TW202044716A - 電力轉換系統及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一種電力轉換系統，包括：不斷電裝置、發電機模組及控制單元，且不斷電裝置包括：轉換模組與直流-交流轉換單元。控制單元根據功率命令控制轉換模組與發電機模組，使耦接於轉換模組的直流電源所提供的第一平均功率緩步地提高或降低；控制單元根據總線電壓控制轉換模組，使耦接於轉換模組的市電所提供的第二平均功率對應第一平均功率緩步地降低或提高。

Description

電力轉換系統及其操作方法

本發明係有關一種電力轉換系統及其操作方法，尤指一種柔性負載比例移轉的電力轉換系統及其操作方法。

由於伺服器或大型資料中心的需求越來越龐大，且需要更高可靠度、更快部署、更高功率密度的能源來維持伺服器或大型資料中心的運作穩定度。因此，電力轉換系統(Power Train Unit；PTU)的需求越來越被重視。

傳統的電力轉換系統內部通常具備監控系統，整合電力系統所有設備於一單一機櫃內，其包含配電系統、空調、自動切換開關(ATS)、不斷電系統(UPS)、電池、佈線、通訊監控等。因為搭配不斷電系統，所以電力轉換系統具備高度可靠的特點。

傳統的電力轉換系統透過自動切換開關選擇性的連接市電或發電機為交流輸入，在市電中斷時，自動切換開關直接切換至發電機供電，會使得發電機瞬間抽載而產生突波電流，而突波電流的產生容易造成發電機故障而關機。因此，發電機容量設計至少要1.7倍的負載容量，然而卻造成大幅增加設備成本。且發電機是市電中斷後的重要輸入源，需定期保養以確保系統可靠度，由於自動切換開關的設計，一般會選擇離線測試，且必須增設發電機測試負載(Load Bank)，因此，必須額外地增加發電機測試負載的成本，以及發電機測試負載耦接發電機時，增加配線的時間。

而且，若進行發電機的功能測試，負載一次性轉換，突波電流易造成發電機故障而必須立刻轉回市電供電，由於自動切換開關的切換速度慢，在切換過程可能造成電池額外地放電，而減少電池備援時間。以及，在用電高峰期間，具有自動切換開關的不斷電系統無法將部分負載轉移至發電機供電。此外，自動切換開關單點故障的風險高，若自動切換開關故障時，不斷電系統將失去輸入電源，而導致不斷電系統的輸出發生中斷的狀況。

因此，如何設計出一種無需安裝自動切換開關的電力轉換系統，且具有柔性地將負載比例移轉的功能，乃為本案創作人所欲行克服並加以解決的一大課題。

為了解決上述問題，本發明係提供一種電力轉換系統，以克服習知技術的問題。因此，本發明電力轉換系統對負載供電，且電力轉換系統包括：不斷電裝置，包括：轉換模組，耦接市電與直流電源，以轉換市電與直流電源為總線電壓。及直流-交流轉換單元，耦接轉換模組，且轉換總線電壓對負載供電。發電機模組，耦接直流電源。及控制單元，耦接該轉換模組。其中，控制單元根據功率命令控制轉換模組，使直流電源提供的第一平均功率緩步地提高或降低；控制單元根據總線電壓控制轉換模組，使市電提供的第二平均功率對應第一平均功率緩步地降低或提高。

為了解決上述問題，本發明係提供一種電力轉換系統之操作方法，以克服習知技術的問題。因此，本發明電力轉換系統之操作方法包括：控制轉換模組轉換市電與直流電源為總線電壓。控制直流-交流轉換單元轉換總線電壓對負載供電。控制發電機模組提供電能至直流電源。根據功率命令控制直流電源所提供的第一平均功率緩步地提高或降低。及根據總線電壓控制市電所提供的第二平均功率對應第一平均功率緩步降低或提高。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：

