技术领域
[0001] 本案关于一种电力系统，特别涉及一种可抵消
电能/
动能转换装置的变化对电力端的输入/输出功率的影响的电力系统及其控制方法。
背景技术
[0002] 由于各种
电子设备皆需要电力维持工作，因此需要电力系统来转换所接收的电能而提供给电子设备使用，而维持电力系统的稳定为目前研发的重点之一。以
船舶工业为例，电力系统是相当重要的一环，因船舶的电力系统与岸上电力系统有些不同，其可靠度与稳定度要求更为严苛。更进一步说明，当船舶的
电动机组处于升速过程或海况恶劣时，电动机组所推进的负载会随之增加，故电动机组的功率需求便增大，此时如果船舶的电力系统电能较弱而能力不足，将导致船舶的发
电机组无法及时回应，使得电动机组的推进功率不足，如此一来，将造成船舶的电力系统内的
变频器模
块的直流
母线电压降低和
发电机组的
波动，进而影响推进性能。在电动机的减速过程中，电动机组通常会进入发电状态，此时电动机组的推进功率快速减少，进而向船舶的电力系统内的变频器模块的
直流母线回馈一部分电能，然这部分电能会引起直流母线的电压升高，导致电力系统内的电子元件容易损坏。
[0003] 目前解决推进功率需求快速增加的问题通常采用加大电力系统的输出功率或投入后备发电设备的方法，藉此保证推进机动性。然而，加大电力系统的输出功率也导致电动机组的热功率上升，如此一来，不但降低电力系统的运行效率，也造成成本的增加。同时由于发电机组的工作特性，故当推进功率增加过快时，发电机组也无法及时回应而对应快速增加输出，故对于投入备用发电机组而言，备用发电机组其回应速度也无法满足推进机动性的要求。
[0004] 而解决推进功率快速减少的问题则通常采用两种处理方法，其一是额外增加泄能
电阻，藉此将直流母线电压上多余的回馈
能量直接消耗掉，另一种则是将多余的电能回馈到
电网再利用。然此两种方法都有局限性，对于泄能电阻而言，不但需额外考虑泄能电阻的尺寸、重量以及
散热效率，且过多的能量消耗实影响电力系统的运行效率。而对于将多余的电能回馈到电网而言，由于大部分设备的电网容量较小，因此把过多的由负载变化引起的电能回馈到电网将对电网的
稳定性(例如船舶的电力系统)产生影响。
[0005] 更甚者，目前在某些地区要求近海和入港的船舶必须减少对港口环境的污染，使得船舶仅能采用轻质
原油作为
发动机组的动力
能源，或采用岸上电源引导船舶靠岸，然而换成
轻质原油或采用岸上电源引导均大幅增加船舶的成本，导致整体的运输成本上升。
[0006] 需要指出的是，以上仅以船舶的电力系统为例进行说明。如何发展一种可改善
现有技术缺失的电力系统及其控制方法，实为相关技术领域者目前所迫切需要解决的问题。
发明内容
[0007] 本案的主要目的为提供一种电力系统及其控制方法，以解决现有应用中电力系统的不足，以实现功率的平滑控制，提升电力系统的运行效率及稳定性，并降低其成本。
[0008] 为达上述目的，本案的技术方案为提供一种电力系统，用以进行电能/动能转换装置与电力端之间的电能的转换与传递，电力系统包含：变频器模块和控
制模块，变频器模块用以进行电能的转换，且包含：第一电能转换
电路、第二电能转换电路以及至少一储能模块，第一电能转换电路耦接于直流母线及电力端之间，用以转换所接收的电能，且第一电能转换电路及电力端之间存在第一功率；第二电能转换电路耦接于直流母线及电能/动能转换装置之间，用以转换所接收的电能，且第二电能转换电路与电能/动能转换装置之间存在第二功率，第二功率根据电能/动能转换装置的运作变化而动态变化；至少一储能模块与直流母线耦接，用以进行充电或放电的运作；
控制模块与变频器模块及电能/动能转换装置耦接，用以依据第二功率的动态变化而对应控制储能模块进行充电或放电的运作，以反向补偿电能/动能转换装置的运作变化，抵消电能/动能转换装置的运作变化对第一功率的影响。
[0009] 优选地，储能模块还包含充电/放电电路及储能装置，充电/放电电路与储能装置及控制模块耦接，并受控制模块的控制而对该储能装置进行充电或放电的运作。
[0010] 优选地，控制模块包含储能模块控制电路，储能模块控制电路包含：
频谱运算单元，高通滤波单元，
电流运算单元，比较单元及调节单元；其中频谱运算单元，耦接至该变频器模块，用以依据变频器模块内的多个参数而计算第二电能转换电路与电能/动能转换装置之间存在的第二功率，并对第二功率进行频谱分解，以得到第二功率的频谱序列；高通滤波单元，耦接至频谱运算单元，用以滤除频谱序列的一低频分量，以输出符合一高频范围的补偿功率；电流运算单元，耦接至高通滤波单元，用以依据储能装置的储能电压及补偿功率计算出参考电流；比较单元，耦接至电流运算单元，用以比较参考电流及储能装置的实际电流，并输出比较结果；调节单元，耦接至该比较单元，用以依据比较结果而控制该储能模块的运作，以对储能装置的实际电流进行调整。
[0011] 优选地，至少一储能模块包含第一储能模块以及第二储能模块，第一储能模块的储能装置的特性不同于第二储能模块的储能装置的特性。
