TW201334351A - 市電併網型電源供應系統的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種市電併網型電源供應系統的控制方法，主要是由多數個電源供應模組的輸出端共同與一繼電器連接，並通過繼電器和市電電網連接，且以一控制器分別控制各電源供應模組及繼電器以構成一市電併網型電源供應系統；該控制器在系統啟動後執行：判斷各電源供應模組是否有電源輸入；啟動有輸入電源的電源供應模組，並對其儲能電容充電；判斷各個電源供應模組的儲能電容電壓是否大於一設定的市電峰值電壓；當所有電源供應模組的儲能電容電壓均大於設定的市電峰值電壓，始啟動繼電器；藉此可無須在每一電源供應模組的輸出端分設繼電器作為隔離，從而可以減少繼電器的數量。
Description
本發明是關於一種市電併網型電源供應系統，尤指一種市電併網型電源供應系統的控制方法。
在地球能源即將枯竭的議題於近年來一直有環保團體不斷的宣導，故尋找替代能源已成為各國重要的一項目標，其中，利用太陽的光能轉換成電能後並供給各電器產品使用是目前相當常見的一種技術。
目前現有技術有採取市電併網型電源供應系統者，已著手對風力發電機、太陽能發電等再生能源進行整合，再將這些再生能源轉換後與市電併網，以減少市電使用量，關於前述市電併網型電源供應系統請參閱圖4，其包含有一第一電源供應模組80及一第二電源供應模組90，其中第一、第二電源供應模組80、90分別透過一太陽能板81、91吸收光能並轉換為電能，且經由直流對直流轉換器82、92及整流器83、93轉換為直流電後對儲能電容C11、C22充電，直至儲能電容C11、C22的充電電壓Vbus1或Vbus2大於後面所接的市電電壓，始將該繼電器70閉合(導通)，而使整流器83、93輸出的直流電能分別經由直流對交流轉換器84、94轉換為交流電源後輸出至輸出電容C1、C2進而與市電併網，如此一來即可將太陽能、風力等產生的再生能量轉換為電能後，經由第一、第二電源供應模組80、90所提供的電源與市電併網，藉此減少市電的使用量，進而節約電源。
前述現有技術中，當太陽能板81、91其中一組未提供能源給電源供應模組80、90，而儲能電容C11、C12的電壓Vbus1、Vbus2小於該市電電壓峰值且閉合繼電器70時，該市電電壓會經由該直流對交流轉換器84、94內的金氧半場效電晶體之本體二極體對該儲能電容C11、C12充電，而於回充時會產生一突波電流，並流經該金氧半場效電晶體的本體二極體並產生大量的功率(P=IV)，造成該金氧半場效電晶體發熱甚至損毀，故為了避免市電電壓對該儲能電容C11、C12充電，通常於各電源供應模組的輸出端連接一繼電器85、95(如圖5所示)，以確實隔絕各電源供應模組與市電電壓，進而避免直流對交流轉換器損毀。
又前述透過各電源供應模組輸出端連接一繼電器雖可確實隔離與市電併網，進而避免各電源供應模組內的直流對交流轉換器損毀，然該繼電器所耗費的體積較大且成本較高，如遇具有多組電源供應模組的電源供應系統時，會因該繼電器使整體所耗費的體積過大及成本過高，鑑於現今科技追求微形化的目標，實有檢討及謀求可行解決方案的必要。
鑑於前述現有技術的缺點，本發明主要目的在提供一種可減少繼電器的市電併網型電源供應系統，藉此使整體的體積得以縮減及降低成本。
為達成上述目的所採取的技術手段是令前述市電併網型電源供應系統的控制方法，主要係由多數個電源供應模組的輸出端共同與一繼電器連接，並通過繼電器和市電電網連接，且以一控制器分別控制各電源供應模組及繼電器以構成一市電併網型電源供應系統，其中，各電源供應模組包含有：一再生能源轉換裝置、一輸入電容、一直流對直流轉換單元、一直流對交流轉換器及一輸出電路；其中該直流對直流轉換單元和直流對交流轉換器之間並聯地設有一儲能電容，該直流對交流轉換器包括一個以上的金氧半場效電晶體，且連接在輸出電路和儲能電容之間；當系統啟動後是由控制器執行以下步驟：
a.判斷各電源供應模組的再生能源轉換裝置是否有輸出電源；
b.啟動再生能源轉換裝置有輸出電源的電源供應模組，使其直流對直流轉換單元對該電源供應模組的儲能電容充電；該儲能電容的電壓並通過直流對交流轉換器轉換為交流形式且送到輸出電路；
