專利名稱：并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)及其環(huán)流抑制裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動馬達(dá)的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)(parallel inverter drive system),尤其涉及一種用于抑制并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)中的環(huán)流(circulating current)的裝置與方法。
背景技術(shù)：
一般而言，馬達(dá)需要一個逆變器驅(qū)動器(inverter drive)來控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)子磁場 頻率的變化與調(diào)整馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，藉此驅(qū)動馬達(dá)的運(yùn)作。為了增加馬達(dá)運(yùn)作時的安全性，現(xiàn) 在已經(jīng)提出一種并聯(lián)式逆變器系統(tǒng)，其為將多臺逆變器驅(qū)動器的輸出并聯(lián)連接，以驅(qū)動馬 達(dá)。并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)與一般逆變驅(qū)動系統(tǒng)最大的差別在于，與馬達(dá)對應(yīng)的單一大容量 逆變器驅(qū)動器被置換成多臺容量較小的逆變器驅(qū)動器，而讓這組容量較小的逆變器驅(qū)動器 共同輸出以驅(qū)動馬達(dá)。并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的主要特點(diǎn)在于模塊化(modularity)與冗余 (redundancy)。模塊化是指單個小容量逆變器驅(qū)動器的控制器獨(dú)立于其他逆變器驅(qū)動器。 用戶可依照需求自行擴(kuò)充或縮減逆變驅(qū)動系統(tǒng)的容量。冗余是指在逆變驅(qū)動系統(tǒng)操作中， 萬一發(fā)生故障，可針對損壞的逆變器驅(qū)動器進(jìn)行更換，無須整臺更換。若妥善設(shè)計，還可以 在其他逆變器驅(qū)動器正常的情況下驅(qū)動馬達(dá)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時進(jìn)行損壞的逆變器驅(qū)動器的更 換而無須停機(jī)。然而，此并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)在各獨(dú)立逆變器驅(qū)動器間存在些許誤差下，將 造成各逆變器驅(qū)動器的電流并非完全輸出至馬達(dá)，而在各臺逆變器驅(qū)動器間相互流動的情 況。此現(xiàn)象稱為環(huán)流(circulating current)。造成環(huán)流的各逆變器驅(qū)動器間的誤差可能 為脈沖寬度調(diào)制(PWM)載波不同步、電壓命令不同步、系統(tǒng)參數(shù)或外接電抗器不匹配等。
一種現(xiàn)行抑制并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)中的環(huán)流的技術(shù)是經(jīng)由檢測零序電流 (zero-sequence current),并且經(jīng)由檢測的零序電流來改變零電壓向量的占空比(duty cycle),使得從屬(slave)逆變器驅(qū)動器的零序電流為零(當(dāng)然此時主要(master)逆變器 驅(qū)動器的零序電流亦為零)，進(jìn)而達(dá)成環(huán)流抑制。盡管利用檢測零序電流來改變零電壓向量 的占空比可以達(dá)成環(huán)流抑制的效果，這種技術(shù)具有下列主要缺點(diǎn)。首先，該項技術(shù)可抑制零 序電流不為零的情況。然而，零序電流為零并非代表于環(huán)流為零。因此該項技術(shù)有可能在 零序電流控制完成后，環(huán)流依舊存在。其次，該項技術(shù)需要實時調(diào)整零電壓向量的占空比， 因此并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)中控制器的微控制器單元(MCU)必須支持動態(tài)調(diào)整占空比信號 的功能。如此一來，硬件的搭配將受到限制，成本也不易控制。最后，該項技術(shù)僅展示在兩 臺逆變器驅(qū)動器并聯(lián)操作的情況下，并未說明拓展至三臺以上的逆變器驅(qū)動器并聯(lián)的操作 方法。
請參見圖1，其為上述討論的利用檢測零序電流來達(dá)成環(huán)流抑制的技術(shù)的操作方 框圖。如圖所示，并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)系由兩臺互相并聯(lián)的逆變器驅(qū)動器INV_1與INV_2組 成，其中逆變器驅(qū)動器INV_1為主要逆變器驅(qū)動器而逆變器驅(qū)動器INV_2為從屬逆變器驅(qū) 動器。Val%Vbl%V丫為輸入至逆變器驅(qū)動器INV_1的電壓命令，而Va2%Vb2%V。/為輸入至逆 變器驅(qū)動器INV_2的電壓命令。主要逆變器驅(qū)動器INV_1包含一空間向量調(diào)制(SVM)控制器102，其將電壓命令Val% Vbl*, Vc/轉(zhuǎn)換成占空比信號Tal% Tbl*, Tcl*,以及一開關(guān)裝置104， 其受占空比信號Tal%Tbl%T/以及一零電壓向量的占空比信號Ttll所驅(qū)動來進(jìn)行開關(guān)切換， 以產(chǎn)生一交流輸出電壓與交流輸出電流來驅(qū)動馬達(dá)106運(yùn)作。同樣的，從屬逆變器驅(qū)動器 INV_2包含一空間向量調(diào)制(SVM)控制器108，其將電壓命令Va2%Vb2%V。/轉(zhuǎn)換成占空比信號Ta/，Tb2%T。