TWI668458B - 狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置與方法 - Google Patents

狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置與方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI668458B
TWI668458B TW107120411A TW107120411A TWI668458B TW I668458 B TWI668458 B TW I668458B TW 107120411 A TW107120411 A TW 107120411A TW 107120411 A TW107120411 A TW 107120411A TW I668458 B TWI668458 B TW I668458B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
filter capacitor
phase
current
voltage
state variable
Prior art date
Application number
TW107120411A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202001268A (zh
Inventor
楊宗振
小西義弘
謝旼儒
黃淑萱
Original Assignee
財團法人工業技術研究院
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 財團法人工業技術研究院 filed Critical 財團法人工業技術研究院
Priority to TW107120411A priority Critical patent/TWI668458B/zh
Priority to CN201811131473.XA priority patent/CN110601515B/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI668458B publication Critical patent/TWI668458B/zh
Publication of TW202001268A publication Critical patent/TW202001268A/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
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters

Abstract

一種狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制方法，包含：接收當前取樣時間下，該三相直交流轉換器的一直流鏈電壓；接收該當前取樣時間下，該三相直交流轉換器的一第一相濾波電容電壓實際值、一第二相濾波電容電壓實際值、以及一第三相濾波電容電壓實際值；以及藉由一狀態觀察器，輸出濾波電容電流狀態變量，該濾波電容電流狀態變量係下一取樣時間的一電流預測值，且該濾波電容電流狀態變量係無漣波之一平均電流值。

Description

狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流 無感測器控制裝置與方法
本案係關於一種狀態觀察器用於三相直交流轉換器(3-phase DC-AC inverter)之濾波電容電流無感測器控制裝置與方法。
目前有多種直交流轉換器(DC-AC inverter)之控制方式，在這些控制方式當中，被控制的電流型態主要有交流濾波電感電流、交流濾波電容電流、或負載電流。
針對三相直交流轉換器系統，採用交流濾波電感電流控制或採用交流濾波電容電流控制方式的整體比較如下(兩者皆有使用感測器)。在交流濾波電感電流感測控制之下，總諧波失真(total harmonic distortion)補償較差；系統動態響應較慢；線性負載控制性能優；非線性負載控制性能較差；至少需要兩個相電流偵測元件；電流偵測元件需採用高頻寬元件(成本高)。在交流濾波電容電流感測控制之下，總諧波失真補償較佳；系統動態響應較快；線性負載控 制性能優；非線性負載控制性能較佳；至少需要兩個相電流偵測元件；電流偵測元件可採用低頻寬元件(成本低)。
常見交流濾波電容電流的偵測方式包含：直接偵測以及間接偵測等方法。直接偵測交流濾波電容電流係使用硬體偵測電路，交流濾波電容電流的量值由濾波電容的阻抗值來決定，濾波電容的阻抗通常較小，故交流濾波電容電流的量值也小，因此可以使用較便宜的偵測元件。然而，交流濾波電容電流具有漣波成分，若要取得較佳的訊號，則必須加上濾波電路，但是濾波電路會有訊號延遲的問題。
另外，間接偵測交流濾波電容電流有兩種方法，一種為先以硬體電路偵測交流電感電流與負載電流，而兩者之間的差值即為交流濾波電容電流，此方法需要兩個頻寬高的偵測元件，故成本較高，仍然有訊號延遲的問題。
在三相轉換器的種類中，強制風冷型(forced-air-cooled)轉換器的切換頻率約為5kHz~10kHz，例如：不斷電系統，其控制指令效率高且控制響應快。相較地，高功率的自然冷卻型轉換器的切換頻率約為1kHz~3kHz，例如：軌道車電源，其切換頻率較低，其控制指令效率較低且控制響應較慢。因此，針對高功率的自然冷卻型轉換器，能源效率的改善方式成為技術關鍵，並且需要進一步提升控制器效能。
本揭露之一實施例提供一種狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制方法，包含：接收當前取樣時間下，該三相直交流轉換器的一直流鏈電壓；接收該當前取樣時間下，該三相直交流轉換器的一第一相濾波電容電壓實際值、一第二相濾波電容電壓實際值、以及一第三相濾波電容電壓實際值；以及藉由一狀態觀察器，輸出濾波電容電流狀態變量，該濾波電容電流狀態變量係下一取樣時間的一電流預測值，且該濾波電容電流狀態變量係無漣波之一平均電流值。
本揭露之一實施例提供一種狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，包含：一晶片，該晶片包含一狀態觀察器，該狀態觀察器用以擷取當前取樣時間下，該三相直交流轉換器的一直流鏈電壓、一第一相濾波電容電壓實際值、一第二相濾波電容電壓實際值、以及一第三相濾波電容電壓實際值，藉由該狀態觀察器，用以輸出下一取樣時間的濾波電容電流狀態變量，該濾波電容電流狀態變量係無漣波的一平均電流值且為電流預測值。
D 1 ~D 6 ‧‧‧寄生二極體
C dc1、C dc2‧‧‧直流電容
L f 、L fa 、L fb 、L fc ‧‧‧濾波電感
C f 、C fa 、C fb 、C fc ‧‧‧濾波電容
E d ‧‧‧直流鏈電壓
v Ia‧‧‧a相交流電壓
v Ib‧‧‧b相交流電壓
v Ic‧‧‧c相交流電壓
i Ia‧‧‧a相交流電流
i Ib‧‧‧b相交流電流
i Ic‧‧‧c相交流電流
v Lfa ‧‧‧a相濾波電感電壓
v Lfb ‧‧‧b相濾波電感電壓
v Lfc ‧‧‧c相濾波電感電壓
i Ca ‧‧‧a相交流濾波電容電流
i Cb ‧‧‧b相交流濾波電容電流
i Cc ‧‧‧c相交流濾波電容電流
v Ca ‧‧‧a相交流濾波電容電壓
v Cb ‧‧‧b相交流濾波電容電壓
v Cc ‧‧‧c相交流濾波電容電壓
i La ‧‧‧a相負載電流
i Lb ‧‧‧b相負載電流
i Lc ‧‧‧c相負載電流
v n ‧‧‧電容中性點電壓
u a‧‧‧a相調變因子
v Da ‧‧‧a相擾動電壓
ω f ‧‧‧濾波角頻率
T‧‧‧取樣週期
Q 1 ~Q 6 ‧‧‧開關元件
20‧‧‧狀態觀測器控制方塊
21‧‧‧控制方塊
22、24‧‧‧加法器
23‧‧‧減法器
u(k)‧‧‧系統調變因數
x(k)、x(k+1)‧‧‧離散值
u a(k)‧‧‧a相調變因子
K‧‧‧增益矩陣
u b (k)‧‧‧b相調變因子
u c (k)‧‧‧c相調變因子
v Iab ‧‧‧ab線交流電壓
u ab‧‧‧ab線調變因子
v Cab ‧‧‧ab線交流濾波電容電壓
i Iab‧‧‧ab線交流電流
i Lab ‧‧‧ab線負載電流
i Cab ‧‧‧ab線交流濾波電容電流
u ab(k)‧‧‧ab線調變因子
u bc(k)‧‧‧bc線調變因子
u ca (k)‧‧‧ca線調變因子
ACR‧‧‧電流控制器
AVR‧‧‧電壓控制器
i Id ‧‧‧D軸交流電流
i Iq ‧‧‧Q軸交流電流
v Id ‧‧‧D軸交流電壓
v Iq ‧‧‧Q軸交流電壓
v Cd ‧‧‧D軸交流濾波電容電壓
v Cq ‧‧‧Q軸交流濾波電容電壓
i Cd ‧‧‧D軸交流濾波電容電流
i Cq ‧‧‧Q軸交流濾波電容電流
i Cdx ‧‧‧D軸交流濾波電容電流
i Cqx ‧‧‧Q軸交流濾波電容電流
v Dd ‧‧‧D軸擾動電壓
v Dq ‧‧‧Q軸擾動電壓
i Ld ‧‧‧D軸負載電流
i Lq ‧‧‧Q軸負載電流
v Ddx ‧‧‧D軸擾動電壓
v Dqx ‧‧‧Q軸擾動電壓
u d ‧‧‧D軸調變因子
u q ‧‧‧Q軸調變因子
u d (k)‧‧‧D軸調變因子
u q (k)‧‧‧Q軸調變因子
A d 、B d 、C d ‧‧‧係數矩陣
25‧‧‧Z-1方塊
、‧‧‧狀態變量
v C (k)‧‧‧濾波電容電壓實際值
‧‧‧濾波電容電壓狀態變量
26‧‧‧B d 係數矩陣方塊
27‧‧‧A d 係數矩陣方塊
28‧‧‧C d 係數矩陣方塊
29‧‧‧K增益矩陣方塊
31‧‧‧狀態觀察器
32、33‧‧‧減法器
34‧‧‧加法器
35‧‧‧除法器
41‧‧‧狀態觀察器
42、43‧‧‧減法器
45‧‧‧加法器
46‧‧‧除法器
51‧‧‧狀態觀察器
52、53‧‧‧減法器
55‧‧‧除法器
54‧‧‧加法器
61~63‧‧‧步驟
71‧‧‧交流濾波電容電壓預測值
72‧‧‧交流濾波電容電壓實際值
73‧‧‧交流濾波電容電流實際值
74‧‧‧交流濾波電容電流預測值
75‧‧‧交流濾波電容電壓預測值
76‧‧‧交流濾波電容電壓實際值
77‧‧‧交流濾波電容電流實際值
78‧‧‧交流濾波電容電流預測值
81‧‧‧交流濾波電容電壓預測值
82‧‧‧交流濾波電容電壓實際值
83‧‧‧交流濾波電容電流實際值
84‧‧‧交流濾波電容電流預測值
K 1、K 2、K 3‧‧‧增益元素
v Ca (k)、v Ca (k+1)‧‧‧a相濾波電容電壓實際值
v Cb (k)、v Cb (k+1)‧‧‧b相濾波電容電壓實際值
v Cc (k)、v Cc (k+1)‧‧‧c相濾波電容電壓實際值
i Ca (k)、i Ca (k+1)‧‧‧a相濾波電容電流實際值
v Da (k)、v Da (k+1)‧‧‧a相擾動電壓實際值
v Cab (k+1)、v Cab (k)‧‧‧ab線濾波電容電壓實際值
v Cbc (k)‧‧‧bc線濾波電容電壓實際值
v Cca (k)‧‧‧ca線濾波電容電壓實際值
i Cab (k+1)、i Cab (k)‧‧‧ab線濾波電容電流實際值
v Dab (k+1)、v Dab (k)‧‧‧ab線擾動電壓實際值
v Cd (k+1)、v Cd (k)‧‧‧D軸濾波電容電壓實際值
i Cd (k+1)、i Cd (k)‧‧‧D軸濾波電容電流實際值
v Dd (k+1)、v Dd (k)‧‧‧D軸擾動電壓實際值
v Cq (k)‧‧‧Q軸濾波電容電壓實際值
