逆变器的输出阻抗角检测装置及检测方法技术领域
本发明涉及一种逆变器检测技术，且特别涉及一种逆变器的输出阻抗
角检测装置及检测方法。
背景技术
逆变器是一种基于电力电子技术的功率变换装置，通过适当的控制方
式可将电能从直流转为交流。当逆变器输出阻抗呈纯感性时，有功功率和
无功功率解耦，逆变器的有功功率主要受电压的相位控制而无功功率主要
受电压的幅值控制。
基于功率传递的原理，电压源控制型逆变器并网或多逆变器并联通常
采用下垂控制。然而，逆变器输出阻抗通常呈阻感性，尤其是接到低压配
电网里的逆变器，则有功功率和无功功率不解耦，此时，若直接用于下垂
控制，则有功功率、无功功率间的耦合较大。
若可取得逆变器的输出阻抗角并采用一个旋转变换矩阵，经旋转变换
后的有功功率及无功功率解耦，可直接用于下垂控制。因此，为能有效地
控制逆变器，需要取得上述阻抗角，然而现有技术中尚无简单且准确的自
动检测输出阻抗角的方法。
由此可见，上述现有的方式，显然仍存在不便与缺陷，而有待改进。
为了解决上述问题，相关领域莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来
仍未发展出适当的解决方案。
发明内容
发明内容旨在提供本公开内容的简化描述，以使阅读者对本公开内容
具备基本的理解。此发明内容并非本公开内容的完整概述，且其用意并非
在指出本发明实施例的重要/关键元件或界定本发明的范围。
本发明内容的一目的是在提供一种逆变器的输出阻抗角检测装置及
检测方法，藉以改善现有技术的问题。
为达上述目的，本发明内容的一示例性实施例涉及一种逆变器的输出
阻抗角检测方法，包括以下步骤：根据第一电压信号以控制逆变器输出第
二电压信号及电流信号；根据第二电压信号及电流信号以计算有功功率及
无功功率；以及根据有功功率与第一幅值参数的乘积、有功功率与第二幅
值参数的乘积、无功功率与第一幅值参数的乘积以及无功功率与第二幅值
参数的乘积，以计算逆变器的输出阻抗角，其中第一幅值参数相应于第一
电压信号的第一幅值，第二幅值参数相应于第一幅值及交流电压的第二幅
值。
为达上述目的，本发明内容的另一示例性实施例涉及一种逆变器的输
出阻抗角检测方法，包括以下步骤：根据第一电压信号以控制逆变器输出
第二电压信号及电流信号，其中第一电压信号包含第一幅值及功角，第一
幅值及功角的其中一者为可变值，第一幅值及功角的另一者为定值；根据
第二电压信号及电流信号以计算第一有功功率、第二有功功率、第一无功
功率、第二无功功率；以及根据第一有功功率与第一幅值参数的乘积、第
一有功功率与第二幅值参数的乘积、第二有功功率与第一幅值参数的乘积
以及第二有功功率与第二幅值参数的乘积以计算逆变器的输出阻抗角，或
者根据第一无功功率与第一幅值参数的乘积、第一无功功率与第二幅值参
数的乘积、第二无功功率与第一幅值参数的乘积以及第二无功功率与第二
幅值参数的乘积以计算逆变器的输出阻抗角，其中第一幅值参数相应于第
一电压信号的第一幅值，第二幅值参数相应于第一幅值及交流电压的第二
幅值。
为达上述目的，本发明内容的再一示例性实施例涉及一种逆变器的输
出阻抗角检测装置，此逆变器的输出阻抗角检测装置包含控制单元、有功
功率及无功功率计算单元与阻抗角计算单元。控制单元用以根据第一电压
信号以控制逆变器输出第二电压信号及电流信号。有功功率及无功功率计
算单元用以根据第二电压信号及电流信号以计算有功功率及无功功率。阻
抗角计算单元用以根据有功功率与第一幅值参数的乘积、有功功率与第二
幅值参数的乘积、无功功率与第一幅值参数的乘积以及无功功率与第二幅
值参数的乘积，以计算逆变器的输出阻抗角，其中第一幅值参数相应于第
一电压信号的第一幅值，第二幅值参数相应于第一幅值及交流电压的第二
幅值。
为达上述目的，本发明内容的又一示例性实施例涉及一种逆变器的输
