TWI578686B - 電源轉換系統之電壓調變裝置及其方法 - Google Patents

Description

電源轉換系統之電壓調變裝置及其方法

本發明是有關於一種電壓調變技術，且特別是有關於一種電源轉換系統之電壓調變裝置及其方法。

隨著節能減碳、綠色環保的要求，在工業系統中，變頻調速的電機應用愈來愈廣泛。近年來，高壓變頻系統需求大量增加，對性能的要求也愈來愈嚴格。在高壓變頻系統中，連接整流器與逆變器的直流母線電壓越高，整流器與逆變器中的開關元件將承受大電壓，其失效率也會隨之上升。並且，直流母線電容的壽命亦容易縮短。再者，電機承受電壓增高時，電機繞組絕緣器件會承受更大的考驗。為了提高系統的可靠性，我們需要保證直流母線電壓盡可能運行於較低的準位。

因此，如何設計一個新的電源轉換系統之電壓調變裝置及其方法，來維持直流母線電壓於較低的電壓準位，並解決上述的問題，乃為此一業界亟待解決的問題。

因此，本發明之一態樣是在提供一種電壓調變裝置，應用於電源轉換系統中，電源轉換系統包含維也納整 流器、一組直流母線以及逆變器，其中維也納整流器轉換電網之三相交流電壓為直流母線電壓，逆變器與該組直流母線電性連接且根據該組直流母線傳輸之直流母線電壓產生三相交流信號。電壓調變裝置包含：電網電壓採樣模組、母線給定電壓計算模組、電壓調變裝置、電流控制模組以及脈寬調變模組。電網電壓採樣模組電性連接至電網，以採樣電網電壓。母線給定電壓計算模組根據電網電壓計算直流母線電壓給定值。電壓調變模組接收直流母線電壓值以及直流母線電壓給定值，並根據直流母線電壓值和直流母線電壓給定值輸出有功電流給定信號。電流控制模組電性耦接至電壓調變模組，用以接收來自電網的三相交流電流、有功電流給定信號和無功電流給定信號，輸出三相控制電壓。脈寬調變模組接收三相控制電壓及直流母線電壓值，並輸出脈衝控制信號至維也納整流器。

本發明之另一態樣是在提供一種電源轉換系統。電源轉換系統包含：維也納整流器、一組直流母線、逆變器以及電壓調變裝置。維也納整流器轉換電網之三相交流電壓為直流母線電壓。逆變器與該組直流母線電性連接，以根據該組直流母線傳輸之直流母線電壓產生三相交流信號。電壓調變裝置包含：電網電壓採樣模組、母線給定電壓計算模組、電壓調變裝置、電流控制模組以及脈寬調變模組。電網電壓採樣模組電性連接至電網，以採樣電網電壓。母線給定電壓計算模組根據電網電壓計算直流母線電壓給定值。電壓調變模組接收直流母線電壓值以及直流母 線電壓給定值，並根據直流母線電壓值和直流母線電壓給定值輸出有功電流給定信號。電流控制模組電性耦接至電壓調變模組，用以接收來自電網的三相交流電流、有功電流給定信號和無功電流給定信號，輸出三相控制電壓。脈寬調變模組接收三相控制電壓及直流母線電壓值，並輸出脈衝控制信號至維也納整流器。

本發明之又一態樣是在提供一種電壓調變方法，應用於電源轉換系統之電壓調變裝置中，電源轉換系統包含維也納整流器、一組直流母線以及逆變器，其中維也納整流器轉換電網之三相交流電壓為直流母線電壓，逆變器與該組直流母線電性連接且根據該組直流母線傳輸之直流母線電壓產生三相交流信號。電壓調變方法包含：藉由電性連接至電網之電網電壓採樣模組採樣電網電壓；藉由母線給定電壓計算模組根據電網電壓計算直流母線電壓給定值；藉由電壓調變模組接收直流母線電壓值以及直流母線電壓給定值，並根據直流母線電壓值和直流母線電壓給定值輸出有功電流給定信號；藉由電性耦接至電壓調變模組之電流控制模組，接收來自電網的三相交流電流、有功電流給定信號和無功電流給定信號，輸出三相控制電壓；以及藉由脈寬調變模組接收三相控制電壓及直流母線電壓值，並輸出脈衝控制信號至維也納整流器。

應用本發明之優點在於藉由電源轉換系統中，電壓調變裝置的設計，限制直流母線電壓值在穩定的範圍內，從而減輕過高的直流母線電壓對系統的硬體造成的壓力， 並在輕載或空載時以電壓限幅的控制方式，避免直流母線電壓受到瞬態擾動時產生的高電壓位準，而輕易地達到上述之目的。