[0012] 优选地，控制模块包含储能模块控制电路，储能模块控制电路包含：频谱运算单元，第一高通滤波单元，第二高通滤波单元，差值比较器，第一电流运算单元，第二电流运算单元，第一比较单元，第二比较单元，第一调节单元以及第二调节单元；其中，频谱运算单元，耦接至变频器模块，用以依据变频器模块内的多个参数而计算第二电能转换电路与电能/动能转换装置之间存在的第二功率，并对第二功率进行频谱分解，以得到第二功率的频谱序列；第一高通滤波单元，耦接至频谱运算单元，用以滤除频谱序列的低频分量，以输出符合一第一高频范围的第一补偿功率；第二高通滤波单元，耦接至频谱运算单元，用以滤除频谱序列的低频分量，以输出符合一第二高频范围的第二补偿功率，其中第一高通滤波单元的带宽不同于第二高通滤波单元的带宽，使第一高通滤波单元所输出的第一补偿功率的第一高频范围不同于第二高通滤波单元所输出的第二补偿功率的第二高频范围；差值比较器的非反向输入端与第一高通滤波单元耦接，差值比较器的反向输入端与第二高通滤波单元耦接，用以比较第一补偿功率及第二补偿功率，并输出一差值功率；第一电流运算单元，耦接至第一高通滤波单元，用以依据第一储能模块的储能装置的第一储能电压及第一补偿功率计算出第一参考电流；第二电流运算单元，耦接至差值比较器，用以依据第二储能模块的储能装置的第二储能电压及差值功率计算出一第二参考电流；第一比较单元，耦接至第一电流运算单元，用以比较第一参考电流及第一储能模块的储能装置的第一实际电流，并输出第一比较结果；第二比较单元，耦接至第二电流运算单元，用以比较第二参考电流及第二储能模块的储能装置的一第二实际电流，并输出第二比较结果；第一调节单元，耦接至第一比较单元，用以依据第一比较结果而控制第一储能模块的运作，以对第一储能模块的储能装置的第一实际电流进行调整；第二调节单元，耦接至第二比较单元，用以依据第二比较结果而控制第二储能模块的运作，以对第二储能模块的储能装置的第二实际电流进行调整。
[0013] 优选地，控制模块包含储能模块控制电路，储能模块控制电路包含：频谱运算单元，低通滤波单元，减法单元，电流运算单元，比较单元及调节单元；其中，频谱运算单元耦接至变频器模块，用以依据变频器模块内的多个参数而计算第二电能转换电路与电能/动能转换装置之间存在的第二功率，并对第二功率进行频谱分解，以得到第二功率的频谱序列；低通滤波单元，耦接至频谱运算单元，用以滤除频谱序列的高频分量，以产生符合一低频范围的过渡功率；减法单元耦接于低通滤波单元，用以将该第二功率减去该过渡功率，以输出补偿功率；电流运算单元耦接至减法单元，用以依据储能模块的储能装置的储能电压及补偿功率计算出一参考电流；比较单元耦接至该电流运算单元，用以比较参考电流及储能模块的储能装置的实际电流，并输出比较结果；调节单元耦接至比较单元，用以依据比较结果而控制储能模块的运作，以对储能模块的储能装置的实际电流进行调整。
[0014] 在一具体
实施例中，电力系统应用于船舶上，电能/动能转换装置为一电感性负载，电力端为一发电机组，第一功率为由发电机组所提供的输入功率，第一电能转换电路为整流电路用以接收该输入功率，并对输入功率所反映的交流输入电能进行整流，以输出直流电能至该直流母线，第二功率为变频器模块所输出的输出功率，第二电能转换电路为逆变电路用以将直流电能转换为第二功率所反映的交流输出电能，并输出至电感性负载。
[0015] 优选地，发电机组为三相
交流发电机组，且电力系统还具有配电盘，耦接于整流电路及变频器模块之间，用以分配发电机组所提供的电能。
[0016] 优选地，频器模块内的多个参数分别为变频器模块所输出的输出电流及
输出电压。
[0017] 在以具体实施例中，该电力系统应用于
光伏发电装置中，电能/动能转换装置为一光伏发电机，电力端为一电网，第二功率为由该光伏发电机组所提供的输入功率，第二电能转换电路为一直流/直流转换电路，用以将该输入功率所反映的一直流输入电能转换为一过渡直流电能，第一电能转换电路为逆变电路，用以转换过渡直流电能，以输出第二功率所反映的电能至电网。
[0018] 在一具体实施例中，该电力系统应用于一
风力发电装置中，该电能/动能转换装置为一
风力发电机，该电力端为一电网，该第二功率为由该
风力发电机组所提供的一输入功率，该第二电能转换电路为一整流电路，用以将该输入功率所反映的一交流输入电能转换为一直流电能，该第一电能转换电路为一逆变电路，用以转换该直流电能，以输出该第二功率所反映的电能至该电网。
[0019] 优选地，变频器模块内的多个参数分别为风力发电机输入至变频器模块的输入电流及输入电压。
[0020] 为达上述目的，本案提供另一种电力系统，耦接于直流发电系统，用以驱动电感性负载，包含：变频器模块和控制模块，变频器模块进行双向电能转换，且包含：逆变电路和至少一储能模块，逆变电路接收直流电压，并将直流电压转换为交流输出电能，并输出至电感性负载；至少一储能模块与逆变电路耦接，用以进行充电或放电的运作；控制模块与变频器模块及电感性负载耦接，用以依据电感性负载动态的负载变化而对应控制储能模块进行充电或放电的运作，以反向补偿电感性负载的负载变化量，抵消电感性负载的负载变化对变频器模块的输入功率的影响。
[0021] 优选地，该电力系统包含一配电盘，耦接于直流发电系统与变频器模块之间，用以分配直流发电系统所输出的直流电能。
[0022] 为达上述目的，本案提供一种控制方法，应用于电力系统，其中该电力系统耦接于电能/动能转换装置与电力端之间，且包含变频器模块及控制模块，控制模块控制变频器模块的储能模块进行充电或放电的运作，且电力系统与电力端之间存在第一功率，而电力系统与电能/动能转换装置之间存在第二功率，第二功率根据电能/动能转换装置的运作变化而动态变化，控制方法包含下列步骤：(a)依据变频器模块内的多个参数而计算第二功率，并对第二功率进行频谱分解，以得到第二功率的频谱序列；(b)对频谱序列进行滤波，以输出符合特定
频率范围的补偿功率；以及(c)利用补偿功率而使控制模块依据第二功率的动态变化对应控制储能模块进行充电或放电的运作，以反向补偿电能/动能转换装置的运作变化，抵消电能/动能转换装置的运作变化对第一功率的影响。
