专利名称：具有循环电流滤波器的平行并联电力调节系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于种电力调节的技术领域，尤指一
种平行并联电力调系统，该系统具有可滤除循环电
流的滤波器
背景技术：
关于电源供应器(Power Supply) 及不断电系统
u ni nt er rup t iblpower system, UPS) 的技术，业
界己经提出很多平行并联变频器的技术。已知的方式
就是变频器的输出端利用电感及电容(LC)组合来滤
波图1是已知平行并联电力调节系统的方块图。如
图1所不，电源110的输出电压及电流经由多数个
电力调节装置cPoW 6r Condition System, PCS)1 2
0而输出至负载15 0上。此种低电压源的电力调
节装置120包括了直流-直流转换器1 3 0及直流-父流变频器140而各个电力调节装置l 2 0是平行并联连接。
直流-直流转换器l 3 O会采取变压器隔离的方 式将该电源l 1 0的输出电压 Vin提升至一高电压 Vdc。图2是该直流-直流转换器1 3 0的电路图，其 为 一 全桥式转换器1 3 0 。如图2所示，该全桥式转 换器l 3 0由开关S1、 S2、 S3及S4组成全桥切换 电路。当开关S1及开关S4为开，跨在变压器l 3
的电压为正值。当开关S2及开关S3为开，则跨在变 压器l 3 l的电压为负值。开关S1、开关S4及开关 S2、开关S3这两对开关的交替切换使得变压器l 3 1能转换电压。随着变压器1 3 1的1 : n转换比，变 压器1 3 1的二次侧电压是为变压器1 3 1的 一 次侧 电压的n倍。直流_直流转换器1 3 0的切换频率通常 会根据变压器1 3 1的大小而改变， 一 般而言该切换 频率在1 0至IJ 1 0 0千赫兹之间。由二极管D 1 、 D 2 、 D 3及D 4所组成的二极管桥式电路1 3 3将高频交流 电整流至直流电，二极管桥式整流电路1 3 3的输出 端连接 一 电感Lf及 一 电容Cf ,并使用电感-电容Lf及 Cf来滤波，以产生纯净的直流电压Vdc。理想中的Vdc 会是Viri的n倍，但是随着电路损失及责任周期控制， Vdc的值通常会少于n倍的Vin值。
在高功率电力系统应用中，全桥式的直流-直流转换器130必需使用体积更大的开关元件、输入电容
Cin、电感Lf及电容Cf以增加转换效率。然而增大元 件面积亦增加成本并产生散热问题。为解决前述问题， 已知技术是采用多相转换器，以縮减开关负荷及被动 元件的尺寸。图3显示在高功率电力系统的应用中，
使用三相直流-直流转换器来取代全桥转换器。这个电 路需要六个开关S1、 S2、 S3、 S4、 S5及S6，分 别组成三相开关S1、 S4、开关S3、 S6及开关S 5 、 S 2 。每 一 相的上下臂开关的导通与截止时间是互 补的，而且三相分别相差了 1 2 0 ° ，可显著减少高频 涟波，所以可大幅縮减输入电容Cin、电感Lf及电容 Cf这些被动元件的大小。
己知的直流-交流变频器1 4 0是全桥式的电路 类型。图4 (A)是一个单一交流输出端的全桥式直流 -交流变频器1 4 0 。开关Q 1 、 Q 2 、 Q 3及Q 4组合 成全桥式切换电路，这些开关使用正弦波宽调变
(SPWM )来控制，在每个切换周期改变脉宽，进而得 到方波型式的输出，再经由LC滤波过后得到输出电压 vo。图4 (B)是一已知具有两个交流输出的全桥式变 频器的电路图。如图4 ( B )所示。为了产生两个交流 输出，将输入电压Vdc分成两个相等的直流电压Vdc/
2 ，而中间的点也变成了中性点，由中性点端输出的电压各为V o /2 ，故总输出的交流电压为vc^