/，以及一開關(guān)裝置110，其受占空比信號Ta2%Tb2%T。/以及一零電壓向量的占空比信號Ttl2與一調(diào)整量k相加所得的控制信號所驅(qū)動來進(jìn)行開關(guān)切換，以產(chǎn)生一交流輸出電壓與交流輸出電流來驅(qū)動馬達(dá)106運(yùn)作。需注意的是若零電壓向量的占空比信號Ttjl為零，則空間向量調(diào)制(SVM)控制器102可由一正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)控制器來取代。在這個例子中，從屬逆變器驅(qū)動器INV_2的運(yùn)作跟隨主要逆變器驅(qū)動器INV_1而調(diào)整。從屬逆變器驅(qū)動器INV_2包含一加總器112，其將從屬逆變器驅(qū)動器INV_2的反饋電流加總而產(chǎn)生一加總電流I。。加總電流I。經(jīng)由一減法器114與一電流值為O的信號相減,而輸出至一比例積分器116。比例積分器116將加總電流I。轉(zhuǎn)換成一調(diào)整量k。一運(yùn)算器118用以調(diào)整量k調(diào)整零電壓向量的占空比信號Ttl2，所得的信號傳送至開關(guān)裝置110以控制開關(guān)110 的切換。因此，隨加總電流I0的調(diào)整，調(diào)整量k實際表現(xiàn)為零電壓向量的占空比信號Ttl2的動態(tài)改變。由圖1可知，若系統(tǒng)中有多臺從屬逆變器驅(qū)動器，用以計算控制量的指標(biāo)(亦即加總電流I。)便無法實施。
第二種用來抑制并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)中的環(huán)流的技術(shù)為采用均流(current sharing)的方式，使得每臺逆變器驅(qū)動器的各相輸出電流相等，藉此降低逆變器驅(qū)動器之間電流相互流動的情況。使用這種技術(shù)可以有效地使串接的相電流均等，進(jìn)而使并聯(lián)的逆變器驅(qū)動器的各自相電流之間無互相流動的電流產(chǎn)生。這項技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于與空間向量脈沖寬度調(diào)制(SVPWM)無關(guān)，因而無需復(fù)雜地計算零電壓向量的占空比信號以及動態(tài)調(diào)整零電壓向量的占空比信號的功能。然而，這項技術(shù)卻有如下缺點(diǎn)。首先，這項技術(shù)與前述技術(shù)恰巧相反，在使串接的相電流相等的情況下，理論上并未能保證零序電流為零。再者，該項技術(shù)可用于以脈沖寬度調(diào)制(PWM)為基礎(chǔ)的方式，即正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)，而未能與空間向量脈沖寬度調(diào)制(SVP WM)妥善聯(lián)結(jié)。然而，在實際應(yīng)用上，為了提高電壓利用率，逆變器驅(qū)動器常需要在空間向量脈沖寬度調(diào)制(SVPWM)的模式下操作，因而造成不便。
請參見圖2，其為利用均流的組態(tài)來達(dá)成環(huán)流抑制的技術(shù)的操作方框圖。如圖所示，用來驅(qū)動馬達(dá)106的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)系由互相并聯(lián)的逆變器驅(qū)動器INV_1，INV_n組成。每臺逆變器驅(qū)動器接收三相電壓命令(ν/，νω%ν^)，. · .，(Van*,Vbn*,Vcn*)。每臺逆變器驅(qū)動器均包含一正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)控制器201，以及一開關(guān)裝置200，連接至正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)控制器201。每臺逆變器驅(qū)動器包含電流平均器Ave，其用來獲得其他逆變器驅(qū)動器的輸出相電流信息，并且計算包含每臺逆變器驅(qū)動器本身的所有逆變器驅(qū)動器的輸出相電流的平均值。電流平均器Ave所計算出的包含每臺逆變器驅(qū)動器本身的所有逆變器驅(qū)動器的輸出相電流的平均值傳送到運(yùn)算器202，其將本地逆變器驅(qū)動器的輸出相電流與包含本地逆變器驅(qū)動器的所有逆變器驅(qū)動器的輸出相電流的平均值互相比較，并且根據(jù)比較的結(jié)果輸出一誤差值(error value)。誤差值經(jīng)由增益控制器P計算出用來補(bǔ)償輸出相電流的補(bǔ)償電壓命令，且補(bǔ)償電壓命令會反饋到正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM) 控制器201，而由運(yùn)算器203將三相電壓命令(Val% Vbl*, Vcl*)，· · ·，(Van*, Vbn*, Vcn*)與補(bǔ)償電壓命令進(jìn)行加減運(yùn)算，以產(chǎn)生補(bǔ)償后的三相電壓命令。由圖2可知，利用均流的組態(tài)來達(dá)成環(huán)流抑制的技術(shù)的特性在于各臺逆變器驅(qū)動器INV_1，INV_n各自反饋補(bǔ)償電壓命令， 以迫使各臺驅(qū)動器INV_1，...，1奶^_11的相電流與平均值相同(各相有不同的平均電流要追隨)，且無論幾臺驅(qū)動器一起操作，都可以使用相同控制架構(gòu)。惟實際三相電壓命令的產(chǎn)生必須使用正弦脈沖寬度調(diào)制的方式來產(chǎn)生，且相電流各自補(bǔ)償?shù)姆绞綄o法顧及零序電流可能存在的問題。
