TWM495032U - 儲能式微電網系統 - Google Patents

Description

儲能式微電網系統

本創作係有關於一種微電網系統，特別是有關於一種具有儲能功能的微電網系統。

全球暖化(global warming)是目前全人類所共同面臨最嚴重的環境問題。地表溫度的增加大多是因人類活動時所排放的溫室氣體所造成。再者，傳統石化能源日益枯竭以及其被利用時所造成的環境污染，已為人類的永續生存帶來了很大的危機。因此，在石化能源有限以及全球暖化的情況下，當務之急就是要減少對非再生性能源的消耗。

有鑑於此，本創作提供一種儲能式微電網系統，其接收再生能源所提供的再生電力，並根據再生電力產生一輔助電力予外部負載，以減少市電的用量。再者，當再生能源處於發電高峰時，本創作之儲能式微電網系統儲存多餘的電力，待外部負載的用電量增加時，將儲存電力併聯市電，一起供電予外部負載。

為達到上述目的，本創作的儲能式微電網系統包括一再生能源裝置、一充電電池裝置、一微電網以及一管理裝置。再生能源裝置提供一再生電力。充電電池裝置儲存一充電 電力，或提供一放電電力。管理裝置耦接再生能源裝置、充電電池裝置以及微電網。微電網接收一輔助電力以及一市電，並提供一驅動電力予一第一負載。管理裝置根據再生電力、充電電池裝置的充電容量以及驅動電力之至少一者，接收並轉換再生電力及放電電力之至少一者，用以提供一輔助電力與充電電力之至少一者。

為讓本創作之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧儲能式微電網系統

102‧‧‧再生能源裝置

104‧‧‧充電電池裝置

106‧‧‧電力公司

108‧‧‧微電網

110‧‧‧管理裝置

112、114‧‧‧負載

202‧‧‧電力轉換器

204‧‧‧能量管理器

212、214、216、218‧‧‧轉換器

S_C1 ~S_C4 ‧‧‧控制信號

P_RN ‧‧‧再生電力

P_CH ‧‧‧充電電力

P_DCH ‧‧‧放電電力

P_AC ‧‧‧市電

P_AX ‧‧‧輔助電力

P_DR 、P_UD ‧‧‧驅動電力

SOC‧‧‧充電容量

VA₁ 、VA₂ ‧‧‧容量值

第1圖為本創作之儲能式微電網系統之示意圖。

第2圖為本創作之管理裝置之一可能實施例示意圖。

第3及4圖為本創作管理裝置110的可能動作示意圖。

第1圖為本創作之儲能式微電網系統之示意圖。如圖所示，儲能式微電網系統100包括，一再生能源裝置102、一充電電池裝置104、一電力公司106、一微電網108、一管理裝置110以及負載112與114。本創作並不限定負載112與114的種類。在一可能實施例中，負載112係為一通訊基地台、一雲端運算貨櫃中心、一醫療中心、一廣播電台發射站、一電動車充電站或是一家用電器。在另一可能實施例中，負載114係為一緊急負載，如緊急出口指示燈、不斷電系統或是緊急照明設備…等。在其它實施例中，儲能式微電網系統100僅具有負載112。

再生能源裝置102根據外部再生能源，提供一再生電力P_RN 。本創作並不限定再生能源裝置102的種類。舉例而言，再生能源裝置102可為一太陽能發電系統、風力發電系統、水力發電系統。在本實施例中，再生電力P_RN 係為一直流電力，但並非用以限制本創作。在其它實施例中，再生電力P_RN 係為一交流電力。為方便說明，以下將以太陽能發電系統為例。

充電電池裝置104儲存一充電電力P_CH ，或提供一放電電力P_DCH 。本創作並不限定充電電池裝置104的種類。只要具有充電功能的電池均可作為充電電池裝置104。在一些實施例中，充電電池裝置104係由複數充電電池所構成，該等充電電池可能係並聯或串聯在一起。另外，充電電池裝置104具有一電量偵測器(未顯示)，用以偵測充電電池的充電容量(State of Charge；SOC)。在其它實施例中，充電電池裝置104更具有其它偵測器(未顯示)，用以偵測電池的充電電流、溫度及電壓。

