CN106953314B - 提高ups工频机eco模式下运行效率的运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法，当UPS旁路运行且逆变器待机时，逆变器根据检测到的变压器原边侧每相的电压确定对应的磁通，同时根据虚拟的变压器输出侧每相的虚拟电压确定对应的虚拟磁通；当UPS旁路电压异常时，所述逆变器依次将变压器原边侧每相的磁通和变压器输出侧每相的虚拟磁通进行比较，确定所述磁通和虚拟磁通相等时，开通该相对应的IGBT；当三相的IGBT均开通后，所述逆变器开启并且接入主路供电。本发明能够在旁路正常运行时，完全关闭逆变器提高系统效率，在旁路异常时，通过磁平衡的方式启动逆变器，避免了逆变器对变压器的冲击，提高了整机效率。

Description

提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法
技术领域
本发明涉及不间断电源领域，特别涉及一种提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法。
背景技术
随着电网质量的提高和节能要求的不断提升，UPS(Uninterruptible PowerSystem，即不间断电源)运行在ECO(Ecology环保、Conservation节能和Optimization动力，是一种经济运行模式)模式变得非常重要。目前，UPS在ECO旁路运行时逆变器必须实时跟随旁路电网波形，当旁路电网异常时UPS能够及时切换到逆变侧供电，以确保后端负载不断电。
对于高频机而言为了最大限度的提高ECO旁路运行的效率可以将逆变器关闭，在电网异常时再立即开启；而工频机由于输出带有隔离变压器，其拓扑如图1所示，如果像高频机一样立即开启逆变器便会在隔离变压器上产生很大的励磁涌流，致使UPS发生保护。传统的带隔离变压器UPS在ECO旁路运行时，其逆变器是一直开启的，并实时跟随电网电压，这样虽解决了励磁涌流的问题了，但却导致了空载损耗的大幅增加，即导致IGBT、电感和隔离变压器的空载损耗可占整机容量的2％左右，因此极不符合人们所提出的节能的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例一种提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法，该方法为：当UPS旁路运行且逆变器待机时，逆变器根据检测到的变压器原边侧每相的电压确定对应的磁通，同时根据虚拟的变压器输出侧每相的虚拟电压确定对应的虚拟磁通；当UPS旁路电压异常时，所述逆变器依次将变压器原边侧每相的磁通和变压器输出侧每相的虚拟磁通进行比较，确定所述磁通和虚拟磁通相等时，开通该相对应的IGBT；当三相的IGBT均开通后，所述逆变器开启并且接入主路供电。
上述方案中，该方法还包括：当UPS旁路电压异常时，所述逆变器依次将变压器原边侧每相的磁通和变压器输出侧每相的虚拟磁通进行比较，确定所述磁通和虚拟磁通的差值的绝对值小于门槛值ε时，开通该相对应的IGBT。
上述方案中，该方法还包括：当UPS旁路电压正常时，逆变器继续根据检测到的变压器原边侧每相的电压确定对应的磁通，同时根据虚拟的变压器输出侧每相的虚拟电压确定对应的虚拟磁通。
上述方案中，所述门槛值ε通过下式获得：
Figure BDA0000902565500000021
x＜ε＜2x
式中：m是最大磁通，f是采样频率，F是电网频率，x是一个采样周期的最大磁通变化量。
上述方案中，所述逆变器开启并且接入主路供电之后，该方法还包括：当UPS旁路电压恢复正常后，将旁路供电输入系统接入，同时关闭逆变器，逆变器重新根据检测到的变压器原边侧每相的电压确定对应的磁通，同时根据虚拟的变压器输出侧每相的虚拟电压确定对应的虚拟磁通。
上述方案中，所述逆变器根据检测到的变压器原边侧每相的电压确定对应的磁通，具体为：检测实时输入电压；对实时输入电压积分得到总的磁通；去掉总的磁通的直流分量，得到实际输出的磁通。
上述方案中，所述根据虚拟的变压器输出侧每相的虚拟电压确定对应的虚拟磁通，具体为：计算输出虚拟电压，对虚拟输出电压积分得到总的磁通；去掉总的磁通的直流分量，得到实际输出的虚拟磁通。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明能够在旁路正常运行时，完全关闭逆变器提高系统效率，在旁路异常时，通过磁平衡的方式启动逆变器，避免了逆变器对变压器的冲击，提高了整机效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供一种提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法的流程图。
图2本发明实施例提供一种提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法的磁通检测框图。
图3为本发明实施例提供一种提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法中带隔离变压器的三相UPS逆变器拓扑图。