在平行酉己置的直流-交流变频器系统中，它们的连
接点、即为所有直流-交流变频器的输出端点在平行配
置中所有的输出电容需要以并联的方式连接起来
然而，由于电容输出即为电压源，所以小电压差将会
导致大的循环电流产生。同时，连接电压源到市电系
统uti 1itygrid)也是 一 件非常困难的事情己知
技术是在不同的变频器之间增加耦合电感，以避免产
生循环电流。然而，使用耦合电感方法的问题在于必
须使用个耦合电感连接全部的变频器。图5是已知
使用稱入电感的示意图。如图5所示，将两个变频器
的输出连接在同一个电感L上，意即将主上山 顺及次侧
親合在起。这种将电感放置在电容的前的滤波方式
称为LC型式的滤波器。图6 ( A )为已知稱合电感结
构的示思图及图6 (B)为己知耦合电感结构的等效电
路6 CA)中的耦合电感可以多数个叠置以增加
输出脚位，但是全部的变频器必须连接在同样的親合
电感上，亦会产生循环电流的问题。由此可知，已知
技术仍有诸多缺点而有予以改善的必要。
发明内容
本发明的巨的是在提供 一 种具有特殊滤波器的平行并联电力调节系统，以有效地减少循环电流。
为达成上述的目的，本发明是提出 一 种具有循环
电流滤波器的平行并联电力调节系统，其特征在于
其包括
输入端，用以接收一输入端电源；
多数个电力调节装置，每一电力调节装置包含
一直流-直流转换器，耦合至该输入端，以接
收该输入端电源，并转换成 一 直流电压 ，
一直流-交流变频器，耦合至该直流-直流转
换器，以将该直流电压转换成 一 交流电压；以及
一滤波器，耦合至该直流-交流变频器，以将
该交流电压中的噪声以及电力调节装置间的循环电流
滤除，以产生滤波电压；以及
一负载，连接至该多数个电力调节装置；
其中，该多数个电力调节装置并联连接至该负载。
其中，该滤波器是一低通滤波器。
其中，该低通滤波器是由一输入电感、 一电容及 一输出电感所组成。
其中，该直流-交流变频器具有电流回馈及电压回馈。
其中，该直流-交流变频器的电流回馈是量测通过该输入电感的电流。
中，该直流-交流变频器的电压回馈是量测该电
容的电压
苴 Z 、中，该输出电感具有耦合的磁场，以使该多数
个电力调节装置的输出电流耦合在 一 起。
中，该输出电感具有二次电感功能，以使该多
数个电力调节装置的输出电流耦合在 一 起。
苴 7 、中，该输入端电源的电压小于该直流电压。
苴 乂 、中，该输入端电源由 一 低电压麟料电池或太阳
光电模组所产生。
以下是由特定的具体实施例说明本发明的实施方
式，使该发明技术领域具通常知识者可由本说明书及
附图所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功
效，中:
图1是已知平行并联电力调节系统的方块图。
图2是已知全桥式直流 -直流转换器的电路图
图3是己知三相直流-直流转换器的电路图。
图4A〕'是己知单--交流输出端的全桥式直流-父流变频器0图4 (B)是已知两个交流输出的全桥式变频器的 电路图。
图5是已知使用耦合电感的电力调节系统的示意图。
图6 (A)为已知耦合电感结构的示意图。
图6 ( B )为已知耦合电感结构的等效电路图。
图7是本发明具有滤波器的平行并联电力调系
统的示意图。
图8为本发明平行并联电力调节系统的下的孝禺合
LCL型滤波器电路图^
图9是本发明图7的模拟示意图。
图10是图9中識环电流的放大图￡
图11是本发明图8的模拟示意图
具体实施例方式
图7是本发明能滤除循环电流的滤波器的平行并
联电力调节系统的示思图，其包括一电源710、
一输入上山 顿7 2 0 、 多数个电力调节装置730及负
载7 40。
该电源7 1 0可以是 一 低电压燃料电池或是它
