CN109861253A - 一种抑制ups三相输出电压不平衡的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于UPS不间断电源技术领域，公开了一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法，包括：电压采样单元、3/2正序转换控制器、3/2负序转换控制器、用于对3/2正序转换控制器的输出量进行双闭环控制的PI+P双环控制器、用于对3/2负序转换控制器的输出量进行单闭环控制的PI单环控制器、3/2正序逆转换控制器、3/2负序逆转换控制器和用于对3/2正序逆转换控制器和3/2负序逆转换控制器的叠加输出量进行调节控制的PWM控制单元。本发明提供了一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法，有效地抑制了UPS在正常运行时，受自身或非线性负载的影响从而导致的输出电压三相不平衡的问题。
Description
技术领域
本发明属于UPS不间断电源技术领域，尤其涉及一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法。
背景技术
UPS，即不间断电源，是将蓄电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用；当市电中断时，UPS 立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏，UPS设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。
现有技术的UPS，其输出电压的三相平衡性是判断一台UPS重要性能指标，在UPS的实际运用过程中，通常都要求UPS要具有同时向线性、非线性负载供电的能力，在自身和非线性负载的影响下，UPS系统由于存在着一定量的输出阻抗，从而使UPS的三相逆变电源在向不平衡负载供电时会造成三相输出电压不平衡的不良现象，从而导致UPS输出电压波形畸变，影响UPS的供电质量，对UPS的下级负载造成一定程度的寿命损耗，这种情况需要改变。
发明内容
本发明提供了一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法，以解决现有技术中，UPS因自身和非线性负载的影响，从而导致UPS输出电压波形畸变，UPS 三相输出电压不平衡的问题。
为实现以上发明目的，采用的技术方案为：
一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法，包括：
用于对UPS输出电压进行采集的电压采样单元；
用于对UPS输出正序电压进行旋转坐标转换的3/2正序转换控制器；
用于对UPS输出负序电压进行旋转坐标转换的3/2负序转换控制器；
用于对3/2正序转换控制器的输出量进行双闭环控制的PI+P双环控制器；
用于对3/2负序转换控制器的输出量进行单闭环控制的PI单环控制器；
用于对PI+P双环控制器输出量进行旋转坐标逆转换的3/2正序逆转换控制器；
用于对PI单环控制器输出量进行旋转坐标逆转换的3/2负序逆转换控制器；
用于对3/2正序逆转换控制器和3/2负序逆转换控制器的叠加输出量进行调节控制的PWM控制单元。
本发明进一步设置为：所述3/2正序转换控制器的输入为所述电压采样单元的UPS正序输出电压采样值，所述3/2正序转换控制器的输出为UPS输出正序电压在静态坐标系下的alpha分量值d以及beta分量值q。
本发明进一步设置为：所述3/2负序转换控制器的输入为所述电压采样单元的UPS负序输出电压采样值，所述3/2负序转换控制器的输出为UPS输出负序电压在静态坐标系下的alpha分量值d1以及beta分量值q1。
本发明进一步设置为：所述PI+P双环控制器包括：对所述alpha分量值d 进行差分控制的d轴电压比较器、对所述beta分量值q进行差分控制的q轴电压比较器、对所述d轴电压比较器输出量进行闭环电压比例积分控制的d轴PI 调节器、对所述q轴电压比较器输出量进行闭环电压比例积分控制的q轴PI调节器、对所述d轴PI调节器输出量进行差分控制的d轴电流比较器、对所述q 轴PI调节器输出量进行差分控制的q轴电流比较器、对所述d轴电流比较器输出量进行闭环电流比例控制的d轴P调节器和对所述q轴电流比较器输出量进行闭环电流比例控制的q轴P调节器。
