TW201817925A - 高低頻並聯電力轉換裝置及其方法 - Google Patents

高低頻並聯電力轉換裝置及其方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201817925A
TW201817925A TW105137118A TW105137118A TW201817925A TW 201817925 A TW201817925 A TW 201817925A TW 105137118 A TW105137118 A TW 105137118A TW 105137118 A TW105137118 A TW 105137118A TW 201817925 A TW201817925 A TW 201817925A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
low frequency
current
converter module
frequency converter
low
Prior art date
Application number
TW105137118A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI589736B (zh
Inventor
吳財福
黃彥翔
林力群
Original Assignee
國立清華大學
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 國立清華大學 filed Critical 國立清華大學
Priority to TW105137118A priority Critical patent/TWI589736B/zh
Priority to US15/468,131 priority patent/US10003251B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI589736B publication Critical patent/TWI589736B/zh
Publication of TW201817925A publication Critical patent/TW201817925A/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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H02M1/143—Arrangements for reducing ripples from dc input or output using compensating arrangements
    • 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
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • 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
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H02M1/15—Arrangements for reducing ripples from dc input or output using active elements
    • 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
    • H02M7/493—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 the static converters being arranged for operation in parallel
    • 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
    • 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
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0038—Circuits or arrangements for suppressing, e.g. by masking incorrect turn-on or turn-off signals, e.g. due to current spikes in current mode control

Abstract

本發明提供一種高低頻並聯電力轉換方法用以將一直流電轉換為一交流電，高低頻並聯電力轉換方法包含下列步驟：提供一低頻轉換器模組電性連接直流電；提供一高頻轉換器模組與低頻轉換器模組並聯；以及依據一低頻轉換器模組輸出之一第一電流調整高頻轉換器模組的一高頻開關責任比以輸出一第二電流，其中第二電流用以補償第一電流中的漣波。藉此高頻轉換器模組可補償低頻轉換器模組中第一電流的漣波。

Description

高低頻並聯電力轉換裝置及其方法
本發明是有關於一種電力的轉換裝置及方法，且尤其是有關一種將直流轉為交流的高低頻並聯電力轉換裝置及其方法。
近年來，化石能源與核能的環境成本逐漸受到重視，導致再生能源和各種分散式電源快速發展。而為了維持各分散式電源的穩定供電，再生能源轉換裝置多與電網並聯，以確保在無天然原動力時可以維持電力品質；而當電力過剩時，也可透過送回電網的方式賣出電力賺取價差。
然而，由於再生能源本身的不穩定性與電力電子設備開關切換的非線性操作，分散式電源會將諧波及漣波成分注入電網，增加電力系統的控制成本，過多的虛功也將造成虛功補償的硬體成本，因此，目前多數藉由漣波與諧波補償來改善電力品質。另外，考量到最大功率追蹤和應付各種負載變動狀況，電力系統總體表現將受限於負載變動的動 態響應，因此透過提升系統動態響應可以提高效率、降低失真和減少誤動作。
