UPS逆变模块的Nm冗余并联结构和均流

2.1.1 监控均流母线对地短路故障的措施

均流母线工作正常时电压U_B为一定值，且等于各模块电流I_k检测信号电压U_Ik的平均值；而均流母线短路时其电压U_B=0，利用这个特点，在均流电路中接一个均流母线电压检测电路，就可以及时发现母线短路故障。检测电路如图5所示，它由光耦、继电器和声光报警器组成。

图5 均流母线对地短路报警信号

2.1.2 任一模块不工作时的监控措施

模块失效时，其输出电流也为零，相应的模块电流I_k检测信号电压U_Ik=0，即图6中a点电压等于零。因此，在整流放大器的输出端接一个电压检测电路，就可以实现对模块失效的监控。监控电路如图6所示，它由光耦、继电器和声光报警器组成。模块正常工作时，U_Ik>0，光耦导通，继电器K工作，K的常开接点闭合，均流采样电阻R接入母线，K的常闭接点断开，报警器不工作；当模块失效时，U_Ik=0，光耦截止，K失电，K的常开接点断开，模块与母线隔离，保证了其他模块不下调，K的常闭接点闭合，报警器工作，告知用户该模块失效。

图6 模块失效监控电路

2.2 民主均流法

民主均流（democratic）法或称自治（autonomous）法是另一种自动均流法，它是按最大电流（highest current）自动均流的，这种均流法也有人将其称作自动民主均流法。其电路是在图4所示的自动均流法电路中，将采样电阻换成二极管而成的。二极管的正端接在a点上，负端接在b点上，由于N个二极管的负极都接在了均流母线上，处于相同的电位，则N个并联模块中只有输出电流最大的那个模块的负载电流检测信号电压U_Ik最高。因此，也只有输出电流最大的那个模块，才能使与它连接的二极管导通，导通后使均流母线上的电压U_B=U_Ik，其他的二极管因受反偏置而截止。与截止二极管对应的模块，就以均流母线上的电压为基准来调整各自的输出电流，从而实现均流。

从以上分析可知，民主均流法实质上是在N个并联的模块中，输出电流最大的模块将自动成为主模块，其余的模块则成为从模块，各个从模块的电压误差依次被整定，以调节负载电流分配的不均衡。由于N个并联的模块中，事先没有人为设定哪个模块为主模块，而是按输出电流的大小随机排序，输出电流大的模块自动成为主模块，所以人们称此种均流法为自动民主均流法，或民主自动主从设定均流法。民主均流法（即按最大电流自动均流）的原理框图如图7所示。图中模块k的电流检测信号U_Ik经过一个二极管接到均流母线上，均流母线上的电压U_B=max│U_Ik，k=1，2，……，N│反映N个并联模块中最大的一个模块电流。均流控制器SC_k的输入是最大的模块电流与各从模块电流的差值。以N=2为例，假定模块1的输出电流大于模块2的输出电流，则U_I1>U_I2，U_I1使二极管VD₁导通，U_B=U_I1。由于U_I2U_B=U_I1，所以二极管VD₂截止。SC₁的输出电压U_c1=0，SC₂的输出电压U_c2=＋U_c2，＋U_c2使模块2的基准电压增大，并使模块2的输出电流增加，达到均流目的，此时，U_I1=U_I2=U_B，I₁=I₂=I_L/2。

（a） 电路框图

（b） 电压跟随器电路图

图7 民主均流法的原理电路框图

在正常情况下，各模块的输出电流是相等的，如果由于某个原因使模块k的输出电流突然增大，则模块k自动成为主模块，其他的N－1个模块自动成为从模块。这时U_B=U_Ik>U_Im，各个从模块U_Im（m=1，2，……，k－1，k＋1，……，N）与U_B（即U_Imax）比较后，通过SC_m调整基准电压U_rk，自动实现均流。

以上是假定二极管是理想器件，即它的正向压降等于零。实际上二极管是有正向压降的，这个正向压降对从模块的均流精度虽无影响，但对主模块的均流精度影响较大。为了克服二极管正向压降对主模块均流精度的影响，可以用图7（b）所示的电压跟随器（或称单向缓冲器buffer）来代替二极管。

3 均流的实现

以民主均流为例，来说明UPS模块的均流并联运行。

3.1 模块的电路结构

单个模块的电路结构如图8所示。主电路是由全桥逆变器和交流滤波器L_F及C_F组成，控制电路可以采用以基准电压U_rk为基准进行稳压控制的任何形式的PWM控制电路。

图8 单个模块的电路组成