[发明专利]一种用于模块化不间断电源并联功率均衡的控制方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种用于模块化不间断电源并联功率均衡的控制方法。

背景技术

随着现代工业的不断发展，用电设备越来越丰富，大量的精密仪器和设备出现在现代工业场合中，在交通运输、信息通信、工业自动化生产领域，发挥着无可替代的作用。而这些设备是否能安全可靠持续的运作，直接关系到人们的成产和生活，设备的是否能可靠稳定的运行，除了决定于设备本身的技术和质量水平，也决定于是否能提供稳定的安全可靠的电能。

随着电力电子技术的不断发展，电能变换技术使得AC-DC、DC-AC变换成为可能，不间断电源(UPS)既可使市电故障时继续向负载供电，保障负载正常运行，又可起到隔离作用，向负载提供稳定的高质量电源。其主要功能是为负载提供不间断的供电，避免断电造成系统故障问题，它能够有效的解决影响到供电质量的问题，保证负载运行的稳定可靠。

因而，使用UPS来供电可保证对负载供电的电源质量，但实际系统中用单台UPS来供电其可靠性难以得到保证，若该UPS模块发生故障，仍然可能会导致向负载设备供电的中断，而在某些重要的应用场合或是系统的关键性设备中，出现这样的故障会造成巨大损失。如果将几台UPS模块并联在一起作为一个整体，形成冗余特性的UPS并联系统，向负载供电时，整个系统所有处于并联运行的UPS都能实现均流，若一台UPS出现故障，可自行退出并联进行维修，而不影响整个系统运行，负载正常供电，提高了UPS电源的稳定性和可靠性。

并联UPS虽然可提高供电系统稳定性，但由于各台UPS器件特性的差异及与负载连接线长度不同，并联系统中不同机组输出内阻抗存在差异，即使各UPS输出电压的幅值、相位和频率完全相同，该差异也会引起功率和向负载输出电流的不均分，导致各并联UPS之间产生环流，影响UPS的输出特性。因而，为了实现并联UPS的均流均功率，寻求一种在不增加功率损耗的前提下抑制并联系统环流的控制策略值得探索。

本发明建立了基于两单相不间断电源(UPS)逆变部分并联的等效控制模型，逆变器采用半桥结构，均流均功率采用虚拟电阻反馈控制策略，通过串联虚拟电阻等效实现并联有功环流无功环流和直流环流的抑制，增强系统的均流均功率能力。基于电压电流双环控制框图，加入虚拟电阻前馈环，根据等效电路模型得到环流与逆变器等效内阻抗的关系，综合考虑直流环流等效模型中线路电阻对UPS逆变器带来的输出功率损耗，通过选择合适的虚拟电阻实现环流的最佳抑制效果，提高并联系统的均流能力。该方法对于基于多台单相不间断电源(UPS)逆变部分并联的均流均功率控制具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对两单相不间断电源(UPS)并联系统对负载输出电流和功率均衡控制的要求，提供一种并联功率均衡的控制方法，抑制由于各台并联UPS内阻抗差异和直流母线电压不一致所引起的并联系统环流，保证UPS并联运行时负载电流和功率的均衡分配，提高整个系统的均流特性和稳定性，提高均流控制精度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于模块化不间断电源并联功率均衡的控制方法，该方法采用基于电压电流双环的串联虚拟电阻控制方法，推导了在连续域中环流与两并联逆变器内阻抗的关系，并结合直流环流在逆变器线路中所产生的功率损耗，选取最优的虚拟电阻值，使环流与功率损耗均达到最小值，以此达到最佳环流抑制效果。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

1)基于两台单相UPS逆变部分并联向负载供电的基本结构，根据KCL定理，建立方程，如下：

其中，i_o和i_h分别为并联系统的负载电流和两台单相UPS之间的环流，i_o1和i_o2分别为两台UPS的输出电流，i_L和i_c分别为输出滤波电感电流和电容电流，由于逆变器输出电路为LC并联滤波电路，根据电路结构，各电流量的关系式如上式所示。根据上式各电流量的关系可建立单台UPS电压电流环的等效控制框图；

2)基于1)中单台UPS电压电流环的等效控制框图，加入虚拟电阻前馈环，即选取滤波电感电流乘以虚拟电阻(前馈系数)，将其叠加到逆变器输出电压控制器的输入端，得到新的电压电流环控制框图，计算并对比虚拟电阻前馈环加入前后并联环流在s域中的表达式。对于单台UPS，逆变器输出电压相对于输出指令电压和输出电流的闭环传递函数可分别表示为