隨著轉換器功率的提升，現有降低漣波和增加動態響應的方法主要有增加高頻電感電容濾波器、混合型主動濾波器和交錯式並聯轉換器。而於併網轉換器系統中，高頻電感電容可透過諧振在特定頻率形成短路迴路，避免漣波電流注入電網，然而高頻電感電容濾波器卻有諧振頻率與穩定區間設計不易的缺點。主動電力濾波器和混合式濾波器可偵測虛功和諧波並計算開關責任比，以達到動態和虛功補償，但其並沒有解決漣波的問題。另外，交替式並聯轉換器可以等效提升動態響應並降低輸出漣波，但是漣波消除受限於並聯總數。而上述系統的共同缺點就是隨著功率的提升，往往濾波電感鐵心體積和電感值必須增加才足以濾除漣波，加上電感的感值會隨電流上升而下降，為了預留電感的感值衰降範圍，鐵心體積和電感的感值必須比理論值更高，且系統動態響應也會隨感值升高而降低。
除此之外，因為大功率高速開關成本過高，現有商用大功率轉換器多使用慢速開關以降低元件成本，此限制導致轉換器動態響應受限於開關最高切換頻率。同時，開關切換頻率越低，相同濾波電感將形成更大的輸出漣波，因此在相同的漣波規格下，電感的感值需求與對應的成本、體積和重量都較高。
有鑑於此，如何有效的降低漣波並降低成本，遂成相關業者努力的目標。
本發明提供一種高低頻並聯電力轉換方法及高低頻並聯電力轉換裝置，藉由低頻轉換器模組和高頻轉換器模組並聯，並使高頻轉換器模組補償漣波和增加動態響應，可以降低低頻轉換器模組濾波電感的需求，也可以抑制因電感的感值隨電流上升而下降所造成的漣波增加。
依據本發明之一態樣提供一種高低頻並聯電力轉換方法用以將一直流電轉換為一交流電，高低頻並聯電力轉換方法包含下列步驟：提供一低頻轉換器模組電性連接直流電；提供一高頻轉換器模組與低頻轉換器模組並聯；以及依據一低頻轉換器模組輸出之一第一電流調整高頻轉換器模組的一高頻開關責任比以輸出一第二電流，其中第二電流用以補償第一電流中的漣波。
藉此，低頻轉換器模組和高頻轉換器模組並聯，且高頻轉換器模組可補償低頻轉換器模組中第一電流的漣波，可抑制因電感的感值隨電流上升而下降所造成的漣波增加。
依據前述之高低頻並聯電力轉換方法，其中低頻轉換器模組可包含複數低頻轉換單元相互並聯，或高頻轉換器模組可包含複數高頻轉換單元，各高頻轉換單元與低頻轉換器模組並聯。前述之高低頻並聯電力轉換方法可更包含提供一控制模組電性連接低頻轉換器模組及高頻轉換器模組，控制模組可根據第一電流、第二電流及交流電之一電壓 調整高頻開關責任比，或控制模組可根據第一電流及交流電之一電壓調整低頻轉換器模組的一低頻開關責任比。
依據本發明之另一態樣提供一種高低頻並聯電力轉換方法用以將一直流電轉換為一交流電，高低頻並聯電力轉換方法包含下列步驟：提供一低頻轉換器模組，電性連接直流電；提供一高頻轉換器模組與低頻轉換器模組並聯；以及依據一負載變動選擇啟動高頻轉換器模組或低頻轉換器模組其中之一，其中高頻轉換器模組與低頻轉換器模組同時啟動時，高頻轉換器模組依據低頻轉換器模組輸出之一第一電流而輸出一第二電流，第二電流用以補償第一電流中的漣波。
依據前述之高低頻並聯電力轉換方法，可更包含提供一控制模組電性連接低頻轉換器模組及高頻轉換器模組，控制模組可根據第一電流、第二電流及交流電之一電壓調整高頻開關責任比，或控制模組可根據第一電流及交流電之一電壓調整低頻轉換器模組的一低頻開關責任比。
依據本發明之又一態樣提供一種高低頻並聯電力轉換裝置，應用如前述之高低頻並聯電力轉換方法，高低頻並聯電力轉換裝置包含低頻轉換器模組、高頻轉換器模組及一控制模組，低頻轉換器模組包含一第一輸入端及一第一輸出端，第一輸入端電性連接直流電，第一輸出端輸出第一電流。高頻轉換器模組包含一第二輸入端及一第二輸出端，第二輸入端電性連接直流電，第二輸出端電性連接第一輸出端且輸出第二電流，控制模組電性連接低頻轉換器模組及高 頻轉換器模組，且控制模組用以根據第一電流調整高頻開關責任比，以使第二電流補償第一電流中的漣波。
依據前述之高低頻並聯電力轉換裝置，其中低頻轉換器模組可包含複數低頻轉換單元相互並聯，或高頻轉換器模組可包含複數高頻轉換單元相互並聯。低頻轉換器模組可包含一低頻轉換單元，且低頻轉換單元包含操作於一低開關切換頻率的一三相半橋式轉換器，高頻轉換器模組可包含一高頻轉換單元，且高頻轉換單元包含操作於一高開關切換頻率的另一三相半橋式轉換器。高開關切換頻率可為低開關切換頻率的八分之一。低頻轉換器模組的最大功率可大於高頻轉換器模組的最大功率。
100、100a、100b、100c‧‧‧高低頻並聯電力轉換裝置
200、200a、200b、200c‧‧‧低頻轉換器模組
210a、210_1b、210_Nb、210_1c、210_Nc‧‧‧低頻轉換單元
211a、211_1b、211_Nb‧‧‧三相半橋式轉換器
212a、212_1b、212_Nb‧‧‧低頻濾波器
300、300a、300b、300c‧‧‧高頻轉換器模組
310a、310b、310_1c、310_Nc‧‧‧高頻轉換單元
311a、311b‧‧‧三相半橋式轉換器
312a、312b‧‧‧高頻濾波器
400、400a、400b、400c‧‧‧控制模組
900、900a‧‧‧高低頻並聯電力轉換方法
910、920、930、910a、920a、930a‧‧‧步驟
a1、b1‧‧‧漣波
a2、b2‧‧‧補償波
AC‧‧‧交流電
AC2‧‧‧三相交流電
DC‧‧‧直流電
I1‧‧‧第一電流
I2‧‧‧第二電流
I11‧‧‧第一R相電流
I12‧‧‧第一S相電流
I13‧‧‧第一T相電流
I21‧‧‧第二R相電流
I22‧‧‧第二S相電流
I23‧‧‧第二T相電流
I1avg‧‧‧平均第一電流
I2avg‧‧‧平均第二電流
In1‧‧‧第一輸入端
In2‧‧‧第二輸入端
It‧‧‧總輸出電流
It1‧‧‧總輸出R相電流
It2‧‧‧總輸出S相電流
It3‧‧‧總輸出T相電流
It1ref‧‧‧參考總輸出R相電流
It2ref‧‧‧參考總輸出S相電流
It3ref‧‧‧參考總輸出T相電流