第三種用來抑制并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)中的環(huán)流的技術(shù)為電流下垂(current droop)。這項技術(shù)的特點(diǎn)在于各臺逆變器驅(qū)動器無須交換電流信息，僅以本身的相電流大小作補(bǔ)償，從而提升逆變器驅(qū)動器的模塊化的程度。請參見圖3，其為利用電流下垂組態(tài)來達(dá)成環(huán)流抑制的技術(shù)的操作方框圖。與圖2的電路拓?fù)浠ハ啾容^，圖3的利用電流下垂組態(tài)來達(dá)成環(huán)流抑制的技術(shù)的電路不需要讓各臺逆變器驅(qū)動器交換電流信息，僅以本身的相電流大小作補(bǔ)償。因此，每臺逆變器驅(qū)動器的輸出相電流直接經(jīng)由增益控制器P計算出用來輸出相電流的補(bǔ)償電壓命令，且補(bǔ)償電壓命令反饋到正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)控制器 201，而由運(yùn)算器203將三相電壓命令(Val% Vbl*, Vcl*)，. . .，(Van*, Vbn*, Vcn*)與補(bǔ)償電壓命令進(jìn)行加減運(yùn)算，以產(chǎn)生補(bǔ)償后的三相電壓命令。然而，這項技術(shù)卻有如下缺點(diǎn)。首先，這項技術(shù)僅在各臺驅(qū)動器INV_1，INV_n的參數(shù)(整體架構(gòu)包含驅(qū)動器本身·以及外接電抗器等)皆相近的情況下，才可能得到相近的電流輸出，換句話說，在各臺驅(qū)動器INV_1，...， INV_必須在條件皆相同的情況下，才能有效的達(dá)成均流的效果。再者，若采用補(bǔ)償相電流的方式，若相電流越大則補(bǔ)償量越大。在馬達(dá)106的轉(zhuǎn)速增加的期間，通常有較大的電流輸出。此時若使用此種電流下垂的技術(shù)來控制，將大幅的壓抑電流輸出，進(jìn)而減損瞬時響應(yīng)， 使馬達(dá)的轉(zhuǎn)速加速變慢。最后，這項技術(shù)具有與前述利用均流的組態(tài)來達(dá)成環(huán)流抑制的技術(shù)相同的缺點(diǎn)。換句話說，這項技術(shù)僅簡化均流的方式而達(dá)成更高度的模塊化，但缺點(diǎn)依舊沒有改善。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提出一種并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)及其環(huán)流抑制裝置與方法， 其可以有效地同時抑制并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)中的環(huán)流以及零序電流。
本發(fā)明的主要目的在于提出一種并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)及其環(huán)流抑制裝置與方法， 其可以使得并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的硬件搭配變得更為靈活，且增加并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的成本有效性。
本發(fā)明的主要目的在于提出一種應(yīng)用于并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)中的環(huán)流抑制裝置與方法，其可以應(yīng)用于三臺以上的逆變器驅(qū)動器組成的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)。
本發(fā)明的主要目的在于提出一種并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)及其環(huán)流抑制裝置與方法， 其可以允許并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)中的逆變器驅(qū)動器依照需求調(diào)整其操作模式，使得逆變器驅(qū)動器的操作更加靈活。
本發(fā)明的主要目的在于提出一種并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)及其環(huán)流抑制裝置與方法， 其可以允許并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)中的每臺逆變器驅(qū)動器的容量不盡相同。
本發(fā)明的主要目的在于提出一種并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)及其環(huán)流抑制裝置與方法， 其不僅可以控制并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的環(huán)流及/或零序電流，且可以將并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的瞬時性能的影響最小化。
本發(fā)明主要的實施態(tài)樣為提出一種并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)，用以驅(qū)動一馬達(dá)，其包 含多個逆變器驅(qū)動器，其互相并聯(lián)連接，每個逆變器驅(qū)動器包含一開關(guān)裝置；一脈沖寬度 調(diào)制控制器，連接至該開關(guān)裝置，其根據(jù)一占空比信號來控制該開關(guān)裝置的切換；以及一環(huán) 流抑制裝置，連接于該開關(guān)裝置的輸出端與脈沖寬度調(diào)制控制器的輸入端之間，用以收集 每臺逆變器驅(qū)動器的電流與總和電流相關(guān)的電流信息，并且根據(jù)所收集到的電流信息與所 欲達(dá)成的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的環(huán)流量及/或零序電流量，產(chǎn)生一指標(biāo)，并且根據(jù)該指標(biāo) 與該逆變器驅(qū)動器的電壓命令以及該逆變器驅(qū)動器的操作模式，在三相各產(chǎn)生一零序電壓 以便注入該相電壓命令中，藉此修正該相電壓命令。該脈沖寬度調(diào)制控制器根據(jù)修正的相 電壓命令產(chǎn)生該占空比信號。
