構成，而電力端則對應為電網。當電力系統應用於風力發電裝置時，電力系統為風力發電系統，且電能/動能轉換裝置實際上係對應由風力發電機組所構成，而電力端則對應為電網。
　 此外，電力系統係包含變頻器模組及控制模組，其中變頻器模組係用以進行電能之轉換，且包含一第一電能轉換電路、一第二電能轉換電路及至少一儲能模組。第一電能轉換電路係耦接於一直流母線及電力端之間，用以轉換所接收之電能，且第一電能轉換電路及電力端之間係存在一第一功率。第二電能轉換電路，係耦接於直流母線及電能/動能轉換裝置之間，用以轉換所接收之電能，且第二電能轉換電路與該電能/動能轉換裝置之間係存在一第二功率，第二功率係根據電能/動能轉換裝置之運作變化而動態變化。儲能模組係與直流母線耦接，用以進行充電或放電之運作。至於控制模組係與變頻器模組及電能/動能轉換裝置耦接，用以依據第二功率的動態變化而對應控制儲能模組進行充電或放電之運作，以反向補償電能/動能轉換裝置之運作變化，抵銷電能/動能轉換裝置之運作變化對第一功率的影響。
　 而由於電力系統應用於船舶、光伏發電裝置或是風力發電裝置中時在電能傳遞的運作上係存在些許的差異，故以下將先以電力系統係應用於船舶為例來說明本案之技術。
　 請參閱第1圖，其係為本案第一較佳實施例之電力系統的電路方塊圖。如第1圖所示，本實施例之電力系統1係驅動船舶上之電感性負載，例如電動機組9。其中電力系統1係包含一變頻器模組10以及一控制模組11。變頻器模組10係耦接於發電機組8及電動機組9之間，且於電動機組9運作於一電動機模式時，接收發電機組8所傳來之第一功率，即輸入功率，並將對應於輸入功率之電能進行轉換，以提供一第二功率給電動機組9而驅動電動機組9運作。此外，變頻器模組10於電動機組9運作於一發電機模式時，可選擇性地將電動機組9所產生之電能進行轉換，進而回饋至發電機組8，故變頻器模組10實際上可進行雙向的電能轉換。
　 於上述實施例中，發電機組8實際上可為但不限於三相交流發電機組，其可由船舶內之內燃機或是柴油機組等來推動。
　 此外，變頻器模組10係包含一直流母線12、一第一電能轉換電路100、一第二電能轉換電路101及至少一儲能模組102。第一電能轉換電路100可由一整流電路所構成，且因變頻器模組10可進行雙向的電能轉換而由一有源整流電路所構成，第一電能轉換電路100係耦接於直流母線12及發電機組8之間，用以接收發電機組8所提供之輸入功率，並將對應該輸入功率之一交流輸入電能進行整流，以輸出一直流電能至直流母線12。第二電能轉換電路101則與直流母線12及電動機組9耦接，用以進行電能的轉換，且於本實施例中，第二電能轉換電路101可由一逆變電路所構成，故第二電能轉換電路101實際上係用以將直流母線12上之直流電能轉換為第二功率(即變頻器模組10之輸出功率)所反應之一交流輸出電能，並輸出至電動機組9，其中第二功率實際上係根據電動機組9之運作變化，而動態變化。儲能模組102係與直流母線12及第二電能轉換電路101耦接，用以進行充電或放電之運作。
　 　控制模組11係與變頻器模組10及電動機組9耦接，其係可根據變頻器模組10內之相關參數而控制變頻器模組10進行對應的運作。此外，控制模組11更依據第二功率的動態變化來對應控制儲能模組102進行充電或放電之運作，以反向補償電動機組9之運作變化，進而抵銷電動機組9的運作變化對變頻器模組10所接收之輸入功率的影響。
　 於上述實施例中，變頻器模組10更具有一母線電容C，係耦接於第一電能轉換電路100及第二電能轉換電路101之間且與直流母線12耦接，用以穩壓。儲能模組102更包含一充電/放電電路103及一儲能裝置104。充電/放電電路103係與儲能裝置104及控制模組11耦接，其係受控制模組11之控制而對儲能裝置104進行充電或放電。儲能裝置104可為但不限於由一充電電池(例如鉛酸蓄電池或鋰電池等)所構成，儲能裝置104亦可為一超級電容。此外，變頻器模組10還包含一斬波電路105，係與直流母線12相耦接，且由控制模組11所控制，當直流母線12上具有多餘能量，例如因電動機組9運作於發電機模式而放電所導致，使直流母線12上之母線電壓上升到一啟動設定值時，斬波電路105便被控制模組11控制而啟動，以消耗直流母線12上的多餘能量。再者，電力系統1更具有一配電盤7，配電盤7係因應發電機組8為三相交流發電機組而為交流配電盤，且耦接於發電機組8及變頻器模組10之間，用以分配發電機組8所提供之交流輸入電能。
　 以下將進一步說明本案之電力系統1可依據電動機組9的運作變化而進行對應的運作模式。首先，當電力系統1處於模式1，即電動機組9均速運行且處於電動機模式，且電動機組9之所需功率小於電力系統1所接收之輸入功率。此時發電機組8所輸出之大部分電能係分別經過第一電能轉換電路100和第二電能轉換電路101的轉換而傳送至電動機組9。此外，發電機組8所輸出之小部分電能經過第一電能轉換電路100輸入至充電/放電電路103，並藉由充電/放電電路103將該部分電能轉換為充電電能，進而提供給儲能裝置104，藉此使儲能裝置104處於浮充狀態而保持儲能裝置104的活性。
　 當電力系統1處於模式2，即電動機組9處於正常加速或減速。發電機組8所輸出之電能仍分別經過第一電能轉換電路100和第二電能轉換電路101的轉換而傳送至電動機組9。控制模組11則控制儲能模組102根據電動機組9的運作變化進行放電或充電，以反向補償電動機組9的運作變化，藉此抵銷電動機組9的運作變化對變頻器模組10所接收之輸入功率的影響，以維持變頻器模組10所接收之輸入功率的穩定，從而穩定直流母線12上的電壓和變頻器模組10所接收之輸入功率在電動機組9之運作變化時的波動。更進一步說明，當電動機組9運作於電動機模式且電動機組9處於加速過程，係使電動機組9的所需功率大於該輸入功率，此時控制模組11便控制儲能模組10進行放電運作，使儲能裝置104所儲存的電能經由充電/放電電路103轉換，並傳送至電動機組9，藉此補償電動機組9的所需功率與該輸入功率之間的差值。反之，當電動機組9正常減速而處於發電機模式時，此時控制模組11便控制儲能模組102進行充電運作，使電動機組9釋放至直流母線12之電能經由充電/放電電路103轉換，以對儲能裝置104進行充電，從而維持直流母線12的電壓的穩定。
