TWI712241B - Power conversion system and method of operating the same - Google Patents
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Abstract
Description
本發明係有關一種電力轉換系統及其操作方法,尤指一種柔性負載比例移轉的電力轉換系統及其操作方法。 The invention relates to a power conversion system and an operation method thereof, in particular to a power conversion system and an operation method of a flexible load proportional transfer.
由於伺服器或大型資料中心的需求越來越龐大,且需要更高可靠度、更快部署、更高功率密度的能源來維持伺服器或大型資料中心的運作穩定度。因此,電力轉換系統(Power Train Unit;PTU)的需求越來越被重視。 As the demand for servers or large data centers is increasing, and more reliable, faster deployment, and higher power density energy sources are needed to maintain the stability of the server or large data centers. Therefore, the demand for power conversion systems (Power Train Unit; PTU) has been paid more and more attention.
傳統的電力轉換系統內部通常具備監控系統,整合電力系統所有設備於一單一機櫃內,其包含配電系統、空調、自動切換開關(ATS)、不斷電系統(UPS)、電池、佈線、通訊監控等。因為搭配不斷電系統,所以電力轉換系統具備高度可靠的特點。 The traditional power conversion system usually has a monitoring system inside, integrating all the equipment of the power system in a single cabinet, which includes the power distribution system, air conditioning, automatic transfer switch (ATS), uninterruptible power system (UPS), battery, wiring, communication monitoring Wait. Because it is equipped with an uninterruptible power system, the power conversion system is highly reliable.
傳統的電力轉換系統透過自動切換開關選擇性的連接市電或發電機為交流輸入,在市電中斷時,自動切換開關直接切換至發電機供電,會使得發電機瞬間抽載而產生突波電流,而突波電流的產生容易造成發電機故障而關機。因此,發電機容量設計至少要1.7倍的負載容量,然而卻造成大幅增加設備成本。且發電機是市電中斷後的重要輸入源,需定期保養以確保系統可靠度, 由於自動切換開關的設計,一般會選擇離線測試,且必須增設發電機測試負載(Load Bank),因此,必須額外地增加發電機測試負載的成本,以及發電機測試負載耦接發電機時,增加配線的時間。 The traditional power conversion system selectively connects the mains or the generator as AC input through the automatic switch. When the mains is interrupted, the automatic switch is directly switched to the generator to supply power, which will cause the generator to instantaneously draw load and generate inrush current. The generation of inrush current can easily cause the generator to malfunction and shut down. Therefore, the generator capacity is designed to be at least 1.7 times the load capacity, but this has caused a substantial increase in equipment costs. And the generator is an important input source after the mains is interrupted, and it needs regular maintenance to ensure the reliability of the system. Due to the design of the automatic transfer switch, offline testing is generally selected, and a generator test load (Load Bank) must be added. Therefore, the cost of the generator test load must be increased, and when the generator test load is coupled to the generator, Wiring time.
而且,若進行發電機的功能測試,負載一次性轉換,突波電流易造成發電機故障而必須立刻轉回市電供電,由於自動切換開關的切換速度慢,在切換過程可能造成電池額外地放電,而減少電池備援時間。以及,在用電高峰期間,具有自動切換開關的不斷電系統無法將部分負載轉移至發電機供電。此外,自動切換開關單點故障的風險高,若自動切換開關故障時,不斷電系統將失去輸入電源,而導致不斷電系統的輸出發生中斷的狀況。 Moreover, if the function test of the generator is performed, the load is switched at one time, and the inrush current can easily cause the generator to fail and must be switched back to the mains power supply immediately. Due to the slow switching speed of the automatic switch, the battery may be discharged during the switching process. And reduce the battery backup time. And, during the peak period of power consumption, the uninterruptible power system with automatic switch cannot transfer part of the load to the generator for power supply. In addition, the risk of a single point failure of the automatic transfer switch is high. If the automatic transfer switch fails, the uninterrupted power system will lose the input power, which will cause the output of the uninterrupted power system to be interrupted.
因此,如何設計出一種無需安裝自動切換開關的電力轉換系統,且具有柔性地將負載比例移轉的功能,乃為本案創作人所欲行克服並加以解決的一大課題。 Therefore, how to design a power conversion system that does not need to install an automatic switch, and has the function of flexibly shifting the load ratio, is a major issue that the creator of this case wants to overcome and solve.
