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    • 专利摘要:
    本發明揭露一種中壓變頻驅動系統與其總諧波失真補償控制方法，其中，中壓變頻驅動系統包含一總諧波失真補償單元，總諧波失真補償單元用以對電網側相電流之無功分量參考值進行最佳化調整，藉此，降低電網側相電流之諧波成份并維持中壓變頻驅動系統其三相切換式整流模組之功率因數。
    公开号:TW201315110A
    申请号:TW100143834
    申请日:2011-11-29
    公开日:2013-04-01
    发明作者:Wei Chen；Bo-Yu Pu；Yi Zhang
    申请人:Delta Electronics Shanghai Co；
    IPC主号:H02J3-00
    专利说明:
    中壓變頻驅動系統與總諧波失真補償控制方法
    本揭示內容是有關於一種整流模組，且特別是有關於一種適用於具有電流單向性的三相切換式整流模組之失真補償控制方法。
    在電動機械或感應馬達的控制當中，馬達的速度調節是一個重要的課題，習知的電動機械中采用之傳統直流調速技術，因硬體體積大且故障率高而使其應用受限。變頻器(Variable-frequency Drive, VFD)，是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源的頻率和幅度的方式來控制交流電動機的電力傳動元件。變頻器的作用是改變感應馬達之交流供電的頻率和振幅，因而改變其運動磁場的周期，達到平滑控制感應馬達轉速的目的。變頻器的出現，使得複雜的調速控制簡單化，用變頻器配合交流式感應電動機組合替代了大部分原先只能用直流電機完成的工作，使得電路系統得以縮小體積幷降低維修率。其中，中壓變頻調速系統，目前應用廣泛，在大型風機、水泵、牽引、傳動等方面都具有廣闊的前景。中壓變頻調速系統需要具備以下幾個主要功能：安全、快速、寬範圍地變頻調速；良好的網側功率因數；良好的輸入輸出電流諧波等。同時，由於中壓(係指介於1kV~35kV的電壓，常見應用以6kV爲例)系統中，對於開關元件耐壓的要求很高，此目前最常見的中壓變頻調速系統主要采用多層級的級聯型(cascade)方案。多級變壓器可將三相電網(一次側)較高的輸入電壓變換爲二次側的較低的工作電壓，二次側的每個繞線組分別耦接單獨的功率單元。個別的功率單元針對較低的工作電壓完成整流與逆變的工作，實現變頻調速功能。透過上述多級變壓器的設置，可解决功率單元無法耐高壓的問題，又可解决一次側的電流諧波問題。然而，上述習知的中壓變頻調速系統所設置的多級變壓器，其體積和重量龐大，所需成本高，且設計複雜。因此如何采用其他調速系統結構，在獲得同樣性能的同時可省略變壓器的設置，成爲重點的研究方向。目前産業已提出一種三相切換式整流模組，實際電路應用中，三相切換式整流模組可以是一種維也納式(Vienna)整流模組，其為一種多電平整流裝置。相對一般三電平脈寬調變(pulse-width modulation, PWM)整流器，三相切換式整流模組除了同樣具有良好的功率因數校正功能和直流電壓控制能力外，還具有結構簡單，開關器件少，無橋臂直通風險，可靠性高等特點。對於要求體積小，成本低而無能量回饋需求的場合非常適用。然而，習知的三相切換式整流模組存在有失控區的問題須要解決。請參閱第11圖與第12圖，第11圖繪示接入三相電網的三相切換式整流模組的簡化示意圖，第12圖繪示第11圖中三相切換式整流模組的相位關係。於習知的三相切換式整流模組中具有電網側相電壓us以及整流器交流側相電壓ur，兩相電壓(us與ur)之間由電抗器Ls連接。由於相電流在電抗器Ls上的壓降影響，當電網側相電流is與電網側相電壓us同相時，其相位關係如第12圖所示，電網側相電流is必然會超前整流器交流側相電壓ur一定的相位角差Δθ。而在此相位角差Δθ的範圍內，整流器交流側相電壓ur不能被控制器完全控制，而主要取决於相電流方向，直到控制器控制輸出的交流側相電壓換向至與相電流同向。因此，相位角差Δθ的區域可認爲是整流器的失控區，此區域內的整流器交流側電壓會發生畸變，這種畸變會導致習知的三相切換式整流模組的交流側電壓具有很大的低次諧波，進而影響網側電流諧波。尤其針對中高壓或大功率場合，受器件特性影響，開關頻率較低，這種失控區帶來的諧波影響更加嚴重，導致整流器的總諧波畸變率上升。
    因此，為解決上述提到的失控區問題，並維持較好的整流模組的功率因數，本揭示內容提出下列解决方案，其揭露一種中壓變頻驅動系統及其三相切換式整流模組，此外，更揭露了用於上述三相切換式整流模組的總諧波失真補償控制方法。相較傳統的三電平脈寬調變(pulse-width modulation, PWM)整流器，本揭露文件實施例中所提出的三相切換式整流模組的電路結構，其開關元件可减少一半，以功率二極體取而代之。此外，流經三相切換式整流模組中的整流器交流側相電流與整流器交流側相電壓的基波分量之間可能存在一定相位角差(Δθ)的失控區，此時在三相切換式整流模組中，整流器交流側相電壓波形可能産生較大的畸變，這種畸變會導致三相切換式整流模組的整流器交流側相電壓具有很大的低次諧波。本發明提出的總諧波失真補償控制方法主要針對三相切換式整流模組在失控區內對電網電流低次諧波的影響，提出相對應的解决方案。本揭示內容之一態樣在於提供一種總諧波失真補償控制方法，用於一三相切換式整流模組，其中所述三相切換式整流模組與一三相電網耦接，用以將所述三相電網上一交流電壓輸入轉換為一直流電壓，所述總諧波失真補償控制方法包含下列步驟：對流入所述三相切換式整流模組之一電網側相電流進行諧波檢測；當所述電網側相電流之一諧波成份未達一預定諧波值時，停止調節所述電網側相電流之一無功分量參考值，以形成一無功分量最終參考值，當所述電網側相電流之一諧波成份超過所述預定諧波值時，進一步判斷所述三相切換式整流模組之一整流器交流側相電流的基波分量與一整流器交流側相電壓的基波分量之間的相位角差；當所述相位角差爲一預定相位角差值時，停止調節所述無功分量參考值，當所述相位角差幷非所述預定相位角差值時，進一步判斷所述三相切換式整流模組之一功率因數；以及，當所述功率因數未達一預定功率因數值時，停止調節所述無功分量參考值，當所述功率因數超過所述預定功率因數值時，調整所述無功分量參考值，以改變所述無功分量最終參考值。根據本發明揭示內容，總諧波失真補償控制方法進一步包含：將所述電網側相電流之一無功分量與所述無功分量最終參考值比較；以及，根據上述比較結果調整所述三相切換式整流模組，直到所述電網側相電流之所述無功分量趨近所述無功分量最終參考值。根據本揭示內容之一實施例，其中所述預定諧波值為一預先設定值或一在線尋優之最佳值。