TWI572107B - 多微電網供電系統與控制方法 - Google Patents

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TWI572107B TW104139553A TW104139553A TWI572107B TW I572107 B TWI572107 B TW I572107B TW 104139553 A TW104139553 A TW 104139553A TW 104139553 A TW104139553 A TW 104139553A TW I572107 B TWI572107 B TW I572107B
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呂光欽
廖仁忠
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Description

多微電網供電系統與控制方法
本發明係有關於一種供電系統，特別是一種多微電網供電系統與控制方法。
單一微型電網(Micro Grid)由數個分散式發電裝置與負載所組成，分散式發電裝置包含再生能源裝置(太陽光電與風力發電裝置)、儲能裝置、發電裝置(燃料電池、微渦輪機、柴油發電機)等等所組成。而當市電電網發生故障或電力品質不符合系統標準的情形下，微電網切換為孤島運轉，各微電網可獨立模式自主運轉或互連模式結合成一大微電網運轉，保障微電網自身和市電電網的正常運行，但由於再生能源發電等系統(如風力發電、太陽能發電)屬於漸歇式發電，供電質量不穩定是其一大隱憂。
習知技藝之多個微電網系統，在孤島模式下，大多採獨立運作方式運轉，就算相互連結亦無相關控制方法有所依循，導致各獨立的微電網常會發生供需不平衡、電力不足以及再生能源過剩等問題。
請參閱圖1，其係為習知技藝之多微電網系統之架構圖，如 圖所示，習知技藝之多微電網系統1包含複數個微電網M1至微電網M5，而各個微電網M1至微電網M5則包含至少一個再生能源裝置R、至少一個儲存裝置S、至少一個發電裝置G及至少一個負載L；而各個微電網M1至微電網M5均分別透過總微電網開關S1總微電網開關S5與市電10之市電開關S0連結。
請參閱圖2，其係為習知技藝之多微電網系統之操作模式 圖，圖中所示的是當處於併網互連狀態、併網***狀態、孤島獨立狀態及孤島互連狀態時的操作方式。然而，上述的架構有著較大的缺失，故經常無法穩定的運作。例如：微電網M1、微電網M2與微電網M3再生能源與儲能系統發電量小於負載量，微電網M4與微電網M5則是再生能源發電量大於負載量與儲能容量，孤島運作下將導致多個微電網系統同時崩潰，就算各微電網有相互連結，若無適當控制邏輯各微電網亦無法相互依存並存活。
因此，如何提出一種多微電網供電系統，能夠有效改善習知 技藝之多微電網供電系統供需不穩定且容易崩潰的情況已成為一個刻不容緩的問題。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種多微電網供電系統及其控制方法，以解決習知技藝之供需不穩定且容易崩潰的問題。
根據本發明之其中一目的，提出一種多微電網供電系統，其 可包含複數個微電網，市電可透過市電開關與各個微電網連結，各個微電網可包含至少一再生能源裝置、至少一儲能裝置、至少一發電裝置及至少一負載。再生能源裝置可利用再生能源進行發電產生電力。儲能裝置可儲存電力。發電裝置可進行發電產生電力。負載可消耗電力。其中，各個再生能源裝置、儲能裝置、發電裝置及負載可分別透過微電網開關與市電開關直接連結。
根據本發明之其中一目的，再提出一種多微電網供電控制方 法，其可包含下列步驟。
步驟1：判斷市電是否中斷，若是，則進入步驟2。
步驟2：判斷各個微電網之再生能源裝置之功率是否都大於負載與儲能裝置之功率總和；若是，則進入步驟3；若否，則進入步驟4。
步驟3：將任一個微電網之再生能源裝置進行卸載，並回到步驟1
步驟4：判斷是否有任一個微電網之再生能源裝置之功率是否大於負載與儲能裝置之功率總和；若是，則進入步驟5；若否，則進入步驟6。
步驟5：判斷各個微電網之再生能源裝置之功率是否大於負載與儲能裝置之功率總和；若是，則回到步驟3；若否，則進入步驟6。
步驟6：判斷各個微電網之總發電量是否都大於總負載功率；若是，則該多微電網供電系統進入孤島獨立狀態。
承上所述，依本發明之多微電網供電系統及其控制方法，其可具有一或多個下述優點：
