CN104767442A - 多相发电机的并联式电源转换系统及其操作方法 - Google Patents

多相发电机的并联式电源转换系统及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多相发电机的并联式电源转换系统,对外部驱动的一多相发电机提供功率因数校正控制。该多相发电机的并联式电源转换系统包含一并联式电源转换装置与一控制单元。该并联式电源转换装置包含多个并联连接的电源转换单元,并且接收该多相发电机所产生多个发电机电流与多个发电机电压,以输出一直流电压。该控制单元产生多个控制信号,进而对应控制该些电源转换单元,使得该些发电机电流追随该些发电机电压线性变化,以达到对该多相发电机输出功率的功率因数校正。

Description

多相发电机的并联式电源转换系统及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种多相发电机的电源转换系统及其操作方法,尤其涉及一种具有功率因数校正功能的多相发电机的并联式电源转换系统及其操作方法。
背景技术
目前市售常见的发电系统控制,其能源转换器大略可分为无源整流(passive rectification)与有源整流(active rectification)两种系统架构。请参阅图1,为现有技术的具无源整流转换器的发电系统的电路示意图。该发电系统具有一无源全桥式整流器10A,该无源全桥式整流器10A电性耦接一永磁发电机(permanent magnet generator,PMG)20A。该无源全桥式整流器10A将该永磁发电机20A所输出的一三相交流电压转换为一单相直流电压,并且再通过一电感元件Lmp与一开关元件Swp作动,达到能量转换的功效。因此,对于具有无源整流器架构的发电系统而言,因为只使用单一驱动开关切换即可达到能量转换,因此该系统能量转换功耗极小,故此,用于小功率发电机或在低风速时整体效率最高,此乃为无源整流系统架构的最大优点。然而,由于无源整流系统架构因为无法主动控制交流功率因数,并且该无源全桥式整流器10A仅能取得三相电压峰值位置的能量,因此,使得该永磁发电机20A输出纹波电流而耦合出的纹波转矩将产生振动与噪音。
请参阅图2,为现有技术的具有有源整流转换器的发电系统的电路示意图。该有源整流系统架构利用电源侧转换器70A的六个有源开关与三个无源电感器,通过装置于发电机60A上的转子位置检测器取得瞬时的转速与不固定的频率与相位,用来达到瞬时转速控制与空间向量脉波宽度调变(spacevector pulse width modulation,SVPWM)控制所需与发电机电压的同频同相的频率跟随基本波,使其完成能量转换。该有源整流系统架构所使用的控制器,因为可跟随三相交流电压同步变化转换能源,所以能够达到全电压能源转换。惟,由于有源整流系统因需要同时驱动六个有源开关使得控制复杂度提高,功耗也增大,并且搭配永磁发电机需要精准的参数估测与微调,如此将导致控制器不利于各式各样的永磁发电机能源转换。
值得一提,相较于电网所产生的稳定电源,由于风力和风向的时常变动,因此风力发电属于不稳定的供电来源。再者,要对不稳定性的发电机电源提供功率因数校正的控制,更是相当地困难。
因此,如何设计出一种多相发电机的并联式电源转换系统及其操作方法,兼具低功耗与控制单纯的设计,并且克服以风力做为发电来源的功率因数校正控制的困难,乃为本发明创作人所欲行克服并加以解决的一大课题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种多相发电机的并联式电源转换系统,对外部驱动的一多相发电机提供功率因数校正控制。该多相发电机的并联式电源转换系统包含一并联式电源转换装置与一控制单元。该并联式电源转换装置包含多个并联连接的电源转换单元,并且接收该多相发电机所产生多个发电机电流与多个发电机电压,以输出一直流电压。该控制单元包含一外回路控制与一内回路控制。该外回路控制接收该直流电压与该些发电机电压,以输出至少一电流运算命令。该内回路控制接收该些发电机电流、该电流运算命令以及多个电压运算命令,以产生多个控制信号,进而对应控制该些电源转换单元,使得该些发电机电流追随该些发电机电压线性变化,以达到对该多相发电机输出功率的功率因数校正。
