TWI533553B - 功率流管理方法與控制器 - Google Patents

Description

功率流管理方法與控制器

本發明是有關於一種功率流管理方法，且特別是有關於一種利用零序電壓的功率流管理方法與控制器。

目前的電力系統，十分有可能遭受無法預期的雷擊、鹽害等天然災害，或因為外物碰觸(如人為車禍)，電線掉落…等原因，而造成輸配電設備或線路故障。故障所引起的瞬間停電或因故障電流流經鄰近線路所造成的電壓驟降是電力系統無法完全避免的現象。除電壓驟降外，在電力系統上常見的不良電力品質如電力中斷(Interruption)、電壓變動(Fluctuation)、電壓閃爍(Flicker)、電壓昇(Swell)、諧波(Harmonics)等問題，皆可以利用靜態同步補償器(static synchronous compensator；STATCOM)來予以改善。

STATCOM可監控電壓，並適時注入虛功來補償。例如，在量測電壓值低於設定值時，STATCOM就發揮電容器的作用，向電網輸入虛功功率以提升電網電壓。其中減少虛功功率的影響以確保傳輸的有效功率最大，為平穩電網的關鍵。虛功功率除造成局部電壓低於額定電壓，亦會 增加輸電線路與變壓器的負荷，而限制了有效功率的傳輸能力。因此透過降低輸電線路的虛功電流，可同時增加輸電容量和減少損耗。STATCOM需可滿足嚴峻的動態虛功功率補償需求與電網規範來穩定電壓。站在用電方的角度，瞬間停電(約一分鐘)或電壓驟降(約兩秒鐘)對一般民生用電雖不至於造成太大影響，但是對工業用戶而言卻可能造成極大損失。以供電方角度來看，維持供電頻率與電壓在安全範圍內，則會是電力系統運轉品質的一個重要指標。

本發明的實施例提出一種功率流管理方法與控制器，可以利用零序電壓來控制功率流，藉此平衡電壓。

本發明一實施例提出一種功率流管理方法，用於一控制器。此控制器設置於一電力系統中，電力系統包括功率供應模組與多階層轉換器模組。此功率管理方法包括以下步驟。首先，獲得功率供應模組與多階層轉換器模組之間的多個感測電壓訊號與多個感測電流訊號。根據感測電壓訊號與感測電流訊號產生多個正序電壓訊號、多個正序電流訊號、多個負序電壓訊號與多個負序電流訊號。根據正序電壓訊號、正序電流訊號、負序電壓訊號與負序電流訊號計算出多個前饋功率。獲得來自多階層轉換器模組的多個直流電壓訊號，並根據直流電壓訊號產算出多個平均值與一總體平均值。根據平均值與總體平均值計算出多個回授功率。根據前饋功率與回授功率決定一零序電壓注入訊號的多個實功率。根據零序電壓注入訊號的實功率、正 序電流訊號與負序電流訊號決定零序電壓注入訊號的一振幅與一相位。

在一實施例中，上述的直流電壓訊號包括在第一相位上的多個第一直流電壓訊號、在第二相位上的多個第二直流電壓訊號與在第三相位上的多個第三直流電壓訊號。所述根據直流電壓訊號計算出平均值與總體平均值的步驟包括：對第一直流電壓訊號執行移動平均濾波運算與平均運算以取得第一平均值；對第二直流電壓訊號執行移動平均濾波運算與平均運算以取得第二平均值；對第三直流電壓訊號執行移動平均濾波運算與平均運算以取得第三平均值；以及取得第一平均值、第二平均值與第三平均值的平均值以作為總體平均值。

在一實施例中，上述的根據平均值與總體平均值產生回授功率的步驟包括：將總體平均值減去第一平均值以產生第一差值，並藉由第一比例控制器根據第一差值產生第一回授功率；將總體平均值減去第二平均值以產生第二差值，並藉由第二比例控制器根據第二差值產生第二回授功率；以及將總體平均值減去第三平均值以產生第三差值，並藉由第三比例控制器根據第三差值產生第三回授功率。

在一實施例中，上述的前饋功率包括第一前饋功率、第二前饋功率與第三前饋功率。所述根據前饋功率與回授功率之間決定零序電壓注入訊號的實功率的步驟包括：將第一回授功率減去第一前饋功率流以產生第一功率 指令；將第二回授功率減去第二前饋功率流以產生第二功率指令；將第三回授功率減去第三前饋功率流以產生第三功率指令；以及對第一功率指令、第二功率指令與第三功率指令執行一阿爾發-貝塔轉換以取得零序電壓注入訊號的實功率。

在一實施例中，上述的功率流管理方法更包括：根據直流電壓訊號與平均值產生多個平衡電壓訊號；根據一實功率指令、一無功功率指令、總體平均值產生多個正序電流指令與多個負序電流指令；根據正序電流指令、負序電流指令、正序電壓訊號、正序電流訊號、負序電壓訊號與負序電流訊號產生多個參考電壓訊號；以及根據參考電壓訊號、零序電壓注入訊號、與平衡電壓訊號產生多個調變參考訊號，其中調變參考訊號是用以產生調變訊號。

在一實施例中，上述的功率流管理方法更包括：取得多階層轉換器模組的一橋元件資訊，其中橋元件資訊指出多階層轉換器模組中多個橋元件是否損壞；以及根據橋元件資訊限制零序電壓注入訊號的一振幅與一相位。

在一實施例中，上述根據橋元件資訊限制零序電壓注入訊號的振幅與相位的步驟包括：計算出多個轉換器輸出電壓；根據橋元件資訊選擇一個轉換器輸出電壓；根據總體平均值與所選擇的轉換器輸出電壓決定零序電壓注入訊號的振幅的下限與上限。

在一實施例中，上述的功率流管理方法，更包括：若一電壓驟降發生，控制負序電流指令以減少負序電壓指 令的振幅，並且利用整體電流的峰值上限來控制限制負序電流指令的振幅。換言之，此方法是控制負序電流的振幅進而限制整體電流的峰值大小。

在一實施例中，上述的功率流管理方法更包括：根據負序電壓訊號的相位、正序電流訊號的相位、與預設值峰值上限來決定負序電流指令的振幅。

本發明一實施例提出一種控制器，設置於一電力系統中。此電力系統包括功率供應模組與多階層轉換器模組。此控制器包括組成抽取電路、平均值運算電路與零序電壓產生電路。組成抽取電路用以獲得功率供應模組與多階層轉換器模組之間的多個感測電壓訊號與多個感測電流訊號，並且根據感測電壓訊號與感測電流訊號產生多個正序電壓訊號、多個正序電流訊號、多個負序電壓訊號與多個負序電流訊號。平均值運算電路，用以獲得來自多階層轉換器模組的多個直流電壓訊號，並根據直流電壓訊號產算出多個平均值與一總體平均值。零序電壓產生電路是耦接至組成抽取電路與平均值運算電路，用以根據正序電壓訊號、正序電流訊號、負序電壓訊號與負序電流訊號計算出多個前饋功率。零序電壓產生電路也用以根據平均值與總體平均值計算出多個回授功率，根據前饋功率與回授功率決定一零序電壓注入訊號的多個實功率，並且根據零序電壓注入訊號的實功率、正序電流訊號與負序電流訊號決定零序電壓注入訊號的振幅與相位。

