[发明专利]一种抑制输出电压不平衡和谐波的三相UPS控制系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种有效抑制地三相输出电压不平衡、补偿谐波的UPS电源控制系统。

背景技术：

随着重要部门、大型用电设备对高品质电源需求的日益增多，同时为了减少由于电力电子设备的大量使用、非线性负载的不断增加所带来的电网谐波污染，UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)得到了日益广泛的应用。其作用主要体现在两个方面：一方面，在市电断电时为负载提供不间断的电源，这通常是利用UPS上的蓄电池储能将直流逆变为交流向负载供电；另一方面，让UPS起到隔离作用，始终向负载提供高质量的稳压、稳频电源，同时抑制电网的浪涌、尖峰、噪声及补偿电压跌落等电源干扰对负载的影响。

输出电压的对称性是三相UPS电源乃至三相交流电源的一个重要性能指标，在很多实际应用场合，通常都要求三相UPS具有同时向平衡、不平衡负载供电的能力。由于三相UPS电源负载不平衡不可避免，三相逆变电源都存在一定的输出阻抗，从而使传统的三相逆变电源在向不平衡负载供电时会产生三相输出电压的不平衡，导致输出电压波形的畸变。对三相逆变电源来说，其主电路通常采用三相逆变桥结构，带LC滤波器，如图2所示。但是对于这样的主电路形式，由于三相之间存在一定的耦合关系，调节其中任何一相，必然影响到其他两相，无法保证三相输出相电压的对称。

目前对三相进行解耦的方法有采用3个单相桥的主电路拓扑，或者采用三相四臂的主电路拓扑，这两种方法都可行，特别是第一种电路结构，控制比较简单，但它们都额外增加了一个甚至3个桥臂，大大增加了硬件成本。

UPS在运行的时候，波形输出不可避免地存在谐波，特别是带非线性负载的时候，这些谐波会对电网、用电设备、通信设备等带来危害，影响设备的正常运行。因此，解决三相输出电压的不平衡问题和抑制谐波、提高输出波形质量是UPS的关键技术之一

发明内容：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术不能解决三相不平衡问题，或者即使解决，但是硬件成本大的缺陷，在仅使用图2所示电路，不增加任何外围电路，实现三相的解耦控制，解决三相不平衡问题。与此同时，采用控制算法，对谐波进行补偿，降低谐波总量(THD)。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种三相UPS控制系统，所述UPS包括顺次连接在交流电源和负载之间的整流部分和逆变部分，其特征在于：

用于将三相电压从三相坐标变换到两相静止坐标的Clarke变换单元；

用于对输出电压进行初步调节，并计算误差量的两相静止坐标下的比例控制器；

用于对正序电压进行调节的正向旋转坐标下的正序控制器；

用于对负序电压进行抑制的反向旋转坐标下的负序控制器；

用于对5次谐波进行补偿的反向5倍基波角速度旋转坐标系下的5次谐波控制器；

用于对7次谐波进行补偿的正向7倍基波角速度旋转坐标系下的7次谐波控制器；

用于将比例控制器、正序控制器、负序控制器、5次谐波控制器和7次谐波控制器输出的alpha分量和beta分量分别相加，作为给定量，调节本机输出电压的输出电压调节单元。

在本发明所述的三相UPS控制系统中，所述Clarke变换单元的输入端为UPS输出的三相电压的采样值，输出两相静止坐标下的alpha和beta分量。

在本发明所述的三相UPS控制系统中，所述比例控制器包括两相静止坐标下的alpha分量的减法器及比例控制器和两相静止坐标下的beta分量的减法器及比例控制器，所述alpha分量减法器的第一输入端为VmCosθ，其中Vm可以控制输出电压的大小，所述alpha分量比例减法器的第二输入端连接Clarke变换单元的alpha分量值输出端，所述alpha分量比例减法器的输出端为UPS输出电压与给定电压的差，连接所述alpha分量比例控制器，所述的alpha分量比例控制器输出端为本UPS输出电压alpha分量的部分给定值；所述beta分量减法器的第一输入端为VmSinθ，其中Vm可以控制输出电压的大小，所述beta分量比例减法器的第二输入端连接Clarke变换单元的beta分量值输出端，所述beta分量比例减法器的输出端为UPS输出电压与给定电压的差，连接所述beta分量比例控制器，所述的beta分量比例控制器输出端为本UPS输出电压beta分量的部分给定值。