v C *‧‧‧濾波電容電壓參考命令值
、‧‧‧a相濾波電容電壓狀態變量
、‧‧‧b相濾波電容電壓狀態變量
、‧‧‧c相濾波電容電壓狀態變量
、‧‧‧ab線濾波電容電壓狀態變量
、‧‧‧bc線濾波電容電壓狀態變量
、‧‧‧ca線濾波電容電壓狀態變量
、‧‧‧D軸濾波電容電壓狀態變量
、‧‧‧Q軸濾波電容電壓狀態變量
、‧‧‧a相濾波電容電流狀態變量
、‧‧‧b相濾波電容電流狀態變量
、‧‧‧c相濾波電容電流狀態變量
、‧‧‧ab線濾波電容電流狀態變量
、‧‧‧bc線濾波電容電流狀態變量
、‧‧‧ca線濾波電容電流狀態變量
、‧‧‧D軸濾波電容電流狀態變量
、‧‧‧Q軸濾波電容電流狀態變量
i C *‧‧‧濾波電容電流參考命令值
、‧‧‧a相擾動電壓狀態變量
、‧‧‧b相擾動電壓狀態變量
、‧‧‧c相擾動電壓狀態變量
、‧‧‧ab線擾動電壓狀態變量
、‧‧‧bc線擾動電壓狀態變量
、‧‧‧ca線擾動電壓狀態變量
、‧‧‧D軸擾動電壓狀態變量
、‧‧‧Q軸擾動電壓狀態變量
‧‧‧前饋電壓狀態變量
v control *‧‧‧電壓控制值
v pwm_cmd ‧‧‧脈波寬度調變比較值
v Db ‧‧‧b相擾動電壓
v Dc ‧‧‧c相擾動電壓
圖1係根據一些實施例說明三相直交流轉換器的電路圖。
圖2係根據一些實施例說明狀態觀測器控制方塊。
圖3係根據一些實施例說明離網模式之控制流程圖(相元素)。
圖4係根據一些實施例說明離網模式之控制流程圖(線元素)。
圖5係根據一些實施例說明離網模式之控制流程圖(D-Q軸元素)。
圖6係根據一些實施例說明利用狀態觀察器之濾波電容電流無感測器控制方法之流程圖。
圖7為根據一些實施例說明相元素狀態觀察器之交流濾波電容電壓的波形圖。
圖8為根據一些實施例說明相元素狀態觀察器之交流濾波電容電流的波形圖。
圖9為根據一些實施例說明線元素狀態觀察器之交流濾波電容電壓的波形圖。
圖10為根據一些實施例說明線元素狀態觀察器之交流濾波電容電流的波形圖。
圖11為根據一些實施例說明D-Q軸元素狀態觀察器之交流濾波電容電壓的波形圖。
圖12為根據一些實施例說明D-Q軸元素狀態觀察器之交流濾波電容電流的波形圖。
本案提出交流濾波電容電流控制裝置與方法， 並且屬於間接偵測方式，採用無感測器之狀態觀察器，該狀態觀察器應用於三相直交流轉換器(3-phase DC-AC inverter)系統，控制元素可分為相元素控制、線元素控制及D-Q軸元素控制。本案透過電路原理分析求得交流濾波電容電壓、交流濾波電容電流與擾動電壓之時域狀態方程式，再藉由時域變換離散函數方式，求得交流濾波電容電壓、交流濾波電容電流與擾動電壓之離散方程式，有助於數位控制之實現。本案控制為預測型演算法，可求得下一個取樣時間之預測值，減少取樣時間誤差，使整體系統性能提升。本案所提出之裝置與方法只需偵測當前取樣時間的交流濾波電容電壓與直流鏈電壓，便可利用狀態觀察器，取得下一個取樣時間的交流濾波電容電壓、交流濾波電容電流與擾動電壓之預測值，並依相元素、線元素、及D-Q軸元素進行變換輸入參數後即可通用。另外，交流濾波電容電流之預測值為平均電流且無漣波，並且不需要硬體感測器便可偵測交流濾波電容電流，能降低元件數量與花費成本。
三相直流轉交流轉換器系統與單相直流轉交流轉換器系統兩者的比較之下：單相系統的功率等級需求較低；控制相數為單相；參數較少，其控制難易度較低；不需要相序控制；可以供應單相負載，例如：風扇或照明系統。三相系統的功率等級需求較高；控制相數為三相；參數較多，其控制難易度較困難；相差各120度，故需要相序控 制；可以支援單相負載或供應三相負載，例如：冷凍空調、馬達負載、或同時供應軌道車用冷凍空調機組、電器照明設備、與排風扇。本案實施例係提升三相直流轉交流轉換器系統之效能及降低電路成本。
針對三相直交流轉換器系統，採用有感測元件之濾波電容電流控制方式或無感測元件之濾波電容電流控制方式的整體比較如下(相同控制方式，後者未使用感測器)。有感測元件之濾波電容電流控制的訊號具漣波成分，需額外硬體電路取得平均電流值；有硬體濾波電路延遲現象；訊號處理控制至少落後一個取樣週期；需要兩個相電流偵測元件。無感測元件之濾波電容電流控制的訊號無漣波成分且可取得平均電流值；無硬體濾波電路延遲現象；訊號處理控制可預測控制；不需要相電流偵測元件。
圖1係根據一些實施例說明三相直交流轉換器100的電路圖。三相直交流轉換器100包含六個開關元件Q1~Q6、兩個電容Cdc1、Cdc2、三個濾波電感L fa 、L fb 、L fc (三者數值相等，亦等同後續濾波電感L f ，故L f =L fa =L fb =L fc )以及三個濾波電容C fa 、C fb 、C fc (三者數值相等，亦等同後續濾波電容C f ，故C f =C fa =C fb =C fc )寄生二極體D1~D6搭配開關元件Q1~Q6。每兩個開關元件即組成一個獨立相位，開關元件Q1、Q2組成a相位，開關元件Q3、Q4組成b相位，開關元件Q5、Q6組成c相位。直流鏈電容由兩個電容Cdc1、Cdc2串聯 組成。三個濾波電感L fa 、L fb 、L fc 以及三個濾波電容C fa 、C fb 、C fc 組成濾波電路，三個濾波電感L fa 、L fb 、L fc 分別連接a、b、c相位，三個濾波電容C fa 、C fb 、C fc 再分別連接三個濾波電感L fa 、L fb 、L fc 。舉a相位為例，濾波電感L fa 之一端連接於開關元件Q1、Q2之間，濾波電感L fa 之另一端連接一濾波電容C fa ，b、c相位之濾波電感L fb 、L fc 與濾波電容C fb 、C fc 的連接方式以此類推。另外，E d 為直流鏈電壓，係端點12、13的跨壓(voltage-drop across ends 12 and 13)，等同直流鏈電容的跨壓。v Ia係三相直交流轉換器100的a相交流電壓(開關元件Q1、Q2之間的節點電壓)；v Ib係b相交流電壓(開關元件Q3、Q4之間的節點電壓)；v Ic係c相交流電壓(開關元件Q5、Q6之間的節點電壓)。i Ia係三相直交流轉換器100的a相交流電流；i Ib係b相交流電流；i Ic係c相交流電流。v Ca 係a相交流濾波電容電壓(a相濾波電容C fa 的跨壓)；v Cb 係b相交流濾波電容電壓(b相濾波電容C fb 的跨壓)；v Cc 係c相交流濾波電容電壓(c相濾波電容C fc 的跨壓)。i Ca 為a相交流濾波電容電流；i Cb 為b相交流濾波電容電流；i Cc 為c相交流濾波電容電流。i La 係a相負載電流；i Lb 係b相負載電流；i Lc 係c相負載電流。v n 為電容中性點電壓(neutral point voltage of capacitor)。
在一實施例中，參酌圖1的電壓、電流參數，以下為推導a、b、及c相狀態觀察器方程式的過程。先針對a相 狀態觀察器方程式作推導，藉由電路原理可分別求得關係式如公式(1)及公式(2)所示。
參數分別為：三相直交流轉換器100之a相交流電壓v Ia ；a相濾波電感電壓v Lfa ；a相交流濾波電容電壓v Ca ；電容中性點電壓v n ；a相濾波電感電壓關係式；a相交流電流i Ia ；a相負載電流i La ；a相交流濾波電容電流i Ca ；a相濾波電容電流關係式；濾波電感L f (L f =L fa =L fb =L fc )；濾波電容C f (C f =C fa =C fb =C fc )，上述除定值外，在此為連續物理量。
將公式(1)與公式(2)以狀態方程式表示，如公式(3)及公式(4)所示，其中u a為a相調變因子(Modulation Index)，E d 為直流鏈電壓。
為求得控制參數所需之a相交流濾波電容電壓v Ca 與a相交流濾波電容電流i Ca 之關係式，可藉由電路原理取得方程式如公式(5)及公式(6)所示：
並定義v Da 為a相擾動電壓(v Db 為b相擾動電壓，v Dc 為c相擾動電壓)，且與a相交流濾波電容電壓v Ca (b相交流濾波電容電壓v Cb 、c相交流濾波電容電壓v Cc )及a相濾波電感電壓v Lfa (b相濾波電感電壓v Lfb 、c相濾波電感電壓v Lfc )有關()，如公式(7)所示：
另外，假設在取樣週期T內，a相擾動電壓v Da 變化近似於a相交流濾波電容電壓v Ca 變化，即公式(8)所示：
將公式(3)及公式(4)之變數調整為以a相交流濾波電容電壓v Ca 、a相交流濾波電容電流i Ca 及a相擾動電壓v Da 為狀態方程式如公式(9)及公式(10)所示：
將連續型態的公式(9)與公式(10)轉化成離散型態，取 得公式(11)及公式(12)為離散式系統分析狀態方程式：
y(k)=C d x(k)，公式(12)
藉由取樣時間k之參數，求得取樣時間k+1之參數關係式，x(k)、x(k+1)為離散值(數位偵測值)，u(k)為系統調變因數。並且利用拉普拉斯轉換法求得係數矩陣A d 、B d 與C d 。最後將係數矩陣A d 、B d 與C d 代入公式(11)與公式(12)，重新整理後取得公式(13)與公式(14)：
公式(13)與公式(14)的參數定義如下：當前取樣時間的a相濾波電容電壓實際值v Ca (k)；下一取樣時間的a相濾波電容電壓實際值v Ca (k+1)；當前取樣時間的a相濾波電容電流實際值i Ca (k)；下一取樣時間的a相濾波電容電流實際值i Ca (k+1)；當前取樣時間的a相擾動電壓實際值v Da (k)；下一取樣時間的a相擾動電壓實際值v Da (k+1)；濾波角頻率ω f ；濾 波電感L f (L f =L fa =L fb =L fc )；濾波電容C f (C f =C fa =C fb =C fc )；取樣週期T；直流鏈電壓E d ；a相調變因子u a(k)。故上述係將連續型態的方程式，公式(9)與公式(10)轉換為離散狀態的方程式，如公式(13)與公式(14)。並且可得出係數矩陣A d 、B d 與C d 分別為：，，Cd=(1 0 0)
將公式(13)與公式(14)整理為另一離散型態之狀態觀察器方程式，如公式(15)：
藉由有限時間穩定控制法(Deadbeat Control Law)來求得增益矩陣K，其計算結果如公式(16)：
增益矩陣K內部的參數定義如下：濾波角頻率ω f ；濾波電感L f (L f =L fa =L fb =L fc )；濾波電容C f (C f =C fa =C fb =C fc )；取樣週期T。最後，將求得之係數矩陣A d 、B d 與C d 、以及增益矩陣K代入公式(15)，取得a相狀態觀察器方程式，如公式 (17)。
公式(17)的參數定義如下：當前取樣時間的a相濾波電容電壓狀態變量；下一取樣時間的a相濾波電容電壓狀態變量；當前取樣時間的a相濾波電容電流狀態變量；下一取樣時間的a相濾波電容電流狀態變量；當前取樣時間的a相擾動電壓狀態變量；下一取樣時間的a相擾動電壓狀態變量；上述狀態變量係狀態觀測器的運算值，且下一取樣時間的狀態變量亦可視為預測值。其中，當前取樣時間的a相濾波電容電壓實際值v Ca (k)係實際量測的量值；直流鏈電壓E d 係實際量測的量值。以下為已知量值：a相調變因子u a(k)；濾波角頻率ω f ；濾波電感L f (L f =L fa =L fb =L fc )；濾波電容C f (C f =C fa =C fb =C fc )；取樣週期T；增益元素K 1、K 2、K 3，增益矩陣K 增益a相濾波電容電壓實際值v Ca (k)。
以此類推，可得到b相狀態觀察器方程式，如公式(18)：
