CN101009436A

CN101009436A - 一种改进的ups并联均流控制方法

Info

Publication number: CN101009436A
Application number: CN 200710066836
Authority: CN
Inventors: 徐德鸿; 于玮; 周朝阳
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2007-08-01

Abstract

本发明涉及UPS并联均流控制方法，采用有功功率控制器和无功功率控制器控制UPS逆变基准电压，在UPS逆变基准电压上加入电感电流直流分量控制器输出的直流基准量，并联系统中的每台UPS通过CAN总线得到系统中其他UPS的电感电流直流分量数值，经过每台UPS的DSP计算，算出并联系统电感电流直流分量的平均值，作为系统直流分量的给定，然后将直流分量的给定值与该台UPS电感电流的直流分量相比较，得到电感电流的差值，该差值通过PI调节器后，得到逆变基准电压所需的调节量，并用该调节量控制UPS输出电压。从而实现对电感电流直流分量的有效控制，很好的消除了各台UPS之间的直流环流，提高了整个UPS并联系统的均流特性和稳定性。

Description

一种改进的UPS并联均流控制方法

技术领域

本发明涉及一种并联运行的UPS均流控制方法。

背景技术

不间断供电电源(UPS)越来越广泛的应用于重要负载的供电以及停电保护中，随着用户对电源可靠性以及容量要求的不断提高，UPS的并联运行是一个很好的选择。并联UPS系统具有冗与性，可扩展性，高可靠性以及容易维护等优点。

UPS并联运行的关键在于负载电流的分配，要使负载在每台UPS之间均匀分配，就需要使UPS输出电压的幅值，相位以及频率在任何时刻都相等，否则将产生环流。负载电流分配不均将会造成个别UPS过载，此外环流将降低整个并联系统的效率以及可靠性。

现有的UPS并联控制方法有主从式控制，下垂法控制，瞬时平均电流控制以及有功功率无功功率控制等。下垂控制法不需要功率控制总线或者平均电流总线，每台UPS通过检测自己输出的功率来调整输出电压的幅值和频率，但是对大功率UPS来说，均流控制固然很重要，但是逻辑切换以及故障保护同样决定着整个系统是否能稳定运行，这就需要单台UPS知道并联系统中的其他UPS的状态，所以必须要有信号总线，实际产品中很少用下垂法进行均流控制。

瞬时平均电流控制可以得到很好的均流效果，但是由于平均电流总线上一般是模拟信号，容易受到干扰，影响并联UPS系统的可靠性，所以必须进行抗干扰处理并且每台机器之间的距离不能很远。

有功功率和无功功率均分电流控制是基于功率控制的方法，即用有功功率控制器和无功功率控制器控制UPS逆变基准电压，只要保持各台UPS输出有功功率和无功功率完全相同，就能够实现负载电流的均分控制，但是对于输出环流的直流分量，有功功率和无功功率均分控制并不能消除环流直流分量。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的UPS并联均流控制方法，实现电感电流环流直流分量的有效控制，以提高UPS并联系统的均流特性和可靠性。

为了达到上述目的，改进的UPS并联均流控制方法，包括通过输出总线并联连接的UPS系统，用有功功率控制器和无功功率控制器控制UPS逆变基准电压，其特征是在UPS逆变基准电压上加入电感电流直流分量控制器输出的直流基准量，并联系统中的每台UPS通过CAN总线得到系统中其他UPS的电感电流直流分量数值，经过每台UPS的DSP计算，算出并联系统电感电流直流分量的平均值，作为系统直流分量的给定，然后将直流分量的给定值与该台UPS电感电流的直流分量相比较，得到电感电流的差值，该差值通过PI调节器后，得到逆变基准电压所需的调节量，并用该调节量控制UPS输出电压。

本发明的有益效果在于：

在有功功率和无功功率控制的基础上加入输出电感电流控制，实现对电感电流直流分量的有效控制，很好的消除了各台UPS之间的直流环流，提高了整个UPS并联系统的均流特性和稳定性。

附图说明

图1是两台UPS并联系统的示意图；

图2是两台UPS逆变部分并联直流环流等效电路图；

图3是两台UPS逆变部分并联控制框图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

图1是两台UPS并联系统的示意图，UPS1和UPS2通过输出总线(load bus)并联连接。为了在并联UPS之间传递有功功率和无功功率以及电流直流分量信息，并联UPS系统配置了一CAN总线。