本发明的另一目的在于提供一种多相发电机的并联式电源转换系统的操作方法,对外部驱动的一多相发电机提供功率因数校正控制。该操作方法包含下列步骤:(a)提供一并联式电源转换装置,包含多个并联连接的电源转换单元,并且接收该多相发电机所产生多个发电机电流与多个发电机电压,以输出一直流电压;(b)提供一控制单元,包含一外回路控制与一内回路控制;(c)该外回路控制接收该直流电压与该些发电机电压,以输出至少一电流运算命令;该内回路控制接收该些发电机电流、该电流运算命令以及多个电压运算命令,以产生多个控制信号;及(d)通过该些控制信号对应控制该些电源转换单元,以控制该些发电机电流追随该些发电机电压线性变化,进而达到对该多相发电机输出功率的功率因数校正。
为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效,请参阅以下有关本发明的详细说明与附图,相信本发明的目的、特征与特点,当可由此得一深入且具体的了解,然而附图仅提供参考与说明用,并非用来对本发明加以限制者。
附图说明
图1为现有技术的具有无源整流转换器的发电系统的电路示意图;
图2为现有技术的具有有源整流转换器的发电系统的电路示意图;
图3A为本发明多相发电机的并联式电源转换系统第一实施例的电路方框示意图;
图3B为本发明控制单元的正规化运算单元第一实施例的方框示意图;
图4A为本发明多相发电机的并联式电源转换系统第二实施例的电路方框示意图;
图4B为本发明控制单元的正规化运算单元第二实施例的方框示意图;
图5为本发明控制单元的方框示意图;
图6为本发明多相发电机的并联式电源转换系统的发电机电压与发电机电流的波形图;及
图7为多相发电机的并联式电源转换系统操作方法的流程图
其中,附图标记说明如下:
具体实施方式
兹有关本发明的技术内容及详细说明,配合附图说明如下。
请参阅图3A,为本发明多相发电机的并联式电源转换系统第一实施例的电路方框示意图。该多相发电机的并联式电源转换系统对外部驱动的一多相发电机90提供功率因数校正(power factor correction)控制。值得一提,该多相发电机90为一多相永磁发电机(permanent magnet generator,PMG)。并且,上述所谓外部驱动指该多相发电机通过外力所驱动,其中,该外力可为风力、水力、水蒸气,甚至人力,因此,不限定该驱动外力来源。只是为了方便说明,在本发明中以风力作为范例说明。此外,在本发明中所使用的控制器系以提供一种可达成耦合机电能量至发电机的定子线圈的电源转换系统,并且该控制器可装设在发电机里面。
该多相发电机的并联式电源转换系统包含一并联式电源转换装置10与一控制单元20。该并联式电源转换装置10包含多个并联连接的电源转换单元10a,10b,…,10n,并且接收该多相发电机所产生多个发电机电流Ia,Ib,…,In与多个发电机电压Vab,Vbc,…,Vna,以输出一直流电压Vdc。上述所谓多相意指不限定该发电机为三相发电机,超过三相的发电机所输出的多相电源更是为本发明与电网所产生的三相交流电源最大差异之处。因此在本发明全文中,元件标号a表示a相电压或电流、标号b表示b相电压或电流、标号n表示n相电压或电流,其中,n大于或等于3。
值得一提,该并联式电源转换装置10主要通过电源侧的多相电感达到能源转换,并且经过一整流电路整流后,利用开关单元实现该些电感的储能与释能。更具体而言,当该些电感在无初始能量并且被单一固定周期短路储能或释能时,该些电感上的电流将与电压的正负大小形成线性关。换言之,在每个周期内使得该些电感电流完全放电后进入下个周期作动,如此将使得该些电感电流随着交流电压的正负大小等比例变动。该控制单元20包含一外回路控制201与一内回路控制202。该外回路控制201接收该直流电压Vdc与该些发电机电压Vab,Vbc,…,Vna,以输出至少一电流运算命令I*。该内回路控制202接收该些发电机电流Ia,Ib,…,In、该电流运算命令I*以及多个电压运算命令Va*,Vb*,…,Vn*,以产生多个控制信号Sca,Scb,…,Scn,进而对应控制该些电源转换单元10a,10b,…,10n,使得该些发电机电流Ia,Ib,…,In追随该些发电机电压Vab,Vbc,…,Vna线性变化,以达到对该多相发电机输出功率的功率因数校正。值得一提,该些控制信号Sca,Scb,…,Scn分别为一脉波宽度调变信号(pulse width modulation signal,PWM signal),因此,该多相发电机的并联式电源转换系统还包含一脉波宽度调变信号驱动单元60,以提供该些控制信号Sca,Scb,…,Scn对应控制该些电源转换单元10a,10b,…,10n的开关单元Swa,Swb,…,Swn。
