《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁(yè) > 電源技術(shù) > 業(yè)界動(dòng)態(tài) > UPS逆變模塊的N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

UPS逆變模塊的N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

2010-12-26

  引言

  隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和用電設(shè)備的不斷增加,,對(duì)UPS" title="UPS">UPS容量的要求越來(lái)越大。大容量的UPS有兩種構(gòu)成方式:一種是采用單臺(tái)大容量UPS;另一種是在UPS單機(jī)內(nèi)部采用功率模塊N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)。前者的缺點(diǎn)是成本高、體積重量大,、運(yùn)輸安裝困難、可靠性差,一旦出現(xiàn)故障將會(huì)引起供電癱瘓,。后者的好處是提高了供電的靈活性,可以將小功率模塊的開(kāi)關(guān)頻率提高到MHz級(jí),,從而提高了模塊的功率密度,,使UPS的體積重量減小,;并且減小了各模塊的功率開(kāi)關(guān)器件的電流應(yīng)力,,提高了UPS的可靠性;同時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,,可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,,便于維修更換等。

  N+m冗余并聯(lián)技術(shù)是專(zhuān)門(mén)為了提高UPS的可靠性和熱維修〔也稱(chēng)作熱插拔和熱更換(hotplugin)〕而采用的一種新技術(shù)。所謂N+m冗余并聯(lián),,是指在一個(gè)UPS單機(jī)內(nèi)部,,采用N+m個(gè)相同的電源模塊(powersupplyunits,簡(jiǎn)稱(chēng)PSU)并聯(lián)組成UPS整機(jī),。其中N代表向負(fù)載提供額定電流的模塊個(gè)數(shù),,m代表冗余模塊個(gè)數(shù)。m越大USP的可靠性越高,,但UPS的成本也越高,。在正常運(yùn)行時(shí)UPS由N+m個(gè)模塊并聯(lián)向負(fù)載供電,每個(gè)模塊平均負(fù)擔(dān)1/(N+m)的負(fù)載電流,,當(dāng)其中某一個(gè)或k個(gè)(k≤m)模塊故障時(shí),,就自行退出供電,而由剩下的N+(m-k)個(gè)模塊繼續(xù)向負(fù)載提供100%的電流,,從而保證了USP的不間斷供電,。

UPS逆變模塊的N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

  1 N+m冗余并聯(lián)的可靠性、可用性及條件

  1.1 可靠性的提高

  由N+m個(gè)小功率模塊組成的冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的UPS如圖1和圖2所示,。圖1是采用n個(gè)整流模塊,、一組蓄電池和k個(gè)逆變模塊組成的冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式,n可以等于k,,也可以不等于k,。圖2是采用n個(gè)整流模塊、n組蓄電池和n個(gè)逆變模塊組成的UPS模塊冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式,。圖3是采用單一大功率整流模塊,、一組蓄電池和一個(gè)大功率逆變模塊組成的結(jié)構(gòu)形式,是一般UPS常用的結(jié)構(gòu)形式,。

  下面我們以圖2所示的冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)為例,,說(shuō)明為什么冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠使可靠性得以提高。當(dāng)n=k=N+m時(shí),,假定由一個(gè)整流模塊和一組蓄電池及一個(gè)逆變模塊組成的UPS模塊(如圖2中虛線(xiàn)框內(nèi)所示)的可靠性為P1,,則N+m個(gè)UPS模塊的可靠性為

UPS逆變模塊的N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

  例如,當(dāng)一個(gè)UPS模塊的可靠性P1=0.99時(shí)(不可靠性為1%),,如果N+m=3,,則

  P3=1-(1-0.99)3=0.999999

  3個(gè)UPS模塊的并聯(lián)可以將可靠性提高4個(gè)數(shù)量級(jí),不可靠性由原來(lái)的1%降到了0.000001%,。

  1.2 可用性的提高

  UPS的可用性的一般定義為

  可用性(Availability)=MTBF/(MTBF+MTTR)?。?)

