CN103001581B - 并联式逆变驱动系统及其环流抑制装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种并联式逆变驱动系统及其环流抑制装置与方法。该逆变驱动系统包含多个相互并联的逆变器驱动器，每个该驱动器包含一开关装置；一脉冲宽度调制控制器根据一占空比信号来控制其所连接的开关装置切换；以及一环流抑制装置，连接于开关装置的输出端与该调制控制器输入端之间，以收集每台该驱动器的反馈相电流与总和电流相关的电流信息，并根据电流信息与所欲达成的该驱动系统的环流量及/或零序电流量，产生一指标，且根据该指标与该驱动器的电压命令以及该驱动器的操作模式，在三相各产生一零序电压以便以前馈的组态注入相电压命令中，藉此修正相电压命令。该调制控制器根据该抑制装置输出的修正的相电压命令产生占空比信号。

Description

并联式逆变驱动系统及其环流抑制装置与方法

技术领域

本发明涉及一种用于驱动马达的并联式逆变驱动系统(parallel inverterdrive system)，尤其涉及一种用于抑制并联式逆变驱动系统中的环流(circulating current)的装置与方法。

背景技术

一般而言，马达需要一个逆变器驱动器(inverter drive)来控制马达的转子磁场频率的变化与调整马达的转速，藉此驱动马达的运作。为了增加马达运作时的安全性，现在已经提出一种并联式逆变器系统，其为将多台逆变器驱动器的输出并联连接，以驱动马达。并联式逆变驱动系统与一般逆变驱动系统最大的差别在于，与马达对应的单一大容量逆变器驱动器被置换成多台容量较小的逆变器驱动器，而让这组容量较小的逆变器驱动器共同输出以驱动马达。并联式逆变驱动系统的主要特点在于模块化(modularity)与冗余(redundancy)。模块化是指单个小容量逆变器驱动器的控制器独立于其他逆变器驱动器。用户可依照需求自行扩充或缩减逆变驱动系统的容量。冗余是指在逆变驱动系统操作中，万一发生故障，可针对损坏的逆变器驱动器进行更换，无须整台更换。若妥善设计，还可以在其他逆变器驱动器正常的情况下驱动马达持续运转，同时进行损坏的逆变器驱动器的更换而无须停机。然而，此并联式逆变驱动系统在各独立逆变器驱动器间存在些许误差下，将造成各逆变器驱动器的电流并非完全输出至马达，而在各台逆变器驱动器间相互流动的情况。此现象称为环流(circulating current)。造成环流的各逆变器驱动器间的误差可能为：脉冲宽度调制(PWM)载波不同步、电压命令不同步、系统参数或外接电抗器不匹配等。

一种现行抑制并联式逆变驱动系统中的环流的技术是经由检测零序电流(zero-sequence current)，并且经由检测的零序电流来改变零电压向量的占空比(duty cycle)，使得从属(slave)逆变器驱动器的零序电流为零(当然此时主要(master)逆变器驱动器的零序电流亦为零)，进而达成环流抑制。尽管利用检测零序电流来改变零电压向量的占空比可以达成环流抑制的效果，这种技术具有下列主要缺点。首先，该项技术可抑制零序电流不为零的情况。然而，零序电流为零并非代表于环流为零。因此该项技术有可能在零序电流控制完成后，环流依旧存在。其次，该项技术需要实时调整零电压向量的占空比，因此并联式逆变驱动系统中控制器的微控制器单元(MCU)必须支持动态调整占空比信号的功能。如此一来，硬件的搭配将受到限制，成本也不易控制。最后，该项技术仅展示在两台逆变器驱动器并联操作的情况下，并未说明拓展至三台以上的逆变器驱动器并联的操作方法。

