TWI568149B - 電能轉換裝置及其控制方法 - Google Patents

電能轉換裝置及其控制方法 Download PDF

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Description

電能轉換裝置及其控制方法
本發明係關於一種轉換裝置及其控制方法，特別關於一種電能轉換裝置及其控制方法。
近年來，由於環保意識的擡頭和石化能源(例如石油、煤)的逐漸枯竭，讓世界各國察覺到新型能源開發的重要性。由於風力是取之不盡、用之不竭的能源，除了沒有能源耗盡的疑慮之外，也可以避免能源被壟斷的問題。因此，世界各國也積極地發展風力發電系統，期望由增加風力的利用來減低對石化能源的依賴。
風力發電系統需藉由一電能轉換設備將風力發電機(簡稱風機)所產生之電能加以轉換，除了可將轉換後的電能儲存或供給負載使用外，也可將其併入供電電網。其中，習知的電能轉換設備大致可分為被動式架構與主動式架構。
被動式架構係利用一被動式全橋整流器將風機輸出的三相電源轉換為單相電源，再透過一電感器與一開關的作動來達到能量轉換的目的。由於只使用單一開關切換就可達到能量的轉換，故設備的能源損耗極小，當用於低風速或小功率風機時，其轉換效率相當高。然而，被動式架構無法主動控制及調整功率因素(power factor)，且隨著功率與電流的增 加，其損耗也等比例上升，當使用於中、高風速或大功率的風機時，轉換時的功率損耗相當高。
主動式架構係利用六個主動開關與三個電感器，並透過設置於發電機上的轉子位置偵測器(例如編碼器)取得瞬時轉速，用以達到瞬時轉速控制，進而使電能轉換裝置可完成電能的轉換。由於主動式架構可跟隨風機輸出的三相交流電源同步變化，且可達到全功率的能源轉換，因此，應用於高風速或大功率的風機時，其轉換效率相當高，且其能源損耗卻相當低。然而，主動式架構因需同時驅動六個主動開關動作，且需提供設置於發電機的位置偵測器之電源而具有長距離的線路損失，使得其功率損耗遠大於被動式系統，如此，對於低風速或低功率的風機而言，並不利於其風能的轉換。
因此，如何提供一種電能轉換裝置及其控制方法，可具有全功率之高效率能量轉換，又具有功率損耗較低的優點，已成為重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種可具有全功率之高效率能量轉換，又具有功率損耗較低之電能轉換裝置及其控制方法。
為達上述目的，依據本發明之一種電能轉換裝置係與一發電裝置配合，其中，發電裝置輸出一第一訊號，而電能轉換裝置係包括一轉換感測電路、一控制訊號產生電路以及一切換電路。轉換感測電路可將第一訊號轉換為一第二訊號，並感測第二訊號之至少一電壓波形變化，以產生一時間間隔。控制訊號產生電路與轉換感測電路電性連接，並依據時間間隔輸出一控制訊號。切換電路分別與發電裝置及控制訊號產生電路電性連接，並具有複數切換元件，切換電路可接收第一訊號，並依據控制訊號導 通該等切換元件的其中之一，以將第一訊號轉換並輸出一輸出訊號。其中，轉換感測電路係可包含一施密特觸發器或其它波形轉換元件。另外，時間間隔等於第二訊號之電壓波形上升緣與下降緣的時間差的三分之一，或者等於第二訊號之其中任一電壓波形的上升緣與另一電壓波形的下降緣之時間差。
再者，控制訊號產生電路係可依據時間間隔得到第一訊號的頻率。另外，控制訊號產生電路也依據第一訊號於某一區間時，對應的電壓峰值的資訊控制切換電路。此外，控制訊號產生電路係藉由空間向量脈寬調變技術控制切換電路。
電能轉換裝置更可包括一第一儲能單元及一第二儲能單元。其中，第一儲能單元分別與發電裝置及切換電路電性連接。第一儲能單元可依據該等切換元件的導通與截止，分別儲存及釋放發電裝置產生的電能。另外，第二儲能單元可與切換電路電性連接，並儲存輸出訊號的電能。