Itavg‧‧‧平均總輸出電流
L11‧‧‧第一R相電感
L12‧‧‧第一S相電感
L13‧‧‧第一T相電感
L21‧‧‧第二R相電感
L22‧‧‧第二S相電感
L23‧‧‧第二T相電感
O1‧‧‧第一輸出端
O2‧‧‧第二輸出端
O11‧‧‧第一R相輸出端點
O12‧‧‧第一S相輸出端點
O13‧‧‧第一T相輸出端點
O21‧‧‧第二R相輸出端點
O22‧‧‧第二S相輸出端點
O23‧‧‧第二T相輸出端點
S11、S12、S13、S14、S15、S16‧‧‧開關元件
S21、S22、S23、S24、S25、S26‧‧‧開關元件
第1圖繪示依照本發明一實施方式之一種高低頻並聯電力轉換裝置的方塊示意圖；第2圖繪示第1圖之高低頻並聯電力轉換裝置的一電流補償示意圖；第3圖繪示第1圖之高低頻並聯電力轉換裝置的另一電流補償示意圖；第4圖繪示依照本發明另一實施方式之一種高低頻並聯電力轉換裝置的方塊示意圖；第5圖繪示第4圖之高低頻並聯電力轉換裝置的電路示意圖； 第6圖繪示第4圖之高低頻並聯電力轉換裝置的一電流與時間關係的示意圖；第7圖繪示第4圖之高低頻並聯電力轉換裝置的另一電流與時間關係的示意圖；第8圖繪示第4圖之高低頻並聯電力轉換裝置的又一電流與時間關係的示意圖；第9圖繪示第4圖之高低頻並聯電力轉換裝置的再一電流與時間關係的示意圖；第10圖繪示習知單一低頻轉換裝置的一電流與時間關係的示意圖；第11圖繪示依照本發明又一實施方式之一種高低頻並聯電力轉換裝置的方塊示意圖；第12圖繪示依照本發明再一實施方式之一種高低頻並聯電力轉換裝置的方塊示意圖；第13圖繪示依照本發明更一實施方式之一種高低頻並聯電力轉換方法的步驟流程圖；第14圖繪示依照本發明又一實施方式之一種高低頻並聯電力轉換方法的步驟流程圖；第15圖繪示依照第14圖之高低頻並聯電力轉換方法的一功率調度圖；第16圖繪示依照第14圖之高低頻並聯電力轉換方法的另一功率調度圖；以及第17圖繪示依照第14圖之高低頻並聯電力轉換方法的又一功率調度圖。
以下將參照圖式說明本發明之實施方式。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，閱讀者應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示。
請參閱第1圖、第2圖及第3圖，其中第1圖繪示依照本發明一實施方式之一種高低頻並聯電力轉換裝置100的方塊示意圖，第2圖繪示第1圖之高低頻並聯電力轉換裝置100的一電流補償示意圖，第3圖繪示第1圖之高低頻並聯電力轉換裝置100的另一電流補償示意圖。
高低頻並聯電力轉換裝置100用來將一直流電DC轉為一交流電AC，高低頻並聯電力轉換裝置100包含一低頻轉換器模組200、一高頻轉換器模組300及一控制模組400，低頻轉換器模組200包含一第一輸入端In1及一第一輸出端O1，第一輸入端In1電性連接一直流電DC，第一輸出端O1輸出第一電流I1。高頻轉換器模組300包含一第二輸入端In2及一第二輸出端O2，第二輸入端In2電性連接直流電DC，第二輸出端O2電性連接第一輸出端O1且輸出第二電流I2，控制模組400電性連接低頻轉換器模組200及高頻轉換器模組300，且控制模組400用以根據第一電流I1調整高頻 轉換器模組300的一高頻開關責任比，以使第二電流I2補償第一電流I1中的漣波。
低頻轉換器模組200可受一脈波寬度調變(Pulse width modulation，PWM)訊號控制，使其輸出之第一電流I1以弦波方式輸出，然而，如第2圖所示，電流在轉換的過程中容易出現漣波，例如漣波a1、b1，而於本發明中，高低頻並聯電力轉換裝置100的高頻轉換器模組300可受脈波寬度調變訊號的控制以調整高頻開關責任比，進而改變第二電流I2的輸出狀態以包含補償波a2、b2分別對應漣波a1、b1，是以可讓第二電流I2補償第一電流I1中的漣波，最終得使總輸出電流It為平滑弦波。
如第3圖所示，高低頻並聯電力轉換裝置100更具有良好的動態響應，透過高頻轉換器模組300的高電流變化率可以快速補償低頻轉換器模組200的第一電流I1，而改善總輸出電流It的動態響應。其中圖上的Itavg表示平均總輸出電流，I1avg表示平均第一電流，I2avg表示平均第二電流。
請參閱第4圖及第5圖，其中第4圖繪示依照本發明另一實施方式之一種高低頻並聯電力轉換裝置100a的方塊示意圖，第5圖繪示第4圖之高低頻並聯電力轉換裝置100a的電路示意圖。
高低頻並聯電力轉換裝置100a的方塊架構和第1圖的高低頻並聯電力轉換裝置100類似，但高低頻並聯電力轉換裝置100a是將直流電DC轉換為三相交流電AC2，因此，低頻轉換器模組200的第一輸出端(未標示)可包含一第 一R相輸出端點O11、一第一S相輸出端點O12以及一第一T相輸出端點O13，第一R相輸出端點O11輸出一第一R相電流I11，第一S相輸出端點O12輸出第一S相電流I12，第一T相輸出端點O13輸出第一T相電流I13，而第一R相電流I11、第一S相電流I12及第一T相電流I13合稱第一電流。
高頻轉換器模組300的第二輸出端(未標示)可包含一第二R相輸出端點O21、一第二S相輸出端點O22以及一第二T相輸出端點O23，第二R相輸出端點O21輸出一第二R相電流I21，第二S相輸出端點O22輸出第二S相電流I22，第二T相輸出端點O23輸出第二T相電流I23，而第二R相電流I21、第二S相電流I22及第二T相電流I23合稱第二電流。第二R相輸出端點O21電性連接第一R相輸出端點O11以使第二R相電流I21補償第一R相電流I11，第二S相輸出端點O22電性連接第一S相輸出端點O12以使第二S相電流I22補償第一S相電流I12，第二T相輸出端點O23電性連接第一T相輸出端點O13以使第二T相電流I23補償第一T相電流I13，即可達到漣波補償的作用，而最終可得漣波數較少、波型較平順的總輸出R相電流It1、總輸出S相電流It2及總輸出T相電流It3。