请参见图1，其为上述讨论的利用检测零序电流来达成环流抑制的技术的操作方框图。如图所示，并联式逆变驱动系统系由两台互相并联的逆变器驱动器INV_1与INV_2组成，其中逆变器驱动器INV_1为主要逆变器驱动器而逆变器驱动器INV_2为从属逆变器驱动器。V_a1 ^*，V_b1 ^*，V_c1 ^*为输入至逆变器驱动器INV_1的电压命令，而V_a2 ^*，V_b2 ^*，V_c2 ^*为输入至逆变器驱动器INV_2的电压命令。主要逆变器驱动器INV_1包含一空间向量调制(SVM)控制器102，其将电压命令V_a1 ^*，V_b1 ^*，V_c1 ^*转换成占空比信号T_a1 ^*，T_b1 ^*，T_c1 ^*，以及一开关装置104，其受占空比信号T_a1 ^*，T_b1 ^*，T_c1 ^*以及一零电压向量的占空比信号T₀₁所驱动来进行开关切换，以产生一交流输出电压与交流输出电流来驱动马达106运作。同样的，从属逆变器驱动器INV_2包含一空间向量调制(SVM)控制器108，其将电压命令V_a2 ^*，V_b2 ^*，V_c2 ^*转换成占空比信号T_a2 ^*，T_b2 ^*，T_c2 ^*，以及一开关装置110，其受占空比信号T_a2 ^*，T_b2 ^*，T_c2 ^*以及一零电压向量的占空比信号T₀₂与一调整量k相加所得的控制信号所驱动来进行开关切换，以产生一交流输出电压与交流输出电流来驱动马达106运作。需注意的是若零电压向量的占空比信号T_o1为零，则空间向量调制(SVM)控制器102可由一正弦脉冲宽度调制(SPWM)控制器来取代。在这个例子中，从属逆变器驱动器INV_2的运作跟随主要逆变器驱动器INV_1而调整。从属逆变器驱动器INV_2包含一加总器112，其将从属逆变器驱动器INV_2的反馈电流加总而产生一加总电流I_o。加总电流I_o经由一减法器114与一电流值为0的信号相减，而输出至一比例积分器116。比例积分器116将加总电流I_o转换成一调整量k。一运算器118用以调整量k调整零电压向量的占空比信号T₀₂，所得的信号传送至开关装置110以控制开关110的切换。因此，随加总电流I_o的调整，调整量k实际表现为零电压向量的占空比信号T₀₂的动态改变。由图1可知，若系统中有多台从属逆变器驱动器，用以计算控制量的指标(亦即加总电流I_o)便无法实施。

第二种用来抑制并联式逆变驱动系统中的环流的技术为采用均流(current sharing)的方式，使得每台逆变器驱动器的各相输出电流相等，藉此降低逆变器驱动器之间电流相互流动的情况。使用这种技术可以有效地使串接的相电流均等，进而使并联的逆变器驱动器的各自相电流之间无互相流动的电流产生。这项技术的优点在于与空间向量脉冲宽度调制(SVPWM)无关，因而无需复杂地计算零电压向量的占空比信号以及动态调整零电压向量的占空比信号的功能。然而，这项技术却有如下缺点。首先，这项技术与前述技术恰巧相反，在使串接的相电流相等的情况下，理论上并未能保证零序电流为零。再者，该项技术可用于以脉冲宽度调制(PWM)为基础的方式，即正弦脉冲宽度调制(SPWM)，而未能与空间向量脉冲宽度调制(SVPWM)妥善联结。然而，在实际应用上，为了提高电压利用率，逆变器驱动器常需要在空间向量脉冲宽度调制(SVPWM)的模式下操作，因而造成不便。

请参见图2，其为利用均流的组态来达成环流抑制的技术的操作方框图。如图所示，用来驱动马达106的并联式逆变驱动系统系由互相并联的逆变器驱动器INV_1，...，INV_n组成。每台逆变器驱动器接收三相电压命令(V_a1 ^*，V_b1 ^*，V_c1 ^*)，...，(V_an ^*，V_bn ^*，V_cn ^*)。每台逆变器驱动器均包含一正弦脉冲宽度调制(SPWM)控制器201，以及一开关装置200，连接至正弦脉冲宽度调制(SPWM)控制器201。每台逆变器驱动器包含电流平均器Ave，其用来获得其他逆变器驱动器的输出相电流信息，并且计算包含每台逆变器驱动器本身的所有逆变器驱动器的输出相电流的平均值。电流平均器Ave所计算出的包含每台逆变器驱动器本身的所有逆变器驱动器的输出相电流的平均值传送到运算器202，其将本地逆变器驱动器的输出相电流与包含本地逆变器驱动器的所有逆变器驱动器的输出相电流的平均值互相比较，并且根据比较的结果输出一误差值(error value)。误差值经由增益控制器P计算出用来补偿输出相电流的补偿电压命令，且补偿电压命令会反馈到正弦脉冲宽度调制(SPWM)控制器201，而由运算器203将三相电压命令(V_a1 ^*，V_b1 ^*，V_c1 ^*)，...，(V_an ^*，V_bn ^*，V_cn ^*)与补偿电压命令进行加减运算，以产生补偿后的三相电压命令。由图2可知，利用均流的组态来达成环流抑制的技术的特性在于各台逆变器驱动器INV_1，...，INV_n各自反馈补偿电压命令，以迫使各台驱动器INV_1，...，INV_n的相电流与平均值相同(各相有不同的平均电流要追随)，且无论几台驱动器一起操作，都可以使用相同控制架构。惟实际三相电压命令的产生必须使用正弦脉冲宽度调制的方式来产生，且相电流各自补偿的方式将无法顾及零序电流可能存在的问题。

