功率变换单元的控制装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明是有关于一种三相电网设备的控制技术，且特别是有关于一种功率变换单 元的控制装置及方法。
【背景技术】
[0002] 当前，随着科技的发展和人们物质生活的极大丰富，伴随而来的能源和环境问题 也日趋严重。因而，可再生能源的开发利用已成为解决上述问题的热门研发方向，例如，风 力发电以其清洁和环保等特性而当的无愧地作为多类可再生能源其中之一。
[0003] 常见的电网设备包括风电以及光伏发电的电网变流器、无功补偿装置、驱动电机 的变频器等。当三相交流电网的三相电压信号短时间对称跌落时，前述并网设备应保持不 脱网，并能够快速发出无功电流以支撑三相电网电压，以减小电网电压故障造成的影响。然 而当三相交流电网的三相电压信号在比较高的情况下发生不对称故障时，就会出现某些相 的电压比正常值低而某一相的电压比正常值高的情况，如果前述设备在此时单纯发出无功 电流来支撑三相电网电压的话，就会导致比较高的那一相电压更高，进而导致前述电网设 备因故障而关机。例如对于电网变流器而言，该电网变流器上的直流母线电压的大小决定 了其能逆变出的最大交流电压的峰值，过高的那一相电网电压信号会导致对电网电流的控 制能力变差，调制波饱和，甚至发生不可控的情况。
【发明内容】
[0004] 因此，本发明的一方面是在提供一种功率变换单元的控制装置，应用于三相交流 电网中，包含：侦测单元、电流检测单元、信号处理单元以及功率变换单元。侦测单元用以侦 测三相交流电网的三相电压信号，计算并产生负序无功电流给定信号。电流检测单元用以 检测功率变换单元的电流，输出反馈电流信号。信号处理单元用以接收负序无功电流给定 信号、正序电流给定信号以及反馈电流信号，输出调制信号。功率变换单元电性耦接于信号 处理单元与三相交流电网，其中，当三相电压信号发生不平衡时，功率变换单元根据调制信 号从三相交流电网吸收负序无功电流，用以降低功率变换单元的输出端的负序电压。
[0005] 本发明的另一方面是在提供一种功率变换单元的控制方法，应用于三相交流电网 中，包含：使侦测单元侦测三相交流电网的三相电压信号，计算并产生负序无功电流给定信 号；使电流检测单元检测功率变换单元的电流，输出反馈电流信号；使信号处理单元接收 负序无功电流给定信号、正序电流给定信号以及反馈电流信号，输出调制信号；以及使电性 耦接于信号处理单元与三相交流电网的功率变换单元在当三相电压信号发生不平衡时，根 据调制信号从三相交流电网吸收负序无功电流，用以降低功率变换单元的输出端的负序电 压。
[0006] 应用本发明的优点在于通过本发明的功率变换单元的控制装置的设计，可侦测出 三相交流电网的三相电压信号的不平衡，即三相交流电网发生故障，例如，三相电压的对称 跌落，由功率变换单元根据调制信号从三相交流电网吸收负序无功电流，降低功率变换单 元的输出端的负序电压，用以降低功率变换单元输出端的不平衡度，以免单相过压发生， 达到动态调整三相电压信号不平衡的目的，保证低压穿越（Low Voltage Ride Through; LVRT)和高压穿越（High Voltage Ride Through ;HVRT)能顺利通过。
【附图说明】
[0007] 图1为本发明一实施例中，一种功率变换单元的控制装置、功率变换单元以及三 相受流电网的不意图；
[0008] 图2A为本发明一实施例中，图1的三相交流电网、滤波电感以及功率变换单元的 正序等效电路图；
[0009] 图2B为本发明一实施例中，图1的三相交流电网、滤波电感以及功率变换单元的 负序等效电路图；
[0010] 图3为本发明一实施例中，功率变换单元的控制装置以及三相交流电网更详细的 示意图；
[0011] 图4为本发明一实施例中，功率变换单元的控制装置以及三相交流电网更详细的 示意图；以及
[0012] 图5为本发明一实施例中，一种功率变换单元的控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0013] 请参照图1。图1为本发明一实施例中，一种功率变换单元的控制装置10、功率变 换单元106以及三相交流电网12的示意图。其中，控制装置10包含：侦测单元100、电流 检测单元102、信号处理单元104。
