7.1 結論
本文為具可擴充性之三相並聯型不斷電系統,結合了功率補償、蓄 電池儲能及不斷電系統之功能,並利用 CAN 通信界面作為不斷電系統 之間並聯運轉之介面。並聯的方式為將一台不斷電系統之功率轉換器操 作為電壓控制模式,其它不斷電系統則為電流控制模式,且採用平均分 配的方式,達成電流均流及平均分擔負載功率,以提高整體系統容量。
市電並聯模式下,二台功率轉換器操作為功率補償器,經由負載瞬 時功率之計算,產生補償電流命令,進行虛功補償且能降低電壓調整 率,以改善功率因數,並同時對蓄電池充電使用。
市電中斷時,不斷電系統操作為獨立運轉模式,其中電壓控制模式 功率轉換器採雙迴路控制策略,藉由回授濾波電容電流與輸出電壓,經 比例-積分控制器補償電壓命令,提供一穩定且低諧波失真之交流電壓 源;電流控制模式功率轉換器則依據功率分配策略,將其視為一電流 源,追隨電流命令達成並聯控制。
採用 CAN 作為通訊介面,因為 CAN 比一般所使用之通訊介面(如 RS232)傳輸速度較快,抗干擾能力較佳,且接線簡單,僅需兩條雙絞線 以差動訊號方式來傳輸資料,能夠更快且傳輸準確率較高,藉此作為電 壓控制模式功率轉換器及電流控制模式功率轉換器之間之並聯傳輸資 料判斷。
為了提高直流鏈電壓之電壓利用率,本文採用空間向量脈波寬度調 變控制,取代弦式脈波寬度調變。空間向量脈波寬度調變控制與弦式脈 波寬度調變之電壓利用率約為 1.154 倍,且可減少輸出電壓之諧波含量。
本文之控制核心採用低價位、速度快且週邊功能強大之數位訊號處 理器(DSP, TMS320LF2407A),其運算速率快,不僅在切換週期內完成取 樣並保持、處理同步旋轉座標系統之矩陣轉換與反矩陣轉換,並能完成 控制法則運算與電壓、電流調節器之控制等,又能藉由二組事件管理者
提供高達十六組之脈寬調變訊號,控制硬體電路,減少硬體體積。
本文已完成系統實體製作:於獨立運轉下線性負載 1030 W 並聯,
以電壓空間向量脈波寬度調變及弦式脈波寬度調變控制下,電壓控制模 式功率轉換器之輸出電壓諧波失真率分別為 1.32 %及 1.65 %;於非線性 負載 1030 W 下,其電壓控制模式功率轉換器之電壓諧波失真率為 5.5
%,此乃由於系統控制器響應速度不夠快,無法即時補償非線性負載所 造成之輸出電壓諧波失真。而電流控制模式功率轉換器亦依據功率分配 策略,追隨電流命令分擔一半之負載電流而達到並聯。而當電壓控制模 式功率轉換器發生故障時,電流控制模式功率轉換器立即轉換成電壓控 制模式功率轉換器,持續提供穩定之三相平衡電壓及功率予負載。
此外,系統於市電並聯模式下,三相功率轉換器可操作為整流器,
對蓄電池充電,以保持蓄電池備用電力之充足,同時維持直流鏈電壓為 200 V。當負載為電感性負載,三相功率轉換器則操作為功率補償器,輸 出補償電流,使市電電流不受負載功因落後之影響,仍能保持與市電電 壓同相位,修正市電側功率因數。
7.2 建議
本文之系統已完成二台三相直流-交流功率轉換器之並聯運轉,惟仍 有許多地方須改進可做為未來之研究方面,茲歸納如次:
1. 本文之三相不斷電系統並未具有即時監控之能力,未來可利用通訊輸 入及人機介面設計,完成系統參數輸入及蓄電池殘餘容量之監測,即 時針對系統狀況做外部控制。
2. 本文主要探討二台功率轉換器之並聯架構,未來可擴充至多組並聯,
且依據主-僕(master-slave)式控制法,由其中一台直流-交流功率轉換 器擔任主(master)轉換器以提供穩定交流電壓源,其餘的直流-交流功 率轉換器則操作為僕(slave)轉換器,可視為一電流源並藉由負載功率 的分配管理來進行並聯,以達到模組化擴充之目的。
SCR(silicon-controlled rectifier)搭配繼電器,直接由訊號控制矽控整流 子動作,縮短轉換開關之延遲時間,使導通與截止瞬間不會產生跳動 現象;此外,本文未做市電中斷後復電時之控制,未來可往此方面加 以探討,增加系統之實用性。
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附錄 A 系統參數
三相功率轉換器之系統參數
第一台三相功率轉換器容量 :520VA 第二台三相功率轉換器容量 :520VA
直流鏈電壓
v
dc :200 V直流鏈電容
C
dc :3300 µF第一台三相功率轉換器之濾波電感
L
f1 :1 mH 第二台三相功率轉換器之濾波電感L
f2 :3 mH 第一台三相功率轉換器之濾波電容C
f :20 µF 第二台三相功率轉換器之濾波電容C
f :20 µF蓄電池及昇/降壓式直流截波器規格及參數 蓄電池電壓
v
B( CSB. Co. GP12400 10 顆串聯) :135 V 昇/降壓式直流截波器電感L
B :5 mH 昇/降壓式直流截波器電容C
B :1100 µF系統輸出容量與額定
輸出線電壓 :220 V(rms)
變壓器比例 : (1:2)
線性負載並聯輸出容量 :1030 W
線性負載輸出電壓諧波失真率(SVPWM) :1.32 % 線性負載輸出電壓諧波失真率(SPWM) :1.65 % 功率電晶體開關切換頻率