本发明进一步设置为：所述PI单环控制器包括：对所述alpha分量值d1进行差分控制的d1轴电压比较器、对所述beta分量值q1进行差分控制的q1轴电压比较器、对所述d1轴电压比较器输出量进行闭环电压比例积分控制的d1轴PI调节器、对所述q1轴电压比较器输出量进行闭环电压比例积分控制的q1轴 PI调节器。
本发明进一步设置为：所述3/2正序转换控制器的输出分别给定到所述d轴电压比较器的第一输入端和所述q轴电压比较器的第一输入端，所述d轴电压比较器的第二输入端为可调节大小的Vd1给定值，所述q轴电压比较器的第二输入端为可调节大小的Vq1给定值。
本发明进一步设置为：所述d轴PI调节器的输出给定到所述d轴电流比较器的第一输入端，所述d轴电流比较器的第二输入端为可调节大小的Id1给定值，所述q轴PI调节器的输出给定到所述q轴电流比较器的第一输入端，所述q轴电流比较器的第二输入端为可调节大小的Iq1给定值。
本发明进一步设置为：所述3/2负序转换控制器的输出分别给定到所述d1 轴电压比较器的第一输入端和所述q1轴电压比较器的第一输入端，所述d1轴电压比较器的第二输入端为可调节大小的Vd2给定值，所述q1轴电压比较器的第二输入端为可调节大小的Vq2给定值。
本发明进一步设置为：所述d轴P调节器的输出量和所述q轴P调节器的输出量给定到所述3/2正序逆转换控制器，所述d1轴PI调节器和所述q1轴PI 调节器的输出量给定到所述3/2负序逆转换控制器，所述3/2正序逆转换控制器和所述3/2负序逆转换控制器的输出量经叠加后给定到所述PWM控制单元的输入端。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：区别于现有技术的情况，本发明通过采样UPS输出电压的负序电压分量，对其进行旋转坐标的 3/2负序转换后进行PI单环控制器单闭环控制，再就PI单环控制器输出量进行旋转坐标3/2逆转换，将3/2负序逆转换控制器的输出量与相对应的正序电压分量的3/2正序逆转换控制器的输出量进行叠加后给定到PWM控制单元，从而就 UPS输出电压的负序电压分量进行有效控制和利用，改善UPS输出电压波，抑制了UPS三相输出电压不平衡。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法的结构框图；
图2是本发明实施例提供的一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法的 PI+P双环控制器的结构框图；
图4是本发明实施例提供的一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法的PI 单环控制器的结构框图。
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。
一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法，如图1、图3和图4所示，包括，用于对UPS输出电压进行采集的电压采样单元100，用于对UPS输出正序电压进行旋转坐标转换的3/2正序转换控制器200，用于对UPS输出负序电压进行旋转坐标转换的3/2负序转换控制器300，用于对3/2正序转换控制器的输出量进行双闭环控制的PI+P双环控制器400，用于对3/2负序转换控制器的输出量进行单闭环控制的PI单环控制器500，用于对PI+P双环控制器输出量进行旋转坐标逆转换的3/2正序逆转换控制器600，用于对PI单环控制器输出量进行旋转坐标逆转换的3/2负序逆转换控制器700和用于对3/2正序逆转换控制器和3/2 负序逆转换控制器的叠加输出量进行调节控制的PWM控制单元800。
在具体实施过程中，所述3/2正序转换控制器200的输入为所述电压采样单元100的UPS正序输出电压采样值，所述3/2正序转换控制器200的输出为UPS 输出正序电压在静态坐标系下的alpha分量值d以及beta分量值q，所述3/2负序转换控制器300的输入为所述电压采样单元100的UPS负序输出电压采样值，所述3/2负序转换控制器300的输出为UPS输出负序电压在静态坐标系下的 alpha分量值d1以及beta分量值q1。