  式中:MTBF為平均無(wú)故障時(shí)間,反映UPS的可靠性及冗余性,;

  MTTR為平均維修時(shí)間,,即維修所需要的時(shí)間。

UPS逆變模塊的N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

  式(1)說(shuō)明,UPS的可用性不僅僅取決于MTBF,,而且還取決于MTTR,,只有采用熱更換(熱插拔)方式,才能使UPS實(shí)現(xiàn)不停機(jī)更換模塊,,即不中斷供電維修,,這樣才能真正減小MTTR,提高可用性,。要實(shí)現(xiàn)UPS的熱插拔不停機(jī)更換模塊技術(shù),,必須滿(mǎn)足3個(gè)條件:一是正常工作UPS模塊自動(dòng)投入電網(wǎng);二是并聯(lián)運(yùn)行的UPS模塊之間要實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功電流的平均分配,;三是USP退出并聯(lián),,特別是在不干擾電網(wǎng)的情況下快速切除故障的USP模塊。有了這3個(gè)方面的工作,,也就解決了USP模塊的熱插拔(熱更換)技術(shù),。

UPS逆變模塊的N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

  通常采用的是N+1(即m=1)冗余并聯(lián)方式,這種方式已在通信直流電源中得到了成功應(yīng)用,。直流電源的N+1冗余并聯(lián)運(yùn)行技術(shù)比較簡(jiǎn)單,只需要使電壓的大小和極性相同就可以了,,而且還能很方便地用二極管來(lái)隔離故障的模塊,。但是,對(duì)于UPS交流電源模塊的并聯(lián)技術(shù)要復(fù)雜得多,,它需要使相序,、頻率、相位,、電壓幅值和波形等5個(gè)參數(shù)相同才能并聯(lián),。同時(shí)對(duì)故障模塊的隔離也不能用二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。

  USP模塊的并聯(lián),,也不同于同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián),,后者由于輸出阻抗高,靠其本身的下垂特性可以自行均流,。同時(shí)輸出電流大的發(fā)電機(jī)可以自行降低轉(zhuǎn)速,,達(dá)到頻率和相位的一致。而USP模塊不具備這些特性,,需要用控制電路來(lái)解決靜態(tài)和動(dòng)態(tài)同步均流及熱插拔技術(shù),。

  1.3 UPS模塊實(shí)現(xiàn)N+1冗余并聯(lián)的條件

  USP模塊的N+1冗余并聯(lián)技術(shù),是提高USP可靠性和可用性的關(guān)鍵技術(shù),,模塊的并聯(lián)必須滿(mǎn)足以下3個(gè)條件才能實(shí)現(xiàn):

  1)各個(gè)UPS模塊的頻率,、相位、相序、電壓幅值和波形必須相同,;

  2)各個(gè)UPS模塊在輸入電壓和負(fù)載的變化范圍內(nèi),,必須能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)負(fù)載有功和無(wú)功電流的均勻分配,為此要求均流電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性要好,,穩(wěn)定度要高,;

  3)當(dāng)均流或同步出現(xiàn)異常情況或UPS模塊出現(xiàn)故障時(shí),應(yīng)能自動(dòng)檢出故障模塊,,并將其迅速切除而又不影響UPS的正常運(yùn)行,。

UPS逆變模塊的N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

  其中有兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):一是同步技術(shù),另一個(gè)是均流技術(shù),。前者主要是解決各UPS模塊的頻率,、相位、波形和相序的一致,,后者主要是解決各UPS模塊均勻負(fù)擔(dān)負(fù)載功率的問(wèn)題,。由于各個(gè)UPS模塊都是與市電電網(wǎng)同步并聯(lián)工作的,在各個(gè)UPS模塊中都有相同的相應(yīng)電路或各模塊有一共用的相應(yīng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)與市電的同步,,同步后各模塊的頻率,、相位、波形和相序都與市電電網(wǎng)相同,,滿(mǎn)足了條件1)中五個(gè)參數(shù)的四個(gè),。只有各模塊之間的輸出電壓可能有些差別,這種差別主要是由直流電壓的不同(例如蓄電池電壓不同),,或模塊內(nèi)阻壓降不同(例如整流管或逆變器開(kāi)關(guān)器件的正向壓降的不同)等引起的,。因此,均流就成了UPS模塊并聯(lián)工作的主要問(wèn)題,,必須用均流的辦法使各UPS模塊的輸出電壓一致,。由于各個(gè)模塊的輸出是通過(guò)共用母線(xiàn)加到負(fù)載上的,這相當(dāng)于各個(gè)模塊共同負(fù)擔(dān)同一個(gè)負(fù)載,,所以,,各模塊的輸出負(fù)載功率因數(shù)只取決于母線(xiàn)上總的負(fù)載的功率因數(shù),因此,,各模塊的輸出功率因數(shù)相同,,在均流時(shí)不必再區(qū)分有功和無(wú)功,只對(duì)模塊的總輸出電流進(jìn)行均流即可,。下面介紹模塊的均流方法,。