图4本发明实施例提供一种提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法的磁平衡启动逆变器程序流程图。
图5为本发明实施例提供一种提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法的电压时序图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法，如图1所示，该方法通过以下步骤实现：
步骤101：当UPS旁路运行且逆变器待机时，逆变器根据检测到的变压器原边侧每相的电压确定对应的磁通，同时根据虚拟的变压器输出侧每相的虚拟电压确定对应的虚拟磁通。
具体的，如图2所示，所述逆变器根据检测到的变压器原边侧每相的电压确定对应的磁通，具体为：检测实时输入电压；对实时输入电压积分得到总的磁通；去掉总的磁通的直流分量，得到实际输出的磁通。
所述根据虚拟的变压器输出侧每相的虚拟电压确定对应的虚拟磁通，具体为：计算输出虚拟电压，对虚拟输出电压积分得到总的磁通；去掉总的磁通的直流分量，得到实际输出的虚拟磁通。
步骤102：当UPS旁路电压异常时，所述逆变器依次将变压器原边侧每相的磁通和变压器输出侧每相的虚拟磁通进行比较，确定所述磁通和虚拟磁通相等时，开通该相对应的IGBT；当三相的IGBT均开通后，所述逆变器开启并且接入主路供电。
具体的，当UPS旁路电压异常时，所述逆变器依次将变压器原边侧每相的磁通和变压器输出侧每相的虚拟磁通进行比较，确定所述磁通和虚拟磁通的差值的绝对值小于门槛值ε时，开通该相对应的IGBT。
所述门槛值ε通过下式获得：
Figure BDA0000902565500000041
x＜ε＜2x
式中：m是最大磁通，f是采样频率，F是电网频率，x是一个采样周期的最大磁通变化量。
当UPS旁路电压正常时，逆变器继续根据检测到的变压器原边侧每相的电压确定对应的磁通，同时根据虚拟的变压器输出侧每相的虚拟电压确定对应的虚拟磁通。
该方法还包括步骤103：当UPS旁路电压恢复正常后，将旁路供电输入系统接入，同时关闭逆变器，逆变器重新根据检测到的变压器原边侧每相的电压确定对应的磁通，同时根据虚拟的变压器输出侧每相的虚拟电压确定对应的虚拟磁通。
实施例：
实施例中的带隔离变压器的三相UPS逆变器拓扑图如图3所示。
本发明实施例提供一种提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法，如图4所示，具体为：在UPS旁路运行时，旁路SCR(晶闸管)闭合，逆变SCR断开，逆变器关闭，也就是IGBT不发驱动，负载由旁路供电，也就是市电供电。检测变压器原边线电压VAB、电压VBC、电压VCA来计算隔离变压器的磁通ΦAB、磁通ΦBC、磁通ΦCA。此时，逆变器虽然关闭，但主机的软件中还在实时计算其输出线电压Vab、电压Vbc、电压Vca，这个输出线电压的相位与市电三相间的线电压是同步的，而幅度是不变的，这里一般是380V，则，计算的三相电压电压Vab＝Asinωt、电压
Figure BDA0000902565500000051
电压
Figure BDA0000902565500000052
根据实际情况，这里A为538V，ω为2πf＝100π，有了这些电压就可以计算逆变器即将输出磁通Φab、磁通Φbc、磁通Φca。逆变软件中的线电压Vab、电压Vbc、电压Vca实时跟踪旁路电压，由于软件中的电压Vab、电压Vbc、电压Vca在IGBT没有开通前是虚拟的，故其磁通Φab、磁通Φbc、磁通Φca也是虚拟的。
在逆变器检测到旁路电压异常时，断开旁路SCR并启动切换使能。比较此时的实时磁通ΦAB和磁通Φab相等时，在计算中当其差值的绝对值小于一个门槛值ε时，开启A和B相对应当IGBT，若继续比较时，|Φbc-ΦBC|＜ε或者|Φca-ΦCA|＜ε中有任何一个不等式成立，则开启逆变器相应的IGBT完成逆变器启动，当所有的IGBT都启动完成时，开启三相逆变SCR，切换完成。
当然，在检测到旁路电压异常时也可能马上检测到|Φbc-ΦBC|＜ε，则开启B相和C相对应的逆变器IGBT，另外，若继续比较时，|Φca-ΦCA|＜ε或者|Φab-ΦAB|＜ε，开启A相对应的逆变器IGBT，所有的IGBT都开启完毕，就可以转换旁路开关完成切换了。
所述门限值ε不可过大，也不易过小，过大时冲击电流会较大，过小又会错过开通时刻。本实施例中，所述门限值ε根据磁通的最大值和采样频率来确定。假设最大磁通m，采样频率为fk，电网频率为F，则一个采样周期的最大磁通变化量为
Figure BDA0000902565500000061
这里，我们将ε取值范围在1x和2x之间。这里，采样频率为fk是指在进行计算时，对模拟量比如检测到的隔离变压器原边线电压进行数字化时的采样频率，对计算出来的虚拟的逆变器输出线电压进行数字化时的采样频率，本例中，逆变器的虚拟线电压与市电的实时电压一致。采样频率为fk与系统的时钟有关，一般系统的主频越高，则采样频率为fk也越大，目前，有些采样频率为fk与系统的主频相同。