的电源例如太阳光电模组等)。该输、 、山 入顿720用以接收一输入端电源。该输入端电源较佳为该电源7
1 0的输出。该多数个电力调节装置7 3 O用以将该 电源7 1 0的输出直流电压Vin转换为 一 交流电压vo。 每 一 电力调节装置7 3 0包含 一 直流-直流转换器7 5 0 、 一直流-交流变频器7 6 0及 一 滤波器7 7 0 。 该负载7 4 0连接至该多数个电力调节装置7 3 0， 该多数个电力调节装置7 3 0是并联连接至该负载7
4 0 。
该直流_直流转换器7 5 0耦合至该输入端7 2
0 ，以接收该输入端电源，并转换成 一 直流电压Vdc 。 该输入端电源的电压是小于该直流电压Vdc ，该直流电 压Vdc较佳为3 8 0伏特。亦即该直流-直流转换器7
5 0是一升压直流-直流转换器。
该直流-交流变频器7 6 0耦合至该直流-直流转 换器7 5 0 ，以将该直流电压Vdc转换成 一 交流电压。 该滤波器7 7 0耦合至该直流_交流变频器7 6 0 ，以 将该交流电压中的噪声滤除，以产生 一 滤波电压v f i 1 。
该滤波7 7 O器是一低通滤波器，且是由一输入
电感Lik、 一电容Ck及 一 输出电感Lgk所组成，其中，
1 ^k^n, n、 k为正整数。
该直流-交流变频器7 6 0具有电流回馈及电压 回馈。如图7所示，该直流-交流变频器7 6 0的电流回馈是量测通过该输入电感Lik的电流iack。该直流-
交流变频器7 6 0的电压回馈是量测该电容Ck的电压。
于图7中，该输出电感Lgk没有耦合的磁场，故图 7为基于平行并联电力调节系统的下的非耦合LCL型 滤波器电路图，这种类型的电路较为简明，其需须让 PWM的时脉同步。
图8为本发明另一实施例，其为本发明平行并联 电力调节系统的下的耦合LCL型滤波器电路图。如图 8所示，该输出电感Lgk具有耦合的磁场，可将该输出 电感Lgk当成二次电感使用。由于将该输出电感Lgk当 成二次电感使用，故该输出电感Lgk具有二次电感功能， 以便使该多数个电力调节装置的输出电流耦合在一
起o
该输出电感Lgk如同一个接口接在两个变频器之 间。于图8电路中，该输出电感Lgk被设计成具有耦合 的磁场。M i 、 L i 2到Lin表示在第 一 个、第二个到第 n个变频器侧的电感。C ! 、 C 2到Cn表示第 一 个、第二 个到第n个变频器的滤波电容，而Lg i 、 L g 2到Lgn表 示第 一 个、第二个到第n个变频器的负载侧电感。此 电路的特点即是在于它有二次侧绕线连接至其它相， 所以输出电流是耦合在 一 起的。此种电流耦合效应大大的增加每相间的共同电感，但是又不会影响到自身 的电感，所以在每相之间的循环电流能縮减到最小。
图9是本发明具有滤波器的平行并联电力调节系 统的模拟示意图。图9模拟在两个平行并联变频器的
PWM时序相差1 8 0 °的相位时，两个非耦合变频器间
的循环电流。亦即，当切换频率为2 0 kHz时，第一个
变频器的PWM时间与第 一 个变频器的PWM时间相隔2
5。每一个变频器的输出电流为2 0 A rms，而发生
在零交越点所产生的高峰循环电流值大约是6 A图1
0是图9中循环电流的放大图，电流的均方根值测得
为2.7安培(A )。
图11是本发明图8的模拟示意图。图11为有
耦合电感的两平行并联变频器间的模拟循环电流，并
且两个PWM的时序相差了 1 8 0 ° 。高峰循环电流值依
旧是产生在零交越点处，但是电流值减少到1 . 2 A ， 均方根的值量测为0 . 7安培(A )。
本发明中平行并联变频器中的LCL型滤波器7 7
0可以应用在燃料电池电力调节系统、太阳光电变
频器、不断电动力系统(UPS)等，该滤波器770电
路架构可以用在任何数量下的变频器而不需要it z、享一