1‧‧‧電源轉換系統

10‧‧‧維也納整流器

11‧‧‧電網

12‧‧‧直流母線

120A、120B‧‧‧直流母線電容

14‧‧‧逆變器

15‧‧‧負載電動機

16‧‧‧電壓調變裝置

160‧‧‧電網電壓採樣模組

161‧‧‧電壓調變模組

162‧‧‧母線電壓採樣模組

163‧‧‧電流控制模組

164‧‧‧母線給定電壓計算模組

165‧‧‧波寬調變模組

167‧‧‧整流器開關控制模組

400‧‧‧電壓調變方法

401-406‧‧‧步驟

500‧‧‧電壓調變方法

501-508‧‧‧步驟

600‧‧‧電壓調變方法

601-612‧‧‧步驟

700‧‧‧電壓調變方法

701-712‧‧‧步驟

第1圖為本發明一實施例中，電源轉換系統之方塊圖；第2圖為本發明一實施例中，直流母線電壓的電壓波型圖；第3圖為本發明一實施例中，直流母線電壓的電壓波型圖；第4圖為本發明一實施例中，一種電壓調變方法的流程圖；第5圖為本發明一實施例中，一種電壓調變方法的流程圖；第6圖為本發明一實施例中，一種電壓調變方法的流程圖；以及第7圖為本發明一實施例中，一種電壓調變方法的流程圖。

請參照第1圖。第1圖為本發明一實施例中，電源轉換系統1之方塊圖。電源轉換系統1包含維也納整流器10、一組直流母線12、逆變器14以及電壓調變裝置16。

維也納整流器10於一實施例中，包含複數個開關 元件(未繪示)，例如但不限於絕緣柵雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor；IGBT)，並藉由開關元件的導通與關閉，轉換電網11之三相交流電壓e_a、e_b及e_c為直流母線電壓U_dc。

直流母線12用以傳遞直流母線電壓U_dc。於一實施例中，電源轉換系統1可包含電性連接於直流母線12的直流母線電容120A及120B，提供直流母線電壓U_dc的支撐和濾波作用。

逆變器14藉由直流母線12與維也納整流器10電性連接，以根據直流母線12傳輸之直流母線電壓U_dc產生三相交流信號e_a’、e_b’及e_c’。於一實施例中，逆變器14更電性連接於負載電動機15，以藉由三相交流信號e_a’、e_b’及e_c’驅動負載電動機15。

電壓調變裝置16包含：電網電壓採樣模組160、母線電壓採樣模組162、母線給定電壓計算模組164、電壓調變模組161、電流控制模組163以及脈寬調變模組165。

電網電壓採樣模組160電性連接至電網11，以採樣電網電壓。母線電壓採樣模組162電性連接至直流母線12，以採樣直流母線電壓U_dc的數值。

母線給定電壓計算模組164根據電網電壓的線電壓峰值計算直流母線電壓給定值U _dcref 。於一實施例中，母線給定電壓計算模組164更根據電網11之電網額定電壓有效值U _ACN 計算直流母線電壓給定範圍，其中此直流母線電壓給定範圍包含上限值U _{dcref max}以及下限值U _{dcref min}。

於一實施例中，直流母線電壓U_dc的數值越低，維也納整流器10及逆變器14等承受的壓力越小。然而為了能使維也納整流器10正常工作，直流母線電壓U_dc的數值須大於電網11的電壓峰值。再兼顧到電壓應力、電網電流諧波效果以及電流的調節能力等，直流母線電壓給定值U _dcref 可設為電網的線電壓峰值的的k倍。於一實施例中，係數k的取值範圍可以取在1.0~1.2之間。

於一實施例中，由於系統在電網電壓達到電網額定電壓有效值U _ACN 的110%時仍須穩定工作，因此，直流母線電壓給定範圍的上限值U _{dcref max}至少要大於 U _ACN ×1.1。換言之，此直流母線電壓給定範圍的上限值U _{dcref max}可以下式表示：U _{dcref max}> U _ACN ×1.1

另一方面，於一實施例中，考慮逆變器14額定輸出電壓的能力，直流母線電壓給定範圍的下限值U _{dcref min}至少需要 U _ACN 。換言之，此直流母線電壓給定範圍的下限值U _{dcref min}可以下式表示：U _{dcref min} U _ACN

因此，直流母線電壓給定範圍的上限值U _{dcref max}及下限值U _{dcref min}可分別依系統在電網電壓達到多少比例的電網額定電壓有效值U _ACN 仍須穩定工作，以及逆變器14額定輸出電壓的能力決定。

