多相发电机的并联式电源转换系统及其操作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多相发电机的电源转换系统及其操作方法，尤其涉及一种具有功 率因数校正功能的多相发电机的并联式电源转换系统及其操作方法。
【背景技术】
[0002] 目前市售常见的发电系统控制，其能源转换器大略可分为无源整流（passive rectification)与有源整流（activerectification)两种系统架构。请参阅图1，为 现有技术的具无源整流转换器的发电系统的电路示意图。该发电系统具有一无源全桥 式整流器10A，该无源全桥式整流器10A电性禪接一永磁发电机（permanentma即et generator,PMG) 20A。该无源全桥式整流器lOA将该永磁发电机20A所输出的一H相交流 电压转换为一单相直流电压，并且再通过一电感元件Lmp与一开关元件Swp作动，达到能量 转换的功效。因此，对于具有无源整流器架构的发电系统而言，因为只使用单一驱动开关切 换即可达到能量转换，因此该系统能量转换功耗极小，故此，用于小功率发电机或在低风速 时整体效率最高，此乃为无源整流系统架构的最大优点。然而，由于无源整流系统架构因为 无法主动控制交流功率因数，并且该无源全桥式整流器10A仅能取得H相电压峰值位置的 能量，因此，使得该永磁发电机20A输出纹波电流而禪合出的纹波转矩将产生振动与噪音。
[0003] 请参阅图2,为现有技术的具有有源整流转换器的发电系统的电路示意图。该有源 整流系统架构利用电源侧转换器70A的六个有源开关与H个无源电感器，通过装置于发电 机60A上的转子位置检测器取得瞬时的转速与不固定的频率与相位，用来达到瞬时转速控 制与空间向量脉波宽度调变（spacevectorpulsewi化hmodulation,SVPWM)控制所需与 发电机电压的同频同相的频率跟随基本波，使其完成能量转换。该有源整流系统架构所使 用的控制器，因为可跟随H相交流电压同步变化转换能源，所W能够达到全电压能源转换。 惟，由于有源整流系统因需要同时驱动六个有源开关使得控制复杂度提高，功耗也增大，并 且搭配永磁发电机需要精准的参数估测与微调，如此将导致控制器不利于各式各样的永磁 发电机能源转换。
[0004] 值得一提，相较于电网所产生的稳定电源，由于风力和风向的时常变动，因此风力 发电属于不稳定的供电来源。再者，要对不稳定性的发电机电源提供功率因数校正的控制， 更是相当地困难。
[0005] 因此，如何设计出一种多相发电机的并联式电源转换系统及其操作方法，兼具低 功耗与控制单纯的设计，并且克服W风力做为发电来源的功率因数校正控制的困难，乃为 本发明创作人所欲行克服并加W解决的一大课题。
【发明内容】
[0006] 本发明的一目的在于提供一种多相发电机的并联式电源转换系统，对外部驱动的 一多相发电机提供功率因数校正控制。该多相发电机的并联式电源转换系统包含一并联式 电源转换装置与一控制单元。该并联式电源转换装置包含多个并联连接的电源转换单元， 并且接收该多相发电机所产生多个发电机电流与多个发电机电压，w输出一直流电压。该 控制单元包含一外回路控制与一内回路控制。该外回路控制接收该直流电压与该些发电机 电压，W输出至少一电流运算命令。该内回路控制接收该些发电机电流、该电流运算命令 W及多个电压运算命令，W产生多个控制信号，进而对应控制该些电源转换单元，使得该些 发电机电流追随该些发电机电压线性变化，W达到对该多相发电机输出功率的功率因数校 正。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一种多相发电机的并联式电源转换系统的操作方法， 对外部驱动的一多相发电机提供功率因数校正控制。该操作方法包含下列步骤；(a)提供 一并联式电源转换装置，包含多个并联连接的电源转换单元，并且接收该多相发电机所产 生多个发电机电流与多个发电机电压，W输出一直流电压；化）提供一控制单元，包含一外 回路控制与一内回路控制；（C)该外回路控制接收该直流电压与该些发电机电压，W输出 至少一电流运算命令；该内回路控制接收该些发电机电流、该电流运算命令W及多个电压 运算命令，W产生多个控制信号；及（d)通过该些控制信号对应控制该些电源转换单元，W 控制该些发电机电流追随该些发电机电压线性变化，进而达到对该多相发电机输出功率的 功率因数校正。
[0008] 为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅 W下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且 具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加W限制者。
【附图说明】
[0009] 图1为现有技术的具有无源整流转换器的发电系统的电路示意图；
[0010] 图2为现有技术的具有有源整流转换器的发电系统的电路示意图；
[0011] 图3A为本发明多相发电机的并联式电源转换系统第一实施例的电路方框示意 图；
[0012] 图3B为本发明控制单元的正规化运算单元第一实施例的方框示意图；
[0013] 图4A为本发明多相发电机的并联式电源转换系统第二实施例的电路方框示意 图；
[0014] 图4B为本发明控制单元的正规化运算单元第二实施例的方框示意图；
[0015] 图5为本发明控制单元的方框示意图；
[0016] 图6为本发明多相发电机的并联式电源转换系统的发电机电压与发电机电流的 波形图；及
[0017] 图7为多相发电机的并联式电源转换系统操作方法的流程图
[0018] 其中，附图标记说明如下：
[0019] 10 并联式电源转换装置 20 控制单元 30 输入电压感测单元 40 输入电流感测单元 50 电压感测单元 60 驱动单元 80 负载 90 多相发电机 201 外回路控制
[0020] 202 内回路控制 2012 输出功率曲线查表 2014 电压控制回路 2016 控制逻辑单元 10a，...，l化电源转换单元 102a, ...,102n 整流单元 2022a, ...,2022n 乘法单元 2024a, ...,2024n 电流控制回路 2026a, ...,2026n 正规化运算单元 Swa, ...,Swn -Jf关单元 Vab, ...,Vna 发电机电压 la, 发电机电流 Vabr, ...,Vnar 整流发电机电压 Va*，...，Vn* 电压运算命令 Ia*，...，In* 电流命令 Sea, ...,Scn 控制信号 Vdc直流电压V*电压命令 II* 第一电流命令 口 * 第二电流命令 I* 电流运算命令 S10~S40步骤
【具体实施方式】
[0021] 兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合【附图说明】如下。
[0022] 请参阅图3A，为本发明多相发电机的并联式电源转换系统第一实施例的电路方框 示意图。该多相发电机的并联式电源转换系统对外部驱动的一多相发电机90提供功率因 数校正（powerfactorcorrection)控制。值得一提，该多相发电机90为一多相永磁发电 机（permanentmagnetgenerator,PMG)。并且，上述所谓外部驱动指该多相发电机通过外 力所驱动，其中，该外力可为风力、水力、水蒸气，甚至人力，因此，不限定该驱动外力来源。 只是为了方便说明，在本发明中W风力作为范例说明。此外，在本发明中所使用