第三种用来抑制并联式逆变驱动系统中的环流的技术为电流下垂(current droop)。这项技术的特点在于各台逆变器驱动器无须交换电流信息，仅以本身的相电流大小作补偿，从而提升逆变器驱动器的模块化的程度。请参见图3，其为利用电流下垂组态来达成环流抑制的技术的操作方框图。与图2的电路拓扑互相比较，图3的利用电流下垂组态来达成环流抑制的技术的电路不需要让各台逆变器驱动器交换电流信息，仅以本身的相电流大小作补偿。因此，每台逆变器驱动器的输出相电流直接经由增益控制器P计算出用来输出相电流的补偿电压命令，且补偿电压命令反馈到正弦脉冲宽度调制(SPWM)控制器201，而由运算器203将三相电压命令(V_a1 ^*，V_b1 ^*，V_c1 ^*)，...，(V_an ^*，V_bn ^*，V_cn ^*)与补偿电压命令进行加减运算，以产生补偿后的三相电压命令。然而，这项技术却有如下缺点。首先，这项技术仅在各台驱动器INV_1，...，INV_n的参数(整体架构包含驱动器本身以及外接电抗器等)皆相近的情况下，才可能得到相近的电流输出，换句话说，在各台驱动器INV_1，...，INV_必须在条件皆相同的情况下，才能有效的达成均流的效果。再者，若采用补偿相电流的方式，若相电流越大则补偿量越大。在马达106的转速增加的期间，通常有较大的电流输出。此时若使用此种电流下垂的技术来控制，将大幅的压抑电流输出，进而减损瞬时响应，使马达的转速加速变慢。最后，这项技术具有与前述利用均流的组态来达成环流抑制的技术相同的缺点。换句话说，这项技术仅简化均流的方式而达成更高度的模块化，但缺点依旧没有改善。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种并联式逆变驱动系统及其环流抑制装置与方法，其可以有效地同时抑制并联式逆变驱动系统中的环流以及零序电流。

本发明的主要目的在于提出一种并联式逆变驱动系统及其环流抑制装置与方法，其可以使得并联式逆变驱动系统的硬件搭配变得更为灵活，且增加并联式逆变驱动系统的成本有效性。

本发明的主要目的在于提出一种应用于并联式逆变驱动系统中的环流抑制装置与方法，其可以应用于三台以上的逆变器驱动器组成的并联式逆变驱动系统。

本发明的主要目的在于提出一种并联式逆变驱动系统及其环流抑制装置与方法，其可以允许并联式逆变驱动系统中的逆变器驱动器依照需求调整其操作模式，使得逆变器驱动器的操作更加灵活。

本发明的主要目的在于提出一种并联式逆变驱动系统及其环流抑制装置与方法，其可以允许并联式逆变驱动系统中的每台逆变器驱动器的容量不尽相同。

本发明的主要目的在于提出一种并联式逆变驱动系统及其环流抑制装置与方法，其不仅可以控制并联式逆变驱动系统的环流及/或零序电流，且可以将并联式逆变驱动系统的瞬时性能的影响最小化。

