CN103633846A - 一种光伏变流器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光伏变流器，包含一输入电路，具有一直流输入埠并联一输入电容器，该输入电容器串联一激磁电感器、一第一逆止组件及一第一开关，该激磁电感器二端形成二连接点；一解耦电路，即由一第二逆止组件及一第二开关串接于该二连接点之间，并形成一第一串接点，另由一第三开关及一第三逆止组件串接于该二连接点之间，并形成一第二串接点，该第二串接点与该第一串接点之间电性连接一解耦电容器；及一输出电路，即由一变压器的一输入埠并联该激磁电感器，该变压器的一第一输出埠串联一第四逆止组件、一第四开关及一输出电容器，该变压器的一第二输出埠串联该输出电容器、一第五开关及一第五逆止组件，该输出电容器串联一输出电感器及一交流输出埠。同时，本发明也揭示了该光伏变流器的控制方法。

Description

一种光伏变流器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种光伏变流器，即一种具有电力解耦功能的光伏变流器。

背景技术

由于气候环境变迁及环保意识抬头，使得产学界相继投入绿色能源（Green Power）的研发领域中，例如：太阳能、风能、海洋能或地热能等发电方式。其中，太阳能发电系利用一光伏系统（Photovoltaic System，例如：太阳能板等）将太阳光转换为直流电力，并透过一光伏变流器（PhotovoltaicInverter）将直流电力转换成交流电力，以便供电至一市电系统。

美中不足的是，该光伏变流器（例如：返驰式变流器等）的输出功率含有两倍市电频率的交流成分，将会导致该光伏变流器的输入端含有较大的电流涟波（current ripple），进而影响该光伏系统之最大功率输出点（maximumpower point）及输出电流质量。

一般常见的解决方法系如“Young-HyokJi,Doo-Yong Jung，Jae-Hyung Kim,Chung-Yuen Won,and Dong-Sung Oh,“Dual Mode Switching Strategy of FlybackInverter for Photovoltaic ACModules”,The2010International Power ElectronicsConference,pp.2924-2929,2010”所示，其中，一太阳能板电性连接一光伏变流器的输入端，该输入端并联一输入电容，用以抑制该输入端的电流涟波，该输入电容须具备较大电容值，例如：采用13.2毫法拉（mF）电解电容，方可消除电流涟波所造成的影响。但是，由于该光伏变流器通常工作于高温环境中，且该电解电容较不耐高温，因此，将导致该光伏变流器的使用年限及可靠度大幅降低，且该电解电容需占用较大体积。为改善上述问题，遂发展出具有电力解耦功能的光伏变流器。

请参照图1所示，其涉及一种现有光伏变流器9“详见Yaow-MingChenandChein-Yao Liao,“Three-Port Flyback-Type Single-Phase Micro-InverterWithActive Power Decoupling Circuit”,The2011IEEE Conference onEnergyConversion Congress and Exposition,pp.501-506，2011”，该现有光伏变流器9具有一输入埠91及二个输出埠92a、92b，该输入埠91并联一输入电容93及一太阳能板P；该输出埠92a与一交流输出端口之间设有一展开电路（Unfolder）94，用以控制该交流输出端口的输出讯号；该输出埠92b电性连接一解耦电路（APDC）95，用以将该输入电容93的电容值降为40微法拉（μF）。

但是，倘若该太阳能板P由30伏特（Volt）升压至市电电压值（即110Vrms），则该现有光伏变流器9的匝数比势必增加，进一步造成该展开电路94与解耦电路95的电子开关的电压应力被迫提高，而产生不良影响；再者，该展开电路94与解耦电路95分别采用四个电子开关（例如：MOSFET），造成电路整体所需电子开关的总数量过多（共10个），进而提高制造成本及衍生散热问题。

综上所述，现有光伏变流器9会导致“电子开关数量过多”的问题，且会有“电子开关的电压应力提高”的疑虑，在实际使用时更衍生不同限制与缺点，确有不便之处，急需进一步改良，以提升其实用性。

发明内容

本发明的目的是为了改良上述缺点，以提供一种光伏变流器及其控制方法，即通过更改该光伏变流器的电路架构，而降低电子开关使用数量。

本发明涉及一种光伏变流器，即包含：一输入电路，即由一直流输入埠并联一输入电容器，该输入电容器串联一激磁电感器、一第一逆止组件及一第一开关，该激磁电感器的二端形成一第一连接点及一第二连接点；一解耦电路，即由一第二逆止组件及一第二开关串接于该第一连接点及该第二连接点之间，并形成一第一串接点，另由一第三开关及一第三逆止组件串接于该第一连接点及第二连接点之间，并形成一第二串接点，该第二串接点与该第一串接点之间电性连接一解耦电容器；及一输出电路，即由一变压器之一输入埠并联该激磁电感器，该变压器的一第一输出埠串接一第二输出埠，该第一输出埠串联一第四逆止组件、一第四开关及一输出电容器，该第二输出埠串联该输出电容器、一第五开关及一第五逆止组件，该输出电容器串联一输出电感器及一交流输出埠。

