[发明专利]多相发电机的并联式电源转换系统及其操作方法

说明书

本发明公开了一种多相发电机的并联式电源转换系统，对外部驱动的一多相发电机提供功率因数校正控制。该多相发电机的并联式电源转换系统包含一并联式电源转换装置与一控制单元。该并联式电源转换装置包含多个并联连接的电源转换单元，并且接收该多相发电机所产生多个发电机电流与多个发电机电压，以输出一直流电压。该控制单元产生多个控制信号，进而对应控制该些电源转换单元，使得该些发电机电流追随该些发电机电压线性变化，以达到对该多相发电机输出功率的功率因数校正。

技术领域

本发明涉及一种多相发电机的电源转换系统及其操作方法，尤其涉及一种具有功率因数校正功能的多相发电机的并联式电源转换系统及其操作方法。

背景技术

目前市售常见的发电系统控制，其能源转换器大略可分为无源整流(passiverectification)与有源整流(active rectification)两种系统架构。请参阅图1，为现有技术的具无源整流转换器的发电系统的电路示意图。该发电系统具有一无源全桥式整流器10A，该无源全桥式整流器10A电性耦接一永磁发电机(permanent magnet generator,PMG)20A。该无源全桥式整流器10A将该永磁发电机20A所输出的一三相交流电压转换为一单相直流电压，并且再通过一电感元件Lmp与一开关元件Swp作动，达到能量转换的功效。因此，对于具有无源整流器架构的发电系统而言，因为只使用单一驱动开关切换即可达到能量转换，因此该系统能量转换功耗极小，故此，用于小功率发电机或在低风速时整体效率最高，此乃为无源整流系统架构的最大优点。然而，由于无源整流系统架构因为无法主动控制交流功率因数，并且该无源全桥式整流器10A仅能取得三相电压峰值位置的能量，因此，使得该永磁发电机20A输出纹波电流而耦合出的纹波转矩将产生振动与噪音。

请参阅图2，为现有技术的具有有源整流转换器的发电系统的电路示意图。该有源整流系统架构利用电源侧转换器70A的六个有源开关与三个无源电感器，通过装置于发电机60A上的转子位置检测器取得瞬时的转速与不固定的频率与相位，用来达到瞬时转速控制与空间向量脉波宽度调变(space vector pulse width modulation，SVPWM)控制所需与发电机电压的同频同相的频率跟随基本波，使其完成能量转换。该有源整流系统架构所使用的控制器，因为可跟随三相交流电压同步变化转换能源，所以能够达到全电压能源转换。惟，由于有源整流系统因需要同时驱动六个有源开关使得控制复杂度提高，功耗也增大，并且搭配永磁发电机需要精准的参数估测与微调，如此将导致控制器不利于各式各样的永磁发电机能源转换。

值得一提，相较于电网所产生的稳定电源，由于风力和风向的时常变动，因此风力发电属于不稳定的供电来源。再者，要对不稳定性的发电机电源提供功率因数校正的控制，更是相当地困难。

因此，如何设计出一种多相发电机的并联式电源转换系统及其操作方法，兼具低功耗与控制单纯的设计，并且克服以风力做为发电来源的功率因数校正控制的困难，乃为本发明创作人所欲行克服并加以解决的一大课题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种多相发电机的并联式电源转换系统，对外部驱动的一多相发电机提供功率因数校正控制。该多相发电机的并联式电源转换系统包含一并联式电源转换装置与一控制单元。该并联式电源转换装置包含多个并联连接的电源转换单元，并且接收该多相发电机所产生多个发电机电流与多个发电机电压，以输出一直流电压。该控制单元包含一外回路控制与一内回路控制。该外回路控制接收该直流电压与该些发电机电压，以输出至少一电流运算命令。该内回路控制接收该些发电机电流、该电流运算命令以及多个电压运算命令，以产生多个控制信号，进而对应控制该些电源转换单元，使得该些发电机电流追随该些发电机电压线性变化，以达到对该多相发电机输出功率的功率因数校正。