TWI611646B - 混合式再生能源發電系統 - Google Patents

Description

混合式再生能源發電系統

本發明是有關於一種發電系統，特別是指一種混合式再生能源發電系統。

近年來因全球暖化及日本311大地震之影響，世界各國除降低石化燃料發電之外，也降低核能發電之佔比，對此我國也開始逐漸減少對石化燃料及核能發電的依賴，且透過政府法規調整及補助來大力推廣住宅用戶裝設再生能源發電系統來產生再生能源，並將所產生的再生能源與所對應的一交流電網進行併網。

然而，目前配電系統中，由於每一交流電網可接收的再生能源的量有限，且習知再生能源發電系統又無法提升所對應的該交流電網的再生能源併網量，因此習知再生能源發電系統具有難以達到提高所對應的該交流電網之再生能源發電佔比的問題。

因此，本發明的目的，即在提供一種能夠克服先前技術缺點的混合式再生能源發電系統。

於是，本發明混合式再生能源發電系統與一交流電網併網連接，該混合式再生能源發電系統包含一太陽光電面板、一智慧換流裝置及一決策控制裝置。

該太陽光電面板用於接收一太陽光能，並將該太陽光能轉換成一直流電力。

該智慧換流裝置電連接在該太陽光電面板及該交流電網之間，接收來自該太陽光電面板之該直流電力，且將該直流電力轉換成一交流電力，並將該交流電力輸出至該交流電網，該智慧換流裝置還偵測該交流電網的電壓並產生一追隨該交流電力變化的電壓量測值。

該決策控制裝置電連接該智慧換流裝置以接收該電壓量測值，並判斷該電壓量測值是否大於一預設電壓值，當判斷結果為是時，則該決策控制裝置產生一第一控制信號並輸出至該智慧換流裝置，以使該智慧換流裝置根據該第一控制信號對該交流電力進行一虛功率調控。

本發明之功效在於：藉由該智慧換流裝置進行該虛功率調控，可使該電壓量測值小於該預設電壓值，使得該交流電力可併入該交流電網的量提升，因此本發明混合式再生能源發電系統具有可提升該交流電網的該交流電力併網量的功效。

參閱圖1，本發明混合式再生能源發電系統1的實施例與一交流(Alternating Current，AC)電網10併網連接，且該混合式再生能源發電系統1包含一太陽光電面板11、一日照計12、一儲能裝置13、一雙向轉換裝置14、一智慧換流裝置15及一決策控制裝置16。

該太陽光電面板11用於接收一太陽光能，並將該太陽光能轉換成一直流電力。

該日照計12用於接收該太陽光能並據以產生一指示太陽光強度的日照資訊。

該儲能裝置13用於儲存直流電力。

該雙向轉換裝置14電連接該儲能裝置13、該智慧換流裝置15及該太陽光電面板11。該雙向轉換裝置14偵測該儲能裝置13以產生一指示該儲能裝置13之儲能狀況的儲能資訊。

該智慧換流裝置15電連接在該太陽光電面板11及該交流電網10之間，接收來自該太陽光電面板11之該直流電力，且將該直流電力轉換成一交流電力，並將該交流電力輸出至該交流電網10。該智慧換流裝置15偵測該交流電網10的電壓並產生一追隨該交流電力變化的電壓量測值，且偵測該太陽光電面板11所轉換出的該直流電力，並產生一追隨該直流電力變化的電力量測值。

該決策控制裝置16電連接該日照計12、該雙向轉換裝置14及該智慧換流裝置15，接收來自該日照計12之該日照資訊、來自該雙向轉換裝置14之該儲能資訊，及來自該智慧換流裝置15之該電壓量測值及該電力量測值。該決策控制裝置16根據該日照資訊來得到一再生能源發電推估值，並將該再生能源發電推估值與該電力量測值進行比較 ，以得到一指示該智慧換流裝置15是否故障的故障資訊。該決策控制裝置16判斷該電壓量測值是否大於一預設電壓值，當判斷結果為是時，則該決策控制裝置16產生一第一控制信號並輸出至該智慧換流裝置15，以使該智慧換流裝置15根據該第一控制信號對該交流電力進行一虛功率調控。當該智慧換流裝置15對該交流電力進行該虛功率調控後，且該決策控制裝置16判斷出該電壓量測值仍大於該預設電壓值時，則該決策控制裝置16產生一指示充電的第二控制信號並輸出至該雙向轉換裝置14，以使該雙向轉換裝置14將該直流電力中多餘的直流電力儲存至該儲能裝置13。此外，當該決策控制裝置16判斷出該電壓量測值小於該預設電壓值時，則該決策控制裝置16所產生的該第二控制信號指示放電，以使該雙向轉換裝置14將該儲能裝置13所儲存的直流電力輸出至該智慧換流裝置15，使得該智慧換流裝置15根據來自該太陽光電面板的該直流電力及該儲能裝置13所輸出的直流電力轉換出該交流電力。