其中，该解耦电路即由该第二逆止组件的一阳极端电性连接该第二连接点及该第三开关的一输入端，该第二逆止组件的一阴极端电性连接该第二开关的一输入端及该解耦电容器的一端，该第三逆止组件的一阳极端电性连接该解耦电容器的另一端及该第三开关的一输出端，该第三逆止组件的一阴极端电性连接该第二开关的一输出端及该第一连接点。

其中，该解耦电容器为一薄膜电容器。

其中，该解耦电容器的电容值为60微法拉。

其中，该输出电路即由该输入端口的二端分别电性连接该第一连接点及该第二连接点，该第一输出埠的一端与该第二输出埠的一端共同连接形成一共接点，该第一输出埠的另一端电性连接该第四逆止组件的一阳极端，该第四逆止组件的一阴极端电性连接该第四开关的一输入端，该第四开关的一输出端电性连接该第五开关的一输入端，并形成一连结点，该第五开关的一输出端电性连接该第五逆止组件的一阳极端，该第五逆止组件的一阴极端电性连接该第二输出埠的另一端，该输出电容器的二端分别电性连接该共接点及该连结点，该输出电感器及该交流输出埠串接于该输出电容器的二端之间。

其中，该输入电路即由该直流输入埠的二端电性连接该输入电容器的二端，该输入电容器的其中一端电性连接该第一连接点，该第二连接点电性连接该第一逆止组件的一阳极端，该第一逆止组件的一阴极端电性连接该第一开关的一输入端，该第一开关的一输出端电性连接该输入电容器的另一端。

其中，该第一开关、该第二开关、该第三开关、该第四开关及该第五开关分别为一晶体管。

其中，该第一逆止组件、该第二逆止组件、该第三逆止组件、该第四逆止组件及该第五逆止组件分别为一二极管。

其中，另包含一控制装置，即设有一第一输出端电性连接该第一开关的一控制端、一第二输出端电性连接该第二开关的一控制端、一第三输出端电性连接该第三开关的一控制端、一第四输出端电性连接该第四开关的一控制端及一第五输出端电性连接该第五开关的一控制端。

一种光伏变流器的控制方法，即应用于上述光伏变流器，并由该控制装置取得该光伏变流器的激磁电感器的一激磁电流值、该解耦电路的一解耦电流值及一市电系统输出的一市电电压值，并产生一第一控制讯号、一第二控制讯号、一第三控制讯号、一第四控制讯号及一第五控制讯号，用以控制该光伏变流器的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关及第五开关的开关状态，该控制方法包含：一输入步骤，系导通该第一开关，并切断该第二开关、该第三开关、该第四开关及该第五开关，使该激磁电感器储存来自该光伏变流器的直流输入埠的能量；一解耦步骤，当该激磁电流值升至该激磁门坎值时，切断该第一开关，若该解耦电流值大于该解耦门坎值，切断该第二开关及该第三开关，使该激磁电感器释能至该解耦电容器，若该解耦电流值小于该解耦门坎值，导通该第二开关及该第三开关，使该解耦电容器释能至该激磁电感器；及一变流步骤，当该解耦电流值等于该解耦门坎值时，若该市电电压值属于正半周，导通该第四开关，并切断该第五开关，使该光伏变流器的第一输出埠释能至该光伏变流器的输出电容器，若该市电电压值属于负半周，导通该第五开关，并切断该第四开关，使该光伏变流器的第二输出埠释能至该输出电容器，其中，当切断该第四开关或第五开关时，该输出电容器经由该光伏变流器的输出电感器释能至该光伏变流器的交流输出埠，而输出交流电力至该市电系统。