[0023] 优选地，于步骤(c)中还包含子步骤：(c1)依据储能模块的储能装置的储能电压及补偿功率计算出一参考电流；(c2)比较参考电流及储能装置的实际电流，并输出比较结果；以及(c3)控制模块依据比较结果而控制储能模块的运作，以对储能装置的实际电流进行调整，进而使储能模块依据电能/动能转换装置的运作变化而进行反向补偿。
[0024] 优选地，于步骤(b)中，滤除频谱序列的低频分量，以输出该补偿功率，且特定频率符合一高频范围。
[0025] 优选地，于步骤(b)中还包含子步骤：(b1)滤除频谱序列的高频分量，以产生符合一低频范围的过渡功率；以及(b2)将第二功率减去过渡功率，以输出补偿功率，其中特定频率符合一高频范围。
[0026] 优选地，控制模块根据电能/动能转换装置的运作变化控制储能模块进行充电或放电的运作，以实现第一功率的平滑控制。
[0027] 本发明的有益效果在于，该电力系统具有储能模块，而在电能/动能转换装置的运作变化时，储能模块可进行充电或放电，藉此反向补偿电能/动能转换装置的运作变化，以抵消电能/动能转换装置的运作变化对存在于变频器模块的第一电能转换电路与电力端之间的第一功率的影响，进而维持第一功率的稳定，并稳定直流母线和第一功率在电能/动能转换装置的运作变化时的波动。故本案的电力系统可实现第一功率的平滑控制，减少电力系统的成本、稳定变频器模块的直流母线电压、减少外界因素的变化对电网的影响。尤其是当本案的电力系统应用于船舶时，可达到减少电动机组的热功率上升、优化斩波电路内的泄能电阻的尺寸、重量以及散热效率、提升电力系统的运行效率及在运输成本无须上升的情况下减少港口环境的污染等功效。
附图说明
[0028] 图1为本案电力系统应用于船舶的第一较佳实施例的电路方块图；
[0029] 图2为图1所示的电力系统在不同模式下的转换关系；
[0030] 图3A-3D分别显示本案的电力系统的控制原理示意图；
[0031] 图4为图1所示的电力系统的控制架构及控制模块的电路结构示意图；
[0032] 图5为图1所示的电力系统的变频器模块的一示范性实施例的电路结构图；
[0033] 图6为本案第二较佳实施例的电力系统的控制架构及控制模块的电路结构示意图；
[0034] 图7为本案第三较佳实施例的电力系统的控制架构及控制模块的细部电路结构示意图；
[0035] 图8为本案第四较佳实施例的电力系统的电路方块图；
[0036] 图9为图8所示的电力系统的控制架构及控制模块的细部电路结构示意图；
[0037] 图10为本案五较佳实施例的电力系统的控制架构及控制模块的细部电路结构示意图；
[0038] 图11为本案应用于光伏发电装置的另一较佳实施例的电力系统的电路方块图。
[0039] 图12为图11所示的电力系统的控制架构及控制模块的电路结构示意图。
[0040] 图13为本案应用于风力发电装置的又一较佳实施例的电力系统的电路方块图。
[0041] 图14为图13所示的电力系统的控制架构及控制模块的电路结构示意图。
[0042] 图15为适用于本案的电力系统的控制模块的控制方法的步骤
流程图。
[0043] 附图标记说明：
[0044] 1、2、3、4、5、6：电力系统
[0045] 10：变频器模块
[0046] 100：第一电能转换电路
[0047] 101：第二电能转换电路
[0048] 102：储能模块
[0049] 103：充电/放电电路
[0050] 104：储能装置
[0051] 105：斩波电路
[0052] 106：斩波电路控制单元
[0053] 107：第一电能转换电路控制单元
[0054] 108：第二电能转换电路控制单元
[0055] 11：控制模块
[0056] 110：储能模块控制电路
[0057] 111、601：频谱运算单元
[0058] 112：高通滤波单元
[0059] 113：电流运算单元
[0060] 114：比较单元
[0061] 115：调节单元
[0062] 12：直流母线
[0064] 21：减法单元
[0065] 61：第一储能模块
[0066] 62：第二储能模块
[0067] 602：第一高通滤波单元
[0068] 603：第二高通滤波单元
[0069] 604：差值比较器
[0070] 605：第一电流运算单元
[0071] 606：第二电流运算单元
[0072] 607：第一比较单元
[0073] 608：第二比较单元
[0074] 609：第一调节单元
[0075] 610：第二调节单元
[0076] 611：光伏发电机组
[0077] 612：电网
[0078] 711：风力发电机组
[0079] 7、30：配电盘
[0080] 8、80：发电机组
[0081] 9：电动机组
[0082] C：母线电容
[0083] Pout：变频器模块所输出的输出功率
[0084] Pchar：储能模块的输出功率
[0085] Pin：变频器模块所接收的输入功率
[0086] Vin、Vin’：输入电压
[0087] Iin、Iin’：输入电流
[0088] Vbus：母线电压
[0089] Iout：输出电流
[0090] Vbat：储能电压
[0091] Vout：输出电压
[0092] Ichar：储能装置的实际电流
[0093] n：转速
[0094] S1～S3：控制方法的步骤
具体实施方式
[0095] 体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上仅当作说明之用，而非用于限制本案。