c.判斷各個電源供應模組的儲能電容電壓是否大於一設定的市電峰值電壓，如未大於市電峰值電壓，則重覆此步驟；
d.當所有電源供應模組的儲能電容電壓均大於設定的市電峰值電壓，始啟動繼電器；
利用上述控制方法，當其中一個電源供應模組的再生能源轉換裝置不工作，其儲能電容因而無法提升至市電峰值電壓以上時，而已工作的電源供應模組除了對其儲能電容充電外，也將儲能電容的電壓經過直流對交流轉換器轉換為交流形式再送到輸出電路，由於各個電源供應模組的輸出電路相互並聯，所以送到輸出電路的交流電源將同時送到未工作的電源供應模組之輸出電路，再由未工作的電源供應模組之輸出電路經過直流對交流轉換器的金氧半場效電晶體的本體二極體整流為直流電源後對未工作的電源供應模組之儲能電容充電，當所有電源供應模組的儲能電容電壓都高於市電峰值電壓，再啟動繼電器和市電併網；利用上述控制方法，即無須在每一電源供應模組的輸出端分設繼電器作為隔離，從而可以減少繼電器的數量。
關於本發明之一較佳實施例，請參閱圖1，該市電併網型電源供應系統的控制方法，主要包含有二個以上的電源供應模組10、20且同時由一控制器30控制，另各電源供應模組10、20的輸出端並聯地連接一繼電器40，供通過繼電器40和市電併網，於本實施例中，該控制器30具有多數個輸入端及多數個輸出端，另該繼電器40具有一輸入端及一輸出端，且繼電器內具有一成對的開關，又該電源供應系統主要是有一第一電源供應模組10及一第二電源供應模組20，且自輸入端至輸出端則主要分別連接一再生能源轉換裝置11、21、一直流對直流轉換單元12、22、一直流對交流轉換器13、23及一輸出電路14、24，在本實施例中，該直流對直流轉換單元12、22自輸入端至輸出端依序設有：一轉換器121、221、一變壓器122、222、及一整流器123、223，且輸入端與轉換器121、221之間並聯地設有一輸入電容Cs1、Cs2，其中：前述各再生能源轉換裝置11、21具有一輸入端及一輸出端，係將輸入端的各種能量轉換為一直流電源，再將此直流電源由輸出端輸出至下一級的直流對直流轉換單元12、22，其中，該再生能源轉換裝置11、21可為風力發電機、太陽能電池、電池等，於本實施例中是使用太陽能電池；前述各直流對直流轉換單元12、22具有一輸入端及一輸出端，該輸入端是連接前述再生能源轉換裝置11、21的輸出端，主要是將前述再生能源轉換裝置11、21輸出的直流電源經由直流對直流轉換單元12、22轉換成一穩定的直流工作電壓，使能輸出至下級，其中：該輸入電容Cs1、Cs2主要目的係藉由再生能源轉換裝置11、21所輸出的直流電源產生一輸入電壓V1、V2，以輸出至後級的轉換器121、221，其中各輸入電壓V1、V2分別受控制器30所偵測；該轉換器121、221具有一輸入端及一輸出端，且輸入端是與前述輸入電容Cs1、Cs2並聯且與直流對直流轉換單元12、22輸入端連接，該轉換器121、221主要目的是將前述輸入電壓V1、V2轉換至一高頻交流工作電壓後，再藉由輸出端輸出至下一級的變壓器122、222之一次側；該變壓器122、222的一次側與前述轉換器121、221輸出端連接，並藉由二次側一端輸出至後級的整流器123、223，該變壓器122、222主要目的係將前述轉換器121、221輸出的高頻交流工作電壓轉換至另一高頻交流工作電壓；該整流器123、223具有一輸入端及一輸出端，該輸入端是連接至前述變壓器122、222的二次側一端，主要是將前述變壓器122、222於二次側輸出的高頻交流電壓轉換成一穩定的直流工作電壓，於本實施例中，該整流器123、223是一橋式整流器；前述直流對直流轉換單元12、22可使用於多組隔離型或非隔離型架構，且無限定該轉換器121、221及整流器123、223架構型態，如全橋、半橋，於本實施例中，該直流對直流轉換單元12、22是使用多組隔離型架構，且具有四個金氧半場效電晶體，其閘極是分別連接至控制器的輸出端並受其控制；前述各直流對交流轉換器13、23具有一輸入端及一輸出端，該輸入端是連接至前述整流器123、223的輸出端，主要是將前述直流電轉為交流電並輸出至下一級，其中，該直流對交流轉換器13、23可使用於多組隔離型或非隔離型架構，且並無限定直流對