CN104868764A - 逆变装置及其电源转换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种逆变装置及其电源转换方法。控制单元依据检测单元检测到的电流谐波分量调整用于控制逆变电路进行电源转换的脉宽调变信号，以产生抵销电流迭加至逆变电路输出的交流电流。

Description

逆变装置及其电源转换方法
技术领域
本发明是有关于一种电子装置，且特别是有关于一种逆变装置及其电源转换方法。
背景技术
逆变器(inverter)为一种电源转换装置，其通常是通过功率半导体元件的切换把直流输入电源转换为交流输出电源。一般并网型逆变装置的输出端会连接到电网，当逆变装置出现故障或被强制关闭时，市电电流会回灌到逆变装置，而可能造成逆变装置的逆变器毁损。为避免上述情形，可令操作在边界传导模式(boundary conduction mode，简称BCM)的逆变器在零交越点附近停止动作，此方式虽可有效避免因市电电流回灌而造成逆变器的毁损，但逆变器停止动作所产生的谐波将使电流总谐波失真变大。
发明内容
本发明提供一种逆变装置及其电源转换方法，可有效降低逆变装置的电流总谐波失真。
本发明的逆变装置包括逆变电路、检测单元以及控制单元。其中逆变电路接收直流电源，并将直流电源转换为交流电源。检测单元检测交流电源的交流电流的电流谐波分量，并依据电流谐波分量产生电流调整信号。控制单元耦接逆变电路与检测电路，输出脉宽调变信号控制逆变电路将直流电源转换为交流电源，依据电流调整信号产生抵销电流以迭加至交流电流。
在本发明的一实施例中，上述的控制单元根据迭加抵销电流后的交流电流来调整脉宽调变信号的工作周期。
在本发明的一实施例中，上述的检测单元还判断电流谐波分量的电流均方根值是否高于预设门槛值，当电流谐波分量的电流均方根值高于预设门槛值时，依据电流谐波分量的电流均方根值与交流电流的电流均方根值的比例产生电流调整信号。
在本发明的一实施例中，上述的抵销电流的电流均方根值等于电流谐波分量的电流均方根值。
在本发明的一实施例中，上述的抵销电流的频率等于电流谐波分量的频率。
在本发明的一实施例中，上述的电流谐波分量为奇数阶的电流谐波分量。
在本发明的一实施例中，上述的检测单元为整合于控制单元内，或是配置于控制单元外。
本发明的逆变装置的电源转换方法，逆变装置用以将直流电源压转换为交流电源，逆变装置的电源转换方法包括下列步骤。检测交流电源的交流电流的电流谐波分量。依据电流谐波分量产生电流调整信号。依据电流调整信号产生抵销电流，并将抵销电流迭加至交流电流。根据迭加后的交流电流来调整脉宽调变信号的工作周期。依据脉宽调变信号控制逆变装置输出交流电流。
在本发明的一实施例中，上述依据电流谐波分量产生电流调整信号的步骤包括下列步骤。判断电流谐波分量的电流均方根值是否高于预设门槛值。若电流谐波分量的电流均方根值高于预设门槛值，依据电流谐波分量的电流均方根值与交流电流的电流均方根值的比例产生电流调整信号。
在本发明的一实施例中，上述的抵销电流的电流均方根值等于电流谐波分量的电流均方根值。
在本发明的一实施例中，上述的抵销电流的频率等于电流谐波分量的频率。
基于上述，本发明的实施例依据检测到的电流谐波分量调整用于控制逆变电路进行电压转换的脉宽调变信号，以产生抵销电流谐波分量的抵销电流，而可有效地降低逆变装置的电流总谐波失真。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1示出本发明一实施例的逆变装置使用在光伏系统的示意图；
图2示出本发明一实施例的抵销电流以及交流电流的波形示意图；
图3示出本发明一实施例的逆变装置的电源转换方法的流程示意图；
图4示出本发明另一实施例的逆变装置的电源转换方法的流程示意图。
附图标记说明：
102：光伏组件；
104：逆变电路；
106：检测单元；
108：控制单元；
VDC：直流电压；
VAC：交流电压；
IDC：直流电流；
IAC：交流电流；
S1：电流调整信号；
PWM：脉宽调变信号；
W1、W1'、W2：波形；