　 當電力系統1處於模式3，即船舶須在不開動發電機組8而僅依靠儲能裝置104的情況下行駛時，例如靠岸或調整船舶的姿態而入港等，此時發電機組8不運作而斷電，第一電能轉換電路100亦停止工作，控制模組11則控制儲能模組102進行放電運作，使儲能裝置104所儲存的電能經由充電/放電電路103及第二電能轉換電路101轉換後流向電動機組9，藉此穩定直流母線12上的電壓，並且向電動機組9提供短暫的電能支撐，此時電動機組9所需功率完全由儲能模組102所提供。
　 當電力系統1處於模式4，電動機組9急劇減速、剎車而處於發電機模式。此時由於電動機組9係釋放較多的電能，故不但第一電能轉換電路100和第二電能轉換電路101運作而將電動機組9釋放至直流母線12之部分電能回饋至發電機組8。儲能模組102亦進行充電運作，使電動機組9釋放至直流母線12之電能係部分經由充電/放電電路103進行轉換，以對儲能裝置104進行充電，進而保證直流母線12上的電壓穩定。
　 當電力系統1處於模式5，即電動機組9急劇減速、剎車而處於發電機模式，儲能模組102進行充電運作且第一電能轉換電路100和第二電能轉換電路101亦運作而將電動機組9釋放之電能回饋至發電機組8的情況下，直流母線12上之母線電壓仍上升到啟動設定值時，此時控制模組11便控制斬波電路105啟動，以消耗直流母線12上的多餘能量。
　 請參閱第2圖，其係為第1圖所示之電力系統在不同模式下的轉換關係。如第2圖所示，於一些實施例中，電力系統1可由模式1進入模式2、3、4或5，可由模式2進入模式1或模式3，可由模式3進入模式1、模式2或模式5，可由模式4進入模式1或模式5，可由模式5進入模式1、模式3或模式4。由圖2可知，各模式之間根據電動機組9的工作狀況不同而可以自由轉換。
　 請參閱第3(a)-3(d)圖，其係分別顯示本案之電力系統的控制原理示意圖。如第3(a)-3(d)圖所示，本案之儲能模組102可根據變頻器模組10所輸出之輸出功率(第二功率)，即電動機組9的所需功率的變化(於第3圖中，變頻器模組10所輸出之輸出功率標示為Pout)而進行充電或放電(於第3圖及第4圖中，儲能模組102的輸出功率標示為Pchar)，以反向補償電動機組9的運作變化，藉此抵銷電動機組9的運作變化對變頻器模組10所接收之輸入功率(於第3圖及第4圖中標示為Pin)的影響，以維持變頻器模組10所接收之輸入功率的穩定，從而穩定直流母線12的電壓和變頻器模組10所接收之輸入功率在電動機組9之運作變化時的波動。且無需檢測發電機組8的電壓、電流信號，即可實現輸入功率的平滑控制。為了達成上述之特性，首先，如第3(a)圖所示，當變頻器模組10所輸出之輸出功率在動態變化時，即電動機組9之所需功率在動態變化時，如能藉由儲能模組102反向補償變頻器模組10所輸出之輸出功率的動態變化，便可使變頻器模組10所接收之輸入功率變化最小，甚至維持平穩。接著，對第3(a)圖所示功率進行頻譜分解，則形成如第3(b)圖所示之頻譜圖。如第3(b)圖所示，電動機組9的所需功率係動態變化，即變頻器模組10所輸出之輸出功率Pout係動態變化，故可以把變頻器模組10所輸出之輸出功率進行頻譜分解，以形成低頻分量和高頻分量。若儲能模組102可反向補償高頻分量所對應的功率，就可以保證經由發電機組8傳送至電力系統1的輸入功率為平穩的低頻量，亦即代表輸入功率的動態變化很小。而第3(c)圖則顯示了如何獲得儲能模組102的功率頻譜，使之反向補償電動機組9的所需功率的動態變化量。對變頻器模組10所輸出之輸出功率進行頻譜分解，並選定特定頻寬的高通濾波器過濾低頻分量而保留高頻分量，如此一來，所保留的高頻分量即是需要儲能模組102來進行補償的功率波動量。而第3(d)圖則顯示了獲得儲能模組102所應進行補償的功率頻譜的另一種方法，亦即先對變頻器模組10所輸出之輸出功率進行頻譜分解，接著減去通過低通濾波器所過濾後的低頻分量，同樣可以保留高頻分量，如此一來，所保留的高頻量即是儲能模組102需要進行補償的功率波動量。
　 請參閱第4圖並配合第1圖，其中第4圖係為第1圖所示之電力系統之控制架構及控制模組的電路結構示意圖。如第1圖及第4圖所示，於本實施例中，為了實現上述之控制原理，控制模組11更包含一儲能模組控制電路110，儲能模組控制電路110係包含一頻譜運算單元111、一高通濾波單元112、一電流運算單元113、一比較單元114以及一調節單元115。頻譜運算單元111係耦接至變頻器模組10，用以依據變頻器模組10內之複數個參數，即變頻器模組10所輸出之一輸出電流Iout及一輸出電壓Vout，而計算變頻器模組10所輸出之一輸出功率Pout(即存在於第二電能轉換電路101與電動機組9之間的第二功率)，即電動機組9之所需功率，並對該輸出功率Pout進行頻譜分解，以得到該輸出功率之一頻譜序列。高通濾波單元112係耦接至頻譜運算單元111，用以濾除頻譜序列之一低頻分量，以輸出符合一高頻範圍之一補償功率，即儲能模組102的輸出功率Pchar。電流運算單元113係耦接至高通濾波單元112，用以依據儲能裝置104之一儲能電壓Vbat及補償功率計算出一參考電流。比較單元114係耦接至電流運算單元113，用以比較參考電流及儲能裝置104運作時的一實際電流Ichar，並輸出一比較結果。調節單元115係耦接至比較單元114，用以依據該比較結果而控制儲能模組102之運作，以對儲能裝置104運作時的實際電流Ichar進行調整。