上述的環(huán)流抑制裝置包含一控制指針計算器，用以收集每臺逆變器驅(qū)動器的電流 與總和電流相關(guān)的電流信息，并且根據(jù)所收集到的電流信息與所欲達(dá)成的并聯(lián)式逆變驅(qū)動 系統(tǒng)的環(huán)流量及/或零序電流量，產(chǎn)生一指標(biāo)；一控制器，連接至該控制指標(biāo)計算器的輸出 端，用以根據(jù)該指標(biāo)與該逆變器驅(qū)動器的電壓命令以及該逆變器驅(qū)動器的操作模式，在三 相各產(chǎn)生一零序電壓；以及一加法器，用以將零序電壓注入該相電壓命令中，藉此修正該相 電壓命令。其中該加法器所輸出的修正的相電壓命令由該逆變器驅(qū)動器轉(zhuǎn)換成一占空比信 號，該占空比信號用以控制該逆變器驅(qū)動器的電壓輸出與電流輸出，藉此抑制該并聯(lián)式逆 變驅(qū)動系統(tǒng)中的環(huán)流及/或零序電流。
本發(fā)明的有益效果在于，可以有效地同時抑制并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)中的環(huán)流以及 零序電流?？梢允沟貌⒙?lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的硬件搭配變得更為靈活，且增加并聯(lián)式逆變驅(qū) 動系統(tǒng)的成本有效性?？梢詰?yīng)用于三臺以上的逆變器驅(qū)動器組成的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)。 可以允許并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)中的逆變器驅(qū)動器依照需求調(diào)整其操作模式，使得逆變器驅(qū) 動器的操作更加靈活?？梢栽试S并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)中的每臺逆變器驅(qū)動器的容量不盡相 同。可以控制并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的環(huán)流及/或零序電流，且可以將并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng) 的瞬時性能的影響最小化。


圖1為公知利用檢測零序電流來達(dá)成環(huán)流抑制的技術(shù)的操作方框圖2為公知利用均流組態(tài)來達(dá)成環(huán)流抑制的技術(shù)的操作方框圖3為公知利用電流下垂組態(tài)來達(dá)成環(huán)流抑制的技術(shù)的操作方框圖4為本發(fā)明的較佳實施例的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)及其環(huán)流抑制裝置的操作方 框圖5顯示沒有應(yīng)用環(huán)流抑制裝置的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的仿真結(jié)果；
圖6A顯示應(yīng)用本發(fā)明的環(huán)流抑制裝置于并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)后0-1. 5秒的模擬 結(jié)果;
圖6B顯示應(yīng)用本發(fā)明的環(huán)流抑制裝置于并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)后1. 3-1. 5秒的模 擬結(jié)果；以及
圖7顯示應(yīng)用本發(fā)明的環(huán)流抑制裝置于并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)后，電壓命令的波形 圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下
106馬達(dá)
104，110，200，400 開關(guān)裝置
102，108空間向量調(diào)制(SVM)控制器
INV_1, INV_2, . . .，INV_n 逆變器驅(qū)動器
112加總器
114加法器
116比例積分器
118運(yùn)算器
Ave電流平均器
202運(yùn)算器
P增益控制器
201正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)控制器
203運(yùn)算器
401脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器
404控制指標(biāo)計算器
406控制器
410加法器具體實施方式
體現(xiàn)本案特征與優(yōu)點(diǎn)的典型實施例將在后段的說明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本案能夠在不同的態(tài)樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的范圍，且其中的說明及附圖在本質(zhì)上是當(dāng)作說明之用，而非用以限制本案。
本發(fā)明提出與前述三種公知環(huán)流抑制技術(shù)不同的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的環(huán)流抑制裝置與方法。請參見圖4，其為本發(fā)明的較佳實施例的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)及其環(huán)流抑制裝置的操作方框圖。需注意的是相同的組件編號系指類似的組件。如圖所示，由多臺互相并聯(lián)的逆變器驅(qū)動器INV_1，INV_n所組成的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)系用來驅(qū)動馬達(dá) 106。每臺逆變器驅(qū)動器INV_1，, INV_n接收三相電壓命令(Val% Vbl*, Vcl*), , (Van*, Vbn*, Vcn*)。每臺逆變器驅(qū)動器INV_1，, INV_n均包含一脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器 401，以及一開關(guān)裝置400，連接至脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器401。