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CN104979822A - 智能微电网电力质量管理的操作系统 - Google Patents

智能微电网电力质量管理的操作系统 Download PDF

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CN104979822A
CN104979822A CN201410168088.8A CN201410168088A CN104979822A CN 104979822 A CN104979822 A CN 104979822A CN 201410168088 A CN201410168088 A CN 201410168088A CN 104979822 A CN104979822 A CN 104979822A
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CN
China
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power
phase
microgrid
operating system
control signal
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CN201410168088.8A
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张锐明
李庭官
陈智荣
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Chung Hsin Electric and Machinery Manufacturing Corp
Original Assignee
Chung Hsin Electric and Machinery Manufacturing Corp
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Publication date
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Abstract

一种智能微电网电力质量管理的操作系统,包括一供电单元、一第一微电网、一第二微电网、一第三微电网以及一能量管理单元。供电单元用以产生第一相交流电力、第二相交流电力以及第三相交流电力。第一微电网接收第一相交流电力,并耦接第一负载。第二微电网接收第二相交流电力,并耦接第二负载。第三微电网接收第三相交流电力,并耦接第三负载。能量管理单元检测第一、第二及第三微电网的电力,用以产生第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号。供电单元根据第一、第二及第三控制信号,产生至少一辅助电力给第一、第二及第三微电网的至少一个。

Description

智能微电网电力质量管理的操作系统
技术领域
本发明涉及一种操作系统,特别涉及一种具有智能微电网电力质量管理微电网(micro-grid)的操作系统。
背景技术
在目前的许多管理系统中,大多只是供电给微电网,但却未对微电网的供电质量进行管理。当微电网的供电质量恶化时,很容易对负载端造成影响,如烧毁。
发明内容
本发明提供一种智能微电网电力质量管理的操作系统,包括一供电单元、一第一微电网、一第二微电网、一第三微电网以及一能量管理单元。供电单元用以产生一第一相交流电力、一第二相交流电力以及一第三相交流电力。第一微电网接收第一相交流电力,并耦接一第一负载。第二微电网接收第二相交流电力,并耦接一第二负载。第三微电网接收第三相交流电力,并耦接一第三负载。能量管理单元检测第一、第二及第三微电网的电力,用以产生一第一控制信号、一第二控制信号以及一第三控制信号。供电单元根据第一、第二及第三控制信号,产生至少一辅助电力给第一、第二及第三微电网的至少一个。
为让本发明的特征和优点能更明显易懂,下文特举出优选实施例,并配合附图,作详细说明如下:
附图说明
图1为本发明的智能微电网电力质量管理的操作系统的示意图。
图2为无效功率示意图。
图3为本发明的能量管理单元的一可能实施例
图4为本发明的产生模块的一可能实施例。
图5为本发明的产生模块的一可能实施例。