為了解決上述問題,本發明係提供一種電力轉換系統,以克服習知技術的問題。因此,本發明電力轉換系統對負載供電,且電力轉換系統包括:不斷電裝置,包括:轉換模組,耦接市電與直流電源,以轉換市電與直流電源為總線電壓。及直流-交流轉換單元,耦接轉換模組,且轉換總線電壓對負載供電。發電機模組,耦接直流電源。及控制單元,耦接該轉換模組。其中,控制單元根據功率命令控制轉換模組,使直流電源提供的第一平均功率緩步地提高或降低;控制單元根據總線電壓控制轉換模組,使市電提供的第二平均功率對應第一平均功率緩步地降低或提高。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a power conversion system to overcome the problems of the prior art. Therefore, the power conversion system of the present invention supplies power to the load, and the power conversion system includes: an uninterruptible power device, including: a conversion module, which is coupled to the mains power and the DC power source to convert the mains power and the DC power source into a bus voltage. And the DC-AC conversion unit is coupled to the conversion module and converts the bus voltage to supply power to the load. The generator module is coupled to the DC power supply. And a control unit, coupled to the conversion module. Wherein, the control unit controls the conversion module according to the power command to gradually increase or decrease the first average power provided by the DC power supply; the control unit controls the conversion module according to the bus voltage so that the second average power provided by the mains corresponds to the first average power The power is slowly reduced or increased.
為了解決上述問題,本發明係提供一種電力轉換系統之操作方法,以克服習知技術的問題。因此,本發明電力轉換系統之操作方法包括:控制轉換模組轉換市電與直流電源為總線電壓。控制直流-交流轉換單元轉換總線電壓對負載供電。控制發電機模組提供電能至直流電源。根據功率命令控制直流電源所提供的第一平均功率緩步地提高或降低。及根據總線電壓控制市電所提供的第二平均功率對應第一平均功率緩步降低或提高。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an operation method of a power conversion system to overcome the problems of the conventional technology. Therefore, the operating method of the power conversion system of the present invention includes: controlling the conversion module to convert the mains power and the DC power to the bus voltage. Control the DC-AC conversion unit to convert the bus voltage to supply power to the load. Control the generator module to provide electrical energy to the DC power supply. The first average power provided by the DC power supply is controlled to increase or decrease gradually according to the power command. And according to the bus voltage, the second average power provided by the mains is controlled to gradually decrease or increase corresponding to the first average power.
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效,請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖,相信本發明之目的、特徵與特點,當可由此得一深入且具體之瞭解,然而所附圖式僅提供參考與說明用,並非用來對本發明加以限制者。 In order to further understand the technology, means and effects of the present invention to achieve the intended purpose, please refer to the following detailed description and drawings of the present invention. I believe that the purpose, features and characteristics of the present invention can be obtained from this in depth and For specific understanding, however, the accompanying drawings are only provided for reference and illustration, and are not intended to limit the present invention.
