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摘 要:串并联补偿式在线UPS和其他类型的UPS相比具有许多优点,但也存在一些不足之处。针对不足提出了一种新型的UPS系统模型,对新型UPS的工作原理进行了详细的分析。在MATLAB6.5版的Simulink环境中,对新型的UPS进行了*研究,*结果表明新型UPS系统在满足用电设备的要求下,降低了开关损耗,*了系统的整体效率,从而*了UPS系统的性能。

引 言

不间断电源(UPS)为适应发展的要求,近年来也在不断地进行完善和改进,先后出现了后备式、在线式、三端口在线互动式以及双变换器串并联补偿式等几种结构类型的UPS。其中由Kamran和Silva提出的双变换器串并联补偿式UPS,既可以补偿非线性负载中的无功电流及谐波电流,同时还可以补偿电源电压的谐波及基波偏差,较传统双变换在线式UPS而言,输入功率因数高,输出过载能力强,具有综合的电能质量调*力,其*就是采用了串并联补偿技术。串并联补偿式在线UPS具有许多其他UPS*的优点,但也存在一些不收稿日期:2006-10-21 足之处。

1 串并联补偿式UPS存在的问题

UPS内有串联(Delta)变换器和并联主变换器两个变换器,Delta变换器通过补偿变压器串联在*和负载之间,相当于一个正弦电流源,用来消除市电输入电流中的无功与谐波分量,使输入功率因数等于1,同时还稳定蓄电池上的电压,补偿*与输出间的电压差。当*电压高于额定电压时,Delta变换器工作在整流状态,吸收功率,对输出电压进行负补偿;当*电压低于额定电压时,Delta变换器工作在逆变状态,输出功率对输出电压进行正补偿。主变换器在电路的输出端与负载并联,相当于一个正弦电压源,用来使负载上的电压成为稳定纯净的正弦波电压,同时提供负载所需要的无功电流与谐波电流。同样,当*电压高于额定电压时,主变换器工作在逆变状态,对负载供电;当*电压低于额定电压时,主变换器工作在整流状态,维持直流侧电压的稳定。*正常时,主电路静态开关S1闭合,*电压经Delta变换器为负载供电,主变换器稳定输出电压,*和UPS输出之间的电压差由Delta变换器补偿。当UPS出现故障和进行维护时,这时旁路静态开关S2闭合,负载由*直接供电。

但是当*停电时,开关S1断开,这时只有与负载并联的主变换器向负载提供100%的功率,而串联变换器却处于闲置状态,这样无疑会造成资源的浪费,降低了系统的输出功率。本文就是在现有串并联补偿式UPS的基础上,针对其在停电时没有充分利用两变换器的功率以及电力电子器件开关损耗大,效率较低等不足之处而提出的一种改进方案。

2 新方案的结构及工作原理

2.1 新方案模型

在新型UPS电源系统中,将两变换器互换, 也就是将图1中的主变换器和Delta变换器互换位置,如图2所示。

2.2 市电正常时的工作过程

*正常时,主电路静态开关S1闭合,Delta变换器相当于一个受控电压源,用来控制负载上的电压为稳定纯净的正弦波电压,并且*和系统输出之间的电压差由Delta变换器补偿;同样,Delta变换器对负载电压稳定的补偿,可以先采用波形瞬时值比较法来检测电压的波动和谐波,得到调制波的指令信号,然后对其进行SPWM控制,使负载上的电压为稳定纯净的正弦电压。当*电压高于额定电压时,Delta变换器工作在逆变状态,向负载供电,当*电压低于额定电压时,Delta变换器工作在整流状态,对蓄电池充电,维持输入与输出间的平衡;主变换器稳定蓄电池的电压,相当于一个受控电流源,用来提供负载所需的无功与谐波电流,使得UPS输入电流中无谐波和无功电流分量,功率因数约等于1。对于无功与谐波分量的消除,*先可以将UPS负载电流中的无功与谐波电流从负载电流中分离出来并将其作为主变换器的调制波指令信号,对其进行SPWM控制,从而在主变换器的输出端得到与该指令信号数值和波形相同的补偿电流,从而提供负载所需的无功与谐波电流。当*电压高于额定电压时,*电压一部分经主变换器稳定蓄电池上的充电电压,一部分经Delta变换器为负载供电,此时,主变换器工作在整流状态,直流侧电压升高。当*电压低于额定电压时,主变换器工作在逆变状态,用来维持输入与输出的平衡。当UPS出现故障和进行维护时,这时旁路静态开关S2闭合,负载由*直接供电。此外,新型的UPS系统在市电正常时还可以实现在线逆变,将UPS与发电并网结合起来。

2.3 市电停电时的工作过程

当市电停电时,新型串并联补偿式UPS系统便体现了其*现有UPS的特点:现有的UPS在市电停电时只有与负载并联的主变换器向负载提供100%的功率,而串联的Delta变换器处于闲置状态;而在新型的UPS系统中,当市电停电时,原来工作在电流源状态的主变换器自动转入电压源工作状态,从而两变换器都工作在电压源状态,串联后共同向负载供电。