另外，電能轉換裝置更可包括一煞車能量回收電路，煞車能量回收電路可與切換電路電性連接。其中，煞車能量回收電路可具有一開關單元、一第一儲能元件及一第二儲能元件，開關單元與第一儲能元件的第一端電性連接，第一儲能元件的第二端與第二儲能元件的第一端電性連接。另外，開關單元具有一第一開關元件與第一儲能元件的第一端電性連接。當第一開關元件導通時，第一儲能元件儲存發電裝置煞車的能量。當第一開關元件截止時，第二儲能元件儲存第一儲能元件釋放的能量。此外，開關單元更具有一第二開關元件分別與第一開關元件及第一儲能元件的第一端電性連接。當第二開關元件導通時，第一儲能元件儲存第二儲能元件釋放的能量。當第二開關元件截止時，第一儲能元件釋放儲存的能量到發電裝置。
另外，為達上述目的，依據本發明之一種控制方法係與一電能轉換裝置配合，電能轉換裝置可包含一轉換感測電路、一控制訊號產生電路及一切換電路，一發電裝置係輸出一第一訊號，並輸入電能轉換裝置。本發明之控制方法更可包括藉由轉換感測電路感測第一訊號，並轉換為一第二訊號；藉由轉換感測電路感測第二訊號之至少一電壓波形變化，並產生一時間間隔；藉由控制訊號產生電路，並依據時間間隔輸出一控制訊號；以及藉由切換電路，並依據控制訊號導通切換電路之複數切換元件的其中之一，以將第一訊號轉換並輸出一輸出訊號。其中，時間間隔等於第二訊號之電壓波形上升緣與下降緣的時間差的三分之一，或者等於第二訊號之其中任一電壓波形的上升緣與另一電壓波形的下降緣之時間差。
另外，控制訊號產生電路可依據時間間隔得到第一訊號的頻率。另外，控制訊號產生電路依據第一訊號於某一區間時，對應的電壓峰值的資訊控制切換電路。
電能轉換裝置更可包含一煞車能量回收電路與切換電路電性連接，煞車能量回收電路具有一開關單元、一第一儲能元件及一第二儲能元件。
另外，本發明之控制方法更可包括藉由控制開關單元之一第一開關元件導通，以將發電裝置煞車的能量儲存至第一儲能元件；及藉由控制第一開關元件截止，以將第一儲能元件釋放的能量儲存到第二儲能元件。
此外，本發明之控制方法更可包括藉由控制開關單元之一第二開關元件導通，以將第二儲能元件釋放的能量儲存至第一儲能元件；及藉由控制第二開關元件截止，以將第一儲能元件儲存的能量釋放至發電裝置。
此外，為達上述目的，依據本發明之一種電能轉換裝置包括一控制訊號產生電路以及一煞車能量回收電路。控制訊號產生電路與發電裝置 電性連接，並可依據發電裝置產生之一第一訊號輸出一控制訊號。另外，煞車能量回收電路與發電裝置及控制訊號產生電路電性連接，其中，控制訊號控制煞車能量回收電路儲存發電裝置煞車時所產生的能量，並控制煞車能量回收電路將儲存電能釋放至發電裝置。
承上所述，由於本發明之電能轉換裝置係藉由轉換感測電路將第一訊號轉換成第二訊號，並感測第二訊號之至少一電壓波形變化以產生時間間隔，藉此可得到發電裝置的瞬時轉速及頻率而可達到瞬時轉速的控制，除了可取代習知技術之位置偵測器外，也不需提供位置偵測器的電源而不會有長距離的線路損失。另外，本發明之控制訊號產生電路係依據該時間間隔輸出控制訊號，以控制切換單元之其中之一的切換元件導通與截止，使第一訊號轉換及輸出。由於一個區間只變換一個切換元件的開關動作，因此，可減少切換元件之功率消耗，並使輸出訊號之電流諧波最小，也使得電能轉換裝置具有全功率之高效率的能量轉換。
1、1a‧‧‧電能轉換裝置
11‧‧‧轉換感測電路
12‧‧‧控制訊號產生電路
13‧‧‧切換電路
131a~131f‧‧‧切換元件
132a~132f、164a、164b‧‧‧二極體
14‧‧‧第一儲能單元
141a、141b、141c‧‧‧電感
15‧‧‧第二儲能單元
16‧‧‧煞車能量回收電路
161a‧‧‧第一開關元件
161b‧‧‧第二開關元件
162‧‧‧第一儲能元件
163‧‧‧第二儲能元件
17‧‧‧濾波單元
A~F‧‧‧區域
CS‧‧‧控制訊號
G‧‧‧發電裝置
i、I‧‧‧電流
OS‧‧‧輸出訊號
S01~S08‧‧‧步驟
S1‧‧‧第一訊號
S2‧‧‧第二訊號
Vab、Vbc、Vca‧‧‧線電壓
