[go: up one dir, main page]

TW201918000A - 應用於三相直交流轉換器之電壓平衡控制方法及裝置 - Google Patents

應用於三相直交流轉換器之電壓平衡控制方法及裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW201918000A
TW201918000A TW107137263A TW107137263A TW201918000A TW 201918000 A TW201918000 A TW 201918000A TW 107137263 A TW107137263 A TW 107137263A TW 107137263 A TW107137263 A TW 107137263A TW 201918000 A TW201918000 A TW 201918000A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
voltage
phase
reference value
value
amplitude
Prior art date
Application number
TW107137263A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI702782B (zh
Inventor
林孟誼
小西義弘
楊宗振
Original Assignee
財團法人工業技術研究院
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 財團法人工業技術研究院 filed Critical 財團法人工業技術研究院
Publication of TW201918000A publication Critical patent/TW201918000A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI702782B publication Critical patent/TWI702782B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/02—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53875—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from AC input or output

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本揭露提供一種應用於三相直交流轉換器之電壓平衡控制方法，包括：藉由第一乘法器，將線電容電壓實際值與正弦函數相乘，以產生第一電壓；藉由第一濾波器，擷取第一電壓的直流部分，以產生誤差直流成份；藉由第一減法器，將目標電壓振幅與誤差直流成份相減，以產生第二電壓；藉由第一比例積分控制器，調整第二電壓，以產生一振幅誤差補償值；以及藉由加法器，將振幅誤差補償值與目標電壓振幅相加，以產生一振幅參考值。此外，本揭露亦提供一種應用於三相直交流轉換器之電壓平衡控制裝置。

Description

應用於三相直交流轉換器之電壓平衡控制方法及裝置
本揭露是關於一種電壓平衡控制方法及裝置，特別是指一種應用於三相直交流轉換器之電壓平衡控制方法及裝置。
現今，電源系統可分為三相電源及單相電源，若規格符合，可將單相負載接至三相電源，以節省單相電源之製作成本，但會造成三相電源間相與相之間的不平衡。三相直交流轉換器常應用於再生能源獨立系統或不間斷電源供應系統，且三相直交流轉換器之輸出電壓需具高品質特性，但輸出電壓之品質會因負載不平衡而受影響，例如，輸出端的電感製作誤差造成輸出阻抗不匹配，考量由三相負載轉為單相負載或當三相直交流轉換器負載有變化時的情況。
再者，在習知技術中，使用直軸(d軸)交軸(q軸)正負零相序轉換控制法，此控制法由於無電流迴授控制輸出電壓，故動態響應不佳。另外，有前案提出使用比例諧振控制器(Proportional Resonant Controller)來達到電壓平衡控制，然而，此控制方法必需在輸出端加裝感測器元件以取得負載電流，因此無法使平衡效果達到最佳。
因此，如何有效地改善上述習知技術之問題，於負載平衡時，有效地降低輸出電壓與控制誤差，進而使整體系統之性能提升，實已成為本領域技術人員之一大課題。
本揭露提供一種應用於三相直交流轉換器之電壓平衡控制方法及裝置。
本揭露應用於三相直交流轉換器之電壓平衡控制方法包括：藉由一第一乘法器，將一線電容電壓實際值與一正弦函數相乘，以產生一第一電壓；藉由一第一濾波器，擷取第一電壓的直流部分，以產生一誤差直流成份；藉由一第一減法器，將一目標電壓振幅與該誤差直流成份相減，以產生一第二電壓；藉由一第一比例積分控制器，調整第二電壓，以產生一振幅誤差補償值；以及藉由一加法器，將振幅誤差補償值與目標電壓振幅相加，以產生一振幅參考值。
本揭露應用於三相直交流轉換器之電壓平衡控制裝置係為一晶片或具有晶片，並包括：一參考值調節器，係用以輸出一新參考值，其中，將一回授值輸入至參考值調節器；一減法裝置，係連接至參考值調節器的輸出端，並將新參考值與回授值相減；以及一電壓調節器，係連接至減法裝置。
依據本揭露之電壓平衡控制裝置，參考值調節器包括：一第一乘法器，係用以輸出一第一電壓，其中，回授值及一正弦函數輸入至第一乘法器；一第一濾波器，係連接至第一乘法器，用以擷取第一電壓的直流部分，並輸出一誤差直流成份；一第一減法器，係連接至第一濾波器，用以輸出一第二電壓，並將一目標電壓振幅與該誤差直流成份相減；一第一比例積分控制器，係連接至第一減法器，用以輸出一振幅誤差補償值及調整第二電壓；以及一加法器，係連接至第一比例積分控制器，用以輸出一振幅參考值，並將振幅誤差補償值與目標電壓振幅相加。