公式(18)的參數定義如下：當前取樣時間之b相濾波電容電壓狀態變量；下一取樣時間的b相濾波電容電壓狀態變量；當前取樣時間的b相濾波電容電流狀態變量；下一取樣時間的b濾波電容電流狀態變量；當前取樣時間的b相擾動電壓狀態變量；下一取樣時間的b相擾動電壓狀態變量；當前取樣時間的b相濾波電容電壓實際值v Cb (k)；取樣週期T；直流鏈電壓E d ；b相調變因子u b (k)；濾波電感L f (L f =L fa =L fb =L fc )；濾波電容C f (C f =C fa =C fb =C fc )；增益元素K 1、K 2、K 3；濾波角頻率ω f 。
以此類推，可得到c相狀態觀察器方程式，如公式(19)：
公式(19)的參數定義如下：當前取樣時間之c相濾波電容電壓狀態變量；下一取樣時間的c相濾波電容電壓狀態變 量；當前取樣時間的c相濾波電容電流狀態變量；下一取樣時間的c相濾波電容電流狀態變量；當前取樣時間的c相擾動電壓狀態變量；下一取樣時間的c相擾動電壓狀態變量；當前取樣時間的c相濾波電容電壓實際值v Cc (k)；取樣週期T；直流鏈電壓E d ；c相調變因子u c (k)；濾波電感L f (L f =L fa =L fb =L fc )；濾波電容C f (C f =C fa =C fb =C fc )；增益元素K 1、K 2、K 3；濾波角頻率ω f 。
圖2係根據一些實施例說明狀態觀測器控制方塊20。公式(16)~(19)係與狀態觀測器控制方塊20等效。公式(11)~(12)係與控制方塊21等效，控制方塊21係離散式系統分析狀態方程式，控制方塊21係能代表三相直交流轉換器100的整體系統，系統調變因數u(k)輸入後，乘上B d 係數矩陣方塊26。下一取樣時間的離散值x(k+1)回復為上一取樣時間的離散值x(k)，離散值x(k)乘上A d 係數矩陣方塊27後，進入加法器22，離散值x(k)亦乘上C d 係數矩陣方塊28後，再輸出濾波電容電壓實際值v C (k)。
狀態觀測器控制方塊20擷取濾波電容電壓實際值v C (k)和系統調變因數u(k)，濾波電容電壓實際值v C (k)進入減法器23，濾波電容電壓實際值v C (k)乘上K增益矩陣方塊29，K增益矩陣方塊29增益濾波電容電壓實際值v C (k)後，進入加法器24。系統調變因數u(k)乘上係數矩陣B d 進入加法器24。下一取樣時間的狀態變量經過Z-1方塊25，回復為 上一取樣時間的狀態變量，狀態變量乘上A d 係數矩陣方塊27後，進入加法器24，狀態變量亦乘上C d 係數矩陣方塊28，並且得到當前取樣時間的濾波電容電壓狀態變量，濾波電容電壓狀態變量進入減法器23。並且狀態觀測器控制方塊20輸出下一取樣時間的狀態變量。在一實施例中，此處下一取樣時間的狀態變量可對等上述a相濾波電容電壓狀態變量、b相濾波電容電壓狀態變量、c相濾波電容電壓狀態變量；a相濾波電容電流狀態變量、b相濾波電容電流狀態變量、c相濾波電容電流狀態變量；a相擾動電壓狀態變量、b相擾動電壓狀態變量、c相擾動電壓狀態變量。
圖3係根據一些實施例說明離網模式之控制流程圖。上述a相狀態觀察器方程式之公式(17)、b相狀態觀察器方程式之公式(18)、及c相狀態觀察器方程式之公式(19)編程(program)寫入具有運算能力之晶片，例如：中央處理器(Central Processing Unit，CPU)、微控制器(Microcontroller Unit，MCU)、現場可程式邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等，但不受限於此。故狀態觀察器(State Observer)31包含公式(17)、公式(18)、公式(19)。
在一實施例中，狀態觀察器31用於三相直交流 轉換器100之濾波電容電流無感測器控制裝置包含：一晶片，該晶片包含一狀態觀察器31，該狀態觀察器31用以擷取當前取樣時間下，三相直交流轉換器100的一直流鏈電壓E d 、a相濾波電容電壓實際值v Ca (k)、b相濾波電容電壓實際值v Cb (k)、c相濾波電容電壓實際值v Cc (k)，藉由該狀態觀察器31，用以輸出下一取樣時間的濾波電容電流狀態變量，該濾波電容電流狀態變量係無漣波的一平均電流值且為電流預測值。
在一實施例中，上述濾波電容電流狀態變量包含a相濾波電容電流狀態變量、b相濾波電容電流狀態變量、及c相濾波電容電流狀態變量。a相、b相、c相亦可以使用第一相、第二相、以及第三相來代表。該些濾波電容電流狀態變量進入減法器33。
在一實施例中，上述狀態觀察器31用以輸出下一取樣時間的a相濾波電容電壓狀態變量、b相濾波電容電壓狀態變量、及c相濾波電容電壓狀態變量，該些濾波電容電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。該些濾波電容電壓狀態變量進入減法器32。
在一實施例中，該狀態觀察器31用以輸出該下一取樣時間的a相擾動電壓狀態變量、b相擾動電壓狀態變量、及c相擾動電壓狀態變量，該些擾動電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。該些擾動電壓 狀態變量進入除法器35。
在一實施例中，狀態觀察器31包含a相狀態觀察器方程式之公式(17)。在一實施例中，狀態觀察器31包含b相狀態觀察器方程式之公式(18)。在一實施例中，狀態觀察器31包含c相狀態觀察器方程式之公式(19)。在一實施例中，狀態觀察器31包含增益矩陣K之公式(16)。
在一實施例中，將濾波電容電壓參考命令值v C *與a相濾波電容電壓狀態變量、b相濾波電容電壓狀態變量、c相濾波電容電壓狀態變量藉由減法器32相互比較後，經過電壓控制器AVR，得到濾波電容電流參考命令值i C *。將濾波電容電流參考命令值i C *與a相濾波電容電流狀態變量、b相濾波電容電流狀態變量、c相濾波電容電流狀態變量藉由減法器33相互比較後，經過電流控制器ACR，得到電壓控制值v control *。在加法器34中，電壓控制值v control *加上下一取樣時間的前饋電壓狀態變量得到脈波寬度調變比較值v pwm_cmd ，其中，在除法器35中，前饋電壓狀態變量為a相擾動電壓狀態變量、b相擾動電壓狀態變量、c相擾動電壓狀態變量除以直流鏈電壓E d 。根據脈波寬度調變比較值v pwm_cmd ，進行後續脈波寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)的切換控制。
在一實施例中，返回參酌圖1中三相直交流轉換 器100的電壓、電流參數，以下為推導ab線、bc線、及ca線狀態觀察器方程式的過程。先針對ab線狀態觀察器方程式作推導，而ab線元素可藉由a、b相元素求得，其關係式如公式(20)至公式(24)。
v Cab =v Ca -v Cb ，公式(21)
i Iab =i Ia -i Ib ，公式(22)
i Lab =i La -i Lb ，公式(23)
i Cab =i Ca -i Cb ，公式(24)
公式(20)至公式(24)的參數定義如下：a相交流電壓v Ia；b相交流電壓v Ib；ab線交流電壓v Iab ；a相調變因子u a；b相調變因子u b；ab線調變因子u ab；直流鏈電壓E d ；a相交流濾波電容電壓v Ca ；b相交流濾波電容電壓v Cb ；ab線交流濾波電容電壓v Cab ；a相交流電流i Ia；b相交流電流i Ib；ab線交流電流i Iab；a相負載電流i La ；b相負載電流i Lb ；ab線負載電流i Lab ；a相交流濾波電容電流i Ca ；b相交流濾波電容電流i Cb ；ab線交流濾波電容電流i Cab 。
依電路原理可分別求得三相直交流轉換器100之ab線交流電壓v Iab 與電感電壓、ab線交流電流i Iab 與電容電流之關係式，分別如公式(25)及公式(26)所示：
其參數定義：濾波電感L f (L f =L fa =L fb =L fc )；濾波電容C f (C f =C fa =C fb =C fc )；ab線濾波電感電壓關係式；ab線濾 波電容電流關係式。
將公式(25)與公式(26)以狀態方程式表示，如公式(27)及公式(28)所示：
為求得控制參數所需之ab線交流濾波電容電壓v Cab 與ab線交流濾波電容電流i Cab 之關係式，可藉由電路原理取得方程式如公式(27)及公式(28)所示：
並定義v Dab 為ab線擾動電壓，並且與ab線交流濾波電容電壓v Cab 及ab線交流濾波電感電壓有關，如公式(31)所示；
另外，假設在取樣週期T內，ab線擾動電壓變化近似於ab線交流濾波電容電壓v Cab 變化，即公式(32)所示。
將公式(27)及公式(28)之變數調整為：以ab線交流濾波電容電壓v Cab 、ab線交流濾波電容電流i Cab 及ab 線擾動電壓v Dab 為主軸的狀態方程式，如公式(33)及公式(34)所示：
將連續型態的公式(33)與公式(34)轉化成離散型態，得到公式(35)及公式(36)為離散式系統分析狀態方程式：
y(k)=C d x(k)=v Cab (k)，公式(36)
藉由取樣時間k之參數，求得取樣時間k+1之參數關係式，x(k)、x(k+1)為離散值(數位偵測值)，u(k)為系統調變因數，取樣週期T。並且利用拉普拉斯轉換法求得係數矩陣A d 、B d 與C d 。最後將係數矩陣A d 、B d 與C d 代入公式(35)與公式(36)，重新整理後取得公式(37)與公式(38)：
公式(37)與公式(38)的參數定義如下：當前取樣時間的ab線濾波電容電壓實際值v Cab (k)；下一取樣時間的ab線濾波電容電壓實際值v Cab (k+1)；當前取樣時間的ab線濾波電容電流實際值i Cab (k)；下一取樣時間的ab線濾波電容電流實際值i Cab (k+1)；當前取樣時間的ab線擾動電壓實際值v Dab (k)；下一取樣時間的ab線擾動電壓實際值v Dab (k+1)；濾波角頻率ω f ；濾波電感L f (L f =L fa =L fb =L fc )；濾波電容C f (C f =C fa =C fb =C fc )；取樣週期T；直流鏈電壓E d ；ab線調變因子u ab(k)。故上述係將連續型態的方程式，公式(33)與公式(34)轉換為離散狀態的方程式，如公式(37)與公式(38)。並且可得出係數矩陣A d 、B d 與C d 分別為：，，C d =(1 0 0)
將公式(37)與公式(38)整理為另一離散型態之狀態觀察器方程式，如公式(39)：
藉由有限時間穩定控制法(Deadbeat Control Law)來求得增 益矩陣K，其計算結果如公式(40)：
增益矩陣K內部的參數定義如下：濾波角頻率ω f ；濾波電感L f (L f =L fa =L fb =L fc )；濾波電容C f (C f =C fa =C fb =C fc )；取樣週期T。最後，將求得之係數矩陣A d 、B d 與C d 、以及增益矩陣K代入公式(39)，取得ab線狀態觀察器方程式，如公式(41)：
係當前取樣時間之ab線濾波電容電壓狀態變量；係下一取樣時間的ab線濾波電容電壓狀態變量；係當前取樣時間的ab線濾波電容電流狀態變量；係下一取樣時間的ab線濾波電容電流狀態變量；係當前取樣時間的ab線擾動電壓狀態變量；係下一取樣時間的ab線擾動電壓狀態變量；v Cab (k)係當前取樣時間的ab線濾波電容電壓實際值；T係一取樣週期；E d 係直流鏈電壓；u ab (k)係ab線調變因子；L f 係一濾波電感(L f =L fa =L fb =L fc )；C f 係一濾波電容 (C f =C fa =C fb =C fc )；K 1、K 2、K 3係增益元素，增益矩陣K增益ab線濾波電容電壓實際值v Cab (k)；ω f 係一濾波角頻率。