請參閱圖1為本發明電力轉換系統之電路方塊示意圖。電力轉換系統100接收市電Vac與直流電源Vdc，且將市電Vac與直流電源Vdc轉換為輸出電源Vo對負載200供電。電力轉換系統100包括不斷電裝置10與控制單元20。不斷電裝置10接收市電Vac與直流電源Vdc，且耦接負載200。控制單元20耦接不斷電裝置10，且控制不斷電裝置10轉換市電Vac或直流電源Vdc為輸出電源Vo。不斷電裝置10包括轉換模組102與直流-交流轉換單元104。轉換模組102耦接市電Vac、直流電源Vdc及控制單元20，且控制單元20控制轉換模組102將市電Vac或直流電源Vdc轉換為總線電壓Vbus。直流-交流轉換單元104耦接轉換模組102與負載200，且直流-交流轉換單元104將總線電壓Vbus轉換為輸出電源Vo。特此說明，控制單元20的位置不限定於不斷電裝置10外部或內部，只要能達到控制的目的即可。當控制單元20欲調整市電Vac與直流電源Vdc對負載供電的比例(以下簡稱負載比例)時，控制單元20通過控制轉換模組102而緩步調整直流電源Vdc所佔的負載比例(例如，但不限於由0%緩步調整為50%)。然後，根據緩步調整直流電源Vdc所佔的負載比例對應地反向緩步調整市電Vac所佔的負載比例(例如，但不限於由100%反向緩步調整為50%)。具體而言，控制單元20根據功率命令Cp控制轉換模組102，使轉換模組102緩步地提高或降低直流電源Vdc所提供的第一平均功率，進而緩步地調整直流電源Vdc所佔的負載比例。功率命令Cp可為外部裝置所提供(例如但不限於，遠端控制裝置等)，或者由控制單元20偵測電力轉換系統100實際的運作狀況而提供(圖未示，例如但不限於，偵測負載200、市電Vac或直流電源Vdc等)。

當第一平均功率被緩步地調整時，總線電壓Vbus對應第一平均功率的緩步變動理論上會對應的變動，但控制單元20根據總線電壓Vbus而對應地控制轉換模組102，使轉換模組102緩步地調整Vac所對應的第二平均功率(對應第一平均功率的反向緩步調整)，進而使直流電源Vdc所佔的負載比例被緩步提高或降低時，市電Vac所佔的負載比例也對應地緩步降低或提高。

進一步而言，由於本發明之電力轉換系統100在市電Vac與直流電源Vdc之間的負載切換時，利用緩步調整的柔性切換技術，因此不斷電裝置10的前端不需要額外耦接自動切換開關，使得不斷電裝置10可避免自動切換開關切換時，所產生的突波電流，且利用緩步調整的柔性切換技術可較為容易且精準地進行負載的分配(例如，但不限於精準地分配市電Vac為48%，直流電源Vdc為52%)。

請參閱圖2A~2C為本發明電力轉換系統之第一實施例至第三實施例的電力傳輸示意圖、圖3A~3B為本發明電力轉換系統之第一實施例至第二實施例的用電量示意圖，復配合參閱圖1，且反覆參閱圖2A~3B。電力轉換系統100更包括直流供電模組30，直流供電模組30耦接轉換模組102，且提供直流電源Vdc至轉換模組102。直流供電模組30可包括發電機模組302、再生能源模組304及儲能模組306。發電機模組302包括發電機302-1與交流-直流轉換器302-2，交流-直流轉換器302-2可為整流電路將發電機302-1所產生的電能轉換為第一電源V1，且將第一電源V1提供至轉換模組102。再生能源模組304包括再生能源單元304-1與直流-直流轉換器304-2，直流-直流轉換器304-2將再生能源單元304-1所產生的電能轉換為第二電源V2，且將第二電源V2提供至轉換模組102。儲能模組306例如但不限於可為電池組，用以提供第三電源V3至轉換模組102。特此說明，有別於傳統電力轉換系統的發電機是位於交流輸入端，本發明發電機模組302用以提供直流電源Vdc，這樣的配置搭配本發明控制可解決先前技術所提到的問題。

請參閱圖2A與圖3A，當需求電源大於等於預定電源A時，控制單元20根據功率命令Cp控制市電Vac與直流電源Vdc共同對負載200供電。例如但不限於，預定電源A可為用電量計算級距的分界點，當需求電源過高而導致市電Vac提供的電量大於等於預定電源A時，會使得多出來的用電量必須額外付出相對較高的費用。而在需求電源較低而使市電Vac提供的電量小於預定電源A時，會使得較低的用電量付出相對較低的費用。