出阻抗角检测装置，此逆变器的输出阻抗角检测装置包含控制单元、有功
功率及无功功率计算单元与阻抗角计算单元。控制单元用以根据第一电压
信号以控制逆变器输出第二电压信号及电流信号，其中第一电压信号包含
第一幅值及功角，第一幅值及功角的其中一者为可变值，第一幅值及功角
的另一者为定值。有功功率及无功功率计算单元用以根据第二电压信号及
电流信号以计算第一有功功率、第二有功功率、第一无功功率、第二无功
功率。阻抗角计算单元用以根据第一有功功率与第一幅值参数的乘积、第
一有功功率与第二幅值参数的乘积、第二有功功率与第一幅值参数的乘积
以及第二有功功率与第二幅值参数的乘积以计算逆变器的输出阻抗角，或
者根据第一无功功率与第一幅值参数的乘积、第一无功功率与第二幅值参
数的乘积、第二无功功率与第一幅值参数的乘积以及第二无功功率与第二
幅值参数的乘积以计算逆变器的输出阻抗角，其中第一幅值参数相应于第
一电压信号的第一幅值，第二幅值参数相应于第一幅值及交流电压的第二
幅值。
因此，根据本发明的技术内容，本发明实施例通过提供一种逆变器的
输出阻抗角检测装置及检测方法，藉以简单且准确地自动检测出逆变器的
阻抗角，以有效地控制逆变器。
在参阅下文实施方式后，本发明所属技术领域中技术人员当可轻易了
解本发明的基本精神及其他发明目的，以及本发明所采用的技术手段与实
施态样。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，
说明书附图的说明如下：
图1是依照本发明一实施例绘示一种逆变器的输出阻抗角检测装置
的示意图。
图2是依照本发明另一实施例绘示一种逆变器的输出阻抗角检测方
法的流程图。
图3是依照本发明再一实施例绘示一种逆变器的输出阻抗角检测装
置的示意图。
图4是依照本发明又一实施例绘示一种逆变器的输出阻抗角检测方
法的流程图。
图5是依照本发明另一实施例绘示一种逆变器的输出阻抗角检测方
法的流程图。
图6是依照本发明再一实施例绘示一种逆变器的输出阻抗角检测方
法的流程图。
图7是依照本发明又一实施例绘示一种逆变器的输出阻抗角检测装
置的示意图。
图8是依照本发明另一实施例绘示一种逆变器的输出阻抗角检测装
置的示意图。
图9是依照本发明又一实施例绘示一种逆变器的输出阻抗角检测方
法的流程图。
图10是依照本发明另一实施例绘示一种逆变器的输出阻抗角检测方
法的流程图。
图11是依照本发明再一实施例绘示一种逆变器的输出阻抗角检测方
法的流程图。
根据惯常的作业方式，图中各种特征与元件并未依比例绘制，其绘制
方式是为了以最佳的方式呈现与本发明相关的具体特征与元件。此外，在
不同附图间，以相同或相似的元件符号来指称相似的元件/部件。
具体实施方式
为了使本公开内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施
方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体
实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建
构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其他具体
实施例来实现相同或均等的功能与步骤顺序。
除非本说明书另有定义，此处所用的科学与技术词汇的含义与本发明
所属技术领域中技术人员所理解与惯用的意义相同。此外，在不和上下文
冲突的情形下，本说明书所用的单数名词涵盖该名词的复数型；而所用的
复数名词时亦涵盖该名词的单数型。
为能简单且准确地自动检测出逆变器的输出阻抗角，以有效地控制逆
变器，本发明提出一种逆变器的输出阻抗角检测装置及检测方法，说明如
后。