以此類推，b相元素的量值與c相元素的量值經過轉換後，將變成bc線元素的量值，其轉換方式類似上述公式(20)~公式(24)，並且經過上述推導，可得到bc線狀態觀察器方程式，如公式(42)：
係當前取樣時間之bc線濾波電容電壓狀態變量；係下一取樣時間的bc線濾波電容電壓狀態變量；係當前取樣時間的bc線濾波電容電流狀態變量；係下一取樣時間的bc線濾波電容電流狀態變量；係當前取樣時間的bc線擾動電壓狀態變量；係下一取樣時間的bc線擾動電壓狀態變量；v Cbc (k)係當前取樣時間的bc線濾波電容電壓實際值；T係一取樣週期；E d 係直流鏈電壓；u bc (k)係bc線調變因子；L f 係一濾波電感(L f =L fa =L fb =L fc )；C f 係一濾波電容(C f =C fa =C fb =C fc )；K 1、K 2、K 3係增益元素；ω f 係一濾波角頻率。
以此類推，c相元素的量值與a相元素的量值經 過轉換後，將變成ca線元素的量值，其轉換方式類似上述公式(20)~公式(24)，並且經過上述推導，可得到ca線狀態觀察器方程式，如公式(43)：
係當前取樣時間之ca線濾波電容電壓狀態變量；係下一取樣時間的ca線濾波電容電壓狀態變量；係當前取樣時間的ca線濾波電容電流狀態變量；係下一取樣時間的ca線濾波電容電流狀態變量；係當前取樣時間的ca線擾動電壓狀態變量；係下一取樣時間的ca線擾動電壓狀態變量；v Cca (k)係當前取樣時間的ca線濾波電容電壓實際值；T係一取樣週期；E d 係直流鏈電壓；u ca (k)係ca線調變因子；L f 係一濾波電感；C f 係一濾波電容(C f =C fa =C fb =C fc )；K 1、K 2、K 3係增益元素；ω f 係一濾波角頻率。
再次參酌圖2，公式(41)、公式(42)、或公式(43)係與狀態觀測器控制方塊20等效，其控制流程近似上述圖2說明，不再贅述。在一實施例中，此處下一取樣時間的狀態變量可對等上述ab線濾波電容電壓狀態變量 、bc線濾波電容電壓狀態變量、ca線濾波電容電壓狀態變量；ab線濾波電容電流狀態變量、bc線濾波電容電流狀態變量、ca線濾波電容電流狀態變量；ab線擾動電壓狀態變量、bc線擾動電壓狀態變量、ca線擾動電壓狀態變量。
圖4係根據一些實施例說明離網模式之控制流程圖。上述ab線狀態觀察器方程式之公式(41)、bc線狀態觀察器方程式之公式(42)、及ca線狀態觀察器方程式之公式(43)編程(program)寫入具有運算能力之晶片，例如：中央處理器(Central Processing Unit，CPU)、微控制器(Microcontroller Unit，MCU)、現場可程式邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等，但不受限於此。故狀態觀察器41包含公式(41)、公式(42)、及公式(43)。
在一實施例中，狀態觀察器41用於三相直交流轉換器100之濾波電容電流無感測器控制裝置包含：一晶片，該晶片包含一狀態觀察器41，該狀態觀察器41用以擷取當前取樣時間下，三相直交流轉換器100的一直流鏈電壓E d 、ab線濾波電容電壓實際值v Cab (k)、bc線濾波電容電壓實際值v Cbc (k)、及ca線濾波電容電壓實際值v Cca (k)，藉由該狀態觀察器41，用以輸出下一取樣時間的濾波電容電流狀態變量，該濾波電容電流狀態變量係無漣波的一平均電流值且為 電流預測值。ab線濾波電容電壓實際值v Cab (k)、bc線濾波電容電壓實際值v Cbc (k)、及ca線濾波電容電壓實際值v Cca (k)係由a相濾波電容電壓實際值v Ca (k)、b相濾波電容電壓實際值v Cb (k)、c相濾波電容電壓實際值v Cc (k)轉換而來。
在一實施例中，該濾波電容電流狀態變量包含ab線濾波電容電流狀態變量、bc線濾波電容電流狀態變量、ca線濾波電容電流狀態變量。ab線、bc線、ca線亦可以使用第一線、第二線、以及第三線代替。該些濾波電容電流狀態變量進入減法器43。
在一實施例中，狀態觀察器41用以輸出下一取樣時間的ab線濾波電容電壓狀態變量、bc線濾波電容電壓狀態變量、ca線濾波電容電壓狀態變量，該些濾波電容電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。該些濾波電容電壓狀態變量進入減法器42。
在一實施例中，狀態觀察器41用以輸出下一取樣時間的ab線擾動電壓狀態變量、bc線擾動電壓狀態變量、ca線擾動電壓狀態變量，該些擾動電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。該些擾動電壓狀態變量進入除法器46。
在一實施例中，狀態觀察器41包含ab線狀態觀察器方程式之公式(41)。在一實施例中，狀態觀察器41包含bc線狀態觀察器方程式之公式(42)。在一實施例中，狀 態觀察器41包含ca線狀態觀察器方程式之公式(43)。在一實施例中，狀態觀察器41包含增益矩陣K之公式(40)。
在一實施例中，參酌圖4，將濾波電容電壓參考命令值v C *與ab線濾波電容電壓狀態變量、bc線濾波電容電壓狀態變量、ca線濾波電容電壓狀態變量藉由減法器42相互比較後，經過電壓控制器AVR，得到濾波電容電流參考命令值i C *。將濾波電容電流參考命令值i C *與ab線濾波電容電流狀態變量、bc線濾波電容電流狀態變量、ca線濾波電容電流狀態變量藉由減法器43相互比較後，經過電流控制器ACR，得到電壓控制值v control *。在加法器45中，電壓控制值v control *加上下一取樣時間的前饋電壓狀態變量得到脈波寬度調變比較值v pwm_cmd ，其中，在除法器46中，前饋電壓狀態變量為ab線擾動電壓狀態變量、bc線擾動電壓狀態變量、ca線擾動電壓狀態變量除以直流鏈電壓E d 。根據脈波寬度調變比較值v pwm_cmd ，進行後續脈波寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)的切換控制。
在一實施例中，返回參酌圖1的電壓、電流參數，以下為推導D軸(直軸)、Q軸(交軸)狀態觀察器方程式的過程。D軸元素及Q軸元素係由三相直交流轉換器100之a相元素、b相元素及c相元素經過派克變換(Park's Transformation)所求得。派克變換將定子的a、b、c相電流 或電壓量值投影到隨著轉子旋轉的直軸(D軸)、交軸(Q軸)與垂直於DQ平面的零軸(0軸)，關係式如公式(44)：
依電路原理可分別求得三相直交流轉換器100之D軸及Q軸交流電壓、交流電流、電感電壓、及電容電流之關係式，如公式(45)及公式(46)所示：
其參數定義為：D軸交流電流i Id ；Q軸交流電流i Iq ；D軸交流電壓v Id ；Q軸交流電壓v Iq ；D軸交流濾波電容電壓v Cd ；Q軸交流濾波電容電壓v Cq ；D軸交流濾波電容電流i Cd ；Q軸交流濾波電容電流i Cq ；濾波角頻率ω f ；濾波電感L f (L f =L fa =L fb =L fc )；濾波電容C f (C f =C fa =C fb =C fc )。
將公式(45)與公式(46)以狀態方程式表示如公式(47)及公式(48)所示：
為求得控制參數所需交流濾波電容電壓與交流濾波電容電流之關係式，可藉由電路原理取得方程式如公式 (49)、(50)、(51)及公式(52)所示：
其參數定義為：導入另一參數，D軸交流濾波電容電流i Cdx ；Q軸交流濾波電容電流i Cqx ；D軸擾動電壓v Dd ；Q軸擾動電壓v Dq ；D軸負載電流i Ld ；Q軸負載電流i Lq ；另一D軸擾動電壓v Ddx ；另一Q軸擾動電壓v Dqx ；D軸調變因子u d ；Q軸調變因子u q 。
另外，假設在取樣週期T內，擾動電壓變化近似於電容器電壓變化，即公式(53)所示：
將公式(49)、(50)、(51)及公式(52)之變數調整為：以D軸交流濾波電容電壓v Cd 、D軸交流濾波電容電流i Cdx 及D軸擾動電壓v Ddx 為主軸的狀態方程式，如公式(54)及公式(55)所示： 式(54)
將連續型態的公式(54)與公式(55)轉化成離散型態，得到公式(56)及公式(57)為離散式系統分析狀態方程式：
y(k)=C d x(k)，公式(57)
藉由取樣時間k之參數，求得取樣時間k+1之參數關係式，x(k)、x(k+1)為離散值(數位偵測值)，u(k)為系統調變因數，取樣週期T。並且利用拉普拉斯轉換法求得係數矩陣A d 、B d 與C d 。最後將係數矩陣A d 、B d 與C d 代入公式(56)與公式(57)，重新整理後取得公式(58)與公式(59)：
公式(58)與公式(59)的參數定義如下：當前取樣時間的D軸濾波電容電壓實際值v Cd (k)；下一取樣時間的D軸濾波電容電壓實際值v Cd (k+1)；當前取樣時間的D軸濾波電容電流實 際值i Cdx (k)；下一取樣時間的D軸濾波電容電流實際值i Cd (k+1)；當前取樣時間的D軸擾動電壓實際值v Dd (k)；下一取樣時間的D軸擾動電壓實際值v Dd (k+1)；濾波角頻率ω f ；濾波電感L f (L f =L fa =L fb =L fc )；濾波電容C f (C f =C fa =C fb =C fc )；取樣週期T；直流鏈電壓E d ；D軸調變因子u d (k)。故上述係將連續型態的方程式，公式(54)與公式(55)轉換為離散狀態的方程式，如公式(58)與公式(59)。並且可得出係數矩陣A d 、B d 與C d 分別為：，，C d =(1 0 0)
將公式(58)與公式(59)整理為另一離散型態之狀態觀察器方程式，如公式(60)：
藉由有限時間穩定控制法(Deadbeat Control Law)來求得增益矩陣K，其計算結果如公式(61)：
增益矩陣K內部的參數定義為：濾波角頻率ω f ；濾波電感L f (L f =L fa =L fb =L fc )；濾波電容C f (C f =C fa =C fb =C fc )；取樣週期T。最後，將求得之係數矩陣A d 、B d 與C d 、以及增益矩陣K代入公式(60)，取得D軸狀態觀察器方程式，如公式(62)：
係當前取樣時間之D軸濾波電容電壓狀態變量；係下一取樣時間的D軸濾波電容電壓狀態變量；係當前取樣時間的D軸濾波電容電流狀態變量；係下一取樣時間的D軸濾波電容電流狀態變量；係當前取樣時間的D軸擾動電壓狀態變量係下一取樣時間的D軸擾動電壓狀態變量；v Cd (k)係當前取樣時間的D軸濾波電容電壓實際值；T係取樣週期；E d 係直流鏈電壓；u d (k)係D軸調變因子；L f 係濾波電感(L f =L fa =L fb =L fc )；C f 係濾波電容(C f =C fa =C fb =C fc )；K 1、K 2、K 3係增益元素，增益矩陣K增益D軸濾波電容電壓實際值v Cd (k)；ω f 係濾波角頻率。
以此類推，可得到Q軸狀態觀察器方程式，如公式(63)：
係當前取樣時間之Q軸濾波電容電壓狀態變量；係下一取樣時間的Q軸濾波電容電壓狀態變量；係當前取樣時間的Q軸濾波電容電流狀態變量；係下一取樣時間的Q軸濾波電容電流狀態變量；係當前取樣時間的一Q軸擾動電壓狀態變量；係下一取樣時間的Q軸擾動電壓狀態變量；v Cq (k)係當前取樣時間的Q軸濾波電容電壓實際值；T係取樣週期；E d 係直流鏈電壓；u q (k)係Q軸調變因子；L f 係濾波電感(L f =L fa =L fb =L fc )；C f 係濾波電容(C f =C fa =C fb =C fc )；K 1、K 2、K 3係增益元素；ω f 係濾波角頻率。