根據本揭示內容之一實施例，其中所述預定相位角差值為零、一預先設定之非零值或一在線尋優之最佳值。根據本揭示內容之一實施例，總諧波失真補償控制方法進一步包含：一種在綫尋優的總諧波失真補償控制方法，即在一功率因數允許範圍內，采用各種不同的所述無功分量參考值對所述三相切換式整流模組進行調整，幷在不同的所述無功分量參考值下分別進行諧波檢測得到多個諧波成份與相對應的多個相位角差；以及，由上述多個諧波成份與相對應的多個相位角差中，選出一最佳諧波成份值與相對應之一最佳相位角差值。於此實施例中，所述最佳諧波成份值被套用作為所述預定諧波值，以判斷所述電網側相電流之所述諧波成份是否超過所述預定諧波值，而所述最佳相位角差值被套用作為所述預定相位角差值，以判斷所述整流器交流側相電流的基波分量與所述整流器交流側相電壓的基波分量之間的所述相位角差是否為所述預定相位角差值。於實際應用中，前述相位角差可採用於整流器交流側相電流與整流器交流側相電壓其兩基波分量之間的相位角差，於另一實施例中，前述相位角差亦可為中壓變頻驅動系統之中其他任意兩個電流或電壓分量之間的相位關係。本揭示內容之一態樣在於提供一種總諧波失真補償控制方法，用於一中壓變頻驅動系統，所述中壓變頻驅動系統包含一三相切換式整流模組、一三相電網、一控制器和一總諧波失真補償單元，其中所述三相切換式整流模組與所述三相電網耦接，所述控制器與所述三相切換式整流模組耦接，所述總諧波失真補償單元與所述控制器耦接，所述總諧波失真補償控制方法包含：向所述總諧波失真補償單元輸入一無功分量初始參考值，所述總諧波失真補償單元對所述無功分量初始參考值進行調整以産生一無功分量最終參考值；以及，通過所述控制器根據所述總諧波失真補償單元産生的所述無功分量最終參考值控制所述三相切換式整流模組中每一單相整流電路，藉此調整所述三相切換式整流模組中的一相位角差，其中所述相位角差係存在於所述三相切換式整流模組中每一單相整流電路之一整流器交流側相電流的基波分量與一整流器交流側相電壓的基波分量之間，進而調節對應所述三相電網之一功率因數以及消除對應所述三相電網之一電流總諧波畸變率。根據本揭示內容之一實施例，所述三相切換式整流模組包含三組單相整流電路，所述三組單相整流電路爲三電平整流電路，分別由所述三相電網接收一單相電壓輸入，所述三組單相整流電路彼此幷聯，且所述三組單相整流電路均耦接至一第一輸出端、一中點以及一第二輸出端，所述三相切換式整流模組係用以調節所述功率因數以及消除所述電流總諧波畸變率。根據本揭示內容之一實施例，其中所述三組單相整流電路的電壓輸入端與三相電網之間分別接有一電感，每一組單相整流電路包含至少兩個二極體，其中一個二極體爲換流二極體，所述換流二極體用以確保電流的單向性，所述另一二極體爲非換流二極體。根據本揭示內容之一實施例，其中所述三組單相整流電路中，所述換流二極體工作於開關頻率，所述換流二極體採用快速恢復二極體。根據本揭示內容之一實施例，其中所述無功分量最終參考值是在當通過所述三相切換式整流模組之所述整流器交流端相電流與所述整流器交流端相電壓爲同向的情况下進行離綫計算，藉由計算流入所述三相切換式整流模組的一電網側相電流與一電網側相電壓的相位關係得到。根據本揭示內容之一實施例，其中所述無功分量最終參考值是透過離綫計算所得的一組無功分量參考值，幷實時根據所述三相電網之工作電壓或工作負載電流藉由查表取得相應數值。根據本揭示內容之一實施例，其中所述總諧波失真補償單元產生的所述無功分量最終參考值通過所述控制器進而控制所述三相切換式整流模組中每一單相整流電路中的開關元件的開關狀態，進而調節對應所述三相電網之所述功率因數以及消除對應所述三相電網之所述電流總諧波畸變率。根據本揭示內容之一實施例，其中總諧波失真補償單元對所述無功分量初始參考值進行調整幷産生所述無功分量最終參考值的步驟，更包含：對流入所述三相切換式整流模組之一電網側相電流進行諧波檢測；以及，當所述電網側相電流之一諧波成份未達一預定諧波值時，停止調節所述電網側相電流之一無功分量參考值，以形成所述無功分量最終參考值。根據本揭示內容之一實施例，其中總諧波失真補償單元對所述無功分量初始參考值進行調整幷産生所述無功分量最終參考值的步驟，進一步包含：當所述電網側相電流之一諧波成份超過所述預定諧波值時，進一步判斷所述三相切換式整流模組中每一單相整流電路之所述整流器交流端相電流的基波分量與所述整流器交流端相電壓的基波分量之間的所述相位角差；以及，當所述相位角差爲一預定相位角差值時，停止調節所述無功分量參考值，以形成所述無功分量最終參考值。根據本揭示內容之一實施例，總諧波失真補償控制方法進一步包含：當所述相位角差並非所述預定相位角差值時，進一步判斷所述三相切換式整流模組之一功率因數；以及當所述功率因數低於所述預定功率因數時，停止調節所述無功分量參考值，以形成所述無功分量最終參考值。根據本揭示內容之一實施例，當所述功率因數高於所述預定功率因數值時，調整所述無功分量參考值，以改變所述無功分量最終參考值。根據本揭示內容之一實施例，總諧波失真補償控制方法進一步包含：將所述電網側相電流之一無功分量與調整後的所述無功分量最終參考值比較；以及，根據上述比較結果調整所述三相切換式整流模組，直到所述電網側相電流之所述無功分量趨近所述無功分量最終參考值。根據本揭示內容之一實施例，其中所述預定諧波值為一預先設定值或一在線尋優之最佳值。根據本揭示內容之一實施例，其中所述預定相位角差值為零、一預先設定之非零值或一在線尋優之最佳值。根據本揭示內容之一實施例，在一功率因數允許範圍內，采用各種不同的所述無功分量參考值對所述三相切換式整流模組進行調整，幷在不同的所述無功分量參考值下分別進行諧波檢測得到多個諧波成份與相對應的多個相位角差；以及由上述多個諧波成份與相對應的多個相位角差中，選出一最佳諧波成份值與相對應之一最佳相位角差值。根據本揭示內容之一實施例，其中所述最佳諧波成份值被套用作爲所述預定諧波值，以判斷所述電網側相電流之所述諧波成份是否超過所述預定諧波值，而所述最佳相位角差值被套用作爲所述預定相位角差值，以判斷所述整流器交流端相電流的基波分量與所述整流器交流端相電壓的基波分量之間的所述相位角差是否為所述預定相位角差值。本揭示內容之一態樣在於提供一種中壓變頻驅動系統，其與一三相電網耦接幷用以驅動一感應電動機，所述中壓變頻驅動系統包含三相切換式整流模組、控制器以及總諧波失真補償單元。三相切換式整流模組與所述三相電網耦接，用以將所述三相電網上一交流電壓輸入轉換為一直流電壓。控制器與所述三相切換式整流模組耦接，所述控制器將由所述三相電網采樣得到的一電網側相電流之一無功分量與一無功分量最終參考值比較，藉此，所述控制器根據比較結果控制所述三相切換式整流模組，直到所述無功分量趨近所述無功分量最終參考值。