具有不对称电流补偿功能的三相串并联补偿式UPS

得

式中：K为LPF2的放大系数。

LPF2的原理电路如图5(b)所示，这是三阶切比雪夫模拟式低通滤波器，其截止频率为22 Hz。

对于B相和C相同样可以求出

为了在负载不对称时能使市电输入电流三相对称，则可以令

图5中△Ud为蓄电池变化值，go减去△Ud再与Uar在乘法器2中相乘后得

式（9）、（10）、（11）即为Delta逆变器的电流指令值表示式。

2.l 消除市电输入电流中的无功与谐波分量
为了叙述方便，假定负载是对称的，并日蓄电池的电压变化量△Ud=0。

则Ia1=Ib1=Ic1=Io，由式（9）~式（11）可得

用iac*、ibc*、icc*作为Delta逆变器的指令值信号，采用图4所示的三角波比较控制方式去控制Delta逆变器，即可在Tra、Trb、Trc的次级输出补偿电流iac=-(iaq+iah)、ibc=-(ibq+ibh)、icc=-( icq+ich)。iac、ibc、icc。的方向与ia、ib、ic。相反，故可以消除ia、ib、ic中的无功与谐波电流，使市电输入功率因数等于1。

2．2 对负载不对称电流的补偿
为了叙述方便，假定ua=uar，ub=ubr，uc=ucr，三相负载为不对称电阻负载时，则各相输入电流中的无功与谐波电流等于零，并假定蓄电池电压的变化值△Ud=O，由式(9)～式(11)可得

iac*=Iocosφ1sinωt-ia

为了便于计算，假定UPS的容量为100KVA，市电电压为380／220V，A相负载R=0 49Ω．B相和C相空载如图6所示。市电输入电流为

用iac*、ibc*、icc*作为Della逆变器的指令值信号，采用图4所示的三角波比较控制方式去控制Delta逆变器，即可在Tra、Trb、Tcc次级得到补偿

ia、ib、ic相同。故可以使市电输入电流成为三相对称电流，即

当负载电流的有效值，IaL=450A，IbL=ICL= O时，补偿电流有效值Iac=-300A，Ibc=Icc=150A，补偿后的市电输入电流有效值为

Ia′=450―300A=150A
Ib′=Ic′=0+150=150A
负载电流与市电输入电流的向量关系如图7所示。

3 主逆变器的电压指令值运算电路
主逆变器也是一个用IGBT作开关的三相半桥式PWM逆变器，它也可以双向四象限工作，其开关频率也为5-20 kHz。对于主逆变器的控制策略是将其控制成正弦波电压源，以完成前面提到的功能。当市电掉电时向负载提供100％的功率。

3．1 稳定并消除负载上电压的谐波
主逆变器的电压指令值运算电路如图8所示。以A相为例，假定市电加到负载上的电压为

ua=uar+△Ual+Uah=UaL (12)
式中：uar为A相基准正弦波电压；
△ual一为市电电压基波的波动值；
uah为谐波电压。

以uar为基准，用市电加到负载上的电压ua=uar△uaI+uah=uaL与uar进行比较，得到差值

然后将此差值与uar相加即可得到电压指令值

用uac*按照图4所示的三角波比较控制方式去控制A相主逆变器，使其输出电压

由于市电电压ua与主逆变器的输出电压uao通过它们各自的滤波电感(也是平衡电感)LF1和LF2在uPs电路的点并联后共同向负载供电，如图1右上角的小图所示，故根据电工学中节点电压法可知

此式说明，采用图8所示的电压指令值运算电路，按照图4所示的三角波比较控制方式对主逆变器进行控制，即使在市电电压中存在基波波动值△uaI和谐波uah，也可以使负载上的电压成为等于基准正弦波电压uar的稳定正弦波电压。对于B相和c相也是如此。由于是分相进行的控制，故市电三相输入电压的不对称度也将会得到补偿。

3.2 向负载提供无功电流、谐波电流和不对称电流
由于主逆变器在UPS电路的点处与市电并联后共同向负载供电，主逆变器又是工作在正弦波电压源状态，市电输入的电流是三相对称有功电流，根据基尔霍夫节点电流∑i=0的定律，在节点负载所需的无功电流、谐波电流都将由主逆变器来供给。
当三相负载不对称时，由于主逆变器是三相四线制输出，并与市电在电路的点处并联连接，因而它具有中性点形成变压器的功能，即使市电的输入电流为三相对称电流，在负载上也可以流过三相不对称电流。各相的不对称电流iaL-ia，ibL-ib,icL一ic将由主逆变器来供给。如图6所示，市电输入电流为Ia′=Ib′=Ic′=150A，负载电流有效值为IaL=450A，IbL=IcL=O，所以主逆变器各相的输出电流为Iac′=450―150=300A．Ibc′=O-150=一150A．Icc′=O-150=-150A。

3.3 市电掉电时向负载提供100％功率
当市电掉电时，由于基准正弦波电压发生器中本机振荡器的存在，用uar、ubr、ucr作为电压指令值信号，仍然可以使主逆变器向负载供电。此时主交流静态开关自动关断，以防止电流向市电倒灌。

4 对市电电压波动的补偿
由于负载电压uaL在主逆变器的控制下，保持uaL=uar稳定不变，因而，当市电电压波动时市电输入电压与负载电压之问就会出现电压差，需要由Delta逆变器进行补偿。在Delta逆变器的控制电路中，加入蓄电池电压变化信号Ud就是专为此目的而设置的。△Ud是直流信号、代表的是有功功率变化，故将其加到了电流指令值运算电路中的直流信号go上。为了叙述方便，假定三相负载是对称的电阻负载，此时市电输入电流中的无功与谐波电流等于零，此时由式(9)～式(11)可知