於一實施例中，直流母線電壓給定值U _dcref 的取值，及其與直流母線電壓給定範圍的上限值U _{dcref max}以及下限值 U _{dcref min}間的關係，可以下二式表示：

當所計算的直流母線電壓給定值U _dcref 超出上限值U _{dcref max}以及下限值U _{dcref min}時，直流母線電壓給定值U _dcref 將被限制在直流母線電壓給定範圍的上限值U _{dcref max}及下限值U _{dcref min}中。

於上述的實施例中，係為保留以讓系統緩衝的取值，於其他實施例中係可視實際狀況而調整為不同的數值，不為上述的範例所限。並且，於其他實施例中，系統在電網電壓達到多少比例的電網額定電壓有效值U _ACN 仍需維持正常運作，亦可視實際狀況而調整為不同的數值，不為上述的範例所限。

電壓調變模組161根據直流母線電壓U_dc的數值，與上述計算所得的直流母線電壓給定值U _dcref 以及直流母線電壓給定範圍，產生有功電流給定信號i_d*。電流控制模組163用以根據電網11之電流採樣值i_a、i_b及i_c、有功電流給定信號i_d*和無功電流給定信號(未繪示)，輸出三相控制電壓V_a、V_b及V_c。一般來說，如果要求系統功率因數為1，則無功電流給定信號為零。如果在Vienna結構下希望低次諧波能夠控制得比較好，則需要令無功電流給定信號不為零，從而起到一定的補償作用。

波寬調變模組165進一步根據三相控制電壓V_a、V_b及V_c產生脈衝控制信號S_a、S_b及S_c至維也納整流器10 的開關元件，以控制維也納整流器10之運作，俾控制直流母線電壓U_dc的數值追蹤直流母線電壓給定值U _dcref 。如上所述，此直流母線電壓給定值U _dcref 係被限制在直流母線電壓給定範圍的上限值U _{dcref max}或下限值U _{dcref min}中。

因此，本發明的電源轉換系統1中，電壓調變裝置16可限制直流母線電壓U_dc的數值在穩定的範圍內，從而減輕過高的直流母線電壓U_dc對系統的硬體造成的壓力，延長系統硬體的壽命，並避免系統硬體在高壓影響而損壞時造成的危險。

於一實施例中，電壓調變裝置16更包含整流器開關控制模組167。整流器開關控制模組167接收直流母線電壓U_dc的數值，以與電壓閾值U _{dc_highlim it}(未標示於圖中)比較，俾於直流母線電壓U_dc的數值大於電壓閾值U _{dc_highlim it}時，控制波寬調變模組165直接關閉維也納整流器10之開關元件，並於直流母線電壓U_dc的數值小於電壓閾值U _{dc_highlim it}時，停止控制波寬調變模組165。其中，電壓閾值U _{dc_highlim it}為直流母線電壓給定值U _dcref 與限幅係數k _{lim it} 之乘積。其中，限幅係數k _{lim it} 與母線電壓保護係數k _{lim it max}的關係為：1<k _{lim it} <k _{lim it max}

由於維也納整流器10的能量只能單向流動，導致其無法像四象限運行變流器一樣正常工作於空載狀態。因此，為了保證維也納整流器10在空載或輕載時，直流母線電壓U_dc不產生過壓的情形，整流器開關控制模組167可在維也納整流器10過壓前控制波寬調變模組165停止傳送 脈衝控制信號S_a、S_b及S_c至維也納整流器10的開關元件，以阻止直流母線電容120A及120B能量的累積。

請參照第2圖。第2圖為本發明一實施例中，直流母線電壓U_dc的電壓波型圖。其中，橫軸為時間t，縱軸為直流母線電壓U_dc的數值。

如第2圖所示，在時間t1前，逆變器14為帶載運行並持續消耗能量的狀態，維也納整流器10可在電壓調變模組161、電流控制模組163以及波寬調變模組165的控制下，將直流母線電壓U_dc的數值控制在直流母線電壓給定值U _dcref 附近。

在時間t1時，逆變器14開始轉變為輕載，甚至到無載而不消耗任何能量的狀態。此時維也納整流器10已無法藉由電壓調變模組161、電流控制模組163以及波寬調變模組165進行控制，直流母線電壓U_dc的數值將持續上升。 整流器開關控制模組167將判斷直流母線電壓U_dc的數值大於電壓閾值U _{dc_highlim it}。

因此，整流器開關控制模組167可在此時控制波寬調變模組165停止傳送脈衝控制信號S_a、S_b及S_c至維也納整流器10的開關元件。直流母線電壓U_dc的數值將被限制在電壓閾值U _{dc_highlim it}而不會繼續升高。