開關(guān)裝置400根據(jù)脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器401輸出的占空比信號(Tal*, Tbl*, Tcl*)，, (Tan*, Tbn*, Tcn*)來進(jìn)行切換，藉此將三相電壓命令(Val% Vbl*, Vcl*), , (Van*, Vbn*, Vcn*)轉(zhuǎn)換成一交流電壓與交流電流以驅(qū)動馬達(dá)106。每臺逆變器驅(qū)動器INV_1，, INV_n均包含一控制指標(biāo)計算器(Control Index Calculator,CIC)404,其用來接收本地逆變器驅(qū)動器的反饋電流,并且收集其他逆變器驅(qū)動器的三相電流的信息，從而將包含本地逆變器驅(qū)動器的所有逆變器驅(qū)動器的三相電流加總起來?？刂浦笜?biāo)計算器404根據(jù)本地逆變器驅(qū)動器的反饋電流以及所計算出的加總電流，而視設(shè)計的需求來產(chǎn)生三相指標(biāo)(Kal，Kbl, Kcl), , (Kan, Kbn, KJ。 此外，每臺逆變器驅(qū)動器INV_1，, 1奶^_11均包含一控制器406，用以接收三相指標(biāo)(Kal， Kbl，Kcl)，· · ·，(Kan, Kbn, KJ 以及三相電壓命令(Val*，Vbl*, Vcl*)，· · ·，(Van*, Vbn*, Vcn*)，在三相各產(chǎn)生與環(huán)流及/或零序電流相關(guān)的電壓注入量(亦即零序電壓)(Vual，Vubl, Vucl)，...，(Vuan, Vubn, Vum),并且以前饋(feedforward)而非反饋(feedback)的組態(tài)來修正三相電壓命令(V，VbA V)，…，(Van*, Vbn*, Vcn*)。在本較佳實施例中，控制器406為一非平衡零序注入產(chǎn)生器(Unbalanced Zero-Sequence Injection Generator, UZSIG)。三相電壓命令 (Val*, Vbl*, Vcl*), , (Van*, Vbn*, Vcn*)的修正經(jīng)由加法器410將原始的三相電壓命令(Val% Vbl% Vcl*)，· · ·，(Van*, Vbn*, Vcn*)與電壓注入量(Vual，Vubl, Vucl)，· · ·，(Vuan, Vubn, Vucn)相加而成。修正后的三相電壓命令(Val*，，Vbl*，，Vcl*，)，···，(V:，Vb:，，Vc:，)傳送至脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器401，其將修正后的三相電壓命令(Val*，，Vbl*’，V，)，···，(V:，Vb:，， Vm*’)與三角載波(triangular carrier wave)互相比較，以產(chǎn)生控制開關(guān)組件400的切換的占空比信號(Tal% Tbl*, Tcl*)，…，(Tan*, Tbn*, Tcn*)。每臺逆變器驅(qū)動器 INV_1，, INV_n 本身的反饋電流可通過逆變器驅(qū)動器本身的電流傳感器來測量，而總和電流可通過各臺驅(qū)動器間的通信來獲得，無需額外的電流傳感器。
在本實施例中，控制指標(biāo)計算器404可依照欲抑制的目標(biāo)，例如環(huán)流或(/及)零序電流大小來計算三相指標(biāo)(Kal，Kbl, Kcl)，. . .，(Kan, Kbn, KJ。三相電壓命令的修正可依照操作模式的需求以正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)、空間向量脈沖寬度調(diào)制(SVPWM)或數(shù)字脈沖寬度調(diào)制(DPWM)等以脈沖寬度調(diào)制為基礎(chǔ)(PWM-based)的操作模式改變電壓注入量。因此，在本實施例中，控制器406可以根據(jù)操作模式的不同產(chǎn)生不同的命令，并搭配脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器401而替換為正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)控制器、空間向量脈沖寬度調(diào)制 (SVPWM)控制器或數(shù)字脈沖寬度調(diào)制(DPWM)控制器。利用脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器401 將修正后的電壓命令轉(zhuǎn)換成實際輸入的操作，將不受脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器401中的微控制器單元(MCU，圖中未顯示)功能的限制。亦即，脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器401中的微控制器單元無須支持動態(tài)調(diào)整開關(guān)裝置400的占空比信號的功能。
值得一提的是，本發(fā)明是以前饋的組態(tài)將控制器406所產(chǎn)生的零序電壓(Vual，Vubl， Vucl)，· · ·，(vuan, Vubn, Vucn)加入原始的三相電壓命令(Val*，Vbl*, Vcl*)，· · ·，(Van*, Vbn*, Vcn*) 中，以完成零序電壓注入(Zero-sequence voltage injection),藉此修正三相電壓命令。 此種技術(shù)與V. Blasko在1997年提出的以三角載波比較的方式實現(xiàn)空間向量脈沖寬度調(diào)制 (SVPWM)的方式類似。詳見 V. Blasko, “Analysis of a Hybrid PWM Based on Modified Space-Vector and Triangle-Comparison Methods (以修正空間向量與三角載波比較的方法為基礎(chǔ)的混合脈沖寬度調(diào)制的分析)，” IEEE工業(yè)應(yīng)用匯刊(IEEE Trans.1ndustry Applications),第33卷，第3期,756-764頁，1997年。