TWI548200B - 逆變裝置及其電源轉換方法 - Google Patents

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Description

逆變裝置及其電源轉換方法
本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種逆變裝置及其電源轉換方法。
逆變器(inverter)為一種電源轉換裝置，其通常是通過功率半導體元件的切換把直流輸入電源轉換為交流輸出電源。一般並網型逆變裝置的輸出端會連接到電網，當逆變裝置出現故障或被強制關閉時，市電電流會回灌到逆變裝置，而可能造成逆變裝置的逆變器毀損。為避免上述情形，可令操作在邊界傳導模式(boundary conduction mode，BCM)的逆變器在零交越點附近停止動作，此方式雖可有效避免因市電電流回灌而造成逆變器的毀損，但逆變器停止動作所產生的諧波將使電流總諧波失真變大。
本發明提供一種逆變裝置及其電源轉換方法，可有效降低逆變裝置的電流總諧波失真。
本發明的逆變裝置包括逆變電路、偵測單元以及控制單元。其中逆變電路接收直流電源，並將直流電源轉換為交流電源。偵測單元偵測交流電源的交流電流的電流諧波分量，並依據電流諧波分量產生電流調整信號。控制單元耦接逆變電路與偵測電路，輸出脈寬調變信號控制逆變電路將直流電源轉換為交流電源，依據電流調整信號產生抵銷電流以疊加至交流電流。
在本發明的一實施例中，上述的控制單元根據疊加抵銷電流後的交流電流來調整脈寬調變信號的工作週期。
在本發明的一實施例中，上述的偵測單元更判斷電流諧波分量的電流均方根值是否高於預設門檻值，當電流諧波分量的電流均方根值高於預設門檻值時，依據電流諧波分量的電流均方根值與交流電流的電流均方根值之比例產生電流調整信號。
在本發明的一實施例中，上述的抵銷電流之電流均方根值等於電流諧波分量的電流均方根值。
在本發明的一實施例中，上述的抵銷電流之頻率等於電流諧波分量之頻率。
在本發明的一實施例中，上述的電流諧波分量為奇數階的電流諧波分量。
在本發明的一實施例中，上述的偵測單元為整合於控制單元內，或是配置於控制單元外。
本發明的逆變裝置的電源轉換方法，逆變裝置用以將直流電源壓轉換為交流電源，逆變裝置的電源轉換方法包括下列步 驟。偵測交流電源的交流電流的電流諧波分量。依據電流諧波分量產生電流調整信號。依據電流調整信號產生抵銷電流，並將抵銷電流疊加至交流電流。根據疊加後的交流電流來調整脈寬調變信號的工作週期。依據脈寬調變信號控制逆變裝置輸出交流電流。
在本發明的一實施例中，上述依據電流諧波分量產生電流調整信號的步驟包括下列步驟。判斷電流諧波分量的電流均方根值是否高於預設門檻值。若電流諧波分量的電流均方根值高於預設門檻值，依據電流諧波分量的電流均方根值與交流電流的電流均方根值之比例產生電流調整信號。
在本發明的一實施例中，上述的抵銷電流之電流均方根值等於電流諧波分量的電流均方根值。
在本發明的一實施例中，上述的抵銷電流之頻率等於電流諧波分量之頻率。
基於上述，本發明的實施例依據偵測到的電流諧波分量調整用於控制逆變電路進行電壓轉換的脈寬調變信號，以產生抵銷電流諧波分量的抵銷電流，而可有效地降低逆變裝置的電流總諧波失真。
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。
102‧‧‧光伏組件
104‧‧‧逆變電路
106‧‧‧偵測單元
108‧‧‧控制單元
VDC‧‧‧直流電壓
VAC‧‧‧交流電壓
IDC‧‧‧直流電流
IAC‧‧‧交流電流
S1‧‧‧電流調整信號
PWM‧‧‧脈寬調變信號
W1、W1'、W2‧‧‧波形
S302~S310、S402~S404‧‧‧逆變裝置的電壓轉換方法步驟
圖1繪示本發明一實施例之逆變裝置使用在光伏系統的示意圖。
圖2繪示本發明一實施例之抵銷電流以及交流電流的波形示意圖。
圖3繪示本發明一實施例之逆變裝置的電源轉換方法的流程示意圖。
圖4繪示本發明另一實施例之逆變裝置的電源轉換方法的流程示意圖。
