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串-并联补偿式UPS串联变换器研讨

现代工业的发展对电能质量的要求越来越高,如何为电力用户提供安全可靠的绿色电源是目前电源领域研究…

  现代工业的开展对电能质量的要求越来越高,如何为电力用户供给安全可靠的 绿色 电源是现在电源范畴研讨的热门。UPS 作为一种不间断供电设备,是改进电能质量的重要措施之一,也是关键设备得以正常运转的重要确保。现在U PS 的结构有后备式、在线式、三端口在线互动式及双变流器串- 并联补偿式等几种类型。其间双变流器串- 并联补偿式既能够补偿非线性负载中的无功电流及谐波电流,一起还能够补偿电源电压的谐涉及基波误差,具有归纳的电能质量调理才能,是最近才呈现的一种新式UPS。现在国外A PC 公司有这种什物产品,国内还处于理论研讨阶段。

  本文介绍了双变流器串- 并联补偿式的作业原理,在此基础上评论串并联补偿式U PS 串联改换器的操控办法,并经过仿真验证了体系的作业特性,结果表明所提操控战略的正确性,所研讨的串并联补偿式UPS 串联改换器部分能一直确保电网输入电流总畸变率约3 % ,输入功率因数接近于1 的体系功用,证明了其改进电网侧电能质量的有用性。

  1 双变流器串- 并联补偿式UPS 作业原理

  图1 给出了双改换器串并联补偿式UPS 的原理,图中变流器Ⅰ、Ⅱ都是双向SPWM AC/ DC 改换器,其直流侧接蓄电池,变流器Ⅰ经电感L1、电容C1 和变压器Ts ,输出电压 △v( 电流I s) 串接在电源电压、v s 和负载电压vL 之间,称之为串联补偿改换器。其输出的补偿电压由两部分组成:△ v = △v 1 +△ v h , Uh 为谐波补偿电压,它与沟通电源中的谐波电压vsh 巨细持平,△ vh =vsh ,但方向相反;△ v1 为基波电压补偿量,补偿电源电压的基波重量vs l与负载电压额外值vR 的误差,所以变流器Ⅰ供给的补偿电压△ v 既抵消了电源电压vs 中的谐波vsh ,又补偿基波电压vsl ,使负载电压vL 成为与电源基波电压vs 同相的正弦波额外电压。

串-并联补偿式UPS串联改换器研讨

图1 双变流器串- 并联补偿式UPS

  变流器Ⅱ经L2、C2 滤波后并接在负载两头或经输出变压器Tp 接至负载,称之为并联补偿改换器。若负载为非线性负载,则负载电流iL 由基波有功电流iLP、基波无功电流iLQ和谐波电流iLh 三部分组成。对变流器Ⅱ进行实时、恰当的操控,可使它输出至负载的电压为正弦波额外电压vR ,并向负载输出电流i3 = i LQ + iLh +( iLP- is ) ,其间iLQ、iLh 补偿负载无功和谐波电流,使电源仅向负载输出基波有功电流is ,负载的有功电流iLP由沟通电源( is) 和变流器Ⅱ( i2d ) 一起供给。变流器Ⅱ向负载输出的有功电流i2d= iLP- is 。在非线性负载、电源电压高于或低于额外值vR 且含有谐波电压时,体系经过这种串并联补偿改换器一起效果,可使负载电压vL 补偿到与电源电压同相的额外正弦电压vR ,一起沟通电源仅输入基波有功电流is ,功率因数为1。

  由上述剖析可知,该U PS 克服了传统双改换在线式U PS 因输入整流部分所带来的输入功率因数较低的缺陷。一般电源基波电压违背额外值小于± 15 %,因而变流器Ⅰ仅补偿 v % ≤ 15V 的额外电压,其容量仅为体系容量的20 % 左右。正常时市电与双变流器一起对负载供电,两变流器的最大功率强度只要负载功率的20% ,相对一直在100 % 负载功率下作业的传统双改换在线式UPS 而言,不只整机效率高、功率器材损耗小、寿命长、可靠性高,并且有满足的功率裕量去敷衍特别的负载( 冲击负载、瞬间过载等) ,因而输出才能得到很大的增强,相同容量的产品造价也降低了。

