電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的、電壓調(diào)變裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、電壓調(diào)變裝置及其方法。電壓調(diào)變裝置應用于電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，該系統(tǒng)包含維也納整流器、一組直流母線以及逆變器。電壓調(diào)變裝置包含：電網(wǎng)電壓采樣模塊，用于采樣電網(wǎng)電壓；母線給定電壓計算模塊，用以根據(jù)該電網(wǎng)電壓計算該直流母線電壓給定值；電壓調(diào)變模塊，用以根據(jù)直流母線電壓值和直流母線電壓給定值輸出一有功電流給定信號；電流控制模塊，用以接收來自該電網(wǎng)的一三相交流電流、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；以及脈寬調(diào)變模塊，用以接收該三相控制電壓及該直流母線電壓值，并輸出一脈沖控制信號至該維也納整流器。本發(fā)明能夠減輕過高的直流母線電壓對系統(tǒng)的硬件造成的壓力。
【專利說明】電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的、電壓調(diào)變裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電壓調(diào)變技術(shù)，且特別涉及一種電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、電壓調(diào)變裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著節(jié)能減碳、綠色環(huán)保的要求，在工業(yè)系統(tǒng)中，變頻調(diào)速的電機應用愈來愈廣泛。近年來,高壓變頻系統(tǒng)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(tǒng)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(guān)元件將承受大電壓，其失效率也會隨之上升。并且，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(tǒng)的可靠性，我們需要保證直流母線電壓盡可能運行于較低的電平。
[0003]因此，如何設(shè)計一個新的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的電壓調(diào)變裝置及其方法，來維持直流母線電壓于較低的電壓電平，并解決上述的問題，乃為此一業(yè)界亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的一態(tài)樣是提供一種電壓調(diào)變裝置，應用于一電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，該電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)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(zhuǎn)換一電網(wǎng)的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(jù)該組直流母線傳輸?shù)脑撝绷髂妇€電壓產(chǎn)生一三相交流信號，該電壓調(diào)變裝置包含:
[0005]一電網(wǎng)電壓采樣模塊，電性連接至該電網(wǎng)，以采樣一電網(wǎng)電壓；
[0006]一母線給定電壓計算模塊，用以根據(jù)該電網(wǎng)電壓計算該直流母線電壓給定值；
[0007]—電壓調(diào)變模塊，用以接收一直流母線電壓值以及該直流母線電壓給定值，并根據(jù)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；
[0008]一電流控制模塊，電性耦接至該電壓調(diào)變模塊，用以接收來自該電網(wǎng)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
[0009]一脈寬調(diào)變模塊，用以接收該三相控制電壓及該直流母線電壓值，并輸出一脈沖控制信號至該維也納整流器。
[0010]本發(fā)明的另一態(tài)樣是提供一種電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包含:一維也納整流器，用以轉(zhuǎn)換一電網(wǎng)的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(jù)該組直流母線傳輸?shù)脑撝绷髂妇€電壓產(chǎn)生一三相交流信號；以及一電壓調(diào)變裝置。該電壓調(diào)變裝置包含:
[0011]一電網(wǎng)電壓采樣模塊，電性連接至該電網(wǎng)，以采樣一電網(wǎng)電壓；
[0012]一母線給定電壓計算模塊，用以根據(jù)該電網(wǎng)電壓計算該直流母線電壓給定值；
[0013]一電壓調(diào)變模塊，用以接收一直流母線電壓值以及該直流母線電壓給定值，并根據(jù)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；
[0014]一電流控制模塊，電性耦接至該電壓調(diào)變模塊，用以接收來自該電網(wǎng)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
[0015]一脈寬調(diào)變模塊，用以接收該三相控制電壓及該直流母線電壓值，并輸出一脈沖控制信號至該維也納整流器。