其中，该激磁门坎值为33.71安培。

其中，该解耦门坎值为该市电电压值的包络线。

附图说明

图1为现有光伏变流器的电路图。

图2为本发明光伏变流器较佳实施例的电路图。

图3a为本发明光伏变流器较佳实施例的运作示意图（一）。

图3b为本发明光伏变流器较佳实施例的运作示意图（二）。

图4为本发明光伏变流器的控制方法的运作流程图。

图5为本发明光伏变流器的控制讯号示意图。

图6为本发明的输入功率与输出功率示意图。

图7为本发明的控制装置的联线示意图。

图8为本发明的控制装置的内部方块示意图。

附图标记说明

〔本发明〕

1     输入电路

11    直流输入埠    12输入电容器

13    激磁电感器    14第一逆止组件

141   阳极端        142阴极端

15    第一开关      151输入端

152   输出端        153控制端

2     解耦电路

21    第二逆止组件  211阳极端

212   阴极端        22第二开关

221   输入端        222输出端

223   控制端        23第三开关

231   输入端        232输出端

233   控制端        24第三逆止组件

241   阳极端        242阴极端

25    解耦电容器

3     输出电路

31    变压器        311输入埠

312   第一输出埠    313第二输出埠

32    第四逆止组件  321阳极端

322   阴极端        33第四开关

331   输入端        332输出端

333   控制端        34输出电容器

35    第五开关      351输入端

352   输出端          353控制端

36    第五逆止组件    361阳极端

362   阴极端          37输出电感器

38    交流输出埠

4     控制装置

41    第一输出端      42第二输出端

43    第三输出端      44第四输出端

45    第五输出端      46输入总线

A     光伏系统        B市电系统

C1    第一串接点      C2第二串接点

E_i    输入功率        E_o输出功率

E₁    多余交流成分    E₂不足交流成分

H1    激磁门坎值      H2解耦门坎值

I_A    光伏电流        I_C解耦电流

I_L    激磁电流        I_P,I_N电流

P1    第一连接点      P2第二连接点

P3    共接点          P4连结点

S1    输入步骤        S2解耦步骤

S3    变流步骤

T₁    输入时段        T₂解耦充电时段

T₂’  解耦放电时段    T₃变流时段

T₄    输出时段

V_A    光伏电压        V_B市电电压

V_C    解耦电压

V_C*   解耦电压的目标值

W1        第一控制讯号    W2第二控制讯号

W3        第三控制讯号    W4第四控制讯号

W5        第五控制讯号    X,Y解耦电流值

sinθ*    市电电压的包络线

t₀,t₁,t₂时间点t₂’,t₃,t₄时间点

〔现有〕

9     现有光伏变流器

91    输入埠            92a,92b输出埠

93    输入电容          94展开电路

95    解耦电路

P     太阳能板

具体实施方式

为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

本发明全文所述的“解耦”（Decoupling），即指降低一变流器的输入端与输出端之间的不良影响，例如：该变流器的输出功率含有两倍市电频率的交流成分，而导致该光伏变流器的输入端含有较大的电流涟波，即本发明所属技术领域中具有通常知识者可以理解。

本发明全文所述的“逆止组件”，即指具有逆向截止功能的电子组件，例如：二极管（Diode）等，该逆止组件具有一第一端及一第二端，而且，仅供电流由该第一端流向该第二端，即本发明所属技术领域中具有通常知识者可以理解。

本发明全文所述的“开关”，即指具有电子开关功能的组件，例如：金氧半场效晶体管（MOSFET）、接面场效晶体管（JFET）或双极性晶体管（Bipolar Transistor）等，皆具有一输入端、一输出端及一控制端，其中，该控制端可供一电气讯号（例如：脉宽调变讯号，PWM）控制该输出端与该控制端之间呈现导通（ON）或截止（OFF），即本发明所属技术领域中具有通常知识者可以理解。

本发明全文所述的“金氧半场效晶体管”（MOSFET），即指采用金属、氧化物及半导体制成的晶体管，可分为P型（PMOS）及N型（NMOS），皆具有一源极（Source）、一汲极（Drain）及一闸极（Gate），即本发明所属技术领域中具有通常知识者可以理解。

本发明全文所述的“脉宽调变”（Pulse Width Modulation，PWM），即指脉波讯号的每一周期（cycle）内包含一逻辑〝1〞及一逻辑〝0〞时间，用以控制电子开关通电及断电，即本发明所属技术领域中具有通常知识者可以理解。

本发明全文所述的“包络线”（envelope），即指市电电压或电流振幅转折点的连接线，用以表示市电电压或电流振幅变化的边界值，即本发明所属技术领域中具有通常知识者可以理解。

请参阅图2所示，其系本发明光伏变流器较佳实施例的电路图，该光伏变流器包含一输入电路1、一解耦电路2及一输出电路3，该输入电路1分别电性连接该解耦电路2及该输出电路3。

该输入电路1即由一直流输入埠11并联一输入电容器12，该输入电容器12串联一激磁电感器13、一第一逆止组件14及一第一开关15，其中，该激磁电感器13的二端形成一第一连接点P1及一第二连接点P2。在此实施例中，该直流输入埠11、输入电容器12、激磁电感器13、第一逆止组件14及第一开关15分别以现有双端端口、电容器（例如：薄膜电容器等）、电感器、二极管及晶体管（例如：MOSFET等）作为实施态样，但不以此为限。

其中，该直流输入埠11具有二端，用以电性连接一光伏系统A，且该直流输入埠11的二端电性连接该输入电容器12的二端；该输入电容器12较佳采用薄膜电容器，以避免影响电路的工作可靠度，该输入电容器12的其中一端电性连接该第一连接点P1；该第二连接点P2电性连接该第一逆止组件14的一阳极端141；该第一逆止组件14的一阴极端142电性连接该第一开关15的一输入端151（例如：NMOS的汲极或PMOS的源极等）；该第一开关15的一输出端152（例如：NMOS的源极或PMOS的汲极等）电性连接该输入电容器12的另一端，用以接地（ground，图未绘示），该第一开关15另具有一控制端153（例如：NMOS或PMOS的闸极等），用以输入一第一控制讯号W1（如图3a所示），例如：PWM讯号，控制该输入端151与输出端152之间呈现导通或截止。其中，该输入电容器12的电容值可选为40微法拉（μF），该激磁电感器13的电感值可选为22微亨利（μH），以提供较佳的电路工作可靠度，但不以此为限。

