高頻模塊化UPS及其并聯(lián)控制技術(shù)研究

梁新明

艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司 830000

1 UPS的發(fā)展

因?yàn)樯鐣?huì)的飛速發(fā)展與進(jìn)步，生活中眾多的領(lǐng)域?qū)﹄娫垂╇姷馁|(zhì)量要求程度也越來越高了，當(dāng)然，也伴隨著出現(xiàn)了各式各樣的電源能源。如今，我們對(duì)UPS的理解程度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了水力、風(fēng)力、火力或者核發(fā)電等等傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)的局限，這與電子技術(shù)的飛速發(fā)展是密不可分的。

如今的電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，為固態(tài)電源系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用與進(jìn)步創(chuàng)造了條件，現(xiàn)代的電力電子技術(shù)是20世紀(jì)里的一個(gè)重要技術(shù)，它是集控制技術(shù)、微電子技術(shù)、電力技術(shù)以及功率半導(dǎo)體技術(shù)為一體的新學(xué)科，電力電子器件作為電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，經(jīng)過了不控、半控、全控的歷程后，正往大電流、智能化、高耐化、全控型的方向前進(jìn)。

為了實(shí)現(xiàn)固態(tài)電源的低污染、高性能，高頻化的電源越來越得到普及，而高開關(guān)頻率的電子器件是高頻化電源設(shè)計(jì)的最關(guān)鍵，這種依賴關(guān)系迫使它往高頻化的方向發(fā)展，那些比較傳統(tǒng)的電力電子器件現(xiàn)如今已遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這種高開關(guān)低耗能并有著優(yōu)良導(dǎo)熱性的要求，為適應(yīng)電力電子未來發(fā)展的方向，人們不得不重新尋找適應(yīng)它的新材料，例如碳化材料的高耐壓大電流電力電子器件的應(yīng)用將電力電子技術(shù)。

2 電源并聯(lián)系統(tǒng)的基本控制策略

把多個(gè)電源并聯(lián)在一起，讓他們穩(wěn)定得運(yùn)行起來想必是件挺困難的事情，因?yàn)殡娫此敵龅氖钦译妷?，無論在任何時(shí)候都必須要保持每一臺(tái)所并聯(lián)電源輸出電壓的頻率、相位以及幅值，否則在電源并聯(lián)之間會(huì)形成巨大的負(fù)載電流一環(huán)流，使得并聯(lián)系統(tǒng)處在崩潰狀態(tài)，但是如果選擇合適的控制策略就可以讓正處于并聯(lián)狀態(tài)電源輸出電壓的頻率、相位以及幅值保持一致，從而有效地阻止了此環(huán)流?，F(xiàn)如今有主從控制、集中控制、分散控制、無互連線分散控制等等UPS的并聯(lián)系統(tǒng)控制。實(shí)際上，UPS的并聯(lián)其實(shí)就是所組成UPS的逆變器之間的并聯(lián)，因此，探究逆變器并聯(lián)的控制是我們主要的研究對(duì)象。

2.1 主從控制的方式

在主從控制的方案里，在并聯(lián)逆轉(zhuǎn)器系統(tǒng)的其中一臺(tái)是電壓控制型的，它的輸出就相當(dāng)于電壓源，我們把它叫做主模塊，并聯(lián)系統(tǒng)的輸出電壓就是他所支撐著的，其余的逆轉(zhuǎn)器都是作為電流源輸出的，我們稱他們?yōu)閺哪K，其中它把主模塊的輸出電流作為自己的電流指令。

主從控制比集中控制少了集中控制中心，所以主從并聯(lián)系統(tǒng)比集中控制的可靠性要高，可是從模塊們還需要在并聯(lián)的主模塊里獲得電流指令，但要是還要考慮在線熱插拔功能實(shí)現(xiàn)的話，控制其邏輯是比較復(fù)雜的，因此，也實(shí)現(xiàn)不了其真正的模塊化。