[0016]本發(fā)明的又一態(tài)樣是提供一種電壓調(diào)變方法，應用于一電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一電壓調(diào)變裝置中，該電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)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(zhuǎn)換一電網(wǎng)的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(jù)該組直流母線傳輸?shù)脑撝绷髂妇€電壓產(chǎn)生一三相交流信號，該電壓調(diào)變方法包含:
[0017]藉由電性連接至該電網(wǎng)的一電網(wǎng)電壓采樣模塊采樣一電網(wǎng)電壓；
[0018]藉由一母線給定電壓計算模塊根據(jù)該電網(wǎng)電壓計算該直流母線電壓給定值；
[0019]藉由一電壓調(diào)變模塊接收一直流母線電壓值以及該直流母線電壓給定值，并根據(jù)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；
[0020]藉由電性耦接至該電壓調(diào)變模塊的一電流控制模塊，接收來自該電網(wǎng)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
[0021]藉由一脈寬調(diào)變模塊接收該三相控制電壓及該直流母線電壓值，并輸出脈沖控制信號至該維也納整流器。
[0022]應用本發(fā)明的 優(yōu)點在于藉由電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，電壓調(diào)變裝置的設(shè)計，限制直流母線電壓值在穩(wěn)定的范圍內(nèi)，從而減輕過高的直流母線電壓對系統(tǒng)的硬件造成的壓力，并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(tài)擾動時產(chǎn)生的高電壓電平，而輕易地達到上述的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明一實施例中，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的方框圖；
[0024]圖2為本發(fā)明一實施例中，直流母線電壓的電壓波形圖；
[0025]圖3為本發(fā)明一實施例中，直流母線電壓的電壓波形圖；
[0026]圖4為本發(fā)明一實施例中，一種電壓調(diào)變方法的流程圖；
[0027]圖5為本發(fā)明一實施例中，一種電壓調(diào)變方法的流程圖；
[0028]圖6為本發(fā)明一實施例中，一種電壓調(diào)變方法的流程圖；以及
[0029]圖7為本發(fā)明一實施例中，一種電壓調(diào)變方法的流程圖。
[0030]其中，附圖標記說明如下:
[0031]1:電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10:維也納整流器
[0032]11:電網(wǎng)12:直流母線
[0033]120A、120B:直流母線電容 14:逆變器
[0034]15:負載電動機16:電壓調(diào)變裝置
[0035]160:電網(wǎng)電壓采樣模塊 161:電壓調(diào)變模塊
[0036]162:母線電壓采樣模塊 163:電流控制模塊
[0037]164:母線給定電壓計算模塊165:波寬調(diào)變模塊
[0038]167:整流器開關(guān)控制模塊400:電壓調(diào)變方法
[0039]401-406:步驟500:電壓調(diào)變方法[0040]501-508:步驟600:電壓調(diào)變方法
[0041]601-612:步驟700:電壓調(diào)變方法
[0042]701-712:步驟
【具體實施方式】
[0043]請參照圖1。圖1為本發(fā)明一實施例中，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)I的方框圖。電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)I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(diào)變裝置16。
[0044]維也納整流器10于一實施例中，包含多個開關(guān)元件(未繪示)，例如但不限于絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor ;IGBT),并藉由開關(guān)元件的導通與關(guān)閉，轉(zhuǎn)換電網(wǎng)11的三相交流電壓ea、eb及e。為直流母線電壓Udc。
[0045]直流母線12用以傳遞直流母線電壓Udc。于一實施例中，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)I可包含電性連接于直流母線12的直流母線電容120A及120B，提供直流母線電壓Ude的支撐和濾波作用。
[0046]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(jù)直流母線12傳輸?shù)闹绷髂妇€電壓Ud。產(chǎn) 生三相交流信號e’ a、e’ b及e’。。于一實施例中，逆變器14更電性連接于負載電動機15，以藉由三相交流信號e’ a、e’ b及e’。驅(qū)動負載電動機15。
[0047]電壓調(diào)變裝置16包含:電網(wǎng)電壓采樣模塊160、母線電壓采樣模塊162、母線給定電壓計算模塊164、電壓調(diào)變模塊161、電流控制模塊163以及脈寬調(diào)變模塊165。
[0048]電網(wǎng)電壓采樣模塊160電性連接至電網(wǎng)11，以采樣電網(wǎng)電壓。母線電壓采樣模塊162電性連接至直流母線12，以采樣直流母線電壓Udc的數(shù)值。