【符号说明】
100:操作系统;              MG1-MG3:微电网;
110-130、571~573:负载;    140:供电单元;
150:能量管理单元;          P1-P3:相交流电力;
141、142:产生模块;         SC1-SC4:控制信号;
T1:期间;                   310:电网检测器;
320:补偿器;                Ref1、Ref2:期望值;
MC1、MC2:主要成分;         410:再生能源端;
420、541、542:转换器;      VO:输出电力;
510:直流产生模块;          520:交流产生模块;
530:处理模块;              551、552:双向转换模块;
561、562:储能模块;         537-539:反相模块;
580:高压总线;              590:低压总线;
534-536:脉宽调制产生模块。
具体实施方式
图1为本发明的智能微电网电力质量管理的操作系统的示意图。本发明并不限定操作系统100的种类。举例而言,操作系统100为一家用电力管理系统、一工厂大楼电力管理系统或是一基站电力管理系统。如图所示,操作系统100包括微电网MG1-MG3、一供电单元140以及一能量管理单元150。
微电网MG1-MG3分别耦接负载110-130,用以提供相交流电力P1-P3给负载110-130。相交流电力P1-P3的相位差为120°。在本实施例中,负载110-130为交流负载,如三相电动机。
供电单元140产生相交流电力P1-P3。在本实施例中,供电单元140包括产生模块141及142。产生模块141根据控制信号SC4产生相交流电力P1给微电网MG1,产生模块142产生相交流电力P2及P3给微电网MG2及MG3,但并非用以限制本发明。在另一实施例中,产生模块141产生两相交流电力,而产生模块142产生一相交流电力,或是产生模块141产生三相交流电力,而产生模块142不产生相交流电力。不论产生模块142是否产生相交流电力,在一可能实施例中,产生模块142产生三辅助电力给微电网MG1~MG3
产生模块142根据控制信号SC1-SC3的至少一个,产生至少一辅助电力给微电网MG1-MG3的至少一个。举例而言,产生模块142根据控制信号SC1,产生一辅助电力给微电网MG1,用以稳定微电网MG1的供电质量。
举例而言,当微电网MG1-MG3的任何一个的电力不平衡时,产生模块142根据相对应的控制信号,产生一相对应的辅助电力给不平衡的微电网,用以维持微电网MG1-MG3的电力,以避免负载110-130因微电网MG1-MG3的电力不平衡而被烧毁。
能量管理单元150检测微电网MG1-MG3的电压状态及电流状态,并根据检测结果,产生控制信号SC1-SC3。在一可能实施例中,能量管理单元150计算微电网MG1-MG3的功率状态,再根据微电网MG1-MG3的功率状态,产生控制信号SC1-SC3。在本实施例中,单一能量管理单元150检测微电网MG1-MG3的电压状态及电流状态。在其它实施例中,操作系统100具有三能量管理单元,分别检测微电网MG1-MG3的电压状态及电流状态。
另外,在本实施例中,能量管理单元150直接检测微电网MG1-MG3的电压状态及电流状态。在其它实施例中,能量管理单元150间接检测微电网MG1-MG3的电压状态及电流状态。举例而言,能量管理单元150通过产生模块142,检测微电网MG1-MG3的电压状态及电流状态,用以产生控制信号SC1-SC3
产生模块142根据控制信号SC1-SC3,提供辅助电力给微电网MG1-MG3,用以减少产生模块141的供电量。举例而言,若能量管理单元150得知微电网MG1-MG3的功率分别为5W、4W、3W时,能量管理单元150藉由控制信号SC1-SC3,适当地调配产生模块142所产生的辅助电力,用以减少产生模块141的输出电力。在一可能实施例中,产生模块142提供3W、2W、1W的辅功电力给微电网MG1-MG3。由于产生模块142提供一辅助电力给微电网MG1,故产生模块141的输出功率可由原本的5W降低为2W。
在一可能实施例中,能量管理单元150通过控制信号SC4,调整产生模块141的供电量,用以产生一调整电力。在本实施例中,负载110所接收到的相交流电力P1为调整电力与产生模块142所产生的辅助电力的总合。换句话说,负载110所需的电力由产生模块141及142所提供。