其中，所述PI+P双环控制器400包括：对所述alpha分量值d进行差分控制的d轴电压比较器410、对所述beta分量值q进行差分控制的q轴电压比较器 420、对所述d轴电压比较器410输出量进行闭环电压比例积分控制的d轴PI 调节器411、对所述q轴电压比较器420输出量进行闭环电压比例积分控制的q 轴PI调节器421、对所述d轴PI调节器411输出量进行差分控制的d轴电流比较器412、对所述q轴PI调节器421输出量进行差分控制的q轴电流比较器422、对所述d轴电流比较器412输出量进行闭环电流比例控制的d轴P调节器413 和对所述q轴电流比较器422输出量进行闭环电流比例控制的q轴P调节器423，所述3/2正序转换控制器200的输出分别给定到所述d轴电压比较器410的第一输入端和所述q轴电压比较器420的第一输入端，所述d轴电压比较器410的第二输入端为可调节大小的Vd1给定值430，所述q轴电压比较器420的第二输入端为可调节大小的Vq1给定值450，所述d轴PI调节器411的输出给定到所述d轴电流比较器412的第一输入端，所述d轴电流比较器412的第二输入端为可调节大小的Id1给定值440，所述q轴PI调节器421的输出给定到所述q 轴电流比较器422的第一输入端，所述q轴电流比较器422的第二输入端为可调节大小的Iq1给定值460。所述PI控制器500包括：对所述alpha分量值d1 进行差分控制的d1轴电压比较器510、对所述beta分量值q1进行差分控制的 q1轴电压比较器520、对所述d1轴电压比较器510输出量进行闭环电压比例积分控制的d1轴PI调节器511、对所述q1轴电压比较器输出量进行闭环电压比例积分控制的q1轴PI调节器521，所述3/2负序转换控制器300的输出分别给定到所述d1轴电压比较器510的第一输入端和所述q1轴电压比较器520的第一输入端，所述d1轴电压比较器510的第二输入端为可调节大小的Vd2给定值 530，所述q1轴电压比较器520的第二输入端为可调节大小的Vq2给定值540。
在具体实施过程中，所述d轴P调节器413的输出量和所述q轴P调节器 423的输出量给定到所述3/2正序逆转换控制器600，所述d1轴PI调节器511 和所述q1轴PI调节器521的输出量给定到所述3/2负序逆转换控制器700，所述3/2正序逆转换控制器600和所述3/2负序逆转换控制器700的输出量经叠加后给定到所述PWM控制单元800的输入端。
图2是本发明实施例提供的一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法的流程图，须进行以下步骤：
步骤S100，电压采样单元将采集到的UPS输出电压Va、Vb、Vc,的正序电压分量指定给3/2正序转换控制器，将UPS输出电压Va、Vb、Vc,的负序电压分量指定给3/2负序转换控制器。
步骤S200，3/2正序转换控制器将正序电压分量进行旋转坐标转换得到正序电压在静态坐标系下的alpha分量值d以及beta分量值q。
步骤S300，3/2负序转换控制器将负序电压分量进行旋转坐标转换得到负序电压在静态坐标系下的alpha分量值d1以及beta分量值q1。
步骤S400，alpha分量值d以及beta分量值q经PI+P双环控制器的双闭环控制得到误差输出值。
步骤S500，alpha分量值d1以及beta分量值q1经PI单环控制器的单环控制得到误差输出值。
步骤S600，3/2正序逆转换控制器将PI+P双环控制器的误差输出值进行旋转坐标逆转换得到UPS输出电压Va1、Vb1、Vc1。
步骤S700，3/2负序逆转换控制器将PI单环控制器的误差输出值进行旋转坐标逆转换得到UPS输出电压Va2、Vb2、Vc2。
步骤S810，将上述步骤S410、步骤S4200输出的2组UPS输出电压相加，输出总的UPS输出电压至PWM控制单元。
步骤S820，PWM控制单元对输入量进行脉冲宽度的数字化处理。
本发明通过区别于现有技术的情况，本发明通过采样UPS输出电压的负序电压分量，对其进行旋转坐标的3/2负序转换后进行PI单环控制器500的单闭环控制，再就PI单环控制器500输出量进行旋转坐标3/2逆转换，将3/2负序逆转换控制器700的输出量与相对应的正序电压分量的3/2正序逆转换控制器 600的输出量进行叠加后给定到PWM控制单元800，从而就UPS输出电压的负序电压分量进行有效控制和利用，改善UPS输出电压波，可以对不平衡电压中的负序分量得到很好的抑制，解决UPS带不平衡负载时输出电压不平衡的问题。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法，其特征在于，包括：
用于对UPS输出电压进行采集的电压采样单元；