请再参阅图2所示，该解耦电路2即由一第二逆止组件21及一第二开关22串接于该输入电路1的第一连接点P1及第二连接点P2之间，并形成一第一串接点C1，另由一第三开关23及一第三逆止组件24串接于该第一连接点P1及第二连接点P2之间，并形成一第二串接点C2，该第二串接点C2与该第一串接点C1之间电性连接一解耦电容器25。在此实施例中，该第二逆止组件21及第三逆止组件24可采用现有二极管，该第二开关22及第三开关23可采用现有晶体管，该解耦电容器25可采用现有电容器（例如：薄膜电容器等）作为实施态样，但不以此为限。

其中，该第二逆止组件21的一阳极端211电性连接该第二连接点P2及该第三开关23的一输入端231，该第二逆止组件21的一阴极端212电性连接该第二开关22的一输入端221及该解耦电容器25的一端；该第三逆止组件24的一阳极端241电性连接该解耦电容器25的另一端及该第三开关23的一输出端232，该第三逆止组件24的一阴极端242电性连接该第二开关22的一输出端222及该第一连接点P1。其中，该第二开关22另具有一控制端223，用以输入一第二控制讯号W2（如图3a所示），而控制该输入端221与输出端222之间呈现导通或截止；该第三开关23另具有一控制端233，用以输入一第三控制讯号W3（如图3a所示），控制该输入端231与输出端232之间呈现导通或截止；该解耦电容器25较佳采用薄膜电容器，以提高电路的工作可靠度，该解耦电容器25的电容值较佳选为60微法拉，使得涟波效应与上述开关的电压应力之间相互取得平衡。

请再参阅图2所示，该输出电路3即由一变压器31的一输入端口311并联该输入电路1的激磁电感器13，该变压器31的一第一输出埠312串接一第二输出埠313，该第一输出埠312串联一第四逆止组件32、一第四开关33及一输出电容器34，该第二输出埠313串联该输出电容器34、一第五开关35及一第五逆止组件36，该输出电容器34串联一输出电感器37及一交流输出埠38。在此实施例中，该变压器31采用现有中间抽头变压器，该第四逆止组件32及第五逆止组件36采用现有二极管，该第四开关33及第五开关35采用现有晶体管，该输出电容器34、输出电感器37及交流输出埠38分别采用现有电容器、电感器及双端端口，但不以此为限。

其中，该变压器31的输入埠311的二端分别电性连接该第一连接点P1及第二连接点P2；该第一输出埠312的一端与该第二输出埠313的一端共同连接形成一共接点P3，该第一输出埠312的另一端电性连接该第四逆止组件32的一阳极端321；该第四逆止组件32的一阴极端322电性连接该第四开关33的一输入端331；该第四开关33的一输出端332电性连接该第五开关35的一输入端351，并形成一连结点P4；该第五开关35的一输出端352电性连接该第五逆止组件36的一阳极端361；该第五逆止组件36的一阴极端362电性连接该第二输出埠313的另一端；该输出电容器34的二端分别电性连接于该共接点P3及连结点P4（即该共接点P3电性连接该输出电容器34的其中一端，该连结点P4电性连接该输出电容器34的另一端）；该输出电感器37及交流输出埠38串接于该输出电容器34的二端之间，使该交流输出埠38的二端可供电至一市电系统B；其中，该第四开关33另具有一控制端333，用以输入一第四控制讯号W4（如图3b所示），控制该输入端331与输出端332之间呈现导通或截止；该第五开关35另具有一控制端353，用以输入一第五控制讯号W5（如图3b所示），控制该输入端351与输出端352之间呈现导通或截止；该输出电容器34的电容值可选为2.2微法拉；该输出电感器37的电感值可选为320微亨利。

请参阅图3a及图3b所示，即本发明光伏变流器较佳实施例的运作示意图，其中，本发明光伏变流器使用时，可由一控制装置（图未绘示）取得该输入电路1、解耦电路2、光伏系统A及市电系统B的运作信息，例如：流出该激磁电感器13的激磁电流I_L、流入该解耦电路2的解耦电流I_C、该光伏系统A输出之的光伏电压V_A、光伏电流I_A及该市电系统B输出的市电电压V_B的值，并据以产生该第一控制讯号W1、第二控制讯号W2、第三控制讯号W3、第四控制讯号W4及第五控制讯号W5，用以控制该第一开关15、第二开关22、第三开关23、第四开关33及第五开关35的开关状态（即导通或切断），使该光伏变流器正常运作。