本发明主要的实施态样为提出一种并联式逆变驱动系统，用以驱动一马达，其包含多个逆变器驱动器，其互相并联连接，每个逆变器驱动器包含：一开关装置；一脉冲宽度调制控制器，连接至该开关装置，其根据一占空比信号来控制该开关装置的切换；以及一环流抑制装置，连接于该开关装置的输出端与脉冲宽度调制控制器的输入端之间，用以收集每台逆变器驱动器的电流与总和电流相关的电流信息，并且根据所收集到的电流信息与所欲达成的并联式逆变驱动系统的环流量及/或零序电流量，产生一指标，并且根据该指标与该逆变器驱动器的电压命令以及该逆变器驱动器的操作模式，在三相各产生一零序电压以便注入该相电压命令中，藉此修正该相电压命令。该脉冲宽度调制控制器根据修正的相电压命令产生该占空比信号。

上述的环流抑制装置包含一控制指针计算器，用以收集每台逆变器驱动器的电流与总和电流相关的电流信息，并且根据所收集到的电流信息与所欲达成的并联式逆变驱动系统的环流量及/或零序电流量，产生一指标；一控制器，连接至该控制指标计算器的输出端，用以根据该指标与该逆变器驱动器的电压命令以及该逆变器驱动器的操作模式，在三相各产生一零序电压；以及一加法器，用以将零序电压注入该相电压命令中，藉此修正该相电压命令。其中该加法器所输出的修正的相电压命令由该逆变器驱动器转换成一占空比信号，该占空比信号用以控制该逆变器驱动器的电压输出与电流输出，藉此抑制该并联式逆变驱动系统中的环流及/或零序电流。

本发明的有益效果在于，可以有效地同时抑制并联式逆变驱动系统中的环流以及零序电流。可以使得并联式逆变驱动系统的硬件搭配变得更为灵活，且增加并联式逆变驱动系统的成本有效性。可以应用于三台以上的逆变器驱动器组成的并联式逆变驱动系统。可以允许并联式逆变驱动系统中的逆变器驱动器依照需求调整其操作模式，使得逆变器驱动器的操作更加灵活。可以允许并联式逆变驱动系统中的每台逆变器驱动器的容量不尽相同。可以控制并联式逆变驱动系统的环流及/或零序电流，且可以将并联式逆变驱动系统的瞬时性能的影响最小化。

附图说明

图1为公知利用检测零序电流来达成环流抑制的技术的操作方框图；

图2为公知利用均流组态来达成环流抑制的技术的操作方框图；

图3为公知利用电流下垂组态来达成环流抑制的技术的操作方框图；

图4为本发明的较佳实施例的并联式逆变驱动系统及其环流抑制装置的操作方框图；

图5显示没有应用环流抑制装置的并联式逆变驱动系统的仿真结果；

图6A显示应用本发明的环流抑制装置于并联式逆变驱动系统后0-1.5秒的模拟结果；

图6B显示应用本发明的环流抑制装置于并联式逆变驱动系统后1.3-1.5秒的模拟结果；以及

图7显示应用本发明的环流抑制装置于并联式逆变驱动系统后，电压命令的波形图。

其中，附图标记说明如下：

106马达

104，110，200，400开关装置

102，108空间向量调制(SVM)控制器

INV_1，INV_2，...，INV_n逆变器驱动器

112加总器

114加法器

116比例积分器

118运算器

Ave电流平均器

202运算器

P增益控制器

201正弦脉冲宽度调制(SPWM)控制器

203运算器

401脉冲宽度调制(PWM)控制器

404控制指标计算器

406控制器

410加法器

具体实施方式

体现本案特征与优点的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态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本案。