然而，本發(fā)明的環(huán)流抑制寄予與 Blasko在這篇文獻(xiàn)中所揭示的技術(shù)的不同處在于(1)在Blasko在這篇文獻(xiàn)中所揭示的技術(shù)中，三相電壓命令的電壓注入量僅由電壓命令決定；(2)在Blasko在這篇文獻(xiàn)中所揭示的技術(shù)中，所得到的三相電壓命令的電壓注入量均相等。為了通過零序注入的方式達(dá)成環(huán)流及/或零序電流抑制，本發(fā)明搭配電流反饋的組態(tài)來計算出三相指針，并依控制模式的需求根據(jù)三相指標(biāo)個別計算出三相命令電壓的電壓注入量。因此，本發(fā)明的環(huán)流抑制技術(shù)與Blasko在這篇文獻(xiàn)中所揭示的技術(shù)會得出完全不同的結(jié)果。
本發(fā)明的較佳實施例的另一態(tài)樣為并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的環(huán)流抑制方法，其利用圖4的環(huán)流抑制系統(tǒng)來完成。本發(fā)明的環(huán)流抑制方法的操作步驟如下。首先，控制指標(biāo)計算器404會收集所需的電流信息，包含每臺逆變器驅(qū)動器本身的電流與總和電流，并依欲得到的目標(biāo)環(huán)流量及/或目標(biāo)零序電流量的需求，來計算出三相指標(biāo)(KanKbl,!^),. . . , (Kan,Kbn, KJ。接著，控制器406會以三相指標(biāo)(Kal，Kbl，Kcl)，…，(Kan, Kbn, KJ配合三相電壓命令(Val% Vbl*, Vcl*)，. . .，(Van*, Vbn*, Vj)，依操作模式的需求產(chǎn)生與環(huán)流及/或零序電流相關(guān)的電壓注入量(Vual，Vubl, Vucl), , (Vuan, Vubn, Vucn)。接著，系統(tǒng)會以前饋的組態(tài)來修正三相電壓命令。接著，脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器401會將修正后的三相電壓命令(V/’， Vb廣，VcI^ )，···，(V:，Vb廣，V:)與三角載波互相比較，以產(chǎn)生用來控制開關(guān)組件400 的切換的占空比信號(Tal% Tbl*, Tcl*)，…，(Tan*, Tbn*, O，藉此控制馬達(dá)106運(yùn)轉(zhuǎn)。
請參見圖5、圖6A、圖6B與圖7，其中圖5顯示沒有應(yīng)用環(huán)流抑制裝置的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的仿真結(jié)果，而圖6A、圖6B與圖7顯示應(yīng)用本發(fā)明的環(huán)流抑制裝置的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的仿真結(jié)果。在這個例子中，并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)系由三臺逆變器驅(qū)動器并聯(lián)組成，且逆變器驅(qū)動器皆是在空間向量脈沖寬度調(diào)制(SVPWM)模式下運(yùn)作。每臺逆變器驅(qū)動器外接了九個電抗器(reactor),其電抗值(reactance)均為O. 001H,且每臺逆變器驅(qū)動器的操作頻率為60Hz。逆變器驅(qū)動器之間所接受到的電壓命令相位差為2. 5度與5度，且三角載波的相位差分別為10度與20度。第一臺逆變器驅(qū)動器INV_1于O.1秒開啟，第二臺逆變器驅(qū)動器INV_2于O. 2秒開啟，而第三臺逆變器驅(qū)動器INV_3于O. 4秒開啟。圖5僅顯示逆變驅(qū)動系統(tǒng)的其中一相的輸出結(jié)果，其中第一張圖為并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的a相電流，三臺單獨(dú)的a相電流(Ial，Ia2，Ia3)與三臺的a相總和電流(Ia);第二張圖為馬達(dá)106的轉(zhuǎn)速輸出；第三張圖為逆變驅(qū)動系統(tǒng)的環(huán)流量；第四張圖為逆變驅(qū)動系統(tǒng)的零序電流量。 由圖5可知，在未實施環(huán)流(零序電流)抑制控制下，逆變器驅(qū)動器的三相電流并未穩(wěn)定， 且環(huán)流量與零序電流量無法受到抑制而持續(xù)上升。由于三臺逆變器驅(qū)動器為并聯(lián)連接，因此三臺逆變器驅(qū)動器都呈現(xiàn)出相同的混亂結(jié)果。然而，為了簡化說明起見，另外兩相的仿真結(jié)果并未顯示。
請參見圖6A、圖6B與圖7。圖6A顯示應(yīng)用本發(fā)明的環(huán)流抑制裝置于并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)后0-1. 5秒的模擬結(jié)果，圖6B顯示應(yīng)用本發(fā)明的環(huán)流抑制裝置于并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)后1. 3-1. 5秒的模擬結(jié)果，而圖7顯示應(yīng)用本發(fā)明的環(huán)流抑制裝置于并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)后 ，電壓命令的波形圖。需注意的是圖6A、圖6B與圖7的模擬結(jié)果和圖5的模擬結(jié)果都是在同樣的操作條件下測試出來。如圖5 —般，圖6A與圖6B的第一張圖為逆變器驅(qū)動器的a相電流(Ial，Ia2，Ia3)與總和電流(Ia);第二張圖為馬達(dá)106的轉(zhuǎn)速輸出；第三張圖為逆變驅(qū)動系統(tǒng)的環(huán)流量；第四張圖為逆變驅(qū)動系統(tǒng)的零序電流量。如圖6A與圖6B所示,三臺逆變器驅(qū)動器的a相電流會平均分配總和電流。