圖1為本發明較佳實施例之一種電能轉換裝置的示意圖；圖2A及圖2B分別為電能轉換裝置的第一訊號及第二訊號之三相線電壓的波形示意圖；圖3A至圖8C分別為本發明電能轉換裝置的第一訊號之波形示意圖及不同切換元件的動作示意圖；圖9為本發明另一較佳實施例之電能轉換裝置的示意圖；圖10A至圖10D分別為圖9之煞車能量回收電路的動作示意圖；以及圖11及圖12分別為本發明之電能轉換裝置不同的控制方法流程示意圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種電能轉換裝置及其控制方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
請參照圖1所示，其為本發明較佳實施例之一種電能轉換裝置1的示意圖。電能轉換裝置1可與一發電裝置G配合應用。發電裝置G係可輸出一第一訊號S1，其中，發電裝置G輸出的第一訊號S1係為三相平衡且相序穩定的正弦波電壓訊號。發電裝置G例如可為但不限於為風力發電系統之風力發電機，也可為其它的發電裝置，例如可為火力發電裝置、水力發電裝置、太陽能發電裝置或其它。另外，經電能轉換裝置1轉換後的輸出除了可對電池模組充電而被儲存外，也可提供給負載使用，或可將其併入供電電網。於此，並不加以限制。
電能轉換裝置1包括一轉換感測電路11、一控制訊號產生電路12以及一切換電路13。另外，電能轉換裝置1更可包括一第一儲能單元14及一第二儲能單元15。
轉換感測電路11可感測第一訊號S1，並可將第一訊號S1轉換為一第二訊號S2。請參照圖1、圖2A及圖2B所示，其中，圖2A及圖2B分別為電能轉換裝置的第一訊號S1及第二訊號S2之三相線電壓的波形示意圖。
由於第一訊號S1係為三相平衡且相序穩定的正弦波電壓訊號。因此，可例如藉由比壓器(potential transformer,PT，圖未顯示)來感測第一訊號S1，並利用轉換感測電路11將第一訊號S1轉換為第二訊號S2。其中，轉換感測電路11可包含一施密特觸發器(Schmitt trigger)或為其它波形整形電路。在本實施例中，施密特觸發器係作為波形整形電路，並可例如將圖2A之三相正弦波的第一訊號S1(線電壓Vab、Vbc及Vca)之電壓轉態點分別轉換為具有上升緣及下降緣的方波訊號(即第二訊號S2)。如圖2B所示， 以線電壓Vab為例，正弦波於0°時係由負極性轉為正極性，故可得到第二訊號S2之一上升緣。另外，正弦波於180°時係由正極性轉為負極性，故可得到第二訊號S2之一下降緣，以此類推。因此，如圖2B所示，第一訊號S1之線電壓Vab、Vbc及Vca可分別轉換為第二訊號S2的方波，且三個方波的第二訊號S2與第一訊號S1的線電壓Vab、Vbc及Vca係彼此相互對應。
另外，轉換感測電路11可感測第二訊號S2之至少一電壓波形變化，以產生一時間間隔。於此，時間間隔例如可等於第二訊號S2之某一線電壓波形上升緣與下降緣的時間差的三分之一。具體而言，以圖2B的第一訊號S1之線電壓Vab為例，第二訊號S2之線電壓波形上升緣與下降緣的時間差係為線電壓Vab波形由0°變化到180°所需的時間(即線電壓Vab的半週期)，故一個時間間隔等於第一訊號S1的相位變化60°(180/3)所需時間。
另外，另一種實施方式為，時間間隔也可等於第二訊號S2之其中任一電壓波形的上升緣與另一電壓波形的下降緣之時間差。於此，如圖2A所示，第二訊號S2任一線電壓波形的上升緣與另一線電壓波形的下降緣之時間差亦為第一訊號S1的波形變化60°所需時間。
藉由時間間隔的取得，控制訊號產生電路12即可依據時間間隔而換算得到第一訊號S1的週期(週期等於6倍的時間間隔)及頻率(頻率等於1/週期)，進而可得到發電裝置G之瞬時轉速及頻率，藉此，可使電能轉換裝置1達到瞬時轉速的控制。除了不必使用習知技術之位置偵測器(位置偵測器的價格昂貴)之外，也不需提供位置偵測器的電源而不會有長距離的線路損失。特別說明的是，本發明並不限定時間間隔一定為第一訊號S1變化60°所需時間，在其它的實施態樣中，時間間隔也可例如為變化30°或其它角度所需的時間，或利用第一訊號S1作數學運算，一樣可經換算而得到發電裝置G之瞬時轉速及頻率。