本发明提出与前述三种公知环流抑制技术不同的并联式逆变驱动系统的环流抑制装置与方法。请参见图4，其为本发明的较佳实施例的并联式逆变驱动系统及其环流抑制装置的操作方框图。需注意的是相同的组件编号系指类似的组件。如图所示，由多台互相并联的逆变器驱动器INV_1，...，INV_n所组成的并联式逆变驱动系统系用来驱动马达106。每台逆变器驱动器INV_1，...，INV_n接收三相电压命令(V_a1 ^*，V_b1 ^*，V_c1 ^*)，...，(V_an ^*，V_bn ^*，V_cn ^*)。每台逆变器驱动器INV_1，...，INV_n均包含一脉冲宽度调制(PWM)控制器401，以及一开关装置400，连接至脉冲宽度调制(PWM)控制器401。开关装置400根据脉冲宽度调制(PWM)控制器401输出的占空比信号(T_a1 ^*，T_b1 ^*，T_c1 ^*)，...，(T_an ^*，T_bn ^*，T_cn ^*)来进行切换，藉此将三相电压命令(V_a1 ^*，V_b1 ^*，V_c1 ^*)，...，(V_an ^*，V_bn ^*，V_cn ^*)转换成一交流电压与交流电流以驱动马达106。每台逆变器驱动器INV_1，...，INV_n均包含一控制指标计算器(Control IndexCalculator，CIC)404，其用来接收本地逆变器驱动器的反馈电流，并且收集其他逆变器驱动器的三相电流的信息，从而将包含本地逆变器驱动器的所有逆变器驱动器的三相电流加总起来。控制指标计算器404根据本地逆变器驱动器的反馈电流以及所计算出的加总电流，而视设计的需求来产生三相指标(K_a1，K_b1，K_c1)，...，(K_an，K_bn，K_cn)。此外，每台逆变器驱动器INV_1，...，INV_n均包含一控制器406，用以接收三相指标(K_a1，K_b1，K_c1)，...，(K_an，K_bn，K_cn)以及三相电压命令(V_a1 ^*，V_b1 ^*，V_c1 ^*)，...，(V_an ^*，V_bn ^*，V_cn ^*)，在三相各产生与环流及/或零序电流相关的电压注入量(亦即零序电压)(V_ua1，V_ub1，V_uc1)，...，(V_uan，V_ubn，V_ucn)，并且以前馈(feedforward)而非反馈(feedback)的组态来修正三相电压命令(V_a1 ^*，V_b1 ^*，V_c1 ^*)，...，(V_an ^*，V_bn ^*，V_cn ^*)。在本较佳实施例中，控制器406为一非平衡零序注入产生器(Unbalanced Zero-Sequence InjectionGenerator，UZSIG)。三相电压命令(V_a1 ^*，V_b1 ^*，V_c1 ^*)，...，(V_an ^*，V_bn ^*，V_cn ^*)的修正经由加法器410将原始的三相电压命令(V_a1 ^*，V_b1 ^*，V_c1 ^*)，...，(V_an ^*，V_bn ^*，V_cn ^*)与电压注入量(V_ua1，V_ub1，V_uc1)，...，(V_uan，V_ubn，V_ucn)相加而成。修正后的三相电压命令(V_a1 ^*’，V_b1 ^*’，V_c1 ^*’)，...，(V_an ^*’，V_bn ^*’，V_cn ^*’)传送至脉冲宽度调制(PWM)控制器401，其将修正后的三相电压命令(V_a1 ^*’，V_b1 ^*’，V_c1 ^*’)，...，(V_an ^*’，V_bn ^*’，V_cn ^*’)与三角载波(triangular carrier wave)互相比较，以产生控制开关组件400的切换的占空比信号(T_a1 ^*，T_b1 ^*，T_c1 ^*)，...，(T_an ^*，T_bn ^*，T_cn ^*)。每台逆变器驱动器INV_1，...，INV_n本身的反馈电流可通过逆变器驱动器本身的电流传感器来测量，而总和电流可通过各台驱动器间的通信来获得，无需额外的电流传感器。

在本实施例中，控制指标计算器404可依照欲抑制的目标，例如环流或(/及)零序电流大小来计算三相指标(K_a1，K_b1，K_c1)，...，(K_an，K_bn，K_cn)。三相电压命令的修正可依照操作模式的需求以正弦脉冲宽度调制(SPWM)、空间向量脉冲宽度调制(SVPWM)或数字脉冲宽度调制(DPWM)等以脉冲宽度调制为基础(PWM-based)的操作模式改变电压注入量。因此，在本实施例中，控制器406可以根据操作模式的不同产生不同的命令，并搭配脉冲宽度调制(PWM)控制器401而替换为正弦脉冲宽度调制(SPWM)控制器、空间向量脉冲宽度调制(SVPWM)控制器或数字脉冲宽度调制(DPWM)控制器。利用脉冲宽度调制(PWM)控制器401将修正后的电压命令转换成实际输入的操作，将不受脉冲宽度调制(PWM)控制器401中的微控制器单元(MCU，图中未显示)功能的限制。亦即，脉冲宽度调制(PWM)控制器401中的微控制器单元无须支持动态调整开关装置400的占空比信号的功能。