另外,当产生模块141不稳定时,微电网MG1的电力将发生变化,造成负载110无法正常运作。此时,能量管理单元150可根据微电网MG1的电力变化,令产生模块142提供一辅助电力给微电网MG1,用以稳定微电网MG1的电力。
在其它实施例中,能量管理单元150可判断负载110-130的种类。举例而言,能量管理单元150根据微电网MG1-MG3的电压状态及电流状态,判断负载110-130是否为电感性负载。当负载110-130中一个为电感性负载时,将造成无效功率(或称虚功)。此时,能量管理单元150藉由相对应的控制信号SC1-SC3,令产生模块142提供一辅助电力,以改善无效功率的大小。
请参考图2,假设负载110为电感性负载时,负载110会先接收到电压,在期间T1后,负载110才会接收到电流。在期间T1内,由于负载110尚未接收到电流,因此,负载110不会动作,直到接收到电流后,负载110才会开始动作。然而,在期间T1内,负载110已接收到电压,但并未开始动作,因而造成无效功率。当期间T1愈长时,则无效功率愈大。
为了避免浪费能量,当无效功率大于一期望值时,能量管理单元150藉由控制信号SC1,令产生模块142在期间T1内提供电流给负载110。在期间T1内,由于负载110可接收到电压及电流,因此,消除无效功率。在一可能实施例中,当产生模块141可正常地提供电流给负载110时,产生模块142便停止提供电流给负载110。在其它实施例中,只要无效功率未大于一期望值,则产生模块142暂不提供辅助电力。当无效功率大于期望值时,能量管理单元150根据无效功率与期望值之间的差值,令产生模块142产生辅助电力给负载110。
请参考图1,在本实施例中,能量管理单元150独立在供电单元140之外,但并非用以限制本发明。在其它实施例中,能量管理单元150整合在供电单元140之中,或是整合在产生模块142之中。
图3为本发明的能量管理单元150的一可能实施例。由于能量管理单元150产生控制信号SC1-SC3的方式均相同,故以下仅针对控制信号SC1说明。在本实施例中,能量管理单元150包括一电网检测器310以及一补偿器320。
电网检测器310检测微电网MG1的电压及电流状态,并根据检测结果得知图2的电压及电流波形。在其它实施例中,电网检测器310可检测微电网MG1-MG3的电压及电流状态。本发明并不限定电网检测器310的内部电路架构。在一可能实施例中,电网检测器310具有至少一电压检测电路以及至少一电流检测电路。
补偿器320根据电网检测器310的输出(如微电网MG1的电压及电流状态),得知图2中的期间T1的大小,并根据期间T1的大小,求得一无效功率量。当无效功率量大于一期望值Ref1时,补偿器320根据无效功率量与期望值Ref1之间的差值,计算出一补偿相位,并根据补偿相位调整一主要成分MC1的相位,用以产生控制信号SC1。在一可能实施例中,主要成分MC1为一正弦波(sine wave)。
在其它实施例中,补偿器320将微电网MG1-MG3的无效功率与三期望值相比较,并根据计算得知的补偿相位,调整相对应的主要相位,用以产生控制信号SC1-SC3。在一可能实施例中,补偿器320计算得知的三补偿相位均不相同。
另外,当微电网MG1-MG3供电给非线性负载时,非线性负载将造成谐波,进而影响微电网MG1-MG3的供电质量。因此,在本实施例中,能量管理单元150根据微电网MG1-MG3的电压状态,判断是否产生谐波现象。当谐波现象发生时,能量管理单元150补偿谐波现象。以图3为例,补偿器320将微电网MG1的电压状态与预期值Ref2作比较,用以判断是否发生谐波现象。
当谐波现象发生时,补偿器320根据谐波现象,产生一补偿成分,并将补偿成分与一主要成分MC2作整合,用以产生控制信号SC1。在另一可能实施例中,当补偿器320根据微电网MG1的电压状态得知一谐波成分时,补偿器320将谐波成分与预期值Ref2作比较。当谐波成分大于预期值Ref2时,补偿器320根据谐波成分计算出一补偿成分,并整合补偿成分与主要成分MC2,用以产生控制信号SC1。在一可能实施例中,主要成分MC2为一正弦波。
在其它实施例中,能量管理单元150具有两不同的补偿器。第一补偿器用以计算补偿无效功率。第二补偿器用以计算补偿谐波成分。