请参阅图4所示，即本发明光伏变流器的控制方法的运作流程图，该控制方法包含一输入步骤S1、一解耦步骤S2及一变流步骤S3。其中：该输入步骤S1，即导通该第一开关15，并切断该第二开关22、第三开关23、第四开关33及第五开关35，使该激磁电感器13储存来自该直流输入埠11的能量。详细的说，如图3a所示，该光伏系统A可通过该直流输入埠11供电至该输入电容器12及激磁电感器13，用以储存该光伏系统A输出的直流电力。

请一并参阅图5所示，当t=t₀时，仅有该第一控制讯号W1导通该第一开关15，该激磁电感器13与该第一逆止组件14、第一开关15及输入电容器12串联形成一充/放电回路（loop），其中该光伏系统A、输入电容器12及激磁电感器13的电压相同，使该光伏系统A释能至该激磁电感器13，并维持一输入时段T₁（即时间点t₀至t₁），在此过程中，该激磁电流I_L的值等于该光伏电流I_A的值，如下式（1）所示：

$I_{13}\left(t\right)=I_{\mathrm{in}}\left(t\right)=\frac{V_{\mathrm{in}}}{L_{13}}(t-t_0)---\left(1\right)$

其中，I₁₃(t)为该激磁电流I_L的时变函数值，I_in(t)为该光伏电流I_A的时变函数值，V_in为该光伏电压V_A的电压值，L₁₃为该激磁电感器13的电感量。

当t=t₁时，该激磁电流I_L的时变函数值升至一激磁门坎值H1，如下式（2）所示：

$H1=I_{13}\left(t_1\right)=\frac{V_{\mathrm{in}}}{L_{13}}(t_1-t_0)=\frac{V_{\mathrm{in}}}{L_{13}}{D}_1{T}_s---\left(2\right)$

其中，T_s为该些开关组件的切换周期，D1为该第一开关15的责任周期。由于该激磁门坎值H1在该光伏系统A的固定最大功率电流命令下为一定值，而且，上述开关切换频率远大于该光伏系统A的最大功率追踪频率，故该光伏电流I_A可维持一定值，如下式（3）所示：

$I_{\mathrm{in}}=\frac{D_1\·H1}{2}=(H1\·\frac{L_{13}}{V_{\mathrm{in}}\·T_s})\frac{H1}{2}=\frac{L_{13}\·{H1}^2}{2\·V_{\mathrm{in}}\·T_s}---\left(3\right)$

其中，上式（3）之参数定义如前所述。

该解耦步骤S2，当该激磁电流I_L的值升至该激磁门坎值H1时，切断该第一开关15，若该解耦电流I_C的值大于一解耦门坎值H2，切断该第二开关22及第三开关23，使该激磁电感器13释能至该解耦电容器25，若该解耦电流I_C的值小于该解耦门坎值H2，导通该第二开关22及该第三开关23，使该解耦电容器25释能至该激磁电感器13。详细的说，该激磁门坎值H1可由上式（3）计算而得，如下式（4）所示：

$H1=\sqrt{\frac{2\·V_{\mathrm{in}}\·I_{\mathrm{in}}\×T_S}{L_{13}}}=\sqrt{\frac{2V\·250A\×50\mathrm{\μs}}{22\mathrm{\μH}}}=33.71A---\left(4\right)$

其中，上式（4）的参数定义如前所述。

如图3a及图5所示，当t＝t₁时，该激磁电流I_L的值升至该激磁门坎值H1，该第一开关15被该第一控制讯号W1切断，使所有开关皆呈切断状态，此时，该控制装置观察该激磁电感器13流入该解耦电路2的解耦电流I_C，倘若该解耦电流I_C的值（如图5所示的X点）大于该解耦门坎值H2（即该市电电压V_B的值的包络线sinθ*的绝对值），表示该激磁电感器13出现造成涟波电流的多余能量，则该控制装置持续切断该第二开关22及第三开关23，使该第二逆止组件21、解耦电容器25及第三逆止组件24共同形成一充电路径（charging path），将造成该涟波电流的多余能量储存于该解耦电容器25，并且维持一解耦充电时段T₂（即时间点t₁至t₂），如下式（5）所示:

$t_2-t_1=D_2{T}_s=\frac{L_{13}(H1-H2)}{V_{25}}---\left(5\right)$

其中，D₂为该第二逆止组件21及第三逆止组件24的责任周期，V₂₅为该解耦电容器25的电压值，其余参数定义如前所述。在此期间，该解耦电容器25的电压维持一定值，该解耦电流I_C的值如下式（6）所示:

$I_{25}\left(t\right)=H1-\frac{V_{25}}{L_{13}}(t-t_1)---\left(6\right)$

其中，I₂₅(t)为该解耦电容器25的解耦电流I_C的时变函数值，其余参数定义如前所述，当该解耦电流I_C的值降至该解耦门坎值H2时，即t=t₂，V₂₅(t)为该解耦电容器25的电压时变函数值。