所述總諧波失真補償單元用以對所述無功分量參考值進行一最佳化調整，藉此，在保證功率因數的情况下，降低所述電網側相電流之一諧波成份。根據本揭示內容之一實施例，其中所述總諧波失真補償單元對流入所述三相切換式整流模組之一電網側相電流進行諧波檢測，當所述電網側相電流之一諧波成份未達一預定諧波值時，停止調節所述電網側相電流之一無功分量參考值，以形成所述無功分量最終參考值，當所述電網側相電流之一諧波成份超過所述預定諧波值時，進一步判斷所述三相切換式整流模組中每一單相整流電路之一整流器交流端相電流的基波分量與一整流器交流端相電壓的基波分量之間的一相位角差，當所述相位角差爲一預定相位角差值時，停止調節所述無功分量參考值，以形成所述無功分量最終參考值，當所述相位角差幷非所述預定相位角差值時，進一步判斷所述三相切換式整流模組之一功率因數，當所述功率因數未達一預定功率因數值時，停止調節所述無功分量參考值，以形成所述無功分量最終參考值，當所述功率因數超過所述預定功率因數值時，調整所述無功分量參考值，以改變所述無功分量最終參考值。根據本揭示內容之一實施例，其中所述控制器將所述電網側相電流之一無功分量與所述無功分量最終參考值比較，幷根據上述比較結果調整所述三相切換式整流模組，直到所述電網側相電流之所述無功分量趨近所述無功分量最終參考值。根據本揭示內容之一實施例，其中所述三相切換式整流模組與所述三相電網的每一單相輸入路徑上耦接有一濾波單元，每一所述濾波單元包含串聯的一第一電抗與一第二電抗以及一電容器。根據本揭示內容之一實施例，所述總諧波失真補償單元在一功率因數允許範圍內，采用各種不同的所述無功分量參考值對所述三相切換式整流模組進行調整，幷在不同的所述無功分量參考值下分別進行諧波檢測得到多個諧波成份與相對應的多個相位角差，幷由上述多個諧波成份與相對應的多個相位角差中，選出以在綫尋優産生的一最佳諧波成份值與相對應之一最佳相位角差值。根據本揭示內容之一實施例，其中以在綫尋優産生的所述最佳諧波成份值被套用作爲所述預定諧波值，所述總諧波失真補償單元藉以判斷所述電網側相電流之所述諧波成份是否超過所述預定諧波值，而所述最佳相位角差值被套用作爲所述預定相位角差值，所述總諧波失真補償單元藉以判斷所述整流器交流端相電流的基波分量與所述整流器交流端相電壓的基波分量之間的所述相位角差是否爲所述預定相位角差值。根據本揭示內容之一實施例，其中所述三相切換式整流模組包含三組單相整流電路，所述三組單相整流電路爲三電平整流電路，分別由所述三相電網接收一單相電壓輸入，所述三組單相整流電路彼此幷聯，且所述三組單相整流電路均耦接至一第一輸出端、一中點以及一第二輸出端，所述三相切換式整流模組係用以調節所述功率因數以及消除所述電流總諧波畸變率。根據本揭示內容之一實施例，其中所述三組單相整流電路的電壓輸入端與三相電網之間分別接有一電感，每一組單相整流電路包含至少兩個二極體，其中一個二極體爲換流二極體，所述換流二極體用以確保電流的單向性，所述另一二極體爲非換流二極體。根據本揭示內容之一實施例，其中所述三組單相整流電路中，所述換流二極體工作於開關頻率，所述換流二極體採用快速恢復二極體。根據本揭示內容之一實施例，其中所述三相切換式整流模組爲一三相維也納式整流模組。根據本揭示內容之一實施例，中壓變頻驅動系統更包含逆變器以及高容量電容模組。逆變器與所述三相切換式整流模組耦接，所述逆變器與所述三相切換式整流模組配合幷將所述直流電壓轉化成一交流電壓，所述交流電壓用以驅動所述感應電動機。高容量電容模組耦接於所述三相切換式整流模組與所述逆變器之間，用以暫存所述直流電壓。根據本揭示內容之一實施例，其中所述三相切換式整流模組包含三組單相整流電路，所述三組單相整流電路分別由所述三相電網接收一單相電壓輸入，所述三組單相整流電路彼此幷聯，且所述三組單相整流電路均耦接至一第一輸出端、一中點以及一第二輸出端。根據本揭示內容之一實施例，其中所述高容量電容模組包含第一電容以及第二電容。第一電容耦接於所述第一輸出端與所述中點之間。第二電容耦接於所述中點與所述第二輸出端之間。且於上述實施例中，其中所述三組單相整流電路中每一組單相整流電路各自可包含一第一二極體、一第二二極體、一第三二極體、一第四二極體、一第一開關以及一第二開關。所述第一二極體之陽極耦接至所述單相電壓輸入。第二二極體之陽極耦接至所述第一二極體之陰極，所述第二二極體之陰極耦接至所述第一輸出端。第三二極體之陰極耦接至所述單相電壓輸入。第四二極體之陰極耦接至所述第三二極體之陽極，所述第四二極體之陽極耦接至所述第二輸出端。第一開關之第一端耦接至所述第一二極體與所述第二二極體之間，所述第一開關之一第二端耦接至所述中點。所述第二開關之第一端耦接至所述中點，所述第二開關之第二端至所述第三二極體與所述第四二極體之間。本揭示內容之另一態樣在於提供一種總諧波失真補償控制方法，用於一中壓變頻驅動系統，所述中壓變頻驅動系統包含一三相切換式整流模組、一三相電網、一控制器和一總諧波失真補償單元，其中所述三相切換式整流模組與所述三相電網耦接，所述控制器與所述三相切換式整流模組耦接，所述總諧波失真補償單元與所述控制器耦接。其中，所述總諧波失真補償控制方法包含：向所述總諧波失真補償單元輸入一無功分量初始參考值，所述總諧波失真補償單元對所述無功分量初始參考值進行調整以產生一無功分量最終參考值；以及，通過所述控制器根據所述總諧波失真補償單元產生的所述無功分量參考值控制所述三相切換式整流模組中三組單相整流電路，調整所述三相切換式整流模組中的相位角差，其中所述相位角差係存在於所述三相切換式整流模組中每一單相整流電路之一整流器交流端相電流的基波分量與一整流器交流端相電壓的基波分量之間，進而調節對應所述三相電網之一功率因數以及消除對應所述三相電網之一電流總諧波畸變率。本揭示內容之另一態樣在於一種總諧波失真補償控制方法，用於一中壓變頻驅動系統，所述中壓變頻驅動系統包含一三相切換式整流模組、一三相電網、一控制器和一總諧波失真補償單元，其中所述三相切換式整流模組與所述三相電網耦接，所述控制器與所述三相切換式整流模組耦接，所述總諧波失真補償單元與所述控制器耦接，所述總諧波失真補償控制方法包含：向所述總諧波失真補償單元輸入一無功分量初始參考值，所述總諧波失真補償單元對所述無功分量初始參考值進行調整以産生一無功分量參考值；以及，通過所述控制器根據所述總諧波失真補償單元產生的所述無功分量參考值控制所述三相切換式整流模組中每一單相整流電路，藉此調整所述三相切換式整流模組中的一相位角差，其中所述相位角差存在於所述中壓變頻驅動系統之中任意兩個電壓或電流分量之間，進而調節對應所述三相電網之一功率因數以及消除對應所述三相電網之一電流總諧波畸變率。