[0049]母線給定電壓計算模塊162根據(jù)電網(wǎng)電壓的線電壓峰值計算直流母線電壓給定值Ud_f。于一實施例中，母線給定電壓計算模塊162更根據(jù)電網(wǎng)11的電網(wǎng)額定電壓有效值Uacn計算直流母線電壓給定范圍，其中此直流母線電壓給定范圍包含上限值^。％_以及下限值U
dcrefmin°
[0050]于一實施例中，直流母線電壓Udc的數(shù)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ud。的數(shù)值須大于電網(wǎng)11的電壓峰值。再兼顧到電壓應力、電網(wǎng)電流諧波效果以及電流的調(diào)節(jié)能力等，直流母線電壓給定值Uttorf可設(shè)為電網(wǎng)的線電壓峰值的的k倍。于一實施例中，系數(shù)k的取值范圍可以取在1.0~1.2之間。
[0051]于一實施例中，由于系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓達到電網(wǎng)額定電壓有效值Uacn的110%時仍須穩(wěn)定工作，因此，直流母線電壓給定范圍的上限值Ud_fmax至少要大于xl.1。換言之，此直流母線電壓給定范圍的上限值Udrarfmax可以下式表示:
[0052]UiklvfnuL>^2UACNx\A
[0053]另一方面，于一實施例中，考慮逆變器14額定輸出電壓的能力，直流母線電壓給定范圍的下限值Udrarfmin至少需要7^74?^。換言之，此直流母線電壓給定范圍的下限值
Udcrefmin
可以下式表示:
[0054]CZtfc咖m 之-Jiuacn[0055]因此，直流母線電壓給定范圍的上限值Uttorfmax及下限值Uttorfmin可分別依系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓達到多少比例的電網(wǎng)額定電壓有效值Uacn仍須穩(wěn)定工作，以及逆變器14額定輸出電壓的能力。
[0056]于一實施例中，直流母線電壓給定值Uttorf的取值，及其與直流母線電壓給定范圍的上限值Udeirefmax以及下限值Udeirefmin間的關(guān)系，可以下一式表不:
Iudiref =si2Uic xk
[0057]I f

mill ~ ^dcref ~ ^dcref max
[0058]當所計算的直流母線電壓給定值Udcref超出上限值Utoefmax以及下限值Utoefmin時，直流母線電壓給定值Udrarf將被限制在直流母線電壓給定范圍的上限值ud_fmax或下限值
Udcrefmin 中。
[0059]于上述的實施例中，^為保留以讓系統(tǒng)緩沖的取值，于其他實施例中可視實際狀況而調(diào)整為不同 的數(shù)值，不為上述的范例所限。并且，于其他實施例中，系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓超過多少比例的電網(wǎng)額定電壓有效值Uacm仍需維持正常運作，亦可視實際狀況而調(diào)整為不同的數(shù)值，不為上述的范例所限。
[0060]電壓調(diào)變模塊161根據(jù)直流母線電壓Ud。的數(shù)值，與上述計算所得的直流母線電壓給定值ud_f以及直流母線電壓給定范圍，產(chǎn)生有功電流給定信號id*。電流控制模塊163用以根據(jù)電網(wǎng)11的電流采樣值ia、ib及i。、有功電流給定信號id*和一無功電流給定信號(圖中未示出)，輸出三相控制電壓Va、Vb及V。。一般來說，如果要求系統(tǒng)功率因數(shù)為1，則該無功電流給定信號為O。如果在Vienna結(jié)構(gòu)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0，從而起到一定的補償作用。
[0061]波寬調(diào)變模塊165進一步根據(jù)三相控制電壓Va、Vb及V。產(chǎn)生脈沖控制信號Sa、Sb及S。至維也納整流器10的開關(guān)元件，以控制維也納整流器10的運作，俾控制直流母線電壓Udc的數(shù)值追蹤直流母線電壓給定值udcref。如上該，此直流母線電壓給定值Udcref被限制在直流母線電壓給定范圍的上限值Udcrefmax或下限值ud_fmin中。
[0062]因此，本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)I中，電壓調(diào)變裝置16可限制直流母線電壓Ud。的數(shù)值在穩(wěn)定的范圍內(nèi)，從而減輕過高的直流母線電壓Udc對系統(tǒng)的硬件造成的壓力，延長系統(tǒng)硬件的壽命，并避免系統(tǒng)硬件在高壓影響而損壞時造成的危險。
[0063]于一實施例中，電壓調(diào)變裝置16更包含整流器開關(guān)控制模塊167。整流器開關(guān)控制模塊167接收直流母線電壓Ud。的數(shù)值，以與電壓閾值Ude highlimit (未標示于圖中)比較，俾于直流母線電壓Udc的數(shù)值大于電壓閾值Utk highlimit時，控制波寬調(diào)變模塊165直接關(guān)閉維也納整流器10的開關(guān)元件，并于直流母線電壓Udc的數(shù)值小于電壓閾值Utk highlimit時，停止控制波寬調(diào)變模塊165。其中，電壓閾值Utk highlimit為直流母線電壓給定值Udrarf與限幅系數(shù)klimit的乘積。其中，限幅系數(shù)klimit與母線電壓保護系數(shù)klimitmax的關(guān)系為:
[0064]l〈klimit〈k

Iimitmax
[0065]由于維也納整流器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于空載狀態(tài)。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Udc不產(chǎn)生過壓的情形，整流器開關(guān)控制模塊167可在維也納整流器10過壓前控制波寬調(diào)變模塊165停止傳送脈沖控制信號Sa、Sb及S。至維也納整流器10的開關(guān)元件，以阻止直流母線電容120A及120B能量的累積。