用于对UPS输出正序电压进行旋转坐标转换的3/2正序转换控制器；
用于对UPS输出负序电压进行旋转坐标转换的3/2负序转换控制器；
用于对3/2正序转换控制器的输出量进行双闭环控制的PI+P双环控制器；
用于对3/2负序转换控制器的输出量进行单闭环控制的PI单环控制器；
用于对PI+P双环控制器输出量进行旋转坐标逆转换的3/2正序逆转换控制器；
用于对PI单环控制器输出量进行旋转坐标逆转换的3/2负序逆转换控制器；
用于对3/2正序逆转换控制器和3/2负序逆转换控制器的叠加输出量进行调节控制的PWM控制单元。
2.如权利要求1所述的一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法，其特征在于，所述3/2正序转换控制器的输入为所述电压采样单元的UPS正序输出电压采样值，所述3/2正序转换控制器的输出为UPS输出正序电压在静态坐标系下的alpha分量值d以及beta分量值q。
3.如权利要求1所述的一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法，其特征在于，所述3/2负序转换控制器的输入为所述电压采样单元的UPS负序输出电压采样值，所述3/2负序转换控制器的输出为UPS输出负序电压在静态坐标系下的alpha分量值d1以及beta分量值q1。
4.如权利要求1所述的一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法，其特征在于，所述PI+P双环控制器包括：对所述alpha分量值d进行差分控制的d轴电压比较器、对所述beta分量值q进行差分控制的q轴电压比较器、对所述d轴电压比较器输出量进行闭环电压比例积分控制的d轴PI调节器、对所述q轴电压比较器输出量进行闭环电压比例积分控制的q轴PI调节器、对所述d轴PI调节器输出量进行差分控制的d轴电流比较器、对所述q轴PI调节器输出量进行差分控制的q轴电流比较器、对所述d轴电流比较器输出量进行闭环电流比例控制的d轴P调节器和对所述q轴电流比较器输出量进行闭环电流比例控制的q轴P调节器。
5.如权利要求1所述的一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法，其特征在于，所述PI单环控制器包括：对所述alpha分量值d1进行差分控制的d1轴电压比较器、对所述beta分量值q1进行差分控制的q1轴电压比较器、对所述d1轴电压比较器输出量进行闭环电压比例积分控制的d1轴PI调节器、对所述q1轴电压比较器输出量进行闭环电压比例积分控制的q1轴PI调节器。
6.如权利要求4所述的一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法，其特征在于，所述3/2正序转换控制器的输出分别给定到所述d轴电压比较器的第一输入端和所述q轴电压比较器的第一输入端，所述d轴电压比较器的第二输入端为可调节大小的Vd1给定值，所述q轴电压比较器的第二输入端为可调节大小的Vq1给定值。
7.如权利要求4所述的一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法，其特征在于，所述d轴PI调节器的输出给定到所述d轴电流比较器的第一输入端，所述d轴电流比较器的第二输入端为可调节大小的Id1给定值，所述q轴PI调节器的输出给定到所述q轴电流比较器的第一输入端，所述q轴电流比较器的第二输入端为可调节大小的Iq1给定值。
8.如权利要求5所述的一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法，其特征在于，所述3/2负序转换控制器的输出分别给定到所述d1轴电压比较器的第一输入端和所述q1轴电压比较器的第一输入端，所述d1轴电压比较器的第二输入端为可调节大小的Vd2给定值，所述q1轴电压比较器的第二输入端为可调节大小的Vq2给定值。
9.如权利要求1-9任一项所述的一种抑制UPS三相输出电压不平衡的方法，其特征在于，所述d轴P调节器的输出量和所述q轴P调节器的输出量给定到所述3/2正序逆转换控制器，所述d1轴PI调节器和所述q1轴PI调节器的输出量给定到所述3/2负序逆转换控制器，所述3/2正序逆转换控制器和所述3/2负序逆转换控制器的输出量经叠加后给定到所述PWM控制单元的输入端。
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