(1)本發明多個微電網可相互整合構成所謂的多微電網互連運轉之供電架構，孤島模式下，各微電網間能保持相互補充、相互依存的關係，使數個 不同區域的微電網組成一個新的微電網。
(2)本發明提出多微電網系統之控制協調策略，使多個微電網間能保持相互補充、相互依存的關係，將數個不同區域的微電網組成一個新的微電網，解決供需平衡、電力不足以及電力過剩等問題；而當供需不平衡導致系統發生故障時，會自動切斷各微電網的連接，變成獨立可自行控制的系統繼續運轉。
(3)本發明在當多個微電網再生能源發電量皆大於負載需求量時，可達成孤島互連，所有微電網穩定供電，避免所有微電網崩潰。
(4)本發明在當任一微電網再生能源發電量大於負載與儲能系統需求量，但所有微電網再生能源發電量總合小於所有微電網負載與儲能系統總需求量時，可達成孤島互連，所有微電網穩定供電，避免所有微電網崩潰。
(5)本發明在當多微電網任一個微電網再生能源發電量大於負載與儲能系統需求量且所有微電網再生能源發電量總合大於負載與與儲能系統總需求量，可達成孤島互連，所有微電網穩定供電，避免所有微電網崩潰。
(6)本發明在當多微電網中任一微電網分散式能源發電量小於負載需求量，且所有微電網分散式能源發電量總合大於微電網負載總需求量時，可達成孤島互連，讓所有微電網皆穩定供電，避免有不穩定之微電網崩潰。
(7)本發明在當多微電網中任一微電網分散式能源發電量小於負載需求量，但多微電網分散式能源發電量總合小於負載總需求量時，可達成孤島互連，讓所有微電網皆穩定供電，避免有不穩定之微電網崩潰。
(8)本發明在當所有微電網微電網分散式能源發電量皆大於負載需求量時，可達成各微電網獨立運作。
1‧‧‧習知技藝之多微電網系統
M1‧‧‧微電網
M2‧‧‧微電網
M5‧‧‧微電網
R‧‧‧再生能源裝置
S‧‧‧儲存裝置
G‧‧‧發電裝置
L‧‧‧負載
S1‧‧‧總微電網開
S2‧‧‧總微電網開
S5‧‧‧總微電網開
S0‧‧‧市電開關
10‧‧‧市電
3‧‧‧多微電網系統
30‧‧‧市電
31‧‧‧微電網
32‧‧‧微電網
35‧‧‧微電網
4‧‧‧多微電網系統
40‧‧‧市電
MG1‧‧‧微電網
MG2‧‧‧微電網
MG5‧‧‧微電網
RD‧‧‧再生能源裝置
SD‧‧‧儲能裝置
GD‧‧‧發電裝置
LD‧‧‧負載
MS‧‧‧微電網開關
Step 1~Step 9‧‧‧步驟流程
圖1 係為習知技藝之多微電網系統之架構圖。
圖2 係為習知技藝之多微電網系統之操作模式圖。
圖3 係為本發明之多微電網供電系統之方塊圖。
圖4 係為本發明之多微電網供電系統之第一實施例架構之第一示意圖。
圖5 係為本發明之多微電網供電系統之第一實施例架構之第二示意圖。
圖6 係為本發明之多微電網供電系統之第一實施例之流程圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明之多微電網供電系統及其控制方法之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
請參閱圖3，其係為本發明之多微電網供電系統之方塊圖。如圖所示，多微電網供電系統3，其可包含複數個微電網31至微電網35，市電30可透過市電開關與各個微電網連結，各個微電網31至微電網35可包含至少一再生能源裝置、至少一儲能裝置、至少一發電裝置及至少一負載。再生能源裝置可為太陽能發電裝置、風力發電裝置或水力發電裝置等等。儲能裝置可為鋰鐵電池或鉛酸電池等等。發電裝置可為微渦輪機或燃料電池等等。
再生能源裝置可利用再生能源進行發電產生電力。儲能裝置可儲存電力。發電裝置可進行發電產生電力。負載可消耗電力。其中，各 個再生能源裝置、儲能裝置、發電裝置及負載可分別透過微電網開關與市電30之市電開關直接連結。
請參閱圖4及圖5，其係分別為本發明之多微電網供電系統之第一實施例之架構之第一示意圖及第二示意圖。如第4圖所示，多微電網系統4包含複數個微電網MG1至微電網MG5，而各個微電網MG1至微電網MG5則包含至少一個再生能源裝置RD、至少一個儲能裝置SD、至少一個發電裝置GD及至少一個負載LD，而其詳細通訊架構則如圖5所示。
如第4圖所示，再生能源裝置RD可利用再生能源進行發電產生電力。儲能裝置SD可儲存電力。發電裝置GD可進行發電產生電力。負載LD可消耗電力。而與圖1相較可以明顯看出，在本實施例中，各個再生能源裝置RD、儲能裝置SD、發電裝置GD及負載LD可分別透過微電網開關MS與市電30之市電開關S0直接連結。