請再參照圖1所示，控制訊號產生電路12係與轉換感測電路11電性連接，且可依據時間間隔而輸出一控制訊號CS。其中，控制訊號CS係為脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號，並可包含發電裝置G之瞬時轉速及頻率的資訊，且控制訊號產生電路12可依據第一訊號S1於某一區間時，對應的電壓峰值的資訊輸出控制訊號CS，以控制切換電路13。其中，控制訊號產生電路12係可藉由空間向量脈寬調變(space vector pulse width modulation,SVPWM)或正弦波脈寬調變(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)的技術控制切換電路13。
切換電路13係分別與發電裝置G及控制訊號產生電路12電性連接。另外，切換電路13也分別與第一儲能單元14及第二儲能單元15電性連接。其中，切換電路13具有複數切換元件131a~131f及複數二極體132a~132f，該等二極體132a~132f係分別對應該等切換元件131a~131f設置。於此，切換元件131a~131f可分別為一功率電晶體，且係六只二極體132a~132f分別與六只切換元件131a~131f一對一並聯。另外，切換電路13係可接收第一訊號S1，並可依據控制訊號CS導通該等切換元件131a~131f的其中之一，以將第一訊號S1轉換並輸出一輸出訊號OS。
此外，如圖1所示，第一儲能單元14分別與發電裝置G及切換電路13電性連接，並可依據該等切換元件131a~131f的導通與截止，而分別儲存及釋放第一訊號S1的電能。於此，第一儲能單元14由上而下具有三個電感141a、141b及141c，且電感141a、141b及141c分別與發電裝置G輸出的三相電路及切換電路13電性連接。其中，電感141a與切換元件131a、131b及二極體132a、132b電性連接，電感141b與切換元件131c、131d及二極體132c、132d電性連接，且電感141c與切換元件131e、131f及二極體132e、132f電性連接。另外，第二儲能單元15係與切換電路13電性連接，並可儲存電能轉 換裝置1輸出的電能。於此，第二儲能單元15係為一電容，可儲存輸出訊號OS的電能。當然，在其它的實施態樣中，也可使切換電路13輸出之輸出訊號OS供應給其它的負載設備，或作為其它的應用。此外，電能轉換裝置1更可包括一濾波單元17設置於第一儲能單元14與發電裝置G之間，並分別與第一儲能單元14與發電裝置G電性連接。於此，濾波單元17可為三個電容器，並以Y形接法電性連接於第一儲能單元14與發電裝置G之間。濾波單元17可濾除雜訊，以穩定輸入及輸出發電裝置G之電壓訊號。
以下，請參照相關圖示，以詳細說明控制訊號CS如何控制該等切換元件131a~131f的其中之一，以將第一訊號S1轉換並產生輸出訊號OS，以使電能轉換裝置1具有高的轉換效率。
請分別參照圖3A至圖8C所示，其分別為本發明電能轉換裝置1的第一訊號S1之波形示意圖及不同切換元件的動作示意圖。先說明的是，圖3A至圖8C的圖示中，某些元件並未顯示。例如圖3B及圖3C中，並未顯示發電裝置G、轉換感測電路11、控制訊號產生電路12及第一儲能單元14之電感141a。另外，未動作之切換元件131a、131b、131d~131f亦未顯示。此外，圖3A至圖8C也未顯示濾波單元17。
如圖3A及圖3B所示，在本實施例中，第一訊號S1於0°到60°的區間時，線電壓Vbc具有高於線電壓Vab及線電壓Vca的電壓峰值(如區域A所示)。而控制訊號產生電路12可於第一訊號S1於0°到60°的區間時，利用線電壓Vbc具有峰值時輸出控制訊號CS，藉此控制切換元件131c切換而使電能轉換裝置1具有高的轉換效率。
如圖3B所示，於此，控制訊號CS(圖未顯示)只導通切換元件131c，並利用線電壓Vbc產生經由電感141c、二極體132e、切換元件131c及電感141b的電流i的迴路，使電感141b、141c可儲存線電壓Vbc的電能。另 外，如圖3C所示，再利用控制訊號CS(圖未顯示)控制切換元件131c截止，並經由電感141c、二極體132e、二極體132d及電感141b的電流i的迴路，可將電感141b、141c所儲存的電能轉換輸出給第二儲能單元15儲存。
