CN102157957A - 一种基于ups拓扑的节能回馈负载系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于UPS拓扑的节能回馈负载系统及其控制方法，其结构包括UPS系统输入开关，该UPS系统输入开关连接待测设备EUT，从而向待测设备EUT提供电能，待测设备EUT的输出接入回馈负载系统，而回馈负载系统的输出与UPS系统输入开关及待测设备EUT连接，该结构来用作待测设备在老化过程中的负载，通过回馈负载系统，将待测设备的负载上的电能回馈给待测设备，从而实现电能的回馈利用，有利于节能降耗。

Description

一种基于UPS拓扑的节能回馈负载系统及其控制方法
技术领域
本发明公开了一种基于UPS的节能回馈负载技术，利用电力电子变换控制技术，将能量回馈到电网，属于电力电子变换技术领域。
背景技术
在能源问题越来越严峻的今天，加强节能技术的开发，已经刻不容缓。在电气与电子工业领域，不论是产品研发还是量产，都要使用大量的负载设备。尤其是电气产品量产阶段，老化是很多产品必不可少的环节。为了达到老化的目的，需要让电气产品持续带负载一定的时间(例如48小时)。就目前的现状来说，厂家大量使用电阻作为负载。于是，在大功率产品制造领域，厂家需要大量使用诸如水泥电阻这样的负载。造成的后果是，需要为大量的负载配置专门的安装场地。同时，老化本身需要消耗大量的电能，因此厂家需要支付大量的电费，这种大量耗能式的老化过程也不符合国家节能降耗的需求；并且，老化产生的大量热量需要散掉，这就要求厂家必须配置冷却设备；再者，为了保证老化过程的安全，厂家还需要配备足够的安防设备等等。另外，大容量负载设备的费用对企业来说也是一笔不小的开支。
目前，老化过程的负载一般采用两种负载结构；
其中，一种为三相负载箱结构，该负载箱具有技术成熟、可靠性较高的优点。但是，这种负载箱结构的价格昂贵，占地面积大，同时还必须配置冷却装置；而对于电能，这种负载箱结构也无法实现电能回馈，因此不利于节能降耗。
另一种为负载结构，该负载结构为三相电子负载，该三相电子负载具有 体积小、调节性能好的优点。但是三相电子负载同样价格昂贵，而且该三相电子负载无法应用于大功率老化，并且同样无法实现能量回馈，不利于节能降耗。
产品老化过程中，如何将消耗在负载上的电能加以利用，成为了一个值得思考的问题。随着电力电子技术的不断进步，人们对于电能的控制已经越来越得心应手。将消耗在电阻负载上的电能返送回电网已经成为了可能。
发明内容
针对现有技术存在无法实现利用负载电能的问题，本发明提出了一种采用回馈负载系统的结构来用作待测设备在老化过程中的负载，通过回馈负载系统，将待测设备的负载上的电能回馈给待测设备，从而实现电能的回馈利用，有利于节能降耗。
采用回馈负载系统的UPS系统包括UPS系统输入开关，该UPS系统输入开关连接待测设备EUT，从而向待测设备EUT提供电能。待测设备EUT的输出接入回馈负载系统，而回馈负载系统的输出与UPS系统输入开关及待测设备EUT连接。由此，实现负载电能向待测设备的回馈。
回馈负载系统包括回馈负载输入开关、回馈负载变换器、回馈负载输出开关以及UPS系统回馈开关。其中，回馈负载输入开关连接回馈负载变换器FLC，回馈负载变换器FLC的输出接入回馈负载输出开关，回馈负载输出开关接入UPS系统回馈开关，并通过UPS系统回馈开关返回接入UPS系统输入开关以及待测设备EUT的输入端。
本发明采用的回馈负载系统的工作过程如下：三相交流电加到待测设备EUT上，按照待测设备EUT的功率来配置回馈负载系统的功率，待测设备EUT的输出接为回馈负载变换器FLC的输入，回馈负载应该能够具有功率因数校正PFC功能，使流入其电流与输入电压同相位，并具有较低的输入电流畸变率。对于待测设备EUT来说，回馈负载变换器FLC就与普通的电阻负载无异。回馈负载变换器FLC的输出通过UPS系统回馈开关K4返回至电网。系统的 绝大部分有功电流都得到了回馈，只消耗了待测设备EUT和回馈负载变换器FLC的固定损耗。对待测设备EUT来说，回馈负载系统完全实现了纯电阻性的功能。
附图说明
图1为采用本发明的回馈负载系统的UPS系统；
图2为本发明的回馈负载系统结构框图；
图3为本发明的回馈负载系统的器件级拓扑图；
图4为本发明的回馈负载系统的整流器控制策略图；
图5为本发明的回馈负载系统的逆变器控制策略图；
具体实施方式
下面，结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
参见图3，电网提供的三相交流电通过UPS系统输入开关K1接入后，向待测设备EUT提供电能。待测设备EUT的输出接入右侧方框中的回馈负载系统，通过回馈负载系统输入开关K2后，接入回馈负载变换器FLC，回馈负载变换器FLC的输出接入回馈负载输出开关K3，回馈负载输出开关K3的输出接入UPS系统回馈开关K4，UPS系统回馈开关K4的输出返回接到UPS系统输入开关K1，从图3中可以看出，电网提供的能量依次经过UPS系统输入开关K1、待测设备EUT、回馈负载变换器FLC、回馈负载输出开关K3以及UPS系统回馈开关K4后，回馈到待测设备EUT，因此，采用本发明的回馈负载系统，能够实现大部分的能量回馈，从而实现节能降耗的目的。