依據本揭露之電壓平衡控制裝置，參考值調節器包括：一第二乘法器，係用以輸出一第三電壓，其中，回授值及一餘弦函數輸入至第二乘法器；一第二濾波器，係連接至第二乘法器，用以擷取第三電壓的相位部分，並輸出一相位誤差成份；一第二比例積分控制器，係連接至第二濾波器，用以輸出一相位誤差補償值及調整相位誤差成份；一第二減法器，係連接至第二比例積分控制器，用以輸出一相位參考值，及將一目標電壓相位與相位誤差補償值相減；以及一正弦波產生器，係連接至第二減法器，用以輸出一正弦波值，其中，相位參考值輸入至正弦波產生器。
依據本揭露之電壓平衡控制裝置，參考值調節器包括：一第三乘法器，用以輸出新參考值，其中，振幅參考值及正弦波值輸入至第三乘法器。
為讓本揭露之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明。在以下描述內容中將部分闡述本揭露之額外特徵及優點，且此等特徵及優點將部分自所述描述內容顯而易見，或可藉由對本揭露之實踐習得。本揭露之特徵及優點借助於在申請專利範圍中特別指出的元件及組合來達成。應理解，前文一般描述與以下詳細描述兩者均僅為例示性及解釋性的，且不欲約束本揭露所主張之範圍。
以下藉由具體的實施形態說明本揭露之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本揭露之優點與功效，亦可藉由不同的具體實施形態加以施行或應用。
本揭露提出電壓平衡控制方法及裝置，針對輸出電壓做有效值振幅及相位分析及補償，使得輸出負載匹配不平衡時可達到輸出電壓平衡。
本揭露所提出之電壓平衡控制方法及裝置，可應用於直交流轉換器1，第1圖顯示三相直交流轉換器1之電路架構，直交流轉換器1包含直流鏈電容器Cdc 、六個開關元件Q1 ~Q6 、三個濾波電感器Lfa 、Lfb 、Lfc 、以及三個濾波電容器Cfa 、Cfb 、Cfc 組成之濾波電路，其中，每兩個開關元件即組成獨立相位，例如開關元件Q1 ~Q2 組成a相位，開關元件Q3 ~Q4 組成b相位，開關元件Q5 ~Q6 組成c相位。另外，Ed 為直流鏈電壓，vIa 為直交流轉換器的a相之交流電壓，iIa 為直交流轉換器的a相之交流電流，vCa 為a相之交流濾波電容電壓，iCa 為a相之交流濾波電容電流，iLa 為a相之負載電流，其餘b相及c相之參數依此類推；vCab 為ab線電容電壓實際值(即為ab兩相電容電壓vCab )，vCbc 為bc線電容電壓實際值(即為bc兩相電容電壓vCbc )。
本揭露提供一種應用於三相直交流轉換器之電壓平衡控制方法，如第2圖至第5A、5B圖所示，該方法包括以下步驟S10至S20。
在第2圖之步驟S10中，藉由第3圖之一第一乘法器10，將一線電容電壓實際值vC ab 與一正弦函數sinθ相乘，以產生一第一電壓A1_ab 。
在第2圖之步驟S11中，藉由第3圖之一第一濾波器11，擷取第一電壓A1_ab 的直流部分，以產生一誤差直流成份A2_ab 。
在第2圖之步驟S12中，藉由第3圖之一第一減法器12，將一目標電壓振幅VL rms 與誤差直流成份A2_ab 相減，以產生一第二電壓A3_ab ，第二電壓A3_ab 又可視為振幅誤差成份。實際上，因為運算的係數關係，如下方公式(4)所示，，使得目標電壓振幅VL rms 需除以後，再與誤差直流成份A2_ab 相減。
在第2圖之步驟S13中，藉由第3圖之一第一比例積分控制器13，調整第二電壓A3_ab ，以產生一振幅誤差補償值Δv Cab 。
在第2圖之步驟S14中，藉由第3圖之一加法器14，將振幅誤差補償值Δv Cab 與目標電壓振幅 VL rms 相加，以產生一振幅參考值Amplitude_ab 。實際上，為取得目標電壓振幅VL rms 的峰值，故將乘以後，再與振幅誤差補償值Δv Cab 相加，詳細如下方公式(6)所示。
在第2圖之步驟S15中，藉由第4圖之一第二乘法器20，將線電容電壓實際值vC ab 與一餘弦函數cosθ相乘，以產生一第三電壓P1_ab 。
在第2圖之步驟S16中，藉由第4圖之一第二濾波器21，擷取第三電壓P1_ab 的相位部分，以產生一相位誤差成份P2_ab 。
在第2圖之步驟S17中，藉由第4圖之一第二比例積分控制器22，調整相位誤差成份P2_ab ，以產生一相位誤差補償值ΔΦab 。
在第2圖之步驟S18中，藉由第4圖之一第二減法器23，將一目標電壓相位θ與相位誤差補償值ΔΦab 相減，以產生一相位參考值phase_ab 。
在第2圖之步驟S19中，藉由第5A圖之一正弦波產生器24a，接收相位參考值phase_ab ，以產生一正弦波值sin(θ-ΔΦab )。
在第2圖之步驟S20中，藉由第5A圖之一ab相第三乘法器31a，將振幅參考值Amplitude_ab 與正弦波值sin(θ-ΔΦab )相乘，以產生一控制電壓參考值v* Cab ，控制電壓參考值v* Cab 係控制命令值(control command)。
第3圖顯示本揭露之電壓平衡控制裝置的振幅參考值單元5 (以ab相為例)之方塊圖，振幅參考值之控制的說明如下。
理想三相直交流轉換器之ab相電容之輸出線電壓為正弦波函數，如公式(1)所示：(1) 其中，為電壓峰值參考值，為參考線電壓有效值，v* Cab_ideal 為理想控制電壓參考值。
然而，實際三相直交流轉換器的輸出電壓參考值在振幅及相位會有誤差，在此假設如公式(2)所示：(2) 其中，vCab 為線電容電壓實際值，為ab相之電壓峰值參考值，為相位，為相位差。
