多制式模块化绿色UPS电源技术

共同加到乘法器的输入端，用乘法器的输出m|VS|作为电感电流iL(|iS|=iL)的电流指令值ir，因此电流指令ir(ir=mvdc)=m·|VS|的波形与交流电源电压VS相同，即指令电流ir是与交流电源 VS同相位的正弦波，而ir的大小则取决于实际电压V0与电压指令值V*0的误差。将ir与电感电流iL的检测值(iL=|iS|)一起送入比例、积分PI型电流误差比较器CAR，CAR的输出作为开关管T的PWM驱动控制电压Vr，最后将Vr与一个恒频三角波V△送入比较器C，C的输出被取作开关管T的驱动信号VG，经驱动器功率放大后再驱动开关器件T。当iL=|iS|

图3(c)给出输入电压VS、Vdc指令和仅有很小纹波的iL、iS波形。由图可见，输入电流被高频PWM调制成接近正弦(含有高频纹波)的波形。图3(a)中iD为流过二极管的电流，iT为流过开关管T的电流。在一个开关周期内，当开关管T导通时，ID=0 ，|is|=iL=ir ;当开关管T断开时，iT=0 ， |is|=iL=iD;具有高频纹波的输入电流iS经很小的LC滤波后即可得到较光滑的正弦波电流，它也正是每个开关周期中IS(IL)的平均值。

3、数字化的高频三电平逆变技术

逆变部分是UPS的核心部分。由于直流母线电压达到±430V，我们在吸收国际最新的、高性价比的逆变器方案的基础上，采用了三电平逆变器结构，如图4所示。三电平电路有效地解决了IGBT的耐压问题，在SPWM调制中也可大大降低IGBT的开关频率。三电平电路也使得逆变器的热损耗小、噪音低、电磁干扰小、功率密度高，且性能可靠，工作稳定、寿命长。三电平电路输出的SPWM电压波形经过LC滤波后输出纯正的正弦电压波形。通过采用合理的输入输出共地技术，使得逆变器不再需要笨重而昂贵的输出工频变压器及高频隔离变压器，从而大大降低了成本、体积及损耗。

在逆变电路的控制电路设计中，我们基于现代控制理论建立逆变器的数学模型，从而得出了闭环控制器的最优化参数，使逆变器的性能达到了最优化。此外，通过采用基于高性能32位数字信号处理器TMS320F2810实现了控制的全数字化。使得逆变器输出电压失真率在线性负载时小于2%，非线形负载时≤5%。

图4 三相逆变器主电路图

在逆变器的并联均流控制中，我采用了基于数字信号处理器(DSP)的数字化瞬时均流技术，它很好地实现了“分布式逻辑均流控制方式”。对于逆变器并机系统中的各个模块，均都处于完全平等的调控状态之中，能实时动态地调节逆变模块所带的负载百分比，实现高精度的负载均分。以高速微处理器为基础的全数字化设计，使得UPS模块之间只采用环路通讯电缆连接来传递实时信号便可实现多达20个模块的直接并机。负载电流的不均衡度小于3%。UPS的各模块可实现热插拔，热更换。每个UPS模块可动态插入UPS系统或从UPS系统中动态拔出。插拔过程中不影响其它模块的正常运行。

逆变器均流的思想来源于电力系统中同步发电机的功率调节，即以有功功率调频，以无功功率调压的下垂方式为主，如式(1)、(2)所示，因此也称外特性下垂方式。

在逆变器并联系统中，这种下垂方式在感性的线路阻抗时工作也是较好的，对于阻性线路阻抗则效果较差，当线路阻抗不再为纯感性时，电压频率，幅值都同时影响有功功率与无功功率，从而产生了很强的耦合，使得并联效果并不理想，因此，在无互连线的并联控制中，通常通过对P，Q进行座标变换，形成新的变量P’，Q’，其目的是消除或减轻P’，Q’之间的耦合，再基于P’，Q’进行输出电压的频率，幅值的下垂控制。

传统的并联均流控制是基于相量的，每个工频周期调节一次环流，对环流的瞬间冲击是没有抑制作用的，这使得UPS须采用并机电抗，并在容量上考虑较大的富余度。为解决这一问题，我们通过研究，在国内外首次提出了环流阻抗的概念，并基于环流阻抗实现了瞬时均流方案，如图5所示。在瞬时均流方案中，各个模块的均流控制器对负载电流的瞬时值进行采样，对环流进行瞬时调控。而传统的均流方案中只对负载电流的基波分量进行处理，一个正弦周期(20ms)只能调节一次。瞬时均流方案大大改善了UPS模块之间的动态均流特性，能有效地抑制并联逆变器之间的环流冲击，减小了UPS容量的富余度。同时，基于瞬时均流技术，通过合理的软件算法，可实现“虚拟并机电感”，使得每个UPS模块不再需要并机电感，从而进一步降低了体积、损耗及成本。提升了整个UPS的效率及功率密度，

图5 逆变器的瞬时均流控制方案

该UPS电源可实现多制式运行，可单相或三相市电输入、对单相或三相负载供电。同时，为确保对国际上50Hz及60Hz两种频率电网的适用