    請參閱第1圖，其繪示根據本發明之一實施例中一種中壓變頻驅動系統100的功能方塊示意圖。於實際應用中，中壓變頻驅動系統100與三相電網200耦接並可用以驅動感應電動機202。如第1圖所示，中壓變頻驅動系統100包含三相切換式整流模組120、逆變器140、高容量電容模組160、控制器180以及總諧波失真(total harmonic distortion, THD)補償單元190。三相切換式整流模組120與三相電網200耦接，並用以將三相電網200上具有固定工作頻率之交流電壓輸入轉換為直流電壓。逆變器140與三相切換式整流模組120耦接，逆變器140與三相切換式整流模組120配合幷將直流電壓轉化成交流電壓，交流電壓用以驅動感應電動機。高容量電容模組160耦接於三相切換式整流模組120與逆變器140之間，並用以暫存該直流電壓。於本實施例中，本揭示文件中所提及之三相切換式整流模組120，本身可採用三相維也納式(Vienna)整流模組之結構。以下段落將對本案所採用之其中一種三相切換式整流模組120其內部結構做進一步說明。請一併參閱第2圖，其繪示中壓變頻驅動系統100中的三相切換式整流模組120及其周邊電路的局部示意圖，實際上本案的調控方式可利用在各種電流單向性的三相切換式整流模組當中，幷不僅以此一電路架構為限。如第2圖所示，三相切換式整流模組120中包含了三組單相整流電路(單相整流電路122、單相整流電路124以及單相整流電路126)，三組單相整流電路122~126分別由三相電網200各自接收一組單相電壓輸入，三組單相整流電路122~126彼此並聯，且三組單相整流電路122~126均耦接至第一輸出端N1、中點Nc以及第二輸出端N2(如第2圖所示)。此外，於此實施例中，高容量電容模組160可包含第一電容C1以及第二電容C2。第一電容C1耦接於第一輸出端N1與中點Nc之間。第二電容C2耦接於中點Nc與該第二輸出端N2之間。由於三相切換式整流模組120中的三組單相整流電路122~126皆具有相類似的架構，因此，以下為說明上的簡潔，以其中一個單相整流電路122作舉例。其他單相整流電路124, 126因具有相對應之結構，則不再贅述。如第2圖所示，根據本揭示內容之一實施例，其中單相整流電路122包含第一二極體D1、第二二極體D2、第三二極體D3、第四二極體D4、第一開關S1以及第二開關S2。第一二極體D1之陽極耦接至單相電壓輸入。第二二極體D2之陽極耦接至第一二極體D1之陰極，第二二極體D2之陰極耦接至第一輸出端N1。第三二極體D3之陰極耦接至單相電壓輸入。第四二極體D4之陰極耦接至第三二極體D3之陽極，第四二極體D4之陽極耦接至第二輸出端N2。第一開關S1之一端耦接至第一二極體D1與第二二極體D2之間，第一開關S1之另一端耦接至中點Nc。第二開關S2之一端耦接至中點Nc，第二開關S2之另一端至第三二極體D3與第四二極體D4之間。為方便理解本案中三相切換式整流模組120 (單相整流電路122、單相整流電路124以及單相整流電路126)的作動方式，以下段落利用單相整流電路122的等效單相電路來示意說明。請一併參閱第3圖至第6圖。第3圖至第6圖中分別繪示不同操作模式下單相整流電路122的等效單相電路示意圖。其中，第3圖繪示單相電壓輸入為正相位且第一開關S1為導通時單相整流電路122的電流流向路徑。第4圖繪示單相電壓輸入為正相位且第一開關S1為不導通時單相整流電路122的電流流向路徑。第5圖繪示單相電壓輸入為負相位且第二開關S2為導通時單相整流電路122的電流流向路徑。第6圖繪示單相電壓輸入為負相位且第二開關S2為不導通時單相整流電路122的電流流向路徑。相較傳統的三電平脈寬調變(pulse-width modulation, PWM)整流器，本揭露文件所提出的三相切換式整流模組120的內部電路結構，即三組單相整流電路122~126，其開關元件可减少一半，以二極體取而代之。請一併參閱第7A圖，第7A圖中繪示單相整流電路122的等效單相電路示意圖。如第7A圖所示，三相電網200其電網側之相電壓的基波分量us與整流器交流側相電壓的基波分量ur之間由電抗器Ls連接，實際應用中，此電抗器Ls同時起到儲能升壓、連接電壓源以及濾波作用。由於輸入三相切換式整流模組120之單相整流電路122的電網側相電流的基波分量is受電抗器Ls上的壓降影響，當電網側相電流的基波分量is與電網側相電壓的基波分量us同相時，電網側相電流的基波分量is必然會比整流器交流側相電壓的基波分量ur超前一定的相位角差(Δθ)。而在此相位角差(Δθ)相差的範圍內，三相切換式整流模組120之單相整流電路122的整流器交流側相電壓的基波分量ur不能被控制器(如第1圖中之控制器180)完全控制，而同時取决於相電流方向，直到控制器控制輸出的相電壓調製波換向至與相電流同向。因此Δθ相差區域可認爲是三相切換式整流模組120的失控區，此區域內的整流器電壓會發生畸變，請一併參閱第7B圖所示。第7B圖繪示考慮失控區後三相切換式整流模組120的整流器交流側相電壓ur發生畸變狀況的訊號時序示意圖，第7B圖中的畸變狀況為兩開關元件為同時開啟且同時關閉時產生。此外，第7C圖繪示考慮失控區後三相切換式整流模組120的整流器交流側相電壓ur發生另一種畸變狀況的訊號時序示意圖，第7C圖中的畸變狀况爲兩開關元件爲分別控制時發生。這種畸變會導致切換式整流器的整流器交流側相電壓ur具有很大的低次諧波。電網側相電流諧波由電網側相電壓與整流器交流側相電壓共同決定，因此整流器交流側相電壓的低次諧波增大最終導致電網側相電流的低次諧波相應增大。尤其針對中高壓或大功率場合，受器件特性影響，開關頻率較低，這種失控區帶來的諧波影響更加嚴重。本發明提出的總諧波失真補償控制方法主要針對三相切換式整流模組在失控區內對電網電流低次諧波的影響，提出相對應的解决方案。失控區是低次諧波產生的主要原因，而三相切換式整流模組的電流單向性以及三相切換式整流模組中整流器交流側相電流與整流器交流側相電壓的基波分量之間的相差共同决定了失控區的産生。三相切換式整流模組的電流單向性由電路結構决定，無法從根本上改變。本揭示文件中提出，針對上述電流與電壓的相差則可以通過一定的手段進行補償，藉此使相位角差(Δθ)與失控區縮至最小，從而可以極大地降低低次諧波，進而改善三相切換式整流模組120的諧波失真(harmonic distortion)。除上述諧波失真之外，影響三相切換式整流模組120效能的因素之中，三相切換式整流模組120的功率因數(power factor)亦非常重要，理想情況下，三相切換式整流模組120可達到功率因數為1的理想值。以下就本案的三相切換式整流模組120如何在保持功率因數的情況下達到理想的總諧波畸變率進行說明。請一併參閱第8圖，第8圖繪示根據本發明之一實施例中一種中壓變頻驅動系統100所包含之控制器140與總諧波失真補償單元190之示意圖。