圖1繪示本發明一實施例之逆變裝置使用在光伏系統的示意圖。請參照圖1，逆變裝置包括逆變電路104、偵測單元106以及控制單元108，逆變電路104耦接光伏組件102，控制單元108耦接逆變電路104與偵測單元106，偵測單元106耦接逆變電路104的輸出端。光伏組件102可用以將太陽光轉換為直流電源(包含直流電壓VDC與直流電流IDC)，而逆變電路104可接收來自光伏組件102的直流電源，並將其轉換為交流電源(包含交流電壓VAC與交流電流IAC)。進一步來說，逆變電路104中的開關(未繪示)可受控於控制單元108而開啟或關閉，進而將直流電源轉換為交流電源。在本實施例中偵測單元106為配置於控制單元108外，然不以此為限，在其他實施例中，偵測單元106亦可被整合於控制單元108內。
偵測單元106可對逆變電路104輸出的交流電流IAC進行偵測，以獲得交流電流IAC的電流諧波分量，並依據電流諧波分量產生電流調整信號S1給控制單元108，其中電流諧波分量可例如因為逆變電路104停止動作而產生，或因為電壓波形失真、開關切換而產生。進一步來說，偵測單元106產生電流調整信號S1的方式可例如為，先判斷其所偵測到之電流諧波分量的電流均方根值是否高於預設門檻值，當電流諧波分量的電流均方根值高於預設門檻值時，依據電流諧波分量的電流均方根值與交流電流的電流均方根值之比例產生電流調整信號S1。
控制單元108用以輸出脈寬調變信號PWM至逆變電路104，以控制逆變電路104將直流電壓VDC轉換為交流電壓VAC，並可依據偵測單元106所輸出的電流調整信號S1調整脈寬調變信號PWM的工作週期，以產生抵銷電流來抵銷電流諧波分量，亦即控制單元108會依據電流調整信號S1調整脈寬調變信號PWM的工作週期，以將抵銷電流疊加至交流電流IAC，疊加後的交流電流包括交流電流IAC以及抵銷電流，其中疊加後的交流電流中所包含的抵銷電流可用來抵銷電流諧波分量，而使逆變電路104輸出的交流電流IAC的電流諧波分量變小。其中抵銷電流之電流均方根值等於電流諧波分量的電流均方根值，而抵銷電流之頻率等於電流諧波分量之頻率。
舉例來說，圖2繪示本發明一實施例之抵銷電流以及交流電流的波形示意圖。請參照圖2，在本實施例中，為避免逆變電 路104毀損，控制單元108使操作在邊界傳導模式(boundary conduction mode，BCM)的逆變器在零交越點附近停止動作。在圖2中，波形W1為逆變電路104所輸出的交流電流IAC，正弦波W2為控制單元108依據電流調整信號S1產生的抵銷電流，而波形W1'則為波形W1加上正弦波W2後，亦即交流電流IAC在被注入用以抵消電流諧波分量的抵消電流後所得到的波形(亦即上述疊加後的交流電流的波形)。
在本實例中，交流電流的電流均方根值為1A，電流均方根值的預設門檻值為0.2A，而偵測單元106所偵測到交流電流的電流諧波分量的電流均方根值為0.4A，且交流電流具有階數為3階、頻率為180Hz的電流諧波分量。由於交流電流的電流諧波分量的電流均方根值高於預設門檻值，此時控制單元108便可依據偵測單元106所輸出的電流調整信號S1調整脈寬調變信號PWM的工作週期，產生具有與偵測單元106所偵測到的電流諧波分量相同階數(3階)、相同頻率(180Hz)以及電流均方根值為0.4A的抵消電流(亦即正弦波W2)，以抵消電流諧波分量，進而降低電流總諧波失真。
值得注意的是，本實施例為以電流諧波分量為3階的例子進行抵消電流諧波分量的說明，然電流諧波分量的階數並不以本實施例為限，在其他實施例中，電流諧波分量可為更高的奇數階數(例如：5階、7階...等)，亦可為偶數階的電流諧波分量，且交流電流亦可能同時具有不同階數的電流諧波分量。
圖3繪示本發明一實施例之逆變裝置的電源轉換方法的流程示意圖。請參照圖3，由上述實施例可知，逆變裝置的電源轉換方法可包括下列步驟。首先，偵測交流電源的交流電流的電流諧波分量(步驟S302)，其中電流諧波分量可例如為奇數階或偶數階的電流諧波分量。接著，依據電流諧波分量產生電流調整信號(步驟S304)。然後，依據電流調整信號產生抵銷電流，並將抵銷電流疊加至交流電流(步驟S306)。接著，根據疊加後的交流電流來調整脈寬調變信號的工作週期(步驟S308)。最後再依據脈寬調變信號控制逆變裝置輸出的交流電流(步驟S310)，以產生抵銷電流來抵銷電流諧波分量，其中抵銷電流之電流均方根值等於電流諧波分量的電流均方根值，而抵銷電流之頻率等於電流諧波分量之頻率。
