雙變流器補(bǔ)償式UPS控制的關(guān)鍵技術(shù)
1 引 言
今世財(cái)打造的發(fā)展對(duì)電能品質(zhì)的申請(qǐng)愈來愈高，如何為電力用戶供給安全可靠的“綠色”電源是目前電源研究范疇的搶手。隨著財(cái)打造的發(fā)展，電力用戶對(duì)電能品質(zhì)提出了更高的申請(qǐng)，UPS作為一種不連續(xù)供電配備，是改進(jìn)電能品質(zhì)的重要法度模范模范之一，也是樞紐配備得以正常運(yùn)行的重要包管。為適應(yīng)發(fā)展的申請(qǐng)，頻年來其也在不斷地發(fā)展美滿和改進(jìn)。先后涌現(xiàn)了后備式、在線式、三端口在線互動(dòng)式及雙變流器串并聯(lián)補(bǔ)償式等幾種布局類型的UPS。此中由Kamran和Silva提出的雙變流器串并聯(lián)補(bǔ)償式UPS，既或者補(bǔ)償非線性負(fù)載中的無功電流及諧波電流，同時(shí)還或者補(bǔ)償電源電壓的諧波及基波壞處，較古板雙變更在線式UPS而言，輸入功率因數(shù)高，輸出才智強(qiáng)，存在闡發(fā)的電能品質(zhì)調(diào)節(jié)才智，是一種值得廣告運(yùn)用的新型UPS。目前國內(nèi)UPS廠家只有美國APC公司擁有此項(xiàng)專利技能，在市場上已經(jīng)推出Silcon DP300E系列大功率UPS；國內(nèi)則方才處在研究的初始階段，還有良多研究任務(wù)緊要發(fā)展。
本文介紹了雙變流器串并聯(lián)補(bǔ)償式UPS的任務(wù)道理，在此基礎(chǔ)上討論了此類UPS基于同步扭轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下PI加反復(fù)牽制的瑣細(xì)牽制設(shè)計(jì)，完成了雙變流器串并聯(lián)補(bǔ)償式UPS的全數(shù)牽制聽命。
2 瑣細(xì)任務(wù)道理
圖1示出雙變流器串并聯(lián)補(bǔ)償式UPS的任務(wù)道理圖。圖中變流器Ⅰ和Ⅱ都是雙向AC←→DCSPWM變流器，其直流側(cè)接蓄電池Eb(其內(nèi)阻等效為理想的恒定電阻Rb)和電容C。變流器I經(jīng)電感L1和變壓器T輸出電壓Δv串接在電源電壓vs和負(fù)載電壓vL之間，稱之為勾結(jié)補(bǔ)償變流器。其輸出的補(bǔ)償電壓由兩部分組成：
Δv=Δvl+Δvh
Δvh為諧波補(bǔ)償電壓，它和交流電源中的諧波電壓vsh大小相稱，但方向相同；Δvl為基波電壓補(bǔ)償量，補(bǔ)償電源電壓基波Δvsl和負(fù)載電壓分外值vR的壞處。以是變流器I供給的補(bǔ)償電壓Δv既對(duì)消vs中的諧波vsh，又補(bǔ)償基波電壓vsl,使負(fù)載電壓vL成為和電源基波電壓vsl同相的正弦波分外電壓vR。
變流器Ⅱ經(jīng)L2、C2濾波后并接在負(fù)載兩端，稱之為并聯(lián)補(bǔ)償變流器。若負(fù)載為非線性負(fù)載，則負(fù)載電流iL由基波有功電流iLP、基波無功電流iLQ協(xié)調(diào)波電流iLh3部分組成。對(duì)變流器Ⅱ發(fā)展實(shí)時(shí)牽制，可使它輸出至負(fù)載的電壓為正弦波分外電壓vR，并向負(fù)載輸出電流i3=iLQ+iLh+(iLP-is)。此中iLQ、iLh補(bǔ)償負(fù)載無功協(xié)調(diào)波電流，使電源僅向負(fù)載輸出基波有功電流is，而負(fù)載的有功電流iLP則由交流電源(is)和變流器Ⅱ(i2d)共同供給。
圖1 雙變流器串并聯(lián)補(bǔ)償式UPS道理圖