如圖3A、3B所示，座標縱軸P代表著功率，橫軸t代表著時間。當在用電高峰期間T1(如圖3A所示)，負載200的需求電源大於等於預定電源A。此時，控制單元20控制轉換模組102轉換發電機模組302、再生能源模組304或儲能模組306提供的直流電源Vdc，緩步提高直流電源Vdc所佔的負載比例，以及緩步降低市電Vac所佔的負載比例(例如但不限於，儲能模組306與再生能源模組304共同提供直流電源Vdc，或者儲能模組306單獨提供直流電源Vdc)。通過市電Vac與直流電源Vdc在用電高峰期間T1共同對負載200供電的功能，以達到高峰節能之功效。且在發電機302-1的功能測試時，不需要額外增設發電機測試負載(Load Bank)，而是直接利用控制單元20控制轉換模組102進行負載比例的移轉，既可完成發電機302-1的功能測試(意即，在線online測試)，因此可達成無需投資額外的發電機測試負載，而大幅降低系統建構成本之功效。

請參閱圖2B與圖3A，當需求電源小於預定電源A時，控制單元20控制轉換模組102使市電Vac對負載200供電，且控制轉換模組102使市電Vac對儲能模組306充電。當在用電離峰期間T2(如圖3A所示)，負載200的需求電源小於預定電源A。此時，控制單元20除了控制轉換模組102使市電Vac對負載200供電外，同時也控制轉換模組102使市電Vac在小於預定電源A的限制下(以虛線表示)，對儲能模組306充電(如圖2B所示)。

請參閱圖2C與圖3B，轉換模組102可為雙向轉換模組，控制單元20可控制轉換模組102使直流電源Vdc通過雙向轉換模組轉換為市電Vac，且將市電Vac饋送回電力公司(圖未示)。如圖3B所示，0%以上的電力為負載200所需求的需求電源，0%以下的電力為再生能源模組304所產生額外的冗餘電力B(以虛線表示)。當再生能源模組304對負載200供電，且尚具有冗餘電力B時，控制單元20控制轉換模組102使冗餘電力B通過雙向轉換模組轉換為市電Vac，且將由冗餘電力B轉換的市電Vac饋送回電力公司(如圖2C所示)。由於再生能源的發電量並不穩定，因此當再生能源的電力供應負載200後，有額外的冗餘電力B時(如圖3B所示)，除了可將額外的冗餘電力B儲存於儲能模組306之外，更可將額外的冗餘電力B通過雙向轉換模組轉換為市電Vac，且將市電Vac饋送回電力公司(圖未示)，以達到再生能源能夠無損耗地供電力公司躉購，達到經濟效益之功效。

請參閱圖4A為本發明轉換模組第一實施例之電路方塊示意圖，復配合參閱圖1~3B，且反覆參閱圖1、4A。轉換模組102包括直流-直流轉換單元102-1與交流-直流轉換單元102-2。直流-直流轉換單元102-1耦接直流電源Vdc與直流-交流轉換單元104，且交流-直流轉換單元102-2耦接市電Vac與直流-交流轉換單元104。直流-直流轉換單元102-1將直流電源Vdc轉換為總線電壓Vbus，且根據負載200的需求與控制單元20的控制而提供第一電流I1至節點N。因此，直流電源Vdc所提供的第一平均功率根據輸入功率等於輸出功率的關係(排除轉換效率的損耗)，會對應直流-直流轉換單元102-1所輸出的第一電流I1。交流-直流轉換單元102-2將市電Vac轉換為總線電壓Vbus，且根據負載200的需求與控制單元20的控制而提供第二電流I2至節點N。因此，市電Vac所提供的第二平均功率根據輸入功率等於輸出功率的關係(排除轉換效率的損耗)，會對應交流-直流轉換單元102-2的輸入電流Ii以及所輸出的第二電流I2。當第二電流I2變動時，第二平均功率也會隨著第二電流I2的變動而變動。

當控制單元20欲調高直流電源Vdc的負載比例時(例如由0%提高至50%)，控制單元20根據功率命令Cp緩步地提高直流-直流轉換單元102-1提供的第一電流I1，進而使得第一平均功率對應地被緩步提高，可藉由控制第一占空比以控制直流-直流轉換單元102-1，原理相當於控制直流-直流轉換單元102-1操作於電流模式。當第一電流I1變動時，節點N上的總線電壓Vbus理論上會因為第一電流I1的提高而隨之變動，但控制單元20會控制交流-直流轉換單元102-2將節點N上的總線電壓Vbus維持在預定輸出電壓Vp，進而調整交流-直流轉換單元102-2所輸出的第二電流I2。因此，當第一電流I1被緩步調高時，控制單元20根據總線電壓Vbus的變動調整第二占空比，使得交流-直流轉換單元102-2輸出的第二電流I2緩步地降低，進而使得第二平均功率對應地被緩步降低，且市電Vac的負載比例被緩步調低(對應地由100%降低至50%)。值得一提，當控制單元20欲調低直流電源Vdc的負載比例與調高的操作恰巧相反，在此不再加以贅述。