　 需要說明的是，一般定義：儲能模組102的輸出功率Pchar為正值時，儲能模組102進行放電即向電動機組9輸送電能；同理儲能模組102的輸出功率Pchar為負值時，儲能模組102進行充電即接收發電機組8的充電電能或電動機組9反饋的電能。
　 此外，於本實施例中，控制模組11更包含斬波電路控制單元106，用以在直流母線12之母線電壓上升到啟動設定值時，控制斬波電路105啟動，使斬波電路105消耗直流母線12上的多餘能量。另外斬波電路控制單元106更可在斬波電路105運作而直流母線12上之母線電壓下降到關閉設定值時，控制斬波電路105關閉。由上可知，斬波電路控制單元106實際上係採用滯環比較的控制方式控制斬波電路105運作與否。藉由斬波電路105及斬波電路控制單元106，便可避免因電動機組9的所需功率變化過大，使得儲能模組102調節不及時而可能產生的直流母線12的電壓升高，損壞電子元器件的危險。
　 更甚者，控制模組11亦包含第一電能轉換電路控制單元107，用以採樣輸入電壓Vin、輸入電流Iin及母線電壓Vbus而對應控制第一電能轉換電路100之運作，藉此穩定母線電壓Vbus，並調節輸入電流Iin跟隨輸入電壓Vin，以保證高的電網品質。而於一些實施例中，第一電能轉換電路控制模組107可採用雙環控制，亦即利用外環直流電壓環及內環電網電流環來進行控制。
　 控制模組11更包含第二電能轉換電路控制單元108，用以採樣電動機組9之轉速n及輸入電流Iin，以利用轉速環及電機電流環的雙環控制而控制第二電能轉換電路101之運作。其中電動機組9之轉速n可以通過一速度感測器(未圖示)獲得，也可以通過採集電力系統1輸出至電動機組9之輸出電壓Vout並進行計算而得到。
　 請參閱第5圖，其係為第1圖所示之電力系統之變頻器模組之一示範性實施例的電路結構圖。如第5圖所示，於一些實施例中，第一電能轉換電路100及第二電能轉換電路101可為背靠背(Back-To-Back)的電路結構，且可分別由兩電平電路所構成。充電/放電電路103係由可進行雙向電能轉換之非隔離型直流/直流轉換電路所構成，且包含一電感、一電容及彼此串聯耦接之兩個開關元件。斬波電路105係由兩電平電路所構成，且包含一洩能電阻及彼此串聯耦接之一二極體及一開關元件。
　 當然，如第3(d)圖所示，由於亦可先對變頻器模組10所輸出之輸出功率進行頻譜分解，接著減去通過低通濾波器所過濾後的低頻分量，同樣可以保留高頻分量，如此一來，所保留的高頻量即是需要儲能模組102進行補償的功率波動量。因此於一些實施例中，如第6圖所示，可藉由一低通濾波單元20及一減法單元21來取代第4圖所示之高通濾波單元112。其中低通濾波單元20係耦接至頻譜運算單元111，用以濾除頻譜序列之一高頻分量，以產生符合一低頻範圍之一過渡功率。減法單元21分別接收低通濾波單元20及頻譜運算單元111的輸出，並將計算結果輸入至電流運算單元113，用以將變頻器模組10所輸出之一輸出功率(於此標示為Pout)減去該過渡功率，以輸出一補償功率至電流運算單元113。
　 請參閱第7圖，其係為本案第三較佳實施例之電力系統之控制架構及控制模組的細部電路結構示意圖。如第7圖所示，本實施例之電力系統2係相似於第4圖所示之電力系統1，故於此僅以相同標號代表結構及作動相似，不再贅述。相較於第4圖所示之電力系統1係具有單一的儲能模組102，本實施例之電力系統2係具有複數個儲能模組，例如第7圖所示第一儲能模組61及第二儲能模組62，而儲能模組控制電路110亦對應儲能模組的個數而改為包含一頻譜運算單元601、第一高通濾波單元602、第二高通濾波單元603、一差值比較器604、第一電流運算單元605、第二電流運算單元606、第一比較單元607、第二比較單元608、第一調節單元609及第二調節單元610。其中第一儲能模組61之儲能裝置104的特性係不同於第二儲能模組62之儲能裝置104的特性。頻譜運算單元601係耦接至變頻器模組10，用以依據變頻器模組10內之複數個參數，即變頻器模組10所輸出之一輸出電流Iout及一輸出電壓Vout，而計算變頻器模組10所輸出之一輸出功率，即電動機組9之所需功率，並對該輸出功率進行頻譜分解，以輸出一頻譜序列。第一高通濾波單元602係耦接至頻譜運算單元111，用以濾除頻譜序列之一第一低頻分量，以輸出符合第一高頻範圍之第一補償功率。第二高通濾波單元603係耦接至頻譜運算單元111，用以濾除頻譜序列之第二低頻分量，以輸出符合第二高頻範圍之第二補償功率，其中第一高通濾波單元602的帶寬係不同於第二高通濾波單元603的帶寬，使第一高通濾波單元602所輸出的第一補償功率的高頻範圍係不同於第二高通濾波單元603所輸出的第二補償功率的高頻範圍。本實施例中，第二高通濾波單元603的帶寬大於第一高通濾波單元602的帶寬，但本發明不以此為限，視實際情況而定。差值比較器604之非反向輸入端係與第二高通濾波單元603耦接，差值比較器604之反向輸入端係與第一高通濾波單元602耦接，差值比較器604用以比較第一高通濾波單元602及第二高通濾波單元603所輸出之第一補償功率及第二補償功率，並輸出一差值功率。第一電流運算單元605係耦接至第一高通濾波單元602，用以依據第一儲能模組61之儲能裝置104之第一儲能電壓Vbat1及第一補償功率計算出第一參考電流。第二電流運算單元606係耦接至差值比較器604，用以依據第二儲能模組62之儲能裝置104之第二儲能電壓Vbat2及差值功率計算出一第二參考電流。第一比較單元607係耦接至第一電流運算單元605，用以比較第一參考電流及第一儲能模組61之儲能裝置104之第一實際電流Ichar1，並輸出第一比較結果。第二比較單元608係耦接至第二電流運算單元606，用以比較第二參考電流及第二儲能模組62之儲能裝置104之第二實際電流Ichar2，並輸出第二比較結果。第一調節單元609係耦接至第一比較單元607，用以依據第一比較結果而控制第一儲能模組61之運作，以對第一儲能模組61之儲能裝置104之第一實際電流Ichar1進行調整。第二調節單元610係耦接至第二比較單元608，用以依據第二比較結果而控制第二儲能模組62之運作，以對第二儲能模組62之儲能裝置104之第二實際電流Ichar2進行調整。