个电感铁心聽电流通过各自独立的耦合电感可縮
减到最小。LCL型滤波器7 7 0也是多用途的滤波器可用在独立的交流负载或是市电网络连接上的应用。
由图9 _图11的丰莫拟示思图可知，本发明且 、有
滤波器的平行并联电力调节系统利用各白独、〉二电感用
在平行并联变频器上可有效地减少循环电流。并且
无需使用体积更大的开关元件、输入电容ci n、电感
"及.电容Cf以增加转换效率，可避免已知技术需增大
元件面积而产生增加成本的问题，并减少已知技术中
所产生散热问题。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发
明所主张的权利范围白应以权利要求范围所述为准
而非仅限于上述实施例。
权利要求
1. 一种具有循环电流滤波器的平行并联电力调节系统，其特征在于，其包括一输入端，用以接收一输入端电源；多数个电力调节装置，每一电力调节装置包含一直流-直流转换器，耦合至该输入端，以接收该输入端电源，并转换成一直流电压；一直流-交流变频器，耦合至该直流-直流转换器，以将该直流电压转换成一交流电压；以及一滤波器，耦合至该直流-交流变频器，以将该交流电压中的噪声以及电力调节装置间的循环电流滤除，以产生一滤波电压；以及一负载，连接至该多数个电力调节装置；其中，该多数个电力调节装置并联连接至该负载。
2 .如权利要求1所述的具有循环电流滤波器的 平行并联电力调节系统，其特征在于，其中，该滤波 器是 一 低通滤波器。
3 .如权利要求2所述的具有循环电流滤波器的 平行并联电力调节系统，其特征在于，其中，该低通滤波器是由一输入电感、一电容及—^输出电感所组成。
4..如权利要求3所述的有循环电流滤波器的平行并联电力调节系统，其特征在于，其中，该直流-交流变频器具有电流回馈及电压回馈
5..如权利要求4所述的有循环电流滤波器的平行并联电力调节系统，其特征在于，其中，该直流-父流变频器的电流回馈是:测通过该输入电感的电流。
6 .如权利要求4所述的具有循环电流滤波器的 平行并联电力调节系统，其特征在于，其中，该直流_ 交流变频器的电压回馈是量测该电容的电压。
7 .如权利要求3所述的具有循环电流滤波器的 平行并联电力调节系统，其特征在于，其中，该输出 电感具有耦合的磁场，以使该多数个电力调节装置的 输出电流耦合在 一 起。
8 .如权利要求7所述的具有循环电流滤波器的 平行并联电力调节系统，其特征在于，其中，该输出 电感具有二次电感功能，以使该多数个电力调节装置 的输出电流耦合在 一 起。
9 .如权利要求1所述的具有循环电流滤波器的 平行并联电力调节系统，其特征在于，其中，该输入 端电源的电压小于该直流电压。
10 .如权利要求9所述的具有循环电流滤波器 的平行并联电力调节系统，其特征在于，其中，该输 入端电源由 一 低电压燃料电池或太阳光电模组所产生。
全文摘要
本发明提供一种平行并联电力调节系统，该系统具有可滤除循环电流的滤波器，包括一输入端、多数个电力调节装置及一负载。输入端用以接收一输入端电源。每一电力调节装置包含一直流-直流转换器、一直流-交流变频器及可滤除循环电流的滤波器。直流-直流转换器以接收该输入端电源，并转换成一稳定直流电压。直流-交流变频器将稳定直流电压转换成一交流电压。滤波器耦合至该直流-交流变频器，以将该交流电压中的噪声以及电力调节装置间的循环电流滤除，并产生一滤波电压。负载连接至多数个电力调节装置，其中，多数个电力调节装置并联连接至该负载。
文档编号H02J3/01GK101431302SQ200710169280
公开日2009年5月13日 申请日期2007年11月8日 优先权日2007年11月8日
发明者刘育轩, 林峰源, 林明宪, 赖日生, 陈建良, 陈虹妏 申请人:大同股份有限公司