發(fā)電機制動系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)一種發(fā)電機制動系統(tǒng)及其控制方法，尤指一種利用導(dǎo)通開關(guān)單元以產(chǎn)生短路制動功效的永磁發(fā)電機制動系統(tǒng)及其操作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在目前主流的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)機需要通過變流器來確保使風(fēng)能轉(zhuǎn)化成頻率恒定的電能輸送到電網(wǎng)中。因此，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)乃至變流器系統(tǒng)的可靠性顯得至關(guān)重要。然而，對于以風(fēng)力之類不穩(wěn)定動力來源的再生能源發(fā)電系統(tǒng)而言，由于風(fēng)的變化是非常頻繁且劇烈，因此，使得風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的保護功能將受嚴(yán)峻的考驗。故此，風(fēng)力發(fā)電變流器系統(tǒng)在電機超速情況下，會承受很高的電壓，導(dǎo)致系統(tǒng)損毀。
[0003]請參閱圖1，其為美國公開專利US 20130194704，該公開專利揭露了一種發(fā)電機的保護電路及方法。該發(fā)電機具有一個三相定子繞組4的永磁發(fā)電機2。永磁發(fā)電機2的定子端通過三相電路8與功率轉(zhuǎn)換器6相連接。該三相電路8系包括三個獨立導(dǎo)體10a, 10b, 10c，系分別連接三相定子繞組4的其中一相。一接觸器設(shè)備12包括三個獨立的觸點14a，14b, 14c，各個獨立的觸點分別對應(yīng)連接三個獨立導(dǎo)體10a，10b, 1c其中一個與共享導(dǎo)體16之間。
[0004]當(dāng)發(fā)電機2正常運轉(zhuǎn)時，觸點14a，14b, 14c是打開的，電能通過三相電路8從發(fā)電機2的各定子端流向功率轉(zhuǎn)換器6。如果電路8或功率轉(zhuǎn)換器6中存在短路或故障，則發(fā)電機2將開始產(chǎn)生故障電流，并且觸點14a，14b, 14c會關(guān)閉以將電路8的導(dǎo)體10a，10b, 1c連接到共享導(dǎo)體16。如此，一旦觸點14a，14b, 14c關(guān)閉，就不會有故障電流從發(fā)電機2流向功率轉(zhuǎn)換器6，于是，接觸器設(shè)備12的加入可將功率轉(zhuǎn)換器6被損壞的危險降到最低。再者，一旦故障電流被清除，接觸器設(shè)備12的觸點14a，14b, 14c將會再次打開。
[0005]然而，對于以接觸器設(shè)備作為制動保護的實現(xiàn)時，由于硬件開關(guān)頻繁切換將造成組件壽命的問題，并且可能因為開關(guān)觸點故障導(dǎo)致制動保護失效之虞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種發(fā)電機制動系統(tǒng)及其控制方法，以韌體或軟件方式實現(xiàn)發(fā)電機制動控制，克服傳統(tǒng)接觸器設(shè)備用以制動保護；并且利用電壓控制回路控制輸出電壓小于臨界電壓值時，以短路制動該永磁發(fā)電機，故此可實現(xiàn)在低電流時短路制動該永磁發(fā)電機，以確保該發(fā)電機制動保護之安全。
[0007]本發(fā)明的一個目的在于提供一種發(fā)電機制動系統(tǒng)，以對外部轉(zhuǎn)矩驅(qū)動的一發(fā)電機提供制動控制。該發(fā)電機制動系統(tǒng)包括一電源轉(zhuǎn)換單元、一感測單元及一控制單元。該電源轉(zhuǎn)換單元接收該發(fā)電機所產(chǎn)生的一輸出電壓與一輸出電流，并且該電源轉(zhuǎn)換單元具有至少一開關(guān)單兀。該感測單兀接收該輸出電壓與該輸出電流，以產(chǎn)生一電壓信號與一電流信號。該控制單元接收該電壓信號與該電流信號；其中當(dāng)該控制單元接收一制動信號時，該控制單元控制該輸出電壓逐漸降低，并且當(dāng)該輸出電壓小于一臨界電壓值時，該控制單元產(chǎn)生至少一控制信號以對應(yīng)控制該至少一開關(guān)單元導(dǎo)通，以短路制動該發(fā)電機。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供一種發(fā)電機制動系統(tǒng)的控制方法，以對外部轉(zhuǎn)矩驅(qū)動的一發(fā)電機提供制動控制，其包括步驟為:提供具有至少一開關(guān)單元的一電源轉(zhuǎn)換單元，以接收該發(fā)電機所產(chǎn)生的一輸出電壓與一輸出電流；提供一感測單元，接收該輸出電壓與該輸出電流，以產(chǎn)生一電壓信號與一電流信號；提供一控制單元，接收該電壓信號與該電流信號；當(dāng)該控制單元接收一制動信號時，該控制單元控制該輸出電壓逐漸降低；以及當(dāng)該輸出電壓小于一臨界電壓值時，該控制單兀產(chǎn)生至少一控制信號以對應(yīng)控制該至少一開關(guān)單元導(dǎo)通，以短路制動該發(fā)電機。