到時間t2時，逆變器14再度轉為帶載運行的狀態並消耗能量，直流母線電壓U_dc的數值將因此下降。因此，整流器開關控制模組167可在此時停止控制波寬調變模組165。維也納整流器10即可再次受電壓調變模組161、電流 控制模組163以及波寬調變模組165的控制。

於另一實施例中，為確保逆變器14帶載運行時不會輕易觸發上述的機制，以及使逆變器14在輕載或無載時，直流母線電壓U_dc不會維持在過高的數值，整流器開關控制模組167依據狀況採用不同的電壓閾值U _{dc_highlim it}。

請參照第3圖。第3圖為本發明一實施例中，直流母線電壓U_dc的電壓波型圖。其中，橫軸為時間t，縱軸為直流母線電壓U_dc的數值。

於本實施例中，整流器開關控制模組167依據狀況採用第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}或第二電壓閾值U _{dc_highlim it2}，其中第二電壓閾值U _{dc_highlim it2}高於第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}。

如第3圖所示，在時間t1前，電壓閾值U _{dc_highlim it}的初始值為第二電壓閾值U _{dc_highlim it2}。逆變器14為帶載運行的狀態，維也納整流器10可在電壓調變模組161、電流控制模組163以及波寬調變模組165的控制下，將直流母線電壓U_dc的數值控制在直流母線電壓給定值U _dcref 附近。

在時間t1時，逆變器14開始轉變為輕載，甚至到無載而不消耗任何能量的狀態。此時維也納整流器10已無法藉由電壓調變模組161、電流控制模組163以及波寬調變模組165進行控制，直流母線電壓U_dc的數值將持續上升。 整流器開關控制模組167將判斷直流母線電壓U_dc的數值大於第二電壓閾值U _{dc_highlim it2}。

因此，整流器開關控制模組167可在此時控制波寬調變模組165停止傳送脈衝控制信號S_a、S_b及S_c至維也納 整流器10的開關元件。直流母線電壓U_dc的數值將被限制在第二電壓閾值U _{dc_highlim it2}而不會繼續升高。同時，整流器開關控制模組167將判斷直流母線電壓U_dc的數值是否大於第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}超過第一時間間隔ΔT1。

當直流母線電壓U_dc的數值大於第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}超過第一時間間隔ΔT1時，整流器開關控制模組167使電壓閾值U _{dc_highlim it}設定為第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}。因此，直流母線電壓U_dc的數值將被限制在較低的第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}而不會繼續升高。

到時間t2時，逆變器14再度轉為帶載運行的狀態並消耗能量，直流母線電壓U_dc的數值將因此下降。因此，整流器開關控制模組167可在此時停止控制波寬調變模組165。維也納整流器10即可再次受電壓調變模組161、電流控制模組163以及波寬調變模組165的控制。同時，整流器開關控制模組167將判斷直流母線電壓U_dc的數值是否大於第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}超過第二時間間隔ΔT2。

當直流母線電壓U_dc的數值小於第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}超過第二時間間隔ΔT2時，整流器開關控制模組167使電壓閾值U _{dc_highlim it}設定為較高的第二電壓閾值U _{dc_highlim it2}。則直流母線電壓U_dc的數值需高於第二電壓閾值U _{dc_highlim it2}，才會再次觸發整流器開關控制模組167的過壓保護機制。

於一實施例中，上述第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}及第二電壓閾值U _{dc_highlim it2}，可分別設定為直流母線電壓給定值U _dcref 與第一限幅係數k _{lim it 1}及第二限幅係數k _{lim it 2}的乘積，例如以下二式 表示： U _{dc_highlim it1}=U _dcref ．k _{lim it 1}

U _{dc_highlim it2}=U _dcref ．k _{lim it 2}

並且，第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}及第二電壓閾值U _{dc_highlim it2}應小於該直流母線電壓給定值U _dcref 與一母線電壓保護係數k _{lim it max}之乘積。亦即，第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}及第二電壓閾值U _{dc_highlim it2}對應的正倍數與母線電壓保護係數k _{lim it max}的關係為：1<k _{lim it 1}<k _{lim it 2}<k _{lim it max}

於另一實施例中，上述第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}及第二電壓閾值U _{dc_highlim it2}，可分別依據逆變器14的輸出有功功率P _out來決定。

於此實施例中，整流器開關控制模組167將判斷逆變器14之輸出有功功率P _out是否小於一功率門檻值P _load1超過如第3圖所示的第一時間間隔ΔT1，並於輸出有功功率P _out小於功率門檻值P _load1超過第一時間間隔ΔT1時，使電壓閾值U _{dc_highlim it}設定為第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}，且整流器開關控制模組167更判斷輸出有功功率P _out是否不小於功率門檻值P _load1超過第二時間間隔ΔT2，以於輸出有功功率P _out不小於功率門檻值P _load1超過第二時間間隔ΔT2時，使電壓閾值U _{dc_highlim it}設定為大於第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}之第二電壓閾值U _{dc_highlim it2}。