100:電力轉換系統 100: Power Conversion System
10:不斷電裝置 10: Uninterruptible power device
102、102’:轉換模組 102, 102’: Conversion module
102-1:直流-直流轉換單元 102-1: DC-DC conversion unit
102-2:交流-直流轉換單元 102-2: AC-DC conversion unit
1022:第一切換橋臂 1022: First switching bridge arm
1024:第二切換橋臂 1024: second switching bridge arm
Q1~Q4:第一開關~第四開關 Q1~Q4: The first switch ~ the fourth switch
1026:第一升壓單元 1026: The first booster unit
L1:第一電感 L1: first inductance
S1:第一功率開關 S1: The first power switch
D1:第一二極體 D1: The first diode
C1:第一電容 C1: first capacitor
1028:第二升壓單元 1028: Second booster unit
L2:第二電感 L2: second inductor
S2:第二功率開關 S2: second power switch
D2:第二二極體 D2: The second diode
C2:第二電容 C2: second capacitor
104:直流-交流轉換單元 104: DC-AC conversion unit
20:控制單元 20: control unit
30:直流供電模組 30: DC power supply module
302:發電機模組 302: Generator Module
302-1:發電機 302-1: Generator
302-2:交流-直流轉換器 302-2: AC-DC converter
304:再生能源模組 304: Renewable Energy Module
304-1:再生能源單元 304-1: Renewable energy unit
304-2:直流-直流轉換器 304-2: DC-DC converter
306:儲能模組 306: Energy Storage Module
200:負載 200: load
Vac:市電 Vac: mains
Vdc:直流電源 Vdc: DC power supply
Vo:輸出電源 Vo: output power
Vdc1:第一直流源 Vdc1: the first DC source
Vdc2:第二直流源 Vdc2: second DC source
Vbus:總線電壓 Vbus: bus voltage
Vbus1:第一總線電壓 Vbus1: the first bus voltage
Vbus2:第二總線電壓 Vbus2: second bus voltage
Vp:預定輸出電壓 Vp: predetermined output voltage
Vp1:第一預定輸出電壓 Vp1: The first predetermined output voltage
Vp2:第二預定輸出電壓 Vp2: second predetermined output voltage
V1~V3:第一電源~第三電源 V1~V3: first power supply~third power supply
A:預定電源 A: Scheduled power supply
B:冗餘電力 B: Redundant power
I1~I4:第一電流~第四電流 I1~I4: the first current ~ the fourth current
Ii:輸入電流 Ii: input current
Ii1:第一輸入電流 Ii1: first input current
Ii2:第二輸入電流 Ii2: second input current
Cp:功率命令 Cp: power command
Pc:功率值 Pc: power value
Pc1:第一功率值 Pc1: the first power value
Pc2:第二功率值 Pc2: second power value
Cit1:第一總電流命令 Cit1: The first total current command
Cit2:第二總電流命令 Cit2: Second total current command
Ci1~Ci4:第一電流命令~第四電流命令 Ci1~Ci4: The first current command ~ the fourth current command
T1:用電高峰期間 T1: During peak electricity consumption
T2:用電離峰期間 T2: Use ionization peak period
DC_I_mod:電流模式 DC_I_mod: current mode
AC_V_mod:電壓模式 AC_V_mod: voltage mode
N:節點 N: node
Gpc、Gvc、Gic、Gic_dc、Gic_ac:控制參數 Gpc, Gvc, Gic, Gic_dc, Gic_ac: control parameters