另一方面，当t=t₁时，倘若该解耦电流I_C的值（如图5所示的Y点）小于该解耦门坎值H2，表示该激磁电感器13出现造成涟波电流的能量不足部分，则仅由该第二及第三控制讯号W2及W3导通该第二开关22及第三开关23，使该第三开关23、解耦电容器25及第二开关22形成一放电路径（dischargingpath），供该解耦电容器25释放先前储存的能量至该激磁电感器13，该解耦电容器25注入该激磁电感器13的电流值系如上式（6）所示，以补足造成该涟波电流的不足部分，并且维持一解耦放电时段T₂’（即时间点t₁至t₂’），如下式（7）所示：

${t_2}^{\′}-t_1={D_2}^{\′}{T}_s=\frac{L_{13}(H1-H2)}{V_{25}}---\left(7\right)$

其中，D₂’为该第二开关22及第三开关23的责任周期，其余参数定义如前所述。

因此，当时间点t₁至t₂时，如图6所示，即本发明的输入功率与输出功率示意图，其中，当一输出功率E_o与一输入功率E_i相比较时，该输出功率含有两倍市电频率的多余交流成分E₁，可暂存于该解耦电容器25；当时间点t₁至t₂’时，该解耦电容器25暂存的能量可补充该输出功率含有两倍市电频率的不足交流成分E₂。因此，由该解耦电容器25储存或释放能量，即可使该解耦电流I_C等于该解耦门坎值H2，避免上述多余或不足交流成分的现象，以维持该输出功率的稳定；同时，该输入电容器12的电容值可以大幅降低，而采用耐高温环境的薄膜电容器，避免影响电路的工作稳定性。

该变流步骤S3，当该解耦电流I_C的值等于该解耦门坎值H2时，若该市电电压V_B的值属于正半周，导通该第四开关33，并切断该第五开关35，使该第一输出埠312释能至该输出电容器34；若该市电电压V_B的值属于负半周，导通该第五开关35，并切断该第四开关33，使该第二输出埠313释能至该输出电容器34。详细的说，如图3b及图5所示，该变压器31可由该第一输出埠312及第二输出埠313分别输出交流电力的不同半周，其中，若该市电电压值V_B的包络线sinθ*值属于正半周，则由该第四控制讯号W4导通该第四开关33，并由该第五控制讯号W5切断该第五开关35，使该第一输出埠312、第四逆止组件32、第四开关33及输出电容器34形成另一充/放电回路，供该第一输出埠312释能至该输出电容器34，并且维持一变流时段T₃（即时间点t₂至t₃），如下式（8）所示：

$t_3-t_2=t_3-{t_2}^{\′}=D_3{T}_s=N\·H1\frac{L_{13}}{v_B}---\left(8\right)$

其中，D₃为将该激磁电感器13释能完毕的责任周期，N为该变压器31的二次侧圈数除以一次侧的圈数比（或称匝数比，Turns Ratio），v_B为该市电电压值V_B的包络线（v_B=V_B,peak|sinωt|），其余参数定义如前所述。其中，该第一输出埠312的流入该输出电容器34的电流I_P系如下式（9）所示：

$I_P\left(t\right)=\frac{1}{N}\·H2-\frac{v_B}{N^2\·L_{13}}(t-t_2)---\left(9\right)$

其中，上式（9）的参数定义如前所述。

另一方面，若该市电电压值V_B的包络线sinθ*值属于负半周，则由该第五控制讯号W5导通该第五开关35，并由该第四控制讯号W4切断该第四开关33，使第二输出埠313、输出电容器34、第四开关33及第四逆止组件32形成另一充/放电回路，供电流I_N流入该输出电容器34，如下式（10）所示：

$I_N\left(t\right)=-[\frac{1}{N}\·H2-\frac{v_B}{N^2\·L_{13}}(t-t_2)]---\left(10\right)$

其中，上式（10）的参数定义如前所述。

更详细的说，当该第四开关33或第五开关35切断时，由该第一、第二、第三、第四及第五控制讯号W1、W2、W3、W4及W5切断该第一开关15、该第二开关22、该第三开关23、该第四开关33及该第五开关35，使该输出电容器34经由该输出电感器37释能至该交流输出埠38，并且维持一输出时段T₄（即时间点t₃至t₄），此时，该激磁电感器13并无能量经由该交流输出埠38转移至该市电系统B。其中，通过该第四开关33或第五开关35反复切换，该第一输出埠312及第二输出埠313输出的能量可经由该输出电容器34及输出电感器37滤波，而输出交流电力至该市电系统B。

