变流器的控制方法与流程

本发明关于一种变流器的控制方法，特别是一种多个并联的变流器的控制方法。

背景技术：

在电力电子领域中，为了提升输出功率，除了设计具有更大功率的单一模块之外，另外一种较为常见也较有弹性的方式是将多个相仿的功能模块并联使用，通过提升功能模块的数量来符合负载需求。以变流器(inverter)举例来说，并联架构除了能提升总输出功率之外，还可以维持单一模块的规格能力及瞬时响应。此外，并联变流器的做法可以直接使用现有的变流器，并不需要重新设计变流器以符合并联架构，因此也提高了变流器的利用价值。

但于实务上，在将多个变流器并联在一起时，由于变流器的输出电压值或相位未必能与预期中的设定值一致，因此形成系统中的内部循环电流，造成内部损耗。因此，如何调整多个变流器并联时的阻抗控制被视为重要的议题。

以往，厂商例如是通过电压下降法(voltagedropmethod)或是主动均流法(activecurrentsharingmethod)来控制并联的变流器的输出电压或是电流。电压下降法是利用理想电压源串联输出阻抗的方式，借以平衡不同变流器之间电压差，以控制变流器的输出电流。主动均流法则是利用将各变流器的输出电流信号反馈(feedback)至均流总线，并利用此机制来调整各变流器的设定值，使每一个变流器均提供预期的输出电流。但是这些做法通常牵涉到模拟信号或是需要所有变流器的反馈信息，而需要较多时间来收集相关的反馈信息，而且可能破坏原本输出信号的瞬时响应。此外，当变流器数量增加时，这些方法会造成相当大的时间延迟，因此显然还是不敷使用。

技术实现要素：

本发明在于提供一种变流器的控制方法，以快速地控制并联的多个变流器，并克服以往的系统内部损耗问题。

本发明公开了一种变流器的控制方法，适用于并联于负载的n个变流器。第一变流器提供第一输出电流。第一变流器通过第一通信线与第二变流器进行通信。第i变流器提供第i输出电流。第i变流器通过第i通信线与第i+1变流器进行通信。第n变流器提供第n输出电流。第n变流器通过第n通信线与第一变流器进行通信。i与n为正整数。n大于2。i大于1且小于n。每一通信线的线长相等。于变流器的控制方法中，第i-1变流器提供第i-1输出电流的电流值给第i变流器，第n-1变流器提供第n-1输出电流的电流值给第n变流器，第n变流器提供第n输出电流的电流值给第一变流器。至少依据第i输出电流的电流值与第i-1输出电流的电流值计算得到第i设定电流值，依据第n输出电流的电流值与第n-1输出电流的电流值计算得到第n设定电流值。依据第i设定电流值产生第i输出电流，依据第n设定电流值产生第n输出电流。

综上所述，本发明提供了一种变流器的控制方法，依据通信关系上相邻或者说逻辑关系上相邻的至少两个变流器的当前的输出电流进行等效平均以取得设定值，并依据设定值设定所述多个变流器其中之一的输出电流。借此，除了能使变流器的输出符合预期之外，也避免变流器的输出会具有过于剧烈的瞬时响应。而且，上述的控制方式能通过数字的方式实现，进一步地降低了控制所需的时间。

