UPS逆变模块的Nm冗余并联结构和均流

模块均流精度的影响，可以用图7（b）所示的电压跟随器（或称单向缓冲器buffer）来代替二极管。

3 均流的实现

以民主均流为例，来说明UPS模块的均流并联运行。

3.1 模块的电路结构

单个模块的电路结构如图8所示。主电路是由全桥逆变器和交流滤波器L_F及C_F组成，控制电路可以采用以基准电压U_rk为基准进行稳压控制的任何形式的PWM控制电路。

图8 单个模块的电路组成

由图8可以得到单个模块的数学模型如图9所示。图9中电压U_AB就是图8中逆变器两个桥臂中点A和B两点之间的电压，i_H为环流。

图9 模块的数学模型

由图9可以得到如下两个传递函数

=（3）

=（4）

由式（3）与式（4）可知，环流对输出电压的传递函数，与输入电压对输出电压的传递函数的极点配置是相同的。因此，通过对输入基准电压U_rk的调节，就可以减小环流，从而达到均流的目的。

图10为一个模块的基准正弦波电压发生器电路，它由精度整流器（A₂）、积分器（A₃）、可变增益放大器（A₁）、功率放大器和波形反馈等组成。输出电压U_rk的稳压精度可达±0.02％，波形失真度0.5％。输出电压的大小可以通过给定电压U_g来整定。因此，均流控制器SC_k的输出电压U_ck，可以通过改变给定电压U_g的值，来改变基准电压U_rk的值，以达到均流的目的。

图10 基准正弦波电压发生器电路

3.2 均流控制的实现电路

在均流控制中，由于我们已假定采用图7所示的民主均流法，则输出电流最大的主模块，通过均流母线将主模块的最大电流传送给各个从模块。当各个从模块得到主模块的电流数据后与自身的输出电流进行比较，将其差值通过均流控制器SC_k产生一个直流电压U_ck去改变模块的给定电压U_g，使U_rk=U_g＋U_ck，通过U_rk的变化去控制各个从模块的输出电压增大，从而也使输出电流增大，直至各个模块的输出电流相等时为止，达到均流目的。

一种典型的均流电路实施方式如图11所示。模块－k的输出电流通过电流互感器TA_k的检测，再经过整流放大电路后输出一个直流电压U_Ik，U_Ik正比于模块的输出电流I_k。各模块的直流电压U_IK通过采样二极管VD_k接到均流母线上。只有输出电流最大的模块－k所对应的直流电压U_Ik才能使与其连接的二极管导通，导通后均流母线上的电压U_B=max│U_Ik，k=1，2，……，N│，其他的二极管因受反偏置而截止。输出电流最大的模块为主模块，其余模块为从模块。由于从模块的U_IkU_B，故均流控制器SC_k输出＋U_ck，＋U_ck与给定电压U_g相加，使基准电压U_rk=U_g＋U_ck，U_rk使模块的输出电压上升，也就是使输出电流增大。由于负载所需的电流没有变化，故从模块输出电流的增大必然会引起主模块输出电流的减小，最终使各模块的输出电流相等，达到均流目的。

图11 一种典型的均流控制电路

如果图11中的采样二极管VD_k用图7（b）所示的缓冲电路来取代，就可以克服前面曾经提到的，因二极管正向压降而引起的主模块均流精度降低的缺点。

同样，若用采样电阻R代替二极管，则图11所示的均流控制电路就变成了自动均流法控制电路，也可以实现均流。

这里需要指明的一点是，可允许的UPS模块的并联个数，取决于对UPS可靠性的要求，以及均流精度，对USP可靠性要求越高，均流精度越高，可允许的UPS模块的并联个数越多。另外也需要指出的是，UPS模块的并联个数并不是越多可靠性越高，当并联个数达到一定程度以后，再多不但不能增大可靠性，反而使可靠性降低，这是由于并联均流电路和通信电路、同步电路的故障率增多而造成的。

4 同步电路

UPS模块并联的同步方式有两种：一种是各个模块分别独立地与市电同步；另一种是各个模块共用一个同步电路与市电同步，但各模块的基准正弦电压分别独立产生。前一种方法同步过程时间长，电路较复杂；后一种方法同步时间短，电路较简单，有利于冗余并联。采用后一种同步方法的同步原理电路如图12所示。在并联控制器中设置了一个共用同步电路使UPS中的本机振荡器与市电同步。经过同步的振荡器信号分别送到各个UPS模块中的基准正弦波电压发生器中，使其产生出各模块所需的基准正弦波电压U_rk，U_rk的幅值受给定电压U_g的控制。通过对各模块给定电压U_g的整定，可以使各模块的基准正弦波电压U_rk的幅值相等。各个模块的控制电路控制其输出电压u_L跟踪U_rk，就达到了各模块输出电压与市电电压同步的目的。振荡器与市电电压的同步由锁相环来完成，由于晶振频率精度很高，稳定性也很好，因此，可以认为各个模块的输出电压频率、相位和波形是完全相同的，电压的幅值用给定电压U_g进行整定，也可以达到相等。

图12 N个并联模块与市电同步的原理框图