[0066]請參照圖2。圖2為本發(fā)明一實施例中，直流母線電壓Ud。的電壓波形圖。其中，橫軸為時間t，縱軸為直流母線電壓Udc的數(shù)值。
[0067]如圖2所示，在時間tl前，逆變器14為帶載運行并持續(xù)消耗能量的狀態(tài)，維也納整流器10可在電壓調(diào)變模塊161、電流控制模塊163以及波寬調(diào)變模塊165的控制下，將直流母線電壓Udc的數(shù)值控制在直流母線電壓給定值Udcref附近。
[0068] 在時間tl時，逆變器14開始轉(zhuǎn)變?yōu)檩p載，甚至到無載而不消耗任何能量的狀態(tài)。此時維也納整流器10已無法藉由電壓調(diào)變模塊161、電流控制模塊163以及波寬調(diào)變模塊165進行控制，直流母線電壓Udc的數(shù)值將持續(xù)上升。整流器開關(guān)控制模塊167將判斷直流母線電壓Udc的數(shù)值大于電壓閾值Udc—



highlimit°
[0069]因此，整流器開關(guān)控制模塊167可在此時控制波寬調(diào)變模塊165停止傳送脈沖控制信號Sa、Sb及S。至維也納整流器10的開關(guān)元件。直流母線電壓Udc的數(shù)值將被限制在電壓閾值Udcjlighlimit而不會繼續(xù)升高。
[0070]到時間t2時，逆變器14再度轉(zhuǎn)為帶載運行的狀態(tài)并消耗能量，直流母線電壓Ud。的數(shù)值將因此下降。因此，整流器開關(guān)控制模塊167可在此時停止控制波寬調(diào)變模塊165。維也納整流器10即可再次受電壓調(diào)變模塊161、電流控制模塊163以及波寬調(diào)變模塊165的控制。
[0071]于另一實施例中，為確保逆變器14帶載運行時不會輕易觸發(fā)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Udc不會維持在過高的數(shù)值，整流器開關(guān)控制模塊167依據(jù)狀況采用不同的電壓閾值



Udc—highlimit °
[0072]請參照圖3。圖3為本發(fā)明一實施例中，直流母線電壓Ud。的電壓波形圖。其中，橫軸為時間t，縱軸為直流母線電壓Udc的數(shù)值。
[0073]于本實施例中，整流器開關(guān)控制模塊167依據(jù)狀況采用第一電壓閾值Ude highlimitl或第二電壓閾值Udejlighlimit2,其中第二電壓閾值Udejlighlimit2高于第一電壓閾值
Udc—highlimitl °
[0074]如圖3所示，在時間11前，電壓閾值Utk highlimit的初始值為第二電壓閾值Udc—highlimit2。逆變器H為帶載運行的狀態(tài)，維也納整流器10可在電壓調(diào)變模塊161、電流控制模塊163以及波寬調(diào)變模塊165的控制下，將直流母線電壓Ud。的數(shù)值控制在直流母線電壓給定值U
dcref
附近。
[0075]在時間tl時，逆變器14開始轉(zhuǎn)變?yōu)檩p載，甚至到無載而不消耗任何能量的狀態(tài)。此時維也納整流器10已無法藉由電壓調(diào)變模塊161、電流控制模塊163以及波寬調(diào)變模塊165進行控制，直流母線電壓Udc的數(shù)值將持續(xù)上升。整流器開關(guān)控制模塊167將判斷直流母線電壓Udc的數(shù)值大于第二電壓閾值Ud?！猦ighlimit2。
[0076]因此，整流器開關(guān)控制模塊167可在此時控制波寬調(diào)變模塊165停止傳送脈沖控制信號Sa、Sb及S。至維也納整流器10的開關(guān)元件。直流母線電壓Udc的數(shù)值將被限制在第二電壓閾值Utk highlimit2而不會繼續(xù)升高。同時，整流器開關(guān)控制模塊167將判斷直流母線電壓Udc的數(shù)值是否大于第一電壓閾值Utk highlimitl超過第一時間間隔Λ Tl。
[0077]當直流母線電壓Ud。的數(shù)值大于第一電壓閾值Utk highlimitl超過第一時間間隔ΛΤ1時，整流器開關(guān)控制模塊167使電壓閾值Utk highlimit設(shè)定為第一電壓閾值Ud。highlimitl。因此，直流母線電壓Udc的數(shù)值將被限制在較低的第一電壓閾值Utk highlimitl而不會繼續(xù)升高。[0078]到時間t2時，逆變器14再度轉(zhuǎn)為帶載運行的狀態(tài)并消耗能量，直流母線電壓Ud。的數(shù)值將因此下降。因此，整流器開關(guān)控制模塊167可在此時停止控制波寬調(diào)變模塊165。維也納整流器10即可再次受電壓調(diào)變模塊161、電流控制模塊163以及波寬調(diào)變模塊165的控制。同時，整流器開關(guān)控制模塊167將判斷直流母線電壓Ud。的數(shù)值是否大于第一電壓
闡值 Udc—highlimitl 超過第二時間間隔ΛΤ2。
[0079]當直流母線電壓Ud。的數(shù)值小于第一電壓閾值Utk highlimitl超過第一時間間隔ΛΤ1時，整流器開關(guān)控制模塊167使電壓閾值Utk highlimit設(shè)定為較高的第二電壓閾值Ud。highlimit2。則直流母線電壓Udc的數(shù)值需高于第二電壓閾值Utk highlimit2,才會再次觸發(fā)整流器開關(guān)控制模塊167的過壓保護機制。
[0080]于一實施例中，上述第一電壓閾值Udejlighlimitl及第二電壓閾值
^dc_highlimit2， 可分別
設(shè)定為直流母線電壓給定值Udcref與第一限幅系數(shù)klimitl及第二限幅系數(shù)klimit2的乘積，例如以下二式表示:
[0081]Udc highlimitl — Udcref.klimitl
[0082]Udc highlimit2 — Udcref.klimit2
[0083]并且,第一電壓閾值Udejlighlimitl及第二電壓閾值Udejlighlimit2應小于該直流母線電壓給定值Udcref與一母線電壓保護系數(shù)klimitmax的乘積。亦即,第一電壓閾值Ud0lighlimitl及第二電壓閾值Utk highlimit2對應的正倍數(shù)與母線電壓保護系數(shù)klimitmax的關(guān)系為:
