環流與電流振蕩的抑制方法及并聯式逆變驅動系統技術方案

本發明專利技術是關于一種環流與電流振蕩的抑制方法及并聯式逆變驅動系統，利用虛擬電抗裝置接收每臺逆變驅動器輸出連接實體電抗裝置后加總輸出至馬達所產生的抑制三相電流，并根據馬達阻抗及由虛擬電抗單元與實體電抗裝置所產生的理想電抗值產生補償三相電流，使開關裝置所輸出的過渡三相電流的電流振蕩減少，進而產生類似于提升實體電抗裝置的電抗值的電流振蕩抑制效果，且更利用環流抑制裝置根據并聯式逆變驅動系統的環流及/或零序電流量產生修正的三相電壓命令，以抑制并聯式逆變驅動系統中的環流及零序電流。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術是關于一種環流與電流振蕩的抑制方法，尤指一種利用虛擬電抗裝置產生虛擬電抗單元，以與實體電抗裝置共同抑制電流的振蕩，藉此在電路中可使用體積較小且成本較低的實體電抗裝置，或提升實體電抗裝置的電流抑制效果的環流與電流振蕩的抑制方法及并聯式逆變驅動系統。
技術介紹
一般而言，馬達需要一個逆變驅動器(inverterdrive)來控制馬達的轉子磁場頻率的變化與調整馬達的轉速，藉此驅動馬達的運作。為了增加馬達運作時的安全性，現在已經提出一種并聯式逆變驅動系統，其為將多臺逆變驅動器的輸出并聯連接，以驅動馬達。并聯式逆變驅動系統與一般逆變驅動系統最大的差別在于，與馬達對應的單一大容量逆變驅動器被置換成數臺容量較小的逆變驅動器，而讓這組容量較小的逆變驅動器共同輸出以驅動馬達。并聯式逆變驅動系統的主要特點在于模塊化(modularity)與冗余(redundancy)。模塊化指各別小容量逆變驅動器的控制器獨立于其它逆變驅動器。使用者可依照需求自行擴充或縮減并聯式逆變驅動系統的容量。冗余指在并聯式逆變驅動系統操作中，萬一發生故障，可針對損壞的逆變驅動器進行更換，無須整臺更換。若妥善設計，更可以在其它逆變驅動器正常的情況下驅動馬達持續運轉，同時進行損壞的逆變驅動器的更換無須停機。請參見圖1，其為第一種傳統并聯式逆變驅動系統的架構圖。第一種傳統并聯式逆變驅動系統由兩臺互相并聯的逆變驅動器INV_1與INV_2組成，其中逆變驅動器INV_1為主要逆變驅動器，而逆變驅動器INV_2為從屬逆變驅動器。Va1*,Vb1*,Vc1*為輸入至逆變驅動器INV_1的電壓命令，而Va2*,Vb2*,Vc2*為輸入至逆變驅動器INV_2的電壓命令。主要逆變驅動器INV_1包含一空間向量調變(SVM)控制器102、一電抗裝置103及一開關裝置104，空間向量調變(SVM)控制器102將電壓命令Va1*,Vb1*,Vc1*轉換成工作周期信號Ta1*,Tb1*,Tc1*，而開關裝置104受工作周期信號Ta1*,Tb1*,Tc1*以及一零電壓向量的工作周期信號T01所驅動來進行開關切換，以產生一交流輸出電壓與交流輸出電流。電抗裝置103連接于開關裝置104的輸出端，用以抑制交流輸出電流的電流振蕩，并將抑制后的交流輸出電流輸出至馬達106。同樣的，從屬逆變驅動器INV_2包含一空間向量調變(SVM)控制器108、一電抗裝置109及一開關裝置110，空間向量調變(SVM)控制器108將電壓命令Va2*,Vb2*,Vc2*轉換成工作周期信號Ta2*,Tb2*,Tc2*，而開關裝置110受工作周期信號Ta2*,Tb2*,Tc2*以及一零電壓向量的工作周期信號T02與一調整量K相加所得的控制信號所驅動來進行開關切換，以產生交流輸出電壓與交流輸出電流。電抗裝置109連接于開關裝置110的輸出端，用以抑制交流輸出電流的電流振蕩，并將抑制后的交流輸出電流輸出至馬達106。其中，從屬逆變驅動器INV_2的運作跟隨主要逆變驅動器INV_1而調整，且調整量K藉由一加總器112、一減法器114及一比例積分器116的運作而產生。請參見圖2，其為第二種傳統并聯式逆變驅動系統的架構圖。