UPS逆變模塊的N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

  2 USP模塊的均流UPS模塊的均流有多種方法,例如,,自整步均流法,、外特性下垂法,、外部控制法、主從控制均流法,、平均電流均流法,、自動(dòng)均流法和民主主從均流法等。在這些均流法中,,并不都適合于UPS模塊的N+1冗余并聯(lián),,例如,外特性下垂法和基于外特性下垂法的均流法,,使模塊的輸出外特性變軟,,電壓調(diào)整率降低,不適合于對(duì)輸出電壓精度要求較高(例如±1%~±3%)的USP應(yīng)用,;主從均流法必須要有通信連線(xiàn),,將使系統(tǒng)復(fù)雜化,同時(shí),,如果主USP模塊一旦失敗,,則整個(gè)UPS就不能工作,因此,,主從均流法也不適用于UPS的冗余并聯(lián)系統(tǒng),,再則電壓環(huán)的帶寬較大,也易受外界噪聲的干擾,;外部控制法需要外加專(zhuān)門(mén)的控制器,,UPS模塊要進(jìn)行多路聯(lián)系,連線(xiàn)較復(fù)雜也不能實(shí)現(xiàn)冗余并聯(lián),,故也不適合于USP的多模塊冗余并聯(lián);平均值電流法的輸出電流,,是通過(guò)跟蹤同一個(gè)給定電流來(lái)實(shí)現(xiàn)均流的,,各模塊之間的信號(hào)連線(xiàn)較多,同時(shí)也不能實(shí)現(xiàn)冗余并聯(lián),,故也不能采用,;只有自動(dòng)均流法和民主主從均流法既適合于USP模塊的冗余并聯(lián)工作,又不影響輸出電壓的精度,,電路也比較簡(jiǎn)單,,是一種比較好的均流法。

UPS逆變模塊的N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

  自動(dòng)均流法和民主主從均流法,,都是源于上個(gè)世紀(jì)80年代的直流均流法,。將這兩種直流均流法應(yīng)用于交流均流時(shí),只須加一個(gè)整流環(huán)節(jié),,將交流信號(hào)變換成直流信號(hào)就可以了,。由于逆變器的交流穩(wěn)壓控制的基準(zhǔn)電壓給定值,,一般都是采用與電壓有效值等效的直流信號(hào)。所以,,均流電路輸出的直流調(diào)整控制信號(hào),,可以直接用于通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)電壓直流給定信號(hào)的改變,來(lái)實(shí)現(xiàn)USP模塊的交流均流,。

  2.1 自動(dòng)均流法

  自動(dòng)均流法(automaticapproach)又稱(chēng)作外加均流器法(externalcontrollerapproach),。在每一個(gè)模塊的控制電路中都需要加一個(gè)特殊的均流控制器〔sharingcontroller,(SC)〕,,用以檢測(cè)并聯(lián)各模塊輸出電流的不均衡情況,,輸出調(diào)整控制信號(hào)Uck,以控制各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)輸出均流,。這種均流法需要加一根均流母線(xiàn)(sharebus)的帶寬較窄的通信線(xiàn)連接各個(gè)模塊,,均流母線(xiàn)上的電壓為UB。