再次參酌圖2，公式(62)、或公式(63)與狀態觀測器控制方塊20等效，其控制流程近似上述圖2說明，不再贅述。在一實施例中，此處下一取樣時間的狀態變量可對等上述D軸濾波電容電壓狀態變量；D軸濾波電容電流狀態變量；D軸擾動電壓狀態變量；Q軸濾波電容電壓狀態變量；Q軸濾波電容電流狀態變量；Q軸擾動電壓狀態變量。
圖5係根據一些實施例說明離網模式之控制流程圖。上述D軸狀態觀察器方程式之公式(62)、Q軸狀態觀察器方程式之公式(63)編程(program)寫入具有運算能力之晶片，例如：中央處理器(Central Processing Unit，CPU)、微控制器(Microcontroller Unit，MCU)、現場可程式邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等，但不受限於此。故狀態觀察器51包含公式(62)及公式(63)。
在一實施例中，狀態觀察器51用於三相直交流轉換器100之濾波電容電流無感測器控制裝置包含：一晶片，該晶片包含一狀態觀察器51，該狀態觀察器51用以擷取當前取樣時間下，三相直交流轉換器100的一直流鏈電壓E d 、D軸濾波電容電壓實際值v Ca (k)、Q軸濾波電容電壓實際值v Cq (k)，藉由該狀態觀察器51，用以輸出下一取樣時間的濾波電容電流狀態變量，該濾波電容電流狀態變量係無漣波的一平均電流值且為電流預測值。D軸濾波電容電壓實際值v Ca (k)、Q軸濾波電容電壓實際值v Cq (k)係由a相濾波電容電壓實際值v Ca (k)、b相濾波電容電壓實際值v Cb (k)、c相濾波電容電壓實際值v Cc (k)轉換而來。
在一實施例中，該濾波電容電流狀態變量包含Q軸濾波電容電流狀態變量、以及D軸濾波電容電流狀態變量。該些濾波電容電流狀態變量進入減法器53。
在一實施例中，狀態觀察器51用以輸出下一取樣時間的Q軸濾波電容電壓狀態變量、以及D軸濾波電容電壓狀態變量，該些濾波電容電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。該些濾波電容電壓狀態變量進入減法器52。
在一實施例中，狀態觀察器51用以輸出下一取樣時間的Q軸擾動電壓狀態變量、以及D軸擾動電壓狀態變量，該些擾動電壓狀態變量係下一取樣時間的電壓預測值。該些擾動電壓狀態變量進入除法器55。
在一實施例中，狀態觀察器51包含D軸狀態觀察器方程式之公式(62)。在一實施例中，狀態觀察器51包含D軸狀態觀察器方程式之公式(63)。在一實施例中，狀態觀察器51包含增益矩陣K之公式(61)。
在一實施例中，參酌圖5，將濾波電容電壓參考命令值v C *與Q軸濾波電容電壓狀態變量、以及D軸濾波電容電壓狀態變量藉由減法器52相互比較後，經過電壓控制器AVR，得到濾波電容電流參考命令值i C *。將濾波電容電流參考命令值i C *與Q軸濾波電容電流狀態變量、以及D軸濾波電容電流狀態變量藉由減法器53相互比較後，經過電流控制器ACR，得到電壓控制值v control *。在加法器54中，電壓控制值v control *加上下一取樣時間的前饋電壓狀態變量得到脈波寬度調變比較值v pwm_cmd ，其中，在除 法器55中，前饋電壓狀態變量為Q軸擾動電壓狀態變量、以及D軸擾動電壓狀態變量除以直流鏈電壓E d 。根據脈波寬度調變比較值v pwm_cmd ，進行後續脈波寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)的切換控制。
圖6係根據一些實施例說明利用狀態觀察器之濾波電容電流無感測器控制方法之流程圖。一種狀態觀察器31、41、或51用於三相直交流轉換器100之濾波電容電流無感測器控制方法，包含：接收當前取樣時間下，三相直交流轉換器的一直流鏈電壓E d(步驟61)；接收當前取樣時間下，三相直交流轉換器100的a相(第一相)濾波電容電壓實際值v Ca (k)、b相(第二相)濾波電容電壓實際值v Cb (k)、c相(第三相)濾波電容電壓實際值v Cc (k)(步驟62)；以及藉由狀態觀察器31、41、或51，輸出濾波電容電流狀態變量，該濾波電容電流狀態變量係該下一取樣時間的一電流預測值，且該濾波電容電流狀態變量係無漣波之一平均電流值(步驟63)。
在一實施例中，藉由狀態觀察器31、41、或51，根據取樣週期T、三相直交流轉換器100的濾波電容C fa 、C fb 、C fc (C f =C fa =C fb =C fc )、以及濾波電感L fa 、L fb 、L fc (L f =L fa =L fb =L fc )，定義增益矩陣K，如同公式(16)，增益矩陣K增益a相濾波電容電壓實際值v Ca (k)、b相濾波電容電壓實際值v Cb (k)、c相濾波電容電壓實際值v Cc (k)。
在一實施例中，可參酌圖3，該濾波電容電流狀態變量包含a相濾波電容電流狀態變量、b相濾波電容電流狀態變量、及c相濾波電容電流狀態變量。a相、b相、及c相亦可稱為第一相、第二相、以及第三相。
在一實施例中，可參酌圖3，藉由狀態觀察器31，輸出a相濾波電容電壓狀態變量、b相濾波電容電壓狀態變量、及c相濾波電容電壓狀態變量，該些濾波電容電壓狀態變量係下一取樣時間的電壓預測值。
在一實施例中，可參酌圖3，藉由狀態觀察器31，輸出a相擾動電壓狀態變量、b相擾動電壓狀態變量、及c相擾動電壓狀態變量，該些擾動電壓狀態變量係下一取樣時間的電壓預測值。
在一實施例中，可參酌圖4，藉由狀態觀察器41，轉換a相濾波電容電壓實際值v Ca (k)、b相濾波電容電壓實際值v Cb (k)、及c相濾波電容電壓實際值v Cc (k)分別為ab線濾波電容電壓實際值v Cab (k)、bc線濾波電容電壓實際值v Cbc (k)、及ca線濾波電容電壓實際值v Cca (k)。
在一實施例中，可參酌圖4，該濾波電容電流狀態變量包含ab線濾波電容電流狀態變量、bc線濾波電容電流狀態變量、及ca線濾波電容電流狀態變量。
在一實施例中，可參酌圖4，藉由狀態觀察器 41，輸出ab線濾波電容電壓狀態變量、bc線濾波電容電壓狀態變量、及ca線濾波電容電壓狀態變量，該些濾波電容電壓狀態變量係下一取樣時間的電壓預測值。
在一實施例中，可參酌圖4，藉由狀態觀察器41，輸出ab線擾動電壓狀態變量、bc線擾動電壓狀態變量、及ca線擾動電壓狀態變量，該些擾動電壓狀態變量係下一取樣時間的電壓預測值。
在一實施例中，可參酌圖5，藉由狀態觀察器51，轉換a相濾波電容電壓實際值v Ca (k)、b相濾波電容電壓實際值v Cb (k)、及c相濾波電容電壓實際值v Cc (k)為D軸濾波電容電壓實際值v Cd (k)、及Q軸濾波電容電壓實際值v Cq (k)。
在一實施例中，可參酌圖5，該濾波電容電流狀態變量包含Q軸(交軸)濾波電容電流狀態變量、以及D軸(直軸)濾波電容電流狀態變量。
在一實施例中，可參酌圖5，藉由狀態觀察器51，輸出Q軸濾波電容電壓狀態變量、以及D軸濾波電容電壓狀態變量，該些濾波電容電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。
在一實施例中，可參酌圖5，藉由該狀態觀察器51，輸出Q軸擾動電壓狀態變量、以及D軸擾動電壓狀態變量，該些擾動電壓狀態變量係該下一取樣時間的 電壓預測值。
圖7為根據一些實施例說明相元素狀態觀察器之交流濾波電容電壓的波形圖。在圖7中，(a)、(b)圖之橫軸為時間(秒)，縱軸為電壓(伏特)。圖7中的(a)圖顯示相元素之狀態觀察器31的模擬結果，狀態觀察器31包含公式(17)、公式(18)、與公式(19)。圖7中的(b)圖則為(a)圖的方框部分的放大圖。
在圖7中的(b)圖，下方不規則斜線係連續的交流濾波電容電壓實際值72，交流濾波電容電壓實際值72係實際的物理量。鋸齒波係離散狀態的交流濾波電容電壓預測值71，鋸齒波的形成歸因於取樣保持(sample and hold)，交流濾波電容電壓預測值71係狀態觀察器31所輸出的a、b、或c相濾波電容電壓狀態變量、、。交流濾波電容電壓預測值71係下一取樣時間的電壓預測值，交流濾波電容電壓預測值71接近交流濾波電容電壓實際值72，故可證實其準確性。
圖8為根據一些實施例說明相元素狀態觀察器之交流濾波電容電流的波形圖。圖8中，(a)、(b)圖之橫軸為時間(秒)，縱軸為電流(安培)。在圖8中的(a)圖顯示相元素之狀態觀察器31的模擬結果，狀態觀察器31包含公式(17)、公式(18)、與公式(19)。圖8中的(b)圖則為(a)圖的方框部分的放大圖。
在圖8中的(b)圖，漣波係連續的交流濾波電容電流實際值73，交流濾波電容電流實際值73係實際的物理量。平滑斜線係交流濾波電容電流預測值74，交流濾波電容電流預測值74係狀態觀察器31所輸出的a相濾波電容電流狀態變量、b相濾波電容電流狀態變量、及c相濾波電容電流狀態變量，狀態觀察器31包含公式(17)、公式(18)、與公式(19)，故交流濾波電容電流預測值74已為平均電流值且無漣波成分，且為電流預測值。狀態觀察器31不需額外硬體電路或感測器便可預測濾波電容電流，無感測器的狀態觀察器31使得電路成本下降。針對數位控制系統而言，狀態觀察器31之計算結果皆為下個取樣時間之預測值，可減少取樣誤差時間，促使整體系統性能提升。
圖9為根據一些實施例說明線元素狀態觀察器之交流濾波電容電壓的波形圖。在圖9中，(a)、(b)圖之橫軸為時間(秒)，縱軸為電壓(伏特)。圖9中的(a)圖為線元素之狀態觀察器41的模擬結果，故狀態觀察器41包含公式(41)、公式(42)、公式(43)。圖9中的(b)圖則為(a)圖的方框部分的放大圖。
在圖9中的(b)圖，下方不規則斜線係連續的交流濾波電容電壓實際值76，交流濾波電容電壓實際值76係實際的物理量。鋸齒波係離散狀態的交流濾波電容電壓預測值75，鋸齒波的形成歸因於取樣保持(sample and hold)，交 流濾波電容電壓預測值75係狀態觀察器41所輸出的ab線濾波電容電壓狀態變量、bc線濾波電容電壓狀態變量、及ca線濾波電容電壓狀態變量。交流濾波電容電壓預測值75係下一取樣時間的電壓預測值，交流濾波電容電壓預測值75接近交流濾波電容電壓實際值76，故可證實其準確性。
圖10為根據一些實施例說明線元素狀態觀察器之交流濾波電容電流的波形圖。圖10中，(a)、(b)圖之橫軸為時間(秒)，縱軸為電流(安培)。在圖10中的(a)圖為為線元素之狀態觀察器41的模擬結果，狀態觀察器41包含公式(41)、公式(42)、公式(43)。圖10中的(b)圖則為(a)圖的方框部分的放大圖。
在圖10中的(b)圖，漣波係連續的交流濾波電容電流實際值77，交流濾波電容電流實際值77係實際的物理量。平滑斜線係交流濾波電容電流預測值78，交流濾波電容電流預測值78係狀態觀察器41所輸出的ab線、bc線、及ca線濾波電容電流狀態變量、、，狀態觀察器41包含公式(41)、公式(42)、公式(43)，故交流濾波電容電流預測值78已為平均電流值且無漣波成分，且為電流預測值。線元素之狀態觀察器41不需額外硬體電路或感測器便可預測濾波電容電流，無感測器的狀態觀察器41使得電路成本下降。針對數位控制系統而言，狀態觀察器41之計算結果 皆為下個取樣時間之預測值，可減少取樣誤差時間，促使整體系統性能提升。
圖11為根據一些實施例說明D-Q軸元素狀態觀察器之交流濾波電容電壓的波形圖。在圖11中，(a)、(b)圖之橫軸為時間(秒)，縱軸為電壓(伏特)。圖11中的(a)圖為D-Q軸元素之狀態觀察器51的模擬結果，狀態觀察器51包含公式(62)及公式(63)。圖11中的(b)圖則為(a)圖的方框部分的放大圖。