請參閱圖4B為本發明轉換模組第一實施例之控制方塊示意圖，復配合參閱圖1~4A，且反覆參閱圖4A、4B。如圖4B所示，直流-直流轉換單元102-1的控制為電流模式DC_I_mod。在電流模式DC_I_mod中，控制單元20根據功率命令Cp與直流-直流轉換單元102-1目前的功率值Pc(通過偵測得知)相減而得到功率差值。功率差值經過控制參數Gpc放大及計算後，得到直流的第一電流命令Ci1。第一電流命令Ci1與直流-直流轉換單元102-1所輸出的第一電流I1(通過偵測得知)相減而得到第一電流差值，且第一電流差值經過控制參數Gic_dc放大後而得到第一控制量。控制單元20根據第一控制量調整直流-直流轉換單元102-1的第一占空比，以調整直流-直流轉換單元102-1輸出的第一電流I1。

復參閱圖4B，交流-直流轉換單元102-2的控制為電壓模式AC_V_mod。當第一電流I1被調整時，總線電壓Vbus會隨之變動，控制單元20將總線電壓Vbus與交流-直流轉換單元102-2所設定輸出的預定輸出電壓Vp相減而得到電壓差值。電壓差值經過控制參數Gvc放大及乘以弦波後(市電Vac的波形為弦波)，得到交流的第二電流命令Ci2。第二電流命令Ci2與交流-直流轉換單元102-2的輸入電流Ii(通過偵測得知)相減而得到第二電流差值，且第二電流差值經過控制參數Gic_ac放大後而得到第二控制量。控制單元20根據第二控制量調整交流-直流轉換單元102-2的第二占空比，以控制交流-直流轉換單元102-2的輸入電流Ii，進而調整輸出的第二電流I2。值得一提，於本發明實施例中，交流-直流轉換單元102-2具有功率因數校正功能，因此會使得輸入電流Ii的波形追隨市電Vac的電壓波形，所以讓電壓差值乘以弦波是為了使所產生出來的第二電流命令Ci2變為交流的電流命令波形。特此說明，因為交流電流會不斷變動，所以本發明以平均功率的概念論述，例如第二平均功率緩步降低可以理解為交流電流的峰值漸漸降低，但形狀還是大致符合弦波以維持功率因數。此外，圖4B為本發明轉換模組第一實施例之控制方塊示意圖，直流-直流轉換單元102-1的控制電路和交流-直流轉換單元102-2的控制電路可以統稱為控制單元20。請參閱圖5為本發明轉換模組第二實施例之電路方塊示意圖，復配合參閱圖1~4B，且反覆參閱圖1、5。本實施例與圖4A實施例的差異在於，轉換模組102’包括第一切換橋臂1022、第二切換橋臂1024、第一升壓單元1026及第二升壓單元1028。第一切換橋臂1022包括串聯的第一開關Q1與第二開關Q2，且市電Vac耦接於第一開關Q1與第二開關Q2共同耦接的一端。直流電源Vdc包括串聯的第一直流源Vdc1與第二直流源Vdc2，且第一直流源Vdc1與第二直流源Vdc2共同耦接的一端為中點端。第二切換橋臂1024包括串聯的第三開關Q3與第四開關Q4，且第三開關Q3的一端耦接第一直流源Vdc1的另一端，第四開關Q4的一端耦接第二直流源Vdc2的另一端。第一切換橋臂1022並聯第二切換橋臂1024，使第一開關Q1的另一端耦接第三開關Q3的另一端，第二開關Q2的另一端耦接第四開關Q4的另一端。

第一升壓單元1026包括第一電感L1、第一功率開關S1、第一二極體D1及第一電容C1。第一電感L1的一端耦接第三開關Q3的另一端，且第一電感L1的另一端耦接第一功率開關S1與第一二極體D1的一端。第一二極體D1的另一端耦接第一電容C1的一端，且第一功率開關S1的另一端、第一電容C1的另一端及市電Vac耦接直流電源Vdc的中點端。第二升壓單元1028包括第二電感L2、第二功率開關S2、第二二極體D2及第二電容C2，且恰與第一升壓單元1026相反的耦接第四開關Q4的另一端與直流電源Vdc的中點端。值得一提，於本發明之一實施例中，第一開關Q1至第四開關Q4為矽控二極體，但不以此為限。換言之，只要可供切換的開關元件皆應包含在本實施例之範疇當中。