[0084]I ^klimit ^klimi t2<klimitmax
[0085]于另一實施例中，上述第一電壓閾值Udejlighlimitl及第二電壓閾值
^dc_highlimit2， 可分
別依據(jù)逆變器14的輸出有功功率Ptjut來決定。
[0086]于此實施例中，整流器開關(guān)控制模塊167將判斷逆變器14的輸出有功功率Ptjut是否小于一功率閾值Plradl超過如圖3所示的第一時間間隔ΛΤ1，并于輸出有功功率Prat小于功率閾值Pltjadl超過第一時間間隔ΔΤ1時,使電壓閾值Utkjlighlimit設(shè)定為第一電壓閾值Ud。—highlimitl，且整流器開關(guān)控制模塊167更判斷輸出有功功率Ptjut是否不小于功率閾值Pltjadl超過第二時間間隔ΛΤ2，以于輸出有功功率Ptjut不小于功率閾值Pltjadl超過第二時間間隔ΛΤ2時，使電壓閾值Ude highliniit設(shè)定為大于第一電壓閾值Utk highliniitl的第二電壓閾值Utk highliniit2tj
[0087]因此，本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)I中，電壓調(diào)變裝置16可在逆變器14位于輕載或空載的狀態(tài)時，以電壓限幅的控制方式，避免直流母線電壓Ud。受到瞬態(tài)擾動時產(chǎn)生高電壓電平，從而減輕過高的直流母線電壓Udc對系統(tǒng)的硬件造成的壓力，延長系統(tǒng)硬件的壽命，并避免系統(tǒng)硬件在高壓影響而損壞時造成的危險。
[0088]圖4為本發(fā)明一實施例中，一種電壓調(diào)變方法400的流程圖。電壓調(diào)變方法400可應用于如圖1所示的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)I的電壓調(diào)變裝置16中。電壓調(diào)變方法400包含下列步驟。
[0089]于步驟401，藉由電性連接至電網(wǎng)11的電網(wǎng)電壓采樣模塊160采樣電網(wǎng)電壓。
[0090]于步驟402，藉由電性連接至直流母線12的母線電壓采樣模塊162采樣直流母線電壓Udc的數(shù)值。
[0091 ] 于步驟403，藉由母線給定電壓計算模塊162根據(jù)電網(wǎng)電壓計算直流母線電壓給
定值 Udcref。
[0092]于步驟404，藉由電壓調(diào)變模塊161接收直流母線電壓Ud。的數(shù)值和直流母線電壓給定值Uttorf，輸出有功電流給定信號id*。
[0093]于步驟405，藉由電性耦接至電壓調(diào)變模塊161的電流控制模塊163，接收來自電網(wǎng)11的三相交流電流、有功電流給定信號(id*)和無功電流給定信號，輸出三相控制電壓Va、Vb 及 V。。
[0094]于步驟406，藉由脈寬調(diào)變模塊165接收三相控制電壓Va、Vb及V。及直流母線電壓Udc,并輸出脈沖控制信號Sa、Sb及S。至維也納整流器10。
[0095]接著，流程將回至步驟401，以重新采樣相關(guān)的電壓值。
[0096]圖5為本發(fā)明一實施例中，一種電壓調(diào)變方法500的流程圖。電壓調(diào)變方法500可應用于如圖1所示的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)I的電壓調(diào)變裝置16中。電壓調(diào)變方法500包含下列步驟。
[0097]于步驟501，藉由電性連接至電網(wǎng)11的電網(wǎng)電壓采樣模塊160采樣電網(wǎng)電壓，亦即
三相交流電壓ea、eb及e。的數(shù)值。
[0098]于步驟502，藉由電性連接至直流母線12的母線電壓采樣模塊162采樣直流母線電壓Udc的數(shù)值。
[0099]于步驟503，由母線給定電壓計算模塊162計算直流母線電壓給定值Udcref,并計算電壓閾值 Udc—highlimit ° 其中，電壓閾值Ud?！猦ighlimit為直流母線電壓給定值Udrarf與限幅系數(shù)klimit的乘積。
[0100]于步驟504，整流器開關(guān)控制模塊167接收直流母線電壓Ud。的數(shù)值，以與電壓閾值Udcjlighlimit比較，并判斷直流母線電壓Udc的數(shù)值是否大于該電壓閾值ud?！猦ighlimit。
[0101]當直流母線電壓Ud。的數(shù)值大于電壓閾值Utk highlimit時，整流器開關(guān)控制模塊167在步驟505控制波寬調(diào)變模塊165直接關(guān)閉維也納整流器10的開關(guān)元件。并且，流程將回至步驟501繼續(xù)采樣電壓。
[0102]當直流母線電壓Ud。的數(shù)值不大于電壓閾值時Udehighlimit，整流器開關(guān)控制模塊167不控制波寬調(diào)變模塊165。流程可進行至步驟506-508。其中，步驟506-508與圖4的步驟404-406相同，故不再此贅述。于步驟508后，流程將回至步驟501重新采樣相關(guān)的電壓值。
[0103]圖6為本發(fā)明一實施例中，一種電壓調(diào)變方法600的流程圖。電壓調(diào)變方法600可應用于如圖1所示的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)I的電壓調(diào)變裝置16中。電壓調(diào)變方法600包含下列步驟。
[0104]于電壓調(diào)變方法600中，步驟601-602與圖5中的步驟501-502相同，因此不再贅
述。于步驟603，由母線給定電壓計算模塊162計算直流母線電壓給定值Uttorf,并計算電壓閾值Udcjlighlimit。于一實施例中，母線給定電壓計算模塊162計算第一電壓閾值Utk highlimitl及第二電壓閾值Ud。—highliniit2，并以第二電壓閾值Ude highliniit2做為預設(shè)的電壓閾值Ude highliniitt5