需說明的是，在本實施例中，該決策控制裝置16係經由一通訊介面(圖未示)與該雙向轉換裝置14及該智慧換流裝置15連接。該預設電壓值例如，為台電規定之該交流電網10的標稱電壓的1.03倍(如，該交流電網10的標稱電壓為220V，則該預設電壓值為220×1.03=226.6V)。該智慧換流裝置15係根據該第一控制信號調整該交流電力的電壓及電流間的一相位差來進行該虛功率調控。

在本實施例中，該交流電網10的電壓值Vac(即，該電壓量測值)可由下式獲得： Vac

RP+jXQ Q=V ₁×I ₁×sinθ =V ₁×I ₁×(1-cos ²θ) ^1/2其中，R是一變壓器101的阻抗，P是該交流電網10中的實功率，X是該變壓器101的感抗，Q是該交流電網10中的虛功率，V ₁、I ₁分別是該交流電力的電壓及電流，θ是該交流電力的電壓V ₁及電流I ₁間的該相位差，cosθ是功率因數。

由上式可知，該交流電網10的電壓值Vac正相關於該實功率P及該虛功率Q，又該實功率P包括市電與該交流電力的實功率，而該虛功率Q相關於該交流電力之電壓V ₁及電流I ₁的乘積，故當該交流電力併入該交流電網10的量越多，則該電壓值Vac越大。然而，台電規定該交流電力可併入該交流電網10的量僅止於該電壓值Vac等於該預設電壓值，若該交流電力併入該交流電網10的量使該電壓值Vac大於該預設電壓值時，則該交流電力可併入該交流電網10的量就無法再提升。因此，當該電壓值Vac大於該預設電壓值時，若將該虛功率Q調控，則可使該電壓值Vac小於該預設電壓值，以致該預設電壓值與該電壓值Vac的差增加，使得該交流電力可再併入該交流電網10的量繼續提升。因此，藉由該智慧換流裝置15調整該交流電力的電壓V ₁及電流I ₁間的該相位差θ來進行該虛功率調控(即，將電壓V ₁的相位減電流I ₁的相位所產生的該相位差θ調降)，以吸收系統虛功率Q，確實具有提升該交流電力可併入該交流電網10的量之功效。

以下舉例說明本發明混合式再生能源發電系統1的操作，且該智慧換流裝置15未對該交流電力進行該虛功率調控前，該交流電力可併入該交流電網10的量，例如，10kW。也就是說，該交流電網10最多可併入10kW的該交流電力，此時，該電壓量測值等於該預設電壓值，若該交流電網10併入的該交流電力大於10kW，則該電壓量測值會大於該預設電壓值(即，該交流電網10的該電壓值Vac之電壓變動率超過台電規定之3%的限制範圍)。

詳細來說，當該太陽光電面板11所轉換出的該直流電力等於10kW時，該智慧換流裝置15直接根據該直流電力轉換出10kW的該交流電力，並將該交流電力直接併入該交流電網10。

當該太陽光電面板11所轉換出的該直流電力等於8kW時(即，該智慧換流裝置15僅轉換出8kW的該交流電力)，該決策控制裝置16判斷出該電壓量測值小於該預設電壓值，因此該決策控制裝置16產生的該第二控制信號指示放電，以使該雙向轉換裝置14從該儲能裝置13所儲存的該直流電力中輸出2kW的該直流電力至該智慧換流裝置15，使得該智慧換流裝置15根據來自該太陽光電面板的8kW的該直流電力及來自該儲能裝置13的2kW的該直流電力來轉換出10kW的該交流電力，並將該交流電力併入該交流電網10，以使該智慧換流裝置15之該交流電力的輸出穩定。

當該太陽光電面板11所轉換出的該直流電力等於12kW時(即，該智慧換流裝置15轉換出12kW的該交流電力)，該決策控制裝置16判斷出該電壓量測值大於該預設電壓值，因此該決策控制裝置16產生該第一控制信號並輸出至該智慧換流裝置15，以使該智慧換流裝置15對該交流電力進行該虛功率調控，使得該電壓量測值小於該預設電壓值，進而該交流電力可併入該交流電網10的量繼續提升。舉例來說，進行該虛功率調控後，該交流電力可併入該交流電網10的量提升至11kW。然而，該智慧換流裝置15是轉換出12kW的該交流電力，也就是說，進行該虛功率調控後，該決策控制裝置16仍會判斷出該電壓量測值仍大於該預設電壓值，因此該決策控制裝置16產生的該第二控制信號指示充電，以使該雙向轉換裝置14將該太陽光電面板11所轉換出的該直流電力中多餘的直流電力(即，12kW-11kW=1kW)儲存至該儲能裝置13。

綜上所述，上述實施例具有以下優點：

1. 當該電壓量測值大於該預設電壓值時，透過該智慧換流裝置15進行該虛功率調控，可使該電壓量測值小於該預設電壓值，使得該交流電力可再併入該交流電網10的量繼續提升，因此本發明混合式再生能源發電系統1相較於習知再生能源發電系統，具有可提升該交流電網10的該交流電力併網量的功效，可提高該交流電網10中再生能源(即，該交流電力)之佔比。

