双变流器串—并联补偿式UPS控制策略研究

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摘 要：本篇文章全面详细的分析了双变流器串-并联补偿式ups电源中所采用的控制方式以及具体的信号检测措施是。并且利用对无功率检测技术以及谐波技术进行深入研究之后，通过三相电路瞬间无功的理论来达到了对无功电流、谐波进行实时补偿的目的。而当电源自身的电压并非是额定值，且其中还含有谐波电压、谐波电流、无功电流的情况下，其电源输入极在这一过程中的功率因素、正弦波为1，其过程中所呈现出来的额定值正弦波被负载电压所控制。这一仿真结果直接证明了，该控制策略所具有的正确性。

关键词：双变流器串-并联补偿式UPS；无功电流；谐波

UPS也被称之为不间断的电源，这一类电源形式通常都是被直接使用到用电负载或者城市电网之中，而利用这一技术的主要目的就是为了能够最大限度的改善负载过程中的供电质量，当市电出现用电故障的过程中，其负载设备在这一过程中便能够用最大限度的确保正常运行。UPS在实际使用的过程中，不但能够达到供电无中断的效果，还拥有者对电压进行稳定并且抵抗电场干扰的作用。就目前来说，市场上已经出现了大量的不同类型UPS，而不同UPS的具体运行方式也有所不同，例如后备方式、双变换在线式、在线互动式、双变流器串-并联在线补偿式等四种主要的类型。

1、双变流器串-并联补偿式变换型UPS功能

双变流器串-并联补偿式变换型UPS和以往传统的变换UPS相比较而言，其在电能变化、系统结构中都引入了大量的概念，其中不但将以往传统的UPS功能进行了保留，还极大的提升了输出电压所具有的质量，促使其中所存在的大量指标在这一过程中得到了极大的改善，不但最大限度的减少了其电源对于电网所造成的污染现象，最为重要的一个因素就在于其自身不仅输入能力高，可靠性也极高，是当前各个方面都最为理想的UPS系统。

但是，双变流器串-并联补偿式UPS所具有的性能是否优秀并不是由自身来决定，而是由内部的控制策略来进行确定。再加上补偿式的UPS一般都是使用两个变换器：主变流器、串联补偿变流器，而这两个变流器在实际使用的过程中则必须要把同步协调控制作为控制措施。所以，下文主要针对这两种不同变流器所涉及到的同步协调控制措施进行了全面详细的探讨。该策略不仅把串联变流器转变成为了基波正弦电流源，而并联变流器自身也被控制为基波正弦电压源，通过这一方式，能够最大限度的实现电源电压在并非是额定值环境，并且在包含有谐波电流、无功电流、谐波电压的情况之下，其电源输入的电流必须要控制成为正弦波、功率因素接近1的情况下，而其中的负载电压在这一过程中则直接会被控制成为额定的额定值正玄波。利用仿真实验的方式，充分的验证了UPS自身有着较高的功率因素，其中的输出电压在这一过程中极为稳定。并且在市电完全正常的情况下，

2、补偿式UPS的电路拓朴

双变流器串-并联补偿式UPS的电路结构（只画出了一相）主要由三相补偿变压器、三相补偿逆变 器、三相主逆变器、主静态开关、旁路静态开关、输入输出滤波器及蓄电池组等部分构成。补偿逆变器通过补偿变压器串联连接在市电电源与负载之间，其容量约为系统总 容量的20%左右，主逆变器并联在系统输出端，其容量等于UPS系统容量。当输入电源电压波 动小于±15%，频率波动小于±3%时，由Delta逆变器和市电电源共同对负载供电，其稳压精 度为±1%（其中85%～100%来自市电电源，0%～15%来自Delta逆变器）；当输入电源超过上述 电压和频率范围时，系统转入蓄电池供电方式，由主逆变器为负载提供100%的不间断纯净正 弦波电源。市电正常时，Delta逆变器只需补偿与市电电压和系统输出电压差有关的功率， 故损耗小，效率高，功率余量大，过载能力强。