圖1為本發明電力轉換系統之電路方塊示意圖;圖2A為本發明電力轉換系統之第一實施例的電力傳輸示意圖;圖2B為本發明電力轉換系統之第二實施例的電力傳輸示意圖;圖2C為本發明電力轉換系統之第三實施例的電力傳輸示意圖;圖3A為本發明電力轉換系統之第一實施例的用電量示意圖;圖3B為本發明電力轉換系統之第二實施例的用電量示意圖;圖4A為本發明轉換模組第一實施例之電路方塊示意圖;圖4B為本發明轉換模組第一實施例之控制方塊示意圖;圖5為本發明轉換模組第二實施例之電路方塊示意圖;及圖6為本發明轉換模組第二實施例之控制方塊示意圖。 1 is a schematic diagram of a circuit block diagram of the power conversion system of the present invention; FIG. 2A is a schematic diagram of power transmission of the first embodiment of the power conversion system of the present invention; FIG. 2B is a schematic diagram of power transmission of the second embodiment of the power conversion system of the present invention; 2C is a schematic diagram of power transmission of the third embodiment of the power conversion system of the present invention; FIG. 3A is a schematic diagram of power consumption of the first embodiment of the power conversion system of the present invention; FIG. 3B is a schematic diagram of the second embodiment of the power conversion system of the present invention Power consumption diagram; Figure 4A is a circuit block diagram of the first embodiment of the conversion module of the present invention; Figure 4B is a control block diagram of the first embodiment of the conversion module of the present invention; Figure 5 is the second embodiment of the conversion module of the present invention Example circuit block diagram; and FIG. 6 is a control block diagram of the second embodiment of the conversion module of the present invention.
茲有關本發明之技術內容及詳細說明,配合圖式說明如下:請參閱圖1為本發明電力轉換系統之電路方塊示意圖。電力轉換系統100接收市電Vac與直流電源Vdc,且將市電Vac與直流電源Vdc轉換為輸出電源Vo對負載200供電。電力轉換系統100包括不斷電裝置10與控制單元20。不斷電裝置10接收市電Vac與直流電源Vdc,且耦接負載200。控制單元20耦接不斷電裝置10,且控制不斷電裝置10轉換市電Vac或直流電源Vdc為輸出電源Vo。不斷電裝置10包括轉換模組102與直流-交流轉換單元104。轉換模組102耦接市電Vac、直流電源Vdc及控制單元20,且控制單元20控制轉換模組102將市電Vac或直流電源Vdc轉換為總線電壓Vbus。直流-交流轉換單元104耦接轉換模組102與負載200,且直流-交流轉換單元104將總線電壓Vbus轉換為輸出電源Vo。特此說明,控制單元20的位置不限定於不斷電裝置10外部或內部,只要能達到控制的目的即可。當控制單元20欲調整市電Vac與直流電源Vdc對負載供電的比例(以下簡稱負載比例)時,控制單元20通過控制轉換模組102而緩步調整直流電源Vdc所佔的負載比例(例如,但不限於由0%緩步調整為50%)。然後,根據緩步調整直流電源Vdc所佔的負載比例對應地反向緩步調整市電Vac所佔的負載比例(例如,但不限於由100%反向緩步調整為50%)。具體而言,控制單元20根據功率命令Cp控制轉換模組102,使轉換模組102緩步地提高或降低直流電源Vdc所提供的第一平均功率,進而緩步地調整直流電源Vdc所佔的負載比例。功率命令Cp可為外部裝置所提供(例如但不限於,遠端控制裝置等),或者由控制單元20偵測電力轉換系統100實際的運作狀況而提供(圖未示,例如但不限於,偵測負載200、市電Vac或直流電源Vdc等)。
The technical content and detailed description of the present invention are described as follows in conjunction with the drawings: Please refer to FIG. 1 for a block diagram of the circuit of the power conversion system of the present invention. The
當第一平均功率被緩步地調整時,總線電壓Vbus對應第一平均功率的緩步變動理論上會對應的變動,但控制單元20根據總線電壓Vbus而對應地控制轉換模組102,使轉換模組102緩步地調整Vac所對應的第二平均功率(對應第一平均功率的反向緩步調整),進而使直流電源Vdc所佔的負載比例被緩步提高或降低時,市電Vac所佔的負載比例也對應地緩步降低或提高。
When the first average power is adjusted slowly, the bus voltage Vbus corresponding to the slow variation of the first average power will theoretically change accordingly, but the
進一步而言,由於本發明之電力轉換系統100在市電Vac與直流電源Vdc之間的負載切換時,利用緩步調整的柔性切換技術,因此不斷電裝置10的前端不需要額外耦接自動切換開關,使得不斷電裝置10可避免自動切換開關切換時,所產生的突波電流,且利用緩步調整的柔性切換技術可較為容易且精準地進行負載的分配(例如,但不限於精準地分配市電Vac為48%,直流電源Vdc為52%)。
Furthermore, since the