如第8圖所示，控制器180可由三相電網200採樣得到的電網側相電流的基波分量is之無功分量Iq與無功分量最終參考值比較，於本案中無功分量最終參考值可爲經調整後的無功分量參考值Iq*，無功分量參考值Iq*的計算與調整産生無功分量最終參考值將在後續段落中詳述。控制器180與三相切換式整流模組120耦接。控制器180根據比較結果以回授方式控制三相切換式整流模組120，直到無功分量Iq趨近該無功分量最終參考值，在常見做法中，無功分量最終參考值可預設為0，藉此使三相切換式整流模組120之功率因數(power factor)為1，達到最佳的功率因數狀態。然而，若為達到功率因數為1，則必然形成前述段落中提到的相位角差(Δθ)與諧波失真。因此，本發明提出的總諧波失真補償單元190，可用以對無功分量參考值Iq*進行一最佳化調整以産生無功分量最終參考值，透過將無功分量參考值Iq*調整為預先設定之非零較佳值或在線尋優之最佳值，作爲優化後的無功分量最終參考值。如此一來，便能降低電網側相電流is之諧波成份幷維持對該三相切換式整流模組120之功率因數的控制能力。有關總諧波失真補償單元190所采用的無功分量參考值Iq*之最佳化調整，進而産生最佳的無功分量最終參考值流程可采用一總諧波失真補償控制方法，以下針對總諧波失真補償控制方法進行說明。本實施例中的總諧波失真補償控制方法包含離綫調節、在綫調節以及在綫尋優等方式，用以得到無功分量參考值Iq*的最佳值，即作爲無功分量最終參考值。離綫調節整體控制流程可包含：通過整流器交流側相電流的基波分量ir與整流器交流側相電壓的基波分量ur同向的情况下，計算電網側相電流的基波分量is與電網側相電壓的基波分量us的相位關係得到一組無功分量參考值Iq*，幷實時根據該三相電網上的工作電壓與工作負載電流等工作狀况，藉由查表取得相應數值。無功分量參考值Iq*的離線計算法主要根據上述相電壓的基波分量與相電流的基波分量之間的相位關係，由式(1)~(5)得出。
    離綫計算的方式實現簡單，爲了適應不同工况，可以在不同工作條件下離綫計算一組無功分量參考值Iq*，作為本案的無功分量最終參考值。以上計算基於單電感濾波系統，也可在三相切換式整流模組120與三相電網200之間引入電抗-電容-電抗(LCL)架構的濾波單元，三個濾波單元分別耦接在整流模組120與三相電網200之間每一單相輸入路徑上，每一濾波單元包含串聯的第一電抗Ls與第二電抗Lr以及電容器Cr，藉此形成電抗-電容-電抗(LCL)濾波架構。則其計算關係如下，式（6）~（12）所示：其中無功分量參考值Iq*如式（12）。在系統參數確定的前提下，無論濾波器結構如何，都可計算得到合適的無功分量以調節整流器交流側相電壓的基波分量與整流器交流側相電流的基波分量之間的相位差最佳。如此一來，便可用離線計算方式，在整流器交流側相電流的基波分量ir與整流器交流側相電壓的基波分量ur同向的情况下，得出本案的無功分量最終參考值，但本案幷不以離綫計算爲限。另一方面，在綫調節整體控制流程如下，請一幷參閱第8圖與第9圖，第9圖繪示根據本揭示文件之一實施例中一種總諧波失真補償控制方法采用在綫調節方式的方法流程圖。如第8圖與第9圖所示，本實施例之總諧波失真補償控制方法首先可執行步驟S102，可對流入該三相切換式整流模組120之電網側相電流is進行諧波檢測，接著，執行步驟S104，判斷電網側相電流is之諧波成份是否已達預定諧波值。其中，當該電網側相電流is之諧波成份未達預定諧波值時，則停止調節電網側相電流的基波分量is之無功分量參考值Iq*，以當時的無功分量參考值Iq*作爲所述無功分量最終參考值。於此實施例中，預定諧波值可爲一預先設定值，於另一實施例中，預定諧波值更可爲一即時在綫尋優得到之最佳值。另一方面，當電網側相電流is之諧波成份超過預定諧波值時，進一步執行步驟S106，判斷整流器交流側相電流的基波分量ir與整流器交流側相電壓的基波分量ur之間的相位角差Δθ。其中，相位角差Δθ爲預定相位角差值時，停止調節該無功分量參考值Iq*，以當時的無功分量參考值Iq*作爲所述無功分量最終參考值，其中，於此實施例中，預定相位角差值可預設為零或預先設定之非零值。此外，於另一實施例中，預定相位角差值更可爲一即時在綫尋優得到之最佳值。另一方面，當該相位角差Δθ並非預定相位角差值時，進一步執行步驟S108判斷該三相切換式整流模組120之功率因數(power factor, PF)。當功率因數未達預定功率因數值時，停止調節無功分量參考值Iq*，以當時的無功分量參考值Iq*作爲所述無功分量最終參考值。另一方面，當目前的功率因數超過預定功率因數值時，便可執行步驟S110，調整無功分量參考值Iq*，進而改變所述無功分量最終參考值的大小，以達到較小的失控區。接著，控制器180便可將電網側相電流is之無功分量Iq與無功分量最終參考值比較，根據上述比較結果以回授方式調整三相切換式整流模組120(如第8圖中所示)，改變三相切換式整流模組120中的開關的脈寬調變(pulse-width modulation, PWM)設定，直到電網側相電流is之無功分量Iq趨近無功分量最終參考值(最佳化調整後的無功分量參考值Iq*)。以下舉一實際例子說明第9圖中的流程，在綫調節整體控制流程可包含：檢測電網電流諧波含量，檢測範圍可以為多次諧波，也可以是最嚴重的某次諧波，例如5次諧波。只要當諧波沒有達到諧波控制目標，即可對Iq*進行調整。同時，爲了避免電網電壓諧波等無法控制因素對電網電流諧波的影響，當計算相位角差Δθ為0(或考慮控制及計算誤差後設定的某一值)，則無功分量參考值Iq*停止調節，幷形成無功分量最終參考值。在整個調節過程中，另一個限制條件爲功率因數(PF)。在整個無功分量參考值Iq*的最佳化調節幷形成無功分量最終參考值的過程要實時計算功率因數，如果功率因數低於其最低限值，則無功分量參考值Iq*停止調節，使無功分量最終參考值維持不變。上述段落中提到的在綫調節方式相對於稍早段落中的離綫計算方式，在綫調節方式其優點在於不要求精確的器件參數，此種在綫調節方式特別針對當實際系統爲消除開關次諧波引入LCL濾波器代替單電感時，相位關係的計算複雜，易受系統參數、無源器件本身的容差、溫漂等因素影響的問題提出。然而，上述在綫調節方式仍存在有可以進一步改善之處，因爲在綫調節方式控制策略目的在於將流經整流器交流側相電流基波分量與整流器交流側相電壓基波分量之間的相位角差控制爲0，但從理想角度，控制失控區最小是要將整流器交流側相電流方向與整流器交流側相電壓輸出電平方向調節一致，而實際的電流、電壓與電流、電壓的基波分量之間會存在一定相差，且控制系統具有一定延時，導致計算得到的相位角差Δθ為0時，在綫調節方式並非一定對應最小的失控區以及最低的低次諧波。因此，在綫調節方式仍有可以進一步改善之處。因此，本案更提出一種在綫尋優的調節方式。請一併參閱第10圖，第10圖繪示本揭示文件之總諧波失真補償控制方法加入相位角差Δθ的在線尋優計算的方法流程圖。