值得一提的是，本发明是以前馈的组态将控制器406所产生的零序电压(V_ua1，V_ub1，V_uc1)，...，(V_uan，V_ubn，V_ucn)加入原始的三相电压命令(V_a1 ^*，V_b1 ^*，V_c1 ^*)，...，(V_an ^*，V_bn ^*，V_cn ^*)中，以完成零序电压注入(Zero-sequence voltageinjection)，藉此修正三相电压命令。此种技术与V.Blasko在1997年提出的以三角载波比较的方式实现空间向量脉冲宽度调制(SVPWM)的方式类似。详见V.Blasko，“Analysis of a Hybrid PWM Based on Modified Space-Vector andTriangle-Comparison Methods(以修正空间向量与三角载波比较的方法为基础的混合脉冲宽度调制的分析)，”IEEE工业应用汇刊(IEEE Trans.IndustryApplications)，第33卷，第3期，756-764页，1997年。然而，本发明的环流抑制寄予与Blasko在这篇文献中所揭示的技术的不同处在于：(1)在Blasko在这篇文献中所揭示的技术中，三相电压命令的电压注入量仅由电压命令决定；(2)在Blasko在这篇文献中所揭示的技术中，所得到的三相电压命令的电压注入量均相等。为了通过零序注入的方式达成环流及/或零序电流抑制，本发明搭配电流反馈的组态来计算出三相指针，并依控制模式的需求根据三相指标个别计算出三相命令电压的电压注入量。因此，本发明的环流抑制技术与Blasko在这篇文献中所揭示的技术会得出完全不同的结果。

本发明的较佳实施例的另一态样为并联式逆变驱动系统的环流抑制方法，其利用图4的环流抑制系统来完成。本发明的环流抑制方法的操作步骤如下。首先，控制指标计算器404会收集所需的电流信息，包含每台逆变器驱动器本身的电流与总和电流，并依欲得到的目标环流量及/或目标零序电流量的需求，来计算出三相指标(K_a1，K_b1，K_c1)，...，(K_an，K_bn，K_cn)。接着，控制器406会以三相指标(K_a1，K_b1，K_c1)，...，(K_an，K_bn，K_cn)配合三相电压命令(V_a1 ^*，V_b1 ^*，V_c1 ^*)，...，(V_an ^*，V_bn ^*，V_cn ^*)，依操作模式的需求产生与环流及/或零序电流相关的电压注入量(V_ua1，V_ub1，V_uc1)，...，(V_uan，V_ubn，V_ucn)。接着，系统会以前馈的组态来修正三相电压命令。接着，脉冲宽度调制(PWM)控制器401会将修正后的三相电压命令(V_a1 ^*’，V_b1 ^*’，V_c1^*’)，...，(V_an ^*’，V_bn ^*’，V_cn ^*’)与三角载波互相比较，以产生用来控制开关组件400的切换的占空比信号(T_a1 ^*，T_b1 ^*，T_c1 ^*)，...，(T_an ^*，T_bn ^*，T_cn ^*)，藉此控制马达106运转。

请参见图5、图6A、图6B与图7，其中图5显示没有应用环流抑制装置的并联式逆变驱动系统的仿真结果，而图6A、图6B与图7显示应用本发明的环流抑制装置的并联式逆变驱动系统的仿真结果。在这个例子中，并联式逆变驱动系统系由三台逆变器驱动器并联组成，且逆变器驱动器皆是在空间向量脉冲宽度调制(SVPWM)模式下运作。每台逆变器驱动器外接了九个电抗器(reactor)，其电抗值(reactance)均为0.001H，且每台逆变器驱动器的操作频率为60Hz。逆变器驱动器之间所接受到的电压命令相位差为2.5度与5度，且三角载波的相位差分别为10度与20度。第一台逆变器驱动器INV_1于0.1秒开启，第二台逆变器驱动器INV_2于0.2秒开启，而第三台逆变器驱动器INV_3于0.4秒开启。图5仅显示逆变驱动系统的其中一相的输出结果，其中第一张图为并联式逆变驱动系统的a相电流，三台单独的a相电流(I_a1，I_a2，I_a3)与三台的a相总和电流(I_a)；第二张图为马达106的转速输出；第三张图为逆变驱动系统的环流量；第四张图为逆变驱动系统的零序电流量。由图5可知，在未实施环流(零序电流)抑制控制下，逆变器驱动器的三相电流并未稳定，且环流量与零序电流量无法受到抑制而持续上升。由于三台逆变器驱动器为并联连接，因此三台逆变器驱动器都呈现出相同的混乱结果。然而，为了简化说明起见，另外两相的仿真结果并未显示。

