多相发电机电源转换系统及其操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发电机电源转换系统及其操作方法，尤其涉及一种具有功率因素校正功能的多相发电机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(passiverectificat1n)与有源整流(active rectificat1n)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1A电性稱接一永磁发电机(permanent magnet generator, PMG)20A。该无源全桥式整流器1A将该永磁发电机20A所输出的一三相交流电压转换为一单相直流电压，并且再透过一电感元件Lmp与一开关元件Swp作动,达到能量转换的功效。因此,对于具有无源整流转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有源控制交流功率因素，并且该无源全桥式整流器1A仅能取得三相电压峰值位置的能量，因此，使得该永磁发电机20A输出涟波电流而耦合出的涟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的六个有源开关与三个无源电感器，透过装置于发电机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(SVPffM)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，因为可跟随三相交流电压同步变化转换能源，所以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素校正的控制，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，并且克服以风力做为发电来源的功率因素校正控制的困难，并且提高系统控制的强韧性，乃为本发明创作人所欲行克服并加以解决的一大课题。
【发明内容】
[0006]本发明的一目的在于提供一种多相发电机电源转换系统，对外部驱动的一多相发电机提供功率因素校正控制。该多相发电机电源转换系统包含一多相电源转换单兀与一控制单元。该多相电源转换单元接收该多相发电机所产生多个发电机电压与多个发电机电流，并转换该些发电机电压以输出一直流电压与一直流电流。该控制单兀包含一外回路控制、一不连续电流限制器以及一内回路控制。该外回路控制接收该直流电压与其中一该发电机电压，以输出至少一电流命令。该不连续电流限制器接收该至少一电流命令，以限制该至少一电流命令的最大值，并输出其中一该电流命令为一电流限制命令。该内回路控制接收该直流电流与该电流限制命令，以控制该多相电源转换单元。透过该不连续电流限制器输出该电流限制命令，控制该些发电机电流追随该些发电机电压线性变化，以达到对该多相发电机输出功率的功率因素校正。
[0007]本发明的另一目的在于提供一种发电机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素校正控制。该操作方法包含下列步骤:(a)提供一多相电源转换单元，接收该多相发电机所产生多个发电机电压与多个发电机电流，并转换该些发电机电压以输出一直流电压与一直流电流；(b)提供一控制单兀，该控制单兀包含一外回路控制、一不连续电流限制器以及一内回路控制；(C)该外回路控制接收该直流电压与其中一该发电机电压，以输出至少一电流命令；该不连续电流限制器接收该至少一电流命令，以限制该至少一电流命令的最大值，并输出其中一该电流命令为一电流限制命令；该内回路控制接收该直流电流与该电流限制命令，以控制该多相电源转换单元；以及(d)透过该不连续电流限制器输出该电流限制命令，控制该些发电机电流追随该些发电机电压线性变化，以达到对该多相发电机输出功率的功率因素校正。
[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，请参阅以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，然而所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
【附图说明】
[0009]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；
[0010]图2为现有技术的具有源整流转换器的发电系统的电路示意图；
[0011]图3为本发明多相发电机电源转换系统的电路方框图；
[0012]图4为本发明多相发电机电源转换系统的控制单元的方框示意图；
[0013]图5A为本发明多相发电机电源转换系统的发电机电压与发电机电流的波形图；
[0014]图5B为本发明多相发电机电源转换系统的发电机电流的局部放大图；及
[0015]图6为本发明发电机电源转换系统操作方法的流程图。
[0016]其中，附图标记说明如下:
[0017]〔现有技术〕
[0018]1A无源全桥式整流器
[0019]20A永磁发电机
[0020]60A发电机
[0021]Lmp电感元件
[0022]Swp开关元件
[0023]Tm转矩参考信号
[0024]Vdcm直流电压命令
[0025]〔本发明〕
[0026]10多相电源转换单元
[0027]20控制单元
[0028]30电压感测单元
[0029]40电流感测单元
[0030]50输入电压感测单元
[0031]60多相发电机
[0032]70负载或电网
[0033]202外回路控制
[0034]204不连续电流限制器
[0035]206内回路控制
[0036]2022输出功率曲线查表
[0037]2024电压控制回路
[0038]2062电流控制回路
[0039]Sw开关单元
[0040]Va, Vb, Vc…Vn发电机电压
[0041]la, lb, Ic...In发电机电流
[0042]Vdc直流电压
[0043]Idc直流电流
[0044]Sc控制信号
[0045]II*第一电流命令
[0046]12*第二电流命令
[0047]I*电流限制命令
[0048]V*电压命令
[0049]ton导通时间
[0050]toff截止时间
[0051]SlO ?S40步骤
【具体实施方式】
[0052]兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合【附图说明】如下:
[0053]请参阅图3，为本发明多相发电机电源转换系统的电路方框图。该多相发电机电源转换系统，对外部驱动的一多相发电机60提供功率因素校正控制。值得一提，该多相发电机60为一多相永磁发电机(permanent magnet generator, PMG)。其中，上述所谓多相意指不限定该发电机为三相发电机，超过三相的发电机所输出的多相电源更是为本发明与电网所产生的三相交流电源最大差异之处。并且，上述所谓外部驱动指该多相发电机透过外力所驱动，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，在本发明中以风力作为范例说明。此外，在本发明中所使用的控制器以