串-并联补偿式UPS串联变换器研究

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) 。