双变流器串-并联补偿式UPS控制策略研究
点击数：7515 次 录入时间：03-04 11:33:32 整理：http://www.55dianzi.com 电工技术
1 引言
现代工业的发展对电能质量的要求越来越高，如何为电力用户提供安全可靠的“绿色”电源是目前电源研究领域的热点。UPS作为一种不间断供电电源，是关键设备得以正常运行的保证。为适应发展的要求，近年来也在不断地进行完善和改进。先后出现了后备式、在线式、三端口在线互动式及双变流器串-并联补偿式等几种结构类型的UPS。其中由Kamran[1]和Silva[2]提出的双变流器串－并联补偿式UPS[1~4]，既可以补偿非线性负载中的无功电流及谐波电流，同时还可以补偿电源电压的谐波及基波偏差，较传统双变换在线式UPS而言，输入功率因数高，输出能力强，具有综合的电能质量调节能力，是一种值得推广应用的新型UPS。目前国外UPS厂家只有某公司拥有此项专利技术，在市场上已经推出Silcon DP300E系列大功率UPS，国内则刚刚处在研究的初始阶段[5]，还有许多研究工作需要进行。
本文介绍了双变流器串-并联补偿式UPS的工作原理，指出了其区别于传统双变换在线式UPS的优点所在，提出了一种基于同步旋转坐标系[6]下的控制策略，并通过仿真分析了其系统工作特性，结果表明所提控制策略的正确性，实现了双变流器串－并联补偿式UPS的全部控制功能。
2 双变流器串-并联补偿式UPS工作原理
图1示出双变流器串-并联补偿式UPS的工作原理图。图中变流器Ⅰ和Ⅱ都是双向AC→←DCSPWM变流器，其直流侧接蓄电池Eb（其内阻等效为理想的恒定电阻Rb）和电容C。变流器Ⅰ经电感L1和变压器T输出电压Dv串接在电源电压vs和负载电压vL之间，称之为串联补偿变流器。其输出的补偿电压由两部分组成：△v=△v1+△vh，△vh为谐波补偿电压，它与交流电源中的谐波电压△vsh大小相等，但方向相反；△v1为基波电压补偿量，补偿电源电压基波△s1与负载电压额定值vR的偏差。所以变流器Ⅰ提供的补偿电压△v既抵消vs中的谐波vsh，又补偿基波电压vs，使负载电压vsh成为与电源基波电压Vs1同相的正弦波额定电压vR。
变流器Ⅱ经L2、C2滤波后并接在负载两端，称之为并联补偿变流器。若负载为非线性负载，则负载电流iL由基波有功电流iLP、基波无功电流iLP和谐波电流iLh3部分组成。对变流器Ⅱ进行实时控制，可使它输出至负载的电压为正弦波额定电压vR，并向负载输出电流i3=iLQ+iLh+(iLp-is)。其中iLQ、iLh补偿负载无功和谐波电流，使电源仅向负载输出基波有功电流is，而负载的有功电流iLP则由交流电源(is)和变流器Ⅱ(i2d)共同提供。
由上述分析可知，在非线性负载、电源电压高于或低于额定值vR且含有谐波电压时，这种UPS通过串、并联补偿变流器的共同作用，可使负载电压uL补偿到与电源电压同相的额定正弦电压uR，避免了网侧谐波电压对负载的影响；同时电源仅输入基波有功电流is，功率因数近乎为1，克服了传统双变换在线式UPS因输入整流部分所带来的输入功率因数较低的缺点。通常电源基波电压偏离额定值小于±15%，因此变流器Ⅰ仅补偿Du≤±15%的额定电压，其容量仅为系统容量的20%左右。正常时市电与双变流器共同对负载供电，两变流器的最大功率强度只有负载功率的20%，相对始终在[1] [2] [3] 下一页
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