以上关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的权利要求书更进一步的解释。

附图说明

图1为根据本发明一实施例所绘示的变流器的控制方法的方法流程图。

图2a为根据本发明一实施例所绘示的电力系统的架构图。

图2b为根据图2a所绘示的电力系统中变流器彼此间的通信连接关系图。

图3为根据本发明另一实施例所绘示的变流器的控制方法的方法流程图。

图4为根据本发明一实施例所绘示的变流器的功能方块图。

其中，附图标记：

1电力系统

10a、10b、10c、10d、10e变流器

12、ro负载

ia、ib、ic、id、ie输出电流

la、lb、lc、ld、le通信线

120a运算电路

130a脉冲宽度调制模块

140a整流变压电路

160a输出级电路

180a反馈补偿电路

1210第一增益电路

1220第二增益电路

1810a第三增益电路

1820a第四增益电路

1830a第五增益电路

c电容

l电感

eo1输出端

eo2输出端

sin输入信号

sp1、sp2、sp3、sp4控制信号

sf1、sf2、sf3反馈信号

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求书及附图，本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例是进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参照图1，图1为根据本发明一实施例所绘示的变流器的控制方法的方法流程图。所述的变流器的控制方法适用于并联于一负载的n个变流器。第一变流器提供第一输出电流，第一变流器通过第一通信线与第二变流器进行通信。第i变流器提供第i输出电流，第i变流器通过第i通信线与第i+1变流器进行通信。第n变流器提供第n输出电流，第n变流器通过第n通信线与第一变流器进行通信。i与n为正整数，n大于2，i大于1且小于n。每一通信线的线长相等。于变流器的控制方法的步骤s101中，令第i-1变流器提供第i-1输出电流的电流值给第i变流器，第n-1变流器提供第n-1输出电流的电流值给第n变流器，第n变流器提供第n输出电流的电流值给第一变流器。于步骤s103中，至少依据第i输出电流的电流值与第i-1输出电流的电流值计算得到第i设定电流值，依据第n输出电流的电流值与第n-1输出电流的电流值计算得到第n设定电流值，依据第一输出电流的电流值与第n输出电流的电流值计算得到第一设定电流值。于步骤s105中，依据第i设定电流值产生第i输出电流，依据第n设定电流值产生第n输出电流，依据第一设定电流值产生第一输出电流。

请一并参照图2a以说明变流器的控制方法所适用的架构，图2a为根据本发明一实施例所绘示的电力系统的架构图。如图2a所示，电力系统1具有多个变流器与负载12。在此实施例中以变流器10a、10b、10c、10d、10e举例进行说明，相当于令前述的n为5，但变流器的数量并不以此为限。变流器10a、10b、10c、10d、10e并联于负载12，以提供电能给负载12。更具体地来说，变流器10a、10b、10c、10d、10e分别用以提供输出电流ia、ib、ic、id、ie给负载12。输出电流ia、ib、ic、id、ie的大小可以是相同或不相同。在图2a中以粗线代表传输电力的路径。变流器10a、10b、10c、10d、10e所能提供的额定输出功率或是额定电流可以是相同或是不同，相关细节请容后续详述。

请再参照图2b，图2b为根据图2a所绘示的电力系统中变流器彼此间的通信连接关系图。在图2b中以细线表示通信线la、lb、lc、ld、le。如图2b所示，变流器10a通过通信线la与变流器10c进行通信，变流器10b通过通信线lb与变流器10a进行通信，变流器10c通过通信线lc与变流器10e进行通信，变流器10d通过通信线ld与变流器10b进行通信，变流器10e通过通信线le与变流器10d进行通信。在图2b中以不同线长的细线来表示不同的通信线la、lb、lc、ld、le，以在图2b中适当地连接不同的变流器，但是，通信线la、lb、lc、ld、le的线长实际上均相同，或者说各变流器经对应的通信线与另一变流器通信的时间实质上相等。于实务上，各变流器例如依据控制器局域网络(controllerareanetwork,can)的相关通信协议与另一变流器进行通信以交换信息，但并不以此为限。

在一实施例中，变流器10b通过通信线lb提供输出电流ib的电流值给变流器10a，变流器10a通过通信线la提供输出电流ia的电流值给变流器10c，变流器10c通过通信线lc提供输出电流ic的电流值给变流器10e，变流器10e通过通信线le提供输出电流ie的电流值给变流器10d，变流器10d通过通信线ld提供输出电流id的电流值给变流器10b。更具体地来说，变流器10b于第n时间点提供电流ib的电流值ib[n]给变流器10a，变流器10a于第n时间点提供电流ia的电流值ia[n]给变流器10c，变流器10c于第n时间点提供电流ic的电流值ic[n]给变流器10e，变流器10e于第n时间点提供电流ie的电流值ie[n]给变流器10d，变流器10d于第n时间点提供电流id的电流值id[n]给变流器10b。其中，电流值ia[n]、ib[n]、ic[n]、id[n]、ie[n]为输出电流ia、ib、ic、id、ie关联于第n时间点的取样值(sample)，n为正整数。于实务上，各变流器在提供电流给负载12时可依据时脉信号取样得前述的电流值，取样的相关细节于此不再赘述。

另一方面，上述通信方式仅为举例简要示范，于实务上，以各通信线相接的变流器彼此之间可以是进行双向通信，且相关通信协议为本领域的技术人员经详阅本说明书后可自由设计，在此并不加以限制。另一方面，参照如图1的定义，在图2b所对应的实施例中，n值为5，变流器10b例如为第1变流器，变流器10a例如为第2变流器，变流器10c例如为第3变流器，变流器10e例如为第4变流器，变流器10d例如为第5变流器。输出电流ib例如为第1电流，输出电流ia例如为第2电流，输出电流ic例如为第3电流，输出电流ie例如为第4电流，输出电流id例如为第5电流。从另一个角度来说，变流器10a至变流器10e以通信线la至通信线le依前述顺序循环串接。后续以变流器10a至变流器10e的角度进行说明。