因此，本發明之電源轉換系統1中，電壓調變裝置16可在逆變器14位於輕載或空載的狀態時，以電壓限幅的控制方式，避免直流母線電壓U_dc受到瞬態擾動時產生高電壓位準，從而減輕過高的直流母線電壓U_dc對系統的硬 體造成的壓力，延長系統硬體的壽命，並避免系統硬體在高壓影響而損壞時造成的危險。

第4圖為本發明一實施例中，一種電壓調變方法400的流程圖。電壓調變方法400可應用於如第1圖所示的電源轉換系統1的電壓調變裝置16中。電壓調變方法400包含下列步驟。

於步驟401，藉由電性連接至電網11之電網電壓採樣模組160採樣電網電壓。

於步驟402，藉由電性連接至直流母線12之母線電壓採樣模組162採樣直流母線電壓U_dc的數值。

於步驟403，藉由母線給定電壓計算模組164根據電網電壓計算直流母線電壓給定值U _dcref 。

於步驟404，藉由電壓調變模組161接收直流母線電壓U_dc的數值和直流母線電壓給定值U _dcref ，輸出有功電流給定信號i_d*。

於步驟405，藉由電性耦接至電壓調變模組161之電流控制模組163，接收來自電網11的三相交流電流、有功電流給定信號(i_d*)和無功電流給定信號，輸出三相控制電壓V_a、V_b及V_c。

於步驟406，藉由脈寬調變模組165接收三相控制電壓V_a、V_b及V_c及直流母線電壓U_dc，並輸出脈衝控制信號S_a、S_b及S_c至維也納整流器10。

接著，流程將回至步驟401，以重新採樣相關的電壓值。

第5圖為本發明一實施例中，一種電壓調變方法500的流程圖。電壓調變方法500可應用於如第1圖所示的電源轉換系統1的電壓調變裝置16中。電壓調變方法500包含下列步驟。

於步驟501，藉由電性連接至電網11之電網電壓採樣模組160採樣電網電壓，亦即三相交流電壓e_a、e_b及e_c的數值。

於步驟502，藉由電性連接至直流母線12之母線電壓採樣模組162採樣直流母線電壓U_dc的數值。

於步驟503，由母線給定電壓計算模組164計算直流母線電壓給定值U _dcref ，並計算電壓閾值U _{dc_highlim it}。其中，電壓閾值U _{dc_highlim it}為直流母線電壓給定值U _dcref 與限幅係數k _{lim it} 之乘積。

於步驟504，整流器開關控制模組167接收直流母線電壓U_dc的數值，以與電壓閾值U _{dc_highlim it}比較，並判斷直流母線電壓U_dc的數值是否大於該電壓閾值U _{dc_highlim it}。

當直流母線電壓U_dc的數值大於電壓閾值U _{dc_highlim it}時，整流器開關控制模組167在步驟505控制波寬調變模組165直接關閉維也納整流器10之開關元件。並且，流程將回至步驟501繼續採樣電壓。

當直流母線電壓U_dc的數值不大於電壓閾值時U _{dc_highlim it}，整流器開關控制模組167係不控制波寬調變模組165。流程可進行至步驟506-508。其中，步驟506-508係與第4圖的步驟404-406相同，故不再此贅述。於步驟508 後，流程將回至步驟501重新採樣相關的電壓值。

第6圖為本發明一實施例中，一種電壓調變方法600的流程圖。電壓調變方法600可應用於如第1圖所示的電源轉換系統1的電壓調變裝置16中。電壓調變方法600包含下列步驟。

於電壓調變方法600中，步驟601-602係與第5圖中的步驟501-502相同，因此不再贅述。於步驟603，由母線給定電壓計算模組164計算直流母線電壓給定值U _dcref ，並計算電壓閾值U _{dc_highlim it}。於一實施例中，母線給定電壓計算模組164係計算第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}及第二電壓閾值U _{dc_highlim it2}，並以第二電壓閾值U _{dc_highlim it2}做為預設的電壓閾值U _{dc_highlim it}。

於步驟604，整流器開關控制模組167接收直流母線電壓U_dc的數值，以與電壓閾值U _{dc_highlim it}比較，並判斷直流母線電壓U_dc的數值是否大於該電壓閾值U _{dc_highlim it}。

當直流母線電壓U_dc的數值大於第二電壓閾值U _{dc_highlim it}時，整流器開關控制模組167在步驟605控制波寬調變模組165直接關閉維也納整流器10之開關元件。