請參閱圖2A~2C為本發明電力轉換系統之第一實施例至第三實施例的電力傳輸示意圖、圖3A~3B為本發明電力轉換系統之第一實施例至第二實施例的用電量示意圖,復配合參閱圖1,且反覆參閱圖2A~3B。電力轉換系統100更包括直流供電模組30,直流供電模組30耦接轉換模組102,且提供直流電源Vdc至轉換模組102。直流供電模組30可包括發電機模組302、再生能源模組304及儲能模組306。發電機模組302包括發電機302-1與交流-直流轉換器302-2,交流-直流轉換器302-2可為整流電路將發電機302-1所產生的電能轉換為第一電源V1,且將第一電源V1提供至轉換模組102。再生能源模組304包括再生能源單元304-1與直流-直流轉換器304-2,直流-直流轉換器304-2將再生能源單元304-1所產生的電能轉換為第二電源V2,且將第二電源V2提供至轉換模組102。儲能模組306例如但不限於可為電池組,用以提供第三電源V3至轉換模組102。特此說明,有別於傳統電力轉換系統的發電機是位於交流輸入端,本發明發電機模組
302用以提供直流電源Vdc,這樣的配置搭配本發明控制可解決先前技術所提到的問題。
Please refer to FIGS. 2A~2C for schematic diagrams of power transmission of the first to third embodiments of the power conversion system of the present invention, and FIGS. 3A~3B for the power consumption of the first to second embodiments of the power conversion system of the present invention Refer to Figure 1 for compound coordination, and refer to Figures 2A~3B repeatedly. The
請參閱圖2A與圖3A,當需求電源大於等於預定電源A時,控制單元20根據功率命令Cp控制市電Vac與直流電源Vdc共同對負載200供電。例如但不限於,預定電源A可為用電量計算級距的分界點,當需求電源過高而導致市電Vac提供的電量大於等於預定電源A時,會使得多出來的用電量必須額外付出相對較高的費用。而在需求電源較低而使市電Vac提供的電量小於預定電源A時,會使得較低的用電量付出相對較低的費用。
2A and 3A, when the required power is greater than or equal to the predetermined power A, the
如圖3A、3B所示,座標縱軸P代表著功率,橫軸t代表著時間。當在用電高峰期間T1(如圖3A所示),負載200的需求電源大於等於預定電源A。此時,控制單元20控制轉換模組102轉換發電機模組302、再生能源模組304或儲能模組306提供的直流電源Vdc,緩步提高直流電源Vdc所佔的負載比例,以及緩步降低市電Vac所佔的負載比例(例如但不限於,儲能模組306與再生能源模組304共同提供直流電源Vdc,或者儲能模組306單獨提供直流電源Vdc)。通過市電Vac與直流電源Vdc在用電高峰期間T1共同對負載200供電的功能,以達到高峰節能之功效。且在發電機302-1的功能測試時,不需要額外增設發電機測試負載(Load Bank),而是直接利用控制單元20控制轉換模組102進行負載比例的移轉,既可完成發電機302-1的功能測試(意即,在線online測試),因此可達成無需投資額外的發電機測試負載,而大幅降低系統建構成本之功效。
As shown in Figures 3A and 3B, the vertical axis P of the coordinates represents power, and the horizontal axis t represents time. When the power consumption peak period T1 (as shown in FIG. 3A), the demand power of the
請參閱圖2B與圖3A,當需求電源小於預定電源A時,控制單元20控制轉換模組102使市電Vac對負載200供電,且控制轉換模組102使市電Vac對儲能模組306充電。當在用電離峰期間T2(如圖3A所示),負載200的需求電源小於預定電源A。此時,控制單元20除了控制轉換模組102使市電Vac對負載200供電
外,同時也控制轉換模組102使市電Vac在小於預定電源A的限制下(以虛線表示),對儲能模組306充電(如圖2B所示)。
2B and 3A, when the required power is less than the predetermined power A, the
請參閱圖2C與圖3B,轉換模組102可為雙向轉換模組,控制單元20可控制轉換模組102使直流電源Vdc通過雙向轉換模組轉換為市電Vac,且將市電Vac饋送回電力公司(圖未示)。如圖3B所示,0%以上的電力為負載200所需求的需求電源,0%以下的電力為再生能源模組304所產生額外的冗餘電力B(以虛線表示)。當再生能源模組304對負載200供電,且尚具有冗餘電力B時,控制單元20控制轉換模組102使冗餘電力B通過雙向轉換模組轉換為市電Vac,且將由冗餘電力B轉換的市電Vac饋送回電力公司(如圖2C所示)。由於再生能源的發電量並不穩定,因此當再生能源的電力供應負載200後,有額外的冗餘電力B時(如圖3B所示),除了可將額外的冗餘電力B儲存於儲能模組306之外,更可將額外的冗餘電力B通過雙向轉換模組轉換為市電Vac,且將市電Vac饋送回電力公司(圖未示),以達到再生能源能夠無損耗地供電力公司躉購,達到經濟效益之功效。
2C and 3B, the
請參閱圖4A為本發明轉換模組第一實施例之電路方塊示意圖,復配合參閱圖1~3B,且反覆參閱圖1、4A。轉換模組102包括直流-直流轉換單元102-1與交流-直流轉換單元102-2。直流-直流轉換單元102-1耦接直流電源Vdc與直流-交流轉換單元104,且交流-直流轉換單元102-2耦接市電Vac與直流-交流轉換單元104。直流-直流轉換單元102-1將直流電源Vdc轉換為總線電壓Vbus,且根據負載200的需求與控制單元20的控制而提供第一電流I1至節點N。因此,直流電源Vdc所提供的第一平均功率根據輸入功率等於輸出功率的關係(排除轉換效率的損耗),會對應直流-直流轉換單元102-1所輸出的第一電流I1。交流-直流轉換單元102-2將市電Vac轉換為總線電壓Vbus,且根據負載200的需求與控制單元20的控制而提供第二電流I2至節點N。因此,市電Vac所提供的第二平均功率