[0096] 本案的电力系统耦接于电能/动能转换装置与电力端之间，用以进行电能/动能转换装置与电力端之间的电能传递，且电力系统可应用于船舶、光伏(
太阳能)发电装置或是风力发电装置中。其中当电力系统应用于船舶时，电能/动能转换装置实际上对应由电感性负载的电动机组所构成，而电力端则对应为发电机组。当电力系统应用于光伏发电装置时，电力系统为太阳能电源系统，且电能/动能转换装置实际上对应由光伏发电机组所构成，而电力端则对应为电网。当电力系统应用于风力发电装置时，电力系统为风力发电系统，且电能/动能转换装置实际上对应由风力发电机组所构成，而电力端则对应为电网。
[0097] 此外，电力系统包含变频器模块及控制模块，其中变频器模块用以进行电能的转换，且包含第一电能转换电路、第二电能转换电路及至少一储能模块。第一电能转换电路耦接于一直流母线及电力端之间，用以转换所接收的电能，且第一电能转换电路及电力端之间存在第一功率。第二电能转换电路，耦接于直流母线及电能/动能转换装置之间，用以转换所接收的电能，且第二电能转换电路与该电能/动能转换装置之间存在第二功率，第二功率根据电能/动能转换装置的运作变化而动态变化。储能模块与直流母线耦接，用以进行充电或放电的运作。控制模块与变频器模块及电能/动能转换装置耦接，用以依据第二功率的动态变化而对应控制储能模块进行充电或放电的运作，以反向补偿电能/动能转换装置的运作变化，抵消电能/动能转换装置的运作变化对第一功率的影响。
[0098] 由于电力系统应用于船舶、光伏发电装置或是风力发电装置中时在电能传递的运作上存在些许的差异，故以下将先以电力系统应用于船舶为例来说明本案的技术。
[0099] 请参阅图1，其为本案第一较佳实施例的电力系统的电路方块图。如图1所示，本实施例的电力系统1驱动船舶上的电感性负载，例如电动机组9。其中电力系统1包含变频器模块10以及控制模块11。变频器模块10耦接于发电机组8及电动机组9之间，且于电动机组9运作于电动机模式时，接收发电机组8所传来的第一功率，即输入功率，并将对应于输入功率的电能进行转换，以提供第二功率给电动机组9而驱动电动机组9运作。此外，变频器模块10于电动机组9运作于发电机模式时，可选择性地将电动机组9所产生的电能进行转换，进而回馈至发电机组8，故变频器模块10实际上可进行双向的电能转换。
[0100] 于上述实施例中，发电机组8实际上可为但不限于三相交流发电机组，其可由船舶内的
内燃机或是柴油机组等来推动。
[0101] 此外，变频器模块10包含直流母线12、第一电能转换电路100、第二电能转换电路101及至少一储能模块102。第一电能转换电路100可由一整流电路所构成，且因变频器模块
10可进行双向的电能转换而由一有源整流电路所构成，且第一电能转换电路100耦接于直流母线12及发电机组8之间，用以接收发电机组8所提供的输入功率，并将对应该输入功率的交流输入电能进行整流，以输出一直流电能至直流母线12。第二电能转换电路101则与直流母线12及电动机组9耦接，用以进行电能的转换，且于本实施例中，第二电能转换电路101可由一逆变电路构成，故第二电能转换电路101实际上是用以将直流母线12上的直流电能转换为第二功率(即变频器模块10的输出功率)所反应的交流输出电能，并输出至电动机组
9，其中第二功率实际上根据电动机组9的运作变化而动态变化。储能模块102与直流母线12耦接，用以进行充电或放电的运作。
[0102] 控制模块11与变频器模块10及电动机组9耦接，可根据变频器模块10内的相关参数而控制变频器模块10进行对应的运作。此外，控制模块11还依据第二功率的动态变化来对应控制储能模块102进行充电或放电的运作，以反向补偿电动机组9的运作变化，进而抵消电动机组9的运作变化对变频器模块10所接收的输入功率的影响。
[0103] 于上述实施例中，变频器模块10还具有一母线电容C，耦接于第一电能转换电路100及第二电能转换电路101之间且与直流母线12耦接，用以稳压。储能模块102还包含充电/放电电路103及储能装置104。充电/放电电路103与储能装置104及控制模块11耦接，受控制模块11的控制而对储能装置104进行充电或放电。储能装置104可为但不限于由一充电
电池(例如铅酸
蓄电池或锂电池等)所构成，储能装置104也可为一超级电容。此外，变频器模块10还包含一斩波电路105，与直流母线12相耦接，且由控制模块11所控制，当直流母线
12上具有多余能量，例如因电动机组9运作于发电机模式而放电所导致，使直流母线12上的母线电压上升到一启动设定值时，斩波电路105便被控制模块11控制而启动，以消耗直流母线12上的多余能量。再者，电力系统1还具有配电盘7，配电盘7因发电机组8为三相交流发电机组而为交流配电盘，且耦接于发电机组8及变频器模块10之间，用以分配发电机组8所提供的交流输入电能。
[0104] 以下将进一步说明本案的电力系统1可依据电动机组9的运作变化而进行对应的运作模式。首先，当电力系统1处于模式1，即电动机组9均速运行且处于电动机模式，且电动机组9的所需功率小于电力系统1所接收的输入功率。此时发电机组8所输出的大部分电能分别经过第一电能转换电路100和第二电能转换电路101的转换而传送至电动机组9。此外，发电机组8所输出的小部分电能经过第一电能转换电路100输入至充电/放电电路103，并通过充电/放电电路103将该部分电能转换为充电电能，进而提供给储能装置104，藉此使储能装置104处于浮充状态而保持储能装置104的活性。
[0105] 当电力系统1处于模式2，即电动机组9处于正常