利用第一乘法器10，將線電容電壓實際值vCab 與正弦函數sinθ相乘，可產生第一電壓A1_ab ，如公式(3)所示：(3) 其中，為相位，vCab 為線電容電壓實際值，為相位差，為ab相之電壓峰值參考值。
由公式(3)中可看出，第一電壓A1_ab 包含直流成份及2倍角頻率成份，第一電壓A1_ab 經過第一濾波器(filter)11，例如移動平均濾波器(Moving average filter)或可擷取電流值的裝置，並且假設相位差非常小時，可產生誤差直流成份A2_ab ，如公式(4)所示：(4) 其中，為ab相之電壓峰值參考值，為相位差，為ab線電壓有效值。
接著，再利用第一減法器12將目標電壓振幅VL rms (因為運算的係數關係，故將除以)與誤差直流成份A2_ab 相減，可獲得第二電壓A3_ab ，如公式(5)所示：(5) 其中，為目標電壓振幅，為ab相之電壓峰值參考值，為相位差，第二電壓A3_ab 又可視為振幅誤差成份。
此誤差直流成份A2_ab 經過第一比例積分控制器(proportional-integral controller, PI controller)13計算後可得到振幅誤差補償值，利用加法器14將目標電壓振幅VL rms (為取得目標電壓振幅VL rms 的峰值，故將乘以)加上振幅誤差補償值Δv Cab ，即可得到振幅參考值Amplitude_ ab ，如公式(6)所示：(6)
上述已詳細說明本揭露之電壓平衡控制裝置之振幅參考值控制，本揭露之電壓平衡控制裝置亦包含相位參考值控制，第4圖顯示本揭露之電壓平衡控制裝置的相位參考值單元7 (以ab相為例)之方塊圖，相位參考值之控制的詳細說明如下。
假設三相直交流轉換器之輸出電壓參考值如公式(2)所示，利用第二乘法器20將線電容電壓實際值vC ab 與一餘弦函數cosθ相乘，可產生第三電壓P1_ab ，如公式(7)所示：(7) 其中，為相位，為ab相之電壓峰值參考值，為相位差。
由公式(7)中可看出，第三電壓P1_ab 包含直流成份及2倍角頻率成份，第三電壓P1_ab 經過第二濾波器21(例如，移動平均濾波器)，並且假設相位差非常小時，可得到相位誤差成份P2_ab ，如公式(8)所示：(8) 其中，為ab相之電壓峰值參考值，為相位差。
此相位誤差成份P2_ab 經過第二比例積分控制器22後，可產生相位誤差補償值，利用第二減法器23將目標電壓相位θ與相位誤差補償值ΔΦab 相減，可得到相位參考值Phase_ ab ， 如公式(9)所示：(9)
接著，利用一正弦波產生器24a接收相位參考值phase_ab ，可獲得一正弦波值sin(θ-ΔΦab )。
之後，利用ab相第三乘法器31a將振幅參考值Amplitude_ab 與正弦波值sin(θ-ΔΦab )相乘，即可獲得控制電壓參考值，如公式(10)所示。(10)
同理，亦可獲得bc相之控制電壓參考值，如公式(11)所示。(11)
請參閱第5A、5B圖，顯示本揭露之電壓平衡控制裝置3-1(前半部分)與3-2(後半部分)，電壓平衡控制裝置3-1包括參考值調節器30a與30b；見第5B圖，電壓平衡控制裝置3-2包括減法裝置32a、32b、電壓調節器(voltage regulator)33a、33b及脈寬調變產生器(pulse width modulator generator, PWM generator)34。其中，如第5A圖所示，參考值調節器30a包含ab相振幅參考值單元5a(如第3圖所示之振幅參考值單元5)、ab相相位參考值單元7a(如第4圖所示之相位參考值單元7)、正弦波產生器24a及ab相第三乘法器31a，其中ab相振幅參考值單元5a輸出振幅參考值Amplitude_ ab 到ab相第三乘法器31a，ab相相位參考值單元7a輸出相位參考值Phase_ ab 到正弦波產生器24a，ab相第三乘法器31a輸出ab相之控制電壓參考值；參考值調節器30b包含bc相振幅參考值單元5b(類似第3圖所示之振幅參考值單元5，差異在於輸入為bc線電容電壓實際值vCbc )、bc相相位參考值單元7b(類似第4圖所示之相位參考值單元7，差異在於輸入為bc線電容電壓實際值vCbc )、正弦波產生器24b及bc相第三乘法器31b，其中bc相振幅參考值單元5b輸出振幅參考值Amplitude_ bc 到bc相第三乘法器31b，bc相相位參考值單元7b輸出相位參考值Phase_ bc 到正弦波產生器24b，bc相第三乘法器31b輸出bc相之控制電壓參考值v * Cbc 。如第5B圖所示，藉由減法裝置32a，ab相控制電壓參考值v Cab * 與ab線電容電壓實際值vC ab 相減，並且進入電壓調節器33a與脈寬調變產生器34；藉由減法裝置32b，bc相之控制電壓參考值v * Cbc 與bc線電容電壓實際值vCbc 相減，並且進入電壓調節器33b與脈寬調變產生器34。 如第5A、5B圖所示，藉由控制ab相與bc相之控制電壓參考值v Cab * 、可運用至各種控制器，經電壓調節器33a、33b後得到開關訊號之調變因子(modulation index)，進而控制開關元件Q1 ~Q6 之開關訊號，使三相直交流轉換器之輸出電壓達到平衡。
第6圖顯示本揭露之電壓平衡控制裝置8之方塊圖。電壓平衡控制裝置8可為一晶片或具有晶片，並包括一參考值調節器30、一減法裝置32與一電壓調節器33。第6圖之參考值調節器30對等第5A圖之參考值調節器30a、30b。第6圖的減法裝置32對等第5B圖之減法裝置32a、32b。第6圖的電壓調節器33對等第5B圖之電壓調節器(voltage regulator)33a、33b。參考值調節器30用以輸出一新參考值(new reference)，其中，將一回授(feedback)值輸入至參考值調節器30以及減法裝置32；減法裝置32係連接至參考值調節器30的輸出端，並將新參考值與回授值相減，回授值為實際量測值，例如，ab線電容電壓實際值vC ab 或bc線電容電壓實際值vC bc ；參考值係已知的波形，例如，正弦函數sinθ 或餘弦函數cosθ；電壓調節器33係連接至減法裝置32；並且新參考值(new reference)對等ab相與bc相之控制電壓參考值v* Cab 、v* Cbc 。