根據輸入功率等於輸出功率的關係(排除轉換效率的損耗),會對應交流-直流轉換單元102-2的輸入電流Ii以及所輸出的第二電流I2。當第二電流I2變動時,第二平均功率也會隨著第二電流I2的變動而變動。
Please refer to FIG. 4A for the circuit block diagram of the first embodiment of the conversion module of the present invention. Please refer to FIGS. 1 to 3B for cooperation, and refer to FIGS. 1 and 4A repeatedly. The
當控制單元20欲調高直流電源Vdc的負載比例時(例如由0%提高至50%),控制單元20根據功率命令Cp緩步地提高直流-直流轉換單元102-1提供的第一電流I1,進而使得第一平均功率對應地被緩步提高,可藉由控制第一占空比以控制直流-直流轉換單元102-1,原理相當於控制直流-直流轉換單元102-1操作於電流模式。當第一電流I1變動時,節點N上的總線電壓Vbus理論上會因為第一電流I1的提高而隨之變動,但控制單元20會控制交流-直流轉換單元102-2將節點N上的總線電壓Vbus維持在預定輸出電壓Vp,進而調整交流-直流轉換單元102-2所輸出的第二電流I2。因此,當第一電流I1被緩步調高時,控制單元20根據總線電壓Vbus的變動調整第二占空比,使得交流-直流轉換單元102-2輸出的第二電流I2緩步地降低,進而使得第二平均功率對應地被緩步降低,且市電Vac的負載比例被緩步調低(對應地由100%降低至50%)。值得一提,當控制單元20欲調低直流電源Vdc的負載比例與調高的操作恰巧相反,在此不再加以贅述。
When the
請參閱圖4B為本發明轉換模組第一實施例之控制方塊示意圖,復配合參閱圖1~4A,且反覆參閱圖4A、4B。如圖4B所示,直流-直流轉換單元102-1的控制為電流模式DC_I_mod。在電流模式DC_I_mod中,控制單元20根據功率命令Cp與直流-直流轉換單元102-1目前的功率值Pc(通過偵測得知)相減而得到功率差值。功率差值經過控制參數Gpc放大及計算後,得到直流的第一電流命令Ci1。第一電流命令Ci1與直流-直流轉換單元102-1所輸出的第一電流I1(通過偵測得知)相減而得到第一電流差值,且第一電流差值經過控制參數Gic_dc放大
後而得到第一控制量。控制單元20根據第一控制量調整直流-直流轉換單元102-1的第一占空比,以調整直流-直流轉換單元102-1輸出的第一電流I1。
Please refer to FIG. 4B for the control block diagram of the first embodiment of the conversion module of the present invention. Please refer to FIGS. 1 to 4A for cooperation, and refer to FIGS. 4A and 4B repeatedly. As shown in FIG. 4B, the control of the DC-DC conversion unit 102-1 is the current mode DC_I_mod. In the current mode DC_I_mod, the
復參閱圖4B,交流-直流轉換單元102-2的控制為電壓模式AC_V_mod。當第一電流I1被調整時,總線電壓Vbus會隨之變動,控制單元20將總線電壓Vbus與交流-直流轉換單元102-2所設定輸出的預定輸出電壓Vp相減而得到電壓差值。電壓差值經過控制參數Gvc放大及乘以弦波後(市電Vac的波形為弦波),得到交流的第二電流命令Ci2。第二電流命令Ci2與交流-直流轉換單元102-2的輸入電流Ii(通過偵測得知)相減而得到第二電流差值,且第二電流差值經過控制參數Gic_ac放大後而得到第二控制量。控制單元20根據第二控制量調整交流-直流轉換單元102-2的第二占空比,以控制交流-直流轉換單元102-2的輸入電流Ii,進而調整輸出的第二電流I2。值得一提,於本發明實施例中,交流-直流轉換單元102-2具有功率因數校正功能,因此會使得輸入電流Ii的波形追隨市電Vac的電壓波形,所以讓電壓差值乘以弦波是為了使所產生出來的第二電流命令Ci2變為交流的電流命令波形。特此說明,因為交流電流會不斷變動,所以本發明以平均功率的概念論述,例如第二平均功率緩步降低可以理解為交流電流的峰值漸漸降低,但形狀還是大致符合弦波以維持功率因數。此外,圖4B為本發明轉換模組第一實施例之控制方塊示意圖,直流-直流轉換單元102-1的控制電路和交流-直流轉換單元102-2的控制電路可以統稱為控制單元20。請參閱圖5為本發明轉換模組第二實施例之電路方塊示意圖,復配合參閱圖1~4B,且反覆參閱圖1、5。本實施例與圖4A實施例的差異在於,轉換模組102’包括第一切換橋臂1022、第二切換橋臂1024、第一升壓單元1026及第二升壓單元1028。第一切換橋臂1022包括串聯的第一開關Q1與第二開關Q2,且市電Vac耦接於第一開關Q1與第二開關Q2共同耦接的一端。直流電源Vdc包括串聯的第一直流源Vdc1與第二直流源Vdc2,且第一直流源Vdc1與第二直流源Vdc2共同耦接
的一端為中點端。第二切換橋臂1024包括串聯的第三開關Q3與第四開關Q4,且第三開關Q3的一端耦接第一直流源Vdc1的另一端,第四開關Q4的一端耦接第二直流源Vdc2的另一端。第一切換橋臂1022並聯第二切換橋臂1024,使第一開關Q1的另一端耦接第三開關Q3的另一端,第二開關Q2的另一端耦接第四開關Q4的另一端。
Referring again to FIG. 4B, the control of the AC-DC conversion unit 102-2 is the voltage mode AC_V_mod. When the first current I1 is adjusted, the bus voltage Vbus will change accordingly. The
