CN106300646B - 一种海岛供电互动式ups系统抗扰动抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海岛供电互动式UPS抗扰动抑制方法,该互动式UPS包括：滤波器、充电器、电池组、逆变器、变压器、静态旁路开关和控制器。在供电电源正常供电时，通过滤波器、静态旁路开关和变压器向负载供电，并通过充电器对电池组充电。此时为了改善互动式UPS的供电电压质量，逆变器做动态电压调节器使用，对供电电源进行补偿，保证高效率供电的同时，提高UPS的供电电能质量；在供电电源掉电时，由电池组、逆变器和变压器为负载供电，此时逆变器工作于V/f控制模式，为负载提供连续可靠的电压。此外本发明还提出了一种逆变器补偿电压计算方法，可以有效的抑制供电电源的相位波动与电压波动对敏感负荷供电的影响，本发明可以广泛应用于对电源可靠性要求高的场合，尤其适合孤岛用电设备的供电。

Description

一种海岛供电互动式UPS系统抗扰动抑制方法

技术领域

本发明涉及UPS控制技术领域，特别是一种海岛供电互动式UPS系统抗扰动抑制方法。

背景技术

随着电子技术的发展和社会的进步,电子设备装置与人们的工作、生活关系越来越密切,工作中突然停电或电源的不稳定将带来数据的丢失、设备的损坏和机器的误动作等十分重大的危害。不间断电源(Uninterruptible Power Supply-UPS)是一种向负载提供不间断、优质、高效和可靠,且具有保护和检测功能的交流电源,在计算机、通信、金融、交通、国防和电力等部门得到了十分广泛的应用。

通常情况下，UPS的供电电源不是很可靠，易出现电压波动、闪变、暂降等现象，对于弱电网供电调节下，如何保证供电可靠性是UPS亟待解决的关键技术。在线式UPS可以很好的解决上述问题，在供电电源输入正常时，UPS把输入的交流电压先整流成直流电压，再通过逆变器得到安全可靠的交流电，供给后级负载使用。一旦供电电源停止工作，那么UPS会启用蓄电池，通过逆变器为负载供电。但是该方法的供电效率比较低，因为不管是供电电源正常还是异常情况下都是通过逆变器供电，这样很容易造成能量的损失。为此，在线互动式的UPS结构被提出，但是该结构对于海岛弱电网供电条件下的供电电能质量难以得到保证，因此研究一种海岛供电互动式UPS抗扰动抑制方法意义重大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种海岛供电互动式UPS系统抗扰动抑制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种海岛供电互动式UPS抗扰动抑制方法，适用于孤岛用电设备的供电；互动式UPS系统包括滤波器、充电器、电池组、逆变器、变压器、静态旁路开关和控制器；所述静态旁路开关两端分别接在滤波器输出端和变压器输入端；所述充电器、储能电池、逆变器和变压器依次连接，充电器的输入端接在滤波器输出端；所述充电器与控制器连接，所述控制器与驱动保护电路连接；所述驱动保护电路与所述逆变器连接；所述控制器与采样电路连接；所述控制器主要由相位突变检测模块、参考相位计算模块、锁相环模块、逆变器补偿电压计算模块、掉电检测模块、电压合成模块、选择开关、PI控制模块和电流无差拍控制模块组成；该方法包括以下步骤：

1)在每个采样周期的起始点，对负载输出电压u_Load、电源输入电压u_source、电池组输出电压u_bat、逆变器输出电压u_inv和逆变器输出电流i_inv进行采样；

2)将步骤1)中采样得到的负载输出电压u_Load和电源输入电压u_source分别送入PLL中，得到当前负载电压相位θ_Init和供电电压相位θ_Fin；

3)根据输入电压u_source进行监测，判断电源输入电压是否满足掉电条件；

4)若步骤3)判断的结果为电源没有掉电，控制器保持静态旁路开关接通，并通过充电器对电池组进行浮充充电，并控制选择开关打在on档，使得逆变器工作于补偿状态，进入步骤5)；若步骤3)判断的结果为电源掉电，反馈给控制器，控制器封锁充电器和静态旁路开关，控制选择开关打在off档，并根据掉电前负载电压相位θ_Init和负载参考输出电压幅值u^* _L，合成逆变器的参考输出电压u^* _inv2，再将参考输出电压u^* _inv2与逆变器输出电压u_inv做差送入PI控制器，得到内环参考电流i^* _inv，经过无差拍控制得到逆变器驱动信号，将其传送至驱动保护电路，用来驱动逆变器，结束；

5)根据步骤2)得到的的负载电压相位θ_Init和供电电压θ_Fin判断供电电源输出电压的相位是否发生跳变，若没有发生跳变，则相角权重系数k取1，若相位发生跳变，则相角权重系数k在一个电网周期T内从1线性减小至0，具体计算公式如下：