图1是依照本发明一实施例绘示一种逆变器的输出阻抗角检测装置
的示意图。如图所示，逆变器的输出阻抗角检测装置100包含数字控制单
元110、有功/无功功率(PQ)计算单元120及阻抗角计算单元130。
为使本发明实施例的逆变器的输出阻抗角检测装置100的操作方式
易于理解，请一并参阅图2，其是依照本发明另一实施例绘示一种逆变器
的输出阻抗角检测方法200的流程图。如图所示，于步骤210中，可通过
数字控制单元110以根据第一电压信号来控制逆变器1500输出第二电压
信号v0及电流信号i0，上述第一电压信号包含第一幅值Uc及功角δ。功角
δ可为，但不限于，第一电压信号与一交流电压U0的相位差。在一实施例
中，上述交流电压可由逆变器的输出阻抗角检测装置100所并联的交流源
提供，此交流源可为电网或另一逆变器。于步骤220中，可通过PQ计算
单元120以接收并根据第二电压信号v0及电流信号i0，以计算并输出有功
功率P及无功功率Q。
于步骤230中，首先，可通过阻抗角计算单元130以根据有功功率P
与第一幅值参数A的乘积、有功功率P与第二幅值参数B的乘积、无功
功率Q与第一幅值参数A的乘积以及无功功率Q与第二幅值参数B的乘
积，以计算逆变器1500的输出阻抗角θ，上述第一幅值参数A相应于第
一电压信号的第一幅值Uc，第二幅值参数B相应于第一幅值Uc及交流电
压的第二幅值U0。在一实施例中，为能更精确地得到输出阻抗角θ，可以
取多组不同参数的Uc及δ以计算输出阻抗角θ，例如可取5组不同参数的
Uc及δ以计算出五个输出阻抗角θ，再将上述输出阻抗角θ取平均值以得
到最终的输出阻抗角θ。
详细而言，如步骤230所示，逆变器1500的输出阻抗角θ是根据下
列式子以进行计算：
……式子1
于上述式子1中，θ为输出阻抗角，P为有功功率，Q为无功功率，
A为第一幅值参数，B为第二幅值参数。此外，输出阻抗角θ的范围介于
0度至90度之间。
在一实施例中，第一幅值参数A及第二幅值参数B是分别由下列式
子计算而得：
A＝Ucsinδ……式子2
B＝Uccosδ-Uo……式子3
于上述式子中，A为第一幅值参数，B为第二幅值参数，Uc为第一电
压信号的第一幅值，δ为第一电压信号的功角，U0为交流电压的第二幅值。
图3是依照本发明再一实施例绘示一种逆变器的输出阻抗角检测装
置的示意图。相较于图1所示的逆变器的输出阻抗角检测装置100，在此
的逆变器的输出阻抗角检测装置100A还包含电压信号设定单元140。
为使本发明实施例的逆变器的输出阻抗角检测装置100A的操作方式
易于理解，请一并参阅图4，其是依照本发明又一实施例绘示一种逆变器
的输出阻抗角检测方法400的流程图。如图所示，于步骤410中，可通过
电压信号设定单元140以设定第一电压信号的第一幅值Uc及功角δ，诸如
设定第一幅值Uc为U1，设定功角δ为δ1。于步骤420中，可通过PQ计
算单元120以接收并根据第二电压信号v0及电流信号i0，以计算并输出有
功功率P1及无功功率Q1。于步骤430中，可通过阻抗角计算单元130以
上述式子2及3来计算第一幅值参数A及第二幅值参数B。于步骤440
中，可通过阻抗角计算单元130以上述式子1来计算逆变器1500的输出
阻抗角θ。在一实施例中，为能更精确地得到输出阻抗角θ，可以取多组
不同参数的U1及δ1以计算输出阻抗角θ，例如可取5组不同参数的U1及
δ1以计算出五个输出阻抗角θ，再将上述输出阻抗角θ取平均值以得到最
终的输出阻抗角θ。
为使图3所示的逆变器的输出阻抗角检测装置100A的操作方式易于
理解，请一并参阅图5，其是依照本发明另一实施例绘示一种逆变器的输
出阻抗角检测方法500的流程图。如图所示，于步骤510中，可通过电压
信号设定单元140以设定第一电压信号的第一幅值Uc为定值，而功角δ
