并联UPS系统均流控制
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同理,假设2台UPS输出电压没有幅值差 (阢=观=%),可以得出并联UPs系统输出电压相位 调节框图如图8所示。图9为并联系统控制框图。
图7并联Ul's系统输出电压幅值调节框图 ng.7 UPS output Volta龄amplitude c伽trol of
power sharing Ioop
图8并联uPS系统输出电压相位调节框图 ng.8 UPS伽tput voltage phase contml of
第2l期
于玮等:并联uPs系统均流控制
图6 UPS逆变部分并联等效电路图 Fig.6 EqlliVm蚰t drcuit of pa隋llel operation UlPs
感性分量。
由图6可以得出
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KEY WORDS:uIlinte删pt甜powef supply;powerconⅡDl;
paralIel; load-sharing; filter current control
摘要l研究了一种不问断电源(uniIlteⅡ1lpned power supply, UPs)均流控制方法,在有功功率和无功功率控制逆变基准 电压幅值和相位的基础上加入了输出滤波电感电流的直流 分量控制。有功功率和无功功率以及电感电流直流分量通过 cAN总线进行传输,提高了并联系统的抗干扰能力和可靠 性。滤波电感电流直流分量控制的加入可以有效地提高整个 并联UPS系统的均流特性以及稳定性。2台DSP控制的 30kvA.二相四线uPS并联系统验证了该方法的可行性,实 验证明该控制方法可以取得良好的并联均流效果和稳定性。
警
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图12 2台uPs并联A相输出电流波形(A,B,c三相空载)
wavefbm Fig.12 Phase A Output current
with佰ner
cun.ent control(A,B,C Para儿eI-connected with no Ioad)
造成个别UPS过载,此外环流将降低整个并联系统 的效率以及可靠性。
现有的逆变器并联控制方法…主要有3种,即 无线并联下垂控制方法,瞬时平均电流控制方法以 及有功功率无功功率控制方法。下垂控制法【2冉】不需 要功率控制总线或者平均电流总线,每台UPS通 过检测自身输m功率的大小来调节输出电压的幅 值和频率。为了改进逆变器连线阻抗大小不同时的 均流效果,很多学者提出了不同的改进下垂控制方 法。文献[10一12】引入“虚拟阻抗”的概念,在逆变 器的闭环控制外加入逆变器输出阻抗调节模块,通 过调整逆变器的输出阻抗来实现输出功率的均分; 文献【13】是在工频参考电压中注入一定频率的谐 波,根据谐波的功率来调整输出电压幅值,这种方 法也叫谐波注入法;文献[14】在下垂控制的基础上 结合有功功率和无功控制以取得好的均流效果,但 是其没有考虑到内阻抗不是感性情况下的均流控 制以及并联系统中直流环流的抑制。对大功率uPS 来说,均流控制固然很重要,但是逻辑切换以及故 障保护同样决定着整个系统是否能稳定运行,这就 需要单台uPS知道并联系统中其他uPS的状态, 无线并联下垂控制方法虽然省略了功率控制总线, 但是信号控制总线并不可少,实际产品中很少用下 垂法进行均流控制。
。
Z2
R+降2
因为墨=R=R、x,z x:=xj、sin稿=织、
siIl晚z欢、cos鹕=cos破z1,所以环流可以写为
t=半z争坐等等业)(4)
有功功率环流和无功功率环流为
&=易+j翰=虬‘‘
(5)
昂=著‰们+崇高卸(6)
QⅣ=互石等穹篆5△u一互石等车§万△矿 (7)
由式(6)和式(7)可以得出逆变基准电压的幅值和相 角调节量为
实验证明,在有功功率和无功功率控制的基础 上加入电感电流控制后,可以提高UPS并联系统的 均流特性,取得满意的效果。实验中还发现,如果
有功功率、无功功率控制结合电感电流控制的 均流控制方法成功应用于2台三相四线30 kVA的 并联uPs系统中。由于所有的控制都是由DSP完 成,所以参数一致性很好。实验结果证明,加入电 感电流直流分量控制后并联uPS系统取得了良好 的均流效果,整个系统的均流特性和稳定性得到很 大的提高。
5 结论
ng.n
图ll并联系统直流环流调节框图 Block magram of Para¨eI—co曲ected IJ】Ps m钯r
DC current control scheme
4 实验结果
图12所示为空载情况下2台UPS并联A相电 流波形。图13、14分别为在阻性负载和整流性负 载情况下,2台30KVA UPS并联A相电流波形。 从实验波形可以看出,2台uPs输出电流基本重合, 取得了良好的均流效果。
△u:墨垒±茎!丝
(8)
U。
△妒:塑害堕
(~9)
U:
由式(8)、(9)可以看出电压的幅值和相角调节量
与有功功率环流和无功功率环流都有关系,所以应 当同时进行调节。
uPs输出的有功功率和无功功率为
Qf=盟≤铲 只:!堡!生竺挈墨!:;丘竺墨盎 。 K+X;
(10) (11)
假设2台uPS输出电压没有相位差(旃=o),由 式(8)√11)可以得出并联UPS系统输出电压幅值调 节框图如图7所示。