另外，如圖4A及圖4B所示，在本實施例中，第一訊號S1於60°到120°的區間時，線電壓Vab具有高於線電壓Vbc及線電壓Vca的電壓峰值(如區域B所示)。而控制訊號產生電路12可於第一訊號S1於60°到120°的區間時，利用線電壓Vab具有峰值時輸出控制訊號CS，藉此控制切換元件131b切換而使電能轉換裝置1具有高的轉換效率。
如圖4B所示，於此，控制訊號CS(圖未顯示)只導通切換元件131b，並利用線電壓Vab產生經由電感141a、切換元件131b、二極體132d及電感141b的電流i的迴路，使電感141a、141b可儲存線電壓Vab的電能。另外，如圖4C所示，再利用控制訊號CS(圖未顯示)控制切換元件131b截止，並經由電感141a、二極體132a、二極體132d及電感141b的電流i的迴路，可將電感141a、141b所儲存的電能轉換輸出給第二儲能單元15儲存。
另外，如圖5A及圖5B所示，在本實施例中，第一訊號S1於120°到180°的區間時，線電壓Vca具有高於線電壓Vbc及線電壓Vab的電壓峰值(如區域C所示)。控制訊號產生電路12可於第一訊號S1於120°到180°的區間時，利用線電壓Vca具有峰值時輸出控制訊號CS，藉此控制切換元件131e切換而使電能轉換裝置1具有高的轉換效率。
如圖5B所示，於此，控制訊號CS(圖未顯示)只導通切換元件131e，並利用線電壓Vca產生經由電感141a、二極體132a、切換元件131e及電感141c的電流i的迴路，使電感141a、141c可儲存線電壓Vca的電能。另外，如圖5C所示，再利用控制訊號CS(圖未顯示)控制切換元件131e截止，並 經由電感141a、二極體132a、二極體132f及電感141c的電流i的迴路，可將電感141a、141c所儲存的電能轉換輸出給第二儲能單元15儲存。
另外，如圖6A及圖6B所示，在本實施例中，第一訊號S1於180°到240°的區間時，線電壓Vbc具有高於線電壓Vab及線電壓Vca的電壓峰值(如區域D所示)。控制訊號產生電路12可於第一訊號S1於180°到240°的區間時，利用線電壓Vbc具有峰值時輸出控制訊號CS，藉此控制切換元件131d切換而使電能轉換裝置1具有高的轉換效率。
如圖6B所示，於此，控制訊號CS(圖未顯示)只導通切換元件131d，並利用線電壓Vbc產生經由電感141b、切換元件131d、二極體132f、及電感141c的電流i的迴路，使電感141b、141c可儲存線電壓Vbc的電能。另外，如圖6C所示，再利用控制訊號CS(圖未顯示)控制切換元件131d截止，並經由電感141b、二極體132c、二極體132f及電感141c的電流i的迴路，可將電感141b、141c所儲存的電能轉換輸出給第二儲能單元15儲存。
另外，如圖7A及圖7B所示，在本實施例中，第一訊號S1於240°到300°的區間時，線電壓Vab具有高於線電壓Vbc及線電壓Vca的電壓峰值(如區域E所示)。控制訊號產生電路12可於第一訊號S1於24°。到300°的區間時，利用線電壓Vab具有峰值時輸出控制訊號CS，藉此控制切換元件131a切換而使電能轉換裝置1具有高的轉換效率。
如圖7B所示，於此，控制訊號CS(圖未顯示)只導通切換元件131a，並利用線電壓Vab產生經由電感141b、二極體132c、切換元件131a、及電感141a的電流i的迴路，使電感141a、141b可儲存線電壓Vab的電能。另外，如圖7C所示，再利用控制訊號CS(圖未顯示)控制切換元件131a截止，並經由電感141b、二極體132c、二極體132b及電感141a的電流i的迴路，可將電感141a、141b所儲存的電能轉換輸出給第二儲能單元15儲存。
另外，如圖8A及圖8B所示，在本實施例中，第一訊號S1於300°到360°(或0°)的區間時，線電壓Vca具有高於線電壓Vbc及線電壓Vab的電壓峰值(如區域F所示)。控制訊號產生電路12可於第一訊號S1於300°到360°的區間時，利用線電壓Vca具有峰值時輸出控制訊號CS，藉此控制切換元件131f切換而使電能轉換裝置1具有高的轉換效率。
