1引言
由于市电和负载的复杂性，例如电网容量不足，输变电和各种配电设备的性能和质量问题，各用电设备配置的不合理，或相互之间的影响，电力电子变流器的广泛应用与各类非线性负载的增加，自然界的雷击、地电及人为因素的影响等，使市电电压不稳定，并含有谐波，电能质量不断恶化。这将会使一些对电能质量敏感的重要负载性能降低，寿命缩短，甚至造成很大的经济损失。据有关部门统计，在有代表性的场合，计算机遭受来自市电的干扰值在数十伏的每天有上百次。计算机故障的50％～70％是由电源故障造成的。因此，对电能质量的综合补偿和采用补偿式在线UPS就显得越来越重要了。
用户电能质量综合补偿器和补偿式在线UPS的电路是相同的，在直流电路中并入蓄电池就是UPS，不并入蓄电池就是综合补偿器，其原理框图如图1所示。它是由两个互为电源的双向全桥逆变器构成的一种串并联电路结构。通过变压器Tr次级串入电路的逆变器Ⅰ，是市电的稳压滤波器，其主要作用是对市电输入电压进行稳压和滤波；通过电感L并入电路的逆变器Ⅱ，是电流无功补偿滤波器，其主要作用是补偿负载需要的无功电流，并滤除非线性负载产生的谐波电流。当作为补偿式在线UPS应用时，逆变器Ⅰ输出有功功率，逆变器Ⅱ输出无功功率。
2市电稳压滤波器
对市电输入电压进行稳压和滤波的稳压滤波器电路如图2所示。它是由高频全桥SPWM式双向逆变器构成的。逆变器的输出电压uAB通过变比为k的输出变压器Tr变成补偿电压uac在Tr次级输出，Tr的次级串联在主电路中，以对市电电压的大小变化和谐波进行补偿，保持输出电压uaL为稳定的正弦波电压。uar为与市电同步的给定正弦基准电压，完全补偿后uaL=uar。LFCF为低通滤波器，以滤掉市电ua中和补偿电压uac中的高次谐波。由Tr次级短路阻抗、LF及市电电源内阻组成的线路阻抗为Z，电压降低为Zia，ia为市电输入电流。由图2主电路可知，当实现完全补偿时：
令
为全桥SPWM逆变器的调制电压，控制电路框图如图3（a）所示，图3（b）为波形图。当用
=ua－Zia－uar作为调制波时，可以使补偿电压uac=ua－Zia－uar实现完全补偿。假定逆变器直流电源电压为Udc，载波三角波的频率为fc，电压幅值为Uc，市电频率为fa，则
按照文献[1]的方法，推导出补偿电压uac的双重傅里叶级数表示式为uac=kuAB=k(uA－uB)，经推导并考虑到滤波器LFCF的作用，可得
当ua1<uar时，M1=负值，也可以得到式（10）结果。所以式（10）说明：当用瞬时值=ua－Zia－uar作调制波时，可以使SPWM全桥逆变器通过变压器Tr的输出电压uac，完全补偿市电电压的大小变化和谐波。保持加在负载上的电压uaL=uar为稳定的正弦波电压。
2.1补偿的物理说明
从物理上看，由于控制电路采用的是=ua－Zia－uar作为调制波进行的补偿，当市电电压ua为正弦波时，ua>uar是负补偿ua－uac；当ua<uar是正补偿ua＋uac。当市电电压含有谐波时，ua>uar部分是负补偿，ua<uar部分是正补偿，补偿示意图如图4所示。补偿谐波的关键是采用高频SPWM全桥逆变器和瞬时值检测。逆变器的载波比N=fc/fa越大，补偿效果越好。
2.2变压器Tr的变比
变压器Tr变比k的大小，取决于市电电压变化的范围。当用作电能质量综合补偿器时，由于市电电压的允许变化范围为±10％，实际有的地方变化范围可达±20％，所以变比k应取±25％；当用于补偿式在线UPS时，当市电停电时电压的变化为100％，故k值应取1：1，以全电压对市电电压进行补偿。
3电流无功补偿滤波器
电流无功补偿滤波器的原理电路如图5所示。由于感性负载和非线性负载的作用，使电流含有无功成分并发生畸变，包含无功与畸变的负载电流iaL用傅里叶级数表示时为
为高次谐波电流。
由图5可知：当完全补偿时，负载电流iaL应由市电输入电流ia和补偿电流iac共同供给，即iaL=ia＋iac。如果用适当的控制方式，使补偿器的输出电流iac=i1q＋ian，则市电只须向负载提供基波有功电流i1p就可以了。这样就完全实现了补偿，市电输入电流ia与市电电压ua同相位，输入功率因数cooφ=1，ia为正弦波电流。如果只需要消除高次谐波电流ian，或只需要补偿基波无功电流i1q时，则只须使iac=ian或iac=i1q就可以了。为了能很好地完全补偿基波无功电流i1q和高次谐波电流ian，逆变器采用了双向全桥逆变器，并采用了线性Delta滞环控制方式。
3.1补偿器的数学模型
对有源滤波与无功补偿器的要求是具有较强的适应能力和较高的反应速度。图5所示电路是可以满足上述要求的。图中Cd为为储能电容，R为回路电阻，根据基尔霍夫定律可得
上一篇：家用计算机UPS电源
