微电网经由静态开关与市电并联,当内部发生故障或外部市电故障时,静态开关运用主动式孤岛侦测技术,快速确认故障并完成隔离动作;而储能系统藉由双向功率转换器连结微电网电力汇流排,于一个周期内,由电流源快速转换为一稳定电压源,提供能量给予负载使用。
当静态开关跳脱瞬间,微电网电力汇流排电压将骤降,此时分散式电源搭配具实、虚功率控制及低电压穿越功能(LVRT)的再生能源电力转换器,仍在可容忍电压范围内,持续与微电网的电力汇流排连接,使微电网内部持续供电,达成市电并联模式与孤岛运转模式间之平稳切换。当微电网内部故障排除或外部市电恢复时,静态开关判断市电正常,则利用双向功率转换器调整实、虚功率输出至微电网电力汇流排,当内外部的电力汇流排电压、频率同步后(图4)令静态开关闭合,微电网再重新并网。
目前核电所微电网已完成前述具主动式孤岛侦测技术的静态开关、实虚功率输出控制的双向功率转换器、电流源转换电压源平稳切换技术,及具有低电压穿越功能的再生能源电力转换器等设备开发及功能测试。
有别传统电网微电网电力系统大改造
微电网内部包含再生能源系统、分散式电源,如微涡轮机、燃料电池及各类负载组成,当处于孤岛运转时,其电力潮流方向、系统暂态现象、电力品质分析及保护协调机制,均与传统电网的需求不同。
目前核研所开发的微电网叁相潮流解析法,适用于低电压、高R/X比的叁相不平衡系统或电压控制型汇流排过多的微电网系统,不论于微电网在并网或孤岛运转下,皆能保持强健性及快速收敛、求解的效果。另外,为分析微电网并网、孤岛及N-1事件时的系统暂态响应,核研所亦已建立高聚光太阳能电池(HCPV)、风力机组、电力转换器及电子负载等微电网细部元件的数学模型。
由于再生能源使用的电力转换器大多含有电容及电感元件,容易产生系统谐波,因而也须建构微电网系统主要元件谐波时域模型,并开发微电网于并网与孤岛不同状态的叁相谐波潮流与不平衡分析,以确保微电网电力品质。现阶段,业界已运用主动式电力滤波器(APF),改善微电网系统中谐波滤除、无效通滤补偿、功率因数修正与负载平衡等问题,并实现微电网电力品质监控平台;核研所正在研发中的微电网系统亦可支援上述功能。
此外,微电网所需的电力保护机制亦与传统电力系统不同,业者须导入具可扩充与随插即用(Plug-and-Play)的模组化微电网保护协调机制,同时还要依据微电网区域串、并联形式,开发微电网内部发生故障时的电源-负载配置(Configuration)方法,减少微电网内部故障时须卸除的负载量,并配合卸载计划提高供电可靠度。