如圖8B所示，於此，控制訊號CS(圖未顯示)只導通切換元件131f，並利用線電壓Vca產生經由電感141c、切換元件131f、二極體132b及電感141a的電流i的迴路，使電感141a、141c可儲存線電壓Vca的電能。另外，如圖8C所示，再利用控制訊號CS(圖未顯示)控制切換元件131f截止，並經由電感141c、二極體132e、二極體132b及電感141a的電流i的迴路，可將電感141a、141c所儲存的電能轉換輸出給第二儲能單元15儲存。
承上，本發明於發電裝置G低功率輸出時，可藉由轉換感測電路11將第一訊號S1轉換成第二訊號S2，並感測第二訊號S2之至少一電壓波形變化以產生時間間隔，藉此可得到發電裝置G的瞬時轉速及頻率而使電能轉換裝置1達到瞬時轉速的控制，除了不必使用習知技術之位置偵測器(位置偵測器的價格昂貴)之外，也不需提供位置偵測器的電源而不會有長距離的線路損失。另外，再藉由控制訊號產生電路12依據時間間隔而輸出控制訊號CS，以藉由空間向量脈寬調變或正弦波脈寬調變技術控制切換單元13的其中之一切換元件導通與截止。由於一個區間只變換一個切換元件的開、關動作，因此，可減少功率電晶體之切換功率消耗，並使輸出訊號OS之電流諧波最小，也使得電能轉換裝置1於發電裝置G低功率輸出時具有高效率的能量轉換。另外，於發電裝置G高功率輸出時，電能轉換裝置1可以空間向量脈寬調變或正弦波脈寬調變的技術同時切換六個切換元件131a~131f動作，以將發電裝置G的輸出電能進行轉換。而空間向量脈寬調變或 正弦波脈寬調變的控制訊號CS一樣可由轉換感測電路11經控制訊號產生電路12產生。因此，本發明之電能轉換裝置1具有全功率之高效率能量轉換，又具有功率損耗較低的優點。
另外，請參照圖9所示，其為本發明另一較佳實施例之電能轉換裝置1a的示意圖。
與圖1之電能轉換裝置1主要的不同在於，電能轉換裝置1a更可包括一煞車能量回收電路16，煞車能量回收電路16係與切換電路13及第二儲能單元15電性連接。其中，煞車能量回收電路16可回收發電裝置G煞車時的電能，且當無風或微風時可將儲能的電能透過控制訊號產生電路12以空間向量脈寬調變或正弦波脈寬調變的技術控制切換電路13作動，並經第一儲能單元14及濾波單元17濾除雜訊號後釋放至發電裝置G來啟動葉片，以解決發電裝置G啟動慣性的問題。藉此，可解決習知技術之電能轉換過程中所遇到的問題，例如可解決：煞車電阻過熱、控制裝置或輸出模組之啟動時間過長，錯失短暫能源的接收、及輸出模組未啟動完成而使煞車電阻損耗，長期浪費可觀能源等問題。
煞車能量回收電路16具有一開關單元、一第一儲能元件162及一第二儲能元件163。在本實施例中，開關單元可具有一第一開關元件161a及一第二開關元件161b，另外，開關單元更可具有兩二極體164a、164b分別與第一開關元件161a及第二開關元件161b並聯設置。於此，二極體164a係與第一開關元件161a並聯，而二極體164b係與第二開關元件161b並聯。另外，第一開關元件161a、二極體164a、第二開關元件161b及二極體164b係與第一儲能元件162的第一端電性連接，第一儲能元件162的第二端係與第二儲能元件163的第一端電性連接，而第二儲能元件163的第二端係與第二開關元件161b及二極體164b電性連接。在本實施例中，第一儲能元件162係為一 電感，而第二儲能元件163係為一電容，並可為一超級電容或其它可儲存能量的元件。
請參照圖10A至圖10D所示，其分別為圖9之煞車能量回收電路16的動作示意圖。其中，圖10A至圖10D並未顯示轉換感測電路11及控制訊號產生電路12。另外，開關單元內未動作的開關元件也沒有顯示，例如圖10A及圖10B中並未顯示第二開關元件161b。
在本實施例中，如圖10A所示，當發電裝置G煞車時，煞車能量回收電路16可回收發電裝置G煞車時的電能。於此，係仍可透過控制訊號產生電路12(圖10A未顯示)以脈寬調變的技術控制煞車能量回收電路16之第一開關元件161a導通，而煞車能量所產生的電流I可藉由第一開關元件161a而使第一儲能元件162儲存該能量(電感儲能)。另外，如圖10B所示，再藉由控制訊號產生電路12(圖10B未顯示)以脈寬調變的技術控制煞車能量回收電路16之第一開關元件161a截止，使第一儲能元件162儲存的能量可釋放而儲存至第二儲能元件163(電感釋能)。