[0105]于步驟604，整流器開關(guān)控制模塊167接收直流母線電壓Udc的數(shù)值，以與電壓閾值Utk highlimit比較，并判斷直流母線電壓Udc的數(shù)值是否大于該電壓閾值Ud?！猦ighlimit。
[0106]當直流母線電壓Udc的數(shù)值大于第二電壓閾值Utk highlimit時，整流器開關(guān)控制模塊167在步驟605控制波寬調(diào)變模塊165直接關(guān)閉維也納整流器10的開關(guān)元件。
[0107]接著，整流器開關(guān)控制模塊167更于步驟606判斷直流母線電壓Udc的數(shù)值是否大于第一電壓閾值Utk highlimitl超過第一時間間隔ΛΤ1。當直流母線電壓Ud。的數(shù)值大于第一電壓閾值Utk highlimitl超過第一時間間隔Λ Tl，整流器開關(guān)控制模塊167將于步驟607使電壓閾值Ude highliniit設(shè)定為第一電壓閾值ud?！狪lighliniitl。
[0108]而當步驟605中判斷直流母線電壓Ud。的數(shù)值并未大于第一電壓閾值Utk highlimitl超過第一時間間隔ΛΤ1，或是步驟606結(jié)束后，流程將回至步驟601重新采樣相關(guān)的電壓值。
[0109]而另一方面，當直流母線電壓Ud。的數(shù)值不大于第二電壓閾值Ud。highlimit時，將進行步驟608-610。步驟608-610系與圖5中的步驟506-508相同，因此不再贅述。于本實施例中，整流器開關(guān)控制模塊167更于步驟611判斷直流母線電壓Udc的數(shù)值是否不大于第一電壓閾值Ude highlimitl超過第二時間間隔Λ T2。
[0110]當直流母線電壓Udc的數(shù)值不大于第一電壓閾值Ude highlimitl超過第二時間間隔Δ Τ2，整流器開關(guān)控制模塊167將于步驟612使電壓閾值Utk highlimit設(shè)定為第二電壓閾值Vhighiinlit20流程將回至步驟601重新采樣相關(guān)的電壓值。
[0111]圖7為本發(fā)明一實施例中，一種電壓調(diào)變方法700的流程圖。電壓調(diào)變方法700可應用于如圖1所示的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)I的電壓調(diào)變裝置16中。電壓調(diào)變方法700包含下列步驟。
[0112]于電壓調(diào)變方法700中，步驟701-705、步驟707-710及步驟712系與圖6中的步驟601-605、步驟607-610及步驟612相同，因此不再贅述。唯于本實施例中，步驟706及步驟711系分別以逆變器14的輸出有功功率是否小于功率閾值超過第一時間間隔ΛΤ1，以及逆變器14的輸出有功功率是否不小于功率閾值超過第二時間間隔ΛΤ2來判斷是否將電壓
閾值Utk highliniit設(shè)定為第一電壓閾值ud?！狪lighliniitl及第二電壓閾值Ude highliniit2的依據(jù)。因此，電壓調(diào)變方法700可藉由對 逆變器14的輸出有功功率大小的判斷，達到如同圖6的電壓調(diào)變方法600中，動態(tài)調(diào)整電壓閾值



Udc—highlimit

的機制。
[0113]雖然本揭示內(nèi)容已以實施方式公開如上，然其并非用以限定本揭示內(nèi)容，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本公開內(nèi)容的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾，因此本公開內(nèi)容的保護范圍當視所附的權(quán)利要求所界定者為準。
【權(quán)利要求】
1.一種電壓調(diào)變裝置，應用于一電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，該電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)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(zhuǎn)換一電網(wǎng)的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(jù)該組直流母線傳輸?shù)脑撝绷髂妇€電壓產(chǎn)生一三相交流信號，該電壓調(diào)變裝置包含: 一電網(wǎng)電壓采樣模塊，電性連接至該電網(wǎng)，以采樣一電網(wǎng)電壓； 一母線給定電壓計算模塊，用以根據(jù)該電網(wǎng)電壓計算該直流母線電壓給定值； 一電壓調(diào)變模塊，用以接收一直流母線電壓值以及該直流母線電壓給定值，并根據(jù)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； 一電流控制模塊，電性耦接至該電壓調(diào)變模塊，用以接收來自該電網(wǎng)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(diào)變模塊，用以接收該三相控制電壓及該直流母線電壓值，并輸出一脈沖控制信號至該維也納整流器。
2.如權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)變裝置，還包括: 一整流器開關(guān)控制模塊，用以接收該直流母線電壓值和一直流母線電壓閾值并進行比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出一開關(guān)控制信號，該脈寬調(diào)變模塊根據(jù)該三相控制電壓、該直流母線電壓值以及該開關(guān)控制信號，輸出該脈沖控制信號。
3.如權(quán)利要求1 所述的電壓調(diào)變裝置，其中，該直流母線電壓給定值為該電網(wǎng)的線電壓峰值的k倍，k介于1.0~1.2之間。