如圖所示，用來驅動馬達106的第二種傳統并聯式逆變驅動系統由互相并聯的逆變驅動器INV_1,…,INV_n組成。每臺逆變驅動器接收三相電壓命令(Va1*,Vb1*,Vc1*),…,(Van*,Vbn*,Vcn*)。每臺逆變驅動器均包含一開關裝置200、一正弦脈沖寬度調變(SPWM)控制器201、多個運算器202與203、一電抗裝置205、多個增益控制器P以及電流平均器Ave，其中開關裝置200連接于正弦脈沖寬度調變(SPWM)控制器201的輸出端，而運算器203將三相電壓命令(Va1*,Vb1*,Vc1*),…,(Van*,Vbn*,Vcn*)與補償電壓命令進行加減運算，以產生補償后的三相電壓命令輸出至正弦脈沖寬度調變(SPWM)控制器201，使正弦脈沖寬度調變控制器201將補償后的三相電壓命令轉換成工作周期信號(Ta1*,Tb1*,Tc1*),…,(Tan*,Tbn*,Tcn*)而切換開關裝置200，進而產生交流輸出電壓與交流輸出電流，而每臺逆變驅動器內的電抗裝置205則抑制交流輸出電流的電流振蕩，并將抑制后的交流輸出電流輸出至馬達106。其中，補償電壓命令藉由電流平均器Ave、運算器202與203、增益控制器P的運算后產生。請參見圖3，其為第三種傳統并聯式逆變驅動系統的架構圖。圖3與圖2的差別僅在于，每臺逆變驅動器的輸出相電流直接經由增益控制器P計算出用來輸出相電流的補償電壓命令，且補償電壓命令回授到正弦脈沖寬度調變(SPWM)控制器201，而由運算器203將三相電壓命令((Va1*,Vb1*,Vc1*),…,(Van*,Vbn*,Vcn*)與補償電壓命令進行加減運算，以產生補償后的三相電壓命令。上述三種并聯式逆變驅動系統的逆變驅動器皆可依據運作時的功率不同，而對應使用不同電抗值的電抗裝置，藉此抑制交流輸出電流的電流振蕩。然而，當逆變驅動器運作于大功率狀態時，便須對應使用電抗值較高的電抗裝置，而由于電抗值較高的電抗裝置其體積及重量較大，因此除了導致并聯式逆變驅動系統的體積對應變大外，更提高并聯式逆變驅動系統的成本。雖有部分技術改以LCL濾波器來取代電抗裝置，然此種架構的復雜度高，且由于LCL濾波器內需使用壽命較短的電解電容，亦即LCL濾波器內的電解電容需經常更換，故將導致LCL濾波器耗費成本，因此并聯式逆變驅動系統仍會存在耗費成本的問題。此外，上述三種并聯式逆變驅動系統在運作時，由于各獨立逆變驅動器間存在些許誤差，因此會造成各逆變驅動器的電流無法完全輸出至馬達，導致各臺逆變驅動器間的電流相互流動形成環流。雖然上述三種并聯式逆變驅動系統皆具有抑制環流的功能，但上述三種并聯式逆變驅動系統在抑制環流時仍因具有與環流抑制相關的零序電流的問題存在，故抑制效果仍然有限。因此，如何發展出一種可解決上述問題的環流與電流振蕩的抑制方法及并聯式逆變驅動系統，實為相關
者目前所迫切需要解決的問題。
技術實現思路
本專利技術的主要目的在于提出一種環流與電流振蕩的抑制方法及并聯式逆變驅動系統，利用一虛擬電抗裝置根據實體電抗裝置的電抗值所產生的抑制三相電流來產生符合虛擬電抗單元及實體電抗裝置所共同形成的理想電抗值的補償三相電流，如此一來，便可使電抗值較小的實體電抗裝置的電流振蕩的抑制效果相同于電抗值較大的實體電抗裝置的電流振蕩的抑制效果，以使并聯式逆變驅動系統可使用體積較小而成本較低的實體電抗裝置，進而降低并聯式逆變驅動系統的體積及成本。本專利技術的另一目的在于提出一種環流與電流振蕩的抑制方法及并聯式逆變驅動系統，利用一環流抑制裝置根據并聯式逆變驅動系統的環流及/或零序電流量對三相電壓命令作修正，如此一來，便可有效地同時抑制并聯式逆變驅動系統中的環流及零序電流。