加速或减速。发电机组8所输出的电能仍分别经过第一电能转换电路100和第二电能转换电路101的转换而传送至电动机组9。控制模块11则控制储能模块102根据电动机组9的运作变化进行放电或充电，以反向补偿电动机组9的运作变化，藉此抵消电动机组9的运作变化对变频器模块10所接收的输入功率的影响，以维持变频器模块10所接收的输入功率的稳定，从而稳定直流母线12上的电压和变频器模块10所接收的输入功率在电动机组9的运作变化时的波动。更进一步说明，当电动机组9运作于电动机模式且电动机组9处于加速过程，使电动机组9所需的功率大于该输入功率，此时控制模块11便控制储能模块10进行放电运作，使储能装置104所储存的电能经由充电/放电电路103转换，并传送至电动机组9，藉此补偿电动机组9的所需功率与该输入功率之间的差值。反之，当电动机组9正常减速而处于发电机模式时，此时控制模块11便控制储能模块102进行充电运作，使电动机组9释放至直流母线12的电能经由充电/放电电路103转换，以对储能装置104进行充电，从而维持直流母线12的电压的稳定。
[0106] 当电力系统1处于模式3，即船舶须在不开动发电机组8而仅依靠储能装置104的情况下行驶时，例如靠岸或调整船舶的
姿态而入港等，此时发电机组8不运作而断电，第一电能转换电路100也停止工作，控制模块11则控制储能模块102进行放电运作，使储能装置104所储存的电能经由充电/放电电路103及第二电能转换电路101转换后流向电动机组9，藉此稳定直流母线12上的电压，并且向电动机组9提供短暂的电能
支撑，此时电动机组9所需功率完全由储能模块102所提供。
[0107] 当电力系统1处于模式4，电动机组9急剧减速、
刹车而处于发电机模式。此时由于电动机组9释放较多的电能，故不但第一电能转换电路100和第二电能转换电路101运作而将电动机组9释放至直流母线12的部分电能回馈至发电机组8。储能模块102也进行充电运作，使电动机组9释放至直流母线12的电能部分经由充电/放电电路103进行转换，以对储能装置104进行充电，进而保证直流母线12上的电压稳定。
[0108] 当电力系统1处于模式5，即电动机组9急剧减速、刹车而处于发电机模式，储能模块102进行充电运作且第一电能转换电路100和第二电能转换电路101也运作而将电动机组9释放的电能回馈至发电机组8的情况下，直流母线12上的母线电压仍上升到启动设定值时，此时控制模块11便控制斩波电路105启动，以消耗直流母线12上的多余能量。
[0109] 请参阅图2，其为图1所示的电力系统在不同模式下的转换关系。如图2所示，于一些实施例中，电力系统1可由模式1进入模式2、3、4或5，可由模式2进入模式1或模式3，可由模式3进入模式1、模式2或模式5，可由模式4进入模式1或模式5，可由模式5进入模式1、模式3或模式4。由图2可知，各模式之间根据电动机组9的工作状况不同而可以自由转换。
[0110] 请参阅图3A-3D，其分别显示本案的电力系统的控制原理示意图。如图3A-3D所示，本案的储能模块102可根据变频器模块10所输出的输出功率(第二功率)，即电动机组9的所需功率的变化(于图3A-3D中，变频器模块10所输出的输出功率标示为Pout)而进行充电或放电(于图3A-3D及图4中，储能模块102的输出功率标示为Pchar)，以反向补偿电动机组9的运作变化，藉此抵消电动机组9的运作变化对变频器模块10所接收的输入功率(于图3A-3D及图4中标示为Pin)的影响，以维持变频器模块10所接收的输入功率的稳定，从而稳定直流母线12的电压和变频器模块10所接收的输入功率在电动机组9的运作变化时的波动。无需检测发电机组8的电压、电流
信号，即可实现输入功率的平滑控制。为了实现上述的特性，首先，如图3A所示，当变频器模块10所输出的输出功率在动态变化时，即电动机组9的所需功率在动态变化时，如能通过储能模块102反向补偿变频器模块10所输出的输出功率的动态变化，便可使变频器模块10所接收的输入功率变化最小，甚至维持平稳。接着，对图3A所示功率进行频谱分解，则形成如图3B所示的频谱图。如图3B所示，电动机组9的所需功率动态变化，即变频器模块10所输出的输出功率Pout动态变化，故可以把变频器模块10所输出的输出功率进行频谱分解，以形成低频分量和高频分量。若储能模块102可反向补偿高频分量所对应的功率，就可以保证经由发电机组8传送至电力系统1的输入功率为平稳的低频量，也就是代表输入功率的动态变化很小。而图3C则显示了如何获得储能模块102的功率频谱，使之反向补偿电动机组9的所需功率的动态变化量。对变频器模块10所输出的输出功率进行频谱分解，并
选定特定频宽的
高通滤波器过滤低频分量而保留高频分量，如此一来，所保留的高频分量即是需要储能模块102来进行补偿的功率波动量。而图3D则显示了获得储能模块102所应进行补偿的功率频谱的另一种方法，也就是先对变频器模块10所输出的输出功率进行频谱分解，接着减去通过
低通滤波器所过滤后的低频分量，同样可以保留高频分量，如此一来，所保留的高频量即是储能模块102需进行补偿的功率波动量。