在一實施例中，上述的直流電壓訊號包括在第一相 位上的多個第一直流電壓訊號、在第二相位上的多個第二直流電壓訊號與在第三相位上的多個第三直流電壓訊號。平均值運算電路更用以對第一直流電壓訊號執行一移動平均濾波運算與一平均運算以取得第一平均值，對第二直流電壓訊號執行移動平均濾波運算與平均運算以取得第二平均值，對第三直流電壓訊號執行移動平均濾波運算與平均運算以取得第三平均值。平均值運算電路更用以取得第一平均值、第二平均值與第三平均值的一平均值以作為總體平均值。

在一實施例中，上述的零序電壓產生電路包括一前饋功率計算電路與一回授功率計算電路。前饋功率計算電路用以產生前饋功率。回授功率計算電路用以將總體平均值減去第一平均值以產生第一差值，並藉由第一比例控制器根據第一差值產生第一回授功率。回授功率計算電路也用以將總體平均值減去第二平均值以產生第二差值，並藉由第二比例控制器根據第二差值產生第二回授功率。回授功率計算電路更用以將總體平均值減去第三平均值以產生第三差值，並藉由第三比例控制器根據第三差值產生第三回授功率。

在一實施例中，上述的零序電壓產生電路更包括一零序電壓運算電路，耦接至回授功率計算電路與前饋功率計算電路。上述的前饋功率包括第一前饋功率、第二前饋功率與第三前饋功率。零序電壓運算電路用以將第一回授功率減去第一前饋功率流以產生第一功率指令，將第二回 授功率減去第二前饋功率流以產生第二功率指令，將第三回授功率減去第三前饋功率流以產生第三功率指令。零序電壓運算電路用以對第一功率指令、第二功率指令與第三功率指令執行一阿爾發-貝塔轉換以取得零序電壓注入訊號的實功率。

在一實施例中，上述的控制器更包括個別平衡控制電路、電流指令產生電路、電流調節電路與運算電路。個別平衡控制電路是耦接至平均值運算電路，用以根據直流電壓訊號與平均值產生多個平衡電壓訊號。電流指令產生電路是耦接至平均值運算電路，用以根據一實功率指令、一無功功率指令、總體平均值產生多個正序電流指令與多個負序電流指令。電流調節電路是耦接至組成抽取電路與電流指令產生電路，用以根據正序電流指令、負序電流指令、正序電壓訊號、正序電流訊號、負序電壓訊號與負序電流訊號產生多個參考電壓訊號。運算電路是耦接至電流調節電路、零序電壓產生電路與個別平衡控制電路，用以根據參考電壓訊號、零序電壓注入訊號、與平衡電壓訊號產生多個調變參考訊號，其中調變參考訊號是用以產生調變訊號。

在一實施例中，上述的零序電壓產生電路更用以取得多階層轉換器模組的一橋元件資訊，其中橋元件資訊指出多階層轉換器模組中多個橋元件是否損壞。零序電壓產生電路更用以根據橋元件資訊限制零序電壓注入訊號的一振幅與一相位。

在一實施例中，上述的零序電壓產生電路更用以計算出多個轉換器輸出電壓，根據橋元件資訊選擇一個轉換器輸出電壓，並根據總體平均值與所選擇的轉換器輸出電壓決定零序電壓注入訊號的振幅的下限與上限。