以变流器10a与变流器10b来说，在第1时间点，变流器10b提供电流值ib[1]给变流器10a，变流器10a至少依据电流值ia[1]与电流值ib[1]产生等效平均电流值ia_eq[1]。且变流器10a将输出电流ia的电流值设定为等效平均电流值ia_eq[1]。依据变流器的规格或变流器的数量，等效平均电流值有对应的定义方式，以下分别说明之。

为了提升工作效率，变流器通常会运作于满载的情况下，此时，变流器会提供额定输出电流或额定输出功率给负载。因此，变流器实际的输出电流通常会关联于变流器的额定输出电流或是额定输出功率。但需了解的是，后续的等效平均电流值的相关定义方式实际上是关联于变流器被设定的输出电流。在一类的实施例中，变流器10a的额定输出功率相同于变流器10b的额定输出功率，或是变流器10a的额定输出电流相同于变流器10b的额定输出电流。等效平均电流值ia_eq[1]为电流值ia[1]与电流值ib[1]的算术平均数。此时，等效平均电流值ia_eq[1]可表达如下式：

并且，于第2时间点，变流器10b提供电流值ib[2]给变流器10a，变流器10a至少依据电流值ia[2]与电流值ib[2]产生等效平均电流值ia_eq[2]。且变流器10a将输出电流ia的电流值设定为等效平均电流值ia_eq[2]。接着，于第3时间点与之后，变流器10a再重复相仿的动作。相仿于变流器10a，变流器10b、10c、10d、10e在取得另一变流器的输出电流值后，变流器10b、10c、10d、10e依据上述方式产生对应的等效平均电流值，并据以设定输出电流ib、ic、id、ie。因此，在第2时间以及之后，输出电流ia的电流值会关联于输出电流ib的电流值，输出电流ic的电流值会关联于输出电流ia的电流值，输出电流ie的电流值会关联于输出电流ic的电流值，输出电流id的电流值会关联于输出电流ie的电流值，输出电流ib的电流值会关联于输出电流id的电流值。因此，在系统或时脉信号的多个时脉周期之后，在此实施例中，输出电流ia、ib、ic、id、ie的电流值会收敛至相同的设定值，而使输出电流ia、ib、ic、id、ie均流。

于实务上，变流器10a、10b、10c、10d、10e可持续重复进行上述的动作方式，以使输出电流ia、ib、ic、id、ie持续保持稳定。或是，变流器10a、10b、10c、10d、10e可进行上述的动作方式一段时间后，待输出电流ia、ib、ic、id、ie的电流值位于目标区间后即不再调整电流值(不会有目标区间，是realtime的调整命令值)。或是，当变流器10a、10b、10c、10d、10e判断输出电流ia、ib、ic、id、ie与设定值的差值大于对应的门坎值时，变流器10a、10b、10c、10d、10e即通过通信线la、lb、lc、ld、le彼此沟通并执行上述步骤，以使输出电流ia、ib、ic、id、ie与设定值的差值小于对应的门坎值。相关工作流程为本领域的技术人员经详阅本说明书后可自由设计，在此并不加以限制。

另一方面，以变流器10a与变流器10b来说，在另一实施例中，变流器10a的额定输出功率不同于变流器10b的额定输出功率，或者是变流器10a的额定输出电流不同于变流器10b的额定输出电流。此时，等效平均电流值ia_eq[1]为电流值ib[1]乘上权重后与电流值ia[1]的算术平均数。此时，等效平均电流值ia_eq[1]可表达如下式：

其中，参数w为前述的权重。在一实施例中，参数w为变流器10a的额定输出功率值与变流器10b的额定输出功率值的比值。在另一实施例中，参数w为变流器10a的额定电流值与变流器10b的额定电流值的比值。借此，以调整输出电流ib[1]于等效平均电流值ia_eq[1]中所占的比重。可以理解的是，在此定义方式之下，当变流器10a与变流器10b的额定输出功率值相同或额定输出电流值相同时，权重值为1。于实务上，变流器10a、10b、10c、10d、10e可通过通信线la、lb、lc、ld、le交换彼此的规格信息。在一实施例中，当变流器10a、10b、10c、10d、10e取得其他变流器提供的原始输出电流值后，变流器10a、10b、10c、10d、10e依据规格信息对原始输出电流值进行换算。在另一实施例中，变流器10a、10b、10c、10d、10e取样得原始输出电流值后，依据规格信息对原始输出电流换算后。