  圖4給出N個(gè)模塊并聯(lián)系統(tǒng)的自動(dòng)均流法的原理框圖,。圖中只示出了均流控制環(huán),,電壓控制環(huán)沒(méi)有畫(huà)出,它由模塊的控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn),。模塊k(k=1,,2,……N)的均流控制器SCK,,其輸入為均流母線(xiàn)電壓UB和模塊k的輸出負(fù)載電流Ik的直流檢測(cè)信號(hào)UIk,,SCk的輸出電壓信號(hào)Uck與基準(zhǔn)電壓給定值Ug相加,產(chǎn)生出基準(zhǔn)電壓Urk,,用基準(zhǔn)電壓UrK對(duì)UPS模塊中的逆變器進(jìn)行PWM控制,,就可以使模塊的輸出電壓發(fā)生變化,以達(dá)到均流的目的,。為了檢測(cè)各個(gè)模塊的輸出電流,,在均流控制器的輸入端接了一個(gè)采樣電阻R。如果把均流母線(xiàn)看成是一個(gè)節(jié)點(diǎn),,根據(jù)電工學(xué)中基爾霍夫定律可知:流入均流母線(xiàn)的總電流代數(shù)和應(yīng)為零,。于是當(dāng)各模塊的采樣電阻值相同時(shí)可得

UPS逆變模塊的N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

  式(2)說(shuō)明,均流母線(xiàn)上的電壓UB,,是各個(gè)并聯(lián)模塊負(fù)載電流的直流檢測(cè)信號(hào),,亦即是各模塊負(fù)載電流相對(duì)應(yīng)的整流放大器的輸出電壓UI1,UI2,,……,,UIN的平均值,它反映的是各模塊輸出電流的平均值,。

  UIk與UB之差代表均流誤差,,通過(guò)均流控制器輸出一個(gè)調(diào)整控制電壓Uck,,一般情況下,UB可能大于UIk也可能小于UIk,。當(dāng)UB=UIk時(shí),,UB-UIk=0,表明這時(shí)已實(shí)現(xiàn)了均流,,則Uck=0,。當(dāng)UB≠UIk時(shí),Uck≠0,,表明電流分配不均勻,。這時(shí),基準(zhǔn)電壓Urk按下式修正:Urk=Ug±Uck,,相當(dāng)于通過(guò)均流誤差放大器Ak改變Urk,,以達(dá)到均流目的。

  使用這一方法實(shí)現(xiàn)均流,,可以使N個(gè)并聯(lián)模塊的電流不均衡度(即均流誤差)在5%以?xún)?nèi),。定義模塊k的不均衡度為

UPS逆變模塊的N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

  式中:IL為并聯(lián)輸出的負(fù)載電流;

  Ik為模塊k承擔(dān)的電流,;

  Ikmax為模塊k的最大電流,。

  應(yīng)用均流母線(xiàn)檢測(cè)模塊的輸出電流,還要在窄頻帶的均流環(huán)中用運(yùn)算放大器產(chǎn)生均流誤差信號(hào),,以調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓,,將使并聯(lián)系統(tǒng)的瞬態(tài)過(guò)程復(fù)雜化。為避免使UPS的瞬態(tài)特性變壞,,甚至不穩(wěn)定,,應(yīng)正確設(shè)計(jì)均流環(huán)的增益。

  自動(dòng)均流法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單,、容易實(shí)現(xiàn),、均流精度高,缺點(diǎn)是如果有一個(gè)模塊與均流母線(xiàn)短路,,或接在母線(xiàn)上的任一個(gè)模塊不能工作,則母線(xiàn)電壓下降,,將促使各模塊電壓下調(diào),,甚至到達(dá)其下限,結(jié)果造成故障,;而當(dāng)某一模塊的電流上升到其極限值時(shí),,該模塊的電流檢測(cè)信號(hào)UIk大幅度增大,也會(huì)使它的輸出電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)到下限,。下面介紹解決上述兩個(gè)缺點(diǎn)的措施,。

  2.1.1 監(jiān)控均流母線(xiàn)對(duì)地短路故?的措施

  均流母線(xiàn)工作正常時(shí)電壓UB為一定值,,且等于各模塊電流Ik檢測(cè)信號(hào)電壓UIk的平均值;而均流母線(xiàn)短路時(shí)其電壓UB=0,,利用這個(gè)特點(diǎn),,在均流電路中接一個(gè)均流母線(xiàn)電壓檢測(cè)電路,就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)母線(xiàn)短路故障,。檢測(cè)電路如圖5所示,,它由光耦、繼電器和聲光報(bào)警器組成,。