在圖11中的(b)圖，下方不規則斜線係連續的交流濾波電容電壓實際值82，交流濾波電容電壓實際值82係實際的物理量。鋸齒波係離散狀態的交流濾波電容電壓預測值81，鋸齒波的形成歸因於取樣保持(sample and hold)，交流濾波電容電壓預測值81係狀態觀察器51所輸出的Q軸濾波電容電壓狀態變量、以及D軸濾波電容電壓狀態變量。交流濾波電容電壓預測值81係下一取樣時間的電壓預測值，交流濾波電容電壓預測值81接近交流濾波電容電壓實際值82，故可證實其準確性。
圖12為根據一些實施例說明D-Q軸元素狀態觀察器之交流濾波電容電流的波形圖。圖12中，(a)、(b)圖之橫軸為時間(秒)，縱軸為電流(安培)。在圖12中的(a)為為D-Q軸元素之狀態觀察器51的模擬結果，狀態觀察器51包含公式(62)及公式(63)。圖12中的(b)圖則為 (a)圖的方框部分的放大圖。
在圖12中的(b)圖，漣波係連續的交流濾波電容電流實際值83，交流濾波電容電流實際值83係實際的物理量。平滑斜線係交流濾波電容電流預測值84，交流濾波電容電流預測值84係狀態觀察器51所輸出的Q軸濾波電容電流狀態變量、以及D軸濾波電容電流狀態變量，狀態觀察器51包含公式(62)及公式(63)，故交流濾波電容電流預測值84已為平均電流值且無漣波成分，且為電流預測值。D-Q軸元素之狀態觀察器51不需額外硬體電路或感測器便可預測濾波電容電流，無感測器的狀態觀察器51使得電路成本下降。針對數位控制系統而言，狀態觀察器51之計算結果皆為下個取樣時間之預測值，可減少取樣誤差時間，促使整體系統性能提升。
綜合上述，本案提供狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制方法與裝置，且提供無感測器的狀態觀察器，狀態觀察器將適用於相元素、線元素及D-Q軸元素之控制，不需要額外感測器或外部硬體偵測電路來偵測濾波電容電流，僅需要擷取當前的濾波電容電壓、直流鏈電壓，便可以藉由無感測器的狀態觀察器預測下一取樣時間的濾波電容電壓、濾波電容電流以及擾動電壓。特別地，不需要偵測當前濾波電容電流，就可以得到下一取樣時間的濾波電容電流之數值，預測的濾波電容電流已為平 均電流值且無漣波成分。另外，本案控制裝置與方法可減少取樣時間誤差，使控制系統性能提升。無感測器的狀態觀察器使相對電路成本下降。再者，下一取樣時間的預測值準確性高且具預測性，且為濾波電容電流控制，系統響應佳。
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。

Claims (28)

  1. 一種狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制方法，包含：接收當前取樣時間下，該三相直交流轉換器的一直流鏈電壓；接收該當前取樣時間下，該三相直交流轉換器的一第一相濾波電容電壓實際值、一第二相濾波電容電壓實際值、以及一第三相濾波電容電壓實際值；藉由一狀態觀察器，轉換該第一相濾波電容電壓實際值、該第二相濾波電容電壓實際值、以及該第三相濾波電容電壓實際值分別為一第一線濾波電容電壓實際值、一第二線濾波電容電壓實際值、以及一第三線濾波電容電壓實際值，或藉由該狀態觀察器，轉換該第一相濾波電容電壓實際值、該第二相濾波電容電壓實際值、以及該第三相濾波電容電壓實際值為一Q軸(交軸)濾波電容電壓實際值、以及一D軸(直軸)濾波電容電壓實際值；藉由該狀態觀察器，輸出濾波電容電流狀態變量，該濾波電容電流狀態變量係下一取樣時間的一電流預測值，且該濾波電容電流狀態變量係無漣波之一平均電流值。
  2. 如請求項1所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制方法，另包含：藉由該狀態觀察器，根據一取樣週期、該三相直交流轉換器的一濾波電容、以及一濾波電感，定義一增益矩陣，該增益矩陣對該第一相濾波電容電壓實際值、該第二相濾波電容電壓實際值、以及該第三相濾波電容電壓實際值增益。
  3. 如請求項1所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制方法，其中該濾波電容電流狀態變量包含一第一相濾波電容電流狀態變量、一第二相濾波電容電流狀態變量、以及一第三相濾波電容電流狀態變量。
  4. 如請求項3所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制方法，另包含：藉由該狀態觀察器，輸出一第一相濾波電容電壓狀態變量、一第二相濾波電容電壓狀態變量、以及一第三相濾波電容電壓狀態變量，該些第一相、第二相、以及第三相濾波電容電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。
  5. 如請求項4所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制方法，另包含：藉由該狀態觀察器，輸出一第一相擾動電壓狀態變量、一第二相擾動電壓狀態變量、以及一第三相擾動電壓狀態變量，該些第一相、第二相、以及第三相擾動電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。
  6. 如請求項1所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制方法，其中該濾波電容電流狀態變量包含一第一線濾波電容電流狀態變量、一第二線濾波電容電流狀態變量、以及一第三線濾波電容電流狀態變量。
  7. 如請求項6所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制方法，另包含：藉由該狀態觀察器，輸出一第一線濾波電容電壓狀態變量、一第二線濾波電容電壓狀態變量、以及一第三線濾波電容電壓狀態變量，該些濾波電容電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。
  8. 如請求項7所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制方法，另包含：藉由該狀態觀察器，輸出一第一線擾動電壓狀態變量、一第二線擾動電壓狀態變量、以及一第三線擾動電壓狀態變量，該些第一線、第二線以及第三線擾動電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。
  9. 如請求項1所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制方法，其中該濾波電容電流狀態變量包含一Q軸濾波電容電流狀態變量、以及一D軸濾波電容電流狀態變量。
  10. 如請求項9所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制方法，另包含：藉由該狀態觀察器，輸出一Q軸濾波電容電壓狀態變量、以及一D軸濾波電容電壓狀態變量，該些Q軸、以及D軸濾波電容電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。
  11. 如請求項10所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制方法，另包含：藉由該狀態觀察器，輸出一Q軸擾動電壓狀態變量、以及一D軸擾動電壓狀態變量，該些Q軸、以及D軸擾動電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。
  12. 一種狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，包含：一晶片，該晶片包含一狀態觀察器，該狀態觀察器用以擷取當前取樣時間下，該三相直交流轉換器的一直流鏈電壓、一第一相濾波電容電壓實際值、一第二相濾波電容電壓實際值、以及一第三相濾波電容電壓實際值，藉由該狀態觀察器，用以輸出下一取樣時間的濾波電容電流狀態變量，該濾波電容電流狀態變量係無漣波的一平均電流值且為電流預測值，其中該濾波電容電流狀態變量包含一第一線濾波電容電流狀態變量、一第二線濾波電容電流狀態變量、以及一第三線濾波電容電流狀態變量，或者，其中該濾波電容電流狀態變量包含一Q軸(交軸)濾波電容電流狀態變量、以及一D軸(直軸)濾波電容電流狀態變量。
  13. 如請求項12所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，其中該濾波電容電流狀態變量包含一第一相濾波電容電流狀態變量、一第二相濾波電容電流狀態變量、以及一第三相濾波電容電流狀態變量。
  14. 如請求項13所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，其中該狀態觀察器用以輸出該下一取樣時間的一第一相濾波電容電壓狀態變量、一第二相濾波電容電壓狀態變量、以及一第三相濾波電容電壓狀態變量，該些第一相、第二相、以及第三相濾波電容電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。
  15. 如請求項14所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，其中該狀態觀察器用以輸出該下一取樣時間的一第一相擾動電壓狀態變量、一第二相擾動電壓狀態變量、以及一第三相擾動電壓狀態變量，該些第一相、第二相、以及第三相擾動電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。
  16. 如請求項15所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，其中該狀態觀察器包含一第一相狀態觀察器方程式：
    Figure TWI668458B_C0001
    Figure TWI668458B_C0002
    係該當前取樣時間之一第一相濾波電容電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0003
    係該下一取樣時間的該第一相濾波電容電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0004
    係該當前取樣時間的一第一相濾波電容電流狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0005
    係該下一取樣時間的該第一相濾波電容電流狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0006
    係該當前取樣時間的一第一相擾動電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0007
    係該下一取樣時間的該第一相擾動電壓狀態變量；v Ca (k)係該當前取樣時間的該第一相濾波電容電壓實際值；T係一取樣週期；E d 係該直流鏈電壓；u a (k)係一第一相調變因子；L f 係一濾波電感；C f 係一濾波電容；K 1、K 2、K 3係增益元素；ω f 係一濾波角頻率。
  17. 如請求項15所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，其中該狀態觀察器包含一第二相狀態觀察器方程式：
    Figure TWI668458B_C0008
    Figure TWI668458B_C0009
    係該當前取樣時間之一第二相濾波電容電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0010