圖4繪示本發明一實施例之逆變裝置的電源轉換方法的流程示意圖。請參照圖4，進一步來說，圖3中依據電流諧波分量產生電流調整信號的步驟(步驟S304)可如圖4所示，包括步驟S402與步驟S404。亦即先判斷電流諧波分量的電流均方根值是否高於預設門檻值(步驟S402)，若電流諧波分量的電流均方根值高於預設門檻值，依據電流諧波分量的電流均方根值與交流電流的電流均方根值之比例產生電流調整信號(步驟S404)，然後再進入步驟依據S306，依據電流調整信號產生抵銷電流，並將抵銷電流疊加至交流電流。相反地，若電流諧波分量的電流均方根值未高於預設門檻值，則回到步驟S302，繼續偵測交流電源的交流電流的電 流諧波分量。
綜上所述，本發明實施例的控制單元依據交流電流的電流諧波分量產生一抵銷電流諧波分量的抵銷電流，而將抵銷電流疊加至交流電流，並根據疊加後的交流電流調整用於控制逆變電路進行電源轉換的脈寬調變信號，進而有效地降低逆變裝置的電流總諧波失真。
S302~S310‧‧‧逆變裝置的電源轉換方法步驟

Claims (9)

  1. 一種逆變裝置，包括：一逆變電路，接收一直流電源，並將該直流電源轉換為一交流電源；一偵測單元，偵測該交流電源的交流電流的一電流諧波分量，並依據該電流諧波分量產生一電流調整信號；以及一控制單元，耦接該逆變電路與該偵測單元，輸出一脈寬調變信號控制該逆變電路將該直流電源轉換為該交流電源，依據該電流調整信號產生一抵銷電流以疊加至該交流電流，其中該偵測單元更判斷該電流諧波分量的電流均方根值是否高於一預設門檻值，當該電流諧波分量的電流均方根值高於該預設門檻值時，依據該電流諧波分量的電流均方根值與該交流電流的電流均方根值之比例產生該電流調整信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的逆變裝置，其中該控制單元根據疊加該抵銷電流後的該交流電流來調整該脈寬調變信號的工作週期。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的逆變裝置，其中該抵銷電流之電流均方根值等於該電流諧波分量的電流均方根值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的逆變裝置，其中該抵銷電流之頻率等於該電流諧波分量之頻率。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的逆變裝置，其中該電流諧波分量為奇數階的電流諧波分量。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的逆變裝置，其中該偵測單元為整合於該控制單元內，或是配置於該控制單元外。
  7. 一種逆變裝置的電源轉換方法，該逆變裝置用以將一直流電源轉換為一交流電源，該逆變裝置的電源轉換方法包括：偵測該交流電源的交流電流的一電流諧波分量；依據該電流諧波分量產生一電流調整信號；依據該電流調整信號產生一抵銷電流，並將該抵銷電流疊加至該交流電流；根據疊加後的該交流電流來調整一脈寬調變信號的工作週期；以及依據該脈寬調變信號控制該逆變裝置輸出該交流電流，其中依據該電流諧波分量產生該電流調整信號的步驟包括：判斷該電流諧波分量的電流均方根值是否高於一預設門檻值；以及若該電流諧波分量的電流均方根值高於該預設門檻值，依據該電流諧波分量的電流均方根值與該交流電流的電流均方根值之比例產生該電流調整信號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的逆變裝置的電源轉換方法，其中該抵銷電流之電流均方根值等於該電流諧波分量的電流均方根值。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的逆變裝置的電源轉換方法，其中該抵銷電流之頻率等於該電流諧波分量之頻率。
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