在一實施例中，若一電壓驟降發生，電流指令產生電路更用以控制負序電流指令以減少負序電壓指令的振幅，並且利用整體電流的峰值上限來控制負序電流指令的振幅。

在一實施例中，上述的電流指令產生電路更用以根據負序電壓訊號的相位、正序電流訊號的相位與預設值峰值上限來決定負序電流指令的振幅。

綜上所述，本發明實施例提出的功率流管理方法與控制器，利用了零序電壓的自由度，因此電壓平衡與虛功補償的效果較好。此外，在一些實施例中，也具有容錯控制與峰值的效果。

100‧‧‧電力系統

110‧‧‧功率供應模組

120‧‧‧多階層轉換器模組

121~123‧‧‧叢集

131‧‧‧感測器

132‧‧‧類比數位轉換器

133‧‧‧控制器

134‧‧‧調變模組

135‧‧‧驅動電路

141~143‧‧‧相位

150‧‧‧中立點

C_a1、C_a2、C_aN‧‧‧電容

v_dca1、v_dca2、v_dcaN‧‧‧電位差

L_ac‧‧‧電感

V_a、V_b、V_c、V_m‧‧‧電壓

v_saO、v_sbO、v_scO、v_smO‧‧‧感測電壓訊號

i_a、i_b、i_c、i_m‧‧‧感測電流訊號

v_dcmn‧‧‧直流電壓訊號

210、220‧‧‧曲線

310‧‧‧組成抽取電路

311‧‧‧負序組成抽取電路

312‧‧‧正序組成抽取電路

320‧‧‧電流指令產生電路

331‧‧‧平均值運算電路

332‧‧‧零序電壓產生電路

333‧‧‧個別平衡控制電路

340‧‧‧電流調節電路

350‧‧‧運算電路

V_qd ^p‧‧‧正序電壓訊號

V_qd ⁿ‧‧‧負序電壓訊號

I_qd ^p‧‧‧正序電流訊號

I_qd ⁿ‧‧‧負序電流訊號

P^*‧‧‧實功率指令

Q^*‧‧‧無功率指令

I_qd ^p*‧‧‧正序電流指令

I_qd ^n*‧‧‧負序電流指令

v_OM‧‧‧零序電壓注入訊號

V_Ibmn‧‧‧平衡電壓訊號

V_mM,ref、V_mn,ref‧‧‧調變參考訊號

V_dcan、V_dcbn、V_dccn‧‧‧直流電壓訊號

MAF‧‧‧移動平均濾波

V_dca、V_dcb、V_dcc、V_dcm‧‧‧平均值

V_dc‧‧‧總體平均值

510‧‧‧實功率指令產生電路

520‧‧‧正序電流指令產生電路

530‧‧‧負序電流指令產生電路

610‧‧‧前饋功率計算電路

620‧‧‧回授功率計算電路

621~623、631~633‧‧‧減法器

625~627‧‧‧比例控制器

630‧‧‧零序電壓運算電路

634‧‧‧阿爾發-貝塔轉換電路

635‧‧‧零序運算電路

V_qd ^pn‧‧‧電壓訊號

I_qd ^pn‧‧‧電流訊號

P_CBa,FF、P_CBb,FF、P_CBc,FF‧‧‧前饋功率

P_CBa,FB、P_CBb,FB、P_CBc,FB‧‧‧回授功率

P_a0 ^*、P_b0 ^* _、P_c0 ^*、P _α0 ^*、P _β0 ^*‧‧‧功率指令

S701~S707‧‧‧步驟

810‧‧‧電流指令產生電路

811‧‧‧整體電壓控制電路

812‧‧‧叢集平衡控制電路

830‧‧‧零序電壓產生電路

840‧‧‧個別平衡控制電路

V_a,ref、V_b,ref、V_c,ref、V_an,ref、V_bn,ref、V_cn,ref‧‧‧調變參考訊號

v _αβ 、v _α,ref 、v _β,ref ‧‧‧電壓

i _αβ ‧‧‧電流

I_qd ^p*‧‧‧正序電流指令

I_qd ^n*‧‧‧負序電流指令

、‧‧‧電流指令

910、920、930、940‧‧‧邏輯電路

V_inva,peak、V_invb,peak、V_invc,peak、V_inv,peak‧‧‧轉換器輸出電壓

Q_T‧‧‧無功功率

V_inv‧‧‧電壓

1101、1102、1201‧‧‧相位圖

O、M‧‧‧原點

a、b、c‧‧‧相位

V_Ca1~V_Ca3、V_Cb1~V_Cb3、V_Cc1~V_Cc3‧‧‧電壓

1310、1320‧‧‧直線

1330‧‧‧區域

P_0a、P_0b、P_0c、P_na、P_nb、P_nc、P_nα 、P_nβ ‧‧‧功率

I_q ^n*、I_d ^n*‧‧‧電流指令

1510、1515、1520、1810、1820、1910、1920、1930、1940‧‧‧邏輯電路

1710‧‧‧電流指令產生電路

1720‧‧‧零序電壓產生電路

1811、1812、1821‧‧‧開關

I_max‧‧‧峰值上限

P_pa、P_pb、P_pc、P_0a、P_0b、P_0c、P_0α 、P_0β ‧‧‧功率

第1圖是根據第一實施例繪示的電力系統的設置圖。

第2圖是根據第一實施例匯示的充電狀態曲線圖。

第3圖是根據第一實施例繪示的控制器133的方塊圖。

第4圖是根據第一實施例繪示的平均值運算電路的示意圖。

第5圖是根據第一實施例繪示電流指令產生電路的示意圖。

第6圖是根據一實施例繪示零序電壓產生電路的方塊圖。

第7圖是根據第一實施例繪示功率流管理方法的流程圖。

第8圖是根據第二實施例繪示的控制器的方塊圖。

第9圖是根據第二實施例繪示零序電壓產生電路的方塊圖。

第10圖是根據第二實施例繪示靜態同步補償器的單線示意圖。

第11圖是根據第二實施例繪示多階層轉換器模組的相位圖的示意圖。

第12圖是根據第二實施例繪示加入零序電壓注入訊號後的相位圖。

第13圖是根據第二實施例繪示零序電壓注入訊號的振幅範圍的示意圖。

第14圖是根據第二實施例繪示整體電壓控制電路811的方塊圖。

第15圖是根據第二實施例繪示叢集平衡控制電路的方塊圖。

第16圖是根據第二實施例繪示個別平衡控制電路的示意圖。

第17圖是根據第三實施例繪示控器器的方塊圖。

第18圖是根據第三實施例繪示電流指令產生電路的方塊圖。

第19圖是根據第三實施例繪示的零序電壓產生電路的方塊圖。

[第一實施例]

第1圖是根據第一實施例繪示的電力系統的設置圖。請參照第1圖，電力系統100包括功率供應模組110、多階層轉換器模組120、感測器131、類比數位轉換器132、控制器133、調變模組134、驅動電路135。在第1圖的實施例中所實作的是串聯H橋脈衝寬度調變(pulse width modulation；PWM)轉換器，也可以被稱為單星狀橋元件基礎的模塊化多層串聯轉換器(modular multilevel cascaded converter with single-star bridge cells；MMCC-SSBC)。

功率供應模組110具有第一相位141、第二相位142與第三相位143。在此，用”a”、”b”、”c”來表示三個不同的相位。例如，電流i_a表示相位141上的電流；電流i_b表示相位142上的電流；而電流i_c表示相位143上的電流。在此實施例中，功率供應模組110是一個分散式的發電(distributed generation)模組，但本發明並不在此限。例如，功率供應模組110也可以是一個傳輸線。

多階層轉換器模組120包括了屬於不同相位的叢集121~123，並且每個叢集中包括多個彼此串連的橋元件(bridge cell)，每一個橋元件包括一個電容與一個H橋。舉例來說，叢集121包括了電容C_a1、C_a2、...C_aN，而每個電 容都耦接至一個H橋，其中N為正整數。此外，電容C_a1具有電位差v_dca1、電容C_a2具有電位差v_dca2、電容C_aN具有電位差為v_dcaN，以此類推。

感測器131會感測多階層轉換器模組120中每一個電容上的電壓。也就是說，感測器131會得到3N個直流電壓訊號，可表示為v_dcmn。其中m代表相位，可為”a”、”b”、或”c”。n為1至N之間的正整數。此外，感測器131還會感測功率供應模組110與多階層轉換器模組120之間的電壓v_saO、v_sbO、v_scO(亦稱為感測電壓訊號)與電流i_a、i_b、i_c(亦稱為感測電流訊號)。

感測器131會將接收到的訊號傳給類比數位轉換器132，而類比數位轉換器132會將這些類比訊號轉換為數位訊號並將數位訊號傳送給控制器133。控制器133會根據這些訊號產生控制訊號給調變模組134。調變模組134會對這些控制訊號執行一個調變演算法以產生多個調變訊號給驅動電路135。在此實施例中，調變模組134所使用的是相位偏移的脈衝寬度調變(phase shifted PWM)，但本發明並不在此限。驅動電路135會根據這些調變訊號來控制叢集121~123中H橋上的開關(共12N個)。

在此實施例中，多階層轉換器模組120會隨著功率流充電與放電，藉此可以補償或吸收功率供應模組110所提供的功率。或者，多階層轉換器模組120也可以用來提供無功功率來穩定電力系統100。然而，多階層轉換器模組120的充電狀態(state-of-charge；SOC)應該盡量保持平衡， 避免過充電或是過放電的狀態損壞的多階層轉換器模組120。第2圖是根據第一實施例匯示的充電狀態曲線圖。請參照第2圖，橫軸為充電狀態，縱軸為電池的端點電壓(terminal voltage)。充電狀態為一個百分比，用來表示在最大容量下的可用容量。在一實施例中，多階層轉換器模組120中的電容是隨著曲線210而充電，並隨著曲線220而放電。只要電池不是在過充電狀態或是過放電狀態，則曲線210與220大致上為線性，而過充電狀態與過放電狀態都有可能會損壞電池。因此，控制器133在控制功率流的同時也會考慮電池的充電狀態，藉此可以避免電池損壞。