直流环流的抑制

并联UPS系统中，由于功率器件的特性不一致，以及直流母线正负电压的不对称，各台UPS输出电压存在直流分量。由于并联系统中各台UPS输出电压的直流分量不相同，会引起直流环流，如果不加以控制则会影响系统的稳定性，严重的会导致均流失败，甚至损坏功率器件。有功功率和无功功率的均分控制并不能消除并联UPS之间的直流环流，所以必须对直流环流采取其它的控制方法。

可以通过计算每台UPS自身电感电流的直流分量加上CAN总线传输过来的其它UPS的电感电流直流分量取平均值得到直流电流的参考信号。通过计算参考信号与自身电流直流分量的差值，并进行PI调节，得到逆变基准电压的调节量，从而实现直流电流的均分。

图2为两台UPS逆变部分并联直流环流等效电路图。

由图2可得：

I_{dc 1} = \frac{(1 + \frac{R_{2}}{R_{0}}) V_{dc 1} - V_{dc 2}}{R_{1} + R_{2} + \frac{R_{1} R_{2}}{R_{0}}}

I_{dc 2} = \frac{(1 + \frac{R_{2}}{R_{0}}) V_{dc 2} - V_{dc 1}}{R_{1} + R_{2} + \frac{R_{1} R_{2}}{R_{0}}}

其中

R₁＝R_dc1+R_line1 R₂＝R_dc2+R_line2

R_dc1，R_dc2为逆变器等效输出直流内阻抗，R_line1，R_line2为输出连线等效直流内阻抗。

因为R₀＞＞R₁，R₀＞＞R₂

所以

I_{dc 1} = \frac{V_{dc 1} - V_{dc 2}}{R_{1} + R_{2}}

I_{dc 2} = \frac{V_{dc 2} - V_{dc 1}}{R_{1} + R_{2}}

令R＝R₁＝R₂，则

Δ I_{dc} = \frac{I_{dc 1} - I_{dc 2}}{2} = \frac{V_{dc 1} - V_{dc 2}}{2 R} = \frac{G_{o} (0)}{2 R} (V_{refdc 1} - V_{refdc 2}) - - - (1)

Δ V_{dc} = \frac{2 R}{G_{o} (0)} Δ I_{dc} - - - (2)

其中G_o(S)是瞬时电压环的闭环传递函数。

图3是两台UPS逆变部分并联控制框图，图中，虚线框1和2分别为UPS1和UPS2的逆变器，虚线框3和4分别为UPS1和UPS2包含有有功功率和无功功率控制部分的控制器，虚线框5和6分别为UPS1和UPS2的电感电流直流分量控制器。

UPS1电感电流直流分量控制器5中，直流分量的给定I_dcref为UPS1计算出的自身输出的电感电流直流分量I_dc1加上通过CAN总线得到的UPS2的电感电流直流分量I_dc2，并取平均值得到的；UPS2电感电流直流分量控制器6中，直流分量的给定I_dcref为UPS2计算出的自身输出的电感电流直流分量I_dc2加上通过CAN总线得到的UPS1电感电流直流分量I_dc1，并取平均值得到的；可以表示为

I_{dcref} = \frac{I_{dc 1} + I_{dc 2}}{2}

直流分量的给定与自身输出的电感电流直流分量的差值ΔI_dc1，ΔI_dc2分别通过PI调节器，得到UPS1和UPS2逆变基准电压所需的调节量ΔV_dc1，ΔV_dc2，并用该调节量控制UPS1和UPS2的输出电压。

并联UPS系统中，所有的控制器都用DSP软件来实现，因此并联连接的UPS一致性较好。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种改进的UPS并联均流控制方法，包括通过输出总线并联连接的UPS系统，用有功功率控制器和无功功率控制器控制UPS逆变基准电压，其特征是在UPS逆变基准电压上加入电感电流直流分量控制器输出的直流基准量，并联系统中的每台UPS通过CAN总线得到系统中其他UPS的电感电流直流分量数值，经过每台UPS的DSP计算，算出并联系统电感电流直流分量的平均值，作为系统直流分量的给定，然后将直流分量的给定值与该台UPS电感电流的直流分量相比较，得到电感电流的差值，该差值通过PI调节器后，得到逆变基准电压所需的调节量，并用该调节量控制UPS输出电压。