4.如權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)變裝置，還包括: 一母線電壓采樣模塊，電性連接至該組直流母線，以采樣該直流母線電壓值。
5.如權(quán)利要求2所述的電壓調(diào)變裝置，其中，當該電壓調(diào)變裝置工作于空載或輕載時，該直流母線電壓閾值為一第一電壓閾值；當該電壓調(diào)變裝置工作于重載時，該直流母線電壓閾值為一第二電壓閾值，其中，該第一電壓閾值小于該第二電壓閾值。
6.如權(quán)利要求5所述的電壓調(diào)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系數(shù)klimitl的乘積，該第二電壓閾值為直流母線電壓給定值與第二限幅系數(shù)kiimit2 的乘積，klimitl 和 klimit2 的取值圍為 l〈klimitl〈klimit2〈klimitmax，klimitmax 為直流母線電壓過壓保護值所對應的母線電壓保護系數(shù)。
7.如權(quán)利要求5所述的電壓調(diào)變裝置，其中該整流器開關(guān)控制模塊更判斷該直流母線電壓值大于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(shè)定為該第一電壓閾值； 并判斷該直流母線電壓值是否小于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(shè)定為大于該第一電壓閾值的該第二電壓閾值。
8.如權(quán)利要求5所述的電壓調(diào)變裝置，其中該整流器開關(guān)控制模塊更判斷該逆變器的一輸出有功功率小于一功率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(shè)定為該第一電壓閾值； 并判斷該輸出有功功率不小于該功率閾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(shè)定為大于該第一電壓閾值的該第二電壓閾值。
9.如權(quán)利要求2所述的電壓調(diào)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系數(shù)kliDlit的乘積,其中，kliDlit取值范圍為l〈kliDlit〈kliniitniax，kliniitniax為直流母線電壓過壓保護值所對應的母線電壓保護系數(shù)。
10.一種電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng),包含: 一維也納整流器，用以轉(zhuǎn)換一電網(wǎng)的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(jù)該組直流母線傳輸?shù)脑撝绷髂妇€電壓產(chǎn)生一三相交流信號；以及 一電壓調(diào)變裝置，包含: 一電網(wǎng)電壓采樣模塊，電性連接至該電網(wǎng)，以采樣一電網(wǎng)電壓； 一母線給定電壓計算模塊，用以根據(jù)該電網(wǎng)電壓計算該直流母線電壓給定值； 一電壓調(diào)變模塊，用以接收一直流母線電壓值以及該直流母線電壓給定值，并根據(jù)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； 一電流控制模塊，電性耦接至該電壓調(diào)變模塊，用以接收來自該電網(wǎng)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(diào)變模塊，用以接收該三相控制電壓及該直流母線電壓值，并輸出一脈沖控制信號至該維也納整流器。
11.如權(quán)利要求10所述的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該電壓調(diào)變裝置還包括: 一整流器開關(guān)控制模塊，用以接收該直流母線電壓值和一直流母線電壓閾值并進行比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出一開關(guān)控制信號，該脈寬調(diào)變模塊根據(jù)該三相控制電壓、該直流母線電壓值以及該開關(guān)控制信號，輸出該脈沖控制信號。
12.如權(quán)利要求10所述的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中該直流母線電壓給定值為電網(wǎng)的線電壓峰值的k倍，k介于1.0~1.2之間。
13.如權(quán)利要求10所述的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，電壓調(diào)變裝置還包括: 一母線電壓采樣模塊，電性連接至該組直流母線，以采樣該直流母線電壓值。
14.如權(quán)利要求13所述的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中當該電壓調(diào)變裝置工作于空載或輕載時，該直流母線電壓閾值為一第一電壓閾值；當該電壓調(diào)變裝置工作于重載時，該直流母線電壓閾值為一第二電壓閾值，其中，該第一電壓閾值小于該第二電壓閾值。
15.如權(quán)利要求14所述的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中該第一電壓閾值為直流母線電壓給定值與第一限幅系數(shù)klimitl的乘積，該第二電壓閾值為直流母線電壓給定值與第二限幅系數(shù)kiimit2 的乘積，klimitl 和 klimit2 的取值圍為 l〈klimitl〈klimit2〈klimitmax，klimitmax 為直流母線電壓過壓保護值所對應的母線電壓保護系數(shù)。
16.如權(quán)利要求14所述的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中該整流器開關(guān)控制模塊更判斷該直流母線電壓值大于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(shè)定為該第一電壓閾值； 并判斷該直流母線電壓值是否小于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(shè)定為大于該第一電壓閾值的該第二電壓閾值。