　 由上可知，本實施例之電力系統2可按照高頻分量的頻譜組成，於第一儲能模組61及第二儲能模組62中配置不同容量的儲能裝置104和充電/放電電路103來分別進行補償，因此對於能量密度大的儲能裝置104，如鉛酸蓄電池或鋰電池等，可利用對應之高通濾波單元，即第二高通濾波單元603來處理頻段較低(例如2~20Hz)的部分，而對於能量密度低的儲能裝置104，如超級電容等，則可利用對應之高通濾波單元，即第一高通濾波單元602來處理頻段較高(例如>20Hz)的部分。藉由本案之電力系統2可優化成本結構，同時提高第一儲能模組61之儲能裝置104及第二儲能模組62之儲能裝置104的利用率和壽命。
　 請參閱第8圖及第9圖，其中第8圖係為本案第四較佳實施例之電力系統的電路方塊圖，第9圖係為第8圖所示之電力系統之控制架構及控制模組的細部電路結構示意圖。如第8、9圖所示，本實施例之電力系統3係相似於第1、4圖所示之電力系統1，故於此僅以相同標號代表結構及作動相似，不再贅述。唯相較於第1、4圖所示之電力系統1之發電機組8為三相交流發電機組，本實施例之變頻器模組係耦接於一直流發電系統，即發電機組80為直流發電機組。因此本實施例之電力系統3之變頻器模組10無須如第1、4圖所示包含第一電能轉換電路100，且於一些實施例中，第一電能轉換電路實際上可整合於直流發電機組80中。因此本實施例的電力系統3之變頻器模組10包含第二電能轉換電路101及至少一儲能模組102。第二電能轉換電路101為逆變電路，接收一直流電壓，並將該直流電壓轉換為交流輸出電能，且輸出至電感性負載。儲能模組102與逆變電路耦接，以進行充電/放電之運作。此外，相較於第1、4圖所示之電力系統1之配電盤7係耦接於發電機組8及變頻器模組10之第一電能轉換電路100之間，本實施例之電力系統3之配電盤30係改為耦接於發電機組80及變頻器模組10之間，並與直流母線12耦接，且為直流配電盤。
　 請參閱第10圖，其係為本案五較佳實施例之電力系統之控制架構及控制模組的細部電路結構示意圖。本實施例之電力系統4係相似於第7圖所示之電力系統2及第9圖所示之電力系統3，故於此僅以相同標號代表結構及作動相似，不再贅述。相較於第9圖所示之電力系統3係具有單一的儲能模組102，本實施例之電力系統5亦可相似於第7圖所示之電力系統2而具有複數個儲能模組，例如第7圖所示第一儲能模組61及第二儲能模組62。儲能模組控制電路110亦對應儲能模組的個數而包含一頻譜運算單元601、第一高通濾波單元602、第二高通濾波單元603、差值比較器604、第一電流運算單元605、第二電流運算單元606、第一比較單元607、第二比較單元608、第一調節單元609及第二調節單元610。其中第一儲能模組61、第二儲能模組62及第一高通濾波單元602、第二高通濾波單元603、一差值比較器604、第一電流運算單元605、第二電流運算單元606、第一比較單元607、第二比較單元608、第一調節單元609及第二調節單元610的元件特性及作動方式皆相似於第7圖所示之第一高通濾波單元602、第二高通濾波單元603、一差值比較器604、第一電流運算單元605、第二電流運算單元606、第一比較單元607、第二比較單元608、第一調節單元609及第二調節單元610，故於此不再贅述。
　 當然，本案之電力系統係可應用於一光伏發電裝置或一風力發電裝置中。請參閱第11圖及第12圖，其中第11圖係為本案應用於光伏發電裝置之另一較佳實施例之電力系統的電路方塊圖，第12圖係為第11圖所示之電力系統之控制架構及控制模組的電路結構示意圖。如第11圖及第12圖所示，本實施例之電力系統6係應用於一光伏發電裝置中，耦接於光伏發電機組611及電網612之間，且電力系統6的電路架構與運作原理係相似於第1及4圖所示之電力系統1，故於此僅以相同符號標示來表示電路結構與運作原理係相似。唯相較於第1及4圖所示之電力系統1，本實施例之電力系統6係改為接收光伏發電機組611所輸出之第二功率，即輸入功率，並轉換為第一功率，即輸出功率，更將輸出功率輸送至電網612中。此外，第二電能轉換電路101係改為由一整流電路所構成，用以將該輸入功率所反映之一交流輸入電能轉換為一過渡直流電能。而第一電能轉換電路100係改為由一逆變電路所構成，用以轉換過渡直流電能，並輸出該輸出功率所反映之電能至電網62。
　 至於控制模組11則根據變頻器模組10內之相關參數而控制變頻器模組10進行對應的運作。此外，控制模組11更依據第二功率的動態變化來對應控制儲能模組102進行充電或放電之運作，以反向補償光伏發電機組61之運作變化，進而抵銷光伏發電機組61的運作變化對電網62所接收之輸出功率的影響，以實現電網62所接收之輸出功率的平滑控制。
　 此外，控制模組11之頻譜運算單元111係改為用以依據變頻器模組10內之複數個參數，即變頻器模組10所接收之一輸入電流Iin’及一輸入電壓Vout’，而計算變頻器模組10所接收之輸入功率。
　 而由於本實施例之電力系統6的目的及運作原理實相似於第1圖所示之電力系統1，僅差異在電能傳遞的方向上及運作模式的不同，故本領域中具有通常知識者在了解本案第1圖所示之電力系統1的技術及達成功效後，實可了解第12圖所示之電力系統6的運作原理及可達成之功效，且清楚電力系統1與電力系統6的可能其它差異點，故僅於上述內容中說明為了達成本案所欲達成的目的電力系統6需要改變的地方，而針對電力系統6中非本案重點之變化則不再進行贅述。
　 而由上可知，當光伏發電機組61運作產生變化，例如產生的電量係發生變化，而使光伏發電機組61之輸出功率變化時，本實施例之電力系統6之儲能模組102同樣進行充電或放電，以反向補償光伏發電機組61之運作變化，進而抵銷光伏發電機組61的運作變化對電網62所接收之輸出功率的影響，以實現電網62所接收之輸出功率的平滑控制
