[发明专利]电能转换装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明系关于一种转换装置及其控制方法，特别关于一种电能转换装置及其控制方法。

背景技术

近年来，由于环保意识的抬头和石化能源（例如石油、煤）的逐渐枯竭，让世界各国察觉到新型能源开发的重要性。由于风力是取之不尽、用之不竭的能源，除了没有能源耗尽的疑虑之外，也可以避免能源被垄断的问题。因此，世界各国也积极地发展风力发电系统，期望由增加风力的利用来减低对石化能源的依赖。

风力发电系统需藉由一电能转换设备将风力发电机（简称风机）所产生的电能加以转换，除了可将转换后的电能储存或供给负载使用外，也可将其并入供电电网。其中，习知的电能转换设备大致可分为被动式架构与主动式架构。

被动式架构系利用一被动式全桥整流器将风机输出的三相电源转换为单相电源，再透过一电感器与一开关的作动来达到能量转换的目的。由于只使用单一开关切换就可达到能量的转换，故设备的能源损耗极小，当用于低风速或小功率风机时，其转换效率相当高。然而，被动式架构无法主动控制及调整功率因素（power factor），且随着功率与电流的增加，其损耗也等比例上升，当使用于中、高风速或大功率的风机时，转换时的功率损耗相当高。

主动式架构系利用六个主动开关与三个电感器，并透过设置于发电机上的转子位置侦测器（例如编码器）取得瞬时转速，用以达到瞬时转速控制，进而使电能转换装置可完成电能的转换。由于主动式架构可跟随风机输出的三相交流电源同步变化，且可达到全功率的能源转换，因此，应用于高风速或大功率的风机时，其转换效率相当高，且其能源损耗却相当低。然而，主动式架构因需同时驱动六个主动开关动作，且需提供设置于发电机的位置侦测器的电源而具有长距离的线路损失，使得其功率损耗远大于被动式系统，如此，对于低风速或低功率的风机而言，并不利于其风能的转换。

因此，如何提供一种电能转换装置及其控制方法，可具有全功率的高效率能量转换，又具有功率损耗较低的优点，已成为重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种可具有全功率的高效率能量转换，又具有功率损耗较低的电能转换装置及其控制方法。

为达上述目的，依据本发明的一种电能转换装置系与一发电装置配合，其中，发电装置输出一第一信号，而电能转换装置系包括一转换感测电路、一控制信号产生电路以及一切换电路。转换感测电路可将第一信号转换为一第二信号，并感测第二信号的至少一电压波形变化，以产生一时间间隔。控制信号产生电路与转换感测电路电性连接，并依据时间间隔输出一控制信号。切换电路分别与发电装置及控制信号产生电路电性连接，并具有复数切换元件，切换电路可接收第一信号，并依据控制信号导通该等切换元件的其中之一，以将第一信号转换并输出一输出信号。其中，转换感测电路系可包含一施密特触发器或其它波形转换元件。另外，时间间隔等于第二信号的电压波形上升缘与下降缘的时间差的三分之一，或者等于第二信号的其中任一电压波形的上升缘与另一电压波形的下降缘的时间差。

再者，控制信号产生电路系可依据时间间隔得到第一信号的频率。另外，控制信号产生电路也依据第一信号于某一区间时，对应的电压峰值的资讯控制切换电路。此外，控制信号产生电路系藉由空间向量脉宽调变技术控制切换电路。

电能转换装置更可包括一第一储能单元及一第二储能单元。其中，第一储能单元分别与发电装置及切换电路电性连接。第一储能单元可依据该等切换元件的导通与截止，分别储存及释放发电装置产生的电能。另外，第二储能单元可与切换电路电性连接，并储存输出信号的电能。

另外，电能转换装置更可包括一煞车能量回收电路，煞车能量回收电路可与切换电路电性连接。其中，煞车能量回收电路可具有一开关单元、一第一储能元件及一第二储能元件，开关单元与第一储能元件的第一端电性连接，第一储能元件的第二端与第二储能元件的第一端电性连接。另外，开关单元具有一第一开关元件与第一储能元件的第一端电性连接。当第一开关元件导通时，第一储能元件储存发电装置煞车的能量。当第一开关元件截止时，第二储能元件储存第一储能元件释放的能量。此外，开关单元更具有一第二开关元件分别与第一开关元件及第一储能元件的第一端电性连接。当第二开关元件导通时，第一储能元件储存第二储能元件释放的能量。当第二开关元件截止时，第一储能元件释放储存的能量到发电装置。