管理裝置110耦接再生能源裝置102、充電電池裝置104以及微電網108。微電網108接收來自電力公司106的市電P_AC 以及一輔助電力P_AX ，並提供一驅動電力P_DR 予負載112。在本實施例中，管理裝置110根據再生電力P_RN 、充電電池裝置104的充電容量以及驅動電力P_DR 之至少一者，接收並轉換再生電力P_RN 及放電電力P_DCH 之至少一者，用以提供輔助電力P_AX 與充電電力P_CH 之至少一者。

在本實施例中，管理裝置110以再生能量是否充足作為儲能管理的依據。舉例而言，當再生能源裝置102的發電量大於負載112的用電量時，對充電電池裝置104進行充電；當 再生能源裝置102的發電量小於負載112的用電量時，則不對充電電池裝置104進行充電。在一可能實施例中，管理裝置110擷取充電電池裝置104的電力，用以與再生能源裝置102一起提供輔助電力P_AX 。因此，可增加再生能源裝置102的使用效率。再者，在低電價時段，管理裝置110對充電電池裝置104進行充電，用以降低用電成本。稍後將詳細說明管理裝置110的動作原理。

第2圖為本創作之管理裝置之一可能實施例示意圖。如圖所示，管理裝置110包括一電力轉換器202以及一能量管理器204。電力轉換器202根據控制信號S_C1 ~S_C4 轉換接收到的電力以及輸出相對應的電力。在本實施例中，電力轉換器202包括轉換器212、214、216及218。

轉換器212根據控制信號S_C1 轉換再生電力P_RN ，並將轉換後的結果提供予匯流排220。在一可能實施例中，若再生電力P_RN 係為一直流電力，則轉換器212係為一直流/直流轉換器(DC/DC converter)。在另一可能實施例中，若再生電力P_RN 係為一交流電力，則轉換器212係為一交流/直流轉換器(AC/DC converter)。

轉換器214根據控制信號S_C2 將匯流排220上的電力轉換成充電電力P_CH ，或是擷取充電電池裝置104的電力，用以得到一放電電力P_DCH ，再轉換放電電力P_DCH ，並將轉換後的結果提供至匯流排220。在一可能實施例中，轉換器214係為一雙向電力轉換器(Bi-directional converter)，用以轉換匯流排220與充電電池裝置104的電力。

轉換器216根據控制信號S_C3 將匯流排220上的電力轉換成輔助電力P_AX ，或是轉換市電P_AC ，並將轉換後的結果提供至匯流排220。在一可能實施例中，轉換器216係為一雙向電力逆變器，用以將匯流排220的電力由直流電轉換成交流電，或是將市電P_AC 由交流電轉換成直流電。

轉換器218根據控制信號S_C4 將匯流排220上的電力轉換成驅動電力P_UD ，並提供驅動電力P_UD 予負載114。在本實施例中，當電力公司106無法正常提供市電P_AC 時，管理裝置110提供驅動電力P_UD 予負載114，用以驅動緊急設備。

本創作並不限定轉換器218的種類。在一可能實施例中，若負載114係為一直流負載，則轉換器218係為一DC/DC轉換器。在另一可能實施例中，若負載114係為一交流負載，則轉換器218係為一DC/AC轉換器。

能量管理器204產生控制信號S_C1 ~S_C4 ，用以進行能量調度，並可增加再生能源使用效率、降低用電成本及提供緊急電力。在其它實施例中，能量管理器204依據偵測信號S_DT 產生控制信號S_C1 ~S_C4 。在一可能實施例中，偵測信號S_DT 係表示充電電池裝置104的狀態，如充電電量、電流、電壓及/或溫度。

第3圖為本創作管理裝置110的一可能動作示意圖。如圖所示，當充電電池裝置104的充電容量SOC小於容量值VA₁ 時，管理裝置110根據再生能源裝置(此處以太陽能發電系統為例)所產生的再生電力P_RN ，產生充電電力P_CH 。