接著，整流器開關控制模組167更於步驟606判斷直流母線電壓U_dc的數值是否大於第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}超過第一時間間隔ΔT1。當直流母線電壓U_dc的數值大於第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}超過第一時間間隔ΔT1，整流器開關控制模組167將於步驟607使電壓閾值U _{dc_highlim it}設定為第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}。

而當步驟606中判斷直流母線電壓U_dc的數值並未大於第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}超過第一時間間隔ΔT1，或是步驟607結束後，流程將回至步驟601重新採樣相關的電壓值。

而另一方面，當直流母線電壓U_dc的數值不大於第二電壓閾值U _{dc_highlim it}時，將進行步驟608-610。步驟608-610係與第5圖中的步驟506-508相同，因此不再贅述。於本實施例中，整流器開關控制模組167更於步驟611判斷直流母線電壓U_dc的數值是否不大於第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}超過第二時間間隔ΔT2。

當直流母線電壓U_dc的數值不大於第一電壓閾值U _{dc_highlim it1}超過第二時間間隔ΔT2，整流器開關控制模組167將於步驟612使電壓閾值U _{dc_highlim it}設定為第二電壓閾值U _{dc_highlim it2}。流程將回至步驟601重新採樣相關的電壓值。

第7圖為本發明一實施例中，一種電壓調變方法700的流程圖。電壓調變方法700可應用於如第1圖所示的電源轉換系統1的電壓調變裝置16中。電壓調變方法700包含下列步驟。

於電壓調變方法700中，步驟701-705、步驟707-710及步驟712係與第6圖中的步驟601-605、步驟607-610及步驟612相同，因此不再贅述。唯於本實施例中，步驟706及步驟711係分別以逆變器14的輸出有功功率是否小於功率門檻值超過第一時間間隔ΔT1，以及逆變器14的輸出有功功率是否不小於功率門檻值超過第二時間間隔ΔT2來判斷是否將電壓閾值U _{dc_highlim it}設定為第一電壓閾值 U _{dc_highlim it1}或第二電壓閾值U _{dc_highlim it2}的依據。因此，電壓調變方法700可藉由對逆變器14的輸出有功功率大小的判斷，達到如同第6圖的電壓調變方法600中，動態調整電壓閾值U _{dc_highlim it}的機制。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧電源轉換系統

10‧‧‧維也納整流器

11‧‧‧電網

12‧‧‧直流母線

120A、120B‧‧‧直流母線電容

14‧‧‧逆變器

15‧‧‧負載電動機

16‧‧‧電壓調變裝置

160‧‧‧電網電壓採樣模組

161‧‧‧電壓調變模組

162‧‧‧母線電壓採樣模組

163‧‧‧電流控制模組

164‧‧‧母線給定電壓計算模組

165‧‧‧波寬調變模組

167‧‧‧整流器開關控制模組

Claims (27)