第6圖之參考值調節器30可包括第3圖振幅參考值單元5之一第一乘法器10、一第一濾波器11、一第一減法器12、一第一比例積分控制器13與一加法器14，亦即第3圖振幅參考值單元5為參考值調節器30之一部分。第一乘法器10用以輸出一第一電壓A1_ab ，其中，線電容電壓實際值v Cab 及一正弦函數sinθ輸入至第一乘法器10。第一濾波器11係連接至第一乘法器10，用以擷取第一電壓A1_ab 的直流部分，並輸出一誤差直流成份A2_ab 。第一減法器12係連接至第一濾波器11，用以輸出一第二電壓A3_ab (振幅誤差成份)，其中，第一減法器12將一目標電壓振幅VL rms (因為運算的係數關係，故將除以)與誤差直流成份A2_ab 相減。第一比例積分控制器13係連接至第一減法器10，用以輸出一振幅誤差補償值Δv Cab 及調整第二電壓A3_ab ，第二電壓A3_ab 又可視為振幅誤差成份。加法器14係連接至第一比例積分控制器13，用以輸出一振幅參考值Amplitude_ab ，並將振幅誤差補償值Amplitude_ab ()與目標電壓振幅VL rms (為取得目標電壓振幅VL rms 的峰值，故將乘以)相加。
第6圖之參考值調節器30進一步包括第4圖相位參考值單元7之一第二乘法器20、一第二濾波器21、一第二比例積分控制器22、一第二減法器23，亦即第4圖相位參考值單元7為第6圖之參考值調節器30之一部分。第4圖之第二乘法器20係用以輸出一第三電壓P1_ab ，其中，線電容電壓實際值v Cab 及一餘弦函數cosθ輸入至第二乘法器20。第二濾波器21連接至第二乘法器20，擷取第三電壓P1_ab 的相位部分，並輸出一相位誤差成份P2_ab 。第二比例積分控制器22係連接至第二濾波器21，用以輸出一相位誤差補償值ΔΦab 及調整相位誤差成份P2_ab 。第二減法器23係連接至第二比例積分控制器22，用以輸出一相位參考值phase_ab ( )，及將一目標電壓相位θ與相位誤差補償值ΔΦab 相減。在一實施例，參考值調節器30亦可包括第5A圖，正弦波產生器24a係連接至ab相相位參考值單元7a，用以輸出一正弦波值sin(θ-ΔΦab )，其中，相位參考值phase_ab 輸入至正弦波產生器24a。ab相第三乘法器31a輸出控制電壓參考值v* Cab ，其中，振幅參考值Amplitude_ab 及正弦波值sin(θ-ΔΦab )輸入至ab相第三乘法器31a； bc相第三乘法器31b輸出控制電壓參考值v* Cbc ，振幅參考值Amplitude_bc 及正弦波值sin(θ--ΔΦbc )輸入至bc相第三乘法器31b。
第7A圖為未使用本揭露的振幅控制之模擬結果，第7B圖為使用本揭露的振幅控制之模擬結果，由第7A圖及第7B圖中可看出，控制電壓參考值v* Cab 為取樣並保持(sample and hold)的輸出電壓參考值，故為鋸齒波，且本案對原始控制命令補償(compensate)且微調(modulate)，使得補償後的控制電壓參考值v* Cab 更能精準追蹤(track)線電容電壓實際值vCab 。第7A圖的最下圖代表未進行電壓振幅補償狀態，振幅誤差補償值(Δv Cab )具有振幅誤差補償值為0，此時(見中圖)振幅誤差成份A3_ab 具有振幅誤差約為4V，此時(見上圖)控制電壓參考值v* Cab 偏離線電容電壓實際值vCab 。第7B圖的最下圖代表已進行電壓振幅補償狀態，振幅誤差補償值(Δv Cab )具有振幅誤差補償值約為11V，此時(見中圖)振幅誤差成份A3_ab 具有振幅誤差為0V，消除原本的振幅誤差， 此時(見上圖)控制電壓參考值v* Cab 貼近線電容電壓實際值vCab 。因此，未使用本揭露的振幅控制之模擬結果有振幅誤差約為4V，而使用本揭露的第3圖振幅參考值單元5之振幅誤差為0V，並且本揭露之比例積分控制器(第一比例積分控制器13)會產生振幅誤差補償值Δv Cab 約為11V，使輸出電壓振幅達到平衡。
第8A圖為未使用本揭露的相位控制之模擬結果，第8B圖為使用本揭露的相位控制之模擬結果，亦即，本案對原始控制電壓參考值作相位補償，產生補償後的控制電壓參考值v* Cab ，藉以達到輸出結果接近線電容電壓實際值vCab ，由第8A圖及第8B圖中可看出，第8A圖的最下圖代表未進行相位補償狀態，相位誤差補償值(ΔΦab )具有相位誤差補償值為0 rad，此時(見中圖)相位誤差成份P2_ab 具有相位誤差約為0.14 rad，此時(見上圖)控制電壓參考值v* Cab 偏離線電容電壓實際值vCab 。第8B圖的最下圖代表已進行相位補償狀態，相位誤差補償值(ΔΦab )具有相位誤差補償值約為0.14 rad，此時(見中圖) 相位誤差成份P2_ab 具有相位誤差為0 rad，消除原本的相位誤差，此時(見上圖)控制電壓參考值v* Cab 貼近線電容電壓實際值vCab 。未使用本揭露的相位控制之模擬結果有相位誤差約為0.14 rad，而使用本揭露的第4圖相位參考值單元7之相位誤差為0 rad，並且本揭露之比例積分控制器(第二比例積分控制器22)亦會產生相位誤差補償值約為0.14 rad，進而使輸出電壓相位達到平衡。經過本揭露之第3圖振幅參考值單元5的振幅補償與第4圖相位參考值單元7的相位補償後，其控制電壓參考值v* Cab 十分趨近線電容電壓實際值vCab 。
第9A圖為未使用本揭露的振幅控制及相位控制之模擬結果，在切換頻率為6.48 kHz的情況下，其輸出電壓參考值與可表示如公式(12)及公式(13)所示：(12)(13)