交流轉換器架構型態，如全橋、半橋等，於本實施例中，該直流對交流轉換器13、23是使用多組隔離型架構，且具有四個金氧半場效電晶體，其閘極是分別連接至控制器的輸出端並受其控制；前述各輸出電路14、24具有一輸入端及一輸出端，自輸入端至輸出端之間分別串聯一輸出電感L1、L2及並聯一輸出電容C1、C2，又輸入端是連接前述直流對交流轉換器13、23的輸出端，輸出端則是分別與第一、第二電源供應模組10、20的輸出端連接，使該輸出電容C1、C2是共同連接繼電器30的輸入端而形成互相並聯，其中，該輸出電感L1、L2及輸出電容C1、C2的組合可形成一濾波器，使該輸出電路14、24可輸出一特定頻帶的電壓，另此輸出電路14、24主要目的是將前一級的直流對交流轉換器13、23所輸出的交流電能於該輸出電容C1、C2上產生一輸出電壓。
上述有關直流對直流轉換單元12、22及直流對交流轉換器13、23之間分別並聯一儲能電容C11及C22。
上述有關控制器30係具有多數個輸入端及多數個輸出端，其輸入端分別連接各輸入電容Cs1、Cs2及各儲能電容C11、C22以分別擷取該電壓值，輸出端分別連接至直流對直流轉換單元12、22的各金氧半場效電晶體Q11、Q12、Q13、Q14、Q21、Q22、Q23、Q24之閘極，及直流對交流轉換器13、23的各金氧半場效電晶體Q15、Q16、Q17、Q18、Q25、Q26、Q27、Q28之閘極以分別控制各金氧半場效電晶體的導通與否，另有一成對的輸出端是連接至繼電器40以控制其開關閉合(導通)；其中，當電源供應系統啟動後該控制器30執行以下步驟(如圖2所示)：
a.判斷各電源供應模組10、20的再生能源轉換裝置11、21是否有輸出電源；
b.啟動再生能源轉換裝置11、21有輸出電源的電源供應模組10、20，使其直流對直流轉換單元12、22對該電源供應模組10、20的儲能電容C11、C22充電；該儲能電容C11、C22的電壓並通過直流對交流轉換器13、23轉換為交流形式且送到輸出電路；
c.判斷各個電源供應模組10、20的儲能電容C11、C22電壓是否大於一設定的市電峰值電壓，如不是所有電源供應模組10、20的儲能電容C11、C22電壓均大於市電峰值電壓，則重覆此步驟；
d.當所有電源供應模組10、20的儲能電容C11、C22電壓均大於設定的市電峰值電壓，始啟動繼電器；
利用上述所組成的電源供應系統，一開始控制器30針對有輸入電壓V1、V2的第一、第二電源供應模組10、20驅動該直流對直流轉換單元12、22，使該輸入電壓V1、V2可經由直流對直流轉換單元12、22、變壓器122、222及整流器123、223分別對該儲能電容C11、C22充電以產生儲能電壓Vbus1、Vbus2，又透過控制器30判斷該儲能電壓Vbus1、Vbus2是否大於市電峰值電壓，如大於市電峰值電壓，則啟動繼電器40與市電併網，並驅動直流對交流轉換器13、23將此儲能電壓Vbus1、Vbus2往後級的輸出電路14、24輸送，其中，若有其中一電源供應模組無法運作，於本實施例中，請參閱圖3，是假設第一電源供應模組10無法運作，則第二電源供應模組20的再生能源轉換裝置21取得能量並於輸入電容Cs2建立輸入電壓V2，此時控制器30因取得該輸入電壓V2而啟動該直流對直流轉換單元22，並且透過該變壓器222及整流器223對該儲能電容C22充電，直至該儲能電容C22的儲能電壓Vbus2大於市電峰值電壓後，該控制器始啟動該直流對交流轉換器23使該儲能電壓Vbus2可往後級的輸出電路24輸送，並於該輸出電容C2建立一輸出電壓Vo2，其中，因該控制器30偵測到該第一電源供應模組10儲能電容C11的儲能電壓Vbus1小於市電峰值電壓，故該繼電器40並未閉合(導通)，與此同時，因該第二電源供應模組20的輸出電路24中之輸出電容C2與第一電源供應模組10的輸出電容C1是相互並聯，故該輸出電容C2的輸出電壓Vo2會於輸出電容C1產生一對應的輸出電壓Vo1，又透過該直流對交流轉換器13內的各金氧半場效電晶體Q15、Q16、Q17、Q18之本體二極體將輸出電壓Vo1整流為直流電源而對該儲能電容C11充電，直至該儲能電容C11的儲能電壓Vbus1與儲能電容C22的儲能電壓Vbus2皆大於市電峰值電壓後，該控制器30始啟動繼電器40並與市電併網；利用上述控制方法，除可防止市電突波回充而造成直流對交流轉換器的損壞，也無須在每一電源供應模組的輸出端分設繼電器作為隔離，從而可以減少繼電器的數量，以達成微形化的目標，進而提升市場的競爭力。