更仔細來說，本實施例的低頻轉換器模組200a可包含一低頻轉換單元210a，且低頻轉換單元210a可包含一三相半橋式轉換器211a及一低頻濾波器212a，低頻濾波器212a電性連接三相半橋式轉換器211a。三相半橋式轉換器211a包含數個開關元件S11、S12、S13、S14、S15、S16， 其可受脈波寬度調變訊號控制而啟閉，此為習知技術，故不針對細節處多加描述，而在本實施例中，三相半橋式轉換器211a是操作於低開關切換頻率，也就是說，開關元件S11、S12、S13、S14、S15、S16是以低頻率切換啟閉。
高頻轉換器模組300a可包含一高頻轉換單元310a，且高頻轉換單元310a可包含另一三相半橋式轉換器311a及一高頻濾波器312a，高頻濾波器312a電性連接三相半橋式轉換器311a。三相半橋式轉換器311a包含數個開關元件S21、S22、S23、S24、S25、S26，其亦可受脈波寬度調變訊號控制而啟閉。而在本實施例中，三相半橋式轉換器311a是操作於高開關切換頻率，也就是說，開關元件S21、S22、S23、S24、S25、S26是以高頻率切換啟閉，較佳的，高開關切換頻率可為低高關切換頻率的八分之一。另外，三相半橋式轉換器211a還可與一第一R相電感L11、第一S相電感L12及一第一T相電感L13電性連接，而三相半橋式轉換器311a還可與一第二R相電感L21、第二S相電感L22及一第二T相電感L23電性連接。而低頻轉換器模組200a的最大功率大於高頻轉換器模組300a的最大功率。
控制模組400a接受第一R相電流I11、第一S相電流I12、第一T相電流I13、第二R相電流I21、第二S相電流I22、第二T相電流I23、總輸出R相電流It1、總輸出S相電流It2及總輸出T相電流It3的電流回授以及直流電DC的一電壓回授，可調整低頻轉換器模組200a的一低頻開關責任比及高頻轉換器模組300a的高頻開關責任比。
在本實施例中，低頻開關責任比計算公式如下列式(1)至式(3)所示，高頻開關責任比計算公式如下列式(4)至式(6)所示： ；以及
△IR,low(n)、△IS,low(n)、△IT,low(n)、△IR,total(n)、△IS,total(n)、△IT,total(n)表示如下列式(7)至式(12)所示：△I R,low (n)=I Rlow,ref (n)-IR,low(n)…(7)；△I S,low (n)=I Slow,ref (n)-IS,low(n)…(8)；△I T,low (n)=I Tlow,ref (n)-IT,low(n)…(9)；△I R,total (n)=IR,low(n)-I Rlow,ref (n)+I Rhigh,ref (n)-I R,high (n)…(10)；△I S,total (n)=IS,low(n)-I Slow,ref (n)+I Shigh,ref (n)-I S,high (n)…(11)；以及△I T,total (n)=IT,low(n)-I Tlow,ref (n)+I Thigh,ref (n)-I T,high (n)…(12)。
其中dR,low(n)代表開關元件S11、S12的低頻開關責任比，dS,low(n)代表開關元件S13、S14的低頻開關責任比，dT,low(n)代表開關元件S15、S16的低頻開關責任比；dR,high(n)代表開關元件S21、S22的高頻開關責任比，dS,high(n)代表開關元件S23、S24的高頻開關責任比，dT,high(n)代表開關元件S25、S26的高頻開關責任比；VRN、VSN、VTN分別代表三相交流電AC2中R相、S相及T相的電壓值，IR,low、IS,low及IT,low分別代表第一R相電流I11、第一S相電流I12及第一T相電流I13的電流值；LR,low、LS,low及LT,low分別代表第一R相電感L11、第一S相電感L12及第一T相電感L13的電感值；LR,high、LS,high及LT,high分別代表第二R相電感L21、第二S相電感L22及第二T相電感L23的電感值；Vdc表示直流電DC的電壓值；IRlow,ref(n)、ISlow,ref(n)及ITlow,ref(n)為分別為低頻轉換器模組200a的三相參考電流；IRhigh,ref(n)、IShigh,ref(n)及IThigh,ref(n)為分別為高頻轉換器模組300a的三相參考電流；Ts,low為低頻轉換器模組200a的開關元件S11、S12、S13、S14、S15、S16的切換周期，Ts,high為高頻轉換器模組300a的開關元件S21、S22、S23、S24、S25、S26的切換周期。
因此，控制模組400a透過上述的回授與計算，可以依據低頻轉換器模組200a的第一R相電流I11、第一S相電流I12、第一T相電流I13來分別調整高頻轉換器模組300a中開關元件S21、S22、S23、S24、S25、S26的高頻開關責任比，以降低第一R相電流I11、第一S相電流I12、第一T 相電流I13中的漣波。
請參閱第6圖及第7圖，其中第6圖繪示第4圖之高低頻並聯電力轉換裝置100a的一電流與時間關係的示意圖，第7圖繪示第4圖之高低頻並聯電力轉換裝置100a的另一電流與時間關係的示意圖。如第6圖所示，可以看出第一R相電流I11、第一S相電流I12及第一T相電流I13中有明顯漣波，其中最大漣波電流約為峰值電流的10%，而透過第二R相電流I21、第二S相電流I22及第二T相電流I23的補償，可使總輸出R相電流It1、總輸出S相電流It2及總輸出T相電流It3如第7圖所示，最大漣波電流可降至為峰值電流的0.464%，而達到平滑平順的弦波輸出。