舉例而言，在晴天或是多雲時，太陽能發電系統所產生的再生電力足以對電池充電。因此，管理裝置110轉換 太陽能發電系統所產生的再生電力P_RN ，用以產生充電電力P_CH 。然而，在夜間時，太陽能發電系統的發電能力較為薄弱，故管理裝置110不轉換再生電力P_RN 。在一可能實施例中，管理裝置110停止產生充電電力P_CH 。在另一可能實施例中，管理裝置110轉換市電P_AC ，用以產生充電電力P_CH 。

在其它實施例中，管理裝置110具有一計時器(未顯示)，用以判斷目前的時間係為電費高價或低價時段。當再生電力P_RN 小於一再生臨界值時，管理裝置110根據計時器的計數值，用以在電費低價時段，轉換市電P_AC ，產生該充電電力。在另一可能實施例中，若處於電費高價時段，管理裝置110不提供充電電力P_CH 。

當充電電池裝置104的充電容量SOC大於容量值VA₁ 但小於容量值VA₂ 時，管理裝置110根據太陽能發電系統所產生的再生電力P_RN 以及負載112的使用狀態，產生充電電力P_CH 及輔助電力P_AX 之至少一者。

舉例而言，在晴天時，太陽能發電系統處於發電高峰。當再生電力P_RN 足以應付負載112所需的電力時，管理裝置110轉換再生電力P_RN ，用以產生輔助電力P_AX 與充電電力P_CH 。當再生電力P_RN 約略等於負載112所需的電力，則管理裝置110僅僅產生輔助電力P_AX ，而不對充電電池裝置104充電。在此例中，由於不需轉換再生電力P_RN 以產生充電電力P_CH ，也不需轉換充電電力P_CH 以產生輔助電力，故可減少兩次的電力轉換，以避免不必要的能量損耗。

在多雲時，太陽能發電系統產生的再生電力P_RN 較 低，因此，管理裝置110轉換再生電力P_RN ，用以產生充電電力P_CH 。此時，若負載112為重載時，則管理裝置110可擷取充電電池裝置104的電力，用以得到放電電力P_DCH ，並轉換放電電力P_DCH ，產生輔助電力P_AX 予微電網108。在其它實施例中，管理裝置110不擷取充電電池裝置104的電力，而轉換再生電力P_RN ，用以產生輔助電力P_AX 。

在夜間時，太陽能發電系統的發電能力薄弱，故管理裝置110擷取充電電池裝置104的電力，用以得到放電電力P_DCH ，並轉換放電電力P_DCH ，用以產生輔助電力P_AX 予微電網108。在其它實施例中，管理裝置110可在電費低價時段，擷取並轉換市電P_AC ，用以產生充電電力P_CH 。

當充電電池裝置104的充電容量SOC大於容量值V_A2 時，管理裝置110根據太陽能發電系統所產生的再生電力P_RN ，產生輔助電力P_AX 。舉例而言，在晴天及多雲時，管理裝置110轉換再生電力P_RN ，用以產生輔助電力P_AX 。在夜間時，太陽能發電系統的發電能力薄弱並且充電電池裝置104的電量足夠，故管理裝置110不產生充電電力P_CH 。在一可能實施例中，管理裝置110擷取充電電池裝置104的放電電力P_DCH ，並轉換放電電力P_DCH ，用以產生輔助電力P_AX ，以降低市電的需求。

第4圖為本創作管理裝置110的另一可能動作原理。在本實施例中，當再生能源裝置102非發電高峰時，管理裝置110根據負載的使用狀況，進行電力流向調整。舉例而言，當負載112為輕載(即驅動電力P_DR 小於一預設值)時，則管理裝置110停止提供充電電力P_CH 。即使充電電池裝置104具有足夠電 力，管理裝置110也不擷取充電電池裝置104的電力。在一可能實施例中，管理裝置110僅僅轉換再生電力P_RN ，用以產生輔助電力P_AX 。此時，再生電力並聯市電，與市電同步供電予負載112。在其它實施例中，管理裝置110不轉換再生電力P_RN 。