请参见图6A、图6B与图7。图6A显示应用本发明的环流抑制装置于并联式逆变驱动系统后0-1.5秒的模拟结果，图6B显示应用本发明的环流抑制装置于并联式逆变驱动系统后1.3-1.5秒的模拟结果，而图7显示应用本发明的环流抑制装置于并联式逆变驱动系统后，电压命令的波形图。需注意的是图6A、图6B与图7的模拟结果和图5的模拟结果都是在同样的操作条件下测试出来。如图5一般，图6A与图6B的第一张图为逆变器驱动器的a相电流(I_a1，I_a2，I_a3)与总和电流(I_a)；第二张图为马达106的转速输出；第三张图为逆变驱动系统的环流量；第四张图为逆变驱动系统的零序电流量。如图6A与图6B所示，三台逆变器驱动器的a相电流会平均分配总和电流。逆变驱动系统的环流量与零序电流量与图5所示的未受到控制的环流量与零序电流量互相比较可以发现，应用本发明的环流抑制装置于并联式逆变驱动系统后，逆变驱动系统的环流量与零序电流量明显被抑制。图7所示的电压命令经由控制器406修正，且逆变器驱动器以空间向量脉冲宽度调制(SVPWM)模式下操作。在这个例子中，以第一台逆变器驱动器INV_1为主要(master)逆变器驱动器，仅调整其他两台逆变器驱动器INV_2与INV_3作为从属(slave)逆变器驱动器，且其控制命令跟随主要逆变器驱动器INV_1。在此需要强调的是，本发明并未限制逆变器驱动器的操作方式。若每一台逆变器驱动器的操作方式都要相同以简化模式设定，亦可以三台逆变器驱动器一起施以本发明的控制方法。由图7可知，主要逆变器驱动器INV_1的控制命令仅由控制器406在空间向量脉冲宽度调制(SVPWM)的模式下提供注入调整，而其他两台从属逆变器驱动器INV_2与INV_3除了SVPWM的在空间向量脉冲宽度调制(SVPWM)的模式下提供注入调整外，尚需要依据控制指标计算器404所产生的三相指针实时调整电压命令，以达成环流及/或零序电流的抑制。

综合以上所述，本发明的环流抑制技术的优点总结如下：

1.本发明不采用现行的反馈控制组态来修正电压命令，而是采用采非平衡零序注入的方式产生零序电压(电压注入量)，并且采用前馈控制组态来修正电压命令，因而可同时达成环流以及零序电流的抑制。

2.在采用本发明的环流抑制技术的并联式逆变驱动系统中，脉冲宽度调制(PWM)控制器401中的微控制器单元不需要支持动态调整占空比信号的功能，使得并联式逆变驱动系统的硬件搭配变得灵活且有利于成本控制。

3.本发明的环流抑制技术可推展至由三台以上的逆变器驱动器组成的并联式逆变驱动系统。

4.本发明的环流抑制技术允许逆变器驱动器依照需求调整操作模式，如正弦脉冲宽度调制(SPWM)模式、空间向量脉冲宽度调制(SVPWM)模式、数字脉冲宽度调制(DPWM)模式，使得逆变器驱动器的操作更加灵活。

5.将本发明的环流抑制技术应用于并联式逆变驱动系统后，每台逆变器驱动器的容量在经过适当的修正后并不需要相同。

6.本发明的环流抑制技术对于并联式逆变驱动系统的瞬时性能的影响非常微小。

本发明得由本技术领域的技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱权利要求所欲保护者。

Claims (11)