值得一提,在本实施例中,该多相发电机的并联式电源转换系统还包含一输入电压感测单元30、一输入电流感测单元40以及一电压感测单元50。该输入电压感测单元30用以检测该些发电机电压Vab,Vbc,…,Vna,并且将该些发电机电压Vab,Vbc,…,Vna传送至该控制单元20。该输入电流感测单元40用以检测该些发电机电流Ia,Ib,…,In,并且将该些发电机电流Ia,Ib,…,In传送至该控制单元20。该电压感测单元50用以检测该直流电压Vdc,并且传送该直流电压Vdc至该控制单元20。
请参阅图4A,为本发明多相发电机的并联式电源转换系统第二实施例的电路方框示意图。该实施例与图3A所示该第一实施例最大差异在于该输入电压感测单元30用以检测经过整流处理的该些发电机电压Vab,Vbc,…,Vna。更具体而言,该并联式电源转换装置10还包含多个整流单元102a,102b,…,102n,其中,每一该电源转换单元10a,10b,…,10n对应具有一该整流单元102a,102b,…,102n。再者,每一该整流单元102a,102b,…,102n对应接收其中一该发电机电压Vab,Vbc,…,Vna,以产生一整流发电机电压Vabr,Vbcr,…,Vnar。承上所述,该实施例与图3A所示该第一实施例最大差异在于该输入电压感测单元30用以检测该些整流发电机电压Vabr,Vbcr,…,Vnar,并且将该些整流发电机电压Vabr,Vbcr,…,Vnar传送至该控制单元20。此外,该输入电流感测单元40用以检测该些发电机电流Ia,Ib,…,In,并且将该些发电机电流Ia,Ib,…,In传送至该控制单元20;以及该电压感测单元50用以检测该直流电压Vdc,并且传送该直流电压Vdc至该控制单元20,与上述第一实施例相同。至于该多相发电机的并联式电源转换系统的操作说明,特别是该控制单元20的操作,将于后文有详细的阐述。
请参阅图5,为本发明控制单元的方框示意图。并且配合图3A或图4A,承上所述,该控制单元20包含该外回路控制201与该内回路控制202。该外回路控制201包含一输出功率曲线查表2012(或称为电压-电流查表曲线)、一电压控制回路2014以及一控制逻辑单元2016。以图3A该第一实施例为例,该输出功率曲线查表2012接收该些发电机电压Vab,Vbc,…,Vna,以输出一第一电流命令I1*。以图4A该第二实施例为例,该输出功率曲线查表2012接收该些整流发电机电压Vabr,Vbcr,…,Vnar,以输出该第一电流命令I1*。该电压控制回路2014接收该直流电压Vdc与一电压命令V*,并且比较该直流电压Vdc与该电压命令V*,以输出一第二电流命令I2*。该控制逻辑单元2016接收该第一电流命令I1*与该第二电流命令I2*,并输出该第一电流命令I1*或该第二电流命令I2*为该电流运算命令I*
该内回路控制202包含多个乘法单元2022a,2022b,…,2022n与多个电流控制回路2024a,2024b,…,2024n。每一该乘法单元2022a,2022b,…,2022n接收该电流运算命令I*与对应其中一该电压运算命令Va*,Vb*,…,Vn*,并计算该电流运算命令I*与对应该电压运算命令Va*,Vb*,…,Vn*的乘积,以产生一电流命令Ia*,Ib*,…,In*。每一该电流控制回路2024a,2024b,…,2024n对应接收其中一该电流命令Ia*,Ib*,…,In*与其中一该发电机电流Ia,Ib,…,In,以产生一控制信号Sca,Scb,…,Scn。其中,该控制单元20利用该些控制信号Sca,Scb,…,Scn对应控制该些电源转换单元10a,10b,…,10n。
请参阅图3B,为本发明控制单元的正规化运算单元第一实施例的方框示意图,并另复配合参阅图3A与图5。该控制单元20还包含多个正规化运算单元2026a,2026b,…,2026n。每一该正规化运算单元2026a,2026b,…,2026n连接其中一该乘法单元2022a,2022b,…,2022n,并且,每一该正规化运算单元2026a,2026b,…,2026n对应接收其中一该发电机电压Vab,Vbc,…,Vna,并对应产生该些电压运算命令Va*,Vb*,…,Vn*。该些正规化运算单元2026a,2026b,…,2026n对所接收到的该些发电机电压Vab,Vbc,…,Vna执行正规化运算(normalization operation)。