具體而言，轉換模組102’的特點在於，轉換模組102’為一半操作市電Vac，且另一半操作直流電源Vdc的轉換電路。在第一升壓單元1026轉換交流源的其中一半波時，第二升壓單元1028同時轉換直流源。當市電Vac於正半週時，控制單元20控制第一切換橋臂1022切換導通第一開關Q1，使市電Vac的正半週通過第一開關Q1提供至第一升壓單元1026。控制單元20控制第一功率開關S1的切換，使第一電感L1儲能或釋能而產生第二電流I2，且第二電流I2對第一電容C1充電而在第一電容C1上建立第一總線電壓Vbus1。此市電Vac半週期間，控制單元20控制第二切換橋臂1024切換導通第四開關Q4，使直流電源Vdc通過第四開關Q4提供至第二升壓單元1028。控制單元20控制第二功率開關S2的切換，使第二電感L2儲能或釋能而產生第四電流I4，且第四電流I4對第二電容C2充電而在第二電容C2上建立第二總線電壓Vbus2。第一總線電壓Vbus1與第二總線電壓Vbus2的總和即為總線電壓Vbus。當市電Vac於負半週時，利用第一電流I1建立第一總線電壓Vbus1與利用第三電流I3建立第二總線電壓Vbus2的方式，恰與正半週相反，在此不再加以贅述。

進一步而言，由於第一升壓單元1026在一個半週時，根據市電Vac產生第二電流I2，在另一個半週時，根據直流電源Vdc產生第一電流I1。因此，當第一電流I1變動時，第一平均功率也會隨著第一電流I1的變動而變動，第一總線電壓Vbus1會隨著第一電流I1的變動而變動。當第一總線電壓Vbus1變動時，控制單元20會在下一個半週調整第二電流I2，使第二平均功率也會隨著第二電流I2的變動而變動。第二升壓單元1028的操作亦是如此，在此不再加以贅述。

當控制單元20欲調高直流電源Vdc的負載比例時(例如由0%提高至50%)，控制單元20根據功率命令Cp於負半週使得第一升壓單元1026提供的第一電流I1提高，進而使得第一平均功率對應地提高，第一總線電壓Vbus1會因為第一電流I1的變動而隨之變動。當第一總線電壓Vbus1變動時，控制單元20會控制第一升壓單元1026將第一總線電壓Vbus1維持在預定輸出電壓，進而調整第一升壓單元1026於正半週時(意即為市電Vac輸入時)所輸出的第二電流I2。因此，當第一電流I1被緩步調高時，控制單元20根據第一總線電壓Vbus1的變動調整第二占空比，使得第二電流I2被緩步地降低，進而使得第二平均功率對應地被緩步降低，且市電Vac的負載比例被緩步調低(對應地由100%降低至50%)。值得一提，第二升壓單元1028的操作亦是如此，且當控制單元20欲調低直流電源Vdc的負載比例與調高的操作恰巧相反，在此不再加以贅述。

請參閱圖6為本發明轉換模組第二實施例之控制方塊示意圖，復配合參閱圖1~5，且反覆參閱圖5、6。轉換模組102’的控制方塊事實上是第一升壓單元1026為獨立一組的控制方塊，且第二升壓單元1028為獨立另一組的控制方塊，其方式相同，但是訊號是不一樣的。而為求方便敘述，本實施例係將兩組控制方塊合在一起敘述。如圖6所示，控制單元20根據功率命令Cp與第一升壓單元1026於負半週時的第一功率值Pc1(通過偵測得知目前的功率值，於第二升壓單元1028為第二功率值Pc2)相減而得到第一功率差值。第一功率差值經過控制參數Gpc放大及乘以方波後，得到直流的第一電流命令Ci1。控制單元20將第一總線電壓Vbus1與第一升壓單元1026所設定輸出的第一預定輸出電壓Vp1(於第二升壓單元1028為第二預定輸出電壓Vp2)相減而得到第一電壓差值。第一電壓差值經過控制參數Gvc放大及乘以弦波後(如圖所示)，得到交流的第二電流命令Ci2。

