[發明專利]電能轉換裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201210241164.4
• 申請日: 2012-07-12
• 公開（公告）號: CN103546053A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 蕭智鴻;詹程杰;魏若芳;洪云麒
• 申請（專利權）人: 臺達電子工業股份有限公司
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02J15/00
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 馮志云;呂俊清

技術領域

本發明系關于一種轉換裝置及其控制方法，特別關于一種電能轉換裝置及其控制方法。

背景技術

近年來，由于環保意識的抬頭和石化能源（例如石油、煤）的逐漸枯竭，讓世界各國察覺到新型能源開發的重要性。由于風力是取之不盡、用之不竭的能源，除了沒有能源耗盡的疑慮之外，也可以避免能源被壟斷的問題。因此，世界各國也積極地發展風力發電系統，期望由增加風力的利用來減低對石化能源的依賴。

風力發電系統需藉由一電能轉換設備將風力發電機（簡稱風機）所產生的電能加以轉換，除了可將轉換后的電能儲存或供給負載使用外，也可將其并入供電電網。其中，習知的電能轉換設備大致可分為被動式架構與主動式架構。

被動式架構系利用一被動式全橋整流器將風機輸出的三相電源轉換為單相電源，再透過一電感器與一開關的作動來達到能量轉換的目的。由于只使用單一開關切換就可達到能量的轉換，故設備的能源損耗極小，當用于低風速或小功率風機時，其轉換效率相當高。然而，被動式架構無法主動控制及調整功率因素（power?factor），且隨著功率與電流的增加，其損耗也等比例上升，當使用于中、高風速或大功率的風機時，轉換時的功率損耗相當高。

主動式架構系利用六個主動開關與三個電感器，并透過設置于發電機上的轉子位置偵測器（例如編碼器）取得瞬時轉速，用以達到瞬時轉速控制，進而使電能轉換裝置可完成電能的轉換。由于主動式架構可跟隨風機輸出的三相交流電源同步變化，且可達到全功率的能源轉換，因此，應用于高風速或大功率的風機時，其轉換效率相當高，且其能源損耗卻相當低。然而，主動式架構因需同時驅動六個主動開關動作，且需提供設置于發電機的位置偵測器的電源而具有長距離的線路損失，使得其功率損耗遠大于被動式系統，如此，對于低風速或低功率的風機而言，并不利于其風能的轉換。

因此，如何提供一種電能轉換裝置及其控制方法，可具有全功率的高效率能量轉換，又具有功率損耗較低的優點，已成為重要課題之一。

發明內容

有鑒于上述課題，本發明的目的為提供一種可具有全功率的高效率能量轉換，又具有功率損耗較低的電能轉換裝置及其控制方法。

為達上述目的，依據本發明的一種電能轉換裝置系與一發電裝置配合，其中，發電裝置輸出一第一信號，而電能轉換裝置系包括一轉換感測電路、一控制信號產生電路以及一切換電路。轉換感測電路可將第一信號轉換為一第二信號，并感測第二信號的至少一電壓波形變化，以產生一時間間隔。控制信號產生電路與轉換感測電路電性連接，并依據時間間隔輸出一控制信號。切換電路分別與發電裝置及控制信號產生電路電性連接，并具有復數切換元件，切換電路可接收第一信號，并依據控制信號導通該等切換元件的其中之一，以將第一信號轉換并輸出一輸出信號。其中，轉換感測電路系可包含一施密特觸發器或其它波形轉換元件。另外，時間間隔等于第二信號的電壓波形上升緣與下降緣的時間差的三分之一，或者等于第二信號的其中任一電壓波形的上升緣與另一電壓波形的下降緣的時間差。

再者，控制信號產生電路系可依據時間間隔得到第一信號的頻率。另外，控制信號產生電路也依據第一信號于某一區間時，對應的電壓峰值的資訊控制切換電路。此外，控制信號產生電路系藉由空間向量脈寬調變技術控制切換電路。

電能轉換裝置更可包括一第一儲能單元及一第二儲能單元。其中，第一儲能單元分別與發電裝置及切換電路電性連接。第一儲能單元可依據該等切換元件的導通與截止，分別儲存及釋放發電裝置產生的電能。另外，第二儲能單元可與切換電路電性連接，并儲存輸出信號的電能。

另外，電能轉換裝置更可包括一煞車能量回收電路，煞車能量回收電路可與切換電路電性連接。其中，煞車能量回收電路可具有一開關單元、一第一儲能元件及一第二儲能元件，開關單元與第一儲能元件的第一端電性連接，第一儲能元件的第二端與第二儲能元件的第一端電性連接。另外，開關單元具有一第一開關元件與第一儲能元件的第一端電性連接。當第一開關元件導通時，第一儲能元件儲存發電裝置煞車的能量。當第一開關元件截止時，第二儲能元件儲存第一儲能元件釋放的能量。此外，開關單元更具有一第二開關元件分別與第一開關元件及第一儲能元件的第一端電性連接。當第二開關元件導通時，第一儲能元件儲存第二儲能元件釋放的能量。當第二開關元件截止時，第一儲能元件釋放儲存的能量到發電裝置。