請參閱第8圖、第9圖及第10圖，其中第8圖繪示第4圖之高低頻並聯電力轉換裝置100a的又一電流與時間關係的示意圖，第9圖繪示第4圖之高低頻並聯電力轉換裝置100a的再一電流與時間關係的示意圖，第10圖繪示習知單一低頻轉換裝置的一電流與時間關係的示意圖。如第10圖所示，習知單一低頻轉換裝置則因為沒有高頻轉換器模組300a對低頻轉換器模組200a做補償，因此當負載變動時其電流的安定時間較慢；而對於高低頻並聯電力轉換裝置100a來說，如第8圖所示，當負載變動時，高頻轉換器模組300a的第二R相電流I21、第二S相電流I22及第二T相電流I23會快速變動，其結果如第9圖所示，可使高低頻並聯電力轉換裝置100a輸出之總輸出R相電流It1、總輸出S相電流It2及總輸出T相電流It3有較好的動態響應，意即，可以快速達到所設定之參 考總輸出R相電流It1ref、參考總輸出S相電流It2ref及參考總輸出T相電流It3ref，而安定時間可縮短為習知單一低頻轉換裝置的八分之一。
請參閱第11圖，其中第11圖繪示依照本發明又一實施方式之一種高低頻並聯電力轉換裝置100b的方塊示意圖。高低頻並聯電力轉換裝置100b的架構和第4圖所述之高低頻並聯電力轉換裝置100a類似，但低頻轉換器模組200b包含複數個低頻轉換單元210_1b至低頻轉換單元210_Nb相互並聯，而各低頻轉換單元210_1b、210_Nb分別包含一三相半橋式轉換器211_1b、211_Nb及一低頻濾波器212_1b、212_Nb，高頻轉換器模組300a則包含單一高頻轉換單元310b與低頻轉換器模組200b並聯，而高頻轉換單元310b亦包含一三相半橋式轉換器311b及一高頻濾波器312b。另外，本實施例中控制模組400b電性連接關係及控制方式和第4圖所述之控制模組400a類似，其利用高頻轉換器模組300b與低頻轉換器模組200b的第一電流及第二電流獨立回授，此種控制架構的漣波與動態補償較快也較精準，但是所需的回授較多，所需的類比數位訊號轉換器規格較高，轉換總時間較長。而控制模組400b亦可使用總輸出電流回授的控制架構，其優點在於回授的參數較少，類比數位訊號轉換器規格較低，且轉換總時長較短。
請參閱第12圖，其中第12圖繪示依照本發明再一實施方式之一種高低頻並聯電力轉換裝置100c的方塊示意圖。高低頻並聯電力轉換裝置100c的架構和第4圖所述之 高低頻並聯電力轉換裝置100a類似，但低頻轉換器模組200c包含複數個低頻轉換單元210_1c至低頻轉換單元210_Nc相互並聯，而高頻轉換器模組300c亦包含複數個高頻轉換單元310_1c至高頻轉換單元310_Nc相互並聯。另外，本實施例中控制模組400c電性連接關係及控制方式和第11圖所述之控制模組400b類似，不再贅述。
請參閱第13圖，並一併參閱第1圖，其中第13圖繪示依照本發明更一實施方式之一種高低頻並聯電力轉換方法900的步驟流程圖。高低頻並聯電力轉換方法900包含步驟910、步驟920及步驟930。
於步驟910中，提供一低頻轉換器模組200電性連接直流電DC。
於步驟920中，提供一高頻轉換器模組300與低頻轉換器模組200並聯，其中並聯指的是高頻轉換器模組300的第二輸入端In2與低頻轉換器模組200的第一輸入端In1電性連接，而高頻轉換器模組300的第二輸出端O2與低頻轉換器模組200的第一輸出端O1電性連接。
於步驟930中，依據一低頻轉換器模組200輸出之一第一電流I1調整高頻轉換器模組300的一高頻開關責任比以輸出一第二電流I2，其中第二電流I2用以補償第一電流I1中的漣波。
高低頻並聯電力轉換方法900更可包含提供一控制模組400電性連接低頻轉換器模組200及高頻轉換器模組300，控制模組400可根據第一電流I1、第二電流I2及交 流電AC之一電壓調整高頻開關責任比，或控制模組400可根據第一電流I1及交流電AC之一電壓調整低頻轉換器模組200的一低頻開關責任比。其中控制模組400的控制細節可如第4圖及第5圖所述，差異僅在於將三相電流改為單相電流控制，而在其他的實施例中，在接收到第一電流I1、第二電流I2、交流電AC電壓等回授訊號後，亦可以使用其他控制法則調整低頻開關責任比或高頻開關責任比，不以上述揭露的方式為限。
請參閱第14圖，並一併參閱第1圖，其中第14圖繪示依照本發明又一實施方式之一種高低頻並聯電力轉換方法900a的步驟流程圖。高低頻並聯電力轉換方法900a包含步驟910a、步驟920a及步驟930a，其中步驟910a及步驟920a與第13圖所述之步驟910及步驟920相同，而於步驟930中，是依據一負載變動選擇啟動高頻轉換器模組300或低頻轉換器模組200其中之一，且高頻轉換器模組300與低頻轉換器模組200同時啟動時，高頻轉換器模組300依據低頻轉換器模組200輸出之一第一電流I1而輸出一第二電流I2，第二電流I2用以補償第一電流I1中的漣波。
更詳細的說，請參照第15圖，第15圖繪示依照第14圖之高低頻並聯電力轉換方法900a的一功率調度圖，圖中之PL表示低頻轉換器模組200的功率，PH表示高頻轉換器模組300的功率。當負載為輕載時，選擇只開啟高頻轉換器模組300，此時高頻轉換器模組300的功率PH不為0而低頻轉換器模組200的功率PL為0；當負載變動使負載超過 高頻轉換器模組300的額定負載Pmax,high時，改以低頻轉換器模組200提供輸出，故低頻轉換器模組200的功率PL設定不為0，但此時高頻轉換器模組300僅提供漣波消除及負載變化補償而將其參考電流設定為0；當負載超過低頻轉換器模組200的額定負載Pmax,low時，重新設定高頻轉換器模組300參考電流不為0。由於輕載時僅啟用高頻轉換器模組300，故可以提升高頻轉換器模組300的負載、降低控制難度、減少多台同時輕載運行的損耗並擁有快速的動態響應。另外，圖中之為高低頻並聯電力轉換裝置100的額定功率Pmax,total。
請參閱第16圖，其中第16圖繪示依照第14圖之高低頻並聯電力轉換方法900a的另一功率調度圖。當負載為輕載時，選擇只開啟高頻轉換器模組300，而當負載變動使負載超過高頻轉換器模組300的額定負載Pmax,high時，可以同時開啟高頻轉換器模組300及低頻轉換器模組200，並且讓高頻轉換器模組300的功率維持固定，而高頻轉換器模組300的參考電流設定皆不為0，此種功率調度適用於高卸載動態響應需求之應用。