第3圖是根據第一實施例繪示的控制器133的方塊圖。請參照第3圖，控制器133包括組成抽取電路310、電流指令產生電路320、平均值運算電路331、零序電壓產生電路332與個別平衡控制電路333、電流調節電路340與運算電路350。值得一提的是，控制器133中的各個電路都可以被實作為程式碼，而控制器133可被實作為處理器來執行這些程式碼。本發明並不限制控制器133的功能是被實作為軟體或是硬體。

組成抽取電路310會接收感測電壓訊號v_smO與感測電流訊號i_m，並藉此產生正序電壓訊號V_qd ^p、正序電流訊號I_qd ^p、負序電壓訊號V_qd ⁿ與負序電流訊號I_qd ⁿ。舉例來說，組成抽取電路310包括了負序組成抽取電路311以及正序組成抽取電路312。組成抽取電路310可以執行一個對稱組成(symmetric component)演算法來取得上述的訊號。舉例來 說，由於電力系統100星狀的設置以及浮動的中立點150，因此在轉換器中沒有零序的電流，並且轉換器也不會偵測到零序電壓。因此，組成抽取電路310可以根據以下方程式(1)來取得正序電壓訊號V_qd ^p、正序電流訊號I_qd ^p、負序電壓訊號V_qd ⁿ與負序電流訊號I_qd ⁿ。其中，正序電壓訊號V_qd ^p的個數為2，分別表示為V_q ^p與V_d ^p。正序電流訊號I_qd ^p的個數為2，分別表示為I_q ^p與I_d ^p。負序電壓訊號V_qd ⁿ的個數為2，分別表示為V_q ⁿ與V_d ⁿ。負序電流訊號I_qd ⁿ的個數為2，分別表示為I_q ⁿ與I_d ⁿ。此外，同時參閱比對方程式(1)與方程式(21)，即可推知負序組成抽取電路311以及正序組成抽取電路312之構成要件係依據方程式(21)即可得知。

第4圖是根據第一實施例繪示的平均值運算電路的示意圖。請參照第4圖，平均值運算電路331會根據直流電壓訊號v_dcmn來產生多個平均值與一個總體平均值。具體來說，直流電壓訊號v_dcmn包括了在第一相位上的多個第一直流電壓訊號v_dcan，在第二相位上的多個第二直流電壓訊號v_dcbn，以及在第三相位上的多個第三直流電壓訊號v_dccn。平均值運算電路331會對第一直流電壓訊號v_dcan進行一移動平均濾波(moving average filter；MAF)運算與一平 均運算以取得第一平均值V_dca，但本發明並不限制移動平均濾波運算所使用的濾波器。平均值運算電路331也會對第二直流電壓訊號V_dcbn進行移動平均濾波運算與平均運算以取得第二平均值V_dcb；並且對第三直流電壓訊號V_dccn進行移動平均濾波運算與平均運算以取得第三平均值V_dcc。最後，平均值運算電路331會計算第一平均值V_dca、第二平均值V_dcb與第三平均值V_dcc的平均以作為總體平均值V_dc。

第5圖是根據第一實施例繪示電流指令產生電路的示意圖。請參照第5圖，電流指令產生電路320包括實功率指令產生電路510、正序電流指令產生電路520與負序電流指令產生電路530。實功率指令產生電路510與正序電流指令產生電路520是用以根據總體平均值V_dc、實功率指令P^*、無功功率指令Q^*來產生正序電流指令I_qd ^p*。負序電流指令產生電路530是用以產生負序電流指令I_qd ^n*。然而，本發明並不限制實功率指令產生電路510、正序電流指令產生電路520與負序電流指令產生電路530所採用的方法。例如，電流指令產生電路320可以採用峰值電流限制控制(peak current limit control；PCLC)，或者是其他任意的控制方法。在一實施例中，電流指令產生電路320也可以根據使用者的需求來決定用哪一個控制方法。此外，本實施例之實功率指令產生電路510係利用第18圖的構成要件來實現。正序電流指令產生電路520係透過方程式(26)加以實現。而負序電流指令產生電路530則可以利用方程式(17) 或者方程式(23、24)加以實現。

請參照第1圖與第3圖，由於星狀的設置與浮動的中立點150，這提供了改變中立點150上電位的彈性，而此改變不會影響轉換器輸出的線對線(line-to-line)電壓與相電流。在此實施例中，控制器133會產生一個零序電壓注入訊號來改變中立點150上的電位。具體來說，零序電壓產生電路332會根據正序電壓訊號V_qd ^p、正序電流訊號I_qd ^p、負序電壓訊號V_qd ⁿ、負序電流訊號I_qd ⁿ來計算出功率供應模組110的前饋功率。零序電壓產生電路332也會根據平均值V_dcm與總體平均值V_dc來計算出多階層轉換器模組120的回授功率。零序電壓產生電路332會根據前饋功率與回授功率之間的差來產生零序電壓注入訊號v_OM。以下再舉例說明如何產生零序電壓注入訊號v_OM。

在此先分析零序電壓注入訊號v_OM所衍伸出的功率流。在加入零序電壓注入訊號v_OM以後，功率供應模組110輸出的相電壓v_aM、v_bM、v_cM可以表示為以下方程式(2)。

v _aM =v _saO +v _OM v _bM =v _sbO +v _OM v _cM =v _scO +v _OM v _OM =V _OM cos(ωt+γ)...(2)

其中V_OM表示零序電壓注入訊號v_OM的振幅，γ表示零序電壓注入訊號v_OM的相位，ω為角速度，t為時間。在此假設在電感L_ac上的電壓差V_a、V_b、與V_c很小並且可以忽略(請參照第1圖)。因此，零序電壓注入訊號v_OM在各個相位上所產生的瞬時功率p_a0、p_b0、p_c0可以寫成以下方 程式(3)。

每個相位上直流部分的實功率則可以表示為以下方程式(4)。

值得一提的是，由於沒有零序電流會流進轉換器，因此實功率P_a0、P_b0與P_c0的總和為0。為了利用零序電壓注入訊號來控制功率流，方程式(4)可改寫為以下方程式(5)。

方程式(5)表示了零序電壓注入訊號v_OM、實功率P _α0、P _β0、正序電流訊號I_q ^p、I_d ^p、以及負序電流訊號I_q ⁿ、I_d ⁿ之間的關係。因此，在取得上述的感測電壓訊號與感測 電流訊號以後，零序電壓注入訊號v_OM便可以根據以下方程式(6)計算出。