　 請參閱第13圖及第14圖，其中第13圖係為本案應用於風力發電裝置之又一較佳實施例之電力系統的電路方塊圖，第14圖係為第13圖所示之電力系統之控制架構及控制模組的電路結構示意圖。如第13圖及第14圖所示，本實施例之電力系統70亦可應用於一風力發電裝置中而耦接於風力發電機組711及電網612之間，且變頻器模組10內之複數個參數亦分別為風力發電機組711輸入至變頻器模組10之輸入電流Iin’及輸入電壓Vout’。然由於本實施例之電力系統70的電路架構與運作原理係相似於第11及12圖所示之電力系統6，故於此僅以相同符號標示來表示電路結構與運作原理係相似而不再贅述。
　 請參閱第15圖，其係為適用於本案之電力系統之控制模組之控制方法的步驟流程圖。如圖所示，本案之控制方法為，首先，執行步驟S1，即依據變頻器模組10內之複數個參數而計算第二功率，並對該第二功率進行頻譜分解，以輸出頻譜序列。接著執行步驟S2，即對頻譜序列進行濾波，以輸出符合一特定頻率範圍之補償功率。最後，執行步驟S3，即利用補償功率而使控制模組11依據第二功率的動態變化而對應控制儲能模組102進行充電或放電之運作來反向補償，以抵銷電動機組9的負載變化而維持該輸入功率穩定。
　 而於上述實施例中，步驟S3更包含三個子步驟如下：首先執行第一子步驟，即依據儲能模組102之儲能裝置104之儲能電壓及該補償功率計算出參考電流。接著，執行第二子步驟，即比較參考電流及儲能裝置104之一實際電流Ichar，並依據比較結果輸出一補償電流。最後，執行第三子步驟，即控制模組11依據補償電流而控制儲能模組102之運作，以對儲能模組102之儲能裝置104之實際電流Ichar進行調整，進而使儲能模組10依據該電能/動能轉換裝置(如電動機組9、光伏發電機組61或風力發電機組71)運作變化而進行反向補償。
　此外，在步驟S2中，若控制模組11係利用高通濾波單元112對頻譜序列進行濾波時，如第4圖所示，則為濾除頻譜序列之一低頻分量，以輸出該補償功率，且該特定頻率係符合一高頻範圍。反之依據第6圖所示，當控制模組11係採用低通濾波單元20來對頻譜序列進行濾波時，則步驟S2更包含兩個子步驟，即首先執行第一子步驟，濾除頻譜序列之一高頻分量，以產生符合一低頻範圍之一過渡功率。接著，執行第二子步驟，將該第二功率減去該過渡功率，以輸出一補償功率，其中該特定頻率係符合一高頻範圍。
　綜上所述，本案提供一種電力系統及其控制方法，其係具有儲能模組，而在電能/動能轉換裝置的運作係變化時，儲能模組可自動地進行充電或放電，藉此反向補償電能/動能轉換裝置的運作變化，以抵銷電能/動能轉換裝置的運作變化對存在於變頻器模組之第一電能轉換電路與電力端之間的第一功率的影響，進而維持第一功率的穩定，並穩定直流母線和第一功率在電能/動能轉換裝置的運作係變化時的波動。特別是，電能/動能轉換裝置的運作變化可全部藉由儲能模組的充電/放電進行補償，以使第一功率維持恆定。當電動機組所推進的負載增加時，便可藉由儲能模組的放電運作來補償電感性負載的所需功率變化，因此使用本案之電力系統之船舶無須加大電力系統的輸出功率或投入後備發電設備，進而減少電動機組的熱功率上升，且減少電力系統的成本增加，並穩定變頻器模組的直流母線電壓及減小外部因素變化對電網的影響。而在電動機組減速而進入發電狀態的過程中，亦可藉由儲能模組為充電運作而抵銷電感性負載的負載變化對變頻器模組所接收之輸入功率的影響，如此一來，斬波電路內的洩能電阻的尺寸、重量以及散熱效率便可相對優化，且藉由儲能模組保存多餘的能量亦提升電力系統的運行效率。另外，在船舶須在不開動發電機組而需行駛時，亦藉由儲能模組來提供船舶行駛所需的電能，使得使用本案電力系統之船舶可在運輸成本無須上升的情況下達到減少港口環境的污染的功效。在對入網功率或發電機組輸出功率進行平滑控制時，無需檢測電網或發電機組的電壓、電流等信號，其可帶來下述優勢：平滑功率輸出不受網側或發電機側變化的影響；弱電網下，避免輸入功率平滑控制與網側控制的相互干擾。
　 本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
 
1‧‧‧電力系統
10‧‧‧變頻器模組
100‧‧‧第一電能轉換電路
101‧‧‧第二電能轉換電路
102‧‧‧儲能模組
103‧‧‧充電/放電電路
104‧‧‧儲能裝置
105‧‧‧斬波電路
106‧‧‧斬波電路控制單元
107‧‧‧第一電能轉換電路控制單元
108‧‧‧第二電能轉換電路控制單元
11‧‧‧控制模組
110‧‧‧儲能模組控制電路
111‧‧‧頻譜運算單元
112‧‧‧高通濾波單元
113‧‧‧電流運算單元
114‧‧‧比較單元
115‧‧‧調節單元
7‧‧‧配電盤
8‧‧‧發電機組
9‧‧‧電動機組
Pin‧‧‧變頻器模組所接收之輸入功率
Vin‧‧‧輸入電壓
Iin‧‧‧輸入電流
Vbus‧‧‧母線電壓
Iout‧‧‧輸出電流
Vout‧‧‧輸出電壓
Vbat‧‧‧儲能電壓
Ichar‧‧‧儲能裝置之實際電流
n‧‧‧轉速

Claims (23)

  1. 一種電力系統，用以進行一電能/動能轉換裝置與一電力端之間的電能的轉換與傳遞，該電力系統係包含：
    　 一變頻器模組，用以進行電能之轉換，且包含：
    　　　 一第一電能轉換電路，係耦接於一直流母線及該電力端之間，用以轉換所接收之電能，且該第一電能轉換電路及該電力端之間係存在一第一功率；
    　　　 一第二電能轉換電路，係耦接於該直流母線及該電能/動能轉換裝置之間，用以轉換所接收之電能，且該第二電能轉換電路與該電能/動能轉換裝置之間係存在一第二功率，該第二功率係根據該電能/動能轉換裝置之運作變化而動態變化；以及
    　　　 至少一儲能模組，與該直流母線耦接，用以進行充電或放電之運作；以及