請參閱第17圖，其中第17圖繪示依照第14圖之高低頻並聯電力轉換方法900a的又一功率調度圖。當負載為輕載時，選擇只開啟高頻轉換器模組300，而當負載變動使負載超過高頻轉換器模組300的額定負載Pmax,high時，可以同時開啟高頻轉換器模組300及低頻轉換器模組200，而高頻轉換器模組300的參考電流設定皆不為0，並且讓高頻轉換器模組300的功率呈定比增加，此種功率調度方式適用於避 免任一台轉換器操作於輕載之應用。
在此要特別說明的是，功率的控制可透過低頻轉換器模組的參考電流及高頻轉換器模組的參考電流去控制。舉第4圖之高低頻並聯電力轉換裝置100a為例，當要瞬間加載時，可提高低頻轉換器模組200a或高頻轉換器模組300a三相參考電流；反之，當要瞬間卸載時，可降低高頻轉換器模組300a或低頻轉換器模組200a的三相參考電流。而當高頻轉換器模組300a要輸出較多功率時，則須將高頻轉換器模組300a三相參考電流提高，同理，當低頻轉換器模組200a要輸出較多功率時，則須提高低頻轉換器模組200a的三相參考電流。
在功率的選擇方面，其可以透過量測來自動調整或是手動修改額定的輸出總功率(即瞬間加載或是卸載)，再透過第15圖、第16圖或第17圖的功率調度圖去決定當下高頻轉換器模組或低頻轉換器模組的功率分配比例，最後再由控制模組依據分配比例去自動調整參考電流六達成。
由上述的實施方式可知，本發明具有下列優點。
一、透過高頻轉換器模組偵測補償漣波和動態，可以降低低頻轉換器模組中濾波電感的需求，也可以抑制因電感感值隨電流上升而下降所造成的漣波增加。
二、由於高頻轉換器模組使用高速開關元件，其功率較小且成本相對較低，同時本身的濾波電感也因高開關切換頻率而較小，是以可以取代大功率元件的使用，提高 傳統型高頻電感電容濾波器的濾波頻率，降低濾波器電感與電容值，並減少元件體積與重量。
三、透過高頻轉換器模組的高切換頻率與高電流變化率可縮短負載變動時的安定時間，提升高低頻並聯電力轉換裝置的動態響應。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (13)

  1. 一種高低頻並聯電力轉換方法，用以將一直流電轉換為一交流電，該高低頻並聯電力轉換方法包含：提供一低頻轉換器模組，電性連接該直流電；提供一高頻轉換器模組與該低頻轉換器模組並聯；以及依據該低頻轉換器模組輸出之一第一電流調整該高頻轉換器模組的一高頻開關責任比以輸出一第二電流；其中該第二電流用以補償該第一電流中的漣波。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高低頻並聯電力轉換方法，其中該低頻轉換器模組包含複數低頻轉換單元相互並聯。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之高低頻並聯電力轉換方法，其中該高頻轉換器模組包含複數高頻轉換單元，各該高頻轉換單元與該低頻轉換器模組並聯。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之高低頻並聯電力轉換方法，更包含：提供一控制模組，電性連接該低頻轉換器模組及該高頻轉換器模組，該控制模組根據該第一電流、該第二電流及該交流電之一電壓調整該高頻開關責任比。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之高低頻並聯電力轉換方法，更包含： 提供一控制模組，電性連接該低頻轉換器模組及該高頻轉換器模組，該控制模組根據該第一電流及該交流電之一電壓調整該低頻轉換器模組的一低頻開關責任比。
  6. 一種高低頻並聯電力轉換方法，用以將一直流電轉換為一交流電，該高低頻並聯電力轉換方法包含：提供一低頻轉換器模組，電性連接該直流電；提供一高頻轉換器模組與該低頻轉換器模組並聯；以及依據一負載變動選擇啟動該高頻轉換器模組或該低頻轉換器模組其中之一；其中該高頻轉換器模組與該低頻轉換器模組同時啟動時，該高頻轉換器模組依據該低頻轉換器模組輸出之一第一電流而輸出一第二電流，該第二電流用以補償該第一電流中的漣波。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之高低頻並聯電力轉換方法，更包含：提供一控制模組，電性連接該低頻轉換器模組及該高頻轉換器模組，該控制模組根據該第一電流、該第二電流及該交流電之一電壓調整該高頻開關責任比。
  8. 一種高低頻並聯電力轉換裝置，應用如申請專利範圍第1項或第6項所述之高低頻並聯電力轉換方法，該高低頻並聯電力轉換裝置包含： 該低頻轉換器模組，包含：一第一輸入端，電性連接該直流電；及一第一輸出端，輸出第一電流；該高頻轉換器模組，包含：一第二輸入端，電性連接該直流電；及一第二輸出端，電性連接該第一輸出端且輸出該第二電流；以及一控制模組，電性連接該低頻轉換器模組及該高頻轉換器模組，且該控制模組用以根據該第一電流調整該高頻開關責任比，以使該第二電流補償該第一電流中的連波。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之高低頻並聯電力轉換裝置，其中該低頻轉換器模組包含複數低頻轉換單元相互並聯。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之高低頻並聯電力轉換裝置，其中該高頻轉換器模組包含複數高頻轉換單元相互並聯。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之高低頻並聯電力轉換裝置，其中該低頻轉換器模組包含一低頻轉換單元，且該低頻轉換單元包含操作於一低開關切換頻率的一三相半橋式轉換器，該高頻轉換器模組包含一高頻轉換單元，且該高頻轉換單元包含操作於一高開關切換頻率的另一三相半橋式轉換器。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之高低頻並聯電力轉換裝置，其中該高開關切換頻率為該低開關切換頻率的八分之一。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之高低頻並聯電力轉換裝置，其中該低頻轉換器模組的最大功率大於該高頻轉換器模組的最大功率。