如圖6的波形所示，控制單元20合成第一電流命令Ci1與第二電流命令Ci2為第一總電流命令Cit1(於第二升壓單元1028為控制單元20合成第三電流命令Ci3與第四電流命令Ci4為第二總電流命令Cit2)。第二電流命令Ci2為市電Vac在正半週時，對應市電Vac的交流上弦波電流命令(實線表示)，第一電流命令Ci1在市電負半週時，對應直流電源Vdc的直流方波電流命令(實線表示)，由此控制示意圖可知，兩者電流命令合成即為上弦波與方波交替相間隔的第一總電流命令Cit1，亦即第一升壓單元1026的輸入電流將會追隨第一總電流命令以實現我方發明。第一總電流命令Cit1與第一升壓單元1026的第一輸入電流Ii1(通過偵測得知)相減而得到第一總電流差值，且第一總電流差值經過控制參數Gic放大後而得到第一控制量。控制單元20根據第一控制量調整第一升壓單元1026於市電Vac在負半週時的第一占空比，以調整直流電源Vdc所提供的第一電流I1，以及調整第一升壓單元1026於市電Vac在正半週時的第二占空比，以調整市電Vac所提供的第二電流I2。

值得一提，第二升壓單元1028的控制方塊操作亦是如此，圖6的弦波與方波命令以虛線表示，在此不再加以贅述。此外，於本發明之實施例中，第一升壓單元1026與第二升壓單元1028具有功率因數校正功能，因此會使得第一輸入電流Ii1與第二輸入電流Ii2的波形追隨市電Vac的電壓波形，所以讓第一電壓差值乘以弦波是為了使所產生出來的第二電流命令Ci2變為交流的電流命令波形。

惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

100:電力轉換系統

10:不斷電裝置

102、102’:轉換模組

102-1:直流-直流轉換單元

102-2:交流-直流轉換單元

1022:第一切換橋臂

1024:第二切換橋臂

Q1~Q4:第一開關~第四開關

1026:第一升壓單元

L1:第一電感

S1:第一功率開關

D1:第一二極體

C1:第一電容

1028:第二升壓單元

L2:第二電感

S2:第二功率開關

D2:第二二極體

C2:第二電容

104:直流-交流轉換單元

20:控制單元

30:直流供電模組

302:發電機模組

302-1:發電機

302-2:交流-直流轉換器

304:再生能源模組

304-1:再生能源單元

304-2:直流-直流轉換器

306:儲能模組

200:負載

Vac:市電

Vdc:直流電源

Vo:輸出電源

Vdc1:第一直流源

Vdc2:第二直流源

Vbus:總線電壓

Vbus1:第一總線電壓

Vbus2:第二總線電壓

Vp:預定輸出電壓

Vp1:第一預定輸出電壓

Vp2:第二預定輸出電壓

V1~V3:第一電源~第三電源

A:預定電源

B:冗餘電力

I1~I4:第一電流~第四電流

Ii:輸入電流

Ii1:第一輸入電流

Ii2:第二輸入電流

Cp:功率命令

Pc:功率值

Pc1:第一功率值

Pc2:第二功率值

Cit1:第一總電流命令

Cit2:第二總電流命令

Ci1~Ci4:第一電流命令~第四電流命令

T1:用電高峰期間

T2:用電離峰期間

DC_I_mod:電流模式

AC_V_mod:電壓模式

N:節點

Gpc、Gvc、Gic、Gic_dc、Gic_ac:控制參數

圖1為本發明電力轉換系統之電路方塊示意圖；

圖2A為本發明電力轉換系統之第一實施例的電力傳輸示意圖；

圖2B為本發明電力轉換系統之第二實施例的電力傳輸示意圖；

圖2C為本發明電力轉換系統之第三實施例的電力傳輸示意圖；

圖3A為本發明電力轉換系統之第一實施例的用電量示意圖；

圖3B為本發明電力轉換系統之第二實施例的用電量示意圖；

圖4A為本發明轉換模組第一實施例之電路方塊示意圖；

圖4B為本發明轉換模組第一實施例之控制方塊示意圖；

圖5為本發明轉換模組第二實施例之電路方塊示意圖；及

圖6為本發明轉換模組第二實施例之控制方塊示意圖。

100:電力轉換系統

10:不斷電裝置

102:轉換模組

104:直流-交流轉換單元

20:控制單元

200:負載

Vac:市電

Vdc:直流電源

Vbus:總線電壓

Vo:輸出電源

Cp:功率命令

Claims (18)