由第一功角δ1变化至第二功角δ2。于步骤520中，可通过PQ计算单元
120以接收并根据第二电压信号v0及电流信号i0，以计算并输出第一有功
功率P1，第二有功功率P2，第一无功功率Q1及第二无功功率Q2。
于步骤530及540中，可通过阻抗角计算单元130根据第一有功功率
P1与第一幅值参数的乘积、第一有功功率P1与第二幅值参数的乘积、第
二有功功率P2与第一幅值参数的乘积以及第二有功功率P2与第二幅值参
数的乘积以计算逆变器的输出阻抗角θ，其中第一幅值参数相应于第一电
压信号的第一幅值Uc，第二幅值参数相应于第一幅值Uc及交流电压的第
二幅值U0。在一实施例中，上述交流电压可由逆变器的输出阻抗角检测装
置100A所并联的交流源提供，此交流源可为电网或另一逆变器。在另一
实施例中，为能更精确地得到输出阻抗角θ，可以取多组不同参数的Uc、
δ1、δ2以计算输出阻抗角θ，例如可取5组不同参数的Uc、δ1、δ2以计算
出五个输出阻抗角θ，再将上述输出阻抗角θ取平均值以得到最终的输出
阻抗角θ。
于再一实施例中，请参阅骤530及540中，可通过阻抗角计算单元
130根据第一无功功率Q1与第一幅值参数的乘积、第一无功功率Q1与第
二幅值参数的乘积、第二无功功率Q2与第一幅值参数的乘积以及第二无
功功率Q2与第二幅值参数的乘积以计算逆变器的输出阻抗角θ。
详细而言，如步骤530及540所示，逆变器1500的输出阻抗角θ是
根据下列式子以进行计算：
……式子4
于上述式子4中，θ输出阻抗角，P1为第一有功功率，P2为第二有功
功率，第一幅值参数包含第一参数A1及第二参数A2，第二幅值参数包含
第三参数B1及第四参数B2。其中，第一有功功率和第一无功功率为第一
电压信号的第一幅值为Uc，而功角δ为第一功角δ1时的计算值；第二有
功功率和第二无功功率为第一电压信号的第一幅值为Uc，而功角δ为第
二功角δ2时的计算值。
在另一实施例中，如步骤530及540所示，逆变器1500的输出阻抗
角θ是根据下列式子以进行计算：
……式子5
于上述式子5中，θ为输出阻抗角，Q1为第一无功功率，Q2为第二无
功功率，第一幅值参数包含第一参数A1及第二参数A2，第二幅值参数包
含第三参数B1及第四参数B2。其中，第一有功功率和第一无功功率为第
一电压信号的第一幅值为Uc，而功角δ为第一功角δ1时的计算值；第二
有功功率和第二无功功率为第一电压信号的第一幅值为Uc，而功角δ为
第二功角δ2时的计算值。
于再一实施例中，第一参数A1，第二参数A2，第三参数B1及第四参
数B2是分别由下列式子计算而得：
A1＝Ucsinδ1……式子6
A2＝Ucsinδ2……式子7
B1＝Uccosδ1-Uo……式子8
B2＝Uccosδ2-Uo……式子9
于上述式子中，A1为第一参数，A2为第二参数，B1为第三参数，B2
为该第四参数，Uc为第一幅值，δ1为第一功角，δ2为第二功角，U0为第
二幅值。
为使图3所示的逆变器的输出阻抗角检测装置100A的操作方式易于
理解，请一并参阅图6，其是依照本发明再一实施例绘示一种逆变器的输
出阻抗角检测方法600的流程图。如图所示，于步骤610中，可通过电压
信号设定单元140以设定功角δ为定值，而第一电压信号的第一幅值Uc
由第一数值U1变化至第二数值U2。于步骤620中，可通过PQ计算单元
120以接收并根据第二电压信号v0及电流信号i0，以计算并输出第一有功
功率P1，第二有功功率P2，第一无功功率Q1及第二无功功率Q2。其中，
第一有功功率和第一无功功率为第一电压信号的第一幅值为第一数值U1，
功角为δ时的计算值；第二有功功率和第二无功功率为第一电压信号的第
一幅值为第二数值U2，功角为δ时的计算值。
于步骤630中，可通过阻抗角计算单元130以下述式子10～13来计算
