TWI535174B - 逆變裝置及其控制方法 - Google Patents

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TWI535174B TW104105091A TW104105091A TWI535174B TW I535174 B TWI535174 B TW I535174B TW 104105091 A TW104105091 A TW 104105091A TW 104105091 A TW104105091 A TW 104105091A TW I535174 B TWI535174 B TW I535174B
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游俊豪
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Description

逆變裝置及其控制方法
本發明是有關於一種電源轉換技術，且特別是有關於一種逆變裝置及其控制方法。
一般用於光伏並網系統的逆變裝置中，會在逆變裝置的後端設置一個電磁干擾(EMI)濾波電路與電網連接，所以光伏並網系統利用直流轉交流的逆變裝置將光伏組件的直流電源轉換為交流電源後，會輸出交流電流至EMI濾波電路以進行濾波後提供給電網。
所述EMI濾波電路通常會設置有一安規電容(即，X電容)來進行濾波。然而，此安規電容雖可濾除高頻的電磁干擾，但同時也可能造成逆變裝置所輸出的交流電流其中有部分被安規電容所消耗(即，安規電容的虛部電流)，從而造成電網所接收到的交流電流與逆變裝置所輸出的交流電流的振幅/相位不匹配，導致逆變裝置的功率因數降低。
本發明提供一種逆變裝置及其控制方法，其可補償安規電容所造成的電流損耗(虛功)，從而提高逆變裝置的功率因數。
本發明的逆變裝置包括逆變電路、電容以及控制電路。逆變電路接收直流輸入電源，用以將直流輸入電源轉換為交流輸出電源，其中交流輸出電源的交流輸出電流預設為預設輸出電流。電容並接於逆變電路的輸出端。控制電路耦接逆變電路，用以控制逆變電路的電源轉換。控制電路將相位超前於預設輸出電流的預設電容補償電流疊加至預設輸出電流，藉以控制逆變電路調整交流輸出電流，並且將調整後的交流輸出電流提供給電網。
在本發明一實施例中，預設電容補償電流係依據逆變電路的工作頻率與電容的電容值所決定。
在本發明一實施例中，預設電容補償電流的相位實質上超前預設輸出電流90度，並且與流經電容的電流實質上具有相同的振幅。
在本發明一實施例中，電網所接收到的交流輸出電流實質上等同於預設輸出電流。
在本發明一實施例中，控制電路包括第一訊號產生器、第二訊號產生器、加法器以及控制器。第一訊號產生器用以儲存對應於預設輸出電流的相位特性的第一查找表，並且依據第一查找表產生指示預設輸出電流的第一電流訊號。第二訊號產生器用以儲存對應於預設電容補償電流的相位特性的第二查找表與指示 預設電容補償電流的振幅強度的電流命令，並且依據第二查找表與電流命令產生指示預設電容補償電流的第二電流訊號。加法器接收第一電流訊號與第二電流訊號，藉以產生指示預設輸出電流與預設電容補償電流之疊加的參考電流。控制器耦接加法器與逆變電路，並且取樣交流輸出電流。控制器比較交流輸出電流與參考電流，以產生相應的控制訊號來控制逆變電路的開關責任周期，藉以將交流輸出電流的波形調整為參考電流的波形。
本發明的逆變裝置的控制方法包括以下步驟：接收直流輸入電源；將直流輸入電源轉換為交流輸出電源，其中交流輸出電源的交流輸出電流預設為預設輸出電流；將調整後的交流輸出電流提供給電網。
在本發明一實施例中，藉控制電路將相位超前於預設輸出電流的預設電容補償電流疊加至預設輸出電流，藉以控制逆變電路調整交流輸出電流的步驟包括：依據第一查找表產生指示預設輸出電流的第一電流訊號，其中第一查找表指示預設輸出電流的相位特性；依據第二查找表與電流命令產生指示預設電容補償電流的第二電流訊號，其中第二查找表指示預設電容補償電流的相位特性並且電流命令指示預設電容補償電流的振幅強度；以及依據第一電流訊號與第二電流訊號產生指示預設輸出電流與預設電容補償電流之疊加的參考電流。
在本發明一實施例中，藉控制電路將相位超前於預設輸出電流的預設電容補償電流疊加至預設輸出電流，藉以控制逆變 電路調整交流輸出電流的步驟更包括：比較交流輸出電流與參考電流，據以產生控制訊號；以及以控制訊號控制逆變電路的開關責任週期，藉以控制逆變電路將交流輸出電流的波形調整為參考電流的波形。