1. 一種電力轉換系統，係對一負載供電，且該電力轉換系統包括： 一不斷電裝置，包括： 一轉換模組，耦接一市電與一直流電源，以轉換該市電與該直流電源為一總線電壓；及 一直流-交流轉換單元，耦接該轉換模組，且轉換該總線電壓對該負載供電； 一發電機模組，耦接該直流電源；及 一控制單元，耦接該轉換模組； 其中，該控制單元根據一功率命令控制該轉換模組，使該直流電源提供的一第一平均功率緩步地提高或降低；該控制單元根據該總線電壓控制該轉換模組，使該市電提供的一第二平均功率對應該第一平均功率的緩步地降低或提高。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電力轉換系統，其中該轉換模組包括： 一交流-直流轉換單元，耦接該市電與該直流-交流轉換單元；及 一直流-直流轉換單元，耦接該直流電源與該直流-交流轉換單元； 其中，該控制單元根據該功率命令調整該直流-直流轉換單元的一第一占空比，使該直流-直流轉換單元提供的該第一平均功率所對應的一第一電流緩步地提高或降低；該控制單元根據該總線電壓調整該交流-直流轉換單元的一第二占空比，使該交流-直流轉換單元提供的該第二平均功率所對應的一第二電流緩步地降低或提高。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電力轉換系統，其中該控制單元根據該功率命令與該直流-直流轉換單元的一功率值得到一功率差值，且根據該功率差值計算一第一電流命令；該控制單元根據該第一電流命令與該第一電流的一第一電流差值產生一第一控制量，且根據該第一控制量調整該第一占空比。
4. 如申請專利範圍第2項所述之電力轉換系統，其中該控制單元根據該總線電壓與該交流-直流轉換單元設定的一預定輸出電壓的一電壓差值計算一第二電流命令，且根據該第二電流命令與該交流-直流轉換單元的一輸入電流的一第二電流差值產生一第二控制量，且根據該第二控制量調整該第二占空比。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電力轉換系統，其中該轉換模組包括： 一第一切換橋臂，包括一第一端、一第二端及一電源端，該電源端耦接該市電； 一第二切換橋臂，包括一第一端、一第二端及一電源端，該第一端耦接該第一切換橋臂的第一端，該第二端耦接該第一切換橋臂的該第二端，且該電源端耦接該直流電源； 一第一升壓單元，包括一電源端與一中點端，該電源端耦接該第二切換橋臂的該第一端，且該中點端耦接該市電與該直流電源；及 一第二升壓單元，包括一電源端與一中點端，該電源端耦接該第二切換橋臂的該第二端，且該中點端耦接該市電與該直流電源。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電力轉換系統，其中該市電於正半週時，該控制單元控制該第一切換橋臂的切換而將該市電提供至該第一升壓單元，使該第一升壓單元產生一第一總線電壓，且該控制單元控制該第二切換橋臂的切換而將該直流電源提供至該第二升壓單元，使該第二升壓單元產生一第二總線電壓；及 該市電於負半週時，該控制單元控制該第一切換橋臂的切換而將該市電提供至該第二升壓單元，使該第二升壓單元產生該第二總線電壓，且該控制單元控制該第二切換橋臂的切換而將該直流電源提供至該第一升壓單元，使該第一升壓單元產生該第一總線電壓；該第一總線電壓與該第二總線電壓的總合為該總線電壓。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電力轉換系統，其中該控制單元根據該功率命令調整該第一升壓單元於負半週時的一第一占空比，使該第一平均功率所對應的一第一電流緩步地提高或降低；該控制單元根據該第一總線電壓調整該第一升壓單元於正半週時的一第二占空比，使該第二平均功率所對應的一第二電流能夠對應該第一電流緩步地降低或提高；及 該控制單元根據該功率命令調整該第二升壓單元於正半週時的一第三占空比，使該第一平均功率所對應的一第三電流緩步地提高或降低；該控制單元根據該第二總線電壓調整該第二升壓單元於負半週時的一第四占空比，使該第二平均功率所對應的一第四電流能夠對應該第三電流緩步地降低或提高。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電力轉換系統，其中該控制單元根據該功率命令計算一第一電流命令；該控制單元根據該第一總線電壓與該第一升壓單元設定的一第一預定輸出電壓的一第一電壓差值計算一第二電流命令；該控制單元合成該第一電流命令與該第二電流命令為一第一總電流命令，且根據該第一總電流命令與該第一升壓單元的一輸入電流產生一第一控制量，以及該控制單元根據該第一控制量調整該第一占空比與該第二占空比。