為達上述目的，本專利技術的一較佳實施態樣為提供一種環流與電流振蕩的抑制方法，應用于并聯式逆變驅動系統的多個逆變驅動器，每一逆變驅動器具有實體電抗裝置來抑制逆變驅動器內的開關裝置所輸出的過渡三相電流，方法包含本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種環流與電流振蕩的抑制方法，其特征在于，應用于一并聯式逆變驅動系統的多個逆變驅動器，每一該逆變驅動器具有一實體電抗裝置來抑制該逆變驅動器內的一開關裝置所輸出的一過渡三相電流，該方法包含下列步驟:(a)利用一虛擬電抗裝置的一電壓產生單元收集所有該逆變驅動器各自所輸出的一抑制三相電流并加總的電流信息，且將所收集的電流信息利用一阻抗值進行運算，以于每一該逆變驅動器中對應產生一修正三相電壓；(b)利用該虛擬電抗裝置的一電壓比較單元將每一該逆變驅動器中的該修正三相電壓與一三相電壓命令進行比較，以產生一補償三相電壓；(c)利用該虛擬電抗裝置的一轉換運算單元將每一該逆變驅動器中的該補償三相電壓轉換為一補償三相電流，其中該補償三相電流對應于模擬該過渡三相電流經由一虛擬電抗單元與該實體電抗裝置共同抑制后所產生的電流；(d)收集每一該逆變驅動器內的該過渡三相電流與每一該逆變驅動器中的該補償三相電流，并根據收集結果與所欲達成的并聯式逆變驅動系統的環流及/或零序電流量于每一該逆變驅動器中產生一指標；(e)以該指標配合該三相電壓命令，并且依據操作模式的需求，于每一該逆變驅動器中產生與該并聯式逆變驅動系統的環流及/或零序電流相關的一零序電壓；(f)以該零序電壓來修正該三相電壓命令；以及(g)根據修正后的該三相電壓命令來產生用來控制對應的該逆變驅動器的切換的一工作周期信號。...

【技術特征摘要】
1.一種環流與電流振蕩的抑制方法，其特征在于，應用于一并聯式逆變驅動系統的多個逆變驅動器，每一該逆變驅動器具有一實體電抗裝置來抑制該逆變驅動器內的一開關裝置所輸出的一過渡三相電流，該方法包含下列步驟:(a)利用一虛擬電抗裝置的一電壓產生單元收集所有該逆變驅動器各自所輸出的一抑制三相電流并加總的電流信息，且將所收集的電流信息利用一阻抗值進行運算，以于每一該逆變驅動器中對應產生一修正三相電壓；(b)利用該虛擬電抗裝置的一電壓比較單元將每一該逆變驅動器中的該修正三相電壓與一三相電壓命令進行比較，以產生一補償三相電壓；(c)利用該虛擬電抗裝置的一轉換運算單元將每一該逆變驅動器中的該補償三相電壓轉換為一補償三相電流，其中該補償三相電流對應于模擬該過渡三相電流經由一虛擬電抗單元與該實體電抗裝置共同抑制后所產生的電流；(d)收集每一該逆變驅動器內的該過渡三相電流與每一該逆變驅動器中的該補償三相電流，并根據收集結果與所欲達成的并聯式逆變驅動系統的環流及/或零序電流量于每一該逆變驅動器中產生一指標；(e)以該指標配合該三相電壓命令，并且依據操作模式的需求，于每一該逆變驅動器中產生與該并聯式逆變驅動系統的環流及/或零序電流相關的一零序電壓；(f)以該零序電壓來修正該三相電壓命令；以及(g)根據修正后的該三相電壓命令來產生用來控制對應的該逆變驅動器的切換的一工作周期信號。2.如權利要求1所述的抑制方法，其特征在于，于步驟(a)中，該阻抗值為該馬達的阻抗值。3.如權利要求1所述的抑制方法，其特征在于，該阻抗值可變更地預先儲存于該電壓產生單元。4.如權利要求1所述的抑制方法，其特征在于，該實體電抗裝置的電抗值、該虛擬電抗單元的電抗值及修正后的該過渡三相電流仍存在的三相最大環流之間存在一公式為：(Lreal+LVR)＝(Vdc*TSW*εD)/ΔImax，其中Lreal為該實體電抗裝置的電抗值，LVR為該虛擬電抗單元的電抗值，ΔImax為修正后的該過渡三
\t相電流仍存在的三相最大環流，TSW為該開關裝置的切換的工作周期信號，εD為每一該逆變驅動器各自的工作周期信號的錯位百分比，Vdc為該開關裝置的輸出端的電壓。5.如權利要求4所述的抑制方法，其特征在于，于步驟(c)中，將該補償三相電壓進...

【專利技術屬性】
技術研發人員：紀建宇，
申請(專利權)人：臺達電子工業股份有限公司，
類型：發明
國別省市：中國臺灣;71