接着，于第2时间点，变流器10b提供电流值ib[2]给变流器10a，变流器10a至少依据电流值ia[2]与电流值ib[2]产生等效平均电流值ia_eq[2]。且变流器10a将输出电流ia的电流值设定为等效平均电流值ia_eq[2]。接着，于第3时间点与之后，变流器10a再重复相仿的动作。

相仿地，变流器10b、10c、10d、10e在取得另一变流器的输出电流值后，依据彼此的规格，变流器10b、10c、10d、10e依据上述而以直接平均或是乘上权重后平均的方式产生对应的等效平均电流值，并据以设定输出电流ib、ic、id、ie。因此，在第2时间以及之后，输出电流ia的电流值会关联于输出电流ib的电流值，输出电流ic的电流值会关联于输出电流ia的电流值，输出电流ie的电流值会关联于输出电流ic的电流值，输出电流id的电流值会关联于输出电流ie的电流值，输出电流ib的电流值会关联于输出电流id的电流值。因此，在系统或者时脉信号的多个时脉周期之后，输出电流ia、ib、ic、id、ie的电流值会收敛至对应的设定值。

在上述的实施例中，变流器10a、10b、10c、10d、10e分别依据另外单一个变流器提供的电流值来产生等效平均电流值。在另一类的实施例中，变流器10a、10b、10c、10d、10e分别依据另外多个变流器所提供的多个电流值来产生等效平均电流。以变流器10a举例来说，在第1时间点，变流器10b提供电流值ib[1]给变流器10a，且变流器10c提供电流值ic[1]给变流器10a。变流器10a至少依据电流值ia[1]、电流值ib[1]与电流值ic[1]来产生等效平均电流值ia_eq’[1]。且变流器10a将输出电流ia的电流值设定为等效平均电流值ia_eq’[1]。

上述以变流器依据另一个变流器的电流值或另两个变流器的电流值来产生等效平均电流值，但实际上，变流器可依据任意多个变流器的电流值来产生等效平均电流值，而不以上述举例为限。从另一个角度来说，各变流器例如是以m个为一分组单位而分成多组，且不同组的部分成员与至少另一组的成员重复，m为大于1的正整数。在同一组中的变流器会将电流值信息提供给同一组中的至少其中一个变流器，以供至少其中一个变流器产生等效平均电流而据以设定输出电流。

相仿如前述，依据变流器的规格，等效平均输出电流ia_eq’[1]可以有不同的定义方式。在一实施例中，变流器10a、10b、10c的额定输出功率相同或额定电流相同，等效平均输出电流ia_eq’[1]为输出电流ia、输出电流ib与输出电流ic的算术平均数。此时，等效平均输出电流ia_eq’[1]可表达如下式：

在另一实施例中，变流器10a、10b、10c的额定输出功率不相同或额定电流不相同，等效平均输出电流ia_eq’[1]为输出电流ib与输出电流ic分别成上第一权重值与第二权重值后与输出电流ia的算术平均数。此时，等效平均输出电流ia_eq’[1]可表达如下式：

其中，参数w1为所述的第一权重值，参数w2为所述的第二权重值。在一实施例中，第一权重值为变流器10a的额定输出功率值与变流器10b的额定输出功率值的比值，第二权重值为变流器10a的额定输出功率值与变流器10c的额定输出功率值的比值。在另一实施例中，第一权重值为变流器10a的额定电流值与变流器10b的额定电流值的比值，第二权重值为变流器10a的额定电流值与变流器10c的额定电流值的比值。