由上述闡發(fā)可知，在非線性負(fù)載、電源電壓高于或低于分外值vR且含有諧波電壓時(shí)，這種UPS通過串、并聯(lián)補(bǔ)償變流器的共同作用，可使負(fù)載電壓vL補(bǔ)償?shù)胶碗娫措妷和嗟姆滞庹译妷簐R，防止了網(wǎng)側(cè)諧波電壓對(duì)負(fù)載的影響；同時(shí)電源僅輸入基波有功電流is，功率因數(shù)近乎為1，克制了古板雙變更在線式UPS因輸入整流部分所帶來的輸入功率因數(shù)較低的害處。一般電源基波電壓偏離分外值小于±15%，因而變流器Ⅰ僅補(bǔ)償Δv ≤±15%的分外電壓，其容量僅為瑣細(xì)容量的20%左右。正常時(shí),市電和雙變流器共同對(duì)負(fù)載供電，兩變流器的最大功率強(qiáng)度只有負(fù)載功率的20%，相對(duì)不絕在100%負(fù)載功率下任務(wù)的古板雙變更在線式UPS而言，不光整機(jī)功能高，功率器件花銷小，壽命長，可靠性高，而且有緊缺的功率裕量去應(yīng)付不凡的負(fù)載(進(jìn)擊負(fù)載、瞬間過載等)，因而輸出才智失掉很大的增強(qiáng)，類似容量的造價(jià)也降低了。一旦市電停電，變流器Ⅱ從蓄電池獲取電能繼續(xù)不連續(xù)的對(duì)負(fù)載供電；當(dāng)電網(wǎng)正常后，重新恢復(fù)市電和雙變流器共同對(duì)負(fù)載供電，在準(zhǔn)確的牽制戰(zhàn)略作用下，或者完成輸出電壓無間隙、無漸變。
3 瑣細(xì)的牽制
對(duì)于圖1所示的雙變流器串并聯(lián)補(bǔ)償式UPS應(yīng)使得市電輸入電流is是和電源基波電壓vsl同相的正弦有功電流，電源供電的功率因數(shù)為1；同時(shí)負(fù)載電壓vL為基波正弦電壓，且vL=vR(分外值)并和vsl同相。為完成此牽制目標(biāo)，采用圖2所示的基于同步扭轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的牽制瑣細(xì)。
3.1、電網(wǎng)輸入電流的牽制
牽制勾結(jié)變流器VSC作為基波正弦電流源運(yùn)行，使其橋端輸出電流il為純真弦波，則勾結(jié)變流器就或者完成通過勾結(jié)變壓器向電網(wǎng)勾結(jié)注入基波正弦電流is且is和isl同相，使交流電源電流中無諧波電流，無無功電流，供電功率因數(shù)為1，其牽制框圖如圖2所示。
圖2 基于同步扭轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的雙變流器串并聯(lián)補(bǔ)償式UPS牽制瑣細(xì)
因?yàn)楣唇Y(jié)變流器受控為基波正弦電流源，因而，或者采用基于同步扭轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的高頻PWM整流器直接電流牽制設(shè)計(jì)。圖3為雙變流器串并聯(lián)補(bǔ)償式UPS牽制瑣細(xì)電路布局，由圖3可得勾結(jié)變流器輸入電流愜心下式 (忽略電感電阻)：
L1(dild／dt)=ωL1i1q+Vcd-V1d (1)
L1(dilq／dt)=-ωL1i1d+Vcq-V1q (2)
圖3 雙變流器串并聯(lián)補(bǔ)償式UPS牽制瑣細(xì)電路布局
式中，i1d，i1q為變流器橋端輸出電流i1(a，b，c)在同步扭轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d、q軸份量，同理Vcd，Vcq為變流器電網(wǎng)輸入電壓Vc(a，b，c)的d、q份量，V1d，V1q則為牽制量(即變流器橋端輸出電壓)�？梢姽唇Y(jié)變流器橋端輸出d、q軸電流除受牽制量V1d，V1q的影響外，還受解耦電壓ωL1i1q，ωL1i1d和勾結(jié)變流器輸入電網(wǎng)電壓Vcd，Vcq的擾動(dòng)影響。因而，在牽制瑣細(xì)中引入解耦電壓反饋和輸入電網(wǎng)電壓前饋，以打消它們對(duì)瑣細(xì)的擾動(dòng)影響。
