串-并联补偿式UPS 串联变换器研究

输入电压额定幅值VR= 100 V，频率f = 50 Hz; 负载额定电压幅值VL=100 V，负载额定容量500 VA，cosθ = 0. 8; 三相组合式串联变压器额定容量500 VA，匝比N1 / N2 = 1/ 1. 5;串联变换器输入电感L= 4 mH，电感电阻R= 0. 1Ω ，输出滤波电容C1= 1μF; 并联变换器输出滤波电感L= 1 mH，电感电阻R= 0. 1 Ω; 输出滤波电容C1 = 90μF。电池组E= 86 V，内阻R= 0. 1Ω ，直流母线电容Cdc= 6 800μF; 变换器开关频率f = 9 kHz。仿真波形如图3、4、5 所示。

　　图3 纯阻型负载

　　图4 阻感型负载

　　图5 整流型负载

　　由仿真波形可见，在三相对称的理想电网下，串联变换器的控制作用非常好，三相电网输入电流是平衡的正弦电流，直流母线电压的纹波很小，几乎不存在2次谐波交流分量波动; 电网电流的畸变率约3 %。　　4 非理想电压下的控制策略及仿真波形

　　串联变换器的输入电压不对称时，若PWM 开关函数包含谐波，会影响直流电压中产生不期望的谐波，特别是2 次谐波使得直流输出电压纹波严重。反过来还影响串联变换器桥端输入电压，使桥端输入电压中包含3、5、9 等次的谐波，从而增加了输入电流的总谐波畸变率。

　　变换器输入电压三相对称且包含某k 次谐波的影响是： 使得直流输出电压中包含（ k- 1） 及（ k+ 1） 次谐波，由此变换器输入电流中包含k 次的谐波，也即输入电压的谐波完全传递到了三相输入电流，从而增加了输入电流的总畸变率，增加了输入电流正弦性的控制难度。

　　图6 中三相电网输入电流严重不平衡，B 相电流明显超出另外两相电流幅值，且A、C 两相的电网电流与输入电网电压有明显的相移，输入功率因数不完全为1，而直流母线电压明显存在2 次谐波交流分量的波动。图7 中三相电网输入电流保持平衡，但输入电压的谐波成分使得输入电流的正弦性受到了很大影响，5 次谐波含量严重，总畸变率大; 直流母线电压也波动较大，特别是4 次谐波分量。

　　图6 输入电网电压不平衡下的仿真波形

　　图7 输入电网电压含谐波时的仿真波形

　　前文的仿真波形说明，将理想电网下的dq 轴解耦控制下的电压电流双闭环控制策略应用到非理想电网中结果并不理想。因此针对非理想电网，寻求一种更适合其特殊性质的控制策略，具有电源电压谐波前馈的dq+ 0 轴控制，使得变换器桥端输出电压包含同大小的谐波分量，则交流输入电流中就不存在谐波电流。图8 为具有电源电压谐波前馈的dq+ 0 轴控制系统框图，图9 为其仿真波形。

　　图8 具有电源电压谐波前馈的dq+ 0 轴控制系统框图

　　图9 具有谐波前馈的dq+ 0 轴控制仿真波形及Isa谐波分析

　　从仿真波形可见，三相电网输入电流的波形和不平衡度得到良好的控制，I s a 的总谐波畸变率分别为1. 74 % ，波形畸变得到了很大改善; 且直流电压稳定，纹波较小，直流侧的谐波也有所减小。

　　5 结 论

　　仿真结果表明： 所采用的具有电源电压谐波前馈的dq+ 0 轴控制方法可以获得优良的控制效果。串联变流器受控为基波正弦电流源，电源电流I s为与电源基波电压同相的正弦有功电流，电源电压中的谐波与基波偏差经串联变流器得到补偿（ 或隔离） 。