以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
10．．．第一電源供應模組
11．．．再生能源轉換裝置
12．．．直流對直流轉換單元
13．．．直流對交流轉換器
14．．．輸出電路
121．．．轉換器
122．．．變壓器
123．．．整流器
20．．．第二電源供應模組
21．．．再生能源轉換裝置
22．．．直流對直流轉換單元
23．．．直流對交流轉換器
24．．．輸出電路
221．．．轉換器
222．．．變壓器
223．．．整流器
30．．．控制器
40．．．繼電器
圖1：係本發明之電路架構示意圖。
圖2：係本發明之控制器流程圖。
圖3：係本發明之電流流向示意圖。
圖4：係一現有市電併網型電源供應系統之架構示意圖。
圖5：係又一現有市電併網型電源供應系統之架構示意圖。
10．．．第一電源供應模組
11．．．再生能源轉換裝置
12．．．直流對直流轉換單元
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121．．．轉換器
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20．．．第二電源供應模組
21．．．再生能源轉換裝置
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24．．．輸出電路
221．．．轉換器
222．．．變壓器
223．．．整流器
30．．．控制器
40．．．繼電器
Claims (10)
- 一種市電併網型電源供應系統的控制方法，主要係由多數個電源供應模組的輸出端共同與一繼電器連接，並通過繼電器和市電電網連接，且以一控制器分別控制各電源供應模組及繼電器以構成一市電併網型電源供應系統，其中，各電源供應模組包含有：一再生能源轉換裝置、一直流對直流轉換單元、一直流對交流轉換器及一輸出電路；其中該直流對直流轉換單元和直流對交流轉換器之間並聯地設有一儲能電容，再生能源轉換裝置和直流對直流轉換單元之間並聯地設有一輸入電容，該直流對交流轉換器包括一個以上的金氧半場效電晶體，且連接在輸出電路和儲能電容之間；當系統啟動後是由控制器執行以下步驟：a.判斷各電源供應模組的再生能源轉換裝置是否有輸出電源；b.啟動再生能源轉換裝置有輸出電源的電源供應模組，使其直流對直流轉換單元對該電源供應模組的儲能電容充電；該儲能電容的電壓並通過直流對交流轉換器轉換為交流形式且送到輸出電路；c.判斷各個電源供應模組的儲能電容電壓是否大於一設定的市電峰值電壓，如未大於市電峰值電壓，則重覆此步驟；d.當所有電源供應模組的儲能電容電壓均大於設定的市電峰值電壓，始啟動繼電器。
- 如請求項1所述的市電併網型電源供應系統的控制方法，該再生能源轉換裝置為風力發電機。
- 如請求項1所述的市電併網型電源供應系統的控制方法，該再生能源轉換裝置為太陽能電池。
- 如請求項1所述的市電併網型電源供應系統的控制方法，該再生能源轉換裝置為電池。
- 如請求項1至4中任一項所述的市電併網型電源供應系統的控制方法，該直流對直流轉換單元是多組隔離型。
- 如請求項1至4中任一項所述的市電併網型電源供應系統的控制方法，該直流對直流轉換單元是多組非隔離型架構。
- 如請求項1至4中任一項所述的市電併網型電源供應系統的控制方法，該直流對直流轉換單元為全橋式架構。
- 如請求項1至4中任一項所述的市電併網型電源供應系統的控制方法，該直流對直流轉換單元為半橋式架構。
- 如請求項1至4中任一項所述的市電併網型電源供應系統的控制方法，該直流對直流轉換單元為升壓式架構。
- 如請求項1至4中任一項所述的市電併網型電源供應系統的控制方法，該直流對直流轉換單元為降壓式架構。
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