1.一种并联式逆变驱动系统，用以驱动一马达，其包含：

多个逆变器驱动器，其互相并联连接，每个逆变器驱动器包含：

一开关装置；

一脉冲宽度调制控制器，连接至该开关装置，该脉冲宽度调制控制器根据一占空比信号来控制该开关装置的切换；以及

一环流抑制装置，连接于该开关装置的输出端与脉冲宽度调制控制器的输入端之间，用以收集每台逆变器驱动器的电流与总和电流相关的电流信息，并且根据所收集到的电流信息与所欲达成的并联式逆变驱动系统的环流量及/或零序电流量，产生一指标，并且根据该指标与该逆变器驱动器的三相电压命令以及该逆变器驱动器的操作模式，在三相各产生一零序电压以便注入该相电压命令中，藉此修正该相电压命令；

其中该脉冲宽度调制控制器根据三相的修正电压命令产生该占空比信号。

2.如权利要求1所述的并联式逆变驱动系统，其特征在于，该环流抑制装置包含：

一控制指标计算器，用以收集每台逆变器驱动器的电流与总和电流相关的电流信息，并且根据所收集到的电流信息与所欲达成的并联式逆变驱动系统的环流量及/或零序电流量，产生该指标；

一控制器，连接至该控制指标计算器的输出端，用以根据该指标与该逆变器驱动器的三相电压命令以及该逆变器驱动器的操作模式，在三相各产生该零序电压；以及

一加法器，用以将零序电压注入该相电压命令中，藉此修正该相电压命令。

3.如权利要求2所述的并联式逆变驱动系统，其特征在于，该控制器与该加法器以一前馈组态来将该零序电压注入该相电压命令中。

4.如权利要求2所述的并联式逆变驱动系统，其特征在于，该控制器为一非平衡零序注入产生器。

5.如权利要求1所述的并联式逆变驱动系统，其特征在于，该脉冲宽度调制控制器为一正弦脉冲宽度调制控制器、一空间向量脉冲宽度调制控制器，或一数字脉冲宽度调制控制器。

6.如权利要求1所述的并联式逆变驱动系统，其特征在于，该脉冲宽度调制控制器设定为将修正后的该相电压命令与一三角载波互相比较来产生该占空比信号。

7.一种抑制一并联式逆变驱动系统中的环流的方法，其特征在于，该并联式逆变驱动系统系由多个逆变器驱动器并联而成，以驱动一马达，该方法包含下列步骤：

收集所需的电流信息，包含每台逆变器驱动器本身的电流与总和电流；

依据所收集到的电流信息，配合所想到达到的该并联式逆变驱动系统的目标环流量及/或目标零序电流量的需求，计算出一指标值；

以该指标值配合一三相电压命令，并且依据操作模式的需求，在三相各产生与该并联式逆变驱动系统的环流及/或零序电流相关的一电压注入量；

以在三相各产生的该电压注入量来修正该三相电压命令；以及

根据修正后的相电压命令来产生用来控制该逆变器驱动器的切换的占空比信号，以控制该马达并藉此抑制该并联式逆变驱动系统的环流及/或零序电流。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据修正后的相电压命令来产生用来控制该逆变器驱动器的切换的占空比信号的步骤，由一脉冲宽度调制控制器所完成。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，以该电压注入量来修正三相电压命令的步骤，以前馈的组态来达成。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据修正后的三相电压命令来产生用来控制该逆变器驱动器的切换的占空比信号的步骤，为将该修正后的相电压命令与一三角载波互相比较来达成。

11.一种环流抑制装置，用以抑制一并联式逆变驱动系统中的环流及/或零序电流，其中该并联式逆变驱动系统由多个逆变器驱动器并联而成，以驱动一马达，该环流抑制装置包含：

一控制指标计算器，用以收集每台逆变器驱动器的电流与总和电流相关的电流信息，并且根据所收集到的电流信息与所欲达成的并联式逆变驱动系统的环流量及/或零序电流量，产生一指标；

一控制器，连接至该控制指标计算器的输出端，用以根据该指标与该逆变器驱动器的三相电压命令以及该逆变器驱动器的操作模式，在三相各产生一零序电压；以及

一加法器，用以将在三相各产生的该零序电压注入该三相电压命令中，藉此修正该三相电压命令；

其中该加法器所输出的修正的相电压命令由该逆变器驱动器转换成一占空比信号，该占空比信号用以控制该逆变器驱动器的电压输出与电流输出，藉此抑制该并联式逆变驱动系统中的环流及/或零序电流。