TW105137118A 2016-11-14 2016-11-14 高低頻並聯電力轉換裝置及其方法 TWI589736B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105137118A TWI589736B (zh) 2016-11-14 2016-11-14 高低頻並聯電力轉換裝置及其方法
US15/468,131 US10003251B2 (en) 2016-11-14 2017-03-24 Power converting device containing high frequency inverter and low frequency inverter connecting in parallel and the method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105137118A TWI589736B (zh) 2016-11-14 2016-11-14 高低頻並聯電力轉換裝置及其方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI589736B TWI589736B (zh) 2017-07-01
TW201817925A true TW201817925A (zh) 2018-05-16

Family

ID=60048528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105137118A TWI589736B (zh) 2016-11-14 2016-11-14 高低頻並聯電力轉換裝置及其方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10003251B2 (zh)
TW (1) TWI589736B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI699061B (zh) * 2020-02-06 2020-07-11 士林電機廠股份有限公司 具母線電流偵測及短路保護的方法及其裝置
TWI750649B (zh) * 2020-05-06 2021-12-21 國立清華大學 高低頻補償轉換裝置及其方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015112513A1 (de) * 2015-07-30 2017-02-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Matroschka-Umrichter
DE102017206579A1 (de) * 2017-04-19 2018-10-25 Robert Bosch Gmbh Konverter zum Steuern von Leistungsflüssen zwischen Gleichstromquellen
US11404954B2 (en) * 2017-09-28 2022-08-02 Carrier Corporation Pulse width modulation interleaving
US10972016B2 (en) * 2018-10-24 2021-04-06 Solaredge Technologies Ltd. Multilevel converter circuit and method
CN111371297B (zh) * 2020-03-11 2022-02-15 杭州电子科技大学 采用宽禁带器件与硅基器件的电流纹波补偿电路及方法
CN113300602B (zh) * 2021-07-12 2022-01-11 华北电力大学 一种新型交错并联buck变换器及其纹波消除方法
CN113612428B (zh) * 2021-10-09 2021-12-10 天津飞旋科技股份有限公司 应用于飞轮储能的电机驱动器及控制方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5914572A (en) * 1997-06-19 1999-06-22 Matsushita Electric Works, Ltd. Discharge lamp driving circuit having resonant circuit defining two resonance modes
WO1999041828A1 (en) * 1998-02-13 1999-08-19 Wisconsin Alumni Research Foundation Hybrid topology for multilevel power conversion
US7839023B2 (en) * 2007-07-18 2010-11-23 Raytheon Company Methods and apparatus for three-phase inverter with reduced energy storage
US8866342B2 (en) * 2008-03-19 2014-10-21 Mitsubishi Electric Corporation Power converting apparatus
JP5899454B2 (ja) * 2011-11-30 2016-04-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 インバータ装置の制御方法及びインバータ装置
US9065321B2 (en) * 2011-12-22 2015-06-23 Varentec, Inc. Isolated dynamic current converters