  2 抱负电网电压下串联改换器的操控

  电网电压一守时,对输入电流的快速有用操控就能操控能量活动的速度和巨细。这时串联改换器实际上能够疏忽0 轴的影响而视为三相三线制PWM 整流器,选用dq 轴穿插解耦操控技能,能够获得抱负的改换器输入电流操控效果。疏忽图1 中改换器、电抗器和电容器功耗,若蓄电池既不充电又不放电,电源输入的有功功率Psdc应等于负载的有功功率P Ldc 。当串联改换器被制成正弦基波电流源I s ,且co sθ = 1. 0 时,有功率P sdc 为:


  式中,I s 是与电源基波电压VS1 同相的电流,应选取此电流为电源指令电流I*s:


  检测三相A,B,C 体系的负载电流、负载电压和电源电压,经坐标改换和低通滤波LPF 后得到与基波对应的直流重量V Ld、VLq、I Ld、I Lq、VSd、VSq ,按式( 2) 求出I *s 并以此值作为串联改换器的电流操控指令,对正弦电流源改换器上的输出电流I s 进行PWM 操控,使电源电流I s 盯梢I*s,则可完成作为正弦电流源的串联改换器对电源电流的操控功用和对电源谐波电压的补偿( 阻隔) 功用,如图2 所示。

抱负电网下串联改换器操控框图

图2 抱负电网下串联改换器操控框图

  3 抱负电压下的仿真波形

  体系仿真参数如下: 沟通电网输入电压额外幅值VR= 100 V,频率f = 50 Hz; 负载额外电压幅值VL=100 V,负载额外容量500 VA,cosθ = 0. 8; 三相组合式串联变压器额外容量500 VA,匝比N1 / N2 = 1/ 1. 5;串联改换器输入电感L= 4 mH,电感电阻R= 0. 1Ω ,输出滤波电容C1= 1μF; 并联改换器输出滤波电感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%&&&&&%Cdc= 6 800μF; 改换器开关频率f = 9 kHz。仿真波形如图3、4、5 所示。

纯阻型负载

图3 纯阻型负载

阻感型负载

图4 阻感型负载

串-并联补偿式UPS串联改换器研讨

图5 整流型负载


  由仿真波形可见,在三相对称的抱负电网下,串联改换器的操控效果非常好,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,简直不存在2次谐波沟通重量动摇; 电网电流的畸变率约3 %。

  4 非抱负电压下的操控战略及仿真波形

  串联改换器的输入电压不对称时,若PWM 开关函数包括谐波,会影响直流电压中发生不希望的谐波,特别是2 次谐波使得直流输出电压纹波严峻。反过来还影响串联改换器桥端输入电压,使桥端输入电压中包括3、5、9 等次的谐波,然后增加了输入电流的总谐波畸变率。

  改换器输入电压三相对称且包括某k 次谐波的影响是: 使得直流输出电压中包括( k- 1) 及( k+ 1) 次谐波,由此改换器输入电流中包括k 次的谐波,也即输入电压的谐波彻底传递到了三相输入电流,然后增加了输入电流的总畸变率,增加了输入电流正弦性的操控难度。

  图6 中三相电网输入电流严峻不平衡,B 相电流显着超出别的两相电流幅值,且A、C 两相的电网电流与输入电网电压有显着的相移,输入功率因数不彻底为1,而直流母线电压显着存在2 次谐波沟通重量的动摇。图7 中三相电网输入电流坚持平衡,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 次谐波含量严峻,总畸变率大; 直流母线电压也动摇较大,特别是4 次谐波重量。

 输入电网电压不平衡下的仿真波形

 图6 输入电网电压不平衡下的仿真波形

串-并联补偿式UPS串联改换器研讨

  图7 输入电网电压含谐波时的仿真波形

  前文的仿真波形阐明,将抱负电网下的dq 轴解耦操控下的电压电流双闭环操控策

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