下面做詳細介紹：於先前之方法流程相較，在整流模組起動後，首先執行步驟S101，總諧波失真補償單元190在功率因數允許範圍內，采用各種不同的無功分量參考值Iq*對三相切換式整流模組120進行調整，也就是將無功分量參考值Iq*在功率因數允許範圍內掃描尋優。並執行步驟S102，在不同的所述無功分量參考值下分別進行諧波檢測，得到多組諧波成份與相對應的多個相位角差。接著，步驟S103由上述多組諧波成份與相對應的多個相位角差中，選出一最佳諧波成份值與相對應之一最佳相位角差值。將各種不同的無功分量參考值Iq*在功率因數允許範圍內掃描，得到整個過程中最佳諧波成份值(Harmonic_best)以及此時對應的最佳相位角差值(Δθ_best)，此時，在綫尋優産生的最佳無功分量參考值Iq*，便作爲本案中的無功分量最終參考值。接著，其中最佳諧波成份值被套用作為預定諧波值，最佳相位角差值被套用作為預定相位角差值，進行後續的步驟S104~S110，總諧波失真補償單元190藉以判斷所述電網側相電流is之諧波成份是否超過最佳諧波成份值，總諧波失真補償單元190藉以判斷整流器交流側相電流ir的基波分量與整流器交流側相電壓的基波分量ur之間的相位角差Δθ（於其他實施例中，相位角差Δθ亦可爲其他兩分量相差）是否為預定相位角差值。這種在線尋優的控制方式在相位差的控制環節上不再給定固定值，而是配合實際系統尋優最佳值，可以避免非綫性系統綫性化等因素造成的Δθ無法精確給定的問題，令控制效果更優。此外，本案前述在綫尋優方式所采用的爲存在於整流器交流側相電流的基波分量ir與整流器交流側相電壓的基波分量ur之間的相位角差Δθ，但實際上本案並不以此為限，而是在相位角差Δθ的選用上具有非常大的靈活性，幷不限於整流器交流側相電流的基波分量ir與整流器交流側相電壓的基波分量ur之間。當濾波器被引入時，如圖12所示，由於流經整流器交流端相電流ir的基波分量與整流器交流端相電壓ur基波分量之間的相位差、電網側相電流is的基波分量與整流器交流端相電壓ur的基波分量之間的相位差、電網側相電流is的基波分量與電網側相電壓us的基波分量之間的相位差以及任意兩個電壓或電流分量之間的相差都存在唯一的對應關係，因此可將對整流器交流端相電流ir與整流器交流端相電壓ur之間相位差的控制轉化爲對電網側相電流is與電網側相電壓us之間相位差的控制或任意兩個電壓或電流分量之間的相差的控制，而不必專門對某一特定分量進行檢測和計算。同樣，諧波檢測環節可根據實際控制的需要對整流器交流端電流或其他電壓電流分量進行諧波檢測，找到最優值。節約了感測器的成本，也可簡化控制程式的設計。幷且，基於這種控制策略，既可以消除系統及器件參數等帶來的硬件誤差，也可以消除由數字控制帶來的軟件誤差。從而將電網側電流的諧波在保證功率因數的同時控制到最小。雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
    100．．．中壓變頻驅動系統
    120．．．三相切換式整流模組
    140．．．逆變器
    160．．．高容量電容模組
    122~126．．．單相整流電路
    180．．．控制器
    190．．．總諧波失真補償單元
    200．．．三相電網
    S101~S110．．．步驟
    202．．．感應電動機
    130．．．濾波模組
    為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖繪示根據本發明之一實施例中一種中壓變頻驅動系統的功能方塊示意圖；第2圖繪示中壓變頻驅動系統中的三相切換式整流模組及其周邊電路的局部示意圖；第3圖繪示操作模式下單相整流電路的等效單相電路示意圖；第4圖繪示另一操作模式下單相整流電路的等效單相電路示意圖；第5圖繪示另一操作模式下單相整流電路的等效單相電路示意圖；第6圖繪示另一操作模式下單相整流電路的等效單相電路示意圖；第7A圖中繪示單相整流電路122的等效單相電路示意圖；第7B圖繪示考慮失控區後三相切換式整流模組所輸出的整流器交流端等效相電壓發生畸變狀况的訊號時序示意圖；第7C圖繪示考慮失控區後三相切換式整流模組的整流器交流側相電壓發生另一種畸變狀況的訊號時序示意圖；第8圖繪示根據本發明之一實施例中一種中壓變頻驅動系統所包含之控制器與總諧波失真補償單元之示意圖；第9圖繪示根據本揭示文件之一實施例中一種總諧波失真補償控制方法采用在綫調節方式的方法流程圖；第10圖繪示本揭示文件之總諧波失真補償控制方法加入相位角差的在綫尋優計算的方法流程圖；第11圖繪示接入三相電網的維也納整流器的簡化示意圖；以及第12圖繪示第11圖中三相切換式整流模組的相位關係。
    S101~S110．．．步驟
    权利要求:
    Claims (38)
    [1]  一種總諧波失真補償控制方法，用於一三相切換式整流模組，其中所述三相切換式整流模組與一三相電網耦接，用以將所述三相電網上一交流電壓輸入轉換為一直流電壓，所述總諧波失真補償控制方法包含：對流入所述三相切換式整流模組之一電網側相電流進行諧波檢測；當所述電網側相電流之一諧波成份未達一預定諧波值時，停止調節所述電網側相電流之一無功分量參考值，以形成一無功分量最終參考值，當所述電網側相電流之一諧波成份超過所述預定諧波值時，進一步判斷所述三相切換式整流模組之一整流器交流側相電流的基波分量與一整流器交流側相電壓的基波分量之間的相位角差；當所述相位角差為一預定相位角差值時，停止調節所述無功分量參考值，當所述相位角差並非所述預定相位角差值時，進一步判斷所述三相切換式整流模組之一功率因數；以及當所述功率因數未達一預定功率因數值時，停止調節所述無功分量參考值，當所述功率因數超過所述預定功率因數值時，調整所述無功分量參考值，以改變所述無功分量最終參考值。
    [2] 如請求項第1項所述之總諧波失真補償控制方法，進一步包含：將所述電網側相電流之一無功分量與所述無功分量最終參考值比較；以及根據上述比較結果調整所述三相切換式整流模組，直到所述電網側相電流之所述無功分量趨近所述無功分量最終參考值。
    [3] 如請求項第1項所述之總諧波失真補償控制方法，其中所述預定諧波值為一預先設定值或一在線尋優之最佳值。
    [4] 如請求項第1項所述之總諧波失真補償控制方法，其中所述預定相位角差值為零、一預先設定之非零值或一在線尋優之最佳值。
    [5] 如請求項第1項所述之總諧波失真補償控制方法，進一步包含：在一功率因數允許範圍內，採用各種不同的所述無功分量參考值對所述三相切換式整流模組進行調整，幷在不同的所述無功分量參考值下分別進行諧波檢測得到多個諧波成份與相對應的多個相位角差；以及由上述多個諧波成份與相對應的多個相位角差中，選出一最佳諧波成份值與相對應之一最佳相位角差值。