與為零序電壓注入訊號v_OM的實功率。在此實施例中，此實功率是根據多階層轉換器模組120的回授功率與功率供應模組110的前饋功率之間的差所計算出。以下再說明如何計算回授功率與前饋功率。

第6圖是根據一實施例繪示零序電壓產生電路的方塊圖。請參照第6圖，零序電壓產生電路332包括前饋功率計算電路610、回授功率計算電路620與零序電壓運算電路630。

在上述的正序電流訊號與負序電流訊號被注入以後，這些電流以及功率供應模組110輸出的電壓會導致些許的功率流。這些功率流會影響到多階層轉換器模組120的充電狀態，因此前饋功率計算電路610會利用零序電壓注入訊號來補償上述所產生的功率流。具體來說，前饋功率計算電路610會根據以下方程式(7)、電壓訊號V_qd ^pn與電流訊號I_qd ^pn來計算前饋功率P_CBa,FF、P_CBb,FF、P_CBc,FF。

回授功率計算電路620會根據第一平均值V_dca、第二平均值V_dcb、第三平均值V_dcc與總體平均值V_dc來計算出回授功率P_CBa,FB、P_CBb,FB、P_CBc,FB。具體來說，減法器621會將總體平均值V_dc減去第一平均值V_dca以產生第一差值，並將第一差值傳送給比例控制器624。比例控制器624會根據接收到的差值產生回授功率P_CBa,FB。減法器622會將總體平均值V_dc減去第二平均值V_dcb以產生第二差值，並將第二差值傳送給比例控制器625。比例控制器625會根據第二差值產生回授功率P_CBb,FB。減法器623會將總體平均值V_dc減去第三平均值V_dcc以產生第三差值，並將第三差值傳送給比例控制器626。比例控制器626會根據第三差值產生回授功率P_CBc,FB。

接下來，零序電壓運算電路630會根據前饋功率P_CBa,FF、P_CBb,FF、P_CBc,FF與回授功率P_CBa,FB、P_CBb,FB、P_CBc,FB來計算出零序電壓注入訊號v_OM。具體來說，減法器631會將回授功率P_CBa,FB減去前饋功率P_CBa,FF以產生功率指令P_a0 ^*。減法器632會將回授功率P_CBb,FB減去前饋功率P_CBb,FF以產生功率指令P_b0 ^*。減法器633會將回授功率P_CBc,FB減去前饋功率P_CBc,FF以產生功率指令P_c0 ^*。換言之，零序電壓運算電路630可根據以下方程式(8)來產生功率指令。

阿爾發-貝塔轉換電路634會對功率指令P_a0 ^*、P_b0 ^*、P_c0 ^*執行一個阿爾發-貝塔轉換(alpha-beta transform)以取得功率指令P _α0 ^*與P _β0 ^*。然而，本領域具有通常知識者應可理解阿爾發-貝塔轉換，在此不再贅述。在此，功率指令P _α0 ^*與P _β0 ^*便可以當作零序電壓注入訊號v_OM的實功率。

最後，如上述方程式(6)所示，零序運算電路635會根據功率指令P _α0 ^*與P _β0 ^*、正序電流訊號I_q ^p、I_d ^p、以及負序電流訊號I_q ⁿ、I_d ⁿ來決定零序電壓注入訊號v_OM的振幅與相位。

請參照回第3圖。個別平衡控制電路333會根據直流電壓訊號V_dcmn與平均值V_dcm來產生平衡電壓訊號V_IBmn。具體來說，個別平衡控制電路333可根據以下方程式(9)來產生平衡電壓訊號V_IBan、V_IBbn、V_IBcn。其中K_IB為實數，但本發明並不限制其值為多少。

v _IBan =K _IB ．(V _dca -V _dcan )．i _a v _IBbn =K _IB ．(V _dcb -V _dcbn )．i _b v _IBcn =K _IB ．(V _dcc -V _dccn )．i _c ...(9)

電流調節電路340會接收正序電流指令I_qd ^p*與負序電流指令I_qd ^n*，藉此追蹤轉換器輸出的電流，並透過產生參考電壓訊號v_m,ref使得轉換器輸出的電流會接近對應的電流指令。

最後，運算電路350會接收參考電壓訊號v_m,ref、零序電壓注入訊號v_OM與平衡電壓訊號V_Ibmn，並根據以下 方程式(10)來產生調變參考訊號v_mn,ref。調變模組134便可以根據調變參考訊號v_mn,ref來產生調變訊號以控制多階層轉換器模組120中H橋的閘極。

第7圖是根據第一實施例繪示功率流管理方法的流程圖。請參照第7圖，在步驟S701中，獲得功率供應模組與多階層轉換器模組之間的多個感測電壓訊號與多個感測電流訊號。在步驟S702中，根據感測電壓訊號與感測電流訊號產生多個正序電壓訊號、多個正序電流訊號、多個負序電壓訊號與多個負序電流訊號。在步驟S703中，根據正序電壓訊號、正序電流訊號、負序電壓訊號與負序電流訊號計算出多個前饋功率。在步驟S704中，獲得來自多階層轉換器模組的多個直流電壓訊號，並根據這些直流電壓訊號計算多個平均值與一總體平均值。在步驟S705中，並根據所述的平均值與總體平均值計算多個回授功率。在步驟S706中，根據前饋功率與回授功率決定一零序電壓注入訊號的多個實功率。在步驟S707中，根據零序電壓注入訊號的實功率、正序電流訊號與負序電流訊號決定零序電壓注入訊號的振幅與相位。

然而，第7圖中各步驟已詳細說明如上，在此便不再贅述。值得注意的是，第7圖中各步驟可以實作為多個程式碼或是電路，本發明並不在此限。此外，第7圖的方法可以搭配以上實施例使用，也可以單獨使用。第7圖中各步驟也可以調換，例如步驟S702與703可移動至步驟S704與S705之後。

[第二實施例]

在此僅描述第二實施例與第一實施例不同之處。第二實施例提出了一個錯誤容忍方法，使得電力系統100可以有較好的錯誤容忍能力。請先參照回第1圖，在第二實施例中，正序電流是用於整體輸出的無功功率(以下標記為Q_T)並且用以控制平均的直流電壓；負序電流是用以叢集平衡控制；零序電壓則是用於錯誤容忍控制。

第8圖是根據第二實施例繪示的控制器的方塊圖。請參照第8圖，在第二實施例中，控制器包括組成抽取電路310、電流指令產生電路810、零序電壓產生電路830、平均值運算電路331、個別平衡控制電路840、電流調節電路340與運算電路350。其中組成抽取電路310、平均值運算電路331與運算電路350以說明如上，在此不再贅述。