图4为本发明的产生模块141的一可能实施例。在本实施例中,产生模块141为一交流产生模块,用以产生相交流电力P1给微电网MG1。如图所示,产生模块141包括一再生能源端410以及一转换器420。在其它实施例中,产生模块141具有两再生能源端以及两转换器,用以产生二相交流电力(如P1及P2)给两微电网。
再生能源端410根据一外界能量,产生一输出电力VO。本发明并不限定外界能量的种类。在一可能实施例中,外界能量为太阳能或风力。在本实施例中,再生能源端410为一太阳能板(PV Panel)。在其它实施例中,再生能源端410可能为一风力发电机。
转换器420根据控制信号SC4转换输出电力VO,用以产生相交流电力P1-P3的至少一个。在本实施例中,转换器420将输出电力VO由交流型式转换成直流型式,并将转换后的结果(即相交流电力P1)提供给微电网MG1。在一可能实施例中,转换器420为一最大功率跟踪控制器(Maximum Power PointTracking;MPPT)。
在其它实施例中,若产生模块141具有三交流产生模块,便可产生三相交流电力给微电网MG1-MG3。在另一实施例中,产生模块141具有至少一交流产生模块以及至少一直流产生模块,用以产生至少二相交流电力给微电网MG1-MG3的任两者。本发明并不限定直流产生模块的种类。在一可能实施例中,直流产生模块具有燃料电池。
图5为本发明的产生模块142的一可能实施例。如图所示,产生模块142包括一直流产生模块510、一交流产生模块520、一处理模块530、转换器541、542、一双向转换模块551、一储能模块561以及负载571~573。在本实施例中,负载571~573均为直流负载,其中负载571耦接一高压总线580,用以接收高操作电压,如360V~430V,而负载572~573耦接一低压总线590,用以接收低操作电压,如12V~48V。在其它实施例中,产生模块142可能只具有高压总线或低压总线。
转换器541转换直流产生模块510所产生的电能,并将转换后的结果提供给高压总线580。在本实施例中,直流产生模块510为燃料电池组,用以产生直流电能。转换器541为一DC/DC转换器,用以转换燃料电池组所产生的电能。
转换器542转换交流产生模块520所产生的电能,并将转换后的结果提供给高压总线580。在本实施例中,交流产生模块520为一风力发电机。转换器542为一AC/DC转换器,用以将风力发电机所产生的交流电能转换成直流电能。在一可能实施例中,能量管理单元150也可发出控制信号(未显示),用以控制转换器541及542,并调整高压总线580上的电能。
处理模块530根据控制信号SC1~SC3,撷取并转换高压总线580上的电能,用以提供至少一辅助电力给微电网MG1~MG3。在其它实施例中,双向反相器531~533转换微电网MG1~MG3的电力,并将转换后的结果提供给高压总线580。本发明并不限定处理模块530的内部架构。在一可能实施例中,处理模块530为一三相四线(3Φ4W)双向反相器(bi-directional inverter)或逆变器。在本实施例中,处理模块530具有单相双向反相器531~533。
由于双向反相器531~533的结构相同,故以下仅说明双向反相器531的结构。如图所示,双向反相器531包括一脉宽调制产生模块534以及一反相模块537。脉宽调制产生模块534根据控制信号SC1,转换并输出高压总线580的电能。反相模块537处理脉宽调制产生模块534的输出,用以产生一辅助电力给微电网MG1
双向转换模块551转换高压总线580的电能,并将转换后的结果提供给低压总线590。在一可能实施例中,当双向转换模块551转换高压总线580的电能时,双向转换模块551对储能模块561充电。当高压总线580的电能不足时,双向转换模块551撷取储能模块561所存储的电能。在其它实施例中,双向转换模块551转换低压总线590的电能,并将转换后的结果提供给高压总线580。
本发明并不限定双向转换模块551与储能模块561的数量。在其它实施例中,产生模块142具有多个双向转换模块(如551与552)与储能模块(如561与562)。另外,当直流产生模块510或交流产生模块520不稳定时,双向转换模块551可撷取储能模块561所存储的电能,以稳定高压总线580和/或低压总线590上的电力。
由于处理模块530根据控制信号SC1~SC3提供相对应的辅助电力给微电网MG1~MG3,故可有效地管理微电网MG1~MG3的供电质量。在一可能实施例中,当微电网MG1~MG3出现谐波现象时,能量管理单元150根据谐波现象,产生相对应的控制信号。处理模块530根据控制信号产生一补偿电力给具有谐波现象的微电网,用以补偿及修正电压谐波现象,并可增加负载的寿命。