    [6] 如請求項第5項所述之總諧波失真補償控制方法，其中所述最佳諧波成份值被套用作為所述預定諧波值，以判斷所述電網側相電流之所述諧波成份是否超過所述預定諧波值，而所述最佳相位角差值被套用作為所述預定相位角差值，以判斷所述整流器交流側相電流的基波分量與所述整流器交流側相電壓的基波分量之間的所述相位角差是否為所述預定相位角差值。
    [7] 一種總諧波失真補償控制方法，用於一中壓變頻驅動系統，所述中壓變頻驅動系統包含一三相切換式整流模組、一三相電網、一控制器和一總諧波失真補償單元，其中所述三相切換式整流模組與所述三相電網耦接，所述控制器與所述三相切換式整流模組耦接，所述總諧波失真補償單元與所述控制器耦接，所述總諧波失真補償控制方法包含：向所述總諧波失真補償單元輸入一無功分量初始參考值，所述總諧波失真補償單元對所述無功分量初始參考值進行調整以產生一無功分量最終參考值；以及通過所述控制器根據所述總諧波失真補償單元產生的所述無功分量最終參考值控制所述三相切換式整流模組中每一單相整流電路，藉此調整所述三相切換式整流模組中的一相位角差，其中所述相位角差係存在於所述三相切換式整流模組中每一單相整流電路之一整流器交流側相電流的基波分量與一整流器交流側相電壓的基波分量之間，進而調節對應所述三相電網之一功率因數以及消除對應所述三相電網之一電流總諧波畸變率。
    [8] 如請求項第7項所述之總諧波失真補償控制方法，其中所述三相切換式整流模組包含三組單相整流電路，所述三組單相整流電路為三電平整流電路，分別由所述三相電網接收一單相電壓輸入，所述三組單相整流電路彼此並聯，且所述三組單相整流電路均耦接至一第一輸出端、一中點以及一第二輸出端，所述三相切換式整流模組係用以調節所述功率因數以及消除所述電流總諧波畸變率。
    [9] 如請求項第8項所述之總諧波失真補償控制方法，其中所述三組單相整流電路的電壓輸入端與三相電網之間分別接有一電感，每一組單相整流電路包含至少兩個二極體，其中一個二極體爲換流二極體，所述換流二極體用以確保電流的單向性，所述另一二極體為非換流二極體。
    [10] 如請求項第9項所述之總諧波失真補償控制方法，其中所述三組單相整流電路中，所述換流二極體工作於開關頻率，所述換流二極體採用快速恢復二極體。
    [11] 如請求項第7項所述之總諧波失真補償控制方法，其中所述無功分量初始參考值與所述無功分量最終參考值是在當通過所述三相切換式整流模組之所述整流器交流側相電流的基波分量與所述整流器交流側相電壓的基波分量爲同向的情况下進行離線計算，藉由計算流入所述三相切換式整流模組的一電網側相電流的基波分量與一電網側相電壓的基波分量的相位關係得到。
    [12] 如請求項第11項所述之總諧波失真補償控制方法，其中所述無功分量初始參考值與所述無功分量最終參考值是透過離線計算所得的一組無功分量參考值，幷實時根據所述三相電網之工作電壓或工作負載電流藉由查表取得相應數值。
    [13] 如請求項第7項所述之總諧波失真補償控制方法，其中所述總諧波失真補償單元產生的所述無功分量最終參考值通過所述控制器進而控制所述三相切換式整流模組中每一單相整流電路中的開關元件的開關狀態，進而調節對應所述三相電網之所述功率因數以及消除對應所述三相電網之所述電流總諧波畸變率。
    [14] 如請求項第7項所述之總諧波失真補償控制方法，其中總諧波失真補償單元對所述無功分量初始參考值進行調整並產生所述無功分量最終參考值的步驟，更包含：對流入所述三相切換式整流模組之一電網側相電流進行諧波檢測；以及當所述電網側相電流之一諧波成份未達一預定諧波值時，停止調節所述電網側相電流之一無功分量參考值，以形成所述無功分量最終參考值。
    [15] 如請求項第14項所述之總諧波失真補償控制方法，其中總諧波失真補償單元對所述無功分量初始參考值進行調整並產生所述無功分量最終參考值的步驟，進一步包含：當所述電網側相電流之一諧波成份超過所述預定諧波值時，進一步判斷所述三相切換式整流模組中每一單相整流電路之所述整流器交流側相電流的基波分量與所述整流器交流側相電壓的基波分量之間的所述相位角差；以及當所述相位角差為一預定相位角差值時，停止調節所述無功分量參考值，以形成所述無功分量最終參考值。
    [16] 如請求項第15項所述之總諧波失真補償控制方法，進一步包含：當所述相位角差並非所述預定相位角差值時，進一步判斷所述三相切換式整流模組之一功率因數；以及當所述功率因數低於所述預定功率因數時，停止調節所述無功分量參考值，以形成所述無功分量最終參考值。
    [17] 如請求項第16項所述之總諧波失真補償控制方法，當所述功率因數高於所述預定功率因數值時，調整所述無功分量參考值，以改變所述無功分量最終參考值。
    [18] 如請求項第17項所述之總諧波失真補償控制方法，進一步包含：將所述電網側相電流之一無功分量與調整後的所述無功分量最終參考值比較；以及根據上述比較結果調整所述三相切換式整流模組，直到所述電網側相電流之所述無功分量趨近所述無功分量最終參考值。
    [19] 如請求項第14項所述之總諧波失真補償控制方法，其中所述預定諧波值為一預先設定值或一在線尋優之最佳值。
    [20] 如請求項第15項所述之總諧波失真補償控制方法，其中所述預定相位角差值為零、一預先設定之非零值或一在線尋優之最佳值。
    [21] 如請求項第16項所述之總諧波失真補償控制方法，在一功率因數允許範圍內，采用各種不同的所述無功分量參考值對所述三相切換式整流模組進行調整，並在不同的所述無功分量參考值下分別進行諧波檢測得到多個諧波成份與相對應的多個相位角差；以及由上述多個諧波成份與相對應的多個相位角差中，選出一最佳諧波成份值與相對應之一最佳相位角差值。
    [22] 如請求項第21項所述之總諧波失真補償控制方法，其中所述最佳諧波成份值被套用作為所述預定諧波值，以判斷所述電網側相電流之所述諧波成份是否超過所述預定諧波值，而所述最佳相位角差值被套用作為所述預定相位角差值，以判斷所述整流器交流側相電流的基波分量與所述整流器交流側相電壓的基波分量之間的所述相位角差是否為所述預定相位角差值。
    [23] 一種中壓變頻驅動系統，其與一三相電網耦接幷用以驅動一感應電動機，所述中壓變頻驅動系統包含：一三相切換式整流模組，與所述三相電網耦接，用以將所述三相電網上一交流電壓輸入轉換為一直流電壓；一控制器，其與所述三相切換式整流模組耦接，所述控制器將由所述三相電網採樣得到的一電網側相電流之一無功分量與一無功分量最終參考值比較，藉此，所述控制器根據比較結果控制所述三相切換式整流模組，直到所述無功分量趨近所述無功分量最終參考值；以及一總諧波失真補償單元，所述總諧波失真補償單元用以對所述無功分量參考值進行一最佳化調整，藉此，在保證功率因數的情况下，降低所述電網側相電流之一諧波成份。