更具体而言,每一该正规化运算单元2026a,2026b,…,2026n将所对应接收到的该发电机电压Vab,Vbc,…,Vna的最大值正规化为1,换言之,该些正规化运算单元2026a,2026b,…,2026n所产生的该些电压运算命令Va*,Vb*,…,Vn*最大值皆为1,其余的电压值则用所对应的电压最大值加以正规化。举例说明,若该发电机电压Vab最大值为140伏特,则该电压运算命令Va*为1;该发电机电压Vab为70伏特,则该电压运算命令Va*为0.5。此外,若该发电机电压Vbc最大值为160伏特,则该电压运算命令Vb*为1;该发电机电压Vbc为70伏特,则该电压运算命令Vb*为0.4375。因此,当该些乘法单元2022a,2022b,…,2022n接收该电流运算命令I*与该些该电压运算命令Va*,Vb*,…,Vn*,并计算该电流运算命令I*与对应该些电压运算命令Va*,Vb*,…,Vn*的乘积,以产生对应该些电流命令Ia*,Ib*,…,In*。最后,再通过该些电流控制回路2024a,2024b,…,2024n接收对应该些电流命令Ia*,Ib*,…,In*与该些发电机电流Ia,Ib,…,In,以对应产生该些控制信号Sca,Scb,…,Scn,进而对应控制该些电源转换单元10a,10b,…,10n,使得该些发电机电流Ia,Ib,…,In追随该些发电机电压Vab,Vbc,…,Vna线性变化,以达到对该多相发电机90输出功率的功率因数校正。值得一提,在本实施例中,由于该些发电机电压Vab,Vbc,…,Vna为正弦波形式(未经过整流处理),因此,该些正规化运算单元2026a,2026b,…,2026n能够处理该些发电机电压Vab,Vbc,…,Vna绝对值运算,其效果等效于经过整流处理的结果。再者,通过该正规化运算,可以将该电流运算命令I*与正规化后的该些电压运算命令Va*,Vb*,…,Vn*的乘积值大大降低,亦即,大大地降低该些电流命令Ia*,Ib*,…,In*,因此,可避免过大的该些电流命令Ia*,Ib*,…,In*造成对该些电流控制回路2024a,2024b,…,2024n造成误动作,甚至损毁。
请参阅图4B,为本发明控制单元的正规化运算单元第二实施例的方框示意图,并另复配合参阅图4A与图5。该控制单元20还包含多个正规化运算单元2026a,2026b,…,2026n。每一该正规化运算单元2026a,2026b,…,2026n连接其中一该乘法单元2022a,2022b,…,2022n,并且,每一该正规化运算单元2026a,2026b,…,2026n对应接收其中一该整流发电机电压Vabr,Vbcr,…,Vnar,并对应产生该些电压运算命令Va*,Vb*,…,Vn*。该些正规化运算单元2026a,2026b,…,2026n对所接收到的该些整流发电机电压Vabr,Vbcr,…,Vnar执行正规化运算(normalization operation)。更具体而言,每一该正规化运算单元2026a,2026b,…,2026n将所对应接收到的该整流发电机电压Vabr,Vbcr,…,Vnar的最大值正规化为1,换言之,该些正规化运算单元2026a,2026b,…,2026n所产生的该些电压运算命令Va*,Vb*,…,Vn*最大值皆为1,其余的电压值则用所对应的电压最大值加以正规化。因此,当该些乘法单元2022a,2022b,…,2022n接收该电流运算命令I*与该些该电压运算命令Va*,Vb*,…,Vn*,并计算该电流运算命令I*与对应该些电压运算命令Va*,Vb*,…,Vn*的乘积,以产生对应该些电流命令Ia*,Ib*,…,In*。最后,再通过该些电流控制回路2024a,2024b,…,2024n接收对应该些电流命令Ia*,Ib*,…,In*与该些发电机电流Ia,Ib,…,In,以对应产生该些控制信号Sca,Scb,…,Scn,进而对应控制该些电源转换单元10a,10b,…,10n,使得该些发电机电流Ia,Ib,…,In追随该些发电机电压Vab,Vbc,…,Vna线性变化,以达到对该多相发电机90输出功率的功率因数校正。
请参阅图6,为本发明多相发电机的并联式电源转换系统的发电机电压与发电机电流的波形图。图6上半部表示该发电机电压Vab,图6下半部则表示该整流发电机电压Vabr与该发电机电流Ia的关系。由图6下半部可明显看出,通过本发明该控制单元20的该外回路控制201与该内回路控制202的运算,可使得每一相发电机电流Ia,Ib,…,In以对应追随同相的该整流发电机电压Vabr,Vbcr,…,Vnar线性变化,以达到对该多相发电机90输出功率的功率因数校正。