2. 由於透過該智慧換流裝置15進行該虛功率調控可提升該交流電力併入該交流電網10的量，因此可以再生能源發電做取代，減少傳統石化燃料發電，並達到節能減碳之功效。

3. 當該智慧換流裝置15偵測出該電壓量測值變動過大時，透過該智慧換流裝置15進行該虛功率調控，可降低該電壓量測值變動過大的問題，進而提升用戶之電力品質。

4. 該儲能裝置13可將該太陽光電面板11所轉換出的多餘的直流電力進行儲存，並在該電壓量測值小於該預設電壓值時，將其所儲存的直流電力輸出至該智慧換流裝置15來轉換出該交流電力，如此可穩定該智慧換流裝置15的輸出，同時有效提高本發明混合式再生能源發電系統1的發電效率。此外，由於本發明混合式再生能源發電系統1之再生能源電力皆可售出，故可進一步提高住宅用戶裝設本發明混合式再生能源發電系統1之意願。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

1‧‧‧混合式再生能源發電系統

10‧‧‧交流電網

101‧‧‧變壓器

11‧‧‧太陽光電面板

12‧‧‧日照計

13‧‧‧儲能裝置

14‧‧‧雙向轉換裝置

15‧‧‧智慧換流裝置

16‧‧‧決策控制裝置

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一方塊圖，說明本發明混合式再生能源發電系統之一實施例。

1‧‧‧混合式再生能源發電系統

10‧‧‧交流電網

101‧‧‧變壓器

11‧‧‧太陽光電面板

12‧‧‧日照計

13‧‧‧儲能裝置

14‧‧‧雙向轉換裝置

15‧‧‧智慧換流裝置

16‧‧‧決策控制裝置

Claims (7)

1. 一種混合式再生能源發電系統，與一交流電網併網連接，該混合式再生能源發電系統包含：一太陽光電面板，用於接收一太陽光能，並將該太陽光能轉換成一直流電力；一智慧換流裝置，電連接在該太陽光電面板及該交流電網之間，接收來自該太陽光電面板之該直流電力，且將該直流電力轉換成一交流電力，並將該交流電力輸出至該交流電網，該智慧換流裝置還偵測該交流電網的電壓並產生一追隨該交流電力變化的電壓量測值；一決策控制裝置，電連接該智慧換流裝置以接收該電壓量測值，並判斷該電壓量測值是否大於一預設電壓值，當判斷結果為是時，則該決策控制裝置產生一第一控制信號並輸出至該智慧換流裝置，以使該智慧換流裝置根據該第一控制信號對該交流電力進行一虛功率調控；一儲能裝置；及一雙向轉換裝置，電連接該儲能裝置、該決策控制裝置、該智慧換流裝置及該太陽光電面板；當該智慧換流裝置對該交流電力進行該虛功率調控後，且該決策控制裝置判斷出該電壓量測值仍大於該預設電壓值時，則該決策控制裝置產生一指示充電的第二控制信號並輸出至該雙向轉換裝置，以使該雙向轉換裝置將該 直流電力中多餘的直流電力儲存至該儲能裝置。
2. 如請求項1所述的混合式再生能源發電系統，其中，該智慧換流裝置根據該第一控制信號調整該交流電力的電壓及電流間的一相位差來進行該虛功率調控。
3. 如請求項1所述的混合式再生能源發電系統，其中，當該決策控制裝置判斷出該電壓量測值小於該預設電壓值時，則該決策控制裝置所產生並輸出至該雙向轉換裝置的該第二控制信號指示放電，以使該雙向轉換裝置將該儲能裝置所儲存的直流電力輸出至該智慧換流裝置，使得該智慧換流裝置還根據該儲能裝置所輸出的直流電力轉換出該交流電力。
4. 如請求項3所述的混合式再生能源發電系統，其中，該雙向轉換裝置還偵測該儲能裝置以產生一指示該儲能裝置之儲能狀況的儲能資訊，且將該儲能資訊輸出至該決策控制裝置。
5. 如請求項1所述的混合式再生能源發電系統，還包含：一日照計，電連接該決策控制裝置，用於接收該太陽光能並據以產生一指示太陽光強度的日照資訊，且將該日照資訊輸出至該決策控制裝置。
6. 如請求項5所述的混合式再生能源發電系統，其中：該智慧換流裝置還偵測該太陽光電面板所轉換出的該直流電力，並產生一追隨該直流電力變化的電力量測 值，且將該電力量測值輸出至該決策控制裝置；及該決策控制裝置還根據該日照資訊與該電力量測值來提供一故障資訊，該故障資訊用於指示該智慧換流裝置是否故障。
7. 如請求項6所述的混合式再生能源發電系統，其中，該決策控制裝置根據該日照資訊來得到一再生能源發電推估值，並將該再生能源發電推估值與該電力量測值進行比較，以得到該故障資訊。