    　 一控制模組，係與該變頻器模組及該電能/動能轉換裝置耦接，用以依據該第二功率的動態變化而對應控制該儲能模組進行充電或放電之運作，以反向補償該電能/動能轉換裝置之運作變化，抵銷該電能/動能轉換裝置之運作變化對該第一功率的影響。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電力系統，其中該儲能模組更包含一充電/放電電路及一儲能裝置，該充電/放電電路係與該儲能裝置及該控制模組耦接，並受該控制模組之控制而對該儲能裝置進行充電或放電之運作。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電力系統，其中該控制模組係包含一儲能模組控制電路，該儲能模組控制電路係包含：
    　 一頻譜運算單元，係耦接至該變頻器模組，用以依據該變頻器模組內之複數個參數而計算該第二電能轉換電路與該電能/動能轉換裝置之間存在的該第二功率，並對該第二功率進行頻譜分解，以得到該第二功率的一頻譜序列；
    　 一高通濾波單元，係耦接至該頻譜運算單元，用以濾除該頻譜序列之一低頻分量，以輸出符合一高頻範圍之一補償功率；
    　 一電流運算單元，係耦接至該高通濾波單元，用以依據該儲能裝置之一儲能電壓及該補償功率計算出一參考電流；
    　 一比較單元，係耦接至該電流運算單元，用以比較該參考電流及該儲能裝置之一實際電流，並輸出一比較結果；以及
    　 一調節單元，係耦接至該比較單元，用以依據該比較結果而控制該儲能模組之運作，以對該儲能裝置之該實際電流進行調整。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之電力系統，其中該至少一儲能模組係包含一第一儲能模組以及一第二儲能模組，該第一儲能模組之一儲能裝置的特性係不同於該第二儲能模組之一儲能裝置的特性。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電力系統，其中該控制模組係包含一儲能模組控制電路，該儲能模組控制電路係包含：
    　 一頻譜運算單元，係耦接至該變頻器模組，用以依據該變頻器模組內之複數個參數而計算該第二電能轉換電路與該電能/動能轉換裝置之間存在的該第二功率，並對該第二功率進行頻譜分解，以得到該第二功率的一頻譜序列；
    　 一第一高通濾波單元，係耦接至該頻譜運算單元，用以濾除該頻譜序列之一第一低頻分量，以輸出符合一第一高頻範圍之一第一補償功率；
    　 一第二高通濾波單元，係耦接至該頻譜運算單元，用以濾除該頻譜序列之一第二低頻分量，以輸出符合一第二高頻範圍之一第二補償功率，其中該第一高通濾波單元的帶寬係不同於該第二高通濾波單元的帶寬，使該第一高通濾波單元所輸出的該第一補償功率的該第一高頻範圍係不同於該第二高通濾波單元所輸出的該第二補償功率的該第二高頻範圍；
    　 一差值比較器，該差值比較器之一非反向輸入端係與該第一高通濾波單元耦接，該差值比較器之一反向輸入端係與該第二高通濾波單元耦接，該差值比較器用以比較該第一補償功率及該第二補償功率，並輸出一差值功率；
    　 一第一電流運算單元，係耦接至該第一高通濾波單元，用以依據該第一儲能模組之該儲能裝置之一第一儲能電壓及該第一補償功率計算出一第一參考電流；
    　 一第二電流運算單元，係耦接至該差值比較器，用以依據該第二儲能模組之該儲能裝置之一第二儲能電壓及該差值功率計算出一第二參考電流；
    　 一第一比較單元，係耦接至該第一電流運算單元，用以比較該第一參考電流及該第一儲能模組之該儲能裝置之一第一實際電流，並輸出一第一比較結果；
    　 一第二比較單元，係耦接至該第二電流運算單元，用以比較該第二參考電流及該第二儲能模組之該儲能裝置之一第二實際電流，並輸出一第二比較結果；
    　 一第一調節單元，係耦接至該第一比較單元，用以依據該第一比較結果而控制該第一儲能模組之運作，以對該第一儲能模組之該儲能裝置之該第一實際電流進行調整；以及
    　 一第二調節單元，係耦接至該第二比較單元，用以依據該第二比較結果而控制該第二儲能模組之運作，以對該第二儲能模組之該儲能裝置之該第二實際電流進行調整。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之電力系統，其中該控制模組係包含一儲能模組控制電路，該儲能模組控制電路係包含：
    　 一頻譜運算單元，係耦接至該變頻器模組，用以依據該變頻器模組內之複數個參數而計算該第二電能轉換電路與該電能/動能轉換裝置之間存在的該第二功率，並對該第二功率進行頻譜分解，以得到該第二功率的一頻譜序列；
    　 一低通濾波單元，係耦接至該頻譜運算單元，用以濾除該頻譜序列之一高頻分量，以產生符合一低頻範圍之一過渡功率；
    　 一減法單元，係耦接於該低通濾波單元，用以將該第二功率減去該過渡功率，以輸出一補償功率；
    　 一電流運算單元，係耦接至該減法單元，用以依據該儲能裝置之一儲能電壓及該補償功率計算出一參考電流；
    　 一比較單元，係耦接至該電流運算單元，用以比較該參考電流及該儲能裝置之一實際電流，並輸出一比較結果；以及
    　 一調節單元，係耦接至該比較單元，用以依據該比較結果而控制該儲能模組之運作，以對該儲能裝置之該實際電流進行調整。