请参阅图7,为多相发电机的并联式电源转换系统操作方法的流程图。该多相发电机的并联式电源转换系统的操作方法,对外部驱动的一多相发电机提供功率因数校正控制。该操作方法包含下列步骤:首先,提供一并联式电源转换装置,包含多个并联连接的电源转换单元,并且接收该多相发电机所产生多个发电机电流与多个发电机电压,以输出一直流电压(S10)。然后,提供一控制单元,包含一外回路控制与一内回路控制(S20)。该外回路控制接收该直流电压与该些发电机电压,以输出至少一电流运算命令。该内回路控制接收该些发电机电流、该电流运算命令以及多个电压运算命令,以产生多个控制信号(S30)。
更具体而言,该外回路控制包含一输出功率曲线查表、一电压控制回路以及一控制逻辑单元。该输出功率曲线查表接收该些发电机电压,以输出一第一电流命令。该输出功率曲线查表接收该些发电机电压,以输出该第一电流命令。该电压控制回路接收该直流电压与一电压命令,并且比较该直流电压与该电压命令,以输出一第二电流命令。该控制逻辑单元接收该第一电流命令与该第二电流命令,并输出该第一电流命令或该第二电流命令为该电流运算命令。
该内回路控制包含多个乘法单元与多个电流控制回路。每一该乘法单元接收该电流运算命令与对应其中一该电压运算命令,并计算该电流运算命令与对应该电压运算命令的乘积,以产生一电流命令。每一该电流控制回路对应接收其中一该电流命令与其中一该发电机电流,以产生一控制信号。其中,该控制单元利用该些控制信号对应控制该些并联式电源转换装置。
该控制单元还包含多个正规化运算单元。每一该正规化运算单元连接其中一该乘法单元,并且,每一该正规化运算单元对应接收其中一该发电机电压,并对应产生该些电压运算命令。该些正规化运算单元对所接收到的该些发电机电压执行正规化运算(normalization operation)。更具体而言,每一该正规化运算单元将所对应接收到的该整流发电机电压的最大值正规化为1,换言之,该些正规化运算单元所产生的该些电压运算命令最大值皆为1,其余的电压值则用所对应的电压最大值加以正规化。因此,当该些乘法单元接收该电流运算命令与该些该电压运算命令,并计算该电流运算命令与对应该些电压运算命令的乘积,以产生对应该些电流命令。最后,再通过该些电流控制回路接收对应该些电流命令与该些发电机电流,以对应产生该些控制信号,进而对应控制该些并联式电源转换装置,使得该些发电机电流追随该些发电机电压线性变化,以达到对该多相发电机输出功率的功率因数校正。
最后,通过该些控制信号对应控制该些电源转换单元,以控制该些发电机电流追随该些发电机电压线性变化,进而达到对该多相发电机输出功率的功率因数校正(S40)。
综上所述,本发明具有以下的特征与优点:
1、兼具低功耗与控制单纯的设计,且无关相位频率大小的无源式功率因数校正的电源转换系统;
2、提出多相(有别于电网所产生的三相交流电源)发电机电源转换系统及其操作方法,可应用于超过三相的发电机所输出的多相电源,以增加更广、更具弹性的应用;及
3、通过该正规化运算,可大大地降低该些电流命令Ia*,Ib*,…,In*,因此,可避免过大的该些电流命令Ia*,Ib*,…,In*造成对该些电流控制回路2024a,2024b,…,2024n造成误动作,甚至损毁。
惟,以上所述,仅为本发明较佳具体实施例的详细说明与附图,惟本发明的特征并不局限于此,并非用以限制本发明,本发明的所有范围应以所附的权利要求为准,凡合于本发明的精神与其类似变化的实施例,皆应包含于本发明的范畴中,任何本发明所属技术领域的技术人员,可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (16)

1.一种多相发电机的并联式电源转换系统,对外部驱动的一多相发电机提供功率因数校正控制,该多相发电机的并联式电源转换系统包含:
一并联式电源转换装置,包含多个并联连接的电源转换单元,并且接收该多相发电机所产生多个发电机电流与多个发电机电压,以输出一直流电压;及
一控制单元,包含:
一外回路控制,接收该直流电压与该些发电机电压,以输出至少一电流运算命令;及
一内回路控制,接收该些发电机电流、该电流运算命令以及多个电压运算命令,以产生多个控制信号,进而对应控制该些电源转换单元,使得该些发电机电流追随该些发电机电压线性变化,以达到对该多相发电机输出功率的功率因数校正。
2.如权利要求1的多相发电机的并联式电源转换系统,其中,该外回路控制包含:
一输出功率曲线查表,接收该些发电机电压,以输出一第一电流命令;
一电压控制回路,接收该直流电压与一电压命令,并且比较该直流电压与该电压命令,以输出一第二电流命令;及
