“T”型连接结构的UPS并联运行方案

2011-05-20 00:05:22来源: 互联网

摘要:提出一种“T”型连接结构的UPS并联运行方案,该方案中并联运行的UPS省去信号联络线,属于主从式UPS并联。从“T”型结构UPS将前级UPS的输出电流引入并以此电流作并联控制信号,采用电流追踪型PWM控制信号发生方案,可使其输出电流与前级输入电流保持同相,并可达到均流的目的。文中给出了仿真结果,表明该方案是可行的。关键词:UPS并联运行拓扑

1引言

在大型计算机数据站、通信设备机房等场合,广泛采用UPS作运行电源。随着设备的添置,供电可靠性要求的提高,UPS的容量也越来越大,从UPS运行的经济性及可靠性考虑,根据用电设备容量的增长逐步添置UPS实行并联运行具有重大的现实意义。由于UPS由电力电子开关器件组成,其并联运行在技术上是较为复杂的。目前解决UPS并联运行的办法根据其有无采用信号连络线而分为两种[1]:

(1)UPS间有联络线方式;

(2)UPS间无联络线方式。

信号联络线实际为并联UPS单元之间的控制信号的传递通道,通过控制信号的传递使得并联UPS间满足并联条件,实现负载容量(有功、无功)的合理分配。UPS间无联络线并联运行文献已见报道的控制方案为电压、频率外特性“下垂法”,这种并联方法可省却信号的联络线,但会造成输出电源的频率、幅度在小范围内波动。

图1普通UPS的并联运行

图2“T”型结构UPS并联运行

本文提出一种“T”型连接结构拓扑的UPS及其并联运行控制策略,这种UPS并联运行的方法简单可靠,属于无联络线并联法。

2“T”连接拓扑及并联运行工作原理

普通UPS并联运行的连接拓扑如图1所示,UPS的输出端子连接到共同的配电母线上,再向负载供电。而“T”型连接的UPS除输出端子外,还有输入端子,输入、输出在内部是相接的,UPS的实际输出连接到这两个输入输出端子之间的联线上,构成“T”型,即前一台UPS的输出端子连接到后一台UPS的输入端子上,每台UPS的输入电流在内部与自身的输出电流汇合至输出端子,连接拓扑如图2所示。

 

并联运行的原理可用基尔霍夫电流定律来简单说明。在一台“T”型UPS中,应满足电流关系:i1+i2=i3,i1为输入电流,i2为UPS为输出电流,i3为总输出电流,均为瞬时值。

式(1)为向量式。(1)显然,要求与同相,向量图如图3所示。若与有相位差,要输出相同的电流,则在前后相连的UPS间产生环流,该环流在实际并联的UPS间不可避免,但要控制其尽可能地小。

在公共母线并联方式中,控制对象是UPS输出电压的幅度与相位,以求达到各并联USP的输出电流同相,并按容量进行均流的目的。控制要求高且复杂,仿真表明,如两台并联UPS的相位相差1°,则环流将达20%额定电流。为保证UPS的并联要求,必须高精度地检测、控制,为此软、硬件的开销较大。并且联络线的存在有可能产生EMI问题,以至于在有些公司推出的并联UPS间采用光纤作联络线。

在“T”型UPS的并联连接中,对于其中某一级UPS,我们把控制对象选定为该级UPS自身的输出电流,控制该UPS的输出电流直接跟踪其输入电流(前级输出电流),使UPS自身的输出电流与输入电流达到同相位且达到要求的幅度。输出电流幅度由该级UPS容量S与其前面各级UPS的总容量?S根据式(2)确定ir=i1(2)

式中:i1为该UPS的输入电流;

ir为跟踪电流的给定值。

这样可达到各UPS均流的目的。然后这两个基本相同的电流汇流后经输出端子输出,流向下一级并联的UPS。如图2所示。对于第一级UPS,我们将功能设定为主UPS,其输入电流不存在,其任务是产生符合供电要求的正弦电压波形,其作用实际是正弦电压源。该电压经后面各级UPS的“T”型连接的横臂汇流母排加到负载上。由于汇流母排阻抗很小,可认为加到负载上的电压与第一级UPS的输出电压相差甚微。后面各级UPS为从UPS,从UPS实际为电流控制性电流源。供给负载的电流为各UPS的总和。

图3“T”型UPS电流向量图(a)与同相(b)与不同相

图4“T”型UPS的电流追踪控制原理

3“T”型UPS的控制策略

设定的主UPS具备通常UPS的功能,为并联系统的正弦波电压源。为适合“T”型连接并运行,设定为从UPS的控制检测电路与普通UPS最显著的不同之处在于要对前级向本级的输入电流进行检测,然后追踪此输入电流的变化,控制本级的电流输出。生成电流跟踪PWM信号,控制逆变器开关。电流追踪PWM控制具有结构简单、工作可靠、响应快、实现容易的优点。本“T”型UPS构造的电流跟踪PWM控制方式原理如图4所示,为简单起见,图中只给出一条桥臂的控制电路。用霍尔电流传感器检测输入输出电流,输入电流检测信号经跟踪电流给定计算,得到给定参考电流ir,当实际输出电流反馈值if与ir之差达到滞环的上限值Δ时,即if-ir≥Δ,使V2导通,V1截止,输出电流i2将下降。当if与ir之差达到滞环的下限值Δ时,即if-ir≤Δ,使V1导通,V2截止,输出电流i2将上升。这样,通过V1、V2的交替通断,使|i2-ir|≤Δ,实现i2对ir的自动跟踪。如ir是正弦电流,则if也近似为一正弦电流,如ir是非正弦电流,则if的波形也将与ir一致。为减少跟踪输出电流的纹波,须限制跟踪电流的变化率,根据仿真结果,逆变桥输出电感在10kHz的开关频率下应不小于2mH。为验证“T”连接结构的UPS并联运行控制方案的正确性,我们对两台主、从“T”型UPS的并联运行进行了仿真。UPS为单相220V/50Hz,分别对阻性负载及整流性负载的并联情况作了仿真。图5为仿真结果。仿真结果表明该方案是可行的。

4结语

本文提出一种“T”型连接结构的UPS并联运行方案,介绍了其结构特点及并联运行时采用的电流追踪型PWM控制策略,而对UPS的其他方面未作涉

 

及。本方案属于一种无联络线UPS并联运行方案,控制策略简单可靠,容易实现。也存在许多值得进一步研究的地方。将之做成UPS容量扩大单元,因其无信号联络线,可以很方便地与目前的各种UPS进行并联,扩大UPS的供电容量,具有较大的经济意义与现实意义。

图5“T”型连接结构的UPS并联运行的电流仿真波形

(a)带阻性负载的并联(b)带整流性负载的并联

参考文献

1李成章.智能化UPS供电系统的原理与维修.北京:电子工业出版社.1999

2丁道宏.电力电子技术.北京:航空工业出版社.1992

关键字:连接

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0520/article_8773.html
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