另外，如圖10C所示，當無風或微風時要啟動發電裝置G時，可控制第二開關元件161b導通，則第二儲電元件163可將儲存的電能釋放而被第一儲能元件162所接放(電感儲能)。另外，如圖10D所示，再藉由控制第二開關元件161b截止，使第一儲能元件162儲存的能量可釋放(電感釋能)至第二儲能單元15，發電裝置G可經由切換電路13去轉換第二儲能單元15產生反向之第一訊號S1，使發電裝置G變為馬達而啟動葉片，以解決發電裝置G啟動慣性的問題，而在無風時亦可將此能量釋放至任何與第二儲能單元15電性連接之負載。其中，上述控制第一開關元件161a與第二開關元件161b之訊號係可分別為脈寬調變訊號，且可由控制訊號產生電路12產生，或可由另一控制電路產生，於此，並不加以限制。
此外，電能轉換裝置1a的其它技術特徵可參照電能轉換裝置1，於此不再贅述。
另外，請同時參照圖1及圖11所示，其中，圖11為本發明之電能轉換裝置的控制方法流程示意圖。
本發明之控制方法係與電能轉換裝置1配合應用。電能轉換裝置1包含一轉換感測電路11、一控制訊號產生電路12及一切換電路13，一發電裝置G係輸出一第一訊號S1，並輸入電能轉換裝置1。控制方法係包括：藉由轉換感測電路11感測一第一訊號S1，並轉換為一第二訊號S2(步驟S01)、藉由轉換感測電路11感測第二訊號S2之至少一電壓波形變化，並產生一時間間隔(步驟S02)、藉由控制訊號產生電路12，並依據時間間隔輸出一控制訊號CS(步驟S03)，以及藉由切換電路13，並依據控制訊號CS導通切換電路13之複數切換元件131a~131f的其中之一，以將第一訊號S1轉換並輸出一輸出訊號OS(步驟S04)。
另外，請同時參照圖9及圖12所示，其中，圖12為本發明之電能轉換裝置的另一控制方法流程示意圖。
本發明之控制方法更可包括：藉由控制開關單元之一第一開關元件161a導通，以將發電裝置G煞車的能量儲存至第一儲能元件162(步驟S05)，及藉由控制第一開關元件161a截止，以將第一儲能元件162釋放的能量儲存到第二儲能元件163(步驟S06)。另外，控制方法更可包括：藉由控制開關單元之一第二開關元件161b導通，以將第二儲能元件163釋放的能量儲存至第一儲能元件162(步驟S07)，及藉由控制第二開關元件161b截止，以將第一儲能元件162儲存的能量釋放至發電裝置G(步驟S08)。
此外，電能轉換裝置及其控制方法的其它技術特徵已於上述中詳述，於此不再贅述。
綜上所述，由於本發明之電能轉換裝置係藉由轉換感測電路將第一訊號轉換成第二訊號，並感測第二訊號之至少一電壓波形變化以產生時間間隔，藉此可得到發電裝置的瞬時轉速及頻率而可達到瞬時轉速的控制，除了可取代習知技術之位置偵測器外，也不需提供位置偵測器的電源而不會有長距離的線路損失。另外，本發明之控制訊號產生電路係依據該時間間隔輸出控制訊號，以控制切換單元之其中之一的切換元件導通與截止，使第一訊號轉換及輸出。由於一個區間只變換一個切換元件的開關動作，因此，可減少切換元件之功率消耗，並使輸出訊號之電流諧波最小，也使得電能轉換裝置具有全功率之高效率的能量轉換。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1‧‧‧電能轉換裝置
11‧‧‧轉換感測電路
12‧‧‧控制訊號產生電路
13‧‧‧切換電路
131a~131f‧‧‧切換元件
132a~132f‧‧‧二極體
14‧‧‧第一儲能單元
141a、141b、141c‧‧‧電感
15‧‧‧第二儲能單元
17‧‧‧濾波單元
CS‧‧‧控制訊號
G‧‧‧發電裝置
OS‧‧‧輸出訊號
S1‧‧‧第一訊號
S2‧‧‧第二訊號

Claims (13)