[0111] 请参阅图4并配合图1，其中图4为图1所示的电力系统的控制架构及控制模块的电路结构示意图。如图1及图4所示，于本实施例中，为了实现上述的控制原理，控制模块11还包含储能模块控制电路110，储能模块控制电路110包含频谱运算单元111、高通滤波单元112、电流运算单元113、比较单元114以及调节单元115。频谱运算单元111耦接至变频器模块10，用以依据变频器模块10内的多个参数，即变频器模块10所输出的输出电流Iout及输出电压Vout，而计算变频器模块10所输出的输出功率Pout，即电动机组9所需的功率，并对该输出功率Pout进行频谱分解，以得到该输出功率的频谱序列。高通滤波单元112耦接至频谱运算单元111，用以滤除频谱序列的低频分量，以输出符合一高频范围的补偿功率，即储能模块102的输出功率Pchar。电流运算单元113耦接至高通滤波单元112，用以依据储能装置104的储能电压Vbat及补偿功率计算出参考电流。比较单元114耦接至电流运算单元113，用以比较参考电流及储能装置104运作时的实际电流Ichar，并输出一比较结果。调节单元
115耦接至比较单元114，用以依据该比较结果而控制储能模块102的运作，以对储能装置
104运作时的实际电流Ichar进行调整。
[0112] 需要说明的是，一般定义：储能模块102的输出功率Pchar为正值时，储能模块102进行放电即向电动机组9输送电能；同理储能模块102的输出功率Pchar为负值时，储能模块102进行充电即接收发电机组8的充电电能或电动机组9反馈的电能。
[0113] 此外，于本实施例中，控制模块11还包含斩波电路控制单元106，用以在直流母线12的母线电压上升到启动设定值时，控制斩波电路105启动，使斩波电路105消耗直流母线
12上的多余能量。另外斩波电路控制单元106还可在斩波电路105运作而直流母线12上的母线电压下降到关闭设定值时，控制斩波电路105关闭。由上可知，斩波电路控制单元106实际上是采用滞环比较的控制方式控制斩波电路105运作与否。通过斩波电路105及斩波电路控制单元106，便可避免因电动机组9的所需功率变化过大，使得储能模块102调节不及时而可能产生的直流母线12的电压升高，损坏电子元器件的危险。
[0114] 更甚者，控制模块11也包含第一电能转换电路控制单元107，用以
采样输入电压Vin、输入电流Iin及母线电压Vbus而对应控制第一电能转换电路100的运作，藉此稳定母线电压Vbus，并调节输入电流Iin跟随输入电压Vin，以保证高的电网品质。而于一些实施例中，第一电能转换电路控制模块107可采用双环控制，也就是利用外环直流电压环及内环电网电流环来进行控制。
[0115] 控制模块11还包含第二电能转换电路控制单元108，用以采样电动机组9的转速n及输入电流Iin，以利用转速环及电机电流环的双环控制而控制第二电能转换电路101的运作。其中电动机组9的转速n可以通过速度感测器(未图示)获得，也可以通过采集电力系统1输出至电动机组9的输出电压Vout并进行计算而得到。
[0116] 请参阅图5，其为图1所示的电力系统的变频器模块的一示范性实施例的电路结构图。如图5所示，于一些实施例中，第一电能转换电路100及第二电能转换电路101可为背靠背(Back-To-Back)的电路结构，且可分别由两电平电路所构成。充电/放电电路103由可进行双向电能转换的非隔离型直流/直流转换电路所构成，且包含电感、电容及彼此
串联耦接的两个
开关元件。斩波电路105由两电平电路所构成，且包含泄能电阻及彼此串联耦接的
二极管及开关元件。
[0117] 当然，如图3D所示，由于也可先对变频器模块10所输出的输出功率进行频谱分解，接着减去通过低通滤波器所过滤后的低频分量，同样可以保留高频分量，如此一来，所保留的高频量即是需要储能模块102进行补偿的功率波动量。因此于一些实施例中，如图6所示，可通过低通滤波单元20及减法单元21来取代图4所示的高通滤波单元112。其中低通滤波单元20耦接至频谱运算单元111，用以滤除频谱序列的高频分量，以产生符合一低频范围的过渡功率。减法单元21分别接收低通滤波单元20及频谱运算单元111的输出，并将计算结果输入至电流运算单元113，用以将变频器模块10所输出的一输出功率(于此标示为Pout)减去该过渡功率，以输出补偿功率至电流运算单元113。
[0118] 请参阅图7，其为本案第三较佳实施例的电力系统的控制架构及控制模块的细部电路结构示意图。如图7所示，本实施例的电力系统2相似于图4所示的电力系统1，故于此仅以相同标号代表相似的结构，不再赘述。相较于图4所示的电力系统1具有单一的储能模块102，本实施例的电力系统2具有多个储能模块，例如图7所示第一储能模块61及第二储能模块62，而储能模块控制电路110也对应储能模块的个数而改为包含频谱运算单元601、第一高通滤波单元602、第二高通滤波单元603、差值比较器604、第一电流运算单元605、第二电流运算单元606、第一比较单元607、第二比较单元608、第一调节单元609及第二调节单元
610。其中第一储能模块61的储能装置104的特性不同于第二储能模块62的储能装置104的特性。频谱运算单元601耦接至变频器模块10，用以依据变频器模块10内的多个参数，即变频器模块10所输出的输出电流Iout及输出电压Vout，而计算变频器模块10所输出的输出功率，即电动机组9所需的功率，并对该输出功率进行频谱分解，以输出一频谱序列。第一高通滤波单元602耦接至频谱运算单元111，用以滤除频谱序列的第一低频分量，以输出符合第一高频范围的第一补偿功率。第二高通滤波单元603耦接至频谱运算单元111，用以滤除频谱序列的第二低频分量，以输出符合第二高频范围的第二补偿功率，其中第一高通滤波单元602的带宽不同于第二高通滤波单元603的带宽，使第一高通滤波单元602所输出的第一补偿功率的高频范围不同于第二高通滤波单元603所输出的第二补偿功率的高频范围。本实施例中，第二高通滤波单元603的带宽大于第一高通滤波单元602的带宽，但本发明不以此为限，视实际情况而定。