  7. 如申請專利範圍第1-6中任一請求項所述之電力系統，其中該電力系統係應用於一船舶上，該電能/動能轉換裝置係為一電感性負載，該電力端係為一發電機組，該第一功率係由該發電機組所提供之一輸入功率，該第一電能轉換電路係為一整流電路，該整流電路用以接收該輸入功率，並對該輸入功率所反映之一交流輸入電能進行整流，以輸出一直流電能至該直流母線，該第二功率係為該變頻器模組所輸出之一輸出功率，該第二電能轉換電路係為一逆變電路，該逆變電路係用以將該直流電能轉換為該第二功率所反映之一交流輸出電能，並輸出至該電感性負載。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電力系統，其中該發電機組係為一三相交流發電機組，且該電力系統更具有一配電盤，係耦接於該整流電路及該變頻器模組之間，用以分配該發電機組所提供之電能。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之電力系統，其中該變頻器模組內之該複數個參數係分別為該變頻器模組所輸出之一輸出電流及一輸出電壓。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之電力系統，其中當該電感性負載運作於一電動機模式，且該電感性負載的一負載功率小於該輸入功率時，該控制模組係控制該儲能模組接收該發電機組之電能而進行充電。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之電力系統，其中當該電感性負載運作於一電動機模式，且該電感性負載動態的負載變化係使該電感性負載之一負載功率大於該輸入功率時，該控制模組係控制該儲能模組進行放電，以補償該負載功率與該輸入功率之間的差值。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之電力系統，其中當該電感性負載運作於一發電機模式時，該控制模組係控制該儲能模組經由該直流母線接收該電感性負載所產生之電能而進行充電。
  13. 如申請專利範圍第2項所述之電力系統，其中當該發電機組斷電，該控制模組係控制該儲能模組進行放電，而該電感性負載所需之一負載功率完全由該儲能模組所提供。
  14. 如請專利範圍第1-6中任一請求項所述之電力系統，其中該電力系統係應用於一光伏發電裝置中，該電能/動能轉換裝置係為一光伏發電機，該電力端係為一電網，該第二功率係由該光伏發電機組所提供之一輸入功率，該第二電能轉換電路係為一整流電路，用以將該輸入功率所反映之一交流輸入電能轉換為一過渡直流電能，該第一電能轉換電路係為一逆變電路，用以轉換該過渡直流電能，以輸出該第二功率所反映之電能至該電網。
  15. 如請專利範圍第1-6中任一請求項所述之電力系統，其中該電力系統係應用於一風力發電裝置中，該電能/動能轉換裝置係為一風力發電機，該電力端係為一電網，該第二功率係由該風力發電機組所提供之一輸入功率，該第二電能轉換電路係為一整流電路，用以將該輸入功率所反映之一交流輸入電能轉換為一過渡直流電能，該第一電能轉換電路係為一逆變電路，用以轉換該過渡直流電能，以輸出該第二功率所反映之一直流輸出電能至該電網。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之電力系統，其中該變頻器模組內之該複數個參數係分別為該風力發電機組輸入至該變頻器模組之一輸入電流及一輸入電壓。
  17. 一種電力系統，係耦接於一直流發電系統，用以驅動一電感性負載，係包含：
    　 一變頻器模組，係進行雙向電能轉換，且包含：
    　　　 一逆變電路，係接收一直流電壓，並將該直流電壓轉換為一交流輸出電能，並輸出至該電感性負載；以及
    　　　 至少一儲能模組，與該逆變電路耦接，用以進行充電或放電之運作；以及
    　 一控制模組，係與該變頻器模組及該電感性負載耦接，用以依據該電感性負載動態的負載變化而對應控制該儲能模組進行充電或放電之運作，以反向補償該電感性負載的負載變化量，抵銷該電感性負載的負載變化對該變頻器模組之輸入功率的影響。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之電力系統，其中該電力系統包含一配電盤，係耦接於該直流發電系統與該變頻器模組之間，用以分配該直流發電系統所輸出之直流電能。
  19. 一種控制方法，係應用於一電力系統，其中該電力系統係耦接於一電能/動能轉換裝置與一電力端之間，且具有一變頻器模組及該控制模組，該控制模組係控制該變頻器模組之一儲能模組進行充電或放電之運作，且該電力系統與該電力端之間係存在一第一功率，而該電力系統與該電能/動能轉換裝置之間係存在一第二功率，該第二功率係根據該電能/動能轉換裝置之運作變化而動態變化，該控制方法係包含下列步驟：
    　 (a)依據該變頻器模組內之複數個參數而計算該第二功率，並對該第二功率進行頻譜分解，以得到該第二功率的一頻譜序列；
    　 (b)對該頻譜序列進行濾波，以輸出符合一特定頻率範圍之一補償功率；以及
    　 (c)利用該補償功率而使該控制模組依據該第二功率的動態變化對應控制該儲能模組進行充電或放電之運作，以反向補償該電能/動能轉換裝置的運作變化，俾抵銷該電能/動能轉換裝置的運作變化對該第一功率的影響。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之控制方法，其中於步驟(c)中更包含子步驟：
    　 (c1)依據該儲能模組之一儲能裝置之一儲能電壓及該補償功率計算出一參考電流；
    　 (c2)比較該參考電流及該儲能裝置之一實際電流，並輸出一比較結果；以及
    　 (c3)該控制模組依據該比較結果而控制該儲能模組之運作，以對該儲能裝置之該實際電流進行調整，進而使該儲能模組依據該電能/動能轉換裝置之運作變化而進行反向補償。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之控制方法，其中於步驟(b)中，係濾除該頻譜序列之一低頻分量，以輸出該補償功率，且該特定頻率係符合一高頻範圍。
  22. .如申請專利範圍第19項所述之控制方法，其中於步驟(b)中更包含子步驟：
    　 (b1)濾除該頻譜序列之一高頻分量，以產生符合一低頻範圍之一過渡功率；以及