1. 一種電壓調變裝置，應用於一電源轉換系統中，該電源轉換系統包含一維也納整流器、一組直流母線以及一逆變器，其中該維也納整流器轉換一電網之一三相交流電壓為一直流母線電壓，該逆變器與該組直流母線電性連接且根據該組直流母線傳輸之該直流母線電壓產生一三相交流信號，該電壓調變裝置包含：一電網電壓採樣模組，電性連接至該電網，以採樣一電網電壓；一母線給定電壓計算模組，用以根據該電網電壓計算一直流母線電壓給定值；一電壓調變模組，用以接收一直流母線電壓值以及該直流母線電壓給定值，並根據該直流母線電壓值和該直流母線電壓給定值輸出一有功電流給定信號；一電流控制模組，電性耦接至該電壓調變模組，用以接收來自該電網的一三相交流電流、該有功電流給定信號和一無功電流給定信號，輸出一三相控制電壓；以及一脈寬調變模組，用以接收該三相控制電壓及該直流母線電壓值，並輸出一脈衝控制信號至該維也納整流器。
2. 如請求項1所述之電壓調變裝置，還包括：一整流器開關控制模組，用以接收該直流母線電壓值和一直流母線電壓閾值並進行比較，根據比較結果輸出一 開關控制信號，該脈寬調變模組根據該三相控制電壓、該直流母線電壓值以及該開關控制信號，輸出該脈衝控制信號。
3. 如請求項1所述之電壓調變裝置，其中，該直流母線電壓給定值為該電網的線電壓峰值的k倍，k介於1.0~1.2之間。
4. 如請求項1所述之電壓調變裝置，還包括：一母線電壓採樣模組，電性連接至該組直流母線，以採樣該直流母線電壓值。
5. 如請求項2所述之電壓調變裝置，其中，當該電壓調變裝置工作於空載或輕載時，該直流母線電壓閾值為一第一電壓閾值；當該電壓調變裝置工作於重載時，該直流母線電壓閾值為一第二電壓閾值，其中，該第一電壓閾值小於該第二電壓閾值。
6. 如請求項5所述之電壓調變裝置，其中，該第一電壓閾值為直流母線電壓給定值與第一限幅係數k _limit1之乘積，該第二電壓閾值為直流母線電壓給定值與第二限幅係數k _limit2之乘積，k _limit1和k _limit2的取值範圍為1<k _limit1<k _limit2<k _limitmax，k _limitmax為直流母線電壓過壓保護值所對應的母線電壓保護係數。
7. 如請求項5所述之電壓調變裝置，其中該整流器開關控制模組更判斷該直流母線電壓值大於該第一電壓閾值是否超過一第一時間間隔，若超過，則該直流母線電壓閾值設定為該第一電壓閾值；並判斷該直流母線電壓值是否小於該第一電壓閾值超過一第二時間間隔，若超過，則該直流母線電壓閾值設定為大於該第一電壓閾值之該第二電壓閾值。
8. 如請求項5所述之電壓調變裝置，其中該整流器開關控制模組更判斷該逆變器之一輸出有功功率小於一功率門檻值是否超過一第一時間間隔，若超過，則該直流母線電壓閾值設定為該第一電壓閾值；並判斷該輸出有功功率不小於該功率門檻值是否超過一第二時間間隔，若超過，則該直流母線電壓閾值設定為大於該第一電壓閾值之該第二電壓閾值。
9. 如請求項2所述之電壓調變裝置，其中，該直流母線電壓閾值為該直流母線電壓給定值與一限幅係數k _limit之乘積，其中，k _limit取值範圍為1<k _limit<k _limitmax，k _limitmax為直流母線電壓過壓保護值所對應的母線電壓保護係數。
10. 一種電源轉換系統，包含：一維也納整流器，用以轉換一電網之一三相交流電壓 為一直流母線電壓；一組直流母線；一逆變器，與該組直流母線電性連接，以根據該組直流母線傳輸之該直流母線電壓產生一三相交流信號；以及一電壓調變裝置，包含：一電網電壓採樣模組，電性連接至該電網，以採樣一電網電壓；一母線給定電壓計算模組，用以根據該電網電壓計算該直流母線電壓給定值；一電壓調變模組，用以接收一直流母線電壓值以及該直流母線電壓給定值，並根據該直流母線電壓值和該直流母線電壓給定值輸出一有功電流給定信號；一電流控制模組，電性耦接至該電壓調變模組，用以接收來自該電網的一三相交流電流、該有功電流給定信號和一無功電流給定信號，輸出一三相控制電壓；以及一脈寬調變模組，用以接收該三相控制電壓及該直流母線電壓值，並輸出一脈衝控制信號至該維也納整流器。
11. 如請求項10所述之電源轉換系統，該電壓調變裝置還包括：一整流器開關控制模組，用以接收該直流母線電壓值和一直流母線電壓閾值並進行比較，根據比較結果輸出一 開關控制信號，該脈寬調變模組根據該三相控制電壓、該直流母線電壓值以及該開關控制信號，輸出該脈衝控制信號。
12. 如請求項10所述之電源轉換系統，其中該直流母線電壓給定值為電網的線電壓峰值的k倍，k介於1.0~1.2之間。
13. 如請求項10所述之電源轉換系統，電壓調變裝置還包括：一母線電壓採樣模組，電性連接至該組直流母線，以採樣該直流母線電壓值。
14. 如請求項13所述之電源轉換系統，其中當該電壓調變裝置工作於空載或輕載時，該直流母線電壓閾值為一第一電壓閾值；當該電壓調變裝置工作於重載時，該直流母線電壓閾值為一第二電壓閾值，其中，該第一電壓閾值小於該第二電壓閾值。