参照上述，本发明提供了另一种变流器的控制方法，请参照图3以进行说明，图3为根据本发明另一实施例所绘示的变流器的控制方法的方法流程图。于步骤s201中，令第i-1变流器提供第i-1输出电流的电流值给第i变流器，第n-1变流器提供第n-1输出电流的电流值给第n变流器，第n变流器提供第n输出电流的电流值给第一变流器。于步骤s203中，令第i+1变流器提供第i+1输出电流的电流值给第i变流器，第二变流器提供第二输出电流的电流值给第一变流器，第一变流器提供第一输出电流的电流值给第n变流器。于步骤s205中，于计算得第i等效平均电流值的步骤中，依据第i-1输出电流的电流值、第i输出电流的电流值与第i+1输出电流的电流值计算得第i设定电流值，于计算得第n等效平均电流值的步骤中，依据第n-1输出电流的电流值、第n输出电流的电流值与第一输出电流的电流值计算得第n设定电流值，于计算得第一等效平均电流值的步骤中，依据第n输出电流的电流值、第一输出电流的电流值与第二输出电流的电流值计算得第一设定电流值。于步骤s207中，依据第i设定电流值产生第i输出电流，依据第n设定电流值产生第n输出电流，依据第一设定电流值产生第一输出电流。

另一方面，依据变流器的实际电路架构，本发明所提供的变流器的控制方法还可包括更细部的控制细节。以下以图2a中的变流器10a为例进行说明。请接着参照图4，图4为根据本发明一实施例所绘示的变流器的功能方块图。需先说明的是，本实施例仅用以作为一示范例来说明变流器的控制方法，变流器的实际电路架构并不以此为限。如图4所示，变流器10a可还包括运算电路120a、反馈补偿电路180a、整流变压电路140a、输出级电路160a与脉冲宽度调制模块130a。

脉冲宽度调制模块130a电性连接于运算电路120a与整流变压电路140a之间。整流变压电路140a电性连接于脉冲宽度调制模块130a与输出级电路160a之间。反馈补偿电路180a电性连接于运算电路120a与输出级电路160a之间。

其中，运算电路120a用以依据输入信号sin与反馈信号sf1、sf2、sf3进行运算。在此实施例中，运算电路120a具有第一增益电路1210、第二增益电路1220与多个加法器。运算电路120a通过第一增益电路1210、第二增益电路1220与这些加法器而依据输入信号sin与反馈信号sf1、sf2、sf3产生输出信号。脉冲宽度调制模块130a用以依据运算电路120a的运算结果产生电源调制信号spwm。其中，控制信号sp1、sp2、sp3、sp4为相同或不同的脉冲宽度调制信号。

整流电压模块140a的输出信号通过输出级电路160a提供给负载ro。反馈补偿模块180a还具有第三增益电路1810a、第四增益电路1820a、第五增益电路1830a。第三增益电路1810a、第四增益电路1820a、第五增益电路1830a分别用以依据输出级电路160a中各对应节点的电压或电流产生前述的各反馈信号sf1、sf2、sf3。

输出级电路160a包括电感l与电容c。电感l的两端分别电性连接整流变压电路140a与输出端eo1。电容c的两端分别电性连接输出端eo1与输出端eo2。本发明所提供的变流器的控制方法还包括以下步骤。于步骤s301中，检测流经电感的一电感电流。于步骤s303中，依据电感电流与变流器的输出电流取得一电流差值。于步骤s305中，依据电流差值调整对应的设定电流值。

更具体地来说，为了避免整流变压电路140a直接电性连接至负载ro，输出级电路160a被设置于整流变压电路140a与负载ro之间。但是，由于电容c并联于负载ro，整流变压电路140a所提供的交流电流会分流于电容c与负载ro，而使得变流器10a实际的输出电流会与整流变压电路140a所提供的电流有所落差。因此，于步骤s301至步骤s305中还依据整流变压电路140a所提供的电流(流经电感l的电感电流)与变流器10a通过输出端eo1、eo2所输出至负载ro的电流的差值调整设定电流值。在此实施例中，当电感电流大于设定的均流电流时，整流变压电路140a所提供的电流被调小；当电感电流小于设定的均流电流时，整流变压电路140a所提供的电流被调大。其中，当电感电流与输出电流的差值较大时，整流变压电路140a所提供的电流变化量会较大。

综上所述，本发明提供了一种变流器的控制方法，依据通信关系上相邻或者说逻辑关系上相邻的至少两个变流器的当前的输出电流进行等效平均以取得设定值，并依据设定值设定所述多个变流器其中之一的输出电流。于实务上，所述的设定值的定义方式例如关联于变流器的规格。借此，除了能使变流器的输出符合预期之外，也避免变流器的输出会具有过于剧烈的瞬时响应。而且，上述的控制方式能通过数字的方式实现，而且变流器仅需与相邻的变流器进行沟通，降低了通信时间，进一步地降低了控制所需的时间。

虽然本发明以前述的实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内，所为的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。关于本发明所界定的保护范围请参考所附的权利要求书。