一控制逻辑单元,接收该第一电流命令与该第二电流命令,并输出该第一电流命令或该第二电流命令为该电流运算命令。
3.如权利要求1的多相发电机的并联式电源转换系统,其中,该内回路控制包含:
多个乘法单元,每一该乘法单元接收该电流运算命令与其中一该电压运算命令,并计算该电流运算命令与对应该电压运算命令的乘积,以产生一电流命令;及
多个电流控制回路,每一该电流控制回路对应接收其中一该电流命令与其中一该发电机电流,以产生一控制信号;
其中,该控制单元利用该些控制信号对应控制该些并联式电源转换装置。
4.如权利要求3的多相发电机的并联式电源转换系统,其中,该控制单元还包含:
多个正规化运算单元,每一该正规化运算单元连接其中一该乘法单元,并且对应接收其中一该发电机电压;该些正规化运算单元对该些发电机电压执行正规化运算,以对应产生该些电压运算命令。
5.如权利要求1的多相发电机的并联式电源转换系统,其中,该多相发电机的并联式电源转换系统还包含:
一输入电压感测单元,以检测该些发电机电压,并且将该些发电机电压传送至该控制单元;
一输入电流感测单元,以检测该些发电机电流,并且将该些发电机电流传送至该控制单元;及
一电压感测单元,以检测该直流电压,并且传送该直流电压至该控制单元。
6.如权利要求3的多相发电机的并联式电源转换系统,其中,该些控制信号分别为一脉波宽度调变信号;并且该多相发电机的并联式电源转换系统还包含一脉波宽度调变信号驱动单元,以提供该些控制信号对应控制该些开关单元。
7.如权利要求1的多相发电机的并联式电源转换系统,其中该多相发电机的并联式电源转换系统提供达成耦合机电能量至多相发电机的定子线圈的电源转换系统。
8.如权利要求1的多相发电机的并联式电源转换系统,其中该外部驱动为由外部的风力、水力、水蒸气或人力所驱动。
9.一种多相发电机的并联式电源转换统的操作方法,对外部驱动的一多相发电机提供功率因数校正控制,该操作方法包含下列步骤:
(a)提供一并联式电源转换装置,包含多个并联连接的电源转换单元,并且接收该多相发电机所产生多个发电机电流与多个发电机电压,以输出一直流电压;
(b)提供一控制单元,包含一外回路控制与一内回路控制;
(c)该外回路控制接收该直流电压与该些发电机电压,以输出至少一电流运算命令;该内回路控制接收该些发电机电流、该电流运算命令以及多个电压运算命令,以产生多个控制信号;及
(d)通过该些控制信号对应控制该些电源转换单元,以控制该些发电机电流追随该些发电机电压线性变化,进而达到对该多相发电机输出功率的功率因数校正。
10.如权利要求9的多相发电机的并联式电源转换系统操作方法,其中,在步骤(c)中,该外回路控制包含:
一输出功率曲线查表,接收该些发电机电压,以输出一第一电流命令;
一电压控制回路,接收该直流电压与一电压命令,并且比较该直流电压与该电压命令,以输出一第二电流命令;及
一控制逻辑单元,接收该第一电流命令与该第二电流命令,并输出该第一电流命令或该第二电流命令为该电流运算命令。
11.如权利要求9的多相发电机的并联式电源转换系统操作方法,其中,在步骤(c)中,该内回路控制包含:
多个乘法单元,每一该乘法单元接收该电流运算命令与其中一该电压运算命令,并计算该电流运算命令与对应该电压运算命令的乘积,以产生一电流命令;及
多个电流控制回路,每一该电流控制回路对应接收其中一该电流命令与其中一该发电机电流,以产生一控制信号;
其中,该控制单元利用该些控制信号对应控制该些并联式电源转换装置。
12.如权利要求9的多相发电机的并联式电源转换系统操作方法,其中,在步骤(b)中,该控制单元还包含:
多个正规化运算单元,每一该正规化运算单元连接其中一该乘法单元,并且对应接收其中一该发电机电压;该些正规化运算单元对该些发电机电压执行正规化运算,以对应产生该些电压运算命令。
13.如权利要求9的多相发电机的并联式电源转换系统操作方法,其中,该多相发电机的并联式电源转换系统还包含:
一输入电压感测单元,以检测该些发电机电压,并且将该些发电机电压传送至该控制单元;
一输入电流感测单元,以检测该些发电机电流,并且将该些发电机电流传送至该控制单元;及
一电压感测单元,以检测该直流电压,并且传送该直流电压至该控制单元。
14.如权利要求9的多相发电机的并联式电源转换系统操作方法,其中,该些控制信号分别为一脉波宽度调变信号;并且该多相发电机的并联式电源转换系统还包含一脉波宽度调变信号驱动单元,以提供该些控制信号对应控制该些开关单元。
15.如权利要求9的多相发电机的并联式电源转换系统操作方法,其中该多相发电机的并联式电源转换系统提供达成耦合机电能量至多相发电机的定子线圈的电源转换系统。