  1. 一種電能轉換裝置，與一發電裝置配合，該發電裝置輸出一第一訊號，該電能轉換裝置包括：一轉換感測電路，將該第一訊號轉換為一第二訊號，並感測該第二訊號之至少一電壓波形變化，以產生一時間間隔；一控制訊號產生電路，與該轉換感測電路電性連接，並依據該時間間隔輸出一控制訊號；以及一切換電路，分別與該發電裝置及該控制訊號產生電路電性連接，並具有複數切換元件，該切換電路接收該第一訊號，並依據該控制訊號於一區間內只導通該等切換元件的其中之一，以將該第一訊號轉換並輸出一輸出訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電能轉換裝置，其中該轉換感測電路係包含一施密特觸發器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電能轉換裝置，其中該時間間隔等於該第二訊號之該電壓波形上升緣與下降緣的時間差的三分之一。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電能轉換裝置，其中該時間間隔等於該第二訊號之其中任一電壓波形的上升緣與另一電壓波形的下降緣之時間差。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電能轉換裝置，其中該控制訊號產生電路依據該時間間隔得到該第一訊號的頻率。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電能轉換裝置，其中該控制訊號產生電路依據該第一訊號於該區間內對應的電壓峰值的資訊控制該切換電路。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電能轉換裝置，其中該控制訊號產生電路係藉由空間向量脈寬調變技術控制該切換電路。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電能轉換裝置，更包括：一第一儲能單元，分別與該發電裝置及該切換電路電性連接，該第一儲能單元依據該等切換元件的導通與截止，分別儲存及釋放該發電裝置產生的電能；及一第二儲能單元，與該切換電路電性連接，並儲存該輸出訊號的電能。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之電能轉換裝置，更包括：一煞車能量回收電路，與該切換電路電性連接。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電能轉換裝置，其中該煞車能量回收電路具有一開關單元、一第一儲能元件及一第二儲能元件，該開關單元與該第一儲能元件的第一端電性連接，該第一儲能元件的第二端與該第二儲能元件的第一端電性連接。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之電能轉換裝置，其中該開關單元具有一第一開關元件與該第一儲能元件的第一端電性連接，當該第一開關元件導通時，該第一儲能元件儲存該發電裝置煞車的能量，當該第一開關元件截止時，該第二儲能元件儲存該第一儲能元件釋放的能量。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電能轉換裝置，其中該開關單元更具有一第二開關元件分別與該第一開關元件及該第一儲能元件的第一端電性連接，當該第二開關元件導通時，該第一儲能元件儲存該第二儲能元件釋放的能量，當該第二開關元件截止時，該第一儲能元件釋放儲存的能量到該發電裝置。
  13. 一種控制方法，與一電能轉換裝置配合，該電能轉換裝置包含一轉換感測電路、一控制訊號產生電路及一切換電路，一發電裝置輸出一第一訊號，並輸入該電能轉換裝置，該控制方法包括：藉由該轉換感測電路感測該第一訊號，並轉換為一第二訊號；藉由該轉換感測電路感測該第二訊號之至少一電壓波形變化，並產生一時間間隔；藉由該控制訊號產生電路，並依據該時間間隔輸出一控制訊號；以及藉由該切換電路，並依據該控制訊號於一區間內只導通該切換電路之複數切換元件的其中之一，以將該第一訊號轉換並輸出一輸出訊號。
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