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電力轉換系統，更包括： 一再生能源模組，耦接該轉換模組與該控制單元；及 一儲能模組，耦接該轉換模組與該控制單元； 其中，該控制單元根據該負載的一需求電源選擇性地控制該發電機模組、該再生能源模組或該儲能模組提供該直流電源至該轉換模組。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電力轉換系統，其中當該需求電源大於等於一預定電源時，該控制單元根據該功率命令控制該市電與該直流電源共同對該負載供電。
11. 如申請專利範圍第9項所述之電力轉換系統，其中當該需求電源小於該預定電源時，該控制單元控制該市電對該負載供電，且控制該市電對該儲能模組充電。
12. 如申請專利範圍第9項所述之電力轉換系統，其中該轉換模組為一雙向轉換模組，當該再生能源模組對該負載供電，且尚具有一冗餘電力時，該控制單元控制該冗餘電力通過該雙向轉換模組轉換為該市電。
13. 一種電力轉換系統之操作方法，包括： 控制一轉換模組轉換一市電與一直流電源為一總線電壓； 控制一直流-交流轉換單元轉換該總線電壓對一負載供電； 控制一發電機模組提供電能至該直流電源； 根據一功率命令控制該直流電源所提供的一第一平均功率緩步地提高或降低；及 根據該總線電壓控制該市電所提供的一第二平均功率對應該第一平均功率的緩步降低或提高。
14. 如申請專利範圍第13項所述之操作方法，該轉換模組包括一交流-直流轉換單元與一直流-直流轉換單元，該操作方法更包括﹕ 根據該功率命令調整該直流-直流轉換單元的一第一占空比，使該第一平均功率所對應的一第一電流緩步地提高或降低；及 根據該總線電壓調整該交流-直流轉換單元的一第二占空比，使該第二平均功率所對應的一第二電流能夠對應該總線電壓的緩步地降低或提高。
15. 如申請專利範圍第14項所述之操作方法，更包括﹕ 根據該功率命令與該直流-直流轉換單元的一功率值得到一功率差值，且根據該功率差值計算一第一電流命令； 根據該第一電流命令與該第一電流的一第一電流差值產生一第一控制量，且根據該第一控制量調整該第一占空比；及 根據該總線電壓與該交流-直流轉換單元設定的一預定輸出電壓的一電壓差值計算一第二電流命令，且根據該第二電流命令與該交流-直流轉換單元的一輸入電流的一第二電流差值產生一第二控制量，且根據該第二控制量調整該第二占空比。
16. 如申請專利範圍第13項所述之操作方法，該轉換模組包括一第一升壓單元與一第二升壓單元，該操作方法更包括﹕ 該市電於正半週時，將該市電提供至該第一升壓單元，使該第一升壓單元產生一第一總線電壓，且將該直流電源提供至該第二升壓單元，使該第二升壓單元產生一第二總線電壓； 該市電於負半週時，將該市電提供至該第二升壓單元，使該第二升壓單元產生該第二總線電壓，且將該直流電源提供至該第一升壓單元，使該第一升壓單元產生該第一總線電壓； 該第一總線電壓與該第二總線電壓的總合為該總線電壓。
17. 如申請專利範圍第16項所述之操作方法，更包括﹕ 根據該功率命令調整該第一升壓單元於負半週時的一第一占空比，使該第一平均功率所對應的一第一電流緩步地提高或降低； 根據該第一總線電壓調整該第一升壓單元於正半週時的一第二占空比，使該第二平均功率所對應的一第二電流能夠對應該第一電流緩步地降低或提高； 根據該功率命令調整該第二升壓單元於正半週時的一第三占空比，使該第一平均功率所對應的一第三電流緩步地提高或降低；及 根據該第二總線電壓調整該第二升壓單元於負半週時的一第四占空比，使該第二平均功率所對應的一第四電流能夠對應該第三電流緩步地降低或提高。
18. 如申請專利範圍第17項所述之操作方法，更包括﹕ 根據該功率命令計算一第一電流命令； 根據該第一總線電壓與該第一升壓單元設定的一第一預定輸出電壓的一第一電壓差值計算一第二電流命令； 合成該第一電流命令與該第二電流命令為一第一總電流命令，且根據該第一總電流命令與該第一升壓單元的一第一輸入電流的一第一總電流差值產生一第一控制量，以及根據該第一控制量調整該第一占空比與該第二占空比。

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