在另一可能实施例中,当微电网MG1~MG3的功率大于一预设值时,能量管理单元150通过控制信号SC1~SC3控制处理模块530。处理模块530提供辅助电力,用以降低一供电装置(如产生模块141)的供电量。
再者,当微电网MG1~MG3供电给电感性负载时,能量管理单元150可通过控制信号SC1~SC3补偿无效功率,用以避免功率损耗,并维持三相交流电力的相位平衡。另外,当微电网MG1~MG3的电力不平衡时,能量管理单元150也可通过控制信号SC1~SC3进行主动式电压平衡,用以避免负载因电压不平衡而烧毁。
除非另作定义,在此所有词汇(包含技术与科学词汇)均属本发明所属领域技术人员之一般理解。此外,除非明白表示,词汇于一般字典中的定义应解释为与其相关技术领域的文章中意义一致,而不应解释为理想状态或过分正式的语态。
虽然本发明已以优选实施例公开如上,然其并非用以限定本发明,本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (10)

1.一种智能微电网电力质量管理的操作系统,包括:
供电单元,用以产生第一相交流电力、第二相交流电力以及第三相交流电力;
第一微电网,接收该第一相交流电力,并耦接第一负载;
第二微电网,接收该第二相交流电力,并耦接第二负载;
第三微电网,接收该第三相交流电力,并耦接第三负载;以及
能量管理单元,检测该第一、第二及第三微电网的电力,用以产生第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号,其中该供电单元根据该第一、第二及第三控制信号,产生至少一辅助电力给该第一、第二及第三微电网的至少一个。
2.如权利要求1所述的智能微电网电力质量管理的操作系统,其中该能量管理单元检测该第一微电网的电力,并根据检测结果得知谐波成分,当该谐波成分大于预期值时,该能量管理单元根据该谐波成分计算出补偿成分,并整合该补偿成分与主要成分,用以产生该第一控制信号。
3.如权利要求2所述的智能微电网电力质量管理的操作系统,其中该主要成分为正弦波。
4.如权利要求1所述的智能微电网电力质量管理的操作系统,其中该供电单元包括:
第一产生模块,产生该第一、第二及第三相交流电力的至少一个;以及
第二产生模块,根据该第一、第二及第三控制信号的至少一个,产生该至少一辅助电力,其中该能量管理单元还产生一第四控制信号,该第一产生模块根据该第四控制信号调整该第一、第二及第三相交流电力的至少一个,用以产生至少一调整电力,该至少一调整电力与该至少一辅助电力的总合等于该第一、第二及第三相交流电力的至少一个。
5.如权利要求1所述的智能微电网电力质量管理的操作系统,其中该能量管理单元检测该第一微电网的电力,并根据检测结果得知一无效功率量,当该无效功率量大于期望值时,该能量管理单元根据该无效功率量计算出一补偿相位,并根据该补偿相位调整主要相位,用以产生该第一控制信号。
6.如权利要求5所述的智能微电网电力质量管理的操作系统,其中该供电单元具有一脉宽调制模块,根据该第一控制信号,产生该至少一辅助电力。
7.如权利要求1所述的智能微电网电力质量管理的操作系统,其中该能量管理单元检测该第一、第二及第三微电网的电力,用以产生第一检测结果、第二检测结果以及第三检测结果,当该第一、第二及第三检测结果中的一个不等于预设值时,该能量管理单元根据该第一、第二及第三检测结果中的一个,产生该第一、第二及第三控制信号中的一个。
8.如权利要求1所述的智能微电网电力质量管理的操作系统,其中该供电单元包括:
交流产生模块,用以产生该第一、第二及第三相交流电力的至少一个;
直流产生模块,用以产生一直流电力;以及
处理模块,根据该第一、第二及第三控制信号的至少一个,转换该直流电力,用以产生该至少一辅助电力。
9.如权利要求8所述的智能微电网电力质量管理的操作系统,其中该交流产生模块包括:
再生能源端,根据外界能量,产生输出电力;以及
转换器,转换该输出电力,用以产生该第一、第二及第三相交流电力中的一个。
10.如权利要求9所述的智能微电网电力质量管理的操作系统,其中该外界能量为太阳能或是风力。
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