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分切合整控制單相雙向換流器於直流供電系統應用

為了解決Smart forfour的問題，作者郭珈伶 這樣論述：

本研究提出一分切合整控制之單相雙向換流器於直流供電系統應用，此雙向換流器可以實現市電併網和具功因校正之整流功能。本研究所提出的分切合整控制法，合整一個切換週期內的電感電流變化，並依據換流器之操作方式，推得換流器之控制法則、調整開關的責任週期，以追隨正弦波參考電流。此控制法可容許寬電感值的變化，有效地降低鐵芯大小。在撰寫韌體時，單晶片微控制器會記錄不同電流準位所對應的濾波器電感值，因此，換流器可以在每一個切換週期調整其迴路增益，確保系統之穩定。 當雙向換流器和光伏陣列同時併接於直流供電系統時，光伏陣列和中性地之間會產生漏電流，危害使用者安全，為此，許多研究提出各種單極性脈寬調變控制(UP

-PWM)之單相無變壓器非隔離型換流器架構。然而，當換流器依據超前的功率因數補償虛功時，單極性脈波調變控制法不能產生足夠的激磁電壓，以提升電感電流來追隨參考電流值，因而在零交越產生電感電流失真。針對此問題，雙極性脈波調變(BP-PWM)之雙向換流器雖能夠有效的補償虛功，但同時也會產生較大的電流漣波和切換損耗。本研究提出的雙向換流器保有單極性的脈波調變切換，可以維持原有的高效率、降低電流漣波和減少漏電流的產生。當依據超前的功率因數來補償虛功，且負功率區間的電感電流小於參考電流值時，再由單極性切換控制轉為雙極性切換控制。 在直流供電系統中，當雙向換流器控制其電感電流，以平衡負載潮流和調整直流鏈電

壓。為了減少電感電流失真，以及考量直流鏈上的漣波電壓，本研究提出一市電週期調節機制(OLCRA)和四分之一市電週期調節機制(QLCRA)的穩壓方法。OLCRA可以在不產生電感電流失真的前提下，調節直流鏈電壓，而QLCRA則可快速調節換流器的電流指令，達到負載需求。再則，此研究提出線性直流鏈穩壓機制，依照不同的電流指令更改直流鏈穩壓準位，因此，直流供電系統不需要增加直流鏈電容，就可降低系統進入欠壓/過壓保護的機率。另外，本論文更提供了直流鏈電容值的決定方法，以及說明如何線上估測硬體電容值異動，以因應系統變動或電容老化造成的直流鏈電容值變動。 基於安全考量，直流微電網注入電力於交流電網時，本研究

的雙向換流器採用電流相位偏移法(Current Phase Drift, CPD)調整電流相位與電流頻率來偵測孤島效應。若市電電壓不正常，直流供電系統會在三個市電週期內切斷直流供電系統和市電網路的連結。此外，為了提高系統的效率以及可靠度，直流供電系統包含了能源管理單位(Energy Management Unit, EMU)進行資料的監控與接收，決定系統中各個裝置的操作功率。若直流鏈電壓超過穩壓範圍(370~390 V)，雙向換流器會自動進入待機模式，讓電池充/放電器來調節直流鏈電壓至380 V，直到系統恢復正常。最後，本研究藉由5 kW單相雙向換流器的模擬與實驗結果，來驗證所提出的各式控制和

穩壓方法。 隨著直流供電系統的功率提升，本研究所提出的分切合整控制法，將協助單相雙向換流器來反應其寬電感值的變化、調整電感電流角度，補償電力公司的虛功要求。此外，換流器依據所提出的穩壓方法，可以平衡系統之電力潮流，穩定地調節直流鏈電壓。而本研究所採用的反孤島偵測法，可以快速察覺市電網路的不穩定，以保護系統的安全，達到各項安全規範之要求。未來，本研究所提出的分切合整控制法，可延伸至不斷電系統(UPS)之控制法則推導，再搭配LCL濾波器之應用，來提高交流端之輸出電力品質。