直流電源系統穩定度分析裝置及穩定度分析方法

【19】中華民國　　　　　　【12】專利公報 　（B）

DC POWER SYSTEM STABILITY ANALYZING APPARATUS AND STABILITY ANALYZING METHOD

【21】申請案號：102113997 【22】申請日： 中華民國 102 (2013) 年 04 月 19 日 【11】公開編號：201441635 【43】公開日期： 中華民國 103 (2014) 年 11 月 01 日 【72】發 明 人： 林瑞禮 (TW) LIN, RAY LEE；陳偉儒 (TW) CHEN, WEI RU

【71】申 請 人： 國立成功大學 NATIONAL CHENG KUNG

UNIVERSITY 臺南市東區大學路 1 號

【74】代 理 人： 劉正格 【56】參考文獻：

X.Feng, F.C.Lee,"On-line Measurement on Stability Margin of DC Distributed Power System",Proc. IEEE Applied Power Electronics Conference 2000,page 1190~1196.

J.Liu. et. al,"Stability Margin Monitoring for DC Distributed Power Systems via Perturbation Approaches",IEEE transactions on power electronics, November, 2003,Vol. 18, No. 6, page 1254~1261.

X.Feng. et. al,"Monitoring the Stability of DC Distributed Power Systems",25th annual conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON'99),Nov. 1999, page 367~372.

J.Liu. et. al"Stability Margin Monitoring for DC Distributed Power Systems Via Current/Voltage Perturbation", Proc. IEEE Applied Power Electronics Conference, 2001, vol. 2, page 745~751. 審查人員：高健忠 [57]申請專利範圍 1.　一種直流電源系統穩定度分析裝置，與一直流電源系統配合，該直流電源系統具有一匯 流排輸出端，至少一負載係跨接於該匯流排輸出端，該直流電源系統穩定度分析裝置包 括：一擾動訊號產生模組，產生一擾動訊號輸入該匯流排輸出端，以得到一匯流排阻抗 轉移函數；一訊號處理模組，與該擾動訊號產生模組電性連接，並計算該匯流排阻抗轉 移函數的斜率，以得到一匯流排阻抗斜率轉移函數；以及一判斷模組，與該訊號處理模 組電性連接，並依據該匯流排阻抗斜率轉移函數，判斷該直流電源系統的穩定傾向。 2.　如申請專利範圍第 1 項所述之直流電源系統穩定度分析裝置，其中該擾動訊號包含一步 階訊號或一掃頻訊號。 3.　如申請專利範圍第 1 項所述之直流電源系統穩定度分析裝置，其中該訊號處理模組更依 據該匯流排阻抗轉移函數，得到該直流電源系統於不同阻尼比之一匯流排阻抗波德圖。 3577