逆變驅(qū)動系統(tǒng)的環(huán)流量與零序電流量與圖5所示的未受到控制的環(huán)流量與零序電流量互相比較可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用本發(fā)明的環(huán)流抑制裝置于并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)后，逆變驅(qū)動系統(tǒng)的環(huán)流量與零序電流量明顯被抑制。圖7所示的電壓命令經(jīng)由控制器406修正，且逆變器驅(qū)動器以空間向量脈沖寬度調(diào)制(SVPWM)模式下操作。在這個例子中，以第一臺逆變器驅(qū)動器INV_1為主要(master)逆變器驅(qū)動器， 僅調(diào)整其他兩臺逆變器驅(qū)動器INV_2與INV_3作為從屬(slave)逆變器驅(qū)動器，且其控制命令跟隨主要逆變器驅(qū)動器INV_1。在此需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明并未限制逆變器驅(qū)動器的操作方式。若每一臺逆變器驅(qū)動器的操作方式都要相同以簡化模式設(shè)定，亦可以三臺逆變器驅(qū)動器一起施以本發(fā)明的控制方法。由圖7可知，主要逆變器驅(qū)動器INV_1的控制命令僅由控制器406在空間向量脈沖寬度調(diào)制(SVPWM)的模式下提供注入調(diào)整，而其他兩臺從屬逆變器驅(qū)動器INV_2與INV_3除了 SVPWM的在空間向量脈沖寬度調(diào)制(SVPWM)的模式下提供注入調(diào)整外，尚需要依據(jù)控制指標(biāo)計算器404所產(chǎn)生的三相指針實時調(diào)整電壓命令，以 達(dá)成環(huán)流及/或零序電流的抑制。
綜合以上所述，本發(fā)明的環(huán)流抑制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下
1.本發(fā)明不采用現(xiàn)行的反饋控制組態(tài)來修正電壓命令，而是采用采非平衡零序注 入的方式產(chǎn)生零序電壓(電壓注入量)，并且采用前饋控制組態(tài)來修正電壓命令，因而可同 時達(dá)成環(huán)流以及零序電流的抑制。
2.在采用本發(fā)明的環(huán)流抑制技術(shù)的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)中，脈沖寬度調(diào)制(PWM) 控制器401中的微控制器單元不需要支持動態(tài)調(diào)整占空比信號的功能，使得并聯(lián)式逆變驅(qū) 動系統(tǒng)的硬件搭配變得靈活且有利于成本控制。
3.本發(fā)明的環(huán)流抑制技術(shù)可推展至由三臺以上的逆變器驅(qū)動器組成的并聯(lián)式逆 變驅(qū)動系統(tǒng)。
4.本發(fā)明的環(huán)流抑制技術(shù)允許逆變器驅(qū)動器依照需求調(diào)整操作模式，如正弦脈沖 寬度調(diào)制(SPWM)模式、空間向量脈沖寬度調(diào)制(SVPWM)模式、數(shù)字脈沖寬度調(diào)制(DPWM)模 式，使得逆變器驅(qū)動器的操作更加靈活。
5.將本發(fā)明的環(huán)流抑制技術(shù)應(yīng)用于并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)后，每臺逆變器驅(qū)動器的 容量在經(jīng)過適當(dāng)?shù)男拚蟛⒉恍枰嗤?br> 6.本發(fā)明的環(huán)流抑制技術(shù)對于并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的瞬時性能的影響非常微小。
本發(fā)明得由本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫權(quán)利要求所 欲保護(hù)者。
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)，用以驅(qū)動一馬達(dá)，其包含 多個逆變器驅(qū)動器，其互相并聯(lián)連接，每個逆變器驅(qū)動器包含 一開關(guān)裝置； 一脈沖寬度調(diào)制控制器，連接至該開關(guān)裝置，該脈沖寬度調(diào)制控制器根據(jù)一占空比信號來控制該開關(guān)裝置的切換；以及 一環(huán)流抑制裝置，連接于該開關(guān)裝置的輸出端與脈沖寬度調(diào)制控制器的輸入端之間，用以收集每臺逆變器驅(qū)動器的電流與總和電流相關(guān)的電流信息，并且根據(jù)所收集到的電流信息與所欲達(dá)成的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的環(huán)流量及/或零序電流量，產(chǎn)生一指標(biāo)，并且根據(jù)該指標(biāo)與該逆變器驅(qū)動器的三相電壓命令以及該逆變器驅(qū)動器的操作模式，在三相各產(chǎn)生一零序電壓以便注入該相電壓命令中，藉此修正該相電壓命令； 其中該脈沖寬度調(diào)制控制器根據(jù)三相的修正電壓命令產(chǎn)生該占空比信號。
2.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，該環(huán)流抑制裝置包含 一控制指標(biāo)計算器，用以收集每臺逆變器驅(qū)動器的電流與總和電流相關(guān)的電流信息，并且根據(jù)所收集到的電流信息與所欲達(dá)成的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的環(huán)流量及/或零序電流量，產(chǎn)生該指標(biāo)； 一控制器，連接至該控制指標(biāo)計算器的輸出端，用以根據(jù)該指標(biāo)與該逆變器驅(qū)動器的三相電壓命令以及該逆變器驅(qū)動器的操作模式，在三相各產(chǎn)生該零序電壓；以及一加法器，用以將零序電壓注入該相電壓命令中，藉此修正該相電壓命令。