UPS逆變模塊的N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

  2.1.2 任一模塊不工作時(shí)的監(jiān)控措施

  模塊失效時(shí),,其輸出電流也為零,相應(yīng)的模塊電流Ik檢測(cè)信號(hào)電壓UIk=0,,即圖6中a點(diǎn)電壓等于零,。因此,在整流放大器的輸出端接一個(gè)電壓檢測(cè)電路,,就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊失效的監(jiān)控,。監(jiān)控電路如圖6所示,它由光耦,、繼電器和聲光報(bào)警器組成,。模塊正常工作時(shí),UIk>0,,光耦導(dǎo)通,,繼電器K工作,K的常開(kāi)接點(diǎn)閉合,,均流采樣電阻R接入母線(xiàn),,K的常閉接點(diǎn)斷開(kāi),報(bào)警器不工作,;當(dāng)模塊失效時(shí),,UIk=0,光耦截止,,K失電,,K的常開(kāi)接點(diǎn)斷開(kāi),模塊與母線(xiàn)隔離,,保證了其他模塊不下調(diào),,K的常閉接點(diǎn)閉合,報(bào)警器工作,,告知用戶(hù)該模塊失效,。

  2.2 民主均流法

  民主均流(democratic)法或稱(chēng)自治(autonomous)法是另一種自動(dòng)均流法,它是按最大電流(highestcurrent)自動(dòng)均流的,,這種均流法也有人將其稱(chēng)作自動(dòng)民主均流法,。其電路是在圖4所示的自動(dòng)均流法電路中,,將采樣電阻換成二極管而成的。二極管的正端接在a點(diǎn)上,,負(fù)端接在b點(diǎn)上,,由于N個(gè)二極管的負(fù)極都接在了均流母線(xiàn)上,處于相同的電位,,則N個(gè)并聯(lián)模塊中只有輸出電流最大的那個(gè)模塊的負(fù)載電流檢測(cè)信號(hào)電壓UIk最高,。因此,也只有輸出電流最大的那個(gè)模塊,,才能使與它連接的二極管導(dǎo)通,,導(dǎo)通后使均流母線(xiàn)上的電壓UB=UIk,其他的二極管因受反偏置而截止,。與截止二極管對(duì)應(yīng)的模塊,,就以均流母線(xiàn)上的電壓為基準(zhǔn)來(lái)調(diào)整各自的輸出電流,從而實(shí)現(xiàn)均流,。

  從以上分析可知,,民主均流法實(shí)質(zhì)上是在N個(gè)并聯(lián)的模塊中,輸出電流最大的模塊將自動(dòng)成為主模塊,,其余的模塊則成為從模塊,,各個(gè)從模塊的電壓誤差依次被整定,以調(diào)節(jié)負(fù)載電流分配的不均衡,。由于N個(gè)并聯(lián)的模塊中,,事先沒(méi)有人為設(shè)定哪個(gè)模塊為主模塊,而是按輸出電流的大小隨機(jī)排序,,輸出電流大的模塊自動(dòng)成為主模塊,,所以人們稱(chēng)此種均流法為自動(dòng)民主均流法,或民主自動(dòng)主從設(shè)定均流法,。民主均流法(即按最大電流自動(dòng)均流)的原理框圖如圖7所示,。圖中模塊k的電流檢測(cè)信號(hào)UIk經(jīng)過(guò)一個(gè)二極管接到均流母線(xiàn)上,均流母線(xiàn)上的電壓UB=max│UIk,,k=1,,2,……,,N│反映N個(gè)并聯(lián)模塊中最大的一個(gè)模塊電流,。均流控制器SCk的輸入是最大的模塊電流與各從模塊電流的差值。以N=2為例,,假定模塊1的輸出電流大于模塊2的輸出電流,,則UI1>UI2,,UI1使二極管VD1導(dǎo)通,,UB=UI1,。由于UI2

UPS逆變模塊的N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

  在正常情況下,各模塊的輸出電流是相等的,,如果由于某個(gè)原因使模塊k的輸出電流突然增大,,則模塊k自動(dòng)成為主模塊,其他的N-1個(gè)模塊自動(dòng)成為從模塊,。這時(shí)UB=UIk>UIm,,各個(gè)從模塊UIm(m=1,2,,……,,k-1,k+1,,……,,N)與UB(即UImax)比較后,通過(guò)SCm調(diào)整基準(zhǔn)電壓Urk,,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)均流,。