第9B圖為使用本揭露的振幅控制及相位控制之模擬結果，在切換頻率亦為6.48 kHz的情況下，其ab相及bc相之控制電壓參考值與可分別表示如公式(14)及公式(15)所示：(14)(15)
第9A圖及第9B圖所示之模擬結果包含三相輸出電壓、電流及電壓有效值的比較結果，其中，vCab 為ab線電容電壓實際值，vCbc 為bc線電容電壓實際值，vCca 為ca線電容電壓實際值，iLa 為a相之負載電流，iLb 為b相之負載電流，iLc 為c相之負載電流vCab_rms 為ab線電容電壓之有效值，vCbc 為bc線電容電壓之有效值，vCca 為ca線電容電壓之有效值，第9A圖的模擬情況為a相之負載未連接時之不平衡狀況且未使用本揭露之振幅及相位之控制機制，此時a相之輸出負載電流為0A，三相之輸出電壓超過目標值440V，其中，vCab_rms 為440.3V、 vCbc_rms 為447.7V以及vCca_rms 為432.1V，輸出三相電壓不平衡為1.8%，且各相之輸出電壓有效值有電壓不平衡的狀況約為8V；第9B圖的模擬情況為a相之負載未連接時之不平衡狀況且使用本揭露之振幅及相位之控制機制後，三相之輸出電壓皆控制在目標值440V，其中，vCab_rms 、 vCbc_rms 、 vCca_rms 為439.6V，輸出三相電壓不平衡為0.09%，且各相之輸出電壓有效值達到平衡，因此，使用本揭露之電壓平衡控制方法及裝置後明顯改善因負載阻抗匹配不平衡時所造成的輸出電壓不平衡之狀況。
綜上所述，在考量輸出負載不平衡的狀況下(例如，輸出交流濾波器之電感製作誤差會造成輸出阻抗不匹配，輸出端壓降不同會導致輸出電壓不平衡，或者將單相之負載轉為三相之負載時會造成輸出阻抗不匹配)，本揭露提出應用於三相直交流轉換器之電壓平衡控制方法及其裝置，亦即，對輸出控制電壓參考值v* Cab 進行振幅和相位補償，藉以達到輸出結果接近線電容電壓實際值vCab ，換言之，本案參考值調節器直接調整原控制命令(參考值reference)，並且與回授值(feedback)作比較，得到新的控制命令(新參考值new reference)，藉此調整控制器，不僅於輸出阻抗不匹配時可達到輸出三相之電壓平衡控制，於負載平衡時亦可改善控制器的參數調整誤差，進而提升控制器之精準度，並且本揭露所提出之電壓平衡控制方法及其裝置均可適用於各種控制器，應用範圍相當廣泛。
上述實施形態僅例示性說明本揭露之原理、特點及其功效，並非用以限制本揭露之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本揭露之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本揭露所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為申請專利範圍所涵蓋。因此，本揭露之權利保護範圍，應如申請專利範圍所列。
1‧‧‧直交流轉換器
3-1, 3-2, 8‧‧‧電壓平衡控制裝置
5‧‧‧振幅參考值單元
5a‧‧‧ab相振幅參考值單元
5b‧‧‧bc相振幅參考值單元
7‧‧‧相位參考值單元
7a‧‧‧ab相相位參考值單元
7b‧‧‧bc相相位參考值單元
10‧‧‧第一乘法器
11‧‧‧第一濾波器
12‧‧‧第一減法器
13‧‧‧第一比例積分控制器
14‧‧‧加法器
20‧‧‧第二乘法器
21‧‧‧第二濾波器
22‧‧‧第二比例積分控制器
23‧‧‧第二減法器
24a, 24b‧‧‧正弦波產生器
30, 30a, 30b‧‧‧參考值調節器
31a‧‧‧ab相第三乘法器
31b‧‧‧bc相第三乘法器
32, 32a, 32b‧‧‧減法裝置
33, 33a, 33b‧‧‧電壓調節器
34‧‧‧脈寬調變產生器
Cdc‧‧‧直流鏈電容器
Cfa, Cfb, Cfc‧‧‧濾波電容器
Ed ‧‧‧直流鏈電壓
Lfa, Lfb, Lfc ‧‧‧濾波電感器
Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6‧‧‧開關元件
S10至S20‧‧‧步驟
第1圖為本揭露之電壓平衡控制裝置的電路架構之示意圖； 第2圖為本揭露之電壓平衡控制方法之流程圖； 第3圖顯示本揭露之電壓平衡控制裝置的振幅參考值單元之方塊圖； 第4圖顯示本揭露之電壓平衡控制裝置的相位參考值單元之方塊圖； 第5A、5B圖顯示本揭露之電壓平衡控制裝置的ab相與bc相之振幅參考值及相位參考值與電壓調節器及脈寬調變產生器之方塊圖； 第6圖顯示本揭露之電壓平衡控制裝置之方塊圖； 第7A圖為未使用本揭露的振幅控制之模擬結果； 第7B圖為依據本揭露的實施例顯示振幅控制之模擬結果； 第8A圖為未使用本揭露的相位控制之模擬結果； 第8B圖為依據本揭露的實施例顯示相位控制之模擬結果； 第9A圖為未使用本揭露的振幅控制及相位控制之模擬結果；以及 第9B圖為依據本揭露的實施例顯示振幅控制及相位控制之模擬結果。

Claims (12)