基於上述，本發明實施例提出一種逆變裝置及其控制方法。所述逆變裝置可藉由提供包含有預設輸出電流成分與預設電容補償電流成分的交流輸出電流給後端的電網，其中預設電容補償電流可用來補償安規電容的虛部電流，使得電網實際接收到的交流輸出電流可實質上等同於預設輸出電流，進而提高逆變電路的功率因數。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧逆變裝置
110‧‧‧逆變電路
120‧‧‧電容
130‧‧‧控制電路
132、134‧‧‧訊號產生器
136‧‧‧加法器
138‧‧‧控制器
ACout‧‧‧交流輸出電源
C‧‧‧控制訊號
DCin‧‧‧直流輸入電源
CF‧‧‧電流命令
EG‧‧‧電網
Iin‧‧‧直流輸入電流
Icx‧‧‧虛部電流
Icx’‧‧‧預設電容補償電流
Io’‧‧‧交流輸出電流
Io‧‧‧預設輸出電流
IREF‧‧‧參考電流
LT1、LT2‧‧‧查找表
Si1、Si2‧‧‧電流訊號
S210~S240、S231~S234‧‧‧步驟
VAC‧‧‧交流輸出電壓
Vin‧‧‧直流輸入電壓
圖1為本發明一實施例的逆變裝置的示意圖。
圖2為本發明一實施例的交流輸出電流的電流波形圖。
圖3為本發明一實施例的控制電路的示意圖。
圖4為本發明一實施例的逆變裝置的控制方法的步驟流程圖。
圖5為本發明另一實施例的逆變裝置的控制方法的步驟流程圖。
為了使本揭露之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例做為本揭露確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟，係代表相同或類似部件。
圖1為本發明一實施例的逆變裝置的示意圖。請參照圖1，本實施例的逆變裝置100可應用於光伏並網系統(未繪示)中。逆變裝置100可從前端的光伏組件(photovoltaic module，未繪示)接收直流輸入電源DCin(包括直流輸入電壓Vin與直流輸入電流Iin)，並且將所接收的直流輸入電源DCin轉換為交流輸出電源ACout(包括交流輸出電壓VAC與交流輸出電流Io’)給後端的電網EG。
具體而言，逆變裝置100包括逆變電路110、電容120以及控制電路130。逆變電路110接收直流輸入電源DCin，並且用以將直流輸入電源DCin轉換為交流輸出電源ACout。其中，所述逆變電路110的電路組態可例如為半橋非對稱式、半橋對稱式、全橋式或其他可行的逆變電路組態，本發明不對此加以限制。另外，本實施例之電容120可為一安規電容(例如：X電容)或其他類型之電容。
電容120並接於逆變裝置100的輸出端，其可作為高頻放電路徑，藉以濾除交流輸出電源ACout中可能存在的雜訊。控制電路130耦接逆變電路110，用以控制逆變電路110的電源轉 換，所述控制訊號C可例如為用以控制逆變電路110的切換週期的一脈寬調變訊號(PWM signal)，但本發明不以此為限。
詳細而言，在逆變電路110進行電源轉換的期間，控制電路130會產生控制訊號C來控制逆變電路110的開關責任週期，藉以控制逆變電路110所產生交流輸出電源ACout中的交流輸出電流Io’的大小。在本實施例中，控制電路130會藉由調變控制訊號C來將相位超前於預設輸出電流Io的預設電容補償電流Icx’疊加至預設輸出電流Io上，藉以控制逆變電路110調整交流輸出電流Io’，並且將調整後的交流輸出電流Io’提供給後端的電網EG。其中，調整後的交流輸出電流Io’可以下式表示：Io’=Io+Icx’ (1)
在本實施例中，疊加至預設輸出電流Io的預設電容補償電流Icx’的大小是依據逆變電路110的工作頻率與電容120的電容值所決定。換言之，設計者可預先地依據逆變電路110的工作頻率與電容120的電容值計算出流經電容120的虛部電流Icx的振幅，再依據所述虛部電流Icx設定對應的控制訊號C，藉以疊加對應於虛部電流Icx的預設電容補償電流Icx’至逆變電路110的預設輸出電流Io上。
更具體地說，預設輸出電流Io與預設電容補償電流Icx’的波形可如圖2所示。其中，預設輸出電流Io與預設電容補償電流Icx’分別具有弦波形式。此外，所計算出的預設電容補償電流Icx’會設計為與流經電容120的虛部電流Icx具有相同相位與振 幅。換言之，預設電容補償電流Icx’的相位實質上會超前預設輸出電流Io約90度。