图4为本发明的回馈负载系统的核心部件，即回馈负载变换器。该回馈负载变换器包括整流器以及逆变器；其中整流器采用AC/DC结构实现，而逆变器采用DC/AC结构。
图5为本发明的回馈负载系统的器件级拓扑图。其中整流器包括滤波电 容器组C1、C2和C3，整流器电感组L1、L2和L3，以及三相全桥结构的六只功率开关管IGBT(绝缘栅双极型晶体管)：Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6。六只IGBT由控制系统进行数字控制，采用高频开关动作来控制电感L1，L2，L3上电流的相位和纹波值，结合前端的滤波电容器组C1，C2，C3，可以保证从待测设备EUT汲取的电流与待测设备EUT的输出电压同相位，并且电流谐波含量小。整流器的输出进入两组直流电解电容器组C4、C5。电容器C4、C5电容值很大，因此U+和U-都能保证是平滑的直流电压。直流母线输出进入逆变器。逆变器采用与整流器相似的结构，同样含有六只IGBT，Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12。六只IGBT同样接收控制系统的高频开关控制，输出高频PWM波形。高频PWM波经过电感器L4、L5、L6和电容器C6、C7、C8滤波后，返回接到待测设备EUT的输入端，即电网。
对于大功率设备老化需求，使用本发明提出的回馈负载系统，通常只需要消耗10％左右的电能，就能实现100％的带载需求。这对于批量生产的设备老化需求来说，是个极大的节能机会。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但这并不是用来限定本发明。任何熟悉本领域公知技术的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内都对本发明作各种变化或改动；因此本发明的保护范围应当以本发明的权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于UPS的节能回馈负载系统，其特征在于：所述回馈负载系统包括：
UPS系统输入开关、连接UPS系统输入开关的待测设备EUT、连接待测设备EUT输出端的回馈负载系统，回馈负载系统的输出端连接至UPS系统输入开关与待测设备EUT的输入端；其中，
回馈负载系统包括：回馈负载输入开关、回馈负载变换器FLC、回馈负载输出开关以及UPS回馈开关；其中，
所述回馈负载输入开关连接至所述待测设备输出端，所述回馈负载输入开关连接所述回馈负载变换器FLC的输入端，所述回馈负载变换器FLC的输出端连接所述回馈负载输出开关，所述回馈负载输出开关连接至所述UPS回馈开关。
2.根据权利要求1所述的一种基于UPS的节能回馈负载系统，其中所述回馈负载变换器FLC包括整流器和逆变器。
3.根据权利要求1所述的一种基于UPS的节能回馈负载系统，其中，
所述整流器包括：滤波电容器组C1、C2和C3，整流器电感组L1、L2和L3，以及三相全桥结构的六只功率开关管IGBT(绝缘栅双极型晶体管)：Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6；以及，
所述逆变器包括：滤波电容器组C6、C7和C8，电感组L4、L5和L6，以及三相全桥结构的六只IGBT：Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12。
4.一种基于UPS的节能回馈负载系统的控制方法，其特征在于：
将电网提供的能量依次经过UPS系统输入开关K1、连接所述UPS系统输入开关的待测设备EUT的输入端、连接所述待测设备EUT的输出端的回馈负载变换器FLC、连接所述回馈负载变换器FLC输出端的回馈负载输出开关K3以及与所述回馈负载输出开关连接的UPS系统回馈开关K4后，回馈到待测设备EUT。
5.根据权利要求4所述的一种基于UPS的节能回馈系统的控制方法，其中，所述回馈负载变换器包括整流器和逆变器，其中整流器的控制方法包括如下步骤：
(1)三相电网相电压经求模和锁相环计算求出电压模长和跟踪角度；
(2)三相相电流经三相静止到旋转坐标变换求出相电流在旋转坐标系下的分量有功电流、无功电流、零序电流；
(3)母线的电压给定和电压反馈的误差，经母线电压调节器后形成有功电流给定；
(4)各有功电流给定与各电流反馈的差分别经电流调节器，加电压前馈和解耦量前馈后，经旋转到静止坐标变换和PWM发生器后，发出三相PWM开关波形驱动开关管Q1～Q6。
6.根据权利要求5所述的一种基于UPS的节能回馈系统的控制方法，其中，所述逆变器的控制方法包括如下步骤：
(1)三相电网相电压经求模和锁相环计算求出电压模长和跟踪角度；
(2)三相电网相电压经三相静止到旋转坐标变换求出相电压在旋转坐标系下的分量有功电压、无功电压、零序电压；
(3)三相逆变电感电流经三相静止到旋转坐标变换求出电流在旋转坐标系下的分量有功电流、无功电流、零序电流；
(4)各电流给定与各电流反馈的差分别经电流调节器，加电压前馈和解耦量前馈、母线压差前馈后，经旋转到静止坐标变换和PWM发生器后，发出三相PWM开关波形驱动开关管Q1～Q6。
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