3、Delta逆变器控制策略

Delta逆变器受控为基波正弦电流源，主要用来消除市电输入电流中的无功与谐波电流 和对市电电压进行波动补偿，兼有有源滤波和交流稳压的双重功能。其控制电路有两个反馈 信号：一是负载反馈电流信号iL，用来消除市电输入电流中的无功和谐波分量，使市 电输出 电流与市电电压同相位，输入功率因数为1；另一个是蓄电池电压反馈信号ΔUd ，由蓄电 池电压Ud与其基准电压进行比较后产生的，用来补偿市电电压的波动，并使市电的 输入功率与负载所需的功率达到平衡。

4、主逆变器控制策略

主逆变器受控为基波正弦电压源，用来控制负载上的电压为稳定纯净的正弦波电压，与 补偿逆变器一起完成对市电电压波动和谐波的补偿；当负载为感性和非线性负载时，向负载 提供无功和谐波电流；当市电掉电时，向负载提供100%的功率。

主逆变器采用瞬时值波形比较法，用负载输出电压减去基准正弦电压，其差值再被基准 正弦电压所减，得到主逆变器工作所需的PWM波的电压指令信号，对主逆变器进行控制，得 到负载所需的电压和谐波补偿值。从而使得整个过程中的谐波值都能够得到相应的补偿，因此来最大限度的确保控制策略在这一过程中所起到的效果，并且结果也明显的证明，该方式能够切实有效的解决相应的问题。

5、系统仿真分析

基于上述控制策略，在MATLAB/SIMULINK仿真环境下建立系统仿真模型。交流市电电源是标准的三相380 V电网电压，在其额定值±15%范围内变化，电网所含谐波用两个正弦波相叠加模拟5次和7次谐波，其幅值为基波电压值的10%。补偿逆变器和主逆变器都采 用三相半桥结构，蓄电池电压为384 V，负载用三个电阻星型连接而成，电阻值均为20 Ω。

（1） 电压调节功能 市电电压在±15%范围内波动，当市电相电压升高到峰值电压350 V时，；当市电降低到峰值电压为260 V时。U a为市电A相输入电压，UaL为A相负载电压。由仿真波形可以看出，无论市电处于欠压还是过压状态，电源始终输出峰值为311 V的正弦波电压，且对电网电 压的谐波具有很好的抑制作用。从Delta逆变器A相补偿电压波形可以看出， 补偿变压器工作在高频开关状态，这样可以大大减少补偿变压器的体积。

（2）功率因数调节功能 A相市电电压Ua和电流Ia的波形，负载电压UaL和电流IaL的波形。由于输入电压含有5次及7次谐波，其波形的失真度输大，通过补偿变压器的消谐波补偿，使得输出的负载电压为纯净稳定的正弦波，并实现了市电输入电压和输入电流的相位基本一致。

6、结束语

综上所述，在对双变流器串-并联补偿式UPS控制策略进行全面深入的研究之后，建立起了良好的仿真模型。并且针对其中的电压额定值、谐波电压、无功电流等多个方面的情况进行了全面详细的分析。而从其仿真的实际结果，能够明显的得出双变流器串-并联补偿式变换型UPS确实能够为电网电压波动提供补偿，而抑制电网电压自身的谐波，不但能够使得负载端的电压能够对正弦波进行文帝，还能够对功率因素进行调节。从这类结果来看，双变流器串-并联补偿式变换型UPS控制策略确实是一种能够进行广泛推广的措施。

参考文献

[1] 王其英，刘秀荣.新型不停电电源（UPS）的管理使用与维护[M].北京 ：人民邮电出版社，2005.

[2] 曹保国.UPS应用技术[M].北京：化学工业出版社，2007.

[3] 刘凤军.Delta逆变技术及其在交流电源中的应用[M].北京：机械工业 出版社，2004.