请参阅图7所示，即本发明的控制装置的联线示意图，其中，本发明具有电力解耦功能的光伏变压器还可以设有一控制装置4，该控制装置4可由电子电路或可程序化脉波讯号产生器构成，用以依据该光伏系统A、市电系统B、输入电路1及解耦电路2的工作状态信息，例如：流出该激磁电感器13的激磁电流I_L、流入该解耦电路2的解耦电流I_C、该解耦电流I_C作用于解耦电容器25的解耦电压V_C、该光伏系统A输出的光伏电压V_A、光伏电流I_A及该市电系统B输出的市电电压V_B等，进而控制该第一开关15、第二开关22、第三开关23、第四开关33及第五开关35的开关状态，使本发明具有电力解耦功能的光伏变压器进行相关运作。在此实施例中，该控制装置4设有一第一输出端41、一第二输出端42、一第三输出端43、一第四输出端44及一第五输出端45，对应电性连接该第一开关15的控制端153、第二开关22的控制端223、第三开关23的控制端233、第四开关33的控制端333及第五开关35的控制端353，并输出该第一控制讯号W1、第二控制讯号W2、第三控制讯号W3、第四控制讯号W4及第五控制讯号W5；该控制装置4另设有一输入总线46，该输入总线46用以电性连接该光伏系统A、市电系统B、输入电路1及解耦电路2，并取得上述工作状态信息，以便产生上述控制讯号W1至W5，其产生方式系举例说明如后所述。

举例而言，如图8所示，即本发明的控制装置的内部方块示意图，其中，该控制装置4包含一最大功率追踪器（MPPT）、一比例积分器（PI）、一锁相回路（PLL）、一绝对值产生器（ABS）、数个减法器（SUB）、乘法器（MUL）、比较器（CMP）、反相器（INV）及逻辑闸（AND）等，使该光伏电压V_A的值及光伏电流I_A的值利用该功率追踪器产生一激磁门坎值H1、该激磁门坎值H1与程序产生的锯齿波比较而产生的第一控制讯号W1。同时，利用该锁相回路产生该市电电压V_B的值的包络线（如图5及图8所示的sinθ*），以便该绝对值产生器产生该包络线的绝对值（如图8所示的|sinθ*|），而且，该解耦电压V_C的值与该解耦电压V_C的目标值V_C*相减的结果利用该比例积分器产生一误差值，以便该误差值、绝对值及激磁门坎值H1经过该乘法器相乘后，可产生一解耦门坎值H2，待该解耦门坎值H2分别减去该解耦电流I_C的值及激磁门坎值H1后，再将该二相减结果进行〝及（AND）〞逻辑运算，即可产生该第二控制讯号W2及第三控制讯号W3。同时，待该包络线的值与零值相比较后，可采用大于零的部份产生该第四控制讯号W4。同时，将该第四控制讯号W4反相，即可取得小于零的部份，并作为该第五控制讯号W5。

通过前面所述的技术手段，本发明光伏变流器的主要特点列举如下：该输入电路1系由该激磁电感器13与该第一逆止组件14、第一开关15及输入电容器12串联形成充/放电回路；该解耦电路2即该第二逆止组件21、解耦电容器25及第三逆止组件24形成该充电路径，并由该第三开关23、解耦电容器25及第二开关22形成该放电路径；该输出电路3系由该第一输出埠312、第四逆止组件32、第四开关33及输出电容器34形成充/放电回路，或者，由该第二输出埠313、输出电容器34、第四开关33及第四逆止组件32形成充/放电回路。因此，本发明仅需使用上述五个电子开关，即可进行电力解耦功能，与现有具有相同功能的光伏变流器，可以降低电子开关使用数量。

因此，该解耦电容器25可将造成该输出功率含有两倍市电频率的多余交流成分，在直流电力未转换为交流电力前，经由该充电路径暂时储存；而且，该暂时储存的能量可经由该放电路径注入该激磁电感器13，以补充该输出功率含有两倍市电频率的不足交流成分，维持该输出功率的稳定，可减少电子开关的电压应力。同时，使得该输入电容器12的电容值大幅降低，并可采用耐高温环境的薄膜电容器，避免影响电路的工作稳定性，此为本发明的功效。

综上所述，当该光伏系统A采用250瓦（W）的太阳能板时，也即本发明光伏变流器操作于250瓦，若电路瓦特数上升，在电压无变动的情形下，该解耦电容器25的电容值及耐压值不需增加，即可正常运作，进一步增加本发明的使用裕度。以上所述仅是借由优选实施例所作的详细说明，然而对于该实施例所作的任何修改与变化均不脱离本发明的精神与范围。

总之，以上详细说明可使熟知本项技术人员明了本发明的确可达成前述的目的，实已符合专利法的规定，故依法提出发明专利申请。

Claims (12)