3.如權(quán)利要求2所述的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，該控制器與該加法器以一前饋組態(tài)來將該零序電壓注入該相電壓命令中。
4.如權(quán)利要求2所述的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，該控制器為一非平衡零序注入產(chǎn)生器。
5.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，該脈沖寬度調(diào)制控制器為一正弦脈沖寬度調(diào)制控制器、一空間向量脈沖寬度調(diào)制控制器，或一數(shù)字脈沖寬度調(diào)制控制器。
6.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，該脈沖寬度調(diào)制控制器設(shè)定為將修正后的該相電壓命令與一三角載波互相比較來產(chǎn)生該占空比信號。
7.一種抑制一并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)中的環(huán)流的方法，其特征在于，該并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)系由多個逆變器驅(qū)動器并聯(lián)而成，以驅(qū)動一馬達(dá)，該方法包含下列步驟 收集所需的電流信息，包含每臺逆變器驅(qū)動器本身的電流與總和電流； 依據(jù)所收集到的電流信息，配合所想到達(dá)到的該并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的目標(biāo)環(huán)流量及/或目標(biāo)零序電流量的需求，計算出一指標(biāo)值； 以該指針值配合一電壓命令，并且依據(jù)操作模式的需求，產(chǎn)生與該并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的環(huán)流及/或零序電流相關(guān)的一電壓注入量； 以該電壓注入量來修正三相電壓命令；以及 根據(jù)修正后的相電壓命令來產(chǎn)生用來控制該逆變器驅(qū)動器的切換的占空比信號，以控制該馬達(dá)并藉此抑制該并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的環(huán)流及/或零序電流。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，根據(jù)修正后的相電壓命令來產(chǎn)生用來控制該逆變器驅(qū)動器的切換的占空比信號的步驟，由一脈沖寬度調(diào)制控制器所完成。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，以該電壓注入量來修正三相電壓命令的步驟，以前饋的組態(tài)來達(dá)成。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，根據(jù)修正后的三相電壓命令來產(chǎn)生用來控制該逆變器驅(qū)動器的切換的占空比信號的步驟，為將該修正后的相電壓命令與一三角載波互相比較來達(dá)成。
11.一種環(huán)流抑制裝置，用以抑制一并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)中的環(huán)流及/或零序電流，其中該并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)由多個逆變器驅(qū)動器并聯(lián)而成，以驅(qū)動一馬達(dá)，該環(huán)流抑制裝置包含 一控制指標(biāo)計算器，用以收集每臺逆變器驅(qū)動器的電流與總和電流相關(guān)的電流信息，并且根據(jù)所收集到的電流信息與所欲達(dá)成的并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)的環(huán)流量及/或零序電流量，產(chǎn)生一指標(biāo)； 一控制器，連接至該控制指標(biāo)計算器的輸出端，用以根據(jù)該指標(biāo)與該逆變器驅(qū)動器的電壓命令以及該逆變器驅(qū)動器的操作模式，產(chǎn)生一零序電壓；以及 一加法器，用以將零序電壓注入三相電壓命令中，藉此修正該三相電壓命令； 其中該加法器所輸出的修正的相電壓命令由該逆變器驅(qū)動器轉(zhuǎn)換成一占空比信號，該占空比信號用以控制該逆變器驅(qū)動器的電壓輸出與電流輸出，藉此抑制該并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)中的環(huán)流及/或零序電流。
全文摘要
本發(fā)明提出一種并聯(lián)式逆變驅(qū)動系統(tǒng)及其環(huán)流抑制裝置與方法。該逆變驅(qū)動系統(tǒng)包含多個相互并聯(lián)的逆變器驅(qū)動器，每個該驅(qū)動器包含一開關(guān)裝置；一脈沖寬度調(diào)制控制器根據(jù)一占空比信號來控制其所連接的開關(guān)裝置切換；以及一環(huán)流抑制裝置，連接于開關(guān)裝置的輸出端與該調(diào)制控制器輸入端之間，以收集每臺該驅(qū)動器的反饋相電流與總和電流相關(guān)的電流信息，并根據(jù)電流信息與所欲達(dá)成的該驅(qū)動系統(tǒng)的環(huán)流量及/或零序電流量，產(chǎn)生一指標(biāo)，且根據(jù)該指標(biāo)與該驅(qū)動器的電壓命令以及該驅(qū)動器的操作模式，在三相各產(chǎn)生一零序電壓以便以前饋的組態(tài)注入相電壓命令中，藉此修正相電壓命令。該調(diào)制控制器根據(jù)該抑制裝置輸出的修正的相電壓命令產(chǎn)生占空比信號。
文檔編號H02M5/293GK103001581SQ201110275998
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
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