-4.　如申請專利範圍第 1 項所述之直流電源系統穩定度分析裝置，其中該訊號處理模組更依 據該匯流排阻抗斜率轉移函數，得到該直流電源系統於不同阻尼比之一匯流排阻抗斜率 波德圖。 5.　如申請專利範圍第 4 項所述之直流電源系統穩定度分析裝置，其中該匯流排阻抗斜率波 德圖包含一增益的波德圖及一相位的波德圖。 6.　如申請專利範圍第 4 項所述之直流電源系統穩定度分析裝置，其中於該匯流排阻抗斜率 波德圖中，其阻抗斜率高於 20dB/decade 及或小於-20dB/decade 時，該直流電源系統係傾 向於不穩定。 7.　如申請專利範圍第 4 項所述之直流電源系統穩定度分析裝置，其中於該 匯流排阻抗斜率 波德圖中，其阻尼比大於 0.707 時，該直流電源系統係傾向穩定。 8.　如申請專利範圍第 4 項所述之直流電源系統穩定度分析裝置，其中該判斷模組更依據該 匯流排阻抗斜率波德圖，得到該直流電源系統於不同阻尼比之一匯流排阻抗斜率奈氏圖。 9.　如申請專利範圍第 8 項所述之直流電源系統穩定度分析裝置，其中該判斷模組更依據該 匯流排阻抗斜率奈氏圖，判斷該直流電源系統的穩定傾向。 10. 如申請專利範圍第 9 項所述之直流電源系統穩定度分析裝置，其中於該匯流排阻抗斜率 奈氏圖中，其奈氏曲線超出阻尼比為 0.707 所形成的圓時，該直流電源系統係傾向不穩 定。 11. 一種直流電源系統穩定度分析方法，與一直流電源系統配合，該直流電源系統具有一匯 流排輸出端，至少一負載係跨接於該匯流排輸出端，該直流電源系統穩定度分析方法包 括：提供一擾動訊號輸入該匯流排輸出端，以得到一匯流排阻抗轉移函數；計算該匯流 排阻抗轉移函數的斜率，以得到一匯流排阻抗斜率轉移函數；以及依據該匯流排阻抗斜 率轉移函數，判斷該直流電源系統的穩定傾向。 12. 如申請專利範圍第 11 項所述之直流電源系統穩定度分析方法，其中該擾動訊號包含一步 階訊號或一掃頻訊號。 13. 如申請專利範圍第 11 項所述之直流電源系統穩定度分析方法，其中於得到該匯流排阻抗 轉移函數的步驟中，更包括：依據該匯流排阻抗轉移函數，得到該直流電源系統於不同 阻尼比之一匯流排阻抗波德圖。 14. 如申請專利範圍第 11 項所述之直流電源系統穩定度分析方法，其中於得到該匯流排阻抗 斜率轉移函數的步驟中，更包括：依據該匯流排阻抗斜率轉移函數，得到該直流電源系 統於不同阻尼比之一匯流排阻抗斜率波德圖。 15. 如申請專利範圍第 14 項所述之直流電源系統穩定度分析方法，其中該匯流排阻抗斜率波 德圖包含一增益的波德圖及一相位的波德圖。 16. 如申請專利範圍第 14 項所述之直流電源系統穩定度分析方法，其中於該匯流排阻抗斜率 波德圖中，其阻抗斜率高於 20dB/decade 及或小於-20dB/decade 時，該直流電源系統係傾 向於不穩定。 17. 如申請專利範圍第 14 項所述之直流電源系統穩定度分析方法，其中於該匯流排阻抗斜率 波德圖中，其阻尼比大於 0.707 時，該直流電源系統係傾向穩定。 18. 如申請專利範圍第 14 項所述之直流電源系統穩定度分析方法，其中於判斷該直流電源系 統的穩定傾向的步驟中，更包括：依據該匯流排阻抗斜率波德圖，得到該直流電源系統 於不同阻尼比之一匯流排阻抗斜率奈氏圖。 19. 如申請專利範圍第 18 項所述之直流電源系統穩定度分析方法，其中於得到該匯流排阻抗 斜率奈氏圖的步驟中，更包括：依據該匯流排阻抗斜率奈氏圖，判斷該直流電源系統的 穩定傾向。 (2) 3578

-20. 如申請專利範圍第 19 項所述之直流電源系統穩定度分析方法，其中於該匯流排阻抗斜率 奈氏圖中，其奈氏曲線超出阻尼比為 0.707 所形成的圓時，該直流電源系統係傾向不穩 定。 圖式簡單說明 圖 1A 為一種直流電源系統等效為一雙埠模組的示意圖。 圖 1B 係利用一擾動電流從一直流電源系統之匯流排輸出端注入之電路示意圖。 圖 1C 為習知一種直流電源系統的示意圖。 圖 2A 為本發明較佳實施例之一種穩定度分析裝置與一直流電源系統配合應用的功能方塊 示意圖。 圖 2B 為圖 2A 之直流電源系統簡化後之等效電路圖。 圖 3 為本發明較佳實施例之一種穩定度分析方法的流程示意圖。 圖 4A 為本發明一實施例之一直流電源系統之電路圖。 圖 4B 及圖 4C 為圖 4A 之直流電源系統之電路圖中，各元件的規格及條件列表。 圖 5 為圖 4A 之直流電源系統之匯流排輸出端注入擾動訊號後，在不同負載電阻下的輸出 電壓暫態響應示意圖。 圖 6A 及圖 6B 分別為圖 4A 之直流電源系統於不同負載電阻之匯流排阻抗增益波德圖及 相位波德圖。 圖 7A 及圖 7B 分別為圖 6A 及圖 6B 的波德圖經微分後，得到之匯流排阻抗斜率增益波德 圖及匯流排阻抗斜率相位波德圖。 圖 8 為圖 4A 之直流電源系統於不同負載電阻的匯流排阻抗斜率奈氏圖。 圖 9 為本發明另一實施例之一直流電源系統的方塊圖。 圖 10 為圖 9 之直流電源系統之匯流排輸出端注入擾動訊號後，在不同負載電阻下的輸出 電壓暫態響應示意圖。 圖 11A 及圖 11B 分別為圖 9 之直流電源系統於不同負載電阻之匯流排阻抗增益波德圖及 相位波德圖。 圖 12A 及圖 12B 分別為圖 11A 及圖 11B 的波德圖經微分後，得到之匯流排阻抗斜率增益 波德圖及匯流排阻抗斜率相位波德圖。 圖 13 為圖 9 之直流電源系統於不同負載電阻的匯流排阻抗斜率奈氏圖。 (3) 3579

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