1.一种光伏变流器，其特征在于：即包含：一输入电路，即由一直流输入埠并联一输入电容器，该输入电容器串联一激磁电感器、一第一逆止组件及一第一开关，该激磁电感器的二端形成一第一连接点及一第二连接点；一解耦电路，即由一第二逆止组件及一第二开关串接于该第一连接点及该第二连接点之间，并形成一第一串接点，另由一第三开关及一第三逆止组件串接于该第一连接点及第二连接点之间，并形成一第二串接点，该第二串接点与该第一串接点之间电性连接一解耦电容器；及一输出电路，即由一变压器的一输入埠并联该激磁电感器，该变压器的一第一输出埠串接一第二输出埠，该第一输出埠串联一第四逆止组件、一第四开关及一输出电容器，该第二输出埠串联该输出电容器、一第五开关及一第五逆止组件，该输出电容器串联一输出电感器及一交流输出埠。

2.根据权利要求1中所述的光伏变流器，其特征在于：该解耦电路即由该第二逆止组件的一阳极端电性连接该第二连接点及该第三开关的一输入端，该第二逆止组件的一阴极端电性连接该第二开关的一输入端及该解耦电容器的一端，该第三逆止组件的一阳极端电性连接该解耦电容器的另一端及该第三开关的一输出端，该第三逆止组件的一阴极端电性连接该第二开关的一输出端及该第一连接点。

3.根据权利要求1中所述的光伏变流器，其特征在于：该解耦电容器为一薄膜电容器。

4.根据权利要求1中所述的光伏变流器，其特征在于：该解耦电容器的电容值为60微法拉。

5.根据权利要求1中所述的光伏变流器，其特征在于：该输出电路即由该输入端口的二端分别电性连接该第一连接点及该第二连接点，该第一输出埠的一端与该第二输出埠的一端共同连接形成一共接点，该第一输出埠的另一端电性连接该第四逆止组件的一阳极端，该第四逆止组件的一阴极端电性连接该第四开关的一输入端，该第四开关的一输出端电性连接该第五开关的一输入端，并形成一连结点，该第五开关的一输出端电性连接该第五逆止组件的一阳极端，该第五逆止组件的一阴极端电性连接该第二输出埠的另一端，该输出电容器的二端分别电性连接该共接点及该连结点，该输出电感器及该交流输出埠串接于该输出电容器的二端之间。

6.根据权利要求1中所述的光伏变流器，其特征在于：该输入电路即由该直流输入埠的二端电性连接该输入电容器的二端，该输入电容器的其中一端电性连接该第一连接点，该第二连接点电性连接该第一逆止组件的一阳极端，该第一逆止组件的一阴极端电性连接该第一开关的一输入端，该第一开关的一输出端电性连接该输入电容器的另一端。

7.根据权利要求1中所述的光伏变流器，其特征在于：该第一开关、该第二开关、该第三开关、该第四开关及该第五开关分别为一晶体管。

8.根据权利要求1中所述的光伏变流器，其特征在于：该第一逆止组件、该第二逆止组件、该第三逆止组件、该第四逆止组件及该第五逆止组件分别为一二极管。

9.根据权利要求1中所述的光伏变流器，其特征在于：包含一控制装置，即设有一第一输出端电性连接该第一开关的一控制端、一第二输出端电性连接该第二开关的一控制端、一第三输出端电性连接该第三开关的一控制端、一第四输出端电性连接该第四开关的一控制端及一第五输出端电性连接该第五开关的一控制端。

10.一种光伏变流器的控制方法，其特征在于：即如权利要求1所述的光伏变流器，并由一控制装置取得该光伏变流器的激磁电感器的一激磁电流值、该解耦电路的一解耦电流值及一市电系统输出的一市电电压值，并产生一第一控制讯号、一第二控制讯号、一第三控制讯号、一第四控制讯号及一第五控制讯号，用以控制该光伏变流器的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关及第五开关的开关状态，该控制方法包含：一输入步骤，即导通该第一开关，并切断该第二开关、该第三开关、该第四开关及该第五开关，使该激磁电感器储存来自该光伏变流器的直流输入埠的能量；一解耦步骤，当该激磁电流值升至该激磁门坎值时，切断该第一开关，若该解耦电流值大于该解耦门坎值，切断该第二开关及该第三开关，使该激磁电感器释能至该解耦电容器，若该解耦电流值小于该解耦门坎值，导通该第二开关及该第三开关，使该解耦电容器释能至该激磁电感器；及一变流步骤，当该解耦电流值等于该解耦门坎值时，若该市电电压值属于正半周，导通该第四开关，并切断该第五开关，使该光伏变流器的第一输出埠释能至该光伏变流器的输出电容器，若该市电电压值属于负半周，导通该第五开关，并切断该第四开关，使该光伏变流器的第二输出埠释能至该输出电容器，其中，当切断该第四开关或第五开关时，该输出电容器经由该光伏变流器的输出电感器释能至该光伏变流器的交流输出埠，而输出交流电力至该市电系统。

11.根据权利要求10中所述的光伏变流器的控制方法，其特征在于：该激磁门坎值为33.71安培。

12.根据权利要求10中所述的光伏变流器的控制方法，其特征在于：该解耦门坎值为该市电电压值的包络线。

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