  1. 一種應用於三相直交流轉換器之電壓平衡控制方法，包括： 藉由一第一乘法器，將一線電容電壓實際值與一正弦函數相乘，以產生一第一電壓； 藉由一第一濾波器，擷取該第一電壓的直流部分，以產生一誤差直流成份； 藉由一第一減法器，將一目標電壓振幅與該誤差直流成份相減，以產生一第二電壓； 藉由一第一比例積分控制器，調整該第二電壓，以產生一振幅誤差補償值；以及 藉由一加法器，將該振幅誤差補償值與該目標電壓振幅相加，以產生一振幅參考值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電壓平衡控制方法，其中，該第一電壓包含該誤差直流成份及2倍角頻率成份。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電壓平衡控制方法，復包括： 藉由一第二乘法器，將該線電容電壓實際值與一餘弦函數相乘，以產生一第三電壓。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電壓平衡控制方法，復包括： 藉由一第二濾波器，擷取該第三電壓的相位部分，以產生一相位誤差成份。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電壓平衡控制方法，復包括： 藉由一第二比例積分控制器，調整該相位誤差成份，以產生一相位誤差補償值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電壓平衡控制方法，復包括： 藉由一第二減法器，將一目標電壓相位與該相位誤差補償值相減，以產生一相位參考值。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電壓平衡控制方法，復包括： 藉由一正弦波產生器，接收該相位參考值，以產生一正弦波值。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電壓平衡控制方法，復包括： 藉由一第三乘法器，將該振幅參考值與該正弦波值相乘，以產生一控制電壓參考值。
  9. 一種應用於三相直交流轉換器之電壓平衡控制裝置，係為一晶片或具有該晶片，並包括： 一參考值調節器，係用以輸出一新參考值，其中，將一回授值輸入至該參考值調節器； 一減法裝置，係連接至該參考值調節器的輸出端，並將該新參考值與該回授值相減；以及 一電壓調節器，係連接至該減法裝置。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電壓平衡控制裝置，其中，該參考值調節器包括： 一第一乘法器，係用以輸出一第一電壓，其中，該回授值及一正弦函數輸入至該第一乘法器； 一第一濾波器，係連接至該第一乘法器，用以擷取該第一電壓的直流部分，並輸出一誤差直流成份； 一第一減法器，係連接至該第一濾波器，用以輸出一第二電壓，並將一目標電壓振幅與該誤差直流成份相減； 一第一比例積分控制器，係連接至該第一減法器，用以輸出一振幅誤差補償值及調整該第二電壓；以及 一加法器，係連接至該第一比例積分控制器，用以輸出一振幅參考值，並將該振幅誤差補償值與該目標電壓振幅相加。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之電壓平衡控制裝置，其中，該參考值調節器包括： 一第二乘法器，係用以輸出一第三電壓，其中，該回授值及一餘弦函數輸入至該第二乘法器； 一第二濾波器，係連接至該第二乘法器，用以擷取該第三電壓的相位部分，並輸出一相位誤差成份； 一第二比例積分控制器，係連接至該第二濾波器，用以輸出一相位誤差補償值及調整該相位誤差成份； 一第二減法器，係連接至該第二比例積分控制器，用以輸出一相位參考值，及將一目標電壓相位與該相位誤差補償值相減；以及 一正弦波產生器，係連接至該第二減法器，用以輸出一正弦波值，其中，該相位參考值輸入至該正弦波產生器。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電壓平衡控制裝置，其中，該參考值調節器包括： 一第三乘法器，用以輸出該新參考值，其中，該振幅參考值及該正弦波值輸入至該第三乘法器。
TW107137263A 2017-10-26 2018-10-22 應用於三相直交流轉換器之電壓平衡控制方法及裝置 TWI702782B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762577210P 2017-10-26 2017-10-26
US62/577,210 2017-10-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201918000A true TW201918000A (zh) 2019-05-01
TWI702782B TWI702782B (zh) 2020-08-21

Family

ID=66244411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107137263A TWI702782B (zh) 2017-10-26 2018-10-22 應用於三相直交流轉換器之電壓平衡控制方法及裝置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10840825B2 (zh)
CN (1) CN109728741B (zh)
TW (1) TWI702782B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10388569B1 (en) 2018-06-26 2019-08-20 International Business Machines Corporation Formation of stacked nanosheet semiconductor devices
TWI792934B (zh) 2021-12-27 2023-02-11 財團法人工業技術研究院 使用狀態觀察器之直交流轉換器系統及其控制方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2758782B2 (ja) * 1992-05-22 1998-05-28 三菱電機株式会社 電源装置