[0009]為了能更進一步了解本發(fā)明為達成預(yù)定目的所采取的技術(shù)、手段及功效，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細說明與附圖，相信本發(fā)明的目的、特征與特點，當(dāng)可由此得一深入且具體的了解，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制者。
【附圖說明】
[0010]圖1為現(xiàn)有的電機保護電路的電路示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明發(fā)電機制動系統(tǒng)的電路方塊示意圖；
[0012]圖3為本發(fā)明發(fā)電機制動系統(tǒng)第一實施例的電路方塊不意圖；
[0013]圖4為本發(fā)明發(fā)電機制動系統(tǒng)第二實施例的電路方塊示意圖；
[0014]圖5為本發(fā)明發(fā)電機制動系統(tǒng)控制的波形示意圖；
[0015]圖6為本發(fā)明發(fā)電機制動系統(tǒng)控制方法的流程圖；
[0016]圖7為本發(fā)明發(fā)電機制動系統(tǒng)制動控制的方塊不意圖；
[0017]圖8為本發(fā)明控制單元之制動控制外回路的流程圖；及
[0018]圖9為本發(fā)明控制單元之制動控制內(nèi)回路的流程圖。
[0019]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0020]2永磁發(fā)電機
[0021]4三相定子繞組
[0022]6功率轉(zhuǎn)換器
[0023]8三相電路
[0024]1a 導(dǎo)體
[0025]1b 導(dǎo)體
[0026]1c 導(dǎo)體
[0027]12接觸器設(shè)備
[0028]14a 觸點
[0029]14b 觸點
[0030]14c 觸點
[0031]16共享導(dǎo)體
[0032]10電源轉(zhuǎn)換單元
[0033]20感測單元
[0034]30控制單元
[0035]40 負載
[0036]50發(fā)電機
[0037]Vt輸出電壓
[0038]It輸出電流
[0039]Sv電壓信號
[0040]Si電流信號
[0041]Sc控制信號
[0042]Scl控制信號
[0043]Sc2控制信號
[0044]Sc3控制信號
[0045]Sw開關(guān)單元
[0046]Vt*電壓命令
[0047]60 PWM驅(qū)動單元
[0048]Itl*第一電流命令
[0049]It2*第二電流命令
[0050]It*電流命令
[0051]302輸出功率曲線
[0052]304電壓控制回路
[0053]306第一控制邏輯
[0054]308電流控制回路
[0055]310第二控制邏輯
[0056]t0時間點
[0057]tl時間點
[0058]t2時間點
[0059]SlO ?S50 步驟
[0060]S702 ?S706 步驟
[0061]S802 ?S806 步驟
【具體實施方式】
[0062]茲有關(guān)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及詳細說明，配合【附圖說明】如下:
[0063]請參閱圖2，其為本發(fā)明發(fā)電機制動系統(tǒng)的電路方塊示意圖。該發(fā)電機制動系統(tǒng)以對外部轉(zhuǎn)矩驅(qū)動的一發(fā)電機50提供制動控制。其中該發(fā)電機50為一永磁發(fā)電機(permanent magnet generator, PMG)或三相定子線圈，但不以此為限，只要能作為風(fēng)力或潮汐發(fā)電使用的風(fēng)機，皆包括于本發(fā)明的范疇中。該發(fā)電機制動系統(tǒng)包括一電源轉(zhuǎn)換單元10、一感測單元20以及一控制單元30。該電源轉(zhuǎn)換單元10接收該發(fā)電機50所產(chǎn)生的一輸出電壓Vt與一輸出電流It，并且該電源轉(zhuǎn)換單元10具有至少一開關(guān)單元(如圖3或圖4所不)。該感測單兀20接收