Fig.13 Pha∞A output current wavefo珊of two UPS’s
uncIer a resistance load of 14 kW
△【,血=2R△,d。/G0(0)
(17)
图11所示为并联UPS系统直流环流调节框
图,图中,d。。f为通过CAN总线得到的2台UPS输
出电流直流分量的平均值。G。㈣是电压瞬时值环
瞬时平均电流控制【l孓18】利用电流总线信号与 自身输出电流的差,即瞬时环流指令来调节逆变器 的输}l{电流,从而使负载电流在并联系统中均匀分 配,电流总线上的信号可以是并联系统中逆变器输 出电流总和的平均值【1 51,也可以是并联系统中输出 最大电流的逆变器负载电流fl 6|。瞬时平均电流控制 可以取得很好的均流效果,但是由于平均电流总线 上一般是模拟信号,容易受到干扰,影响整个并联
并联UPS系统均流控制
于玮,徐德鸿,周朝阳
(浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市310027)
Contml strate韶of Paralleled UPS System
YU W萌,XU De-hong,ZHOU Chao—yang
(College of Inf0I瑚ti伽Engi舱ering,zhejiang university,H锄gztlou 310027,zllcji锄g Province,Chir神
n孚10
图lO并联系绣直流环流等双电路
ParaUeI-connected UPS output DC dI.culaHon current equiVaIent circIIit
是UPS输出连接线的直流阻抗。
由图10可得k。=【(1+惫 Nhomakorabea%。一%:】,(墨+足+警)(12)
簧
r一‘1—1 1_1丁_I r’
第28卷第2l期 2008年7月25日
中国电机工程学报
Pmceedings of the CSEE
、,01.28 No.2 l Jul.25,2008
@2008 Chin.Soc.for Elec.Eng.
63
文章编号:0258—8013(2008)2l—0063加5 中图分类号:TN 86;TM 464 文献标识码:A 学科分类号:470.40
主机
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七
琢 。期 b
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图9并联系统详细控制框图 矾g.9 Contmlblock diagmm of仰o
pam¨eI-connected UPS
3电感电流控制
因为UPS输出电压的直流分量非常小,有功功 率和无功功率计算并不能包括输出直流环流分量, 即有功功率和无功功率均流控制并不能实现对输 出电流的直流分量进行控制。本文在功率控制的基 础上加入了输出滤波电感电流控制,来抑制直流环 流,提高UPS系统的均流特性。
k=【(1+惫)%:一%l】/(墨+R+警)(13)
式中:蜀=‰I+墨i。I;心=&2+尺u。2。
因为尺。>>尺l,、晚>)震2,由式(12)、(13)可得
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(14)
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并联UPS系统输出电流直流环流调节策略可
表瓯示为=毕=鼍》=等‰。叱Ⅲ回
图13 14kw阻性负载下2台uPs并联A相输出电流波形
关键词:不间断电源;功率控制;并联;均流;滤波电感电 流控制
O引言
不间断电源(uPS)越来越广泛的应用于重要负 载的供电以及停电保护中,随着用户对电源可靠性 以及容量要求的不断提高,UPS的并联运行是一个 很好的选择。并联UPS系统具有N+x冗余性,可 扩展性,高可靠性以及容易维护等优点。
UPS并联运行的关键在于负载电流的分配,要 使负载在每台UPS之问均匀分配,就需要使UPS 输出电压的幅值,相位以及频率在任何时刻都要相 等,否则将产生环流。负载电流分配不均将有可能
ABSTRACT:A load.sharing contml scheme is studied for me paIalleled uninterrlIpted power supplies(UPS’s).Integrated wim the active们d reactive power conn.ol and ttle output filter current con“.ol,t11e proposed load—sharing control can improve me current—sharing qual“y and stability of the paralleled UPS system.In orderlo improVe tlle reliability of tlle whole system, active and reactive power aIld 丘ner cunIcnt si旦naIs are 仃ansmitted th∞ugh CAN bus. In tIle experiments,two paralleled 30 kVA three.phase UPS’s are used.