為了是主從并聯(lián)控制系統(tǒng)的可靠性得到進(jìn)一步的提高，當(dāng)模塊發(fā)生故障時(shí)，可以采用通過硬件軟件的方式，讓其余的從模塊進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)而產(chǎn)生個(gè)新的主模塊的控制方案，不僅可以避免因主模塊失效而造成的系統(tǒng)崩潰，還可以繼續(xù)運(yùn)行，同時(shí)也是逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性提高了。

2.2 集中控制方式

在集中控制方式里，有個(gè)集中并聯(lián)控制單元，他把搜索到的相位以及市電頻率當(dāng)做基準(zhǔn)，然后結(jié)合某個(gè)輸出電壓的基準(zhǔn)，并且會(huì)對(duì)每一臺(tái)逆變電源下發(fā)出所檢索到的交流基準(zhǔn)指令，然后每個(gè)并聯(lián)逆轉(zhuǎn)器根據(jù)搜索的負(fù)載電流的平均值與自身的情況輸出電流，并且計(jì)算出電流的偏差。如果每個(gè)并聯(lián)單元都是被一種信號(hào)控制的情況下所輸出的電壓頻率與相位沒有很大的偏差，就可以判斷出因?yàn)殡妷旱姆挡幌嗤斐傻拿總€(gè)并聯(lián)逆變器單元的偏差，因此，把這種電流的偏差當(dāng)做電壓指令的彌補(bǔ)在各電源里，用來消除掉電流的不平衡的問題。

在這個(gè)方案里，因?yàn)槊總€(gè)并聯(lián)著的逆轉(zhuǎn)器里都有電流環(huán)，所以可以獲得比較不錯(cuò)的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)均流的效果；此外，因?yàn)樵谄骄碾娏骼飼?huì)有50Hz甚至更高頻率的信號(hào)，只有確保傳輸此信號(hào)的傳輸介質(zhì)具有很高的傳輸寬帶才能使每一臺(tái)逆變器做到均流準(zhǔn)確。所以才會(huì)特別容易被干擾到，進(jìn)而嚴(yán)重威脅到并聯(lián)系統(tǒng)的安全運(yùn)作。

2.3 分散邏輯控制的方式

在分散邏輯控制的方案里，所有參加并聯(lián)逆變器都是相同的，沒有集中控制中心，逆變器的均流控制都是根據(jù)并聯(lián)運(yùn)作的逆變器間的通訊總線來完成的，通過總線，并聯(lián)狀態(tài)下的逆變器互相傳遞消息，以呈現(xiàn)出每臺(tái)逆變器輸出負(fù)載均流以及輸出的電壓鎖相和其相聯(lián)系的邏輯轉(zhuǎn)換。

分散邏輯控制方式有兩種：一種是分散控制方式是下垂特點(diǎn)的控制方式，這個(gè)方式及時(shí)借助了電力系統(tǒng)里的同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)式后的方式；另一種是利用均流總線分散的控制方式，也就是每個(gè)并聯(lián)的逆變器都需要經(jīng)過均流總線來獲得其余并聯(lián)模塊的各種信息，并且根據(jù)這個(gè)信息調(diào)整自身輸出的幅值與相位，以至于是最后的負(fù)載均分得到一定的滿足。

2.4 無互聯(lián)線時(shí)并聯(lián)控制

因?yàn)樵诜稚⑦壿嫴⒙?lián)控制的方案中各個(gè)逆變器電源里有太多的互連線，而且容量大設(shè)備并聯(lián)的時(shí)候互連線之間的距離比較遠(yuǎn)，干擾也比較嚴(yán)重。但是可以采用無互連線的并聯(lián)控制方案，這種技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)完善的并聯(lián)系統(tǒng)中的逆變電源獨(dú)立控制，還能夠在結(jié)構(gòu)與容量都不同的電壓型逆變電源之間或者公共電網(wǎng)和逆變電源之間形成負(fù)載均分控制以及并聯(lián)運(yùn)行控制。所以成為取消逆變電源間的均流互聯(lián)線最為優(yōu)秀的方案。

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