US9641099B2 (en) * 2013-03-15 2017-05-02 Sparq Systems Inc. DC-AC inverter with soft switching
TWI524648B (zh) 2013-04-03 2016-03-01 盈正豫順電子股份有限公司 疊接橋式直流／交流電力轉換方法及其裝置
US9401633B2 (en) * 2014-01-24 2016-07-26 The Boeing Company Three-phase inverter with a repositioned choke
KR101595802B1 (ko) * 2014-04-21 2016-02-19 디아이케이(주) 인버터간 균등 제어 운전이 가능한 대용량 에너지 저장시스템
US9923485B2 (en) * 2015-11-05 2018-03-20 Futurewei Technologies, Inc. Multi-channel inverter systems

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI699061B (zh) * 2020-02-06 2020-07-11 士林電機廠股份有限公司 具母線電流偵測及短路保護的方法及其裝置
TWI750649B (zh) * 2020-05-06 2021-12-21 國立清華大學 高低頻補償轉換裝置及其方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI589736B (zh) 2017-07-01
US10003251B2 (en) 2018-06-19
US20180138805A1 (en) 2018-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI589736B (zh) 高低頻並聯電力轉換裝置及其方法
US8953350B2 (en) Photovoltaic power converters
EP2798731B1 (en) A system, a method and a computer program product for controlling electric power supply
CA2689503C (en) Prediction scheme for step wave power converter and inductive inverter topology
US10797616B2 (en) Power electronic converters that take part in the grid regulation without affecting the DC-port operation
WO2020248651A1 (zh) 一种离网裂相器和逆变器系统
CN104104248A (zh) 双电源光伏逆变器及其控制方法
CN109728731A (zh) 一种具有模块化整流结构的谐振变换器
TWI750649B (zh) 高低頻補償轉換裝置及其方法
Facchinello et al. Closed-loop operation and control strategy for the dual active half bridge ac-ac converter
KR101465973B1 (ko) 멀티레벨 인버터를 적용한 연료전지용 전력변환장치 및 중성점 전위 불평형 저감 방법
KR101870749B1 (ko) 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 제어 장치
CN105978389B (zh) 桥式微逆变器的一种低频电流纹波抑制数字控制装置
US9438132B2 (en) Multilevel AC/DC power converting method and converter device thereof
US9768705B1 (en) Multibridge power converter for AC mains
Li et al. Bi-directional active-filter-integrated AC/DC converter without electrolytic capacitor and extra power switches
CN111478567B (zh) 一种级联h桥整流器偏置分量和基波分量注入均压方法
TW202220357A (zh) 交錯式三相y-三角接電源轉換器
Karuppiah et al. Improved Transformer Based Full Bridge Inverter
Megahed Enhancing Power Supply Performance using Parallel Flyback Converters
Kim et al. Sensorless current balancing and MPPT control for photovoltaic AC module type interleaved flyback inverter
TWI651922B (zh) 無隔離變壓器型單相變流器
Li et al. AC Voltage Sag-Swell Compensator based on Unified NonInverting and Inverting Output Voltage AC Chopper
Chen et al. A Novel Step-up Inverter with Wide Range Varied Input DC Voltage
Bede et al. Comparison between grid side and inverter side current control for parallel interleaved grid connected converters