差值比较器604的非反向输入端与第二高通滤波单元603耦接，差值比较器604的反向输入端与第一高通滤波单元602耦接，差值比较器604用以比较第一高通滤波单元602及第二高通滤波单元603所输出的第一补偿功率及第二补偿功率，并输出一差值功率。第一电流运算单元605耦接至第一高通滤波单元602，用以依据第一储能模块61的储能装置104的第一储能电压Vbat1及第一补偿功率计算出第一参考电流。第二电流运算单元606耦接至差值比较器604，用以依据第二储能模块62的储能装置104的第二储能电压Vbat2及差值功率计算出一第二参考电流。第一比较单元607耦接至第一电流运算单元605，用以比较第一参考电流及第一储能模块61的储能装置104的第一实际电流Ichar1，并输出第一比较结果。第二比较单元608耦接至第二电流运算单元606，用以比较第二参考电流及第二储能模块62的储能装置104的第二实际电流Ichar2，并输出第二比较结果。第一调节单元609耦接至第一比较单元607，用以依据第一比较结果而控制第一储能模块61的运作，以对第一储能模块61的储能装置104的第一实际电流Ichar1进行调整。第二调节单元610耦接至第二比较单元608，用以依据第二比较结果而控制第二储能模块62的运作，以对第二储能模块62的储能装置104的第二实际电流Ichar2进行调整。
[0119] 由上可知，本实施例的电力系统2可按照高频分量的频谱组成，于第一储能模块61及第二储能模块62中配置不同容量的储能装置104和充电/放电电路103来分别进行补偿，因此对于能量
密度大的储能装置104，如
铅酸蓄电池或锂电池等，可利用对应的高通滤波单元，即第二高通滤波单元603来处理频段较低(例如2～20Hz)的部分，而对于
能量密度低的储能装置104，如超级电容等，则可利用对应的高通滤波单元，即第一高通滤波单元602来处理频段较高(例如>20Hz)的部分。通过本案的电力系统2可优
化成本结构，同时提高第一储能模块61的储能装置104及第二储能模块62的储能装置104的利用率和寿命。
[0120] 请参阅图8及图9，其中图8为本案第四较佳实施例的电力系统的电路方块图，图9为图8所示的电力系统的控制架构及控制模块的细部电路结构示意图。如图8、9所示，本实施例的电力系统3相似于图1、4所示的电力系统1，故于此仅以相同标号代表相似的结构，不再赘述。唯相较于图1、4所示的电力系统1的发电机组8为三相交流发电机组，本实施例的变频器模块耦接于一直流发电系统，即发电机组80为直流发电机组。因此本实施例的电力系统3的变频器模块10无须如图1、4所示包含第一电能转换电路100，且于一些实施例中，第一电能转换电路实际上可整合于直流发电机组80中。因此，本实施例中的电力系统3的变频器模块10包含第二电能转换电路101及至少一储能模块102。第二电能转换电路为逆变电路，接收直流电压，并将直流电压转换为交流输出电能，并输出至电感性负载。储能模组102耦接于逆变电路，以进行充电/放电的运作。此外，相较于图1、4所示的电力系统1的配电盘7耦接于发电机组8及变频器模块10的第一电能转换电路100之间，本实施例的电力系统3的配电盘30改为耦接于发电机组80及变频器模块10之间，并与直流母线12耦接，且为直流配电盘。
[0121] 请参阅图10，其为本案五较佳实施例的电力系统的控制架构及控制模块的细部电路结构示意图。本实施例的电力系统4相似于图7所示的电力系统2及图9所示的电力系统3，故于此仅以相同标号代表相似的结构，不再赘述。相较于图9所示的电力系统3具有单一的储能模块102，本实施例的电力系统5也可相似于图7所示的电力系统2而具有多个储能模块，例如图7所示第一储能模块61及第二储能模块62。储能模块控制电路110对应储能模块的个数而包含频谱运算单元601、第一高通滤波单元602、第二高通滤波单元603、差值比较器604、第一电流运算单元605、第二电流运算单元606、第一比较单元607、第二比较单元608、第一调节单元609及第二调节单元610。其中第一储能模块61、第二储能模块62及第一高通滤波单元602、第二高通滤波单元603、差值比较器604、第一电流运算单元605、第二电流运算单元606、第一比较单元607、第二比较单元608、第一调节单元609及第二调节单元
610的元件特性及运作方式皆相似于图7所示的第一高通滤波单元602、第二高通滤波单元
603、差值比较器604、第一电流运算单元605、第二电流运算单元606、第一比较单元607、第二比较单元608、第一调节单元609及第二调节单元610，故于此不再赘述。
[0122] 当然，本案的电力系统可应用于一光伏发电装置或一风力发电装置中。请参阅图11及图12，其中图11为本案应用于光伏发电装置的一较佳实施例的电力系统的电路方块图，图12为图11所示的电力系统的控制架构及控制模块的电路结构示意图。如图11及图12所示，本实施例的电力系统6应用于一光伏发电装置中，耦接于光伏发电机组611及电网612之间，且电力系统6的电路架构与运作原理相似于图1及4所示的电力系统1，故于此仅以相同符号标示来表示相似的电路结构与运作原理。唯相较于图1及4所示的电力系统1，本实施例的电力系统6改为接收光伏发电机组611所输出的第二功率，即输入功率，并转换为第一功率，即输出功率，并输送至电网612中。此外，第二电能转换电路101改为由一直流/直流转换电路所构成，用以将该输入功率所反映的直流输入电能转换为过渡直流电能。而第一电能转换电路100改为由一逆变电路所构成，用以转换过渡直流电能，并输出该输出功率至电网62。