[0014] 侦测单元100接收三相交流电网12的三相电压信号，即A相电压VgA、B相电压VgB 及C相电压Vgc。由于电力系统短路故障，引起三相电网电压发生跌落的情形。举例来说， 当三相电压信号Vg不对称跌落时，将造成三相电网电压的A相电压VgA、B相电压VgB及C相 电压Vgc的不等，亦即，三相电网的三相电压信号发生不平衡。因此，侦测单元100可侦测A 相电压VgA、B相电压VgB及C相电压Vgc的大小，用以衡量三相电网电压是否不平衡以及不 平衡的程度，且根据不平衡的程度计算并产生负序无功电流给定信号1'
[0015] 在一实施例中，功率变换单元106从三相交流电网吸收负序无功电流及提供有功 和/或无功功率的能力可通过相关的参数定义，侦测单元100于计算负序无功电流给定信 号严时除根据A相电压VgA、B相电压VgB及C相电压Vgc的不平衡度外，更可考虑功率变换 单元106吸收负序无功电流及提供有功和/或无功功率的能力以进行计算。需要说明的是， 三相交流电网的三相电压信号的不平衡度指的是由于电网系统故障引起三相电网电压中A 相电压VgA、B相电压VgB及C相电压Vg。的电压偏离正常值，三相电压中某相的电压比正常 值低，而某相的电压高于正常值。
[0016] 负序无功电流给定信号严的意义在于通过三相电压信号Vg的不平衡度，计算出 功率变换单元106应自三相交流电网12吸收多少负序无功电流，以及应产生多少的正序有 功和/或无功电流至三相交流电网12,才能使三相电压信号Vg，即A相电压VgA、B相电压VgB 及C相电压VgC，达到均衡。
[0017] 电流检测单元102检测功率变换单元106的电流，以输出反馈电流信号If。其中， 反馈电流信号If即代表目前功率变换单元106与三相交流电网12间流经的电流量。信号 处理单元104进一步接收反馈电流信号If以及负序无功电流给定信号严和正序电流给定 信号广，并经由计算后，输出调制信号S。需要说明的是，正序电流给定信号I"可以由功率 变换单元106中的直流母线电压计算而得出，也可以根据需求预先设定。
[0018] 在一实施例中，功率变换单元106可包含多个绝缘栅双极晶体管（Insulated GateBipolarTransistor;IGBT)或集成门极换向晶闸管（IntegratedGate-Commutated Thyristor;IGCT)，对应三相电网设置。功率变换单元106将可依据调制信号S的控制，使 这些绝缘栅双极晶体管或集成门极换向晶闸管的开启或关闭，以进行负序无功电流的吸收 或正序有功和/或无功电流的提供。
[0019] 在一实施例中，控制装置10以及三相交流电网12间是以滤波电感14电性连接。 正序无功电流的提供可经由以滤波电感14提升三相电网电压信号的正序分量，而负序无 功电流的吸收则可经由以滤波电感14,降低功率变换单元106在其输出端的负序电压，亦 即三相电网电压信号Vg的负序分量，达到对三相电压信号不平衡调整的功效。
[0020] 请参照图2A及图2B。图2A为本发明一实施例中，图1的三相交流电网12以及功 率变换单元106的正序等效电路图。图2B为本发明一实施例中，图1的三相交流电网12以 及功率变换单元106的负序等效电路图。在本实施例中，功率变换单元106与三相交流电 网12间的滤波器14还包含线路阻抗Lg以及滤波电感Lf，也可以包含至少一个滤波电感。
[0021] 三相交流电网12的各电气参数可为正序等效电路及负序等效电路的叠加。如图 2A所示，于正序等效电路中，三相交流电网的三相电压信号的正序分量包含、Kfzj 以及而如图2B所示，在负序等效电路中，三相交流电网的三相电压信号的负序分量 包含<?、。因此，总电压信号相当于正序分量及负序分量的叠加。
[0022] 当三相电压信号产生不平衡的情形时，功率变换单元106可由图1的侦测单元 100、电流检测单元102、正序电流给定信号I1"和信号处理单元104的作动所产生的调制 信号S，根据正序分量跌落的深度产生正序无功电流以及< f，以在线路阻 抗Lg上产生压降，提高三相电网电压的正序分量。另一方面，功率变换单元106可依据前 述模块的动作，根据三相电网电压的负序分量的大小，由调制信号S控制功率变换单元从 三相交流电网吸收负序的无功电流^ ^ &以及，以使负序电压降落到线路阻抗 Lg以及滤波电感Lf上，降低功率变换输出端口的负序电压。功率变换单元106输出端口 的电压信号由功