    [24] 如請求項第23項所述之中壓變頻驅動系統，其中所述總諧波失真補償單元對流入所述三相切換式整流模組之一電網側相電流進行諧波檢測，當所述電網側相電流之一諧波成份未達一預定諧波值時，停止調節所述電網側相電流之一無功分量參考值，以形成所述無功分量最終參考值，當所述電網側相電流之一諧波成份超過所述預定諧波值時，進一步判斷所述三相切換式整流模組中每一單相整流電路之一整流器交流端相電流的基波分量與一整流器交流端相電壓的基波分量之間的一相位角差，當所述相位角差為一預定相位角差值時，停止調節所述無功分量參考值，以形成所述無功分量最終參考值，當所述相位角差並非所述預定相位角差值時，進一步判斷所述三相切換式整流模組之一功率因數，當所述功率因數未達一預定功率因數值時，停止調節所述無功分量參考值，以形成所述無功分量最終參考值，當所述功率因數超過所述預定功率因數值時，調整所述無功分量參考值，以改變所述無功分量最終參考值。
    [25] 如請求項第23項所述之中壓變頻驅動系統，其中所述控制器將所述電網側相電流之一無功分量與所述無功分量最終參考值比較，幷根據上述比較結果調整所述三相切換式整流模組，直到所述電網側相電流之所述無功分量趨近所述無功分量最終參考值。
    [26] 如請求項第24項所述之中壓變頻驅動系統，其中所述三相切換式整流模組與所述三相電網的每一單相輸入路徑上耦接有一濾波單元，每一所述濾波單元包含串聯的一第一電抗與一第二電抗以及一電容器。
    [27] 如請求項第26項所述之中壓變頻驅動系統，所述總諧波失真補償單元在一功率因數允許範圍內，采用各種不同的所述無功分量參考值對所述三相切換式整流模組進行調整，幷在不同的所述無功分量參考值下分別進行諧波檢測得到多個諧波成份與相對應的多個相位角差，幷由上述多個諧波成份與相對應的多個相位角差中，選出以在綫尋優産生的一最佳諧波成份值與相對應之一最佳相位角差值。
    [28] 如請求項第27項所述之中壓變頻驅動系統，其中以在綫尋優産生的所述最佳諧波成份值被套用作為所述預定諧波值，所述總諧波失真補償單元藉以判斷所述電網側相電流之所述諧波成份是否超過所述預定諧波值，而所述最佳相位角差值被套用作為所述預定相位角差值，所述總諧波失真補償單元藉以判斷所述整流器交流側相電流的基波分量與所述整流器交流側相電壓的基波分量之間的所述相位角差是否為所述預定相位角差值。
    [29]  如請求項第23項所述之中壓變頻驅動系統，其中所述三相切換式整流模組包含三組單相整流電路，所述三組單相整流電路為三電平整流電路，分別由所述三相電網接收一單相電壓輸入，所述三組單相整流電路彼此並聯，且所述三組單相整流電路均耦接至一第一輸出端、一中點以及一第二輸出端，所述三相切換式整流模組係用以調節所述功率因數以及消除所述電流總諧波畸變率。
    [30] 如請求項第29項所述之中壓變頻驅動系統，其中所述三組單相整流電路的電壓輸入端與三相電網之間分別接有一電感，每一組單相整流電路包含至少兩個二極體，其中一個二極體爲換流二極體，所述換流二極體用以確保電流的單向性，所述另一二極體為非換流二極體。
    [31] 如請求項第30項所述之中壓變頻驅動系統，其中所述三組單相整流電路中，所述換流二極體工作於開關頻率，所述換流二極體採用快速恢復二極體。
    [32] 如請求項第24項所述之中壓變頻驅動系統，其中所述三相切換式整流模組爲一三相維也納式整流模組。
    [33] 如請求項第24項所述之中壓變頻驅動系統，更包含：一逆變器，與所述三相切換式整流模組耦接，所述逆變器與所述三相切換式整流模組配合幷將所述直流電壓轉化成一交流電壓，所述交流電壓用以驅動所述感應電動機；以及一高容量電容模組，耦接於所述三相切換式整流模組與所述逆變器之間，用以暫存所述直流電壓。
    [34] 如請求項第33項所述之中壓變頻驅動系統，其中所述三相切換式整流模組包含：三組單相整流電路，所述三組單相整流電路分別由所述三相電網接收一單相電壓輸入，所述三組單相整流電路彼此並聯，且所述三組單相整流電路均耦接至一第一輸出端、一中點以及一第二輸出端。
    [35] 如請求項第34項所述之中壓變頻驅動系統，其中所述高容量電容模組包含：一第一電容，耦接於所述第一輸出端與所述中點之間；以及一第二電容，耦接於所述中點與所述第二輸出端之間。
    [36] 如請求項第35項所述之中壓變頻驅動系統，其中所述三組單相整流電路中每一組單相整流電路各自包含：一第一二極體，所述第一二極體之一陽極耦接至所述單相電壓輸入；一第二二極體，所述第二二極體之一陽極耦接至所述第一二極體之一陰極，所述第二二極體之一陰極耦接至所述第一輸出端；一第三二極體，所述第三二極體之一陰極耦接至所述單相電壓輸入；一第四二極體，所述第四二極體之一陰極耦接至所述第三二極體之一陽極，所述第四二極體之一陽極耦接至所述第二輸出端；一第一開關，所述第一開關之一第一端耦接至所述第一二極體與所述第二二極體之間，所述第一開關之一第二端耦接至所述中點；以及一第二開關，所述第二開關之一第一端耦接至所述中點，所述第二開關之一第二端至所述第三二極體與所述第四二極體之間。
    [37] 一種總諧波失真補償控制方法，用於一中壓變頻驅動系統，所述中壓變頻驅動系統包含一三相切換式整流模組、一三相電網、一控制器和一總諧波失真補償單元，其中所述三相切換式整流模組與所述三相電網耦接，所述控制器與所述三相切換式整流模組耦接，所述總諧波失真補償單元與所述控制器耦接，所述總諧波失真補償控制方法包含：向所述總諧波失真補償單元輸入一無功分量初始參考值，所述總諧波失真補償單元對所述無功分量初始參考值進行調整以産生一無功分量參考值；以及通過所述控制器根據所述總諧波失真補償單元產生的所述無功分量參考值控制所述三相切換式整流模組中每一單相整流電路，藉此調整所述三相切換式整流模組中的一相位角差，其中所述相位角差存在於所述整流器交流側至所述三相電網側之任意兩個電壓或電流分量之間，進而調節對應所述三相電網之一功率因數以及消除對應所述三相電網之一電流總諧波畸變率。
    [38] 如請求項第37項所述之中壓變頻驅動系統，其中所述相位角差存在於一整流器交流端相電流的基波分量與一整流器交流端相電壓的基波分量之間、一電網側相電流的基波分量與一整流器交流端相電壓的基波分量之間或一電網側相電流的基波分量與一電網側相電壓的基波分量之間。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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