藉由提供包含有預設輸出電流Io成分與預設電容補償電流Icx’成分的交流輸出電流Io’，其中預設電容補償電流Icx’可用來補償電容120的虛部電流Icx，使得電網EG實際接收到的交流輸出電流Io’可實質上等同於預設輸出電流Io，進而提高逆變電路110的功率因數。其中，電網EG實際接收到的交流輸出電流Io’可以下式表示：Io’=Io+Icx’-Icx (2)
為了更具體地說明控制電路130如何控制逆變電路110產生包含有預設輸出電流Io成分與預設電容補償電流Icx’成分的交流輸出電流Io’，底下以圖3來說明控制電路130的具體實施範例。其中，圖3為本發明一實施例的控制電路的示意圖。
請參照圖3，在本實施例中，控制電路130包括訊號產生器132與134、加法器136以及控制器138。訊號產生器132用以儲存對應於預設輸出電流Io的相位特性的查找表LT1，並且訊號產生器134用以儲存對應於預設電容補償電流Icx’的相位特性的查找表LT2與電流命令CF。其中，所述查找表LT1可例如包含預設輸出電流Io在不同時間點下的電流大小資訊，而所述查找表LT2可例如包含預設電容補償電流Icx’在不同時間點下的單位電流大小資訊。而所述電流命令CF是指示預設電容補償電流Icx’的振幅強度，其可依據逆變電路110的工作頻率與電容120的電容值來 設定。
在本實施例中，訊號產生器132會依據查找表LT1產生指示預設輸出電流Io的電流訊號Si1，並且訊號產生器134會依據查找表LT2與電流命令CF產生指示預設電容補償電流Icx’的電流訊號Si2。
加法器136耦接訊號產生器132與134，用以接收訊號產生器132與134所產生的電流訊號Si1與Si2，藉以將預設輸出電流Io與預設電容補償電流Icx’疊加在一起，並產生指示預設輸出電流Io與預設電容補償電流Icx’之疊加的參考電流IREF。
控制器138耦接加法器136與逆變電路110的輸出端，以接收參考電流IREF並且取樣交流輸出電流Io’。其中，控制器138會比較交流輸出電流Io’與參考電流IREF，以產生相應的控制訊號C來控制逆變電路110的開關責任周期，藉以將交流輸出電流Io’的波形調整為參考電流IREF的波形。
圖4為本發明一實施例的逆變裝置的控制方法的步驟流程圖。所述控制方法可應用於如圖1或圖3所繪示的逆變裝置100與控制電路130(但不僅限於此)。所述控制方法包括以下步驟：首先，逆變電路110會接收直流輸入電源DCin(步驟S210)；藉逆變電路110將直流輸入電源DCin轉換為交流輸出電源ACout，其中交流輸出電源ACout中的交流輸出電流Io’預設為預設輸出電流Io(步驟S220)；在逆變電路110運作的過程中，控制電路130會將相位超前於預設輸出電流Io的預設電容補償電流Icx’疊加至 預設輸出電流Io上，藉以控制逆變電路110調整交流輸出電流Io’(步驟S230)；以及將調整後的交流輸出電流Io’提供給後端的電網(步驟S240)。
更具體地說，請參照圖5，在本實施例的控制逆變電路110調整交流輸出電流Io’的動作中(步驟S230)，其具體控制步驟流程如下：依據第一查找表(如LT1)產生指示預設輸出電流Io的電流訊號Si1(步驟S231)；依據第二查找表(如LT2)與電流命令CF產生指示預設電容補償電流Icx’的第二電流訊號Si2(步驟S232)；依據第一電流訊號Si1與第二電流訊號Si2產生指示預設輸出電流Io與預設電容補償電流Icx’之疊加的參考電流IREF(步驟S233)；比較交流輸出電流Io’與參考電流IREF，據以產生控制訊號C(步驟S234)；以及以控制訊號C控制逆變電路(如110)的開關責任週期，藉以控制逆變電路將交流輸出電流Io’的波形調整為參考電流IREF的波形(步驟S235)。
其中，圖4與圖5實施例所述之控制方法可根據前述圖1至圖3的說明而獲得充足的支持與教示，故相似或重複之處於此不再贅述。
綜上所述，本發明實施例提出一種逆變裝置及其控制方法。所述逆變裝置可藉由提供包含有預設輸出電流成分與預設電容補償電流成分的交流輸出電流給後端的電網，其中預設電容補償電流可用來補償安規電容的虛部電流，使得電網實際接收到的交流輸出電流可實質上等同於預設輸出電流，進而提高逆變電路 的功率因數。
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‧‧‧逆變裝置
110‧‧‧逆變電路
120‧‧‧電容
130‧‧‧控制電路
ACout‧‧‧交流輸出電源
C‧‧‧控制訊號
DCin‧‧‧直流輸入電源
EG‧‧‧電網
Iin‧‧‧直流輸入電流
Icx‧‧‧虛部電流
Icx’‧‧‧預設電容補償電流
Io’‧‧‧交流輸出電流
Io‧‧‧預設輸出電流