微電網在孤島運轉時要達到穩定運轉難度較高，主要原因為再生能源發電受天候影響，發電量有時過高有時過低，且再生能源發電時段與用電時段不一致，而可控電力額定容量有限，不足以負擔微電網內的所有負載，導致微電網在孤島運轉的維運難度較高。
而上述特殊的架構能將數個微電網MG1至微電網MG5可組成一個新的微電網，如圖4所示，使多個微電網MG1至微電網MG5間能依狀況轉換為相互獨立或相互依存關係，有效解決供需平衡、電力不足以及電力過剩等問題，如可將微電網MG4與微電網MG5多餘的再生能源支援微電網MG1、微電網MG2與微電網MG3發電量不足的部分，並進行適當的控制與電力分配，同時解決多個微電網MG1至微電網MG5供需不 平衡與再生能源過剩問題，讓多個微電網MG1至微電網MG5皆能正常運作。
例如，當所有微電網MG1至微電網MG5再生能源發電量 皆大於負載需求量時，所有微電網MG1至微電網MG5電壓過高造成微電網不穩定，如此則可將微電網MG1至微電網MG5部份再生能源系統進行切離，並相互支援，以達到孤島互連，所有微電網MG1至微電網MG5穩定供電。
例如，當任一微電網MG1至微電網MG5再生能源發電量 大於負載與儲能系統需求量，但所有微電網MG1至微電網MG5再生能源發電量總合小於所有微電網負載總需求量，任一微電網電壓過高造成微電網不穩定，如此可將一微電網將多餘再生能源發電量提供給另一微電網，以達到孤島互連，所有微電網MG1至微電網MG5穩定供電。
例如，當任一微電網MG1至微電網MG5當中一個微電網 再生能源發電量大於負載與儲能系統需求量且所有微電網再生能源發電量總合大於負載與與儲能系統總需求量時，任一微電網MG1至微電網MG5電壓過高造成微電網不穩定，如此可將部份再生能源切離，且任一微電網MG1至微電網MG5將多餘再生能源提供給另一微電網，以達到孤島互連，所有微電網MG1至微電網MG5穩定供電。
例如，當所有微電網MG1至微電網MG5分散式能源發電 量皆大於負載需求量時，使各微電網MG1至微電網MG5獨立運作，以達到孤島獨立，所有微電網MG1至微電網MG5皆穩定供電。
例如，當多個微電網MG1至微電網MG5任一個微電網分 散式能源發電量小於負載需求量，且所有微電網MG1至微電網MG5分散式能源發電量總合大於微電網負載總需求量，任一微電網功率不平衡造成系統崩潰，如此可將其中一微電網支援另一微電網，以達到孤島互連，所有微電網MG1至微電網MG5穩定供電。
例如，當多個微電網MG1至微電網MG5任一個微電網分 散式能源發電量小於負載需求量，多微電網MG1至微電網MG5分散式能源發電量總合小於微電網負載總需求量時，其中一微電網強行提供另一個微電網電能將造成兩個系統同時崩潰，如此可任一微電網非必要負載進行卸載，另一微電網支援其微電網，以達到孤島互連，所有微電網MG1至微電網MG5穩定供電。
因此，藉如上述的操作模式，可適當的控制與電力分配，同 時解決多個微電網MG1至微電網MG5供需不平衡與再生能源過剩問題，讓多個微電網MG1至微電網MG5皆能正常運作。
請參閱圖6，其係為本發明之多微電網供電系統之第一實施例之流程圖。本實施例可包含下列步驟：
在步驟Step 1中，判斷市電是否中斷，若是，則進入步驟Step 2。
在步驟Step 2中，判斷各個微電網之再生能源裝置之功率是否都大於負載與儲能裝置之功率總和；若是，則進入步驟Step 3；若否，則進入步驟Step 4。
在步驟Step 3中，將任一個微電網之再生能源裝置進行卸載，並回到步驟Step 1。
在步驟Step 4中，判斷是否有任一個微電網之再生能源裝置之功率是否大 於負載與儲能裝置之功率總和；若是，則進入步驟Step 5；若否，則進入步驟Step 6。
在步驟Step 5中，判斷各個微電網之再生能源裝置之功率是否大於負載與儲能裝置之功率總和；若是，則回到步驟Step 3；若否，則進入步驟Step 6。
在步驟Step 6中，判斷各個微電網之總發電量是否都大於總負載功率；若是，則多微電網供電系統進入孤島獨立狀態；若否，則進入步驟Step 7。
在步驟Step 7中，判斷是否有任一個微電網之總發電量大於總負載功率；若是則進入步驟Step 8；若否，則進入步驟Step 9。
在步驟Step 8中，判斷各個微電網之總發電量是否大於總負載功率；若是，則多微電網供電系統進入孤島併聯狀態；若否，則進入步驟Step 9。
在步驟Step 9中，將任何一個微電網之非必要負載進行卸載，並回到步驟Step 7。