6)根据步骤5)计算得到的k和步骤2)得到的负载电压相位θ_Init和供电电压θ_Fin计算坐标变换的参考相角θ_ref，具体计算公式如下：

θ_ref＝kθ_Init+(1-k)θ_Fin

7)对步骤1)采样得到的电源输入电压u_source进行电压构造得到αβ坐标系的电压u_α、u_β，其中u_α等于u_source，u_β由u_source滞后90°得到，再将u_α、u_β旋转变换到dq坐标系下，得到旋转坐标系下的电压u_d,u_q，其计算公式如下：

8)根据步骤7)所得u_d和负载参考输出电压幅值u^* _L计算负载参考电压的q轴分量u′_q，具体计算公式如下：

9)再将步骤8)所得u_d和u′_q旋转变换到αβ坐标系下，得到αβ坐标系下的负载参考

输出电压其计算公式如下：

10)将步骤9)所得与电源输入电压u_source相减得到逆变器的参考电压u^* _inv1，再将其与逆变器输出电压u_inv做差送入PI控制器，得到内环参考电流i^* _inv，经过无差拍控制得到逆变器驱动信号，将其传送至驱动保护电路，用来驱动逆变器。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明提出的一种海岛供电互动式UPS抗扰动抑制方法，在供电电源正常供电时，通过滤波器、静态旁路开关和变压器向负载供电，为了改善互动式UPS的供电电压质量，逆变器做动态电压调节器使用，对供电电源进行补偿，保证高效率供电的同时，提高UPS的供电电能质量；在供电电源掉电时，由电池组、逆变器和变压器为负载供电，此时逆变器工作于V/f控制模式，为负载提供连续可靠的电压。此外本发明还提出了一种逆变器补偿电压计算方法，可以有效的抑制供电电源的相位波动与电压波动对敏感负荷供电的影响，本发明实现了海岛弱电网供电条件下的高效率，高供电电能质量的供电策略，有效的抑制了供电电源的扰动对敏感负荷带来的影响，可以广泛应用于对电源可靠性要求高的场合，尤其适合孤岛用电设备的供电。

附图说明

图1为本发明一实施例互动式UPS结构示意图；

图2为本发明一实施例海岛供电互动式UPS抗扰动抑制方法控制器框图；

图3为本发明一实施例单相锁相环计算框图；

具体实施方式

图1为本发明一实施例互动式UPS结构示意图，包括滤波器、充电器、电池组、逆变器、变压器和静态旁路开关；所述静态旁路开关两端分别接在滤波器输出端和变压器输入端；所述充电器、储能电池、逆变器和变压器依次连接，充电器的输入端接在滤波器输出端；所述充电器和逆变器都采用由IGBT构成的H桥结构。控制系统包括控制器、采样电路、充电控制模块和驱动保护电路。

图2为本发明一实施例海岛供电互动式UPS抗扰动抑制方法控制器框图，主要由相位突变检测模块、参考相位计算模块、锁相环模块、逆变器补偿电压计算模块、掉电检测模块、电压合成模块、选择开关、PI控制模块和电流无差拍控制模块组成，具体的控制策略包括以下步骤：

1)在每个采样周期的起始点，对负载输出电压u_Load、电源输入电压u_source、电池组输出电压u_bat、逆变器输出电压u_inv和逆变器输出电流i_inv进行采样；

2)将步骤1)中采样得到的负载输出电压u_Load和电源输入电压u_source分别送入PLL中，得到当前负载电压相位θ_Init和供电电压相位θ_Fin；

3)根据输入电压u_source进行监测，判断电源输入电压是否满足掉电条件；

4)若步骤3)判断的结果为电源没有掉电，控制器保持静态旁路开关接通，并通过充电器对电池组进行浮充充电，并控制选择开关打在on档，使得逆变器工作于补偿状态，进入步骤5)；若步骤3)判断的结果为电源掉电，反馈给控制器，控制器封锁充电器和静态旁路开关，控制选择开关打在off档，并根据掉电前负载电压相位θ_Init和负载参考输出电压幅值u^* _L，合成逆变器的参考输出电压u^* _inv2，再将参考输出电压u^* _inv2与逆变器输出电压u_inv做差送入PI控制器，得到内环参考电流i^* _inv，经过无差拍控制得到逆变器驱动信号，将其传送至驱动保护电路，用来驱动逆变器，结束；

5)根据步骤2)得到的的负载电压相位θ_Init和供电电压θ_Fin判断供电电源输出电压的相位是否发生跳变，若没有发生跳变，则相角权重系数k取1，若相位发生跳变，则相角权重系数k在一个电网周期T内从1线性减小至0，具体计算公式如下：