  以上是假定二極管是理想器件,即它的正向壓降等于零,。實(shí)際上二極管是有正向壓降的,,這個(gè)正向壓降對(duì)從模塊的均流精度雖無(wú)影響,但對(duì)主模塊的均流精度影響較大,。為了克服二極管正向壓降對(duì)主模塊均流精度的影響,,可以用圖7(b)所示的電壓跟隨器(或稱(chēng)單向緩沖器buffer)來(lái)代替二極管。

  3 均流的實(shí)現(xiàn)

  以民主均流為例,,來(lái)說(shuō)明UPS模塊的均流并聯(lián)運(yùn)行,。

  3.1 模塊的電路結(jié)構(gòu)

  單個(gè)模塊的電路結(jié)構(gòu)如圖8所示。主電路是由全橋逆變器和交流濾波器LF及CF組成,,控制電路可以采用以基準(zhǔn)電壓Urk為基準(zhǔn)進(jìn)行穩(wěn)壓控制的任何形式的PWM控制電路,。

  由圖8可以得到單個(gè)模塊的數(shù)學(xué)模型如圖9所示。圖9中電壓UAB就是圖8中逆變器兩個(gè)橋臂中點(diǎn)A和B兩點(diǎn)之間的電壓,iH為環(huán)流,。

  由圖9可以得到如下兩個(gè)傳遞函數(shù)

UPS逆變模塊的N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

  由式(3)與式(4)可知,,環(huán)流對(duì)輸出電壓的傳遞函數(shù),與輸入電壓對(duì)輸出電壓的傳遞函數(shù)的極點(diǎn)配置是相同的,。因此,,通過(guò)對(duì)輸入基準(zhǔn)電壓Urk的調(diào)節(jié),就可以減小環(huán)流,,從而達(dá)到均流的目的,。

  圖10為一個(gè)模塊的基準(zhǔn)正弦波電壓發(fā)生器電路,它由精度整流器(A2),、積分器(A3),、可變?cè)鲆娣糯笃鳎ˋ1)、功率放大器和波形反饋等組成,。輸出電壓Urk的穩(wěn)壓精度可達(dá)±0.02%,,波形失真度<0.5%。輸出電壓的大小可以通過(guò)給定電壓Ug來(lái)整定,。因此,,均流控制器SCk的輸出電壓Uck,可以通過(guò)改變給定電壓Ug的值,,來(lái)改變基準(zhǔn)電壓Urk的值,,以達(dá)到均流的目的。

  3.2 均流控制的實(shí)現(xiàn)電路

  在均流控制中,,由于我們已假定采用圖7所示的民主均流法,,則輸出電流最大的主模塊,通過(guò)均流母線(xiàn)將主模塊的最大電流傳送給各個(gè)從模塊,。當(dāng)各個(gè)從模塊得到主模塊的電流數(shù)據(jù)后與自身的輸出電流進(jìn)行比較,,將其差值通過(guò)均流控制器SCk產(chǎn)生一個(gè)直流電壓Uck去改變模塊的給定電壓Ug,使Urk=Ug+Uck,,通過(guò)Urk的變化去控制各個(gè)從模塊的輸出電壓增大,,從而也使輸出電流增大,直至各個(gè)模塊的輸出電流相等時(shí)為止,,達(dá)到均流目的,。

UPS逆變模塊的N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

  一種典型的均流電路實(shí)施方式如圖11所示。模塊-k的輸出電流通過(guò)電流互感器TAk的檢測(cè),,再經(jīng)過(guò)整流放大電路后輸出一個(gè)直流電壓UIk,,UIk正比于模塊的輸出電流Ik。各模塊的直流電壓UIK通過(guò)采樣二極管VDk接到均流母線(xiàn)上,。只有輸出電流最大的模塊-k所對(duì)應(yīng)的直流電壓UIk才能使與其連接的二極管導(dǎo)通,,導(dǎo)通后均流母線(xiàn)上的電壓UB=max│UIk,,k=1,2,,……,,N│,其他的二極管因受反偏置而截止,。輸出電流最大的模塊為主模塊,其余模塊為從模塊,。由于從模塊的UIk  如果圖11中的采樣二極管VDk用圖7(b)所示的緩沖電路來(lái)取代,就可以克服前面曾經(jīng)提到的,,因二極管正向壓降而引起的主模塊均流精度降低的缺點(diǎn),。