参考文献
【l】Du锄Sh肌xn,Meng Yn,Ⅺ∞g Ji柚,et a1.Pamnel opefati0II咖ⅡoI tec嘶que of vol诅ge s咖rce inVene体in UPS【C】.IE髓Power
o恻ion 日∞Ⅱonics卸d Drive Sys‘ems,Hong K册g,China,1999.
图10所示为并联系统直流环流等效电路,图 中尺dcl和凡。2是uPs输出直流阻抗焉inel和尺liIle2
中国电机工程学报
第28卷
没有电感电流直流分量控制,在轻载下UPS并联系
统不能正常工作,由于直流环流得不到有效的控
制,会引起直流母线电压过高故障保护。
1.
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试,选择%F=0.43,昂产2,,墨卢2200。”
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KlK piK州‘S2+Q+K2KpiK蛳K。)s+ 。
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2有功功率无功功率均流控制
恐。 、粤xl6’爹恐婴为逆u变P部s等分效并输联出等效阻电抗路的,阻其≤中募詹≤,茹、
的闭环传递函数。
图14 B、C两相空载,A相整流性负载下2台UPs
并联A相输出电流波形
waVefom Fig.14 Phase A output current
of two UPS’s
哪der a mctiner.type Ioad when Pha辩B and C a她
para儿eI-connected without load
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图7并联Ul's系统输出电压幅值调节框图 ng.7 UPS output Volta龄amplitude c伽trol of
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第2l期
于玮等:并联uPs系统均流控制
图6 UPS逆变部分并联等效电路图 Fig.6 EqlliVm蚰t drcuit of pa隋llel operation UlPs
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KEY WORDS:uIlinte删pt甜powef supply;powerconⅡDl;
paralIel; load-sharing; filter current control
摘要l研究了一种不问断电源(uniIlteⅡ1lpned power supply, UPs)均流控制方法,在有功功率和无功功率控制逆变基准 电压幅值和相位的基础上加入了输出滤波电感电流的直流 分量控制。有功功率和无功功率以及电感电流直流分量通过 cAN总线进行传输,提高了并联系统的抗干扰能力和可靠 性。滤波电感电流直流分量控制的加入可以有效地提高整个 并联UPS系统的均流特性以及稳定性。2台DSP控制的 30kvA.二相四线uPS并联系统验证了该方法的可行性,实 验证明该控制方法可以取得良好的并联均流效果和稳定性。
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造成个别UPS过载,此外环流将降低整个并联系统 的效率以及可靠性。
现有的逆变器并联控制方法…主要有3种,即 无线并联下垂控制方法,瞬时平均电流控制方法以 及有功功率无功功率控制方法。下垂控制法【2冉】不需 要功率控制总线或者平均电流总线,每台UPS通 过检测自身输m功率的大小来调节输出电压的幅 值和频率。为了改进逆变器连线阻抗大小不同时的 均流效果,很多学者提出了不同的改进下垂控制方 法。文献[10一12】引入“虚拟阻抗”的概念,在逆变 器的闭环控制外加入逆变器输出阻抗调节模块,通 过调整逆变器的输出阻抗来实现输出功率的均分; 文献【13】是在工频参考电压中注入一定频率的谐 波,根据谐波的功率来调整输出电压幅值,这种方 法也叫谐波注入法;文献[14】在下垂控制的基础上 结合有功功率和无功控制以取得好的均流效果,但 是其没有考虑到内阻抗不是感性情况下的均流控 制以及并联系统中直流环流的抑制。对大功率uPS 来说,均流控制固然很重要,但是逻辑切换以及故 障保护同样决定着整个系统是否能稳定运行,这就 需要单台uPS知道并联系统中其他uPS的状态, 无线并联下垂控制方法虽然省略了功率控制总线, 但是信号控制总线并不可少,实际产品中很少用下 垂法进行均流控制。
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有功功率环流和无功功率环流为
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昂=著‰们+崇高卸(6)
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有功功率、无功功率控制结合电感电流控制的 均流控制方法成功应用于2台三相四线30 kVA的 并联uPs系统中。由于所有的控制都是由DSP完 成,所以参数一致性很好。实验结果证明,加入电 感电流直流分量控制后并联uPS系统取得了良好 的均流效果,整个系统的均流特性和稳定性得到很 大的提高。
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图ll并联系统直流环流调节框图 Block magram of Para¨eI—co曲ected IJ】Ps m钯r
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4 实验结果