16.如权利要求9的多相发电机的并联式电源转换系统操作方法,其中该外部驱动为由外部的风力、水力、水蒸气或人力所驱动。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107317488A (zh) * 2017-08-14 2017-11-03 中车唐山机车车辆有限公司 多相永磁发电机整流系统
CN109863678A (zh) * 2016-12-28 2019-06-07 德州仪器公司 具有相位交错的多相转换器
TWI699065B (zh) * 2019-09-20 2020-07-11 台達電子工業股份有限公司 應用於固態變壓器架構且具有通訊功能之電力系統及應用於固態變壓器架構之通訊模組
US11368098B2 (en) 2019-09-20 2022-06-21 Delta Electronics, Inc. Power system with communication function applied to solid state transformer structure and communication module applied to solid state transformer structure

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102714464B (zh) * 2012-02-29 2014-04-02 深圳市核达中远通电源技术有限公司 一种多输入直流变换器以及一种pfc电路
CN105207552B (zh) * 2014-06-06 2018-02-09 台达电子工业股份有限公司 多相发电机电源转换系统及其操作方法
CN110120746B (zh) * 2017-02-15 2023-09-22 华为技术有限公司 一种多相并联dcdc电路及其芯片结构
US10727769B2 (en) 2017-09-22 2020-07-28 Hamilton Sundstrand Corporation Voltage regulation of permanent magnet generator with extended speed range
US10601338B2 (en) 2017-09-25 2020-03-24 Hamilton Sundstrand Corporation Electric system architecture for a vehicle with multiple load characteristics
US10291111B1 (en) 2018-03-23 2019-05-14 Hamilton Sundstrand Corporation Feedback control for parallel power converter synchronization
CN110011542B (zh) * 2019-04-25 2020-12-01 欣旺达电子股份有限公司 直流变换器
CN113726136B (zh) * 2020-05-26 2023-11-03 台达电子企业管理(上海)有限公司 变换装置
CN113726137B (zh) * 2020-05-26 2023-11-03 台达电子企业管理(上海)有限公司 变换装置
WO2024057308A1 (en) * 2022-09-12 2024-03-21 Wi-Charge Ltd. Efficient wireless power receiver

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1890871A (zh) * 2003-10-02 2007-01-03 东洋电机制造株式会社 用于分散电源的发电装置
CN101248576A (zh) * 2006-05-23 2008-08-20 三菱电机株式会社 功率变换装置
CN201207629Y (zh) * 2008-04-24 2009-03-11 新高能源科技股份有限公司 具功率因素调整的风力发电系统
US20110013440A1 (en) * 2008-03-14 2011-01-20 Daikin Industries, Ltd. Rectifier circuit

