广义软开关串并联补偿在线UPS

当市电电压中含有谐波时，其方程式为

u=u₁＋u_h=U_1msinωt＋U_nmsinnωt

式中：u₁=U_1msinωt为基波电压；

u_h=U_nmsinnωt为谐波电压。

基准正弦电压u_r=U_msinωt，是一个与市电同步的标准正弦波电压，电压精度优于0.02％，失真度小于0.5％，容量约为10W。故可视为是恒定不变的标准正弦波电压。

由图1中逆变器Ⅱ的控制电路可知，采用的是瞬时波形比较法。即用负载电压u_L减去基准正弦电压

u_r，然后再被基准正弦电压u_r相减求出SPWM调制波的方程式

u_r－(u－u_r)=2u_r－u=2U_msinωt－U_1msinωt－U_nmsinnωt

令调制波方程式为

u_c^＊=K′〔u_r－(u－u_r)〕=2K′U_msinωt－K′U_1msinωt－K′U_nmsinnωt

式中：K′为检测变压器降压变比。

假定载波三角波的频率为f_c，幅值为U_c，则载波比N=，调制比的值为

M==－=M₁＋M₂

式中：M₁=；M₂=－

假定直流电源电压为Ud，根据文献[3]可以得到逆变器Ⅱ的输出电压uab的傅里叶级数式为

u_ab=M₁U_dsinωt＋·cosm πsin〔(mN＋n)ωt〕+

M₂U_dsinnωt+·cosm′πsin〔(m′N′＋n′)nωt〕

用滤波器L_F2，C_F2滤除u_ab中的高次谐波后得到基波与原市电中谐波电压为

u_ab1=M₁U_dsinωt＋M₂U_dsinnωt

将M₁=K′；M₂=－代入上式得

u_ab1=K′U_dsinωt＋－K′U_dsinnωt

令K′=代入上式则得

u_ab1=2U_msinωt－U_1msinωt－U_nmsinnωt

由于市电电压u与逆变器Ⅱ的输出电压u_ab1通过它们各自的滤波电感L_F1和L_F2，在电路的A点并联后向负载供电如图1所示，故根据电工学中节点电压法可知

u_L=

u_L=/

如果取L_F1=L_F2，则负载电压u_L为

u_L==

将u=U_1msinωt＋U_nmsinnωt与

u_ab1=2U_msinωt－U_1msinωt－U_nmsinnωt

代入上式得

u_L=(2U_msinωt－U_1msinωt－U_nmsinnωt＋U_1msinωt＋U_nmsinnωt)=U_msinωt=u_r

此式说明，按着图1中逆变器Ⅱ的控制方法，即使市电电压中含有谐波，也可以使负载电压u_L，成为等于基准电压u_r的不变的稳定纯净正弦波电压。

5 对市电电压波动的补偿

由于负载电压u_L在逆变器Ⅱ的控制下保持u_L=u_r稳定不变，因而UPS的输入与输出端之间就会出现电压差，这个电压差反映的是有功功率之差，需要靠逆变器Ⅰ和Ⅱ的联合工作，并通过逆变器Ⅰ进行补偿。逆变器Ⅰ有两个反馈信号，一个是市电输入电流，另一个是蓄电池电压U_d的变化ΔU_d。由于ΔU_d是直流，故将其加到了控制电路的g上，g代表的是与市电电压同相位的市电输入有功电流。

市电电压波动的补偿过程，与逆变器Ⅰ和Ⅱ的工作状态如图1所示。

当市电电压u大于负载电压u_L时，由于u的升高使A点电压上升，逆变器Ⅱ的控制电路为保持u_L=u_r不变，使输出电压u_ab1下降，迫使逆变器Ⅱ工作在整流状态，给蓄电池充电，使u_d上升到U_dr＋ΔU_d>U_dr，＋ΔU_d使逆变器Ⅰ在T_r次级产生一个负补偿电压－u_c，方向与电流相反，以减少市电电压的升高，使u－u_c=u_L=u_r。变压器T_r次级阻抗Z产生的压降为zi与u方向相反，－u_c也与u方向相反，故u加到T_r次级的压降为Δu=zi＋u_c>u_c，使逆变器Ⅰ处于整流状态。对于逆变器Ⅱ，由于补偿后u_L=u_r(1＋1％)>u_r=u_ab1，故逆变器Ⅱ也处于整流状态，使蓄电池电压上升。当u_d上升到某一值，使u_ab1大于u_L时，逆变器Ⅱ由整流变换到逆变状态。此时，逆变器Ⅰ吸收功率，逆变器Ⅱ输出功率，当吸收功率等于输出功率时达到平衡，使蓄电池多存储了一些能量，U_d比补偿前稍高一些，以维持负补偿电压－u_c的存在。

当市电电压小于负载电压u_L时，A点电压下降，逆变器Ⅱ的控制电路为保持u_L=u_r不变而使u_ab1上升，使u_Lu_ab1，迫使逆变器Ⅱ处于逆变状态，电池电压下降，当降到U_dr－ΔU_d时，－ΔU_d使逆变器Ⅰ在T_r次级产生一个正补偿电压＋u_c，使u＋u_c=u_L=u_r。市电加到T_r次级上的电压Δu=u_c－izu_c，使逆变器Ⅰ工作在逆变状态。对于逆变器Ⅱ，补偿后u_L=u_r(1－1％)u_r=u_ab1，逆变器Ⅱ处于逆变状态，使蓄电池电压下降，当降到使u_ab1低于u_L时逆变器Ⅱ由逆变转换到整流状态。逆变器Ⅰ输出功率，逆变器Ⅱ吸收功率，当输出与输入功率相等时达到功率平衡。蓄电池多输出了一些能量，故电池电压比补偿前低一些，以维持正补偿电压＋u_c的存在。

6 负载无功与谐波电流的供给

由图1可知，逆变器Ⅱ在A点与市电并联后共同向负载供电。由于市电输入电流只是有功电流