S302～S308、S402～S404：逆变装置的电压转换方法步骤。
具体实施方式
图1示出本发明一实施例的逆变装置使用在光伏系统的示意图。请参照图1，逆变装置包括逆变电路104、检测单元106以及控制单元108，逆变电路104耦接光伏组件102，控制单元108耦接逆变电路104与检测单元106，检测单元106耦接逆变电路104的输出端。光伏组件102可用以将太阳光转换为直流电源(包含直流电压VDC与直流电流IDC)，而逆变电路104可接收来自光伏组件102的直流电源，并将其转换为交流电源(包含交流电压VAC与交流电流IAC)。进一步来说，逆变电路104中的开关(未示出)可受控于控制单元108而开启或关闭，进而将直流电源转换为交流电源。在本实施例中检测单元106为配置于控制单元108外，然不以此为限，在其他实施例中，检测单元106也可被整合于控制单元108内。
检测单元106可对逆变电路104输出的交流电流IAC进行检测，以获得交流电流IAC的电流谐波分量，并依据电流谐波分量产生电流调整信号S1给控制单元108，其中电流谐波分量可例因为逆变电路104停止动作而产生，或因为电压波形失真、开关切换而产生。进一步来说，检测单元106产生电流调整信号S1的方式可例如为，先判断其所检测到的电流谐波分量的电流均方根值是否高于预设门槛值，当电流谐波分量的电流均方根值高于预设门槛值时，依据电流谐波分量的电流均方根值与交流电流的电流均方根值的比例产生电流调整信号S1。
控制单元108用以输出脉宽调变信号PWM至逆变电路104，以控制逆变电路104将直流电压VDC转换为交流电压VAC，并可依据检测单元106所输出的电流调整信号S1调整脉宽调变信号PWM的工作周期，以产生抵销电流来抵销电流谐波分量，也即控制单元108会依据电流调整信号S1调整脉宽调变信号PWM的工作周期，以将抵销电流迭加至交流电流IAC，迭加后的交流电流包括交流电流IAC以及抵销电流，其中迭加后的交流电流中所包含的抵销电流可用来抵销电流谐波分量，而使逆变电路104输出的交流电流IAC的电流谐波分量变小。其中抵销电流的电流均方根值等于电流谐波分量的电流均方根值，而抵销电流的频率等于电流谐波分量的频率。
举例来说，图2示出本发明一实施例的抵销电流以及交流电流的波形示意图。请参照图2，在本实施例中，为避免逆变电路104毁损，控制单元108使操作在边界传导模式(boundary conduction mode，简称BCM)的逆变器在零交越点附近停止动作。在图2中，波形W1为逆变电路104所输出的交流电流IAC，正弦波W2为控制单元108依据电流调整信号S1产生的抵销电流，而波形W1'则为波形W1加上正弦波W2后，也即交流电流IAC在被注入用以抵消电流谐波分量的抵消电流后所得到的波形(也即上述迭加后的交流电流的波形)。
在本实例中，交流电流的电流均方根值为1A，电流均方根值的预设门槛值为0.2A，而检测单元106所检测到交流电流的电流谐波分量的电流均方根值为0.4A，且交流电流具有阶数为3阶、频率为180Hz的电流谐波分量。由于交流电流的电流谐波分量的电流均方根值高于预设门槛值，此时控制单元108便可依据检测单元106所输出的电流调整信号S1调整脉宽调变信号PWM的工作周期，产生具有与检测单元106所检测到的电流谐波分量相同阶数(3阶)、相同频率(180Hz)以及电流均方根值为0.4A的抵消电流(也即正弦波W2)，以抵消电流谐波分量，进而降低电流总谐波失真。
值得注意的是，本实施例为以电流谐波分量为3阶的例子进行抵消电流谐波分量的说明，然电流谐波分量的阶数并不以本实施例为限，在其他实施例中，电流谐波分量可为更高的奇数阶数(例如：5阶、7阶…等)，也可为偶数阶的电流谐波分量，且交流电流也可能同时具有不同阶数的电流谐波分量。
