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用户电能质量综合补偿器在线UPS工作原理

用户电能质量综合补偿器在线UPS工作原理

点击数:7581 次   录入时间:03-04 11:38:45   整理:http://www.55dianzi.com   电源

为了使Cd上的电压Udc恒定,Cd的值应足够大。由于补偿器前面有市电电压稳压滤波器,所以ua=Uam·sinωt,将F、ua代入式(12),解出补偿电流iac的表示式为


式(18)表明,补偿电流iac只与电感L有关。
3.2电感L的值
假定补偿对象是整流器,其交流侧的电流波形如图6所示,由此可以得到补偿电流参考值的波形如图7所示。的变化是不均匀的,求解电感L的值也是很复杂的,为了节省篇幅,L的推导过程省略。从跟踪角度出发,L值应取得大些。综合两者要求,通过推导得到L值计算式为

式中:N′为系数,N′=0.3~0.7,参数Uam,Udc,IaL,T(开关周期),α,μ和Iap在额定情况下都是已知的,其含义见图6。当α=30°,μ=15°,L=3.4mH,fs=5kHz时,仿真结果如图8所示。此结果表明:市电输入电流ia由原来的方波,变成了准正弦波。输入功率因数cosφ=1。

3.3控制方式
电流无功补偿滤波器的控制方式,最好采用线性Delta滞环PWM控制方式,这是由于补偿电流参考值的变化是不均匀的,在换向期间变化较大,为了能够准确跟踪,采用线性Delta滞环PWM控制,其电路与工作波形如图9所示。

4三相电能质量综合补偿器与在线UPS
用户电能质量综合补偿器与在线补偿式UPS电路如图10所示,它是由与电路串联的市电稳压滤波器,和与电路并联的电流无功补偿滤波器组成的。当直流电路并入蓄电池,变压器Tr的变比k=1:1时就是补偿式在线UPS;而不并入蓄电池,k=0.25:1时就是电能质量综合补偿器。
当作为在线UPS应用时,如果市电存在,则电路运行在电能质量综合补偿器状态;当市电断电时,电路工作在UPS状态。市电稳压滤波器(图10中逆变器Ⅰ)由给定正弦基准电压驱动提供有功功率,电流无功补偿滤波器(图10中逆变器Ⅱ)提供无功功率,保证供电不间断,转换时间等于零。蓄电池由逆变器Ⅰ和Ⅱ共同充电。
当作为电能质量综合补偿器应用时,市电稳压滤波器可以稳定、净化市电输入电压,电流无功补偿滤波器可以补偿无功电流和净化电流中的谐波,使供电质量大大提高,用户负载不受已遭污染的市电电网的影响;用户自己的非线性负载引起的电流畸变也不污染市电电网。所以市电稳压滤波器可以等效成一个正弦电流源,电流无功补偿滤波器可以等效成一个正弦电压源。工作于电流源的双向逆变器Ⅰ,和工作于电压源的双向逆变器Ⅱ,可以互为电源,互为对方传输电能协调工作。例如对于市电稳压滤波器的逆变器Ⅰ,当市电电压高于给定电压时,逆变器Ⅰ吸收功率,对电压进行负补偿,其吸收的功率通过逆变器Ⅱ以电流形式转送到负载;当市电电压低于给定电压时,逆变器Ⅰ输出功率,对电压进行正补偿,其输出的功率通过逆变器Ⅱ以电流形式从市电电网输入。逆变器Ⅱ对负载电流的无功与谐波电流的补偿,所需的能量也是由逆变器Ⅰ供给和输出的。
4.1主电路逆变器的选型
主电路逆变器Ⅰ和Ⅱ的选型,与三相电路型式和用户要求有关。对于三相三线制系统可以选用三相半桥式逆变器;对于要求输出相电压的三相四线制系统,则必须选用三个单相全桥逆变器,或选用三相四桥臂逆变器。其原因有两个:一是可以输出相电压,可以向不对称负载供电;二是当一相出现故障时,另外两相还可以供电,提高了供电的可靠性。
如果需要将三相三线制市电改成三相四线制供电时,可以用中性点形成变压器形成中性点。中性点变压器是变比为1:1的自耦变压器。

4.2电能质量的检测与控制电路
电能质量检测法有多种,例如基于Fryze时域分析的有功电流分离法;基于频域分析的FFT检测法;基于自适应干扰抵消原理的闭环检测法等。我们选择了具有较好实时性,在三相系统得到广泛应用的基于广意瞬时无功理论检测法。此法是1983年由日本学者赤木泰文先生提出的。当已知三相瞬时值电压或电流时,用下面给出的方程式将其在静止坐标中的向量变换到以基频速度ω旋转的dqo坐标上:

变换后的信号与原信号减少一个基波频率即50Hz。所以dqo变换是一种差频变换,输入信号中的基频、5次、7次等谐波,变换到dqo坐标上时,为直流、4次、6次等谐波。因此,上式中d轴电流直流分量对应于负载基波有功功率,q轴电流直流分量对应于负载基波相位移无功功率,d轴交流分量和q轴交流分量对应于负载高次谐波无功功率,o轴分量io对应于基波不对称无功功率。
上述方法可以分离出有功分量、无功分量,谐波和三相电压或电流的不对称度。由于此法可以把三相基波电压或电流变换成直流值表示,所以消除了频变和相位不一致造成的影响,因此三相基准参考信号可以不必再与市电同步锁相了,可以利用变换成的直流信号进行比较,避免了同步锁相过程的干扰。
4.2.1市电稳压滤波器的检测控制电路
为了检测出市电电压基波的大小变化,谐波和不对称度,采用了如图11所示的检测电路。三相正弦基准参考电压uar、ubr、ucr,通过dqo变换及低通滤波器,得到dqo坐标的直流基准参考值和uor。市电电压ua、ub、uc经dqo变换,得到

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