Vin‧‧‧直流輸入電壓
VAC‧‧‧交流輸出電壓

Claims (9)

  1. 一種逆變裝置，包括：一逆變電路，接收一直流輸入電源，用以將該直流輸入電源轉換為一交流輸出電源，其中該交流輸出電源的交流輸出電流預設為一預設輸出電流；一電容，並接於該逆變電路的輸出端；以及一控制電路，耦接該逆變電路，用以控制該逆變電路的電源轉換，其中該控制電路將一相位超前於該預設輸出電流的預設電容補償電流疊加至該預設輸出電流，藉以控制該逆變電路調整該交流輸出電流，並且將調整後的交流輸出電流提供給一電網，其中該控制電路包括：一第一訊號產生器，用以儲存對應於該預設輸出電流的相位特性的一第一查找表，並且依據該第一查找表產生指示該預設輸出電流的一第一電流訊號；一第二訊號產生器，用以儲存對應於該預設電容補償電流的相位特性的一第二查找表與指示該預設電容補償電流的振幅強度的一電流命令，並且依據該第二查找表與該電流命令產生指示該預設電容補償電流的一第二電流訊號；一加法器，接收該第一電流訊號與該第二電流訊號，藉以產生指示該預設輸出電流與該預設電容補償電流之疊加的一參考電流；以及一控制器，耦接該加法器與該逆變電路，並且取樣該交流 輸出電流，其中該控制器比較該交流輸出電流與該參考電流，以產生一相應的控制訊號來控制該逆變電路的一開關責任周期，藉以將該交流輸出電流的波形調整為該參考電流的波形。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的逆變裝置，其中該預設電容補償電流係依據該逆變電路的工作頻率與該電容的電容值所決定。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的逆變裝置，其中該預設電容補償電流的相位實質上超前該預設輸出電流90度，並且與流經該電容的電流實質上具有相同的振幅。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的逆變裝置，其中該電網所接收到的交流輸出電流實質上等同於該預設輸出電流。
  5. 一種逆變裝置的控制方法，其中該逆變裝置包括一逆變電路、一電容以及一控制電路，該控制方法包括：接收一直流輸入電源；將該直流輸入電源轉換為一交流輸出電源，其中該交流輸出電源的交流輸出電流預設為一預設輸出電流；藉該控制電路將一相位超前於該預設輸出電流的預設電容補償電流疊加至該預設輸出電流，藉以控制該逆變電路調整該交流輸出電流；以及將調整後的交流輸出電流提供給一電網，其中藉該控制電路將該相位超前於該預設輸出電流的預設電容補償電流疊加至該預設輸出電流，藉以控制該逆變電路調整該 交流輸出電流的步驟包括：依據一第一查找表產生指示該預設輸出電流的一第一電流訊號，其中該第一查找表指示該預設輸出電流的相位特性；依據一第二查找表與一電流命令產生指示該預設電容補償電流的一第二電流訊號，其中該第二查找表指示該預設電容補償電流的相位特性並且該電流命令指示該預設電容補償電流的振幅強度；以及依據該第一電流訊號與該第二電流訊號產生指示該預設輸出電流與該預設電容補償電流之疊加的一參考電流。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的逆變裝置的控制方法，其中該預設電容補償電流係依據該逆變電路的工作頻率與該電容的電容值所決定。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的逆變裝置的控制方法，其中該預設電容補償電流的相位實質上超前該預設輸出電流90度，並且與流經該電容的電流實質上具有相同的振幅。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的逆變裝置的控制方法，其中該電網所接收到的交流輸出電流實質上等同於該預設輸出電流。
  9. 如申請專利範圍第5項所數的逆變裝置的控制方法，其中藉該控制電路將該相位超前於該預設輸出電流的預設電容補償電流疊加至該預設輸出電流，藉以控制該逆變電路調整該交流輸出電流的步驟更包括：比較該交流輸出電流與該參考電流，據以依據該參考電流產 生一控制訊號；以及以該控制訊號控制該逆變電路的一開關責任週期，藉以控制該逆變電路將該交流輸出電流的波形調整為該參考電流的波形。
TW104105091A 2014-02-26 2015-02-13 逆變裝置及其控制方法 TWI535174B (zh)

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