第一升壓單元1026包括第一電感L1、第一功率開關S1、第一二極體D1及第一電容C1。第一電感L1的一端耦接第三開關Q3的另一端,且第一電感L1的另一端耦接第一功率開關S1與第一二極體D1的一端。第一二極體D1的另一端耦接第一電容C1的一端,且第一功率開關S1的另一端、第一電容C1的另一端及市電Vac耦接直流電源Vdc的中點端。第二升壓單元1028包括第二電感L2、第二功率開關S2、第二二極體D2及第二電容C2,且恰與第一升壓單元1026相反的耦接第四開關Q4的另一端與直流電源Vdc的中點端。值得一提,於本發明之一實施例中,第一開關Q1至第四開關Q4為矽控二極體,但不以此為限。換言之,只要可供切換的開關元件皆應包含在本實施例之範疇當中。
The
具體而言,轉換模組102’的特點在於,轉換模組102’為一半操作市電Vac,且另一半操作直流電源Vdc的轉換電路。在第一升壓單元1026轉換交流源的其中一半波時,第二升壓單元1028同時轉換直流源。當市電Vac於正半週時,控制單元20控制第一切換橋臂1022切換導通第一開關Q1,使市電Vac的正半週通過第一開關Q1提供至第一升壓單元1026。控制單元20控制第一功率開關S1的切換,使第一電感L1儲能或釋能而產生第二電流I2,且第二電流I2對第一電容C1充電而在第一電容C1上建立第一總線電壓Vbus1。此市電Vac半週期間,控制單元20控制第二切換橋臂1024切換導通第四開關Q4,使直流電源Vdc通過第四開關Q4提供至第二升壓單元1028。控制單元20控制第二功率開關S2的切換,使第二電感L2儲能或釋能而產生第四電流I4,且第四電流I4對第二電容
C2充電而在第二電容C2上建立第二總線電壓Vbus2。第一總線電壓Vbus1與第二總線電壓Vbus2的總和即為總線電壓Vbus。當市電Vac於負半週時,利用第一電流I1建立第一總線電壓Vbus1與利用第三電流I3建立第二總線電壓Vbus2的方式,恰與正半週相反,在此不再加以贅述。
Specifically, the conversion module 102' is characterized in that the conversion module 102' is a conversion circuit that operates half of the mains Vac and the other half of the DC power Vdc. When the first boosting
進一步而言,由於第一升壓單元1026在一個半週時,根據市電Vac產生第二電流I2,在另一個半週時,根據直流電源Vdc產生第一電流I1。因此,當第一電流I1變動時,第一平均功率也會隨著第一電流I1的變動而變動,第一總線電壓Vbus1會隨著第一電流I1的變動而變動。當第一總線電壓Vbus1變動時,控制單元20會在下一個半週調整第二電流I2,使第二平均功率也會隨著第二電流I2的變動而變動。第二升壓單元1028的操作亦是如此,在此不再加以贅述。
Furthermore, since the first boosting
當控制單元20欲調高直流電源Vdc的負載比例時(例如由0%提高至50%),控制單元20根據功率命令Cp於負半週使得第一升壓單元1026提供的第一電流I1提高,進而使得第一平均功率對應地提高,第一總線電壓Vbus1會因為第一電流I1的變動而隨之變動。當第一總線電壓Vbus1變動時,控制單元20會控制第一升壓單元1026將第一總線電壓Vbus1維持在預定輸出電壓,進而調整第一升壓單元1026於正半週時(意即為市電Vac輸入時)所輸出的第二電流I2。因此,當第一電流I1被緩步調高時,控制單元20根據第一總線電壓Vbus1的變動調整第二占空比,使得第二電流I2被緩步地降低,進而使得第二平均功率對應地被緩步降低,且市電Vac的負載比例被緩步調低(對應地由100%降低至50%)。值得一提,第二升壓單元1028的操作亦是如此,且當控制單元20欲調低直流電源Vdc的負載比例與調高的操作恰巧相反,在此不再加以贅述。
When the
請參閱圖6為本發明轉換模組第二實施例之控制方塊示意圖,復配合參閱圖1~5,且反覆參閱圖5、6。轉換模組102’的控制方塊事實上是第一
升壓單元1026為獨立一組的控制方塊,且第二升壓單元1028為獨立另一組的控制方塊,其方式相同,但是訊號是不一樣的。而為求方便敘述,本實施例係將兩組控制方塊合在一起敘述。如圖6所示,控制單元20根據功率命令Cp與第一升壓單元1026於負半週時的第一功率值Pc1(通過偵測得知目前的功率值,於第二升壓單元1028為第二功率值Pc2)相減而得到第一功率差值。第一功率差值經過控制參數Gpc放大及乘以方波後,得到直流的第一電流命令Ci1。控制單元20將第一總線電壓Vbus1與第一升壓單元1026所設定輸出的第一預定輸出電壓Vp1(於第二升壓單元1028為第二預定輸出電壓Vp2)相減而得到第一電壓差值。第一電壓差值經過控制參數Gvc放大及乘以弦波後(如圖所示),得到交流的第二電流命令Ci2。
Please refer to FIG. 6 for a schematic diagram of the control block diagram of the second embodiment of the conversion module of the present invention. The control block of the conversion module 102’ is actually the first
The boosting
如圖6的波形所示,控制單元20合成第一電流命令Ci1與第二電流命令Ci2為第一總電流命令Cit1(於第二升壓單元1028為控制單元20合成第三電流命令Ci3與第四電流命令Ci4為第二總電流命令Cit2)。第二電流命令Ci2為市電Vac在正半週時,對應市電Vac的交流上弦波電流命令(實線表示),第一電流命令Ci1在市電負半週時,對應直流電源Vdc的直流方波電流命令(實線表示),由此控制示意圖可知,兩者電流命令合成即為上弦波與方波交替相間隔的第一總電流命令Cit1,亦即第一升壓單元1026的輸入電流將會追隨第一總電流命令以實現我方發明。第一總電流命令Cit1與第一升壓單元1026的第一輸入電流Ii1(通過偵測得知)相減而得到第一總電流差值,且第一總電流差值經過控制參數Gic放大後而得到第一控制量。控制單元20根據第一控制量調整第一升壓單元1026於市電Vac在負半週時的第一占空比,以調整直流電源Vdc所提供的第一電流I1,以及調整第一升壓單元1026於市電Vac在正半週時的第二占空比,以調整市電Vac所提供的第二電流I2。
As shown in the waveform of FIG. 6, the