图12所示为空载情况下2台UPS并联A相电 流波形。图13、14分别为在阻性负载和整流性负 载情况下,2台30KVA UPS并联A相电流波形。 从实验波形可以看出,2台uPs输出电流基本重合, 取得了良好的均流效果。
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与有功功率环流和无功功率环流都有关系,所以应 当同时进行调节。
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图11所示为并联UPS系统直流环流调节框
图,图中,d。。f为通过CAN总线得到的2台UPS输
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并联UPS系统均流控制
于玮,徐德鸿,周朝阳
(浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市310027)
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由图10可得k。=【(1+惫 Nhomakorabea%。一%:】,(墨+足+警)(12)
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第28卷第2l期 2008年7月25日
中国电机工程学报
Pmceedings of the CSEE
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63
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因为UPS输出电压的直流分量非常小,有功功 率和无功功率计算并不能包括输出直流环流分量, 即有功功率和无功功率均流控制并不能实现对输 出电流的直流分量进行控制。本文在功率控制的基 础上加入了输出滤波电感电流控制,来抑制直流环 流,提高UPS系统的均流特性。
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关键词:不间断电源;功率控制;并联;均流;滤波电感电 流控制
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不间断电源(uPS)越来越广泛的应用于重要负 载的供电以及停电保护中,随着用户对电源可靠性 以及容量要求的不断提高,UPS的并联运行是一个 很好的选择。并联UPS系统具有N+x冗余性,可 扩展性,高可靠性以及容易维护等优点。
UPS并联运行的关键在于负载电流的分配,要 使负载在每台UPS之问均匀分配,就需要使UPS 输出电压的幅值,相位以及频率在任何时刻都要相 等,否则将产生环流。负载电流分配不均将有可能
ABSTRACT:A load.sharing contml scheme is studied for me paIalleled uninterrlIpted power supplies(UPS’s).Integrated wim the active们d reactive power conn.ol and ttle output filter current con“.ol,t11e proposed load—sharing control can improve me current—sharing qual“y and stability of the paralleled UPS system.In orderlo improVe tlle reliability of tlle whole system, active and reactive power aIld 丘ner cunIcnt si旦naIs are 仃ansmitted th∞ugh CAN bus. In tIle experiments,two paralleled 30 kVA three.phase UPS’s are used.
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【l】Du锄Sh肌xn,Meng Yn,Ⅺ∞g Ji柚,et a1.Pamnel opefati0II咖ⅡoI tec嘶que of vol诅ge s咖rce inVene体in UPS【C】.IE髓Power
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图10所示为并联系统直流环流等效电路,图 中尺dcl和凡。2是uPs输出直流阻抗焉inel和尺liIle2
中国电机工程学报
第28卷
没有电感电流直流分量控制,在轻载下UPS并联系
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图7并联uls系统输出电压幅值调节框图ng7upsoutputvolta龄amplitudec伽trolofpowersharingioop图8并联ups系统输出电压相位调节框图ng8ups伽tputvoltagephasecontmlofpowersharingioop主机图9并联系统详细控制框图矾g9contmlblockdiagmmpameiconnectedups3电感电流控制因为ups输出电压的直流分量非常小有功功率和无功功率计算并不能包括输出直流环流分量即有功功率和无功功率均流控制并不能实现对输出电流的直流分量进行控制
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图14 B、C两相空载,A相整流性负载下2台UPs
并联A相输出电流波形
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