[0123] 至于控制模块11，则根据变频器模块10内的相关参数而控制变频器模块10进行对应的运作。此外，控制模块11还依据第二功率的动态变化来对应控制储能模块102进行充电或放电的运作，以反向补偿光伏发电机组61的运作变化，进而抵消光伏发电机组61的运作变化对电网62所接收的输出功率的影响，以实现电网62所接收的输出功率的平滑控制。
[0124] 此外，控制模块11的频谱运算单元111改为用以依据变频器模块10内的多个参数，即变频器模块10所接收的输入电流Iin’及输入电压Vout’，而计算变频器模块10所接收的输入功率。
[0125] 而由于本实施例的电力系统6的目的及运作原理实相似于图1所示的电力系统1，差异仅在于电能传递的方向及运作模式的不同，故本领域中技术人员在了解本案图1所示的电力系统1的技术及实现功效后，实可了解图12所示的电力系统6的运作原理及可实现的功效，且清楚电力系统1与电力系统6的可能其它差异点，故仅于上述内容中说明为了实现本案所欲实现的目的，电力系统6需要改变的地方，而针对电力系统6中非本案重点的变化则不再进行赘述。
[0126] 而由上可知，当光伏发电机组61运作产生变化，例如产生的电量发生变化，而使光伏发电机组61的输出功率变化时，本实施例的电力系统6的储能模块102同样进行充电或放电，以反向补偿光伏发电机组61的运作变化，进而抵消光伏发电机组61的运作变化对电网62所接收的输出功率的影响，以实现电网62所接收的输出功率的平滑控制。
[0127] 请参阅图13及图14，其中图13为本案应用于风力发电装置的一较佳实施例的电力系统的电路方块图，图14为图13所示的电力系统的控制架构及控制模块的电路结构示意图。如图13及图14所示，本实施例的电力系统70可应用于一风力发电装置中而耦接于风力发电机组711及电网612之间，然由于本实施例的电力系统70的电路架构与运作原理相似于图11及12所示的电力系统6，故于此仅以相同符号标示来表示相似的电路结构与运作原理，而不再赘述。
[0128] 请参阅图15，其为适用于本案的电力系统的控制模块的控制方法的步骤流程图。如图15所示，本案的控制方法为，首先，执行步骤S1，即依据变频器模块10内的多个参数而计算第二功率，并对该第二功率进行频谱分解，以输出频谱序列。接着执行步骤S2，即对频谱序列进行滤波，以输出符合一特定
频率范围的补偿功率。最后，执行步骤S3，即利用补偿功率而使控制模块11依据第二功率的动态变化而对应控制储能模块102进行充电或放电的运作，以抵消电动机组9的负载变化而维持该输入功率稳定。
[0129] 而于上述实施例中，步骤S3还包含三个子步骤如下：首先执行第一子步骤，即依据储能模块102的储能装置104的储能电压及该补偿功率计算出参考电流。接着，执行第二子步骤，即比较参考电流及储能装置104的实际电流Ichar，并依据比较结果输出一补偿电流。最后，执行第三子步骤，即控制模块11依据补偿电流而控制储能模块102的运作，以对储能模块102的储能装置104的实际电流Ichar进行调整，进而使储能模块10依据该电能/动能转换装置(如电动机组9、光伏发电机组61或风力发电机组71)运作变化而进行反向补偿。
[0130] 此外，在步骤S2中，若控制模块11利用高通滤波单元112对频谱序列进行滤波时，如图4所示，则为滤除频谱序列的低频分量，以输出该补偿功率，且该特定频率符合一高频范围。反之依据图6所示，当控制模块11采用低通滤波单元20来对频谱序列进行滤波时，则步骤S2还包含两个子步骤，即首先执行第一子步骤，滤除频谱序列的高频分量，以产生符合一低频范围的过渡功率。接着，执行第二子步骤，将该第二功率减去该过渡功率，以输出补偿功率，其中该特定频率符合该低频范围。
[0131] 综上所述，本案提供一种电力系统及其控制方法，具有储能模块，而在电能/动能转换装置的运作变化时，储能模块可自动地进行充电或放电，藉此反向补偿电能/动能转换装置的运作变化，以抵消电能/动能转换装置的运作变化对存在于变频器模块的第一电能转换电路与电力端之间的第一功率的影响，进而维持第一功率的稳定，并稳定直流母线和第一功率在电能/动能转换装置的运作变化时的波动。特别是，电能/动能转换装置的运作变化可全部通过储能模块的充电/放电进行补偿，以使第一功率维持恒定。当电动机组所推进的负载增加时，便可通过储能模块的放电运作来补偿电感性负载的所需功率变化，因此使用本案的电力系统的船舶无须加大电力系统的输出功率或投入后备发电设备，进而减少电动机组的热功率上升，且减少电力系统的成本增加，并稳定变频器模块的直流母线电压及减小外部因素变化对电网的影响。而在电动机组减速而进入发电状态的过程中，也可通过储能模块为充电运作而抵消电感性负载的负载变化对变频器模块所接收的输入功率的影响，如此一来，斩波电路内的泄能电阻的尺寸、重量以及散热效率便可相对优化，且通过储能模块保存多余的能量以提升电力系统的运行效率。另外，在船舶须在不开动发电机组而需行驶时，通过储能模块来提供船舶行驶所需的电能，使得使用本案电力系统的船舶可在运输成本无须上升的情况下达到减少港口环境的污染的功效。在对入网功率或发电机组输出功率进行平滑控制时，无需检测电网或发电机组的电压、电流等信号，其可带来下述优势：平滑功率输出不受网侧或发电侧变化的影响；弱电网下，避免输入功率平滑控制与网侧控制的相互干扰。
[0132] 上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明
权利要求书所限定的范围内。