KR100219844B1 (ko) * 1996-12-27 1999-09-01 이종수 컨버터의 전류/전압 제어장치
US6639371B2 (en) * 2001-08-17 2003-10-28 Delphi Technologies, Inc. Method and system for controlling start of a permanent magnet machine
US6566830B2 (en) * 2001-08-17 2003-05-20 Delphi Technologies, Inc. Method and system for controlling a permanent magnet machine
US6774592B2 (en) * 2001-12-03 2004-08-10 Delphi Technologies, Inc. Method and system for controlling a permanent magnet machine
TWI356566B (en) 2008-10-03 2012-01-11 Ablerex Electronics Co Ltd Ripple voltage suppression method for dc/dc conver
CN101728942B (zh) 2008-10-29 2012-03-21 盈正豫顺电子(苏州)有限公司 具纹波抑制的直流/直流电能转换器的控制方法及装置
JP5004366B2 (ja) 2009-12-07 2012-08-22 株式会社京三製作所 不平衡電圧補償方法、不平衡電圧補償装置、三相コンバータの制御方法、および、三相コンバータの制御装置
US8378528B2 (en) * 2009-12-07 2013-02-19 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for discharging bus voltage using semiconductor devices
US9382898B2 (en) 2010-11-10 2016-07-05 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine power production using positive and negative sequence current component parameters generated based on operational mode
EP2485358B2 (en) 2011-02-07 2021-12-22 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S System and method for mitigating an electric unbalance of a three-phase current at a Point of Common Coupling between a wind farm and a power grid
JP5478536B2 (ja) 2011-02-22 2014-04-23 株式会社京三製作所 三相コンバータの力率制御方法、三相コンバータの無効電力制御方法、三相コンバータの制御装置
CN102435869B (zh) 2011-08-26 2014-03-05 东北大学 一种三相不平衡负荷自动调补的实验装置及其控制方法
TWI439041B (zh) 2011-12-19 2014-05-21 Ind Tech Res Inst 永磁同步馬達驅動方法與裝置
CN102856920B (zh) 2012-09-20 2015-06-10 金陵科技学院 三相不平衡负荷补偿装置及方法
WO2014086363A2 (en) 2012-12-06 2014-06-12 Vestas Wind Systems A/S A three-phase ac electrical system, and a method for compensating an inductance imbalance in such a system
US9728971B2 (en) 2012-12-10 2017-08-08 The Research Foundation For The State University Of New York Apparatus and method for optimal phase balancing using dynamic programming with spatial consideration
CN103095170B (zh) 2013-01-23 2014-11-05 电子科技大学 一种适用于不平衡负载下的三相逆变器控制系统
CN203289103U (zh) 2013-06-06 2013-11-13 国家电网公司 一种负载不平衡补偿系统
CN103296906A (zh) 2013-06-06 2013-09-11 国家电网公司 一种逆变器的控制方法
US9450513B2 (en) 2013-09-27 2016-09-20 Daihen Corporation Control circuit and control method for inverter circuit, and control circuit and control method for power conversion circuit
CN103825478B (zh) 2014-02-26 2016-08-17 西安交通大学 基于工频固定开关频率模块化多电平变流器的控制方法