17.如權(quán)利要求14所述的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中該整流器開關(guān)控制模塊更判斷該逆變器的一輸出有功功率小于一功率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(shè)定為該第一電壓閾值； 并判斷該輸出有功功率不小于該功率閾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(shè)定為大于該第一電壓閾值的該第二電壓閾值。
18.如權(quán)利要求11所述的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，該第一電壓閾值為直流母線電壓給定值與一限幅系數(shù)klimit的乘積，其中，klimit取值范圍為l〈klimit〈klimitmax，klimitmax為直流母線電壓過壓保護值所對應的母線電壓保護系數(shù)。
19.一種電壓調(diào)變方法，應用于一電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一電壓調(diào)變裝置中，該電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)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(zhuǎn)換一電網(wǎng)的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(jù)該組直流母線傳輸?shù)脑撝绷髂妇€電壓產(chǎn)生一三相交流信號，該電壓調(diào)變方法包含: 藉由電性連接至該電網(wǎng)的一電網(wǎng)電壓采樣模塊采樣一電網(wǎng)電壓； 藉由一母線給定電壓計算模塊根據(jù)該電網(wǎng)電壓計算該直流母線電壓給定值； 藉由一電壓調(diào)變模塊接收一直流母線電壓值以及該直流母線電壓給定值，并根據(jù)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(diào)變模塊的一電流控制模塊，接收來自該電網(wǎng)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(diào)變模塊接收該三相控制電壓及該直流母線電壓值，并輸出脈沖控制信號至該維也納整流器。
20.如權(quán)利要求19所述的電壓調(diào)變方法，還包括: 藉由一整流器開關(guān)控制模塊，接收該直流母線電壓值和一直流母線電壓閾值并進行比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出一開關(guān)控制信號，該脈寬調(diào)變模塊根據(jù)該三相控制電壓、該直流母線電壓值以及該開關(guān)控制信號，輸出該脈沖控制信號。
21.如權(quán)利要求19所述的電壓調(diào)變方法，其中，該直流母線電壓給定值為電網(wǎng)的線電壓峰值的k倍，k介于1.0~1.2之間。
22.如權(quán)利要求19所述的電壓調(diào)變方法，還包括: 藉由電性連接至該組直流母線的一母線電壓采樣模塊采樣該直流母線電壓值。
23.如權(quán)利要求20所述的電壓調(diào)變方法，其中，當該電壓調(diào)變裝置工作于空載或輕載時，該直流母線電壓閾值為一第一電壓閾值；當該電壓調(diào)變裝置工作于重載時，該直流母線電壓閾值為一第二電壓閾值，其中，該第一電壓閾值小于該第二電壓閾值。
24.如權(quán)利要求23所述的電壓調(diào)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系數(shù)klimitl的乘積，該第二電壓閾值為直流母線電壓給定值與第二限幅系數(shù)kiimit2 的乘積，klimitl 和 klimit2 的取值圍為 l〈klimitl〈klimit2〈klimitmax，klimitmax 為直流母線電壓過壓保護值所對應的母線電壓保護系數(shù)。
25.如權(quán)利要求23所述的電壓調(diào)變方法，其中更包含: 藉由該整流器開關(guān)控制模塊判斷該直流母線電壓值大于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(shè)定為該第一電壓閾值； 并判斷該直流母線電壓值是否小于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(shè)定為大于該第一電壓閾值的該第二電壓閾值。
26.如權(quán)利要求23所述的電壓調(diào)變方法，其中更包含: 藉由該整流器開關(guān)控制模塊判斷該逆變器的一輸出有功功率小于一功率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(shè)定為該第一電壓閾值；并判斷該輸出有功功率不小于該功率閾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(shè)定為大于 該第一電壓閾值的該第二電壓閾值。
27.如權(quán)利要求20所述的電壓調(diào)變方法，其中，該第一電壓閾值為直流母線電壓給定值與一限幅系數(shù)klimit的乘積，其中，klimit取值范圍為l〈klimit〈klimitmax，klimitmax為直流母線電壓過壓保護值所對應的母線電壓保護系數(shù)。
【文檔編號】H02M5/42GK103986339SQ201410239310
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】王正, 張怡, 甘鴻堅, 應建平 申請人:臺達電子企業(yè)管理（上海）有限公司