  同樣,,若用采樣電阻R代替二極管,,則圖11所示的均流控制電路就變成了自動(dòng)均流法控制電路,也可以實(shí)現(xiàn)均流,。

  這里需要指明的一點(diǎn)是,,可允許的UPS模塊的并聯(lián)個(gè)數(shù),取決于對(duì)UPS可靠性的要求,,以及均流精度,,對(duì)USP可靠性要求越高,均流精度越高,,可允許的UPS模塊的并聯(lián)個(gè)數(shù)越多,。另外也需要指出的是,UPS模塊的并聯(lián)個(gè)數(shù)并不是越多可靠性越高,,當(dāng)并聯(lián)個(gè)數(shù)達(dá)到一定程度以后,,再多不但不能增大可靠性,反而使可靠性降低,,這是由于并聯(lián)均流電路和通信電路,、同步電路的故障率增多而造成的。

  4 同步電路

  UPS模塊并聯(lián)的同步方式有兩種:一種是各個(gè)模塊分別獨(dú)立地與市電同步,;另一種是各個(gè)模塊共用一個(gè)同步電路與市電同步,,但各模塊的基準(zhǔn)正弦電壓分別獨(dú)立產(chǎn)生。前一種方法同步過(guò)程時(shí)間長(zhǎng),,電路較復(fù)雜,;后一種方法同步時(shí)間短,電路較簡(jiǎn)單,,有利于冗余并聯(lián),。采用后一種同步方法的同步原理電路如圖12所示。在并聯(lián)控制器中設(shè)置了一個(gè)共用同步電路使UPS中的本機(jī)振蕩器與市電同步,。經(jīng)過(guò)同步的振蕩器信號(hào)分別送到各個(gè)UPS模塊中的基準(zhǔn)正弦波電壓發(fā)生器中,,使其產(chǎn)生出各模塊所需的基準(zhǔn)正弦波電壓Urk,Urk的幅值受給定電壓Ug的控制,。通過(guò)對(duì)各模塊給定電壓Ug的整定,,可以使各模塊的基準(zhǔn)正弦波電壓Urk的幅值相等。各個(gè)模塊的控制電路控制其輸出電壓uL跟蹤Urk,,就達(dá)到了各模塊輸出電壓與市電電壓同步的目的,。振蕩器與市電電壓的同步由鎖相環(huán)來(lái)完成,由于晶振頻率精度很高,,穩(wěn)定性也很好,,因此,,可以認(rèn)為各個(gè)模塊的輸出電壓頻率、相位和波形是完全相同的,,電壓的幅值用給定電壓Ug進(jìn)行整定,,也可以達(dá)到相等。

UPS逆變模塊的N+m冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

 

  5 結(jié)語(yǔ)

  UPS模塊N+m冗余并聯(lián),,當(dāng)采用前面介紹的民主均流法時(shí),,可以采用美國(guó)Unitrode公司生產(chǎn)的UC3907集成均流控制芯片。此芯片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、功能強(qiáng)大,、已在直流開(kāi)關(guān)電源N+m并聯(lián)系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。交流冗余并聯(lián)的發(fā)展方向是采用數(shù)字控制,,其優(yōu)點(diǎn)是智能化程度高、靈活,、成本低廉,、可靠性高、維護(hù)方便,、一致性強(qiáng),。

  正弦波UPS模塊的控制策略,除了前面介紹的方法以外,,還有PLD控制,、無(wú)差拍控制、模糊控制等,,不管是哪種控制策略,,通過(guò)改變模塊基準(zhǔn)電壓的方法都可以實(shí)現(xiàn)均流控制。

 

本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀(guān)點(diǎn)。轉(zhuǎn)載的所有的文章,、圖片,、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無(wú)法一一聯(lián)系確認(rèn)版權(quán)者,。如涉及作品內(nèi)容,、版權(quán)和其它問(wèn)題,請(qǐng)及時(shí)通過(guò)電子郵件或電話(huà)通知我們,,以便迅速采取適當(dāng)措施,,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。聯(lián)系電話(huà):010-82306118,;郵箱:[email protected],。