例如当最大磁通为1，采样频率为10KHz，电网频率为50Hz，则
x＝1*2*sin(π*50/10000)＝0.0314,则0.0314＜ε＜0.0628即可。
磁通检测原理如图2所示，检测输入电压，通过积分来计算磁通，去掉磁通的直流分量后，便可得到实际的输出磁通量。
造成在变压器合闸时产生励磁涌流的原因是：直流磁通使得变压器饱和，从而产生大的励磁涌流。如果能使变压器在合闸前后的直流磁通为零，也就是说在合闸时刻变压器中的剩余磁通与要输入给变压器的电源磁通相等便不会产生励磁涌流。本实施例中，就是实现合闸时刻变压器中的剩余磁通与要输入给变压器的电源磁通相等。
本实施例意在提出一种提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法，而且这种方法的应用是有效的，在这种应用场合是首例，磁通平衡这种方法启动变压器可以最大限度的减小励磁涌流，磁通平衡降低变压器涌流的方法在变压器的教课书中有介绍。
在图5中在T0时刻系统旁路正常，旁路输出输出；T1时刻旁路掉电，DSP检测到旁路掉电后，计算磁通平衡，在磁通平衡时刻T2点DSP发出驱动使IGBT工作，IGBT才会输出真实的电压，变压器才会检测到电压，在T2时刻之前变压器上是没有电压的。
IGBT输出电压的虚线表示虚拟电压，是DSP计算的但还没有给DSP驱动，所以IGBT上到电压在T0到T2时刻都和变压器原边电压一直为0伏特。
DSP软件通过检测旁路电压，通过锁相技术可以将虚拟电压的相位和旁路锁定，当旁路掉电时，DSP检测到旁路异常，就不去锁旁路相位而改为自己本振(50Hz)输出；通过锁相环的平滑处理，虚拟电压的相位(在T1时刻)过度得很平滑。
在此例中，默认隔离变压器的剩磁为0，由磁通平衡计算可知第一次两相IGBT开通的时刻是在线电压的峰值或是谷值处，一个市电周期到峰值和谷值点有6个，即从检测到旁路掉电到第一次两相IGBT开通最长需要1/6个市电周期，旁路电压异常检测的时间是2ms，第一次启动两相IGBT到第三个IGBT启动的时间是1/4个市电周期，也就是说从电网异常时刻起到逆变SCR开启的最长时间是10.3ms(2ms+3.3ms+5ms)，满足15ms到间断切换指标要求。
改用此方法后在400K机器上实验，效率提高了2％左右。如表1所示。
表1带隔离变压器UPS改进ECO模式和传统ECO模式效率对比
Figure BDA0000902565500000081
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法,其特征在于,该方法为:
当UPS旁路运行且逆变器待机并关闭时,控制器根据检测到的变压器原边侧每相的电压确定对应的磁通,同时根据虚拟的变压器输出侧每相的虚拟电压确定对应的虚拟磁通；
当UPS旁路电压异常时,所述控制器依次将变压器原边侧每相的磁通和变压器输出侧每相的虚拟磁通进行比较,确定所述磁通和虚拟磁通相等时,开通该相对应的IGBT；
当三相的IGBT均开通后,所述控制器控制所述逆变器开启并且接入主路供电；
以及:当UPS旁路电压异常时,所述控制器依次将变压器原边侧每相的磁通和变压器输出侧每相的虚拟磁通进行比较,确定所述磁通和虚拟磁通的差值的绝对值小于门槛值ε时,开通该相对应的IGBT；
所述门槛值ε通过下式获得:
Figure FDA0002583999810000011
式中:m是最大磁通,f是采样频率,F是电网频率,x是一个采样周期的最大磁通变化量。
2.根据权利要求1所述的提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法,其特征在于，该方法还包括:当UPS旁路电压正常时,所述控制器继续根据检测到的变压器原边侧每相的电压确定对应的磁通,同时根据虚拟的变压器输出侧每相的虚拟电压确定对应的虚拟磁通。
3.根据权利要求1所述的提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法,其特征在于,所述控制器控制所述逆变器开启并且接入主路供电之后,该方法还包括:当UPS旁路电压恢复正常后,将旁路供电输入系统接入,同时关闭逆变器,控制器重新根据检测到的变压器原边侧每相的电压确定对应的磁通,同时根据虚拟的变压器输出侧每相的虚拟电压确定对应的虚拟磁通。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法，其特征在于,所述控制器根据检测到的变压器原边侧每相的电压确定对应的磁通,具体为:检测实时输入电压；对实时输入电压积分得到总的磁通；去掉总的磁通的直流分量,得到实际输出的磁通。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的提高UPS工频机ECO模式下运行效率的运行方法，其特征在于,所述根据虚拟的变压器输出侧每相的虚拟电压确定对应的虚拟磁通,具体为:计算输出虚拟电压,对虚拟输出电压积分得到总的磁通；去掉总的磁通的直流分量,得到实际输出的虚拟磁通。
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