    　 (b2)將該第二功率減去該過渡功率，以輸出該補償功率，其中該特定頻率係符合一高頻範圍。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之控制方法，其中該控制模組係根據該電能/動能轉換裝置之運作變化控制該儲能模組進行充電或放電之運作，以實現該第一功率的平滑控制。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190366953A1 (en) * 2018-05-29 2019-12-05 General Electric Company Power generation system and associated method
CN110182347A (zh) * 2019-05-06 2019-08-30 武汉新能源研究院有限公司 一种船用人力与电能交流电耦合驱动***及方法
CN109980951B (zh) * 2019-05-08 2020-10-09 山东华特磁电科技股份有限公司 双pwm变频电源能量平衡装置及方法
DE102020003119A1 (de) * 2019-05-29 2020-12-03 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems
CN110797891B (zh) * 2019-11-04 2021-09-17 长安大学 一种双三相无刷直流电机的飞轮储能***及其控制方法
CN111669061B (zh) * 2020-05-20 2021-03-02 浙江大学 反拖***和风力发电机组
CN115111118A (zh) * 2022-06-16 2022-09-27 华电电力科学研究院有限公司 一种风力驱动热、电联供***及其运行方法
CN114825410A (zh) * 2022-06-29 2022-07-29 西安热工研究院有限公司 一种火电厂用中压直流储能***

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2656684B2 (ja) * 1991-06-12 1997-09-24 三菱電機株式会社 エレベータの停電時運転装置
US5629870A (en) * 1994-05-31 1997-05-13 Siemens Energy & Automation, Inc. Method and apparatus for predicting electric induction machine failure during operation
KR100312771B1 (ko) * 1998-12-15 2002-05-09 장병우 엘리베이터의정전운전제어장치및방법
JP2001226049A (ja) * 2000-02-15 2001-08-21 Mitsubishi Electric Corp エレベータの制御装置
JP4347983B2 (ja) * 2000-02-28 2009-10-21 三菱電機株式会社 エレベーターの制御装置
JP4283963B2 (ja) * 2000-02-28 2009-06-24 三菱電機株式会社 エレベータの制御装置
WO2001074703A1 (de) * 2000-03-31 2001-10-11 Inventio Ag Notstromversorgungseinrichtung für aufzugsanlagen
DE50114503D1 (de) * 2000-03-31 2009-01-02 Inventio Ag Einrichtung und verfahren zur reduzierung der netzanschlussleistung von aufzugsanlagen
CN1213938C (zh) * 2001-10-17 2005-08-10 三菱电机株式会社 电梯控制装置
JP2005312138A (ja) * 2004-04-19 2005-11-04 Canon Inc 電力制御装置、発電システム及び電力系統システム
FI120448B (fi) * 2008-08-01 2009-10-30 Kone Corp Järjestely ja menetelmä kuljetusjärjestelmän yhteydessä
EP2503666A3 (en) * 2011-02-01 2013-04-17 Siemens Aktiengesellschaft Power supply system for an electrical drive of a marine vessel
KR101322617B1 (ko) 2013-07-30 2013-10-29 이화전기공업 주식회사 배터리를 구비한 무정전전원장치의 에너지저장시스템 및 그 운전방법
CN105684298A (zh) * 2013-10-02 2016-06-15 三菱电机株式会社 交流电动机驱动***
DE112014006690B4 (de) * 2014-06-19 2021-07-22 Mitsubishi Electric Corporation Verbessertes Wechselstrommotoransteuerungssystem
CN104836248B (zh) * 2015-05-20 2017-11-21 沈阳工业大学 适用于风电机组的混合储能***及控制方法
TWM513842U (zh) 2015-09-24 2015-12-11 Ship And Ocean Ind R&D Ct 船舶動力系統

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