電流調節電路340中，是將正序電壓訊號V_qd ^p、正序電流訊號I_qd ^p轉換至電壓v _αβ 與電流i _αβ ，正序電流指令I_qd ^p*、負序電流指令I_qd ^n*轉換至電流指令、，而電流調節器會據此產生電壓v _α,ref 、v _β,ref 。然而，本領域具有通常知識者應可理解同步至靜態轉換(Synchronization Frame to Static Frame)，在此不再贅述。

第9圖是根據第二實施例繪示零序電壓產生電路的方塊圖。第10圖是根據第二實施例繪示靜態同步補償器的單線示意圖。請參照第9圖與第10圖，電網與靜態同步補償器之間具有電感L_s，電壓V_m、V_inv為電感L_s兩端上的電壓。由於電網連接(grid-connected)的PWM轉換器類似一個 電流控制的電壓源，因此邏輯電路910可根據以下方程式(11)來計算PWM轉換器的多個轉換器輸出電壓V_invm,peak，其中Q_T為無功功率，ω為電氣頻率。

第11圖是根據第二實施例繪示多階層轉換器模組的相位圖的示意圖。請參照第11圖，相位圖1101包括原點O與相位a、b、c，表示在正常的狀況下，多階層轉換器模組120中每個相位上的橋元件所分擔的電壓V_Ca1~V_Ca3、V_Cb1~V_Cb3、V_Cc1~V_Cc3是均勻的。然而在相位圖1102中，若a相位上的一個橋元件被省略了，則在a相位上其餘的橋元件必須負擔更多的電壓。因此，請參照回第9圖，邏輯電路930會接收橋元件資訊，其中指示了橋元件是否損壞，並根據橋元件資訊限制了零序電壓注入訊號v_OM的振幅與相位。具體來說，邏輯電路930會根據以下方程式(12)來計算零序電壓注入訊號v_OM。

第12圖是根據第二實施例繪示加入零序電壓注入訊號後的相位圖。請參照第12圖，相位圖1201表示在加入零序電壓注入訊號v_OM後，a相位上所需要的電壓減少了，但b相位與c相位上的所需要的電壓增加了。因此，參照回第9圖，選擇電路920會根據橋元件資訊從轉換器 輸出電壓V_inva,peak、V_inva,peak與V_inva,peak中選出損壞的橋元件所對應的電壓V_inv,peak給邏輯電路940。邏輯電路940會根據上述的總體平均值與所選擇的轉換器輸出電壓V_inv,peak來決定零序電壓注入訊號v_OM的振幅的下限與上限。具體來說，邏輯電路940會根據以下方程式(13)與(14)來限制零序電壓注入訊號v_OM的振幅。

第13圖是根據第二實施例繪示零序電壓注入訊號的振幅範圍的示意圖。請參照第13圖，橫軸為總體平均值，縱軸為零序電壓注入訊號v_OM的振幅。直線1310是對應至方程式(13)，直線1320是對應至方程式(14)，而零序電壓注入訊號v_OM的振幅會落在區域1330之內。

請參照回第8圖，在第二實施例中，電壓的平衡控制分為三個層級。第一個層級是整體的電壓控制，對應至整體電壓控制電路811，用來控制電壓指令的直流電壓。第二個層級是叢集平衡控制，對應至叢集平衡控制電路812，用來平衡各個相位的電壓。第三個層級是個別平衡控制，對應至個別平衡控制電路840，用來平衡每個叢集中每個橋元件的電壓。以下將詳細說明各個層級的電壓控制。

第14圖是根據第二實施例繪示整體電壓控制電路811的方塊圖。請參照第14圖，整體電壓控制電路811是透過正序電流來控制整體的電壓與無功功率，其中K_iTB、 K_pTB為實數，但本發明並不限制其值為多少。具體來說，正序有功電流指令I_q ^p*是透過計算電壓差所產生；而正序無功電流指令I_d ^p*是根據瞬時功率理論所計算出。

第15圖是根據第二實施例繪示叢集平衡控制電路的方塊圖。請參照第15圖，邏輯電路1510會接收零序電壓注入訊號v_OM，並根據以下方程式(15)來計算出功率P_0a、P_0b、P_0c。

接下來，邏輯電路1515根據以下方程式(16)計算出功率P_na、P_nb、P_nc。為了簡化計算，功率P_na、P_nb、P_nc會被轉換到靜態坐標系(static frame)而成為功率P_nα 、P_nβ 。

最後，邏輯電路1520再根據以下方程式(17)計算出電流指令I_q ^n*、I_d ^n*。

第16圖是根據第二實施例繪示個別平衡控制電路的示意圖。請參照第16圖，個別平衡控制電路840會根據上述的平均值來產生平衡電壓訊號V_IBn。具體來說，個別 平衡控制電路840可根據以下方程式(18)來計算出平衡電壓訊號V_IBn。

[第三實施例]

在此僅描述第三實施例與第一實施例和第二實施例不同之處。第三實施例提出了一種峰值電流限制方法。在第三實施例中，V^p表示正序電壓的振幅，Vⁿ表示負序電壓的振幅，而V_OM表示零序電壓的振幅。I^p表示正序電流的振幅，Iⁿ表示負序電流的振幅。θ ₁表示正序電壓的角度(相位)，θ ₂表示負序電壓的角度，θ _p表示正序電流的角度，θ _n表示負序電流的角度，γ表示零序電壓的角度。以上符號可參考以下方程式(19)~(22)。

第17圖是根據第三實施例繪示控器器的方塊圖。請參照第17圖，在第三實施例中，控制器133包括組成抽取電路310、電流指令產生電路1710、零序電壓產生電路1720、平均值運算電路331、電流調節電路340、個別平衡控制電路840與運算電路350。其中組成抽取電路310、平均值運算電路331、個別平衡控制電路840、電流調節電路340與運算電路350已說明如上，在此不再贅述。此外，電流調節電路340之“同步至靜態轉換”與“α β-abc轉換”均利用方程式(1)的運算法則來實現。

第18圖是根據第三實施例繪示電流指令產生電路的方塊圖。請參照第18圖，當電壓驟降時，開關1811、1812與1821會切換至”0”，此時正序電流會被注入，以符合低電壓穿越(low voltage ride-though：LVRT)規定的需要電流注入(required current injection；RCI)。另外，電流指令產生電路1710會注入感應出的負序電流來減少負序電壓的振幅並且利用整體電流的峰值上限(以下標記為I_max)來控制負序電流的振幅。具體來說，邏輯電路1810會根據負序電流的 相位θ _n、正序電流的相位θ _p、與峰值上限I_max決定負序電流的振幅，可參考以下方程式(23)與(24)，其中θ ₂為負序電壓的相位。

在第三實施例中，電壓平衡控制分為三個層級。第一個層級是整體電壓控制，第二是叢集電壓控制，第三是個別電壓平衡控制。在此，正序電流是用以在靜態同步補償器的操作與整體的電壓控制；感應出的負序電流是用來在LVRT的操作時來平衡電壓；零序電壓注入訊號則是用以在叢集電壓平衡控制上。