15. 如請求項14所述之電源轉換系統，其中該第一電壓閾值為直流母線電壓給定值與第一限幅係數k _limit1之乘積，該第二電壓閾值為直流母線電壓給定值與第二限幅係數k _limit2之乘積，k _limit1和k _limit2的取值範圍為1<k _limit1<k _limit2<k _limitmax，k _limitmax為直流母線電壓過壓保護值 所對應的母線電壓保護係數。
16. 如請求項14所述之電源轉換系統，其中該整流器開關控制模組更判斷該直流母線電壓值大於該第一電壓閾值是否超過一第一時間間隔，若超過，則該直流母線電壓閾值設定為該第一電壓閾值；並判斷該直流母線電壓值是否小於該第一電壓閾值超過一第二時間間隔，若超過，則該直流母線電壓閾值設定為大於該第一電壓閾值之該第二電壓閾值。
17. 如請求項14所述之電源轉換系統，其中該整流器開關控制模組更判斷該逆變器之一輸出有功功率小於一功率門檻值是否超過一第一時間間隔，若超過，則該直流母線電壓閾值設定為該第一電壓閾值；並判斷該輸出有功功率不小於該功率門檻值是否超過一第二時間間隔，若超過，則該直流母線電壓閾值設定為大於該第一電壓閾值之該第二電壓閾值。
18. 如請求項11所述之電源轉換系統，其中，該直流母線電壓閾值為直流母線電壓給定值與一限幅係數k _limit之乘積，其中，k _limit取值範圍為1<k _limit<k _limitmax，k _limitmax為直流母線電壓過壓保護值所對應的母線電壓保護係數。
19. 一種電壓調變方法，應用於一電源轉換系統之一 電壓調變裝置中，該電源轉換系統包含一維也納整流器、一組直流母線以及一逆變器，其中該維也納整流器轉換一電網之一三相交流電壓為一直流母線電壓，該逆變器與該組直流母線電性連接且根據該組直流母線傳輸之該直流母線電壓產生一三相交流信號，該電壓調變方法包含：藉由電性連接至該電網之一電網電壓採樣模組採樣一電網電壓；藉由一母線給定電壓計算模組根據該電網電壓計算該直流母線電壓給定值；藉由一電壓調變模組接收一直流母線電壓值以及該直流母線電壓給定值，並根據該直流母線電壓值和該直流母線電壓給定值輸出一有功電流給定信號；藉由電性耦接至該電壓調變模組之一電流控制模組，接收來自該電網的一三相交流電流、該有功電流給定信號和一無功電流給定信號，輸出一三相控制電壓；以及藉由一脈寬調變模組接收該三相控制電壓及該直流母線電壓值，並輸出脈衝控制信號至該維也納整流器。
20. 如請求項19所述之電壓調變方法，還包括：藉由一整流器開關控制模組，接收該直流母線電壓值和一直流母線電壓閾值並進行比較，根據比較結果輸出一開關控制信號，該脈寬調變模組根據該三相控制電壓、該直流母線電壓值以及該開關控制信號，輸出該脈衝控制信號。
21. 如請求項19所述之電壓調變方法，其中，該直流母線電壓給定值為電網的線電壓峰值的k倍，k介於1.0~1.2之間。
22. 如請求項19所述之電壓調變方法，還包括：藉由電性連接至該組直流母線之一母線電壓採樣模組採樣該直流母線電壓值。
23. 如請求項20所述之電壓調變方法，其中，當該電壓調變裝置工作於空載或輕載時，該直流母線電壓閾值為一第一電壓閾值；當該電壓調變裝置工作於重載時，該直流母線電壓閾值為一第二電壓閾值，其中，該第一電壓閾值小於該第二電壓閾值。
24. 如請求項23所述之電壓調變方法，其中，該第一電壓閾值為直流母線電壓給定值與第一限幅係數k _limit1之乘積，該第二電壓閾值為直流母線電壓給定值與第二限幅係數k _limit2之乘積，k _limit1和k _limit2的取值範圍為1<k _limit1<k _limit2<k _limitmax，k _limitmax為直流母線電壓過壓保護值所對應的母線電壓保護係數。
25. 如請求項23所述之電壓調變方法，其中更包含：藉由該整流器開關控制模組判斷該直流母線電壓值大 於該第一電壓閾值是否超過一第一時間間隔，若超過，則該直流母線電壓閾值設定為該第一電壓閾值；並判斷該直流母線電壓值是否小於該第一電壓閾值超過一第二時間間隔，若超過，則該直流母線電壓閾值設定為大於該第一電壓閾值之該第二電壓閾值。
26. 如請求項23所述之電壓調變方法，其中更包含：藉由該整流器開關控制模組判斷該逆變器之一輸出有功功率小於一功率門檻值是否超過一第一時間間隔，若超過，則該直流母線電壓閾值設定為該第一電壓閾值；並判斷該輸出有功功率不小於該功率門檻值是否超過一第二時間間隔，若超過，則該直流母線電壓閾值設定為大於該第一電壓閾值之該第二電壓閾值。
27. 如請求項20所述之電壓調變方法，其中，該直流母線電壓閾值為直流母線電壓給定值與一限幅係數k _limit之乘積，其中，k _limit取值範圍為1<k _limit<k _limitmax，k _limitmax為直流母線電壓過壓保護值所對應的母線電壓保護係數。