CN103904654B (zh) 2014-03-11 2016-02-24 西安理工大学 组合式三相逆变电路并联运行控制方法
CN103956926B (zh) 2014-05-15 2016-05-25 山东大学 一种模块化多电平变换器的低频运行综合控制系统及方法
CN104362655B (zh) 2014-12-10 2017-10-17 国家电网公司 一种不平衡负载补偿装置和补偿方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109728741B (zh) 2020-07-03
CN109728741A (zh) 2019-05-07
US20190131884A1 (en) 2019-05-02
US10840825B2 (en) 2020-11-17
TWI702782B (zh) 2020-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Raisz et al. Power control of virtual oscillator controlled inverters in grid-connected mode
US6924993B2 (en) Method and apparatus for controlling a stand-alone 4-leg voltage source inverter
Panigrahi et al. A robust LQG servo control strategy of shunt-active power filter for power quality enhancement
Xie et al. Resistance-emulating control strategy for three-phase voltage source rectifiers under unbalanced grids
JP4166410B2 (ja) 補償器制御装置
Dey et al. Synchronous reference frame based control technique for shunt hybrid active power filter under non-ideal voltage
CN104795822B (zh) 兼具无功补偿的指定次谐波检测及其补偿方法
JP2016019298A (ja) 電力変換装置
KR20200001300A (ko) 분산전원 계통연계 장치의 제어 시스템
TW201918000A (zh) 應用於三相直交流轉換器之電壓平衡控制方法及裝置
Saidi et al. Power quality improvement using VF-DPC-SVM controlled three-phase shunt active filter
JP6037382B2 (ja) 高調波抑制装置
KR19990032204A (ko) 무정전 전원장치의 출력전압 왜형률 개선을 위한 고조파 보상장치
Razali et al. Real-time implementation of dq control for grid connected three phase voltage source converter
CN111181428B (zh) 一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法及系统
KR20070027330A (ko) 회전좌표계를 이용한 단상 능동전력필터
Parthasarathy et al. Performance evaluation of Shunt Active Harmonic filter under different control techniques
Subudhi et al. A comparative assessment of hysteresis and dead beat controllers for performances of three phase shunt active power filtering
Kong et al. Enhanced three phase ac stationary frame PI current regulators
Razali et al. Implementation of dq decoupling and feed-forward current controller for grid connected three phase voltage source converter
Haq et al. Performance Analysis of Hysteresis Voltage and Current Control of Three Phase-Four Wire UPQC
Agrawal et al. Performance evaluation of 3-phase 4-wire SAPF based on synchronizing EPLL with fuzzy logic controller
WO2014050759A1 (ja) 単相電圧型交直変換装置
WO2014050935A1 (ja) 単相電圧型交直変換装置
Bhadra et al. Power quality improvement by harmonic reduction using three phase shunt active power filter with pq & dq current control strategy