图3示出本发明一实施例的逆变装置的电源转换方法的流程示意图。请参照图3，由上述实施例可知，逆变装置的电源转换方法可包括下列步骤。首先，检测交流电源的交流电流的电流谐波分量(步骤S302)，其中电流谐波分量可例如为奇数阶或偶数阶的电流谐波分量。接着，依据电流谐波分量产生电流调整信号(步骤S304)。然后，依据电流调整信号产生抵销电流，并将抵销电流迭加至交流电流(步骤S306)。接着，根据迭加后的交流电流来调整脉宽调变信号的工作周期(步骤S308)。最后再依据脉宽调变信号控制逆变装置输出的交流电流(步骤S310)，以产生抵销电流抵销电流谐波分量，其中抵销电流的电流均方根值等于电流谐波分量的电流均方根值，而抵销电流的频率等于电流谐波分量的频率。
图4示出本发明另一实施例的逆变装置的电源转换方法的流程示意图。请参照图4，进一步来说，图3中依据电流谐波分量产生电流调整信号的步骤(步骤S304)可如图4所示，包括步骤S402与步骤S404。也即先判断电流谐波分量的电流均方根值是否高于预设门槛值(步骤S402)，若电流谐波分量的电流均方根值高于预设门槛值，依据电流谐波分量的电流均方根值与交流电流的电流均方根值的比例产生电流调整信号(步骤S404)，然后再进入步骤依据S306，依据电流调整信号产生抵销电流，并将抵销电流迭加至交流电流。相反地，若电流谐波分量的电流均方根值未高于预设门槛值，则回到步骤S302，继续检测交流电源的交流电流的电流谐波分量。
综上所述，本发明实施例的控制单元依据交流电流的电流谐波分量产生一抵销电流谐波分量的抵销电流，而将抵销电流迭加至交流电流，并根据迭加后的交流电流调整用于控制逆变电路进行电源转换的脉宽调变信号，进而有效地降低逆变装置的电流总谐波失真。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种逆变装置，其特征在于，包括：
一逆变电路，接收一直流电源，并将该直流电源转换为一交流电源；
一检测单元，检测该交流电源的交流电流的一电流谐波分量，并依据该电流谐波分量产生一电流调整信号；以及
一控制单元，耦接该逆变电路与该检测电路，输出一脉宽调变信号控制该逆变电路将该直流电源转换为该交流电源，依据该电流调整信号产生一抵销电流以迭加至该交流电流。
2.根据权利要求1所述的逆变装置，其特征在于，该控制单元根据迭加该抵销电流后的该交流电流来调整该脉宽调变信号的工作周期。
3.根据权利要求1所述的逆变装置，其特征在于，该检测单元还判断该电流谐波分量的电流均方根值是否高于一预设门槛值，当该电流谐波分量的电流均方根值高于该预设门槛值时，依据该电流谐波分量的电流均方根值与该交流电流的电流均方根值的比例产生该电流调整信号。
4.根据权利要求3所述的逆变装置，其特征在于，该抵销电流的电流均方根值等于该电流谐波分量的电流均方根值。
5.根据权利要求1所述的逆变装置，其特征在于，该抵销电流的频率等于该电流谐波分量的频率。
6.根据权利要求1所述的逆变装置，其特征在于，该电流谐波分量为奇数阶的电流谐波分量。
7.根据权利要求1所述的逆变装置，其特征在于，该检测单元为整合于该控制单元内，或是配置于该控制单元外。
8.一种逆变装置的电源转换方法，该逆变装置用以将一直流电源转换为一交流电源，其特征在于，该逆变装置的电源转换方法包括：
检测该交流电源的交流电流的一电流谐波分量；
依据该电流谐波分量产生一电流调整信号；
依据该电流调整信号产生一抵销电流，并将该抵销电流迭加至该交流电流；
根据迭加后的该交流电流来调整一脉宽调变信号的工作周期以及
依据该脉宽调变信号控制该逆变装置输出该交流电流。
9.根据权利要求8所述的逆变装置的电源转换方法，其特征在于，依据该电流谐波分量产生该电流调整信号的步骤包括：
判断该电流谐波分量的电流均方根值是否高于一预设门槛值；以及
若该电流谐波分量的电流均方根值高于该预设门槛值，依据该电流谐波分量的电流均方根值与该交流电流的电流均方根值的比例产生该电流调整信号。
10.根据权利要求9所述的逆变装置的电源转换方法，其特征在于，该抵销电流的电流均方根值等于该电流谐波分量的电流均方根值。
11.根据权利要求8所述的逆变装置的电源转换方法，其特征在于，该抵销电流的频率等于该电流谐波分量的频率。
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