    係該下一取樣時間的該第二相濾波電容電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0011
    係該當前取樣時間的一第二相濾波電容電流狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0012
    係該下一取樣時間的該第二相濾波電容電流狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0013
    係該當前取樣時間的一第二相擾動電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0014
    係該下一取樣時間的該第二相擾動電壓狀態變量；v Cb (k)係該當前取樣時間的該第二相濾波電容電壓實際值；T係一取樣週期；E d 係該直流鏈電壓；u b (k)係一第二相調變因子；L f 係一濾波電感；C f 係一濾波電容；K 1、K 2、K 3係增益元素；ω f 係一濾波角頻率。
  18. 如請求項15所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，其中該狀態觀察器包含一第三相狀態觀察器方程式：
    Figure TWI668458B_C0015
    Figure TWI668458B_C0016
    係該當前取樣時間之一第三相濾波電容電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0017
    係該下一取樣時間的該第三相濾波電容電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0018
    係該當前取樣時間的一第三相濾波電容電流狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0019
    係該下一取樣時間的該第三相濾波電容電流狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0020
    係該當前取樣時間的一第三相擾動電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0021
    係該下一取樣時間的該第三相擾動電壓狀態變量；v Cc (k)係該當前取樣時間的該第三相濾波電容電壓實際值；T係一取樣週期；E d 係該直流鏈電壓；u c (k)係一第三相調變因子；L f 係一濾波電感；C f 係一濾波電容；K 1、K 2、K 3係增益元素；ω f 係一濾波角頻率。
  19. 如請求項12所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，其中該狀態觀察器用以輸出該下一取樣時間的一第一線濾波電容電壓狀態變量、一第二線濾波電容電壓狀態變量、以及一第三線濾波電容電壓狀態變量，該些第一線、第二線以及第三線濾波電容電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。
  20. 如請求項19所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，其中該狀態觀察器用以輸出該下一取樣時間的一第一線擾動電壓狀態變量、一第二線擾動電壓狀態變量、以及一第三線擾動電壓狀態變量，該些第一線、第二線以及第三線擾動電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。
  21. 如請求項20所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，其中該狀態觀察器包含一第一線狀態觀察器方程式：
    Figure TWI668458B_C0022
    Figure TWI668458B_C0023
    係該當前取樣時間之一第一線濾波電容電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0024
    係該下一取樣時間的該第一線濾波電容電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0025
    係該當前取樣時間的一第一線濾波電容電流狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0026
    係該下一取樣時間的該第一線濾波電容電流狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0027
    係該當前取樣時間的一第一線擾動電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0028
    係該下一取樣時間的該第一線擾動電壓狀態變量；v Cab (k)係該當前取樣時間的一第一線濾波電容電壓實際值；T係一取樣週期；E d 係該直流鏈電壓；u ab (k)係一第一線調變因子；L f 係一濾波電感；C f 係一濾波電容；K 1、K 2、K 3係增益元素；ω f 係一濾波角頻率。
  22. 如請求項20所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，其中該狀態觀察器包含一第二線狀態觀察器方程式：
    Figure TWI668458B_C0029
    Figure TWI668458B_C0030
    係該當前取樣時間之一第二線濾波電容電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0031
    係該下一取樣時間的該第二線濾波電容電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0032
    係該當前取樣時間的一第二線濾波電容電流狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0033
    係該下一取樣時間的該第二線濾波電容電流狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0034
    係該當前取樣時間的一第二線擾動電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0035
    係該下一取樣時間的該第二線擾動電壓狀態變量；v Cbc (k)係該當前取樣時間的一第二線濾波電容電壓實際值；T係一取樣週期；E d 係該直流鏈電壓；u bc (k)係一第二線調變因子；L f 係一濾波電感；C f 係一濾波電容；K 1、K 2、K 3係增益元素；ω f 係一濾波角頻率。
  23. 如請求項20所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，其中該狀態觀察器包含一第三線狀態觀察器方程式：
    Figure TWI668458B_C0036
    Figure TWI668458B_C0037
    係該當前取樣時間之一第三線濾波電容電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0038
    係該下一取樣時間的該第三線濾波電容電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0039
    係該當前取樣時間的一第三線濾波電容電流狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0040
    係該下一取樣時間的該第三線濾波電容電流狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0041
    係該當前取樣時間的一第三線擾動電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0042
    係該下一取樣時間的該第三線擾動電壓狀態變量；v Cca (k)係該當前取樣時間的一第三線濾波電容電壓實際值；T係一取樣週期；E d 係該直流鏈電壓；u ca (k)係一第三線調變因子；L f 係一濾波電感；C f 係一濾波電容；K 1、K 2、K 3係增益元素；ω f 係一濾波角頻率。
  24. 如請求項12所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，其中該狀態觀察器用以輸出該下一取樣時間的一Q軸濾波電容電壓狀態變量、以及一D軸濾波電容電壓狀態變量，該些Q軸、以及D軸濾波電容電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。
  25. 如請求項24所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，其中該狀態觀察器用以輸出該下一取樣時間的一Q軸擾動電壓狀態變量、以及一D軸擾動電壓狀態變量，該些Q軸、以及D軸擾動電壓狀態變量係該下一取樣時間的電壓預測值。
  26. 如請求項25所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，其中該狀態觀察器包含一D軸狀態觀察器方程式：
    Figure TWI668458B_C0043
    Figure TWI668458B_C0044
    係該當前取樣時間之一D軸濾波電容電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0045
    係該下一取樣時間的該D軸濾波電容電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0046
    係該當前取樣時間的一D軸濾波電容電流狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0047
    係該下一取樣時間的該D軸濾波電容電流狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0048
    係該當前取樣時間的一D軸擾動電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0049
    係該下一取樣時間的該D軸擾動電壓狀態變量；v Cd (k)係該當前取樣時間的一D軸濾波電容電壓實際值；T係一取樣週期；E d 係該直流鏈電壓；u d (k)係一D軸調變因子；L f 係一濾波電感；C f 係一濾波電容；K 1、K 2、K 3係增益元素；ω f 係一濾波角頻率。
  27. 如請求項25所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，其中該狀態觀察器包含一Q軸狀態觀察器方程式：
    Figure TWI668458B_C0050
    Figure TWI668458B_C0051
    係該當前取樣時間之一Q軸濾波電容電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0052
    係該下一取樣時間的該Q軸濾波電容電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0053