值得一提,第二升壓單元1028的控制方塊操作亦是如此,圖6的弦波與方波命令以虛線表示,在此不再加以贅述。此外,於本發明之實施例中,第一升壓單元1026與第二升壓單元1028具有功率因數校正功能,因此會使得第一輸入電流Ii1與第二輸入電流Ii2的波形追隨市電Vac的電壓波形,所以讓第一電壓差值乘以弦波是為了使所產生出來的第二電流命令Ci2變為交流的電流命令波形。
It is worth mentioning that the control block operation of the second boosting
惟,以上所述,僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式,惟本發明之特徵並不侷限於此,並非用以限制本發明,本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準,凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例,皆應包括於本發明之範疇中,任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內,可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。 However, the above are only detailed descriptions and drawings of the preferred embodiments of the present invention. However, the features of the present invention are not limited to these, and are not intended to limit the present invention. The full scope of the present invention should be referred to the following application The scope of the patent shall prevail. All embodiments that conform to the spirit of the scope of the patent application of the present invention and similar variations should be included in the scope of the present invention. Anyone familiar with the art in the field of the present invention can easily think of it. Changes or modifications can be covered in the following patent scope of this case.
100:電力轉換系統 100: Power Conversion System
10:不斷電裝置 10: Uninterruptible power device
102:轉換模組 102: conversion module
104:直流-交流轉換單元 104: DC-AC conversion unit
20:控制單元 20: control unit
200:負載 200: load
Vac:市電 Vac: mains
Vdc:直流電源 Vdc: DC power supply
Vbus:總線電壓 Vbus: bus voltage
Vo:輸出電源 Vo: output power
Cp:功率命令 Cp: power command
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWM384459U (en) * | 2009-05-14 | 2010-07-11 | Unipower Technology Co Ltd | Compound electricity conversion device for green power |
TW201251264A (en) * | 2011-06-08 | 2012-12-16 | Nat Univ Chung Cheng | Device of bi-directional inverter and direct current power system thereof |
TW201407332A (en) * | 2012-08-03 | 2014-02-16 | Delta Electronics Inc | Uninterruptible power system and method of operating the same |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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TWM384459U (en) * | 2009-05-14 | 2010-07-11 | Unipower Technology Co Ltd | Compound electricity conversion device for green power |
TW201251264A (en) * | 2011-06-08 | 2012-12-16 | Nat Univ Chung Cheng | Device of bi-directional inverter and direct current power system thereof |
TW201407332A (en) * | 2012-08-03 | 2014-02-16 | Delta Electronics Inc | Uninterruptible power system and method of operating the same |
TW201633656A (en) * | 2015-03-10 | 2016-09-16 | 廷鑫興業股份有限公司 | Uninterruptible power supply system for solar controller |
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