多制式模块化绿色UPS电源技术

作者：时间：2012-07-23来源：网络收藏

在逆变电路的控制电路设计中，我们基于现代控制理论建立逆变器的数学模型，从而得出了闭环控制器的最优化参数，使逆变器的性能达到了最优化。此外，通过采用基于高性能32位数字信号处理器TMS320F2810实现了控制的全数字化。使得逆变器输出电压失真率在线性负载时小于2%，非线形负载时≤5%。

图4 三相逆变器主电路图

在逆变器的并联均流控制中，我采用了基于数字信号处理器(DSP)的数字化瞬时均流技术，它很好地实现了“分布式逻辑均流控制方式”。对于逆变器并机系统中的各个模块，均都处于完全平等的调控状态之中，能实时动态地调节逆变模块所带的负载百分比，实现高精度的负载均分。以高速微处理器为基础的全数字化设计，使得UPS模块之间只采用环路通讯电缆连接来传递实时信号便可实现多达20个模块的直接并机。负载电流的不均衡度小于3%。UPS的各模块可实现热插拔，热更换。每个UPS模块可动态插入UPS系统或从UPS系统中动态拔出。插拔过程中不影响其它模块的正常运行。

逆变器均流的思想来源于电力系统中同步发电机的功率调节，即以有功功率调频，以无功功率调压的下垂方式为主，如式(1)、(2)所示，因此也称外特性下垂方式。

在逆变器并联系统中，这种下垂方式在感性的线路阻抗时工作也是较好的，对于阻性线路阻抗则效果较差，当线路阻抗不再为纯感性时，电压频率，幅值都同时影响有功功率与无功功率，从而产生了很强的耦合，使得并联效果并不理想，因此，在无互连线的并联控制中，通常通过对P，Q进行座标变换，形成新的变量P’，Q’，其目的是消除或减轻P’，Q’之间的耦合，再基于P’，Q’进行输出电压的频率，幅值的下垂控制。

传统的并联均流控制是基于相量的，每个工频周期调节一次环流，对环流的瞬间冲击是没有抑制作用的，这使得UPS须采用并机电抗，并在容量上考虑较大的富余度。为解决这一问题，我们通过研究，在国内外首次提出了环流阻抗的概念，并基于环流阻抗实现了瞬时均流方案，如图5所示。在瞬时均流方案中，各个模块的均流控制器对负载电流的瞬时值进行采样，对环流进行瞬时调控。而传统的均流方案中只对负载电流的基波分量进行处理，一个正弦周期(20ms)只能调节一次。瞬时均流方案大大改善了UPS模块之间的动态均流特性，能有效地抑制并联逆变器之间的环流冲击，减小了UPS容量的富余度。同时，基于瞬时均流技术，通过合理的软件算法，可实现“虚拟并机电感”，使得每个UPS模块不再需要并机电感，从而进一步降低了体积、损耗及成本。提升了整个UPS的效率及功率密度，

图5 逆变器的瞬时均流控制方案

该UPS电源可实现多制式运行，可单相或三相市电输入、对单相或三相负载供电。同时，为确保对国际上50Hz及60Hz两种频率电网的适用性，UPS的输入电压可适应50Hz及60Hz两种电网，而输出电压可50Hz与60Hz任意切换。

该UPS采用了集中旁路控制技术，使得逆变、旁路切换更加安全稳定，同时也简化了各UPS模块的结构，降低了各模块的体积。如需提高旁路的可靠性，该UPS可实现双旁路模块并联冗余运行。

该UPS基于DSP技术，针对模块化运行，开发了完善的智能管理功能，可以自检到电路的各种状态及故障;在网络监控方面具有优异的功能，能支持灵活的网络化管理，强大的智能监控功能，提供RS232、RS422及干接点、接口，内置Modem接口及SNMP卡，满足TCP/IP协议，适应LAN、WAN的网络化管理。

整个UPS系统控制框图如图6所示。