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5956244A (en) * 1998-03-05 1999-09-21 Allen-Bradley Company Llc Controlling currents in parallel AC/DC converters
US6385057B1 (en) * 2001-01-31 2002-05-07 Bartronics, Inc. Power conversion system and method of power conversion
US7006366B2 (en) * 2004-06-10 2006-02-28 Wisconsin Alumni Research Foundation Boost rectifier with half-power rated semiconductor devices
US7372174B2 (en) * 2005-11-11 2008-05-13 Converteam Ltd Power converters
EP2479059A1 (en) * 2011-01-19 2012-07-25 Power Research Electronics B.v. Battery charger for electric vehicles
CN203670098U (zh) * 2011-02-16 2014-06-25 株式会社安川电机 风力发电用电力转换装置、风力发电装置以及风场
US8717788B2 (en) * 2011-03-10 2014-05-06 Ford Global Technologies, Llc Method and system for controlling a power converter system connected to a DC-bus capacitor
US9190899B2 (en) * 2011-09-28 2015-11-17 General Electric Company Power factor correction (PFC) circuit configured to control high pulse load current and inrush current

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1890871A (zh) * 2003-10-02 2007-01-03 东洋电机制造株式会社 用于分散电源的发电装置
CN101248576A (zh) * 2006-05-23 2008-08-20 三菱电机株式会社 功率变换装置
US20110013440A1 (en) * 2008-03-14 2011-01-20 Daikin Industries, Ltd. Rectifier circuit
CN201207629Y (zh) * 2008-04-24 2009-03-11 新高能源科技股份有限公司 具功率因素调整的风力发电系统

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109863678A (zh) * 2016-12-28 2019-06-07 德州仪器公司 具有相位交错的多相转换器
CN107317488A (zh) * 2017-08-14 2017-11-03 中车唐山机车车辆有限公司 多相永磁发电机整流系统
WO2019033669A1 (zh) * 2017-08-14 2019-02-21 中车唐山机车车辆有限公司 多相永磁发电机整流系统
TWI699065B (zh) * 2019-09-20 2020-07-11 台達電子工業股份有限公司 應用於固態變壓器架構且具有通訊功能之電力系統及應用於固態變壓器架構之通訊模組
US11368098B2 (en) 2019-09-20 2022-06-21 Delta Electronics, Inc. Power system with communication function applied to solid state transformer structure and communication module applied to solid state transformer structure

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