第一参数A1，第二参数A2，第三参数B1及第四参数B2。
A1＝U1sinδ……式子10
A2＝U2sinδ……式子11
B1＝U1cosδ-Uo……式子12
B2＝U2cosδ-Uo……式子13
于步骤640中，可通过阻抗角计算单元130以上述式子4或5来计算
逆变器1500的输出阻抗角θ。在一实施例中，为能更精确地得到输出阻
抗角θ，可以取多组不同参数的U1、U2、δ以计算输出阻抗角θ，例如可
取5组不同参数的U1、U2、δ以计算出五个输出阻抗角θ，再将上述输出
阻抗角θ取平均值以得到最终的输出阻抗角θ。
图7是依照本发明又一实施例绘示一种逆变器的输出阻抗角检测装
置的示意图。如图所示，相较于图1所示的逆变器的输出阻抗角检测装置
100，在此的逆变器的输出阻抗角检测装置100B还包含电压信号产生单元
140A及功率设定单元150。图8是依照本发明另一实施例绘示一种逆变
器的输出阻抗角检测装置的示意图。如图所示，相较于图1所示的逆变器
的输出阻抗角检测装置100，在此的逆变器的输出阻抗角检测装置100C
还包含功率闭环控制单元140B及功率设定单元150。
为使图7及图8的逆变器的输出阻抗角检测装置100B及100C的操
作方式易于理解，请一并参阅图9，其是依照本发明又一实施例绘示一种
逆变器的输出阻抗角检测方法900的流程图。如图所示，于步骤910中，
可通过功率设定单元150设定有功功率信号Pset为Pset1，并设定无功功率
信号Qset为Qset1，图7与图8的逆变器的输出阻抗角检测装置100B、100C
的差异在于第一电压信号的产生方式。详言之，图7的逆变器的输出阻抗
角检测装置100B的第一电压信号可经由功率设定单元150设定有功功率
信号Pset及无功功率信号Qset，再经由电压信号产生单元140A以产生并输
出上述第一电压信号，而图8的逆变器的输出阻抗角检测装置100C的第
一电压信号可经由功率设定单元150设定有功功率信号Pset及无功功率信
号Qset，再经由功率闭环控制单元140B以产生并输出上述第一电压信号。
于步骤920中，可通过PQ计算单元120以接收并根据第二电压信号
v0及电流信号i0，以计算并输出有功功率P1及无功功率Q1。于步骤930
中，可通过阻抗角计算单元130以上述式子2及3来计算第一幅值参数A
及第二幅值参数B。于步骤940中，可通过阻抗角计算单元130以上述式
子1来计算逆变器1500的输出阻抗角θ。在一实施例中，为能更精确地
得到输出阻抗角θ，可以取多组不同参数的Pset1、Qset1以计算输出阻抗角
θ，例如可取5组不同参数的Pset1、Qset1以计算出五个输出阻抗角θ，再将
上述输出阻抗角θ取平均值以得到最终的输出阻抗角θ。
为使图7及图8所示的逆变器的输出阻抗角检测装置100B及100C
的操作方式易于理解，请一并参阅图10，其是依照本发明另一实施例绘
示一种逆变器的输出阻抗角检测方法1000的流程图。如图所示，于步骤
1010中，可通过功率设定单元150设定无功功率信号Qset为定值，并设定
有功功率信号Pset由Pset1变化至Pset2，有功功率信号Pset可为阶跃信号或
斜坡信号。于步骤1020中，可通过PQ计算单元120以接收并根据第二
电压信号v0及电流信号i0，以计算并输出第一有功功率P1，第二有功功率
P2，第一无功功率Q1及第二无功功率Q2。其中，当无功功率信号为Qset，
有功功率信号为Pset1时，第一电压信号的第一幅值为U1，功角为δ1，且
第一有功功率和第一无功功率为此时的计算值；而当无功功率信号为Qset，
有功功率信号为Pset2时，第一电压信号的第一幅值为U2，功角为δ2，且
第二有功功率和第二无功功率为此时的计算值。
于步骤1030中，可通过阻抗角计算单元130以下述式子14～17来计