    係該當前取樣時間的一Q軸濾波電容電流狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0054
    係該下一取樣時間的該Q軸濾波電容電流狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0055
    係該當前取樣時間的一Q軸擾動電壓狀態變量；
    Figure TWI668458B_C0056
    係該下一取樣時間的該Q軸擾動電壓狀態變量；v Cq (k)係該當前取樣時間的一Q軸濾波電容電壓實際值；T係一取樣週期；E d 係該直流鏈電壓；u q (k)係一Q軸調變因子；L f 係一濾波電感；C f 係一濾波電容；K 1、K 2、K 3係增益元素；ω f 係一濾波角頻率。
  28. 如請求項12所述之狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置，其中該狀態觀察器包含一增益矩陣：
    Figure TWI668458B_C0057
    ，
    Figure TWI668458B_C0058
    K係該增益矩陣；K 1、K 2、K 3係該增益矩陣的增益元素；ω f 係一濾波角頻率；T係一取樣週期；L f 係一濾波電感；C f 係一濾波電容。
TW107120411A 2018-06-13 2018-06-13 狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置與方法 TWI668458B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107120411A TWI668458B (zh) 2018-06-13 2018-06-13 狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置與方法
CN201811131473.XA CN110601515B (zh) 2018-06-13 2018-09-27 三相直交流转换器的滤波电容电流无传感器控制装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107120411A TWI668458B (zh) 2018-06-13 2018-06-13 狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置與方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI668458B true TWI668458B (zh) 2019-08-11
TW202001268A TW202001268A (zh) 2020-01-01

Family

ID=68316209

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107120411A TWI668458B (zh) 2018-06-13 2018-06-13 狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置與方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN110601515B (zh)
TW (1) TWI668458B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI792934B (zh) 2021-12-27 2023-02-11 財團法人工業技術研究院 使用狀態觀察器之直交流轉換器系統及其控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100588073C (zh) * 2008-06-05 2010-02-03 上海交通大学 柔性直流输电变流器的电流控制方法及装置
WO2014107938A1 (zh) * 2013-01-08 2014-07-17 广东志成冠军集团有限公司 基于虚拟电阻的电流源型整流器及并网控制方法
TWI626459B (zh) * 2016-08-17 2018-06-11 財團法人工業技術研究院 使用狀態觀察器之濾波電容電流無感測器偵測方法與裝置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108111065A (zh) * 2018-01-22 2018-06-01 哈尔滨理工大学 一种基于脉振高频电压注入的六相永磁同步电机无传感器控制系统及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100588073C (zh) * 2008-06-05 2010-02-03 上海交通大学 柔性直流输电变流器的电流控制方法及装置
WO2014107938A1 (zh) * 2013-01-08 2014-07-17 广东志成冠军集团有限公司 基于虚拟电阻的电流源型整流器及并网控制方法
TWI626459B (zh) * 2016-08-17 2018-06-11 財團法人工業技術研究院 使用狀態觀察器之濾波電容電流無感測器偵測方法與裝置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110601515B (zh) 2022-01-28
TW202001268A (zh) 2020-01-01
CN110601515A (zh) 2019-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bode et al. An improved robust predictive current regulation algorithm
Qasim et al. Artificial-neural-network-based phase-locking scheme for active power filters
Loh et al. A comparative analysis of multiloop voltage regulation strategies for single and three-phase UPS systems
Lee et al. AC voltage and current sensorless control of three-phase PWM rectifiers
TWI626459B (zh) 使用狀態觀察器之濾波電容電流無感測器偵測方法與裝置
Kashif et al. Design and implementation of a three-level active power filter for harmonic and reactive power compensation
Ihedrane et al. Improved wind system using non-linear power control
Alt et al. Analysis and average-value modeling of an inductorless synchronous machine load commutated converter system
TWI792934B (zh) 使用狀態觀察器之直交流轉換器系統及其控制方法
TWI668458B (zh) 狀態觀察器用於三相直交流轉換器之濾波電容電流無感測器控制裝置與方法
Essoussi et al. Power Quality Improvement using a New DPC Switching Table for a Three-Phase SAPF
Lee et al. High performance current controller for sparse matrix converter based on model predictive control
US11611286B2 (en) Method for determining rectifier-stage output current or grid-side currents of a frequency converter
Song et al. Harmonics suppression and control design for general-purpose mission profile emulator of three-phase power electronics system
Shi et al. A general closed-loop power-decoupling control for reduced-switch converter-fed IM drives
Sahril et al. A single phase dynamic voltage restorer (DVR) with direct AC-AC converter using dq transform to mitigate voltage sag
Chaoui et al. Experimental validation of new direct power control switching table for shunt active power filter
Baek et al. Virtual dq Control Strategy for Capacitor-Split Type Active Power Decoupling
WO2023050384A1 (zh) 一种电网电压不平衡的抑制方法及装置
Heidaripour Shahrbjari et al. Sensorless direct vector control technique for induction motor drives under single-phase open-circuit fault
Prashanth et al. DC-Link Current Ripple Reduction in Switched Reluctance Machine Drives
Camargos et al. Time-varying harmonic distortions in AC drives
Constantinescu et al. Comparative Analysis of Two Methods of Calculating the Prescribed Current in a Shunt Active Filtering System
Popescu et al. Theoretical and Experimental Evaluation of DC-Circuit Influence in Four-Wire Active Power Filter with Split Capacitor for Strongly Unbalanced Loads
Cai et al. A Unified SVPWM Fault Tolerant Control Algorithm for Single Leg Fault Reconstruction Topology of Two-level Inverter