6)根据步骤5)计算得到的k和步骤2)得到的负载电压相位θ_Init和供电电压θ_Fin计算坐标变换的参考相角θ_ref，具体计算公式如下：

θ_ref＝kθ_Init+(1-k)θ_Fin

7)对步骤1)采样得到的电源输入电压u_source进行电压构造得到αβ坐标系的电压u_α、u_β，其中u_α等于u_source，u_β由u_source滞后90°得到，再将u_α、u_β旋转变换到dq坐标系下，得到旋转坐标系下的电压u_d,u_q，其计算公式如下：

8)根据步骤7)所得u_d和负载参考输出电压幅值u^* _L计算负载参考电压的q轴分量u′_q，具体计算公式如下：

9)再将步骤8)所得u_d和u′_q旋转变换到αβ坐标系下，得到αβ坐标系下的负载参考输出电压其计算公式如下：

10)将步骤9)所得与电源输入电压u_source相减得到逆变器的参考电压u^* _inv1，再将其与逆变器输出电压u_inv做差送入PI控制器，得到内环参考电流i^* _inv，经过无差拍控制得到逆变器驱动信号，将其传送至驱动保护电路，用来驱动逆变器。

图3为本发明一实施例单相锁相环计算框图，图中u_a为输入电压，将u_a的相位滞后90°以构造β相虚拟正交信号u_β，从而构造出两相虚拟正交系统，获得两相正交电压u_α、u_β，再对两相正交电压u_α、u_β做αβ/dq坐标变换，得到q轴分量u_q，再将u_q的参考值设置为0，对其进行PI控制，可以得到当前输入电压的的相角θ。

Claims (1)

1.一种海岛供电互动式UPS系统抗扰动抑制方法，适用于孤岛用电设备的供电；互动式UPS系统包括滤波器、充电器、电池组、逆变器、变压器、静态旁路开关和控制器；所述静态旁路开关两端分别接在滤波器输出端和变压器输入端；所述充电器、电池组、逆变器和变压器依次连接，充电器的输入端接在滤波器输出端；所述充电器与控制器连接，所述控制器与驱动保护电路连接；所述驱动保护电路与所述逆变器连接；所述控制器与采样电路连接；其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)在每个采样周期的起始点，对负载输出电压u_Load、电源输入电压u_source、电池组输出电压u_bat、逆变器输出电压u_inv和逆变器输出电流i_inv进行采样；

2)将步骤1)中采样得到的负载输出电压u_Load和电源输入电压u_source分别送入锁相环中，得到当前负载电压相位θ_Init和供电电压相位θ_Fin；

3)根据输入电压u_source进行监测，判断电源输入电压是否满足掉电条件；

4)若步骤3)判断的结果为电源没有掉电，控制器保持静态旁路开关接通，并通过充电器对电池组进行浮充充电，使逆变器工作于补偿状态，进入步骤5)；若步骤3)判断的结果为电源掉电，反馈给控制器，控制器封锁充电器和静态旁路开关，并根据掉电前负载电压相位θ_Init和负载参考输出电压幅值u^* _L，合成逆变器的参考输出电压u^* _inv2，再将参考输出电压u^* _inv2与逆变器输出电压u_inv做差送入PI控制器，得到内环参考电流i^* _inv，经过无差拍控制得到逆变器驱动信号，将逆变器驱动信号传送至驱动保护电路，用来驱动逆变器，结束；

5)根据步骤2)得到的负载电压相位θ_Init和供电电压θ_Fin判断供电电源输出电压的相位是否发生跳变，若没有发生跳变，则相角权重系数k取1，若相位发生跳变，则相角权重系数k在一个电网周期T内从1线性减小至0，具体计算公式如下：

6)根据步骤5)计算得到的k和步骤2)得到的负载电压相位θ_Init和供电电 压θ_Fin计算坐标变换的参考相角θ_ref，参考相角θ_ref具体计算公式如下：

θ_ref＝kθ_Init+(1-k)θ_Fin；

7)对步骤1)采样得到的电源输入电压u_source进行电压构造得到αβ坐标系的电压u_α、u_β，其中u_α等于u_source，u_β由u_source滞后90°得到，再将u_α、u_β旋转变换到dq坐标系下，得到旋转坐标系下的电压u_d,u_q，u_d,u_q计算公式如下：

8)根据步骤7)所得u_d和负载参考输出电压幅值u^* _L计算负载参考电压的q轴分量u′_q，具体计算公式如下：

9)再将步骤8)所得u_d和u′_q旋转变换到αβ坐标系下，得到αβ坐标系下的负载参考输出电压计算公式如下：

10)将步骤9)所得与电源输入电压u_source相减得到逆变器的参考电压u^* _inv1，再将逆变器的参考电压u^* _inv1与逆变器输出电压u_inv做差送入PI控制器，得到内环参考电流i^* _inv，经过无差拍控制得到逆变器驱动信号，将逆变器驱动信号传送至驱动保护电路，用来驱动逆变器。