當電壓驟降時，不平衡的電壓與電流可能會在轉換器的相位之間產生不平衡的功率。在決定負序電流指令與正序電流指令以後，轉換器依然有零序電壓注入訊號v_OM的自由度來平衡叢集的電壓。因此，轉換器輸出的電壓可乘上對應的電流來給不平衡的電壓，其可分為三種型態。第一個型態是正序電流搭配負序電壓，可參考以下方程式(25)。第二個型態是負序電流搭配正序電壓，可參考上述方程式(16)。第三個型態是零序電壓搭配轉換器輸出的電流，可參考上述方程式(15)。

在第18圖中，當電壓是在正常狀態時，開關1821會切換至”1”，此時邏輯電路820會根據整體無功功率Q_T、正序電壓V_q ^p、V_d ^p與正序電流I_q ^p來產生有功電流指令I_d ^p*。其中無功功率Q_T是用來補償轉換器所損失的功率。具體來說，根據瞬時功率理論，邏輯電路1820可以根據以下方程式(26)來產生有功電流指令I_d ^p*

第19圖是根據第三實施例繪示的零序電壓產生電路的方塊圖。請參照第19圖，邏輯電路1910會計算總體平均值V_dc與平均值V_dcm之間的誤差，並透過相位內插器來計算出每個相位所需要的功率P_ca、P_cb、P_cc。另一方面，邏輯電路1920會根據上述的方程式(25)來計算功率P_pa、P_pb、P_pc；邏輯電路1930會根據上述方程式(15)來計算功率P_na、P_nb、P_nc。接下來，邏輯電路1910會計算出功率P_0a、P_0b、P_0c，而邏輯電路1940可根據以下方程式(27)來計算出零序電壓注入訊號v_OM。

綜上所述，本發明實施例提出的控制器與功率流管理方法，可以用零序電壓訊號來調整功率流，並且會將轉 換器的正、負、零序功率都納入計算，因此電壓平衡與虛功補償的效果較好。此外，在一些實施例中，也具有容錯控制與峰值的效果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電力系統

110‧‧‧功率供應模組

120‧‧‧多階層轉換器模組

131‧‧‧感測器

132‧‧‧類比數位轉換器

133‧‧‧控制器

134‧‧‧調變模組

135‧‧‧驅動電路

141~143‧‧‧相位

L_ac‧‧‧電感

121~123‧‧‧叢集

150‧‧‧中立點

C_a1、C_a2、C_aN‧‧‧電容

v_dca1、v_dca2、v_dcaN‧‧‧電位差

V_a、V_b、V_c‧‧‧電壓

v_saO、v_sbO、v_scO‧‧‧感測電壓訊號

i_a、i_b、i_c‧‧‧感測電流訊號

v_dcmn‧‧‧直流電壓訊號

Claims (14)

