新世代電力系統朝向以再生能源為基礎的分散式發電系統(Distributed generati
on system)發展,採用多個小規模但鄰近用電端的再生能源設施發電,其輸出電
力可直接供應當地電力需求,藉以降低輸配線路損失提升供電效率;但分散式發
電的再生能源為間歇性能源(Intermittent energy),無法像傳統發電機組隨意控
制發電量,若大量的再生能源發電併入電網,則容易因間歇性及瞬間變化過大,
而影響區域電網供電品質與運轉穩定性,因此區域電網管理及微電網(Microgrid)
的發展因應而生。
微電網為單一的可控系統,可透過區域內的小型發電單元為當地負載提供電力,
因此能將其視作小型化的電力系統,其組成會包含分散式再生能源、小型的傳統
發電單元、儲能系統(Energy storage systems, ESS)、交流負載與微電網的控制
系統,並通過靜態開關(Static switch)與主電網連接。正常運行下微電網會與主電
網連結,並調度電力注入主電網以維持電網穩定,但當主電網發生異常時,微電
網可藉由靜態開關切離主電網,此時將由微電網中的發電單元及儲能系統,供應
區域內負載所需的電力,使整體電力系統更加可靠。
本研究所開發之30 kVA具電網形成技術之儲能換流器系統,結合了監控系統及換
流器電路。其監控系統可命令換流器執行自動頻率控制輔助服務、太陽能平滑化
或契約容量控制服務等功能,當換流器與電網連接運轉時,換流器會依監控系統
之控制命令,提供或吸收實/虛功率;當換流器與電網切離時,則形成獨立電壓源
供電給區域內之負載。本研究之電路拓撲使用三相三階中性點箝位(Neutral-poin
t clamped, NPC)換流器架構,利用多階換流器之特性,具有較低的輸出諧波失
真,且開關元件電壓應力僅需承受一半的輸入直流鏈電壓,因此切換損失較低,
並使用寬能隙半導體-碳化矽之功率開關,利用該元件在臨界電場、電子飽和速
度、熱傳導及單位面積下之導通電阻皆優於傳統矽基半導體之特性的條件下,能
提高整體換流器操作頻率進而提升功率密度以及電能轉換效率。