綜上所述，本發明多個微電網可相互整合構成所謂的多微電 網互連運轉之供電架構，孤島模式下，各微電網間能保持相互補充、相互依存的關係，使數個不同區域的微電網組成一個新的微電網。
本發明提出多微電網系統之控制協調策略，使多個微電網間 能保持相互補充、相互依存的關係，將數個不同區域的微電網組成一個新的微電網，解決供需平衡、電力不足以及電力過剩等問題；而當供需不平衡導致系統發生故障時，會自動切斷各微電網的連接，變成獨立可自行控制的系統繼續運轉。
本發明在當多個微電網再生能源發電量皆大於負載需求量 時，可達成孤島互連，所有微電網穩定供電，避免所有微電網崩潰。
本發明在當任一微電網再生能源發電量大於負載與儲能系 統需求量，但所有微電網再生能源發電量總合小於所有微電網負載與儲能系統總需求量時，可達成孤島互連，所有微電網穩定供電，避免所有微電網崩潰。
本發明在當多微電網任一個微電網再生能源發電量大於負 載與儲能系統需求量且所有微電網再生能源發電量總合大於負載與與儲能系統總需求量，可達成孤島互連，所有微電網穩定供電，避免所有微電網崩潰。
本發明在當多微電網中任一微電網分散式能源發電量小於 負載需求量，且所有微電網分散式能源發電量總合大於微電網負載總需求量時，可達成孤島互連，讓所有微電網皆穩定供電，避免有不穩定之微電網崩潰。
本發明在當多微電網中任一微電網分散式能源發電量小於 負載需求量，但多微電網分散式能源發電量總合小於負載總需求量時，可達成孤島互連，讓所有微電網皆穩定供電，避免有不穩定之微電網崩潰。
本發明在當所有微電網分散式能源發電量皆大於負載需求 量時，可達成各微電網獨立運作。因此，本發明可在上述各種不同的情況下使系統達到穩定的狀態，不會產生微電網崩潰的情況。
可見本發明在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功 效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本 發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。
4‧‧‧多微電網系統
40‧‧‧市電
S0‧‧‧市電開關
MG1‧‧‧微電網
MG2‧‧‧微電網
MG5‧‧‧微電網
RD‧‧‧再生能源裝置
SD‧‧‧儲能裝置
GD‧‧‧發電裝置
LD‧‧‧負載
MS‧‧‧微電網開關

Claims (5)

  1. 一種多微電網供電控制方法，係用於控制一多微電網供電系統，該多微電網供電系統係包含複數個微電網，包含下列步驟：步驟1：判斷一市電是否中斷，若是，則進入步驟2；步驟2：判斷各個該微電網之再生能源裝置之功率是否都大於負載與儲能裝置之功率總和；若是，則進入步驟3；若否，則進入步驟4；步驟3：將任一個該微電網之再生能源裝置進行卸載，並回到步驟1；步驟4：判斷是否有任一個該微電網之再生能源裝置之功率是否大於負載與儲能裝置之功率總和；若是，則進入步驟5；若否，則進入步驟6；步驟5：判斷各個該微電網之再生能源裝置之功率是否大於負載與儲能裝置之功率總和；若是，則回到步驟3；若否，則進入步驟6；以及步驟6：判斷各個該微電網之總發電量是否都大於總負載功率；若是，則該多微電網供電系統進入孤島獨立狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多微電網供電方法，其中步驟6更包含下列步驟：步驟6：判斷各個該微電網之總發電量是否都大於總負載功率；若否，則進入步驟7。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之多微電網供電方法，更包含下列步驟：步驟7：判斷是否有任一個該微電網之總發電量大於總負載功率；若是則進入步驟8；若否，則進入步驟9。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之多微電網供電方法，更包含下列步驟：步驟8：判斷各個該微電網之總發電量是否大於總負載功率；若是，則該多微電網供電系統進入孤島併聯狀態；若否，則進入步驟9。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之多微電網供電方法，更包含下列步驟：步驟9：將任何一個該微電網之負載進行卸載，並回到步驟7。
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