1. 一種功率流管理方法，用於一控制器，其中該控制器設置於一電力系統中，該電力系統包括一功率供應模組與一多階層轉換器模組，該功率管理方法包括：獲得該功率供應模組與該多階層轉換器模組之間的多個感測電壓訊號與多個感測電流訊號；根據該些感測電壓訊號與該些感測電流訊號產生多個正序電壓訊號、多個正序電流訊號、多個負序電壓訊號與多個負序電流訊號；根據該些正序電壓訊號、該些正序電流訊號、該些負序電壓訊號與該些負序電流訊號計算出多個前饋功率；獲得來自該多階層轉換器模組的多個直流電壓訊號，並根據該些直流電壓訊號產算出多個平均值與一總體平均值；並根據該些平均值與該總體平均值計算出多個回授功率；根據該些前饋功率與該些回授功率決定一零序電壓注入訊號的多個實功率；以及根據該零序電壓注入訊號的該些實功率、該些正序電流訊號與該些負序電流訊號決定該零序電壓注入訊號的一振幅與一相位；其中該些直流電壓訊號包括在一第一相位上的多個第一直流電壓訊號、在一第二相位上的多個第二直流電壓訊號與在一第三相位上的多個第三直流電壓訊號，並且根據 該些直流電壓訊號計算出該些平均值與該總體平均值的步驟包括：對該些第一直流電壓訊號執行一移動平均濾波運算與一平均運算以取得該些平均值中的一第一平均值；對該些第二直流電壓訊號執行該移動平均濾波運算與該平均運算以取得該些平均值中的一第二平均值；對該些第三直流電壓訊號執行該移動平均濾波運算與該平均運算以取得該些平均值中的一第三平均值；及取得該第一平均值、該第二平均值與該第三平均值的一平均值以作為該總體平均值；其中該些前饋功率包括一第一前饋功率、一第二前饋功率與一第三前饋功率，並且所述根據該些前饋功率與該些回授功率之間決定該零序電壓注入訊號的該些實功率的步驟包括：將一第一回授功率減去該第一前饋功率流以產生一第一功率指令；將一第二回授功率減去該第二前饋功率流以產生一第二功率指令；將一第三回授功率減去該第三前饋功率流以產生一第三功率指令；以及對該第一功率指令、該第二功率指令與該第三功 率指令執行一阿爾發-貝塔轉換以取得該零序電壓注入訊號的該些實功率；其中所述根據該零序電壓注入訊號的該些實功率、該些正序電流訊號與該些負序電流訊號決定該零序電壓注入訊號的一振幅與一相位的決定步驟符合下式： 其中V_OM為該零序電壓注入訊號，γ為該相位，與為該些實功率，I_q ^p、I_d ^p為該些正序電流訊號，I_q ⁿ、I_d ⁿ為該些負序電流訊號。
2. 如請求項1所述之功率流管理方法，其中根據該些平均值與該總體平均值產生該些回授功率的步驟包括：將該總體平均值減去該第一平均值以產生一第一差值，並藉由一第一比例控制器根據該第一差值產生該些回授功率中的該第一回授功率；將該總體平均值減去該第二平均值以產生一第二差值，並藉由一第二比例控制器根據該第二差值產生該些回授功率中的該第二回授功率；以及將該總體平均值減去該第三平均值以產生一第三差 值，並藉由一第三比例控制器根據該第三差值產生該些回授功率中的該第三回授功率。
3. 如請求項2所述之功率流管理方法，更包括：根據該些直流電壓訊號與該些平均值產生多個平衡電壓訊號；根據一實功率指令、一無功功率指令、該總體平均值產生多個正序電流指令與多個負序電流指令；根據該些正序電流指令、該些負序電流指令、該些正序電壓訊號、該些正序電流訊號、該些負序電壓訊號與該些負序電流訊號產生多個參考電壓訊號；以及根據該些參考電壓訊號、該零序電壓注入訊號、與該些平衡電壓訊號產生多個調變參考訊號，其中該些調變參考訊號是用以產生一調變訊號。
4. 如請求項1所述之功率流管理方法，更包括：取得該多階層轉換器模組的一橋元件資訊，其中該橋元件資訊指出該多階層轉換器模組中多個橋元件是否損壞；以及根據該橋元件資訊限制該零序電壓注入訊號的一振幅與一相位。
5. 如請求項4所述之功率流管理方法，其中根據該橋元件資訊限制該零序電壓注入訊號的該振幅與該相位的步 驟包括：計算出多個轉換器輸出電壓；根據該橋元件資訊來選擇該些轉換器輸出電壓的其中之一；以及根據該總體平均值與該些轉換器輸出電壓的該其中之一決定該零序電壓注入訊號的該振幅的一下限與一上限。
6. 如請求項3所述之功率流管理方法，更包括：若一電壓驟降發生，控制該負序電流以減少該負序電壓指令的振幅，並且利用整體電流的一峰值上限來控制該負序電流指令的振幅。
7. 如請求項6所述之功率流管理方法，更包括：根據該負序電壓訊號的相位、該正序電流訊號的相位、與該峰值上限決定該負序電流指令的該振幅。
8. 一種控制器，設置於一電力系統中，該電力系統包括一功率供應模組與一多階層轉換器模組，該控制器包括：一組成抽取電路，用以獲得該功率供應模組與該多階層轉換器模組之間的多個感測電壓訊號與多個感測電流訊號，並且根據該些感測電壓訊號與該些感測電流訊號產生多個正序電壓訊號、多個正序電流訊號、多個負序電壓訊號與多個負序電流訊號；一平均值運算電路，用以獲得來自該多階層轉換器模 組的多個直流電壓訊號，並根據該些直流電壓訊號產算出多個平均值與一總體平均值；以及一零序電壓產生電路，耦接至該組成抽取電路與該平均值運算電路，用以根據該些正序電壓訊號、該些正序電流訊號、該些負序電壓訊號與該些負序電流訊號計算出多個前饋功率，根據該些平均值與該總體平均值計算出多個回授功率，根據該些前饋功率與該些回授功率決定一零序電壓注入訊號的多個實功率，並且根據該零序電壓注入訊號的該些實功率、該些正序電流訊號與該些負序電流訊號決定該零序電壓注入訊號的一振幅與一相位；其中該些直流電壓訊號包括在一第一相位上的多個第一直流電壓訊號、在一第二相位上的多個第二直流電壓訊號與在一第三相位上的多個第三直流電壓訊號，並且該平均值運算電路更用以對該些第一直流電壓訊號執行一移動平均濾波運算與一平均運算以取得該些平均值中的一第一平均值，對該些第二直流電壓訊號執行該移動平均濾波運算與該平均運算以取得該些平均值中的一第二平均值，對該些第三直流電壓訊號執行該移動平均濾波運算與該平均運算以取得該些平均值中的一第三平均值，並且取得該第一平均值、該第二平均值與該第三平均值的一平均值以作為該總體平均值；其中該零序電壓產生電路更包括一零序電壓運算電路，耦接至該回授功率計算電路與該前饋功率計算電路，並且該些前饋功率包括一第一前饋功率、一第二前饋功率 與一第三前饋功率，該零序電壓運算電路用以將該第一回授功率減去該第一前饋功率流以產生一第一功率指令，將該第二回授功率減去該第二前饋功率流以產生一第二功率指令，將該第三回授功率減去該第三前饋功率流以產生一第三功率指令，並且對該第一功率指令、該第二功率指令與該第三功率指令執行一阿爾發-貝塔轉換以取得該零序電壓注入訊號的該些實功率；其中所述根據該零序電壓注入訊號的該些實功率、該些正序電流訊號與該些負序電流訊號決定該零序電壓注入訊號的一振幅與一相位的決定步驟符合下式： 其中V_OM為該零序電壓注入訊號，γ為該相位，與為該些實功率， I _q ^p 、 I _d ^p 為該些正序電流訊號， I _q ⁿ 、 I _d ⁿ 為該些負序電流訊號。
9. 如請求項8所述之控制器，其中該零序電壓產生電路包括一前饋功率計算電路與一回授功率計算電路，該前饋功率計算電路用以產生該些前饋功率，該回授功率計算電路用以將該總體平均值減去該第一平均值以產生一第一 差值，並藉由一第一比例控制器根據該第一差值產生該些回授功率中的該第一回授功率，該回授功率計算電路用以將該總體平均值減去該第二平均值以產生一第二差值，並藉由一第二比例控制器根據該第二差值產生該些回授功率中的該第二回授功率，該回授功率計算電路用以將該總體平均值減去該第三平均值以產生一第三差值，並藉由一第三比例控制器根據該第三差值產生該些回授功率中的該第三回授功率。
10. 如請求項8所述之控制器，更包括：一個別平衡控制電路，耦接至該平均值運算電路，用以根據該些直流電壓訊號與該些平均值產生多個平衡電壓訊號；一電流指令產生電路，耦接至該平均值運算電路，用以根據一實功率指令、一無功功率指令、該總體平均值產生多個正序電流指令與多個負序電流指令；一電流調節電路，耦接至該組成抽取電路與電流指令產生電路，用以根據該些正序電流指令、該些負序電流指令、該些正序電壓訊號、該些正序電流訊號、該些負序電壓訊號與該些負序電流訊號產生多個參考電壓訊號；以及一運算電路，耦接至該電流調節電路、該零序電壓產生電路與該個別平衡控制電路，用以根據該些參考電壓訊號、該零序電壓注入訊號、與該些平衡電壓訊號產生多個調變參考訊號，其中該些調變參考訊號是用以產生一調變 訊號。
11. 如請求項8所述之控制器，其中該零序電壓產生電路更用以取得該多階層轉換器模組的一橋元件資訊，其中該橋元件資訊指出該多階層轉換器模組中多個橋元件是否損壞，該零序電壓產生電路更用以根據該橋元件資訊限制該零序電壓注入訊號的一振幅與一相位。
12. 如請求項11所述之控制器，其中該零序電壓產生電路更用以計算出多個轉換器輸出電壓，根據該橋元件資訊選擇該些轉換器輸出電壓的其中之一，並根據該總體平均值與該些轉換器輸出電壓的該其中之一決定該零序電壓注入訊號的該振幅的一下限與一上限。
13. 如請求項10所述之控制器，其中若一電壓驟降發生，該電流指令產生電路更用以減少該負序電壓指令的振幅，並且利用整體電流的一峰值上限來控制該負序電流指令的振幅。
14. 如請求項13所述之控制器，其中該電流指令產生電路更用以根據該負序電壓訊號的相位、該正序電流訊號的相位、與該峰值上限決定該負序電流指令的該振幅。