算第一参数A1，第二参数A2，第三参数B1及第四参数B2。
A1＝U1sinδ1……式子14
A2＝U2sinδ2……式子15
B1＝U1cosδ1-Uo……式子16
B2＝U2cosδ2-Uo……式子17
于步骤1040中，可通过阻抗角计算单元130以上述式子4或5来计
算逆变器1500的输出阻抗角θ。在一实施例中，为能更精确地得到输出
阻抗角θ，可以取多组不同参数的Qset、Pset1、Pset2以计算输出阻抗角θ，
例如可取5组不同参数的Qset、Pset1、Pset2以计算出五个输出阻抗角θ，再
将上述输出阻抗角θ取平均值以得到最终的输出阻抗角θ。
为使图7及图8所示的逆变器的输出阻抗角检测装置100B及100C
的操作方式易于理解，请一并参阅图11，其是依照本发明再一实施例绘示
一种逆变器的输出阻抗角检测方法1100的流程图。如图所示，于步骤1110
中，可通过功率设定单元150设定有功功率信号Pset为定值，并设定无功
功率信号Qset由Qset1变化至Qset2，无功功率信号Qset可为阶跃信号或斜坡
信号。于步骤1120中，可通过PQ计算单元120以接收并根据第二电压
信号v0及电流信号i0，以计算并输出第一有功功率P1，第二有功功率P2，
第一无功功率Q1及第二无功功率Q2。其中，当无功功率信号为Qset1，有
功功率信号为Pset时，第一电压信号的第一幅值为U1，功角为δ1，且第
一有功功率和第一无功功率为此时的计算值；而当无功功率信号为Qset2，
有功功率信号为Pset时，第一电压信号的第一幅值为U2，功角为δ2，且
第二有功功率和第二无功功率为此时的计算值。
于步骤1130中，可通过阻抗角计算单元130以上述式子14～17来计
算第一参数A1，第二参数A2，第三参数B1及第四参数B2。于步骤1140
中，可通过阻抗角计算单元130以上述式子4或5来计算逆变器1500的
输出阻抗角θ。在一实施例中，为能更精确地得到输出阻抗角θ，可以取
多组不同参数的Pset、Qset1、Qset2以计算输出阻抗角θ，例如可取5组不同
参数的Pset、Qset1、Qset2以计算出五个输出阻抗角θ，再将上述输出阻抗角
θ取平均值以得到最终的输出阻抗角θ。
由本发明提出的逆变器的输出阻抗角检测装置及检测方法以检测出
逆变器的输出阻抗角后，更可采用逆变器的输出阻抗角以计算出其它阻抗
参数：(逆变器输出阻抗大小)、(逆变器输出阻抗的阻值大小)、
(逆变器输出阻抗的感值大小)分别如下式18或式19、式20、式21所
示。
首先，由可得以下式子：
……式子18
于上述式子中，P为有功功率，U0为第二幅值，Z0为逆变器输出阻抗
的幅值，A为第一幅值参数，B为第二幅值参数，θ为输出阻抗角。
其次，由可得以下式子：
……式子19
于上述式子中，Q为无功功率，U0为第二幅值，Z0为逆变器输出阻
抗的幅值，A为第一幅值参数，B为第二幅值参数，θ为输出阻抗角。
再者，已知和则可得以下式子：
……式子20
……式子21
所属技术领域中技术人员当可明白，逆变器的输出阻抗角检测方法中
的各步骤依其执行的功能予以命名，仅是为了让本案的技术更加明显易
懂，并非用以限定该等步骤。将各步骤予以整合成同一步骤或分拆成多个
步骤，或者将任一步骤更换到另一步骤中执行，皆仍属于本公开内容的实
施方式。
由上述本发明实施方式可知，应用本发明具有下列优点。本发明实施
例通过提供一种逆变器的输出阻抗角检测装置及检测方法，藉以简单且准
确地自动检测出逆变器的输出阻抗角，以有效地控制逆变器。
虽然上文实施方式中公开了本发明的具体实施例，然其并非用以限定
本发明，本发明所属技术领域中技术人员，在不悖离本发明的原理与精神
的情形下，当可对其进行各种变动与修饰，因此本发明的保护范围当以附
随权利要求所界定者为准。