當負載112為重載(即驅動電力P_DR 大於預設值)時，則管理裝置110擷取充電電池裝置104的電力，並轉換放電電力P_DCH ，用以產生輔助電力P_AX 。在此例中，將電池的電力透過市電併網型逆變器輸出至微電網，並聯市電後與市電同步供電予負載112使用。

在其它實施例中，管理裝置110係根據市電P_AC 的狀況，決定電力的分配。舉例而言，當市電斷電時，管理裝置110啟動獨立供電模式。在獨立供電模式下，由再生能源裝置102及/或充電電池裝置104提供電力作為備援電力。在一可能實施例中，管理裝置110轉換再生電力P_RN 及/或放電電力P_DCH ，用以產生驅動電力P_UD 予負載114。在另一可能實施例中，當充電電池裝置104的充電電量SOC低於20%時，管理裝置110僅轉換再生電力P_RN 。

由於管理裝置係根據外部再生能源充足與否作為儲能管理的依據，故可達到主動式管理儲能的功能。當再生能源充足時，儲存多餘的再生能源，以增加再生能源的使用效率。另外，管理裝置根據再生能源的發電量，充電電池的狀態、負載的用電量以及市電狀態，進行能量調度，因而降低用電成本並可適當地提供緊急電力。

雖然本創作已以較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧儲能式微電網系統

102‧‧‧再生能源裝置

104‧‧‧充電電池裝置

106‧‧‧電力公司

108‧‧‧微電網

110‧‧‧管理裝置

112、114‧‧‧負載

P_RN ‧‧‧再生電力

P_CH ‧‧‧充電電力

P_DCH ‧‧‧放電電力

P_AC ‧‧‧市電

P_AX ‧‧‧輔助電力

P_DR ‧‧‧驅動電力

Claims (10)

1. 一種儲能式微電網系統，包括：一再生能源裝置，提供一再生電力；一充電電池裝置，儲存一充電電力，或提供一放電電力；一微電網，接收一輔助電力以及一市電，並提供一第一驅動電力予一第一負載；一管理裝置，耦接該再生能源裝置、該充電電池裝置以及該微電網，其中該管理裝置根據該再生電力、該充電電池裝置的充電容量以及該第一驅動電力之至少一者，接收並轉換該再生電力及該放電電力之至少一者，用以提供該輔助電力與該充電電力之至少一者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之儲能式微電網系統，其中當該充電電池裝置的充電容量小於一第一容量值時，該管理裝置轉換該再生電力，用以產生該充電電力。
3. 如申請專利範圍第2項所述之儲能式微電網系統，更包括一計時器，當該再生電力小於一再生臨界值時，該管理裝置根據該計時器的計數值，轉換該市電，用以產生該充電電力。
4. 如申請專利範圍第1項所述之儲能式微電網系統，其中當該充電電池裝置的充電容量大於該第一容量值並小於一第二容量值時，該管理裝置轉換該再生電力，用以產生該輔助電力。
5. 如申請專利範圍第4項所述之儲能式微電網系統，其中該 管理裝置更轉換該再生電力，用以產生該充電電力。
6. 如申請專利範圍第4項所述之儲能式微電網系統，其中該管理裝置不產生該充電電力。
7. 如申請專利範圍第1項所述之儲能式微電網系統，其中當該再生電力小於一再生臨界值並且該第一驅動電力大於一預設值時，該管理裝置根據該放電電力，產生該輔助電力。
8. 如申請專利範圍第7項所述之儲能式微電網系統，其中當該再生電力小於該再生臨界值並且該第一驅動電力未大於該預設值時，該管理裝置停止產生該輔助電力及該充電電力。
9. 如申請專利範圍第1項所述之儲能式微電網系統，更包括一第二負載，其中當該微電網未接收到該市電時，該管理裝置轉換該再生電力及該放電電力之至少一者，用以產生一第二驅動電力，並提供該第二驅動電力予該第二負載。
10. 如申請專利範圍第9項所述之儲能式微電網系統，其中當該充電電池裝置的充電容量小於該第一容量值時，該管理裝置僅轉換該再生電力，用以產生該第二驅動電力。