UPS逆變模塊的Nm冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

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U_AB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，i_H為環(huán)流。

圖9 模塊的數(shù)學(xué)模型

由圖9可以得到如下兩個(gè)傳遞函數(shù)

=（3）

=（4）

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，通過對(duì)輸入基準(zhǔn)電壓U_rk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）、可變增益放大器（A₁）、功率放大器和波形反饋等組成。輸出電壓U_rk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給定電壓U_g來整定。因此，均流控制器SC_k的輸出電壓U_ck，可以通過改變給定電壓U_g的值，來改變基準(zhǔn)電壓U_rk的值，以達(dá)到均流的目的。

圖10 基準(zhǔn)正弦波電壓發(fā)生器電路

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，通過均流母線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，將其差值通過均流控制器SC_k產(chǎn)生一個(gè)直流電壓U_ck去改變模塊的給定電壓U_g，使U_rk=U_g＋U_ck，通過U_rk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。

一種典型的均流電路實(shí)施方式如圖11所示。模塊－k的輸出電流通過電流互感器TA_k的檢測，再經(jīng)過整流放大電路后輸出一個(gè)直流電壓U_Ik，U_Ik正比于模塊的輸出電流I_k。各模塊的直流電壓U_IK通過采樣二極管VD_k接到均流母線上。只有輸出電流最大的模塊－k所對(duì)應(yīng)的直流電壓U_Ik才能使與其連接的二極管導(dǎo)通，導(dǎo)通后均流母線上的電壓U_B=max│U_Ik，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U_IkU_B，故均流控制器SC_k輸出＋U_ck，＋U_ck與給定電壓U_g相加，使基準(zhǔn)電壓U_rk=U_g＋U_ck，U_rk使模塊的輸出電壓上升，也就是使輸出電流增大。由于負(fù)載所需的電流沒有變化，故從模塊輸出電流的增大必然會(huì)引起主模塊輸出電流的減小，最終使各模塊的輸出電流相等，達(dá)到均流目的。

圖11 一種典型的均流控制電路

如果圖11中的采樣二極管VD_k用圖7（b）所示的緩沖電路來取代，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。前一種方法同步過程時(shí)間長，電路較復(fù)雜；后一種方法同步時(shí)間短，電路較簡單，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U_rk，U_rk的幅值受給定電壓U_g的控制。通過對(duì)各模塊給定電壓U_g的整定，可以使各模塊的基準(zhǔn)正弦波電壓U_rk的幅值相等。各個(gè)模塊的控制電路控制其輸出電壓u_L跟蹤U_rk，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U_g進(jìn)行整定，也可以達(dá)到相等。

圖12 N個(gè)并聯(lián)模塊與市電同步的原理框圖

5 結(jié)語

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Unitrode公司生產(chǎn)的UC3907集成均流控制芯片。此芯片結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大、已在直流開關(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、無差拍控制、模糊控制等，不管是哪種控制策略，通過改變模塊基準(zhǔn)電壓的方法都可以實(shí)現(xiàn)均流控制。